因大部份人说：LED光效提高了，LED发热就少了。特发上两文澄清！
LED光效提高,热减少？ LED能量转换效率研究
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@larry98012
我以前一直理解都是光效提高,发热都会相当减少一点!同功率(同样电流和电压)给LED供电,LED无非就是转化为光能和热能,理论上光能提高热能就能减少
| 中村修二:“效率还能提高” UCSB将无极性LED的外部量子效率提至41％ | |
| 时间:2006-12-18 8:34:03 来源:【日经BP社报道】 作者: 浏览 748次 | |
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美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）与日本科学技术振兴机构创造科学技术推进事业（JST ERATO）联合开发出了高外部量子效率的无极性发光二级管（LED）和半极性LED。在JST ERATO的研究项目——“不均一结晶项目”成果报告会上，UCSB教授中村修二等公布了这一成果（图1）。半极性LED方面，京都大学和日亚化学工业曾于2006年6月末开发出了外部量子效率高达以往100倍的元件，此次开发的元件比其还要“高出10倍以上”（中村）。
图1 中村发表研究成果
图2 LED为蓝光品种 UCSB等此次开发的元件有2种：（1）尺寸为300μm方形、驱动电流20mA时输出功率25mW、外部量子效率最大为41％的无极性LED；（2）尺寸与（1）基本相同、驱动电流20mA时输出功率18mW、外部量子效率最大为30％的半极性LED。发光波长没有公开，从中村演讲时展示的资料来看，应该为400～450nm左右的蓝光（图2）。 中村对无极性和半极性的LED进行了预测并表示：“外部量子效率估计还会继续提高，应该可以超过60％”。（记者：野泽 哲生） |
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@qdbs888
中村修二:“效率还能提高”UCSB将无极性LED的外部量子效率提至41％ 时间:2006-12-18 8:34:03 来源:【日经BP社报道】 作者: 浏览748次【字体：大中小简繁】【收藏】【关闭】[图片] 美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）与日本科学技术振兴机构创造科学技术推进事业（JSTERATO）联合开发出了高外部量子效率的无极性发光二级管（LED）和半极性LED。在JSTERATO的研究项目——“不均一结晶项目”成果报告会上，UCSB教授中村修二等公布了这一成果（图1）。半极性LED方面，京都大学和日亚化学工业曾于2006年6月末开发出了外部量子效率高达以往100倍的元件，此次开发的元件比其还要“高出10倍以上”（中村）。 [图片]图1中村发表研究成果[图片]图2LED为蓝光品种 UCSB等此次开发的元件有2种：（1）尺寸为300μm方形、驱动电流20mA时输出功率25mW、外部量子效率最大为41％的无极性LED；（2）尺寸与（1）基本相同、驱动电流20mA时输出功率18mW、外部量子效率最大为30％的半极性LED。发光波长没有公开，从中村演讲时展示的资料来看，应该为400～450nm左右的蓝光（图2）。 中村对无极性和半极性的LED进行了预测并表示：“外部量子效率估计还会继续提高，应该可以超过60％”。（记者：野泽哲生）
LED的内量子效率与电-光效率简述
在LED的PN结上施加正向电压时，PN结会有电流流过。电子和空穴在PN结过渡层中复合会产生光子，然而并不是每一对电子和空穴都会产生光子，由于LED的PN结作为杂质半导体，存在着材料品质、位错因素以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、激发散射和晶格散射等问题，使电子从激发态跃迁到基态时与晶格原子或离子交换能量时发生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内，于是就有一个复合载流子转换效率，并用符号nint表示。
nint=（复合载流子产生的光子数/复合载流子总数）×100%
当然，很难去计算复合载流子总数和产生的光子总数。一般是通过测量LED输出的光功率来评价这一效率，这个效率nint就称为内量子效率。
提高内量子效率要从LED的制造材料、PN结外延生长工艺以及LED发光层的出光方式上加以研究才可能提高LED的nint，这方面经过科技界的不懈努力，已有显着提高，从早期的百分之几已提高到百分之几十，有了长足的进步，未来LED发展，还有提高nint的很大空间。
假设LEDPN结中每个复合载流子都能产生一个光子，是不是可以说，LED的电一光转换效率就达到100%？回答是否定的。
从半导体理论可以知道，由于不同的材料和外延生长工艺的不同，所制成的LED的发光波长是不同的。假设这些不同发光波长的LED其内量子效率均达到100%，但由于一个电子N型层运动到PN结有源层和一个空穴从P型层运动到PN结有源层，产生复合载流子所需的能量E与不同波长的LED的能带位置相关都不一样。而不同波长的光子的能量E也是不同的，电能到光能的变换有必然的损耗，下面举例加以说明：
例如一个入D=630nm的GaInAlP四元橙色LED，其正向偏置为VF≈2.2V,于是意味着它的一个电子与一个空穴复合成一个载流子所需的电势能ER=2.2Ev，而一个入D=630nm的光子的势能为E=hc/入D≈1240/630≈1.97eV，于是电能到光能的转换效率n(e-L)=1.97/2.2×100%≈90%，即有0。0.23eV的能量损失(eV为电子伏)。
如果对一个GaN的蓝光470nm的LED，则VF≈3.4V,于是EB≈3.4EeV,而EB≈1240/470≈2.64eV,于是Nb=2.64/3.4×100%≈78%,这是在假定nint=100%时。若nint=60%,则对于红色LED，n(e-L)=90%×60%=54%，而对于蓝色LED则有n(e-L)B=78%×60%=47s%。可见，这就是LED的光一电转换效率不是很高的原因。
上面已经了解到LEDPN结有源层的电一光转换效率不是很高，有相当一部分电能没有转换成光能，而是转换成热能损耗在PN结内，成为PN结的发热源。业界正在通过材料、工艺等机理上的努力去提高这一效率。如果施加在LED上的电功率全部变成光子能量，那么要问：这些光子能否全部逸出到空气中“看见？回答也是否定的。于是就有一个LED光子逸出率的问题存在。可以这样来表示LED中产生的光子逸出到空气中的比率。
nout=（逸出到空气中的光子数/PN结产生的光子总数）×100%
以上公式可以为LED的内量子效率。为方便说明，我们假定LED的材料为GaAs,其材料的折射系数为n1=3.9，与芯片接触的界面是空气，它的光折射系数n0=1,由光传播理论的光线折射定律可以知道，两种不同界面的折射系数不相同时，其垂直于界面的光的反射函数可用下式来表示：
R（L）=［（n1-n0）/（n1n0）］2×100%
对于GaAs与空气，则有，
R（L）=［（3.9-1）/（3.91）］2×100%=35.02
这就是说，有35.02%的光子将被反射回GaAs材料中，即反射回芯片内，不能逸出到空气中，仅有64.98%有可能逸出到空气中。然而，LED的发光若是一个点光源时，其边界全发射临界的半角θc与界面两种材料的折射系数有关，并由以下公式确定：θc=arcsin(ndn1)
对于GaAs和空气：θc=arcsin（1/3.9）=14.90°
边界全发射临界角为29.8°，超过这个角度不能发射到空气中，显然这对一个球面而言，这个角度仅8.27%的区域能全发射，显然内量子效率是极低的。
当然对LED芯片来说，它是一个六面体，并非点光源，在不计电极挡光时，这个六面体的六个面均可有一个全发光临界角，共有49.6%的出光区域。事实上，LED由于要引出电极、固定在引线框架上等原因，还做不到六个面出光，也就是达不到49.6%的全发射区域。LED内量子效率一般仅在20%左右，它还有很大的提升空间，就是要综合LED芯片结构、封装结构、材料折射系数等方面因素加以解决，来提高出光效率。
近年因为环保、节能、半导体的综合优势，LED取代传统光源用于常规照明已锋芒毕露，但要LED的发光效率有更大的突破才可以实现广泛应用，因为发光效率是应用的必须数据，要提高发光效率就跟以上内量子效率与电光效率息息相关！取代传统照明必须的也是技术提高带动成本下降，半导体照明才可以发挥科技优势！
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@qdbs888
LED的内量子效率与电-光效率简述 在LED的PN结上施加正向电压时，PN结会有电流流过。电子和空穴在PN结过渡层中复合会产生光子，然而并不是每一对电子和空穴都会产生光子，由于LED的PN结作为杂质半导体，存在着材料品质、位错因素以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、激发散射和晶格散射等问题，使电子从激发态跃迁到基态时与晶格原子或离子交换能量时发生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内，于是就有一个复合载流子转换效率，并用符号nint表示。 nint=（复合载流子产生的光子数/复合载流子总数）×100% 当然，很难去计算复合载流子总数和产生的光子总数。一般是通过测量LED输出的光功率来评价这一效率，这个效率nint就称为内量子效率。 提高内量子效率要从LED的制造材料、PN结外延生长工艺以及LED发光层的出光方式上加以研究才可能提高LED的nint，这方面经过科技界的不懈努力，已有显着提高，从早期的百分之几已提高到百分之几十，有了长足的进步，未来LED发展，还有提高nint的很大空间。 假设LEDPN结中每个复合载流子都能产生一个光子，是不是可以说，LED的电一光转换效率就达到100%？回答是否定的。 从半导体理论可以知道，由于不同的材料和外延生长工艺的不同，所制成的LED的发光波长是不同的。假设这些不同发光波长的LED其内量子效率均达到100%，但由于一个电子N型层运动到PN结有源层和一个空穴从P型层运动到PN结有源层，产生复合载流子所需的能量E与不同波长的LED的能带位置相关都不一样。而不同波长的光子的能量E也是不同的，电能到光能的变换有必然的损耗，下面举例加以说明： 例如一个入D=630nm的GaInAlP四元橙色LED，其正向偏置为VF≈2.2V,于是意味着它的一个电子与一个空穴复合成一个载流子所需的电势能ER=2.2Ev，而一个入D=630nm的光子的势能为E=hc/入D≈1240/630≈1.97eV，于是电能到光能的转换效率n(e-L)=1.97/2.2×100%≈90%，即有0。0.23eV的能量损失(eV为电子伏)。 如果对一个GaN的蓝光470nm的LED，则VF≈3.4V,于是EB≈3.4EeV,而EB≈1240/470≈2.64eV,于是Nb=2.64/3.4×100%≈78%,这是在假定nint=100%时。若nint=60%,则对于红色LED，n(e-L)=90%×60%=54%，而对于蓝色LED则有n(e-L)B=78%×60%=47s%。可见，这就是LED的光一电转换效率不是很高的原因。 上面已经了解到LEDPN结有源层的电一光转换效率不是很高，有相当一部分电能没有转换成光能，而是转换成热能损耗在PN结内，成为PN结的发热源。业界正在通过材料、工艺等机理上的努力去提高这一效率。如果施加在LED上的电功率全部变成光子能量，那么要问：这些光子能否全部逸出到空气中“看见？回答也是否定的。于是就有一个LED光子逸出率的问题存在。可以这样来表示LED中产生的光子逸出到空气中的比率。 nout=（逸出到空气中的光子数/PN结产生的光子总数）×100% 以上公式可以为LED的内量子效率。为方便说明，我们假定LED的材料为GaAs,其材料的折射系数为n1=3.9，与芯片接触的界面是空气，它的光折射系数n0=1,由光传播理论的光线折射定律可以知道，两种不同界面的折射系数不相同时，其垂直于界面的光的反射函数可用下式来表示： R（L）=［（n1-n0）/（n1n0）］2×100% 对于GaAs与空气，则有， R（L）=［（3.9-1）/（3.91）］2×100%=35.02 这就是说，有35.02%的光子将被反射回GaAs材料中，即反射回芯片内，不能逸出到空气中，仅有64.98%有可能逸出到空气中。然而，LED的发光若是一个点光源时，其边界全发射临界的半角θc与界面两种材料的折射系数有关，并由以下公式确定：θc=arcsin(ndn1) 对于GaAs和空气：θc=arcsin（1/3.9）=14.90° 边界全发射临界角为29.8°，超过这个角度不能发射到空气中，显然这对一个球面而言，这个角度仅8.27%的区域能全发射，显然内量子效率是极低的。 当然对LED芯片来说，它是一个六面体，并非点光源，在不计电极挡光时，这个六面体的六个面均可有一个全发光临界角，共有49.6%的出光区域。事实上，LED由于要引出电极、固定在引线框架上等原因，还做不到六个面出光，也就是达不到49.6%的全发射区域。LED内量子效率一般仅在20%左右，它还有很大的提升空间，就是要综合LED芯片结构、封装结构、材料折射系数等方面因素加以解决，来提高出光效率。 近年因为环保、节能、半导体的综合优势，LED取代传统光源用于常规照明已锋芒毕露，但要LED的发光效率有更大的突破才可以实现广泛应用，因为发光效率是应用的必须数据，要提高发光效率就跟以上内量子效率与电光效率息息相关！取代传统照明必须的也是技术提高带动成本下降，半导体照明才可以发挥科技优势！
也就是说led出光(外量子)效率在中村老师实验室只有30％左右，实际为15-25％。内量子放率实验室为70％左右，实际更低。
也就是说，从白光led出世的1 lm/w光效到现在160 lm/w光效，led发热量变化不太，光电(外量子)转换效率变化不大，这也是led照明产业量始终上不去根本原因，led照明任重而道远。
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