"從根本上提高發(fā)光效率以減少熱能的產生才是釜底抽薪之舉"，這話對了一半，錯了一半！

當發(fā)光效率提高了，總使用功率減少了，散熱器總重量減輕了，總發(fā)熱量減少了。但是相對于單功W數(shù)發(fā)熱量基本沒減，這是LED固體光源特點造成的。請看上兩文有原理分析。

  

LED光效與發(fā)熱相對數(shù)基本無關系，從每W1流明到160流明每W，LED發(fā)熱量基本變化不大

過來學習一下

研究了1 W白光LED 能量轉換效率與工作電流、環(huán)境溫度和發(fā)光效能之間關系, 并對熒光粉涂敷前后白光LED 能量轉換效率的變化進行了分析。研究結果表明, D5、1 W白光LED 能量轉換效率分別為22.167 %和14.187 % , 1 W白光LED 的能量轉換效率, 隨著工作電流、環(huán)境溫度的增加而下降, 能量轉換效率與發(fā)光效能比值基本恒定, 熒光粉涂敷前后白光LED 能量轉換效率從
21.12 %下降到15.111 % , 熒光粉能量轉換效率約為93 %。

LED光效與發(fā)熱相對數(shù)基本無關系，從每W1流明到160流明每W，LED發(fā)熱量基本變化不大

我以前一直理解都是光效提高,發(fā)熱都會相當減少一點!

同功率(同樣電流和電壓)給LED供電,LED無非就是轉化為光能和熱能,理論上光能提高熱能就能減少

 

中村修二:“效率還能提高” UCSB將無極性LED的外部量子效率提至41％
時間:2006-12-18  8:34:03    來源:【日經BP社報道】    作者:  瀏覽 748次
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美國加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校（UCSB）與日本科學技術振興機構創(chuàng)造科學技術推進事業(yè)（JST ERATO）聯(lián)合開發(fā)出了高外部量子效率的無極性發(fā)光二級管（LED）和半極性LED。在JST ERATO的研究項目——“不均一結晶項目”成果報告會上，UCSB教授中村修二等公布了這一成果（圖1）。半極性LED方面，京都大學和日亞化學工業(yè)曾于2006年6月末開發(fā)出了外部量子效率高達以往100倍的元件，此次開發(fā)的元件比其還要“高出10倍以上”（中村）。  圖1 中村發(fā)表研究成果 圖2 LED為藍光品種 　　UCSB等此次開發(fā)的元件有2種：（1）尺寸為300μm方形、驅動電流20mA時輸出功率25mW、外部量子效率最大為41％的無極性LED；（2）尺寸與（1）基本相同、驅動電流20mA時輸出功率18mW、外部量子效率最大為30％的半極性LED。發(fā)光波長沒有公開，從中村演講時展示的資料來看，應該為400～450nm左右的藍光（圖2）。 　　中村對無極性和半極性的LED進行了預測并表示：“外部量子效率估計還會繼續(xù)提高，應該可以超過60％”。（記者：野澤 哲生）

LED的內量子效率與電-光效率簡述

 

 

在LED的PN結上施加正向電壓時，PN結會有電流流過。電子和空穴在PN結過渡層中復合會產生光子，然而并不是每一對電子和空穴都會產生光子，由于LED的PN結作為雜質半導體，存在著材料品質、位錯因素以及工藝上的種種缺陷，會產生雜質電離、激發(fā)散射和晶格散射等問題，使電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時與晶格原子或離子交換能量時發(fā)生無輻射躍遷，也就是不產生光子，這部分能量不轉換成光能而轉換成熱能損耗在PN結內，于是就有一個復合載流子轉換效率，并用符號nint表示。

　　nint=（復合載流子產生的光子數(shù)/復合載流子總數(shù)）×100%

　　當然，很難去計算復合載流子總數(shù)和產生的光子總數(shù)。一般是通過測量LED輸出的光功率來評價這一效率，這個效率nint就稱為內量子效率。

　　提高內量子效率要從LED的制造材料、PN結外延生長工藝以及LED發(fā)光層的出光方式上加以研究才可能提高LED的nint，這方面經過科技界的不懈努力，已有顯著提高，從早期的百分之幾已提高到百分之幾十，有了長足的進步，未來LED發(fā)展，還有提高nint的很大空間。

　　假設LEDPN結中每個復合載流子都能產生一個光子，是不是可以說，LED的電一光轉換效率就達到100%？回答是否定的。

　　從半導體理論可以知道，由于不同的材料和外延生長工藝的不同，所制成的LED的發(fā)光波長是不同的。假設這些不同發(fā)光波長的LED其內量子效率均達到100%，但由于一個電子N型層運動到PN結有源層和一個空穴從P型層運動到PN結有源層，產生復合載流子所需的能量E與不同波長的LED的能帶位置相關都不一樣。而不同波長的光子的能量E也是不同的，電能到光能的變換有必然的損耗，下面舉例加以說明：

　　例如一個入D=630nm的GaInAlP四元橙色LED，其正向偏置為VF≈2.2V,于是意味著它的一個電子與一個空穴復合成一個載流子所需的電勢能ER=2.2Ev，而一個入D=630nm的光子的勢能為E=hc/入D≈1240/630≈1.97eV，于是電能到光能的轉換效率n(e-L)=1.97/2.2×100%≈90%，即有0。0.23eV的能量損失(eV為電子伏)。

　　如果對一個GaN的藍光470nm的LED，則VF≈3.4V,于是EB≈3.4EeV,而EB≈1240/470≈2.64eV,于是Nb=2.64/3.4×100%≈78%,這是在假定nint=100%時。若nint=60%,則對于紅色LED，n(e-L)=90%×60%=54%，而對于藍色LED則有n(e-L)B=78%×60%=47s%?？梢?，這就是LED的光一電轉換效率不是很高的原因。

　　上面已經了解到LEDPN結有源層的電一光轉換效率不是很高，有相當一部分電能沒有轉換成光能，而是轉換成熱能損耗在PN結內，成為PN結的發(fā)熱源。業(yè)界正在通過材料、工藝等機理上的努力去提高這一效率。如果施加在LED上的電功率全部變成光子能量，那么要問：這些光子能否全部逸出到空氣中“看見？回答也是否定的。于是就有一個LED光子逸出率的問題存在。可以這樣來表示LED中產生的光子逸出到空氣中的比率。

　　nout=（逸出到空氣中的光子數(shù)/PN結產生的光子總數(shù)）×100%

　　以上公式可以為LED的內量子效率。為方便說明，我們假定LED的材料為GaAs,其材料的折射系數(shù)為n1=3.9，與芯片接觸的界面是空氣，它的光折射系數(shù)n0=1,由光傳播理論的光線折射定律可以知道，兩種不同界面的折射系數(shù)不相同時，其垂直于界面的光的反射函數(shù)可用下式來表示：

　　R（L）=［（n1-n0）/（n1n0）］2×100%

　　對于GaAs與空氣，則有，

　　R（L）=［（3.9-1）/（3.91）］2×100%=35.02

　　這就是說，有35.02%的光子將被反射回GaAs材料中，即反射回芯片內，不能逸出到空氣中，僅有64.98%有可能逸出到空氣中。然而，LED的發(fā)光若是一個點光源時，其邊界全發(fā)射臨界的半角θc與界面兩種材料的折射系數(shù)有關，并由以下公式確定：θc=arcsin(ndn1)

　　對于GaAs和空氣：θc=arcsin（1/3.9）=14.90°

　　邊界全發(fā)射臨界角為29.8°，超過這個角度不能發(fā)射到空氣中，顯然這對一個球面而言，這個角度僅8.27%的區(qū)域能全發(fā)射，顯然內量子效率是極低的。

　　當然對LED芯片來說，它是一個六面體，并非點光源，在不計電極擋光時，這個六面體的六個面均可有一個全發(fā)光臨界角，共有49.6%的出光區(qū)域。事實上，LED由于要引出電極、固定在引線框架上等原因，還做不到六個面出光，也就是達不到49.6%的全發(fā)射區(qū)域。LED內量子效率一般僅在20%左右，它還有很大的提升空間，就是要綜合LED芯片結構、封裝結構、材料折射系數(shù)等方面因素加以解決，來提高出光效率。

　　近年因為環(huán)保、節(jié)能、半導體的綜合優(yōu)勢，LED取代傳統(tǒng)光源用于常規(guī)照明已鋒芒畢露，但要LED的發(fā)光效率有更大的突破才可以實現(xiàn)廣泛應用，因為發(fā)光效率是應用的必須數(shù)據(jù)，要提高發(fā)光效率就跟以上內量子效率與電光效率息息相關！取代傳統(tǒng)照明必須的也是技術提高帶動成本下降，半導體照明才可以發(fā)揮科技優(yōu)勢！

 

也就是說led出光(外量子)效率在中村老師實驗室只有30％左右，實際為15-25％。內量子放率實驗室為70％左右，實際更低。

 也就是說，從白光led出世的1 lm/w光效到現(xiàn)在160 lm/w光效，led發(fā)熱量變化不太，光電(外量子)轉換效率變化不大，這也是led照明產業(yè)量始終上不去根本原因，led照明任重而道遠。

最后這個觀點怎么得出的，跟附件的觀點不符??！以我現(xiàn)有掌握的知識，不認同這種觀點

從根本上講明白啦