對LED的普遍的評價是高光效和長壽命,很多廠家宣稱其產品光效高達90lm/W或更高,但這些數據只是某些實驗室在測試初始階段,當LED仍處于冷態時測得的{zg}數據。所謂5萬小時或10萬小時壽命只是早期對小功率單色LED的估算結果。
從LED的發光機理可以估算其理論光效。眾所周知,LED是利用載流子復合而發光的,載流子復合時其勢能全部轉化為光能,單就這一過程而言其內量子效率為{bfb}。但是載流子在介質中與晶格碰撞而損失的能量、復合時載流子所攜帶的動能,以及為克服外電路電阻而消耗的電能均不可能轉化為光能。考慮到各種附加能耗、載流子復合的實際內量子效率不會超過90%。
載流子復合時產生的光子有50%的幾率為外向輻射,這50%的光子中一部分與晶格碰撞并為晶格吸收轉化為熱能,部分光子傳輸時在不同介質交界面處會反射回原介質并被吸收。此外,作為輸出窗的外電極的金屬網膜或透明導電膜也將使部分光子反射并被吸收,這些過程都會降低LED的量子提取率。
載流子復合時產生的光子中有50%的幾率為內向輻射,這部分光子在到達兼作反射鏡的底層導電膜時將部分反射轉化為外向輸出光,然而此部分光子在向內或向外傳輸過程中將與晶格碰撞并被部分吸收,而在經過不同介質交界面時也將部分反射或折射回原介質最終被吸收。基底反射鏡的反射效率和上述過程的限制而使得內向輻射的光子轉化為輸出光的量子提取率不會超過40%。
根據以上分析可以估算出LED總的電光轉換效率約為54%,這是非常理想的情況下估計的結果。制造工藝中的任何疏漏、材料上的任何缺陷均將造成其能量轉換效率的下降。與可見光轉換效率不足5%的白熾燈相比,甚至與當前轉換效率{zg}的高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈相比(電光轉換效率約為30%)也是非常高的,這正是LED有十分誘人前景的原因所在。
眾所周知,將1W能量全部轉化為555nm波長的黃光時產生的光通量可達683lm/W(683lm/W即光功當量),若全部轉換為白光則約為360lm/W。如本文前面的估計,在十分理想情況下發555nm黃光的LED{zg}可能達到約300lm/W的{zg}光效,目前上述估計還遠未實現。目前所報道的LED的{zg}光效實際只達到這一理想值的一半,而實際上還不足其1/4,這也正是人們認為LED尚有巨大潛力可挖、對之寄以厚望的原因所在。
提高LED發光效率的關鍵在于提高量子提取率,亦即盡可能減少光子的內部吸收,這就是LED向超薄型發展的原因。目前{zg}光效的超薄型(厚度數十納米)GaNLED、其下導電膜采用了高反