Ⅰ 概述

　　LED的開發迄今已有近30年歷史，取得長足進展，白光LED的提出歷十余年磨練，發展迅速。在能源短缺、污染嚴重的時代LED應運而生、倍受重視。為緩解能源緊張、上世紀90年代中葉，日本政府率先、繼則美國政府從財政上支持本國技術界和工業界推動固態照明的開發。我國政府(以科技部為首、包括能源部、經貿委、信息產業部等，以及各地方政府)也大力支持和資助LED的研發，并成立了國家半導體產業聯盟推進中國的固態照明(中國稱之為半導體照明)計劃，并預期2010年白光LED的光效可提高到100 lm/W，并可用以大量替代光效約90 lm/W的熒光燈廣泛用于普通照明領域，[1] [2]。

　　在這樣的形勢下我國的大量企業、投資者、研究人員和技術人員紛紛介入，大規模投資開拓LED的研發和生產，迄今估計總共已投入人民幣數十億元，在不到十年的時間中取得了突出的成績，形成了規模龐大的產業鏈。

　　全世界對LED特別是白光LED如此的重視有其內在原因，當前巨量的能源消耗和由此引起的能源短缺、價格上漲、特別所造成環境已使得能源節約成為一項十分迫切的任務。各國消耗的能源中很大一部分用于照明。我國以及發達國家照明用電約占發電總量的12~13%，這是一項十分可觀的能源損耗。而目前全世界使用的光源仍以效率不高的白熾燈類光源為主，從中挖潛是大有可為的。

　　LED領域集中了眾多優秀人才，取得了輝煌成績，一些研究部門宣布他們研發的LED在某些條件下達到了120lm/W甚至150lm/W的光效。因而大部分企業也紛紛宣稱自己的產品的光效已達到70lm/W、90lm/W或更高，由于LED的光輻射是定向的，其光利用率比輻射輸出各向均勻的普通光源僅靠燈具的定向反射采光的效率要高，因此認定LED是當前最佳功能照明光源，并大力向各個照明領域推廣，數年前已有人宣稱2010年LED將會大量取代緊湊型熒光燈、大規模進入家庭照明、并斷言白光LED是當前最好的道路照明光源。

　　毋庸置疑的是經過20多年的發展，LED在顯示領域已取得了完全成功、并已成為無與論比、不可替代的顯示器件。在裝飾照明方面也充分顯示其特色、取得半壁江山，2008奧運會開幕式上LED的出色表現更震撼世界。但是不能不正視的事實是在功能照明方面白光LED仍然存在較大的局限性。中國已經是世界上最大的LED的生產基地和消費市場，LED的應用領域廣闊，但由于目前的技術水平和實際性能的限制，將此種器件用于功能照明并非用其所長的。所謂大功率LED，目前市場上能找到最大功率器件也不過3W，即使是研發中的10W器件能大規模生產，但對于常規照明特別是道路照明中使用的數百瓦的光源而言其單粒功率失之過小。采用白光LED設計一項照明工程其用量必定很大，無論是設計難度或是成本都將是得不償失的。

　　Ⅱ LED的光效

　　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最高數據。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。如所周知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100%。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，設這部分光子的量子提取率為80%。

　　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%。