載流子復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的光子中有50%的幾率為內(nèi)向輻射，這部分光子在到達(dá)兼作反射鏡的底層導(dǎo)電膜時(shí)將部分反射轉(zhuǎn)化為外向輸出光，然而此部分光子在向內(nèi)或向外傳輸過程中將與晶格碰撞并被部分吸收，而在經(jīng)過不同介質(zhì)交界面時(shí)也將部分反射或折射回原介質(zhì)最終被吸收?；追瓷溏R的反射效率和上述過程的限制而使得內(nèi)向輻射的光子轉(zhuǎn)化為輸出光的量子提取率不會(huì)超過40%。

　　根據(jù)以上分析可以估算出LED總的電光轉(zhuǎn)換效率約為54%，這是非常理想的情況下估計(jì)的結(jié)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(zhuǎn)換效率的下降。與可見光轉(zhuǎn)換效率不足5%的白熾燈相比，甚至與當(dāng)前轉(zhuǎn)換效率最高的高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈相比(電光轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為555nm波長的黃光時(shí)產(chǎn)生的光通量可達(dá)683lm/W(683lm/W即光功當(dāng)量)，若全部轉(zhuǎn)換為白光則約為360lm/W。如本文前面的估計(jì)，在十分理想情況下發(fā)555nm黃光的LED最高可能達(dá)到約300lm/W的最高光效，目前上述估計(jì)還遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)。目前所報(bào)道的LED的最高光效實(shí)際只達(dá)到這一理想值的一半，而實(shí)際上還不足其1/4，這也正是人們認(rèn)為LED尚有巨大潛力可挖、對(duì)之寄以厚望的原因所在。

　　提高LED發(fā)光效率的關(guān)鍵在于提高量子提取率，亦即盡可能減少光子的內(nèi)部吸收，這就是LED向超薄型發(fā)展的原因。目前最高光效的超薄型(厚度數(shù)十納米)GaNLED、其下導(dǎo)電膜采用了高反光鏡膜、并將輸出窗內(nèi)表面制成粗糙構(gòu)造、以減少光子的內(nèi)向反射，然而即使如此目前報(bào)道的最高光效不過150lm/W。

　　以上分析是對(duì)單色光LED進(jìn)行的，將單色光轉(zhuǎn)化為白光還須再經(jīng)過一次量子轉(zhuǎn)換。目前大都采用發(fā)射光譜的中心波長約470nm的藍(lán)光LED來激發(fā)輻射光譜中心波長為560nm的寬帶黃光熒光粉，從而制成藍(lán)黃光混合的白光LED，但是這將使LED的光效進(jìn)一步降低。其光子效率可以估算如下：

　　如果保留LED輻射約20%藍(lán)光輸出，用剩余的80%的藍(lán)光激發(fā)黃光熒光粉，在最佳情況下這80%的藍(lán)光中約有20%以上的光子將為熒光粉吸收，其余80%下轉(zhuǎn)移為以560nm為中心波長的寬帶黃光輻射，這一過程平均產(chǎn)生16.1%的量子能量損失。結(jié)合前面的數(shù)據(jù)可以估計(jì)白光LED的總能效不會(huì)超過40%，換算為白光時(shí)白光LED的總光效最多不過150lm/W。如果沒有其他突破，這是當(dāng)前白光LED可能達(dá)到的最高光效，這一光效與當(dāng)前最高光效的光源如HID燈中的高壓鈉燈或陶瓷金鹵燈相比還高一些。但是目前實(shí)際達(dá)到的光效尚未及此一半。

　　我們?cè)鴮?duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，我們利用某公司生產(chǎn)的1W高亮度藍(lán)光LED，其光譜的中心輻射波長為470nm，去除外封裝后分別涂敷不同厚度的輻射的中心波長為560nm的黃光熒光粉涂層，經(jīng)處理后測(cè)量其發(fā)射光譜。從二十余種不同厚度的樣品中選擇了四種典型情況，其結(jié)果見最佳情況下的光通輸出為38lm(初始冷態(tài)約50lm)，顯色指數(shù)為78。

　　某著名跨國公司技術(shù)人員介紹他們的1W白光LED的初始光效達(dá)到了70lm/W，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因p-n結(jié)溫度上升，光效降為50lm/W。

　　2007年日本材料科學(xué)研究所納米陶瓷中心得到的結(jié)果是最高的，他們采用中心波長為450nm的InGaN藍(lán)光LED和光子轉(zhuǎn)換效率高、在450nm藍(lán)光范圍有強(qiáng)吸收峰、溫度系數(shù)低的三種熒光粉進(jìn)行了試驗(yàn)，這三種熒光粉分別為：α-sialon:Yb2+、α-sialon:Eu2+和Sr2Si5N8:Eu2+。這些熒光粉的特點(diǎn)是發(fā)光效率的熱衰減較小，在150℃時(shí)仍保持初始值的85%。

　　以InGaN藍(lán)光LED和1號(hào)熒光粉制成的白光LED的發(fā)射光譜其光效為55lm/W，色溫4500K。這是本人所知道白光LED的最高光效報(bào)道(據(jù)測(cè)試國內(nèi)1W白光LED的光通量大多在40lm以下)。采用2號(hào)和3號(hào)混合熒光粉試制的白光LED的發(fā)射光譜顯色指數(shù)提高到82，色溫4200K，但光效確降低到20lm/W。

　　如前所述，LED的發(fā)光是由n型半導(dǎo)體中的負(fù)載流子(電子)在外電勢(shì)作用下克服阻擋層電勢(shì)進(jìn)入p型半導(dǎo)體并為空穴俘獲產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光的。通常半導(dǎo)體的溫度系數(shù)較大，隨溫度上升，其電阻率下降，阻擋層電勢(shì)也將降低，與此同時(shí)其輻射的中心波長將向長波方向漂移(紅移)而使熒光粉的發(fā)光效率下降。