30、LED的芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13至22mil，40mil等

图29-2
（3）芯片倒梯形结构。

CREE公司有一款芯片采用倒梯形结构后也提高了光强，如图29-3。

由于这种结构的芯片其边缘部分的全反射临界角增大，光子逸出率提高，并能从碗腔
MQW
图29-3
（3） Flip-chip技术。

参见第35题。

30、LED的芯片为什么要分成诸如8mil，9mil…13至22mil，40mil等不同的尺寸？尺寸大小对LED光电特性有哪能些影响？
LED芯片大小根据功率可分为小功率芯片中功率芯片和大功率芯片。

根据客户要求可分为单管级数码级，点陈级。

以及装饰照明用。

至于芯片的具体尺寸大小是根据不同芯片生产厂家的实际生产水平而定。

没有具体要求。

只要工艺过关芯片小可提高单位产出并降低成本。

光电性能并不会发生根本变化，芯片的使用电流大，他们的单位电流密度基本差不多。

如果10mil芯片的使用电流是20mA的话，那么40mil芯片理论上使用电流可以提高16倍即320mA。

但是考虑到散热是大电流下的主要问题，所以他的发光效率比小电流低，另一方面由于面积增大，芯片的体电阻会降低，所以正向导通电压会有所降低。

34、请介绍一下“透明电极”芯片的结构与它的特点？
所谓透明电极一是要能够导电，二是要能够透光。

这种材料现在最广泛应用在液晶生产工艺中，其名称叫氧化铟锡，英文缩写ITO，但它不能作为焊垫使用。

一般结构如图34-1。

制作时要在芯片外延表面做好欧姆接触电极，然后在表面覆盖一层ITO，再在ITO表面镀一
层焊垫。

这样从引线上下来的电流通过ITO层均匀分布到各个欧姆接触电极上，同时ITO
由于折射率处于空气与外延材料折射率之间，可提高出光角度，光通量也可增加。

35、什么是“倒装装芯片”（Flip Chip）?它的结构如何？它有哪些优点？
普通蓝光LED芯片结构如图35-1：
用衬底硬度高、热导率和电导率低，如果采用正装结构，一方蓝光LED通常采用Al O
23
向会带来防静电的问题，另一方面，在大电流情况下散热也会成为最主要的问题。

同时由于正面电极朝上，会遮掉一部分光，发光效率会降低。

大功率蓝光LED（如图35-2）通过芯片倒装技术（FLIP CHIP）可以比传统的封装技术得到更多的有效出光。

现在主流的倒装结构做法是：首先制备出具有适合共晶焊接电极的大尺寸蓝光LED芯片。

同时制备出比蓝光LED芯片略大的硅衬底，并在上制作出共晶焊的金导电层及引出导线层（超声金丝球焊点）。

然后，利用共晶焊接设备将大功率蓝色LED芯片与硅衬底焊接在一起。

这种结构的特点是外延层直接与硅衬底接触，硅衬底的热阻又远远低于蓝宝石衬底，所以散热的问题很好地解决了。

由于倒装后蓝宝石衬底朝上，成为出光面，蓝宝石是透明的，因此出光问题也得到解决。

如果在外延表面作一层金属反光层，那么有源层向下发的光通过
金属镜面反射向上，通过Al O衬底向外发射，提高了出光效率。

23
36、用于半导体照明的芯片技术的发展主流是什么？
随着半导体LED技术地发展，其在照明领域的应用也越来越多，特别是白光LED的出现，更是成为半导体照明的特点。

但是关键的芯片、封装技术还有待提高，在芯片方面要朝大功率、高光效和降低热阻方面发展。

提高功率意味着芯片的使用电流加大，最直接的解决方法是加大芯片尺寸，现在普遍出现的大功率芯片都在1mm×1mm左右，使用电流在350mA。

由于使用电流的加大，散热问题成为了突出问题，现在通过芯片倒装的方法基本在350mA。

由于使用电流的加大，散热问题成为了突出问题，现在通过芯片倒装的方法基本解决了这一问题。

随着LED技术的发展，其在照明领域的应用会面临一个前所未有的机遇和
挑战。

37、LED芯片封装成发光二极管一般可以分成哪几种形式？他们在结构上各有什么不同？
LED芯片的封装形式很多，针对不同使用要求和不同的光电特性要求，有各种不同的封装形式，归纳起来有如下几种常见的形式：
（1）软封装——芯片直接粘结在特定的PCB印制板上，通过焊接线连接成特定的
字符或陈列形式，并将LED芯片和焊线用透明树脂保护，组装在特定的外壳中。

这种钦封装常用于数码显示、字符显示或点陈显示的产品中。

（2）引脚式封装——常见的有将LED芯片固定在2000系列引线框架上，焊好电极引
线后，用环氧树脂包封成一定的透明形状，成为单个LED器件。

这种引脚或封装按外型尺寸的不同可以分成φ3、φ5直径的封装。

这类封装的特点是控制芯片到出光面的距离，可以获得各种不同的出光角度：15°、30°、45°、60°、90°、120°等，也可以获得侧发光的要求，比较易于自动化生产。

（3）微型封装即贴片封装——将LED芯片粘结在微小型的引线框架上，焊好电
极引线后，经注塑成型，出光面一般用环氧树脂包封
（4）双列直插式封装——用类似IC封装的铜质引线框架固定芯片，并焊接电极引线后
用透明环氧包封，常见的有各种不同底腔的“食人鱼”式封装和超级食人鱼式封装，这种封装芯片热散失较好，热阻低，LED的输入功率可达0.1W~0.5W大于引脚式器件，但成本较高。

（5）功率型封装——功率LED的封装形式也很多，它的特点是粘结芯片的底腔较大，且具有镜面反射能力，导热系数要高，并且有足够低的热阻，以使芯片中的热量被快速地引到器件外，使芯片与环境温度保持较低的温差。

具体见42题。

38、LED芯片封装成器件一般的制造程是什么？
LED芯片的封装流程视不同封装结构略有不同，但原则上为如图38-1所示的通常使用的封装流程图
39、为什么要将芯片进行封装？封装后的器件比裸芯在性能上有什么不同？
（1） 通过封装保护芯片不受气氛侵害和震动、冲击性损害
由于LED芯片无法直接使用，必须固定在支架等便于使用的装置中，因此芯片与支架必须通过“打线”引出加注电流的导线，即引线。

这些连线很细，直径仅0.1mm以下的金或铝线不能耐受冲击，另外芯片表面必须不受水、气等物质侵蚀，同样要加以固封保护。

这就要用透明率极高的材料加以灌封。

一般常用透明环氧树脂或透明硅胶类材料将芯片保护起来。

（2）我们知道，如果芯片与空气直接做界面，由于芯片材料与空气的光折射系数相差
较大，导致芯片内发出的光大部分被反射回芯片，不能逸出到空气中去。

以GaAs材料与空气为例，在界面处，芯片的全反射临界角θc约为14°，仅4-12%的光子能逸出到空气中，如果用折射系数为1.5的环氧树脂与芯片做截面，则其θc约为22.6°，则提高了光的逸出率，再用球型环氧树脂与空气作为界面，则其内部的光子几乎绝大部分可以逸出到空气中，仅不到4%的被反射，因此，通过选择封装材料的折射系数与芯片作界面进行封装，可以提高LED 的出光效率。

（3）增大芯片上热量散失的能力
芯片通过引线支架，可以将芯片由于施加功率引起温度升高的热量导出到空气中去，也
就是可以提高芯片PN结上施加的电功率，提高芯片使用的可靠性，改善因结温升高而引起的光电参数的退化。

（4）方便LED的组装与使用。

由于LED封装的形式较多，对于不同的使用场合和安装上的要求，可以选择最有利于
组装和散热的封装，这就使LED器件的应用范围得以拓展。

41、何谓“一次光学设计”？LED 封装中有哪几种出光透镜？他们有何特点？
在LED 封装过程中，一个很重要的方面是如何达到高的出光效率和符合不同出光要求的发光配光要求？这就是LED “一次光学”设计要解决的问题。

LED 裸芯片是无法直接使用的，必须加以封装。

与其他半导体器件不同，它要通过封装将芯片发出的光尽可能多地取出来，不仅如此还要达到不同的出光角度，配光要求。

由于这比较专业，这里仅举例加以简单说明。

图41-1示出芯片与某一材料的光线传达输路径的
示意图。

其中n
图41-1 1是LED 芯片，例如InGaN ，其折射系数
为2.3，环氧树脂，其折射系数为1.5，显然这种平面
结构，芯片射出的光会发生全反射系数为1.5，显然这
种平面结构，芯片射出的光会发生全反射到芯片内部
的临界角θc =arcSin(1.5/2.3)≈40.7°，它较之芯片与空
气直接作界面时的临界角大出14.3，显然提高出光率，
如果使环氧树脂的几何形状通过设计成一定的透镜形
状，就可以使环氧树脂中的光向空气中射出的路径进
行变化，形成不同的出光角度，如15°，30°，60°，
120°等，也可以通过使用PC 材料作临界面，将芯片的
光通过折射形成平行光，发射出去（聚光）
或从透镜四边侧面射出（侧发光）等不同的配光方式，这就是所谓LED 封装中的一次光学设计。

42、大功率LED 的封装形式目前常见的有哪几种？他们各自有哪些异同？
常见的功率LED 的封装结构如图42-1所示，在这种封装结构中将LED 功率芯片用合金法“烧结”在铜质碗腔内加以固定，引线经焊接将LED 正负电极与覆铜墙铁壁铝基板上的焊点连结起来，再用透明硅胶（白光则用荧光粉）覆盖芯片和引线，最后将根据要求的出光角度的透镜安装在铝基板上，构成一个功率LED 器件。

铝热沉的厚度与面积视LED 功率大小的确定，可以有各种不同的尺寸和形式。

透镜
铜热沉锡连接倒装芯片荧光粉层金线硅胶
由于用PC 树脂作透镜，可以根据发光的要求的不同，设计出聚光型，发散型，侧光型等透镜。

集成多芯片封装——这种封装形式就是将多个LED 芯片组装在同一个基板上，根据使用要求用印刷技术使各个芯片连接成一定的串/并结构，可以用多个使每个芯片出光角度为一定的小透镜，组成一个大尺寸的出光面，图42-2示出这种结构的实样示意图。

随着LED 应用的拓展和封装技术的提高，各种性能好，成本低，便于大生产的封装方式会层出不穷，越来越多。

46、能否简单介绍一下芯片粘结工艺中的“合金粘结”工艺？
在功率LED 芯片封装过程中，芯片与支架底腔的固晶，为了降低粘结层的热阻，可以采用“合金粘结”的方法。

这种方法是将LED 芯片与支架底腔间放置一种合金材料，通过加温加压的方法使之共熔粘合固化，是芯片牢固地定位在支架（或热沉）上。

合金粘结的关键是找到芯片衬底蒸镀得金属材料（例如AuBe ）与支架碗腔放置芯片处的金属镀层（例如金和铅锡等）放置的合金材料在某一温度（称之共晶温度）从而使这三者共溶固化。

一般这一共晶温度可以从合金材料的相图上寻找到，为说明方便，我们举一个铅
锡合金（PbSn ）为例对合金工艺作一介绍。

图46-1
图46-1示出PbSn 的相图。

由图知：X 轴是Pb 和Sn 的配比百分率。

Y 轴则是温度。

显 然，（A ）点是铅的熔点327℃，（E ）点是Sn 的熔点232℃，曲线（（A ）（C ）（E ））为表示由于合金材料导热系数较之银胶等高一个数量级，因此可以大幅度降低这一层面的热阻，48、白光LED 是通过哪些方法来实现的？
片组合发光合成白光；
制电路较复杂、成本较高。

光合成白光， 为改Pb 和Sn 在不同配比时的熔点曲线，其上部是溶化区，即液态区，因此称这条曲线为Pb-Sn 液相曲线，同样，曲线（A ）（B ）（C ）（D ）（E ）为PbSn 的固相曲线，即其下部为固体。

这二条曲线之向的阴影区域为PbSn 非液非固的塑性区，称为可塑区。

仅（C ）点处于液相与固相的交点，周边无可塑区，这一点的温度183℃，称为共晶温度。

假设芯片衬底有一个Sn 层，支架底腔有一层Pb 层（或为锡层）中间放一PbSn 薄层（如0.1mm ）在183℃下即可进行合金作粘结层，这就是所谓的合金法，一般，在LED 封装中用金锡合金作粘结层较多，只要利用金锡的相图可以找到一定配比的共晶温度。

有利于将芯片内的热量导出到芯片外，增大LED 功率容量。

目前LED 实现白光的方法主要有三种：
（1） 通过LED 红、蓝、黄的三基色多芯优点：效率高、色温可控、显色性较好。

缺点：三基色光衰不同导致色温不稳定、控（2） 蓝光LED 芯片激发黄色荧光粉，由LED 蓝光和荧光粉发出的黄绿变显色性能还可在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉；
优点：效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好。

缺点：一致性差、色温、角度变化。

（3） 近紫外光LED 芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。

有紫外光泄漏问题、荧光粉温度稳定性问题有待解决。

49．当前制造白光LED 的主流方法是什么？
基于三基色原理，目前LED 实现白光的方法主要有多种，其中技术相对简单的主流方法是50．白光LED 当前具有代表性的产品的水平如何？
白光LED 当前具有代表性的产品是美国Lumileds 公司生产的功率LED 光源，这种光源称之为“表50-1 工作电流IF=350mA 结温TJ=25℃ Luxeon
Em
颜色 色温（K ）光通量典型光束空间分优点：显色性好、制备简单。

缺点：目前LED 芯片效率较低、在GaN 基蓝光LED 芯片上涂一层黄色荧光粉，一部分蓝光激发荧光粉产生黄绿光，与直接透过荧光粉的蓝光混合产生白光，目前已实现批量生产。

Luxeon Emitter ”，它是Luxeon 系列产品基本形式（1瓦），现将在其网站上公布的性能水平归纳于下表：
itter 型号值фV （lm ）正向电压典型值VF （V ） 布类型 LXHL-BW02
白色 5500 蝙蝠翼型 25 3.42 LXHL-BW03
暖白色 3300 20 3.42 蝙蝠翼型 LXHL-P01
白色 5500 25 3.42 朗伯型 LXHL-DW01 白色 5500 22 3.42 侧射型
51．什么是色温么是数？
⑴色温是用来表示光源颜色的量，当光源发射的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时⑵光源的显色指数是光源显色性的定量描述，表示符号为Ra。

光源对物体颜色呈现的程度称什显色指，黑体的温度（TC）称为该光源的颜色温度或叫色温。

为了求得光源的色温，需先求得它的色度坐标，然后在色度坐标图上由CIE1960UCS 推荐的ISO 色温线求取色温。

对于相对光谱功率分布偏离黑体相对光谱功率分布较远的光源，用色度坐标与其靠近的黑体温度来表示该光源的相关色温，在色温线上求取相关色温。

为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对物体再显较好，我们所看到的颜色也较接近自然原色；显色性低的光源对颜色的再现性差，我们看到的颜色偏差也较大。

国际照明委员会CIE 把太阳的显色指数定为Ra=100，各类光源的显色指数各不相同。

显色性是
照明设计上非常重要的参数，直接影响被照物品灯光下颜色真实的效果。

52．照明领域对白光LED 的光电性能有哪些基本要求？
照明领域对白光LED 的光电性能的基本要求一般以瓦级单芯片封装的白光功率LED 来表示⑴发光效率：≥20lm/W(Ip=350mA)
350mA
基本性能上列表比较一下白炽灯、荧光灯与白光LED 的优劣？ 名称 ：
⑵发光通量：=发光效率×正向电压×⑶色温：3000-8000K
⑷显色指数：70-85
⑸热阻：≤20℃/W
⑹寿命：1-5万小时53．能否从照明光源的表53-1 白炽灯、荧光灯与目前白光LED 基本性能的优劣比较
白炽灯 荧光灯
白光LED 光效（lm/W） 15 70-100 30 显色指数（Ra） 100 70-85 70-98
色温（K） 2800 系列化 4000-8000 平 1000 均寿命（h ）10000
50000 价 0.003
格（美元/lm ）0.002 3.6 耗0.7 0.2 0.4 电成本（美元/lm •
h ）
照明面发热量
高 中 低 量产技术 成熟
成熟 待改进 存在问题 ⑴低效率高耗电 ⑵维护频 ⑶灯炮易碎
⑴废弃汞蒸汽破⑵灯管易碎 ⑴光效待提高
⑵散热技术尚待
坏环保
改进 54．LED 光源取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍和基本技术关需克服哪些障碍和基本技术关键主要有以下几个方面：
⑴发光效率障碍
键？
LED发出的光由于具有单色性，不需外加彩膜（滤光片），而白炽灯加彩膜后其有效发光效率仅为白炽灯原来光效的1/10，所以LED在交通灯、建筑装饰、汽车警灯等应用领域，由于其效率高、节省电能被广泛使用，正在逐步取代带彩色膜的白炽灯。

然而照明光源多为白光，目前白光LED用于局部照明，节能效果有限。

只有白光LED的发光效率远高于荧光灯达到150-200lm/W才会有明显的节能效果，因此LED光源取代传统光源的最大障碍是其发光效率。

⑵价格障碍
价格是LED光源取代传统光源需克服的另一障碍。

目前LED光源的价格每流明高于0.1美元，是白炽灯价格的100多倍。

美国Lumileds公司提出，在未来的几年内争取降至0.01-0.02美元/lm，即约折合人民币0.1元/lm，1支相当60W白炽灯的LED光源仍需支付60元人民币，计入性能价格比，虽然会被特殊应用所接受，但LED作为普通光源进入家庭，这样的价格还是一大障碍。

⑶功率LED制作技术
功率LED是实现白光照明取代传统照明光源的关键器件，其基本的关键技术包括： z提高外延片内量子效率
优化外延片结构，改进外延生长工艺条件，使蓝光、紫光、紫外光外延片的内量子效率能够接近理论值95%。

z提高大尺寸芯片的外量子效率
为了获得较大光能量需要采用大尺寸的功率型芯片，通过设计新型芯片结构和采用新工艺（如芯片倒装结构、ITO电极、表面粗化工艺、表面纹理结构、晶片键合工艺等），使蓝光、紫光、紫外光芯片的外量子效率达到50%以上。

z提高封装的取光效率
优化和改进封装的光学、热学和可靠性设计和工艺（如反射杯、透镜、散热通路、共晶焊接、柔性胶灌封等），使封装的取光效率能够与芯片的外量子效率接近。

⑷荧光粉的制作和涂敷技术
z高性能荧光粉的制造技术
荧光粉是LED实现白光照明的关键材料，需要尽快研制出效率高、显色性好、性能稳定的荧光粉。

蓝光激发的黄色荧光粉目前虽能满足白光LED产品的要求，但还需提高效率、降低粒度，制备出球形的荧光粉；在“蓝光+绿色荧光粉+红色荧光粉”的结构中，红色荧光粉的效率需要有较大的提高；在“紫外和紫外LED+三基色荧光粉”的结构中，三种荧光粉都需要有较大的提高，其中红色荧光粉目前效率最低，还有待于找到一种效率足够高的材料。

z荧光粉的涂敷工艺技术
荧光粉的涂敷工艺通常是将荧光粉用胶按一定比例调和成荧光胶，再用点胶机将其涂到LED芯片上，通过优化工艺参数如荧光粉与胶的配比、荧光粉激发波长与LED芯片峰值波长的匹配、荧光胶的流动性及涂敷厚度等，使白光LED的色温、显色指数、流明效率等参数受
控，作出符合应用要求和一致性好的白光LED产品。

55．白光LED的光谱与单色光（红、黄、蓝、紫等）的光谱有些什么区别？
单色光的光谱为单一波峰，特性是以峰值波长（或主波长）及光谱半宽度来表示的，而白光LED的光谱由多种（红、绿、蓝）单色光谱合成，其光谱曲线显现出多个不同幅度的波峰，其特性是以色度图中色坐标的色温来表示，这就是二者的区别，如图55-1和图55-2所示。

56．为什么用太阳能电池与白光LED组合的照明系统被称为“真正的绿色照明”系统？
所谓“绿色照明系统”就是使用高效率、长寿命、高可靠无害物质污染环境的照明光源和再生能源的照明系统。

因为：
⑴白光LED具有体积小、重量轻、工作电压低、长寿命、高可靠等优点，而且它将比普通光源效率更高、更省电，并且它不含有汞、铅等对环境有害物质。

⑵太阳能是最典型的“绿色”能源之一，它是人类取之不尽、用之不竭的清洁能源。

根据半导体光生伏特效应制成的太阳能电池即光生伏特电池，由这种太阳能电池组件与储能装置、控制装置配套构成太阳能供电系统。

它具有不消耗常规能源、寿命长、维护简单、使用方便、无污染等优点。

白天阳光照射到太阳能电池板组件上产生电流，经由充电控制器流入蓄电池，夜间充电器自动切断充电，接通蓄电池提供电能给白光LED使其发光实现照明。

因此用太阳能电池与白光LED组合的照明系统属于“真正的绿色照明”系统。

57．何谓LED的伏安特性？LED的电功率是如何计算的？
LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，因此其电压-电流之间的相互作用关系，一般称为伏特（电压V）和安培（电流A）特性（简称V-I特性）与普通二极管类同，它们均遵循PN结整流方程，即有下式近似表示的关系：
IF=IF（0）eqVF/KT (57-1) 式中：IF（0）为反向饱和电流（又称起始电流）
q为电子电荷量
K为玻尔兹曼常数
T为绝对温度
（57-1）式可看出，IF与VF呈指数关系，这是LED的正向V-I关系，即施加在LED PN 结上的电压是正向电压即N型端加负电压，P型端加正电压。

当在LED PN结上施加反向电压VB时，在VB较低时，流过LED PN结的电流很微弱，几乎为零，这时流过PN的电流IF（0）称为反向饱和电流。

但当VB增加到一定值时，流过LED PN结的电流会急剧增加，产生所谓的齐纳电流或雪崩电流，此时即使微小的△VB 将会导致PN结电流无限制增加直至烧毁LED的PN结。

我们称这个电压为LED的击穿电压。

图57-1是LED电压-电流即伏安特性的示意图。

在第一象限的曲线正向特性区，在第Ⅲ象限的曲线为反向特性区。

在LED的正向特性区，V-I曲线的斜率称为LED的跨导，即式（57-1）对VF的求导：
59．什么是LED的内量子效率？不同的发光波长，假定内量子效率达100%，其电-光效率有何不同？
从理论上讲，当我们在LED的PN结上施加正向电压时，PN结会有电流流过。

如前所述，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-空穴对复合的载流子都会产生光子，由于LED的PN结作为杂质半导体，存在着因材料品质缺陷，位错等因素，以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、本征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会与晶格电子或离子交换能量而产生无辐射跃迁，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成光子的转换效率问题存在。

可以用（59-1）表示这一转换效率，并用符号ηint表示。

ηint=（复合载流子产生的光子数/复合载流子总数）×100% （59-1）当我们无法支计数式（59-1）中的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ηint就称为内量子效率。

当然，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ηint。

这方面经过科技界的不懈努力，已有显著提高，从早期的百分之几已提高到百分之几十，有了很长足的进步，虽然如此，我们还有提高ηint的较大空间。

假设LED PN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-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，对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。

假定，这些不同发光波长的LED其内量子效率均达到100%，但由于一个电子从N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的能带位置相关而不都一样。

而不同波长的光子的能量E （λ）也是不同的，电能到光能的变换有必然的损耗，我们下面举例加以说明：例如一个λD=630nm的GaInAIP四元橙色LED，其正常偏置约为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热能ER=2.2ev，而一个λD=630nm的光子的势能为E（λ）=bc/λD≌1240/630≌1.97ev，于是电能到光能的转换效率μ
（e-L）R
=1.97/2.2×100%≌39.55%，即有0.23ev的能量损失。

（文中ev为电子伏特）
如果对一个GaN的蓝光470nm的LED，则V
F ≌3.4V，于是E
B
≌3.4ev，而E
B
（λ）≌1240/470
≌2.64ev，于是μ=2.64/3.4×100%≌77.64%，这是在假定μ
int
=100%时若LED的电—光转换的
效率μ
int =60%，则对与红色LED μ
（e-L）R
=89.55%×60%=53.73%，而对于蓝色LED则有μ
（e-L）β
=77.64%×60%=46.58%。

可见到目前为止LED的光—电转换效率不是很高的一个原因所在。

60、LED PN结有源层发出的光子能否100%逸出到空气中？
上面已经了解到LED PN结有源层的电—光转换效率不是很高，有相当一部分电能没有转换成光源，而是转换成热能损耗在PN结内，成为PN结的发热源。

人们正在通过材料、工艺等机理上的努力去提高这一效率，但是即使我们在LED加上例如1W的电功率，它能将这个电功率全部变成1W光功率，那么我们要问：这些光子能否全部逸出到空气中被人们“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。

可以用（60-1）式来表示LED中产生的光子逸出到空气中的比率。

μ
ont
=（逸出到空气中的光子数/PN结产生的光子总数）×100% （60-1） 我们可以称（60-1）为LED的外量子效率。

为方便说明，我们假定LED的材料为GaAs，其
材料的折射系数为n
1=3.9与芯片接触的界面是空气，它的光折射系数n
=1，由光的传播理论。