2.4 发光效率和视觉灵敏度
①LED 效率有内部效率（pn 结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的
效率）。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。
LED 光电最重要的特性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。
② 视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在 λ=555nm 处有一个最大
值

680lm/w。若视觉灵敏度记为 Kλ，则发光能量 P 与可见光通量 F 之间关系为 P=

∫Pλdλ；

F=

∫KλPλdλ

③ 发光效率——量子效率 η=发射的光子数/pn 结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ
若输入能量为

W=UI，则发光能量效率 ηP=P/W

若光子能量

hc=ev,则 η

≈ηP，则总光通 F=（F/P）P=KηPW 式中 K=F/P

④ 流明效率：LED 的光通量 F/外加耗电功率 W=KηP
它是评价具有外封装

LED 特性，LED 的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量

较大，故也叫可见光发光效率。

以下列出几种常见

LED 流明效率（可见光发光效率）：

LED 发光颜色 λp（nm）材料可见光发光效率（lm/w）外量子效率
最高值平均值
红光

700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2

黄光

590GaP:N-N0.450.1

绿光

555GaP:N4.20.70.015~0.15

蓝光

465GaN10

白光谱带

GaN+YAG 小芯片 1.6，大芯片 18

品质优良的

LED 要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事

实上，

LED 向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为 η=ηiηcηe，式中 ηi 向为

p、n 结区少子注入效率，ηc 为在势垒区少子与多子复合效率，ηe 为外部出光（光取出效
率）效率。
由于

LED 材料折射率很高 ηi

≈3.6。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）

若垂直入射，被空气反射，反射率为（

n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占 32%，鉴于晶

体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。
为了进一步提高外部出光效率

ηe 可采取以下措施：

①用折射率较高的透明材料（环氧树脂

n=1.55 并不理想）覆盖在芯片表面；

②把芯片晶体表面加工成半球形；

③ 用 Eg 大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。有人曾经用 n=2.4~2.6 的低熔点玻
璃

[成分 As-S(Se)-Br(I)]且热塑性大的作封帽，可使红外 GaAs、GaAsP、GaAlAs 的 LED 效率

提高

4~6 倍。

2.5 发光亮度
亮度是

LED 发光性能又一重要参数，具有很强方向性。其正法线方向的亮度 BO=IO/A，指

定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通
量，单位为

cd/m2 或 Nit。

若光源表面是理想漫反射面，亮度

BO 与方向无关为常数。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度

约为

7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为 14×108Nit。

LED 亮度与外加电流密度有关，一般的 LED，JO（电流密度）增加 BO 也近似增大。另外，
亮度还与环境温度有关，环境温度升高，

ηc（复合效率）下降，BO 减小。当环境温度不变

电流增大足以引起

pn 结结温升高，温升后，亮度呈饱和状态。

2.6 寿命