高(gao)光效led的(de)原(yuan)理

在(zai)近(jin)年來的(de)(de)(de)照(zhao)明(ming)領域，高(gao)光(guang)效LED的(de)(de)(de)技術發展(zhan)和應(ying)用(yong)已(yi)經(jing)引起關注(zhu)。而光(guang)效，也就是(shi)流(liu)明(ming)/瓦特（lm/W），是(shi)衡量光(guang)源(yuan)(yuan)能效的(de)(de)(de)重(zhong)要指標，代表了光(guang)源(yuan)(yuan)發出(chu)的(de)(de)(de)光(guang)通量（流(liu)明(ming)）與其消(xiao)耗的(de)(de)(de)電功率（瓦特）之比。因此，高(gao)光(guang)效的(de)(de)(de)LED具有更高(gao)的(de)(de)(de)能效，這(zhe)是(shi)由其獨特的(de)(de)(de)工作原理所決定的(de)(de)(de)。

1.基礎(chu)原理

高(gao)光效(xiao)LED的(de)工作(zuo)原理首先(xian)源于(yu)LED（Light Emitting Diode，發(fa)光二極管）本身的(de)工作(zuo)原理。簡單(dan)來說，LED是一種半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體器(qi)件，其主要由(you)一個發(fa)光層(ceng)（活性層(ceng)）和兩個半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體層(ceng)（即n型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體和p型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體）構成(cheng)。當電(dian)流通過LED時，n型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體中的(de)電(dian)子(zi)將(jiang)跨越(yue)pn結，與p型(xing)半(ban)(ban)導(dao)(dao)(dao)體中的(de)空穴(xue)結合，發(fa)生電(dian)子(zi)-空穴(xue)復(fu)合過程。在這個過程中，電(dian)子(zi)會(hui)由(you)高(gao)能級躍(yue)遷至低能級，釋放出能量(liang)，形(xing)成(cheng)光子(zi)，從(cong)而產生光。

2.提高光效(xiao)的(de)關(guan)鍵因素

對于高(gao)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)(xiao)LED，其工(gong)作原(yuan)理并無不同，但(dan)提高(gao)其光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)(xiao)的關鍵在于如(ru)何增(zeng)強其發光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)。這主(zhu)要涉及到三(san)個方面：內(nei)部(bu)量(liang)子(zi)效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)、注入效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)和光(guang)(guang)萃(cui)取效(xiao)(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)。

（1）內部量子效率(lv)
這(zhe)是(shi)指在電子-空(kong)穴復合過程(cheng)中，產生光子（即發光）的(de)比例。要提(ti)高(gao)內部量(liang)子效(xiao)率，一種(zhong)方法是(shi)使用高(gao)品質的(de)半導體(ti)材料，以減少缺(que)陷和非輻(fu)射復合。另一種(zhong)方法是(shi)通(tong)過精心設計和優化活性(xing)層(ceng)的(de)帶隙能級(ji)結(jie)構，以增(zeng)強輻(fu)射復合的(de)概率。

（2）注入效率
注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)效率的(de)(de)優化是高光效LED技術發展的(de)(de)關鍵步驟之(zhi)一，其目標是確保盡可能大(da)比例的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流能成功(gong)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)到LED的(de)(de)發光層(ceng)中。在此(ci)過(guo)(guo)程(cheng)中，電(dian)(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)損失可能會由于(yu)多種原(yuan)因產生，如接觸(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻、串(chuan)聯電(dian)(dian)(dian)(dian)阻、電(dian)(dian)(dian)(dian)子與空穴的(de)(de)復(fu)合效率不足(zu)等。接觸(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)大(da)小(xiao)對注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)效率具有直接影(ying)響。電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)與半(ban)導(dao)(dao)體(ti)之(zhi)間的(de)(de)接觸(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻過(guo)(guo)高，會導(dao)(dao)致部分電(dian)(dian)(dian)(dian)流在接觸(chu)(chu)處消耗，而(er)不能成功(gong)注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)發光層(ceng)。因此(ci)，優化電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)設計，提高電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)與半(ban)導(dao)(dao)體(ti)的(de)(de)接觸(chu)(chu)面積，以及選擇(ze)良好的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)材(cai)料，都是減小(xiao)接觸(chu)(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻、提高注(zhu)(zhu)入(ru)(ru)效率的(de)(de)重(zhong)要手段。

（3）光萃取效率(lv)
這是指從LED內(nei)部(bu)產生的(de)(de)光成(cheng)功萃(cui)取到(dao)外部(bu)的(de)(de)比例。由于LED的(de)(de)折射(she)率(lv)較大(da)，部(bu)分光線會在內(nei)部(bu)發(fa)生全反射(she)，無法從LED出射(she)。因此，要(yao)(yao)提高(gao)光萃(cui)取效率(lv)，需要(yao)(yao)設(she)計合理的(de)(de)封裝結構(gou)和使(shi)用(yong)高(gao)透光性的(de)(de)封裝材料。

3.優化設計(ji)

實(shi)際上(shang)(shang)，為了實(shi)現高光效(xiao)(xiao)，需要(yao)在LED的(de)設計和(he)(he)制造(zao)過程(cheng)中，綜合(he)考慮并優(you)化(hua)以(yi)上(shang)(shang)所有因素。例如(ru)，通過提高半導(dao)體(ti)材料的(de)質量(liang)和(he)(he)優(you)化(hua)活性層的(de)設計，可以(yi)增強(qiang)內部量(liang)子效(xiao)(xiao)率；通過改進(jin)電極(ji)設計和(he)(he)優(you)化(hua)電荷輸(shu)運路徑，可以(yi)提高注入(ru)效(xiao)(xiao)率；通過精心設計封(feng)裝結構和(he)(he)選擇高透(tou)光性的(de)封(feng)裝材料，可以(yi)提高光萃取(qu)(qu)效(xiao)(xiao)率。高光效(xiao)(xiao)LED的(de)工作(zuo)原(yuan)理，雖然基(ji)(ji)于(yu)基(ji)(ji)本(ben)的(de)LED發(fa)(fa)光原(yuan)理，但其高光效(xiao)(xiao)的(de)實(shi)現，則依賴(lai)于(yu)對內部量(liang)子效(xiao)(xiao)率、注入(ru)效(xiao)(xiao)率和(he)(he)光萃取(qu)(qu)效(xiao)(xiao)率的(de)優(you)化(hua)。這需要(yao)深入(ru)理解(jie)半導(dao)體(ti)物(wu)理、光學和(he)(he)材料科學等多個領域的(de)知(zhi)識(shi)，并且(qie)需要(yao)在實(shi)際的(de)設備設計和(he)(he)制造(zao)過程(cheng)中，做出(chu)精心的(de)選擇和(he)(he)優(you)化(hua)。這也(ye)是高光效(xiao)(xiao)LED領域的(de)研(yan)究(jiu)和(he)(he)技術發(fa)(fa)展面臨的(de)瓶頸和(he)(he)難(nan)題(ti)。