LED白光极限发光效率终结篇

LED白光极限发光效率终结篇

《白光LED是否有极限发光效率》发表后，引起读者很大反响，许多读者希望能完整的介绍这个技术内容，这次就完整讲清楚这个技术问题。

首先，纠正上篇文章的一个编辑错误：

辐射效率与发光效率表，发光效率是没有百分号的，正确如下：

我们还是从这个表开始。

把表转换为图形，我们发现发光效率与辐射效率是线性函数关系，如下图，红色为6075K，青色为4121K。

根据上图，灯珠的发光效率ηWP仅仅与辐射效率η成线性关系。

即：ηWP=η*K 单位：lm/w

K为常数，这个常数可以通过下面的积分公式计算出来。

发光效率的计算公式：

由于灯珠封装后，辐射效率与波长的关系只是荧光粉激发出的辐射功率分布形态与波长的关系，所以，积分项实际上是视觉函数对激发后的光谱辐射功率的加权，如下图：

6000K的流明分布图

4000K的流明分布图

这两个图对于照明技术的研究非常有用，遗憾的是，目前很少人研究这类图形表达的照明性能与质量，尤其是健康照明技术的研究。

我们对不同的光谱形态进行计算后得出以下结论：

色温6000K±1000K的发光效率值偏差小于1.4%

色温4000K±1000K的发光效率值偏差小于1.7%

应用在照明的色温通常为：3000-7000K，这样我们还是以这两种典型的色温进行分析。

通过对上式的积分计算，常数K为以下值：

K（6000K）=330.6 lm/w

K（4000K）=322.7 lm/w

这样，白光灯珠发光效率的计算公式如下：

ηWP6000K=330.6*η

ηWP4000K=322.7*η

其中：η=辐射功率/输入功率

注：引用这两个计算公式需要注明来源。

这个公式给出了白光灯珠发光效率计算可以根据辐射效率直接计算出来。

同时，已知灯珠发光效率可以根据公式计算出辐射效率。

大家可以根据灯珠光谱分析报告来验证这个公式。

以下面这个光谱分析报告为例：

这个光谱测量报告中，辐射功率=0.166w，输入功率=0.45w

辐射效率=0.166/0.45=0.3689

采用色温6000K的计算公式。

灯珠发光效率=0.3689*330.6=121.96lm/w

测量报告中发光效率=121.56lm/w

误差=0.33%。

这个公式的好处是：

对于封装厂：如果芯片供应商的芯片规格书给出辐射效率，那么封装后的发光效率可以立刻估算出来，这样可以针对不同采购需求采购不同的芯片。

对于灯具厂：当客户要求的发光效率确定时，可以要求封装企业按照相应芯片的辐射效率去生产灯珠。

这样合同双方都是有依据且参数透明的进行合作。

这个算法再一次验证，灯珠的发光效率与封装工艺关联不大，主要取决于芯片技术性能，封装企业创造不出来发光效率，只能改善性提高一点，目前全球的灯珠发光效率值仅取决于目前芯片制造技术状况。

这个计算公式的机理与我推导的灯珠QE计算一样，可以不需要光谱测量就可以计算出相应的参数，关键的参数是辐射效率。

辐射效率可以通过计算封装的发热功率间接的计算出来。

可以通过测量灯珠的发热功率来验算辐射效率。

在这里需要强调的是，辐射效率是由多个效率的乘积组成。

η（λ）=ηext×ηPhosphor×ηoe×ηc

其中：外量子效率 ηext=ηint×ηee

ηint ：内量子效率

ηee ：光子提取效率

ηoe ：封装的光学效率

ηPhosphor ：荧光粉激发效率

ηc ：灯珠内部电路导电效率

封装企业可以认真研究这些效率对自己封装的产品品质的影响。

从这些效率的研究计算可以得出：辐射效率目前不可能突破60%。

可以用类似的方法推导出紫外线激发RGB荧光粉的发光效率。

灯珠的发光效率与光量子效率是应用技术的最关键的参数，充分了解这些参数的机理与计算对LED应用技术至关重要，可以有效的防止应用失误。

有关灯珠光量子效率QE的计算公式，我将在6月初在《植物灯光谱技术论坛》内部公布。

我们把灯珠发光效率机理与算法完整的呈现给广大读者，目的是正确认识LED技术应用，同时也防止一些产品恶意虚标参数，共同维护产业的健康发展。

在此，再次感谢广大读者对本公众号的关注和支持。