Obecnie widzimy diody LED o skuteczności świetlnej 300 lumenów na wat.
Może w laboratorium. Obecnie dostępne na rynku białe diody LED mają około 200 lm / w. 400 lm / w to praktyczna górna teoretyczna granica. US DOE szacuje, że do 2025 roku przekroczy 250 lm / w.
Komercyjne niebieskie diody LED mają do około 80% skuteczności (Cree XP-3G i OSRAM Oslon SSL).
Białe diody LED wykorzystują niebieskie diody pokryte żółtym luminoforem.
Teoretycznie luminofory mogą dawać lepszą niż 100% skuteczność.
Gdyby koszt produkcji diody UV LED drastycznie spadł, skuteczność mogłaby gwałtownie wzrosnąć. Doniesiono o diodach LED emitujących blisko 400 nm o niezwykle wysokiej wydajności (Morita i in., 2004)
Jaki teoretyczny dach napotkalibyśmy w odległej przyszłości?
1 foton na elektron to idealna wydajność kwantowa jedności.
Wewnętrzna, ekstrakcyjna, zewnętrzna i moc to cztery podstawowe sprawności diod LED.
Wewnętrzny: liczba fotonów emitowanych z obszaru aktywnego na elektron przekraczający pasmo wzbronione. W zależności od materiałów i temperatury
Ekstrakcja: fotony emitowane przez aktywny region, które uciekają z matrycy LED. Jeśli wszystkie fotony emitowane przez obszar aktywny są również emitowane w wolnej przestrzeni, wydajność ekstrakcji wynosi jedność.
Zewnętrznie: stosunek liczby użytecznych cząstek światła wyemitowanych do
liczba elektronów przekraczających pasmo wzbronione.
Efektywność energetyczna to efektywność „wtyczki do gniazdka”. Liczba emitowanych fotonów na jeden wykorzystany wat.
Jeśli technologia osiągnie teoretyczne maksimum jednego fotonu na elektron
Teoretyczna skuteczność lm / w jest oparta wyłącznie na wyjściu widmowym.
Istnieją trzy wspólne jednostki miary strumienia LED. Świetlny (lumen), radiometryczny (waty) i kwantowy (liczba fotonów, jednostka SI = mole).
Widoczne widmo to 380 nm (770 THz) do 770 nm (390 THz)
Najwięcej mocy radiometrycznej przenosi foton fioletowy 380 nm.
Większość lumenów uzyskasz z wata zielonych fotonów 555 nm (540 THz).
602,214,085,700,000,000 elektronów w 1 wacie.
624 200 000 000 000 000 fotonów w 1 µMolu.
co daje 1,036508469 µmol / w
Conwersja energii fotonów na strumień fotonów
Foton ma kwanty energii Ep, które są zdefiniowane przez:
Ep = h • f
gdzie h = stała Plancka 6,63 x 10 ^ -34 i
f = częstotliwość = c / λ
gdzie c = prędkość światła = 299800000 m / s, a <br>
λ = długość fali w metrach<br>
Dlatego
Ep = h • (c / λ)
Tliczba fotonów, Np, może być obliczona przez
Np = E / Ep
= E • ((λ • 10 ^ -9) / h • c)
= E [W / m2] • λ • 10 ^ -9 [m] • / (1,988 • 10 ^ -25)
= E • λ • 5,03 • 10 ^ 15 [1 / (m² • s)] (z irradiancją [W / m²])
UWAGA: powyżej λ jest wyrażone w nm
Trumień fotonów można wyznaczyć za pomocą:
Ef = Np / NA
gdzie NA = liczba Avogadro 6,022 • 10 ^ 23 / mol)
Razem daje
równanie na konwersję irradiancji [W / m2] to strumień kwantowy [µE]:
Ef = Np / NA = (E • λ • 5,03 • 1015 [1 / (m2 • s)]) / (6,02 • 1017 [1 / µmol])
= E • λ • 0,836 • 10-2 [µmol / (m2 • s)]
1 µMol fotonów 555 nm = 0,2234 watów
Fotopowa skuteczność świetlna przy 555 nm = 147,2
147,2 x 1,036508469 µmol / w = 152,574 lm
152,574 lm / 0,2234 w = 683 lm / w
REFERENCJE:
Light Emitting Diodes , 2nd Edition, E. Fred Schubert
kandela (cd): kandela to natężenie światła w danym
kierunek źródła, które emituje monochromatyczne promieniowanie o częstotliwości
540 THz herców (555 nm) i ma w tym intensywność promieniowania
kierunek 1/683 wata na steradian.
źródło The International System of Measuring Units
kalkulator kandeli na lumen
Fotopowa skuteczność świetlna, krzywa wrażliwości względnej dla C.I.E.Standardowy obserwator
Współczynniki konwersji nasłonecznienia