广东雪莱特光电科技股份有限公司 杨正名 李丽琴
摘要本文论述了几种主要类型光源的发光过程、发光过程中的量子转换效率、量子提取率及辐射能谱等对发光效率的影响。分析了荧光粉的第二次量子转换过程对量子转换效率及量子提取率的影响以及单侧（2π立体角）或有限角度发光光源的光量子提取率，以及这些过程对光效的影响。概述 &nbs
p; 绿照明的主要判据之一是所用光源光效的高低。实施绿照明最重要的内容之一就是高效光源的开发和推广。本文仅就光源的光效问题进行分析，不涉及整个照明系统和配套电子镇流器等环节的节能问题。 传统白炽灯类光源属于低效光源，主要辐射谱在红外波段，可见光能量只占总辐射能量的百分之几，光效不过每瓦8~25流明（lm/W）。提高白炽灯的灯丝温度可以提高光效，但若温
度过高灯寿命将失之过短。
低压钠灯是当前光效最高的放电灯，实际光效可达200lm/W。如此高的光效是因为这种灯直接利用了钠原子的可见光谐振辐射，而光谱能量又正好集中在人眼最灵敏的波长附近。
低气压放电灯的另一种类型为荧光灯，其光效已从60年前的40lm/W提高到当前的50~90lm/W，T5型荧光灯已达到100lm/W甚至更高。
几种主要类型的高强度放电灯如石英金卤灯、高压钠灯和陶瓷金卤灯的光效分别达到60~110lm/W、80~120lm/W和80~130lm/W。这些传统光源的光效似乎已近极限，是否仍有提高余地、如何提高是值得认真研究的课题。
上世纪80年代中晚期LED在中国崭露头角，在显示、指示、信号和装饰光源方面已经完全成功并迅速推广。路边、街口亮出了各种用LED做的动态广告牌，商店门口的霓虹灯大多已换上了LED；交通信号灯及时间指示装置都变成彩LED；车内、车尾的各种白光或彩光源、各种指示及仪表灯也都换成了LED。所有这类光源原本都采用经滤的低效白
炽灯。上述应用充分体现了LED的节能、轻便、耐用、维护费用低等优势，深受使用者欢迎。
白光LED问世之后，人们立即寄以厚望并预期白光LED能很快成为一种节能、长寿命、免维护的照明光源，可用以大量取代传统光源以缓解当前能源的紧张并有助于环境问题的改善。
1998英国资本主义革命年日本政府率先资助LED的研发机构及高校以加速白光医用钛LED的发展，试图尽快使之直接用于功能照明、缓解电力紧张。继之美国政府、2003年中国政府、随后欧洲各国政府均起仿效。我国人口众多，工业发展迅速，能源紧缺更为严重，政府资助力度更大。在这样的形势下，掀起了一股国际性的开发白光LED并用于功能照明的热潮，形成了所谓SSL（SolidStateLighting，即固态照明，我国称为半导体照明）的国际联络机构。
在开发固态照明的大潮中，日、美、中、欧走在前列。我国投入力度更大，试验范围广，后来居上，并且到处“捷报频传”。不仅白光LED的性能指标“日新月异”，而且在应用方面取得了更多突破。不仅在显示、指示、装饰照明、应急照明、移动照明方面成果众多，而且在功能照明诸如室内照明、光伏照明、道路照明等方面，白光LED也是无处不在的。
有人断言白光LED的高光效、高显和长寿命在所有光源中独居魁首、无与伦比，可用以取代一切传统光源。声称目前他们的白光LED光效已达到100lm/W，实验室中则已达到了160lm/W，不久这也将成为产品的指标，而且增势未竭。有人预言白光LED的光效可以达到200~250lm/W，更有甚者则预言可达400lm/W。
在能源紧张、环境问题严重的我国，这些估计是十分诱人的，受到当局的高度重视并得到政府的大力资助，到处立项，政府一掷亿金。获得政府资助的企业家更豪情满怀、刻意创建LED先驱企业、分第一杯羹、挖第一桶金。另一些企业家也抓紧机遇、不甘人后、倾囊投入，使得本来就已经很热的SSL变得更火上加油。
本文不对LED及其他光源的性能和优劣作出评价，仅就光源的发光原理、光量子转换过程、转换效率、由光源特征所决定的量子提取率以及光源辐射谱来分析光源的光效，希望能借以澄清关于光源光效的某些天方夜谭式的估算。一、光效
电光源的功能是将电能转化为光能（电致发光），这两种不同形态能量转换过程是一种量子过程，需要消耗一定能量以产生一个光子。光子能量为hν（h是布朗克常数，h=6.62·10-27尔格·秒，ν是光子频率，（），c是光速，λ为光波波长），所产生的光子的张欧亚
能量与为此而消耗的能量比即为产生光子时的量子效率或量子转换效率或内量子效率。发光过程中产生的光子不一定都能利用，实际辐射出来的光子数与所产生光子数之比即为量子提取率。
当前光源种类繁多，发光原理各不相同，量子转换效率及量子提取率亦异，光效自然不同。在评估光源光效时绝不能脱离光源的发光机理、量子转换过程、量子效率、量子提取率及辐射能谱而凭空估计。
电光源光效的分析（二）
广东雪莱特光电科技股份有限公司 杨正名 李丽琴
如所周知，人眼对不同波长光的敏感度不同，白天人眼对波长555nm的黄光最为敏感（明视觉）。夜晚在物体亮度小于0.001cd/m2时（暗视觉）最敏感波长蓝移到505nm的绿光。不同亮度下人眼视见函数曲线示如图1曲线1、2、3，这三根曲线分别表示明视觉、中间视觉和暗视觉时人眼对不同波长光的敏感度。
光效又称流明效率，即每瓦功率转化为光能后产生的流明数，这一数值除与量子效率、量子提取率有关外，还与所产生的光谱能量分布及视见函数有密切关系。当1瓦功率全部转化为人眼最敏感波长555nm的光能时可以得到683lm。当光波长偏离555nm时则流明效率随视见函数相应降低，例如1瓦功率转化成波长为510nm绿黄光或610nm红光时（该两波长的视见函数值均为0.5），光通量将降低一半，只剩341lm。
图1
若1瓦功率转化成波长为450nm的蓝光（蓝光LED发射光谱带的中心波长）则每瓦功率只能转化为26lm。1瓦功率转化为波长780nm的红外光时流明效率为0。
唐山被打女子坐轮椅 为对光谱与光效的关系有所了解，设想几种特定的光谱能量分布：
若辐射光谱与人眼视见函数一致（图2、曲线1），计算可知每瓦功率转换为所述能谱的光时得到510.8lm、显指数29.9、相关温3952K。实际上这种光是中心波长为555nm、带宽为100nm的黄绿光。
第二种设定的光谱是能量在380~780nm的可见光谱范围内均匀分布（图2、曲线2），每
瓦功率转化为这样的光谱时可得199.2lm的白光、显指数97.5、相关温5442K。
第三种假想光谱能量分布是以最高视见函数的波长555nm为峰、向380nm的紫限和780nm红限直线递减到0，对这样的能谱1瓦功率所相当的光通量为324.1lm、显指数82.7没有不能说的秘密、相关温4320K。这种假想能谱的大部分能量集中在视见函数峰值附近，随视见函数下降、能谱降低。实际的白光光源不可能实现能量在最高视见函数区如此集中的能谱分布，所以很难达到这样高的转换效率。
通过各种模拟计算可以证明，对于任何一种显指数在80以上的白光光源，一瓦功率全部转换为可见光时的光通量最高约300lm，这是难以逾越的极限。
光源的可见光辐射功率与流明效率是不同的概念，前者是一种客观的物理量，后者则还需考虑人眼对光的感受。一些人说“蓝光LED（中心波长450nm）的光效很高，这是不科学的说法。人眼对450nm波长的蓝光很不敏感、视见函数只有0.038，1W功率仅转化为26lm的光通量。
以上只是阐述了光功率与光通量之间换算，考虑光源的实际光效时还需计算光源运转时
的各种能量损失，例如电源中各种元器件的功耗；辐射谱中的紫外和红外等非可见辐射；放电灯内部的电极损耗、电离损耗、管壁损耗、热传导损耗等。
对于荧光灯和白光LED等需经过荧光粉的二次量子转换以产生白光的光源，还需考虑该过程造成的量子效率及量子提取率下降的问题。见图2
3白炽光源的光效
白炽灯类光源包括真空白炽灯、充气白炽灯、卤素灯等。这类光源都是利用加热到高温的炽热钨丝辐射可见光作为光源的，图3给出了黑体温度与辐射谱的关系。
图3中标以3200K的曲线，为该温度下黑体的全辐射谱、其中380~780nm之间的线段为可见光谱范围，这一范围内的虚线包络为视见函数曲线。由图可知，热体的辐射能谱中可见光只占很少部分。即使加热到3200K的黑体、辐射谱的峰值波长仍在900nm的红外区。当热体温度升高到6000K（太阳表面温度）时，辐射谱的峰值波长移到可见光区，而这一温度远远超过了地球上一切物质的汽化温度。
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