光源的发光效率
常见光源PPT课件
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2、光谱功率的分布 不同光源在不同光谱上辐射出不同的光谱
功率，常用光谱功率分布来表示。 若令其最大值为1，将光谱功率分布进行
规划，那么经过归一化的光谱功率称为相 对光谱功率分布。
在选择光源时，一是看光谱功率分布图， 二是看光源的配光曲线
光源的光谱功率分布分为四类:
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3、空间光强分布
分布，与黑体在某一么该黑体的温度就为该辐射源的分
布温度。
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色温：
辐射源发射光的颜色和黑体在一定温度下辐 射光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐 射源的色温。
相关色温：
对于一般光源，它的颜色与任何温度下的
黑体辐射的颜色都不相同，在均匀色度图中，
如果光源的色点坐标点与某一温度下的黑体辐
辐射通量，功率，寿命
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3、光源的分类： （1）热辐射源：
太阳，白炽灯，卤钨灯，黑体辐射器 （2）气体放电光源：
氙灯，汞灯，荧光灯，钠灯，金属卤化物 灯，氘灯，空心阴极灯 （3）固体发光光源： 场致发光灯，发光二极管 （4） 激光器： 气体激光器，固体激光器，染料激光器， 半导体激光器
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§2.1光源的基本特性参数
P
P
单位lm/W（流明每瓦）
例：一个功率（辐射通量）为60W的钨丝灯，在各个 方向上均匀发光，求灯发光强度 解：
钨丝灯发光效率为8-18 lm/w ,取平均值等于15 lm/w,
该灯泡所发光的总光通量为：
Φ＝ηΦe=15×60=900lm 在各方向上均匀发光
I90 07.1 6c 2d 4 π4 π
气体激光器固体激光器染料激光器气体激光器固体激光器染料激光器半导体激光器半导体激光器精选课件ppt2121光源的基本特性参数光源的基本特性参数11辐射效率和发光效率辐射效率和发光效率在给定波长范围内某一光源发出的辐射在给定波长范围内某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比称为该光源在规定光谱范围内的辐射效率
光电检测中常用光源简介
在给定λ1～λ2波长范围内，某一辐射源发出的 辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称 为该辐射源在给定光谱范围内的辐射效率
光源的光通量与 产生光Байду номын сангаас量所需的 电功率之比，是光
源的发光效率
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光电检测中的常v用光 P源v简介Km3788 00eP ()V()d
黑体模拟器 的结构：
目前的黑体模拟器最高工作温度为3000K，而实 际应用的大多是在20光0电0检K测中以的常下用光。源简介
3.白炽灯 白炽灯是光电测量中最常用的光源之一。白炽
灯发射的是连续光谱，在可见光谱段中部和黑体辐 射曲线相差约0.5％，在整个光谱段内和黑体辐射曲 线平均相差2％。
发光特性稳定,寿命长,使用和量值复现方便,因 而也可用作各种辐射度量和光度量的标准光源。
选择光源: 应综合考虑光源的强度、稳定性和 光谱特性等性能。 光电检测中的常用光源简介
§2.2 热辐射源
MeB(T)T4
根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律知，物体只要其温度 大于绝对零度，就会向外界辐射能量，其辐射特性 与温度的四次方有关。
物体由于温度较高而向周围温度较低环境发射 能量的形式称为热辐射，这种物体称为热辐射源
选择光源：光谱功率分布应由测量对象的要求 来决定。
对目视光学系统:一般采用可见区光谱辐射比较 丰富的光源。
对彩色摄影:采用类似于日光色的光源，如卤钨 灯、氙灯等。
在紫外分光光度计中，通常使用氘灯、汞氙灯 等紫外辐射较强的光光电源检测。中的常用光源简介
2.1.3 空间光强分布
在空间某一截面上，自原点向各径向取矢量， 矢量的长度与该方向的发光强度成正比，称其为发 光强度矢量。
发光强度、光通量、照度、亮度
光度学与光相关的常用量有4个：发光强度、光通量、照度、亮度.这4个量尽管是相关的，但为不同的，不能相混。
正像压力、重力、压强、质量是不同的物理量一样。
1、发光强度（I、Intensity），单位坎德拉，即cd。
(是点光源的固有属性，表征光线的汇聚能力）定义：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的（发）光强(度），解释：发光强度是针对点光源而言的，或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合。
这个量是表明发光体在空间发射的会聚能力的.可以说，发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。
发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮，因此，早些时候描述手电都用这个参数。
现在LED也用这个单位来描述，比如某LED是15000的,单位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。
之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd来表示，是因为以前最早LED比较暗，比如1984年标准5mm的LED 其发光强度才0.005cd，因此才用mcd表示，现在LED都很厉害了，但还是沿用原来的说法。
用发光强度来表示“亮度"的缺点是，如果管芯完全一样的两个LED，会聚程度好的发光强度就高.因此,购买LED的时候不要一味追求高I值，还要看照射角度。
很多高I值的LED 并非提高自身的发射效率来达到，而是把镜头加长照射角度变窄来实现的,这尽管对LED手电有用,但可观察角度也受限.另外,同样的管芯LED，直径5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直径10mm的1/4，因为透镜越大会聚特性就越好。
之所以用发光强度来表示手电或LED，是因为在相同距离下对被照射地的照度是与这个成正比的.特别的说，距离1m的lx就是cd值。
但是,很多场合下我们需要照射面积大一些，所以只用发光强度这一特性还不能全面反应手电的能力。
比如,同样的筒身，换个大头（大反光杯)则I值马上增大许多.因此,很多情况下我们用光通量（单位流明，见下）来表示手电了。
白光半导体LED发光效率的计算
半导体光源进入照明领域被认为是继白炽灯、荧光灯之后照明领域的又一次飞跃。由于半导体照明具有高效、节能、环保、使用寿命长、响应速度快、耐振动、易维护等显著优点,人们普遍认为,如同晶体管替代电子管一样,半导体光源取代传统光源是大势所趋。白光LED作为照明光源,其流明效率总是被首要关注的参数,本文基于发光学、色度、光谱学等理论,主要针对白光LED的发光效率进行了相关的理论推导,同时,针对得到的理论计算结果进行了相应的实验验证,并对两者进行了比较和分析。本文所进行的理论推导,均是基于荧光粉转换法实现白光的方法。关于白光LED发光效率的理论推导,主要包括以下几方面的内容:<br>
白光半导体LED发光效率的计算
作者:郑凯
学位授予单位:长春理工大学
1.期刊论文吴庆.黄先.刘丽.王健.褚明辉.张立功.侯凤勤.刘学彦.赵成久.范翊.罗劲松.蒋大鹏.WU Qing.HUANG
Xian.LIU Li.WANG Jian.CHU Ming-hui.ZHANG Li-gong.HOU Feng-qin.LIU Xue-yan.ZHAO Cheng-jiu.FAN Yi.LUO
9.学位论文王妍彦大功率LED发光性能的研究2010
随着发光二极管(Light Emitting Diode)功率的升高,PN结点的产热也大大的提高,而这部分热量会直接影响到LED的工作温度、发光效率、使用寿命可靠性的降低。<br>
本文主要围绕白光LED的封装工艺,研究了单颗大功率封装的1W白光LED光源和集成封装的3W白光LED灯泡的光色电参数的特性。实验结果表明,随着正向驱动电流的增加,白光LED色温增加,发光效率降低。恒流驱动时,LED的电压随着点亮时间的增加而降低(5分钟内)。通过分析,发现P-N结的温度、荧光粉浓度与其涂覆的厚度是影响这些光色电参数变化的主要原因。在相同测试环境条件下,对铜基板和铝基板封装的大功率白光LED灯泡的光电参数,以及其点亮后温度的变化规律进行了研究。分析发现基板材料、散热器大小不同,达到平衡状态时的温度不同,对LED灯的光通量衰减影响程度不同。但照明用白光LED灯泡的色坐标以及色温随温度的增加变化不明显。
热辐射光源
热辐射光源
热辐射光源是一种非相干的光源，是发光物体在热平衡状态下，使热能转变为光能的光源，那么热辐射光源原理是什么呢？常见的热辐射光源有哪些？接下来来为大家讲解下吧。
热辐射光源利用物体通电加热至高温时辐射发光原理制成。
这类灯结构简单，使用方便，在灯泡额定电压与电源电压相同的情况下即可使用。
常用的有：
（1）白炽灯
内装钨质灯丝，发光效率为10～15流／瓦，色温2800开左右，显色性好，额定寿命为1000小时，中国已有由220伏15瓦~220伏1000瓦不同规格的系列产品。
灯头形式有螺口式和卡口式两种。
常用于室内一般照明，还可用于照度要求较低的室外照明。
反射型白炽灯的光束定向发射，光能利用率高，一般用于橱窗、展览馆和需要聚。
流明
流明定义所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺（1 公尺= 1 米）以外的所显现出的亮度。
一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光.。
40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。
光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。
投影仪表示光通量的单位是ANSI 流明，ANSI流明是美国国家标准化协会制定的测量投影仪光通量的标准，它测量屏幕"田"字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，再求九点的平均值，即为该投影仪的ANSI流明。
流明值越高表示越亮，明亮度越高则在投影时就不需要关灯。
ANSI为American National Standards Institute（美国国家标准局）的缩写。
编辑本段详细介绍同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光线越多。
对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。
也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =12.56 lm。
与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。
要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。
人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。
对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683流明。
这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。
对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。
对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。
勒克斯
光照度（勒克斯）解释：照度的国际单位（SI），又称米烛光。
1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的照度，就是一勒克斯。
可以标作勒［克斯］，简称勒。
英为lux，简作lx 。
勒克斯是引出单位，由流明(lm)引出。
流明则由标准单位烛光(cd)引出。
勒克斯是照度单位照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫做勒克斯（Lux），即：确 1Lux=1Lm/m2关系：1lux=1lm/平方米=1cd×s r/平方米流明流明，光通量的单位。
发光强度为1坎德拉(cd)的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1流明”，英文缩写(lm)。
目录流明定义所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺（1 公尺= 1 米）以外的所显现出的亮度。
一个普通40瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10流明，因此可以发出400流明的光.。
40瓦的白炽灯220伏时，光通量为340流明。
光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。
投影仪表示光通量的单位是ANSI流明，ANSI流明是美国国家标准化协会制定的测量投影仪光通量的标准，它测量屏幕"田"字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，再求九点的平均值，即为该投影仪的ANSI流明。
流明值越高表示越亮，明亮度越高则在投影时就不需要关灯。
ANSI为American National Standards Institute （美国国家标准局）的缩写。
详细介绍同样，这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。
光源的光通量越大，则发出的光线越多。
对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。
也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =12.56 lm。
与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。
LED日光灯PK荧光灯对比表
LED日光灯—性能、电源、结构和寿命—中山古镇众天照明灯饰厂最近以来，LED日光灯成为最早进入室内的LED灯具之一，因为它相对于荧光灯来说具有很多优点。
一.优点相对于荧光灯来说，LED日光灯具有10大优点：1．发光效率高：荧光灯的发光效率大约是55-80 lm/W（Philips公司T8荧光灯的发光效率为72lm/W），而LED的发光效率在100 lm/W以上，最近Cree公司的XLampXP-G 的发光效率已经到130流明/W，而且以后还会不断提升。
二者之差现在已经将近一倍。
而以后有可能达到3倍以上。
2．灯具效率高：灯具的效率主要是指有效光效，因为荧光灯是360度发光的，而在反方向发出的光就没有什么用处。
所以荧光灯通常采用一个白色的灯罩，可以把相当一部分的反向光反射回来，一般来说，荧光灯的灯具效率大约只有70%。
而LED日光灯则是120度发光的，所以全部光都是有效光。
虽然有时候也会觉得120度发光角度窄了一点，不过大多数情况下还是够用的。
而且这个发光角度也是可以根据需要来加以调整的。
前面提到Philips的T8荧光灯的发光效率为72lm/W，36W的荧光灯一共发出2592流明，但是灯具效率只有70%，所以有效的流明数为1814.4流明，而LED的发光效率已经超过130lm/W，假定为100lm/W，那么只要18W就可以达到1800流明，也就是只要荧光灯一半的功率就可以有相同的亮度。
而且LED的发光效率还在逐年升高。
3．电源效率高因为所有灯具除白炽灯以外都是需要有专门的电源供电的，电源的效率也就影响了整个灯具的效率。
下面以Philips公司的36WT8荧光灯为例。
它的额定输出功率为36W，但是由于接入了电感镇流器，实测输入功率为42.4W，也就是铁芯电感损耗了6.4W,效率降低为85%，大多数国产的铁芯电感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。
而LED的电源效率通常高达90%，一个18W的LED日光灯只要20W的输入功率。
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光源的发光效率
光源的发光效率是指单位电能发出的光能量的比值，通常用百分比或者量子效率来表示。
在光电器件和光照明等领域，发光效率是非常重要的性能指标之一，它直接影响到产品的能效和使用寿命。
本文将对光源的发光效率进行详细介绍。
一、发光效率的定义
1.1 发光效率的概念
发光效率是指光源单位电能所发出的光能量的比值。
例如，一个电灯泡消耗的电能为100瓦，发出的光能量为10瓦，那么其发光效率为10%。
发光效率通常用百分比来表示，也可以用量子效率来表示。
量子效率是指单位时间内发出的光子数除以单位时间内通过光源的电子数的比值。
例如，一个LED的量子效率为60%，意味着每100个电子中有60个电子转化为光子。
发光效率是设备能效和性能之间的重要指标。
高发光效率会使得设备对电能的利用率更高，从而使得设备更加节能和环保。
同时，高发光效率还可以延长设备的使用寿命，减少维护和更换的成本。
2.1 材料属性
材料的物理和化学性质会直接影响到光源的发光效率。
好的材料应具有高的光转化效率、宽的光谱范围、低的损耗以及高的热学稳定性等特点，这样才能保证光源的高效性和长寿命。
2.2 结构设计
光源的结构设计也是影响发光效率的重要因素。
例如，在LED的结构设计中，不同的芯片和封装方式会直接影响到发光效率。
合理的设计能够使得光线更加均匀和集中，从而提高光线的亮度和功率。
2.3 工艺制造
光源的制造工艺也是影响发光效率的重要因素。
不同的工艺制造过程会直接影响到光源的质量和性能，影响光转化效率和光谱范围等参数。
同时，在制造过程中的工艺瑕疵和材料缺陷也会影响到发光效率，降低设备的寿命。
材料的物理和化学性质直接影响到光源的发光效率。
因此，改进材料的性质和结构可以有效地提高设备的能效和性能。
例如，改进LED芯片的材料和工艺，使得光源性能得到了稳步提高。
采用三元合金或四元合金可以扩大LED的波段范围，提高发光效率。
同时，在封装过程中使用高透光率的材料，可以使得光线更加集中和均匀，提高光源的亮度和功率。
结构设计也是有效提高发光效率的一种方法。
例如，利用反射、折射等技术，可以使得光线更加聚焦和均匀，提高光源的亮度和能效。
科学的工艺制造也可以提高光源发光效率。
例如，在制造LED时，采用合理的工艺流程和设备，可以减少工艺瑕疵和材料缺陷，提高设备的寿命和稳定性。
同时，对制造工艺进行更严格的质量控制和品牌管理，也能有效地提高设备的发光效率和性能。
4.1 照明行业
照明行业是最大的光源应用领域之一，发光效率是照明产品性能的重要指标。
高发光效率可以降低电费支出，增强照明效果，延长产品寿命，提高用户体验。
例如，LED灯泡就采用了高效的LED芯片和封装技术，提高了产品的能效和使用寿命。
4.2 光电器件行业
光电器件行业也是重要的光源应用领域之一，高效的光源能够有效提高设备的性能和能效。
例如，在太阳能电池板、荧光材料等光电器件中，采用高效的光源能够提高设备的光谱范围和光转化效率，从而提高设备的能效和性能。
总之，发光效率是光源领域的重要指标之一，它直接影响到设备的能效和性能。
优化材料性能、结构设计和工艺制造，可以有效提高发光效率，实现节能减排和环保的目标。