Leuchtdioden (LEDs) haben die traditionelle Beleuchtung revolutioniert, wobei ihre herausragende Lichteffizienz der Hauptvorteil darstellt. Als wichtiger Indikator für die Fähigkeit einer LED, elektrische Energie in sichtbares Licht umzuwandeln, bestimmt die Lichteffizienz direkt die Helligkeit, den Energieverbrauch und den Umweltwert und bildet das Fundament für das Verständnis der energiesparenden Vorteile von LEDs.
I. Was ist LED-Lichteffizienz?
Die LED-Lichtwirkung wird gemessen inLumen pro Watt (LM/W); Ein höherer Wert deutet auf eine stärkere Energienutzung hin. Traditionelle Glühlampen erreichen nur 10–20 lm/W, Leuchtstofflampen 50–80 lm/W, während serienproduzierte kommerzielle LEDs 100–150 lm/W erreichen, wobei hochwertige Produkte über 200 lm/W erreichen und ein Energiesparpotenzial von über 50 % bieten. Eine umfassende Bewertung der Leuchtwirkung erfordert außerdem die Referenz auf die externe Quanteneffizienz (EQE) und die Steckdoseneffizienz (WPE), um die Lichtleistung vollständig widerzuspiegeln.
II. Schlüsselfaktoren, die die LED-Lichteffizienz beeinflussen
Die LED-Lichteffizienz wird von mehreren Faktoren beeinflusst, wobei drei Kernaspekte bestehen:
1. Chip und Materialien
Der Chip ist der Kern der Lichtstrahlung. Die Kristallqualität herkömmlicher Galliumnitrid-(GaN)-basierter Materialien bestimmt direkt die obere Grenze der Lichtwirkung, da Defekte zu Energieverlusten führen. Zusätzlich beeinflussen auch Chipgröße und Quantenbrunnenstruktur die Lichteffizienz.
2. Verpackung und optisches Design
Die Verpackung zielt darauf ab, den Photonenverlust zu reduzieren. Kleber mit hohem Brechungsindex und optimierte Strukturen können die Photonenextraktionsrate verbessern. Für weiße LEDs ist die Phosphorleistung entscheidend – minderwertige Phosphore führen zu schnellem Lichtverfall und geringer Lichteffizienz.
3. Wärmeableitung und Betriebsumgebung
70 % bis 80 % der elektrischen Energie einer LED werden in Wärme umgewandelt. Steigende Übergangstemperatur verringert die Lichtwirkung erheblich und beschleunigt die Alterung, daher ist eine effektive Wärmeableitung entscheidend für die Aufrechterhaltung einer hohen Effizienz. Instabiler Betriebsstrom und -spannung beeinflussen ebenfalls die Lichtwirkung.
III. Technologien und Trends zur Verbesserung der Lichteffizienz
Die LED-Lichteffizienz nähert sich ihrer theoretischen Grenze von 250–300 lm/W. Verbesserungstechnologien konzentrieren sich auf drei Bereiche: Optimierung der Kristallqualität und der Quantenwellstruktur auf Materialebene; die Einführung von COB-integrierter Verpackung und Nanobeschichtung auf Verpackungsebene; und intelligente Fahrer zu kombinieren, um die Arbeitsbedingungen für optimale Effizienz anzupassen. Die zukünftige Entwicklung wird sich auf die koordinierte Optimierung von Effizienz, Lichtqualität und Zuverlässigkeit konzentrieren und sich an Mini/Micro-LED-Technologien anpassen.
IV. Anwendungswert von LEDs mit hoher Leuchtkraft
Der Kernwert einer hohen Lichtwirkung liegt in Energie- und Kosteneinsparungen. Für kommunale Straßenbeleuchtung können hocheffiziente LEDs die Leistung von 250W (traditionelle Hochdruck-Natriumlampen) auf unter 100W reduzieren und so jährlich über 1.000 kWh pro Lampe einsparen. Bei der Haus- und Gewerbebeleuchtung senken sie Stromrechnungen und Wartungskosten. Darüber hinaus erweitern sie Beleuchtungsszenarien auf Industrie, Gartenbau und Medizin, was grüne Verbesserungen in allen Branchen vorantreibt.
Schlussfolgerung
Die Verbesserung der LED-Lichteffizienz ist das Ergebnis der Integration von Halbleiter- und Beleuchtungsindustrien und dient als entscheidende Unterstützung für die globale Energieeinsparung und Emissionsreduktion. In Zukunft werden LEDs bei hoher Effizienz umfassende Verbesserungen in Lichtqualität und Intelligenz erreichen und so effizientere und umweltfreundlichere Beleuchtungserlebnisse bieten.
