発光効率

発光効率
一般的な記号	け
SI単位	lm⋅W −1
SI基本単位では	cd⋅s 3 ⋅kg −1 ⋅m −2
寸法	${\displaystyle {\mathsf {J}}{\mathsf {T}}^{3}{\mathsf {M}}^{-1}{\mathsf {L}}^{-2}}$

発光効率は、光源が可視光をどれだけ効率よく生成できるかを示す指標である。これは光束と電力の比率であり、国際単位系（SI）のルーメン/ワットで測定される。文脈に応じて、電力は光源の出力の放射束、または光源によって消費される総電力（電力、化学エネルギーなど）のいずれかになる。^{[1] [2] [3]} この用語がどちらの意味を意図しているかは通常、文脈から推測する必要があり、不明瞭な場合がある。前者の意味は放射の発光効率^[4]と呼ばれることもあり、後者は光源の発光効率^[5]または総発光効率[ ^6]と呼ばれることもある。^[7]

人間の目のスペクトル感度のため、すべての波長の光が同じように見えるわけではなく、人間の視覚を刺激する効果も同じようにあるわけではありません。スペクトルの赤外線と紫外線部分の放射は照明には役立ちません。光源の発光効率は、エネルギーを電磁放射に変換する効率と、放射された放射が人間の目でどれだけよく検出されるかによって決まります。

発光効率は、発光効率と呼ばれる無次元量に対する最大可能発光効率によって正規化できます。有効性と効率性の区別は、公開されている情報源では必ずしも厳密に維持されているわけではないため、「効率」がワットあたりのルーメンで表されたり、「効力」がパーセンテージで表されたりすることは珍しくありません。

定義上、可視スペクトル外の光は標準的な人間の視覚システムでは見えず、したがって発光効率には寄与せず、むしろ発光効率を低下させる可能性があります。

放射の発光効率は、照明に有効な電磁力の割合を測定します。これは、光束を放射束で割ることで得られます。^[4]可視スペクトル外の光の波長は、そのような光の光束がゼロであるのに対し、放射束に寄与するため、発光効率を低下させます。目の反応のピークに近い波長は、端に近い波長よりも強く寄与します。

可視スペクトル外の光の波長は、一般照明には役立ちません^{[注 1]}。さらに、人間の視覚は、他の波長よりも特定の光波長に強く反応します。この目の反応は、視感度関数によって表されます。これは、明所視を表す標準化された関数で、一般的な昼間の条件下で活動する目の錐体細胞の反応をモデル化します。暗い/夜の条件に対しては、錐体のない桿体細胞 の反応をモデル化した別の曲線を定義することができ、これは暗所視と呼ばれます。(薄明所視は、薄暗い条件での明所視と暗所視の間の遷移領域を表し、錐体と桿体の両方が活動します。)

明所視発光効率は、波長555 nmの単色光の場合、最大683.002 lm/Wである。  ^{[注 2]}暗所視放射効率は、波長507 nmの単色光で最大1700 lm/Wに達する。^{[注 3]}

発光効率（放射効率）はKで表され、次のように定義される^[4]

${\displaystyle K={\frac {\Phi _{\mathrm {v} }}{\Phi _{\mathrm {e} }}}={\frac {\int _{0}^{\infty }K (\lambda )\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,\mathrm {d} \lambda }{\int _{0}^{\infty }\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }\,\mathrm {d} \lambda }},}$

どこ

• Φ _{v は}光束です。
• Φ _{e は}放射束である。
• Φ _{e,λ は}スペクトル放射束である。
• K ( λ ) = K _m V ( λ )はスペクトル発光効率です。

人工光源は通常、光源の発光効率（壁コンセント効率とも呼ばれる）で評価されます。これは、デバイスによって放出される全光束と、デバイスが消費する入力電力（電気など）の総量との比率です。光源の発光効率は、スペクトル応答曲線（光度関数）を考慮して出力を調整したデバイスの効率の尺度です。無次元形式（たとえば、最大可能発光効率の割合）で表すと、この値は光源の発光効率、全発光効率、または照明効率と呼ばれることがあります。

放射線の発光効率と光源の発光効率の主な違いは、後者は熱として失われるか、または電磁放射以外の何かとして光源から放出される入力エネルギーを考慮することです。放射線の発光効率は、光源から放出される放射線の特性です。光源の発光効率は、光源全体の特性です。

次の表は、光源の発光効率とさまざまな光源の効率を示しています。電気/電子安定器を必要とするすべてのランプは、特に断りがない限り (電圧も参照)、その損失なしでリストされており、全体の効率が低下します。

白熱電球など、固体フィラメントからの熱放射に依存する光源は、ドナルド・L・クリプスタインが説明しているように、「理想的な熱放射体は、約 6300 °C (6600 K または 11,500 °F) の温度で最も効率的に可視光を生成します。この高温でも、放射の多くは赤外線または紫外線であり、理論上の発光効率は 1 ワットあたり 95 ルーメンです。これに近い温度では、固体で電球のフィラメントとして使用できる物質はありません。太陽の表面はそれほど熱くはありません。」^{[23]通常の電球の}タングステンフィラメントが固体のままである温度 (3683 ケルビン未満) では、放射のほとんどは赤外線です。^[23]

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