Gibt eine 1-Watt-660-nm-LED mehr Strahlungsfluss ab als eine 1-Watt-630-nm-LED?

Umständlich vorausgesetzt, dass wir jede dieser 1-Watt-LEDs auf ihre volle Belastbarkeit treiben, geben sie genau den gleichen Strahlungsfluss ab: 1 Watt oder 1 Joule pro Sekunde. Andererseits tut dies auch ein 1-W-Widerstand.

Der Grund: Bei 1 W eingehender elektrischer Leistung muss im Gleichgewicht 1 W abgehende Leistung vorhanden sein. Ein Teil davon wird rotes Licht sein, und der Rest dieser elektrischen Energie wird in die Erwärmung der Komponente fließen, bis die Schwarzkörperstrahlung ausreicht, um ein thermisches Gleichgewicht zu erreichen. Bei den normalen Betriebstemperaturen dieser Komponenten liegt diese Schwarzkörperstrahlung im fernen Infrarotspektrum, aber die Definition des Strahlungsflusses schließt alle elektromagnetische Strahlung ein, auch die, die nicht sichtbar ist.

Die LEDs emittieren weniger Photonen als der Widerstand, da zumindest ein Teil ihrer Strahlung eine höhere Frequenz hat. Höherfrequente Photonen haben mehr Energie , also werden weniger benötigt.

Aber wahrscheinlich interessiert Sie nur die sichtbare Strahlung der LEDs. Dazu müssen Sie lediglich definieren, was Sie unter „sichtbar“ verstehen. Eine Standarddefinition ist der Lichtstrom :

Lichtstrom oder Lichtleistung ist in der Photometrie das Maß für die empfundene Lichtstärke. Er unterscheidet sich vom Strahlungsfluss, dem Maß für die Gesamtleistung elektromagnetischer Strahlung (einschließlich infrarotem, ultraviolettem und sichtbarem Licht), darin, dass der Lichtfluss angepasst wird, um die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges gegenüber verschiedenen Lichtwellenlängen widerzuspiegeln.

Jede Ihrer 1-W-LEDs hat mit Sicherheit einen viel höheren Lichtstrom als ein Widerstand. Die 630-nm-LED hat einen kleinen Vorteil gegenüber der 660-nm-LED, da das Auge für 630 nm empfindlicher ist (die Spitzenempfindlichkeit liegt bei etwa 550 nm). Dies ist jedoch nur eine von vielen Variablen, die zur Beantwortung Ihrer Frage erforderlich sind. Die Einzelheiten hängen von den Besonderheiten des Geräts ab. Lesen Sie die Datenblätter.

Um auf einige Ihrer zusätzlichen Bedenken einzugehen:

Ich bin sehr verwirrt mit dem folgenden: Höhere Wellenlänge == weniger Energie, richtig?

Weniger Energie pro Photon , aber das ist für alltägliche Zwecke wirklich irrelevant.

Wo:

• $c$ist die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde
• $h$ist die Planck-Konstante
• $\nu$ist die Frequenz in Hertz
• $\lambda$ist die Wellenlänge in Metern

Siehe Energie vs. Leistung in Sendern von Amateur Radio Stack Exchange. Obwohl es sich um Funksender handelt, handelt es sich immer noch um elektromagnetische Strahlung, genau wie sichtbares Licht (jedoch mit einer viel niedrigeren Frequenz).

Höhere Wellenlänge auch == weniger Photonen kommen heraus, richtig?

Für diesen Vergleich wird ein gleicher Strahlungsfluss angenommen. Sie haben es umgekehrt: Eine höhere Wellenlänge bedeutet eine niedrigere Frequenz, also weniger Energie pro Photon. Um einen bestimmten Strahlungsfluss (Leistung) zu erreichen, können Sie Folgendes haben:

• eine höhere Anzahl von Photonen mit niedrigerer Energie (höhere Wellenlänge, niedrigere Frequenz) oder
• eine kleinere Anzahl von Photonen mit höherer Energie (niedrigere Wellenlänge, höhere Frequenz).

jede Sekunde emittiert. Die Anzahl der pro Sekunde emittierten Photonen multipliziert mit der Energie pro Photon ergibt den Strahlungsfluss:

Ich beschäftige mich mit Ausgangslicht im sichtbaren Spektrum, im Bereich von etwa 400 bis 700 nm. Allerdings geht es mir nicht um die Empfindlichkeit des menschlichen Auges.

Wenn dies der Fall ist und Sie alle Strahlung in diesem sichtbaren Bereich gleich gewichten möchten, können Sie dies tun. In diesem Fall gibt es außer der Farbe wirklich sehr wenig Unterschied zwischen einer 660-nm- und einer 630-nm-LED (oder einer LED einer anderen Farbe). Jegliche Effizienzunterschiede nach dieser Definition sind eine Folge der Konstruktion des Geräts. Zum Beispiel der Widerstand der Zuleitungen, die Abschattung des LED-Dies durch die Bonddrähte, die Lichtundurchlässigkeit der Linse, Fertigungsfehler etc.

Wenn es länger dauert, ein einzelnes Photon von 660 nm zu erzeugen, das weniger Energie als 630 nm hat, wird die Energiedifferenz zwischen 630 nm und 660 nm Photon durch LED in Wärme umgewandelt?

Nein. Obwohl ein 630-nm-Photon und ein 660-nm-Photon unterschiedliche Energien haben, ist die Rate, mit der sie emittiert werden, unterschiedlich, so dass der Strahlungsfluss identisch ist.

Stellen Sie sich das so vor: Wenn Sie eine Fabrik haben, die Rohwasser mit 100 Litern pro Sekunde verbraucht und dieses Wasser mit der gleichen Rate abtransportieren muss, können Sie:

• 100 1-Liter-Flaschen pro Sekunde versenden
• 10, 10-Liter-Flaschen pro Sekunde versenden
• oder eine beliebige Anzahl anderer Kombinationen, solange Ihre Gesamtwasserleistung 100 Liter pro Sekunde beträgt.

Jedes Photon ist ein Energiepaket. Die LED verbraucht mit einer gewissen Rate (1 W) elektrische Energie und muss mit der gleichen Rate eine andere Art von Energie abgeben (wahrscheinlich Photonen emittieren, entweder als sichtbares Licht oder als Schwarzkörperstrahlung). Dabei spielt es keine Rolle, welche Größe die Pakete haben.

Da Sie die Reaktion des menschlichen Auges ignorieren möchten (Lumen / Lux und all das Falderal.) Und nur Photonen oder Watt zählen, ist es ziemlich einfach. Geht man von der gleichen Effizienz beider LEDs aus, dann wäre die Ausgangswattzahl gleich. Aber die längere Wellenlänge würde Ihnen mehr Photonen geben. (Da jedes Photon h*Energiefrequenz trägt.)

Der Strahlungsfluss ist jeweils in den jeweiligen Datenblättern für einen bestimmten Durchlassstrom (I_fwd) angegeben. Berücksichtigen Sie in Bezug auf die Effizienz (wieder unter Bezugnahme auf die Datenblätter) den Wärmewiderstand jedes Pakets. Typischerweise ist das untere Rth-ja effizienter.

Wenn das Ziel letztendlich darin besteht, die gleiche "Helligkeit" (abgestrahlte Leistung von jedem) zu haben, ist es, je nachdem, wie wichtig dies für Ihre Anwendung ist, sehr wahrscheinlich, dass Sie dies mit einem Lichtdetektor (Fototransistorverstärker) kalibrieren können. Zum Beispiel könnten Sie die LEDs einzeln PWM-schalten und das Tastverhältnis erhöhen / verringern, um den gewünschten Strom, den Sie im Fototransistor versenken, auf Null zu setzen.

Beantwortet das deine Frage?

Gibt eine 1-Watt-660-nm-LED mehr Strahlungsfluss ab als eine 1-Watt-630-nm-LED?

Nicht wahrscheinlich ... aber sicher werden sie anders sein. Genau wie Leuchtstofflampen verwenden die meisten LED-Lampen normalerweise Leuchtstoffe, um elektromagnetische Energie von der Lichtquelle in Ausgangsleistung umzuwandeln. Ich vermute also, dass die LEDs, die Sie wahrscheinlich haben, ein natürliches blau-weißes Licht ausgeben, das durch verschiedene Leuchtstoffe in Leuchtstoffmischungen umgewandelt wird, um "dominante" Wellenlängen von entweder 630 nm (rot) oder 660 nm (tieferes Rot) auszugeben. Die Menge des Strahlungsflusses/der Strahlungsleistung hängt von der Quanteneffizienz (QE) des/der verwendeten Leuchtstoffs/Leuchtstoffe ab.

Einige Leuchtstoffe mit einer Spitzenwellenlänge nahe 655 nm können einen QE von 0,69 haben und andere (teurere) Leuchtstoffe können einen QE von 0,86 haben. Die dominante Wellenlänge von beiden ist normalerweise höher als 660 nm. Um also dominante Wellenlängen von 630 nm und 660 nm zu erhalten, verwendete der LED-Hersteller wahrscheinlich einen 655-nm-Spitzenleuchtstoff, der mit dem üblichen/billigen Y2O3Eu3+-Leuchtstoff (Spitzenwert 611 nm) gemischt wurde, der glücklicherweise eine hohe QE von 0,99 hat.

Der Grund, warum ich mit „nicht wahrscheinlich“ geantwortet habe, ist, dass die 630-nm-LED wahrscheinlich eine Phosphormischung mit mehr Y2O3Eu3+-Phosphor hat, der eine höhere QE hat (Hinweis: andere Phosphore könnten in der Mischung verwendet werden). Für "besser als meine Vermutung" müssen Sie den Lichtquellenbericht von diesem Hersteller erhalten ... dieser listet normalerweise die Strahlungsleistung (Fluss) auf.