LED電光輻射與視覺效率全解析

解析：等電流 (350mA) 驅動下，各波段 LED 之電能損耗、物理能輻射與人眼視覺感知特性

LED 之發光機制取決於電子跨越能階釋放之能量。依據量子力學公式 $E = hc/\lambda$，波長愈短之光子能量愈高，要求之啟動電位亦隨之增加。是以在等電流基準下，短波長元件之總功耗 (W) 顯著高於長波長元件。

輸入電功率 P_e(W) = 順向電壓 V_f(V) × 驅動電流 I(A)

紫外光 (UV 365nm)Vf ≈ 3.6V

P_e ≈ 1.26W

藍/綠光 (450-525nm)Vf ≈ 3.3V

P_e ≈ 1.15W

黃/紅光 (590-660nm)Vf ≈ 2.2V

P_e ≈ 0.77W

紅外光 (IR 850nm)Vf ≈ 1.6V

P_e ≈ 0.56W

電光轉換效率 (Wall-Plug Efficiency) 係衡量 LED 將電能轉化為物理輻射之絕對能力。輸入功耗若未有效轉化為物理輻射，則主要以熱能形式逸散。各波段之材料成熟度決定了其 WPE 表現。

輻射功率 P_r(mW) = P_e(W) × WPE × 1000

藍光元件 (InGaN)：WPE 達 50-60%

在 350mA 驅動下展現全譜系最強之輻射能量密度，係目前半導體能效轉化之標竿波段。

紅/琥珀光元件 (AlGaInP)：WPE 達 40-50%

憑藉成熟的材料體系，在 0.77W 的低電壓驅動下仍能產出穩定且強大的物理功，能源利用率極佳。

綠光元件 (Green Gap)：WPE 約 15-20%

受限於材料晶格缺陷，其電能轉化效率為可見光波段中之最低者，多數能量轉化為廢熱散失。

紫外光元件 (UV)：WPE 約 25-35%

雖然具備高輸入功率，但轉換效率受限於載子吸收損失。其價值在於高能光子產出的光化學作用。

紅外光元件 (IR)：WPE 約 35%

以極低之啟動偏壓產出穩定的輻射通量，對於長時間運作之感測與監控系統具備高度節能優勢。

光通量 (lm) 係依據人眼對光譜之生理響應加權而得。流明計算必須導入 V(λ) 標準視見函數，其反映了物理能量與人類生理感知的非線性關係。

光通量 Φ_v(lm) = P_r(W) × 683 × V(λ)

綠光波段 (555nm)

V(λ) = 1.0

位處人眼敏感度巔峰。即便其 WPE 轉換能效極低，但憑藉極高之生理加權，其流明輸出能力仍居首位。

紅/黃光波段 (620nm)

V(λ) ≈ 0.3

生理敏感度雖居中，但受惠於強大的物理功率 (mW) 輸出，其 lm 值表現極佳，僅次於綠光。

藍光波段 (450nm)

V(λ) ≈ 0.04

具備強大物理能量輸出，但人眼對此波長極不敏感，呈現「視覺亮度低、物理能量強」之特徵。

紫外光 (UV)

V(λ) = 0

完全超出人眼明視覺範圍，無視覺亮度產生。其應用核心在於紫外輻射之能量作用。

紅外光 (IR)

V(λ) = 0

處於不可見長波段，lm 值恆等於 0。專注於感測、夜視及光通訊等非視覺感知領域。