發(fā)光與照明----人類照明發(fā)展史

1、王章翠王章翠本章內(nèi)容概括本章內(nèi)容概括 第一部分 人類照明的發(fā)展史 第二部分 人造光源的分類及應(yīng)用 第三部分 現(xiàn)代照明技術(shù)的發(fā)展趨勢 第一部分 人類照明的發(fā)展史原始文明社會原始文明社會-太陽光、月光，鉆木取火、篝火（第一太陽光、月光，鉆木取火、篝火（第一代照明歷經(jīng)了代照明歷經(jīng)了3000030000年創(chuàng)造了原始文明）年創(chuàng)造了原始文明）中世紀(jì)文明中世紀(jì)文明-各種油燈、蠟燭（第二代照明歷經(jīng)了各種油燈、蠟燭（第二代照明歷經(jīng)了30003000年創(chuàng)造了中世紀(jì)文明）年創(chuàng)造了中世紀(jì)文明） 1717世紀(jì)末至世紀(jì)末至2020世紀(jì)五十年代世紀(jì)五十年代-電氣照明、白熾燈、電氣照明、白熾燈、熒光燈熒光燈2020世紀(jì)六十年

2、代初至今世紀(jì)六十年代初至今-節(jié)能節(jié)能LEDLED照明技術(shù)照明技術(shù) 原始文明社會 原始燈火原始燈火-（太陽（太陽-火堆火堆-松明松明-油脂點火油脂點火-磨擦起火）磨擦起火）在原始社會里人們在白天靠著自然光源在原始社會里人們在白天靠著自然光源-太陽，而到晚上卻什么也看不太陽，而到晚上卻什么也看不清，他們經(jīng)過一天天的努力，終于找到了一點人造光源供他們照亮。人造光清，他們經(jīng)過一天天的努力，終于找到了一點人造光源供他們照亮。人造光源有一段漫長的歷史。自從人類發(fā)現(xiàn)火以后，穴居的原始人就用火把照亮。源有一段漫長的歷史。自從人類發(fā)現(xiàn)火以后，穴居的原始人就用火把照亮。原始人發(fā)明用火，是經(jīng)歷了艱苦緩慢的實踐和認(rèn)識

3、過程的。原始人發(fā)明用火，是經(jīng)歷了艱苦緩慢的實踐和認(rèn)識過程的。我們的祖先起初是并不喜歡火的。那時候，火對人類總是板著一副兇狠的臉我們的祖先起初是并不喜歡火的。那時候，火對人類總是板著一副兇狠的臉孔：大火燃起，烈焰沖天，濃煙蔽日，所到之處，一片焦土?；鸬钠茐男允箍祝捍蠡鹑计?，烈焰沖天，濃煙蔽日，所到之處，一片焦土?；鸬钠茐男允乖既送罚龅酱蠡鹁腕@恐萬狀，逃之夭夭。次又一次的實踐，改變原始人望而生畏，遇到大火就驚恐萬狀，逃之夭夭。次又一次的實踐，改變著原始人對火的認(rèn)識，他們慢慢地由怕火而變成愛火。當(dāng)大火再一次襲來的著原始人對火的認(rèn)識，他們慢慢地由怕火而變成愛火。當(dāng)大火再一次襲來的時候，他們不

4、再一跑了之，而是果敢地小心翼翼地把一些還在燃燒的樹枝拿時候，他們不再一跑了之，而是果敢地小心翼翼地把一些還在燃燒的樹枝拿回來，并且不斷地給它添加新的樹枝回來，并且不斷地給它添加新的樹枝精心地精心地“喂養(yǎng)喂養(yǎng)”起來。于是，由幾根樹起來。于是，由幾根樹枝架枝架起的一堆篝火終于燃燒起來了。當(dāng)人類第一次圍在篝火旁度過一個歡樂的夜晚的起的一堆篝火終于燃燒起來了。當(dāng)人類第一次圍在篝火旁度過一個歡樂的夜晚的時時候，該是一幅多么動人的場景??！他們興高采烈，歡呼慶賀，甚至驚喜若狂。啊，候，該是一幅多么動人的場景啊！他們興高采烈，歡呼慶賀，甚至驚喜若狂。啊，他他們終于用自己的勞動戰(zhàn)勝了黑暗，贏得了光明！火堆，這是

5、人類創(chuàng)造的第一盞們終于用自己的勞動戰(zhàn)勝了黑暗，贏得了光明！火堆，這是人類創(chuàng)造的第一盞“燈燈”，這是人類掌握的第一種人工光，這是人類掌握的第一種人工光源。源。蠟燭起源與發(fā)展蠟燭起源與發(fā)展蠟燭起源于原始時代的火把。原始人把脂肪或者蠟一類的東西涂在樹皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。大約在公元前3世紀(jì)出現(xiàn)的蜜蠟可能是今日所見蠟燭的雛形。在西方，有一段時期，寺院中都養(yǎng)蜂，用來自制蜜蠟，這主要是因為天主教認(rèn)為蜜蠟是處女受胎的象征，所以便把蜜蠟視為純潔之光，供奉在教堂的祭壇上。和現(xiàn)代蠟燭相比，古代蠟燭有許多不足之處。唐代詩人李商隱有“何當(dāng)共剪西窗燭”的詩句。詩人為什么要剪燭呢？當(dāng)時蠟燭燭心是用棉

6、線搓成的，直立在火焰的中心，由于無法燒盡而炭化，所以必須不時地用剪刀將殘留的燭心末端剪掉。這無疑是一件麻煩的事，1820年，法國人強(qiáng)巴歇列發(fā)明了三根棉線編成的燭心，使?fàn)T心燃燒時自然松開，末端正好翹到火焰外側(cè)，因而可以完全燃燒。但蠟燭還有待進(jìn)一步完善，它的材料一般是有許多缺點的動物油脂，解決這一難題的是舍未蠟燭燃燒原理蠟燭中間的線叫燭芯蠟燭中間的線叫燭芯,它起到吸上液態(tài)蠟油的作用它起到吸上液態(tài)蠟油的作用.蠟燭剛生產(chǎn)出來時蠟燭剛生產(chǎn)出來時,燭芯上已經(jīng)有了固體蠟油燭芯上已經(jīng)有了固體蠟油,你用火點蠟燭時你用火點蠟燭時,固體蠟油受熱固體蠟油受熱,先容化后汽先容化后汽化化,然后蠟油蒸汽被火點燃然后蠟油蒸汽

7、被火點燃,這樣蠟燭就被點燃了。這樣蠟燭就被點燃了。蠟燭燃燒時放出熱量使下面的固體蠟油容化蠟燭燃燒時放出熱量使下面的固體蠟油容化,被燭芯吸上來被燭芯吸上來,繼續(xù)被上繼續(xù)被上面的火加熱容化面的火加熱容化,汽化汽化,點燃點燃,從而形成循環(huán)。從而形成循環(huán)。蠟燭是可燃物，但是蠟燭在達(dá)到著火點的溫度之前就已經(jīng)熔化，因此蠟燭是可燃物，但是蠟燭在達(dá)到著火點的溫度之前就已經(jīng)熔化，因此一般情況下，固態(tài)的石蠟無法點著，但是液態(tài)或氣態(tài)的石蠟是可以點一般情況下，固態(tài)的石蠟無法點著，但是液態(tài)或氣態(tài)的石蠟是可以點著的。著的?？炕鹧鎸⒔?jīng)過處理的石棉燈芯加熱到發(fā)光的一種照明燈具靠火焰將經(jīng)過處理的石棉燈芯加熱到發(fā)光的一種照明燈具

8、。生物自然光螢火蟲發(fā)光原理螢火蟲發(fā)光原理 螢火蟲的發(fā)光，簡單來說，是熒光素（luciferin）在催化下發(fā)生的一連串復(fù)雜生化反應(yīng)；而光即是這個過程中所釋放的能量。 而螢火蟲的發(fā)光器會發(fā)光，起始于傳至發(fā)光細(xì)胞的神經(jīng)沖動，使得原本處于抑制狀態(tài)的熒光素被解除抑制。而螢火蟲的發(fā)光細(xì)胞內(nèi)有一種含磷的化學(xué)物質(zhì)，稱為熒光素，在熒光素的催化下氧化，伴隨產(chǎn)生的能量便以光的形式釋出。由于反應(yīng)所產(chǎn)生的大部分能量都用來發(fā)光，只有210%的能量轉(zhuǎn)為熱能，所以當(dāng)螢火蟲停在我們的手上時，我們不會被螢火蟲的光給燙到，所以有些人稱螢火蟲發(fā)出來的光為“冷光”。 1879年愛迪生發(fā)明了燈泡年愛迪生發(fā)明了燈泡燈泡的發(fā)展史燈泡的發(fā)展史

9、 1879年，美國的愛迪生成功地把白熾燈泡的壽命延長到了40小時以上。 1910年，美國的庫利廳用鎢絲做燈絲，發(fā)明了鎢絲燈泡。 1913年，美國的蘭米爾在玻殼里充入氣體以防止燈絲蒸發(fā)，發(fā)明了充氣鎢絲燈泡。而第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光LED的問世，半導(dǎo)體照明工具有望替代傳統(tǒng)白熾燈、日光燈、鹵素?zé)舻闹鲗?dǎo)地位，成為廣泛應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保-奠基了當(dāng)代 照明技術(shù)！第二部分 人造光源的分類及應(yīng)用 電光源按發(fā)光原理大體可分為： 1 1、熱輻射光源，、熱輻射光源， 如如: :白熾燈，鹵素光源白熾燈，鹵素光源 2 2、氣體放電光源，如：節(jié)能燈，金鹵燈、氣體放電光源，如：節(jié)能燈，金鹵燈 3、固體發(fā)光光

10、源，如：發(fā)光二極管、固體發(fā)光光源，如：發(fā)光二極管人造光源熱輻射光源固體發(fā)光（LED等）氣體放電光源白熾燈鹵素光源高壓氣體放電低壓氣體放電普通白熾燈泡R80類反光燈泡部分PAR光源MR16、MR11燈杯AR111/AR70溴鎢燈珠碘鎢燈及其他高壓鈉燈高壓金鹵燈其他直管熒光燈緊湊型熒光燈水銀燈及其他第一種 熱輻射光源 熱輻射光源是一種非相干的光源，是發(fā)光物體在熱平熱輻射光源是一種非相干的光源，是發(fā)光物體在熱平衡狀態(tài)下，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿墓庠?，如白熾燈，鹵鎢燈衡狀態(tài)下，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿墓庠?，如白熾燈，鹵鎢燈等。一切熾熱的光源都屬于熱輻射光源。包括太陽，黑體等。一切熾熱的光源都屬于熱輻射光源。包括太

11、陽，黑體輻射等輻射等，其特點是產(chǎn)生連續(xù)的光譜。其特點是產(chǎn)生連續(xù)的光譜。 白熾燈的構(gòu)造及工作原理白熾燈的構(gòu)造及工作原理白白熾電燈的工作原理熾電燈的工作原理：白熾燈是將電能轉(zhuǎn)化為光能的，白熾燈是將電能轉(zhuǎn)化為光能的，以提供照明的設(shè)備，其工作原以提供照明的設(shè)備，其工作原理是：電流通過燈絲（鎢絲，理是：電流通過燈絲（鎢絲，熔點達(dá)熔點達(dá)30003000多攝氏度）時產(chǎn)生多攝氏度）時產(chǎn)生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達(dá)量聚集，使得燈絲的溫度達(dá)20002000攝氏度以上，燈絲在處于攝氏度以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就象燒紅了的鐵白熾狀態(tài)時，就象燒紅了的鐵能發(fā)光一樣而發(fā)

12、出光來。燈絲能發(fā)光一樣而發(fā)出光來。燈絲的溫度越高，發(fā)出的光就越亮。的溫度越高，發(fā)出的光就越亮。故稱之為白熾燈。故稱之為白熾燈。什么是白熾狀態(tài)？什么是白熾狀態(tài)？ 白熾狀態(tài)物體溫度達(dá)到1700以上就發(fā)白光，這種狀態(tài)叫白熾狀態(tài).白熾燈（這與日光燈原理不同）是利用電流的熱效應(yīng)制成的.當(dāng)電流通過燈絲時，燈絲熱到白熾狀態(tài),就發(fā)出很亮的光，可以供我們照明。燈絲的溫度越高，發(fā)出的光就越亮。各種常見的白熾燈各種常見的白熾燈鹵鎢燈的發(fā)光原理及應(yīng)用鹵鎢燈的發(fā)光原理及應(yīng)用 鹵鎢燈是在白熾燈的基礎(chǔ)上在燈內(nèi)添加碘、溴等鹵素，使揮發(fā)的鎢能重新回到燈絲上。這樣，燈絲的溫度就可以比白熾燈高，光效也就更高，一般為1535lm/W

13、，壽命也比白熾燈長。一般來說壽命可超過1000小時。鹵鎢燈小而結(jié)實，配光容易，在壽命期的光通維持率高，幾乎可達(dá)100%。 應(yīng)用范圍： 大功率的鹵鎢燈可以用于車場、工場、建筑工地等處進(jìn)行照明，小功率的鹵鎢燈可以用作商店、展廳等處的室內(nèi)照明。它們一般用于以下燈具它們一般用于以下燈具第二種 氣體放電光源氣體放電燈發(fā)光原理氣體放電燈發(fā)光原理 放電發(fā)光的基本過程分 3個階段：放電燈接入工作電路后產(chǎn)生穩(wěn)定的自持放電，由陰極發(fā)射的電子被外電場加速，電能轉(zhuǎn)化為自由電子的動能;快速運動的電子與氣體原子碰撞,氣體原子被激發(fā),自由電子的動能又轉(zhuǎn)化為氣體原子的內(nèi)能;受激氣體原子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)，將獲得的內(nèi)能以光輻射的

14、形式釋放出來。上述過程重復(fù)進(jìn)行，燈就持續(xù)發(fā)光。放電燈的光輻射與電流密度的大小、氣體的種類及氣壓的高低有關(guān)。一定種類的氣體原子只能輻射某些特定波長的光譜線。低氣壓時，放電燈的輻射光譜主要就是該原子的特征譜線。氣壓升高時，放電燈的輻射光譜展寬，向長波方向發(fā)展。當(dāng)氣壓很高時，放電燈的輻射光譜中才有強(qiáng)的連續(xù)光譜成分。氣體放電示意圖帶電極的氣體放電氣體放電示意圖：空心圓表示可被電離和形成等離子體的氣體原子。當(dāng)帶有正電荷的粒子在電場作用下定向位移時，就形成了放電電流。陰極必須能發(fā)射出足夠多的電子，以維持電流的持續(xù)，而陽極則接收電流。圖中的電阻是直流放電時起限制電流作用的鎮(zhèn)流器。圓中有*符號的表示是被高能電

15、子激發(fā)的原子，他們會產(chǎn)生輻射。氣體放電光源的應(yīng)用節(jié)能燈節(jié)能燈 節(jié)能燈又叫緊湊型熒光燈（國外簡稱CFL燈）它是1978年由國外廠家首先發(fā)明的，由于它具有光效高（是普通燈泡的5倍），節(jié)能效果明顯，壽命長（是普通燈泡的8倍），體積小，使用方便等優(yōu)點，受到各國人民和國家的重視和歡迎，我國于1982年，首先在復(fù)旦大學(xué)電光源研究所成功研制SL型緊湊型熒光燈，二十年來，產(chǎn)量迅速增長，質(zhì)量穩(wěn)步提高，國家已經(jīng)把它作為國家重點發(fā)展的節(jié)能產(chǎn)品（綠色照明產(chǎn)品）作為推廣和使用。接下來對上面的接下來對上面的3 3個過程簡單說明：個過程簡單說明：1、陰極產(chǎn)生電子的方法主要是熱電子發(fā)射：陰極金屬通電產(chǎn)生熱量，使得電子從陰極基

16、金屬和堿土氧化物涂層中釋放；2、紫外線的產(chǎn)生：電子打在汞原子上，汞原子被激發(fā)，產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)移，放 出波長253.7nm為主的紫外線；3、光線的產(chǎn)生：380nm以下、780nm以上為肉眼所無法看見的光線，紫外線的波長位于肉眼所能看見的光線以（380nm以下），熒光粉能夠充分吸收253.7nm的紫外線，產(chǎn)生肉眼能夠看見的可見光。氣體放電光源的應(yīng)用金鹵燈金鹵燈 金鹵燈是交流電源工作的，在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產(chǎn)生電弧放電發(fā)光的放電燈，金屬鹵化物燈是在高壓汞燈基礎(chǔ)上添加各種金屬鹵化物制成的第三代光源。照明采用鈧鈉型金屬鹵化物燈，金鹵燈具有發(fā)光效率高、顯色性能好、壽命長等特點，是一種接近日光色的節(jié)

17、能新光源，廣泛應(yīng)用于體育場館、展覽中心、大型商場、工業(yè)廠房、街道廣場、車站、碼頭等場所的室內(nèi)照明。金鹵燈的應(yīng)用第三種 固體發(fā)光光源 目前發(fā)光二極管是最典型的固體發(fā)光光源的應(yīng)用：目前發(fā)光二極管是最典型的固體發(fā)光光源的應(yīng)用： 發(fā)光二極管通常稱為LED，它們雖然名不見經(jīng)傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數(shù)十種不同的工作，并且在各種設(shè)備中都能找到它們的身影。 它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘表表盤上的數(shù)字，從遙控器傳輸信息，為手表表盤照明并在設(shè)備開啟時向您發(fā)出提示。 如果將它們集結(jié)在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像，或是用于點亮交通信號燈。 本質(zhì)上，LED只是一種易于裝配到電子電路中的微型

18、燈泡。但它們并不像普通的白熾燈，它們并不含有可燒盡的燈絲，也不會變得特別燙。它們能夠發(fā)光，僅僅是半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子運動的結(jié)果，并且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。LED節(jié)能燈的工作原理 LED發(fā)光機(jī)理：PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。LED LED 工作原理和結(jié)構(gòu)圖工作原理和結(jié)構(gòu)圖LED是Light Emitting Diode簡稱，是一種具有兩個電極的半導(dǎo)

19、體發(fā)光器件，讓其流過小量電流就會發(fā)出可見光，第一個商用二極管產(chǎn)生于 1960年。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就

20、發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān) 優(yōu)點：超長壽命，可達(dá)5萬小時；可組成各種顏色節(jié)能，效率比白熾燈高.體積小,燈具設(shè)計靈活.響應(yīng)時間短；環(huán)保：無有害金屬汞。缺點：每瓦的流明成本高.LED目前在照明行業(yè)中的主要應(yīng)用范圍建筑物外觀照明 娛樂場所及舞臺照明室內(nèi)空間展示照明 景觀照明標(biāo)識與指示性照明 交通信號燈、視頻屏幕LEDLED應(yīng)用應(yīng)用大功率大功率LEDLED應(yīng)用應(yīng)用第三部分 現(xiàn)代照明技術(shù)發(fā)展趨勢 現(xiàn)代照明技術(shù)的不斷進(jìn)步，使燈具在滿足實用需求和最大限度地發(fā)揮光源功效的前提下，更注重?zé)艟咄庥^造型上盡可能美觀、舒服、耐用等裝飾性美學(xué)效果，由此形成了現(xiàn)代燈具發(fā)展的四大流行趨勢： 1、追求

21、光源上的高效節(jié)能 2、 注重?zé)艟吆驼彰飨到y(tǒng)的集成化技術(shù)開發(fā) 3、多功能小型化方面的進(jìn)展 4、由單一的照明功能向照明與裝飾并重方向轉(zhuǎn)化綠色照明理念綠色照明理念 綠色照明是美國國家環(huán)保局于上個世紀(jì)90年代初提出的概念。完整的綠色照明內(nèi)涵包含高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等4項指標(biāo)，不可或缺。高效節(jié)能意味著以消耗較少的電能獲得足夠的照明，從而明顯減少電廠大氣污染物的排放，達(dá)到環(huán)保的目的。安全、舒適指的是光照清晰、柔和及不產(chǎn)生紫外線、眩光等有害光照，不產(chǎn)生光污染。高效節(jié)能理念高效節(jié)能理念 高效節(jié)能是指通過科學(xué)的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材

22、以及調(diào)光控制設(shè)備和控光器件），充分利用天然光，改善提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。 現(xiàn)代照明技術(shù)的領(lǐng)軍者現(xiàn)代照明技術(shù)的領(lǐng)軍者-LED 中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應(yīng)用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在“國家半導(dǎo)體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。目前，中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應(yīng)用取得較大進(jìn)展。2007年中國LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元