半導(dǎo)體照明技術(shù)(第二章)

1、半導(dǎo)體照明技術(shù)(第二章)第二節(jié)第二節(jié) 人工光源人工光源一、人工光源的發(fā)明與發(fā)展一、人工光源的發(fā)明與發(fā)展 火(50) 油燈(約5千年前) 煤油燈(1850年) (1879年) 蠟燭(約2千多年前) 熒光燈(1938年) LED燈(20世紀90)人工光源人工光源二、人工光源的分類二、人工光源的分類 人工光源按其工作原理可分為熱輻射光源和氣體放電光源兩大人工光源按其工作原理可分為熱輻射光源和氣體放電光源兩大類。類。 三、人工光源的主要性能指標三、人工光源的主要性能指標1 1、額定電壓、額定電壓2 2、燈泡（燈管）功率、燈泡（燈管）功率3 3、光通量輸出、光通量輸出 指光源在工作時所發(fā)出的光通量，是光

2、源的重要性能指標。指光源在工作時所發(fā)出的光通量，是光源的重要性能指標。4 4、發(fā)光效率、發(fā)光效率 光源消耗單位電功率所發(fā)出的光通量稱為光源的發(fā)光效率光源消耗單位電功率所發(fā)出的光通量稱為光源的發(fā)光效率, ,簡簡稱光效，單位是稱光效，單位是lm/Wlm/W。5 5、壽命、壽命 壽命是光源的重要性能指標，通常用點燃的小時數(shù)表示。壽命是光源的重要性能指標，通常用點燃的小時數(shù)表示。 光源從第一次點燃到損壞熄滅為止光源從第一次點燃到損壞熄滅為止, ,累計點燃的小時數(shù)稱為光累計點燃的小時數(shù)稱為光源的壽命。光源的壽命有相當大的離散性，因此常用平均壽命和源的壽命。光源的壽命有相當大的離散性，因此常用平均壽命和有

3、效壽命來表示光源的壽命。有效壽命來表示光源的壽命。 a.平均壽命平均壽命 取一組光源作試樣，從一起點燃到取一組光源作試樣，從一起點燃到50%的光源試樣損壞為的光源試樣損壞為止的累計點燃時間的平均值就是該組光源的平均壽命。止的累計點燃時間的平均值就是該組光源的平均壽命。 b.有效壽命有效壽命 光源從點燃起一直到光通量衰減到額定值的某以百分數(shù)光源從點燃起一直到光通量衰減到額定值的某以百分數(shù)(一一般取般取70%-80%)所累計點燃小時數(shù)就稱為光源的有效壽命。所累計點燃小時數(shù)就稱為光源的有效壽命。6、顏色特性、顏色特性 光源的顏色特性包括色溫和顯色性，是光源的重要性能指光源的顏色特性包括色溫和顯色性，

4、是光源的重要性能指標。標。7、啟燃與再啟燃時間、啟燃與再啟燃時間a.啟燃時間：光源接通電源到光源的光通量輸出達到額定值所啟燃時間：光源接通電源到光源的光通量輸出達到額定值所需要的時間。需要的時間。(熱輻射光源小于熱輻射光源小于1s，氣體放電光源幾秒到幾分，氣體放電光源幾秒到幾分不等不等) b.再啟燃時間：正常工作著的光源熄滅后再將其點燃所需再啟燃時間：正常工作著的光源熄滅后再將其點燃所需要的時間。要的時間。8、閃爍與頻閃效應(yīng)、閃爍與頻閃效應(yīng)（1）閃爍：用交流電點燃光源時，在每半周期內(nèi)，光源的）閃爍：用交流電點燃光源時，在每半周期內(nèi)，光源的光通量隨著電流的增減發(fā)生周期性明暗變化的現(xiàn)象。光通量隨著

5、電流的增減發(fā)生周期性明暗變化的現(xiàn)象。（2）頻閃效應(yīng)：在一定頻率變化的光線照射下，觀察到的）頻閃效應(yīng)：在一定頻率變化的光線照射下，觀察到的物體運動呈現(xiàn)靜止或不同于實際運動狀態(tài)的現(xiàn)象。（會降低物體運動呈現(xiàn)靜止或不同于實際運動狀態(tài)的現(xiàn)象。（會降低視覺分辨能力，易誘發(fā)各種事故）視覺分辨能力，易誘發(fā)各種事故）四、常用的人工光源四、常用的人工光源（一）白熾燈（一）白熾燈1 1、原理、原理 白熾燈是最早出現(xiàn)的電光源白熾燈是最早出現(xiàn)的電光源, ,即所謂第一代光源。它是將燈絲即所謂第一代光源。它是將燈絲加熱到白熾加熱到白熾(2400-3000K)(2400-3000K)的程度的程度, ,利用熱輻射發(fā)出可見光。利

6、用熱輻射發(fā)出可見光。2、特點、特點 優(yōu)點：白熾燈具有顯色性好優(yōu)點：白熾燈具有顯色性好(Ra=100)，結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，能瞬時點燃，無頻閃現(xiàn)象，可調(diào)光，能瞬時點燃，無頻閃現(xiàn)象，可調(diào)光，價格便宜等特點。價格便宜等特點。 白熾燈的色溫約為白熾燈的色溫約為24002900K 缺點：光效最低缺點：光效最低(8-15Lm/W)，壽命較短壽命較短(1500-2000H)。白熾燈3 3、種類、種類 白熾燈的種類很多，有普通型、磨砂型、漫射型、反射型、白熾燈的種類很多，有普通型、磨砂型、漫射型、反射型、裝飾型、局部照明燈泡、水下燈泡等。裝飾型、局部照明燈泡、水下燈泡等。4 4、白熾燈的應(yīng)

7、用、白熾燈的應(yīng)用適用于家庭、賓館、飯店及藝術(shù)照明適用于家庭、賓館、飯店及藝術(shù)照明投光照明和小型建筑物照明投光照明和小型建筑物照明電影、劇院和舞臺布景照明電影、劇院和舞臺布景照明我國白熾燈禁用史我國白熾燈禁用史 n早在2011年，我國就有了白熾燈淘汰計劃表。國家發(fā)改委、商務(wù)部等多部門聯(lián)合印發(fā)的關(guān)于逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈的公告，明確從2011年11月1日起，按照功率大小分五個階段，逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈。如今，100瓦及以上普通照明白熾燈已于2012年10月1日起禁止進口和銷售。今年將進入第三個階段，2014年10月1日起禁止進口和銷售60瓦及以上普通照明白熾燈。預(yù)計在2016

8、年10月1日，將禁止進口和銷售15瓦及以上普通照明白熾燈，或視中期評估結(jié)果進行調(diào)整。（二）（二）鹵鹵 鎢鎢 燈燈 1、 原理原理 如果在玻殼內(nèi)所充填的惰性氣體另加入微量的鹵素物質(zhì)，利如果在玻殼內(nèi)所充填的惰性氣體另加入微量的鹵素物質(zhì)，利用鹵鎢的再生循環(huán)作用，被蒸發(fā)的鎢與鹵素結(jié)合成鹵化鎢。用鹵鎢的再生循環(huán)作用，被蒸發(fā)的鎢與鹵素結(jié)合成鹵化鎢。 鹵鎢循環(huán)的簡單解釋如下：鹵鎢循環(huán)的簡單解釋如下：nWXnXW式中，式中，X代表所用鹵素代表所用鹵素，W代表鎢，代表鎢，n代表原子數(shù)。代表原子數(shù)。石英玻璃管石英玻璃管金屬支架金屬支架燈絲燈絲單端式單端式雙端式雙端式鹵鎢燈結(jié)構(gòu)圖鹵鎢燈結(jié)構(gòu)圖鹵鎢燈實物圖鹵鎢燈實物圖

9、2、特點、特點 由于鹵鎢循環(huán)作用的原因，它與白熾燈比較，燈的壽命增長由于鹵鎢循環(huán)作用的原因，它與白熾燈比較，燈的壽命增長50%（1500-2000 H ），光效提高），光效提高30( 10-30Lm/W )。鹵鎢。鹵鎢燈具有體積小、功率大、能夠瞬時點燃、可調(diào)光、無頻閃效應(yīng)、燈具有體積小、功率大、能夠瞬時點燃、可調(diào)光、無頻閃效應(yīng)、顯色性好和光通維持性好等特點。顯色性好和光通維持性好等特點。3 3、應(yīng)用、應(yīng)用 鹵鎢燈多用于較大空間、要求高照度的場所，其色溫特別適鹵鎢燈多用于較大空間、要求高照度的場所，其色溫特別適用于電視轉(zhuǎn)播攝象照明。用于電視轉(zhuǎn)播攝象照明。體育場、廣場、會場、舞臺、體育場、廣場、會

10、場、舞臺、機場、商業(yè)和攝影等機場、商業(yè)和攝影等（三）熒光燈（三）熒光燈熒光燈結(jié)構(gòu)圖熒光燈結(jié)構(gòu)圖1、原理、原理 熒光燈是一種預(yù)熱式低壓汞蒸氣放電燈。熒光燈是一種預(yù)熱式低壓汞蒸氣放電燈。 由汞蒸汽放電產(chǎn)生的紫外線輻射激發(fā)熒光粉而發(fā)光。由汞蒸汽放電產(chǎn)生的紫外線輻射激發(fā)熒光粉而發(fā)光。汞汞Hg自激放電自激放電電離電離熒光粉紫外線可見光可見光2、特點、特點 壽命長壽命長 光通衰減少光通衰減少啟動慢啟動慢 點燃遲點燃遲 發(fā)光效率高發(fā)光效率高不能頻繁啟動不能頻繁啟動 環(huán)境要求高環(huán)境要求高光色豐富光色豐富 顯色性能好顯色性能好3000h3-5S25-67Lm/W溫度溫度濕度濕度R70-99色溫范色溫范圍廣圍廣3

11、、分類、分類(1)按其熒光粉的不同可分為：按其熒光粉的不同可分為：日光色（日光色（6500K），與微陰的天空光相似；白色（），與微陰的天空光相似；白色（4500K）與）與日出兩小時后的太陽直射光相似日出兩小時后的太陽直射光相似 ；暖白色（；暖白色（3000K），與白），與白熾燈光接近。熾燈光接近。(2)按外形不同可分為直管形、環(huán)形和按外形不同可分為直管形、環(huán)形和U形。形。(3)按燈絲工作方式分為熱陰極式及冷陰極式。按燈絲工作方式分為熱陰極式及冷陰極式。(4)按用途分為普通照明及裝飾用的彩色熒光燈管以及小功率按用途分為普通照明及裝飾用的彩色熒光燈管以及小功率高光效的節(jié)能型燈管等。高光效的節(jié)能型燈

12、管等。熒光燈熒光燈適用于進行較精細的照明，照度要求較高或進行長適用于進行較精細的照明，照度要求較高或進行長時間視覺工作的場所。時間視覺工作的場所。光譜較連續(xù)，顯色性好，故適于需要正確識別色彩光譜較連續(xù)，顯色性好，故適于需要正確識別色彩的場所，節(jié)能的場所。的場所，節(jié)能的場所。光色特殊，故適合于無天然采光的空間照明或要求環(huán)光色特殊，故適合于無天然采光的空間照明或要求環(huán)境較舒適的場所，但懸掛不宜太高。境較舒適的場所，但懸掛不宜太高。不宜在開關(guān)頻繁的場所和環(huán)境質(zhì)量惡劣的地方使用，不宜在開關(guān)頻繁的場所和環(huán)境質(zhì)量惡劣的地方使用，瞬時啟動和調(diào)光的場所也不適合。瞬時啟動和調(diào)光的場所也不適合。4、應(yīng)用、應(yīng)用（四

13、）低壓鈉燈（四）低壓鈉燈1、原理、原理 納蒸汽放電，納蒸汽放電，Na原子在放電時受到激發(fā)和電離，當受激原子在放電時受到激發(fā)和電離，當受激Na原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，將在原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，將在589nm和波長位置產(chǎn)生共振和波長位置產(chǎn)生共振輻射，這兩根譜線稱為納的雙黃線或輻射，這兩根譜線稱為納的雙黃線或D線。線。2、特點、特點 人造光源中光效最高人造光源中光效最高(200lm/W),壽命較長壽命較長(14000-18000H)，顯色性差顯色性差(Ra=-44)，預(yù)熱時間過長。，預(yù)熱時間過長。3、應(yīng)用、應(yīng)用 僅用于部分道路照明和安全照明。僅用于部分道路照明和安全照明。（五）高壓放電燈（五）

14、高壓放電燈1、原理、原理 對高壓放電燈的發(fā)光管內(nèi)的電極間對高壓放電燈的發(fā)光管內(nèi)的電極間施加電壓，在啟動時氣體施加電壓，在啟動時氣體(氬氣及氙氣氬氣及氙氣)內(nèi)開始放電，此時產(chǎn)生放電弧光高溫約內(nèi)開始放電，此時產(chǎn)生放電弧光高溫約數(shù)千度，添加物數(shù)千度，添加物(金屬金屬)蒸發(fā)而產(chǎn)生氣體，蒸發(fā)而產(chǎn)生氣體，蒸發(fā)的氣體與添加物原子內(nèi)之電子相互蒸發(fā)的氣體與添加物原子內(nèi)之電子相互碰撞，添加物的固有波長會被激發(fā)而發(fā)碰撞，添加物的固有波長會被激發(fā)而發(fā)光。例如水銀會發(fā)出青色的光，鈉會發(fā)光。例如水銀會發(fā)出青色的光，鈉會發(fā)出橘黃色的光，鉈會發(fā)出綠色的光。出橘黃色的光，鉈會發(fā)出綠色的光。2、分類、分類 主要分為高壓汞燈、高壓

15、鈉燈和金屬主要分為高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈鹵化物燈輔助電極輔助電極主電極主電極發(fā)光管發(fā)光管外殼外殼高壓放電燈示意圖高壓放電燈示意圖（1）高壓汞燈）高壓汞燈1）原理）原理 電壓加在高壓汞燈的兩個主電極和主電極與輔助電極之間，電壓加在高壓汞燈的兩個主電極和主電極與輔助電極之間，主電極和輔助電極之間產(chǎn)生輝光放電，并過渡到主電極之間的弧主電極和輔助電極之間產(chǎn)生輝光放電，并過渡到主電極之間的弧光放電，溫度上升，汞氣化使氣壓上升，高壓放電，發(fā)光。光放電，溫度上升，汞氣化使氣壓上升，高壓放電，發(fā)光。2）特點）特點 高壓汞燈具有光效高、耐震、耐熱、壽命長等特點，但啟燃高壓汞燈具有光效高、耐震、耐熱、壽

16、命長等特點，但啟燃時間較長時間較長(4-10min)。3）應(yīng)用）應(yīng)用 多用于車間、禮堂、展覽館等室內(nèi)照明，或道路、廣場的室外多用于車間、禮堂、展覽館等室內(nèi)照明，或道路、廣場的室外照明。照明。高壓汞燈高壓汞燈 （2）、高）、高 壓壓 鈉鈉 燈燈 1）原理原理：利用高氣壓納蒸汽放電發(fā)光。：利用高氣壓納蒸汽放電發(fā)光。高壓鈉燈結(jié)構(gòu)圖和工作電路圖 2）特點及應(yīng)用）特點及應(yīng)用 高壓鈉燈具有光效高、紫高壓鈉燈具有光效高、紫外線輻射小、透霧性能好、光外線輻射小、透霧性能好、光通維持性好、可任意位置點燃通維持性好、可任意位置點燃、耐震等特點，但顯色性差，、耐震等特點，但顯色性差，平均顯色指數(shù)為平均顯色指數(shù)為21

17、。它廣泛用。它廣泛用于道路照明，當與其它光源混于道路照明，當與其它光源混光后，可用于照度要求高的高光后，可用于照度要求高的高大空間場所。大空間場所。 高壓鈉燈實物圖（3）金）金 屬屬 鹵鹵 化化 物物 燈燈 金屬鹵化物燈是近年發(fā)展起來的所謂第三代光源，它與金屬鹵化物燈是近年發(fā)展起來的所謂第三代光源，它與高壓汞燈類似，但在放電管中除了充有汞和氫氣外，還加高壓汞燈類似，但在放電管中除了充有汞和氫氣外，還加充發(fā)光的金屬鹵化物（以碘化物為主）。充發(fā)光的金屬鹵化物（以碘化物為主）。 金屬鹵化物燈發(fā)光效率高、顯色性能好、但平均壽命短金屬鹵化物燈發(fā)光效率高、顯色性能好、但平均壽命短.主要有：主要有：（1）鈉

18、鉈銦燈（白光）鈉鉈銦燈（白光）（2）鏑燈（白光）鏑燈（白光）（3）超高壓銦燈和錫燈（白光）超高壓銦燈和錫燈（白光）（4）單色性很高的燈，如鉈燈（綠光）、銦燈（藍光）單色性很高的燈，如鉈燈（綠光）、銦燈（藍光）金屬鹵化物燈金屬鹵化物燈3、高壓氣體放電燈特性比較、高壓氣體放電燈特性比較高壓熒光汞燈高壓熒光汞燈金鹵燈金鹵燈高壓鈉燈高壓鈉燈材料材料汞、 Na 、Ar熒光粉金屬鹵化物、汞Na、汞、N2溫度溫度4005000C70010000C3500C光效光效3260Lm/W5213064150色溫色溫5500K30006500K19002800K壽命壽命1.02.0萬h0.31.01.22.4頻繁啟動頻繁啟動對壽命影響很大不明顯不明顯啟動時間啟動時間48min410min410min經(jīng)濟性經(jīng)濟性價格低廉昂貴適中燈燈 型型特性特性（六）無極燈（六）無極燈 第四代照明產(chǎn)品，無燈絲，無電極，是第四代照明產(chǎn)品，無燈絲，無電極，是無電極氣體放無電極氣體放電熒光燈電熒光燈的簡稱的簡稱 n1、原理、原理n無極燈由高頻發(fā)生器、耦無極燈由高頻發(fā)生器、耦合器和燈泡三部分組成。合器和燈泡三部分組成。它是通過高頻發(fā)它是通過高頻發(fā) 生器的電生器的電磁場以感