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照明光源
閱讀�3235�(shí)間:2016-10-18 15:32:28

    照明光源(illumination source)指用于建筑物�(nèi)外照明的人工光源。近代照明光源主要采�電光�(即將電能轉(zhuǎn)換為光能的光源),一般分為熱輻射光源、氣體放電光源和半導(dǎo)�光源三大��

種類

    熱輻射光�
    利用物體通電加熱至高溫時(shí)輻射�(fā)光原理制�。這類燈結(jié)�(gòu)簡單,使用方�,在燈泡額定電壓與電源電壓相同的情況下即可使用�
    氣體放電光源
    利用電流通過氣體�(shí)�(fā)光的原理制成。這類燈發(fā)光效率高,壽命長,光色品種多�
    半導(dǎo)體光�
    包括熒光粉在電場作用下發(fā)�,或者是半導(dǎo)體p-n�(jié)�(fā)�。這類燈僅用于需要特殊照明的場所�

主要�(chǎn)�

    白熾�
    白熾燈 �(nèi)裝鎢�(zhì)燈絲,發(fā)光效率為10�15lm/w,色�2800K左右,顯色性好,額定壽命為1000小時(shí),中國已有由15w�1000w不同功率的系列產(chǎn)品。燈頭形式有螺口式和卡口式兩�。常用于室內(nèi)一般照�,還可用于照度要求較低的室外照明。反射型白熾燈的光束定向�(fā)�,光能利用率�,一般用于櫥�、展覽館和需要聚光照明的場所�
    鹵鎢�
    鹵鎢燈 �(nèi)裝鎢�(zhì)燈絲,并充以一定量的碘和溴或它們的化合物。鹵鎢燈利用鹵鎢循環(huán)化學(xué)反應(yīng)原理,大大減少了鎢絲的蒸�(fā)和燈泡發(fā)黑程�。鹵鎢燈的發(fā)光效率和額定壽命都比白熾燈高。鹵鎢燈常做成管狀,尺寸小,功率為35w�1000w,色溫為2700�3300k,顯色性好,額定壽命約1500小時(shí),光通量�(wěn)�。多用于室內(nèi)重點(diǎn)照明�
    熒光�
    熒光燈 是良好的室內(nèi)照明光源,發(fā)光效率大大高于白熾燈,一般為30�60lm/w,光效高的可達(dá)90lm/w。熒光燈的光色有日光�、冷白色和暖白色三種。高顯色熒光燈是采用三基色熒光粉,顯色指�(shù)可達(dá)80以上,壽命為1500�5000小時(shí)。在使用�(shí)�(yīng)配備相應(yīng)的鎮(zhèn)流器和啟輝器。高顯色熒光燈多用于顯色要求高的印染�、印刷廠、商場和電視演播室的照明。直管形熒光燈的功率�6w�40w,可�(dá)125w。這種燈最適宜用于建筑大廳、大型商店和精密加工車間照明。為改善照明性能,可采用異形熒光燈(如環(huán)形熒光燈)作光源。在室內(nèi)照明中還廣泛使用新創(chuàng)制的體積小、光效高的緊湊型節(jié)能熒光燈�
    氣體放電�
    高強(qiáng)度氣體放電燈 高壓汞燈、金屬鹵化物�、高壓鈉燈等的總稱。這類燈功率大,發(fā)光效率高,壽命長,結(jié)�(gòu)緊湊,體積小。大部分用作道路、廣�、運(yùn)�(dòng)場等處的室外照明,也用于�、高頂棚的工�、體育館、禮堂和大型商場的室�(nèi)照明�
    ①高壓汞燈:包括熒光高壓汞燈和自�(zhèn)流高壓汞�,功率由50w�1000w,發(fā)光效率為40�50lm/w,顯色指�(shù)40�45,額定壽�5000小時(shí)�
    ②金屬鹵化物燈:類似高壓汞燈,在�(fā)光管中增添金屬鹵化物,因此�(fā)光效率提高到60�120lm/w,顯色指�(shù)提高�60�85,額定壽命為7000�10000小時(shí)�
    ③高壓鈉燈:高壓鈉蒸氣放電燈,�(fā)光呈金白�,�(fā)光效率高�(dá)90�140lm/w,色溫為2000K左右,顯色性差,顯色指數(shù)�20�25,額定壽命為12000小時(shí),功率為35�1000w�
    低壓鈉燈 低壓鈉蒸氣放電燈,發(fā)光呈純黃�,發(fā)光效率高�(dá)130�200lm/w,功率�18�200w,顯色性差,宜用于道路照明�
    半導(dǎo)體熒光燈
    在白顏色大功率LED的發(fā)展上,混肴了普通LED和白顏色LED之間的基本屬性,�(cuò)誤的把普通LED的優(yōu)�(diǎn)�(zhuǎn)移白顏色LED�,誤�(rèn)為白顏色LED的使用壽�、發(fā)光效率能夠和普通LED一樣,過高估計(jì)了它的光�,在電光源領(lǐng)域神化了其功��
    白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)的發(fā)光機(jī)理:
    �1 白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)的發(fā)光機(jī)�
    從圖1可以看到白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)是由�(lán)光PN�(jié)周圍的熒光粉�(fā)出的白光,通常熒光燈是由燈管內(nèi)的紫外線激�(fā)熒光粉發(fā)光的,在�(fā)光原理上它們完全一�,如�2所�,區(qū)別在于普通熒光燈的燈絲由�(lán)光PN�(jié)取代�
    �2 普通熒光燈的發(fā)光原�
    LED燈和我們使用的白熾�、氣體放電燈的發(fā)光原理迥然不�。LED的自�(fā)性發(fā)光是由于電子和空穴的�(fù)合而產(chǎn)生的,這種半導(dǎo)體P-N�(jié)的電致發(fā)光機(jī)理決定了它發(fā)出的是單色光,而不可能�(chǎn)生具有連續(xù)譜線的白光,用單只LED也不可能�(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光。如果需要LED�(chǎn)生白光,只可能先讓LED�(fā)出藍(lán)�,然后利用熒光粉間接�(chǎn)生寬帶光譜,合成白光�
    將某種形式的能量�(zhuǎn)化為光能的過程是一種量子轉(zhuǎn)換過程遵守能量守衡定律。發(fā)光過程中的量子效�、量子提取率以及輻射光子的能譜決定了該過程的光效。白光光源運(yùn)�(zhuǎn)�(shí)所�(jīng)歷的量子�(zhuǎn)換過程愈多、能量的損失愈大,光效必將降低�
    LED�(fā)光時(shí)載流子復(fù)合過程的量子�(zhuǎn)換效率雖然很�。但是必需利用熒光粉�(jìn)行第二次量子�(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)化為白光LED,因而量子效率和量子提取率大為降�,使白光LED光效提高受到限制�
    各類熒光燈包括高頻無極熒光燈雖都屬低氣壓放電�,高效率的利用汞的諧振輻射將電能�(zhuǎn)化為輻射能量,但是由于這種諧振譜線處在紫外區(qū),必須利用熒光粉�(jìn)行第二次量子�(zhuǎn)換才能變成可見光,而第二次量子�(zhuǎn)換效率只�46%、而熒光粉吸收又使量子提取率下�,所以連續(xù)二次的量子轉(zhuǎn)換過程使熒光燈的光效限制�90�100 lm/W左右,就�(xiàn)在而言的結(jié)�(gòu)和材料其極限很難超過120 lm/W�
    還有一�(diǎn)值得注意的是常規(guī)光源的發(fā)光中心處于燈的中�,光輻射�4π立體角中均勻分布,與照射空間一�,量子提取率近于100%。LED是一種平面固體光�,只有外�(2π立體角或更小角度)的光子能夠出�,所以常�(guī)LED �50%的內(nèi)向輻射光子大部分消失在芯片內(nèi)部發(fā)�,量子提取率很低;LED的輸出窗為多層不同的固體介質(zhì),粒子密度很大,光子在其中傳播時(shí)吸收系數(shù)較大,不同介�(zhì)層交界面處的反射亦使其量子提取率降低。當(dāng)前結(jié)�(gòu)的LED的這些特點(diǎn)是無法改變的,因此光效的提高受到了限�。不要幻想白光LED的光效能提高�140lm/W以上,除非是單色黃光LED或另一種全新結(jié)�(gòu)的LED,例如:如能開發(fā)一種三能級(紅綠�(lán))型LED,這種LED的n型半�(dǎo)體或p型半�(dǎo)體中有三�(gè)以上不同施主能級或受主能級存�,當(dāng)載流子復(fù)合時(shí)直接�(chǎn)生適�(dāng)比例的紅、綠、藍(lán)三色光子因而直接發(fā)射白�。省去熒光粉的第二次量子�(zhuǎn)換過程當(dāng)可使LED光效得到較大提高。但是LED單側(cè)�(fā)光的特點(diǎn)是無法改變的,限制光效大幅提高的這一因素只能�(shè)法降�,不能完全取��
    降低白光LED光譜中的�(lán)光成分是十分必要的,雖然這將降低它的光效,過多的�(lán)光易造成視覺疲勞且傷及視見膜。在這一�(diǎn)得到改�(jìn)以前很難大規(guī)模�(jìn)入家庭與緊湊型熒光燈競爭�
    從任何一�(gè)角度分析目前這種�(jié)�(gòu)的白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)的光效決不可能超�140lm/W。據(jù)測試,當(dāng)前市售白光LED光源(半導(dǎo)體熒光燈)的總光子�(zhuǎn)換效率約�15�25%之間,光效約�45�80 lm/W,穩(wěn)定工作時(shí)�(shí)際光效常常都�60 lm/W以下。白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)的光效已�(jīng)�(dá)�160lm/W�200lm/W的報(bào)�(dǎo)是不可靠,或許他們的測試出了差錯(cuò),至�400lm/W的預(yù)言對于白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)是荒唐的、即使對中心�(fā)射波長為555的黃光LED也失之過高�
    未來真正的白光LED�(yīng)該是將紅、綠、藍(lán)或者更多顏色LED芯片封裝在一�,產(chǎn)生白顏色光的白光LED,它將省去熒光粉的二次發(fā)光的�(zhuǎn)換過程,光效提高15%以上,效率可以達(dá)�150-160Lm/W,同�(shí)減少了有害的�(lán)�;光衰和芯片發(fā)熱問題得到改�,這種真正的白光LED還有許多技�(shù)瓶頸,解決這些技�(shù)難題還需要比較長的時(shí)�。圖3指示的是這種方法�
    �3 �(chǎn)生白光的LED的方�
    由于半導(dǎo)體熒光燈的發(fā)光機(jī)理是熒光粉發(fā)光,所以它的發(fā)光效率和光衰等特性受到熒光粉的制�,其�(jié)果必定和熒光燈差不多。圖4是半�(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈光衰比較圖表,可以看出半�(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈沒有太多區(qū)�。圖5是不同顏色LED和半�(dǎo)體熒光燈光衰比較,從而可以看出半�(dǎo)體熒光燈已經(jīng)不具有LED的許多優(yōu)�(diǎn)��
    �4 半導(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈光衰比較
    �5 不同顏色LED和半�(dǎo)體熒光燈光衰比較
    普通熒光燈的燈絲由�(lán)光PN�(jié)取代以后的半�(dǎo)體熒光燈有許多普通熒光燈所沒有的優(yōu)�(diǎn)�
    1:如果散熱問題解決的�,半�(dǎo)體熒光燈由于沒有燈絲,要比普通熒光燈使用壽命長許多�
    2:可以頻繁開�(guān)啟動(dòng)�
    3:可以做到小功率白光高效率照明�(普通電光源小功率時(shí)效率不高)
    �(jié)論:
    1:我們使用的白色LED的實(shí)�(zhì)是半�(dǎo)體熒光燈,它的基本特性和普通熒光燈一�,它的性能指標(biāo)�(yuǎn)比我們的期望值要差許多,不可以將其神�,半�(dǎo)體熒光燈,應(yīng)該走下神��
    2:LED和半�(dǎo)體熒光燈在概念上的混肴已�(jīng)給我國的照明�(chǎn)�(yè)造成了巨大的損失,這種�(xiàn)象不能再繼續(xù)下去��
    3:真正白色LED還有漫長的路要走,切勿浮��

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