现代光源发展趋势

1、现代光源发展趋势前言1989年白炽灯的发明公认为人类现代文明社会起始的里程碑，人类发展史本身也证实了光源和照明是与人们生存和发展不可分割的一门科技学科。在一个多世纪的岁月里，现代光源科技的发展和自然科学的进步密切相关,科学理论的进展为电光源的进步奠定了基础,并不断要求提供具有特殊性能的各种新型光源,从而促进了电光源技术的进步。反之，电光源的发展也影响了其它学科的提高和改善了人们的生活质量，特别在全球节能减污的时代潮流中发挥了不可取代的作用。本文试对电光源科技的现状和发展加以剖折和展望，希望能有益于更好地认识国内外电光源科技发展的现状和动态，能对我国实现从光源生产的第一大国向光源科技的强国跨越性

2、发展过程中起到有所裨益的作用。一、传统光源的发展和改进（一）热辐射光源的改进和完善1.白炽灯的改进传统的白炽灯光源经过119年的研发，其性能得到极大改善和价格大幅度的下降，成为了人类主要应用的光源。但由于它电能转变为光能效率实在太低,因此在十年左右它将被其它节能光源取代,近几年来，不少国家已提出白炽灯将退出光源领域的时程表，2008年5月还在我国上海召开了淘汰白炽灯的国际会议。2.带红外反射层或特殊荧光粉层的白炽灯通过对白炽灯泡壳和灯丝结构及位置的合理设计，然后在泡壳上涂敷TiO2AgTiO2或ZnSAgZnS的红外反射膜，能使灯的光效提高50%。或者在泡壳内涂敷反斯托克斯荧光粉,它可让灯丝发

3、出的红外光转换成可见光,以及使用纳米结构的发光灯丝，都能使白炽灯光效明显提高，有益于延缓白炽灯退出历史舞台的时间。3.卤钨灯的发展1959年在卤钨循环原理基础上制造出了卤钨灯，它的体积小，光维持率达到95%以上，光效和寿命更明显地优于白炽灯。现已生产出可直接应用于电网电压220V或110V的卤钨灯，再通过采用浸涂法、真空蒸镀法或化学蒸镀法，在石英泡壳上采用涂敷TiO2/SiO2红外反射层技术（IRC）制成JD和JDR型新颖卤钨灯，可使灯的光效有30%45%的提高，寿命达3000h。近年来国际上又推出了新型的节能卤钨灯，得到照明界的重视和青睐。卤钨灯主要技术参数见表1所示。（二）低低压气体体放电

4、光光源荧光灯灯的突飞飞猛进1.节能细细管径荧荧光灯的的出现诞生生于400年代的的荧光灯灯的玻管管外径为为38mmm（TT12），光光效约660lmm/w，显显色指数数为700。随着着荧光灯灯研究的的深入，发发现适当当提高管管壁温度度，具有有较高光光效的灯灯管直径径可以相相应缩小小，这就就使正柱柱区产生生的2553.77nm的的光子到到达管壁壁的距离离缩短，光光子与其其它原子子的碰撞撞机率降降低，自自吸收损损失减少少，这样样制成的的管径为为26mmm荧光光灯（TT8）光光效可以以提高110，制制造和运运输成本本也能降降低。若若进一步步配用工工作在440KHHZ660KHHZ频率率的电子子镇流器器

5、，它的的光效可可比工作作在500HZ频频率下的的电感镇镇流器再再提高110%，这这也就是是人们常常说的改改进型TT8荧光光灯。近近几年来来，又出出现管径径更细为为?166mm（TT5）和和11mmm（TT3）的的节能细细管径荧荧光灯，这这时它们们的最佳佳管壁温温度更高高，发光光效率可可达到1104llm/ww的水平平，这种种荧光灯灯必须配配备优质质电子镇镇流器工工作。表表2列出出典型的的直管型型不同管管径荧光光灯的主主要技术术参数。通过采采用接桥桥和弯管管等玻璃璃加工工工艺，制制成比白白炽灯光光效高667倍倍的紧凑凑型荧光光灯，特特别是配配有电子子镇流器器的产品品，功率率因素达达到0.98，谐

6、谐波失真真总量小小于100%，灯灯的寿命命提高到到100000hh，亦有有调光型型产品被被认为是是目前白白炽灯最最适宜的的取代光光源。全全世界220077年紧凑凑型荧光光灯的总总产量已已超过227亿支支，其中中90%产于我我国。其其主要技技术参数数见表33所列。3.冷冷阴极超超细管径径荧光灯灯的诞生生随随着背光光照明在在办公用用笔记本本电脑、等等离子体体显示器器和家用用电器如如电视机机、数码码像机、摄摄像机等等中的应应用与日日俱增，高高亮度的的冷阴极极超细管管径荧光光灯为此此应运而而生。这这类灯的的管径为为1.88mm3.00mm，普普遍采用用三基色色荧光粉粉，通常常采用NNi、TTa、ZZr

7、等金金属作为为冷阴极极，在高高的启动动电压下下形成辉辉光放电电使灯管管工作，其其工作参参数如表表4所示示。4.无无极荧光光灯的发发展随着电电子学技技术的发发展，近近年来实实用型无无极荧光光灯发展展很快，国国际上现现有产品品是荷兰兰QL型型，功率率为555w和885w两两种，光光效约668lmm/w，寿寿命6000000h，工工作频率率2.665MHHz；美美国Geenurra型无无极荧光光灯，功功率233w，光光效488lm/w，寿寿命1000000h，工工作频率率2.665MHHz；日日本EvverLigght型型无极荧荧光灯，功功率9ww和277w，光光效为441lmm/w，寿寿命4000

8、000h，工工作频率率15.56MMHz；还有德德国Enndurra型无无极荧光光灯，功功率1000w和和1500w，光光效800lm/w，寿寿命6000000h，工工作频率率为2550KHHz。以以及我国国近年崛崛起的无无极荧光光灯的性性能也达达到国际际同类型型产品的的先进水水平,并并已形成成规模化化生产和和批量出出口.图图3显示示了常用用的无极极荧光灯灯的外形形。（三）HHID光光源的成成熟和进进步1.HHID光光源趋向向成熟适用用于大面面积范围围和室外外照明的的高强度度气体放放电光源源（HIID）其其灯内工工作压强强往往超超过100个大气气压强，其其中高压压汞灯的的光效可可达500lm/

9、w，显显色指数数超过665，色色温40000kk60000kk，寿命命也达到到约1000000h，功功率规格格形成335w35000w系系列化。高高压钠灯灯发光效效率达到到1200lm/w，显显色指数数为255，寿命命达到2240000h，规规格有330w10000w，虽虽然其光光色稍逊逊，但其其光效是是所有能能发出接接近白光光的人工工光源中中最高的的。近年年来又开开发出高高显色高高压钠灯灯，显色色指数880左右右，寿命命80000h。金金属卤化化物灯由由于能兼兼具光效效高（80llm/ww）和光光色好（RRa80）的的优点，其其中355w1150ww规格的的小功率率金属卤卤化物灯灯已广泛泛地

10、应用用到室内内照明和和汽车前前照灯。2.陶瓷金属卤化物灯的进展由于陶瓷材料的进步和陶瓷与金属封接的实现，人们成功地制造出陶瓷外壳的性能明显地光电性能一致性和稳定性优于石英为玻壳的金属卤化物灯（CDM），灯的光效可提高10%20%；且发光体小，亮度高，便于投影照明系统的设计。现有35w，70w和150w三种产品，结构为单端型，双端型及反射型，光效达到90lm/w，亮度290cd/m2，显色指数为83，有效寿命达12000h。另外，250W和400W大功率陶瓷外壳金属卤化物灯也已出现，其应用范围将会有进一步扩大。图2显示了陶瓷金属卤化物灯的结构和外形。二、新颖电光源产品层出无穷（一）准分子光源（E

11、LS）的出现1.准分子光源（ELS）的出现。在光源辐射机理研究中，近年来采用准分子（Excimer）工作物质，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，来制造高功率的紫外光源。同时，通过微波放电和介质阻挡放电（DielectricBarrierDischarge）等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源，其工作物质可为Xe2（172nm），Kr2（146nm）和Ar2（126nm），其中Xe2准分子光源的效率最高，光能转换效率达50%以上。现已制成5868cm2的60WX2准分子大面积平面照明系统，这种灯无需充汞，因此从环境保护角度更有吸引力。目前已有具有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售，可以预计

12、其前途无量。2.超高压汞灯（UHP）的开发成功1995年，配投光系统的显示装置应用了新开发成功的一种超高压汞灯，其极距约1.3mm，功率100w。在灯工作时，汞蒸气压可达200个大气压。由于汞蒸气压愈高，灯的亮度也越高，而且汞原子谱线宽度变大，分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强，特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强，从而使灯的显色性提高，灯的寿命达12000h。图3显示UHP光源的外形3.微波光源的崛起1992年国际电光源科技界提出了微波硫灯的新技术，发现充填硫元素和低压氩气于石英泡壳内，在频率为2450MHz微波能量的驱动下，通过硫分子的振动能和转动能的跃迁，可使灯辐射出

13、连续的可见光光谱，国产微波硫灯的外形见图4所示。1994年，美国首先制成了一个功率为3400w微波硫灯照明系统。1995年，美国又开始出售solar1000和LightDrive1000两种规格的微波硫灯。主要参数为：功率1378w，输出光通量132288lm，系统光效96lm/w，灯光效110lm/w，发光泡壳直径40mm，相对色温5400k，显色指数为80，启动时间小于25s，重复热启动时间小于300s，可在很大范围内调光，寿命60000h，可任意方向燃点。我国光源界经过几年联合研制，也在1999年推出VEC1000微波硫灯产品，其技术指标接近国际同类产品水平，到2008年初，全国已有近十

14、家企业生产微波硫灯并实现出口贸易，国外的微波硫灯生产也有进展，如韩国LG公司是典型的发展代表。微波硫灯还可以利用导光管技术，将该灯发出的强光沿着导光管传送到所需要照明的宽广区域。最近为使硫灯适宜于家庭和商业照明，一方面通过充填物质的改变使灯的光色更符合人们需求，另一方面正在积极研制开发100w以下的小功率微波硫灯，通过应用叶片式谐振器的微波源，可将2450MHz的微波能量集中在一个很小的空间，从而使充有InBr和Ar的内径为3mm的球形石英玻壳，激发辐射白光。当输入微波功率为25w时，灯的光通量为2000lm，灯的显色指数为97，色温6000k。在过去几年中硫灯技术已发展到可以和HID灯相媲美

15、的程度，而且它具有高流明维持率、低的紫外和红外辐射、优良的色稳定性、低闪烁、高光效等特点，若进一步完善它的特性和降低成本，定会成为人们欢迎的高效节能光源。4.固固体光源源开始进进入光源源领域LEED光源源近十年年的新突突破是科科技进步步和时代代发展的的产物，与与近代所所有科技技成果一一样，它它也是人人类社会会极大的的福音.它的发发展见图图5所示示。近年年来LEED的光光效得到到极大的的提高。PPHILLIPSSLUMMILEEDS公公司的产产品在3350毫毫安电流流下，发发光效率率已达1115m/WW。20008年年CREEE公司司市场上上出售的的1瓦白白光LEED产品品的光效效达到1118L

16、Lm/WW。据报报道，220077年国际际上先进进的大功功率白光光LEDD产业化化水平，其其发光效效率普遍遍达到660-990Lmm/W，节节能效果果已具有有相当吸吸引力。LLED新新型照明明光源，它它一定会会给现代代社会生生活质量量的提高高带来不不可估量量的影响响，并定定将在221世纪纪的全球球照明领领域引发发一场革革命。目前前LEDD在照明明领域的的发展潜潜力很大大，但它它作为照照明主体体的研究究艰难和和产品质质量远没没成熟也也是不争争的事实实。据全全球20006年年LEDD产品在在国民经经济应用用中的统统计，它它的488%产品品应用在在移动设设备中，114%在在显示应应用，115%在在汽

17、车照照明，22%在信信号灯光光，照明明应用仅仅占5%，其它它应用116%。这这可让我我们清楚楚看出LLED光光源远还还不是照照明领域域的主要要产品.实际上上，现在在市场上上被人们们广泛认认可的LLED产产品的应应用范围围还是有有限，LLED道道路照明明的应用用正成为为当前国国内外照照明研究究和推广广应用的的热点。LED科技进步的关键措施，首先是固体物理的半导体和光源照明的研究要加快融合互相渗透，增进彼此了解合作攻关，其次，要改进和提高LED的制造工艺和技术性能，目前LED的转换效率欠佳，仅约20%电能是转换成光，而80%的电能转化成热能，因此从芯片的制作来改善内量子效率，从而提高它的发光效率潜力很大，另外在LED的封装亦即从外量子效率的改进来提高LED的发光效率，包括通过合理的光学设计，或是选用优质的封装材料和合适的荧光粉选择都能不同程度地提高LED发光效率。而散热的改善更是目前LED发展必须突破的关键瓶颈口。如散热欠佳就会造成LED光色的改变，还会使发光效率和寿命明显降低，实验证明LED的PN结温度超过正常温度1度，LED寿命可能就会降低一半，所以目前正在尝试将先进的”热管”冷却技术用到LED的散热之中。另外