电光源分类及发光原理概述

电光源分类及发光原理概述1第一页，共五十页，2022年，8月28日何为光源

宇宙间的物体有的是发光的有的是不发光的我们把发光的物体叫做光源。太阳、电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。光是能量辐射的一部分体现。物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线和X光线等不可见光）的物体。通常指能发出可见光的发光体。凡物体自身能发光者，称做光源，又称发光体，如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们，这样的反射物体不能称为光源。在我们的日常生活中离不开可见光的光源，可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业，医学和国防现代化等方面。2第二页，共五十页，2022年，8月28日光源的发展（一）

照明的最佳光源当然是太阳。太阳以可见的光谱提供光线，千百年来，人们的眼睛已经熟悉了这种光谱。现在人类已经开始重视对自然光源的应用，一些创新的技术如侧窗、天窗、光栅板和光线管道等，可将日光引入大楼内部，作为主要的照明光源。我们平常说的照明光源一般是指人工光源，又分物理光源与电光源，而我们的商业产品一般为电光源。物理光源主要是从人工取火开始，人工取火是一件意义十分重大的发明，古人用火来防止野兽的攻击，烤制食物，夜晚照明从而大大延长了活动时间3第三页，共五十页，2022年，8月28日

太阳每时每刻都在向地球传送着光和热，有了太阳光，地球上的植物才能进行光合作用。对于人类来说，太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖，它带来了日夜和季节的轮回，左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供了各种形式的能源。起初的人类在没有其他光源的情况下一直过着“日出而作，日落而息”的生活4第四页，共五十页，2022年，8月28日光源的发展（二）

人类社会自钻木取火以来，经历了制造和使用动物油灯、植物油灯、煤油灯到白炽灯、卤素光源、日光灯以致金卤灯、LED光源的漫长历史过程。

1879年，爱迪生最先成功发明的是白炽灯。现代的白炽灯是将电流通过一小圈钨丝，使钨丝受热而发亮。白炽灯是照明领域最成功的产品。很长一段时间在家用照明应用中占主导地位。然而由于白炽灯只能将约二十分之一的电能转化为光能，效率很低且发光13小时灯丝就被烧断。灯具的产生是围绕光源服务的，最初的灯笼罩也可以视为灯具，而用来固定光源的辅助设备经过不断改进和演变，也就出现了专用照明的物事——灯具。现在灯具的种类和款式已经成千上万，但有一点不会发生转变，照明产品因为光源才会被叫做照明产品，灯具仅仅是一个载体，一个保护，承载防水防尘防爆等功能。5第五页，共五十页，2022年，8月28日

钻木取火动植物油灯爱迪生电灯6第六页，共五十页，2022年，8月28日7第七页，共五十页，2022年，8月28日1、热辐射光源，如:白炽灯，卤素光源3、固体发光光源，如:发光二极管。2、气体放电光源，如:节能灯、金卤灯电光源按发光原理大体可分为:8第八页，共五十页，2022年，8月28日人造光源热辐射光源固体发光（ LED等）气体放电光源白炽灯卤素光源高压气体放电低压气体放电普通白炽灯泡R80类反光灯泡部分PAR光源MR16、MR11灯杯AR111/AR70溴钨灯珠碘钨灯及其他高压钠灯高压金卤灯其他直管荧光灯紧凑型荧光灯水银灯及其他9第九页，共五十页，2022年，8月28日发光原理光效色温(k)寿命(H)其它匹配灯具当灯接入电路中,电流流过灯丝,电流的热效应,使白炽灯发出连续的可见光和红外线.白炽灯8-162700K左右1000H左右开灯即亮,可连续调光,结构简单,价格廉,寿命短光效低台灯,顶灯,壁灯,床头灯,走廊灯卤素光源12-243000K左右2000-3000H灯杯角度可控，碘钨灯发热能力强可用加热天花灯,射灯,格栅射灯,壁灯,舞台灯热辐射光源10第十页，共五十页，2022年，8月28日11第十一页，共五十页，2022年，8月28日AR70、AR111石英灯杯

溴钨灯珠GU10灯杯部分卤素光源12第十二页，共五十页，2022年，8月28日最常用的还是以下两种AR111（AR70）的组成部分：a、铝反射罩b、遮光罩c、陶瓷灯头d、灯珠13第十三页，共五十页，2022年，8月28日卤钨灯卤钨灯是在白炽灯的基础上在灯内添加碘、溴等卤素，使挥发的钨能重新回到灯丝上。这样，灯丝的温度就可以比白炽灯高，光效也就更高，一般为15~35lm/W，寿命也比白炽灯长。一般来说寿命可超过1000小时。卤钨灯小而结实，配光容易，在寿命期的光通维持率高，几乎可达100%。应用范围：大功率的卤钨灯可以用于车场、工场、建筑工地等处进行照明，小功率的卤钨灯可以用作商店、展厅等处的室内照明。14第十四页，共五十页，2022年，8月28日15第十五页，共五十页，2022年，8月28日它们一般用于以下灯具16第十六页，共五十页，2022年，8月28日气体放电光源---之低压气体放电光源17第十七页，共五十页，2022年，8月28日低压气体放电灯常见产品18第十八页，共五十页，2022年，8月28日2U3U螺旋4U19第十九页，共五十页，2022年，8月28日

它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。20第二十页，共五十页，2022年，8月28日直管荧光灯相关直管型荧光灯管按管径大小分为：Ｔ12、Ｔ10、Ｔ8、Ｔ6、Ｔ5、Ｔ4等规格。规格中“Ｔ+数字“组合，表示管径的毫米数值。其含义：一个Ｔ＝1/8英吋，一英吋为25.4mm；数字代表Ｔ的个数。如Ｔ12＝25.4mm*1／8*12＝38mm。T5=16mm荧光灯管管径与其电参数的关系：1、荧光灯管，管径越细，光效越高，节电效果越好。2、荧光灯管，管径越细，启辉点燃电压越高，对镇流器技术性能要求越高。管径大于Ｔ8（含Ｔ8）的荧光灯管，启辉点燃电压较低。相对于220Ｖ、50Ｈｚ工频交流电，符合启辉点燃电压小于1／2电源电压定律。可以采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。管径小于Ｔ8的荧光灯管，启辉点燃电压较高。相对于220Ｖ、50Ｈｚ工频交流电，不符合启辉点燃电压小于1／2电源电压定律。不能采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。管径小于Ｔ8的荧光灯管，必须匹配电子式镇流器。由电子式镇流器，产生启辉高压，将荧光灯管击穿点燃。尔后，由电子式镇流器，驱动荧光灯管点燃运行。

21第二十一页，共五十页，2022年，8月28日荧光灯管的构造

荧光灯的核心部件是管形玻壳和灯丝管内壁涂有荧光粉灯丝上涂有一层发射电子的物质，也称为阴极芯柱用于固定灯丝，同时保证与玻璃灯管密封管内填充惰性气体和汞蒸气22第二十二页，共五十页，2022年，8月28日下面给各位介绍：节能灯灯管发光原理及工艺基础23第二十三页，共五十页，2022年，8月28日24第二十四页，共五十页，2022年，8月28日接下来对上面的3个过程简单说明：*1、阴极产生电子的方法主要是热电子发射：阴极金属通电产生热量，使得电子从阴极基金属和碱土氧化物涂层中释放；*2、紫外线的产生：电子打在汞原子上，汞原子被激发，产生能量转移，放出波长253.7nm为主的紫外线；*3、光线的产生：380nm以下、780nm以上为肉眼所无法看见的光线，紫外线的波长位于肉眼所能看见的光线以（380nm以下），荧光粉能够充分吸收253.7nm的紫外线，产生肉眼能够看见的可见光。25第二十五页，共五十页，2022年，8月28日影响灯管寿命的因素灯管的寿命跟以下因素有非常大的关系。原材料、制造工艺、制造设备、质量控制、其中原材料首先就影响一个产品的寿命，决定了一个产品寿命长短，但是原材料好，如果工艺、设备、技术等没有配合好，只要一个环节出问题，这个产品的寿命周期就会很短。26第二十六页，共五十页，2022年，8月28日荧光灯管制作过程27第二十七页，共五十页，2022年，8月28日*1、玻璃制作：玻璃经过各种弯制，目的是适应外形和性能的需求*2、涂粉：在灯管内腔尽可能均匀地涂上荧光粉，使得整个放电腔体都能均匀地发出光线；附加的保护膜主要目的是隔离荧光粉和玻璃，使玻璃中的物质不容易迁移到荧光粉处，使灯管黑，影响亮度。*3、芯柱：实现三个功能，一个能够夹持灯丝、同时能够引入电流密封玻璃腔体的混合体；28第二十八页，共五十页，2022年，8月28日*4、绷丝：在芯柱上加上灯丝，保持一定形状，涂覆电子粉浆，使灯丝上带有足够发射的物质；辅助汞齐用于帮助灯管快速发亮；*6、排气：抽去管内不需要的空气、水气等等杂质气体；对电极进行通电加热，使碳酸盐分解形成氧化物，通过电流使阴极产生活性物质，具备良好的发射性能；充入适量的惰性气体和汞，将多余的部分和灯管主体分离开；形成最终的灯管成品。*5、封口/对接：把芯柱和管体烧封，形成固定开口的腔体；对接的目的是使灯管形成更长的放电管；29第二十九页，共五十页，2022年，8月28日灯丝：

灯丝由钨丝为材料绕制而成，灯丝的尺寸都经过合理的设计和选择，使提供给灯丝螺旋的热能够很快产生一个恰当的温度，保证电子发射。同时，中空的丝体内能够存储更多的发射材料，利于寿命的维持。30第三十页，共五十页，2022年，8月28日b.荧光粉：

我们现在使用的荧光粉是用紫外线来激发发光材料的，这种通过光线激发的发光现象称为光致发光。节能灯用荧光粉必须有几个特性必须满足：充分吸收253.7nm紫外线；发射的光谱能满足发光效率和显色性的要求；颗粒度适宜，保证亮度和维持率；三基色荧光粉由红绿兰粉依据需要搭配比例而成，调整粉的不同比例可以得到不同的光色表现。31第三十一页，共五十页，2022年，8月28日c.保护膜：保护膜的作用是在玻璃和荧光粉之间形成一层致密的薄膜，这层膜可以很好地使二者隔离开，使得析出的金属不至于影响灯管性能表现。分析：玻璃中的金属元素在长时间电子轰击下会逐渐析出，并迁移到玻璃管内侧和汞形成汞齐，一方面使灯管发黑，一方面使汞失效，使灯管的转换效率降低，光线被遮挡。d.电子粉：节能灯所采用的电子粉要满足如下条件：工作温度较低、发射效率较高、寿命较长。涂覆电子粉浆，使灯丝上带有足够发射的物质32第三十二页，共五十页，2022年，8月28日e.汞/汞齐：汞在气体放电灯的作用是接受电子，并产生出紫外线。汞齐的目的是在相对高的温度环境中维持放电所需要的最佳蒸汽压。不同的金属和汞形成的汞齐有不同的适应温度，设计时选取不同种类的汞齐放置于不同的位置来保证相对良好的光输出。辅助汞齐：在未使用的辅助汞齐中是不含汞的，它在灯中吸收汞，形成汞齐。在灯刚刚启动的时候，借助阴极的热量快速释放出汞，缩短灯的启动时间。33第三十三页，共五十页，2022年，8月28日f.惰性气体：

惰性气体由于化学性质极不活泼，几乎不与其他元素反应，故此得名。由于它们在大气中含量极少，所以也被称为稀有气体。惰性气体在节能灯中的作用是使得电子的行程增加，因为电子的重量非常小，和相对很大的惰性气体原子产生弹性碰撞，增加了和汞原子的碰撞机会，增加了电离的机会，使发光的效能提高。我们常用的惰性气体有氩气、氖气、氪气等等，我们还依据不同的需要搭配出一些混合气体，用于不同需要的灯管。34第三十四页，共五十页，2022年，8月28日下面介绍其它几种常见的光源：2、卤钨灯；1、白炽灯；3、高压汞灯；4、金卤灯；5、LED；35第三十五页，共五十页，2022年，8月28日白炽灯白炽灯是根据热辐射原理制成，通常它是靠电能将灯丝加热至白炽而发光，灯丝在将电能变成可见光的同时，还要产生大量的红外辐射的少量的紫外辐射。36第三十六页，共五十页，2022年，8月28日

可见，白炽灯所耗的电能大部分不是用于发光的(光效低)。而且灯在燃点的过程中，灯丝会慢慢变细，其寿命一般也只有1000小时(寿命短)。但其使用方便（一点就亮），易于进行光学控制(调光方便)、价廉，显色性好，可作为基准光源。高色温的灯色温约为3200K，主要用于摄影和舞台照明，2700K~2900K的用于一般照明，色温在2500K以下的是红外灯，用于红外加热干燥、室温保温、医疗保健等。

37第三十七页，共五十页，2022年，8月28日大家有什么疑问请提出讨论38第三十八页，共五十页，2022年，8月28日高压气体放电灯代表产品为金卤灯和钠灯（均需要配合镇流器工作同时还会有触发器和功率补偿电容）主要应用于道路照明,泛光照明,广场照明,工业照明城市亮化工程照明,商业照明,体育场馆照明陶瓷金卤灯的显色性可达92，可用于商场,橱窗,重点展示特别是高档的商业场所，服装与珠宝店下页为高压气体放电灯的户外照明效果:39第三十九页，共五十页，2022年，8月28日高压汞灯高压汞灯在灯的电弧管内充入一定量的汞和少量的氩气,灯在燃点过程中发热使汞蒸气压上升并发出可见光。从下表中可以看出，高压汞灯的显色性不高.但其发光效率较高，还能发出很强的紫外线。主要用途:照明，另外还可用于晒图，保健、化学合成等。40第四十页，共五十页，2022年，8月28日金卤灯金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上将一些金属卤化物添加到灯里，用金属卤化物产生的金属光谱，填补汞谱线的空白，使灯有较高的显色指数及光效。缺点：光色稳定性差，启动时间长，再次启动能力差，电源要求高，燃点后期颜色漂移影响使用。41第四十一页，共五十页，2022年，8月28日金卤灯相关介绍

高压气体放电光源中，我们应用最多最常见的是高压钠灯和金卤灯。金卤灯(金属卤化物灯的简称)有两种，一种是石英金卤灯，其电管泡壳是用石英做的，另一种是陶瓷金卤灯，其电弧管泡壳是用半透明氧化铝陶瓷做的，金卤灯是目前世界上最优秀的电光源之一，它具有高光效(65～140lm/w)，长寿命(5000～20000h)，显色性好(Ra65～95)结构紧凑、性能稳定等特点。它兼有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯的优点、克服了这些灯的缺陷，金卤灯汇集了气体放电光源的主要优点。尤其是光效高、寿命长、光色好三大优点.因此发展很快，用途越来越广。金卤光源广泛应用于体育场馆、展览中心、大型商场、工业厂房、街道广场、车站、码头等场所的泛光照明。小功率陶瓷金卤灯用于高档商业场所重点照明42第四十二页，共五十页，2022年，8月28日43第四十三页，共五十页，2022年，8月28日LED工作原理和结构图LED是LightEmittingDiode简称，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光，第一个商用二极管产生于1960年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关44第四十四页，共五十页，2022年，8月28日优点：超长寿命，可达5万小时；可组成各种颜色节能，效率比白炽灯高.体积小,灯具设计灵活.响应时间短；环保：无有害金属汞。缺点：每瓦的流明成本高.LED目前在照明行业中的主要应用范围建筑物外观照明娱乐场所及舞台照明室内空间展示照明景观照明标识与指示性照明交通信号灯、视频屏幕45第四