半导体照明技术第二章

半导体照明技术第二章第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期五第一节自然光源一、太阳

太阳是最重要的自然光源，太阳光谱具有很宽的范围，但进入大气层后，从X射线到宇宙射线的高能粒子，因散射而损失掉，到达地球表面的直射光部分具有与约5700K的黑体辐射能谱几乎一致的连续光谱分布。在地球表面上，太阳光在500nm处达到极大值，紫外部分只延伸到290nm，即地球大气上层的臭氧强烈吸收的区域。在照明工程设计中，充分利用太阳光是创造舒适环境和节约能源的重要措施。二、月亮和行星月亮和行星作为天体辐射源，仅仅是反射太阳的辐射，对于照明的利用价值极低。第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期五第二节人工光源一、人工光源的发明与发展

火(50万年前)

油灯(约5千年前)

煤油灯(1850年)

白炽灯(1879年)

蜡烛(约2千多年前)

荧光灯(1938年)LED灯(20世纪90年代)第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期五人工光源二、人工光源的分类人工光源按其工作原理可分为热辐射光源和气体放电光源两大类。第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期五

三、人工光源的主要性能指标1、额定电压2、灯泡（灯管）功率3、光通量输出指光源在工作时所发出的光通量，是光源的重要性能指标。4、发光效率光源消耗单位电功率所发出的光通量称为光源的发光效率,简称光效，单位是lm/W。5、寿命寿命是光源的重要性能指标，通常用点燃的小时数表示。光源从第一次点燃到损坏熄灭为止,累计点燃的小时数称为光源的寿命。光源的寿命有相当大的离散性，因此常用平均寿命和有效寿命来表示光源的寿命。第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期五

a.平均寿命取一组光源作试样，从一起点燃到50%的光源试样损坏为止的累计点燃时间的平均值就是该组光源的平均寿命。

b.有效寿命光源从点燃起一直到光通量衰减到额定值的某以百分数(一般取70%-80%)所累计点燃小时数就称为光源的有效寿命。6、颜色特性光源的颜色特性包括色温和显色性，是光源的重要性能指标。7、启燃与再启燃时间a.启燃时间：光源接通电源到光源的光通量输出达到额定值所需要的时间。(热辐射光源小于1s，气体放电光源几秒到几分不等)第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期五b.再启燃时间：正常工作着的光源熄灭后再将其点燃所需要的时间。8、闪烁与频闪效应（1）闪烁：用交流电点燃光源时，在每半周期内，光源的光通量随着电流的增减发生周期性明暗变化的现象。（2）频闪效应：在一定频率变化的光线照射下，观察到的物体运动呈现静止或不同于实际运动状态的现象。（会降低视觉分辨能力，易诱发各种事故）第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期五四、常用的人工光源（一）白炽灯1、原理白炽灯是最早出现的电光源,即所谓第一代光源。它是将灯丝加热到白炽(2400-3000K)的程度,利用热辐射发出可见光。第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期五2、特点

优点：白炽灯具有显色性好(Ra=100)，结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，无频闪现象，可调光，价格便宜等特点。白炽灯的色温约为2400~2900K

缺点：光效最低(8-15Lm/W)，寿命较短(1500-2000H)。白炽灯第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期五3、种类白炽灯的种类很多，有普通型、磨砂型、漫射型、反射型、装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡等。4、白炽灯的应用适用于家庭、宾馆、饭店及艺术照明投光照明和小型建筑物照明电影、剧院和舞台布景照明第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期五我国白炽灯禁用史

早在2011年，我国就有了白炽灯淘汰计划表。国家发改委、商务部等多部门联合印发的《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，明确从2011年11月1日起，按照功率大小分五个阶段，逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。如今，100瓦及以上普通照明白炽灯已于2012年10月1日起禁止进口和销售。今年将进入第三个阶段，2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯。预计在2016年10月1日，将禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯，或视中期评估结果进行调整。第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（二）卤钨灯

1、原理如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微量的卤素物质，利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨。卤钨循环的简单解释如下：式中，X代表所用卤素，W代表钨，n代表原子数。第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期五石英玻璃管金属支架灯丝单端式双端式卤钨灯结构图第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期五卤钨灯实物图第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期五2、特点

由于卤钨循环作用的原因，它与白炽灯比较，灯的寿命增长50%（1500-2000H），光效提高30％(10-30Lm/W)。卤钨灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好等特点。3、应用卤钨灯多用于较大空间、要求高照度的场所，其色温特别适用于电视转播摄象照明。体育场、广场、会场、舞台、机场、商业和摄影等第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（三）荧光灯荧光灯结构图第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期五1、原理荧光灯是一种预热式低压汞蒸气放电灯。由汞蒸汽放电产生的紫外线辐射激发荧光粉而发光。汞Hge自激放电电离荧光粉紫外线可见光第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期五第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期五2、特点

寿命长光通衰减少启动慢点燃迟

发光效率高不能频繁启动环境要求高光色丰富显色性能好3000h3-5S25-67Lm/W温度湿度R70-99色温范围广第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期五3、分类(1)按其荧光粉的不同可分为：日光色（6500K），与微阴的天空光相似；白色（4500K）与日出两小时后的太阳直射光相似；暖白色（3000K），与白炽灯光接近。(2)按外形不同可分为直管形、环形和U形。(3)按灯丝工作方式分为热阴极式及冷阴极式。(4)按用途分为普通照明及装饰用的彩色荧光灯管以及小功率高光效的节能型灯管等。第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期五荧光灯第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期五适用于进行较精细的照明，照度要求较高或进行长时间视觉工作的场所。光谱较连续，显色性好，故适于需要正确识别色彩的场所，节能的场所。光色特殊，故适合于无天然采光的空间照明或要求环境较舒适的场所，但悬挂不宜太高。不宜在开关频繁的场所和环境质量恶劣的地方使用，瞬时启动和调光的场所也不适合。4、应用第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（四）低压钠灯1、原理纳蒸汽放电，Na原子在放电时受到激发和电离，当受激Na原子从激发态跃迁回基态时，将在589nm和589.6nm波长位置产生共振辐射，这两根谱线称为纳的双黄线或D线。2、特点人造光源中光效最高(200lm/W),寿命较长(14000-18000H)，显色性差(Ra=-44)，预热时间过长。3、应用仅用于部分道路照明和安全照明。第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（五）高压放电灯1、原理

对高压放电灯的发光管内的电极间施加电压，在启动时气体(氩气及氙气)内开始放电，此时产生放电弧光高温约数千度，添加物(金属)蒸发而产生气体，蒸发的气体与添加物原子内之电子相互碰撞，添加物的固有波长会被激发而发光。例如水银会发出青色的光，钠会发出橘黄色的光，铊会发出绿色的光。2、分类主要分为高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯辅助电极主电极发光管外壳高压放电灯示意图第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（1）高压汞灯第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期五1）原理电压加在高压汞灯的两个主电极和主电极与辅助电极之间，主电极和辅助电极之间产生辉光放电，并过渡到主电极之间的弧光放电，温度上升，汞气化使气压上升，高压放电，发光。2）特点高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等特点，但启燃时间较长(4-10min)。3）应用多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外照明。第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期五高压汞灯第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期五

（2）、高压钠灯

1）原理：利用高气压纳蒸汽放电发光。高压钠灯结构图和工作电路图第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期五

2）特点及应用高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、可任意位置点燃、耐震等特点，但显色性差，平均显色指数为21。它广泛用于道路照明，当与其它光源混光后，可用于照度要求高的高大空间场所。

高压钠灯实物图第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（3）金属卤化物灯

金属卤化物灯是近年发展起来的所谓第三代光源，它与高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短.主要有：（1）钠铊铟灯（白光）（2）镝灯（白光）（3）超高压铟灯和锡灯（白光）（4）单色性很高的灯，如铊灯（绿光）、铟灯（蓝光）第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期五金属卤化物灯第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期五3、高压气体放电灯特性比较高压荧光汞灯金卤灯高压钠灯材料汞、Na、Ar荧光粉金属卤化物、汞Na、汞、N2温度400~5000C700~10000C3500C光效32~60Lm/W52~13064~150色温5500K3000~6500K1900~2800K寿命1.0~2.0万h0.3~1.01.2~2.4频繁启动对寿命影响很大不明显不明显启动时间4~8min4~10min4~10min经济性价格低廉昂贵适中灯型特性第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期五（六）无极灯

第四代照明产品，无灯丝，无电极，是无电极气体放电荧光灯的简称

1、原理无极灯由高频发生器、耦合器和灯泡三部分组成。它是通过高频发

生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体。等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线。灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。第三十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期五无极灯第三十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期五2、特点1、灯泡内无灯丝、无电极，产品使用寿命达60000小时以上。2、发光效率高，高频无极灯70Lm/W，低频无极灯75Lm/W。3、显色指数达80以上，采用优质三基色荧光粉，颜色不失真。4、宽电压工作，电压在185V-255V可正常工作。5、高频工作频率为2.65MHz，低频工作频率为230Hz，安全没有频闪效应6、光衰小，20000小时后光通维持率可达80%7、瞬时启动再启动时间均小于0.5秒8、启动温度低，适应温度范围大，零下25度，均