现代照明及发光技术

现代照明及发光技术第一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日自然界发光现象白光的表征及产生传统照明技术

有机电致发光照明技术主要内容第二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日自然界的发光现象物质的燃烧有机物：无机物：石油天然气煤….活泼金属与氧气发生化学反应光和热能量第三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日热发光黑体辐射：振动能量正比于振幅的平方，温度升高使分子振动加剧，部分能量达到可见光区域。第四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日化学发光是一种特异的化学反应，有机分子吸收化学能后发生能级跃迁，产生一种高能级的电子激发态不稳定的中间体，当其返回到基态而发出光子，即为化学发光。分类闪光型：时间很短零点几秒到几秒辉光型：时间长从几分钟到几十分钟，或几小时至更久。第五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日光化学发光免疫测定是目前世界公认先进的标记免疫测定技术，化学发光免疫分析技术具有高度的准确性和特异性，成为检验方法中最为重要的技术之一第六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日生物发光生物体内的化学反应将化学能转化为光能而发光的现象，即生物发光。大部分生物发光都与三磷酸腺苷有关。是由荧光素酶与荧光素的化学反应引起的。特点颜色范围宽，可从红光到深蓝光氧几乎是必需的条件生物发光的化学反应似乎都是酶-底物反应第七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日典型的发光生物萤火虫琵琶鱼栉水母发光菌类腰鞭毛虫第八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日光致发光一些物质在光的照射下，物质当中的电子吸收光能后（激发）跃迁到更高的能量状态（激发态），处于激发态的电子不稳定有返回原来的稳定状态（基态），多余的能量以光的形式放出（发射），产生发光现象叫光致发光光第九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日典型的有机发光物质第十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日典型的无机发光物质稀土化合物，其优点是吸收能力强，转换率高，色纯度高目前,常见的无机荧光材料是以碱土金属的硫化物（如ZnS、CaS）铝酸盐（SrAl2O4,CaAl2O4,BaAl2O4）等作为发光基质，以稀土镧系元素铕(Eu)、钐(Sm)、铒(Er)、钕(Nd)等作为激活剂和助激活剂

CaS:Eu红，CaS:Ce绿，SrS:Ce蓝绿InGaN：蓝第十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日电致发光又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。

它由背面电极层、绝缘层、发光层、透明电极层和表面保护膜组成，利用发光材料在电场作用下产生光的特性，将电能转换为光能。目前电致发光的研究方向主要为有机材料的应用

第十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日光的表征及白光的产生光的表征E=hc/λ表征一个光源的四个物理量：

看起来亮吗？光度什么颜色？色度被照明物体的颜色看起来真实吗？显色指数

给人感觉是冷的还是暖和的？色温光——波和粒子二重性电磁波：速度

c=3108m/s,c=nl频率

n(Hz)，波长

l(nm): 长波——中波——短波——微波——远红外——近红外——可见光——紫外——真空紫外——…622-700597-622577-597492-577455-492400-455(nm)第十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日光度——人对光亮度的视觉光度与功率的不同在于它是视觉响应。相关的量以光度学量表示。归一化的明视觉灵敏度曲线[实线，V(l)，据1924CIE]和暗视觉灵敏度曲线[虚线，V’(l)，据1951CIE]第十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日色度——定量表述色彩用称为三色值的数字表示颜色，基于多数色彩都可以用不超过3种适当的原色，例如红[R]，绿[G]和蓝[B]来模仿的实验事实。1931CIE标准配色函数：红x,绿y,蓝z第十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日CIE色度图自然界中存在的颜色，边界为单色光第十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日用几种基色配色能够得到的色彩范围用两种基色，能够得到色度图上两个基色的色坐标连线上的所有颜色；用三种或三种以上基色可以得到这些基色连线形成的多边形内的所有颜色。多边形面积越大，能再现的色彩就越丰富。第十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日显色性不发光物体的颜色：白光中一部分波长的光被物体吸收 不透明物体：反射 透明物体：透射吸收反射透射入射具有不同光谱而色坐标相同的光源称为同分异构光源。同分异构光源照明的物体可能产生不同的色觉。这种性质称为显色性，

用一个物理量——显色指数Ra——来描述。第十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日经过对光源测量、计算得到显色指数。如果光源的性质与黑体辐射一致，显色指数Ra=100,色彩再现性最好；Ra越小(甚至为负值)，用它照明时，看到的物体色彩就越失真。用蓝光和黄光配色成为白光，如果被照明物体是绿色或红色的，在这个光源下，看起来就会失真400500600700第十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日高显色指数光的显色性第二十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日低显色指数光的显色性第二十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日色温Tc以绝对温度K来表示,即将一标准黑体(如:铁)加热,温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源与黑体的颜色相同时,我们将黑体当时的绝对温度称为该光源所发光之色温。色温越高，光色越偏蓝；色温越低，越偏红色。一天中的光色随时间变化而变化。第二十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日10000K

早晨的阳光（偏蓝的光）6000K

中午的阳光5000K

下午的阳光2000K

黄昏的阳光（偏红的光）自然光第二十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日室内照明光第二十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日白光的产生白光的组成白光棱镜折射400nm700nm第二十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日黑体辐射产生白光粒子振动产生的辐射称为黑体辐射黑体辐射的光谱用上面的方法求出色坐标不同色温T下黑体辐射源色度点的轨迹第二十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日两互补色或三基色交叠，形成白色400nm700nm430nm480nm490nm560nm500nm580nm595nm605nm配色产生白光第二十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日蓝-黄互补光混合红-绿-蓝三基色光混合第二十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日满足照明要求白光的质量色坐标CIEx,y越接近（0.33，0.33）越好显色指数Ra大于80色温Tc在2500—6500K之间第二十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日传统照明技术第三十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日照明的历史照明需要光，科学技术发展使产生光的方法越来越方便，效率越来越高。但是，直到200多年前，照明技术发展极度缓慢，很多年、很多代的人一辈子都看不到照明方法有什么变化。照明所用能源的进步50万年 5万年 200年 100年前木柴动植物或矿物油煤气或其他可燃性气体电第三十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日直到19世纪初，燃烧产生火焰一直是唯一的人造光。

燃烧是氧化过程，放出热量，高温使微粒中C原子热运动(振动)加剧。原子热运动的能量按照一定规律分布,与温度有关。温度足够高时，部分能量达到可见光区域。我们祖先对光的认识明也。从火在人上。光明意也。说文第三十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日燧人氏火是人类历史上第一件伟大的发明。由于它对人类发展的重要作用，在传说中，火的使用往往和民族的始祖或英雄相联系；在原始宗教中，火的发明者被作为神来供奉。第三十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日50万年以前，人类就已经广泛地使用火了。熟食在从猿到人的进化过程中起着重要的作用。原始人偶然拣起一片燃烧的木头用来照明，他们发明了第一个便携式光源——火把。北京人已有控制火的能力，这是原始文化的一大转点。匼(ke)河及蓝田两遗址里，似乎都没有用火痕迹报导。

李济：踏入文明的过程——中国史前文化鸟瞰作为对人类历史的回忆，火炬这种最古老的照明器具现在还应用在庆典中。

第三十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日毛细作用使燃料上升进入火焰，大大改善了热发光照明的效率。考古发现表明，人类在七万到三万年以前开始使用石制的灯。之后是贝壳、陶和金属的灯。灯芯可能是人类有意识发明的第一个照明器件。史前照明技术下一个重要进步——灯芯第三十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日考古发现蜡烛在公元前8世纪就已出现(古罗马)。原理和灯芯相同，固体燃料(蜂蜡、牛油，后来是石蜡)在火焰中熔化。古文中的烛意为火炬，蜡烛最初是空心芦苇灌上蜂蜡做成的。最早的文字记载见诸西京杂记，广泛应用经历了漫长的过程。南越王献高帝(刘邦)石蜜五斛，蜜烛二百枚，白鹇黑鹇各一双。高帝大悦，厚报遣其使。 西京杂记(晋葛洪，伪托汉刘歆)第三十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日蜡烛简史（据百度百科)现在一般认为蜡烛起源于原始时代的火把，原始人把脂肪或者蜡一类的东西涂在树皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。也有传说在先秦上古时期，有人把艾蒿和芦苇扎成一束，然后蘸上一些油脂点燃作照明用，后来又有人把一根空心的芦苇用布缠上，里面灌上蜜蜡点燃。大约在公元前3世纪出现的蜜蜡可能是今日所见蜡烛的雏形，在西方，有一段时期，寺院中都养蜂，用来自制蜜蜡，这主要是因为天主教认为蜜蜡是处女受胎的象征，所以便把蜜蜡视为纯洁之光，供奉在教堂的祭坛上。从现存文献看，蜜蜡在我国产生的时间大致与西方相同，日本是在奈良时代（公元710～784年）从我国传入这种蜡烛的。蜡烛的普及经历了一个很长的历史时期，《西京杂记》中记载，汉朝时南越向高帝进贡的贡品当中有蜡烛，有说法认为当时在寒食节禁火的时候君王赏赐给侯爵以上的官员、上品官员以蜡烛，说明当时的蜡烛极为稀少。到了南北朝时期蜡烛稍微应用得普遍了一些，但也主要是在上层社会，而不是一般的百姓家照明用的。唐朝时也记载了在晋州上贡时的贡品当中有蜡烛，另外唐朝的官员还专门设置一个官员来管宫廷蜡烛。宋朝记载有当时和西夏的边境贸易中，交易的用品就有蜡烛。蜡烛作为外贸、对外交换的一种东西，说明虽然当时用的比较普遍，但还是比较珍贵的。到了明清，蜡烛才渐渐地走入了寻常百姓家，人们日常生活中使用的也比较多了。和现代蜡烛相比，古代蜡烛有许多不足之处。唐代诗人李商隐有“何当共剪西窗烛”的诗句。诗人为什么要剪烛呢？当时蜡烛烛芯是用棉线搓成的，直立在火焰的中心，由于无法烧尽而炭化，所以必须不时地用剪刀将残留的烛心末端剪掉。这无疑是一件麻烦的事，1820年，法国人强巴歇列发明了三根棉线编成的烛芯，使烛芯燃烧时自然松开，末端正好翘到火焰外侧，因而可以完全燃烧。但蜡烛还有待进一步完善，它的材料一般是有许多缺点的动物油脂，解决这一难题的是法国化学家舍夫勒尔等人。1809年，他收到一家纺织厂的来信，请他分析、确定他们寄来的一个软皂样品的成份。他拿着这封信思索了很长时间，心想：要研究肥皂，看来还得从原料油脂入手。经过大量实验，他发现，在一切油脂中，不论其来源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%则是皂化过程中生成的甘油。通过研究他认识了皂化过程的本质，同时还发现当时用油脂做成的蜡烛，由于里面有甘油，燃烧时火焰带烟，气味难闻。若改用硬脂酸做成蜡烛，燃烧时不仅火焰明亮，而且几乎没有黑烟，不污染空气。舍夫勒尔把他的发现告诉盖·吕萨克（JosephLouisGay-Lussac），并建议两人共同研究如何具体解决这个问题。他们用强碱把油脂皂化，再把得到的肥皂用盐酸分解，提取出硬脂酸。这是一种白色物质，手摸着有油腻感，用它制成的蜡烛质地很软，价钱更加便宜。1825年，舍夫勒尔和盖·吕萨克获得了生产石蜡硬脂蜡烛的专利。石蜡硬脂蜡烛的出现，在人类照明史上开创了一个新时代。后来，有人在北美发现了大油田，于是可从石油中提炼出大量的石蜡，较理想的蜡烛因此在全球得到了普及、推广。在古代尚未使用电力的情况下，蜡烛的照明作用尤为重要。但在高科技迅猛发展的今天，人们在日常生活中已经一般不再使用蜡烛了，蜡烛则更多的被赋予了感情色彩，例如情侣相约、生日晚餐、对亡灵的悼念、对未来的祈祷等等，特别是在纪念日和喜庆的日子里，人们便会点起蜡烛。第三十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日(宋)马麟秉烛夜游图现存台北故宫博物院古诗十九首生年不满百(汉)生年不满百，常怀千岁忧。昼短苦夜长，何不秉烛游？第三十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日摇曳的烛光，容易使人产生无尽的联想。蜡烛成了古代诗人表达感情的重要道具，出现在不少千古传唱的名句中。当中国还沉湎于烛光的浪漫中时，欧洲开始了工业革命。工业革命带来了科学技术、也包括照明科学技术的进步第三十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日煤油灯

18世纪末Agrand发明，标志着近代照明技术的开端具有置于两个同心管中的管状灯芯——灯芯位置可调火焰周围有一个玻璃灯罩——改善了燃烧的空气供应使燃烧效率提高，光增强了10倍。技术发明得到推广的几个要素： 依据基础理论拉瓦锡：燃烧是由于空气中的氧 争取权威支持向英王乔治三世演示 寻求法律保护一项英国专利(1784)19世纪，人们对这种灯提出了大量的改进，包括油的供给方式，灯芯和灯头的设计，矿物油的应用。第四十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日道光年间(1821-1850)一盏这样的灯出口到中国，价值白银1斤，约相当于现在3000元。“余于道光初在广州以银1斤买得大西洋铜灯用之，蓄油于上瓶而下注于横管，横管之末安为炷(灯蕊),螺旋之，其光可大可小。”阮元，时任两广总督1850年样式的煤油灯成为广泛使用的照明装置。如今，这种灯仍在没有电力供应的地区使用。第四十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日其实，用灯罩改善燃烧中空气供应的方法中国早在汉朝就有了。河北满城中山靖王墓中出土的长信宫灯就已采用了这种技术。第四十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日煤气灯1772，Murdoch发明19世纪初，用煤炭工业气体副产品——煤气燃烧照明迅速在城市中发展，用于家庭、工厂、公共场所以及街道照明。这种照明技术在西方应用了100多年。第四十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日我们对煤气灯的感性认识(如果有的话)大多来自福尔摩斯探案的影视

，所以，它给我们的印象可能不是光明而是罪恶和恐怖。据称上海是世界上第3个使用煤气灯的城市，但煤气灯从来没有进入中国广大地区，甚至没有进入上海的寻常百姓家。第四十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日灰光灯(limelight)1826，Drummond第一个固态照明装置石灰(氧化钙)圆柱在氢氧焰喷管无色的火焰中发出耀眼的光。发光来自1820年发现的一种新效应—非高温发光：离子被热激发，电子进入激发态，跃迁回到低能态时辐射发光。在1860到1870年代，灰光灯用于剧院，直到为电弧灯取代。第四十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日工人们在剧场中安装灰光灯第四十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日汽灯Welsbach用浸透了金属氧化物溶液的棉织物(1：99氧化铈和氧化钍)的纱网作为发光体。汽油喷灯不发光火焰高温加热纱网燃烧后保留的氧化物网状骨架，和灰光灯类似，产生非高温发光。二十世纪的前三十年中广泛应用，后来逐步为电照明取代。第四十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日汽灯第四十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日电照明，先进的原理和滞后的能源技术19世纪初，英国人Davy用2000对伏打电池使两个碳棒电极之间产生电弧(气体放电效应)；用电流加热一条导线使它炽热发光(电热效应)。比静电在汞蒸气中放电发光的效应的发现得还要早。尽管作为电照明基础的这两种效应那时就已为人所知，随后人们也进行了大量的科学和工程研究，但当时，依赖于电池的在仅经济上就是不可行的。只有具备了一种经济地提供能源——电的技术，电照明才可能发展。这个时刻终于来到了——1870年比利时人Gramme发明发电机。第四十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日1876年，Yablochkov发明了第一个实用的电照明装置。由以绝缘石膏薄片分开的两条平行碳棒组成，寿命只有几小时。这种装置很快被用来作为街道照明，并使电照明获得公众认可。电照明开始实用第五十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日几年后，它们被高性能长寿命(可达1000小时)的碳弧装置代替。电弧灯作为道路照明一直用到20世纪二十年代，在两次世界大战中都用作飞机强光照明灯。它是现代高强度放电灯的始祖。第五十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日白炽灯Edison和Swan是白炽灯丝灯最有成效、最卓越的发明家。1878年,研制电灯已有大量工作,灯泡抽成真空问题基本解决.英国人Swan致力于电灯研究已经30多年,研制成用碳丝做灯丝.当时,爱迪生的研究刚刚开始,他试用了上千种灯丝材料。1879年10月看到了Swan用碳丝灯的报道,受到启发.经历重重困难,他用“日本竹”纤维制成了碳丝.把这种碳丝装入灯泡,又将灯泡抽成真空，接上电流后,灯泡亮了，寿命达到45个小时.PolygonumcuspidatumJapaneseBamboo虎仗，别名黄药子竹节参班庄根多年生草本，原产中国及朝鲜、韩国、日本。根横走，木质化，黄色。茎直立中空，散生红色或紫红色斑点，节稍膨大。苦，寒。

入肝，胆，肺，大肠。

活血散瘀，清热利湿，解毒，止咳，通便。第五十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日第五十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日从历史来看,Swan发明电灯比爱迪生早，团队

技术研究需要各方面特长的人共同协作Swan经常只有一个助手爱迪生有整个研究所做后盾.经费

爱迪生为研制电灯花费了4万美元,大批购买各种实验材料,Swan则望尘莫及,很快被爱迪生后来居上.为什么爱迪生成为成功者？第五十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日研究解决应用中的实际问题

应用需要解决很多实际问题：灯泡在电路上要并联而不能串联,并联要求灯泡有高电阻,爱迪生研制生产了灯丝极细的灯泡.生产爱迪生创办了第一个供电系统。炭丝灯随后迅速商品化催生发展了如今成为电力和照明(以及其他家用电器)工业巨头的一些公司：如通用电气(GE,前身为爱迪生电灯公司),西门子，飞利浦等。专利 技术发明的成果一般以获得专利权为准爱迪生1883年已经获得有关电灯的147项专利Swan制成第一个碳丝灯泡的32年之后(1880)年才第一次申请专利.第五十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日20世纪初的高新照明技术碳丝灯是户内的照明装置人们作了很大的努力用高熔点金属丝替代碳丝，使灯工作在更高温度并且寿命更长(减少蒸发)。虽然高熔点金属韧性差、很难拉成线材，但通过逐步应用锇(2700C)、钽(3000C)最终是钨(3410C)而很快解决。今天的白炽钨丝灯的设计在二十世纪初的1903年就已基本完成。第五十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日荧光灯在整个19世纪,低压气体中的放电的研究一直没有中断。1900年，Hewitt获得汞灯的专利。这种灯启动时需要倾斜，而且发蓝绿色光，被照物体颜色失真。但效率比碳丝灯高得多。汞灯后来成为荧光灯的基础。1938年，通用电气和西屋电气将一种新型的灯投入市场，这种灯是内管壁涂有荧光粉的低压汞蒸气放电灯，汞的紫外发射激发荧光粉发光。最早的荧光粉是天然矿物，很快就为合成的无机材料所替代。从1948年起，普通白色荧光灯用荧光粉是锑和锰激活的卤磷酸钙Ca5(PO4)3(F,Cl)。第五十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日常见的灯钨丝白炽灯

效率14.4lm/W显色指数100寿命1000小时增加电压或电流，提高温度发光可能更白，发光效率也可能提高，但灯丝蒸发加快，使用寿命缩短。第五十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日效率11.8lm/W显色指数100寿命2000小时卤钨灯

——提高色温，增加寿命在卤钨灯中，在充入的气体中添加卤素(Br,I)建立起一个循环：钨从热的灯丝上蒸发向冷的壁方向扩散时形成卤化钨；卤化钨向相反方向扩散，在灯丝上分解。这个过程大大减少了灯丝上钨的损失。

第五十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日荧光灯把紫外光转换为可见光254nm555nm即使量子效率为100%,辐射效率也只有46%总的转换效率约为28%，比100W白炽灯高4到5倍。发光效率由低功率(4到5W)灯的35至50lm/W到大功率(70至125W)灯的75至100lm/W，显色指数78,寿命24000小时节能灯(紧凑型荧光灯+一体化的电子镇流器)

效率51lm/W显色指数82寿命5000-10000小时E(555nm)/

E(254nm)=254/555=0.46第六十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日高压钠灯——效率高，显色性差，用于街道照明钠发射589.0和589.6nm组成的双线(D线)，几乎是单色的黄光。高压加剧离子碰撞，使光谱变宽，改善了显色性。

效率108lm/W显色指数22寿命24000小时第六十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日第六十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日硫灯应用微波使硫蒸汽放电。微波辐射用微波炉用的2450MHz磁控管产生。在充入硫和氩并放入一个腔中的灯泡内激起放电。目前上市的有400－2000W的灯，这种灯是一种无汞的放电型白光光源。无电极放电放电灯失效的主要原因都是电极劣化。如果不用电极，就能够提高这种灯的寿命。虽然无电极放电早在100年前就发明了，但只是到最近，可靠、廉价的高频电源的进步，才使无电极放电灯能够实用。第六十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日硫灯发光效率75-100lm/W，显色指数Ra=79。寿命为20000小时,(磁控管寿命)。第六十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日目前常见的照明器件的技术水平第六十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日全球每年耗电量约为1013kWh，其中21%用于照明。发光效率提高1%每年就能节约20亿美元。但是，由于所采用的产生光的物理原理本质上是耗散型的，通常的灯泡和灯管未来不太可能显著改善。 ——热 ——大的Stokes位移 ——无辐射跃迁因此，研发以其他物理原理为基础的高效新光源对于节能是十分重要的。第六十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日21世纪初的照明技术钨白炽灯仍在广泛使用，紧凑型荧光灯(节能灯)由于效率比白炽灯高而正被积极推广多数工作环境使用荧光灯街道照明以高压钠灯为主随着半导体科学技术的进步，高亮度可见光发光二极管已有很多应用，以它为基础的固态照明正在迅猛发展，照明技术又面临着一次革命，我们已处在固体照明时代的黎明第六十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日3.固体照明

LightEmittingDiode半导体发光二极管照明1960年红外GaAsLED1968就有把红外LED的长波发射转换为可见光的尝试1960年代末可见光LED1980年代超亮红、黄、绿光LED1997高亮度蓝光发射AlInGaNLED出现后实用的白光LED才成为现实。以短波LED为基础，发展了使用两种或三种颜色混合的白光LED。白光光源是固体照明技术的最终目标。对于LED最富挑战的应用是替代普通白炽灯和荧光灯。第六十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日电子从低到高填充能带中密集的能级。如果恰好填满到某一能带，以上的能带都是空的，由于满带不导电，这些材料是非导体；如果最上面一个能带只是部分填满，材料是导体，部分填满的能带能够起导电作用，称为导带。半导体和绝缘体都是非导体，它们的区别在能隙的宽窄，在0K下，它们都是绝缘体。半导体的能隙较小，升高温度，少数电子能够由最高的满带(价带)顶激发到导带底，具有一定的导电性，电导率比导体小得多。insulatormetal0Ksemiconductor绝缘体、金属和半导体的能带3.1.固体照明的基础——LED第六十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日半导体材料禁带宽度(eV)(RT)单质半导体Si1.14Ge0.67二元化合物半导体ZnO3.2ZnSe2.6GaAs1.43GaN3.44可见光区：1.59eV－3.27eVIII VB NAl PGa AsIn SbTl Bi第七十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日发光二极管光谱III-V族三元系或四元系材料器件结构(异质结,量子阱)第七十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日3.2.实现白光LED的方法1)白色多芯片(MC)LED至少由两色LED组成，把不同芯片不同颜色的发射混色。2)荧光粉转换(PC)LED用荧光粉把蓝色或紫外LED的发射转换为长波光。用蓝色LED时，LED发射的一部分蓝光也作为基色之一)。第七十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日3.2.1荧光粉转换LED发射蓝光的AlInGaN芯片和发射在黄区的荧光粉

蓝光芯片＋涂敷一层混有环氧树脂的荧光粉。整个结构嵌在透明树脂中。部分蓝光在荧光粉层中被吸收转换为黄光。其余的蓝色发射漏入透明树脂。第七十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日YAl5O12:Ce3+460nm/520,580nm光谱性质满足二色白光LED的要求460nm附近的激发峰与蓝光AlInGaNLED的峰值波长一致,也接近最有效的二色体系短波分量所需的波长。荧光粉的发射光谱与混色得到白光所需的互补分量符合(570到590nm)。Ce3+在钇铝石榴石中的能级第七十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日由AlInGaNLED的蓝光和发射峰值波长略有不同的黄光荧光粉得到色温不同的白光

光谱的光视效能超过300lm/W通用显色指数略小于80。黄绿色、红紫色、深绿色和深蓝色显色性较差，深红色显色性特差。第七十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日1997年高亮度AlInGaNLED发展起来不久，AlInGaN/YAG:Ce白光LED就商品化了。由于蓝色LED的效率不断提高，这种白光LED发光效率早已超过白炽灯，目前已接近甚至超过了荧光灯。2000年商品白光LED发光效率14。2004年国内商品发光效率61lm/W显色指数802006年7月，日本日亚公司推出100lm/W的白光LED，12月批量生产,完成了150lm/W产品的研发

2008年6月Osram136lm/W2008年9月Philips141.1lm/W2008年12月Cree161lm/W

第七十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日日本产业界提出的高效率型、高显色型白光LED产品发光效率目标：高效率型高显色型2008100lm/W80lm/W20101301202015160140荧光粉转换形白光LED发光效率的理论上限是270lm/W白炽灯14.4lm/W节能灯51三基色荧光灯84高压钠灯108第七十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日3.2.2白光多芯片LED与荧光粉转换LED比较，白光多芯片由于不存在转换中的能耗，效率应该更高。多芯片LED也避免了荧光粉老化问题。缺点是电源较复杂，价格高；发射谱线窄，因此需要使用多种LED来得到高的显色指数值；不同颜色的芯片不再同一位置，不同视角上色度可能不同。现有LED技术可以提供高效三色白光灯(50<Ra<85)所需的基色LED：用峰值波长600nm附近的AlGaInPLED+峰值波长450和540nm的AlInGaNLED，装配出白光LED,发光效率超过荧光灯。第七十八页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日4.无机固态照明的应用和前景1960年代可见光LED开始商用彩色指示灯，文字-数字显示器后来，当大多数仪器的显示转用液晶，LED的应用空间又退缩到指示器。1980年代出现第一个透明基片的AlGaAsLED起，高亮度LED逐渐进入了与人造光相关的所有应用领域。第七十九页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日这种技术正逐步占领白炽灯、荧光灯甚至还占有激光器的领地。在交通信号和显示方面的地位已很好地确立。在医学、光合作用研究和光学测量方面开创了新的应用领域。信号灯交通信号灯多年以来，滤色的白炽灯在强光信号灯中占主导地位。滤色通过把不需要的波长部分的辐射转换为热，从宽光谱分布产生窄光谱分布,效率极低(红光3lm/W)。

第八十页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日已广泛应用长寿命(减少维修)、效率高(节能)、在日光直射下也高得足以分辨信号。安全：没有强的反射，旧式信号灯由于不能区分亮的红信号和低角度太阳照射下熄灭的绿信号灯而引起事故。用LED，不亮的信号看上去总是黑的。铁路信号：红、黄、绿、蓝和月白色，用固态照明技术都可得到LED交通信号灯第八十一页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日第八十二页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日汽车信号灯

长寿命(寿命超过了汽车的有效寿命)、低功耗、短开关时间(改善了前面的车刹车时驾驶员的反应时间)、耐冲击和震动。已用于一些车型的

高位刹车灯610nmLED刹车，尾灯，后转向灯610nmLED

尾灯和前转向灯590nmLED其他信号灯

:Exit指示，安全警示灯，机场跑道照明…

第八十三页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日显示器

字符显示器 全色大屏幕电视

纽约时代广场巨型屏幕由1680万个发光二极管组成。每个像元30毫米30毫米，由8个发光二极管组成，3个红的，3个绿的和2个蓝的。显示器尺寸36.6米宽27.4米高，有210万个像元。第八十四页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日照明当前LED的性能/价格比已使它有效地应用于装饰照明(代替霓虹灯)、安全和美化照明.通用照明应用处于初级阶段。要求高光通量，目前价格仍过高。随着芯片价格下降、发光效率提高，必然在不久将来迅速发展。几年前预测，LED技术在通用照明中的广泛应用预期将在发光效率接近200lm/W时出现。这个数值比荧光灯高两倍多。目前对绿色和低碳的要求增强，这个趋势可能在低一些效率时就出现。目前白光LED效率100lm/W,价格约为20元/W第八十五页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日和爱迪生灯泡说再见的LED灯泡出现了。电压110\120\220\240灯座

E27/B22颜色

白/红/绿/蓝/黄/紫功率

5WLED

57个寿命

60,000小时第八十六页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日国家发改委《“十一五”十大重点节能工程实施意见》2006年7月25日八、绿色照明工程

照明用电占全国用电量的12%左右。采用高效节能灯替代普通白炽灯可节电60～80%，节电潜力巨大。主要内容1、节能照明产品生产线技术改造2、节能照明产品推广3、采用半导体（LED）灯，改造大中城市交通信号灯系统。开展在景观照明中应用LED的示范。第八十七页，共一百零三页，编辑于2023年，星期日2008年北京奥运会大量应用了固体光源技术，总值接近5亿元。4.4万个LED组成的画卷展现了中国5000年文明