半导体照明技术(第二章)

价格低廉
昂贵
适中
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（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。
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。
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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)
蜡烛 (约2千多年前)
煤 油 灯 (1850
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
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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。
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第二章
光
源
日出而作，日落而息。自古以来，人类受照明条件的制 约安排生活、工作、休息等一切活动。即使有了火的照明， 乃至蜡烛、油灯，仍基本限制了人们在夜间的生活和活动。 爱迪生于1879年发明白炽灯，才结束了人类“黑暗”的历史。
随着科学技术的发展，其后又研发生产了荧光灯、高强度气
体放电灯。 本章主要学习人工光源的分类、主要性能指标，各种人 工光源的发光原理和特征，照明的经济核算等内容。
半 （四）低压钠灯
1、原理
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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。
体育场、广场、会场、舞台、 机场、商业和摄影等
半
（三）荧光灯
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荧光灯结构图
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1、原理百度文库
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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。
电离
汞Hg
自激放电
紫 外 线
可见光
荧光粉
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2、特点
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寿 命 长 光 通 衰 减 少
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（七）发光二极管(LED)
发光二极管是一种半导体二极管，它能将电能直接转化为光 能。作为一种新颖的半导体光源，其特点为：
1、节能
2、环保 3、美化生活 4、寿命长 5、启动时间短
6、结构牢固
7、发光体接近点光源 8、可以做成薄型灯具
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第三节 照明的经济核算
从经济角度看，不同光源产生光的价格是一个很有意义的问
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荧光灯
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4、应用
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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。
技
术
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
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1、原理
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辅助电极 主电极
（五）高压放电灯
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
半 2、特点
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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
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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。
题，光的价格可以由灯的价格和消耗的电的价格除以整个寿命
中产生的流明数来粗略估计。这样，1Mlm.h的价格为：
C1Mlm.h 10
6
p
' CL
' L L L
10
3
C1kW .h
' L
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小结
这次课主要讲了人工光源的分类、主要性能 指标，各种人工光源的发光原理和特征，照明的 经济核算等内容。
卤钨灯结构图
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卤钨灯实物图
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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%（1500-2000 H ），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。
LED灯 (20世纪90年代)
荧光灯 (1938年)
白炽灯 (1879年)
年 )
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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。
人 工 光 源
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1、额定电压
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三、人工光源的主要性能指标
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。
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a.平均寿命
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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）
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金属卤化物灯
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3、高压气体放电灯特性比较
特性
灯型
高压荧光汞灯
汞、 Na 、Ar荧光粉 400~5000C 32~60Lm/W 5500K 1.0~2.0万h
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。
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高压汞灯
半 导 （2）、高 压 钠 灯
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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
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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
（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）
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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。
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无极灯
半 2、特点

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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，均可正常启动和工 作。 9、功率因数可高达0.95以上。 10、安全可靠性，绿色环保、真正实现免维护、免更换。
、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
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（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.
启 动 慢 点 燃 迟
发 光 效 率 高
环不 境能 要频 求繁 高启 动
显光 色色 性丰 能富 好
3000h
3-5S
25-67
Lm/W
温度 湿度
R70-99
色温范 围广
半 3、分类
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(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。
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3、应用

基于无极灯寿命长、节能效 果显著，安全性高，绿色环 保等特点，因此适用于工厂 车间、学校教室、图书馆、 温室蔬菜植物棚、礼堂大厅、 会议室、大型商场天花板、 很高的厂房、运动场、隧道、 交通复杂地带（路灯、标志 灯、桥梁灯）、地铁站、火 车店危险地域或照明下水灯、 城市亮化泛光照明、景观绿 化照明等，特别适用于高危 和换灯困难且维护费用昂贵 的重要场所。
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)
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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。
金卤灯
金属卤化物、汞 700~10000C 52~130 3000~6500K 0.3~1.0
高压钠灯
Na、汞、N2 3500C 64~150 1900~2800K 1.2~2.4
材料 温度 光效 色温 寿命
频繁启动 启动时间 经济性
对寿命影响很大
4~8min
不明显 4~10min
不明显 4~10min
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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。
外壳
发光管
高压放电灯示意图
半
（1）高压汞灯
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半
1）原理
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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
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（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：
W nX WX n
式中，X代表所用卤素，W代表钨，n代表原子数。
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石英玻璃管
灯丝 金属支架
单端式 双端式