灯发展史

1、光源及电照明介绍光源分类：自然光源-太阳灯电光源-利用电能做工，产生可见光的光源电照明：利用电光源照明电照明按照发光的分类：电阻发光、电弧发光、气体发光和荧光粉发光电照明按照使用的分类：一般照明、局部照明、装饰照明电阻发光：利用导体自身的固有电阻通电后产生热效应，达到炽热程度而发光，如：白炽灯、碘钨灯…电弧发光：利用二电极的放电产生高热电弧后发光。

如：炭精灯。

荧光粉发光：在透明玻璃管内注入稀薄气体或微量金属，并在玻璃管内壁涂上一层荧光粉，借二极放电后利用气体的发光时荧光粉吸收而发光。

如：荧光灯…气体发光：在透明玻璃管内注入稀薄气体和金属蒸汽，利用二级放电使气体高热而发光。

如：钠灯、镝灯…2、光源发展进展人类对电光源的研究始于18世纪末。

19世纪初，英国的H.戴维发明碳弧灯。

1879年，美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。

1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。

1912年，美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究，提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命，扩大了白炽灯应用范围。

20世纪30年代初，低压钠灯研制成功。

1938年，欧洲和美国研制出荧光灯，发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上，这是电光源技术的一大突破。

40年代高压汞灯进入实用阶段。

50年代末，体积和光衰极小的卤钨灯问世，改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态，这是电光源技术的又一重大突破。

60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯，其发光效率远高于高压汞灯。

80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯，使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。

光源发展到现在130多年，经历了几次重要的变革，几代光源的产生见证了这一历史的演变，因此，下面从几代光源的介绍为主线进行综述。

3、第一代光源 --白炽灯1879年,美国爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明时代进入电气照明时代。

也宣告了第一代光源-白炽灯的诞生。

现代白炽灯是靠电流加热灯丝至白炽状态而发光。

其具有光谱连续，显色性好，结构简单，可调光，无频闪等优点，使得其在随后的数十年间取得了快速发展。

3.1白炽灯原理不同类型的电光源有不同的结构，但一般都具有以下几部分的零部件：作为发光体的灯丝、电极、荧光粉；作为发光体外壳的玻璃、半透明陶瓷管、石英管；作为引线的导丝、芯柱、灯头；作为充填物的各类气体、汞、金属及其卤化物；消气剂、各类涂层、绝缘件及粘结剂等。

白炽灯的结构及原理：普通的白炽灯，主要由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头等组成。

玻壳做成圆球形，制作材料是耐热玻璃，它把灯丝和空气隔离，既能透光，又起保护作用。

白炽灯工作的时候，玻壳的温度最高可达100℃左右。

丝灯是用比头发丝还细得多的钨丝，做成螺旋形。

同炭丝一样，白炽灯里的钨丝也害怕空气。

如果玻壳里充满空气，那么通电以后，钨丝温度升高到2000℃以上，空气就会对它毫不留情地发动袭击，使它很快被烧断，同时生成一种黄白色的三氧化钨，附着在玻壳内壁和灯内部件上。

两条导线由内导线、杜美丝和外导线三部分组成。

内导线用来导电和固定灯丝，用铜丝或镀镍铁丝制做；中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝，要求它同玻璃密切结合而不漏气；外导线是铜丝，任务就是连接灯头用以通电。

一个喇叭形的玻璃零件就是感柱，它连着玻壳，起着固定金属部件的作用。

其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走，然后将下端烧焊密封，灯就不漏气了。

灯头是连接灯座和接通电源的金属件，用焊泥把它同玻壳粘结在一起。

3.2白炽灯优缺点白炽灯的优点有：显色性好，成本低，使用安全，设备维护费用低及无污染，仍被大量采用，但白炽灯是通过将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。

大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化成无用的热能，只少于10%的能量会成为光，因此它的发光效率低，能耗大，寿命短为其缺点。

3.3白炽灯的发展趋势随着澳大利亚作为世界上第一个计划全面禁止使用白炽灯的国家，其他各国纷纷推出了禁用白炽灯的计划，加拿大、日本、美国、中国、欧盟各国均计划在未来10年内逐步淘汰白炽灯的使用。

4.第二代光源--低气压气体放电灯20世纪30年代，荷兰科学家开发出第一支荧光灯，随后又开发出了集成镇流器于一体的紧凑型荧光灯。

由于其采用创新性的气体放电原理，即由受激发的汞蒸气放电时发出的紫外线激发管内荧光粉而发光。

其具有发光效率高，寿命长，光色好等优点，使得其在家居、办公、商业照明灯领域逐渐取代白炽灯成为使用最广泛、最成功的灯种之一。

近年来欧、美等发达国家以及古巴、菲律宾等发展中国家都颁布法令或制定逐步淘汰白炽灯的计划，大力推广高效节能的荧光灯。

同时也对荧光灯提出了更高的要求，要求更长的寿命，更高的光效，更紧凑的结构，更环保的固汞，更少的汞量等绿色环保节能要求。

4.1荧光灯介绍普通的荧光灯是最早诞生的气体放电型光源，能够发出近似自然光的白光，光色好，显色指数高。

节能型荧光灯是上世纪八十年代后发展起来的，显色指数较早期的荧光灯高，发光效率也有了较大的提高，性能非常的优越。

4.2荧光灯原理传统型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0.8 Pa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。

荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。

由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前节能的电光源。

荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激发成激发态，同时由激发态自发的返回到基态，将价电子的电能转化为电磁辐射能，并辐射出3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。

载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。

无极荧光灯即无极灯，它取消了对传统荧光灯的灯丝和电极，利用电磁耦合的原理，使汞原子从原始状态激发成激发态，其发光原理和原统荧光灯相似，是现今最新型的节能光源。

从荧光灯的发光机制可见，荧光粉对荧光灯的质量起关键作用。

20世纪50年代以后的荧光灯大都采用卤磷酸钙，俗称卤粉。

卤粉价格便宜，但发光效率不够高，热稳定性差，光衰较大，光通维持率低，因此，它不适用于细管径紧凑型荧光灯中。

1974年，荷兰飞利蒲首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、蓝三色光的荧光粉氧化钇（发红光，峰值波长为611nm）、多铝酸镁（发绿光，峰值波长为541nm）和多铝酸镁钡（发蓝光，峰值波长为450nm）按一定比例混合成三基色荧光粉（完整名称是稀土元素三基色荧光粉），它的发光效率高（平均光效在80lm/W以上，约为白炽灯的5倍），色温为2500K-6500K，显色指数在85左右，用它作荧光灯的原料可大大节省能源，这就是高效节能荧光灯的来由。

可以说，稀土元素三基色荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。

4.3荧光灯优缺点荧光灯的优点是发光效率要比白炽灯高得多，在使用寿命方面也优于白炽灯；缺点是荧光灯的显色性较差（光谱是断续的）特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，应采取措施消除频闪效应。

另外，荧光灯需要启辉器和镇流器，使用比较复杂。

紧凑型荧光灯可逐步替代白炽灯：其节电率高，１５Ｗ的紧凑型荧光灯亮度与７５Ｗ的白炽灯相当寿命长，平均寿命８０００小时，最长达２００００小时，白炽灯只有１０００小时～２０００小时。

4.4荧光灯的发展趋势目前常见的荧光灯及应用如下：1、直管形荧光灯：对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。

适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。

T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。

2、彩色直管型荧光灯：适用于商店橱窗、广告或类似场所的装饰和色彩显示。

3、环形荧光灯：主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源，供家庭、商场等照明用。

4、单端紧凑型节能荧光灯：这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯，可方便地直接取代白炽灯。

5、第三代光源 --HID高强度气体放电灯20世纪40-60年代，科学家发现提高气体放电的工作压力表现出的优异特性，又不断地开发出高压汞灯，高压钠灯，金属卤化物灯等高强度气体放电灯,由于其具有功率密度高，结构紧凑，光效高，寿命长等优点，使得其在大面积泛光照明、室外照明、道路照明及商业照明等领域得到广泛应用。

其中较有代表的为金卤灯、钠灯。

5.1金卤灯介绍在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯，金属卤化物灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源。

照明采用钪钠型金属卤化物灯，该灯具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点，是一种接近日光色的节能新光源，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、码头等场所的室内照明。

5.1.1金卤灯的工作原理电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。

工作时，汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。

当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。

这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。

电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为 1330～13300Pa。

通常采用的金属平均激发电位为4eV左右，而汞的激发电位为7.8eV。

金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。

结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。

充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为70～95）。

汞电弧总辐射中仅有23%在可见光区域内，而金属卤化物电弧的总辐射则有50%以上在可见光区域内，灯的发光效率可高达120lm/W以上。

金属卤化物与电极、石英玻璃之间以及卤化物相互之间在高温下都会引起化学反应。

金属卤化物容易潮解，极少量水的吸入可造成放电不正常，使灯管发黑。

电极电子发射物质系采用氧化镝、氧化钇、氧化钪等，以防止发射物质与卤素发生反应。