光源与照明专业概论

光源与照明专业概论

摘要：为了适应我国经济建设和科技发展的需要,推动"绿色照明工程"的深入实施,本着拓宽专业口径，培养复合型人材,增强学生工程技术和工程实践能力的目的, 教育部于2003年3月批准将"光源与照明专业”拓宽为"电气工程与自动化专业"，并保留光源与照明工程研究方向的特色。该专业的设立,将为该系开辟更广阔的发展前景。

关键词：光源的发展史LED的广泛应用专业前景

一，光源的发展史

人类从远古的黑暗走来，不断地追求着光明。从感恩太阳的光辉和深怀着对闪电的惊惧，到利用火山爆发、雷电点燃的火把；从摇曳的烛光到昏黄的煤油灯；从第一个碳丝灯泡的出现，到石英卤素灯的广泛使用；从卤磷酸钙荧光灯，到稀土三基色荧光灯点亮万家灯火，人类一步步将光明掌握在了手中。现在我们来纤细了解一下光源的发展。

从远古洪荒时期祖先们手中的火把，到今天光照时长可达五万小时的无极荧光灯。近代光源的发展不得不从一个人说起，他就是“发明大王”托马斯.爱迪生。1879年爱迪生发明了一种用碳丝做发光源的电灯，虽然这种灯的寿命只有五分钟，但它为爱迪生发明出一种寿命更长的电灯奠定了坚实的基础。没错，那就是至今仍然广泛应用的钨丝白炽灯。白炽灯的功一般为15~1000W；光效：6~16.6lm/W；色温小于2400~3900K。原理是靠电流加热灯丝至白炽状态而发光。优点有光谱连续，显色性好，结构简单，可调光，无频闪，能瞬间点燃，廉价，点灭对寿命影响小。但它也有缺点：如光效低（大部分射线为红外线），寿命与光效受电压影响较大，平均寿命一般在1000小时左右。表面温度较高。类型分为普通型，磨砂型，反射型等。适用于要求照度不高的场所，局部照明，事故照明；要求频闪小或经常开关的场所；避免气体放电对无线电或电子设备干扰场所；需调光场所。寿命终期：损坏前光通量约为初始光通量的80%；发光效率约为85%；色温约下降100K。

这个家族随之而来的是高压汞灯，它1906年诞生并于1930年开始广泛应用于生活。高压汞灯是利用汞放电时产生的高气压来获得高发光效率的一种光源。高压汞灯刚起动时，灯管两端电压为20V左右，与荧光灯放电类似。谱线集中在254nm附近。光色呈蓝色。随着放电的进行，温度升高，更多的汞被蒸发，汞蒸汽压增大，放电的能量逐渐向长波谱线移动。光色从蓝色变成白色。汞蒸汽压增大至0.2-1MPa 。故称为高压汞灯。高压汞灯光效较白炽灯高，约40-60lm/w；寿命是白炽灯的3-5倍，3000-5000h，但显色性较差，为Ra20-40。高压汞灯按用途可分为照明用高压汞灯和非照明用高压汞灯。照明用高压汞灯常用的有：荧光高压汞灯，反射型荧光高压汞灯，自镇流荧光高压汞灯。非普通照明用高压汞灯有：紫外线高压汞灯，球型超高压汞灯，毛细管形超高压汞灯。

之后，就是1938年问世的荧光灯了。荧光灯是管状光源，低压汞蒸汽放电光源，靠汞蒸气放电时发出紫外线激发管内壁的荧光粉而发光。荧光灯在使用过程中光通量有明显的衰减，其额定光通量一般指燃点了100小时的光通量输出。一般标注的为其有效寿命，约3000~5000小时。开关次数对寿命影响较大。电压特性：对电压不十分敏感；灯管电流、灯管电功率和光通量基本与电源电压成正比，而灯管电压却与电源电压近似成反比。优点：光色好，光线柔和，温度低，光效高（比白炽灯高2-3倍），寿命长（3000小时以上）。电子镇流无频闪

（20K-100KHZ ）。缺点：不宜开关频繁，低温度难以启动，频闪明显，功因低（0.5左右），需辅助电路，启动慢（3-5s）。适用于阅览室，办公室，教室，饭店等。荧光灯可分为管型，直管型，异型（U型、环形），紧凑型。光色有日光色，白色，暖白色，三基色。

在六十年代，金属卤化物灯研制成功。金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理基础上发展起来的新型高效光源，其基本原理是将多种金属以卤化物的方式加入到高压汞灯的电弧管中，使这些金属原子像汞一样电离、发光。汞弧放电决定了它的电性能和热损耗，而充入灯管内的低气压金属卤化物决定了灯的发光性能。金属卤化物灯光效高，显色性好(Ra:70－90)、寿命长(10000-20000H)，而且可以根据不同需要设计制造出需要的光色。金属卤化物灯可分为带外玻壳的金属卤化物灯、不带外玻壳的管型金属卤化物灯、陶瓷电弧管金属卤化物灯、球形中短弧金属卤化物灯。金卤灯常用于以下场所如：道路、广场、体育场馆、商场、广告标牌、建筑物立面照明、园林景观装饰照明等等。

接下来是高压钠灯。工作原理为内管（氧化铝陶瓷管）里充有钠汞剂，在灯管里分别存在钠蒸气和汞蒸气。灯工作时，钠和汞都参与工作。先是汞放电，形成较低的放电电流，然后温度慢慢上升。随着温度上升，钠蒸气压也慢慢提高。越来越多的钠参与放电。高压钠灯按其显色性来分,有:普通高压钠灯,Ra=20-30;颜色改进型高压钠灯, Ra=60-70;高显色性高压钠灯: Ra=80-85。高压钠灯按外玻壳形状来分,有:橄榄形(ED和BT);管形(T型)。高压钠灯光效高，但显色指数偏低，光色偏黄，所以常用于对光色要求不是太高，但亮度要求高的场所。高压钠灯适用于：道路、广场、停车场、码头、大型工场、矿区照明等。

LED即发光二极管将会在下一个关键词中详细介绍。光源家族的成员远不止这些，除此之外还有紫外线灭菌灯，氙气灯，低压钠灯等等，此处就不予详细介绍了。

二，LED的广泛应用

LED(Light Emitting Diode)，又称发光二极管，是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端施加正向电压时，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光、远红外、近红外光，在照明工程中只利用了LED的可见光。

1964年世界上第一支红色发光二极管研制成功，之后出现了黄光LED，绿光LED。1994年蓝光LED的研制成功使白光LED的开发成为可能。1996年日本Nichia （日亚）公司成功开发出二波长白光（基于蓝光单晶片衬底上加以YAG黄色荧光粉混合产生白光）LED并成功实现商品化，同年在世界范围内取得了该项技术的专利。目前发展的方向是无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光的三波长白光LED，实现商品化后它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯及二波长LED，成为新一代的光源。

LED的主要优点课分为耗电量少，发光效率高，使用寿命长，安全可靠性高，控制方式灵活。

目前LED广泛应用于夜景照明，LED光源在夜景照明应用中有以下景观特征：1.照明效果能变化，实现动感化；

2．夜景照明设备的隐藏性好；

3．夜景照明安全性好；

4．夜景照明设施的维修与管理工作量小。

LED由于其耗能少，寿命长等优点广泛应用于家电及数码电子产品，如电脑