半导体照明课件 4 第2章 光源

三、人工光源的主要性能指标
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) 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。
(1879年)
年
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
第二节 人工光源
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。
高容量蓝光DVD、激光打印 和显示、军事领域等
27
28
LED照明的优点
发光效率高，节省能源 耗电量为同等亮度白炽灯的 10%-20%，荧光灯的
1/2。 绿色环保 冷光源，不易破碎，没有电磁干扰，产生废物少 寿命长 寿命可达10万小时 固体光源、体积小、重量轻、方向性好 单个单元尺寸只有3~5mm 响应速度快，并可以耐各种恶劣条件 低电压、小电流
高压钠灯
1）原理：利用高气压纳蒸汽放电发光。 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
四、常用的人工光源
四、常用的人工光源
（三）荧光灯 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。
荧光灯结构图
四、常用的人工光源
（三）荧光灯
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Hg
可见光
电离
荧光粉
自激放电
紫 外 线
29
半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域 之一
地区＼条 件·效益
美国
日本
台湾
条件
能源节约
降低二氧化碳排 放
5％白炽灯及55％日 光灯被白光LED取
代
每年节省350亿 美元电费。
每年减少7.55亿吨 二氧化碳排放量。
100％白炽灯被白光 可少建1-2座核
LED取代
电厂。
每年节省10亿公 升以上的原油消
在地球表面上，太阳光在500nm处达到极大值。
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。
第二节 人工光源
一、人工光源的发明与发展
(1850 )
火
油灯
蜡烛
(50万年前)
(约5千年前)
(约2千多年前)
煤 油
灯
LED灯
荧光灯
白炽灯
(20世纪90年代)
(1938年)
（六）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、环保、寿命长； 2、启动时间短； 3、结构牢固； 4、发光体接近点光源； 5、可以做成薄型灯具。
白光LED 和未来的照明工程
LED应用
半导体白光照明 车内照明 交通信号灯 装饰灯 大屏幕全彩色显示系统 太阳能照明系统 其他照明领域 紫外、蓝光激光器
四、常用的人工光源
（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
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。
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。
四、常用的人工光源
（二）卤 钨 灯
石英 玻璃 管灯丝
金属 支架
单
双
端
端
式
式
卤钨灯结构图
卤钨灯实物图
四、常用的人工光源
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
第二章 光 源
爱迪生于1879年发明白炽灯，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，绿色照明等内容。
一、太阳
第一节 自然光源
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。
四、常用的人工光源
（三）荧光灯
荧光灯
四、常用的人工光源
（三）荧光灯
4、应用 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。
投入资金50亿日元
到2007年 30%的白炽灯被 置换为半导体照明灯
31
欧盟彩虹计划
应用半导体照明实现： 高效 节能 不使用有害环境的材料 模拟自然光
韩国“固态”照明计划
2004年-2008年韩国政府计 划投入1亿美元，企业提供 30%配套资金，近期开始实 施，预计2008年LED的发光 效率达到80lm/W
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。
体育场、广场、会场、舞台、 机场、商业和摄影等
三、人工光源的主要性能指标
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）
四、常用的人工光源
2、分类
主电极 外壳
发光管
主要分为高压汞灯、高压钠灯和金 属卤化物灯。
高压放电灯示意图
（五）高压放电灯 高压汞灯 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)。 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。
高压汞灯
（五）高压放电灯
缺点：光效最低(8-15Lm/W)， 寿命较短(1500-2000H)。
白炽灯
（一）白炽灯 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。
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
四、常用的人工光源
（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，
第二节 人工光源
三、人工光源的主要性能指标
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。
三、人工光源的主要性能指标
5、寿命
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。
（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。
四、常用的人工光源
（一）白炽灯
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
32
中国专家的呼吁
• 我国有近百名专家（两院院士）联名向国务院 呼吁，以三峡工程的5%费用，支持我国的半 导体照明产业。
• 国家启动国家半导体照明工程
• 用5-10年的时间的努力，1/3照明应用半导体 照明，每年可以节约的电量1000亿度，多于一 个三峡水电站的发电量（800亿度）
33
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。
耗。
25％白炽灯及100％ 节省110亿度电，
日光灯被白光LED 约合1座核电厂
取代
发电量。
30
美国半导体照明计划
日本21世纪照明计划