光源发光原理

白炽灯的发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料的特点是其熔点很高，在高温下仍 保持固态。一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。炽热的灯丝产生了光辐射，使 电灯发出了明亮的光芒。 因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体，并在灯泡的玻璃表面上沉积，使灯泡变黑， 所以白炽灯都被造成较大的外型，这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表 面上弥散开。否则的话，灯泡在很短的时间内就会被熏黑了。 由于灯丝在不断地被气化，所以会逐渐变细，直至最后断开，这时一只灯泡的寿命也 就结束了，其寿命一般为1000小时。 在所有用电的照明光源中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分， 即12％－18％可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。
3
气体放电光源（低气压）
高频无极灯
其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送 给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大 气进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在 电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高 达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压 在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。
•
无偏置电压
+
窗口层 P结层 n N结层
基层 (吸收或透明)
N结
p
P结
导带
芯片设计
能隙 价带
光
有偏置电压
5
无极灯
1、无极灯由高频发生器、 耦合器、灯泡三部分组成。 它是由高频发生器的电磁 场以感应的方式耦合到灯 内，是灯泡内的气体雪崩 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。灯泡内的 银光粉受紫外线的激发产 生可见光。
光源发光原理
目录 1 2 3 4 5 基础知识 发光原理分类 热致发光光源 气体放电光源 固体照明光源
基础知识
1
基础知识
可见光和辐射:
光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼 看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到780nm之间，仅仅 是电磁辐射光谱非常小的一部份。
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3
气体放电光源（高强度）
金属卤化物灯
电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。 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。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）。
单位：流明每瓦[ 单位：流明每瓦[lm/W] 光效是指电能转换成光能的效率。 光效是指电能转换成光能的效率。
光源类型 常用白炽灯（15~60W） 线电压卤钨灯 （HALOPAR, HALOPIN） 低压卤钨灯 （HALOSTAR, DECOSTAR） 管型荧光灯（T8） 高压钠灯（NAV） 金卤灯（HQI）
2
卤素灯 1
钨 (W) 卤素原子 (X) 卤素原子
热致发光光源
x w
2
W + nX WXn
3
WXn W + nX
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卤素灯和白炽灯相比，其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。卤素灯灯丝和玻璃外壳中充有一 些卤族元素如碘和溴。当灯丝发热时，钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动，在它们接近玻璃管时， 钨蒸气被“冷却”到大约800℃并和卤素原子结合在一起形成卤化钨（碘化钨、溴化钨）。卤化钨 向玻璃管中央移动，落到灯丝上，因为卤化钨很不稳定，遇热后就会分解成卤素蒸气和钨，这样 钨又在灯丝上沉积下来，弥补了被蒸发的部分。如此循环，灯丝的使用寿命就会延长很多，卤素 灯的体积也可以做得相对小巧。
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其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中； 当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空 穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。 光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能 量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。
visible surface
light intensity
亮度 光源在某一方向上的亮度 是光源在同一方向上光强 与发光面在该方向上的投 影面积之比 单位: 坎德拉每平方米 candela/m2 (cd/m2 )
illiuminated surface
1
发光原理分类
热致发光光源
2
白炽灯
热致发光光源
4
LED
固体照明光源
LED（Light Emitting Diode），即发光 二极管。是一种P-N结结构的半导体固体发 光器件。主要由 PN 结芯片、电极和光学系 统组成。它是利用固体半导体芯片作为发光 材料。当两端加上正向电压，半导体中的少 数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩 的能量而引起光子发射，直接发出红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫、白色的光。
气体放电光源（高强度）
3
气体放电光源（高强度）
荧光高压汞灯
它由荧光泡壳和放电管两部分组成。放电管又 细又短、只有人的手指大小、内装高压水银蒸 气，放电管外面有一棉球形的荧光泡壳。 通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫 外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。 高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之 电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间 的碰撞而发光。
基础知识
1,0
人眼在日光下对可见 光的感知
0,5
380
780
0 400 500 600 700 (nm)
1
基础知识
每种单原色光对应于一种波长 颜色 红 橙 黄 绿 蓝 紫 波长（纳米nm） 630～780 600～630 565～600 500～565 435～500 380～435
光通量 单位时间内发出的光亮的 总和。 光通量是衡量光源输出可 见光多少的一个指标。 单位: 流明 (lm)
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高压钠灯
气体放电光源（高强度）
灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生 电弧。 由于电弧的高温作用使管内的钠汞气受 热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射 的电子在向阳极运动过程中，撞击放电 物质的原子，使其获得能量产生电离或 激发。 然后由激发态恢复到基态；或由电离态 变为激发态，再回到基态无限循环，此 时，多余的能量以光射的形式释放，便 产生了光。
3
低压钠灯
气体放电光源（低气压）
低压钠灯原理：是基于低压钠－——稀有气体放电原理而发光的电光源。因室温时钠 是固体，单纯使用钠的气体放电灯不易启动。在灯的玻管内充入氩氖混合气即潘宁气 体后，灯放电时首先呈现氖的特征红光，并产生热量使放电管温度提高，导致钠开始 蒸发；因钠的电离电位和激发电位比氖和氩低，放电很快转入钠蒸气中，辐射出可见 光。
环境温度 工作电压 开关频率
灯丝 发射物质 充气及气压
振动冲击
荧光材料
燃点位置 镇流启动装置
光源 电磁感应灯 高压汞灯 高压钠灯 低压钠灯 金卤灯 荧光灯 节能灯 卤钨灯 白炽灯
寿命(小时) 80000 25000 20000 18000 12000 10000 8000 2000 1000
如40瓦白炽灯光通量400流明
光强 光源在某一给定方向的立 体角内发射的光通量称为 该方向上的发光强度 光强是指在特定方向上的 光输出大小。 单位:坎德拉 candela (cd) 1cd=1 lm/sr sr-球面度
照度 光源照射在被照物体单位 面积上的光通量大小。 单位: 勒克斯 lx 1勒克斯=1流明/1平米 Lumen m2
卤素灯 HALOGEN LAMPS
12--24
2000--3000
体积小，亮度高，光色 较白，安装易，寿命较 普通灯光长
商业空间之重点照明
气体放电光源
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荧光灯
气体放电光源（低气压）
工作原理:荧光灯是一种低气压汞蒸气气体放电灯,管内的汞蒸气在电离作 用下发射出紫外线，涂在灯管内表面的荧光粉将紫外线转换成可见光输出。 不同荧光粉决定了不同的色温和显色性。镇流器为灯提供合适的工作电流。
光效典型数值 6~12 12~15 14~19 60~100 100~150 60~105
光源寿命的定义 ＊ 平均寿命－一组灯中50％灯失效的工作时间 ＊ 技术失效－灯不能工作（不亮、不起动） ＊ 经济失效－灯光通量下降到一定比例(室内80％,室外70％) ＊ 颜色失效－灯的颜色发生显著偏差达到一定比例
型式
光源效率 （LM/W）
平均寿命 （小时）
特性
使用范围
普通灯泡 NORMAL INCANDESCENT LAMPS
8--18
1000
安装及使用容易，立即 可以启动，成本低
住宅之基本照明及装饰 性照明
反射灯泡 REFLECTOR LAMPS
8--18
1000
反射灯泡可以做聚光投 射
反射灯泡可用于重点照 明