白(bái)熾燈 内裝鎢質燈絲,發光效率爲10~15lm/w,色溫2800K左右,顯色性好,額定壽命爲1000小(xiǎo)時,中(zhōng)國已有由15w到1000w不同功率的系列産品。燈頭形式有螺口式和卡口式兩種。常用于室内一(yī)般照明,還可用于照度要求較低的室外(wài)照明。反射型白(bái)熾燈的光束定向發射,光能利用率高,一(yī)般用于櫥窗、展覽館和需要聚光照明的場所。
鹵鎢燈 内裝鎢質燈絲,并充以一(yī)定量的碘和溴或它們的化合物(wù)。鹵鎢燈利用鹵鎢循環化學反應原理,大(dà)大(dà)減少了鎢絲的蒸發和燈泡發黑程度。鹵鎢燈的發光效率和額定壽命都比白(bái)熾燈高。鹵鎢燈常做成管狀,尺寸小(xiǎo),功率爲35w~1000w,色溫爲2700~3300k,顯色性好,額定壽命約1500小(xiǎo)時,光通量穩定。多用于室内重點照明。
熒光燈 是良好的室内照明光源,發光效率大(dà)大(dà)高于白(bái)熾燈,一(yī)般爲30~60lm/w,光效高的可達90lm/w。熒光燈的光色有日光色、冷白(bái)色和暖白(bái)色三種。高顯色熒光燈是采用三基色熒光粉,顯色指數可達80以上,壽命爲1500~5000小(xiǎo)時。在使用時應配備相應的鎮流器和啓輝器。高顯色熒光燈多用于顯色要求高的印染廠、印刷廠、商(shāng)場和電(diàn)視演播室的照明。直管形熒光燈的功率從6w到40w,zui高可達125w。這種燈zui适宜用于建築大(dà)廳、大(dà)型商(shāng)店(diàn)和精密加工(gōng)車(chē)間照明。爲改善照明性能,可采用異形熒光燈(如環形熒光燈)作光源。在室内照明中(zhōng)還廣泛使用新創制的體(tǐ)積小(xiǎo)、光效高的緊湊型節能熒光燈。
高強度氣體(tǐ)放(fàng)電(diàn)燈 高壓汞燈、金屬鹵化物(wù)燈、高壓鈉燈等的總稱。這類燈功率大(dà),發光效率高,壽命長,結構緊湊,體(tǐ)積小(xiǎo)。大(dà)部分(fēn)用作道路、廣場、運動場等處的室外(wài)照明,也用于中(zhōng)、高頂棚的工(gōng)廠、體(tǐ)育館、禮堂和大(dà)型商(shāng)場的室内照明。
①高壓汞燈:包括熒光高壓汞燈和自鎮流高壓汞燈,功率由50w到1000w,發光效率爲40~50lm/w,顯色指數40~45,額定壽命5000小(xiǎo)時。
②金屬鹵化物(wù)燈:類似高壓汞燈,在發光管中(zhōng)增添金屬鹵化物(wù),因此發光效率提高到60~120lm/w,顯色指數提高到60~85,額定壽命爲7000~10000小(xiǎo)時。
③高壓鈉燈:高壓鈉蒸氣放(fàng)電(diàn)燈,發光呈金白(bái)色,發光效率高達90~140lm/w,色溫爲2000K左右,顯色性差,顯色指數爲20~25,額定壽命爲12000小(xiǎo)時,功率爲35~1000w。
低壓鈉燈 低壓鈉蒸氣放(fàng)電(diàn)燈,發光呈純黃色,發光效率高達130~200lm/w,功率爲18~200w,顯色性差,宜用于道路照明。
在白(bái)顔色大(dà)功率LED的發展上,混肴了普通LED和白(bái)顔色LED之間的基本屬性,錯誤的把普通LED的優點轉移白(bái)顔色LED上,誤認爲白(bái)顔色LED的使用壽命、發光效率能夠和普通LED一(yī)樣,過高估計了它的光效,在電(diàn)光源領域神化了其功能。
白(bái)顔色LED(半導體(tǐ)熒光燈)的發光機理:
圖1 白(bái)顔色LED(半導體(tǐ)熒光燈)的發光機理
從圖1可以看到白(bái)顔色LED(半導體(tǐ)熒光燈)是由藍(lán)光PN結周圍的熒光粉發出的白(bái)光,通常熒光燈是由燈管内的紫外(wài)線激發熒光粉發光的,在發光原理上它們*一(yī)緻,如圖2所示,區别在于普通熒光燈的燈絲由藍(lán)光PN結取代。
圖2 普通熒光燈的發光原理
LED燈和我(wǒ)(wǒ)們使用的白(bái)熾燈、氣體(tǐ)放(fàng)電(diàn)燈的發光原理迥然不同。LED的自發性發光是由于電(diàn)子和空穴的複合而産生(shēng)的,這種半導體(tǐ)P-N結的電(diàn)緻發光機理決定了它發出的是單色光,而不可能産生(shēng)具有連續譜線的白(bái)光,用單隻LED也不可能産生(shēng)兩種以上的高亮度單色光。如果需要LED産生(shēng)白(bái)光,隻可能先讓LED發出藍(lán)光,然後利用熒光粉間接産生(shēng)寬帶光譜,合成白(bái)光。
将某種形式的能量轉化爲光能的過程是一(yī)種量子轉換過程遵守能量守衡定律。發光過程中(zhōng)的量子效率、量子提取率以及輻射光子的能譜決定了該過程的光效。白(bái)光光源運轉時所經曆的量子轉換過程愈多、能量的損失愈大(dà),光效必将降低。
LED發光時載流子複合過程的量子轉換效率雖然很高。但是必需利用熒光粉進行第二次量子轉換才能轉化爲白(bái)光LED,因而量子效率和量子提取率大(dà)爲降低,使白(bái)光LED光效提高受到限制。
各類熒光燈包括高頻(pín)無極熒光燈雖都屬低氣壓放(fàng)電(diàn)燈,率的利用汞的諧振輻射将電(diàn)能轉化爲輻射能量,但是由于這種諧振譜線處在紫外(wài)區,必須利用熒光粉進行第二次量子轉換才能變成可見光,而第二次量子轉換效率隻有46%、而熒光粉吸收又(yòu)使量子提取率下(xià)降,所以連續二次的量子轉換過程使熒光燈的光效限制在90~100 lm/W左右,就現在而言的結構和材料其極限很難超過120 lm/W。
還有一(yī)點值得注意的是常規光源的發光中(zhōng)心處于燈的中(zhōng)央,光輻射在4π立體(tǐ)角中(zhōng)均勻分(fēn)布,與照射空間一(yī)緻,量子提取率近于。LED是一(yī)種平面固體(tǐ)光源,隻有外(wài)向(2π立體(tǐ)角或更小(xiǎo)角度)的光子能夠出射,所以常規LED 的50%的内向輻射光子大(dà)部分(fēn)消失在芯片内部發熱,量子提取率很低;LED的輸出窗爲多層不同的固體(tǐ)介質,粒子密度很大(dà),光子在其中(zhōng)傳播時吸收系數較大(dà),不同介質層交界面處的反射亦使其量子提取率降低。當前結構的LED的這些特點是無法改變的,因此光效的提高受到了限制。不要幻想白(bái)光LED的光效能提高到140lm/W以上,除非是單色黃光LED或另一(yī)種全新結構的LED,例如:如能開(kāi)發一(yī)種三能級(紅綠藍(lán))型LED,這種LED的n型半導體(tǐ)或p型半導體(tǐ)中(zhōng)有三個以上不同施主能級或受主能級存在,當載流子複合時直接産生(shēng)适當比例的紅、綠、藍(lán)三色光子因而直接發射白(bái)光。省去(qù)熒光粉的第二次量子轉換過程當可使LED光效得到較大(dà)提高。但是LED單側發光的特點是無法改變的,限制光效大(dà)幅提高的這一(yī)因素隻能設法降低,不能*取消。
降低白(bái)光LED光譜中(zhōng)的藍(lán)光成分(fēn)是十分(fēn)必要的,雖然這将降低它的光效,過多的藍(lán)光易造成視覺疲勞且傷及視見膜。在這一(yī)點得到改進以前很難大(dà)規模進入家庭與緊湊型熒光燈競争。
從任何一(yī)個角度分(fēn)析目前這種結構的白(bái)光LED(半導體(tǐ)熒光燈)的zui高光效決不可能超過140lm/W。據測試,當前市售白(bái)光LED光源(半導體(tǐ)熒光燈)的zui大(dà)總光子轉換效率約在15~25%之間,光效約爲45~80 lm/W,穩定工(gōng)作時實際光效常常都在60 lm/W以下(xià)。白(bái)光LED(半導體(tǐ)熒光燈)的光效已經達到160lm/W或200lm/W的報導是不可靠,或許他們的測試出了差錯,至于400lm/W的預言對于白(bái)光LED(半導體(tǐ)熒光燈)是荒唐的、即使對中(zhōng)心發射波長爲555的黃光LED也失之過高。
未來真正的白(bái)光LED應該是将紅、綠、藍(lán)或者更多顔色LED芯片封裝在一(yī)起,産生(shēng)白(bái)顔色光的白(bái)光LED,它将省去(qù)熒光粉的二次發光的轉換過程,光效提高15%以上,效率可以達到150-160Lm/W,同時減少了有害的藍(lán)光;光衰和芯片發熱問題得到改善,這種真正的白(bái)光LED還有許多技術瓶頸,解決這些技術難題還需要比較長的時間。圖3指示的是這種方法。
圖3 産生(shēng)白(bái)光的LED的方法
由于半導體(tǐ)熒光燈的發光機理是熒光粉發光,所以它的發光效率和光衰等特性受到熒光粉的制約,其結果必定和熒光燈差不多。圖4是半導體(tǐ)熒光燈和普通熒光燈光衰比較圖表,可以看出半導體(tǐ)熒光燈和普通熒光燈沒有太多區别。圖5是不同顔色LED和半導體(tǐ)熒光燈光衰比較,從而可以看出半導體(tǐ)熒光燈已經不具有LED的許多優點了。
圖4 半導體(tǐ)熒光燈和普通熒光燈光衰比較
圖5 不同顔色LED和半導體(tǐ)熒光燈光衰比較