光源发光原理

光源发光原理
பைடு நூலகம்
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
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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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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
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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）。
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
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白炽灯
热致发光光源
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）
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)
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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)
•
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
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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。
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
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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。
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。
• • •
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。
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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。
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。
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
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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。
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
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。
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。
气体放电光源（高强度）
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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。