第2章 第五节 LED及照明光源的选择

2023/11/14 | 作者：BOB体育地址

　　1、普通白炽灯 内部安装有金属钨做的灯丝，内部被抽成真 空或充入少量惰性气体，灯丝通电后，钨丝呈炽热状态并 辐射发光。 2、卤钨灯 卤钨灯就是充有卤素的钨丝白炽灯，常用的卤钨 灯有碘钨灯和溴钨灯。

　　20世纪60年代，科学家开发出第一个实用可见光LED，随后又相继开发出各种单 色光LED。近年来，LED光效不断的提高，并突破单一颜色的局限性，向白色光照 明迈进。由于其采用固体半导体材料作为发光材料，加电后，半导体中的载流子 发生复合，从而引起光子发射发出可见光。其具有结构紧密相连，可控性好，启动快， 寿命长，环保节能等优点。从而开启了其在照明应用领域新的一页，LED属于固 体发光光源。

　　荧光灯是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯， 荧光灯是通过引燃灯管内稀薄汞蒸气进行弧光放电，汞离 子受激产生紫外线，激发灯管内壁涂层荧光粉发出可见光。

　　1、 高压汞灯 分为标准型高压汞灯和自镇流型高压汞灯。 自镇流型高压汞灯不需外接镇流器。 2、高压钠灯 高压钠灯的放电物质是金属钠，高压钠灯 的工作介质是金属钠蒸气，内部一般都充有金属汞和 惰性气体。 3、 金属卤化物灯 又称金属卤素灯，它是20世纪60年代 发展起来的第三代电光源产品。它是由汞灯演变而来 的，灯管内加入卤盐（铟、铊、钪、碘化钠等），使 汞蒸气浓缩，发光效率较汞灯大为提高；同时增加了 红光和黄光成分，使光色接近白炽灯。由于它具有优 良的显色性、较高的发光效率，并可以制造出多种色 温，且灯的体积小，便于光学控制。

　　20世纪40-60年代，科学家发现提高气体放电的工作所承受的压力表现出的优异特性， 又不断地开发出高压汞灯，高压钠灯，金属卤化物灯等高强度气体放电灯,由于 其具有功率密度高，结构紧密相连，光效高，寿命长等优点，使得其在大面积泛光照 明、室外照明、道路照明及商业照明等领域得到普遍应用。目前陶瓷金属卤化物 灯代表了HID灯技术发展的最高水平。

　　照明电光源分为以下几类： 热辐射光源： 包括：白炽灯、卤钨灯、 气体放电光源：汞灯、高压钠灯、低压钠灯，金卤灯（石英金卤灯，陶瓷金卤 灯），荧光灯（直管型，环管型，紧凑型），冷阴极荧光灯（霓虹灯），无极灯 固体照明光源：LED,OLED（有机发光二极管

　　荧光灯的优缺点 优：价格实惠公道深入民心 缺：含红外线和紫外线，重金属汞，不环保；频闪；高压，激活荧光粉， 有一点的危险性；镇流器和启辉器功耗大；常规使用的寿命有局限性

　　高压钠灯的优缺点 优：穿透力强，目前主要用在车站，机场，公路 缺：含重金属汞；表面温度高，不能触摸；显色性低只有30左右；使用 寿命4000个小时左右；电压不稳，对钠灯的破坏性很高 金卤灯的优缺点 优：每瓦能达到100LM，显色行高于90 缺：常规使用的寿命1000个小时，启动慢；含重金属汞和稀有卤化物；表面温 度高，不能触摸

　　1) 白色多芯片(MC)LED 至少由两色LED组成，把不同芯片不同颜色的发射混色。 2) 荧光粉转换(PC)LED 用荧光粉把蓝色或紫外LED的发射转换为长波光。

　　2）LED的散热主要可以分以下两部分 （1）LED发光器件的散热，LED芯片的特点是在极小的体积内产生极 高的热量。而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度把这些热 量传导出去，否则就会产生很高的结温。为了尽可能地把热量引出到芯 片外面，人们在LED的芯片结构上进行了很多改进。 为了改善LED芯片本身的散热，其最主要的改进就是采用导热更好的 衬底材料。早期的LED只是采用Si硅作为衬底。后来就改为蓝宝石作为 衬底。但是蓝宝石衬底的导热性能不是太好，（在100°C时约为25W/ （m-K）），为了改善衬底的散热，Cree公司采用碳化硅硅衬底，它的 导热性能（490W/（m-K））要比蓝宝石高将近20倍。

　　LED灯的优缺点 优点：电光转化效率高（接近60%，绿色环保、寿命长（可达10万小时）、工作电 压低（3V左右）、反复开关无损寿命、体积小、发热少、亮度高、坚固耐用、易 于调光、色彩多样、光束集中稳定、启动无延时。 缺点：起始成本高、显色性差、大功率LED效率低、恒流驱动（需专用驱动电 路） 。 白炽灯的优缺点 优：价格便宜深入中国的农村 缺：寿命短；电光转换效率低，电能大部分用来发热，先发热然后在发光，因此 含红外辐射；且易破碎；逐渐退出主流照明市场

　　LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是一分转化成 为热能。LED的光效目前只有100lm/W，其电光转换效率大约只有60%左右。也 就是说大约40%的电能都变成了热能。 假如以结温（PN节温度）为25度时的发光效率为100%，那么结温上升至60度时， 发光量就只有90%；结温为100度时就下降到80%；140度就只有70%。可见改善 散热，控制结温是十分重要的事。 ① 温度上升----发光效率下降; ②温度上升----主波长受影响： 蓝光向短波长漂移，其它颜色向长波长漂移 ③ 温度上升----相关色温(CCT)影响：白光的相关色温升高,其它色温将下降; ④ 温度上升----正向电压下降; ⑤ 温度上升----反向电流增大 ⑥ 温度上升----热应力增大; ⑦ 温度上升----元器件的常规使用的寿命减短; ⑧ 温度上升----如是带荧光粉,环氧树脂的led, 温度上升将导致这些材料发生劣 化 所以说，LED的散热是LED灯具的设计中最重要的一个问题

　　半导体电光源是一种无灯丝的固体电 光源，是一种将电能直接转换成光能的半 导体器件，它是靠半导体化合物制成的特 殊结构把电能直接转换成光能，称为发光 二极管，俗称LED光源。

　　四代光源情况介绍 1. 第一代光源-白炽灯1879年,美国爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白 炽灯,使人类从漫长的火光照明时代进入电气照明时代。也宣告了第一代 光源-白炽灯的诞生。现代白炽灯是靠电流加热灯丝至白炽状态而发光。 其具有光谱连续，显色性好，结构相对比较简单，可调光，无频闪等优点，使得其 在随后的数十年间取得了加快速度进行发展。 2.第二代光源-低气压气体放电灯20世纪30年代，荷兰科学家开发出第一 支荧光灯，随后又开发出了集成镇流器于一体的紧凑型荧光灯。由于其采 用创新性的气体放电原理，即由受激发的汞蒸气放电时发出的紫外线激发 管内荧光粉而发光。其具有发光效率高，寿命长，光色好等优点，使得其 在家居、办公、商业照明灯领域逐渐取代白炽灯成为使用最广泛、最成功 的灯种之一。近年来欧、美等发达国家以及古巴、菲律宾等发展中国家都 颁布法令或制定逐步淘汰白炽灯的计划，大力推广高效节能的荧光灯 同时也对荧光灯提出了更高的要求，要求更长的寿命，更高的光效， 更紧凑的结构，更保的固汞，更少的汞量等绿色环保节能要求。在荧光灯 开发成功的同时代，基于同样工作原理的紫外线灯，也成功开发出来应用 在杀菌消毒，固化，验钞等领域，随着其工艺技术水平的逐步的提升，紫外 线在其特殊的应用领域还将继续不断发挥其重要的作用。