現(xiàn)代光源發(fā)展趨勢(shì)

1、現(xiàn)代光源發(fā)展趨勢(shì)前言1989年白熾燈的發(fā)明公認(rèn)為人類(lèi)現(xiàn)代文明社會(huì)起始的里程碑，人類(lèi)發(fā)展史本身也證實(shí)了光源和照明是與人們生存和發(fā)展不可分割的一門(mén)科技學(xué)科。在一個(gè)多世紀(jì)的歲月里，現(xiàn)代光源科技的發(fā)展和自然科學(xué)的進(jìn)步密切相關(guān),科學(xué)理論的進(jìn)展為電光源的進(jìn)步奠定了基礎(chǔ),并不斷要求提供具有特殊性能的各種新型光源,從而促進(jìn)了電光源技術(shù)的進(jìn)步。反之，電光源的發(fā)展也影響了其它學(xué)科的提高和改善了人們的生活質(zhì)量，特別在全球節(jié)能減污的時(shí)代潮流中發(fā)揮了不可取代的作用。本文試對(duì)電光源科技的現(xiàn)狀和發(fā)展加以剖折和展望，希望能有益于更好地認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外電光源科技發(fā)展的現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)，能對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)從光源生產(chǎn)的第一大國(guó)向光源科技的強(qiáng)國(guó)跨越性

2、發(fā)展過(guò)程中起到有所裨益的作用。一、傳統(tǒng)光源的發(fā)展和改進(jìn)（一）熱輻射光源的改進(jìn)和完善1.白熾燈的改進(jìn)傳統(tǒng)的白熾燈光源經(jīng)過(guò)119年的研發(fā)，其性能得到極大改善和價(jià)格大幅度的下降，成為了人類(lèi)主要應(yīng)用的光源。但由于它電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苄蕦?shí)在太低,因此在十年左右它將被其它節(jié)能光源取代,近幾年來(lái)，不少?lài)?guó)家已提出白熾燈將退出光源領(lǐng)域的時(shí)程表，2008年5月還在我國(guó)上海召開(kāi)了淘汰白熾燈的國(guó)際會(huì)議。2.帶紅外反射層或特殊熒光粉層的白熾燈通過(guò)對(duì)白熾燈泡殼和燈絲結(jié)構(gòu)及位置的合理設(shè)計(jì)，然后在泡殼上涂敷TiO2AgTiO2或ZnSAgZnS的紅外反射膜，能使燈的光效提高50%。或者在泡殼內(nèi)涂敷反斯托克斯熒光粉,它可讓燈絲發(fā)

3、出的紅外光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光,以及使用納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光燈絲，都能使白熾燈光效明顯提高，有益于延緩白熾燈退出歷史舞臺(tái)的時(shí)間。3.鹵鎢燈的發(fā)展1959年在鹵鎢循環(huán)原理基礎(chǔ)上制造出了鹵鎢燈，它的體積小，光維持率達(dá)到95%以上，光效和壽命更明顯地優(yōu)于白熾燈?，F(xiàn)已生產(chǎn)出可直接應(yīng)用于電網(wǎng)電壓220V或110V的鹵鎢燈，再通過(guò)采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學(xué)蒸鍍法，在石英泡殼上采用涂敷TiO2/SiO2紅外反射層技術(shù)（IRC）制成JD和JDR型新穎鹵鎢燈，可使燈的光效有30%45%的提高，壽命達(dá)3000h。近年來(lái)國(guó)際上又推出了新型的節(jié)能鹵鎢燈，得到照明界的重視和青睞。鹵鎢燈主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所示。（二）低低壓氣體體放電

4、光光源熒光燈燈的突飛飛猛進(jìn)1.節(jié)能細(xì)細(xì)管徑熒熒光燈的的出現(xiàn)誕生生于400年代的的熒光燈燈的玻管管外徑為為38mmm（TT12），光光效約660lmm/w，顯顯色指數(shù)數(shù)為700。隨著著熒光燈燈研究的的深入，發(fā)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)當(dāng)提高管管壁溫度度，具有有較高光光效的燈燈管直徑徑可以相相應(yīng)縮小小，這就就使正柱柱區(qū)產(chǎn)生生的2553.77nm的的光子到到達(dá)管壁壁的距離離縮短，光光子與其其它原子子的碰撞撞機(jī)率降降低，自自吸收損損失減少少，這樣樣制成的的管徑為為26mmm熒光光燈（TT8）光光效可以以提高110，制制造和運(yùn)運(yùn)輸成本本也能降降低。若若進(jìn)一步步配用工工作在440KHHZ660KHHZ頻率率的電子子鎮(zhèn)流器器

5、，它的的光效可可比工作作在500HZ頻頻率下的的電感鎮(zhèn)鎮(zhèn)流器再再提高110%，這這也就是是人們常常說(shuō)的改改進(jìn)型TT8熒光光燈。近近幾年來(lái)來(lái)，又出出現(xiàn)管徑徑更細(xì)為為?166mm（TT5）和和11mmm（TT3）的的節(jié)能細(xì)細(xì)管徑熒熒光燈，這這時(shí)它們們的最佳佳管壁溫溫度更高高，發(fā)光光效率可可達(dá)到1104llm/ww的水平平，這種種熒光燈燈必須配配備優(yōu)質(zhì)質(zhì)電子鎮(zhèn)鎮(zhèn)流器工工作。表表2列出出典型的的直管型型不同管管徑熒光光燈的主主要技術(shù)術(shù)參數(shù)。通過(guò)采采用接橋橋和彎管管等玻璃璃加工工工藝，制制成比白白熾燈光光效高667倍倍的緊湊湊型熒光光燈，特特別是配配有電子子鎮(zhèn)流器器的產(chǎn)品品，功率率因素達(dá)達(dá)到0.98，諧

6、諧波失真真總量小小于100%，燈燈的壽命命提高到到100000hh，亦有有調(diào)光型型產(chǎn)品被被認(rèn)為是是目前白白熾燈最最適宜的的取代光光源。全全世界220077年緊湊湊型熒光光燈的總總產(chǎn)量已已超過(guò)227億支支，其中中90%產(chǎn)于我我國(guó)。其其主要技技術(shù)參數(shù)數(shù)見(jiàn)表33所列。3.冷冷陰極超超細(xì)管徑徑熒光燈燈的誕生生隨隨著背光光照明在在辦公用用筆記本本電腦、等等離子體體顯示器器和家用用電器如如電視機(jī)機(jī)、數(shù)碼碼像機(jī)、攝攝像機(jī)等等中的應(yīng)應(yīng)用與日日俱增，高高亮度的的冷陰極極超細(xì)管管徑熒光光燈為此此應(yīng)運(yùn)而而生。這這類(lèi)燈的的管徑為為1.88mm3.00mm，普普遍采用用三基色色熒光粉粉，通常常采用NNi、TTa、ZZr

7、等金金屬作為為冷陰極極，在高高的啟動(dòng)動(dòng)電壓下下形成輝輝光放電電使燈管管工作，其其工作參參數(shù)如表表4所示示。4.無(wú)無(wú)極熒光光燈的發(fā)發(fā)展隨著電電子學(xué)技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，近近年來(lái)實(shí)實(shí)用型無(wú)無(wú)極熒光光燈發(fā)展展很快，國(guó)國(guó)際上現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品品是荷蘭蘭QL型型，功率率為555w和885w兩兩種，光光效約668lmm/w，壽壽命6000000h，工工作頻率率2.665MHHz；美美國(guó)Geenurra型無(wú)無(wú)極熒光光燈，功功率233w，光光效488lm/w，壽壽命1000000h，工工作頻率率2.665MHHz；日日本EvverLigght型型無(wú)極熒熒光燈，功功率9ww和277w，光光效為441lmm/w，壽壽命4000

8、000h，工工作頻率率15.56MMHz；還有德德國(guó)Enndurra型無(wú)無(wú)極熒光光燈，功功率1000w和和1500w，光光效800lm/w，壽壽命6000000h，工工作頻率率為2550KHHz。以以及我國(guó)國(guó)近年崛崛起的無(wú)無(wú)極熒光光燈的性性能也達(dá)達(dá)到國(guó)際際同類(lèi)型型產(chǎn)品的的先進(jìn)水水平,并并已形成成規(guī)模化化生產(chǎn)和和批量出出口.圖圖3顯示示了常用用的無(wú)極極熒光燈燈的外形形。（三）HHID光光源的成成熟和進(jìn)進(jìn)步1.HHID光光源趨向向成熟適用用于大面面積范圍圍和室外外照明的的高強(qiáng)度度氣體放放電光源源（HIID）其其燈內(nèi)工工作壓強(qiáng)強(qiáng)往往超超過(guò)100個(gè)大氣氣壓強(qiáng)，其其中高壓壓汞燈的的光效可可達(dá)500lm/

9、w，顯顯色指數(shù)數(shù)超過(guò)665，色色溫40000kk60000kk，壽命命也達(dá)到到約1000000h，功功率規(guī)格格形成335w35000w系系列化。高高壓鈉燈燈發(fā)光效效率達(dá)到到1200lm/w，顯顯色指數(shù)數(shù)為255，壽命命達(dá)到2240000h，規(guī)規(guī)格有330w10000w，雖雖然其光光色稍遜遜，但其其光效是是所有能能發(fā)出接接近白光光的人工工光源中中最高的的。近年年來(lái)又開(kāi)開(kāi)發(fā)出高高顯色高高壓鈉燈燈，顯色色指數(shù)880左右右，壽命命80000h。金金屬鹵化化物燈由由于能兼兼具光效效高（80llm/ww）和光光色好（RRa80）的的優(yōu)點(diǎn)，其其中355w1150ww規(guī)格的的小功率率金屬鹵鹵化物燈燈已廣泛泛地

10、應(yīng)用用到室內(nèi)內(nèi)照明和和汽車(chē)前前照燈。2.陶瓷金屬鹵化物燈的進(jìn)展由于陶瓷材料的進(jìn)步和陶瓷與金屬封接的實(shí)現(xiàn)，人們成功地制造出陶瓷外殼的性能明顯地光電性能一致性和穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石英為玻殼的金屬鹵化物燈（CDM），燈的光效可提高10%20%；且發(fā)光體小，亮度高，便于投影照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有35w，70w和150w三種產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)為單端型，雙端型及反射型，光效達(dá)到90lm/w，亮度290cd/m2，顯色指數(shù)為83，有效壽命達(dá)12000h。另外，250W和400W大功率陶瓷外殼金屬鹵化物燈也已出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍將會(huì)有進(jìn)一步擴(kuò)大。圖2顯示了陶瓷金屬鹵化物燈的結(jié)構(gòu)和外形。二、新穎電光源產(chǎn)品層出無(wú)窮（一）準(zhǔn)分子光源（E

11、LS）的出現(xiàn)1.準(zhǔn)分子光源（ELS）的出現(xiàn)。在光源輻射機(jī)理研究中，近年來(lái)采用準(zhǔn)分子（Excimer）工作物質(zhì)，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，來(lái)制造高功率的紫外光源。同時(shí)，通過(guò)微波放電和介質(zhì)阻擋放電（DielectricBarrierDischarge）等無(wú)極放電形式可制成新型的準(zhǔn)分子輻射光源，其工作物質(zhì)可為Xe2（172nm），Kr2（146nm）和Ar2（126nm），其中Xe2準(zhǔn)分子光源的效率最高，光能轉(zhuǎn)換效率達(dá)50%以上?，F(xiàn)已制成5868cm2的60WX2準(zhǔn)分子大面積平面照明系統(tǒng)，這種燈無(wú)需充汞，因此從環(huán)境保護(hù)角度更有吸引力。目前已有具有實(shí)用價(jià)值的平面無(wú)汞熒光燈產(chǎn)品出售，可以預(yù)計(jì)

12、其前途無(wú)量。2.超高壓汞燈（UHP）的開(kāi)發(fā)成功1995年，配投光系統(tǒng)的顯示裝置應(yīng)用了新開(kāi)發(fā)成功的一種超高壓汞燈，其極距約1.3mm，功率100w。在燈工作時(shí)，汞蒸氣壓可達(dá)200個(gè)大氣壓。由于汞蒸氣壓愈高，燈的亮度也越高，而且汞原子譜線寬度變大，分子連續(xù)譜與帶電粒子復(fù)合光譜也更強(qiáng)，特別是595nm以上的紅光輻射隨燈內(nèi)工作壓強(qiáng)的升高而增強(qiáng)，從而使燈的顯色性提高，燈的壽命達(dá)12000h。圖3顯示UHP光源的外形3.微波光源的崛起1992年國(guó)際電光源科技界提出了微波硫燈的新技術(shù)，發(fā)現(xiàn)充填硫元素和低壓氬氣于石英泡殼內(nèi)，在頻率為2450MHz微波能量的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)硫分子的振動(dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能的躍遷，可使燈輻射出

13、連續(xù)的可見(jiàn)光光譜，國(guó)產(chǎn)微波硫燈的外形見(jiàn)圖4所示。1994年，美國(guó)首先制成了一個(gè)功率為3400w微波硫燈照明系統(tǒng)。1995年，美國(guó)又開(kāi)始出售solar1000和LightDrive1000兩種規(guī)格的微波硫燈。主要參數(shù)為：功率1378w，輸出光通量132288lm，系統(tǒng)光效96lm/w，燈光效110lm/w，發(fā)光泡殼直徑40mm，相對(duì)色溫5400k，顯色指數(shù)為80，啟動(dòng)時(shí)間小于25s，重復(fù)熱啟動(dòng)時(shí)間小于300s，可在很大范圍內(nèi)調(diào)光，壽命60000h，可任意方向燃點(diǎn)。我國(guó)光源界經(jīng)過(guò)幾年聯(lián)合研制，也在1999年推出VEC1000微波硫燈產(chǎn)品，其技術(shù)指標(biāo)接近國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平，到2008年初，全國(guó)已有近十

14、家企業(yè)生產(chǎn)微波硫燈并實(shí)現(xiàn)出口貿(mào)易，國(guó)外的微波硫燈生產(chǎn)也有進(jìn)展，如韓國(guó)LG公司是典型的發(fā)展代表。微波硫燈還可以利用導(dǎo)光管技術(shù)，將該燈發(fā)出的強(qiáng)光沿著導(dǎo)光管傳送到所需要照明的寬廣區(qū)域。最近為使硫燈適宜于家庭和商業(yè)照明，一方面通過(guò)充填物質(zhì)的改變使燈的光色更符合人們需求，另一方面正在積極研制開(kāi)發(fā)100w以下的小功率微波硫燈，通過(guò)應(yīng)用葉片式諧振器的微波源，可將2450MHz的微波能量集中在一個(gè)很小的空間，從而使充有InBr和Ar的內(nèi)徑為3mm的球形石英玻殼，激發(fā)輻射白光。當(dāng)輸入微波功率為25w時(shí)，燈的光通量為2000lm，燈的顯色指數(shù)為97，色溫6000k。在過(guò)去幾年中硫燈技術(shù)已發(fā)展到可以和HID燈相媲美

15、的程度，而且它具有高流明維持率、低的紫外和紅外輻射、優(yōu)良的色穩(wěn)定性、低閃爍、高光效等特點(diǎn)，若進(jìn)一步完善它的特性和降低成本，定會(huì)成為人們歡迎的高效節(jié)能光源。4.固固體光源源開(kāi)始進(jìn)進(jìn)入光源源領(lǐng)域LEED光源源近十年年的新突突破是科科技進(jìn)步步和時(shí)代代發(fā)展的的產(chǎn)物，與與近代所所有科技技成果一一樣，它它也是人人類(lèi)社會(huì)會(huì)極大的的福音.它的發(fā)發(fā)展見(jiàn)圖圖5所示示。近年年來(lái)LEED的光光效得到到極大的的提高。PPHILLIPSSLUMMILEEDS公公司的產(chǎn)產(chǎn)品在3350毫毫安電流流下，發(fā)發(fā)光效率率已達(dá)1115m/WW。20008年年CREEE公司司市場(chǎng)上上出售的的1瓦白白光LEED產(chǎn)品品的光效效達(dá)到1118L

16、Lm/WW。據(jù)報(bào)報(bào)道，220077年國(guó)際際上先進(jìn)進(jìn)的大功功率白光光LEDD產(chǎn)業(yè)化化水平，其其發(fā)光效效率普遍遍達(dá)到660-990Lmm/W，節(jié)節(jié)能效果果已具有有相當(dāng)吸吸引力。LLED新新型照明明光源，它它一定會(huì)會(huì)給現(xiàn)代代社會(huì)生生活質(zhì)量量的提高高帶來(lái)不不可估量量的影響響，并定定將在221世紀(jì)紀(jì)的全球球照明領(lǐng)領(lǐng)域引發(fā)發(fā)一場(chǎng)革革命。目前前LEDD在照明明領(lǐng)域的的發(fā)展?jié)摑摿艽蟠?，但它它作為照照明主體體的研究究艱難和和產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量遠(yuǎn)沒(méi)沒(méi)成熟也也是不爭(zhēng)爭(zhēng)的事實(shí)實(shí)。據(jù)全全球20006年年LEDD產(chǎn)品在在國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)應(yīng)用用中的統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，它它的488%產(chǎn)品品應(yīng)用在在移動(dòng)設(shè)設(shè)備中，114%在在顯示應(yīng)應(yīng)用，115%在在汽

17、車(chē)照照明，22%在信信號(hào)燈光光，照明明應(yīng)用僅僅占5%，其它它應(yīng)用116%。這這可讓我我們清楚楚看出LLED光光源遠(yuǎn)還還不是照照明領(lǐng)域域的主要要產(chǎn)品.實(shí)際上上，現(xiàn)在在市場(chǎng)上上被人們們廣泛認(rèn)認(rèn)可的LLED產(chǎn)產(chǎn)品的應(yīng)應(yīng)用范圍圍還是有有限，LLED道道路照明明的應(yīng)用用正成為為當(dāng)前國(guó)國(guó)內(nèi)外照照明研究究和推廣廣應(yīng)用的的熱點(diǎn)。LED科技進(jìn)步的關(guān)鍵措施，首先是固體物理的半導(dǎo)體和光源照明的研究要加快融合互相滲透，增進(jìn)彼此了解合作攻關(guān)，其次，要改進(jìn)和提高LED的制造工藝和技術(shù)性能，目前LED的轉(zhuǎn)換效率欠佳，僅約20%電能是轉(zhuǎn)換成光，而80%的電能轉(zhuǎn)化成熱能，因此從芯片的制作來(lái)改善內(nèi)量子效率，從而提高它的發(fā)光效率潛力很大，另外在LED的封裝亦即從外量子效率的改進(jìn)來(lái)提高LED的發(fā)光效率，包括通過(guò)合理的光學(xué)設(shè)計(jì)，或是選用優(yōu)質(zhì)的封裝材料和合適的熒光粉選擇都能不同程度地提高LED發(fā)光效率。而散熱的改善更是目前LED發(fā)展必須突破的關(guān)鍵瓶頸口。如散熱欠佳就會(huì)造成LED光色的改變，還會(huì)使發(fā)光效率和壽命明顯降低，實(shí)驗(yàn)證明LED的PN結(jié)溫度超過(guò)正常溫度1度，LED壽命可能就會(huì)降低一半，所以目前正在嘗試將先進(jìn)的”熱管”冷卻技術(shù)用到LED的散熱之中。另外