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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.现代光源发展趋势前言11989年年白炽灯的的发明公认认为人类现现代文明社社会起始的的里程碑，人人类发展史史本身也证证实了光源源和照明是是与人们生生存和发展展不可分割割的一门科科技学科。在在一个多世世纪的岁月月里，现代代光源科技技的发展和和自然科学学的进步密密切相关,科学理论论的进展为为电光源的的进步奠定定了基础,并不断要要求提供具具有特殊性性能的各种种新型光源源,从而促促进了电光光源技术的的进步。反反之，电光光源的发展展也影响了了其它学科科的提高和和改善了人
2、人们的生活活质量，特特别在全球球节能减污污的时代潮潮流中发挥挥了不可取取代的作用用。本本文试对电电光源科技技的现状和和发展加以以剖折和展展望，希望望能有益于于更好地认认识国内外外电光源科科技发展的的现状和动动态，能对对我国实现现从光源生生产的第一一大国向光光源科技的的强国跨越越性发展过过程中起到到有所裨益益的作用。一、传统光源的发展和改进（一）热辐射光源的改进和完善1.白炽灯的改进传统的白炽灯光源经过119年的研发，其性能得到极大改善和价格大幅度的下降，成为了人类主要应用的光源。但由于它电能转变为光能效率实在太低,因此在十年左右它将被其它节能光源取代,近几年来，不少国家已提出白炽灯将退出光源领
3、域的时程表，2008年5月还在我国上海召开了淘汰白炽灯的国际会议。2.带红外反射层或特殊荧光粉层的白炽灯通过对白炽灯泡壳和灯丝结构及位置的合理设计，然后在泡壳上涂敷TiO2AgTiO2或ZnSAgZnS的红外反射膜，能使灯的光效提高50%。或者在泡壳内涂敷反斯托克斯荧光粉,它可让灯丝发出的红外光转换成可见光,以及使用纳米结构的发光灯丝，都能使白炽灯光效明显提高，有益于延缓白炽灯退出历史舞台的时间。3.卤钨灯的发展1959年在卤钨循环原理基础上制造出了卤钨灯，它的体积小，光维持率达到95%以上，光效和寿命更明显地优于白炽灯。现已生产出可直接应用于电网电压220V或110V的卤钨灯，再通过采用浸涂
4、法、真空蒸镀法或化学蒸镀法，在石英泡壳上采用涂敷TiO2/SiO2红外反射层技术（IRC）制成JD和JDR型新颖卤钨灯，可使灯的光效有30%45%的提高，寿命达3000h。近年来国际上又推出了新型的节能卤钨灯，得到照明界的重视和青睐。卤钨灯主要技术参数见表1所示。（二）低低压气体放放电光源荧光灯灯的突飞猛猛进11.节能细细管径荧光光灯的出现现诞生生于40年年代的荧光光灯的玻管管外径为338mm（TT12），光光效约600lm/ww，显色指指数为700。随着荧荧光灯研究究的深入，发发现适当提提高管壁温温度，具有有较高光效效的灯管直直径可以相相应缩小，这这就使正柱柱区产生的的253.7nm的的光子
5、到达达管壁的距距离缩短，光光子与其它它原子的碰碰撞机率降降低，自吸吸收损失减减少，这样样制成的管管径为266mm荧光光灯（T88）光效可可以提高110，制制造和运输输成本也能能降低。若若进一步配配用工作在在40KHHZ600KHZ频频率的电子子镇流器，它它的光效可可比工作在在50HZZ频率下的的电感镇流流器再提高高10%，这这也就是人人们常说的的改进型TT8荧光灯灯。近几年年来，又出出现管径更更细为?116mm（TT5）和11mmm（T3）的的节能细管管径荧光灯灯，这时它它们的最佳佳管壁温度度更高，发发光效率可可达到1004lm/w的水平平，这种荧荧光灯必须须配备优质质电子镇流流器工作。表表2
6、列出典典型的直管管型不同管管径荧光灯灯的主要技技术参数。通过采采用接桥和和弯管等玻玻璃加工工工艺，制成成比白炽灯灯光效高667倍的的紧凑型荧荧光灯，特特别是配有有电子镇流流器的产品品，功率因因素达到00.98，谐谐波失真总总量小于110%，灯灯的寿命提提高到100000hh，亦有调调光型产品品被认为是是目前白炽炽灯最适宜宜的取代光光源。全世世界20007年紧凑凑型荧光灯灯的总产量量已超过227亿支，其其中90%产于我国国。其主要要技术参数数见表3所所列。3.冷冷阴极超细细管径荧光光灯的诞生生随着着背光照明明在办公用用笔记本电电脑、等离离子体显示示器和家用用电器如电电视机、数数码像机、摄摄像机等
7、中中的应用与与日俱增，高高亮度的冷冷阴极超细细管径荧光光灯为此应应运而生。这这类灯的管管径为1.8mm3.0mmm，普遍遍采用三基基色荧光粉粉，通常采采用Ni、TTa、Zrr等金属作作为冷阴极极，在高的的启动电压压下形成辉辉光放电使使灯管工作作，其工作作参数如表表4所示。4.无极荧光灯的发展随着电子学技术的发展，近年来实用型无极荧光灯发展很快，国际上现有产品是荷兰QL型，功率为55w和85w两种，光效约68lm/w，寿命60000h，工作频率2.65MHz；美国Genura型无极荧光灯，功率23w，光效48lm/w，寿命10000h，工作频率2.65MHz；日本EverLight型无极荧光灯，
8、功率9w和27w，光效为41lm/w，寿命40000h，工作频率15.56MHz；还有德国Endura型无极荧光灯，功率100w和150w，光效80lm/w，寿命60000h，工作频率为250KHz。以及我国近年崛起的无极荧光灯的性能也达到国际同类型产品的先进水平,并已形成规模化生产和批量出口.图3显示了常用的无极荧光灯的外形。（三）HID光源的成熟和进步1.HID光源趋向成熟适用于大面积范围和室外照明的高强度气体放电光源（HID）其灯内工作压强往往超过10个大气压强，其中高压汞灯的光效可达50lm/w，显色指数超过65，色温4000k6000k，寿命也达到约10000h，功率规格形成35w3
9、500w系列化。高压钠灯发光效率达到120lm/w，显色指数为25，寿命达到24000h，规格有30w1000w，虽然其光色稍逊，但其光效是所有能发出接近白光的人工光源中最高的。近年来又开发出高显色高压钠灯，显色指数80左右，寿命8000h。金属卤化物灯由于能兼具光效高（80lm/w）和光色好（Ra80）的优点，其中35w150w规格的小功率金属卤化物灯已广泛地应用到室内照明和汽车前照灯。2.陶瓷金属卤化物灯的进展由于陶瓷材料的进步和陶瓷与金属封接的实现，人们成功地制造出陶瓷外壳的性能明显地光电性能一致性和稳定性优于石英为玻壳的金属卤化物灯（CDM），灯的光效可提高10%20%；且发光体小，亮
10、度高，便于投影照明系统的设计。现有35w，70w和150w三种产品，结构为单端型，双端型及反射型，光效达到90lm/w，亮度290cd/m2，显色指数为83，有效寿命达12000h。另外，250W和400W大功率陶瓷外壳金属卤化物灯也已出现，其应用范围将会有进一步扩大。图2显示了陶瓷金属卤化物灯的结构和外形。二、新颖电光源产品层出无穷（一）准分子光源（ELS）的出现1.准分子光源（ELS）的出现。在光源辐射机理研究中，近年来采用准分子（Excimer）工作物质，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，来制造高功率的紫外光源。同时，通过微波放电和介质阻挡放电（DielectricBarrierDi
11、scharge）等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源，其工作物质可为Xe2（172nm），Kr2（146nm）和Ar2（126nm），其中Xe2准分子光源的效率最高，光能转换效率达50%以上。现已制成5868cm2的60WX2准分子大面积平面照明系统，这种灯无需充汞，因此从环境保护角度更有吸引力。目前已有具有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售，可以预计其前途无量。2.超高压汞灯（UHP）的开发成功1995年，配投光系统的显示装置应用了新开发成功的一种超高压汞灯，其极距约1.3mm，功率100w。在灯工作时，汞蒸气压可达200个大气压。由于汞蒸气压愈高，灯的亮度也越高，而且汞原子谱线宽度变大，
12、分子连续谱与带电粒子复合光谱也更强，特别是595nm以上的红光辐射随灯内工作压强的升高而增强，从而使灯的显色性提高，灯的寿命达12000h。图3显示UHP光源的外形3.微波光源的崛起1992年国际电光源科技界提出了微波硫灯的新技术，发现充填硫元素和低压氩气于石英泡壳内，在频率为2450MHz微波能量的驱动下，通过硫分子的振动能和转动能的跃迁，可使灯辐射出连续的可见光光谱，国产微波硫灯的外形见图4所示。1994年，美国首先制成了一个功率为3400w微波硫灯照明系统。1995年，美国又开始出售solar1000和LightDrive1000两种规格的微波硫灯。主要参数为：功率1378w，输出光通量
13、132288lm，系统光效96lm/w，灯光效110lm/w，发光泡壳直径40mm，相对色温5400k，显色指数为80，启动时间小于25s，重复热启动时间小于300s，可在很大范围内调光，寿命60000h，可任意方向燃点。我国光源界经过几年联合研制，也在1999年推出VEC1000微波硫灯产品，其技术指标接近国际同类产品水平，到2008年初，全国已有近十家企业生产微波硫灯并实现出口贸易，国外的微波硫灯生产也有进展，如韩国LG公司是典型的发展代表。微波硫灯还可以利用导光管技术，将该灯发出的强光沿着导光管传送到所需要照明的宽广区域。最近为使硫灯适宜于家庭和商业照明，一方面通过充填物质的改变使灯的光
14、色更符合人们需求，另一方面正在积极研制开发100w以下的小功率微波硫灯，通过应用叶片式谐振器的微波源，可将2450MHz的微波能量集中在一个很小的空间，从而使充有InBr和Ar的内径为3mm的球形石英玻壳，激发辐射白光。当输入微波功率为25w时，灯的光通量为2000lm，灯的显色指数为97，色温6000k。在过去几年中硫灯技术已发展到可以和HID灯相媲美的程度，而且它具有高流明维持率、低的紫外和红外辐射、优良的色稳定性、低闪烁、高光效等特点，若进一步完善它的特性和降低成本，定会成为人们欢迎的高效节能光源。4.固固体光源开开始进入光光源领域LEDD光源近十十年的新突突破是科技技进步和时时代发展的
15、的产物，与与近代所有有科技成果果一样，它它也是人类类社会极大大的福音.它的发展展见图5所所示。近年年来LEDD的光效得得到极大的的提高。PPHILIIPSLUUMILEEDS公司司的产品在在350毫毫安电流下下，发光效效率已达1115mm/W。22008年年CREEE公司市场场上出售的的1瓦白光光LED产产品的光效效达到1118Lm/W。据报报道，20007年国国际上先进进的大功率率白光LEED产业化化水平，其其发光效率率普遍达到到60-990Lm/W，节能能效果已具具有相当吸吸引力。LLED新型型照明光源源，它一定定会给现代代社会生活活质量的提提高带来不不可估量的的影响，并并定将在221世纪
16、的的全球照明明领域引发发一场革命命。目目前LEDD在照明领领域的发展展潜力很大大，但它作作为照明主主体的研究究艰难和产产品质量远远没成熟也也是不争的的事实。据据全球20006年LLED产品品在国民经经济应用中中的统计，它它的48%产品应用用在移动设设备中，114%在显显示应用，115%在汽汽车照明，22%在信号号灯光，照照明应用仅仅占5%，其其它应用116%。这这可让我们们清楚看出出LED光光源远还不不是照明领领域的主要要产品.实实际上，现现在市场上上被人们广广泛认可的的LED产产品的应用用范围还是是有限，LLED道路路照明的应应用正成为为当前国内内外照明研研究和推广广应用的热热点。LED科科
17、技进步的的关键措施施，首先是是固体物理理的半导体体和光源照照明的研究究要加快融融合互相渗渗透，增进进彼此了解解合作攻关关，其次，要要改进和提提高LEDD的制造工工艺和技术术性能，目目前LEDD的转换效效率欠佳，仅仅约20%电能是转转换成光，而而80%的的电能转化化成热能，因因此从芯片片的制作来来改善内量量子效率，从从而提高它它的发光效效率潜力很很大，另外外在LEDD的封装亦亦即从外量量子效率的的改进来提提高LEDD的发光效效率，包括括通过合理理的光学设设计，或是是选用优质质的封装材材料和合适适的荧光粉粉选择都能能不同程度度地提高LLED发光光效率。而而散热的改改善更是目目前LEDD发展必须须突
18、破的关关键瓶颈口口。如散热热欠佳就会会造成LEED光色的的改变，还还会使发光光效率和寿寿命明显降降低，实验验证明LEED的PNN结温度超超过正常温温度1度，LLED寿命命可能就会会降低一半半，所以目目前正在尝尝试将先进进的”热管”冷却技术术用到LEED的散热热之中。另另外LEDD还必须考考虑性价比比问题，再再则，LEED照明光光源的测试试和产品标标准迫需制制定和完善善，过去传传统光源的的测试方法法和产品标标准可以借借鉴，但绝绝不能简单单加以取代代，甚至于于对色度学学，光度学学和辐射度度学的理论论也需根据据LED特特点加以完完善和深化化.最后，还还应从人类类功效学的的观点出发发，即综合合考虑生理理学，心理理学和物理理学的影响响，目前国国际上从认认知理论的的视觉科学学出发，对对LED光光源如何有有益于人们们健康和生生活舒适，以以及提高工工作效率的的正确应用用，加以研研究和开展展大量的实实验工作.LED进进一步推广广应用中的的问题和困困难是客观观存在的，但但我们可以以深信随着着人们不懈懈的努力和和科技的进进步，LEED的光明明前途一定定会在211世纪展现现。