1、 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术第二章第二章 光光 源源 日出而作，日落而息。自古以来，人类受照明条件的制日出而作，日落而息。自古以来，人类受照明条件的制约安排生活、工作、休息等一切活动。即使有了火的照明，约安排生活、工作、休息等一切活动。即使有了火的照明，乃至蜡烛、油灯，仍基本限制了人们在夜间的生活和活动。乃至蜡烛、油灯，仍基本限制了人们在夜间的生活和活动。爱迪生于爱迪生于18791879年发明白炽灯，才结束了人类年发明白炽灯，才结束了人类“黑暗黑暗”的历史。的历史。随着科学技术的发展，其后又研发生产了荧光灯、高强度气随着科学技术的发展，其后又研发生产了荧光灯、高强度气体放电灯。体
2、放电灯。 本章主要学习本章主要学习人工光源的分类、主要性能指标，各种人人工光源的分类、主要性能指标，各种人工光源的发光原理和特征，照明的经济核算等内容。工光源的发光原理和特征，照明的经济核算等内容。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术第一节第一节 自然光源自然光源一、太阳一、太阳 太阳是最重要的自然光源，太阳光谱具有很宽的范围，但进太阳是最重要的自然光源，太阳光谱具有很宽的范围，但进入大气层后，从入大气层后，从X射线到宇宙射线的高能粒子，因散射而损失掉，射线到宇宙射线的高能粒子，因散射而损失掉，到达地球表面的直射光部分具有与约到达地球表面的直射光部分具有与约5700K的黑体辐射能谱几乎的
3、黑体辐射能谱几乎一致的连续光谱分布。一致的连续光谱分布。 在地球表面上，太阳光在在地球表面上，太阳光在500nm处达到极大值，紫外部分只处达到极大值，紫外部分只延伸到延伸到290nm，即地球大气上层的臭氧强烈吸收的区域。，即地球大气上层的臭氧强烈吸收的区域。 在照明工程设计中，充分利用太阳光是创造舒适环境和节约能在照明工程设计中，充分利用太阳光是创造舒适环境和节约能源的重要措施。源的重要措施。二、月亮和行星二、月亮和行星 月亮和行星作为天体辐射源，仅仅是反射太阳的辐射，对于月亮和行星作为天体辐射源，仅仅是反射太阳的辐射，对于照明的利用价值极低。照明的利用价值极低。 半半 导导 体体 照照 明明
4、 技技 术术第二节第二节 人工光源人工光源一、人工光源的发明与发展一、人工光源的发明与发展 火(50万年前) 油灯(约5千年前) 煤油灯(1850年) 白炽灯(1879年) 蜡烛(约2千多年前) 荧光灯(1938年) LED灯(20世纪90年代) 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术人工光源人工光源二、人工光源的分类二、人工光源的分类 人工光源按其工作原理可分为人工光源按其工作原理可分为热辐射光源热辐射光源和和气体放电光源气体放电光源两大两大类。类。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 三、人工光源的主要性能指标三、人工光源的主要性能指标1 1、额定电压、额定电压2 2、灯泡（灯管）
5、功率、灯泡（灯管）功率3 3、光通量输出、光通量输出 指光源在工作时所发出的光通量，是光源的重要性能指标。指光源在工作时所发出的光通量，是光源的重要性能指标。4 4、发光效率、发光效率 光源消耗单位电功率所发出的光通量称为光源的发光效率光源消耗单位电功率所发出的光通量称为光源的发光效率, ,简简称光效，单位是称光效，单位是lm/Wlm/W。5 5、寿命、寿命 寿命是光源的重要性能指标，通常用点燃的小时数表示。寿命是光源的重要性能指标，通常用点燃的小时数表示。 光源从第一次点燃到损坏熄灭为止光源从第一次点燃到损坏熄灭为止, ,累计点燃的小时数称为光累计点燃的小时数称为光源的寿命源的寿命。光源的寿
6、命有相当大的离散性，因此常用平均寿命和。光源的寿命有相当大的离散性，因此常用平均寿命和有效寿命来表示光源的寿命。有效寿命来表示光源的寿命。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 a.平均寿命平均寿命 取一组光源作试样，从一起点燃到取一组光源作试样，从一起点燃到50%的光源试样损坏为的光源试样损坏为止的累计点燃时间的平均值就是该组光源的平均寿命。止的累计点燃时间的平均值就是该组光源的平均寿命。 b.有效寿命有效寿命 光源从点燃起一直到光通量衰减到额定值的某以百分数光源从点燃起一直到光通量衰减到额定值的某以百分数(一一般取般取70%-80%)所累计点燃小时数就称为光源的有效寿命。所累计点燃小时
7、数就称为光源的有效寿命。6、颜色特性、颜色特性 光源的颜色特性包括光源的颜色特性包括色温和显色性色温和显色性，是光源的重要性能指，是光源的重要性能指标。标。7、启燃与再启燃时间、启燃与再启燃时间a.启燃时间：启燃时间：光源接通电源到光源的光通量输出达到额定值所光源接通电源到光源的光通量输出达到额定值所需要的时间。需要的时间。(热辐射光源小于热辐射光源小于1s，气体放电光源几秒到几分，气体放电光源几秒到几分不等不等) 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 b.再启燃时间：再启燃时间：正常工作着的光源熄灭后再将其点燃所需正常工作着的光源熄灭后再将其点燃所需要的时间。要的时间。8、闪烁与频闪效应
8、、闪烁与频闪效应（1）闪烁：）闪烁：用交流电点燃光源时，在每半周期内，光源的用交流电点燃光源时，在每半周期内，光源的光通量随着电流的增减发生周期性明暗变化的现象。光通量随着电流的增减发生周期性明暗变化的现象。（2）频闪效应：）频闪效应：在一定频率变化的光线照射下，观察到的在一定频率变化的光线照射下，观察到的物体运动呈现静止或不同于实际运动状态的现象。（会降低物体运动呈现静止或不同于实际运动状态的现象。（会降低视觉分辨能力，易诱发各种事故）视觉分辨能力，易诱发各种事故） 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术四、常用的人工光源四、常用的人工光源（一）白炽灯（一）白炽灯1 1、原理、原理 白炽灯
9、是最早出现的电光源白炽灯是最早出现的电光源, ,即所谓第一代光源。它是将灯丝即所谓第一代光源。它是将灯丝加热到白炽加热到白炽(2400-3000K)(2400-3000K)的程度的程度, ,利用热辐射发出可见光。利用热辐射发出可见光。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术2、特点、特点 优点：优点：白炽灯具有显色性好白炽灯具有显色性好(Ra=100)，结构简单，使用灵活，结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，无频闪现象，可调光，能瞬时点燃，无频闪现象，可调光，价格便宜等特点。价格便宜等特点。 白炽灯的色温约为白炽灯的色温约为24002900K 缺点：缺点：光效最低光效最低(8-15Lm/W)，寿
10、命较短寿命较短(1500-2000H)。白炽灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术3 3、种类、种类 白炽灯的种类很多，有普通型、磨砂型、漫射型、反射型、白炽灯的种类很多，有普通型、磨砂型、漫射型、反射型、装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡等。装饰型、局部照明灯泡、水下灯泡等。4 4、白炽灯的应用、白炽灯的应用适用于家庭、宾馆、饭店及艺术照明适用于家庭、宾馆、饭店及艺术照明投光照明和小型建筑物照明投光照明和小型建筑物照明电影、剧院和舞台布景照明电影、剧院和舞台布景照明 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术我国白炽灯禁用史我国白炽灯禁用史 n早在2011年，我国就有了白炽灯淘汰计划表。国家
11、发改委、商务部等多部门联合印发的关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告，明确从2011年11月1日起，按照功率大小分五个阶段，逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。如今，100瓦及以上普通照明白炽灯已于2012年10月1日起禁止进口和销售。今年将进入第三个阶段，2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯。预计在2016年10月1日，将禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯，或视中期评估结果进行调整。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（二）（二）卤卤 钨钨 灯灯 1、 原理原理 如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微量的卤素物质，利如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微
12、量的卤素物质，利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨。用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨。 卤钨循环的简单解释如下：卤钨循环的简单解释如下：nWXnXW式中，式中，X代表所用卤素代表所用卤素，W代表钨，代表钨，n代表原子数。代表原子数。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术石英玻璃管石英玻璃管金属支架金属支架灯丝灯丝单端式单端式双端式双端式卤钨灯结构图卤钨灯结构图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术卤钨灯实物图卤钨灯实物图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术2、特点、特点 由于卤钨循环作用的原因，它与白炽灯比较，灯的寿命增长由于卤钨循环作用的原因，
13、它与白炽灯比较，灯的寿命增长50%（1500-2000 H ），光效提高），光效提高30( 10-30Lm/W )。卤钨。卤钨灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好等特点。显色性好和光通维持性好等特点。3 3、应用、应用 卤钨灯多用于较大空间、要求高照度的场所，其色温特别适卤钨灯多用于较大空间、要求高照度的场所，其色温特别适用于电视转播摄象照明。用于电视转播摄象照明。体育场、广场、会场、舞台、体育场、广场、会场、舞台、机场、商业和摄影等机场、商业和摄影等 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（三
14、）荧光灯（三）荧光灯荧光灯结构图荧光灯结构图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术1、原理、原理 荧光灯是一种预热式低压汞蒸气放电灯。荧光灯是一种预热式低压汞蒸气放电灯。 由汞蒸汽放电产生的紫外线辐射激发荧光粉而发光。由汞蒸汽放电产生的紫外线辐射激发荧光粉而发光。汞汞Hg自激放电自激放电电离电离荧光粉紫外线可见光可见光 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术2、特点、特点 寿命长寿命长 光通衰减少光通衰减少启动慢启动慢 点燃迟点燃迟 发光效率高发光效率高不能频繁启动不能频繁启动 环境要求高环境要求高光色丰富光色丰富 显色性能好显色性能好3000h
15、3-5S25-67Lm/W温度温度湿度湿度R70-99色温范色温范围广围广 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术3、分类、分类(1)按其荧光粉的不同可分为：按其荧光粉的不同可分为：日光色（日光色（6500K），与微阴的天空光相似；白色（），与微阴的天空光相似；白色（4500K）与）与日出两小时后的太阳直射光相似日出两小时后的太阳直射光相似 ；暖白色（；暖白色（3000K），与白），与白炽灯光接近。炽灯光接近。(2)按外形不同可分为直管形、环形和按外形不同可分为直管形、环形和U形。形。(3)按灯丝工作方式分为热阴极式及冷阴极式。按灯丝工作方式分为热阴极式及冷阴极式。(4)按用途分为普通照明及
16、装饰用的彩色荧光灯管以及小功率按用途分为普通照明及装饰用的彩色荧光灯管以及小功率高光效的节能型灯管等。高光效的节能型灯管等。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术荧光灯荧光灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术适用于进行较精细的照明，照度要求较高或进行长适用于进行较精细的照明，照度要求较高或进行长时间视觉工作的场所。时间视觉工作的场所。光谱较连续，显色性好，故适于需要正确识别色彩光谱较连续，显色性好，故适于需要正确识别色彩的场所，节能的场所。的场所，节能的场所。光色特殊，故适合于无天然采光的空间照明或要求环光色特殊，故适合于无天然采光的空间照明或要求环境较舒适的场所，但悬挂不宜太高。
17、境较舒适的场所，但悬挂不宜太高。不宜在开关频繁的场所和环境质量恶劣的地方使用，不宜在开关频繁的场所和环境质量恶劣的地方使用，瞬时启动和调光的场所也不适合。瞬时启动和调光的场所也不适合。4、应用、应用 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（四）低压钠灯（四）低压钠灯1、原理、原理 纳蒸汽放电，纳蒸汽放电，Na原子在放电时受到激发和电离，当受激原子在放电时受到激发和电离，当受激Na原子从激发态跃迁回基态时，将在原子从激发态跃迁回基态时，将在589nm和和589.6nm波长位置波长位置产生共振辐射，这两根谱线称为纳的双黄线或产生共振辐射，这两根谱线称为纳的双黄线或D线。线。2、特点、特点 人造光
18、源中光效最高人造光源中光效最高(200lm/W),寿命较长寿命较长(14000-18000H)，显色性差显色性差(Ra=-44)，预热时间过长。，预热时间过长。3、应用、应用 仅用于部分道路照明和安全照明。仅用于部分道路照明和安全照明。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（五）高压放电灯（五）高压放电灯1、原理、原理 对高压放电灯的发光管内的电极间对高压放电灯的发光管内的电极间施加电压，在启动时气体施加电压，在启动时气体(氩气及氙气氩气及氙气)内开始放电，此时产生放电弧光高温内开始放电，此时产生放电弧光高温约数千度，添加物约数千度，添加物(金属金属)蒸发而产生气蒸发而产生气体，蒸发的气体
19、与添加物原子内之电体，蒸发的气体与添加物原子内之电子相互碰撞，添加物的固有波长会被子相互碰撞，添加物的固有波长会被激发而发光。例如激发而发光。例如水银水银会发出会发出青色青色的的光，光，钠钠会发出会发出橘黄色橘黄色的光，的光，铊铊会发出会发出绿色绿色的光。的光。2、分类、分类 主要分为高压汞灯、高压钠灯和金属主要分为高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯卤化物灯辅助电极辅助电极主电极主电极发光管发光管外壳外壳高压放电灯示意图高压放电灯示意图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（1）高压汞灯）高压汞灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术1）原理）原理 电压加在高压汞灯的两个主电极和主电极与
20、辅助电极之间，电压加在高压汞灯的两个主电极和主电极与辅助电极之间，主电极和辅助电极之间产生辉光放电，并过渡到主电极之间的弧主电极和辅助电极之间产生辉光放电，并过渡到主电极之间的弧光放电，温度上升，汞气化使气压上升，高压放电，发光。光放电，温度上升，汞气化使气压上升，高压放电，发光。2）特点）特点 高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等特点，但启燃高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等特点，但启燃时间较长时间较长(4-10min)。3）应用）应用 多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外照明。照明。 半半 导导 体体 照照
21、明明 技技 术术高压汞灯高压汞灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 （2）、高）、高 压压 钠钠 灯灯 1）原理原理：利用高气压纳蒸汽放电发光。：利用高气压纳蒸汽放电发光。高压钠灯结构图和工作电路图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术 2）特点及应用）特点及应用 高压钠灯具有光效高、紫高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、可任意位置点燃通维持性好、可任意位置点燃、耐震等特点，但显色性差，、耐震等特点，但显色性差，平均显色指数为平均显色指数为21。它广泛用。它广泛用于道路照明，当与其它光源混于道路照明，当与其它光源混光后，可用于照度要
22、求高的高光后，可用于照度要求高的高大空间场所。大空间场所。 高压钠灯实物图 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（3）金）金 属属 卤卤 化化 物物 灯灯 金属卤化物灯是近年发展起来的所谓第三代光源，它与金属卤化物灯是近年发展起来的所谓第三代光源，它与高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。 金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短.主要有：主要有：（1）钠铊铟灯（白光）钠铊铟灯（白光）（2）镝灯（白光）
23、镝灯（白光）（3）超高压铟灯和锡灯（白光）超高压铟灯和锡灯（白光）（4）单色性很高的灯，如铊灯（绿光）、铟灯（蓝光）单色性很高的灯，如铊灯（绿光）、铟灯（蓝光） 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术金属卤化物灯金属卤化物灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术3、高压气体放电灯特性比较、高压气体放电灯特性比较高压荧光汞灯高压荧光汞灯金卤灯金卤灯高压钠灯高压钠灯材料材料汞、 Na 、Ar荧光粉金属卤化物、汞Na、汞、N2温度温度4005000C70010000C3500C光效光效3260Lm/W5213064150色温色温5500K30006500K19002800K寿命寿命1.02.0
24、万h0.31.01.22.4频繁启动频繁启动对寿命影响很大不明显不明显启动时间启动时间48min410min410min经济性经济性价格低廉昂贵适中灯灯 型型特性特性 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（六）无极灯（六）无极灯 第四代照明产品，无灯丝，无电极，是第四代照明产品，无灯丝，无电极，是无电极气体放无电极气体放电荧光灯电荧光灯的简称的简称 n1、原理、原理n无极灯由高频发生器、耦无极灯由高频发生器、耦合器和灯泡三部分组成。合器和灯泡三部分组成。它是通过高频发它是通过高频发 生器的电生器的电磁场以感应的方式耦合到磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪灯内，使灯泡内的气体雪崩电
25、离，形成等离子体。崩电离，形成等离子体。等离子受激原子返回基态等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线。灯泡内时辐射出紫外线。灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。发产生可见光。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术无极灯无极灯 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术2、特点、特点n1、灯泡内无灯丝、无电极，产品使用寿命达、灯泡内无灯丝、无电极，产品使用寿命达60000小时以上。小时以上。n2、发光效率高，高频无极灯、发光效率高，高频无极灯70Lm/W，低频无极灯，低频无极灯75Lm/W。n3、显色指数达、显色指数达80以上，采用优质三基色荧光粉，颜色不失真。以上，
26、采用优质三基色荧光粉，颜色不失真。n4、宽电压工作，电压在、宽电压工作，电压在185V-255V可正常工作。可正常工作。n5、高频工作频率为、高频工作频率为2.65MHz，低频工作频率为，低频工作频率为230Hz，安全没有，安全没有频闪效应频闪效应n6、光衰小，、光衰小，20000小时后光通维持率可达小时后光通维持率可达80%n7、瞬时启动再启动时间均小于、瞬时启动再启动时间均小于0.5秒秒n8、启动温度低，适应温度范围大，零下、启动温度低，适应温度范围大，零下25度，均可正常启动和工度，均可正常启动和工作。作。n9、功率因数可高达、功率因数可高达0.95以上。以上。n10、安全可靠性，绿色环
27、保、真正实现免维护、免更换。、安全可靠性，绿色环保、真正实现免维护、免更换。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术3、应用、应用n基于无极灯寿命长、节能效基于无极灯寿命长、节能效果显著，安全性高，绿色环果显著，安全性高，绿色环保等特点，因此适用于工厂保等特点，因此适用于工厂车间、学校教室、图书馆、车间、学校教室、图书馆、温室蔬菜植物棚、礼堂大厅、温室蔬菜植物棚、礼堂大厅、会议室、大型商场天花板、会议室、大型商场天花板、很高的厂房、运动场、隧道、很高的厂房、运动场、隧道、交通复杂地带（路灯、标志交通复杂地带（路灯、标志灯、桥梁灯）、地铁站、火灯、桥梁灯）、地铁站、火车店危险地域或照明下水灯、
28、车店危险地域或照明下水灯、城市亮化泛光照明、景观绿城市亮化泛光照明、景观绿化照明等，特别适用于高危化照明等，特别适用于高危和换灯困难且维护费用昂贵和换灯困难且维护费用昂贵的重要场所。的重要场所。 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术（七）发光二极管（七）发光二极管(LED) 发光二极管发光二极管是一种半导体二极管，是一种半导体二极管，它能将电能直接转化为光它能将电能直接转化为光能能。作为一种新颖的半导体光源，其特点为：。作为一种新颖的半导体光源，其特点为： 1、节能、节能 2、环保、环保 3、美化生活、美化生活 4、寿命长、寿命长5、启动时间短、启动时间短6、结构牢固、结构牢固7、发光体接
29、近点光源、发光体接近点光源8、可以做成薄型灯具、可以做成薄型灯具 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术第三节第三节 照明的经济核算照明的经济核算 从经济角度看，不同光源产生光的价格是一个很有意义的问从经济角度看，不同光源产生光的价格是一个很有意义的问题，光的价格可以由灯的价格和消耗的电的价格除以整个寿命题，光的价格可以由灯的价格和消耗的电的价格除以整个寿命中产生的流明数来粗略估计。这样，中产生的流明数来粗略估计。这样，1Mlm.h的价格为：的价格为：.136.11010LhkWLLLLhMlmCpCC 半半 导导 体体 照照 明明 技技 术术小结小结 这次课主要讲了人工光源的分类、主要性能这次课主要讲了人工光源的分类、主要性能指标，各种人工光源的发光原理和特征，照明的指标，各种人工光源的发光原理和特征，照明的经济核算等内容。经济核算等内容。
