聚光照明

白熾燈　內(nèi)裝鎢質(zhì)燈絲，發(fā)光效率為10～15lm/w，色溫2800K左右，顯色性好，額定壽命為1000小時，中國已有由15w到1000w不同功率的系列產(chǎn)品。燈頭形式有螺口式和卡口式兩種。常用于室內(nèi)一般照明，還可用于照度要求較低的室外照明。反射型白熾燈的光束定向發(fā)射，光能利用率高，一般用于櫥窗、展覽館和需要聚光照明的場所。

鹵鎢燈　內(nèi)裝鎢質(zhì)燈絲，并充以一定量的碘和溴或它們的化合物。鹵鎢燈利用鹵鎢循環(huán)化學反應(yīng)原理，大大減少了鎢絲的蒸發(fā)和燈泡發(fā)黑程度。鹵鎢燈的發(fā)光效率和額定壽命都比白熾燈高。鹵鎢燈常做成管狀，尺寸小，功率為35w～1000w，色溫為2700～3300k，顯色性好，額定壽命約1500小時，光通量穩(wěn)定。多用于室內(nèi)重點照明。

熒光燈　是良好的室內(nèi)照明光源，發(fā)光效率大大高于白熾燈,一般為30～60lm/w,光效高的可達90lm/w。熒光燈的光色有日光色、冷白色和暖白色三種。高顯色熒光燈是采用三基色熒光粉，顯色指數(shù)可達80以上，壽命為1500～5000小時。在使用時應(yīng)配備相應(yīng)的鎮(zhèn)流器和啟輝器。高顯色熒光燈多用于顯色要求高的印染廠、印刷廠、商場和電視演播室的照明。直管形熒光燈的功率從6w到40w，最高可達125w。這種燈最適宜用于建筑大廳、大型商店和精密加工車間照明。為改善照明性能，可采用異形熒光燈（如環(huán)形熒光燈）作光源。在室內(nèi)照明中還廣泛使用新創(chuàng)制的體積小、光效高的緊湊型節(jié)能熒光燈。

高強度氣體放電燈　高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等的總稱。這類燈功率大，發(fā)光效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。大部分用作道路、廣場、運動場等處的室外照明，也用于中、高頂棚的工廠、體育館、禮堂和大型商場的室內(nèi)照明。

①高壓汞燈：包括熒光高壓汞燈和自鎮(zhèn)流高壓汞燈，功率由50w到1000w，發(fā)光效率為40～50lm/w，顯色指數(shù)40～45，額定壽命5000小時。

②金屬鹵化物燈：類似高壓汞燈，在發(fā)光管中增添金屬鹵化物,因此發(fā)光效率提高到60～120lm/w，顯色指數(shù)提高到60～85，額定壽命為7000～10000小時。

③高壓鈉燈：高壓鈉蒸氣放電燈,發(fā)光呈金白色,發(fā)光效率高達90～140lm/w，色溫為2000K左右,顯色性差,顯色指數(shù)為20～25，額定壽命為12000小時，功率為35～1000w。

低壓鈉燈　低壓鈉蒸氣放電燈，發(fā)光呈純黃色，發(fā)光效率高達130～200lm/w,功率為18～200w，顯色性差，宜用于道路照明。

在白顏色大功率LED的發(fā)展上，混肴了普通LED和白顏色LED之間的基本屬性，錯誤的把普通LED的優(yōu)點轉(zhuǎn)移白顏色LED上，誤認為白顏色LED的使用壽命、發(fā)光效率能夠和普通LED一樣，過高估計了它的光效，在電光源領(lǐng)域神化了其功能。

白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)的發(fā)光機理：

圖1 白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)的發(fā)光機理

從圖1可以看到白顏色LED(半導(dǎo)體熒光燈)是由藍光PN結(jié)周圍的熒光粉發(fā)出的白光，通常熒光燈是由燈管內(nèi)的紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光的，在發(fā)光原理上它們完全一致，如圖2所示，區(qū)別在于普通熒光燈的燈絲由藍光PN結(jié)取代。

圖2 普通熒光燈的發(fā)光原理

LED燈和我們使用的白熾燈、氣體放電燈的發(fā)光原理迥然不同。LED的自發(fā)性發(fā)光是由于電子和空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的，這種半導(dǎo)體P-N結(jié)的電致發(fā)光機理決定了它發(fā)出的是單色光，而不可能產(chǎn)生具有連續(xù)譜線的白光，用單只LED也不可能產(chǎn)生兩種以上的高亮度單色光。如果需要LED產(chǎn)生白光，只可能先讓LED發(fā)出藍光，然后利用熒光粉間接產(chǎn)生寬帶光譜，合成白光。

將某種形式的能量轉(zhuǎn)化為光能的過程是一種量子轉(zhuǎn)換過程遵守能量守衡定律。發(fā)光過程中的量子效率、量子提取率以及輻射光子的能譜決定了該過程的光效。白光光源運轉(zhuǎn)時所經(jīng)歷的量子轉(zhuǎn)換過程愈多、能量的損失愈大，光效必將降低。

LED發(fā)光時載流子復(fù)合過程的量子轉(zhuǎn)換效率雖然很高。但是必需利用熒光粉進行第二次量子轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)化為白光LED，因而量子效率和量子提取率大為降低，使白光LED光效提高受到限制。

各類熒光燈包括高頻無極熒光燈雖都屬低氣壓放電燈，高效率的利用汞的諧振輻射將電能轉(zhuǎn)化為輻射能量，但是由于這種諧振譜線處在紫外區(qū)，必須利用熒光粉進行第二次量子轉(zhuǎn)換才能變成可見光，而第二次量子轉(zhuǎn)換效率只有46%、而熒光粉吸收又使量子提取率下降，所以連續(xù)二次的量子轉(zhuǎn)換過程使熒光燈的光效限制在90～100 lm/W左右，就現(xiàn)在而言的結(jié)構(gòu)和材料其極限很難超過120 lm/W。

還有一點值得注意的是常規(guī)光源的發(fā)光中心處于燈的中央，光輻射在4π立體角中均勻分布，與照射空間一致，量子提取率近于100%。LED是一種平面固體光源，只有外向(2π立體角或更小角度)的光子能夠出射，所以常規(guī)LED 的50%的內(nèi)向輻射光子大部分消失在芯片內(nèi)部發(fā)熱，量子提取率很低;LED的輸出窗為多層不同的固體介質(zhì)，粒子密度很大，光子在其中傳播時吸收系數(shù)較大，不同介質(zhì)層交界面處的反射亦使其量子提取率降低。當前結(jié)構(gòu)的LED的這些特點是無法改變的，因此光效的提高受到了限制。不要幻想白光LED的光效能提高到140lm/W以上，除非是單色黃光LED或另一種全新結(jié)構(gòu)的LED，例如：如能開發(fā)一種三能級(紅綠藍)型LED，這種LED的n型半導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體中有三個以上不同施主能級或受主能級存在，當載流子復(fù)合時直接產(chǎn)生適當比例的紅、綠、藍三色光子因而直接發(fā)射白光。省去熒光粉的第二次量子轉(zhuǎn)換過程當可使LED光效得到較大提高。但是LED單側(cè)發(fā)光的特點是無法改變的，限制光效大幅提高的這一因素只能設(shè)法降低，不能完全取消。

降低白光LED光譜中的藍光成分是十分必要的，雖然這將降低它的光效，過多的藍光易造成視覺疲勞且傷及視見膜。在這一點得到改進以前很難大規(guī)模進入家庭與緊湊型熒光燈競爭。

從任何一個角度分析目前這種結(jié)構(gòu)的白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)的最高光效決不可能超過140lm/W。據(jù)測試，當前市售白光LED光源(半導(dǎo)體熒光燈)的最大總光子轉(zhuǎn)換效率約在15～25%之間，光效約為45～80 lm/W，穩(wěn)定工作時實際光效常常都在60 lm/W以下。白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)的光效已經(jīng)達到160lm/W或200lm/W的報導(dǎo)是不可靠，或許他們的測試出了差錯，至于400lm/W的預(yù)言對于白光LED(半導(dǎo)體熒光燈)是荒唐的、即使對中心發(fā)射波長為555的黃光LED也失之過高。

未來真正的白光LED應(yīng)該是將紅、綠、藍或者更多顏色LED芯片封裝在一起，產(chǎn)生白顏色光的白光LED，它將省去熒光粉的二次發(fā)光的轉(zhuǎn)換過程，光效提高15%以上，效率可以達到150-160Lm/W，同時減少了有害的藍光;光衰和芯片發(fā)熱問題得到改善，這種真正的白光LED還有許多技術(shù)瓶頸，解決這些技術(shù)難題還需要比較長的時間。圖3指示的是這種方法。

圖3 產(chǎn)生白光的LED的方法

由于半導(dǎo)體熒光燈的發(fā)光機理是熒光粉發(fā)光，所以它的發(fā)光效率和光衰等特性受到熒光粉的制約，其結(jié)果必定和熒光燈差不多。圖4是半導(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈光衰比較圖表，可以看出半導(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈沒有太多區(qū)別。圖5是不同顏色LED和半導(dǎo)體熒光燈光衰比較，從而可以看出半導(dǎo)體熒光燈已經(jīng)不具有LED的許多優(yōu)點了。

圖4 半導(dǎo)體熒光燈和普通熒光燈光衰比較

圖5 不同顏色LED和半導(dǎo)體熒光燈光衰比較

普通熒光燈的燈絲由藍光PN結(jié)取代以后的半導(dǎo)體熒光燈有許多普通熒光燈所沒有的優(yōu)點：

1：如果散熱問題解決的好，半導(dǎo)體熒光燈由于沒有燈絲，要比普通熒光燈使用壽命長許多。

2：可以頻繁開關(guān)啟動。

3：可以做到小功率白光高效率照明。(普通電光源小功率時效率不高)

結(jié)論：

1：我們使用的白色LED的實質(zhì)是半導(dǎo)體熒光燈，它的基本特性和普通熒光燈一致，它的性能指標遠比我們的期望值要差許多，不可以將其神化，半導(dǎo)體熒光燈，應(yīng)該走下神壇。

2：LED和半導(dǎo)體熒光燈在概念上的混肴已經(jīng)給我國的照明產(chǎn)業(yè)造成了巨大的損失，這種現(xiàn)象不能再繼續(xù)下去了。

3：真正白色LED還有漫長的路要走，切勿浮躁。