1、現代光源發展趨勢前言1989年白熾燈的發明公認為人類現代文明社會起始的里程碑，人類發展史本身也證實了光源和照明是與人們生存和發展不可分割的一門科技學科。在一個多世紀的歲月里，現代光源科技的發展和自然科學的進步密切相關,科學理論的進展為電光源的進步奠定了基礎,并不斷要求提供具有特殊性能的各種新型光源,從而促進了電光源技術的進步。反之，電光源的發展也影響了其它學科的提高和改善了人們的生活質量，特別在全球節能減污的時代潮流中發揮了不可取代的作用。本文試對電光源科技的現狀和發展加以剖折和展望，希望能有益于更好地認識國內外電光源科技發展的現狀和動態，能對我國實現從光源生產的第一大國向光源科技的強國跨越性

2、發展過程中起到有所裨益的作用。一、傳統光源的發展和改進（一）熱輻射光源的改進和完善1.白熾燈的改進傳統的白熾燈光源經過119年的研發，其性能得到極大改善和價格大幅度的下降，成為了人類主要應用的光源。但由于它電能轉變為光能效率實在太低,因此在十年左右它將被其它節能光源取代,近幾年來，不少國家已提出白熾燈將退出光源領域的時程表，2008年5月還在我國上海召開了淘汰白熾燈的國際會議。2.帶紅外反射層或特殊熒光粉層的白熾燈通過對白熾燈泡殼和燈絲結構及位置的合理設計，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%。或者在泡殼內涂敷反斯托克斯熒光粉,它可讓燈絲發

3、出的紅外光轉換成可見光,以及使用納米結構的發光燈絲，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的時間。3.鹵鎢燈的發展1959年在鹵鎢循環原理基礎上制造出了鹵鎢燈，它的體積小，光維持率達到95%以上，光效和壽命更明顯地優于白熾燈。現已生產出可直接應用于電網電壓220V或110V的鹵鎢燈，再通過采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學蒸鍍法，在石英泡殼上采用涂敷TiO2/SiO2紅外反射層技術（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3000h。近年來國際上又推出了新型的節能鹵鎢燈，得到照明界的重視和青睞。鹵鎢燈主要技術參數見表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1.節能細細管徑熒熒光燈的的出現誕生生于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，顯顯色指數數為700。隨著著熒光燈燈研究的的深入，發發現適當當提高管管壁溫度度，具有有較高光光效的燈燈管直徑徑可以相相應縮小小，這就就使正柱柱區產生生的2553.77nm的的光子到到達管壁壁的距離離縮短，光光子與其其它原子子的碰撞撞機率降降低，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，制制造和運運輸成本本也能降降低。若若進一步步配用工工作在440KHHZ660KHHZ頻率率的電子子鎮流器器

5、，它的的光效可可比工作作在500HZ頻頻率下的的電感鎮鎮流器再再提高110%，這這也就是是人們常常說的改改進型TT8熒光光燈。近近幾年來來，又出出現管徑徑更細為為?166mm（TT5）和和11mmm（TT3）的的節能細細管徑熒熒光燈，這這時它們們的最佳佳管壁溫溫度更高高，發光光效率可可達到1104llm/ww的水平平，這種種熒光燈燈必須配配備優質質電子鎮鎮流器工工作。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術參數。通過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流器器的產品品，功率率因素達達到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，亦有有調光型型產品被被認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量已已超過227億支支，其中中90%產于我我國。其其主要技技術參數數見表33所列。3.冷冷陰極超超細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機、數碼碼像機、攝攝像機等等中的應應用與日日俱增，高高亮度的的冷陰極極超細管管徑熒光光燈為此此應運而而生。這這類燈的的管徑為為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，在高高的啟動動電壓下下形成輝輝光放電電使燈管管工作，其其工作參參數如表表4所示示。4.無無極熒光光燈的發發展隨著電電子學技技術的發發展，近近年來實實用型無無極熒光光燈發展展很快，國國際上現現有產品品是荷蘭蘭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Geenurra型無無極熒光光燈，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Enndurra型無無極熒光光燈，功功率1000w和和1500w，光光效800lm/w，壽壽命6000000h，工工作頻率率為2550KHHz。以以及我國國近年崛崛起的無無極熒光光燈的性性能也達達到國際際同類型型產品的的先進水水平,并并已形成成規?；a和和批量出出口.圖圖3顯示示了常用用的無極極熒光燈燈的外形形。（三）HHID光光源的成成熟和進進步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度度氣體放放電光源源（HIID）其其燈內工工作壓強強往往超超過100個大氣氣壓強，其其中高壓壓汞燈的的光效可可達500lm/

9、w，顯顯色指數數超過665，色色溫40000kk60000kk，壽命命也達到到約1000000h，功功率規格格形成335w35000w系系列化。高高壓鈉燈燈發光效效率達到到1200lm/w，顯顯色指數數為255，壽命命達到2240000h，規規格有330w10000w，雖雖然其光光色稍遜遜，但其其光效是是所有能能發出接接近白光光的人工工光源中中最高的的。近年年來又開開發出高高顯色高高壓鈉燈燈，顯色色指數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）的的優點，其其中355w1150ww規格的的小功率率金屬鹵鹵化物燈燈已廣泛泛地

10、應用用到室內內照明和和汽車前前照燈。2.陶瓷金屬鹵化物燈的進展由于陶瓷材料的進步和陶瓷與金屬封接的實現，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定性優于石英為玻殼的金屬鹵化物燈（CDM），燈的光效可提高10%20%；且發光體小，亮度高，便于投影照明系統的設計?，F有35w，70w和150w三種產品，結構為單端型，雙端型及反射型，光效達到90lm/w，亮度290cd/m2，顯色指數為83，有效壽命達12000h。另外，250W和400W大功率陶瓷外殼金屬鹵化物燈也已出現，其應用范圍將會有進一步擴大。圖2顯示了陶瓷金屬鹵化物燈的結構和外形。二、新穎電光源產品層出無窮（一）準分子光源（E

11、LS）的出現1.準分子光源（ELS）的出現。在光源輻射機理研究中，近年來采用準分子（Excimer）工作物質，如KrF、ArP、NeF和XeCl等，來制造高功率的紫外光源。同時，通過微波放電和介質阻擋放電（DielectricBarrierDischarge）等無極放電形式可制成新型的準分子輻射光源，其工作物質可為Xe2（172nm），Kr2（146nm）和Ar2（126nm），其中Xe2準分子光源的效率最高，光能轉換效率達50%以上。現已制成5868cm2的60WX2準分子大面積平面照明系統，這種燈無需充汞，因此從環境保護角度更有吸引力。目前已有具有實用價值的平面無汞熒光燈產品出售，可以預計

12、其前途無量。2.超高壓汞燈（UHP）的開發成功1995年，配投光系統的顯示裝置應用了新開發成功的一種超高壓汞燈，其極距約1.3mm，功率100w。在燈工作時，汞蒸氣壓可達200個大氣壓。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，分子連續譜與帶電粒子復合光譜也更強，特別是595nm以上的紅光輻射隨燈內工作壓強的升高而增強，從而使燈的顯色性提高，燈的壽命達12000h。圖3顯示UHP光源的外形3.微波光源的崛起1992年國際電光源科技界提出了微波硫燈的新技術，發現充填硫元素和低壓氬氣于石英泡殼內，在頻率為2450MHz微波能量的驅動下，通過硫分子的振動能和轉動能的躍遷，可使燈輻射出

13、連續的可見光光譜，國產微波硫燈的外形見圖4所示。1994年，美國首先制成了一個功率為3400w微波硫燈照明系統。1995年，美國又開始出售solar1000和LightDrive1000兩種規格的微波硫燈。主要參數為：功率1378w，輸出光通量132288lm，系統光效96lm/w，燈光效110lm/w，發光泡殼直徑40mm，相對色溫5400k，顯色指數為80，啟動時間小于25s，重復熱啟動時間小于300s，可在很大范圍內調光，壽命60000h，可任意方向燃點。我國光源界經過幾年聯合研制，也在1999年推出VEC1000微波硫燈產品，其技術指標接近國際同類產品水平，到2008年初，全國已有近十

14、家企業生產微波硫燈并實現出口貿易，國外的微波硫燈生產也有進展，如韓國LG公司是典型的發展代表。微波硫燈還可以利用導光管技術，將該燈發出的強光沿著導光管傳送到所需要照明的寬廣區域。最近為使硫燈適宜于家庭和商業照明，一方面通過充填物質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發100w以下的小功率微波硫燈，通過應用葉片式諧振器的微波源，可將2450MHz的微波能量集中在一個很小的空間，從而使充有InBr和Ar的內徑為3mm的球形石英玻殼，激發輻射白光。當輸入微波功率為25w時，燈的光通量為2000lm，燈的顯色指數為97，色溫6000k。在過去幾年中硫燈技術已發展到可以和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、優良的色穩定性、低閃爍、高光效等特點，若進一步完善它的特性和降低成本，定會成為人們歡迎的高效節能光源。4.固固體光源源開始進進入光源源領域LEED光源源近十年年的新突突破是科科技進步步和時代代發展的的產物，與與近代所所有科技技成果一一樣，它它也是人人類社會會極大的的福音.它的發發展見圖圖5所示示。近年年來LEED的光光效得到到極大的的提高。PPHILLIPSSLUMMILEEDS公公司的產產品在3350毫毫安電流流下，發發光效率率已達1115m/WW。20008年年CREEE公司司市場上上出售的的1瓦白白光LEED產品品的光效效達到1118L

16、Lm/WW。據報報道，220077年國際際上先進進的大功功率白光光LEDD產業化化水平，其其發光效效率普遍遍達到660-990Lmm/W，節節能效果果已具有有相當吸吸引力。LLED新新型照明明光源，它它一定會會給現代代社會生生活質量量的提高高帶來不不可估量量的影響響，并定定將在221世紀紀的全球球照明領領域引發發一場革革命。目前前LEDD在照明明領域的的發展潛潛力很大大，但它它作為照照明主體體的研究究艱難和和產品質質量遠沒沒成熟也也是不爭爭的事實實。據全全球20006年年LEDD產品在在國民經經濟應用用中的統統計，它它的488%產品品應用在在移動設設備中，114%在在顯示應應用，115%在在汽

17、車照照明，22%在信信號燈光光，照明明應用僅僅占5%，其它它應用116%。這這可讓我我們清楚楚看出LLED光光源遠還還不是照照明領域域的主要要產品.實際上上，現在在市場上上被人們們廣泛認認可的LLED產產品的應應用范圍圍還是有有限，LLED道道路照明明的應用用正成為為當前國國內外照照明研究究和推廣廣應用的的熱點。LED科技進步的關鍵措施，首先是固體物理的半導體和光源照明的研究要加快融合互相滲透，增進彼此了解合作攻關，其次，要改進和提高LED的制造工藝和技術性能，目前LED的轉換效率欠佳，僅約20%電能是轉換成光，而80%的電能轉化成熱能，因此從芯片的制作來改善內量子效率，從而提高它的發光效率潛力很大，另外在LED的封裝亦即從外量子效率的改進來提高LED的發光效率，包括通過合理的光學設計，或是選用優質的封裝材料和合適的熒光粉選擇都能不同程度地提高LED發光效率。而散熱的改善更是目前LED發展必須突破的關鍵瓶頸口。如散熱欠佳就會造成LED光色的改變，還會使發光效率和壽命明顯降低，實驗證明LED的PN結溫度超過正常溫度1度，LED壽命可能就會降低一半，所以目前正在嘗試將先進的”熱管”冷卻技術用到LED的散熱之中。另外