電光源的種類及特點

摘 要：分別討論了熱輻射型電光源、氣體放電型電光源和高亮度白色發光二極管燈的性能和特點，從節能和長壽的角度分析，推廣使用高亮度白色發光二極管燈，是二十一世紀電光源發展的必然趨勢。

關鍵詞：電光源；白熾燈；熒光燈；金屬鹵化物燈；發光二極管

中圖分類號：TB858文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）12-0280-01

1 引言

電光源自最初的白熾燈誕生以來，已有百余年的歷史，隨著科學技術的不斷發展，相繼涌現出眾多的電光源品種，以適應各種場合的照明需求。進入二十世紀下半葉以后，世界性的能源短缺和火力發電廠二氧化碳排出量造成的溫室效應，以及許多新的應用領域對電光源的性能提出了新的要求等，促使電光源向著節能、環保、安全、長壽等方面發展，并取得了一系列令人矚目的成就。

本文將分別討論熱輻射型光電源、氣體放電型電光源和前景無量的白色發光二極管燈的性能和特點，與讀者共同交流。

2 熱輻射型電光源

熱輻射型電光源主要有白熾燈、鹵鎢燈兩種。

白熾燈是電光源中最古老，也是最常見的品種，它的派生種類也最多。白熾燈的制造工藝成熟、成本低、光色柔和及顯色性好，顯色指數高達95~99，近似為自然光，無須任何附件配合工作，調光方便，且無啟動時間，但發光效率較低，一般只有5~20lm/w ，壽命也較短，通常只有1000小時左右。

鹵鎢燈是繼白熾燈之后改進而成的，它是在裝有鎢絲的燈管內，充入微量的鹵素或鹵化物構成的電光源。鎢絲點亮后，在高溫下能揮發出鎢蒸氣，在燈管內壁附近溫度較低的區域與鹵素化合成鹵化鎢，由于對流的作用，鹵化鎢又在鎢絲表面的高溫區分解出鎢，再返回到鎢絲表面。如此將不斷地揮發、分解與返回，因此，鎢絲不會很快變細，燈管也不會發黑，故鹵鎢燈具有壽命長（一般為2000小時）、光效高（20~30lm/W）的特點，而且還具有體積小、亮度強、使用方便、價格便宜等一系列優點。

白熾燈和鹵鎢燈都是依靠電流通過燈內的鎢絲產生熱效應而發光的，鎢絲屬于金屬導體，在電路中顯示純電阻性，不影響供電電源的交流參數，對電源質量不會產生危害，對電源設備不構成影響。

3 氣體放電型電光源

氣體放電型電光源主要有普通型（即標準型）熒光燈、節能型熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等品種。

普通型熒光燈是誕生最早的氣體放電型電光源，外形為直管狀，且管徑較粗（T12，φ38mm）。它能夠發出近似自然光的白光，光色好，顯色指數高達70~80，光線柔和，發光效率高（大多為40~70lm /w），平均壽命2000~3000小時。

節能型熒光燈是上世紀八十年代以后發展起來的，主要有細管徑T8型（φ26mm）和超細管徑T5型（φ16mm）兩種類型。T8型的顯色指數可達60，發光效率高達70lm /w；T5型的顯色指數提高到80，發光效率更是高達85lm/w，性能非常優越。

除了T8、T5型管狀節能熒光燈外，還有細管H燈、U型燈和雙D燈，通常稱它們為緊湊型節能燈。這些燈體積小、重量輕、亮度高、功耗低、壽命長，因此應用十分廣泛。上述幾種熒光燈在使用時，必須由鎮流器和啟輝器配合工作。

高壓汞燈是利用汞放電時產生的高氣壓獲得可見光的電光源，它的發光效率較高，一般為30~60，使用壽命長達2500~5000小時。它的缺點是顯色性差，顯色指數為30~40，而且不能瞬間啟動，并要求電源的電壓波動不能太大，還需要鎮流器的配合方能工作。

高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈，它的發光效率非常高，可達90~100lm/w，壽命可達3000小時，其光色柔和，透霧性強，唯獨顯色指數較低，只有20~25，在工作時需要鎮流器、啟輝器的配合。

金屬鹵化物燈集中了熒光燈、高壓汞燈和鈉燈的優點，是目前世界上最理想的氣體放電型電光源，它的發光效率一般為80左右，顯色指數高達65~85，使用壽命大多在10000小時以上，是名副其實的高效、節能、廣用、長命燈。該燈在工作時也需要鎮流器的配合。

4 白色發光二極管燈

發光二極管（LED）自從1962年開始生產以來，一直主要用作電子裝置的顯示和圖象用光源。隨著半導體工藝技

術和納米技術的飛速發展，近幾年來，以塊狀氮化鎵（GaN）單晶基材的成長及其有關的成長技術，取得了引人注目的成果，以氮化鎵為材料的白色發光二極管應運而生，成為繼白熾燈、各類氣體放電型電光源之后的一顆耀眼的新星。

單芯片白色發光二極管，是一種含InGaN活性層的GaN發光二極管，In的高濃度擴散成為提高發光效率的主要手段，其白色光獲取的機理分為兩種：其一是結合藍色LED和黃磷，通過藍光和磷發射的黃光混合后產生白色光；其二是通過紫外線LED與紅、藍、綠磷的組合而產生白色光。白色LED的正向壓降大多為3.5V左右，額定電流為2~20mA，亮度高達600mcd，發光效率現已超過60lm/w，遠遠優于白熾燈泡。

以氮化鎵為基礎而制成的高亮度白色發光二極管，是新一代節能高效環保型綠色光源，它的發光強度分別為熒光燈的4~6倍和白熾燈的15~30倍，能夠連續工作10萬小時，其壽命比普通白熾燈泡延長了100倍。一種發光面積小于1平方厘米、功耗為3瓦的白色發光二極管，能產生相當于60瓦白熾燈泡發出的光強。當前，發達國家都在竟相研究、開發并推廣使用高亮度白色發光二極管，以取代傳統的電光源。由于白色發光二極管體積小、亮度強、耗電低、壽命長，而且幾乎無溫升，故非常適合于商住樓宇的一般照明、交通、展示、廣告、方向牌的照明及應急照明和無線電話（如彩屏手機）、游戲機、攝錄機、數碼像機、筆記本電腦、彩屏PDA，以及建筑、舞臺、手術、飛機等照明場合。隨著高亮度、高效率白色發光二極管制造技術飛躍的進步，從而將開創出新的照明應用領域及照明文化，必將成為二十一世紀照明光源的主角。

5 結束語

從上述的列舉可以看出，所有氣體放電型電光源的發光效率均比熱輻射型高得多，壽命也長得多，這是實現照明節能的先決條件。另一方面，氣體放電型電光源在工作時必須有鎮流器的配合，否則無法工作，而目前廣泛使用的鎮流器絕大多數為電感線圈式結構，它在交流供電電路中呈電感性，由此對電源的交流參數必將產生影響，如功率因數下降、波形畸變等，有必要進行無功補償和其他技術校正措施。相比之下，白色發光二極管使用簡單、壽命長、光色好、無公害，其省電優勢極為突出，在全球能源緊張的當今時代，推廣使用白色發光二極管燈已成為必然趨勢。