現(xiàn)代照明及發(fā)光技術(shù)

現(xiàn)代照明及發(fā)光技術(shù)第1頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自然界發(fā)光現(xiàn)象白光的表征及產(chǎn)生傳統(tǒng)照明技術(shù)

有機(jī)電致發(fā)光照明技術(shù)主要內(nèi)容第2頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一自然界的發(fā)光現(xiàn)象物質(zhì)的燃燒有機(jī)物：無機(jī)物：石油天然氣煤….活潑金屬與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)光和熱能量第3頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱發(fā)光黑體輻射：振動(dòng)能量正比于振幅的平方，溫度升高使分子振動(dòng)加劇，部分能量達(dá)到可見光區(qū)域。第4頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化學(xué)發(fā)光是一種特異的化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)分子吸收化學(xué)能后發(fā)生能級(jí)躍遷，產(chǎn)生一種高能級(jí)的電子激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定的中間體，當(dāng)其返回到基態(tài)而發(fā)出光子，即為化學(xué)發(fā)光。分類閃光型：時(shí)間很短零點(diǎn)幾秒到幾秒輝光型：時(shí)間長(zhǎng)從幾分鐘到幾十分鐘，或幾小時(shí)至更久。第5頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光化學(xué)發(fā)光免疫測(cè)定是目前世界公認(rèn)先進(jìn)的標(biāo)記免疫測(cè)定技術(shù)，化學(xué)發(fā)光免疫分析技術(shù)具有高度的準(zhǔn)確性和特異性，成為檢驗(yàn)方法中最為重要的技術(shù)之一第6頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物發(fā)光生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能而發(fā)光的現(xiàn)象，即生物發(fā)光。大部分生物發(fā)光都與三磷酸腺苷有關(guān)。是由熒光素酶與熒光素的化學(xué)反應(yīng)引起的。特點(diǎn)顏色范圍寬，可從紅光到深藍(lán)光氧幾乎是必需的條件生物發(fā)光的化學(xué)反應(yīng)似乎都是酶-底物反應(yīng)第7頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型的發(fā)光生物螢火蟲琵琶魚櫛水母發(fā)光菌類腰鞭毛蟲第8頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光致發(fā)光一些物質(zhì)在光的照射下，物質(zhì)當(dāng)中的電子吸收光能后（激發(fā)）躍遷到更高的能量狀態(tài)（激發(fā)態(tài)），處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定有返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)（基態(tài)），多余的能量以光的形式放出（發(fā)射），產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象叫光致發(fā)光光第9頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型的有機(jī)發(fā)光物質(zhì)第10頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型的無機(jī)發(fā)光物質(zhì)稀土化合物，其優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率高，色純度高目前,常見的無機(jī)熒光材料是以堿土金屬的硫化物（如ZnS、CaS）鋁酸鹽（SrAl2O4,CaAl2O4,BaAl2O4）等作為發(fā)光基質(zhì)，以稀土鑭系元素銪(Eu)、釤(Sm)、鉺(Er)、釹(Nd)等作為激活劑和助激活劑

CaS:Eu紅，CaS:Ce綠，SrS:Ce藍(lán)綠InGaN：藍(lán)第11頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電致發(fā)光又可稱電場(chǎng)發(fā)光，簡(jiǎn)稱EL，是通過加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場(chǎng)，被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心，而引致電子解級(jí)的躍進(jìn)、變化、復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象。

它由背面電極層、絕緣層、發(fā)光層、透明電極層和表面保護(hù)膜組成，利用發(fā)光材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生光的特性，將電能轉(zhuǎn)換為光能。目前電致發(fā)光的研究方向主要為有機(jī)材料的應(yīng)用

第12頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光的表征及白光的產(chǎn)生光的表征E=hc/λ表征一個(gè)光源的四個(gè)物理量：

看起來亮嗎？光度什么顏色？色度被照明物體的顏色看起來真實(shí)嗎？顯色指數(shù)

給人感覺是冷的還是暖和的？色溫光——波和粒子二重性電磁波：速度

c=3108m/s,c=nl頻率

n(Hz)，波長(zhǎng)

l(nm): 長(zhǎng)波——中波——短波——微波——遠(yuǎn)紅外——近紅外——可見光——紫外——真空紫外——…622-700597-622577-597492-577455-492400-455(nm)第13頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光度——人對(duì)光亮度的視覺光度與功率的不同在于它是視覺響應(yīng)。相關(guān)的量以光度學(xué)量表示。歸一化的明視覺靈敏度曲線[實(shí)線，V(l)，據(jù)1924CIE]和暗視覺靈敏度曲線[虛線，V’(l)，據(jù)1951CIE]第14頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一色度——定量表述色彩用稱為三色值的數(shù)字表示顏色，基于多數(shù)色彩都可以用不超過3種適當(dāng)?shù)脑?，例如紅[R]，綠[G]和藍(lán)[B]來模仿的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。1931CIE標(biāo)準(zhǔn)配色函數(shù)：紅x,綠y,藍(lán)z第15頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一CIE色度圖自然界中存在的顏色，邊界為單色光第16頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一用幾種基色配色能夠得到的色彩范圍用兩種基色，能夠得到色度圖上兩個(gè)基色的色坐標(biāo)連線上的所有顏色；用三種或三種以上基色可以得到這些基色連線形成的多邊形內(nèi)的所有顏色。多邊形面積越大，能再現(xiàn)的色彩就越豐富。第17頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一顯色性不發(fā)光物體的顏色：白光中一部分波長(zhǎng)的光被物體吸收 不透明物體：反射 透明物體：透射吸收反射透射入射具有不同光譜而色坐標(biāo)相同的光源稱為同分異構(gòu)光源。同分異構(gòu)光源照明的物體可能產(chǎn)生不同的色覺。這種性質(zhì)稱為顯色性，

用一個(gè)物理量——顯色指數(shù)Ra——來描述。第18頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一經(jīng)過對(duì)光源測(cè)量、計(jì)算得到顯色指數(shù)。如果光源的性質(zhì)與黑體輻射一致，顯色指數(shù)Ra=100,色彩再現(xiàn)性最好；Ra越小(甚至為負(fù)值)，用它照明時(shí)，看到的物體色彩就越失真。用藍(lán)光和黃光配色成為白光，如果被照明物體是綠色或紅色的，在這個(gè)光源下，看起來就會(huì)失真400500600700第19頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高顯色指數(shù)光的顯色性第20頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一低顯色指數(shù)光的顯色性第21頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一色溫Tc以絕對(duì)溫度K來表示,即將一標(biāo)準(zhǔn)黑體(如:鐵)加熱,溫度升高到一定程度時(shí)顏色開始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍(lán),逐漸改變,利用這種光色變化的特性,某光源與黑體的顏色相同時(shí),我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源所發(fā)光之色溫。色溫越高，光色越偏藍(lán)；色溫越低，越偏紅色。一天中的光色隨時(shí)間變化而變化。第22頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10000K

早晨的陽(yáng)光（偏藍(lán)的光）6000K

中午的陽(yáng)光5000K

下午的陽(yáng)光2000K

黃昏的陽(yáng)光（偏紅的光）自然光第23頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一室內(nèi)照明光第24頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一白光的產(chǎn)生白光的組成白光棱鏡折射400nm700nm第25頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一黑體輻射產(chǎn)生白光粒子振動(dòng)產(chǎn)生的輻射稱為黑體輻射黑體輻射的光譜用上面的方法求出色坐標(biāo)不同色溫T下黑體輻射源色度點(diǎn)的軌跡第26頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一兩互補(bǔ)色或三基色交疊，形成白色400nm700nm430nm480nm490nm560nm500nm580nm595nm605nm配色產(chǎn)生白光第27頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一藍(lán)-黃互補(bǔ)光混合紅-綠-藍(lán)三基色光混合第28頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一滿足照明要求白光的質(zhì)量色坐標(biāo)CIEx,y越接近（0.33，0.33）越好顯色指數(shù)Ra大于80色溫Tc在2500—6500K之間第29頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一傳統(tǒng)照明技術(shù)第30頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一照明的歷史照明需要光，科學(xué)技術(shù)發(fā)展使產(chǎn)生光的方法越來越方便，效率越來越高。但是，直到200多年前，照明技術(shù)發(fā)展極度緩慢，很多年、很多代的人一輩子都看不到照明方法有什么變化。照明所用能源的進(jìn)步50萬年 5萬年 200年 100年前木柴動(dòng)植物或礦物油煤氣或其他可燃性氣體電第31頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直到19世紀(jì)初，燃燒產(chǎn)生火焰一直是唯一的人造光。

燃燒是氧化過程，放出熱量，高溫使微粒中C原子熱運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))加劇。原子熱運(yùn)動(dòng)的能量按照一定規(guī)律分布,與溫度有關(guān)。溫度足夠高時(shí)，部分能量達(dá)到可見光區(qū)域。我們祖先對(duì)光的認(rèn)識(shí)明也。從火在人上。光明意也。說文第32頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一燧人氏火是人類歷史上第一件偉大的發(fā)明。由于它對(duì)人類發(fā)展的重要作用，在傳說中，火的使用往往和民族的始祖或英雄相聯(lián)系；在原始宗教中，火的發(fā)明者被作為神來供奉。第33頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一50萬年以前，人類就已經(jīng)廣泛地使用火了。熟食在從猿到人的進(jìn)化過程中起著重要的作用。原始人偶然揀起一片燃燒的木頭用來照明，他們發(fā)明了第一個(gè)便攜式光源——火把。北京人已有控制火的能力，這是原始文化的一大轉(zhuǎn)點(diǎn)。匼(ke)河及藍(lán)田兩遺址里，似乎都沒有用火痕跡報(bào)導(dǎo)。

李濟(jì)：踏入文明的過程——中國(guó)史前文化鳥瞰作為對(duì)人類歷史的回憶，火炬這種最古老的照明器具現(xiàn)在還應(yīng)用在慶典中。

第34頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一毛細(xì)作用使燃料上升進(jìn)入火焰，大大改善了熱發(fā)光照明的效率?？脊虐l(fā)現(xiàn)表明，人類在七萬到三萬年以前開始使用石制的燈。之后是貝殼、陶和金屬的燈。燈芯可能是人類有意識(shí)發(fā)明的第一個(gè)照明器件。史前照明技術(shù)下一個(gè)重要進(jìn)步——燈芯第35頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一考古發(fā)現(xiàn)蠟燭在公元前8世紀(jì)就已出現(xiàn)(古羅馬)。原理和燈芯相同，固體燃料(蜂蠟、牛油，后來是石蠟)在火焰中熔化。古文中的燭意為火炬，蠟燭最初是空心蘆葦灌上蜂蠟做成的。最早的文字記載見諸西京雜記，廣泛應(yīng)用經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程。南越王獻(xiàn)高帝(劉邦)石蜜五斛，蜜燭二百枚，白鷴黑鷴各一雙。高帝大悅，厚報(bào)遣其使。 西京雜記(晉葛洪，偽托漢劉歆)第36頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蠟燭簡(jiǎn)史（據(jù)百度百科)現(xiàn)在一般認(rèn)為蠟燭起源于原始時(shí)代的火把，原始人把脂肪或者蠟一類的東西涂在樹皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。也有傳說在先秦上古時(shí)期，有人把艾蒿和蘆葦扎成一束，然后蘸上一些油脂點(diǎn)燃作照明用，后來又有人把一根空心的蘆葦用布纏上，里面灌上蜜蠟點(diǎn)燃。大約在公元前3世紀(jì)出現(xiàn)的蜜蠟可能是今日所見蠟燭的雛形，在西方，有一段時(shí)期，寺院中都養(yǎng)蜂，用來自制蜜蠟，這主要是因?yàn)樘熘鹘陶J(rèn)為蜜蠟是處女受胎的象征，所以便把蜜蠟視為純潔之光，供奉在教堂的祭壇上。從現(xiàn)存文獻(xiàn)看，蜜蠟在我國(guó)產(chǎn)生的時(shí)間大致與西方相同，日本是在奈良時(shí)代（公元710～784年）從我國(guó)傳入這種蠟燭的。蠟燭的普及經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的歷史時(shí)期，《西京雜記》中記載，漢朝時(shí)南越向高帝進(jìn)貢的貢品當(dāng)中有蠟燭，有說法認(rèn)為當(dāng)時(shí)在寒食節(jié)禁火的時(shí)候君王賞賜給侯爵以上的官員、上品官員以蠟燭，說明當(dāng)時(shí)的蠟燭極為稀少。到了南北朝時(shí)期蠟燭稍微應(yīng)用得普遍了一些，但也主要是在上層社會(huì)，而不是一般的百姓家照明用的。唐朝時(shí)也記載了在晉州上貢時(shí)的貢品當(dāng)中有蠟燭，另外唐朝的官員還專門設(shè)置一個(gè)官員來管宮廷蠟燭。宋朝記載有當(dāng)時(shí)和西夏的邊境貿(mào)易中，交易的用品就有蠟燭。蠟燭作為外貿(mào)、對(duì)外交換的一種東西，說明雖然當(dāng)時(shí)用的比較普遍，但還是比較珍貴的。到了明清，蠟燭才漸漸地走入了尋常百姓家，人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫囊脖容^多了。和現(xiàn)代蠟燭相比，古代蠟燭有許多不足之處。唐代詩(shī)人李商隱有“何當(dāng)共剪西窗燭”的詩(shī)句。詩(shī)人為什么要剪燭呢？當(dāng)時(shí)蠟燭燭芯是用棉線搓成的，直立在火焰的中心，由于無法燒盡而炭化，所以必須不時(shí)地用剪刀將殘留的燭心末端剪掉。這無疑是一件麻煩的事，1820年，法國(guó)人強(qiáng)巴歇列發(fā)明了三根棉線編成的燭芯，使?fàn)T芯燃燒時(shí)自然松開，末端正好翹到火焰外側(cè)，因而可以完全燃燒。但蠟燭還有待進(jìn)一步完善，它的材料一般是有許多缺點(diǎn)的動(dòng)物油脂，解決這一難題的是法國(guó)化學(xué)家舍夫勒爾等人。1809年，他收到一家紡織廠的來信，請(qǐng)他分析、確定他們寄來的一個(gè)軟皂樣品的成份。他拿著這封信思索了很長(zhǎng)時(shí)間，心想：要研究肥皂，看來還得從原料油脂入手。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)，在一切油脂中，不論其來源如何，脂肪酸的含量均占95%，其余的5%則是皂化過程中生成的甘油。通過研究他認(rèn)識(shí)了皂化過程的本質(zhì)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)用油脂做成的蠟燭，由于里面有甘油，燃燒時(shí)火焰帶煙，氣味難聞。若改用硬脂酸做成蠟燭，燃燒時(shí)不僅火焰明亮，而且?guī)缀鯖]有黑煙，不污染空氣。舍夫勒爾把他的發(fā)現(xiàn)告訴蓋·呂薩克（JosephLouisGay-Lussac），并建議兩人共同研究如何具體解決這個(gè)問題。他們用強(qiáng)堿把油脂皂化，再把得到的肥皂用鹽酸分解，提取出硬脂酸。這是一種白色物質(zhì)，手摸著有油膩感，用它制成的蠟燭質(zhì)地很軟，價(jià)錢更加便宜。1825年，舍夫勒爾和蓋·呂薩克獲得了生產(chǎn)石蠟硬脂蠟燭的專利。石蠟硬脂蠟燭的出現(xiàn)，在人類照明史上開創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代。后來，有人在北美發(fā)現(xiàn)了大油田，于是可從石油中提煉出大量的石蠟，較理想的蠟燭因此在全球得到了普及、推廣。在古代尚未使用電力的情況下，蠟燭的照明作用尤為重要。但在高科技迅猛發(fā)展的今天，人們?cè)谌粘Ｉ钪幸呀?jīng)一般不再使用蠟燭了，蠟燭則更多的被賦予了感情色彩，例如情侶相約、生日晚餐、對(duì)亡靈的悼念、對(duì)未來的祈禱等等，特別是在紀(jì)念日和喜慶的日子里，人們便會(huì)點(diǎn)起蠟燭。第37頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(宋)馬麟秉燭夜游圖現(xiàn)存臺(tái)北故宮博物院古詩(shī)十九首生年不滿百(漢)生年不滿百，常懷千歲憂。晝短苦夜長(zhǎng)，何不秉燭游？第38頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一搖曳的燭光，容易使人產(chǎn)生無盡的聯(lián)想。蠟燭成了古代詩(shī)人表達(dá)感情的重要道具，出現(xiàn)在不少千古傳唱的名句中。當(dāng)中國(guó)還沉湎于燭光的浪漫中時(shí)，歐洲開始了工業(yè)革命。工業(yè)革命帶來了科學(xué)技術(shù)、也包括照明科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步第39頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一煤油燈

18世紀(jì)末Agrand發(fā)明，標(biāo)志著近代照明技術(shù)的開端具有置于兩個(gè)同心管中的管狀燈芯——燈芯位置可調(diào)火焰周圍有一個(gè)玻璃燈罩——改善了燃燒的空氣供應(yīng)使燃燒效率提高，光增強(qiáng)了10倍。技術(shù)發(fā)明得到推廣的幾個(gè)要素： 依據(jù)基礎(chǔ)理論拉瓦錫：燃燒是由于空氣中的氧 爭(zhēng)取權(quán)威支持向英王喬治三世演示 尋求法律保護(hù)一項(xiàng)英國(guó)專利(1784)19世紀(jì)，人們對(duì)這種燈提出了大量的改進(jìn)，包括油的供給方式，燈芯和燈頭的設(shè)計(jì)，礦物油的應(yīng)用。第40頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一道光年間(1821-1850)一盞這樣的燈出口到中國(guó)，價(jià)值白銀1斤，約相當(dāng)于現(xiàn)在3000元。“余于道光初在廣州以銀1斤買得大西洋銅燈用之，蓄油于上瓶而下注于橫管，橫管之末安為炷(燈蕊),螺旋之，其光可大可小。”阮元，時(shí)任兩廣總督1850年樣式的煤油燈成為廣泛使用的照明裝置。如今，這種燈仍在沒有電力供應(yīng)的地區(qū)使用。第41頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一其實(shí)，用燈罩改善燃燒中空氣供應(yīng)的方法中國(guó)早在漢朝就有了。河北滿城中山靖王墓中出土的長(zhǎng)信宮燈就已采用了這種技術(shù)。第42頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一煤氣燈1772，Murdoch發(fā)明19世紀(jì)初，用煤炭工業(yè)氣體副產(chǎn)品——煤氣燃燒照明迅速在城市中發(fā)展，用于家庭、工廠、公共場(chǎng)所以及街道照明。這種照明技術(shù)在西方應(yīng)用了100多年。第43頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一我們對(duì)煤氣燈的感性認(rèn)識(shí)(如果有的話)大多來自福爾摩斯探案的影視

，所以，它給我們的印象可能不是光明而是罪惡和恐怖。據(jù)稱上海是世界上第3個(gè)使用煤氣燈的城市，但煤氣燈從來沒有進(jìn)入中國(guó)廣大地區(qū)，甚至沒有進(jìn)入上海的尋常百姓家。第44頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一灰光燈(limelight)1826，Drummond第一個(gè)固態(tài)照明裝置石灰(氧化鈣)圓柱在氫氧焰噴管無色的火焰中發(fā)出耀眼的光。發(fā)光來自1820年發(fā)現(xiàn)的一種新效應(yīng)—非高溫發(fā)光：離子被熱激發(fā)，電子進(jìn)入激發(fā)態(tài)，躍遷回到低能態(tài)時(shí)輻射發(fā)光。在1860到1870年代，灰光燈用于劇院，直到為電弧燈取代。第45頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工人們?cè)趧?chǎng)中安裝灰光燈第46頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一汽燈Welsbach用浸透了金屬氧化物溶液的棉織物(1：99氧化鈰和氧化釷)的紗網(wǎng)作為發(fā)光體。汽油噴燈不發(fā)光火焰高溫加熱紗網(wǎng)燃燒后保留的氧化物網(wǎng)狀骨架，和灰光燈類似，產(chǎn)生非高溫發(fā)光。二十世紀(jì)的前三十年中廣泛應(yīng)用，后來逐步為電照明取代。第47頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一汽燈第48頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電照明，先進(jìn)的原理和滯后的能源技術(shù)19世紀(jì)初，英國(guó)人Davy用2000對(duì)伏打電池使兩個(gè)碳棒電極之間產(chǎn)生電弧(氣體放電效應(yīng))；用電流加熱一條導(dǎo)線使它熾熱發(fā)光(電熱效應(yīng))。比靜電在汞蒸氣中放電發(fā)光的效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)得還要早。盡管作為電照明基礎(chǔ)的這兩種效應(yīng)那時(shí)就已為人所知，隨后人們也進(jìn)行了大量的科學(xué)和工程研究，但當(dāng)時(shí)，依賴于電池的在僅經(jīng)濟(jì)上就是不可行的。只有具備了一種經(jīng)濟(jì)地提供能源——電的技術(shù)，電照明才可能發(fā)展。這個(gè)時(shí)刻終于來到了——1870年比利時(shí)人Gramme發(fā)明發(fā)電機(jī)。第49頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1876年，Yablochkov發(fā)明了第一個(gè)實(shí)用的電照明裝置。由以絕緣石膏薄片分開的兩條平行碳棒組成，壽命只有幾小時(shí)。這種裝置很快被用來作為街道照明，并使電照明獲得公眾認(rèn)可。電照明開始實(shí)用第50頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一幾年后，它們被高性能長(zhǎng)壽命(可達(dá)1000小時(shí))的碳弧裝置代替。電弧燈作為道路照明一直用到20世紀(jì)二十年代，在兩次世界大戰(zhàn)中都用作飛機(jī)強(qiáng)光照明燈。它是現(xiàn)代高強(qiáng)度放電燈的始祖。第51頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一白熾燈Edison和Swan是白熾燈絲燈最有成效、最卓越的發(fā)明家。1878年,研制電燈已有大量工作,燈泡抽成真空問題基本解決.英國(guó)人Swan致力于電燈研究已經(jīng)30多年,研制成用碳絲做燈絲.當(dāng)時(shí),愛迪生的研究剛剛開始,他試用了上千種燈絲材料。1879年10月看到了Swan用碳絲燈的報(bào)道,受到啟發(fā).經(jīng)歷重重困難,他用“日本竹”纖維制成了碳絲.把這種碳絲裝入燈泡,又將燈泡抽成真空，接上電流后,燈泡亮了，壽命達(dá)到45個(gè)小時(shí).PolygonumcuspidatumJapaneseBamboo虎仗，別名黃藥子竹節(jié)參班莊根多年生草本，原產(chǎn)中國(guó)及朝鮮、韓國(guó)、日本。根橫走，木質(zhì)化，黃色。莖直立中空，散生紅色或紫紅色斑點(diǎn)，節(jié)稍膨大。苦，寒。

入肝，膽，肺，大腸。

活血散瘀，清熱利濕，解毒，止咳，通便。第52頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第53頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從歷史來看,Swan發(fā)明電燈比愛迪生早，團(tuán)隊(duì)

技術(shù)研究需要各方面特長(zhǎng)的人共同協(xié)作Swan經(jīng)常只有一個(gè)助手愛迪生有整個(gè)研究所做后盾.經(jīng)費(fèi)

愛迪生為研制電燈花費(fèi)了4萬美元,大批購(gòu)買各種實(shí)驗(yàn)材料,Swan則望塵莫及,很快被愛迪生后來居上.為什么愛迪生成為成功者？第54頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一研究解決應(yīng)用中的實(shí)際問題

應(yīng)用需要解決很多實(shí)際問題：燈泡在電路上要并聯(lián)而不能串聯(lián),并聯(lián)要求燈泡有高電阻,愛迪生研制生產(chǎn)了燈絲極細(xì)的燈泡.生產(chǎn)愛迪生創(chuàng)辦了第一個(gè)供電系統(tǒng)。炭絲燈隨后迅速商品化催生發(fā)展了如今成為電力和照明(以及其他家用電器)工業(yè)巨頭的一些公司：如通用電氣(GE,前身為愛迪生電燈公司),西門子，飛利浦等。專利 技術(shù)發(fā)明的成果一般以獲得專利權(quán)為準(zhǔn)愛迪生1883年已經(jīng)獲得有關(guān)電燈的147項(xiàng)專利Swan制成第一個(gè)碳絲燈泡的32年之后(1880)年才第一次申請(qǐng)專利.第55頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一20世紀(jì)初的高新照明技術(shù)碳絲燈是戶內(nèi)的照明裝置人們作了很大的努力用高熔點(diǎn)金屬絲替代碳絲，使燈工作在更高溫度并且壽命更長(zhǎng)(減少蒸發(fā))。雖然高熔點(diǎn)金屬韌性差、很難拉成線材，但通過逐步應(yīng)用鋨(2700C)、鉭(3000C)最終是鎢(3410C)而很快解決。今天的白熾鎢絲燈的設(shè)計(jì)在二十世紀(jì)初的1903年就已基本完成。第56頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熒光燈在整個(gè)19世紀(jì),低壓氣體中的放電的研究一直沒有中斷。1900年，Hewitt獲得汞燈的專利。這種燈啟動(dòng)時(shí)需要傾斜，而且發(fā)藍(lán)綠色光，被照物體顏色失真。但效率比碳絲燈高得多。汞燈后來成為熒光燈的基礎(chǔ)。1938年，通用電氣和西屋電氣將一種新型的燈投入市場(chǎng)，這種燈是內(nèi)管壁涂有熒光粉的低壓汞蒸氣放電燈，汞的紫外發(fā)射激發(fā)熒光粉發(fā)光。最早的熒光粉是天然礦物，很快就為合成的無機(jī)材料所替代。從1948年起，普通白色熒光燈用熒光粉是銻和錳激活的鹵磷酸鈣Ca5(PO4)3(F,Cl)。第57頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一常見的燈鎢絲白熾燈

效率14.4lm/W顯色指數(shù)100壽命1000小時(shí)增加電壓或電流，提高溫度發(fā)光可能更白，發(fā)光效率也可能提高，但燈絲蒸發(fā)加快，使用壽命縮短。第58頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一效率11.8lm/W顯色指數(shù)100壽命2000小時(shí)鹵鎢燈

——提高色溫，增加壽命在鹵鎢燈中，在充入的氣體中添加鹵素(Br,I)建立起一個(gè)循環(huán)：鎢從熱的燈絲上蒸發(fā)向冷的壁方向擴(kuò)散時(shí)形成鹵化鎢；鹵化鎢向相反方向擴(kuò)散，在燈絲上分解。這個(gè)過程大大減少了燈絲上鎢的損失。

第59頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熒光燈把紫外光轉(zhuǎn)換為可見光254nm555nm即使量子效率為100%,輻射效率也只有46%總的轉(zhuǎn)換效率約為28%，比100W白熾燈高4到5倍。發(fā)光效率由低功率(4到5W)燈的35至50lm/W到大功率(70至125W)燈的75至100lm/W，顯色指數(shù)78,壽命24000小時(shí)節(jié)能燈(緊湊型熒光燈+一體化的電子鎮(zhèn)流器)

效率51lm/W顯色指數(shù)82壽命5000-10000小時(shí)E(555nm)/

E(254nm)=254/555=0.46第60頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高壓鈉燈——效率高，顯色性差，用于街道照明鈉發(fā)射589.0和589.6nm組成的雙線(D線)，幾乎是單色的黃光。高壓加劇離子碰撞，使光譜變寬，改善了顯色性。

效率108lm/W顯色指數(shù)22壽命24000小時(shí)第61頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第62頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硫燈應(yīng)用微波使硫蒸汽放電。微波輻射用微波爐用的2450MHz磁控管產(chǎn)生。在充入硫和氬并放入一個(gè)腔中的燈泡內(nèi)激起放電。目前上市的有400－2000W的燈，這種燈是一種無汞的放電型白光光源。無電極放電放電燈失效的主要原因都是電極劣化。如果不用電極，就能夠提高這種燈的壽命。雖然無電極放電早在100年前就發(fā)明了，但只是到最近，可靠、廉價(jià)的高頻電源的進(jìn)步，才使無電極放電燈能夠?qū)嵱谩５?3頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硫燈發(fā)光效率75-100lm/W，顯色指數(shù)Ra=79。壽命為20000小時(shí),(磁控管壽命)。第64頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前常見的照明器件的技術(shù)水平第65頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一全球每年耗電量約為1013kWh，其中21%用于照明。發(fā)光效率提高1%每年就能節(jié)約20億美元。但是，由于所采用的產(chǎn)生光的物理原理本質(zhì)上是耗散型的，通常的燈泡和燈管未來不太可能顯著改善。 ——熱 ——大的Stokes位移 ——無輻射躍遷因此，研發(fā)以其他物理原理為基礎(chǔ)的高效新光源對(duì)于節(jié)能是十分重要的。第66頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一21世紀(jì)初的照明技術(shù)鎢白熾燈仍在廣泛使用，緊湊型熒光燈(節(jié)能燈)由于效率比白熾燈高而正被積極推廣多數(shù)工作環(huán)境使用熒光燈街道照明以高壓鈉燈為主隨著半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高亮度可見光發(fā)光二極管已有很多應(yīng)用，以它為基礎(chǔ)的固態(tài)照明正在迅猛發(fā)展，照明技術(shù)又面臨著一次革命，我們已處在固體照明時(shí)代的黎明第67頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.固體照明

LightEmittingDiode半導(dǎo)體發(fā)光二極管照明1960年紅外GaAsLED1968就有把紅外LED的長(zhǎng)波發(fā)射轉(zhuǎn)換為可見光的嘗試1960年代末可見光LED1980年代超亮紅、黃、綠光LED1997高亮度藍(lán)光發(fā)射AlInGaNLED出現(xiàn)后實(shí)用的白光LED才成為現(xiàn)實(shí)。以短波LED為基礎(chǔ)，發(fā)展了使用兩種或三種顏色混合的白光LED。白光光源是固體照明技術(shù)的最終目標(biāo)。對(duì)于LED最富挑戰(zhàn)的應(yīng)用是替代普通白熾燈和熒光燈。第68頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電子從低到高填充能帶中密集的能級(jí)。如果恰好填滿到某一能帶，以上的能帶都是空的，由于滿帶不導(dǎo)電，這些材料是非導(dǎo)體；如果最上面一個(gè)能帶只是部分填滿，材料是導(dǎo)體，部分填滿的能帶能夠起導(dǎo)電作用，稱為導(dǎo)帶。半導(dǎo)體和絕緣體都是非導(dǎo)體，它們的區(qū)別在能隙的寬窄，在0K下，它們都是絕緣體。半導(dǎo)體的能隙較小，升高溫度，少數(shù)電子能夠由最高的滿帶(價(jià)帶)頂激發(fā)到導(dǎo)帶底，具有一定的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率比導(dǎo)體小得多。insulatormetal0Ksemiconductor絕緣體、金屬和半導(dǎo)體的能帶3.1.固體照明的基礎(chǔ)——LED第69頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一半導(dǎo)體材料禁帶寬度(eV)(RT)單質(zhì)半導(dǎo)體Si1.14Ge0.67二元化合物半導(dǎo)體ZnO3.2ZnSe2.6GaAs1.43GaN3.44可見光區(qū)：1.59eV－3.27eVIII VB NAl PGa AsIn SbTl Bi第70頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一發(fā)光二極管光譜III-V族三元系或四元系材料器件結(jié)構(gòu)(異質(zhì)結(jié),量子阱)第71頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2.實(shí)現(xiàn)白光LED的方法1)白色多芯片(MC)LED至少由兩色LED組成，把不同芯片不同顏色的發(fā)射混色。2)熒光粉轉(zhuǎn)換(PC)LED用熒光粉把藍(lán)色或紫外LED的發(fā)射轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)波光。用藍(lán)色LED時(shí)，LED發(fā)射的一部分藍(lán)光也作為基色之一)。第72頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2.1熒光粉轉(zhuǎn)換LED發(fā)射藍(lán)光的AlInGaN芯片和發(fā)射在黃區(qū)的熒光粉

藍(lán)光芯片＋涂敷一層混有環(huán)氧樹脂的熒光粉。整個(gè)結(jié)構(gòu)嵌在透明樹脂中。部分藍(lán)光在熒光粉層中被吸收轉(zhuǎn)換為黃光。其余的藍(lán)色發(fā)射漏入透明樹脂。第73頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一YAl5O12:Ce3+460nm/520,580nm光譜性質(zhì)滿足二色白光LED的要求460nm附近的激發(fā)峰與藍(lán)光AlInGaNLED的峰值波長(zhǎng)一致,也接近最有效的二色體系短波分量所需的波長(zhǎng)。熒光粉的發(fā)射光譜與混色得到白光所需的互補(bǔ)分量符合(570到590nm)。Ce3+在釔鋁石榴石中的能級(jí)第74頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由AlInGaNLED的藍(lán)光和發(fā)射峰值波長(zhǎng)略有不同的黃光熒光粉得到色溫不同的白光

光譜的光視效能超過300lm/W通用顯色指數(shù)略小于80。黃綠色、紅紫色、深綠色和深藍(lán)色顯色性較差，深紅色顯色性特差。第75頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1997年高亮度AlInGaNLED發(fā)展起來不久，AlInGaN/YAG:Ce白光LED就商品化了。由于藍(lán)色LED的效率不斷提高，這種白光LED發(fā)光效率早已超過白熾燈，目前已接近甚至超過了熒光燈。2000年商品白光LED發(fā)光效率14。2004年國(guó)內(nèi)商品發(fā)光效率61lm/W顯色指數(shù)802006年7月，日本日亞公司推出100lm/W的白光LED，12月批量生產(chǎn),完成了150lm/W產(chǎn)品的研發(fā)

2008年6月Osram136lm/W2008年9月Philips141.1lm/W2008年12月Cree161lm/W

第76頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一日本產(chǎn)業(yè)界提出的高效率型、高顯色型白光LED產(chǎn)品發(fā)光效率目標(biāo)：高效率型高顯色型2008100lm/W80lm/W20101301202015160140熒光粉轉(zhuǎn)換形白光LED發(fā)光效率的理論上限是270lm/W白熾燈14.4lm/W節(jié)能燈51三基色熒光燈84高壓鈉燈108第77頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.2.2白光多芯片LED與熒光粉轉(zhuǎn)換LED比較，白光多芯片由于不存在轉(zhuǎn)換中的能耗，效率應(yīng)該更高。多芯片LED也避免了熒光粉老化問題。缺點(diǎn)是電源較復(fù)雜，價(jià)格高；發(fā)射譜線窄，因此需要使用多種LED來得到高的顯色指數(shù)值；不同顏色的芯片不再同一位置，不同視角上色度可能不同?，F(xiàn)有LED技術(shù)可以提供高效三色白光燈(50<Ra<85)所需的基色LED：用峰值波長(zhǎng)600nm附近的AlGaInPLED+峰值波長(zhǎng)450和540nm的AlInGaNLED，裝配出白光LED,發(fā)光效率超過熒光燈。第78頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.無機(jī)固態(tài)照明的應(yīng)用和前景1960年代可見光LED開始商用彩色指示燈，文字-數(shù)字顯示器后來，當(dāng)大多數(shù)儀器的顯示轉(zhuǎn)用液晶，LED的應(yīng)用空間又退縮到指示器。1980年代出現(xiàn)第一個(gè)透明基片的AlGaAsLED起，高亮度LED逐漸進(jìn)入了與人造光相關(guān)的所有應(yīng)用領(lǐng)域。第79頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這種技術(shù)正逐步占領(lǐng)白熾燈、熒光燈甚至還占有激光器的領(lǐng)地。在交通信號(hào)和顯示方面的地位已很好地確立。在醫(yī)學(xué)、光合作用研究和光學(xué)測(cè)量方面開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域。信號(hào)燈交通信號(hào)燈多年以來，濾色的白熾燈在強(qiáng)光信號(hào)燈中占主導(dǎo)地位。濾色通過把不需要的波長(zhǎng)部分的輻射轉(zhuǎn)換為熱，從寬光譜分布產(chǎn)生窄光譜分布,效率極低(紅光3lm/W)。

第80頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一已廣泛應(yīng)用長(zhǎng)壽命(減少維修)、效率高(節(jié)能)、在日光直射下也高得足以分辨信號(hào)。安全：沒有強(qiáng)的反射，舊式信號(hào)燈由于不能區(qū)分亮的紅信號(hào)和低角度太陽(yáng)照射下熄滅的綠信號(hào)燈而引起事故。用LED，不亮的信號(hào)看上去總是黑的。鐵路信號(hào)：紅、黃、綠、藍(lán)和月白色，用固態(tài)照明技術(shù)都可得到LED交通信號(hào)燈第81頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第82頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一汽車信號(hào)燈

長(zhǎng)壽命(壽命超過了汽車的有效壽命)、低功耗、短開關(guān)時(shí)間(改善了前面的車剎車時(shí)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間)、耐沖擊和震動(dòng)。已用于一些車型的

高位剎車燈610nmLED剎車，尾燈，后轉(zhuǎn)向燈610nmLED

尾燈和前轉(zhuǎn)向燈590nmLED其他信號(hào)燈

:Exit指示，安全警示燈，機(jī)場(chǎng)跑道照明…

第83頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一顯示器

字符顯示器 全色大屏幕電視

紐約時(shí)代廣場(chǎng)巨型屏幕由1680萬個(gè)發(fā)光二極管組成。每個(gè)像元30毫米30毫米，由8個(gè)發(fā)光二極管組成，3個(gè)紅的，3個(gè)綠的和2個(gè)藍(lán)的。顯示器尺寸36.6米寬27.4米高，有210萬個(gè)像元。第84頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一照明當(dāng)前LED的性能/價(jià)格比已使它有效地應(yīng)用于裝飾照明(代替霓虹燈)、安全和美化照明.通用照明應(yīng)用處于初級(jí)階段。要求高光通量，目前價(jià)格仍過高。隨著芯片價(jià)格下降、發(fā)光效率提高，必然在不久將來迅速發(fā)展。幾年前預(yù)測(cè)，LED技術(shù)在通用照明中的廣泛應(yīng)用預(yù)期將在發(fā)光效率接近200lm/W時(shí)出現(xiàn)。這個(gè)數(shù)值比熒光燈高兩倍多。目前對(duì)綠色和低碳的要求增強(qiáng)，這個(gè)趨勢(shì)可能在低一些效率時(shí)就出現(xiàn)。目前白光LED效率100lm/W,價(jià)格約為20元/W第85頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一和愛迪生燈泡說再見的LED燈泡出現(xiàn)了。電壓110\120\220\240燈座

E27/B22顏色

白/紅/綠/藍(lán)/黃/紫功率

5WLED

57個(gè)壽命

60,000小時(shí)第86頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一國(guó)家發(fā)改委《“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見》2006年7月25日八、綠色照明工程

照明用電占全國(guó)用電量的12%左右。采用高效節(jié)能燈替代普通白熾燈可節(jié)電60～80%，節(jié)電潛力巨大。主要內(nèi)容1、節(jié)能照明產(chǎn)品生產(chǎn)線技術(shù)改造2、節(jié)能照明產(chǎn)品推廣3、采用半導(dǎo)體（LED）燈，改造大中城市交通信號(hào)燈系統(tǒng)。開展在景觀照明中應(yīng)用LED的示范。第87頁(yè)，共103頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2008年北京奧運(yùn)會(huì)大量應(yīng)用了固體光源技術(shù)，總值接近5億元。4.4萬個(gè)LED組成的畫卷展現(xiàn)了中國(guó)5000年文明歷史第88