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节电调研报告
第一部分照明用电
一、绿色照明综述
1.绿色照明的定义
绿色照明是通过科学的照明设计、采用效率高、寿命长、安全、性能稳定的节能电器产品,包括高效节能光源、高效节能附件(如镇流器)、高效节能灯具以达到高效、舒适、安全、经济、有益环境和提高人们工作和生活的质量以及有益人们身心健康、并体现现代文明的照明系统。
绿色照明旨在节约能源、保护环境、提高人类的照明质量。
2.绿色照明的起源
20世纪70-80年代,全球面临能源危机及全球环境保护浪潮的兴起,节约能源,保护全球环境即成为全人类的共识。
1991年1月,美国环保局(EPA)首先提出实施“绿色照明(GreenLinghts)”和推进“绿色照明工程(GreenLightsprogram)”概念,很快得到了联合国的支持,引起许多发展中国家的重视,并积极采取相应的政策和技术措施。
3.中国实施绿色照明工程简况
1993年11月,国家经贸委开始启动中国绿色照明工程,并于1996年正式列入国家计划。
1996年至1998年,中国连续3年召开绿色照明研讨会,中央电视台、广播电台、经济日报等各大新闻媒体相继进行报道,使绿色照明理念迅速得到传播。
1999年,有关单位为配合中国绿色照明工程的深入实施,还创办了《绿色照明》专刊,使中国绿色照明拥有了自己的宣传阵地。
2001年9月,国家经贸委与联合国开发计划署(UNDP)和全球基金(GEF)共同组织的“SETC/UNDP/GEF中国绿色照明工程促进项目”正式启动,并成立了SETC/UNDP/GEF中国绿色照明工程项目办公室。
2001年11月8日,中国照明电器协会与上述机构在北京共同举办了“绿色照明,绿色奥运”研讨会,会后还编辑出版了中英文双语的“绿色照明,绿色奥运专题研讨会论文集”。
2002年,中国照明电器协会与SETC/UNDP/GEF中国绿色照明工程项目办公室合作,开展有关绿色照明的综合性行业调查。
4.中国实施绿色照明工程的趋势
用卤钨灯取代普通照明白炽灯(节电50%-60%)
用紧凑型荧光灯取代白炽灯(节电70%-80%)
大力推广高压钠灯和金属卤化物灯
低压钠灯的应用
推广发光二极管(LED)的应用
生产、销售、使用高效节能的照明灯具
反射效率高、透光性和耐久性好的照明灯具和电器附件
生产、销售、使用高效节能的灯用电器附件
生产、销售、使用节能型电感镇流器和电子镇流器取代传统的高耗能电感镇流器
用直管型荧光灯取代白炽灯和直管型荧光灯的升级换代(节电70%-90%)
二、卤钨灯
1.卤钨灯介绍
填充气体内含有部分卤族元素或卤化物的充气白炽灯称为卤钨灯。
在普通白炽灯中,灯丝的高温造成钨的蒸发,蒸发的钨沉淀在玻壳上,产生灯泡玻壳发黑的现象。
1959年时,发明了卤钨灯,利用卤钨循环的原理消除了这一发黑的现象。
卤钨循环的过程是这样的:
在适当的温度条件下,从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤钨反应,形成挥发性的卤钨化合物。
由于泡壁温度足够高,卤钨化合物呈气态,当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时又分化为卤素和钨。
释放出来的钨部分回到灯丝上,而卤素继续参与循环过程。
氟、氯、溴、碘各种卤素都能产生钨的再生循环。
它们之间的主要区别是发生循环反应所需的温度以及与灯内其他物质发生作用的程度有所不同现在大量生产各种溴钨灯和垫钨灯,某些灯中还部分采用氯作为循环剂。
为了使灯壁处生成的卤化物处于气态,卤钨灯的管壁温度要比普通白炽灯高得多。
相应地,卤钨灯的泡壳尺寸就要小得多,必须使用耐高温的石英玻璃或硬玻璃。
由于玻壳尺寸小,强度高,灯内允许的气压就高,加之工作温度高,故灯内的工作气压要比普通充气灯泡高得多。
既然在卤钨灯中钨的蒸发受到更有力的抑制,同时卤钨循环消除了泡壳的发黑,灯丝工作温度和光效就可大为提高,而灯的寿命也得到相应延长。
卤钨灯分为主电压卤钨灯(可直接接入220V-240V电源)及低电压卤钨灯(需配相应的变压器)两种,低电压卤钨灯具有相对更长的寿命,安全性能灯优点。
选择卤钨灯的秘诀:
灯的色温,寿命,安全性及是否隔除紫外线。
2.卤钨灯分类
卤钨灯按用途分为6类:
①照明卤钨灯。
又分为高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种,广泛用于商店、橱窗、展厅、家庭室内照明。
②汽车卤钨灯。
又分前灯,近光灯,转弯灯,刹车灯等。
③红外、紫外辐照卤钨灯。
红外辐照卤钨灯用于加热设备和复印机上,紫外辐照卤钨灯已开始用于牙科固化粉的固化工艺。
④摄影卤钨灯。
已在舞台影视和新闻摄影照明中取代普通钨丝白炽灯。
⑤仪器卤钨灯。
用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。
⑥冷反射仪器卤钨灯。
用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印等光学仪器上。
3.卤钨灯的发展
1959年人们发现了卤钨循环原理后制造出卤钨灯,它给热辐射光源注入了新的活力,这类灯体积小,光维持率达到95%以上,光效和寿命均明显地优于白炽灯。
近年来,人们已生产出可直接应用于电网电压220V或110V的卤钨灯,具有灯丝稳定性和抗震性都优异的特性,泡壳有透明和磨砂二种不同规格,内带保险丝符合IECA32—2标准,灯头为G9型易于联接,它的主要技术参数见表1所示。
近年来又推出多种节能卤钨灯新品种,如在石英泡壳上采用涂敷TiO2/SiO2红外反射层技术(IRC)制成JD型和JDR型新颖卤钨灯,通过让可见光透过,而将红外线反射回灯丝的过程,使灯的光效有30%-45%的提高,寿命达3000h。
由于卤钨灯的显色性特别好,而且体积小易于装饰,因此至今仍倍受人们青睐和广泛使用。
表1220V卤钨灯的技术参数
工作电压(v)
220
220
220
220
功率(w)
25
40
60
75
光通量(lm)
285
510
940
1225
寿命(h)
1500
1500
2000
2000
三、紧凑型荧光灯
紧凑型荧光灯(CFL)现已成为国家政要和普通百姓家喻户晓晓的节能产品,特别是配有电子镇流器和选用E27螺口灯头的一体化型产品,这类产品简称为节能灯,而且公认它为目前取代白炽灯唯一适宜光源。
许多国家,包括我们中国在内,为此还推出对优质的紧凑型荧光灯销售给予补贴的政策。
9W-15W的节能灯已完全可适宜家庭照明所用,18W以上紧凑型荧光灯可以直接取代100W以上的白炽灯,现还有85W和150W大功率紧凑型荧光灯产品的出现,可部分取代HID光源的使用。
这类灯所配用电子镇流器已从分离元件,发展到使用贴片,甚至集成电路,功率因素达到0.98,总谐波失真含量(THD)小于10%,灯的寿命提高到10000h,亦有调光型产品。
全世界2008年紧凑型荧光灯的总产量已超过40亿支,其中85%产于我国。
典型的紧凑型荧光灯的主要技术参数见表2所列。
值得我们警示的是,必须注意不能让汞污染葬送节能灯的前途,现每支节能灯平均含有0.5mg汞,而1mg汞浸入地下大约会造成360吨水的污染,而每年40亿支节能灯将造成全球2000Kg的汞污染,理论上将污染7200亿吨水资源,考虑我们全球便于取用的淡水只有3000亿吨,节能灯的汞污染如不控制,人类将会面临无干净的水可饮用的风险,这问题的严重性是多么触目惊心!
因此,我国作为节能灯生产的最多的国家,也应该成为呼吁和实现废旧节能灯回收的最主要国家之一,使节能灯真正符合节能减排的社会发展趋势。
同时,我国节能灯过多地只注意在同一水平上量大价低发展,而没有在创新和机理上下功夫,现国际上已出现利用介质阻挡放电(DDB)的无汞荧光灯(CFL)样品,该灯内充入氙气和涂敷特种电子荧光粉,由高频电源激发就能达到现有CFL灯的水平,但它是不含任何有剧毒的汞元素的!
另外,还有陶瓷荧光灯(CPFL),它可取代各类荧光灯,其电极是用高介电常数的纳米陶瓷材料制成,没有CFL灯和一般荧光灯所具有的钨灯丝和三元氧化物的电子粉,通过电源的高频电场的作用使灯内汞激发产生253.7nm紫外线,再轰击荧光粉而发光,用这原理做成的CFL灯,由于没有电极损耗则光效更高,不存在电极溅散物与汞反应而损耗汞,所以用汞量可明显减少,它还不需要镇流器,寿命达5万小时以上。
如这些优异的绿色照明产品,一旦正式进入照明市场,我国现有的节能灯,就会如今天市场上阴极电子显像管的电视机一样,难逃被淘汰的可悲局面,甚至于被禁止生产和出口。
这一趋势必须引起我们未雨绸缪地充分重视,并应采取足够的有力对策,来引导我国节能灯可持续性的健康发展。
表2典型紧凑型荧光灯主要技术参数
功率
(W)
电源电压
(V)
光通量
(lm)
显色指数
(Ra)
平均寿命
(h)
色温
(K)
5
110/220
350
80
8000
2700~6400
11
110/220
750
80
8000
2700~6400
23
110/220
1560
80
8000
2700~6400
36
220
2450
80
8000
2700~6400
65
220
4500
80
8000
2700~6400
85
220
6500
80
8000
2700~6400
100
220
7000
80
8000
2700~6400
125
220
8000
80
8000
2700~6400
适用于进行较精细的工作,需要正确识别色彩,照度要求较高或进行长时间紧张视力工作的场所,悬挂高度在4m以下为宜。
荧光灯适用于天然采光的房间照明或要求环境舒适的照明场所。
荧光灯对环境温度过高或过低的室内外场所也不适于采用。
下面是节能灯电路原理的分析
电路分为两部分:
1.整流滤波,220V交流电经过D1D2D3D4桥式整流和C6滤波,给后面电路提供300伏直流电,极性为上面正极,下面负极。
2.三极管振荡开关电路,其工作原理:
当电源刚刚接通时,300伏直流电压经R1,R2,C2构成回路,C2两端没有电压,三极管Q2截止。
Q1也截止。
同时,直流电压经过R1,R2分压经变压器的原边2,1端和扼流圈L2,L2~以及2个灯管的灯丝、C5,C5~和上面的灯丝到电源正端构成回路,预热灯丝。
R2,C2同时有2个电流流向负极。
然后,C2的电压上升到使DB触发二极管导通,给三极管Q2基极提供电流,Q2导通。
Q2导通后,R2C2放电到约等于0,灯丝回路向Q1送电,Q1具备导通条件,Q2截止。
同时,变压器副边的极性使Q1Q2的导通、截止起到助力作用,电路就此震荡起来。
当灯丝热到一定程度,内阻下降辉光放电,使得高频扼流圈与电容的谐震回路由谐振变为失谐,电压下降,电流增加,维持灯管发光。
四、高压钠灯
高压钠灯使用时发出金白色光,具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。
广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。
高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。
1.工作原理
当灯泡启动后,电弧管两端电极之间产生电弧,由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电在向阳极运动过程中,撞击放电物质有原子,使其获得能量产生电离激发,然后由激发态回复到稳定态;或由电离态变为激发态,再回到基戊无限循环,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高,也即钠原子密度高,电子与钠原子之间碰撞次数频繁,使共振辐射谱线加宽,出现其它可见光谱的辐射,因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。
由于气体放电灯泡的负阻特性,如果把灯泡单独接到电网中去,其工作状态是不稳定的,随着放电过程继续,它必将导致电路中电流无限上升,最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
1.1伏—安特性
高压钠灯同其他气体放电灯泡一样,工作是弧光放电状态,伏—安特性曲线为负斜率,即灯泡电流上升,而灯泡电压却下降。
在恒定电源条件下,为了保证灯泡稳定地工作,电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性,稳定工作电流,该元件称为镇流器或限流器。
电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。
电阻性镇流器体积小,价格便宜,与高压钠灯配套使用会发生启动困难,工作时电阻产生很高的热量,需有较大的散热空间、消耗功率很大,将会使电路总照明效率下降。
它一般在直流电路中使用,百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。
电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大,温升低,在电源频率较低时,电容器充电时,会产生脉冲峰值电流,对电极造成极大损害,灯光闪烁,影响灯泡使用寿命;在高频电路中工作,电压波动能达到理想状态,成为理想的镇流器。
电感性镇流器损耗小,阻抗稳定,阻抗菌素性偏差小,使用寿命长,灯泡的稳定度比电阻性镇流器好,目前与高压钠灯配套使用的镇流器均为电感性镇流器。
其缺点较苯重及价格偏高。
另外,电子镇流器已经开始出现,目前其价格昂贵,可靠性还不能与高压钠灯相匹配,除特殊场合使用外,一般情况下很少被采用。
所以,高压钠灯必须串联与灯泡规格相应的镇流器后方可使用。
高压钠灯的点灯电路是一个非线性电路,功率因数较低,因此在网路上考虑接补偿电容,以提高网路的功率因数。
1.2结构和材料
1.2.1电弧管
电弧管是高压钠灯的关键部件。
电弧管工作时,高温高压的钠蒸气腐蚀性极强,一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任;而采用半透明多晶氧化铝和陶瓷管做电弧管管体较为理想。
它不仅具有良好的耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能,还有良好的可见光穿越能力。
另外,单晶氧化铝陶瓷管在耐高温、抗菌素钠蒸气腐蚀和透光率等性能均优于多晶扪化铝陶瓷管;因其价格昂贵,所以目前很少被采用。
电弧管是把电极、多晶扪化铝陶瓷管、帽、焊料环装配在一起,加入钠汞齐进入封接炉封接;同时充入少量氙气,以改善灯泡的启动特性。
电极是用高纯钨丝绕成螺旋状,在螺旋孔中插入芯杆,浸渍电子粉,然后将电极芯杆一端和铌管封闭端焊接成一体。
多晶氧化铝陶瓷管(帽)是选用多晶氧化铝陶瓷粉经混粉、喷泉雾干燥、等静压成形、素烧、高温烧结和切割等工序制成。
高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长(两电极之间距离)有着密切联系。
1.2.2灯芯
灯芯是采用金属支架将电弧管、消气剂环等固定在芯柱上,电弧管两端电极分别与芯柱上两根内导丝相连接。
芯柱由导丝、排气管和喇叭经高温火焰熔融成一体。
金属导丝与玻璃封接部分的膨胀系数应与匹配,可避免因二种封接材料的膨胀系数不相同,造成封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。
1.2.3玻壳
玻壳是选用高温的硬料玻璃制造。
玻壳与灯芯的喇叭口经高温火焰熔融封口,然后抽真空或充入惰性气体后,再装上灯头整个灯泡基本成型。
由于电弧管在高温状态下工作,其外裸的金属极易氧化、变脆,就必须将电弧管置于真空或惰性气体的外壳内。
这样还可减少电弧管热量损失,提高冷端温度,提高发光效率。
1.2.4灯头
灯头的作用是方便灯泡与灯座、电路相连接。
长寿命灯泡要求灯头与玻壳连接应牢固,不能有松动和脱落现象。
所以,目前一般采用螺纹机械紧固技术,可防止焊泥自然老化而脱落。
制造灯头的材料一般采用黄铜带,它可与灯座保持较小的接触电阻,减轻金属表面氧化层。
如灯泡在特殊环境中使用,还可以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。
其规格型号有:
E27、E40二种。
1.2.5消气剂
玻壳内经抽真空后,其真空度仅为6.6*10-2Pa,仍可使金属零件氧化,影响灯泡稳定地工作;所以在玻壳内放置适量消气剂,可将灯泡内真空度提高到1.4*10-4Pa高真空状态。
目前,高压钠灯一般采用钡消气剂,它是把钡钛合金置于金属环内,再将其固定在消气剂蒸散后不影响光输出的位置。
灯泡经抽真空工序后,采用高频感应加热金属环,使环内钡钛合金受热后蒸散,在蒸散过程中吸收残余有害气体,同时在玻壳颈部形成一层黑色镜面。
必须指出,消气剂放置位置非常重要,以黑色镜面不阻碍光线输出为宜;在使用过程中如发现黑色镜面部分或全部变成灰白色,它指示该灯泡已漏气,不能继续使用,必须调换新灯泡。
1.2.6汞
汞常态时呈液态状,具有银白色镜面光泽。
在电弧管中加入泵可提高灯管工作电压,降低工作电流,减小镇流器体积,改善电网的功率因数,增高电弧温度,提高辐射功率。
1.27钠
该元素呈银白色金属,也称金属钠。
它的理化性能有质软而轻,可溶于汞生齐。
钠光谱特点为共振辐射线宽,偏向红色区,总辐射功率高;高压钠灯的光色和发光效率与钠蒸气压有关。
目前,工业化生产的高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内,可简化生产工艺,同时使灯泡参数一致性有很大提高。
1.28氙
氙气是一种稀有气体,它在灯泡中的作用是帮助启动和降低启动电压。
氙气压的高低还将影响灯泡的发光。
2.高压钠灯的工作原理及结构简介
2.1原理
高压钠灯是高压钠燕气放电灯,和高压汞灯一样,都属于高压金属燕气放电,钠蒸气在电子流的轰击下引起钠原子激发,受激发的钠原子在去激发时释放出可见光,所以在高压钠灯中钠是形成蒸气放电发光的物质。
钠蒸气放电的特性主要取决于它的蒸气压。
蒸气压不同辐射出光谱也不同,如图
(1)所示钠蒸气放电与汞蒸气放电相似,在发光效率曲线上都有两个峰如图
(2)所示。
发光效率曲线中,一个峰所相应的蒸气压在3-6*10-8托左右。
这是低压钠和低压汞的放电气压范围;另一个蜂所相应的蒸气压在102-104托之间。
这是高压钠灯和高压汞灯的放电气压范围。
低压钠蒸气放电所辐射的能量都集中在波长为589毫微米和589.6毫微米这两根黄色共振线(通称钠D线)上,虽然它发的光效较高(低压钠发光效180-200lm/W),但因其显色性极差、所以低压钠灯只适用于郊外公路照明。
在高压钠灯中,由于钠蒸气压和电弧温度的提高。
共振辐射线加宽而形成一个较宽的光谱带。
蒸气压愈高,光谱向长波(红光)方向扩展愈甚,当蒸气压力在100-200托时不仅可以获得最大光效,而且光色呈金白色。
因此当钠管锅气后其光色马上变橙黄色乃至红色,且亮度降低较多。
钠蒸气和汞蒸气放电的不同点在于:
钠的共振线位于光谱的可见部分,处在人眼视觉灵敏度较高区域。
所以光效较高。
而汞灯则位于紫外线区域(波长253.7毫微米),为人眼所不可枧。
必须通过黄光粉把紫外线转换戚可见光,故光效低。
在高压钠灯的内管芯中除充有金属钠以外,还充有汞和启动气体。
汞可以减少蒸气的热导率,降低电弧的热损失。
提高灯的发光效率,此外充汞还有增加电孤电抗的作用,内管芯若不充汞。
电孤电压偏低,只有50-60伏,为保证灯的额定功率,势必增加灯电流,而大的灯电流将导致镇流器体积庞大,损耗增加。
在常温下高压钠灯的内管芯中钠的蒸气压力很低,无法使它起辉放电,因此内管芯中必须充入某种气体来帮助启动、这种启动气体通常是用氙气。
高压钠灯的工作过程是,接通额定电压后,由镇流器或电子触发器等提供的脉冲高压先使电板之间氙气产生电离,氙气由辉光放电迅速转入弧光放电,随着电极温度的升高,汞钠相继气化,汞蒸气临时间内放电后,电弧温度迅速上升,当温度达到1250k以上时,钠蒸气被电子激发而发光,当钠被激发后,氙和汞蒸气随即停止放电温度进一步升高。
光辐射也随之增加,直到约3000k时,如继续增加电弧的输入功率,便使辐射获得相应的增加。
从而达到气体温度的极限,灯进入稳定工作状态。
由此可见,高压钠灯整个起动过程相当长,约
5秒-2分钟,所以它不可反复起动。
2.2结构及分类
2.2.1分类:
接启动方式分为两类
(1)内启动型:
优点是使用方便不需另加电子触发器,缺点则是启动慢、再启动时间长可靠性低,往往因启动装鼍失灵使灯早期损坏。
(2)外触发型:
优点是启动快再启动时间短、寿命长,但需另加一只电子触发器。
2.2.2结构
如下图
2.2.3灯的启动装置及接线原理
五、低压钠灯
近几年的新产品,即钠的黄双线。
光效高(140lm/W),是普通白炽灯的10-20倍,普通荧光灯的3-4倍,高压汞灯的4倍,缺点是对颜色的分辨能力差。
适用于公路、隧道、港口、货场和矿区等场所照明,也可作为特技摄影和光学仪器的光源。
低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源,在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜,是光衰较小和发光效率最高的电光源。
低压钠灯发出的是单色黄光,用于对光色没有要求的场所,但它的“透雾性”表现得非常出色,特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公圆、庭院照明,能使人清晰地看到色差比较小的物体。
低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种,应用场所也在不断扩大。
低压钠灯是太阳能路灯照明系统的最佳光源:
低压钠灯发射波长是为589.0nm和589.6nm的单色光,这两条黄色谱线的位置靠近人眼最灵敏的波长为555.0nm的绿色谱线,既具有高的发光效率,又在人眼中不产生色差,因此视见分辨率高,对比度好,适用于道路、高架桥、隧道和交叉路口等高能见度和显色性要求不高的地方。
低压钠灯还具有不眩目。
低压钠灯的发光效率可达200lm/W是电光源中光效最高的一种光源,寿命也最长。
低压钠灯发光效率极高,发光效率简称光效。
它是电光源发出的光通量和它用电功率之比,单位是流明/瓦(lm/W),是评价电光源用电效率最主要的技术参数。
光通量是指单位时间内光辐射量的大小,用流明来表示。
光源单位用电功率发出的光通量越大、则电能转换光能的效率越高,即光效越高。
低压钠灯最适合太阳能路灯,91w的低压钠灯完全可以替代250W高压钠灯。
低压钠灯明视觉光效很高,但由于光谱分布过窄,显色性极差,所以不适合应用于商业照明领域,主要适合道路照明,尤其在欧洲如英国、荷兰、法国和德国等地长期应用。
从光源整体性能上来讲,目前太阳能最好的配置光源还是低压钠灯和LED灯,在国内也已有相当多的案例,长寿命、高节能、绿色环保是这类节能光源的特点。
六、发光二极管(LED)
1.基本概述:
LED即半导体发光二极管,LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保;是新一代固体冷光源,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。
2.LED灯的原理
发光二极管是由P型和N型半导体组成的二极管,见图。
在LED的PN结附近,N型材料中多数载流子是电子,P型材料中多数载流子是空穴。
PN结上未加电压时构成一定的势垒,当加正向偏压时。
在外电场作用下,P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动,构成少数载流子的注入,从而在PN结附近产生导带电子和价带空穴的复合,同时释放出相对应的能量hv(h为普朗克常数,v为光子频率)而发光。
该能量相当于半导体材料的带隙能量Eg,其与发光波长λ的关系为λ=1239.6/Eg。
因此,只要有理想的半导体材料就可以制成各种光色的LED。
图发光二极管原理结构
半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的自光,必须以其他的方式合成白光。
目前产生白光的方式有两种:
一是用单色光激发荧光粉发出其他颜色的光,最终混合成白光,即单芯片型;二是采用将几种发不同色光的芯片封在一起,构成发自光的LED,即多芯片型。
单芯片型结构又可分为三种:
(1)将蓝色LEDInGaN芯片与钇铝石榴石(YAG)荧光粉组合成二基色白光LED,或由InGaN(蓝光峰值430nm或470nm)与红色(650nm)和绿色(540nm)荧光粉组成三基色白光LED;
(2)利用蓝色ZnSe为基体制成芯片与衬
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