聚光照明概述

白炽灯　内装钨质灯丝，发光效率为10～15lm/w，色温2800K左右，显色性好，额定寿命为1000小时，中国已有由15w到1000w不同功率的系列产品。灯头形式有螺口式和卡口式两种。常用于室内一般照明，还可用于照度要求较低的室外照明。反射型白炽灯的光束定向发射，光能利用率高，一般用于橱窗、展览馆和需要聚光照明的场所。

卤钨灯　内装钨质灯丝，并充以一定量的碘和溴或它们的化合物。卤钨灯利用卤钨循环化学反应原理，大大减少了钨丝的蒸发和灯泡发黑程度。卤钨灯的发光效率和额定寿命都比白炽灯高。卤钨灯常做成管状，尺寸小，功率为35w～1000w，色温为2700～3300k，显色性好，额定寿命约1500小时，光通量稳定。多用于室内重点照明。

荧光灯　是良好的室内照明光源，发光效率大大高于白炽灯,一般为30～60lm/w,光效高的可达90lm/w。荧光灯的光色有日光色、冷白色和暖白色三种。高显色荧光灯是采用三基色荧光粉，显色指数可达80以上，寿命为1500～5000小时。在使用时应配备相应的镇流器和启辉器。高显色荧光灯多用于显色要求高的印染厂、印刷厂、商场和电视演播室的照明。直管形荧光灯的功率从6w到40w，最高可达125w。这种灯最适宜用于建筑大厅、大型商店和精密加工车间照明。为改善照明性能，可采用异形荧光灯（如环形荧光灯）作光源。在室内照明中还广泛使用新创制的体积小、光效高的紧凑型节能荧光灯。

高强度气体放电灯　高压汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯等的总称。这类灯功率大，发光效率高，寿命长，结构紧凑，体积小。大部分用作道路、广场、运动场等处的室外照明，也用于中、高顶棚的工厂、体育馆、礼堂和大型商场的室内照明。

①高压汞灯：包括荧光高压汞灯和自镇流高压汞灯，功率由50w到1000w，发光效率为40～50lm/w，显色指数40～45，额定寿命5000小时。

②金属卤化物灯：类似高压汞灯，在发光管中增添金属卤化物,因此发光效率提高到60～120lm/w，显色指数提高到60～85，额定寿命为7000～10000小时。

③高压钠灯：高压钠蒸气放电灯,发光呈金白色,发光效率高达90～140lm/w，色温为2000K左右,显色性差,显色指数为20～25，额定寿命为12000小时，功率为35～1000w。

低压钠灯　低压钠蒸气放电灯，发光呈纯黄色，发光效率高达130～200lm/w,功率为18～200w，显色性差，宜用于道路照明。

在白颜色大功率LED的发展上，混肴了普通LED和白颜色LED之间的基本属性，错误的把普通LED的优点转移白颜色LED上，误认为白颜色LED的使用寿命、发光效率能够和普通LED一样，过高估计了它的光效，在电光源领域神化了其功能。

白颜色LED(半导体荧光灯)的发光机理：

图1 白颜色LED(半导体荧光灯)的发光机理

从图1可以看到白颜色LED(半导体荧光灯)是由蓝光PN结周围的荧光粉发出的白光，通常荧光灯是由灯管内的紫外线激发荧光粉发光的，在发光原理上它们完全一致，如图2所示，区别在于普通荧光灯的灯丝由蓝光PN结取代。

图2 普通荧光灯的发光原理

LED灯和我们使用的白炽灯、气体放电灯的发光原理迥然不同。LED的自发性发光是由于电子和空穴的复合而产生的，这种半导体P-N结的电致发光机理决定了它发出的是单色光，而不可能产生具有连续谱线的白光，用单只LED也不可能产生两种以上的高亮度单色光。如果需要LED产生白光，只可能先让LED发出蓝光，然后利用荧光粉间接产生宽带光谱，合成白光。

将某种形式的能量转化为光能的过程是一种量子转换过程遵守能量守衡定律。发光过程中的量子效率、量子提取率以及辐射光子的能谱决定了该过程的光效。白光光源运转时所经历的量子转换过程愈多、能量的损失愈大，光效必将降低。

LED发光时载流子复合过程的量子转换效率虽然很高。但是必需利用荧光粉进行第二次量子转换才能转化为白光LED，因而量子效率和量子提取率大为降低，使白光LED光效提高受到限制。

各类荧光灯包括高频无极荧光灯虽都属低气压放电灯，高效率的利用汞的谐振辐射将电能转化为辐射能量，但是由于这种谐振谱线处在紫外区，必须利用荧光粉进行第二次量子转换才能变成可见光，而第二次量子转换效率只有46%、而荧光粉吸收又使量子提取率下降，所以连续二次的量子转换过程使荧光灯的光效限制在90～100 lm/W左右，就现在而言的结构和材料其极限很难超过120 lm/W。

还有一点值得注意的是常规光源的发光中心处于灯的中央，光辐射在4π立体角中均匀分布，与照射空间一致，量子提取率近于100%。LED是一种平面固体光源，只有外向(2π立体角或更小角度)的光子能够出射，所以常规LED 的50%的内向辐射光子大部分消失在芯片内部发热，量子提取率很低;LED的输出窗为多层不同的固体介质，粒子密度很大，光子在其中传播时吸收系数较大，不同介质层交界面处的反射亦使其量子提取率降低。当前结构的LED的这些特点是无法改变的，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，除非是单色黄光LED或另一种全新结构的LED，例如：如能开发一种三能级(红绿蓝)型LED，这种LED的n型半导体或p型半导体中有三个以上不同施主能级或受主能级存在，当载流子复合时直接产生适当比例的红、绿、蓝三色光子因而直接发射白光。省去荧光粉的第二次量子转换过程当可使LED光效得到较大提高。但是LED单侧发光的特点是无法改变的，限制光效大幅提高的这一因素只能设法降低，不能完全取消。

降低白光LED光谱中的蓝光成分是十分必要的，虽然这将降低它的光效，过多的蓝光易造成视觉疲劳且伤及视见膜。在这一点得到改进以前很难大规模进入家庭与紧凑型荧光灯竞争。

从任何一个角度分析目前这种结构的白光LED(半导体荧光灯)的最高光效决不可能超过140lm/W。据测试，当前市售白光LED光源(半导体荧光灯)的最大总光子转换效率约在15～25%之间，光效约为45～80 lm/W，稳定工作时实际光效常常都在60 lm/W以下。白光LED(半导体荧光灯)的光效已经达到160lm/W或200lm/W的报导是不可靠，或许他们的测试出了差错，至于400lm/W的预言对于白光LED(半导体荧光灯)是荒唐的、即使对中心发射波长为555的黄光LED也失之过高。

未来真正的白光LED应该是将红、绿、蓝或者更多颜色LED芯片封装在一起，产生白颜色光的白光LED，它将省去荧光粉的二次发光的转换过程，光效提高15%以上，效率可以达到150-160Lm/W，同时减少了有害的蓝光;光衰和芯片发热问题得到改善，这种真正的白光LED还有许多技术瓶颈，解决这些技术难题还需要比较长的时间。图3指示的是这种方法。

图3 产生白光的LED的方法

由于半导体荧光灯的发光机理是荧光粉发光，所以它的发光效率和光衰等特性受到荧光粉的制约，其结果必定和荧光灯差不多。图4是半导体荧光灯和普通荧光灯光衰比较图表，可以看出半导体荧光灯和普通荧光灯没有太多区别。图5是不同颜色LED和半导体荧光灯光衰比较，从而可以看出半导体荧光灯已经不具有LED的许多优点了。

图4 半导体荧光灯和普通荧光灯光衰比较

图5 不同颜色LED和半导体荧光灯光衰比较

普通荧光灯的灯丝由蓝光PN结取代以后的半导体荧光灯有许多普通荧光灯所没有的优点：

1：如果散热问题解决的好，半导体荧光灯由于没有灯丝，要比普通荧光灯使用寿命长许多。

2：可以频繁开关启动。

3：可以做到小功率白光高效率照明。(普通电光源小功率时效率不高)

结论：

1：我们使用的白色LED的实质是半导体荧光灯，它的基本特性和普通荧光灯一致，它的性能指标远比我们的期望值要差许多，不可以将其神化，半导体荧光灯，应该走下神坛。

2：LED和半导体荧光灯在概念上的混肴已经给我国的照明产业造成了巨大的损失，这种现象不能再继续下去了。

3：真正白色LED还有漫长的路要走，切勿浮躁。