照明光源

熱輻射光源

利用物體通電加熱至高溫時輻射發光原理製成。這類燈結構簡單，使用方便，在燈泡額定電壓與電源電壓相同的情況下即可使用。

氣體放電光源

利用電流通過氣體時發光的原理製成。這類燈發光效率高，壽命長，光色品種多。

半導體光源

包括熒光粉在電場作用下發光，或者是半導體p-n結髮光。這類燈僅用於需要特殊照明的場所。

白熾燈　內裝鎢質燈絲，發光效率為10～15lm/w，色溫2800K左右，顯色性好，額定壽命為1000小時，中國已有由15w到1000w不同功率的系列產品。燈頭形式有螺口式和卡口式兩種。常用於室內一般照明，還可用於照度要求較低的室外照明。反射型白熾燈的光束定向發射，光能利用率高，一般用於櫥窗、展覽館和需要聚光照明的場所。

鹵鎢燈　內裝鎢質燈絲，並充以一定量的碘和溴或它們的化合物。鹵鎢燈利用鹵鎢循環化學反應原理，大大減少了鎢絲的蒸發和燈泡發黑程度。鹵鎢燈的發光效率和額定壽命都比白熾燈高。鹵鎢燈常做成管狀，尺寸小，功率為35w～1000w，色溫為2700～3300k，顯色性好，額定壽命約1500小時，光通量穩定。多用於室內重點照明。

熒光燈　是良好的室內照明光源，發光效率大大高於白熾燈，一般為30～60lm/w,光效高的可達90lm/w。熒光燈的光色有日光色、冷白色和暖白色三種。高顯色熒光燈是採用三基色熒光粉，顯色指數可達80以上，壽命為1500～5000小時。在使用時應配備相應的鎮流器和啟輝器。高顯色熒光燈多用於顯色要求高的印染廠、印刷廠、商場和電視演播室的照明。直管形熒光燈的功率從6w到40w，最高可達125w。這種燈最適宜用於建築大廳、大型商店和精密加工車間照明。為改善照明性能，可採用異形熒光燈（如環形熒光燈）作光源。在室內照明中還廣泛使用新創製的體積小、光效高的緊湊型節能熒光燈。

高強度氣體放電燈高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等的總稱。這類燈功率大，發光效率高，壽命長，結構緊湊，體積小。大部分用作道路、廣場、運動場等處的室外照明，也用於中、高頂棚的工廠、體育館、禮堂和大型商場的室內照明。

①高壓汞燈：包括熒光高壓汞燈和自鎮流高壓汞燈，功率由50w到1000w，發光效率為40～50lm/w，顯色指數40～45，額定壽命5000小時。

②金屬鹵化物燈：類似高壓汞燈，在發光管中增添金屬鹵化物，因此發光效率提高到60～120lm/w，顯色指數提高到60～85，額定壽命為7000～10000小時。

③高壓鈉燈：高壓鈉蒸氣放電燈，發光呈金白色，發光效率高達90～140lm/w，色溫為2000K左右，顯色性差，顯色指數為20～25，額定壽命為12000小時，功率為35～1000w。

低壓鈉燈　低壓鈉蒸氣放電燈，發光呈純黃色，發光效率高達130～200lm/w,功率為18～200w，顯色性差，宜用於道路照明。

在白顏色大功率LED的發展上，混餚了普通LED和白顏色LED之間的基本屬性，錯誤的把普通LED的優點轉移白顏色LED上，誤認為白顏色LED的使用壽命、發光效率能夠和普通LED一樣，過高估計了它的光效，在電光源領域神化了其功能。

白顏色LED(半導體熒光燈)的發光機理：

圖1 白顏色LED(半導體熒光燈)的發光機理

從圖1可以看到白顏色LED(半導體熒光燈)是由藍光PN結周圍的熒光粉發出的白光，通常熒光燈是由燈管內的紫外線激發熒光粉發光的，在發光原理上它們完全一致，如圖2所示，區別在於普通熒光燈的燈絲由藍光PN結取代。

圖2 普通熒光燈的發光原理

LED燈和我們使用的白熾燈、氣體放電燈的發光原理迥然不同。LED的自發性發光是由於電子和空穴的複合而產生的，這種半導體P-N結的電致發光機理決定了它發出的是單色光，而不可能產生具有連續譜線的白光，用單隻LED也不可能產生兩種以上的高亮度單色光。如果需要LED產生白光，只可能先讓LED發出藍光，然後利用熒光粉間接產生寬頻光譜，合成白光。

將某種形式的能量轉化為光能的過程是一種量子轉換過程遵守能量守衡定律。發光過程中的量子效率、量子提取率以及輻射光子的能譜決定了該過程的光效。白光光源運轉時所經歷的量子轉換過程愈多、能量的損失愈大，光效必將降低。

LED發光時載流子複合過程的量子轉換效率雖然很高。但是必需利用熒光粉進行第二次量子轉換才能轉化為白光LED，因而量子效率和量子提取率大為降低，使白光LED光效提高受到限制。

各類熒光燈包括高頻無極熒光燈雖都屬低氣壓放電燈，高效率的利用汞的諧振輻射將電能轉化為輻射能量，但是由於這種諧振譜線處在紫外區，必須利用熒光粉進行第二次量子轉換才能變成可見光，而第二次量子轉換效率只有46%、而熒光粉吸收又使量子提取率下降，所以連續二次的量子轉換過程使熒光燈的光效限制在90～100 lm/W左右，就現在而言的結構和材料其極限很難超過120 lm/W。

還有一點值得注意的是常規光源的發光中心處於燈的中央，光輻射在4π立體角中均勻分佈，與照射空間一致，量子提取率近於100%。LED是一種平面固體光源，只有外向(2π立體角或更小角度)的光子能夠出射，所以常規LED 的50%的內向輻射光子大部分消失在晶元內部發熱，量子提取率很低;LED的輸出窗為多層不同的固體介質，粒子密度很大，光子在其中傳播時吸收係數較大，不同介質層交界面處的反射亦使其量子提取率降低。當前結構的LED的這些特點是無法改變的，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，除非是單色黃光LED或另一種全新結構的LED，例如：如能開發一種三能級(紅綠藍)型LED，這種LED的n型半導體或p型半導體中有三個以上不同施主能級或受主能級存在，當載流子複合時直接產生適當比例的紅、綠、藍三色光子因而直接發射白光。省去熒光粉的第二次量子轉換過程當可使LED光效得到較大提高。但是LED單側發光的特點是無法改變的，限制光效大幅提高的這一因素只能設法降低，不能完全取消。

降低白光LED光譜中的藍光成分是十分必要的，雖然這將降低它的光效，過多的藍光易造成視覺疲勞且傷及視見膜。在這一點得到改進以前很難大規模進入家庭與緊湊型熒光燈競爭。

從任何一個角度分析目前這種結構的白光LED(半導體熒光燈)的最高光效決不可能超過140lm/W。據測試，當前市售白光LED光源(半導體熒光燈)的最大總光子轉換效率約在15～25%之間，光效約為45～80 lm/W，穩定工作時實際光效常常都在60 lm/W以下。白光LED(半導體熒光燈)的光效已經達到160lm/W或200lm/W的報導是不可靠，或許他們的測試出了差錯，至於400lm/W的預言對於白光LED(半導體熒光燈)是荒唐的、即使對中心發射波長為555的黃光LED也失之過高。

未來真正的白光LED應該是將紅、綠、藍或者更多顏色LED晶元封裝在一起，產生白顏色光的白光LED，它將省去熒光粉的二次發光的轉換過程，光效提高15%以上，效率可以達到150-160Lm/W，同時減少了有害的藍光；光衰和晶元發熱問題得到改善，這種真正的白光LED還有許多技術瓶頸，解決這些技術難題還需要比較長的時間。圖3指示的是這種方法。

圖3 產生白光的LED的方法

由於半導體熒光燈的發光機理是熒光粉發光，所以它的發光效率和光衰等特性受到熒光粉的制約，其結果必定和熒光燈差不多。圖4是半導體熒光燈和普通熒光燈光衰比較圖表，可以看出半導體熒光燈和普通熒光燈沒有太多區別。圖5是不同顏色LED和半導體熒光燈光衰比較，從而可以看出半導體熒光燈已經不具有LED的許多優點了。

圖4 半導體熒光燈和普通熒光燈光衰比較

圖5 不同顏色LED和半導體熒光燈光衰比較

普通熒光燈的燈絲由藍光PN結取代以後的半導體熒光燈有許多普通熒光燈所沒有的優點：

1：如果散熱問題解決的好，半導體熒光燈由於沒有燈絲，要比普通熒光燈使用壽命長許多。

2：可以頻繁開關啟動。

3：可以做到小功率白光高效率照明。(普通電光源小功率時效率不高)

結論：

1：我們使用的白色LED的實質是半導體熒光燈，它的基本特性和普通熒光燈一致，它的性能指標遠比我們的期望值要差許多，不可以將其神化，半導體熒光燈，應該走下神壇。

2：LED和半導體熒光燈在概念上的混餚已經給我國的照明產業造成了巨大的損失，這種現象不能再繼續下去了。

3：真正白色LED還有漫長的路要走，切勿浮躁。