在照明小百科-光與色中我們已經知道照明發光的三要件分別是
1.光源:發光主體。
2.點燈電路:燈管啟動與微控。
3.燈具:控制反射及折射以提高照明效率。
目前已知的光源分成自然光與人工光,自然光像是星星、月亮、太陽,人工光源則有燭火、白熾燈泡、螢光燈與LED燈等等…。照明設計時宜多運用自然光源配合人工光源,一則舒適,一則省電。
人工光源的種類到底有多少種呢?其實很多,技術也都不太一樣。底下僅就生活照明用途之光源加以整理。
1. 熱輻射光源:白熾燈泡、鹵素燈泡
白熾燈的原理
白熾燈是靠發熱體通電流並加熱至白熱化狀態,放射出來的一種裝置。通常白熾燈泡是使用高融點(約3400℃)的鎢絲(Tungsten Wire) 做成的。鎢絲所產生紅外線大於可視光,電力所消耗的80%大概均發出紅外線(熱),僅約10%~20%發出可視光可以利用。鎢在熔點以下就開始蒸發,因而燈絲會逐漸變細,不久就到達最終了的位置而斷掉。
鹵素燈原理
從燈絲蒸發出來的鎢原子和鹵素氣體產生反應合成鎢的鹵化物,這個鎢的鹵化物,在250℃以上,1400℃以下,能把該狀態維持著。因此, 波管溫度在250℃以上的話,鎢原子不會附著於管壁上,所以管壁不會產生黑化。鎢的鹵化物由於熱流會被帶回到燈絲附近,因燈絲的高溫,鎢的鹵化物將被分解,使鎢的原子沈澱附著於燈絲,而呈自由狀態的鹵素原子將進行再一次的反應,如此反覆地週而復始,形成所謂的鹵素循環(Halogen Cycle)。鹵素在此擔任的角色是種載體,不斷將蒸發的鎢原子再送回燈絲。
白 |
一般型
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一般用途,容易使用適合於光澤與陰影之表現,暖和之光色,適合氣氛照明 |
住宅,店舖等之全般照明也適合下向光 |
反射型燈泡
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配光控制甚佳,點照明光澤、陰影、質感之表現力極大 |
商店陳列照明 |
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鹵 |
一般照明 (直管) |
小型,高瓦特,輝度甚高,配光控制容易 |
適合投光器 |
迷你鹵素燈 |
小型,演色性佳,光色清晰鮮艷,配光控制容易,瓦特數在100~500W,光通量也適當 |
商店照明 |
但是熱輻射光源的耗電量大,光轉換率低,在環保節能的考慮下,白熾燈應該會於2012年時禁止使用。
2.低壓放電燈:螢光燈、省電燈泡(同螢光燈)
螢光燈動作原理
螢光燈發光步驟為:被加速的電子先去游離氬離子,氬離子繼而去氣化液態汞,汞再被加速的電子游離而產生253.7nm紫外光,紫外光再經燈管壁上的瑩光粉轉變成可見光。
燈管構造:
玻璃管 |
玻璃管材質使用鈉玻璃材質(軟質玻璃)心柱使用鉛玻璃。形狀有直管形(T型)、環形(C型)、U形等。 |
燈頭 |
燈頭主要分為單頭(細管形使用 Fa等)、雙頭(一般標準形使用G13) 凹形雙接頭(R17)及四針型(環形燈管使用G10q)。 |
電極 |
螢光燈管兩端的電極,一般是由鎢絲繞成雙重繞燈絲或三重繞,在燈絲之表面塗上放射電子之鋇、鍶、鈣等氧化物,在點燈時一起被慢慢蒸發,這些放射物質的維持及消耗速度,對壽命有很大之影響。 |
螢光體 |
螢光燈管所產生的顏色,是由燈管內面所塗佈之螢光體之化學成份所 決定,基本上是由紅色、綠色、藍色等三種螢光體之組成,可得各種不同之光色。一般最常使用為晝光色及白色,而現在則有更明亮及演色性更好的三基色螢光體。 |
充填氣體 |
燈管內主要依賴水銀原子的離子,產生兩電極間的氣體放電,管內除水銀蒸氣與少量液態水銀,亦填充惰性氣體(氬)或低壓混合氣體。 |
螢光燈特色
螢 光 燈 |
直管FL(T12、T9、T8、T5、T85) 環管型FCL |
省電、壽命長(需選用預熱型)、熱度低、效率高、演色性好 |
省 |
安定器內藏 (U型、螺旋型..) |
省電、壽命長(需選用預熱型與可開關數十萬次) 、熱度低、效率高、演色性好 |
3.高壓放電燈:水銀燈、複金屬燈、高壓鈉氣燈
高壓放電燈(HID)的發光原理:
透過兩端鎢電極打出來的加壓電弧,通過燈管後而發出光線。氣體幫助燈泡啟動,而金屬加熱達到蒸發點,形成電漿態後而發出光線。例如水銀會發出青色的光,鈉會發出橘色的光,鉈會發出綠色的光。總之發光管內封入添加物的種類,依其添加物組合之成份,決定光燈泡之發光、演色性及效率等特性。
主要之燈泡添加物如下所述:
水銀燈 |
封入水銀燈及氬氣靠水銀電離產生青白色的光。每瓦僅15流明。 |
高壓鈉光燈 |
封入鈉、水銀及氙氣,靠鈉電離產生橘色光。其光效高,每瓦高過100流明,但演色性低。 |
複金屬燈 |
封入鈉(橘色)、鉈(綠色)、錮(青色)鈧(白色)等金屬鹵化物及水銀和氙氣,其光效每瓦80流明以上,演色性高,可發出3000~6000K的光。 |
發光管 |
發光管使用石英玻璃管(水銀燈具複金屬燈)及氧化鋁陶瓷管(高壓鈉光燈),內部有一對鎢電極,發光管內在抽成高真空後,封入氪氣、氙氣等發光用金屬物質。 |
外管 |
一般的外管使用硬質玻璃殼,內部抽成高真空後,封入氮氣等惰性氣體,尚有玻殼內部塗有白色之擴散膜(螢光體),將發光管放射的光擴散及防止刺眼。 |
請參考
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E6%97%A5%E5%85%89%E7%87%88&variant=zh-tw
4.電子光源:光電二極體(LED)
光電二極體的運用從早期的戶外看板到近期的戶外、室內與車用照明應用,1993年後因為籃光LED的發明運用紅綠籃三種顏色的LED配出白光,近期發展到由籃光LED配合黃色的螢光粉,或是籃光LED配合綠色與紅色螢光粉,新一代最新技術為硒化鋅(ZnSe)基板上生長硒化鋅的磊晶層。通電時其活躍地帶會發出藍光而基板會發黃光,混合起來便是白色光。未來則有可能直接運用發出紫外光LED配合三基色螢光粉。LED室內照明目前技術與成本上還有些限制,但對照明演色性不高的場所,在不考量價格與維護的情況下,是一項照明的選擇。預計在2020年前可突破大部份技術與價格過高之問題進入每一個家庭。
請參考
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BC%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1#.E5.8E.9F.E7.90.86
了解了光源種類後接下來我們再復習一下,
光源-分成自然光與人工光源
自然光-星星、月亮、太陽
人工光源
1. 熱輻射光源:白熾燈泡、鹵素燈泡
2. 低壓放電燈:螢光燈、省電燈泡(同螢光燈)
3. 高壓放電燈:水銀燈、複金屬燈、高壓鈉氣燈
4. 電子光源:光電二極體(LED)
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