【正文】 100 年前 木柴 ?動(dòng)植物或礦物油 ?煤氣或其他可燃性氣體 ?電 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 直到 19世紀(jì)初 ，燃燒產(chǎn)生火焰一直是唯一的人造光 。這種性質(zhì)稱(chēng)為 顯色性 ， 用一個(gè)物理量 ——顯色指數(shù) Ra——來(lái)描述。 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。Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 現(xiàn)代照明及發(fā)光技術(shù) 周桂江 西安交通大學(xué)理學(xué)院 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 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 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 自然界的發(fā)光現(xiàn)象 ? 物質(zhì)的燃燒 有機(jī)物： 無(wú)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 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science ? 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(jiàn)光區(qū)域。 目前電致發(fā)光的研究方向主要為 有機(jī)材料的應(yīng)用 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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(lái)亮嗎？ 光度 什么顏色？ 色度 被照明物體的顏色看起來(lái)真實(shí)嗎？ 顯色指數(shù) 給人感覺(jué)是冷的還是暖和的？ 色溫 光 ——波和粒子二重性 電磁波： 速度 c=3?108 m/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(jiàn)光 —— 紫外 —— 真空紫外 —— … 622700 597622 577597 492577 455492 400455 (nm) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 光度 —— 人對(duì)光亮度的視覺(jué) 光度與功率的不同在于它是 視覺(jué)響應(yīng) 。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 經(jīng)過(guò)對(duì)光源測(cè)量 、 計(jì)算得到顯色指數(shù) 。 燃燒是氧化過(guò)程 ， 放出熱量 ， 高溫使微粒中 C原子熱運(yùn)動(dòng) (振動(dòng) )加劇 。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 50萬(wàn)年以前，人類(lèi)就已經(jīng)廣泛地使用火了。之后是貝殼、陶和金屬的燈。 西京雜記 (晉 葛洪，偽托漢 劉歆 ) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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(lèi)的東西涂在樹(shù)皮或木片上，捆扎在一起，做成了照明用的火把。蠟燭作為外貿(mào)、對(duì)外交換的一種東西，說(shuō)明雖然當(dāng)時(shí)用的比較普遍，但還是比較珍貴的。他拿著這封信思索了很長(zhǎng)時(shí)間，心想：要研究肥皂 ，看來(lái)還得從原料油脂入手。 1825年，舍夫勒爾和蓋 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。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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。 在 1860到 1870年代 ， 灰光燈用于劇院 ， 直到為電弧燈取代 。 這個(gè)時(shí)刻終于來(lái)到了 ——1870年比利時(shí)人 Gramme發(fā)明 發(fā)電機(jī) 。 1878年 , 研制電燈已有大量工作 ,燈泡抽成真空問(wèn)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(ài)迪生的研究剛剛開(kāi)始 ,他試用了上千種燈絲材料 。 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(ài)迪生電燈公司 ), 西門(mén)子 ， 飛利浦等 。 汞燈后來(lái)成為熒光燈的基礎(chǔ) 。 發(fā)光效率 由低功率 (4到 5W)燈的 35至 50 lm/W到大功率 (70至125W)燈的 75至 100 lm/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 51 lm/W 顯色指數(shù) 82 壽命 500010000小時(shí) E(555 nm) / E(254 nm) =254/555= Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 高壓鈉燈 ——效率高，顯色性差，用于街道照明 鈉發(fā)射 nm組成的雙線(xiàn) (D線(xiàn) )，幾乎是單色的黃光。 雖然無(wú)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(wú)電極放電燈能夠?qū)嵱?。 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。 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。 Ce3+在釔鋁石榴石中的能級(jí) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 由 AlInGaN LED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(guò) 300 lm/W 通用顯色指數(shù)略小于 80。 現(xiàn)有 LED技術(shù)可以提供高效三色白光燈 (50Ra85)所需的基色 LED：用峰值波長(zhǎng) 600nm附近的 AlGaInP LED+峰值波長(zhǎng) 450和 540nm的 AlInGaN LED， 裝配出白光 LED,發(fā)光效率超過(guò)熒光燈 。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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)。要求高光通量，目前價(jià)格仍過(guò)高。 主要內(nèi)容 節(jié)能照明產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)改造 節(jié)能照明產(chǎn)品推廣 采用半導(dǎo)體（ LED）燈，改造大中城市交通信號(hào)燈系統(tǒng)。 ? 2022年 ， Leo等將有機(jī)電致發(fā)光照明器件的效率提高到 100 lm/W 以上。白天， 光照相 可以通過(guò)眼球的光能變?yōu)殡娔?，于是由神?jīng)沖動(dòng)傳達(dá)到睡 眠起搏器，再傳達(dá)到松果體產(chǎn)生對(duì)褪黑素分泌的抑制作用。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 2022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。 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) 。用 LED， 不亮的信號(hào)看上去總是黑的 。 1980年代出現(xiàn)第一個(gè)透明基片的 AlGaAs LED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 。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 1997年高亮度 AlInGaN LED發(fā)展起來(lái)不久，AlInGaN/YAG: Ce 白光 LED就商品化了。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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(shù)脂的熒光粉。 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 。 壽命為 20220小時(shí) , (磁控管壽命 )。 效率 108 lm/W 顯色指數(shù) 22 壽命 24000小時(shí) Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 硫燈 應(yīng)用微波使硫蒸汽放電。 最早的熒光粉是天然礦物 ， 很快就為合成的無(wú)機(jī)材料所替代 。 雖然高熔點(diǎn)金屬韌性差 、 很難拉成線(xiàn)材 ， 但通過(guò)逐步應(yīng)用鋨(2700?C)、 鉭 (3000?C)最終是鎢 (3410?C)而很快解決 。 根橫走，木質(zhì)化，黃色。 由以絕緣石膏薄片分開(kāi)的兩條平行碳棒組成 ， 壽命只有幾小時(shí) 。 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(lèi)似 ， 產(chǎn)生非高溫發(fā)光 。 Xi’an Jiaotong University 理學(xué)院化學(xué)系 Department of Chemistry, Faculty of Science 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(chǎng)、公共場(chǎng)所以及街道照明。工業(yè)革命帶來(lái)了科學(xué)技術(shù)、也包括照明科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 Xi’an Jiaotong Univers