Principales productos de fuentes de iluminación.

Lámpara de descarga de gas de alta intensidad es un término general para lámparas de mercurio de alta presión, lámparas de halogenuros metálicos, lámparas de sodio de alta presión, etc. Este tipo de lámpara tiene alta potencia, alta eficiencia luminosa, larga vida útil, estructura compacta y tamaño pequeño. La mayoría de ellos se utilizan para iluminación exterior en vías, plazas, campos deportivos, etc., y también se utilizan para iluminación interior en fábricas, gimnasios, auditorios y grandes centros comerciales con techos medios y altos.

① Lámpara de mercurio de alta presión: incluye lámpara fluorescente de mercurio de alta presión y lámpara de mercurio de alta presión con balasto automático, con potencia de 50w a 1000w, eficiencia luminosa de 40~50lm/w, índice de reproducción cromática 40~45, vida nominal de 5000 horas.

②Lámpara de halogenuros metálicos: similar a la lámpara de mercurio de alta presión, que agrega haluro metálico al tubo luminoso, por lo que la eficiencia luminosa aumenta a 60 ~ 120 lm/w, el índice de reproducción cromática aumenta a 60 ~ 85 y la vida nominal es de 7000~10000 horas.

③ Lámpara de sodio de alta presión: lámpara de descarga de vapor de sodio de alta presión, que emite luz blanca dorada, tiene una eficiencia luminosa de 90 ~ 140 lm/w, una temperatura de color de aproximadamente 2000 K, reproducción cromática deficiente, un índice de reproducción cromática de 20~25 y una vida útil nominal de 12.000 horas y una potencia de 35~1000w.

Lámpara de sodio de baja presión: Lámpara de descarga de vapor de sodio de baja presión, que emite luz amarilla pura, tiene una eficiencia luminosa de hasta 130~200lm/w, una potencia de 18~200w y color deficiente. renderizado, por lo que es adecuado para iluminación vial. En el desarrollo de LED blancos de alta potencia, los atributos básicos entre los LED comunes y los LED blancos se confunden, y las ventajas de los LED comunes se transfieren erróneamente a los LED blancos. Se cree erróneamente que la vida útil y la eficiencia luminosa de los LED blancos pueden disminuir. Al igual que los LED ordinarios, su eficiencia luminosa se sobreestima y sus funciones se deifican en el campo de las fuentes de luz eléctrica.

El mecanismo de luminiscencia del LED blanco (lámpara fluorescente semiconductora):

Figura 1 El mecanismo de luminiscencia del LED blanco (lámpara fluorescente semiconductora)

Como se puede observar de la Figura 1 El LED blanco (lámpara fluorescente semiconductora) emite luz blanca del fósforo alrededor de la unión PN azul. Por lo general, la lámpara fluorescente es excitada por los rayos ultravioleta en el tubo de la lámpara para emitir luz. Son exactamente iguales en términos de principios de luminiscencia. , como se muestra en la Figura 2. La diferencia El filamento de las lámparas fluorescentes comunes se reemplaza por una unión PN azul.

Figura 2 El principio de luminiscencia de las lámparas fluorescentes comunes

Los principios de luminiscencia de las lámparas LED son completamente diferentes de las lámparas incandescentes y las lámparas de descarga de gas que utilizamos. La luminiscencia espontánea del LED se debe a la recombinación de electrones y huecos. El mecanismo de electroluminiscencia de esta unión PN del semiconductor determina que emita luz monocromática y es imposible producir luz blanca con líneas de espectro continuas. más de dos luces monocromáticas de alto brillo. Si se requiere un LED para producir luz blanca, solo es posible dejar que primero el LED emita luz azul y luego usar fósforos para generar indirectamente un espectro de banda ancha para sintetizar la luz blanca.

El proceso de convertir ciertas formas de energía en energía luminosa es un proceso de conversión cuántica que obedece a la ley de conservación de la energía. La eficiencia cuántica, la tasa de extracción cuántica y el espectro de energía de los fotones irradiados durante el proceso de luminiscencia determinan la eficiencia lumínica del proceso. Cuantos más procesos de conversión cuántica experimente una fuente de luz blanca durante su funcionamiento, mayor será la pérdida de energía y la eficiencia de la luz inevitablemente disminuirá.

Aunque la eficiencia de conversión cuántica del proceso de recombinación de portadores es muy alta cuando el LED emite luz. Sin embargo, el fósforo debe usarse para una segunda conversión cuántica antes de poder convertirse en un LED de luz blanca. Por lo tanto, la eficiencia cuántica y la tasa de extracción cuántica se reducen considerablemente, lo que limita la mejora de la eficiencia de la luz de los LED de luz blanca.

Aunque todos los tipos de lámparas fluorescentes, incluidas las lámparas fluorescentes sin electrodos de alta frecuencia, son lámparas de descarga de baja presión, utilizan eficientemente la radiación resonante del mercurio para convertir la energía eléctrica en energía radiante. La línea del espectro está en la región ultravioleta, el fósforo debe usarse para una segunda conversión cuántica para convertirse en luz visible, y la eficiencia de la segunda conversión cuántica es solo 46. La absorción de fósforo reduce la tasa de extracción cuántica, por lo que los dos procesos de conversión cuántica consecutivos limitan La eficiencia luminosa de las lámparas fluorescentes oscila entre 90 y 100 lm/W, mientras que el límite de las estructuras y materiales actuales difícilmente puede superar los 120 lm/W.

También vale la pena señalar que el centro luminoso de la fuente de luz convencional está en el centro de la lámpara, la radiación de luz se distribuye uniformemente en el ángulo sólido de 4π, consistente con el espacio de iluminación y la cuántica. La tasa de extracción es cercana a 100.

El LED es una fuente de luz sólida plana. Solo pueden emitir fotones hacia afuera (ángulo sólido de 2π o ángulo más pequeño), por lo que la mayoría de los 50 fotones de radiación hacia adentro de los LED convencionales desaparecen y se calientan dentro del chip, y la tasa de extracción cuántica es muy baja; Salida de LED La ventana está hecha de múltiples capas de diferentes medios sólidos, con una alta densidad de partículas. El coeficiente de absorción es grande cuando los fotones se propagan a través de ella. La reflexión en la interfaz de diferentes capas de medios también reduce la tasa de extracción cuántica. Estas características de la estructura actual de los LED no se pueden cambiar, por lo que la mejora de la eficiencia luminosa es limitada. No imagine que la eficiencia luminosa de los LED blancos se puede aumentar a más de 140 lm/W, a menos que sea un LED amarillo de un solo color u otra estructura de LED completamente nueva. Por ejemplo, si es un LED de tres niveles de energía (rojo, verde y azul) se pueden desarrollar LED, este tipo de Hay más de tres niveles de energía donante o niveles de energía aceptor diferentes en el semiconductor tipo n o semiconductor tipo p del LED. Cuando los portadores se recombinan, producen directamente los LED apropiados. proporciones de fotones rojos, verdes y azules, emitiendo así directamente luz blanca. La eliminación del segundo proceso de conversión cuántica de fósforos puede mejorar enormemente la eficiencia luminosa de los LED. Sin embargo, las características de la emisión de luz unilateral del LED no se pueden cambiar. Este factor que limita la mejora significativa de la eficiencia de la luz sólo se puede reducir, pero no se puede eliminar por completo.

Es muy necesario reducir el componente de luz azul en el espectro del LED blanco. Aunque esto reducirá su eficiencia lumínica, demasiada luz azul puede causar fácilmente fatiga visual y dañar la película visual. Hasta que esto mejore, será difícil entrar en los hogares a gran escala para competir con las lámparas fluorescentes compactas.

Analizando desde cualquier ángulo, la máxima eficiencia luminosa de los actuales LED (lámpara fluorescente semiconductora) de luz blanca con esta estructura nunca podrá superar los 140lm/W. Según las pruebas, la eficiencia máxima de conversión de fotones totales de las fuentes de luz LED blancas actualmente disponibles en el mercado (lámparas fluorescentes semiconductoras) es de aproximadamente 15 a 25, y la eficiencia de la luz es de aproximadamente 45 a 80 lm/W. Cuando funcionan de manera estable, la eficiencia de la luz real. suele ser de 60 lm/por debajo de W. Los informes de que la eficacia luminosa de los LED blancos (lámparas fluorescentes semiconductoras) han alcanzado 160 lm/W o 200 lm/W no son confiables. Quizás sus pruebas salieron mal. En cuanto a la predicción de 400 lm/W para los LED blancos (lámparas fluorescentes semiconductores), sí lo es. absurdo, aunque también es demasiado alto para los LED amarillos con una longitud de onda de emisión central de 555.

El verdadero LED blanco en el futuro debería ser un LED blanco que empaquete chips LED rojos, verdes, azules o de más colores para producir luz blanca. Eliminará la necesidad de un proceso de conversión de luminiscencia secundaria de fósforos. , la eficiencia luminosa aumenta en más de 15, y la eficiencia puede alcanzar 150-160Lm/W, al tiempo que se reducen los problemas de atenuación de la luz y calentamiento del chip. Este tipo de LED blanco verdadero todavía tiene muchos cuellos de botella técnicos; Resolver estos problemas técnicos todavía lleva un tiempo relativamente largo. La Figura 3 indica este enfoque.

Figura 3 Método de producción de LED de luz blanca

Dado que el mecanismo de luminiscencia de las lámparas fluorescentes semiconductoras es que los fósforos emiten luz, su eficiencia luminosa y atenuación de la luz y otras características están restringidas por los fósforos. Como resultado, debe ser similar a las luces fluorescentes. La Figura 4 es un cuadro comparativo de la decadencia de la luz entre las lámparas fluorescentes semiconductoras y las lámparas fluorescentes ordinarias. Se puede ver que no hay mucha diferencia entre las lámparas fluorescentes semiconductoras y las lámparas fluorescentes ordinarias. La Figura 5 es una comparación de la atenuación de la luz de los LED y las lámparas fluorescentes semiconductoras de diferentes colores. Se puede ver que las lámparas fluorescentes semiconductoras ya no tienen muchas de las ventajas de los LED.

Figura 4 Comparación de atenuación de luz entre lámparas fluorescentes semiconductoras y lámparas fluorescentes ordinarias

Figura 5 Comparación de atenuación de luz entre LED de diferentes colores y lámparas fluorescentes semiconductoras

El filamento de las lámparas fluorescentes comunes está compuesto por una unión PN azul. Las lámparas fluorescentes semiconductoras que serán reemplazadas tienen muchas ventajas que las lámparas fluorescentes comunes no tienen:

1: si el problema de disipación de calor se resuelve bien, Las lámparas fluorescentes semiconductoras tienen una vida útil mucho más larga que las lámparas fluorescentes comunes porque no tienen filamento.

2: Se puede encender y apagar con frecuencia.

3: Se puede lograr luz blanca de bajo consumo e iluminación de alta eficiencia. (Las fuentes de luz eléctrica comunes no son eficientes a baja potencia)

Conclusión:

1: El LED blanco que utilizamos es esencialmente una lámpara fluorescente semiconductora. Sus características básicas son las mismas que las comunes. Lámparas fluorescentes Los indicadores de rendimiento son mucho peores que nuestras expectativas. No podemos deificarlas. Las lámparas fluorescentes semiconductoras deberían bajar del altar.

2: La confusión conceptual entre las lámparas fluorescentes LED y semiconductoras ha causado enormes pérdidas a la industria de la iluminación de mi país y este fenómeno no puede continuar.

3: Los LED blancos reales aún tienen un largo camino por recorrer, así que no te impacientes.