光源的種類-螢光燈、氣體放電燈

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螢光燈─日光燈、省電燈泡

螢光燈結構

螢光燈包含了我們常見的日光燈與省電燈泡，它是「氣體放電燈」的一種，對照上圖可以發現如它的名字一般，燈的內部填充了一些氣體。當燈管接上電源，電流會加熱鎢作的燈絲釋放出電子粉的「電子」，致使燈管內的「氣體變成電漿」狀態，成為可以通電的氣體。當燈管左右鎢絲間的電壓達到一定的值，燈管內部就會開始放電，使水銀蒸氣發出紫外線。燈管壁上的螢光漆吸收紫外線後，就會向外發出可見光。屬於「面光源」的螢光燈，很適合用來當作主要照明！

螢光燈使用時需要搭配「安定器」、「啟動器」來啟動使用，安定器可以維持電流的穩定，讓燈不會因為過大的電流而燒毀，目前市面上廣泛使用的電子安定器還可以解決螢光燈閃爍的問題(見閃光燈效應)，有些還兼具啟動器的功能。

電子安定器形式 (引用自維基百科)

預熱型 預熱型啟動電子安定器，電路設計緩時啟動，點燈時燈管約1-2秒時才亮起，燈管端燈絲只承受慢慢升壓的啟動電壓，燈管燈絲不容易斷掉，燈管較耐久。 啟動過程有閃爍
快速啟動型 可以在1秒內點亮 可以調整電壓來控制燈光大小
瞬時啟動無預熱型 點燈時燈管瞬時啟動，但因燈管端的燈絲承受突來的啟動大電壓，不用多久燈管燈絲極容易斷掉，燈管壽命較短。 不適用頻繁開關場所

 

近年為了取代耗電的白熾燈，螢光燈修改了外觀，將原本的長條燈管改為U型、螺旋形、圓球形，並將安定器與啟動器設計在燈泡內部，讓螢光燈泡也可以安裝在白熾燈的燈具上。因為相較白熾燈，螢光燈非常的省電，因此又稱為省電燈泡。

閃光燈效應
螢光燈是閃爍的光源，雖然肉眼不容易察覺它的閃爍，但在某些特定環境可能造成危險，例如運轉中的風扇，若是轉動頻率與閃爍頻率相同，風扇看起來會像是靜止的。

不同款式螢光燈
不同款式螢光燈

 

 

氣體放電燈

小編個人認為除白熾燈與鹵素燈以外，其它的光源種類原理真的都不好理解，因為其中有太多物理化學的專門知識了，說真的那些原理的實現有點像是哈利波特魔法一般！咻蹦蹦！發光！不過，身為一般普通人我們還是可以了解一下，日常使用的這些光源有哪些特性，及需要注意的事情。

氣體放電燈顧名思義，這種燈內部是有氣體的，依據內部填充的氣體壓力，區分為高壓與低壓，基本上兩者運作原理相似，皆是燈泡/管內填充了一些稀有氣體加上金屬物質。當燈泡通電後，電流會使內部的氣體成為電漿狀態可以導電，過程中產生的高熱也會讓金屬汽化，此時金屬們便會被激發射出光線，產生可用照明。

不同的氣體放電時產生的光色不同(引用自維基百科)
不同的氣體放電時產生的光色不同(引用自維基百科)

 

金屬們被激發產生的光線、光色各有不同，有些可以直接成為照明，例如鈉燈會發出黃色的光線。有些則需要轉換，例如水銀(汞)燈發出的紫外線光因為人眼不可見，因此需要藉由螢光物質吸收轉換為白光，也就是上回介紹過的螢光燈。

低壓納燈發出澄黃的光芒(引用自http://www.museudalampada.com.br/vapores/)
低壓納燈發出澄黃的光芒(引用自http://www.museudalampada.com.br/vapores/)

 

氣體放電燈構造舉例

 

以下我們分別介紹幾種常見的氣體放電燈。
HID高壓氣體放電燈

High(高) ntensity(強度) discharge(發射)

燈種 常見用途 優點 缺點/注意事項

高壓水銀燈

  • 銀白色光
 UV燈塗裝印刷等各項工藝、高級顯微鏡、曬圖機。 管壁塗螢光物質後即高壓水銀螢光燈可用作廣場和街道的照明。
  • 發光效率高
  • 穩定
  • 壽命長。
  • 須使用安定器(有免用類型)
  • 啟動時間長約3~8分。
  • 玻璃製燈管內的壓力很大，要避免碰撞。
  • 遠離易燃易爆物，可能導致火災或爆炸。
  • 勿直視燈管，可能導致視力問題。
  • 請勿讓紫外光線直接照射到皮膚，可能導致皮膚受損\傷。
  • 燈管運作時溫度高勿直接觸摸。
  • 注意使用場地排風問題，防止燈管發出對人體有害的臭氧問題。
  • 關掉燈管後要5分鐘以後才重新啟動，否則燈管易損壞。
  • 如果燈破裂會釋放水銀(有毒)。必須採取特定的安全措施。

超高壓水銀燈

  • 銀白色光

 

 投影機、半導體生產光刻、光學儀器
  • 燈的亮度高
  • 由於紫外線輻射高、內壓高，所以只能在專門設計的密閉外殼內工作。如果燈破裂會釋放水銀(有毒)。必須採取特定的安全措施。

高壓納燈

  • 金白色光
  • 4500K
  • Ra25
  • 是HID 放電燈泡中效率最高
 道路照明、舞台。
  • 顯色性比低壓鈉燈好
  • 發光效率高
  • 壽命長
  • 透霧強
  • 不誘蟲
  • 再點燈起動時間短(2分鐘)
  • 光衰低
  • 須使用安定器
  • 安裝須關閉電源。
  • 預防燈泡表面受到刮傷或撞擊。
  • 運作中避免水濺到或接觸低溫物體。
  • 起動時間3~8分。
  • 燈泡內部是高真空狀態，處理廢棄燈泡時，務必在容器內處置，避免玻璃碎片飛散受傷。
  • 燈泡破裂，不可以繼續使用。

金屬滷化燈(複金屬燈)

燈泡裡面除水銀和氙氣之外還有：
鈉(橘色光)、
鉈(綠色光)、
錮(青色光)、
鈧(白色光)
等金屬滷化物
因此改善了顏色。

  • 白色光
  • 3200K~4000K
  • Ra65~70
 路燈、戶外景觀、室內舞台、大型維修工廠、百貨公司、高級賣場、汽車頭燈、投影機、電視電影、體育場。
  • 演色性高
  • 亮度高
  • 壽命長
  • 體積小
  • 光色偏差嚴重，偏藍或偏粉紅色。
  • 須使用安定器
  • 壽命期間的色溫變化大於600 K

陶瓷複金屬燈

  • 3200K~4000K
  • Ra80~135
 建築物外觀照明、大型廣告看板照明、藝術品展示、屋外庭園壁燈、草坪步道燈。
  • 解決傳統複金屬燈嚴重色差問題
  • 低耗能
  • 高效率
  • 絕佳演色性
  • 體積小
  • 亮度高
  • 壽命長
  • 壽命期間色溫穩定性能好±200K 之間

 

 

 

低壓氣體放電燈

燈種 用途 優點 缺點/注意事項

螢光燈

  • 黃光
  • 白光
  • 分兩種：
    CFL安定器在外面、CFL-i安定器在裡面 跳至螢光燈介紹
 日光燈 家用、辦公、商場
  • 比白熾燈發光效率好
  • 是閃爍的光源，會有閃光燈效應
  • 含有水銀(汞)，廢棄燈泡有汙染問題
三波長日光燈 家用、辦公、商場
  • 亮度比普通日光燈更亮，演色性更佳。
省電燈泡 家用、辦公、商場
  • 壽命長
  • 亮度高
  • 光線柔和
  • 不閃爍
殺菌燈 跟螢光燈一樣的構造但是沒有塗佈螢光物質，直接射出紫外線。  
  • 消毒殺菌

低壓鈉燈

  • 黃色光
 適用于亮度要求高但不需分辨顏色的場所，如高速公路、高架鐵路、公路、隧道、橋梁、港口、堤岸、貨場、建築物標記以及各類建築物安全防盜照明。 由于黃色光透霧性強，也適合多霧區域。
  • 光效高
  • 溫升低
  • 重量輕
  • 穩定
  • 無雜散光
  • 透霧性強
  • 低壓鈉燈的發光管密封在高真空並塗有紅外線反射膜的玻璃殼中，因此發光效率基本不受部環境溫度的影響，搭配優質的多功能電子鎮流器，使低壓鈉燈更易于使用在各種電源條件下，尤其適合太陽能路燈、及高原高寒等特殊環境地區使用。
  • 光近乎單色
  • 顯色性太差

冷陰極管燈
(低壓水銀放電燈) CCFL

  • 有各種顏色
 LCD液晶顯示器光源、掃描器、儀器、指示燈具、裝飾、光觸煤照明。
  • 不使用燈絲使用電極，所以沒有燈絲燒斷或摔斷問題，因 此有可靠的壽命。
  • 低電力
  • 高輝度
  • 高效率
  • 低發熱
  • 耐衝擊
  • 容易調光
  • 壽命長
  • 小型輕量
  • 瞬時點燈
  • 耐頻繁點滅
  • 配線容易
  • 顏色多樣
  • 可彎曲
  • 啟動3~5分
  • 溫度太低與太高都會影響他的亮度，所以要有保護罩，但是要開散熱洞，適合在25～55度之間運作。

 

 

 

 

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chia ying Yang 作品
霧中的路燈~指引我向何方?