白炽灯是黑体辐射,靠把灯丝加热到高温,灯丝产生辐射,这个过程中没有激发态过程,严格意义上不能称为是“发光(luminescence)”。这个过程中主要是电阻产生的热量,而光辐射只是副产品,所以效率是很低的,大概只有10~20Lm/W。
荧光灯的原理是灯管里面有汞滴,通电会使汞蒸发成汞蒸气,而且启动器产生的高电压会击穿汞蒸气,汞蒸气受激发光,发出的是254nm的紫外光。灯管表面涂布有一层稀土荧光粉,一般是红绿黄三色荧光粉,荧光粉吸收汞发出的紫外光,分别发出各自的颜色组合成白光。由于稀土荧光粉的量子效率是相当高的,所以荧光灯效率还不错,一般能达到80~100Lm/W左右。
LED的发光原理是发光二级管芯片的载流子复合电致发光。一般家用的白光LED用的是氮化镓蓝光芯片,然后在封装的时候在表面涂上YAG:Ce黄色荧光粉,由蓝光和黄光组成白光。另外根据LED所用的材料不同,还可以发出别的颜色的光。目前的LED照明技术还没有达到成熟,可以说是处在起步阶段,从商品出现到现在也就是十年左右的时间。LED本身的发光效率是非常高的,但是由于光取出机制的限制,很多效率被浪费掉了。市售的白光LED的光取出效率一般能达到120Lm/W左右,比荧光灯还高不到哪去。但是在未来超过并替代荧光灯应该是必然趋势。
白炽灯、荧光灯、LED灯的发光效率分别为:30%以上,90%以上,97%以上。白炽灯灯丝需要加热到一定温度才能发光,要大量电能转化为热能;荧光灯用X-射线轰击荧光粉发光,效率已经很高了;LED灯用砷化镓,电子获得能量跃迁发光,效率更高。