紅外反射膜在鹵鎢燈中的應用和設計(1)

傳統的燈源以白熾燈、鹵素燈為主，而這些燈源皆用鎢(Tungsten)絲作燈絲（Filament），所以會發出大量的紅外線（Infrared），這些光帶來大量的熱會引發人的不適，而大量的熱從燈源逸出，亦降低了熱效率，所以這裡我們使用紅外線反射膜來增加傳統的燈源的效能。
白熾燈
白熾燈是用黑體（BB：Black Bod）發熱，主要以鎢(Tungsten)絲（Filament），因為鎢有高熔點（3683K）及低蒸發率。只是白熾燈的大部分的光是紅外線（Infrared），鎢絲放熱比黑體稍微藍移（Blue Shift）即向短波長方向移，所以發光效率(Luminous Efficiency)比較高，而藍移也不影響演色性（CRI：Color Rending Index）。一般鎢絲都卷成螺旋形放在球形玻璃殼中，並充入不起反應的惰性氣體，例如氬氣（Ar）及少數氮氣(Nitrogen)，而40W以下的白熾燈則多數是抽真空。因為白熾燈的大部分輻射光是紅外線，所以120V白熾燈的照明效率在2400K時約為81m/W，一般100W白熾燈只有7%的電功率轉變為可見光。白熾燈壽命衰減的主要原因是鎢絲蒸發，白熾燈的一般壽命約750~1000h，但是因為白熾燈價廉，所以被大量應用在住宅。

鎢絲鹵素燈（Tungsten Halogen Lamp）
為減少鎢絲蒸發率以增加其壽命及工作溫度，在燈泡中添加鹵素氣體做成的鎢絲鹵素燈（Tungsten Halogen Lamp）也頗為流行。鎢絲鹵素燈的原理是在化學反應時，鎢產生鹵化物從高溫燈絲擴散到冷玻璃殼壁上，由於這是一個可逆反應，所以同時鎢的鹵化物分解成鎢而反方向擴散在鎢絲上，結果鎢絲的分量沒有改變，因此溫度可以高達3450K。一般鎢絲鹵素燈均在高溫工作，燈泡也較小，用的是比較硬的玻璃殼，其壽命比鎢絲白熾燈要高兩倍。

在綠色照明中應用紅外反射膜可提高白熾燈、鹵鎢燈、反射鏡的效率；紅外反射膜可使用Au，Ag，Cu等金屬膜，這些金屬膜皆形成大量紅外光反射，但同時也會造成部份可見光無法穿透，降低光效率，亦會吸收紅外光，在玻璃燈罩形成高熱；優點是製程簡易，成本較低。
另外若使用SnO2，In2O3等半導體膜也有阻絕紅外光的效果，同時可見光穿透率高，但這些單層膜也有吸收紅外光而產生高熱的效應；比較理想的是用光學干涉原理的截止濾光片，目前商業常用有MgF2-ZnS膜系，Ti02–SiO2 膜系、Ta205–SiO2 膜系等介質多層膜；在鹵鎢燈石英玻殼外形成紅外反射膜可提高光效約l5％ ～2O％。

多層光學干涉膜在鹵鎢燈中的應用：

一般市售的鹵素燈大部份為圓柱狀，在其上要採用傳統的PVD或IAD光學鍍膜，有事實上的困難，採用Sol-Gel的浸鍍方式，在膜層厚度的控制上不易達到精準的目標，往往和原來的光學設計相差極遠，所以多層光學膜的設計比較常用在具有反射罩的燈具上，工程師常在反光罩採用Cold mirror或在頂端採用紅外反射膜的設計；近來，亦出現 PICVD (Plasma Impulse CVD) 新技術可在不規則的形狀鍍多層膜，但不廣泛。

薄膜在綠色照明的應用簡介

薄膜在綠色照明的應用簡介
從上世紀60年代開始，薄膜材料就廣泛應用於太陽能電池、LCD、影像管、LED技術，同時也應用於發光器件和照明器件上。
特別是將薄膜材料應用於綠色照明的產品中，對提高光效率、改善顯色性能、延長發光器具壽命等特性起革命性的作用。
如鹵鎢燈應用紅外反射膜提高了光效、延長了壽命。
密閉型螢光燈和細管徑螢光燈採用保護膜技術防止燈管發黑。
低壓鈉燈採用 紅外反射膜使光效提高到200 Im／W。
透明導電膜塗在螢光燈管內表面，使燈快速啟動。
鍍銀的銀反射鏡可提高器具效率和耐腐蝕性能。
在鍍鋁膜的基礎上加鍍光學多層膜製成增加反射處理反射鏡，除可提高耐久性和耐熱性外，還可提高效率l5％左右。
光觸媒膜用於螢光燈、高壓放電燈或燈具的表面能白行分解除汙，降低燈或燈具光衰的速率，提高燈具的透光率。
隨著薄膜材料技術的發展和在綠色照明產品中的廣泛應用，薄膜材料已成為綠色照明中提高產品效率，改善特性的重要材料。我們在此介紹在綠色照明產品中應用的紅外反射膜、光譜選擇性透射膜、保護膜、透明導電膜、光觸媒膜等的工作機理、成膜方法、膜的特性及應用。

綠色照明工程中薄膜的應用

綠色照明工程中薄膜的應用(The application of thin film material for green lighting project)
何謂綠色照明(Green lighting project)
以綠色照明技術而言，一般人並不清楚何謂“綠色照明” 的確實意義，一般會認為「照明不就是照亮嗎」!不少人認為凡是節能的照明就是綠色照明，這是把環保與科學用光兩者的概念相混淆了；還有人把消除了局部危害的照明，都冠之為綠色照明，這顯然也很片面的想法。
就現有科技水準而言綠色照明涵蓋3個方面：第一必須有一個優質的光源，即發光體發射出來的光對人的視覺是無害的； 第二必須有先進的照明技術， 確保最終的照明對人眼無害；第三這個照明的技術必須符合環保的原則；三者同時兼備才是真正的綠色照明。
綠色照明的基礎，優質光源有以下四點說明：
1.燈光源發出的光為全色光。所謂全色光，即光譜連續分佈在入眼可見範圍內視覺不易疲勞。
2.燈光光譜成份中應沒有紫外光和紅外光；因為長期過多接受紫外線，不僅容易引起角膜炎還會對晶狀體、視網膜、脈絡膜等造成傷害；紅外線極易被水吸收；過多的紅外線經過人眼晶狀體聚集時即被大量吸收，久而久之晶狀體會發生變性，導致白內障。
3.光的色溫應貼近自然光。色溫是用溫度表示光的顏色的一種量化指標， 因為人們長期在自然光下生活，人眼對自然光適應性強，視覺效果好。試驗證明，自然光條件下的視覺對比靈敏度高於人工光 5~7％ 以上。
4.燈光為無頻閃光。頻閃光是發光時出現一定頻率的亮暗交替變化。普通日光燈的供電頻率為60赫茲(台灣地區)，表示發光時每秒亮暗120次。屬於低頻率的頻閃光會使光進入眼晴的調節器官如睫狀肌、瞳孔括約肌等，處於緊張的調節狀態，導致視覺疲勞，從而加速青少年近視。如果發光時的供電頻率提高到數百赫茲以上，或以直流供電，人眼即不會有頻閃的感覺，也不會造成視力傷害，這種光稱為無頻閃光。
5.光源的製作過程和發光材料須儘量符合無毒原則，發光時須以最少的能量發揮最大的照度，這一點目訂受限於現有的技術和材料，實際上仍有相當的困難無法達到理想目標；如含汞燈和有毒螢光材料，但人類當致力於新技術的開發，來創造美麗的未來。
必須同時具備以上5方面要求的光才算是優質光源；目前市場上眾多燈光源均存在不同程度的不足；如白熾燈因紅外光譜超過發光總光譜60％以上，全色光平衡不理想，色溫較低，也造成電能的大量浪費，對人眼也不利；普通日光燈因紫外光成份較多又屬於低頻率的頻閃光，故光源品質不甚理想。
目前市場上較多的電子整流的節能螢光燈有一部分光源為無頻閃光，又為全色光，色溫也較接近自然光，不足之處是有紫外光；而應用於背光屏的冷光燈，更是不良的有毒製程而高耗能著稱。
要讓綠色照明到位，首先要有好的光源品質，再匹配優質的照明技術，兩者 缺一不可。












照明技術的好壞取決於以下四個方面：
1.眩光小：凡是感到刺眼的光就是眩光，極易使眼睛發生調節痙攣，嚴重時可損傷視網膜，導致失明；優質的照明技術必須在燈具上裝有消去直射和反射眩光的特殊技術措施，儘量將光源作漫射處理，同時使光能損失最小，成為人們常說的十分“柔和”的光進入人的視野。
2.照度高：所謂照度，即發光體發出的光能在臺面上反映出的高度，無眩光條件下的適當高照度，可使眼睛在觀察物體時感到輕鬆。
3.照度分佈均勻：自然光的照度分佈最好在人的視覺觀察範圍內，從中心至邊緣，均勻度為100％，因而不僅視覺效果好，而且長時間觀察不易疲勞。
當人工光的照度分佈均勻性達到60％以上時，對人眼適應性及視覺效果影響不大，當其均勻性小於50％時，人眼的視覺效果和視覺疲勞會明顯變差和加重。
4.觀察功能強：照明的目的在於觀察，若給觀察提供深層次的方便，如用特殊的技術，在檯燈的合適位置裝一個優良的光學放大鏡，既可使眼睛看東西放鬆，又能觀察肉眼看不清的東西。
在資訊時代， 視覺的安康太重要了。要保護好眼睛不僅應重視視覺衛生，也不能忽視用燈科學；目前，眼疾的發生率呈不斷上升趨勢，如視力下降、近視眼、白內障等，還有老花眼、“青光”眼提前發生，除極少數是由於遺傳因素的作用外，大多是視覺衛生與視覺光學等因素綜合影響的結果。
除了保護眼睛健康之外，綠色照明工程目的，也在於提高照明光源和器具的效率、節約能源、節省資源、減少污染、保護環境：隨著綠色照明工程的深入開展，人們開發出許多新的高效、節能光源和器具。
並且深入研究燈的發光機理、加速燈和器具的設計結構的改進，開發出更多新的材料及其有關的高新技術廣泛應用在燈和器具中。

註1：色溫定義:光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫.
因為大部分光源所發出的光皆通稱為白光,故光源的色表溫度或相關色溫度即用以指稱其光色相對白的程度，以量化光源的光色表現；根據Max Planck的理論，將一具完全吸收與放射能力的標準黑體加熱，溫度逐漸升高光度亦隨之改變;CIE色座標上的黑體曲線(Black body locus)顯示黑體由紅—橙紅—黃—黃白—白—藍白的過程.黑體加溫到出現與光源相同或接近光色時的溫度定義為該光源的相關色溫度，稱色溫：以絕對溫K(Kelvin,或稱開氏溫度)為單位(K=℃+273.15).因此，黑體加熱至呈紅色時溫度約527℃即800K,其他溫度影響光色變化。
光色愈偏藍，色溫愈高;偏紅則色溫愈低。一天當中畫光的光色亦隨時間變化:日出後40分鐘光色較黃，色溫3,000K;正午陽光雪白，上升至4,800-5,800K，陰天正午時分則約6,500K;日落前光色偏紅，色溫又降至紙2,200K。
其他光源的相關色溫度，因相關色溫度事實上是以黑體輻射接近光源光色時，對該光源光色表現的評價值，並非一種精確的顏色對比，故具相同色溫值的二光源，可能在光色外觀上仍有些許差異，僅馮色溫無法瞭解光源對物體的顯色能力，或在該光源下物體顏色的再現如何。
光源色溫不同,光色也不同,色溫在3300K以下有穩重的氣氛,溫暖的感覺;色溫在3000--5000K為中間色溫,有爽快的感覺;色溫在5000K以上有冷的感覺.不同光源的不同光色組成最佳环境。

不同光源環境的相關色溫度光源色溫
光源環境
光源色溫
北方晴空
8000-8500k
陰天
6500-7500k
夏日正午陽光
5500k
金屬鹵化物燈
4000-4600k
下午日光
4000k
冷色螢光燈
4000-5000k
高壓汞燈
3450-3750k
暖色螢光燈
2500-3000k
鹵素燈
3000k
鎢絲燈
2700k
高壓鈉燈
1950-2250k
蠟燭光
2000k

綠色薄膜(Thin Film of Green Technology)-前言

前言
綠色科技(Green Technology)指的是環境科學的應用，包含持續發展的方法和材料的應用，以潔淨和無毒的方式來生產工業產品和能源，目的在於保護地球的自然環境與資源，以及減低人類活動時所帶來對人類健康和生命的負面影響；其中永續發展是環境科技的核心目標，強調資源再生的利用和減少浪費；並且使用新的科技取代石化能源和化學污染的農業技術，而在解決環境問題時，其解決方法必須符合社會公平、合理經濟成本和自然環境健全的準則。
綠色薄膜(thin film of tecgnology)即討論應用在綠色科技上的薄膜技術和材料特性，在這個大範圍中，我們選擇了幾個領域來討論。
1. 綠色照明工程。
2. 綠色能源：特別指太陽能源的利用。
3. 光觸媒的環保工程。
在這些分別的領域中，我們會簡介薄膜在各個領域的應用方式，討論應用薄膜的特性和它們的製作方法。
這裡我們排除了一些有机的薄膜，儘管它們在綠色科技的應用甚廣，但是討論這些薄膜，技術上比較屬於化工的領域；所以我們偏好一些用PVD或CVD程序製造的薄膜，或許會介紹一些Sol-Gel程序，但還是以介紹薄膜的物理特性為主。