CCFL发光原理.doc

冷阴极型荧光灯管（CFL） 翻译：邱成 日期：06.11.3 发光原理 冷阴极荧光灯内充满惰性气体和微量水银，且玻璃管内壁涂有荧光物质。当加高电压到管两端的电极上时,两极便开始放电(产生游离子),水银因电子和充入惰性气体的原子相互碰撞而被激发,产生紫外线(主要为253.7nm) 。紫外线激发荧光体,变换荧光体的材料组成的发光色(可视光区域)进行发光。 一般的荧光灯叫做热阴极形,首先预热灯丝,根据点灯的灯丝（热态起动）充填电子放射物质以维持放电,向比较而言,冷阴极荧光灯不要对电极进行预热,在冷的状态点灯,所以叫做冷阴极形。3.6.1放电开始 放电灯管在点灯状态需要的电压叫做起动电压,交流时多表示有效值。在普通状态是绝缘的气体中,在电场被加速的电子和气体原子相碰撞而电离,从阴极引出二次电子,电流急速的开始流动,从而电流增加从阴极开始发射热电子为放电开始。 1.电子的作用 如图2.23所示，把放电灯管串联在1M高电阻上，加上数十V的直流电压，测定A程度的电流（汤森得电流）。在这里，根据宇宙射线，放射性物质，光电效果等，灯管内发生的电子在电场加速，和气体原子相碰撞而电离，这些飞出的电子象雪崩似的增加到达阳极，能作为放电电流进行观测，一个电子向电场方向单位移动的区间的气体原子电离数，叫做电子碰撞电离系数。根据气体种类，密度（压力）以及电场强度而变化。 2.作用 上述根据作用产生的正离子相阴极方向移动，通过电场充分的加速，从阴极碰撞而出电子。这个电子叫做二次电子，1个正离子碰撞出平均的二次电子数用表示。这个作用是由正离子,准安定状态的原子和放电带来光的光电效果中产生的。 作用和作用过大的话，放电急速变大，放电电流增大向辉光放电转移。 4（Henning）亨宁（光学）效应 在氖气中加入微量的氩气的气体中，因为电子碰撞从准安定状态（16.62eV）激发的氖原子，把这能量给予氩原子（电离电压15.76V）从而电离。因为这个原因，如图3.24所示，混合气体的放电开始电压比纯氖气明显的低。这种现象叫做亨宁效应，这是根据主气体（以氖气为例）决定的大部分电子的平均能量，在主气体的准安定状态储蓄能量，添加的气体（氩）在电离时有充分的能量时产生的。也就是说，主气体的准稳定能级，以比添加气体的电离电压稍高的结构，产生更好的效果。 放电开始电压的温度特性 在这里，因为水银饱和蒸汽压力根据周围温度变化在低温时蒸汽压力低下，水银蒸汽和封入气体的亨宁效果减少放电开始电压上升，以及根据紫外线输出的低下产生光输出低下。并且，在高温时水银蒸汽压力过大，电子温度低下光输出也低下。辉光放电 3.6.2辉光放电 封入低压气体的放电管用小电流放电产生辉光放电，这时管内轴方向的电位分布和发光状态如图3.27所示。 在阴极前面产生急剧阴极下降，这个值达到数十数百V。根据作用从阴极出来的电子在阴极下降时开始加速，在阴极辉光，克鲁克斯暗部，负辉光下电离或激发，明暗模样在法拉第暗部向放电弧柱，阳极延伸。短的放电管放电弧柱短或者完全没有，阴极附近的部分不变。温度对灯管特性的影响水银蒸汽压力在很大程度上依靠周围温度(管壁温度),荧光管也有周围温度（管壁温度）的特性。 周围温度 低：水银蒸汽压力的不足引起激发低下,发光效率低下 (管壁温度) 周围温度 高：放出的紫外线被外侧的水银再吸收，发光效率低下 周围温度和辉度特性灯管辉度的温度峰值在4045度之间。在低温侧辉度低下时，发生灯管内水银蒸汽压力大幅度的减少，紫外线输出低下。一方面在高温侧辉度低下时，发生蒸汽压力过大，从水银侧的紫外线被二次吸收，发光效率变差。因为管壁温度也有同样的特性，CFL在良好的效率状态使用时,为使管壁达到最适合温度,有必要设定管径和管电流。 灯管电流和辉度特性灯管电流在达到120%之前，呈直线变动的特性，这以后即使增加灯管电流也没有比率。管内电流密度变高，灯管自身的发热导致温度上升，根据上述的原因会发生的现象。 亮度（辉度）升高特性点灯之后，因为玻璃管内封入的水银蒸汽压力较低亮度（辉度）较低，随着管壁温度上升蒸汽压力变高，慢慢的变亮起来。这种倾向在周围温度低的时候显著的表现出来。（根据每个灯管的品种，变压器的设计，点灯灯管的电流而有所不同，仅作为参考例子。） A 灯管内径和灯管特性的关系当同一电流时，电流密度变高。灯管的内径小中大辉度高（1）和（2）关系之间有最大值低荧光体表面积小大全光束最大灯管电压高低放电开始电压高低B 封入气体压力和灯管特性的关系封入气体压力小中大灯管电压低高放电开始电压低气体压力上升，平均自由行程变小高灯管温度低高电极黑化大小寿命短长 C. 灯管色度和辉度关系人眼睛的视感度的最大波长可达到555nm（黄绿）。因为这个原因灯管接近黄绿色调，辉度变高。在实际使用条件色度图的y值很高，辉度也变高。D. 暗黑始动特性把CFL放置在暗黑状态，就会发生放电开始时间变迟的现象。认为原因为CFL内初期电子的量比通常时减少。CFL内的初期电子对CFL的开始放电有着重要的作用。通常，当有外光照射时根据得到的能量初期电子的量变多，初期电子的放电概率变高时，很容易放电。但是，把CFL放置在暗黑状态时，初期电子的量减少，初期电子放电概率变低时，放电开始时间也就延迟了。E 发光光谱 发光峰值波长 Blue: 452nm Green: 543nm Red: 611nmCFL的寿命特性原因2 紫外线引起荧光体劣化，紫外线引起玻璃着色 辉度维持率的特性 辉度维持率原因1荧光体和水银融合辉度低下 原因3 缺乏有效水银，稀有气体放电呈粉红色发光 寿命试验中发生的现象Ni制的电极被黑化附着在玻璃管的内壁。这时，因为被黑化的Ni和水银形成合金（管端黑化的部分），管内的有效水银被慢慢的消耗。管端黑化部分 在寿命末期缺乏有效水银发生的现象因为缺乏有效水银，会加速发生如下的现象 电极黑化的加速 管端黑化物质不断的堆积管端黑化物质和电极接触时，在黑化物质和灯管周边部位的金属之间发生火花放电，在玻璃管上发生气泡，气孔，管裂，凹陷等。 封入气体的消耗 关于色温度和亮度 照明R和D中心1. 关于标准比视感度对于亮度的感觉随着波长而不同。作为国际标准比视感度V（）有图1所示的规定，V（）在波长555nm方面为V（）=1。也就是说，亮度感度在波长为555nm时最大。2. 关于颜色的表现作为光源和物体颜色的表示方法，1）用光源的分光分布，物体的分光反射，透过率来决定三个刺激值X，Y，Z 2）色度坐标X，Y 3）色温度和完全放射体轨迹的偏差量，使用相关色温度表示。图24表现的一个例子。3. 颜色和亮度视感度有这样的特性，在如图1所示波长555nm时最大，用图4色度坐标所示相当于“黄绿”领域的光谱。也就是说，在测定的光源发光色分光特性方面，用图1表示接近555nm光谱的量很大（刺激值Y大），并且发光色的色度坐标用图4表示接近“黄绿”领域的光源变亮。背光板使用的CFL发光色大体上和图4色度坐标所示“白”的领域相符。在这样的领域考虑时，首先所示接近“黄绿”领域在广义上可以说发光色的色度坐标y值变高。（y值高的光源明亮）4. 颜色温度和亮度图3在色度图上表示颜色温度，实际上通过各区域的等色温度线用直线表示。图5在“白”的领域x,y色度图等用等色温度线表示。为了使这个图和图4对比明晰,即使同样色温度的光源,根据完全放射体轨迹的偏差量的不同，存在不同光的色度。（从绿到白和从紫到白在等色温度线上是同样的色温度）关于亮度，首先象先前说明的一样和在广义上y值高的光源明亮的想法相适应，在图5等色温度线上，完全放射体轨迹的偏差是和y值高的方向偏差的值（接近黄绿）叫做亮的光源。5. 结论1) 亮度的感度如图1所示在555nm最大。2) 光源的发光色 在分光分布方面接近555nm领域的光谱量很大 在色度坐标方面接近“黄绿”领域（广义上y值高） 在等色温度线方面偏差量大的“黄绿”侧（y值高的方面大）明亮。3）即使同样的色温度因为偏差量的差还存在其他色度的光源。RoHS指令的概要RoHS(Restriction of the Use of Certain Hazardous Substance) RoHS指令是关于电气电子机器有害物质的使用限制的欧洲指令禁止使用对象有害物质的制品。 （对厂商有不含有有害物质的保证义务以及根据抽取检测进行监视）使用限制开始（实行）时期：2006年7月1日2003年2月13日生效（EC加盟国在18个月内各个国家法制化）（注）日立小组在2005年3月31日之前全面废止。RoHS对象物质（以下6种物质）铅(Pb)水银（Hg）镉(Cd)六价铬（Cr+6）聚乙烯溴化联二苯(PBB)聚乙烯溴化联二苯醚(PBDE) 主要含有的RoHS指令对象物质例子物质阈值(案)含有的供应品用途例子TET制品铅1000ppm电子零件(IC,小零件,连接零件)电线涂饰电池焊锡,镀接线柱等安定剂,颜料颜料电池零件安装