CCFL发光原理.docx
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CCFL发光原理
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α作用如图2.23所示，把放电灯管串联在1MΩ高电阻上，加上数十V的直流电压，测定μA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α，叫做电子碰撞电离系数。
α根据气体种类，密度（压力）以及电场强度而变化。
2.γ作用上述根据α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γ表示。
这个γ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。
γ作用和α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γ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40～45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
灯管的内径
小
中
大
辉度
高
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
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:
452nmGreen:
543nmRed:
611nm
[CFL的寿命特性]
1
辉度维持率的特性
辉度维持率
2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。
3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（λ）有图1所示的规定，V（λ）在波长555nm方面为V（λ）=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，Z2）色度坐标X，Y3）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2～4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（RestrictionoftheUseofCertainHazardousSubstance）
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
·零件安装半田
·连接器,FPC接线柱的镀焊锡
水银
1000ppm
·电子零件（开关等）
·荧光管
·接点
·发光
·CFL（注1）
镉
100ppm
·开关
·电线/涂饰
·接点
·颜料
·不含有
六价铬
1000ppm
·机械零件（薄金属板,螺钉,电极等）
·电极/涂饰
·镀
·颜料
·螺钉
·一个CFL电极
PBB/PBDE
1000ppm
·树脂成型品
·不易燃剂
·不含有
阈值:
等质材料的重量比。
检测出超过阈值的量时,判断为含有。
（注1）在一根灯管里不超过5mg的水银不适用。
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