2023年12月30日发(作者：章名涛)
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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。
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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。
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[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。
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[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。
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■ 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
辉度
荧光体表面积
全光束
灯管电压
放电开始电压
小
高
小
高
高
中
最大
大
低
大
低
低
当同一电流时，电流密度变高。
（1）和（2）关系之间有最大值
B． 封入气体压力和灯管特性的关系
封入气体压力
灯管电压
放电开始电压
灯管温度
电极黑化
寿命
小
低
低
低
大
短
中
大
高
高
高
小
长
气体压力上升，平均自由行程变小
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。
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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: 611nm
[CFL的寿命特性]
① 辉度维持率的特性
原因2
辉度维持率
紫外线引起荧光体劣
化，紫外线引起玻璃着色
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
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。
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管端黑化部分
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，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2～4表现的一个例子。
3.
4. 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。
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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）
5.
6. 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。
7.
8. 结论
1) 亮度的感度如图1所示在555nm最大。
2)
3) 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。
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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
铅
阈值(案)
1000ppm
含有的供应品
·电子零件(IC,小零件,连接零件)
·电线
·涂饰
·电池
·电子零件(开关等)
·荧光管
·开关
·电线/涂饰
·机械零件(薄金属板,螺钉,电极等)
·电极/涂饰
·树脂成型品
用途例子
·焊锡,镀接线柱等
·安定剂,颜料
·颜料
·电池
·接点
·发光
·接点
·颜料
·镀
·颜料
·不易燃剂
TET制品
·零件安装半田
·连接器,FPC接线柱的镀焊锡
·CFL(注1)
·不含有
·螺钉
·一个CFL电极
·不含有
水银
镉
六价铬
1000ppm
100ppm
1000ppm
PBB/PBDE 1000ppm
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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