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电子激励荧光节能灯

更新时间:2016-01-18  来源:未知  有61人阅读

核心提示:目前市售的紧凑型荧光灯(俗称节能灯,下简称含Hg荧光灯)都是利用Hg原子受激后,辐射紫外线激发荧光粉发光,Hg在生产过程中和废旧灯管废弃破损时灯管内的Hg必然泄漏到环境中,Hg在环境中逐渐积累,浓度增加,天长日久会造成严重的后果,国外已有先例。电子

目前市售的紧凑型荧光灯(俗称节能灯,下简称含Hg荧光灯)都是利用Hg原子受激后,辐射紫外线激发荧光粉发光,Hg在生产过程中和废旧灯管废弃破损时灯管内的Hg必然泄漏到环境中,Hg在环境中逐渐积累,浓度增加,天长日久会造成严重的后果,国外已有先例。电子激励荧光灯(简称电激灯)是利用电子在真空电场中加速获得的动能直接轰击三基色荧光粉发光,不用Hg激发发光,完全不含Hg,安全环保和目前最受推宗的LED一样,因此是含Hg荧光灯转产无Hg荧光灯最便捷改造投资最少的技术途径。
        三基色稀土荧光粉简称R.G.B荧光粉,是一种仿生物荧火虫冷发光研究的成果,发光时不用强烈的氧化燃烧,发光发热。这种人工合成的冷发光材料光电转换效率高,工作寿命长,无污染,显色性好,材料生产工艺成熟,在LED中也得到部分的应用,即Y.G荧光粉,这种宝贵的研究成果在电轰灯中得完全的集成应用。提高了创新的可靠性,降低了创新的成本。
        R.G.B荧光粉是受激时能分别辐射红、绿、蓝三种光色的荧光粉,经适当的配比可发出日光也可发各种彩色的光线。在含Hg荧光灯中采用光致激励的办法,用Hg辐射253.7nm波长的光子能激发R.G.B发日光。253.7nm波长的光能可用公式求出△E(h.v)=4.88ev。众所周知,能量有各种形式,但都可以互相变换,早在爱因斯坦做光电效应实验时就用公式求出△E=φ+½mv2,即光能变成了电子从固体中的逸出能和电子动能。已被禁用的白炽灯是电子在外电场作用下穿越钨丝时与钨晶格碰撞引起钨丝发热发光,电能变成热能和光能。R.G.B荧光粉R表示红光,λ=611nm,光子能         △E=2.07ev;G代表绿光,λ=545nm,△E=2.27ev;B代表蓝光,λ=452nm,△E=2.54ev,总的能量是7.02ev。当外部激励R.G.B能量超过这个数量时就可以使R.G.B荧光粉发光,这个级别的能量在电激灯中是很容易达到的。远比用Hg激励简便。而且荧光灯的显色性更容易做准确。因为含Hg灯中游离时共辐射了10条光谱线,5条蓝光,5条紫外线,其中辐射λ=253.7nm紫外光能刚好能满足激发R.G荧光粉的所需激发能。灯光全日光的配色需部分吸收Hg的蓝光,因此R.G.B光色事先难配准,而电激灯中,电子不发光,完全由R.G.B荧光粉配比决定。电激灯可以通过N极(电子发射极)的温度,调节电子的发射数量控制投射到涂敷荧光粉P极(电子接收极)上的平均功率,这一点也比LED好,LED不可能单独控制穿越P—N结的电子数量,只能靠外加电源电压控制。
         含Hg荧光灯是一种气放电器件,不仅Hg蒸汽有毒,而且气体放电有一个马鞍形的V—I特性 (伏安特性)见图。在电路应用,需设计一个功能颇为复杂的Q特性的串联谐振电路,使电路可靠性降低,成本增加。
 


         含Hg荧光灯在运行时,灯管内存在大量的Ar和Hg的正离子,不断地轰击灯丝,使灯丝表面涂敷的Ba层溅射脱落,缩短灯丝寿命,从而也降低了灯的寿命。而电激荧光灯是真空的,无正离子轰击。电源部件是一个市电桥式整流调压器。
         电激灯除了无Hg毒害,更有光电转换效率高的优点。电子在真空电场中穿越获得的动能1/2mv²=Ue= hv转化成光能一步到位,光电转效率取决于R.G.B荧光粉的性能。而LED在电流通过InGaN衬底时,必然受衬底晶格的阻变礙成热能,影响结的稳定性,也影响LED光电效率,这始终是LED的一个瓶颈。
电激灯灯丝在真空中无Ar,Hg正离子的轰击损伤,灯丝的发射电子面积可以做得比较大些,目前涂敷Ba激活灯丝的电子逸出功可低到1.1ev, P电极(电子接收极)的电压可以调得较高,不同于LED结电压的有限性。可以诱发肖基特效应,更可降低灯丝工作温度,延长灯丝寿命。可能接近LED寿命。且灯丝也不一定采用贵金属W,也可用FeCrA1丝,更有一种半导体SiC发热材料,发热元件可以整体压制,更简化了电轰灯的制造工艺,降低成本,做到价廉物美。
         电激灯是二极结构。在真空中设置一个带正电的涂荧光粉的电极,另一边是一个发射电子的负极,暂且也称谓P、N极,但二者不联结成一体,用真空介质隔开。而LED的P—N结是不可分离的整体,又精细,又脆弱,要一套微电子加工工艺制造,各种条件比较苛刻,而电激灯二极完全是独立组装零件,可以用宏观的电子工艺制造比LED简便易行,LED做小易做大就很难,而作照明电源大多数场合要求光明普照,具有较大的照射场,二种电光源各有优劣长短,各有并存条件。
          电激灯可以将二极拉开做大,可以做到几百瓦,可以替代HlD灯,而不用HlD灯的高温,高压金属蒸汽,除了Hg蒸汽,甚而用剧毒的Ti元素,以求得较完美的显色性。HiD灯工作时需要设置一套工频LC部件,价格比灯贵,数百元不等,耗用许多电工铜,电工钢材,用电激灯替代,可节省资财。
         含Hg荧光灯管的表面光荷功率密度只有0.1w/cm2,LED的光荷功率密度相当100 w/cm2(1w/mm2),LED也用Y.G荧光粉,因此电激灯将光荷功率密度适当调高到1-2w/cm²增加10倍,电激灯的体积可比含Hg荧光灯体积缩小一大半,可以很大程度节省制灯的工料,且减少在制造过程使用和运输过程中的破损率。LED的发光结区只有微米量级,因此P-N结的热容量很小,要用上比结区大几百倍的散热附件,从资源节省的标准衡量并无优势。光功率密度2w/cm²左右电激灯就可以比LED更有替代HlD的优势。
         电激灯另一优点是它的制造工艺、设备、材料、技术与含Hg荧光灯相差不大,当今含Hg荧光灯以形成规模化生产,各种资源配套齐全,转产不需要增加大量新增投资,企业资金回收快,企业效益高,转产停用资源,报废设备少,对贯彻国家资源节省,可持续发展的方针是一种切实的行动。
         LED和半导体器件几乎同时被发现。各种各样的分立和集成半导体有源器件早已占据了统治地位,LED依然步履艰难,这是因为LED正向导通结电压必须满足△E=hv条件。而半导体电讯号处理器件正向导通结电压愈小愈好,减少结功耗。数字电信号传输采用脉冲饱和导通,电流引出信号,器件的功耗都产生在脉冲前后沿的升降时区,要求改进器件的开关特性。LED则是大功率器件,大电流高结压降,光能输出,几十年来依靠传导散热技术,要更好解决结的散热尚待时日。改用电激灯是一种极好的补充电光源。
本文内容已申请了专利并获授权:ZL2011 1 029 0663.8
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