第五章 各种照明器件
5.1 荧光灯
5.1.1 荧光灯的结构及原理
荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电 过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。 它的优点是：结构简单、制造容易、价格便宜并且发光 效率高、光色好、寿命长。常见的普通荧光灯是圆形截面 的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。
用P-N结电致发光原理制成的发光二极管是在60年代末 得到迅速发展的。LED是注入式电致发光显示器件的典型。
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5.2.2 LED的伏安特性
I (mA)
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开启电压与材料有关，对 100 于 GaAs 是 1.0V ； 80 GaAs1-xPx 、 Ga1- 60 xAlxAs 大 致 是 1.5V ； 发 红 光 的 GP 是 1.8V ， 发 绿 40 光的GaP是2.0V。反向击 20 穿电压一般在-5V以上。
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5.1 荧光灯
荧光灯的典型结构
图4.4 荧光灯管
1—灯头；2—灯脚；3—玻璃芯柱；4—灯丝（钨丝，电极）； 5—玻管（内壁涂覆荧光粉，管内充惰性气体）；6—汞（少量）
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5.1 荧光灯
（1） 荧光灯需要镇流器和启辉器才能正常工作。 （2） 荧光灯的电流分为额定工作电流和额定启动电流两项。
1938年 G.E. Inman 制成了直接用于照明的荧光灯，使用了 三种不同发光色的第一代荧光粉(1938-1948年)： 蓝（CaWO4）,绿（Zn2SiO4:Mn2+），红（CdB2O5:Mn2+） 1944年英国的A.H. Mckeay发明了照明使用的卤素荧光粉： 其中化学通式： M5X(PO4)3: Sb 3+,Mn2+；其中M为碱土 金属 离子，X为卤素， Sb3+ , Mn2+ 为激活剂。
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U (V)
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5.2.3、亮度与电流关系
自发辐射情况下 由于存在非辐射复全以及隧道电流
在低电流密度下，m=1.3~1.5；在高电流 密度下，扩散电流起支配作用，m≈1。
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2.4、LED的驱动
（2.4）
额定工作电流根据灯管功率、灯管结构和电流密度而定。 额定启动电流是启动时预热灯丝的电流，它比额定工作电 流大。 在工作电流下，灯管上产生的电压降是荧光灯的管电压。
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5.1 荧光灯
荧光灯的接线图
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5.1 荧光灯
5.1.2 灯用荧光粉的发展
量水银的衡薄蒸气在高电压下会产生电离，被电离的气体二 次电子发射，轰击水银蒸气，使水银蒸气被激发，发射出紫 外线，紫外线激发荧光粉发光。亮度大于150lm，其特点 是寿命达20000小时，功耗在1~4W，有U形、M形和直管 形。
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5.2 半导体发光显示器件（LED）
RL (U CC U F ) / I F
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5.2.5、LED光源的特点
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5.3.1 P-N结发光原理
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5.3.1 P-N结发光原理
由于少数载流子在电场作用下能量增加，这些载流子在同 质结或异质结区的注入与复合而产生的发光叫做结型电致 发光（又称注入式电致发光）。概据这种发光现象制成的 发光器件称为结型电致发光显示器件。
1966年发明用的稀土荧光粉： 具有以下几个显著的优点。 1、窄带发射，发射能量可集中在特定的波长范围； 2、短紫外（185nm）辐射下稳定性好。 3、高温下能够维持较高的发射强度。
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5.2 冷阴极荧光灯
冷阴极荧光灯（CCF） 是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉的光源。掺有少
What is LED? Light emitting diodes,
commonly called LEDs, are used for dozens of different applications and are found in all kinds of devices (digital clocks, remote controls, light up watches and tell turned on indicator). Television screen
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5.1 荧光灯
荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使 荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有 两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙）， 俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧 光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成 压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态， 继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80％；次峰值波长是185nm，约占全部辐射 能的10％)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧 光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由 于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白 炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。 荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸 汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激 发成激发态，同时又激发态自发的返回到基态，将价电子的为能转化为电磁辐射 能，并辐射初3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm的短波紫外线）。屠夫 载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。