電子激勵熒光節(jié)能燈

樓正旺

【摘 要】 電子激勵熒光燈（簡稱電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，對節(jié)能減排具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能 電子激勵熒光節(jié)能燈 節(jié)能原理

目前市售的熒光節(jié)能燈（含Hg熒光燈）都是利用Hg激勵輻射紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，Hg在生產(chǎn)過程中和廢舊燈管廢棄破損時燈管內(nèi)的Hg必然泄漏到環(huán)境中，造成嚴重的后果。電子激勵熒光燈（電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，因此是含Hg節(jié)能燈轉(zhuǎn)產(chǎn)無Hg熒光節(jié)能燈最便捷改造投資最少的技術(shù)途徑。

三基色稀土熒光粉簡稱R.G.B熒光粉，是一種仿生物熒火蟲冷發(fā)光研究的成果，發(fā)光時不用強烈的氧化燃燒，發(fā)光發(fā)熱。這種人工合成的冷發(fā)光材料光電轉(zhuǎn)換效率高，工作壽命長，無污染，顯色性好，材料生產(chǎn)工藝成熟，在LED中也得到部分的應用，即Y.G熒光粉，這種寶貴的研究成果在電轟燈中得到完全的集成應用。提高了創(chuàng)新可靠性，降低了創(chuàng)新成本。

R.G.B熒光粉是受激時能分別輻射紅、綠、藍三種光色的熒光粉，經(jīng)適當?shù)呐浔瓤砂l(fā)出日光也可發(fā)各種彩色的光線。在含Hg熒光燈中采用光致激勵的辦法，用Hg輻射253.7nm波長的光子能激發(fā)R.G.B發(fā)日光。253.7nm波長的光能可用公式求出△E=h.v=4.88ev。眾所周知，能量有各種形式但都可以互相變換，早在愛因斯坦做光電效應實驗時就用公式求出△E=We+mv2光能變成右式中的電能和電子動能。已被禁用的白熾燈是電子在外電場作用下穿越鎢絲時與鎢晶格碰撞引起鎢絲發(fā)熱發(fā)光，電能變成熱能和光能。R.G.B熒光粉R表示紅光，λ=611nm，光子能△E=2.07ev，G代表綠光，λ=545nm。△E=2.27ev，B代表藍光，λ=452nm，△E=2.74ev，總的能量是7.02ev，當外部激勵R.G.B能量超過這個數(shù)量時就可以使R.G.B熒光粉發(fā)光，這個級別的能量在電激燈中是很用達到的。遠比用Hg激勵簡便。而且熒光燈的顯色性更容易做準確。因為含Hg燈中游離時共輻射了10條光譜線，5條藍光，5條紫外線，其中輻射λ=253.7nm紫外光能剛好能滿足激發(fā)R.G熒光粉的所需激發(fā)能。燈光全日光的配色需部分吸收Hg的藍光，因此R.G.B光色事先難配準，而電激燈中，電子不發(fā)光，完全由R.G.B熒光粉配比決定。電激燈可以通過N極的溫度，調(diào)節(jié)電子的發(fā)射數(shù)量控制投射到涂溥熒光粉P極上的平均功率，這一點也比LED好，LED不可能單獨控制穿越P—N結(jié)的電子數(shù)量，只能靠外加電源電壓控制。

含Hg熒光燈是一種充氣放電元件，不僅Hg蒸汽有毒，而且氣體放電有一個馬鞍形的V—I特性，在電路應用需設計一個功能頗為復雜的Q特性的串聯(lián)諧振電路，使電路可靠性降低，成本增加。

含Hg熒光燈在運行時，燈管內(nèi)存在大量的Ar，Hg離子，吸聚在燈絲周圍，隨時可能轟擊燈絲，使燈絲表面溥Ba層濺射脫落，縮短燈絲壽命，因此市場聲譽一直不佳。而電激熒光燈是真空的，無重離子轟擊。

電激燈除了無Hg毒害，更有光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點。電子在真空電場中穿越獲得的動能1/2mv2=Ue=Σhv轉(zhuǎn)化成光能一步到位，光電轉(zhuǎn)效率取決于R.G.B熒光粉的性能。而LED在電流通過InGaN襯底時，必然受襯底晶格的阻礙變成熱能，影響結(jié)的穩(wěn)定性，也影響LED光電效率，這始終是LED的一個瓶頸。

電激燈燈絲在真空中無Ar，Hg重離子的轟擊損傷，燈絲的發(fā)射電子面積可以做得比較大些，目前溥Ba激活燈絲的電子逸出功可低到1.1ev，熒光P電極的電壓可以調(diào)得較高，不同于LED結(jié)電壓的有限性。可以誘發(fā)肖基特效應，更可降低燈絲工作溫度，延長燈絲壽命。可能接近LED壽命。且燈絲也不一定采用貴金屬W，也可用FeCrA1絲，更有一種半導體SiC發(fā)熱材料，發(fā)熱元件可以整體壓制，更簡化了制造工藝，降低成本。

電激燈也是二極結(jié)構(gòu)。在真空中設置一個帶正電的涂熒光粉的電極，另一邊是一個發(fā)射電子的負極，暫且也稱謂P、N極，但二者不聯(lián)結(jié)成一體，用真空介質(zhì)隔離。而LED的P—N結(jié)是不可分離的整體，又精細，又脆弱，要一套微電子加工工藝制造，各種條件比較苛刻，而電激燈二極完全是獨立組裝零件，可以用宏觀的電子工藝制造比LED簡便易行，作照明電源大多數(shù)場合要求光明普照，具有較大的照射場。

電激燈可以將二極拉開做大，可以做到幾百瓦，可以替代HiD，而不用HiD的高溫，高壓金屬蒸汽，除了Hg蒸汽，甚而用劇毒的Ti元素，以求得較完美的顯色性。HiD也是一種氣體放電燈，工作時需要設置一套工頻LC部件，價格比燈貴，數(shù)百元不等，耗用許多電工銅，電工鋼材，用電激燈替代，可節(jié)省數(shù)億資財。

含Hg熒光燈管的表面光荷功率密度只有0.1w/cm2，LED的光荷功率密度相當100w/cm2（1w/2），LED也用Y.G熒光粉，因此電激燈將光荷功率密度適當調(diào)高到1-2w/cm2增加10倍，電激燈的體積可比含Hg熒光燈體積縮小一大半，可以很大程度節(jié)省制燈的工料，且減少在制造過程使用和運輸過程中的破損率。LED的發(fā)光結(jié)區(qū)只有微米量級，因此P-N結(jié)的熱容量很小，從資源節(jié)省的標準衡量并無優(yōu)勢。光功率密度2w/cm2左右電激燈就可以比LED更有替代HiD的優(yōu)勢。

電激燈另一優(yōu)點是它的制造工藝、設備、材料、技術(shù)與含Hg熒光燈相差不大，對貫徹國家資源節(jié)省，可持續(xù)發(fā)展的方針是一種切實的行動。

LED和半導體器件幾乎同時被發(fā)現(xiàn)。各種各樣的分立和集成半導體有源器件早已占據(jù)了統(tǒng)沿地位，LED步履艱難，因為LED正向?qū)ńY(jié)電壓必須滿足△E=h.v方程條件。而半導體電訊號處理器件正向?qū)ńY(jié)電壓愈小愈好。LED則是大功率器件，大電流高結(jié)壓降，光能輸出，幾十年來依靠傳導散熱技術(shù)，要更好解決結(jié)的散熱尚待時日。改用電激燈是一種極好的補充電光源。endprint

【摘 要】 電子激勵熒光燈（簡稱電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，對節(jié)能減排具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能 電子激勵熒光節(jié)能燈 節(jié)能原理

目前市售的熒光節(jié)能燈（含Hg熒光燈）都是利用Hg激勵輻射紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，Hg在生產(chǎn)過程中和廢舊燈管廢棄破損時燈管內(nèi)的Hg必然泄漏到環(huán)境中，造成嚴重的后果。電子激勵熒光燈（電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，因此是含Hg節(jié)能燈轉(zhuǎn)產(chǎn)無Hg熒光節(jié)能燈最便捷改造投資最少的技術(shù)途徑。

三基色稀土熒光粉簡稱R.G.B熒光粉，是一種仿生物熒火蟲冷發(fā)光研究的成果，發(fā)光時不用強烈的氧化燃燒，發(fā)光發(fā)熱。這種人工合成的冷發(fā)光材料光電轉(zhuǎn)換效率高，工作壽命長，無污染，顯色性好，材料生產(chǎn)工藝成熟，在LED中也得到部分的應用，即Y.G熒光粉，這種寶貴的研究成果在電轟燈中得到完全的集成應用。提高了創(chuàng)新可靠性，降低了創(chuàng)新成本。

R.G.B熒光粉是受激時能分別輻射紅、綠、藍三種光色的熒光粉，經(jīng)適當?shù)呐浔瓤砂l(fā)出日光也可發(fā)各種彩色的光線。在含Hg熒光燈中采用光致激勵的辦法，用Hg輻射253.7nm波長的光子能激發(fā)R.G.B發(fā)日光。253.7nm波長的光能可用公式求出△E=h.v=4.88ev。眾所周知，能量有各種形式但都可以互相變換，早在愛因斯坦做光電效應實驗時就用公式求出△E=We+mv2光能變成右式中的電能和電子動能。已被禁用的白熾燈是電子在外電場作用下穿越鎢絲時與鎢晶格碰撞引起鎢絲發(fā)熱發(fā)光，電能變成熱能和光能。R.G.B熒光粉R表示紅光，λ=611nm，光子能△E=2.07ev，G代表綠光，λ=545nm。△E=2.27ev，B代表藍光，λ=452nm，△E=2.74ev，總的能量是7.02ev，當外部激勵R.G.B能量超過這個數(shù)量時就可以使R.G.B熒光粉發(fā)光，這個級別的能量在電激燈中是很用達到的。遠比用Hg激勵簡便。而且熒光燈的顯色性更容易做準確。因為含Hg燈中游離時共輻射了10條光譜線，5條藍光，5條紫外線，其中輻射λ=253.7nm紫外光能剛好能滿足激發(fā)R.G熒光粉的所需激發(fā)能。燈光全日光的配色需部分吸收Hg的藍光，因此R.G.B光色事先難配準，而電激燈中，電子不發(fā)光，完全由R.G.B熒光粉配比決定。電激燈可以通過N極的溫度，調(diào)節(jié)電子的發(fā)射數(shù)量控制投射到涂溥熒光粉P極上的平均功率，這一點也比LED好，LED不可能單獨控制穿越P—N結(jié)的電子數(shù)量，只能靠外加電源電壓控制。

含Hg熒光燈是一種充氣放電元件，不僅Hg蒸汽有毒，而且氣體放電有一個馬鞍形的V—I特性，在電路應用需設計一個功能頗為復雜的Q特性的串聯(lián)諧振電路，使電路可靠性降低，成本增加。

含Hg熒光燈在運行時，燈管內(nèi)存在大量的Ar，Hg離子，吸聚在燈絲周圍，隨時可能轟擊燈絲，使燈絲表面溥Ba層濺射脫落，縮短燈絲壽命，因此市場聲譽一直不佳。而電激熒光燈是真空的，無重離子轟擊。

電激燈除了無Hg毒害，更有光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點。電子在真空電場中穿越獲得的動能1/2mv2=Ue=Σhv轉(zhuǎn)化成光能一步到位，光電轉(zhuǎn)效率取決于R.G.B熒光粉的性能。而LED在電流通過InGaN襯底時，必然受襯底晶格的阻礙變成熱能，影響結(jié)的穩(wěn)定性，也影響LED光電效率，這始終是LED的一個瓶頸。

電激燈燈絲在真空中無Ar，Hg重離子的轟擊損傷，燈絲的發(fā)射電子面積可以做得比較大些，目前溥Ba激活燈絲的電子逸出功可低到1.1ev，熒光P電極的電壓可以調(diào)得較高，不同于LED結(jié)電壓的有限性。可以誘發(fā)肖基特效應，更可降低燈絲工作溫度，延長燈絲壽命。可能接近LED壽命。且燈絲也不一定采用貴金屬W，也可用FeCrA1絲，更有一種半導體SiC發(fā)熱材料，發(fā)熱元件可以整體壓制，更簡化了制造工藝，降低成本。

電激燈也是二極結(jié)構(gòu)。在真空中設置一個帶正電的涂熒光粉的電極，另一邊是一個發(fā)射電子的負極，暫且也稱謂P、N極，但二者不聯(lián)結(jié)成一體，用真空介質(zhì)隔離。而LED的P—N結(jié)是不可分離的整體，又精細，又脆弱，要一套微電子加工工藝制造，各種條件比較苛刻，而電激燈二極完全是獨立組裝零件，可以用宏觀的電子工藝制造比LED簡便易行，作照明電源大多數(shù)場合要求光明普照，具有較大的照射場。

電激燈可以將二極拉開做大，可以做到幾百瓦，可以替代HiD，而不用HiD的高溫，高壓金屬蒸汽，除了Hg蒸汽，甚而用劇毒的Ti元素，以求得較完美的顯色性。HiD也是一種氣體放電燈，工作時需要設置一套工頻LC部件，價格比燈貴，數(shù)百元不等，耗用許多電工銅，電工鋼材，用電激燈替代，可節(jié)省數(shù)億資財。

含Hg熒光燈管的表面光荷功率密度只有0.1w/cm2，LED的光荷功率密度相當100w/cm2（1w/2），LED也用Y.G熒光粉，因此電激燈將光荷功率密度適當調(diào)高到1-2w/cm2增加10倍，電激燈的體積可比含Hg熒光燈體積縮小一大半，可以很大程度節(jié)省制燈的工料，且減少在制造過程使用和運輸過程中的破損率。LED的發(fā)光結(jié)區(qū)只有微米量級，因此P-N結(jié)的熱容量很小，從資源節(jié)省的標準衡量并無優(yōu)勢。光功率密度2w/cm2左右電激燈就可以比LED更有替代HiD的優(yōu)勢。

電激燈另一優(yōu)點是它的制造工藝、設備、材料、技術(shù)與含Hg熒光燈相差不大，對貫徹國家資源節(jié)省，可持續(xù)發(fā)展的方針是一種切實的行動。

LED和半導體器件幾乎同時被發(fā)現(xiàn)。各種各樣的分立和集成半導體有源器件早已占據(jù)了統(tǒng)沿地位，LED步履艱難，因為LED正向?qū)ńY(jié)電壓必須滿足△E=h.v方程條件。而半導體電訊號處理器件正向?qū)ńY(jié)電壓愈小愈好。LED則是大功率器件，大電流高結(jié)壓降，光能輸出，幾十年來依靠傳導散熱技術(shù)，要更好解決結(jié)的散熱尚待時日。改用電激燈是一種極好的補充電光源。endprint

【摘 要】 電子激勵熒光燈（簡稱電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，對節(jié)能減排具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能 電子激勵熒光節(jié)能燈 節(jié)能原理

目前市售的熒光節(jié)能燈（含Hg熒光燈）都是利用Hg激勵輻射紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，Hg在生產(chǎn)過程中和廢舊燈管廢棄破損時燈管內(nèi)的Hg必然泄漏到環(huán)境中，造成嚴重的后果。電子激勵熒光燈（電激燈）是利用電子在真空電場中加速獲得的動能直接轟擊三基色熒光粉發(fā)光，不用Hg激發(fā)發(fā)光，完全不含Hg，安全環(huán)保和目前最受推宗的LED一樣，因此是含Hg節(jié)能燈轉(zhuǎn)產(chǎn)無Hg熒光節(jié)能燈最便捷改造投資最少的技術(shù)途徑。

三基色稀土熒光粉簡稱R.G.B熒光粉，是一種仿生物熒火蟲冷發(fā)光研究的成果，發(fā)光時不用強烈的氧化燃燒，發(fā)光發(fā)熱。這種人工合成的冷發(fā)光材料光電轉(zhuǎn)換效率高，工作壽命長，無污染，顯色性好，材料生產(chǎn)工藝成熟，在LED中也得到部分的應用，即Y.G熒光粉，這種寶貴的研究成果在電轟燈中得到完全的集成應用。提高了創(chuàng)新可靠性，降低了創(chuàng)新成本。

R.G.B熒光粉是受激時能分別輻射紅、綠、藍三種光色的熒光粉，經(jīng)適當?shù)呐浔瓤砂l(fā)出日光也可發(fā)各種彩色的光線。在含Hg熒光燈中采用光致激勵的辦法，用Hg輻射253.7nm波長的光子能激發(fā)R.G.B發(fā)日光。253.7nm波長的光能可用公式求出△E=h.v=4.88ev。眾所周知，能量有各種形式但都可以互相變換，早在愛因斯坦做光電效應實驗時就用公式求出△E=We+mv2光能變成右式中的電能和電子動能。已被禁用的白熾燈是電子在外電場作用下穿越鎢絲時與鎢晶格碰撞引起鎢絲發(fā)熱發(fā)光，電能變成熱能和光能。R.G.B熒光粉R表示紅光，λ=611nm，光子能△E=2.07ev，G代表綠光，λ=545nm。△E=2.27ev，B代表藍光，λ=452nm，△E=2.74ev，總的能量是7.02ev，當外部激勵R.G.B能量超過這個數(shù)量時就可以使R.G.B熒光粉發(fā)光，這個級別的能量在電激燈中是很用達到的。遠比用Hg激勵簡便。而且熒光燈的顯色性更容易做準確。因為含Hg燈中游離時共輻射了10條光譜線，5條藍光，5條紫外線，其中輻射λ=253.7nm紫外光能剛好能滿足激發(fā)R.G熒光粉的所需激發(fā)能。燈光全日光的配色需部分吸收Hg的藍光，因此R.G.B光色事先難配準，而電激燈中，電子不發(fā)光，完全由R.G.B熒光粉配比決定。電激燈可以通過N極的溫度，調(diào)節(jié)電子的發(fā)射數(shù)量控制投射到涂溥熒光粉P極上的平均功率，這一點也比LED好，LED不可能單獨控制穿越P—N結(jié)的電子數(shù)量，只能靠外加電源電壓控制。

含Hg熒光燈是一種充氣放電元件，不僅Hg蒸汽有毒，而且氣體放電有一個馬鞍形的V—I特性，在電路應用需設計一個功能頗為復雜的Q特性的串聯(lián)諧振電路，使電路可靠性降低，成本增加。

含Hg熒光燈在運行時，燈管內(nèi)存在大量的Ar，Hg離子，吸聚在燈絲周圍，隨時可能轟擊燈絲，使燈絲表面溥Ba層濺射脫落，縮短燈絲壽命，因此市場聲譽一直不佳。而電激熒光燈是真空的，無重離子轟擊。

電激燈除了無Hg毒害，更有光電轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點。電子在真空電場中穿越獲得的動能1/2mv2=Ue=Σhv轉(zhuǎn)化成光能一步到位，光電轉(zhuǎn)效率取決于R.G.B熒光粉的性能。而LED在電流通過InGaN襯底時，必然受襯底晶格的阻礙變成熱能，影響結(jié)的穩(wěn)定性，也影響LED光電效率，這始終是LED的一個瓶頸。

電激燈燈絲在真空中無Ar，Hg重離子的轟擊損傷，燈絲的發(fā)射電子面積可以做得比較大些，目前溥Ba激活燈絲的電子逸出功可低到1.1ev，熒光P電極的電壓可以調(diào)得較高，不同于LED結(jié)電壓的有限性。可以誘發(fā)肖基特效應，更可降低燈絲工作溫度，延長燈絲壽命。可能接近LED壽命。且燈絲也不一定采用貴金屬W，也可用FeCrA1絲，更有一種半導體SiC發(fā)熱材料，發(fā)熱元件可以整體壓制，更簡化了制造工藝，降低成本。

電激燈也是二極結(jié)構(gòu)。在真空中設置一個帶正電的涂熒光粉的電極，另一邊是一個發(fā)射電子的負極，暫且也稱謂P、N極，但二者不聯(lián)結(jié)成一體，用真空介質(zhì)隔離。而LED的P—N結(jié)是不可分離的整體，又精細，又脆弱，要一套微電子加工工藝制造，各種條件比較苛刻，而電激燈二極完全是獨立組裝零件，可以用宏觀的電子工藝制造比LED簡便易行，作照明電源大多數(shù)場合要求光明普照，具有較大的照射場。

電激燈可以將二極拉開做大，可以做到幾百瓦，可以替代HiD，而不用HiD的高溫，高壓金屬蒸汽，除了Hg蒸汽，甚而用劇毒的Ti元素，以求得較完美的顯色性。HiD也是一種氣體放電燈，工作時需要設置一套工頻LC部件，價格比燈貴，數(shù)百元不等，耗用許多電工銅，電工鋼材，用電激燈替代，可節(jié)省數(shù)億資財。

含Hg熒光燈管的表面光荷功率密度只有0.1w/cm2，LED的光荷功率密度相當100w/cm2（1w/2），LED也用Y.G熒光粉，因此電激燈將光荷功率密度適當調(diào)高到1-2w/cm2增加10倍，電激燈的體積可比含Hg熒光燈體積縮小一大半，可以很大程度節(jié)省制燈的工料，且減少在制造過程使用和運輸過程中的破損率。LED的發(fā)光結(jié)區(qū)只有微米量級，因此P-N結(jié)的熱容量很小，從資源節(jié)省的標準衡量并無優(yōu)勢。光功率密度2w/cm2左右電激燈就可以比LED更有替代HiD的優(yōu)勢。

電激燈另一優(yōu)點是它的制造工藝、設備、材料、技術(shù)與含Hg熒光燈相差不大，對貫徹國家資源節(jié)省，可持續(xù)發(fā)展的方針是一種切實的行動。

LED和半導體器件幾乎同時被發(fā)現(xiàn)。各種各樣的分立和集成半導體有源器件早已占據(jù)了統(tǒng)沿地位，LED步履艱難，因為LED正向?qū)ńY(jié)電壓必須滿足△E=h.v方程條件。而半導體電訊號處理器件正向?qū)ńY(jié)電壓愈小愈好。LED則是大功率器件，大電流高結(jié)壓降，光能輸出，幾十年來依靠傳導散熱技術(shù)，要更好解決結(jié)的散熱尚待時日。改用電激燈是一種極好的補充電光源。endprint