 |
青岛,法兰克,照明节能,合同能源管理,EMC,节电器,T5转T8,T5节能灯,
T5荧光灯,LED,4U,6U,8U,T5,T8,U型,螺旋,太阳能,风能,路灯,高频,无极灯,节能灯,商业照明,工业照明,桥梁照明,城市照明,大功率节能灯,纳米,反光板,
T8荧光灯,环型荧光灯,H型荧光灯,金属卤化物灯,汞灯,钠灯,节电器,
荧光灯支架,万向角灯支架,超薄,欧式,支架,电感,电子,镇流器,灯罩,T5带罩支架,
浅析荧光灯管光衰现象及技术机理
青岛法兰克(Frank)微电子有限公司
青岛专用集成电路(ASIC)设计工作室
合同能源管理机制推进事业部
高频光源事业部
高频光源设计工程师 韩俭荣
摘 要:荧光灯管光衰现象,其产生的技术机理较为复杂.涉及到电子学、材料学、气体放电发光等基本理论,深奥繁繁.本文仅从指导实际应用的角度,浅入浅出.对荧光灯管光衰现象产生的技术机理进行概括性阐释.供业界参考.
关键词:荧光灯管,光衰现象,光通量维持率,气体电离,紫外线辐射,量子转换
一、概述
荧光灯管,属低压气体放电发光的新型电光源.因具有光效高、节能、显色性能高等技术特点,被制做成U型管、螺旋管、环型管、细管径直管等形状的节能灯,广泛地应用于室内外环境照明.
但是在实际照明中,荧光灯管的亮度会慢慢地变暗,照明质量降低.这种现象实际上就是荧光灯管光衰现象.
二、荧光灯管的结构及其放电发光原理
为能科学简要地分析荧光灯管一光衰现象及产生的技术机理.先讨论一下荧光灯管的结构和放电发光原理.
(一)、荧光灯管分类:荧光灯管按气体放电性质来划分:有热阴极弧光放电型和冷阴极辉光放电型两大类型.应用于照明领域的荧光灯管,都属于热阴极弧光放电型荧光灯管.
(二)、荧光灯管结构:荧光灯管有:玻璃管、灯头、灯管阴极、发光荧光粉、放电气体五大部分组成.
1、玻璃管:玻璃管是荧光灯管的主体,也是荧光灯管的外壳.其内壁用于涂敷发光荧光粉.
2、灯头:灯头主要用于固定支撑灯管阴极,和实现荧光灯管与灯架的电气连接.
3、灯管阴极:灯管阴极又有导丝、灯丝、电子粉三部分组成.
灯管阴极主要功能,是预热荧光灯管、发射电子、促使放电气体电离,启辉点燃荧光灯管.
4、发光荧光粉:发光荧光粉主要是吸收紫外线,通过量子转换,将紫外线辐射转换为可见光.
5、放电气体:放电气体由氪(Kr)、氩(Ar)和汞(Hg)惰性气体组成.主要用于荧光灯管,通过气体电离产生紫外线辐射.
(三)、荧光灯管放电发光原理:
荧光灯管放电发光原理:荧光灯管通交流电后,由阴极灯丝产生交变电场.管内的汞(Hg)气体,在交变电场和阴极灯丝发射的电子共同作用下.汞(Hg)气体原子不断地获得能量,从原始基态被激发成激发态,产生汞(Hg)气体原子电离.带正电的汞(Hg)离子在电场作用下,向阴极加速运动.遇到阴极灯丝发射出来的电子相复合,便由激发态返回到原始基态.汞(Hg)气体在这个基态-激发态-基态,能量变换过程中.将交变的电场能量转变为253.7nm的紫外线辐射(同时产生185nm的紫外线辐射).荧光灯管内壁上的发光荧光粉,吸收253.7nm的紫外线辐射能量.通过量子转换,将253.7nm紫外线辐射转换为可见光.
三、荧光灯管光衰现象及光通量维持率
(一)、荧光灯管光衰现象:
从荧光灯管放电发光原理可知,荧光灯管放电发光的过程,是一个能量转换的过程.即通过气体电离和量子转换,将电能转换成光能.
由于荧光灯管,所采用原材料的技术品质和荧光灯管生产的技术工艺,以及驱动荧光灯管的电功率源的技术参数,等等技术因素的差异.不同生产厂家生产的荧光灯管,其将电能转换成光能的效率(即:光效)是不一样的.同一根荧光灯管,在其初始阶段和启辉点燃一段时间后,将电能转换成光能的效率(即:光效),也是不一样的.
荧光灯管,这种初始阶段和启辉点燃一段时间后,将电能转换成光能效率(即:光效)的差异变化,我们称之为荧光灯管的光衰现象.
荧光灯管光衰现象的实质,是荧光灯管光效降低.
(二)、荧光灯管光通量维持率:
为直观描述荧光灯管光衰现象,我们引入光通量维持率的概念.光通量维持率是一个纯数字物理量,它表征的是荧光灯管,在一个规定时间(X小时)内光衰的程度.其数学表达式为:
X小时光通量维持率=规定时间的光通量÷初始光通量×100%
荧光灯管光通量维持率越高,荧光灯管技术品质越高,性能越稳定.
在现阶段,各荧光灯管生产厂家,由于所采用的原材料技术品质和生产工艺技术水平差别较大.市场上的荧光灯管,光通量维持率差别悬殊.有的荧光灯管,在100小时的光通量维持率仅为85%.更有甚者仅为80%以下.有部分技术品质较好的荧光灯管,2000小时的光通量维持率在85%左右.只有少数具有技术势力的生产商的荧光灯管,10000小时的光通量维持率可达90%.
四、荧光灯管光衰现象的技术机理
荧光灯管产生光衰现象的技术因素,主要来自于原材料技术品质、生产工艺技术水平、实际使用中驱动功率源技术性能优劣三个方面.
(一)、原材料的影响机理:影响荧光灯管产生光衰的主要原材料有:玻璃管,灯丝与电子粉,发光荧光粉.
1、玻璃管:玻璃管中的金属纳离子,在高温和交变电场作用下.从玻璃晶体中游离出来,与荧光粉晶体颗粒结合.在荧光粉晶体颗粒表面产生金属纳汞脐,使荧光粉晶体颗粒表面黑化.降低量子转换效率,产生光衰.
在高温和交变电场作用下,汞气体中的汞离子猛烈撞击玻璃管,浸入到玻璃晶体中.致使玻璃晶体黑化,降低了玻璃管的透光能力,增大了玻璃管对光的吸收量.使荧光灯管产生光衰,点燃温升提高.
2、灯丝与电子粉:灯丝有:双螺旋,三螺旋和主辅式等多种.灯丝经过酸溶液去芯丝,烧氢定型后,采用电泳法在灯丝上沾敷电子粉.尔后,进行分解、激活,使电子粉三元碳酸盐,还原产生金属氧化物:氧化钡、氧化锶、氧化钙.
在实际点燃中,荧光灯管中的汞离子和电子.通过交变电场加速赋予能量,交替轰击灯丝与其金属氧化物.致使灯丝与其金属氧化物逸出功函数变高,产生严重的金属离子溅射与蒸发.在玻璃管表面和荧光粉晶体颗粒表面,形成黑色金属涂层.降低荧光粉量子转换效率和玻璃管透光能力,荧光灯管产生光衰.
3、发光荧光粉:从荧光灯管放电发光原理可知,荧光灯管是靠发光荧光粉,吸收253.7nm的紫外线辐射能量.通过量子转换,将253.7nm紫外线辐射转换为可见光而发光的.
发光荧光粉在量子转换中,一是耐受着强烈的汞离子和电子的交替轰击;二是承受着185nm短波紫外线能量辐射(与253.7nm的紫外线辐射同时产生).
汞离子和电子交替轰击,以及185nm短波紫外线能量辐射.会破坏荧光粉晶体阵列,加大对253.7nm的紫外线辐射的反射量,降低对253.7nm的紫外线辐射的吸收能力.大大降低量子转换效率,降低光通量输出.荧光灯管产生严重光衰.
(二)、生产工艺技术的影响机理:生产工艺技术对荧光灯管光衰现象的影响,主要产生在两个生产环节上.即:灯丝生产过程和荧光灯管生产过程.
1、灯丝分解处理和激活处理的影响机理:灯丝定型涂电子粉后,需进行分解处理和激活处理.以使其提高耐受汞离子和电子交替轰击的能力.优化逸出功函数特性,以减少灯丝金属离子的溅射和蒸发.
一是分解处理;将定型涂电子粉的灯丝,装入玻璃管内抽真空.待达到一定真空度时,将灯丝通电加热.使电子粉三元碳酸盐:碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙.进行化学分解出CO2,并将其抽走.使电子粉三元碳酸盐,生成金属氧化物:氧化钡、氧化锶、氧化钙.
分解处理要求,排气彻底,真空度高,没有残留.
二是激活处理;在分解处理的基础上,继续通电加热,进一步排气.在控制的温度和时间内,灯丝达到一定的温度.三元碳酸盐生成的金属氧化物原子被激活,将氧化钡还原产生金属钡.
通过上述分解处理和激活处理工艺后,灯丝具有较低的逸出功函数值,金属离子溅射与蒸发量大大减少.
如在分解处理和激活处理工艺中,排气、加热技术控制不严.真空度和温度达不到规定值,将会严重影响灯丝的技术品质.
2、荧光灯管生产工艺技术的影响机理:
荧光灯管生产主要有:涂粉、排气与充气、烤管三个环节.每个环节控制的严格与否,对荧光灯管的光衰现象影响都很大.
(1)、涂氧化物保护膜:荧光灯管涂粉前,先在玻璃管内表面上,涂一层透明的氧化物保护膜.这种保护膜工艺,可以阻止玻璃管内的钠离子游离出来,又可以防止汞离子浸入玻璃中.避免荧光粉晶体颗粒表面黑化和玻璃晶体黑化.
不采用涂氧化物保护膜工艺的荧光灯管,荧光粉晶体颗粒表面黑化和玻璃晶体黑化严重.光通量在很短的时间内,就能降低到初始光通量的85%以下.
(2)、选用非离子型涂粉粘结剂:荧光灯管涂粉粘结剂有两种:一种是硝化棉加醋酸脂混合液.另一种是非离子型高分子聚合物――聚氧化乙烯.
采用硝化棉加醋酸脂混合液,做为涂管粘结剂.烤管温度高达800K,粘结剂才能氧化分解.如烤管温度不够或时间过短,涂管粘结剂未能充分彻底分解.有机化合物会在荧光灯管点燃过程中进行分解,在荧光粉表面形成吸光薄膜.影响荧光粉吸收253.7nm的紫外线辐射能量的能力,造成荧光灯管的光衰.
采用非离子型高分子聚合物――聚氧化乙烯,做为涂管粘结剂.烤管温度低,290K粘结剂就能氧化分解.非离子型粘结剂,从高分子聚合物很快分解成单体,以气体形式跑掉.保证在烤管阶段将粘结剂全部分解掉.避免在荧光粉表面形成吸光薄膜产生光衰.
(3)、排气与充气:荧光灯管排气要彻底,真空度高,没有残留.荧光灯管充气,氩气中不能含有H2O,以免H2O在荧光粉表面形成吸光薄膜.影响荧光粉吸收253.7nm的紫外线辐射能量的能力,造成荧光灯管的光衰.
(4)、烤管:荧光灯管烤管温度和时间,要严格控制.以保证涂管粘结剂分解彻底,没有残留.
(三)、驱动功率源的影响机理:荧光灯管在实际启辉点燃时,从气体放电发光理论来看,荧光灯管工作在弧光放电状态.荧光灯管启辉点燃的过程,实质上是一个由辉光放电迅速进入弧光放电过程.
如采用电感镇流器,或技术性能低劣的电子镇流器.灯丝未加热或灯丝虽有加热,但尚未达到足以大量发射电子的温度:1000K.强行启辉点燃,实质上延长了,在灯丝附近产生辉光放电的时间,加大了由辉光放电迅速进入弧光放电过程.致使灯丝产生严重的金属离子溅射,在玻璃管表面和荧光粉晶体颗粒表面,形成黑色金属涂层.降低荧光粉量子转换效率和玻璃管透光能力,荧光灯管产生光衰.
五、结论
荧光灯管光衰现象的实质,是荧光灯管光效降低.
荧光灯管光衰现象,主要受制于原材料技术品质、生产工艺技术水平、实际使用中驱动功率源技术性能优劣三个方面.
因此,在选用荧光灯管时,应特别注意选用光通量维持率高的,稀土三基色高光效长寿命荧光灯管.匹配高频率,性能先进的全电子镇流器.以保证荧光灯管有较高的光通量维持率.
获取详细资料:
1、门户网站搜索关键词:或:hanjianrong518@yahoo.com.cn
或:青岛法兰克(Frank)微电子有限公司
或:韩俭荣
2、致电:Gsm:1360 630 6833 Tel:0532—8876 0830
回复第1帖 编辑 好评(0) 差评(0) 举报
|
|
免费注册
找回密码
frank
等级： 新手 
论坛积分: 20分
发帖数: 10帖
财富: 10ZMB
第1帖
zsjiazu
等级： 新手 
推荐给好友
加入收藏
管理
刷新
回到顶部
