1、浅析节能灯光衰现象及其技术机理青岛法兰克，照明节能，合同能源管理，T5 转 T8，T5节能灯，T5 荧光灯，LED，4U，6U，8U，U 型，螺旋，太阳能，路灯，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，LED 大功率节能灯，太阳能大功率节能灯，螺旋大功率节能灯， U 型大功率节能灯，风能大功率节能灯，路灯专用大功率节能灯，商业照明大功率节能灯，工业照明大功率节能灯，城市照明大功率节能灯，桥梁照明大功率节能灯，大功率节能灯管，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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、：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
9、、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）
10、。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。
11、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
12、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
13、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
14、，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：
