二十一世纪初荧光灯产品技术发展的趋势
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1 9 9 f1年 6月 第 1 0卷第 2期 照明 工程学 报 Z H A0M I NG G0N GCHENG XUEBA0 二十一世纪初荧光灯产品技术发展的趋势 一 0 道 德 宁 1 m j (华 东 电子集 团公 司南 京,2 1 0 0 2 8)-一 t 摘要:本 文 回顾 了荧光 灯 六十 年来 的发 展概 况,对 未来 一、二 十年 荧 光灯 产品 技术 发展 的趋 势 提 出了一些 设 想。阐述 了细 管径 低 压气体 高频 放 电和 非平 衡态 等离 子体 理论、非 2 5 4 n m 幅 射激 发 的荧 光粉和 保护 膜材 料、调光 电子镇 流器 和脉 冲 点灯 电源 等对 荧 光灯 产 品技术 发 展 的影 响。重 点 舟绍了高频荧光灯、细管径荧光灯、无汞荧光灯、平面荧光灯等新型产品。关键词:荧光灯 细管径荧光灯,电子镇流器 荧光灯产品技术将如何发展?为了阐述这 个问题,首先让 我们 回顾一下六十年来荧光灯 产品技术 的发展概况。荧光灯由于其光效高、光色可选、热辐射小、寿命长等特点,在 日常生活和国民经济各 领域得到 了广泛的应用。荧光灯 自 1 9 3 8年商 品化以来发展很快,几乎每一个十年都有新一代 的产品问世。七十年 代的两次能源危机更加速 了荧光灯 的发展。七十 年代 后期 开发 了 T8细管 径荧光灯,八十 年代初 开发 了紧凑型荧光灯,八 十年代后 期出现 了高频荧光灯,九十 年代叉 推 出了 T5细管径荧光灯。6 0年来,荧光灯产 品琳琅满 目:灯 管功率小到 1瓦,大到 1 2 5瓦;灯管长度短 自 4厘米,长至 2 4米 形状五花J k f,有 点”状(紧凑 型)、线状(直管 型)、面状(环型、平面型)等。围绕着产品的发展,其主要 的配套材料,附件等也 随之发展。并 且 由于一些 主要材料 的超 前发展,促进 了新 一代 产品的开发,提高 了产 品的技术水平。特别 是具有窄带光谱的三基色稀土荧光粉的发明,加速了高效细管径荧光灯的发展,促进了紧凑 型荧光灯 的开发,迅速提高 了荧 光灯 的发 光效率和 显色性能。扩 大了荧光灯 的应用领域。由 于电子技术与照明技术的结合,开发了电子镇流器,促进了高频荧光灯的研究,使得 T j 等更 细管径的高效节能荧光灯 得以顺 利地 发展。由于产 品的广泛应用,市场需求 的扩大,各类荧 光灯的大生产工艺技术 和装 备也相应迅速发展。直管型 荧光灯生产线 的速度 已达 到 6 0 0 0支 小时,紧凑型荧光灯也达到 2 0 0 0支 小 时以上。大量采用不球 磨荧光粉涂复、水溶液涂 复、长 寿命 阴极、电子粉浸涂、氩气冲洗、氩一 氪等混合惰性气体 充填、保护膜涂复、荧光 粉双 层涂 复、阴极 保护环、减少汞量、使 用汞齐等新工艺。6 0年来 随着 荧光灯产 品的发 展,汞一 惰性气 体放电理论也得到深入研究,建立了一系列放电理论模型,指导了产品的开发。而高频荧光 灯和细管径荧光灯 的发展 又促使对 传统的汞一 惰性气体放 电理 论模型的修正,反过来又推进 了 产 品的发展。归纳起来,近年来 荧光灯产品技术的发展主要有:缩小管径,提 高紫外辐射;充 填 氩 氪混合气,降低 压力,减 小功 率,提高光效;使用三基色稀土 荧光粉,乃至加入第四、第 五 种波长 的稀土荧 光粉,提高光效和显色性;涂覆 Al 0。等保 护膜,降低光衰;采用带 芯丝 的 三螺旋 灯丝,改进 电子粉配方,提高寿命;改进充汞技术,采用汞齐,减少用 汞量,保护环 境;研 究高频状 态下 汞一 惰性气体放 电特性;改进 荧光 灯的设计和工艺,提高灯 的高频应 用性 能等等。这一系列的改进,使得产品的水平迅速提高,荧光灯的光效从早期的 2 8 1 m W 提高 到 1 0 4 1 m W,寿命从 1 0 0 0 h提高到 2 4 0 0 0 h。显色指数 R a提高 到 8 5以上。专 用于需要高显色 n 维普资讯 http:/ 第 l o卷 第 2期 道 德 宁:二 十一 世纪 初 荧光灯 产 品技 术 发展 的趋 势 1 7 性 场所的荧光灯,R a已达到 9 5 9 8 光效为 6 5 1 m W。作为特殊用途 的,Ra最高达到 9 9,光 效 为 5 9 1 m W。回顾 了荧光灯 6 0年来 的发展轨迹,可 以设 想一下下一个世纪 初荧光灯 产品技术发展 的趋 势。下 世纪 初,也就是今后 的一、二十年,人 们对 生态环境对于人类 的重要性 的认识越来越 深刻;人们消耗 能源越来越多,而 自然能源却越来 越少;以及,随着 国家 经济的发展和生活 水平 的提高,人们对照 明舒适性 的要求越来越 高 固此,荧光灯,乃至所 有光源产品都必将 围绕着这 个主题 发展 l、保护环境 荧光灯 产品技术将从三个方面着手:(一)是提高 产品的光 效,减少 电能的消耗,从而相 对 减少发 电厂的建设,减少 发 电造成的环境污染;(二)是 减少荧光灯产品 的用汞量,并 开发 无汞荧光灯;(三)是提高 荧光 灯生产工艺和设备 的水平,采用低铅和无铅 的玻璃,采用水涂 粉 技术等等。2、节 约能源 也有三个途径:(一)是提 高产品本身 的光效,改善显色性;(二)是开发新型 点灯 附件,包括镇 流器、灯具等,提高效率;(三)是提高 产品 的生产工艺和设备 水平,降低生产过程 的 能源 消耗。3、满足人 们越来越多、越来越高的需求 这就 需要 研究人类对各种光色 的视觉生理效果 研究动、植 物对 各种光谱的生化反应,研 究国 民经 济各 产业对光源的需求,开发各种不 同光色、不同光谱特 性、不 同显色性 能和不同 形状 的荧光灯,以满足国民经济和人们生活 的需要 同时根据 不同的荧光灯 产 品开发 多种 新 型灯具,提高效率,减少光污染,提高照 明的舒适性。综上 所述,下世纪初荧光 灯产品技术的发展趋势将表现在 以下几个方 面:进一步研究低压气体高频放电特性,特别是超细管径惰性气体汞高频放电特性,从 灯和 电子镇 流器两方面 改进,以提高 系统光效;大 量生产将汞量限制到最低的荧光灯。采用 的措 施有:改善荧光 粉的表面特性、在玻管 内表面或 荧光 粉层表面涂复保护膜,减少 点灯 过程中的汞消耗;采用汞齐,控制 汞量等;开 发无汞荧光灯。包括研 究准分 子放 电中非平衡态等离子体特性,以及相 匹配的脉冲 电 源;开发 非 2 5 4 n m 光子 激发的荧光粉(如 1 4 7 n m、1 7 2 n mXe谱线)等;进一步研 究荧光 粉,继 续寻求量子效率大于 l的荧光粉,提高光效;进一步研 究保 护膜(如 A1 o、Y o。等),及 其涂 复工艺,提高光通维持率;加强变色 荧光灯的开发,研 究相应 的荧光粉和各种惰性 气体 放 电,以及相匹配的高频交 变 电源;进一 步对 无极 荧光灯进行研 究,降低干扰,提 高光效;改进灯具 设计,使之适合细管径荧光灯,减少 眩光,提高效率;改善 电子镇 流器的性能,实现对荧光灯 的大幅度调 光,适应照 明系统智能化 的需要;进一步 研究荧光灯 的光谱特性、显色性 能等,开发 用于动植 物生长、人体 医疗保健、信 息产业等 国民经 济领域需要,以及满足人 们对 照明舒适 性需求的各种特种荧 光灯 从 产品角度来看,应 特别 注意高频荧光灯、细管径(T5)荧光灯、平 面荧光灯、无汞荧 光 灯的开发。下面对这几种产 品作一简单介绍。维普资讯 http:/ 照 明工 程学 报 1、高频 荧光灯 荧光灯是 非纯 阻性 元件,在几十 k Hz高频状态下,阳极和阴极位 降降低,阻抗下 降。设 计用于高频 的荧光 灯必须使 其在高频 工作时具有适合 的管 压降,与 电子 镇流器达到最佳 匹配,改善其工作 特性 对于 T8型,由于 充填了 Kr Ar混合气,在使用 电子镇 流器时 会产生条 纹放 电。针对高频 应用的特点,各大公 司开发了适合于高频工 作状态 的 T8型荧光灯 和 电子 镇流 器匹配,性 能提高,功率 比标准 T8荧光灯 又降低 1 0 ,光效进 一步提高,而且光 衰小、寿命 长 使用三基色 稀土粉的 3 2 W 系统光效达到 1 0 0 1 m W,5 0 W 达到 1 0 4 1 m W,R a为 8 8,寿命 在 1 6 0 0 0到 2 0 0 0 0 h。其中 1 6、3 2、5 0 W 的功率可增 加到 2 3、4 5、6 0 W,光效、显色性 和 寿命不变,见表 1 表 1 T 8型 高频 专 用荧光 灯参 数 表 功 率(w)1 6 l 5 2 3 2 4 5 3 o l 6 0 长度(mm)l 2 0 O l 5 0 0 电流(A)0 2 5 5 l 0 4 2 5 0 2 5 5 0 4 2 5 0 3 5 5 l 0 5 5(、光 通 量(L m)1 4 0 0 l 2 0 0 0 5 2 0 0 l 6 4 0 0 光效(L m W)8 8 l 8 7 1 0 4 l 1 0 6 2、细管径(T5等)荧 光灯 由于稀土荧光 粉具 有抗 1 8 5 a m 辐 射的优点和 电子镇流器技 术的成熟,荧光灯 的管径得 以 进一步缩 小。近两年,1 6 ram(T5)和 1 l mm(T3 1)等更 细管径 的荧光灯 已商品化。Tj 灯 比T8灯叉节 电 2 0 ,使 用三 基色 稀土荧光 粉,R a有大于 8 5和 9 5 两种,寿命为 7 5 0 0 h,3 5 W 灯 的光效达 1 0 6 1 m W。其 中 1 4、2 1、2 8 W 灯 的功率可增 加到 2 4、3 9、5 4 W。T3 1 荧光灯现 有 8和 1 8 W 两种规 格,长度分别 为 3 0 0和 5 5 0 ram,配用 电子镇 流器,系统光 效达到 9 0 1 m W,寿命为 8 0 0 0 h。已列入各大公 司产 品样本的 T5(1 6)荧光灯系列见表 2。表 2 T5型 荧光 灯系 列参 数 表 功 率(w)6 8 1 3 1 4 2 4 2 1 l 3 9 2 8 5 6 I 3 5 长度(mm)l 3 6 2 8 8 5 1 7 5 4 9 8 4 9 1 1 4 9 J 1 4 4 8 电流(A)0 1 7 j 0 1 7 l o 1 7 l 0 1 7 光通量(L m)l l 5 2 2 0 3 4 0 7 3 0 1 3 5 0 I 1 9 0 0 2 1 0 0 l 3 4 0 0 2 9 0 0 4 9 0 0 l 3 6 5 0 光效(L m w)2 9 3 7 4 3 5 8 9 6 I 7 9 1 0 1 l 8 7 1 0 4 j 8 8 l 1 0 0 其 中 4、6、8、1 3 W 配用 电感镇流 器,光效 较低。1 4 W 以上的每一相 同长度都有两 种功 率规格,配 电子镇流器,光 效较高。此外,还有一种更细的 T2(7)荧 光灯,采 用 W4 3型灯头,规格有 6 W、8 W、l l W、1 3 W 等 四种,长度分别为 2 1 9 mm、3 2 0 ram、4 2 2 mm、5 2 3 mm,其光通 量分 别为 3 1 0 1 m、5 0 0 1 m、6 8 0 1 m 和 8 6 0 1 m光效从 5 2到 6 6 1 m W。3、无 汞 荧光 灯 通过研究介质阻挡放 电,人 们发 现在非平衡态 的室 温条 件下能产生大量 的准分子,从 而 辐 射出较强的紫外谱线 Xe或 He Xe、Ne X e等混合 气体,在合适 的比例(Xe占 3 1 o )和 压力(2 0 0-4 0 0托)下,在脉 冲直流或交流放 电时可 产生 1 7 2 n m、1 4 7 n m、1 5 3 n m 等紫 外 谱 线。当频 率、幅度、占空 比合适时,可 以得到较高 的辐射效率。如,氙准分子放 电的辐射 谱线为 1 7 2 n m,效率达到 6 o 。同时,人们对 荧光粉深入研究后,发 现了一些可 以被短波紫 维普资讯 http:/ 第 l 0卷第 2期 道 德宁:二 十 一世纪 初荧 光灯 产 品技 术 发展 的趋 势 1 9 外线激发出可见光 的荧光 粉。如,比较成 熟实用的有 1 7 2 n m 激发 的荧光粉。两者 的结合 开 发出了无汞荧光灯。见图 1、图 2 图 1是一种平板等离 子放 电,以 Mg O 为阻挡 介质,充填 He Xe混 合气体,可产 生 1 4 7 n m 和 1 5 3 n m 紫外辐射。其 中(a)为直流 电源形式(b)为交 流 电源形式。图 2是 一种微 空芯 阴极放 电形式。其中(a)为单个微 空芯阴极放 电结构,其放 电腔的直径在 1 0 0 p m 以下,充填 xe或 Ar,在直流放 电条件 下,可产生强烈 的准分子辐射,波 长分别为 1 7 2和 1 3 0 n m;(B)为这类微 空芯 阴极 放 电组合 成的面光源(8)直藏电彝型 阴极 阳极(b)交流电潦型 圈 4、平 面荧光灯 在一些 需要均 匀照明的特定场合,平面荧光灯是最佳 的光源。上 面介 绍的放 电形式,就 可 以制成不 同面 积的平面荧光灯。在第八届国际光源科技研讨 会上展 示一种 用于液 晶显示背 光 源的平面 荧光灯,见图 3 其放 电室 中充有汞和 1 3 3 k P a的 Ar Kr(9 o :1 o )棍合气,放 电间隙为 2 4 ram。在旎加 6 8 0 V、周 期 为 6 0 p s的脉冲 电压 时,表面亮 度可 达 3 0 0 0 c d m 光效达 5 0 I m w,表 面 亮度 的均 匀度大于 9 2 。会议 还介绍 了一种 无汞平面荧光灯,功率 为 4 8 W,发光面 积 为 3 2 42 5 8 mm,采 用 2 4 V 直 流 电源,色温为 6 5 0 0 K,亮度达到 5 0 0 0 c d m 荧光灯是 一种 高效、经 济的光源,自问世 以来发展很 快 与 自炽 灯的产 量 比例越来越高,应用领域越 来越 广 荧 光 灯 的 理 论 最 大 光 效 白 色 为 2 8 0 1 m W 高显色 性 的 为 2 2 0 1 m W。电极 l 荧光粉 电撮 2 图 3平面 荧光灯 维普资讯 http:/ 照 明工 程 学报 在 二十 一世 纪随着科 学技术的进步,荧光灯产 品技术将会得 到突飞猛进的发展。我们要不失 时 机,紧迫 国际先进 水平,不断提高荧光灯 的品质,并 加速 开发新一代产品,以满足能源危 机 和人 们对视觉 环境舒适 化越来越高 的要求。最 后,特别要感 谢复旦大学 电光源 系的老 师 们提供 了第八 届国际 电光源科技研讨 会的论 文 和其它有关 的技 术资料,使本文得 以完 成。De v e l o pm e nt Te nde nc y of Fl u o r e s c e nt La m p Te c hno l o g y a nd Pr o duc t s a t t he Be g i nni ng o f 21 Ce nt ur y DOU De ni ng (H u a Do n g El e c t r i c Co mpa n g N n mg 2 1 0 0 2 8)Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e r e v i e ws t h e 6 0 y e a r s g e n e r a l s u r v e y o f d e v e l o p me n t o n f l u o r e s c e n t l a mp a n d p u t s f o r wa r d s o me t e n t a t i v e i d e a s o n f l u o r e s c e n t l a mp d e v e l o p me n t f o r t h e c o mi n g d e c a d e s I t s t a t e s t h e i n f l u e n c e o 1 51 t h e f l u o r s c e n t l a mp t e c h n o l o g y f r o m l o w p r e s s u r e a i r h i g h f r e q u e n c y d i s c h a r g e o f s l i m t u b e,p l a s ma t h e o r y o f u n b a l a n c e s i t u a t i o n p h o s p h o r n o t s t i mu l a t e d f r o m t h e r a d i a t i o n o f 2 5 4 n m a n d p r o t e c t c o a t i n g ma t e r i a l l i g h t n e s s r e g u l a t a bl e e l e c t r i c b a l l a s t a n d p u l s e p o we r s u p p l y f o r l a mp s t a r t s a n d e t c I t c e nt e r s o n i n t r o d u c i n g n e w s t y l e p r o d u c t s s u c h a s h i g h f r e q u e n c y f l u o r e s c e n t l a mp s l i m f l u o r e s c e n t l a mp,n o me r c u r y f l u o r e s c e n t l a mpf l a t f l o r e s c e n t l a mp,e t e Ke y wo r d s:f l u o r e s c e n t l a mp;s l i m f l u o r e s c e n t l a mp;e l c t r i c h a l l a s t 维普资讯 http:/
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