熒光燈光衰機理分析與高光通量維持率
對 策 研 究
青島法蘭克微電子有限公司
高頻率節能燈設計工程師 韓儉榮
1360 630 6833 0532—8876 0830
韓儉榮:專注于氣體放電物理和固體發光理論與技術的應用研究。服役于青島法蘭克微電子有限公司,自主研發、自主設計、自主生產、自主推廣應用,照明節能,合同能源管理專用高頻率節能燈。
摘 要:熒光燈光衰現象其產生的技術機理較為復雜,涉及到氣體放電與光致發光兩個基本的物理過程,深奧繁繁。限于篇幅,本文僅從指導實際生產與應用的角度,淺入淺出地對熒光燈光衰現象,產生的技術機理和提高光通量維持率的對策,進行概括性闡釋。僅供業界參考。
關鍵詞:熒光燈,光衰,光通量維持率,氣體放電,光致發光,雜相雜質,粉體劣化,鞘層電場,金屬汞(Hg)離子,轟擊能,復合能,紫外輻射能,點燃溫度光衰
一、概述
熒光燈屬低氣壓汞放電光致發光電光源。其發光機理涉及到氣體汞放電與光致發光兩個基本的物理過程。
熒光燈由節能熒光燈管和電子鎮流器(驅動功率源)兩部分構成。節能熒光燈管和電子鎮流器(驅動功率源),在啟輝點燃過程中,相互影響、互相作用,構成了熒光燈諸如發光等多項宏觀技術特性。光衰,即是熒光燈多項宏觀技術特性之一。
在啟輝點燃過程中,熒光燈的光衰,是氣體汞放電與光致發光兩個基本的物理過程中的,一個復雜的量變過程。在這個量變過程中,節能熒光燈管內部微觀領域中的一系列的理化運動過程是內因,電子鎮流器(驅動功率源)的電學特性是外因。內因是主導,外因是條件。外因通過內因產生作用。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
因此,熒光燈的光衰,主要來自于節能熒光燈管內的雜相雜質產生的光衰、熒光粉粉體產生的光衰、燈管玻璃產生的光衰,和電子鎮流器(驅動功率源)輸出特性導致的光衰四個方面。
在熒光燈啟輝點燃過程中,上述四個方面的因素是同時存在的。并且四個方面的因素互相影響。啟輝點燃時間段不同,啟輝點燃狀態不同,對光衰起主導作用的方面和因素不同。
二、熒光燈雜相雜質產生光衰的機理分析
(一)、雜相雜質的來源途徑分析
節能熒光燈管內的雜相雜質,主要來源于燈用原材料和生產過程兩個途徑。
1、原材料的技術性能與相純度不夠的方面
(1)、充入的惰性氣體:如氪(Kr)氣、氬(Ar)氣氣體純度不夠,含有雜相雜質。
(2)、充入的金屬汞(Hg)純度不夠,在熒光燈啟輝點燃過程中,釋放雜相雜質。
(3)、陰極導絲、燈絲,在熒光燈啟輝點燃過程中,產生理化反應,釋放雜相雜質。
(4)、熒光粉或熒光粉涂層含有雜相雜質,在熒光燈啟輝點燃過程中,游離于節能熒光燈管管內。
(5)、電子粉純度不夠,在熒光燈啟輝點燃過程中,有雜相雜質游離于節能熒光燈管管內。
(6)、燈絲和電子粉,在熒光燈啟輝點燃過程中,因離子轟擊濺射出Ba、W元素及氧化物。
(7)、玻璃明管的技術品質,不能滿足制燈工藝技術要求,在制燈過程和熒光燈啟輝點燃過程中,堿金屬鈉(Na)離子析出量過高。 (青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
2、生產過程工藝控制不嚴的方面
(1)、生產過程工藝控制不嚴,對燈用原材料產生污染。如:玻璃明管沖洗不干凈,粉漿制備或涂粉過程中混入雜質,燈絲繃絲和粘電子粉過程中產生污染,
(2)、節能熒光燈管,烤管不徹底,或烤管后產生二次污染。
(3)、電子粉分解、激活不徹底,在熒光燈啟輝點燃過程中,有雜相雜質游離于節能熒光燈管管內。
(4)、節能熒光燈管排氣真空度不夠,燈管內存有殘留雜質。
(二)、節能熒光燈管管內雜相雜質的種類
在熒光燈啟輝點燃過程中,節能熒光燈管內雜相雜質,主要有以下幾種。
1、氫(H2)。
2、氧(O2)。
3、水(H2O)。
4、一氧化碳(CO)。
5、二氧化碳(CO2)。
6、碳氫化合物(CH4)。
7、重氧(O3)
8、Ba、Sr、Ca、W游離元素。
9、堿金屬鈉(Na)離子。
(三)、節能熒光燈管內雜相雜質的存在形式
節能熒光燈管在啟輝點燃過程中,內部微觀領域表現出以下理化特性。
1、節能熒光燈管內的溫度高于環境溫度,并且在燈絲附近溫度較高。
2、節能熒光燈管內的空間處于一定強度的交變電場的激發之中。
3、節能熒光燈管內的雜相雜質亦具有一定的溫度,并處于交變電場的激發之中,具有一定的能量。
4、在溫度和交變電場的作用下,節能熒光燈管內的9中雜相雜質,一部分以重粒子的形式,與其它離子發生碰撞。一部分會分解為氫(H2)分子,氧(O2)分子和碳(C)原子,氧(O)原子等,游離于節能熒光燈管內與其它粒子發生各種理化反應。
(四)、節能熒光燈管內雜相雜質的理化微循環
在溫度和交變電場的作用下,節能熒光燈管內的各種雜質元素,會產生各種復雜的元素—化合物等理化微循環。
1、氧(O2)分子在交變電場的作用下,分解為兩個氧(O)原子。氧(O)原子被氧(O2)分子捕獲生成重氧(O3)離子。而重氧(O3)離子的壽命很短暫,又會分解為氧(O2)分子和氧(O)原子。這種氧(O2)—重氧(O3)離子的微循環,在啟輝點燃過程中,實際上一直是在連續不斷的在進行著。
2、氫(H2)分子和氧(O2)分子,在溫度和交變電場的作用下,化和生成水(H2O)。水(H2O)又會分解為氫(H2)分子和氧(O2)分子。形成元素與水的微循環。
3、氧(O2)分子和碳(C)原子,在溫度和交變電場的作用下,化和生成一氧化碳(CO)或者二氧化碳(CO2)《高溫的地方會生成一氧化碳(CO),溫度低的地方會生成二氧化碳(CO2)》。一氧化碳(CO)或者二氧化碳(CO2),又會分解為氧(O2)分子和碳(C)原子。這種碳(C)原子氧(O2)分子,與化合物的微循環實際上也是存在的。
節能熒光燈管內雜相雜質的理化微循環的存在,使得雜相雜質的影響和相互作用變的瞬息多變。各種理化反應也更為復雜、多變,極具暫態性和循環性。
節能熒光燈管內雜相雜質的理化微循環的存在,使得雜相雜質產生光衰的機理很難用定態的方法去分析。在啟輝點燃過程中,產生光衰的因素更為多樣性。對光衰起主導作用的方面和因素,也更具有暫態性和多樣性。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
(五)、雜相雜質產生光衰的機理分析
1、氫(H2)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
在節能熒光燈管的啟輝點燃過程中,氫(H2)是比較穩定的,一般不與其它元素發生化合反應。氫(H2)的存在,不會直接導致節能熒光燈管產生光衰。氫(H2)是通過改變節能熒光燈管的放電特性,引發其它的理化過程而產生光衰的。
機理如下:
節能熒光燈管的啟輝點燃,涉及到氣體放電的輝光放電和弧光放電兩個階段。啟輝過程就是一個由輝光放電向弧光放電過渡的過程。
輝光放電向弧光放電過渡,實質是一個潘寧效應的電子雪崩過程。在有氫(H2)存在時,氫(H2)與電子、氬(Ar)原子等粒子發生彈性碰撞,吸收并轉化了外加激發電場的激發能量,遲滯了電子雪崩效應。
為維持放點繼續進行,節能熒光燈管必然加大電子發射能量、提高電子溫度,補償氫(H2)吸收和轉化的能量。這一微觀過程導致燈絲陰極溫度提高,燈的啟輝電壓提高和由輝光放電向弧光放電過渡的時間增加。其結果是:燈絲陰極的蒸發與濺射加劇。
蒸發與濺射出來的氧化物粒子和金屬粒子,與燈內的其它元素粒子產生化合物或者是直接沉淀于燈管內熒光粉表面上,影響光通量輸出而產生光衰。
2、氧(O2)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
在節能熒光燈管的啟輝點燃過程中,氧(O2)-重氧(O3)離子的微循環極具氧化活性。因此,氧(O2)在節能熒光燈管的啟輝點燃過程中,通過多種方式導致節能熒光燈管產生光衰。
一是:在溫度和交變電場的作用下,氧(O2)與金屬汞(Hg)產生化合反應,生成氧化汞(HgO)。沉積到熒光粉表面形成色斑,導致節能熒光燈管光通量輸出降低,產生光衰。
二是:氧(O2)或重氧(O3)離子極具氧化活性,在溫度和交變電場的作用下,對燈絲鎢的侵蝕非常嚴重。也可致使燈絲中的摻雜元素暴露或氧化析出,金屬濺射加劇。
濺射出來的金屬鎢(W),一部分直接沉積于燈管內熒光粉表面上,影響光通量輸出而產生光衰。另有部分與氧(O2)或重氧(O3)化合反應,生成不同價態的氧化鎢(WO2、WO3、W2O3)。氧化鎢(WO2、WO3、W2O3)是難揮發的物質,會沉積于燈管內熒光粉表面上,影響光通量輸出而產生光衰。
3、碳(C)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2), 可分兩種情況:第一、一氧化碳(CO)比較穩定,會直接沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。
第二、二氧化碳(CO2),在溫度和交變電場的作用下,較容易分解為氧(O2)和碳(C)原子。氧(O2)導致節能熒光燈管產生光衰機理,上面已經分析分析。
碳(C)是一種難揮發的物質,且也不易與氫(H2)發生反應。一種情況是直接沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。還有一種情況是在高溫條件下與金屬鎢(W)生成碳化鎢(WC、WC2),碳化鎢(WC、WC2)也是難揮發物質,會沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
4、水(H2O)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
因為水(H2O)會分解為氫(H2)和氧(O2)。因此,水(H2O)導致節能熒光燈管產生光衰機理,其實質是:氫(H2)和氧(O2)導致節能熒光燈管產生光衰的機理。
5、重氧(O3)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
重氧(O3)會分解為氧(O2)和氧(O)。因此,重氧(O3)包括氧(O)對節能熒光燈管產生光衰的機理,同氧(O2)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析。
6、碳氫化合物(CH4)導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
碳氫化合物(CH4)在節能熒光燈管啟輝點燃過程中,分解為碳(C)和氫(H2)。造成節能熒光燈管光衰的機理,同碳(C)和氫(H2)的機理。
7、Ba、Sr、Ca、W游離元素導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
Ba、Sr、Ca、W游離元素是濺射出來的重粒子,第一種情況是:沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。第二種情況是:與金屬汞(Hg)進行理化作用,生成金屬汞(Hg)齊。第三種情況是:與氧(O2)化合生成氧化物粒子。均會沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。
8、堿金屬鈉(Na)離子導致節能熒光燈管產生光衰機理分析
堿金屬鈉(Na)離子,是節能熒光燈管啟輝點燃過程中,從玻璃管中游離出來的。與金屬汞(Hg)生成鈉汞齊,沉積于燈管內熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。
9、要說明的是:由于氧(O2)、Ba、Sr、Ca、W游離元素和堿金屬鈉(Na)離子等等重粒子,不斷地消耗金屬汞(Hg)。在達到一定程度后,必會影響節能熒光燈管內的飽和汞蒸汽壓。影響光致發光物理過程中的光激發能量,將會嚴重影響光通量輸出,導致光衰嚴重。
三、熒光燈熒光粉產生光衰的機理分析
在節能熒光燈管啟輝點燃過程中,導致熒光粉產生光衰的因素涉及到較多方面。并且,各單色粉的光衰機理也有差異。但是歸納起來熒光粉的光衰,主要來自于粉體自身產生的光衰和生產工藝因素產生的光衰兩個方面。表現為:熒光粉本體雜相雜質光衰、表面光衰、涂層質量光衰和生產工藝產生的熒光粉光衰。這其中深層次上的熒光粉粉體劣化,是導致熒光粉產生光衰的本質因素。
(一)、熒光粉本體雜相雜質產生光衰的機理分析
這里講的雜相雜質指的是熒光粉粉體本身的。節能熒光燈管使用的鋁酸鹽系列三基色熒光粉中,通常含有的雜相雜質有:Al2O3、MgAl2O4和Ba Al2O4。節能熒光燈管啟輝點燃過程中,在溫度和交變電場的作用下,Al2O3會形成色心或者是晶格缺陷,吸收253.7nm紫外激發光能量和可見光能量。降低光通量輸出,導致光衰。
(二)、熒光粉表面產生光衰的機理分析
熒光粉晶體表面,有化學鍵不完整、晶格缺陷時,熒光粉表面原子會處于不穩定的狀態。節能熒光燈管啟輝點燃過程中,在溫度和交變電場的作用下,熒光粉表面不穩定的原子,會從它原來的位置上逃逸下來,導致局部晶格變的無序。無序的晶格引起熒光粉發生劣化,劣化的熒光粉表現為:吸收253.7nm紫外激發光能量和可見光能量。降低光通量輸出,導致光衰。
(三)、熒光粉涂層質量產生光衰的機理分析
熒光粉涂層質量,包括涂層的致密程度和涂層的厚度。
1、熒光粉涂層的均勻、致密、細膩程度,不僅是節能熒光燈管的外觀質量,對節能熒光燈管的光通量輸出和光衰影響很大。
熒光粉涂層粗糙時,在溫度和交變電場的作用下,金屬汞(Hg)離子很容易通過熒光粉涂層的間隙轟擊玻璃管。會有一部分金屬汞(Hg)離子滲透到玻璃管內,致使玻璃管產生黑化。另在金屬汞(Hg)離子的轟擊下,玻璃管會析出堿金屬鈉(Na)離子,在熒光粉表面生成鈉汞齊,致使節能熒光燈管的黑化。黑化的節能熒光燈管,降低光通量輸出,導致光衰。
2、熒光粉涂層的厚度,應該有一個最佳值。熒光粉涂層的厚度過薄,紫外線特別是185nm的紫外線,會穿透熒光粉涂層,加速熒光粉發生劣化,降低光通量輸出,產生光衰。并且,啟輝點燃時間越長,光衰幅度越大。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
(四)、生產工藝產生的熒光粉光衰機理分析
這里講的生產工藝,指的是節能熒光燈管的生產工藝過程。生產工藝產生的熒光粉光衰,主要來自于生產過程的制粉與涂粉、烤管、燈絲分解和排氣三個方面。
第一個因素是:烤管過程中熒光粉吸附殘留的黏結劑,致使在節能熒光燈管啟輝點燃過程中,熒光粉表面產生黑化,降低光通量輸出,產生光衰。
第二個因素是:烤管過程中溫度過高,致使熒光粉產生猝滅中心。在節能熒光燈管啟輝點燃過程中,熒光粉的猝滅中心受185nm紫外線輻射不斷地劣化,吸收253.7nm紫外激發光能量和可見光能量。降低光通量輸出,導致光衰。
其它的因素基本上,與節能熒光燈管內雜相雜質的機理相同。
(五)、熒光粉粉體產生劣化的機理分析
上面關于熒光粉產生光衰的分析中,涉及到了在啟輝點燃過程中,熒光粉粉體劣化。科學研究也已經表明,熒光粉粉體劣化,是導致熒光粉產生光衰的本質因素。
在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管管壁上的熒光粉,承受著以金屬汞(Hg)離子為主的各種離子的轟擊和185nm紫外輻射。實驗證明:離子轟擊和185nm紫外輻射,是熒光粉粉體產生劣化的重要因素。
現對離子轟擊和185nm紫外輻射,導致熒光粉粉體產生劣化的機理進行概要的分析:
1、離子轟擊導致熒光粉粉體產生劣化的機理分析
(1)、在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管從管心到管壁之間靠近管壁上有一個鞘層。鞘層存在一個鞘層電場,電場方向從管心指向管壁。
(2)、進入鞘層的離子,在鞘層電場的加速下獲得能量,猛烈地轟擊著熒光粉涂層。其瞬間沖力是非常大的。離子轟擊熒光粉涂層的瞬間沖力,與離子的質量和運動狀態有關。在離子質量一定的前提下,離子在鞘層電場獲得的能量越大、運動加速度越大,離子的瞬間沖力就越大。
(3)、離子對熒光粉涂層的轟擊是一個連續不斷地過程。離子的轟擊過程對熒光粉的作用具有時間積累效應,表現為動量。離子的質量越大,對熒光粉涂層的作用越強;離子在鞘層電場獲得的能量越大、速度越快,對熒光粉涂層的作用越強。離子轟擊熒光粉的時間越長,對熒光粉涂層的作用能量越大。
(4)、可見,離子對熒光粉涂層的轟擊,從作用瞬間來看表現為瞬間沖力。從作用過程來看,作用于熒光粉涂層上的本質因素應該是能量,即:轟擊能。例如:金屬汞(Hg)離子通過鞘層電場的加速,可以獲得約8eV的能量,作用到熒光粉涂層上。
(5)、同時作用于熒光粉涂層上能量,還有離子與電子復合時釋放出來的復合能。例如:金屬汞(Hg)離子與電子復合時,能夠釋放出約10.42eV的能量。
(6)、離子的轟擊能與復合能,共同作用于熒光粉晶體上。一是:必然會不同程度地使熒光粉晶體內能發生改變。二是:必然會使熒光粉晶體表面晶格上原子的化學鍵遭到破壞。
(7)、在兩種破壞因素的共同作用下,熒光粉晶體表面晶格上的原子,獲得能量從晶格上逃逸出來。從晶格上逃逸出來的原子,在擴散能的作用下做擴散運動。致使晶格和原子的排列,從原來的有序變成無序。經過積累會在熒光粉晶體表面,產生一個晶格和原子的無序排列層。
(8)、晶格和原子的無序排列層,一方面吸收253.7nm紫外激發光能量后,并不是產生輻射躍遷,發出可見光。而是將吸收的 253.7nm紫外激發光能量,通過晶格振動轉化為熱能。另一方面直接吸收可見光。兩個方面的因素共同作用,致使可見光能量輸出降低,產生光衰。
(9)、在啟輝點燃過程中,晶格和原子的無序排列層,還會加大對金屬汞(Hg)和其氧化物的吸附,與無序層中的金屬原子生成汞齊。吸收的 253.7nm紫外激發光能量和可見光能量,致使可見光能量輸出降低,產生光衰。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
2、185nm紫外輻射導致熒光粉粉體產生劣化的機理分析
(1)、在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管中有253.7nm紫外輻射、185nm紫外輻射和部分可見光輻射。185nm紫外輻射總能量占得比例不是最大的,但是185nm紫外輻射的單個紫外光子的能量卻是最大的。
(2)、在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管中185nm紫外輻射是量子化的。但是,對節能熒光燈管管壁上熒光粉涂層的作用是連續不斷的過程。
(3)、在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管中的185nm紫外輻射,在高能量的驅使下,其每一個紫外光子的沖力是非常大的,并且連續不斷的猛烈地轟擊著熒光粉涂層。
(4)、與離子轟擊熒光粉涂層一樣,185nm紫外光子對熒光粉涂層的轟擊,從作用瞬間來看表現為紫外光子的瞬間沖力。從作用過程來看,作用于熒光粉涂層上的本質因素亦應該是能量,即:紫外輻射能。
(5)、185nm紫外輻射不僅僅作用于熒光粉涂層的表面,還有很大一部分能夠滲透到熒光粉晶體的深處,并且會有部分穿透熒光粉晶體。
(6)、在185nm紫外輻射的作用下,一是熒光粉晶體的內能必然會有較大程度地改變,致使熒光粉晶體中激活劑產生不同程度地電子電離,產生晶體價態變化。二是:必然會使熒光粉晶體表面晶格上原子的化學鍵遭到破壞。三是在熒光粉晶體中發生紫外光化學反應。
(7)、在三種因素的共同作用下,在熒光粉晶體表層形成色心和猝滅中心。一方面吸收253.7nm紫外激發光能量后,并不產生輻射躍遷,發出可見光。而是將吸收到的 253.7nm紫外激發光能量,通過晶格振動轉化為熱能。另一方面直接吸收可見光。兩個方面的因素共同作用,致使可見光能量輸出降低,產生光衰。
(8)、在啟輝點燃過程中,熒光粉晶體表層的色心和猝滅中心,還會加大對金屬汞(Hg)和其氧化物的吸附,與熒光粉晶體表層的金屬原子生成汞齊。吸收的 253.7nm紫外激發光能量和可見光能量,致使可見光能量輸出降低,產生光衰。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
(9)、在啟輝點燃過程中,185nm紫外輻射強度,與節能熒光燈管的管徑和啟輝點燃溫度有關。節能熒光燈管啟輝點燃溫度越高,185nm紫外輻射強度越高。節能熒光燈管的管徑越細,185nm紫外輻射強度越高。有實驗估算:節能熒光燈管的管徑,由38mm減小到10mm左右時,185nm紫外輻射強度,會提高20倍左右。
3、導致熒光粉粉體產生劣化的主導因素的分析
在啟輝點燃過程中,稀土三基色熒光粉涂層中的紅、綠、藍單色粉,粉體劣化的程度并不是完全一樣的,導致每一單色粉產生劣化的主導因素也是不同的。
理論分析和實驗都表明:在低氣壓汞放電光致發光的熒光燈中,對于氧化釔銪紅粉來講,離子轟擊,即:轟擊能的破壞作用占主導地位,185nm紫外輻射,即:紫外輻射能的破壞作用占非主導地位。對于鋁酸(CAT)系列的綠粉來講,離子轟擊,即:轟擊能的破壞作用是主要因素,185nm紫外輻射,即:紫外輻射能的破壞作用相對小的多。對于鋁酸(BAM)系列的藍粉來講,離子轟擊,即:轟擊能的破壞作用和185nm紫外輻射,即:紫外輻射能的破壞作用,兩者都是很大的。
四、熒光燈管玻璃產生光衰的機理分析
熒光燈管玻璃產生光衰的機理相對比較簡單。主要表現在兩個方面:
一是燈管玻璃中的堿金屬鈉(Na)離子,在啟輝點燃過程中,從玻璃管中游離出來與金屬汞(Hg)離子生成鈉汞齊,沉積于玻璃管內表面或熒光粉表面上,使管壁黑化影響光通量輸出而產生光衰。
二是在啟輝點燃過程中,金屬汞(Hg)離子在鞘層電場的加速下,以強大的沖力進入到玻璃內部。與堿金屬鈉(Na)離子生成鈉汞齊,使玻璃管黑化并吸收可見光,影響可見光通量輸出而產生光衰。
燈管玻璃組分不同,堿金屬鈉(Na)離子的析出量不同。從玻璃中析出的堿金屬鈉(Na)離子的遷移運動,與熒光粉涂層中的黏結劑的理化特性有關。進入到玻璃內部的金屬汞(Hg)離子,其量和深度與節能熒光燈管內微觀領域的理化特性有關,特別是微觀領域的電特性有關。
五、電子鎮流器(驅動功率源)輸出特性導致光衰的機理分析
在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管內部是局部平衡等離子體態。其微觀領域中每一形態的微觀運動,都產生每一對應的微觀現象。諸多微觀現象,共同作用決定整體系統的宏觀現象。
節能熒光燈管的外加電場,作用于每一形態的微觀領域,影響著微觀領域中每一形態的微觀運動狀態,進而控制整體系統的宏觀現象及物理狀態和特性。
因此,控制外加電場特性,就可以控制節能熒光燈管整體系統的宏觀現象及物理狀態和特性。
電子鎮流器是外加電場的驅動功率源,其輸出特性直接影響著節能熒光燈管的光電特性和壽命。下面概要分析電子鎮流器(驅動功率源)輸出特性導致光衰的技術機理。
(一)、在啟輝點燃過程中,節能熒光燈管的特性表現為負阻抗特性。對應于驅動功率源,表現出鮮明的頻率特性。即:對應于驅動功率源的不同驅動頻率,節能熒光燈管兩端的電壓波形和電流波形,一一對應為不同的波形。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
(二)、作用于節能熒光燈管兩端的電壓波形和電流波形不同,節能熒光燈管的光電特性,就會表現出不同的光效、光衰、頻閃特性,并且有很大的差異。實踐證明:在電壓波形和電流波形,嚴重偏離正弦波形時,會通過其它的作用機理產生光衰。
(三)、在啟輝點燃過程中,導入節能熒光燈管陰極的電流一分為二,即:燈絲電流和燈管電流。在燈絲電流和燈管電流分配一定時,燈管電流就正比于陰極電流。
燈管電流應該有一個合理的最佳值,假如燈管電流不合理,特別是燈管電流過大。節能熒光燈管內的電流密度就會超過合理值,微觀領域內彈性碰撞的幾率提高,致使點燃過程中節能熒光燈管的點燃溫會高出合理范圍。
在交變電場和高溫的共同作用下,就會發生陰極粒子濺射、熒光粉粉體劣化、離子轟擊等等多種作用機理,導致節能熒光燈管產生光衰。為便于描述,暫稱為:點燃溫度光衰。
(四)、在啟輝點燃過程中,導入節能熒光燈管陰極的電流一分為二,即:燈絲電流和燈管電流。在功率一定的前提下,燈絲電流和燈管電流的分配,應該有一個合理的最佳值。
(五)、假如分配不合理,導致節能熒光燈管光衰的表現有:
第一:燈絲電流過小,在啟輝階段由輝光放電向弧光放電過度的時間就會加長。因輝光放電時,陰極電位降很高,會加大離子對陰極的轟擊,陰極粒子濺射加重。濺射出來的粒子,會附著于熒光粉表面,影響可見光通量輸出而產生光衰。
第二:燈絲電流過大,點燃過程中陰極工作溫度過高,陰極粒子蒸發、濺射加重。蒸發、濺射出來的粒子,會附著于熒光粉表面,影響可見光通量輸出而產生光衰。(青島法蘭克微電子,韓儉榮撰寫的專題文章。有人將文章刪掉作者的單位名稱和作者的名字。而后,或者整篇或者大篇幅的,直接應用于自己的網站上。希望以后不要這樣。)
第三:燈絲電流過大,點燃過程中陰極工作溫度過高,電子發射量亦過大。亦會導致節能熒光燈管內的電流密度超過合理值,微觀領域內彈性碰撞的幾率提高,產生點燃溫度光衰。
六、熒光燈提高光通量維持率對策研究(限于篇幅本篇略)
(一)、燈用原材料的技術性能與相純度控制
(二)、生產過程的技術工藝研究與控制
(三)、整燈設計和電子鎮流器與燈管特性的技術匹配
七、結論(限于篇幅本篇略)
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