灯管发光原理及工艺基础.doc

节能灯灯管发光原理及工艺基础
·荧光灯管的构造：如下图
·荧光灯灯管的核心部件是：管形玻璃壳体和灯丝
·管内壁涂有荧光粉
·灯丝上涂有一层发射电子的物质，也称为阴极
·芯柱用于固定灯丝，同时保证与玻璃灯管密封
·管内填充惰性气体和汞蒸气

·荧光灯发光原理
我们制作的节能灯属于气体放电光源，气体放电光源是指利用电流通过气体媒质时的放电现象。

·阴极产生电子的方法：
主要是热电子发射：阴极的金属通电产生热量，使得电子从阴极基金属和碱土氧化物涂层中释放；
·紫外线的产生：
电子打在汞原子上，汞原子被激发，产生能量转移，放出波长为253.7nm为主的紫外线；
·荧光灯可见光线的产生：
380nm以下、780nm以上为肉眼所无法看见的光线，紫外线的波长位于肉眼所能看见的光线以（380nm以下），荧光粉能够充分吸收253.7nm的紫外线，产生肉眼能够看见的可见光。

各波段的光谱分布图

常规三基色荧光灯的光谱分布图

影响灯管寿命的因素
·灯管的寿命跟以下因素有非常大的关系
·原材料
原材料首先就影响一个产品的性能及寿命，比方说用了劣质的灯丝或者荧光粉和电子粉，那么这样生产出的荧光灯的质量是达不到理想的期待值的，光效和光通维持会非常的低，寿命也会很短。
·制造工艺
制造工艺是指产品在投放市场前对制造工艺的大量试验及锁定，最终转化成在生产时的执行。
如果对工艺制定的试验很模糊，造成制造工艺制定不合理，这样生产出的产品的质量也是大打折扣的。
即使制造工艺制定的非常合理，在生产执行时，敷衍地草草执行了事，或者错误的执行，这样生产出的产品质量同样得不到保证。
·制造设备
制造设备的有效性是保证正常生产的需要和必须前提，因此生产部门，设备部门，技术部门应当高度重视必须保证设备的有效性，一但设备性能存在不足或者欠缺，后果相当严重，会造成大批量的质量事故。比如烤管机器的温度区域温度分布是否均匀，吹风流量是否能保证？排气设备的抽速和极限真空值是否能保证等等。
·质量控制
生产时必须按照制造工艺的质量标准文件，对其进行严格的监管控制，比如烤管的温度，转速，吹风流量，电子粉重量，均匀度，排气的烘烤温度及烘烤时间，清洗次数，充气压力等等一系列的质量控制环节都要严格把关，要有超前的质量控制意识，让质量事故在严格的监管控制中不少出现和不出现。
荧光灯管主要材料及特性作用
·灯丝
灯丝由钨丝为材料绕制而成，灯丝的尺寸都经过合理的设计和选择，使提供给灯丝螺旋的热能够很快产生一个恰当的温度，保证电子发射。同时，各螺距中间的空隙内能够存储更多的发射材料，利于寿命的维持。

·电子粉浆
节能灯所采用的电子粉要满足如下条件：工作温度较低、发射效率较高、寿命较长。涂覆电子粉浆，使灯丝上带有足够发射的物质

·荧光粉
我们现在使用的荧光粉是用紫外线来激发发光材料的，这种通过光线激发的发光现象称为光致发光。
节能灯用荧光粉必须有几个特性必须满足：
1.充分吸收253.7nm紫外线；
2．发射的光谱能满足发光效率和显色性的要求；
3.颗粒度适宜，保证亮度和维持率；
三基色荧光粉由红绿兰三种粉依据需要搭配比例而成，调整粉的不同比例可以得到不同的光色表现。
·保护膜
目前我们使用的是Υ-Al2O3（超细粒径的氧化铝）
超细粒径的氧化铝保护膜的作用是在玻璃和荧光粉之间形成一层致密的薄膜，这层膜可以很好地使二者隔离开，使得析出的金属不至于影响灯管光衰性能表现。
·光衰形成的过程原理：玻璃中的金属元素（尤其是钠）在长时间电子轰击下会逐渐析出，并迁移到玻璃管内侧和汞形成其他的金属汞齐，一方面使灯管玻璃体黑化，对光线形成遮挡，另一方面使汞损耗大，使灯管的转换效率降低，两方面结合起来就是光衰形成的过程。（这里不包括荧光粉原因的光衰，和其它工艺处理不当的光衰原因）
·汞/汞齐
汞在气体放电灯的作用是接受电子，并产生出紫外线。汞齐的目的是在相对高的温度环境中维持放电所需要的最佳蒸汽压。不同的金属和汞形成的汞齐有不同的适应温度，设计时选取不同种类的汞齐放置于不同的位置来保证相对良好的光输出。
低气压汞放电内，汞原子被激发产生253.7nm紫外辐射，汞原子辐射出的253.7nm紫外线照射在邻近的基态汞原子上，产生共振吸收。当汞原子浓度较低时，随汞原子浓度增加，253.7nm紫外辐射增加。当汞原子浓度较高时，随汞原子浓度增加，产生共振吸收的汞原子可能和其他电子、原子发生碰撞，不能重新辐射出253.7nm的紫外光子，从而导致253.7nm紫外转换效率降低，发光效率降低。因此，灯内存在一最佳汞蒸汽压，当灯内汞蒸汽压为最佳值时，253.7nm紫外转换效率最高，灯的发光效率最高。

·铟网片（辅助汞齐）
在制作完成的荧光灯管中，辅助汞齐在荧光灯灯管第一次老化后，吸收灯管内的汞蒸气，在灯下一次启动的时，借助阴极处（灯丝处）的热量快速释放出汞，便于快速建立光输出的爬升过程。
·惰性气体
惰性气体由于化学性质极不活泼，几乎不与其他元素反应，故此得名。由于它们在大气中含量极少，所以也被称为稀有气体。惰性气体在节能灯中是一种介质，它的作用是使得电子的行程增加，因为电子的重量非常小，和相对很大的惰性气体原子产生弹性碰撞，增加了和汞原子的碰撞机会，增加了电离的机会，使发光的效能提高。另一方面，在真空炙热状态的阴极易蒸发，由于气体的充入，加大了灯管中的气体压强，大大减少了阴极的蒸发速度，同时也可降低正离子的能量，减少了阴极的溅射，保护了阴极，提高了阴极的使用寿命。我们常用的惰性气体有氩气、氖气、氪气等等，我们还依据不同的需要搭配出一些混合气体，用于不同需要的灯管。

EUP指令相关内容
·此决议中设立的要求不适用以下家用灯和特殊用途的灯：
1、 具有下列色品坐标x和y的灯
X＜0.200或y＞0.600的灯
2、 定向灯
3、 灯的光通量在小于60lm或者大于12000lm的灯
4、 紫外线灯
5、 无自镇流器的荧光灯
6、 高强度的气体放电灯（如汞钠灯）
·244号/2009决议的实施周期
阶段1：2009年9月1日
阶段2：2010年9月1日
阶段3：2011年9月1日
阶段4：2012年9月1日
阶段5：2013年9月1日
阶段6：2016年9月1日

功能性参数
第1阶段
第5阶段
在6000小时灯的残存率
≥ 0.50
≥ 0.70
光通维持率
在2000小时：≥ 85% (带有第二层玻壳的灯≥ 80%)
在2000小时： ≥ 88% (带有第二层玻壳的灯≥ 83%)
在6000小时：≥70%
在损坏之前的开关周期数
≥ 以小时表示的灯的寿命的一半
如果灯的启动时间> 0.3秒≥ 10000
≥以小时表示的灯的寿命
如果灯的启动时间 > 0.3秒≥ 30000
启动时间
< 2.0秒
如果 P < 10W，< 1.5秒
如果P ≥ 10W ，< 1.0秒
达到60% Φ灯的预热时间
< 60秒
或含有汞齐剂型式的汞的灯 < 120秒
< 40秒
或含有汞齐剂型式的汞的灯 < 100秒
过早损坏率
在200小时≤ 2.0%
在400小时≤ 2.0%
长波紫外线（UVA）+中波紫外线（UVB）辐射
≤ 2.0 mW/klm
≤ 2.0 mW/klm
短波紫外线（UVC）辐射
≤ 0.01 mW/klm
≤ 0.01 mW/klm
灯的功率因数
如果 P < 25W，≥ 0.50
如果 P ≥ 25W，≥ 0.90
如果 P < 25W，≥ 0.55
如果 P ≥ 25W，≥ 0.90
显色性 (Ra)
≥ 80
≥ 80

·关于灯的产品信息要求
·要在包装上明显显示的信息
1、 当灯的标称功率在能效标签的外面显示时，灯的标称光通量同样也应当至少以灯的标称功率两倍大的字体在该标签的外面显示；
2、
3、 以小时表示的灯的标称寿命（不高于额定的寿命）；
4、 在灯过早损坏之前的开关周期数；
5、 色温（同样也以开氏温标值表示）；
6、 到全部光输出60%的预热时间（如果低于1秒，可以用“瞬时点亮”显示）；
7、 如果灯不能调光或只能靠特殊的调光器调光，应提供警告；
8、 如果设计适合于在非标准的条件（例如环境温度Ta ≠ 25 °C）中最佳使用，提供关于这些条件的信息；
9、 以毫米表示的灯的尺寸（长度和直径）；
10、 如果在包装上声称与白炽灯相等，包装中包含的灯的光通量应当对应表中声称的与白炽灯相等的功率（四舍五入到1瓦）。
光通量和声称的白炽灯功率（四舍五入到1瓦）的中间值应当按照两个邻近值之间的线性内插法计算。

灯的额定光通量
Φ [lm]
声称与白炽灯相等的功率
紧凑型荧光灯（CFL）
卤素灯
发光二极管及其它的灯
[W]
125
119
136
15
229
217
249
25
432
410
470
40
741
702
806
60
970
920
1055
75
1398
1326
1521
100
2253
2137
2452
150
3172
3009
3452
200

11、 汞含量为X.X毫克；
12、 显示在意外发生灯破裂的情况下可以向哪个网站咨询，查找关于如何清理灯的碎片的说明。
·在免费访问的网站可以公开获得的信息
最低限度，下列信息应当作为至少有价值的信息陈述。
1、 包装上明显显示的12调信息
2、 额定瓦数（精确到0.1瓦）；
3、 额定的光通量；
4、 灯的额定寿命；
5、 灯的功率因数；
6、 在灯的标称寿命结束时的光通维持率；
7、 启动时间（按照X.X秒）；
8、 显色性。
如果该灯含有汞：
9、 关于在意外发生灯破裂的情况下如何清理灯的碎片的说明；
10、 关于在灯的寿命终止时如何处理该灯的建议。

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