浅析荧光灯管光衰现象及技术机理

浅析荧光灯管光衰现象及技术机理

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。（作者韩俭荣）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，而后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。（青岛法兰克微电子，韩俭荣撰写的专题文章。有厂家将文章删掉作者的单位名称和作者的名字。而后，或者整篇或者大篇幅的，直接应用于自己的网站上。希望以后不要这样。）

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。（青岛法兰克微电子，韩俭荣撰写的专题文章。有厂家将文章删掉作者的单位名称和作者的名字。而后，或者整篇或者大篇幅的，直接应用于自己的网站上。希望以后不要这样。）

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。

（青岛法兰克微电子，韩俭荣撰写的专题文章。有厂家将文章删掉作者的单位名称和作者的名字。而后，或者整篇或者大篇幅的，直接应用于自己的网站上。希望以后不要这样。）

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。

（青岛法兰克微电子，韩俭荣撰写的专题文章。有厂家将文章删掉作者的单位名称和作者的名字。而后，或者整篇或者大篇幅的，直接应用于自己的网站上。希望以后不要这样。）

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溅射变高，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。