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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。
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）。
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。（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。）
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。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，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（作者韩俭荣）。
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。
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