三基色灯光的应用及发展趋势

三基色灯光的应用及发展趋势

中国积极普及科学节能广告。2009年7月24日,国家发展改革委与联合国开发计划署(UNDP)、全球环境基金(GEF)合作的“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目签字仪式在北京举行,这标志着中国绿色照明国际合作进入新的阶段。节能灯,学名称为“自镇流荧光灯(Self-ballastedlamps)”,国外简称“CFL”,其照明光源正是荧光灯。荧光灯发光原理是气体放电,将汞蒸汽封在管内通过电流激发水银原子释放出紫外线,紫外线再激发管壁上的荧光粉发出可见光。根据荧光粉种类的不同,目前荧光灯可分为三基色荧光灯和普通荧光灯。三基色荧光灯比起普通荧光灯具有更优异的光学性能,并且寿命更长,汞含量更少。据飞利浦公司直管荧光灯产品参数,三基色荧光灯寿命约15000h、汞含量≤3mg,普通荧光灯寿命约13000h、汞含量≈13mg。随着其技术不断成熟、成本不断降低、社会不断推广及人们认识度不断提高,性能优异的三基色荧光灯必然淘汰家庭和办公场所使用的白炽灯和普通荧光灯。一、合成三基色荧光与普通荧光分光光谱分析三基色荧光灯发光材料是三基色荧光粉,三基色荧光粉主要是蓝、绿、红的稀土荧光粉按一定比例混合而成。蓝、绿、红三种荧光粉均为白色粉末状物,见图1,常见的化学组成分别是蓝粉BaMgAl10O17:Eu2+、绿粉CeM-gAl11O19:Tb3+和红粉Y2O3:Eu3+。普通荧光灯发光材料是主要是锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉,简称“卤粉”,化学式表示为3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn。由于荧光粉的使用不同,三基色荧光灯与普通荧光灯发光时具有不同的光谱特性,分别见图2和图3。由图2可见,三基色荧光灯发出的光谱中在蓝区波长约435nm、绿区波长约545nm、橘红区波长约610nm均有相对的光谱峰值,这是三基色荧光灯光谱特征之一。而图3,普通荧光灯发出的光谱并没有以上特征,常见的普通荧光灯光谱往往缺少橘红区波长约610nm峰值。二、对其他方法的试验国家现行的关于荧光灯的性能标准主要有GB/T17262-2002《单端荧光灯性能要求》、GB19415-2003《单端荧光灯能效限定值及节能评价值》、GB/T17263-2002《普通照明用自镇流荧光灯性能要求》、GB19044-2003《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》、GB/T10682-2002《双端荧光灯性能要求》、GB19043-2003《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》。在上述标准中,荧光灯光性能指标主要有:显色指数,色容差,光效,2000h光通维持率和能效等级。为比较三基色荧光灯与普通荧光灯光性能指标,试验从各种渠道取得三基色荧光灯和普通荧光灯样品,并严格按照标准要求进行。试验样品见图4,这些样品普遍存在于家庭及办公场所中,其中环形荧光灯属于单端荧光灯、直管荧光灯属于双端荧光灯、节能灯属于自镇流荧光灯。由于2000h光通维持率试验需时较长,故此试验暂不进行。据飞利浦公司直管荧光灯产品参数,三基色荧光灯10000h光通维持率约91%,普通荧光灯10000h光通维持率<80%。另外,现场照明中常常需要照度作为光源应用的光性能指标。由于现场其他环境因素容易影响照度测量,故本案照度测试,务求减少环境对光源照度的影响,参考以上标准光性能试验条件,在环境稳定的积分光球里进行照度测量。试验条件为:1)环境温度:25℃±1℃;2)电源电压:稳定度±0.2%,总谐波含量<3%;3)积分光球:1.5m直径,反射率≈0.8;4)初始老炼时间:100h;5)测量预热时间:20min;试验结果见表1。由表1试验结果表明,相同功率、结构及目标色温下,三基色荧光灯比普通荧光灯具有更高的显色指数、光效和照度。显色指数主要是评定待测光源显色性和在待测光源下对标准样品形成的色差。光源的显色指数越高,其显色性越好,物体色失真越小。光度学和色度学基础理论可知,光源的光谱分布决定光源的显色指数。光谱450nm(蓝),540nm(绿),640nm(橘红)波长区的辐射对提高光源的显色指数具有特殊的效果,而500nm和580nm波长附近的光谱成分对颜色显现有不利影响。三基色荧光灯较普通荧光灯光谱里,500nm和580nm波长光谱成分小。其他研究也表明,在三种单色粉中,红粉抗紫外辐射衰减能力最强,增加红粉的比例,灯管的显色指数上升,光衰会减小。故三基色荧光灯具有更高的显色指数。光效体现电能转换成视觉光能的能力,光效越高,能源利用率越高。由于普通荧光灯光效较之白炽灯优势不明显,使用一段时间后容易光衰令光效更小,故曾经有节能灯不“节能”,寿命差等报道。三基色荧光灯光效高,使用后不容易出现光衰、寿命较长,真正体现了节能灯的优势。照度是指落在物体表面单位面积上的光通量。三基色荧光灯比起普通荧光灯在相同功率下有更高的光通量,故三基色荧光灯比普通荧光灯在日常使用中有更高的照度。一般,当两者同时点亮时,人们会觉得三基色荧光灯较亮。三、节能且不含汞的“黑灯”众所周知,汞是一种污染环境的有毒物质。三基色荧光灯虽然比起普通荧光灯汞含量更小,但毕竟生产中都使用汞物质,而且其含量一般超过SJT11363-2006《RequirementsforConcentrationLimitsforCertainHazardousSubstancesinElectronicInformationProducts》有害物质限量要求,算不上完全、彻底的绿色环保照明,这影响了三基色荧光灯的发展。因此,有必要研发另一种物质去代替现在生产使用的汞。有报道,日本松下电工和东京农工大学合作开发出一种新型节能且不含汞的荧光灯,此灯在同等电力下,照明亮度可达普通荧光灯的1.5倍。消息令人欣喜,无汞荧光灯代表着荧光灯的一个环保发展方向。四、基色荧光灯与led如今,以LED为代表的第三次照明革命正悄悄地进行。虽然LED被公认为是典型的绿色照明,具有环保、节能、寿命长等优点,但是LED也存在着成本较高和检测标准不完善等问题