三基色燈光的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

三基色燈光的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

中國積極普及科學(xué)節(jié)能廣告。2009年7月24日,國家發(fā)展改革委與聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)、全球環(huán)境基金(GEF)合作的“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈”項目簽字儀式在北京舉行,這標(biāo)志著中國綠色照明國際合作進入新的階段。節(jié)能燈,學(xué)名稱為“自鎮(zhèn)流熒光燈(Self-ballastedlamps)”,國外簡稱“CFL”,其照明光源正是熒光燈。熒光燈發(fā)光原理是氣體放電,將汞蒸汽封在管內(nèi)通過電流激發(fā)水銀原子釋放出紫外線,紫外線再激發(fā)管壁上的熒光粉發(fā)出可見光。根據(jù)熒光粉種類的不同,目前熒光燈可分為三基色熒光燈和普通熒光燈。三基色熒光燈比起普通熒光燈具有更優(yōu)異的光學(xué)性能,并且壽命更長,汞含量更少。據(jù)飛利浦公司直管熒光燈產(chǎn)品參數(shù),三基色熒光燈壽命約15000h、汞含量≤3mg,普通熒光燈壽命約13000h、汞含量≈13mg。隨著其技術(shù)不斷成熟、成本不斷降低、社會不斷推廣及人們認(rèn)識度不斷提高,性能優(yōu)異的三基色熒光燈必然淘汰家庭和辦公場所使用的白熾燈和普通熒光燈。一、合成三基色熒光與普通熒光分光光譜分析三基色熒光燈發(fā)光材料是三基色熒光粉,三基色熒光粉主要是藍、綠、紅的稀土熒光粉按一定比例混合而成。藍、綠、紅三種熒光粉均為白色粉末狀物,見圖1,常見的化學(xué)組成分別是藍粉BaMgAl10O17:Eu2+、綠粉CeM-gAl11O19:Tb3+和紅粉Y2O3:Eu3+。普通熒光燈發(fā)光材料是主要是銻錳激活的鹵磷酸鈣熒光粉,簡稱“鹵粉”,化學(xué)式表示為3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn。由于熒光粉的使用不同,三基色熒光燈與普通熒光燈發(fā)光時具有不同的光譜特性,分別見圖2和圖3。由圖2可見,三基色熒光燈發(fā)出的光譜中在藍區(qū)波長約435nm、綠區(qū)波長約545nm、橘紅區(qū)波長約610nm均有相對的光譜峰值,這是三基色熒光燈光譜特征之一。而圖3,普通熒光燈發(fā)出的光譜并沒有以上特征,常見的普通熒光燈光譜往往缺少橘紅區(qū)波長約610nm峰值。二、對其他方法的試驗國家現(xiàn)行的關(guān)于熒光燈的性能標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T17262-2002《單端熒光燈性能要求》、GB19415-2003《單端熒光燈能效限定值及節(jié)能評價值》、GB/T17263-2002《普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈性能要求》、GB19044-2003《普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈能效限定值及能效等級》、GB/T10682-2002《雙端熒光燈性能要求》、GB19043-2003《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》。在上述標(biāo)準(zhǔn)中,熒光燈光性能指標(biāo)主要有:顯色指數(shù),色容差,光效,2000h光通維持率和能效等級。為比較三基色熒光燈與普通熒光燈光性能指標(biāo),試驗從各種渠道取得三基色熒光燈和普通熒光燈樣品,并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進行。試驗樣品見圖4,這些樣品普遍存在于家庭及辦公場所中,其中環(huán)形熒光燈屬于單端熒光燈、直管熒光燈屬于雙端熒光燈、節(jié)能燈屬于自鎮(zhèn)流熒光燈。由于2000h光通維持率試驗需時較長,故此試驗暫不進行。據(jù)飛利浦公司直管熒光燈產(chǎn)品參數(shù),三基色熒光燈10000h光通維持率約91%,普通熒光燈10000h光通維持率<80%。另外,現(xiàn)場照明中常常需要照度作為光源應(yīng)用的光性能指標(biāo)。由于現(xiàn)場其他環(huán)境因素容易影響照度測量,故本案照度測試,務(wù)求減少環(huán)境對光源照度的影響,參考以上標(biāo)準(zhǔn)光性能試驗條件,在環(huán)境穩(wěn)定的積分光球里進行照度測量。試驗條件為:1)環(huán)境溫度:25℃±1℃;2)電源電壓:穩(wěn)定度±0.2%,總諧波含量<3%;3)積分光球:1.5m直徑,反射率≈0.8;4)初始老煉時間:100h;5)測量預(yù)熱時間:20min;試驗結(jié)果見表1。由表1試驗結(jié)果表明,相同功率、結(jié)構(gòu)及目標(biāo)色溫下,三基色熒光燈比普通熒光燈具有更高的顯色指數(shù)、光效和照度。顯色指數(shù)主要是評定待測光源顯色性和在待測光源下對標(biāo)準(zhǔn)樣品形成的色差。光源的顯色指數(shù)越高,其顯色性越好,物體色失真越小。光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)理論可知,光源的光譜分布決定光源的顯色指數(shù)。光譜450nm(藍),540nm(綠),640nm(橘紅)波長區(qū)的輻射對提高光源的顯色指數(shù)具有特殊的效果,而500nm和580nm波長附近的光譜成分對顏色顯現(xiàn)有不利影響。三基色熒光燈較普通熒光燈光譜里,500nm和580nm波長光譜成分小。其他研究也表明,在三種單色粉中,紅粉抗紫外輻射衰減能力最強,增加紅粉的比例,燈管的顯色指數(shù)上升,光衰會減小。故三基色熒光燈具有更高的顯色指數(shù)。光效體現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換成視覺光能的能力,光效越高,能源利用率越高。由于普通熒光燈光效較之白熾燈優(yōu)勢不明顯,使用一段時間后容易光衰令光效更小,故曾經(jīng)有節(jié)能燈不“節(jié)能”,壽命差等報道。三基色熒光燈光效高,使用后不容易出現(xiàn)光衰、壽命較長,真正體現(xiàn)了節(jié)能燈的優(yōu)勢。照度是指落在物體表面單位面積上的光通量。三基色熒光燈比起普通熒光燈在相同功率下有更高的光通量,故三基色熒光燈比普通熒光燈在日常使用中有更高的照度。一般,當(dāng)兩者同時點亮?xí)r,人們會覺得三基色熒光燈較亮。三、節(jié)能且不含汞的“黑燈”眾所周知,汞是一種污染環(huán)境的有毒物質(zhì)。三基色熒光燈雖然比起普通熒光燈汞含量更小,但畢竟生產(chǎn)中都使用汞物質(zhì),而且其含量一般超過SJT11363-2006《RequirementsforConcentrationLimitsforCertainHazardousSubstancesinElectronicInformationProducts》有害物質(zhì)限量要求,算不上完全、徹底的綠色環(huán)保照明,這影響了三基色熒光燈的發(fā)展。因此,有必要研發(fā)另一種物質(zhì)去代替現(xiàn)在生產(chǎn)使用的汞。有報道,日本松下電工和東京農(nóng)工大學(xué)合作開發(fā)出一種新型節(jié)能且不含汞的熒光燈,此燈在同等電力下,照明亮度可達普通熒光燈的1.5倍。消息令人欣喜,無汞熒光燈代表著熒光燈的一個環(huán)保發(fā)展方向。四、基色熒光燈與led如今,以LED為代表的第三次照明革命正悄悄地進行。雖然LED被公認(rèn)為是典型的綠色照明,具有環(huán)保、節(jié)能、壽命長等優(yōu)點,但是LED也存在著成本較高和檢測標(biāo)準(zhǔn)不完善等問題