正文 1.4 緊湊型熒光燈的特性(3 / 3)

為減少發射材料的濺射損失,可增加惰性氣體的充氣壓和改變三元氧化物的配比(增加氧化鈣的成分,增加二氧化鋯的添加量)。另外,要求電子鎮流器被設計得使燈電流的波峰係數盡可能地低。

(2)陰極發射材料的熱蒸發[29]

如前所述,要求陰極鎢絲螺旋的尺寸設計得使它通過放電本身能獲得為維特電子發射所需要的溫度。若溫度過高,則陰極發射材料將因熱蒸發而損耗,燈的陰極壽命將縮短。事實上,陰極活性物質的蒸發是促使陰極壽命終止的一個重要原因。活性物質的蒸發速率隨著陰極熱點溫度的上升而急劇增加,由Arrhenius方程,活性物質的蒸發速率υ為

式中,C為常數;Q為激活能,單位為cal/mol;T為熱點溫度,單位為K;R為氣體普適常數。

由於熱點溫度位於指數項上,隻要陰極的熱點溫度稍有降低,陰極發射材料的蒸發速率將顯著下降。計算表明,隻要熱點溫度降低20~30℃,活性物質的蒸發速率將下降一倍。由此結果可以看出,蒸發速率對溫度是十分靈敏的。陰極熱點溫度的降低就可以延長陰極的壽命,因此,應嚴格控製陰極的分解激活工藝規範,使陰極材料的功函數降低,從而在低的熱點溫度下工作。

另外,也要注意陰極在啟動階段不能過熱。研究表明,若啟動前陰極的熱阻為冷阻的6倍時,陰極發射材料將因過度蒸發而損耗。

(3)氣體雜質對陰極發射塗層的影響

管內雜質氣體對陰極壽命的影響體現在這些雜質氣體對陰極毒化作用與濺射作用上。氧化性氣體(如O2、CO2和H2O等)會使陰極的發射性能變差(陰極中毒),從而影響陰極的壽命;陰極位降高的氣體(如H2、N2等)將促使陰極活性物質的過度濺射。因此,烤管工序後要立即排氣,陰極發射材料要徹底分解,要盡量提高排氣的真空度,以盡量減少管內雜質氣體的影響。

使用有油係統排氣時,若油蒸氣反擴散到燈管中,陰極也要中毒。油蒸氣壓越高,陰極中毒也就越嚴重。因此,在排氣過程中,應防止油蒸氣反擴散到燈管中。

1.4.4.2緊湊型熒光燈的流明維持率[34]

除了熒光粉本身的質量外,影響緊湊型熒光燈流明維持率的主要因素是:玻璃管的黑化,熒光粉層表麵碳,氧化汞和汞等沉積薄膜的形成,熒光粉本身的劣化和燈管兩端黑色環狀端帶的形成等。

(1)玻璃管的黑化

在低氣壓汞放電所產生的短波紫外線的輻照下,在燈的玻管內表麵玻璃中會形成光電場,此光電場將加速汞離子向玻璃管內的遷移,汞離子在玻管內將和電子複合,形成汞原子。隨著燃點時間的延長,玻璃中的這些汞原子將凝集在一起,從而在玻璃管內形成金屬態的汞微粒,導致燈管玻璃的黑化,使燈管的光輸出下降,流明維持率下降。

(2)熒光粉塗層表麵灰棕色的吸光薄膜

由1.4.3.3節,若有機黏結劑在烤管工序未烤除、陰極分解不透、排氣真空度不好、充入的稀有氣體不純、置入的汞含雜氣等,就會在粉層表麵形成吸光的灰棕色薄膜;另外,若玻璃管內含鈉,玻璃管內表麵未塗保護膜,那麼玻璃中的鈉離子將經由熱擴散而從玻璃中擴散到熒光粉的表麵,在那裏它們將和汞反應,生成黑色的鈉汞齊。在熒光粉塗層內表麵上的吸光薄膜使燈的光輸出下降,使流明維持率下降。

(3)熒光粉的劣化

在低氣壓汞放電熒光燈中,汞離子受放電管管壁處的鞘層電位的加速,從中得到約8eV能量;另外,汞正離子在管壁處和電子複合,又釋放出10.42eV能量。在管壁處,高能的汞離子將轟擊熒光粉,使熒光粉晶體表麵受損,形成一個無序層。無序層中的發光中心遭到破壞,使粉的可見輻射減少;無序層的存在增強了對放電管中汞、氧化汞等的吸附,無序層中的金屬原子將和汞反應,形成黑色的汞齊。另外,汞放電發出的185nm短波紫外線對藍粉的輻照還會在藍粉中形成色心,使藍粉的光輸出減少。

為了顯示粉層表麵吸光灰棕色薄膜對熒光燈光通維持率的影響,將燃點了5000h的燈進行加溫試驗[34],結果發現,若將燈管加熱到100~200℃(除去熒光粉層表麵吸附的汞),則熒光粉層的相對亮度會得到一定恢複;若將燈管加熱到500℃(除去熒光粉層表麵吸附的氧化汞),則相對亮度可恢複到接近初始亮度。測試結果表明,汞和氧化汞灰棕色吸光薄膜在粉層表麵的吸附對熒光燈的光衰約有70%的影響,而熒光粉本身對燈的光衰的貢獻隻有30%。

(4)燈管兩端黑色環帶(端帶)的影響

在燈的壽命期內,氧化汞的生成,電子發射材料的蒸發和濺射將在燈管的兩端(起始於靠近法拉第暗區和正柱區的接壤處)形成黑化的環狀黑帶(簡稱端帶),使燈的流明輸出減少。

1.4.5緊湊型熒光燈光輸出的顏色[35]

緊湊型熒光燈的光譜是稀土三基色窄帶發射熒光粉的發射光譜和低氣壓汞-稀有氣體放電本身的可見光譜的疊加,因此,汞放電的可見輻射譜線,特別是波長為435.8nm這根藍色譜線對燈的顏色有很大的影響。

實驗發現,隨著環境溫度的下降,燈內的汞蒸氣壓下降,色坐標x和y的值都下降,燈的色溫上升;當燈內充入的稀有氣體的氣壓下降時,色坐標x和y的值同時下降,燈的色溫上升;當燈的電流密度上升時,色坐標x和y的值同時下降(x值的下降比y要顯著),燈的色溫上升;當電子鎮流器的工作頻率下降時,色坐標x和y的值也同時下降(x值的下降較為顯著,而y值的下降較少),燈的色溫上升。

以上所述的燈的色坐標x和y值及色溫隨放電條件的變化都可由不同放電狀態下汞蒸氣放電435.8nm藍色譜線強度的變化而得到說明。由汞原子的簡化能級,這根藍色譜線是從73S1到63P1的躍遷。當稀有氣體的充氣氣壓下降時,因雙極擴散導致的管壁損失上升,電子溫度將上升;當工作頻率下降時,更多的帶電粒子在電流交變過零期間將擴散到管壁而損失,為了補償帶電粒子的損失,電子溫度也將上升。於是,相對於63P1能級而言,高的電子溫度使高能級73S1的激發數上升,汞放電藍色輻射上升,x和y值下降,色溫上升。當放電電流上升時(若管內徑不變,電流的上升也即電流密度的上升),電子數增加,逐級激發幾率大增,汞原子63P1激發態將被激發到更高的73S1激發態,這就使汞放電藍光的比例提高,使x和y值下降。同樣地,環境溫度的下降將使汞蒸氣壓下降,電離減少,為彌補電離的減少,電子溫度上升,使73S1態的激發數上升,故藍光增加,x和y值下降。