節(jié)能燈制造過(guò)程中色容差的控制

1、期節(jié)能燈制造過(guò)程中色容差的控制魏冰(廈門通士達(dá)照明有限公司,福建廈門361100摘要色容差是節(jié)能燈顏色性能方面的一個(gè)重要指標(biāo)。分析了節(jié)能燈制造過(guò)程中三基色熒光粉的配比及涂粉工藝對(duì)色容差的影響,提出了能較好地控制色容差和色參數(shù)一致性的配粉及涂粉方案。關(guān)鍵詞三基色熒光粉色容差配比涂粉方式調(diào)整Discussion on Color Tolerance Control DuringCFL Manufacturing StageWei Bing(Xiamen Topstar Lighting Co,Ltd,Fujian Xiamen361100Abstract:Color tolerance is a

2、critical indication of color performance for energy efficient lampThe influence of tricolor phosphor proportioning and coating on color tolerance are analyzedThe proportions and coating techniques that can control color tolerance and uniformity well are proposedKey words:tricolor phosphor;color tole

3、rance;proportion;coating method;adjustment前言色容差是衡量節(jié)能燈顏色性能的一個(gè)重要指標(biāo),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其有明確的考核要求。影響節(jié)能燈色容差的有多方面因素,如熒光粉配比和涂覆工藝、燈管用汞種類、排氣時(shí)的氬量控制、燈管和鎮(zhèn)流器的匹配等等。本文從稀土三基色熒光粉的配比及涂粉工藝角度進(jìn)行分析,探討在節(jié)能燈生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)如何控制燈的色容差及提高燈的色參數(shù)一致性。1標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)目標(biāo)值及色容差1.1標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)目標(biāo)值我國(guó)節(jié)能燈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T172632002規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)顏色燈的色品坐標(biāo)目標(biāo)值如表1所示。1.2色容差色容差是實(shí)測(cè)節(jié)能燈坐標(biāo)值(x,y偏離標(biāo)準(zhǔn)色表1自鎮(zhèn)流熒光燈

4、的標(biāo)準(zhǔn)顏色特征顏色代表符號(hào)TC(K色品坐標(biāo)目標(biāo)值度坐標(biāo)目標(biāo)值的距離。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定燈的色度坐標(biāo)(x,y的初始讀數(shù)距離標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)應(yīng)在5SDCM之內(nèi),即色容差5。SDCM可由以下公式求得:g11x2+2g12xy+g22y2=(SDCM2式中,xx相對(duì)于目標(biāo)坐標(biāo)值的誤差;yy相對(duì)于目標(biāo)坐標(biāo)值的誤差;g11、g12、g22由標(biāo)準(zhǔn)顏色確定的系數(shù)(見(jiàn)表2。魏冰:節(jié)能燈制造過(guò)程中色容差的控制11表2標(biāo)準(zhǔn)顏色系數(shù)顏色g11g12g22F6500(日光色861044010445104F5000(中性白色561042510428104F4000(冷白色39.510421.510426104F3500(白色381

5、042010425104F2700(白熾燈色4410418.6104271042熒光粉配比對(duì)節(jié)能燈色容差的影響稀土三基色熒光粉是由發(fā)紅色、綠色、藍(lán)色光的三種單色粉根據(jù)制燈要求按不同比例混合而成的,所以它們的配比直接影響節(jié)能燈的色溫和色容差。但熒光粉配比相同而燈管規(guī)格不同的熒光燈,由于燈管長(zhǎng)度、管徑、陰極發(fā)射強(qiáng)度不同,它們的色參數(shù)也會(huì)不同。2.1熒光粉配比對(duì)同規(guī)格節(jié)能燈色容差的影響目前緊湊型熒光燈普遍使用稀土三基色熒光粉,它們是發(fā)紅光的Y2O3Eu3+(主峰值為611nm、發(fā)綠光的CeMg Al11O19Tb3+(主峰值為543nm、發(fā)藍(lán)光的BaMgAl10O17Eu2+(主峰值為450nm,其

6、發(fā)射光譜曲線如圖1所示。這三種單色熒光粉按一定配比混和可以制成色溫從2700 7000K任意光色的熒光燈 。圖1三種窄帶熒光粉的發(fā)射光譜對(duì)于色溫為2700K的節(jié)能燈可以不添加藍(lán)粉。我們用不同配比的紅粉和綠粉制成了20W T3螺旋燈管,測(cè)得燈管的色參數(shù)如表3所示。從表中可以看出不添加藍(lán)粉的熒光粉的配比和色容差的關(guān)系:紅粉的比例越高,熒光燈色坐標(biāo)x值越大、y值越小,顯色指數(shù)越高,色容差越小。表3不同紅、綠粉配比的同規(guī)格燈管色參數(shù)紅粉與綠粉的配比TC(K色坐標(biāo)x y降低約0.003。表4紅、綠、藍(lán)粉配比不同的同規(guī)格燈管色參數(shù)紅粉、綠粉、藍(lán)粉的配比TC(K色坐標(biāo)x ySDCM表5同種熒光粉配比的不同規(guī)

7、格燈管的色參數(shù)功率(WTC(K色坐標(biāo)x y從表5數(shù)據(jù)可以看出,以同種熒光粉配比制成的20W燈的色坐標(biāo)與11W燈的相差很大,x相差0.0111,y相差0.008;色容差相差高達(dá)幾十倍。所以在節(jié)能燈生產(chǎn)中,要根據(jù)節(jié)能燈的規(guī)格確定相應(yīng)的熒光粉配比,這樣才能使制成的燈管色參數(shù)一致性較好,色容差符合要求。3涂粉工藝對(duì)節(jié)能燈色容差的影響制燈廠在確定了每個(gè)燈管規(guī)格的三基色熒光粉配比后,還不能保證能生產(chǎn)出色參數(shù)一致性良好的產(chǎn)品,涂粉工藝的控制也會(huì)對(duì)色參數(shù)產(chǎn)生影響。3.1涂粉方式對(duì)節(jié)能燈色容差的影響目前制燈廠所用的螺旋燈涂粉方式有吸涂、噴涂和圓涂。吸涂法和噴涂法都是將燈管垂直放置,粉漿從螺旋燈的一支腳噴入。二者

8、的區(qū)別在于吸涂法是粉漿從另一支腳吸出,噴涂法是粉漿從另一支腳自然流出,然后送隧道式烘箱加熱烘干。吸涂法和噴涂法的工藝特點(diǎn)都會(huì)使粉漿由于重力原因較多地沉積在每一螺旋圈的下半部,上部較少,這兩種涂粉方式是有積粉涂粉方式。圓涂法是指燈管水平放置,將適量的粉漿從螺旋燈的一支腳打入,螺旋管繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng),邊旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)入烘箱烘干。在圓涂工藝中,燈管水平放置,粉漿在螺旋管中邊旋轉(zhuǎn)邊烘干,不存在螺旋圈下半部積粉的問(wèn)題,整個(gè)燈管粉層厚度較均勻。粉漿是由三基色熒光粉加入輔料配制而成,三基色粉的相對(duì)密度不同(紅粉為5.18,綠粉為4.22,藍(lán)粉為3.85,其中紅粉相對(duì)密度最大,比較容易沉積。吸涂法是用負(fù)壓將粉漿從另一支腳

9、吸出,紅粉的流速更快,沉積最多,造成積料帶紅粉較多,非積料帶的整個(gè)涂層紅粉含量較少。因此同樣配比的熒光粉,用吸涂法生產(chǎn)的燈紅粉含量最少,色坐標(biāo)值最低。表6是用同種配比熒光粉以不同涂粉方式制成的T3螺旋20W燈管的色參數(shù)。表6同種熒光粉配比、不同涂粉方式的燈管色參數(shù)涂粉方式TC(K色坐標(biāo)x yR a SDCM從表6數(shù)據(jù)看出,同樣的燈管規(guī)格及熒光粉配比,用吸涂法的燈色坐標(biāo)最低,從而色容差也較大。所以在節(jié)能燈生產(chǎn)中,要明確不同的涂粉方式,使用不同的熒光粉配比,才能有效地控制節(jié)能燈的色容差。例如,對(duì)于同樣規(guī)格和色溫的燈管,用吸涂涂粉方式時(shí)需適當(dāng)提高紅粉的配比以減小色容差。3.2粉層厚度對(duì)節(jié)能燈色容差的

10、影響節(jié)能燈是根據(jù)低氣壓放電原理制成的。大家所看到的節(jié)能燈的發(fā)光光譜實(shí)際上是由熒光粉在紫外線激發(fā)下的發(fā)光光譜與汞發(fā)出的可見(jiàn)光區(qū)光譜(特別是藍(lán)色譜線疊加而成的。因而熒光粉在制成燈管以后,燈管的色坐標(biāo)(x,y值與粉的色坐標(biāo)相比會(huì)出現(xiàn)偏小的現(xiàn)象。粉層太薄,紫外輻射轉(zhuǎn)換可見(jiàn)光的效率低,可見(jiàn)光區(qū)發(fā)光的汞光譜(特別是藍(lán)色譜線相對(duì)較強(qiáng),則燈管的色坐標(biāo)(x,y值比正常值偏低;粉層太厚,會(huì)引起可見(jiàn)光被吸收,燈管光輸出也減少,則燈管的色坐標(biāo)(x,y值也會(huì)變化。我們以不同的粉層厚度做成T2螺旋燈管進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得色參數(shù)見(jiàn)表7。表7不同粉層厚度的燈管色參數(shù)序號(hào)粉重(g/只色坐標(biāo)x ySDCM注:粉層厚度用熒光粉的粉重衡量

11、。從表7數(shù)據(jù)看出,粉層越薄,燈管的色坐標(biāo)(x、y值越低。所以在節(jié)能燈涂粉過(guò)程中,粉層厚度的控制非常重要,特別是批與批之間,粉層厚度不能差異太大,這樣才能保證生產(chǎn)出來(lái)的燈管色參數(shù)一致性好,色容差符合要求。4色容差的調(diào)整在節(jié)能燈生產(chǎn)中,如果燈色坐標(biāo)偏離標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo),我們需要調(diào)整色坐標(biāo),使色容差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求(SDCM5。在節(jié)能燈大量生產(chǎn)前,我們先對(duì)投產(chǎn)的規(guī)格根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值做個(gè)小樣測(cè)試,測(cè)出色坐標(biāo)為(x1,y1,根據(jù)該顏色的標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)(x,y(見(jiàn)表1算出色坐標(biāo)漂移x=x1x,y=y1y。通過(guò)大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,單色粉的增加比例與色坐標(biāo)漂移程度的關(guān)系如表7所示。則根據(jù)表8可以算出要得到標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)需要添

12、加的單色粉的比例。表8色坐標(biāo)漂移幅度與單色粉增加比例的關(guān)系添加1%的單色粉x軸漂移y軸漂移紅粉0.003 0.0050.003 0.005綠粉0.003 0.0050.003 0.005藍(lán)粉0.003 0.0050.003 0.005(下轉(zhuǎn)第20頁(yè)(2光輸出過(guò)于分散燈具光強(qiáng)角過(guò)大,可能造成黑板上沿太亮、下沿太暗的情況,不能滿足要求。如圖7配光的燈具在270 0方向和0 90方向光強(qiáng)變化不明顯,射向黑板上沿和黑板下沿的光強(qiáng)基本相同,按圖4安裝尺寸,根據(jù)照度、距離、光強(qiáng)三者之間的關(guān)系可算得黑板上、下沿照度的差距為3倍左右,最終得到的照度均勻度在0.5左右,很難達(dá)到0.7的要求 。圖7光輸出過(guò)于分散

13、的黑板燈具配光曲線(3配光合適、照度過(guò)低燈具配光形狀符合要求,但使用光源的總光通量過(guò)低,則整個(gè)黑板的平均照度值過(guò)低,可能連最低標(biāo)準(zhǔn)500lx都達(dá)不到。4結(jié)論(1教室燈具的種類很多,選擇燈具的關(guān)鍵是要把燈具和使用場(chǎng)所的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái),合理地選用燈具才能發(fā)揮出燈具的最大特點(diǎn),提高燈具的利用效率。(2黑板燈具要在設(shè)計(jì)階段充分考慮燈具的光強(qiáng)分布,把光反射到需要的地方去。黑板燈具的燈具效率值不能完全反映燈具實(shí)際的使用效果,還應(yīng)根據(jù)使用要求,看它的50%最大光強(qiáng)角大小是否合理。參考文獻(xiàn)1周太明,周詳,蔡偉新光源原理與設(shè)計(jì)(第二版M上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2006,122GB500342004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S3GBJ13390民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S4上海市中小學(xué)校教室專用燈具及現(xiàn)場(chǎng)照明技術(shù)要求(2009年修訂版(上接第12頁(yè)例如,對(duì)于T3螺旋13W2700K燈,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值配比先配一個(gè)熒光粉試樣,做成燈管后測(cè)得燈的色坐標(biāo)為(0.4550,0.4270,由表1中2700K標(biāo)準(zhǔn)色度坐標(biāo)算出偏差x=0.008,y=0.007,即x值需增加0.008,y值需減小0.007。然后根據(jù)表7算出約要加2%的紅粉既可達(dá)到此色溫的色坐標(biāo)目標(biāo)值。再按調(diào)整后的配比做一個(gè)小樣確認(rèn),就可以確定該規(guī)格燈大量生產(chǎn)