三基色燈光的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

三基色燈光的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)積極普及科學(xué)節(jié)能廣告。2009年7月24日,國(guó)家發(fā)展改革委與聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署(UNDP)、全球環(huán)境基金(GEF)合作的“中國(guó)逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈”項(xiàng)目簽字儀式在北京舉行,這標(biāo)志著中國(guó)綠色照明國(guó)際合作進(jìn)入新的階段。節(jié)能燈,學(xué)名稱(chēng)為“自鎮(zhèn)流熒光燈(Self-ballastedlamps)”,國(guó)外簡(jiǎn)稱(chēng)“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(guò)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(jiàn)光。根據(jù)熒光粉種類(lèi)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(zhǎng),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(huì)不斷推廣及人們認(rèn)識(shí)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(chǎng)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(lán)、綠、紅的稀土熒光粉按一定比例混合而成。藍(lán)、綠、紅三種熒光粉均為白色粉末狀物,見(jiàn)圖1,常見(jiàn)的化學(xué)組成分別是藍(lán)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(jiǎn)稱(chēng)“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(shí)具有不同的光譜特性,分別見(jiàn)圖2和圖3。由圖2可見(jiàn),三基色熒光燈發(fā)出的光譜中在藍(lán)區(qū)波長(zhǎng)約435nm、綠區(qū)波長(zhǎng)約545nm、橘紅區(qū)波長(zhǎng)約610nm均有相對(duì)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(méi)有以上特征,常見(jiàn)的普通熒光燈光譜往往缺少橘紅區(qū)波長(zhǎng)約610nm峰值。二、對(duì)其他方法的試驗(yàn)國(guó)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(píng)價(jià)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(jí)》、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(jí)》。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(jí)。為比較三基色熒光燈與普通熒光燈光性能指標(biāo),試驗(yàn)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(jìn)行。試驗(yàn)樣品見(jiàn)圖4,這些樣品普遍存在于家庭及辦公場(chǎng)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(yàn)需時(shí)較長(zhǎng),故此試驗(yàn)暫不進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)其他環(huán)境因素容易影響照度測(cè)量,故本案照度測(cè)試,務(wù)求減少環(huán)境對(duì)光源照度的影響,參考以上標(biāo)準(zhǔn)光性能試驗(yàn)條件,在環(huán)境穩(wěn)定的積分光球里進(jìn)行照度測(cè)量。試驗(yàn)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(shí)間:100h;5)測(cè)量預(yù)熱時(shí)間:20min;試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1試驗(yàn)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(píng)定待測(cè)光源顯色性和在待測(cè)光源下對(duì)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(lán)),540nm(綠),640nm(橘紅)波長(zhǎng)區(qū)的輻射對(duì)提高光源的顯色指數(shù)具有特殊的效果,而500nm和580nm波長(zhǎng)附近的光譜成分對(duì)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(zhǎng)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(qiáng),增加紅粉的比例,燈管的顯色指數(shù)上升,光衰會(huì)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(jué)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(shì)不明顯,使用一段時(shí)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(bào)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(zhǎng),真正體現(xiàn)了節(jié)能燈的優(yōu)勢(shì)。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(shí)點(diǎn)亮?xí)r,人們會(huì)覺(jué)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(guò)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(bào)道,日本松下電工和東京農(nóng)工大學(xué)合作開(kāi)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(dá)普通熒光燈的1.5倍。消息令人欣喜,無(wú)汞熒光燈代表著熒光燈的一個(gè)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(jìn)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但是LED也存在著成本較高和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不完善等問(wèn)題