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1、荧光粉与灯 上海 刘义成摘要：荧光灯色度参数 发光色坐标(包含相关色温)、显色指数、光通、光效及光衰等，不仅与荧光粉性能相关，还与制灯工艺及灯的其它材料有关。本文探讨荧光粉与制灯工艺对灯质量的影响。一 问题由来同样红粉、绿粉，按72.2:27.8比例配制成的荧光粉，送多家制灯公司制成“毛管”。他们传送来的0小时及100小时测试数据汇总于表一，坐标图见图一。表一 各制灯公司2700K灯的0与100小时测试数据CCTxYRa0100衰%x100y100W备注粉体2386.5120.453081.7R:G = 72.2:27.8D50=5.712699.4644.418381.766.163.83.
2、5.4652.419114W22772.4588.418181.170.570.20.4.4591.417811W两U管32638.4686.417882.472.869.64.4.4702.418618W3n*12*95管42667.4644.413482.471.368.82.2.4657.412917W3n*12*95管52772.4566.413081.065.965.60.8少此数据13W两U管62775.4602.420081.272.469.43.2.4618.420617W3n*12*95管72815.4608.427781.661.557.95.8.4626.427913W单
3、色粉自配图一 表一各灯的色坐标图可见，同样荧光粉在不同制灯公司所制成灯的数据有较大差异。光效差异可能是“光通标准灯”不一致的关系，但灯的发光色坐标、光衰、色坐标漂移方向的差异就不能说是荧光粉的原故。图二 红绿蓝荧光粉、汞谱及灯圈的色坐标图中R为红粉、G为绿粉、B1为单峰蓝粉、B2为双峰蓝粉、H为汞谱(采于无粉石英管灯)色坐标点，从右到左六个椭圆分别为2700K至6400K的灯圈。说明：除非色坐标在黑体轨迹上，否则应该称相关色温(CCT)，因为通俗称“色温”，本文也入俗称之为“色温”。二 汞光谱节能灯所用荧光粉由红、绿、蓝粉按一定比例混合而成，制成灯后增加了汞的光谱。汞可见光与荧光粉的光，透过灯
4、管成为灯的发光光谱，参见图二、图三，可以说“灯的光谱是由汞与红、绿、蓝四基色组成”。其中任何一种基色的色坐标、强度(或相对亮度)改变都会影响灯的光谱，从而影响色坐标、色温、显色指数等等。粉的光谱由单色粉性能及混合比例决定，汞的可见光强度与制灯工艺相关。当荧光粉、灯管型确定后，可通过检查435nm汞线相对最高峰强度的比来考察制灯工艺的稳定性。例如图三的灯光谱中，扣除蓝粉谱线的435nm汞线的相对强度约49%。影响435nm相对强度的制灯工艺有：冷端温度(温度低则低)，荧光粉涂层厚薄(厚则低)；排气程度(未排净则低)；充氩气量(多则低) ；加汞剂量(少则低) 等等。它对灯参数影响下文讨论。汞谱有多
5、根窄线光，短波长的主要是254、365(三邻近光统称)nm，可见光有405、436、546、578(两邻近光统称)nm。当汞气压增高，其光谱短波强度降低，长波强度增大。节能灯所用的荧光粉主要由254nm激发，365nm对红粉几乎无效，对绿粉激发效率低，对蓝粉效率高。图四是按日本版“实用荧光灯”中插图 图三 粉与汞谱组合成灯的光谱描出的红、绿、蓝粉激发光谱。为使三种粉均衡，汞气压不可高。 图四 灯用三基色红、绿、蓝粉激发光谱据资料称，汞气压在0.8Pa左右为好。汞气压过低，电能转换成汞辐射能效率低，光效低；过高，使得荧光粉有效激发源254nm降低，光效也降低。 灯的交流电源频率越高(电子镇流器)
6、，汞谱线中254nm短波强度增大，长波强度降低，故而光效提高，显色指数也提高。三 显色指数较高色温灯显色指数容易偏低，以产量较多的6400K灯为例，有三方面因素影响这种色温灯的显色指数。(一)可见汞线强度。在一九九几年就发现，此类灯光谱中，汞谱强则显色指数低。使用电子镇流器显色指数提高，就因为灯中可见汞谱强度降低。举一例：6400K灯用荧光粉 x=.3259 y=.3455 CCT=5805 Ra=89.9所用双峰蓝粉的y=.1346。添加汞谱线，组成灯光谱，x=.3102 y=.3340CCT=6651 Ra=81.6， 离黑体轨迹距离 Re=.0070uv 。以扣除蓝粉谱线的435nm汞线
7、相对最高峰强度，作为汞谱强度的表征：1.调整色坐标，在汞谱增减时，微调红、绿粉，使坐标基本不变。2.不调整坐标，即汞谱增加，粉不变，坐标变化。数据见表二。 表二 汞谱相对强度与显色指数435nm相对值调整色坐标未调整坐标RaxyCCTReRaxyCCTRe46.7%82.7.3104.33366643.006782.5.3115.33496573.006848.8%81.6.3102.33406651.007081.6.3102.33406651.007050.7%80.5.3101.33436659.007280.6.3090.33316727.007152.5%79.6.3102.3340
8、6649.007079.7.3078.33226802.0073(二)色坐标离黑体轨迹距离。灯的色坐标离黑体轨迹距离远，显色指数低。表三 色坐标离黑体轨迹距离与显色指数沿等色温线移动改垂直黑体轨迹移动ReRaxYCCTReRaxyCCT.003983.0.3107.32846652.004083.1.3132.33106491.007081.6.3102.33406651.007081.6.3102.33406651.009979.9.3098.33946651.010079.7.3072.33706809.012778.3.3093.34466652.013077.8.3042.340069
9、69用以上举例的光源为例，调节红、绿粉：1.色坐标沿等色温线移动，即色坐标移动，色温不变；2.色坐标垂直黑体轨迹移动。分别视色坐标离黑体轨迹距离Re与显色指数Ra关系。数据见表三。(三)蓝粉的y值。灯色坐标相同，混合粉所用蓝粉的坐标y值低，显色指数低。表四 蓝粉的y值与显色指数蓝粉坐标色温相同色坐标相同xyReRaXyCCTReRaxyCCT.1447.1087.002182.1.3109.32516651.007079.4.3102.33406651.1438.1217.004681.9.3106.32966651.007080.6.3102.33406651.1429.1346.00708
10、1.6.3102.33406651.007081.6.3102.33406651.1418.1477.009481.3.3098.33856651.007082.5.3102.33406651使用不同y值蓝粉：1.随y值改变，增减蓝粉用量，使灯色温不变，因蓝粉y增大而灯的y也增大，离黑体轨迹远，则Ra并不增加；2.调节红、绿粉，使色坐标与原灯坐标相同，则蓝粉y增大，Ra增加。数据见表四。说明两点：本节仅探讨影响显色指数的因数。实际上，显色指数、发光色坐标、光效相互关联，需综合考虑。本文中显色指数、色温等色度计算均采用资料，即2003年实施的国标GB/T 14634-2002中推荐的计算法。四
11、色坐标调节 制灯工艺稳定 汞谱强度、玻璃管透过率等不变，混合粉色坐标决定了灯的发光色坐标。配制同样发光色色坐标的混合粉，所用单色粉配比不是一成不变的。某单色粉配比(即用量)受此粉的色度 相对亮度、色坐标，粒度 颗粒大小、比表面积的影响。色度影响可以用色度学的公式计算出，粒度影响尚无定量计算法。定性说，相对亮度越高、发光色越纯(红粉x大、蓝粉z大)则用量少；颗粒小、比表面积大则用量少。可用下述“试配法”较精确地配制或微调出所需色坐标的混合粉：用已知色坐标的红、绿、蓝粉，按经验重量比配制混合粉并测出其色坐标。需要已知数据见表五。其中 RZ+GZ+BZ=1000，各z=1-x-y： 色度学基本原理，
12、即混合粉的x值由红、绿、蓝粉的x值提供，y值、z值同理。设红、绿、蓝粉所起的作用(权)分别为RR、GR、BR，用以下式可得到它们的解。表五 需已知数据粉种xyz重量比红XRYRZRRZ绿XGYGZGGZ蓝XBYBZBBZ混合X0Y0Z0X0=RR*XR+GR*XG+BR*XB Y0=RR*YR+GR*YG+BR*YB Z0=RR*ZR+GR*ZG+BR*ZB 解得的权RR、GR、BR，除以已知重量RZ、GZ、BZ，那么这三粉在每公斤混合粉中每克的权为RQ=RR/RZ、GQ=GR/GZ、BQ=BR/BZ 。 仍用这三单色粉配制混合粉，使其达到要求坐标x 、y；设微调重量分别为RJ、GJ、BJ，可
13、按下两式算出。X1=(RR+RQ*RJ)*XR+(GR+GQ*GJ)*XG+(BR+BQ*BJ)*XB Y1=(RR+RQ*RJ)*YR+(GR+GQ*GJ)*YG+(BR+BQ*BJ)*YB Z1=(RR+RQ*RJ)*ZR+(GR+GQ*GJ)*ZG+(BR+BQ*BJ)*ZB x = X1/(X1+Y1+Z1)、y = Y/(X1+Y1+Z1) 上述计算用手工很繁复，可编制一程序用电脑处理：输入或直接从测试电脑中读取11个数据，用式算出三种粉每克重量的权RQ、GQ、BQ；然后分别加红、绿、蓝粉10克，用及式算出色坐标变化量，再依据这些变化量得出所需微调粉种及克数。 单色粉微调量过多，计算与实际会有差异；一般说，微调重量在原重量的5%以内差异小，10%以内所产生的差异可接受。 单色粉微调量对灯的影响与灯中汞谱强度与灯光谱总量的比有关。灯中汞谱强度比又与灯的功率、形状、管径、制灯工艺相关，难以确定。定性而言，单色粉微调量对灯的影响小于对混合粉的影响，例如某6400K灯用混合荧光粉，每公斤加10克红粉，粉的色坐标x增加0.0021，但制成灯后色坐标x仅增加0.0018。 当混合粉坐标x大于单色绿粉坐标x，而制成灯后坐标x小于单
