高强度气体放电灯研发动态.pdf

高强度气体放电灯的研发动态 复旦大学电光源研究所 朱绍龙 一、引言 由于高强度气体放电灯不仅有光效高，寿命长的优点，而且还有发光体积 小、控光性能好、光利用率高的优良特性，己成为近代照明的主流产品之一。 高强度气体放电灯在室外照明中几乎还不能被其他光源所替代，在室内照 明中也开始显示出其控光性能好的优势。随着高强度气体放电灯使用的不断扩 大，其研究开发也相当活跃，特别是金属卤化物灯，因为它在高强度放电灯中 最有发展的潜力和良好的应用前景。相比之下，我国对高强度放电灯的研究还 很不够，与我国电光源出13大国的地位很不相称。本文的目的就是介绍近年来 高强度气体放电灯的国际研发动态，并希望在此基础上有开发能力的企业和研 究单位能加大投入，共同提高我国高强度放电灯的研究开发水平，参与国际竞 争。 二、高强度放电灯性能的进一步提高 l、提高金属卤化物灯的光通维持率 近十年来，由于设计和制灯技术的提高，金属卤化物灯的性能，包括寿命 也有极大提高，已与其它高强度气体放电灯相近，但是其光衰还是明显大于高 压汞灯和高压钠灯。主要原因是由于金属卤化物的存在，使电极材料，主要是 钍钨，向管壁的转移增加：包括卤化物使电极的电子发射活性降低，从而增加 了钨的溅射和蒸发。GE公司把通常制灯工艺中，钍钨(1。2％钍)在1500。C烧 氧处理，改为2800C烧氧处理，发现钨—钍晶格结构变大，有利保持电极的电 子发射特性，结果使灯的2000小时平均光通维持率由65％提高到75％。 2、改善钪钠灯的显色件 钪钠灯的性能稳定，是金属卤化物灯的主要品种之一。它的主要缺点是光 开发了一种在电弧管外壁涂上一层介质膜的钪钠灯，把多余的黄色光吸掉，其 图l CRI涂膜设计特性 圈≥异形与标准电弧管的对比 透过率如图l，可改善显色性。但由于膜对可见光的吸收(约10％)，使光效下 降-为弥补这个损失，把圆柱形的电弧管改成椭球形。封接部也改细，．如图2， 使电弧管温度分布更均匀、冷端温度提高；最终提高灯的发光效率。改进后的 钪钠灯，光效达85流明，瓦，黜F85，Tc=4000K，显色性比改进前大大提高。 3、克服陶瓷金属卤化物灯垂直点灯时的添加物分层现象 细长的陶瓷金属卤化物灯，容易产生添加物分层现象。例如有一个70瓦陶 瓷金属卤化物灯，内径4毫米，长19毫米，内充氩、碘化钠、碘化铊和稀土金 钠)，底部偏粉红。为克服这个困难，飞利清研究所得研究入员发现采用幅度调 制的高频供电(调制频率24．6千赫兹)，其发光颜色变得均匀，色温和显色性 与水平点灯时相似。 4、金属卤化物灯中的金属络合物添加剂 在稀土类金属卤化物中，电弧中的稀土金属原子浓度愈高，其显色性和发 光效率就愈高。提高电弧中稀土金属原子浓度的最简单方法，就是提高管壁温 度，但是管壁温度过高会导致金属卤化物对石英管的腐蚀，缩短灯的寿命。高 温化学研究发现添加入某种金属化合物(称为络合物形成剂)，它可与稀土金属 卤化物生成稀土金属络合物，它们在同样的温度下有更高的蒸气压，从而提高 了灯的光效和显色性。 欧司朗一喜万年公司研究人员研究发现碘化铟是较好的络合物形成剂，在 镝灯中加入少量碘化铟，可生成络合物InDyI。，在相同壁温下它有更高的蒸气 压，增加了电弧中镝的浓度，提高灯的效率和显色性。或者保持显色性、光效 不变，就可降低管壁温度，从而延长灯的寿命。但是碘化铟的量必须严格限制， 过量的碘化铟会导致电弧中镝原子浓度过高，电弧收缩过度而发生抖动，还可 导致原子光谱线的自吸收，使发光效率下降。 类似的络合物还有碘化锌(ZnI：)等，同样要注意充入量的控制。 三、新型高强度气体放电灯 1、39瓦、20瓦小功率陶瓷金属卤化物灯 GE公司正在研究20瓦小功率金属卤化物灯，图3是灯的陶瓷外壳。早期 39瓦金属卤化物灯为直管形，图3(a)，因电极附近温度较低，常有过量金属 卤化物沉积在该处，它们挡住部分光线，降低了光效。而且高温下，过量的金 属卤化物会慢慢腐蚀陶瓷管并渗出管外，降低灯的寿命。把陶瓷管改为图3(b) 形，可提高电极附近温度，减少金属卤化物的沉积，从而提高灯的光效和寿命。 图3(c)是按这个思路设计的20瓦金属卤化物灯陶瓷管。 阁3第一代(a)和第二代(b)3911以