[发明专利]具有高发光效率的荧光灯

说明书

技术领域

本发明涉及具有高发光效率的荧光灯，特别涉及采用厚玻璃管的荧光灯，属于光源制造和节能技术领域。

背景技术

荧光灯是一种广泛应用的光源，其基本原理是气体放电产生紫外线，紫外线被涂覆在玻璃管内表面上的荧光粉层吸收，辐射出可见光。荧光灯包括普通照明荧光灯和液晶显示器背光源荧光灯等。按灯管结构划分，荧光灯包括直管结构荧光灯、弯管结构荧光灯、环形管结构荧光灯、折叠管结构荧光灯和螺旋管结构荧光灯等。直管结构用量最大，广泛用于办公室、车间、商场、家庭等，弯管和环形管结构多用于家庭照明，一般要增加灯罩以保持美观，折叠管结构和螺旋管结构的荧光灯多用于小功率节能灯。依据工作原理，又可分为热阴极放电荧光灯、冷阴极放电荧光灯和无电极荧光灯。荧光灯的发光效率与结构和制作工艺有关，从45流明/瓦到85流明/瓦。

当前照明耗电占整个发电量的比例很高，有些国家高达25％，因此提高光源效率对节能、环保非常重要。中国用于照明的电能每天约10亿度，将发光效率提高10％，则可以节电近1亿度。为了节约照明用电，人们努力发展各类新光源，如各类节能灯和半导体照明光源等。半导体照明被认为是未来照明的发展方向，但由于成本太高，大面积推广亦然不是短时间能实现的事情。在不明显提高成本的前提下，提高广泛应用的传统光源的发光效率是非常直接而有效的手段。荧光灯在传统光源中的所占比重很大，即使只将其发光效率提高10％，节能效果将是非常显著的。

限制荧光灯发光效率的因素包括：气体放电效率、荧光粉发光效率和辐射出光效率。经过百年的发展和研究，前两项因素已经没有改进的余地，而辐射出光效率却几乎没有进行任何有效的研究，有较大的改进潜力。

所谓的辐射出光效率指的是辐射到空间的光通量与荧光粉发出的总光通量之比，这是一个理论定义，实际精确测量是非常困难的。图1为普通结构荧光灯的横截面示意图，其中14为玻璃管壳，15为荧光粉，11为入射到玻璃管外表面的可见光，12为向管内辐射再次到达荧光粉的可见光，13为全反射的可见光。玻璃的外半径和管壁厚度之比大于20，玻璃管的外表面与空气之间的界面可看成平面。玻璃的折射率为1.5，空气的折射率为1。荧光粉中发出的光入射到玻璃中以后，分布在极角为90°的2π立体角内。根据光学原理，只有极角小于42°的立体角内的光在界面上发生部分反射，这部分光中，除了5％左右被反射回玻璃中外，95％都透射到空气中。极角90°到42°之间立体角内的光发生全反射，全部被反射回玻璃，全反射和部分反射的光占入射光的70％以上。由于约一半的光是向玻璃管方向辐射的，因此只有不到总光通量15％(一次透射比)的光直接透射到空气中，其余85％的光会再次回到荧光粉层，循环上述过程。由于存在荧光粉对光的吸收，光线反复通过时导致不断衰减，最终的累加出光效率大约为70％。

普通荧光灯存在的另一个问题是紫外线辐射问题，由于结构和工艺问题，经常发生少了紫外线透射到空间，辐射量甚至超过阳光下的剂量。对于近距离应用，这个问题更为突出。在玻璃中加入一定的紫外吸收材料可以大幅度降低紫外辐射剂量，加大玻璃管的厚度也是一个可行方法。由于紫外辐射剂量与吸收距离呈负指数关系，增大厚度的方式简单而且有效。

发明内容

针对荧光灯出光效率低的问题，本发明提出一种减小玻璃表面反射，增大荧光灯出光效率的新型荧光灯结构。本发明适合各类荧光灯，与普通荧光灯相比，几乎不增加成本，但发光效率能提高20％以上，节能效果非常显著。

本发明的技术方案如下：

具有高发光效率的荧光灯，由处于真空状态的密闭玻璃管、涂覆在玻璃管内壁上的荧光粉、管内的液态汞或固态汞齐、混合惰性气体和电极组成；工作中，经潘宁放电产生紫外线，照射荧光粉发出可见光；依据玻璃管结构，包括直管结构荧光灯、弯管结构荧光灯、环形管结构荧光灯、折叠管结构荧光灯、螺旋管结构荧光灯。依据原理包括热阴极荧光灯、冷阴极荧光灯和无电极的荧光灯。本发明的技术特征在于，所述的具有高发光效率的荧光灯中采用厚壁玻璃管，对于玻璃管内径大于5毫米的荧光灯，外径和内径之比大于1.3；对于玻璃管内径2-5毫米的荧光灯，外径和内径之比大于1.5；对于玻璃管内径小于2毫米的荧光灯，外径和内径之比大于2.0。

为了更好的效果，灯管需要采用对可见光具有低吸收率的玻璃，包括低铁玻璃、硼硅玻璃、铝硅玻璃等。