Влияние ртути на стабильность светового потока люминесцентных ламп

В работе проведено исследование термовысвечивания галофосфатных люминофоров, связанное с адсорбцией ртути. С этой целью была изучена термостимулированная люминесценция различных образцов галофосфатного люминофора, извлечённых из люминесцентных ламп после таких технологических операций, как выжигание биндера, дозировка ртути, дозировка аргона, пробное зажигание, 100-часовое горение лампы.

Заметные изменения термостимулированной люминесценции были обнаружены после дозировки ртути. На кривых термовысвечивания в этом случае появляется интенсивный пик с максимумом около 320 °C. Спектральный состав, определенный в области 260 ч 360 °C, позволил предположить, что излучение в пике с Т = 320 °C обусловлено двухвалентным марганцем.

Выяснено, что этот пик появляется на кривой термовысвечивания и в отсутствии фотовозбуждения. Можно предположить, что достаточным условием появления пика с T ~ 320 °C является адсорбция ртути на поверхности галофосфатного люминофора. Подтверждением такого предположения может служить тот факт, что при повторном прогреве того же образца указанный пик на кривой термостимулированной люминесценции не появляется даже после фотовозбуждения.

Следует заметить, что сама по себе дозировка ртути не приводит к появлению термостимулированной люминесценции. Однако после пребывани5г в атмосфере ртутного разряда во время кратковременного зажигания лампы появлялась термолюминесценция с пиком при Т ~ 320 °C, причем интенсивность пика оказалась на несколько порядков больше у образца галофосфата кальция, активированного марганцем, чем у образца ГФК с сурьмой и марганцем в тех же условиях. По всей вероятности, для появления этого свечения в пике с Т = 320 °C необходим в люминофоре Мn3+. При этом активная роль может принадлежать не самому Mn+, а сопутствующим дефектам. В галофосфате, активированном сурьмой и марганцем, окисление части марганца может быть обусловлено присутствием сурьмы. В люминофоре, содержащем один марганец, возникновение Mn3+ может происходить путем ионизации марганца линией 185 нм. Можно предположить, что именно присутствие Mn3+ обуславливает появление адсорбционных центров, способных удерживать ртуть на поверхности люминофора.

Адсорбционная природа термовысвечивания ГФК, наблюдаемого без предварительного возбуждения, получила подтверждение в последующих опытах с нагревом исходных образцов в атмосфере аргона, азота, воздуха. В первых двух газах при повышении температуры люминофора вплоть до 400 °C люминесценция отсутствует. При нагревании в воздушной среде результаты аналогичны тем, которые были получены на образцах ГФК после дозировки ртути.

Сокращение количества ртути, вводимого в люминесцентную лампу, должно способствовать улучшению их качества, так как большое количество ртути приводит к образованию тёмных ртутных налётов на люминофорном слое и, следовательно, к повышению сорбции ртути. Рассматривается вопрос об оптимальных дозировках ртути в люминесцентных лампах. Проведена работа по сравнению сорбционной способности люминофоров к ртути в условиях ртутного разряда для трех люминофоров, значительно отличающихся по стабильности светового потока в люминесцентных лампах. Это галофосфат кальция, активированный Sb и Mn, типа T-35 с низкой стабильностью светового потока и улучшенный ГФК типа ЛГ-1−2, а также люминофор К-77 (окись иттрия, активированная), имеющий самую высокую стабильность светового потока в люминесцентных лампах. Все люминофоры испытывались в 40 Вт лампах с точно дозированным количествомртути -1,5 мг. При испытании таких ламп, изготовленных на люминофорах Л-35, ЛГ-1−2 и К-77, были получены следующие результаты. Средний срок службы ламп с люминофором Л-35 оказался равным 90 ч, с люминофором ЛГ-1−2 -200 ч, а лампы с люминофором К-77 прогорели более 6000 ч. Как видно, наиболее стабильные люминофоры отличаются малой сорбционной способностью.

Установлено, что для обеспечения срока службы в 15 000 ч у 40 Вт люминесцентных ламп с люминофором ЛГ-1−2 нужно не менее 4'ч 5 мг ртути, причем 3 мг из них поглощаются в первые 2000 ч горения. По существующей технологии количество ртути, дозируемое в люминесцентную лампу составляет 60 + 120 мг. Было показано, что поглощение ртути в люминесцентных лампах системой стекло-люминофор происходит тем интенсивнее, чем меньше удельная нагрузка люминофора.

В люминесцентных лампах повышенной мощности старение люминофора наблюдается особенно отчётливо. Спад светового потока приблизительно линейно возрастает с увеличением мощности, приходящейся на единицу поверхности лампы. Нестабильность светового потока люминесцентных ламп определяется как свойствами люминофора, так и технологией изготовления ламп. Исследовалась возможность использования галофосфатного люминофора в лампах повышенной мощности. При испытании различных люминофоров в лампах мощностью 250 Вт показано, что повышение начальной светоотдачи достигается путём введения в шихту активаторов в виде SbOCl. Для улучшения стабильности светового потока в процессе горения лампы фракционированные образцы люминофоров должны быть подвергнуты обработке раствором комплексообразователя с целью удаления избыточных ионов кальция, марганца и сурьмы. При разработке технологии изготовления ламп повышенной мощности найдена зависимость стабильности светового потока от толщины и плотности люминофорного слоя. Применение в лампах повышенной мощности увеличенной удельной нагрузки люминофора (до7 мг/см2) по сравнению с рекомендуемой нагрузкой для стандартных люминесцентных ламп (до 3,5 мг/см2) позволяет существенно повысить стабильность светового потока в процессе их горения. Установленная зависимость спада светового потока от толщины слоя люминофора может быть объяснена предполагаемым уменьшением энергии и числа ионов ртути, непосредственно рекомбинирующих на поверхности слоя или внутри него.