荧光灯的发光原理、特性、色调、色温和分类介绍

荧光灯的发光原理、特性、色调、色温和分类介绍
荧光灯分传统型荧光灯和无极荧光灯，传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。

一、概括
传统型荧光灯内装有两个灯丝。

灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。

在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。

灯管内壁涂有荧光粉。

管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。

通电后，液态汞蒸发成压力为0.8 Pa的汞蒸气。

在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80%；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10%)，以释放多余的能量。

荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。

荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。

由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前节能的电光源。

荧光灯管中是压力约为0.8Pa的汞蒸汽，在电场作用下放电，在放电过程中，汞原子的价电子不断地从原始状态被激发成激发态，同时由激发态自发的返回到基态，将价电子的电能转化为电磁辐射能，并辐射出3.7nm的紫外线（另外还约有10%的85nm 的短波紫外线）。

载波管内壁上的荧光粉吸收353.7nm的紫外线，把它转化为可见光。

无极荧光灯即无极灯，它取消了对传统荧光灯的灯丝和电极，利用电磁耦合的原理，使汞原子从原始状态激发成激发态，其发光原理和原统荧光灯相似，是
现今最新型的节能光源。

有寿命长、光效高、显色性好等优点。

荧光灯
二、发光原理
从荧光灯的发光机制可见，荧光粉对荧光灯的质量起关键作用。

20世纪50年代以后的荧光灯大都采用卤磷酸钙，俗称卤粉。

卤粉价格便宜，但发光效率不够高，热稳定性差，光衰较大，光通维持率低，因此，它不适用于细管径紧凑型荧光灯中。

1974年，荷兰飞利蒲首先研制成功了将能够发出人眼敏感的红、绿、蓝三色光的荧光粉氧化钇（发红光，峰值波长为611nm）、多铝酸镁（发绿光，峰值波长为541nm）和多铝酸镁钡（发蓝光，峰值波长为450nm）按一定比例混合成三基色荧光粉（完整名称是稀土元素三基色荧光粉），它的发光效率高（平
均光效在80lm/W以上，约为白炽灯的
5倍），色温为2500K-6500K，显色指数在85左右，用它作荧光灯的原料可大大节省能源，这就是高效节能荧光灯的来由。

可以说，稀土元素三基色荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。

没有三基色荧光粉，就不可能有新一代细管径紧凑型高效节能荧光灯的今天。

但稀土元素三基色荧光粉也有其缺点，其最大缺点就是价格昂贵。

三、荧光灯的伏安特性
图
荧光灯属于气体放电光源，气体放电光源的伏安特性如图（b）所示。

曲线上的A～D为非自持放电微光区；D～E为过渡区；E～F为正常辉光放电区，如霓虹灯；F～G为异常辉光放电区；G～K为正常弧光放电区，如日光灼。

霓虹灯是辉光放电，荧光灯是弧光放电。

在荧光灯的点亮或电弧燃烧前，它具有很高的输人阻抗，因为此时基本上没有导电离子：这样高压Uns就会加在灯管上，这是点亮灯管的额定启动电压。

在正常工作之后，加在灯管上的电压就会下降为工作电压Uop那么灯的工作电流就由xb（在工作频率下镇流器的阻抗）及下式得出
公式
式中的电压和电流指的是有效值，因而可以得出灯管所消耗的功率为
Pi=UopIop
公式2
灯管在50°F时的额定启动电压由厂商给出，但是为了确保灯管在最坏的情况下也能点亮，实际的启动电压至少要加大厂商给定值的10%。

美国国家标准机构（ANSI）在荧光灯的规范中指定了不同类型灯管的Uop和Iop值，这样厂商在制作时必须满足灯管的最大功率定额。

从ANSI规范可以得出所选类型灯管的Uop和Iop值，再从厂商那里得到所要的Uns值，就可以从上式确定出镇流器的阻抗xb。

而在电子镇流器里这个阻抗的值是由电容确定的，它可以由下式求得
式中的CbT是指与灯管串联的等效电容，因为灯管可能是由连接起来的两个电容驱动的。

通过选择不同阻抗的电容，可以使灯管在高于或低于该型号的额定功率下工作，也就是灯管可以在任意给定的功率下运行，包括极限值，这通过Uop和Iop 的任意组合来实现。

这样在任意的功率水平下，可以任意规定Iop并通过第一式计算Uop则电子镇流器的阻抗可以通过第一上式得出，电容值可以通过第二式得出。

虽然任何荧光灯都可以在此ANSI规范规定的该类型荧光灯额定功率更高的功率下工作，但是它的寿命会明显下降。

灯管即使在规定的功率下工作，它的寿命也会小于预计的时间，这是因为预计的时间是厂商在一定的电流电压和温度环境下测试出来的。

四、荧光灯分类
目前常见的荧光灯有：
（1）直管形荧光灯。

这种荧光灯属双端荧光灯。

常见标称功率有4W，6W，
荧光灯
8W，12W，15W，20W，30W，36W，40W，65W，80W，85W和125W。

管径用T5，T8，T10，T12。

灯头用G5，G13。

目前较多采用T5和T8。

T5显色指数>30，显色性好，对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。

适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。

T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。

为了方便安装、降低成本和安全起见，许多直管形荧光灯的镇流器都安装在支架内，构成自镇流型荧光灯。

（2）彩色直管型荧光灯。

常见标称功率有20W，30W，40W。

管径用T4，T5，T8。

灯头用G5、G13。

彩色荧光灯的光通量较低，适用于商店橱窗、广告或类似场所的装饰和色彩显示。

荧光灯
（3）环形荧光灯。

除形状外，环形荧光灯与直管形荧光灯没有多大差别。

常见标称功率有22W，32W，40W。

灯头用G10q.。

主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源，供家庭、商场等照明用。

（4）单端紧凑型节能荧光灯。

这种荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。

由于无须外加镇流器，驱动电路也在镇流器内，故这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯。

整个灯通过E27等灯头直接与供电网连接，可方便地直接取代白炽灯。

这种荧光灯大都使用稀土元素三基色荧光粉，因而具有节能功能。

下表列出节能荧光灯与光通量大体相同的白炽灯的对照。

节能荧光灯功率(W) 5 7 9 11 13 18 36 45 65 85 105
荧光灯的发展历史
荧光灯的发展历史
五、荧光灯的色调
主要用放电产生的紫外辐射激发荧光粉而发光的放电灯称为荧光灯。

荧光灯主要是一种低压汞蒸气弧光放电灯，它在气体放电中消耗的电能主要转化为紫外
荧光灯
范围的电磁辐射（大约63%转化为254-185nm之间的C类紫外辐射），大约有3%的能量在放电中直接转化为可见光，其主要波长为405nm（蓝紫光），436nm （蓝光），456nm（绿光）和577nm（黄光）。

紫外辐射照射到灯管内壁的荧光粉涂层上，紫外线的能量被荧光材料所吸收，其中一部分转化为可见光并释放出来。

一个典型的荧光灯中发出的可见光（包括从荧光粉涂层中发出的和在放电时直接发出的）大约相当于输入灯内能量的28%。

荧光灯的光性能主要取决于灯管的几何尺寸即长度和直径，填充气体种类和压强，涂敷荧光粉以及制造工艺。

六、色温
荧光灯色温分为：
暖色调系列：如/29，/827，/830，/927，/930等，能塑造温暖辉煌，缩小距离空间，给人一种轻松和舒适的照明感觉。

在使用时，一般与白炽灯混用，不适合与自然光混合使用。

中间色调系列：如/33，/835，/840，/927，/940等，中性色彩在使用时，明亮的白色光可与自然光完满结合，一般用于有自然光照射或需要较冷色调气氛的空间。

冷色调系列：如/54，/850，/865，/950，/965等，能塑造宁静冷清，增大距离空间，给人以活泼的照明感觉，在使用时，一般用于颜色1比较或特别强调冷色效果的场所。

荧光灯显色性分为：
某品牌标准型直管荧光灯：
显色指数较低，如51，63，72等，适用于一般工作场所和对显色性不重要的场所（仓库，停车场）等。

某品牌三基色直管荧光灯：
显色指数大于85，适用于长时间工作场所，能使工作者心情舒畅。

某品牌豪华型直管荧光灯
显色指数为95，97，98等，用于显色性要求高的场所或特殊环境。

选择荧光灯的秘诀：灯的色温，显色性，寿命，光效及含汞量。

七、选用直管荧光灯的原则：
1 任何情况下，应采用细管径（管径≤26mm）灯管，即T8、T5等类型，取代T12灯管，有明显的节能环保效果。

2 任何情况下，都应采用三基色荧光灯，不应再选用卤粉荧光灯。

三基色灯管具有光效高、显色好、寿命更长的优势。

虽价格贵（约贵一倍），但由于其光效高，不仅节能效果好，降低了运行成本；而且由于使用灯数减小，节省了灯具及镇流器的费用，反而使照明系统的总初建费用降低。

3 采用大功率灯管：在功能照明场所（除外装饰性要求），应选择不小于4呎（近似1200mm）长灯管，即T8型36W、T5型28W，其光效更高。

4 一般情况宜采用中色温灯管：光源的色表（用相关色温表示）选择，除建筑色彩特殊要求外，一般可根据照度高低确定：简单说，高照度（>750lx）宜
用冷色温（高色温），中等照度（约200～1000lx）用中色温，低照度（≤200lx）用暖色温（低色温）。

因为暖色温光在低照度下使人感到舒适，而在高照度下就感到燥热；而冷色温光在高照度下感到舒适，在低照度时感到昏暗、阴冷。

多数场所的照度在200～750lx
之间，用中色温光源更好；而且中、低色温的荧光灯光效比高色温灯更高，也有利节能。

八、直管荧光灯的分类
一、按管径大小分：
（一）、直管型荧光灯管按管径大小分为：T12、T10、T8、T6、T5、T4、T3等规格。

规格中“T+数字“组合，表示管径的毫米数值。

其含义：一个T=1/8英吋，一英吋为25.4mm；数字代表T的个数。

如T12=25.4mm*1/8*12=38mm。

（二）、荧光灯管管径与其电参数的关系：
1、荧光灯管，管径越细，光效越高，节电效果越好。

2、荧光灯管，管径越细，启辉点燃电压越高，对镇流器技术性能要求越高。

管径大于T8（含T8）的荧光灯管，启辉点燃电压较低。

相对于220V、50Hz 工频交流电，符合启辉点燃电压小于1/2电源电压定律。

可以采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。

管径小于T8的荧光灯管，启辉点燃电压较高。

相对于220V、50Hz工频交流电，不符合启辉点燃电压小于1/2电源电压定律。

不能采用电感式镇流器，进行启辉点燃运行。

管径小于T8的荧光灯管，必须匹配电子式镇流器。

由电子式镇流器，产生启辉高压，将荧光灯管击穿点燃。

尔后，由电子式镇流器，驱动荧光灯管点燃运行。

二、按光色分：
（一）、直管型荧光灯管按光色分为：三基色荧光灯管，冷白日光色荧光灯管，暖白日光色荧光灯管。

（二）、荧光灯管光色与其技术品质的关系：
荧光灯管所涂荧光粉和所填充气体种类不同，荧光灯管所表现的光色就不同。

其技术品质也有很大差别。

1、荧光灯管涂卤素荧光粉，填充氩气、氪氩混合气体。

荧光灯管光色为：冷白日光色荧光灯管，暖白日光色荧光灯管。

这两种光色的荧光灯管，显色性能较低，显色指数R值小于40。

远远小于太阳光，显色指数R=100的标准值。

观看彩色物体表面颜色，产生色偏。

色彩偏青、偏灰，色彩暗淡不鲜艳。

这两种光色的荧光灯管，发光效率也比较低。

光效一般为每W电功率：30流明（Lm）至40（Lm）。

这两种光色的荧光灯管，光谱中含有较多的不可见光，有效瞳孔流明（有效视
觉光效）倍数也比较低。

有效光效较低，有效照度低。

这两种光色的荧光灯管，荧光灯管启辉点燃寿命也比较短，一般在5000小时至6000小时之内。

以上两种光色的荧光灯管，不属于高效节能电光源，不符合绿色照明技术要求。

2、荧光灯管涂三基色稀土荧光粉，填充高效发光气体。

荧光灯管光色为，三基色合成的高显色性太阳光色。

和无极灯光色相近。

三基色稀土荧光粉荧光灯管，显色指数R值大于80，接近太阳光色（太阳光的显色指数R=100）。

三基色稀土荧光粉荧光灯管，发光效率也比较高，光效一般为每W电功率65流明（Lm）以上。

荧光灯管实际光效高低，与所采用的镇流器技术性能，和镇流器与荧光灯管匹配程度等技术要素，有直接关系。

现在网上有信息表明，直管荧光灯光效可做到100流明以上。

三基色稀土荧光粉（LVD无极灯也采用此类荧光粉）荧光灯管，启辉点燃寿命也比较长，一般在8000小时以上。

如匹配技术性能先进的高性能电子镇流器，启辉点燃寿命会增加至15000小时――20000小时。

九、无极荧光灯
无极荧光灯即无极灯由高频发生器、耦合器和灯泡三部分组成。

它是通过高频发生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体。

等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线。

灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。