[科普中國]-光管

光管，或稱日光燈、燈管、熒光管、熒光燈，是一種照明裝置，屬于弧光燈的一種。它使用電力在氬或氖氣中激發(fā)水銀蒸氣，形成等離子并發(fā)出短波紫外線，紫外線被磷質(zhì)吸收后，磷會發(fā)出可見的光以照明，這樣發(fā)出可見光的方式屬于熒光。

簡介熒光燈（Fluorescent lamp），或稱日光燈、燈管、熒光管、光管，是一種照明裝置，屬于弧光燈的一種。它使用電力在氬或氖氣中激發(fā)水銀蒸氣，形成等離子并發(fā)出短波紫外線，紫外線被磷質(zhì)吸收后，磷會發(fā)出可見的光以照明，這樣發(fā)出可見光的方式屬于熒光。

一般的熒光管以玻璃制造，在兩端裝有插口以連接電源及固定熒光管的位置。

與電燈泡不同，熒光管必須設(shè)有鎮(zhèn)流器，與啟輝器配合產(chǎn)生讓氣體發(fā)生電離的瞬間高壓。

為了取代傳統(tǒng)白熾燈，近年來發(fā)展出將燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器結(jié)合在一起，配合使用白熾燈燈座的改良型熒光燈泡，稱為節(jié)能燈、“節(jié)能燈”或“慳電膽”，可以在不更換燈具基座的情況下，直接取代白熾燈使用。1

原理熒光管內(nèi)充滿了低壓氬氣或氬氖混合氣體及水銀蒸氣，而在玻璃熒光管的內(nèi)側(cè)表面，則涂上一層磷質(zhì)熒光漆，在燈管的兩端設(shè)有由鎢制成的燈絲線圈。當電源接通后，首先電流通過燈絲加熱并釋放出電子，電子會把管內(nèi)氣體變成等離子（plasma），并令管內(nèi)電流加大，當兩組燈絲間的電壓超過一定值之后燈管開始產(chǎn)生放電，使水銀蒸氣發(fā)放出253.7nm及185nm波長的紫外線，熒光管內(nèi)側(cè)表面的磷質(zhì)熒光漆會吸收紫外線，并釋放出較長波長的可見光。發(fā)出的光線顏色由磷質(zhì)成分的比例控制，而玻璃管則避免有害的紫外線及其他有害物質(zhì)如水銀泄漏出來。

熒光管的放電電流與導(dǎo)通電阻之間存在一個正反饋關(guān)系：當更多電流流進熒光管后使得更多氣體被離子化，使得管內(nèi)的導(dǎo)通電阻不斷降低，如此便會令更多電流入熒光管內(nèi)。如果將熒光管直接接到固定電壓的電源，熒光管將會因電流不斷上升而很快被燒毀，因此需要以一個輔助電路控制進入熒光管的電流在一固定水平，而這個電流控制電路通常被稱為鎮(zhèn)流器。傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器實際上是一個電感，當導(dǎo)通電阻降到很低的時候，鎮(zhèn)流器固定的感抗和銅耗使導(dǎo)通電流近似于定值，開始穩(wěn)定工作。傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器需搭配一個稱為啟輝器（Starter，俗稱“士賴達”、“跳泡”）的小元件才能使燈絲間的壓差達到使熒光管足以放電的程度，最新的電子式鎮(zhèn)流器則不需要啟輝器，因為啟動工作已被包含在鎮(zhèn)流器內(nèi)。

規(guī)格日光燈管如果照直徑來分類，可分成T2、T3.5、T4、T5、T6、T8、T9、T10、T12等規(guī)格，所謂的T5就是直徑為5/8英寸（約16毫米）的日光燈管；T8直徑為1英寸（約25毫米）；T9直徑為9/8英寸（約29毫米）的日光燈管。2

T8、T9和白熾燈的比較優(yōu)點T8、T9熒光管與同一光度的傳統(tǒng)電燈泡（白熾燈）相比有更高的發(fā)光效率，因為更高比例的電能被轉(zhuǎn)化為可見光，所以同一亮度的熒光管比白熾燈溫度要低。白熾燈一般只能把大約2%的輸入能量轉(zhuǎn)化為可見光，同一亮度的T8、T9熒光管一般只需前者消耗的約1/3至1/4的電能，使用壽命亦較傳統(tǒng)燈泡更長。

熒光燈管可以提供多種色溫選擇，相較于白熾燈及鹵素燈色溫多介于2700~3300k之間，熒光燈還可以買到6500k、5500k、5000k、4000k等多種色溫。

雖然T8、T9熒光燈的購買成本略高于白熾燈，但它可節(jié)省更多能源及電費，較長的壽命亦令其更換成本相對下降，對商業(yè)而言亦可節(jié)省更換燈泡的人力成本。

缺點熒光管未能提供穩(wěn)定的光源，而是閃爍的光源，其閃爍頻率與驅(qū)動電壓的頻率有關(guān)，雖然人眼不易察覺，但可產(chǎn)生閃光燈效應(yīng)（strobe effect），在一些工作環(huán)境可能造成危險，例如轉(zhuǎn)動的風扇，假如其頻率與熒光管相同，就會看似停止不動。熒光管亦會令攝錄機拍攝的片段出現(xiàn)閃爍，雖然傳統(tǒng)燈泡亦會出現(xiàn)閃爍，但其強度則較低。熒光管亦不能使用標準的亮度調(diào)節(jié)開關(guān)。

電子式鎮(zhèn)流器已經(jīng)基本解決這個問題。傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器采用市電（頻率為50~60Hz）直接驅(qū)動熒光管，而電子式鎮(zhèn)流器采用高頻振蕩反饋式鎮(zhèn)流（高頻開關(guān)切換式諧振電路限流），其輸出的驅(qū)動電壓頻率已大大提高，熒光管的閃爍頻率也相應(yīng)提高，人的肉眼已經(jīng)不會被這種高頻閃爍影響。

國際大廠已經(jīng)開始陸續(xù)停產(chǎn)T9燈管，改推薦T5燈管，僅剩下臺灣燈管品牌仍在大量生產(chǎn)，可以預(yù)期在供給量減少的情況下，T9燈管會比較少見。然T8燈管因為沒有T9燈管的主要缺點--汞含量過高，但T8燈管較T5耗電也逐漸減少，若非T5燈具與光源顯著降價，T8,T9還是會被大量使用。

熒光燈管的演色性較低，傳統(tǒng)白熾燈及鹵素燈有100的演色性，市售熒光燈管的演色性大多超過80，演色性超過90的熒光燈管就比較難購買；因此熒光燈管的光線較為不自然不舒適。

補充光源對物體的顯色能力，即光源使物體呈現(xiàn)其本身色彩的能力，稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色，但同樣光色可由許多，少數(shù)甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成，對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的色差（color shift）。色差程度愈大，光源對該色的顯色性愈差。顯色指數(shù)系數(shù)（Kaufman）仍為定義光源顯色性評價的普遍方法。

能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來的顏色需使用顯色指數(shù)（Ra）高的光源，其數(shù)值接近100，顯色性最好。要鮮明地強調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色的方法來加強顯色效果。采用低色溫光源照射，能使紅色更加鮮艷；采用中等色溫光源照射，使藍色具有清涼感；采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺。3

T8、T9和節(jié)能燈的比較優(yōu)點相對于相同亮度的節(jié)能燈，燈管的價格較為便宜。

最高級的T8燈管可以達到99的高演色性，而最高級的節(jié)能燈的演色性只能超過90，演色性高的光源會讓顏色自然，且對視力及健康有利。不少人會因為認為日光燈/節(jié)能燈是劣質(zhì)光線而使用白熾燈或鹵素燈，但若使用演色性達99的燈管，則會有更多人能接受熒光燈管，則可以減少發(fā)熱光源的需求。

缺點隨著科技不斷進步，節(jié)能燈已較年代久遠的T8、T9日光燈配合傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器省電，特別是螺旋狀的日光燈。然新一代T8燈管配上預(yù)熱型電子鎮(zhèn)流器，仍遠較節(jié)能燈省電。節(jié)能燈的發(fā)光效率約每瓦55~60流明，而配合電子鎮(zhèn)流器的新一代T8燈管，其發(fā)光效率可達每瓦80流明以上。許多T8/T9燈管的演色性差，多數(shù)節(jié)能燈能達到80以上的演色性。節(jié)能燈更換容易。4

T5日光燈T5日光燈最早出現(xiàn)于1995年，是商業(yè)化生產(chǎn)的日光燈中，最為省電的一種，然而其燈具和T8、T9的管并不相容，必須花錢采購專用燈具，此為其普及的障礙之一。

理論上T5管必須配合電子鎮(zhèn)流器使用，在T8配合電子鎮(zhèn)流器可以在理論上在接近T5管的效率，但實際環(huán)境下仍是T5管明顯地有較高效率，原因是兩者的最佳工作溫度不同。 T5使用固態(tài)汞，其最佳工作溫度約為攝氏35度，而T8使用的是液態(tài)汞，其最佳工作溫度大約是25℃。根據(jù)香港機電工程署的一份測試報告，熒光燈在操作時，其本身溫度會比環(huán)境溫度高約10℃，若有加燈罩的情況下更會比環(huán)境溫度高15℃。因此在一般有空調(diào)的環(huán)境中，加上螢火燈自身的發(fā)熱后，螢火燈的工作溫度約在35至40℃之間，剛好是T5螢火燈的最高效率的工作溫度內(nèi)；而在更高溫度的環(huán)境中（無空調(diào)的地方），T5也比T8有更高效率。

不過，T5燈有高輸出和高效率兩種，前者在同樣長度、同瓦數(shù)時較亮，后者較省電，選購時要略為注意。

T5管內(nèi)在磷的表面加上了一層薄膜，這層薄膜防止汞被磷吸收，因此T5管使用的汞較少；同時也防止了因為磷吸收了汞后效率降低，所以T5管在長期使用后光度比較穩(wěn)定，在工作經(jīng)過其壽命的40%后，光度也只有5%的下跌。

T5日光燈省電效果也比現(xiàn)今的傳統(tǒng)燈泡、節(jié)能燈和LED都來的好，；由于直徑比較小，故使用的玻璃、熒光粉和汞都較傳統(tǒng)的T8、T9節(jié)省，可以說是最省電也相對環(huán)保的照明工具，但缺點是價格較高（但仍比LED便宜很多很多）。 T5燈管的演色性比不上演色性最高的T8燈管。

T5日光燈最好是采用預(yù)熱型啟動電子鎮(zhèn)流器，但仍有些產(chǎn)品采用傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器或是瞬時啟動無預(yù)熱型電子鎮(zhèn)流器，此類產(chǎn)品較為耗電、易產(chǎn)生閃爍，而且也使熒光燈的壽命縮短，購買時宜特別留意。

而T5燈管的最大對手是CCFL燈管，CCFL燈管的效率或許略低于T5燈管、但也相差不遠，CCFL壽命極長、耐點滅、單支含汞量已經(jīng)很低、整體汞消耗量則更低，因此整體環(huán)保效益更佳。

對仍使用傳統(tǒng)型鎮(zhèn)流器配合T8燈管之使用者而言，最具成本效益的升級方式乃是更換成新型的預(yù)熱式電子鎮(zhèn)流器（優(yōu)點是不閃爍、省電、相對耐點滅、延長燈管壽命，缺點是要1~2秒才能點亮），如果需要高品質(zhì)光線則是在換了鎮(zhèn)流器后、再換成演色性大于90甚至達98的T8燈管，如果想要長壽命、最低汞污染及經(jīng)常點滅則是換成CCFL燈管，而不是換成T5燈。5

效率

|| || 表1

比較熒光燈的光效類似于一體式熒光燈（CFL）。

|| || 表2.燈泡性能與開支比較（美國電價，相當于60瓦白熾燈亮度）

競爭者除了節(jié)能燈外，目最強力的競爭者為高強度氣體放電燈，長遠來看最有潛力的競爭者則是冷陰極熒光燈管或者發(fā)光二極管固態(tài)照明技術(shù)。

但是LED目前有價格偏高、散熱器過大、演色性差及發(fā)光效率仍待加強等缺點，要和普通T8、T9日光燈管甚至T5日光燈管競爭仍需等到很長一段時間，尚未成熟。

冷陰極熒光燈管為大多數(shù)液晶顯示器所采用的背光光源，其壽命為一般熒光燈的三倍以上，且具有反復(fù)啟動也不易光衰的特性。然此項技術(shù)多在LCD廠商手中，傳統(tǒng)三大照明廠均不打算推展此項商品，為其普及的障礙。

雖然全世界的專家們都相信LED終將取代所有日光燈管和節(jié)能燈，但這一天的來臨依舊是遙遠而未可知。

鑒于熒光燈的適用場所大都為較低空間的室內(nèi)一般性照明，HID并非其主要競爭對手。目前來看，LED是其最主要的也是最有潛力的競爭者。國內(nèi)市場已經(jīng)開始采用LED照明產(chǎn)品來替代熒光燈的嘗試，除了價格仍處不利態(tài)勢，LED已經(jīng)超越了熒光燈。如果不是簡單地替換燈管，而是燈具整體更換，或者是新建照明系統(tǒng)，則LED甚至在造價方面也沒有太顯著的劣勢。比如一個600*600標準熒光燈盤，若采用同光通量的LED燈盤，其價格后者無非前者的1.5~2倍，而壽命等性能大幅度提升了，更遑論環(huán)保意義。6

環(huán)境問題熒光管內(nèi)有水銀成分，對人體有害。胡亂棄置熒光管會對環(huán)境造成損害，因此處理棄置的熒光管成為一個問題。目前只有部分國家和地區(qū)（例如：韓國、巴西、臺灣）會對廢棄的熒光管實行回收，并把熒光管安全地處理掉。由于在熒光管內(nèi)僅能使用水銀蒸氣，實際的水銀含量是很低的（少于1mg），回收時要先抽氣也造成回收的困難度。而固態(tài)汞熒光燈管的逐漸普及則可以減輕這方面的難度。7

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

王偉 - 副教授 - 上海交通大學(xué)