형광등

Fluorescent lamp
"Tublight"는 여기서 리다이렉트 됩니다.기타 용도는 Tublight(동음이의)를 참조하십시오.
램프 크기 및 명칭은 형광등 형식을 참조하십시오.
보행자 터널을 비추는 선형 형광등
상단: 비일체형 콤팩트 형광등 2개하단: 형광 튜브 램프 2개.두 유형 모두 조명 설비에 밸러스트가 필요합니다.성냥개비(왼쪽)가 축척으로 표시되어 있습니다.
E27 소켓과 베이스에 전자식 밸러스트를 갖춘 다양한 형태의 일체형 콤팩트 형광등.
태닝 베드에 사용되는 일반적인 F71T12 100W 바이핀 램프.(Hg) 기호는 이 램프에 수은이 포함되어 있음을 나타냅니다.미국에서는 이 기호가 모든 수은 함유 [1]형광등에서 필요합니다.
T12 및 T8 바이핀 형광등용 "톰스톤" 스타일의 램프 홀더
예열 바이핀 램프의 램프 엔드 내부.이 램프에서 필라멘트는 장방형 금속 음극 차폐로 둘러싸여 있어 램프 끝의 [2]어둡기를 줄이는 데 도움이 됩니다.

형광등 또는 형광관은 형광을 사용하여 가시광을 내는 저압 수은 가스 방전 램프입니다.가스의 전류는 수은 증기를 들뜨게 하고, 수은 증기는 단파 자외선을 발생시켜 램프 내부의 형광체 코팅이 빛을 발하게 합니다.형광등은 백열등보다 훨씬 효율적으로 전기에너지를 유용한 빛으로 변환한다.형광 조명 시스템의 일반적인 발광 효율은 와트당 50-100루멘으로, 동등한 광출력을 가진 백열전구의 몇 배입니다.비교를 위해 백열전구의 발광효율은 와트당 16루멘에 불과할 수 있습니다.

형광등 고정 장치는 무엇보다도 램프를 통과하는 전류를 조절하기 위해 밸러스트가 필요하기 때문에 백열등보다 비용이 비싸지만, 초기 비용은 훨씬 낮은 작동 비용으로 상쇄됩니다.소형 형광등은 현재 일반인과 같은 크기로 출시되어 가정용 에너지 절약 대안으로 사용되고 있다.

수은을 함유하고 있기 때문에 많은 형광등은 유해 폐기물로 분류된다.미국 환경보호국은 재활용 또는 안전한 폐기를 위해 형광등을 일반 쓰레기와 분리할 것을 권고하고 있으며, 일부 관할 지역에서는 [3]형광등을 재활용할 것을 요구하고 있습니다.

역사

물리적인 검출

특정 암석과 다른 물질의 형광은 그 성질이 이해되기 전까지 수백 년 동안 관찰되었다.19세기 중반까지, 실험자들은 전류가 통과하는 부분적인 진공 유리 용기들에서 나오는 복사 빛을 관찰했다.이것을 가장 먼저 설명한 사람 중 하나는 1852년 캠브리지 대학의 아일랜드 과학자인 조지 스톡스 경으로, 그는 이 현상을 불순물 때문에 강하게 빛나는 광물인 불소광의 이름을 따서 "형광"이라고 명명했다.설명은 1840년대 영국 과학자 마이클 패러데이와 1860년대 [4]제임스 클럭 맥스웰에 의해 개발된 전기와 빛 현상의 본질에 의존했다.

1856년 독일의 유리 블로어 하인리히 가이슬러(Heinrich Geissler)가 이전에는 불가능했던 범위까지 유리관을 대피시키는 수은 진공 펌프를 만들기 전까지는 이 현상에 대해 더 많은 것이 행해졌다.가이슬러는 양 끝에 금속 전극이 있는 부분 진공 유리 튜브로 구성된 최초의 가스 방전 램프인 가이슬러 튜브를 발명했습니다.전극 사이에 고전압이 가해지면 튜브 내부는 글로우 방전으로 밝아졌다.다른 화학물질을 안에 넣음으로써 튜브는 다양한 색을 낼 수 있었고 정교한 가이슬러 튜브는 오락용으로 판매되었다.그러나 더 중요한 것은 과학 연구에 대한 기여였다.Geissler 튜브로 실험한 최초의 과학자 중 한 명인 Julius Plücker는 1858년에 Geissler 튜브에서 발생한 발광 효과를 체계적으로 설명했습니다.그는 또한 전자장 근처에 있을 때 튜브의 광채가 위치를 바꾼다는 중요한 관찰을 했다.알렉상드르 에드몽 베크렐은 1859년에 어떤 물질들이 가이슬러 튜브에 놓였을 때 빛을 낸다는 것을 관찰했다.그는 계속해서 이 튜브들의 표면에 발광 물질의 얇은 코팅을 적용했다.형광이 발생했지만, 튜브는 매우 비효율적이고 짧은 작동 [5]수명을 가지고 있었다.

더 좋은 진공청소기가 생산되면서 가이슬러 튜브로 시작된 문의가 이어졌다.가장 유명한 것은 William Crookes가 과학 연구를 위해 사용한 진공관이다.그 튜브는 헤르만 슈프렝겔이 만든 매우 효과적인 수은 진공 펌프에 의해 제거되었다.크룩스와 다른 사람들에 의해 수행된 연구는 결국 1897년 J. 톰슨에 의해 전자 발견으로 이어졌고 1895년 빌헬름 뢴트겐에 의해 엑스레이가 발견되었다.그러나 알려진 바와 같이 크룩스 튜브는 진공 상태가 너무 좋아서 전기 자극 발광에 필요한 미량의 가스가 부족했기 때문에 빛을 거의 내지 못했다.

조기 방전 램프

1903년 피터 쿠퍼 휴이트에 의해 발명된 최초의 수은 증기 램프 중 하나.그것은 튜브에 형광 코팅을 하지 않은 형광등과 비슷했고 초록빛을 발했다.램프 아래에 있는 둥근 장치가 밸러스트입니다.

토마스 에디슨은 상업적인 잠재력을 위해 형광등을 잠시 추구했다.그는 1896년 형광물질로 텅스텐산칼슘을 코팅한 형광램프를 발명해 X선에 흥분시켰지만 1907년 [6]특허를 받았지만 생산되지는 않았다.조명용으로 가이슬러 튜브를 사용하려는 몇 가지 다른 시도와 마찬가지로, 그것은 짧은 작동 수명을 가졌고, 백열등의 성공을 감안할 때 에디슨은 다른 전기 조명 수단을 찾을 이유가 거의 없었다.니콜라 테슬라는 1890년대에 밝은 녹색 빛을 내는 고주파 형광등을 고안해 비슷한 실험을 했지만 에디슨의 장치와 마찬가지로 상업적 성공을 거두지 못했다.

에디슨의 전 직원 중 한 명이 가스 방전 램프를 만들어 상업적인 성공을 거두었다.1895년 Daniel McFarlan Moore는 이산화탄소 또는 질소를 사용하여 각각 흰색 또는 분홍색 빛을 내는 2~3미터 길이의 램프를 시연했습니다.그것들은 백열전구보다 훨씬 더 복잡했고, 충전 [7]가스의 고압 전원 공급과 압력 조절 시스템이 모두 필요했습니다.

피터 쿠퍼 휴이트

무어는 [8]작동 수명을 연장하기 위해 튜브 내에서 일정한 가스 압력을 유지하는 전자적으로 제어되는 밸브를 발명했습니다.무어의 램프는 복잡하고, 비싸고, 매우 높은 전압을 필요로 했지만, 백열등보다 훨씬 더 효율적이며, 현대의 백열등보다 자연광에 가까운 근사치를 만들어냈다.1904년부터 무어의 조명 시스템은 많은 가게와 [9]사무실에 설치되었다.그 성공은 백열등, 특히 필라멘트를 개선하려는 제너럴 일렉트릭의 동기부여에 기여했다.GE의 노력은 텅스텐 기반 필라멘트의 발명으로 결실을 맺었습니다.백열전구의 긴 수명과 향상된 효율은 무어 램프의 주요 장점 중 하나를 무효화했지만, GE는 1912년에 관련 특허를 구입했다.이러한 특허와 이를 뒷받침하는 발명적 노력은 회사가 20여 년 후 형광 조명을 도입했을 때 상당한 가치가 있었습니다.

무어가 조명 시스템을 개발하던 거의 동시에, 피터 쿠퍼 휴이트는 1901년에 특허를 받은 수은증기 램프를 발명했다.US 682692).휴이트의 램프는 전류가 수은 증기를 저압으로 통과할 때 빛을 발했다.무어의 램프와 달리 휴이트는 표준화된 크기로 제조되었고 저전압으로 작동되었다.수은증기 램프는 에너지 효율 면에서 당시의 백열등보다 우수했지만, 청록색 빛이 그 응용을 제한했습니다.그러나 그것은 사진술과 일부 산업 공정에서 사용되었다.

수은 증기 램프는 특히 유럽에서 느린 속도로 계속 개발되었고, 1930년대 초에는 대규모 조명용으로 제한적으로 사용되었습니다.일부는 형광 코팅을 사용했지만, 이러한 코팅은 주로 색상 보정을 위해 사용되었고 향상된 빛 출력에는 사용되지 않았다.수은 증기 램프는 또한 일정한 전류를 유지하기 위해 밸러스트의 통합에서 형광등을 예측했습니다.

쿠퍼 휴이트는 웨이, 라피프, 아론스, 바스티앙과 솔즈베리에 의해 이전의 노력이 이루어졌기 때문에 조명을 위해 수은 증기를 사용한 첫 번째 사람은 아니었다.특히 중요한 것은 독일의 쿠흐와 레친스키에 의해 발명된 수은증기 램프였다.이 램프는 더 작은 보어 전구와 더 높은 압력에서 작동하는 더 높은 전류를 사용했습니다.전류로 인해 전구는 더 높은 온도에서 작동하기 때문에 석영 전구를 사용해야 했습니다.전기 소비량에 대한 광출력은 다른 광원보다 좋았지만, 스펙트럼의 빨간색 부분이 부족하다는 점에서 쿠퍼 휴이트 램프의 광출력과 비슷하여 일반 조명에 적합하지 않았습니다.전극을 석영에 밀봉하는 데 어려움이 있어 램프의 [10]수명이 매우 짧았습니다.

네온 램프

주요 기사:네온 조명

가스 기반 조명의 다음 단계는 1898년 대기권으로부터 격리되어 발견된 불활성 가스인 네온의 발광 특성을 이용했다.네온은 가이슬러 [11]튜브에 사용하면 선명한 붉은 빛을 발했다.1910년까지 공기 액상화를 위한 기술과 성공적인 사업을 개발한 프랑스인 Georges Claude는 네온 조명 [12][13]산업을 지원하기 위한 부산물로 충분한 네온을 얻고 있었다.프랑스에서 네온 조명은 1930년경 일반 조명으로 사용됐지만 기존 백열등보다 에너지 효율이 낮았다.대체 기체로 아르곤과 수은 증기를 사용하는 네온 튜브 조명은 주로 눈길을 끄는 간판과 광고에 사용되었다.하지만 클로드의 개선된 전극(1915년 특허 취득)이 전극 열화의 주요 원인인 "튀김"을 극복했기 때문에 네온 조명은 형광등 개발과 관련이 있었다.스패터링은 이온화된 입자가 전극에 부딪혀 금속 조각이 찢어지면서 발생했다.클로드의 발명에는 표면적이 많은 전극이 필요했지만, 가스 기반 조명에 대한 주요 장애는 극복할 수 있다는 것을 보여주었다.

네온광의 발전은 형광등의 마지막 핵심 요소인 형광 [14]코팅에도 큰 영향을 미쳤다.1926년 Jacques Risler는 [15]네온 라이트 튜브에 형광 코팅 적용에 대한 프랑스 특허를 취득했습니다.상업적으로 성공한 최초의 형광등이라고 할 수 있는 이 램프의 주된 용도는 일반 조명이 아닌 광고였습니다.하지만, 이것이 형광 코팅의 첫 번째 사용은 아니었다; 베크렐은 일찍이 이 아이디어를 사용했고 에디슨은 성공하지 못한 [16][17][18]램프에 텅스텐산칼슘을 사용했다.다른 노력도 있었지만, 모두 저효율과 다양한 기술적 문제로 골머리를 앓고 있었습니다.특히 중요한 것은 1927년 베를린에 있는 독일 회사의 직원이었던 프리드리히 마이어, 한스 요아힘 스패너, 에드먼드 저머에 의해 저전압 "금속 증기 램프"가 발명된 것입니다.독일 특허가 부여되었지만 램프는 상업적으로 생산되지 않았다.

형광등 상용화

형광등의 모든 주요 특징들은 1920년대 말에 도입되었다.수십 년의 발명과 개발은 형광등의 핵심 요소들을 제공했습니다: 경제적으로 제조된 유리 튜브, 튜브를 채우기 위한 불활성 가스, 전기 밸러스트, 오래 지속되는 전극, 발광의 원천으로서의 수은 증기, 신뢰할 수 있는 방전을 생산하는 효과적인 수단, 그리고 형광 코팅.자외선에 의해 에너지가 공급된다.이때는 기초연구보다 집중개발이 중요했다.

1934년 유명한 물리학자이자 GE 컨설턴트인 Arthur Compton은 영국 제너럴 일렉트릭사의 형광등 실험에 성공했다고 GE 램프 부서에 보고했다(미국의 제너럴 일렉트릭과는 무관).이 보고서에 자극받아 모든 주요 요소를 이용할 수 있는 George E가 이끄는 팀이 있습니다.Inman은 1934년 General Electric의 Nela Park(Ohio) 엔지니어링 연구소에서 형광등 시제품을 제작했습니다.이것은 Arthur A가 지적한 것처럼 단순한 연습이 아니었다."[19]새로운 장치가 일반에 공개되기 전에 램프 크기와 모양, 음극 구조, 아르곤과 수은 증기의 가스 압력, 형광 분말 색, 튜브 안쪽에 부착하는 방법, 그리고 램프와 보조 장치의 다른 세부 사항에 대해 많은 실험을 해야 했습니다."

제너럴 일렉트릭(GE)은 엔지니어와 기술자가 형광램프 연구개발(R&D) 설비와 함께 Hewitt, Moore, Küch에 특허가 발행된 것을 포함해 형광조명에 관한 핵심 특허로 간주되는 것을 통제했다.이들보다 더 중요한 것은 궁극적으로 형광등에 사용되는 가스 압력에서도 분해되지 않는 전극에 대한 특허였다.앨버트 W.GE의 Scheectady Research Laboratory의 Hul은 이 발명품에 대한 특허를 1927년에 출원했고 1931년에 [20]발행되었다.제너럴 일렉트릭은 자사의 백열등과의 경쟁을 막기 위해 특허에 대한 통제를 사용했으며 형광등 도입을 20년 정도 지연시켰을 것이다.결국, 전쟁 생산은 경제적인 조명을 갖춘 24시간 공장을 필요로 했고, 형광등을 사용할 수 있게 되었다.

헐 특허는 GE에 형광등에 대한 법적 권리를 주장할 수 있는 근거를 제공했지만, 램프가 생산되기 몇 달 전, 회사는 마이어, 스패너, 저머에 의해 앞서 언급된 "금속 증기 램프"에 대해 1927년에 제출된 미국 특허 출원을 알게 되었다.특허출원에서는 램프가 자외선을 생산하는 우수한 수단으로 만들어졌다고 명시하고 있지만, 이 출원에는 형광등 조명에 관한 몇 가지 문구가 포함되어 있습니다.미국 특허를 취득하기 위한 노력은 수많은 지연을 겪었지만, 만약 특허가 주어졌다면, GE는 심각한 어려움을 겪었을 것이다.처음에 GE는 1919년에 형광등을 발명하고 특허 출원 중인 직원 중 한 명인 Leroy J. Butolph에게 우선권이 돌아가야 한다고 주장함으로써 특허 발행을 막으려고 했다.GE는 또한 1936년 인만의 이름으로 그의 그룹에 의해 이루어진 "개선"을 커버하기 위해 특허 출원을 했다.1939년 GE는 Meyer, Spanner 및 Germer의 주장이 어느 정도 가치가 있으며, 어떤 경우에도 긴 간섭 절차가 그들에게 가장 이익이 되지 않는다고 결정했다.따라서 그들은 Butolf의 청구를 취하하고, 당시 Electrons, Inc.라는 회사가 소유하고 있던 Meyer 등의 어플리케이션을 인수하기 위해 $180,000를 지불했습니다.특허는 1939년 [21]12월에 정식으로 수여되었다.이 특허는 Hull 특허와 함께 GE가 보유하고 있는 특허 침해를 주장한 실바니아 일렉트릭 프로덕트사로부터 수년간의 법적 도전에 직면했지만 확고한 법적 근거를 제시했습니다.

비록 특허 문제가 수년 동안 완전히 해결되지는 않았지만, 제너럴 일렉트릭은 제조와 마케팅에 대한 강점으로 인해 신흥 형광등 시장에서 독보적인 위치를 차지하게 되었다.형광 루밀린 램프의 판매는 1938년 4가지 크기의 튜브가 시장에 출시되면서 시작되었다.그것들은 라이트올리어, 아트크래프트 형광 조명 회사, 글로브 라이팅 등 3개 주요 기업에서 제조한 고정 장치에 사용되었다.1946년 슬림라인 형광 밸러스트는 웨스팅하우스에 의해 공개되었고 General Electric 및 Showcase/Display Case 고정 장치는 1946년 [22][23]Artraft 형광 조명 회사에 의해 도입되었습니다.이듬해 GE와 웨스팅하우스는 뉴욕 세계박람회와 샌프란시스코의 골든게이트 국제박람회 전시회를 통해 새로운 조명을 홍보했다.제2차 세계 대전 동안 전시 생산으로 조명 수요가 증가하면서 형광 조명 시스템은 빠르게 확산되었다.1951년까지 미국에서는 백열등보다 형광등에 [24]의해 더 많은 빛이 생산되었다.

첫 해에 다양한 베릴륨 함량의 오르토규산 아연이 녹색 형광체로 사용되었습니다.텅스텐산 마그네슘을 조금만 첨가하면 스펙트럼의 파란색 부분이 개선되어 허용 가능한 흰색으로 생성된다.베릴륨이 독성이 있다는 것이 밝혀진 후 할로겐산염 기반의 인광이 그 [25]자리를 차지했다.

동작 원리

전기 에너지를 빛으로 변환하는 기본 메커니즘은 수은 원자의 전자가 들뜬 상태에서 낮은 에너지 수준으로 떨어질 때 광자를 방출하는 것입니다.아크를 흐르는 전자는 수은 원자와 충돌한다.만약 입사한 전자가 충분한 운동 에너지를 가지고 있다면, 그것은 에너지를 원자의 외부 전자로 전달하고, 그 전자는 일시적으로 안정적이지 않은 높은 에너지 수준으로 뛰어오르게 한다.원자는 원자의 전자가 더 낮고 안정적인 에너지 준위로 되돌아갈 때 자외선 광자를 방출할 것이다.수은 원자로부터 방출되는 대부분의 광자는 스펙트럼의 자외선 영역에 파장이 있으며, 주로 253.7과 185나노미터의 파장을 가지고 있다.이것들은 인간의 눈에는 보이지 않기 때문에, 내부 형광체 코팅의 형광에 의해 자외선이 가시광선으로 변환됩니다.흡수된 자외선 광자와 방출된 가시광선 광자 사이의 에너지 차이는 형광체 코팅을 가열하는 쪽으로 갑니다.

전류가 저압 아크 방전 상태에서 튜브를 통해 흐릅니다.전자는 필라멘트를 둘러싸고 있는 전구 내부의 귀한 가스 원자와 충돌해 이온화해 충격 이온화 과정에 의해 플라즈마를 형성한다.눈사태 이온화에 의해 이온화된 가스의 전도율이 급속히 상승하여 램프를 통해 더 높은 전류가 흐를 수 있다.

충전 가스는 램프의 전기적 특성을 결정하는 데 도움이 되지만, 빛 자체는 발산하지 않습니다.충전 가스는 효과적으로 전자가 튜브를 통과하는 거리를 증가시켜 전자가 수은 원자와 상호작용할 수 있는 더 큰 기회를 줍니다.또한 아르곤 원자는 전자의 충격에 의해 준전이 가능한 상태로 들뜨게 되어 수은 원자에 에너지를 전달하고 이를 이온화할 수 있으며 이를 페닝 효과라고 한다.이는 [26]크립톤과 같은 다른 가능한 충전 가스에 비해 램프의 고장 및 작동 전압을 낮춥니다.

건설

살균 램프의 음극 확대(전극이 보이도록 형광 형광체를 사용하지 않는 본질적으로 유사한 설계)

형광등 튜브는 아르곤, 크세논, 네온 또는 크립톤과 수은 증기의 혼합물로 채워져 있다.램프 내부의 압력은 대기압의 [27]약 0.3%입니다.수은 증기의 분압만 T12 40와트 [28]램프의 경우 약 0.8Pa(대기압의 800만분의 1)입니다.램프의 내부 표면은 다양한 금속 및 희토류 인광염 혼합으로 만들어진 형광 코팅으로 코팅되어 있습니다.램프의 전극은 일반적으로 코일 텅스텐으로 만들어지며 열전자 방출을 개선하기 위해 바륨, 스트론튬 및 산화칼슘 혼합물로 코팅됩니다.

살균램프는 형광램프와 동일한 저압수은증기 글로우방전을 사용하지만 코팅되지 않은 용융석영 엔벨로프에 의해 자외선을 투과할 수 있다.

형광등 튜브는 대개 직선이며 미니어처 램프의 경우 약 100mm(3.9인치)에서 고출력 램프의 경우 2.43m(8.0피트)까지 다양합니다.일부 램프에는 튜브가 원형으로 구부러져 있어 테이블 램프나 더 콤팩트한 광원이 필요한 다른 장소에 사용됩니다.더 큰 U자형 램프는 더 컴팩트한 영역에서 동일한 양의 빛을 제공하기 위해 사용되며 특별한 건축 목적으로 사용됩니다.콤팩트 형광등은 2, 4, 6개의 작은 직경 튜브가 여러 개 결합되어 있거나 작은 부피로 많은 양의 광출력을 제공하기 위해 나선형으로 감긴 작은 직경 튜브가 있습니다.

튜브 내부에 도료 형태의 코팅으로서 발광 인광을 도포한다.유기 용제를 증발시킨 다음 튜브를 유리의 거의 녹는점까지 가열하여 남은 유기 화합물을 제거하고 코팅과 램프 튜브를 융합합니다.부유 인광기의 입자 크기를 세심하게 관리해야 합니다. 입자가 크면 코팅이 약해지고 입자가 작으면 빛의 유지 및 효율이 떨어집니다.대부분의 인광기는 입자가 10마이크로미터 정도일 때 성능이 가장 좋습니다.코팅은 수은 아크로 인해 발생하는 모든 자외선을 포착할 수 있을 정도로 두꺼워야 하지만 인광 코팅이 가시광선을 너무 많이 흡수할 정도로 두꺼워서는 안 됩니다.첫 번째 인광체는 자연적으로 발생하는 형광 광물의 합성 버전이었고, 소량의 금속이 활성제로 첨가되었다.나중에 다른 화합물들이 발견되어 다른 색깔의 램프를 만들 [29]수 있게 되었다.

발라스트

주요 기사:전기 밸러스트
형광등 및 방전등용 다른 밸러스트

형광등은 음의 차동 저항 장치이기 때문에 더 많은 전류가 흐를수록 형광등의 전기 저항이 감소하여 더 많은 전류가 흐를 수 있습니다.정전압 전원에 직접 연결되어 있는 형광등은 제어되지 않는 전류 흐름 때문에 빠르게 자가 파괴됩니다.이를 방지하기 위해 형광등은 밸러스트를 사용하여 램프를 통과하는 전류를 조절해야 합니다.

작동 램프 전체의 단자 전압은 아크 전류, 튜브 직경, 온도 및 충전 가스에 따라 달라집니다.일반 조명 서비스인 48인치(1,219mm) T12[30] 램프는 430mA에서 100V 강하로 작동합니다.고출력 램프는 800mA에서 작동하며 일부 유형은 1.5A까지 작동합니다.T12 [31]램프의 경우 전력 레벨은 튜브 길이(10~25W/ft)의 미터당 33~82와트입니다.

교류(AC) 사용을 위한 가장 간단한 밸러스트는 직렬로 배치된 인덕터이며, 적층된 자기 코어에 권선으로 구성됩니다.이 권선의 인덕턴스는 AC 전류의 흐름을 제한합니다.이러한 유형의 밸러스트는 220~240V 국가(북미에서는 최대 30W 램프)에서 흔히 볼 수 있습니다.밸러스트는 램프의 크기와 전력 주파수로 평가됩니다.북미에서는 AC 전압이 긴 형광등을 시동하기에 불충분하기 때문에 밸러스트는 상당한 누출 인덕턴스를 가진 스텝업 자동 트랜스폼(전류 흐름을 제한하기 위해)인 경우가 많습니다.유도 밸러스트의 어느 형태든 역률 보정을 위한 캐패시터를 포함할 수 있다.

230 V 밸러스트 (18~20 W용)

형광등은 아크를 타격하기에 충분한 전압의 직류(DC) 전원에서 직접 작동할 수 있습니다.밸러스트는 저항성이 있어야 하며 램프와 같은 전력을 소비합니다.DC에서 작동할 때 시동 스위치는 램프가 시작될 때마다 램프에 공급되는 극성을 반전시키도록 배치되는 경우가 많습니다. 그렇지 않으면 수은이 튜브의 한쪽 끝에 누적됩니다.이러한 이유로 형광등은 DC에서 직접 작동하지 않습니다.대신 인버터가 DC를 AC로 변환하여 아래와 같은 전류 제한 기능을 전자 밸러스트에 제공합니다.

온도의 영향

나선형 형광등의 열 이미지.

형광등의 성능은 전구벽의 온도와 램프 [32]내 수은 증기의 분압에 미치는 영향에 의해 결정적으로 영향을 받습니다.수은은 램프에서 가장 차가운 곳에서 응축되기 때문에, 약 40°C(104°F)의 최적 온도에서 해당 지점을 유지하기 위해 세심한 설계가 필요합니다.

일부 다른 금속과 함께 아말감을 사용하면 증기 압력이 감소하고 최적의 온도 범위가 위로 확장됩니다. 단, 결로를 방지하기 위해 전구벽의 "냉점" 온도를 계속 제어해야 합니다.고출력 형광등에는 냉점 온도 및 수은 분포를 제어하는 변형 튜브 또는 내부 히트 싱크 등의 기능이 있습니다.소형 형광등과 같이 부하가 높은 소형 램프도 수은 증기 압력을 최적의 [33]값으로 유지하기 위해 튜브에 히트 싱크 영역을 포함합니다.

손실

형광등 에너지 손실의 Sankey 다이어그램.현대 설계에서 가장 큰 손실은 고에너지 UV 광자를 저에너지 가시광선 광자로 변환하는 양자 효율이다.

램프로 입력되는 전기에너지의 극히 일부만 유용한 빛으로 변환됩니다.밸러스트는 약간의 열을 방출하며, 전기 밸러스트는 약 90%의 효율을 보일 수 있습니다.전극에서 고정 전압 강하가 발생하여 열도 발생합니다.수은 증기 기둥의 일부 에너지도 소산되지만, 약 85%가 가시광선과 자외선으로 바뀝니다.

인광 코팅에 닿는 모든 UV 복사가 가시광선으로 변환되는 것은 아닙니다. 일부 에너지가 손실됩니다.현대 램프에서 가장 큰 단일 손실은 가시광선의 각 광자의 에너지가 이를 발생시킨 UV 광자의 에너지에 비해 낮기 때문입니다(스토크스 시프트라고 하는 현상).입사 광자는 5.5 전자 볼트의 에너지를 가지지만 약 2.5 전자 볼트의 에너지를 가진 가시광선 광자를 생성하므로 UV 에너지의 45%만 사용되고 나머지는 [34]열로 소멸됩니다.

냉음극 형광등

「CCFL」은 여기서 리다이렉트 됩니다.그 외의 용도는, 「CCFL(동음이의)」를 참조해 주세요.
상세정보 : CCFL 인버터
상세정보 : 냉음극
비상구 표지판의 냉음극 형광등.다른 형광체보다 훨씬 높은 전압으로 작동하는 이 램프는 네온 빛과 유사한 아크가 아닌 저암페어 글로우 방전을 생성합니다.라인 전압에 직접 연결하지 않으면 변압기만으로 전류가 제한되므로 밸러스트가 필요하지 않습니다.

대부분의 형광등은 뜨거운 음극으로 알려진 열에 의해 튜브로 전자를 방출하는 전극을 사용합니다.그러나 냉음극관에는 전극 사이의 큰 전압 때문에만 전자를 방출하는 음극이 있습니다.음극은 흐르는 전류에 의해 데워지지만 상당한 열전자 방출을 할 만큼 뜨겁지는 않습니다.냉음극 램프는 열전자 방출 코팅이 없어 열음극보다 수명이 훨씬 길다.따라서 수명이 긴 애플리케이션(액정 디스플레이의 백라이트 등)에 적합합니다.전극의 스패터링은 계속 발생할 수 있지만 전극을 형성(예: 내부 실린더)하여 스패터링된 물질의 대부분을 포획하여 전극에서 손실되지 않도록 할 수 있습니다.

냉음극 램프는 일반적으로 음극 하강 전압이 훨씬 높기 때문에 열전자 방출 램프보다 효율이 낮습니다.음극 하강 전압으로 인해 방산된 전력은 광출력에 기여하지 않습니다.그러나 튜브가 길수록 이 문제는 덜 심각합니다.또한 튜브 끝의 전력 소산이 증가하면 냉음극관은 일반적으로 열전자 방출량보다 낮은 부하로 작동해야 합니다.어쨌든 높은 튜브 전압이 요구되기 때문에 이러한 튜브는 쉽게 길게 만들 수 있으며 직렬 문자열로도 작동할 수 있습니다.레터링이나 사이니지를 위해 특수 모양으로 구부리는 데 적합하며, 즉시 켜거나 끌 수도 있습니다.

시작하는

주요 기사:예열 스위치 스타터

형광관에 사용되는 가스는 아크가 "스트라이크"되기 전에 이온화되어야 합니다.작은 램프의 경우 아크를 치는 데 많은 전압이 필요하지 않으며 램프를 시동하는 데 문제가 없지만 큰 튜브는 상당한 전압(천 볼트 범위)이 필요합니다.다양한 시동 회로가 사용되었습니다.회로 선택은 비용, AC 전압, 튜브 길이, 순간 시동과 비순간 시동, 온도 범위 및 부품 가용성에 따라 결정됩니다.

예열 중

자동 시동 스위치를 사용하는 예열 형광등 회로.A: 형광관, B: 전력(+220V), C: 스타터, D: 스위치(양금속 서모스탯), E: 캐패시터, F: 필라멘트, G: 밸러스트
예열등 시동 중.자동 스타터 스위치는 램프를 시동하려고 할 때마다 주황색으로 깜박입니다.

스위치 시동이라고도 하는 예열은 필라멘트를 초기에 밸러스트와 직렬로 연결하여 예열하는 기계식 또는 자동(바이메탈) 스위치(오른쪽 회로 다이어그램 참조)와 함께 램프의 각 끝에서 필라멘트-음극 조합을 사용합니다. 짧은 예열 시간이 지나면 시동 스위치가 열립니다.주 전원 공급기에 대해 상대적으로 정확한 타이밍을 맞춘 경우, 밸러스트가 튜브를 통해 시작 [35]아크를 시작할 수 있을 만큼 높은 전압을 유도합니다.이 시스템은 200~240V 국가(및 최대 약 30W의 [citation needed]100~120V 램프용)의 표준 장비입니다.

예열 형광등 "스타터"(자동 시동 스위치)

1960년대 이전에는 4핀 열 시동기 및 수동 스위치가 [citation needed]사용되었습니다.예열 스위치 스타터는 램프 캐소드를 자동으로 예열합니다.불활성 가스(네온 또는 아르곤)가 함유된 작은 밀폐 가스 방전 램프에 통상적으로 열려 있는 바이메탈 스위치로 구성됩니다.예열 스위치는 주기적으로 필라멘트를 예열하고 펄스 전압을 시작하여 아크를 타격합니다. 이 프로세스는 램프가 켜질 때까지 반복됩니다.튜브가 충돌하면 충돌하는 주 방전이 캐소드를 뜨겁게 유지하여 전자 방출을 계속합니다.점등된 튜브를 통과하는 전압이 스타터에서 [35]예열 방전을 시작하기에 부족하기 때문에 스타터 스위치가 다시 닫히지 않습니다.

전자 형광등 시동 장치

예열 스위치 시동기를 사용하면 고장 난 튜브가 반복적으로 순환됩니다.일부 스타터 시스템에서는 반복적인 시동 시도를 감지하고 수동으로 재설정될 때까지 회로를 비활성화하기 위해 열 과전류 트립을 사용했습니다.

역률 보정(PFC) 캐패시터는 램프 [35]회로에서 끌어오는 지연 전류를 보상하기 위해 메인에서 유도 전류를 끌어옵니다.

전자 시동기는 다른 방법을 사용하여 캐소드를 [36]예열합니다.글로우 스타터와 플러그인이 교환될 수 있습니다.이 시스템은 반도체 스위치를 사용하여 램프를 "소프트 스타트"하고, 시동 펄스를 가하기 전에 캐소드를 예열하여 램프를 "소프트 스타트"합니다. 이렇게 하면 시동 중에 캐소드에서 소량의 물질이 제거되어 램프 [35]수명이 길어집니다.이는 [37]가정용처럼 자주 켜지는 램프의 경우 램프 수명을 통상 3~4배 연장하고 형광관처럼 램프 끝부분의 검어지는 현상을 줄여주는 것으로 알려져 있다.회로는 일반적으로 복잡하지만, 그 복잡성은 IC에 내장되어 있습니다.일렉트로닉 스타터는 고속 시동(일반적으로 0.3초의 [37][38]시작 시간) 또는 낮은 온도 및 낮은 전원 전압에서도 기동 시간이 2~[39]4초로 가장 신뢰성이 높은 시동용으로 최적화될 수 있습니다.고속 시동 장치에서는 [40]시동 중에 청각적 노이즈가 발생할 수 있습니다.

전자 시동 장치는 전원이 처음 공급될 때 짧은 시간 동안만 램프 시동을 걸려고 시도하며, 방전되어 아크를 유지할 수 없는 램프를 반복적으로 다시 켜려고 시도하지 않습니다. 일부 램프는 고장 [36]난 램프 시동을 자동으로 중지합니다.이렇게 하면 램프가 다시 스트라이핑되고 글로우 스타터를 사용하여 고장이 발생한 램프가 계속 깜박이는 것을 방지할 수 있습니다.다른 전자 회로와 같이 고장이 날 수 있지만 전자 시동기는 마모될 수 있으며 정기적으로 교체할 필요가 없습니다.제조업체는 일반적으로 20년 또는 조명 [38][39]장착 기간만큼 수명을 추정합니다.

인스턴트 스타트

T12 형광관첫 번째 두 개는 급속 시동("톰스톤"과 소켓 홀더용)이고, 세 번째 두 개는 인스턴트 시동 램프입니다.Instant-Start에는 스프링 장착 소켓 홀더에 연결하기 위한 특징적인 둥근 단일 핀이 있습니다.

즉석 시동 형광등은 1944년에 발명되었다.즉석 시동은 단순히 가스 칼럼을 분해하여 아크 전도를 시작할 수 있을 만큼 높은 전압을 사용합니다.고전압 스파크가 아크를 "스트라이크"하면 글로 방전이 형성될 때까지 전류가 상승합니다.램프가 따뜻해지고 압력이 증가하면 주전압 또는 라인 전압이 작동하여 방전이 호가 될 때까지 전류가 계속 상승하고 저항과 전압이 모두 떨어집니다.이러한 튜브는 필라멘트가 없으며 튜브의 각 단부에 있는 단일 핀으로 식별할 수 있습니다(일반 램프의 경우, 소형 냉음극 램프는 단일 핀이 있을 수 있지만 밸러스트가 아닌 변압기로 작동합니다).램프 홀더의 저전압 단부에는 감전을 방지하기 위해 튜브를 분리할 때 밸러스트를 분리하는 "분리" 소켓이 있습니다.즉석 시동 램프는 작동 중에 캐소드에 가열 전류를 지속적으로 보내지 않기 때문에 급속 시동보다 에너지 효율이 약간 높지만, 냉음극 시동 시 스패터가 증가하고 예열 중에 글로 방전에서 아크로 전환하는 데 시간이 훨씬 더 오래 걸리기 때문에 일반적으로 수명이 절반 정도입니다.유사한 급속 시동 [41]램프에서 볼 수 있습니다.

빠른 시작

아크의 형성은 음극에서 대량의 전자를 열전자 방출해야 하기 때문에 급속 스타트 밸러스트 설계는 음극 필라멘트를 지속적으로 가열하는 밸러스트 내에서 권선을 제공합니다.일반적으로 순간 시동 설계보다 낮은 아크 전압으로 작동하며, 시동을 위한 유도 전압 스파이크가 생성되지 않으므로, 램프는 접지된(아치형) 리플렉터 근처에 장착하여 글로 방전이 튜브를 통해 전파되도록 하고 정전식 커플링을 통해 아크 방전을 시작해야 합니다.일부 램프에서는 접지된 "시동 보조" 스트립이 램프 글라스 외부에 부착됩니다.이 밸러스트 유형은 유럽의 에너지 절약형 T8 형광등과 호환되지 않습니다. 이러한 램프는 급속 시동 밸러스트의 개방 회로 전압보다 높은 시작 전압을 요구하기 때문입니다.

급속 시동 "아이언"(자성) 밸러스트는 램프 끝에 있는 캐소드를 지속적으로 가열합니다.이 밸러스트는 2개의 F40T12 램프를 직렬로 구동합니다.

퀵 스타트

퀵 스타트 밸러스트는 전원이 처음 공급될 때 소형 자동 변압기를 사용하여 필라멘트를 가열합니다.아크가 발생하면 필라멘트 가열 전력이 감소하고 0.5초 이내에 튜브가 시작됩니다.자동 변압기는 밸러스트와 결합되거나 별도의 장치일 수 있습니다.튜브가 충돌하려면 접지된 금속 반사기 근처에 장착해야 합니다.퀵 스타트 밸러스트는 유지 보수 비용이 낮기 때문에 상업 시설에서 더 일반적입니다.퀵 스타트 밸러스트는 램프 고장의 일반적인 원인인 스타터 스위치를 필요로 하지 않습니다.단, Quick-Start 밸러스트는 전원이 공급된 직후(스위치가 켜졌을 때) Quick-Start 밸러스트 램프가 켜지는 바람직한 기능 때문에 가정용(주거용) 설비에서도 사용됩니다.퀵 스타트 밸러스트는 240V 회로에서만 사용되며 효율성이 낮은 구형 T12 튜브에 사용하도록 설계되었습니다.

반공진 시작

반공진 시동 회로에서 시작하는 65와트 형광등
반공진 시동 회로 다이어그램

반공진 시동 회로는 Torn Lighting이 T12 형광 튜브와 함께 사용하기 위해 발명했습니다.이 방법은 이중 권선 변압기와 콘덴서를 사용합니다.아크 전류가 없을 경우 변압기와 캐패시터는 라인 주파수로 공진하여 튜브 전체에서 공급 전압의 약 2배와 소량의 전극 [42]가열 전류를 생성합니다.이 튜브전압은 냉전극으로 아크를 타격하기에는 너무 낮지만 전극이 열전자 방출온도까지 가열되면 튜브 타격전압이 링잉전압 이하로 떨어져 아크가 타격된다.전극이 가열되면 램프는 3~5초 동안 천천히 최대 밝기에 도달합니다.아크 전류가 증가하고 튜브 전압이 떨어지면 회로가 전류 제한을 제공합니다.

반공진 시동 회로는 주로 회로 구성요소의 초기 비용이 높기 때문에 상업 시설에서 사용하도록 제한됩니다.그러나 교체할 스타터 스위치가 없고 시동 시 음극 손상이 줄어들어 램프의 수명이 길어지기 때문에 유지관리 비용이 절감됩니다.개방 회로 튜브 전압이 높기 때문에 이 시동 방법은 추운 위치의 튜브 시동 시 특히 유용합니다.또, 회로 역률은 약 1.0으로, 조명 설비의 역률 보정은 불필요합니다.설계상 공급전압은 냉음극 타격전압의 2배(또는 튜브가 잘못하여 즉시 시동됨)보다 낮아야 하므로 튜브의 길이가 최소 1.2m(3ft 11인치)가 아니면 240V AC전원으로는 사용할 수 없습니다.반공진 시동 고정 장치는 일반적으로 에너지 절약형 T8 개조 튜브와 호환되지 않습니다. 이러한 튜브는 T12 램프보다 시작 전압이 높고 특히 저온에서 안정적으로 시동되지 않을 수 있기 때문입니다.일부 국가에서 T12 튜브를 단계적으로 폐기하는 최근 제안은 이 시작 방법의 적용을 줄일 것이다.

전자 밸러스트

전자 밸러스트가 있는 형광등.
형광등용 전자 밸러스트, 2×58W
전자 밸러스트 기본 개략도
전자 밸러스트 및 다양한 소형 형광등

전자 밸러스트는 트랜지스터를 사용하여 램프의 전류 흐름을 조절하면서 공급 주파수를 고주파 AC로 변경합니다.이러한 밸러스트는 일반 전원 주파수에서보다 10kHz에서 거의 10% 상승하는 램프의 높은 효율성을 활용합니다.방전칼럼 내의 수은 원자를 탈이온화하는 완화시간보다 AC주기가 짧을 경우, 방전은 최적의 [43]운전조건에 가깝게 유지된다.전자 밸러스트는 공급 주파수 AC 전원을 가변 주파수 AC로 변환합니다.이 변환에 의해, 전원 장치의 주파수의 2배의 램프 휘도 변조를 저감 할 수 있습니다.

저비용 밸러스트에는 단순한 발진기와 직렬 공진 LC 회로만 포함됩니다.이 원리를 전류 공진 인버터 회로라고 합니다.잠시 후 램프 전체의 전압이 약 1kV에 도달하고 램프가 냉음극 모드에서 즉시 시작됩니다.음극 필라멘트는 램프가 점화되지 않을 경우 밸러스트를 과열로부터 보호하기 위해 계속 사용됩니다.일부 제조업체에서는 정온도계수(PTC) 서미스터를 사용하여 즉각적인 기동을 비활성화하고 필라멘트를 예열할 시간을 제공합니다.

보다 복잡한 전자 밸러스트는 프로그래밍된 시동을 사용합니다.출력 주파수는 밸러스트 출력 회로의 공진 주파수 이상으로 시작되고 필라멘트가 가열된 후에는 주파수가 급격히 감소합니다.주파수가 밸러스트의 공진 주파수에 근접하면 출력 전압이 너무 높아져 램프가 점화됩니다.램프가 점등하지 않으면 전자회로가 밸러스트의 동작을 정지한다.

많은 전자 밸러스트는 마이크로 컨트롤러에 의해 제어되며, 이것들은 디지털 밸러스트라고 불리기도 합니다.디지털 밸러스트는 램프 시동 및 작동에 상당히 복잡한 논리를 적용할 수 있습니다.이를 통해 단일 밸러스트를 여러 개의 다른 튜브와 함께 사용할 수 있도록 시작 전에 끊어진 전극 및 누락된 튜브에 대한 테스트, 튜브 교체 감지 및 튜브 유형 감지와 같은 기능을 사용할 수 있습니다.내장 마이크로컨트롤러 소프트웨어에는 조광 등의 기능이 포함되어 있으며, 다양한 제조사의 제품에도 포함되어 있습니다.

1990년대에 도입된 이후, 고주파 밸러스트는 급속 시동 램프 또는 예열 램프가 있는 일반 조명 장치에 사용되어 왔습니다.이러한 밸러스트는 입력 전력을 20kHz를 초과하는 출력 주파수로 변환합니다.그러면 램프 [44]효율이 높아집니다.이러한 밸러스트는 거의 600V에 달하는 전압으로 작동하므로 하우징 설계를 고려해야 하며, 밸러스트에서 램프 끝단까지의 와이어 리드의 길이에 약간의 제한이 발생할 수 있습니다.

종말

형광등의 수명은 주로 음극 전극의 수명에 의해 제한됩니다.적절한 전류 레벨을 유지하기 위해 전극은 금속 산화물의 방출 혼합물로 코팅됩니다.램프가 시동될 때마다 작동 중에 튜브 내의 전자와 중이온의 충격에 의해 소량의 음극 코팅이 전극에서 스패터된다.튀긴 물질은 튜브의 벽에 모이고, 튜브를 어둡게 만듭니다.시작 방법과 주파수는 음극 스패터에 영향을 미칩니다.필라멘트가 파손되어 램프가 비활성화될 수도 있습니다.

이 튜브는 정기적으로 켜졌다 꺼졌다가 충분한 열전자 방출 혼합물이 음극에서 튀어 나온 후 더 이상 시동이 걸리지 않았습니다.기화된 물질은 전극을 둘러싼 유리에 달라붙어 어두워지고 검게 변한다.
열음극 역할을 하는 코일 중앙부에 흰색 열전자 방출 혼합 코팅을 나타내는 저압 수은 가스 방전 램프 필라멘트 클로즈업.램프가 시작될 때마다 코팅이 스퍼터져 나가면서 램프 고장이 발생합니다.

수은이 유리 튜브, 형광체 및 내부 구성 요소에 흡수되어 충전 가스에서 더 이상 증발할 수 없는 경우 저수은 램프 설계가 실패할 수 있습니다.수은의 손실로 인해 처음에는 예열 시간이 길어지고, 아르곤 가스가 1차 [45]방전이 되면 램프가 흐릿한 분홍빛을 발하게 됩니다.

튜브에 비대칭 전류를 흘려 DC 바이어스 하에서 효과적으로 작동시켜 튜브를 따라 수은 이온의 비대칭 분포를 일으킨다.수은 증기 압력의 국부적 고갈은 전극 중 하나 부근에서 베이스 가스의 분홍색 발광으로 나타나 램프의 작동 수명이 극적으로 단축될 수 있습니다.이는 일부 잘못 설계된 [46]인버터에서 발생할 수 있습니다.

램프를 라이닝하는 인광기 또한 시간이 지남에 따라 열화되어 램프가 더 이상 초기 광출력의 허용 가능한 부분을 생성하지 않게 됩니다.

콤팩트 형광 전구의 일체형 전자 밸러스트가 고장나면 사용 수명도 종료됩니다.


수은 흡착으로 수명이 다한 콤팩트 형광등.빛은 베이스 아르곤 필에 의해서만 발생합니다.

와

CD에 의해 반사된 형광관 램프의 빛은 각각의 색 띠를 보여준다.

형광등에서 방출되는 빛의 스펙트럼은 수은 증기에서 직접 방출되는 빛과 형광 코팅에서 방출되는 빛의 조합입니다.수은 방출과 인광 효과의 스펙트럼 라인은 백열원에 의해 생성된 것과는 다른 복합 스펙트럼 분포를 제공한다.가시 스펙트럼에 걸쳐 각 좁은 파장 대역에서 방출되는 빛의 상대 강도는 백열원과 비교하여 다른 비율이다.색상의 물체는 스펙트럼 분포가 다른 광원 아래에서 다르게 인식된다.예를 들어, 일부 사람들은 형광등이 만들어내는 색채 표현이 거칠고 불쾌하다고 생각한다.건강한 사람은 때때로 형광등 아래서 건강하지 않은 피부색을 가지고 있는 것처럼 보일 수 있다.이 현상이 발생하는 정도는 빛의 스펙트럼 구성과 관련이 있으며, 빛의 연색 지수(CRI)로 측정할 수 있다.

★★★★

주요 기사:색온도
다양한 전등의 색온도

상관색온도(CCTV)는 광원의 백색도를 흑체에 비해 '음영'으로 나타내는 척도다.일반적인 백열 조명은 2700K로 [47]황백색입니다.할로겐 조명은 3000K입니다.[48]형광등은 튜브 내부의 인광 혼합물을 변경함으로써 선택된 CCT로 제조된다.따뜻한 흰색 형광체는 CCT가 2700K이며 주거용 조명으로 인기가 있습니다.중성-흰색 형광체의 CCT는 3000K 또는 3500K이다.Cool-White 형광체는 CCT가 4100K로 사무실 조명으로 인기가 있습니다.주광의 CCT는 5000K에서 6500K이며, 이는 푸르스름한 흰색이다.

일반적으로 높은 CCT 조명은 높은 조도를 필요로 한다.조도가 더 어두울 때, 인간의 눈은 크루이토프 곡선을 통해 관련된 것처럼 낮은 색 온도를 더 쾌적하게 인식합니다.그래서 2700K의 희미한 백열등은 편안해 보이고 5000K의 밝은 램프도 자연스러워 보이지만 5000K의 희미한 형광등은 너무 희미해 보입니다.일광형 형광등은 매우 밝아야 자연스러워 보인다.

렌더링

회절격자에 반사된 나선형 냉백 형광등은 빛을 구성하는 다양한 스펙트럼 라인을 드러낸다.
다른 형태의 조명과 비교한 형광 스펙트럼.왼쪽 위부터 시계방향: 형광등, 백열전구, 촛불 불꽃 및 LED 조명.
주요 기사:컬러 렌더링 인덱스

CRI(Color Rendering Index)는 햇빛이나 같은 색온도의 흑체 등의 기준 광원의 빛과 비교하여 광원의 빛을 사용하여 색상을 얼마나 잘 인식할 수 있는지를 나타내는 척도입니다.백열등은 정의상 CRI가 100이다.실제 형광관은 50에서 98까지의 CRI를 달성합니다.CRI가 낮은 형광등에는 붉은 빛을 너무 적게 내는 인광이 있습니다.피부는 백열조명에 비해 덜 분홍빛으로 보이고, 따라서 "건강하지 않다".색칠된 개체는 음소거 상태로 나타납니다.예를 들어 낮은 CRI 6800K 할로인산염 튜브(극단적인 예)는 빨간색이 칙칙한 빨간색으로 보이거나 갈색으로 보이도록 합니다.눈은 적색광 검출에 상대적으로 덜 효율적이기 때문에 스펙트럼의 적색 부분에서 에너지가 증가하여 연색지수가 개선되면 전체 발광효율이 [31]: 8 감소할 수 있다.

조명 설비는 형광 튜브를 흰색 색조별로 사용합니다.피팅 내에 튜브 유형을 혼합하면 저품질 튜브의 색 재현을 개선할 수 있습니다.

가장 불쾌한 빛 중 일부는 오래된 할로겐산염형 인광(화학식 Ca5(PO4)(3F3+, Cl):Sb, Mn2+)을 포함한 튜브에서 나온다.이 형광체는 주로 노란색과 파란색 빛을 방출하며 녹색과 빨간색은 상대적으로 거의 방출되지 않습니다.참조가 없으면 이 혼합물은 눈에는 하얗게 보이지만 빛은 스펙트럼이 불완전합니다.이런 램프의 연색지수(CRI)는 60 안팎이다.

1990년대 이후 고품질 형광등은 가시광선 스펙트럼에 걸쳐 방출 대역이 보다 균등하게 분포된 유로피움과 터비움 이온을 기반으로 삼인산 혼합물을 사용한다.삼인관은 인간의 눈에 보다 자연스러운 색 재현을 제공합니다.이러한 램프의 CRI는 일반적으로 85입니다.

희토류 형광체가 있는 일반적인 형광등 Fluorescent lighting spectrum peaks labeled with colored peaks added.png 희토류 도프된 두 개의 형광체3+ Tb3+, 녹색 및 파란색 방출을 위한4 Ce:LaPO 및 Eu를 사용하는 일반적인 "쿨 화이트" 형광등:빨간색은23 YO.개별 피크의 원점에 대한 설명을 보려면 이미지를 클릭하십시오.몇몇 스펙트럼 피크는 수은호에서 직접 생성된다.이것은 오늘날 사용되는 형광등 중 가장 일반적인 종류일 것입니다.
Spectrum of halophosphate type fluorescent bulb (f30t12 ww rs).png 할로인산염 인광체는 보통 3가의 안티몬 및 2가의 망간 도프 할로인산칼슘(Ca5(PO4)(3Cl, F):Sb3+, Mn2+)으로 구성된다.광출력 색상은 청색 발광 안티몬 도판트와 주황색 발광 망간 도판트의 비율을 변경하여 조정할 수 있습니다.이 구식 램프의 연색 능력은 상당히 떨어진다.할로인산염 인광체는 A에 의해 발명되었다.1942년 H. McKeag 등
햇빛' Spectra-Philips 32T8 natural sunshine fluorescent light.svg 별이 있는 봉우리는 수은선이다.
Yellow fluorescent light spectrum.png 이 스펙트럼은 500나노미터보다 짧은 빛이 거의 없다는 점을 제외하면 일반 형광등과 거의 동일합니다.이러한 효과는 특수한 형광체 사용을 통해 또는 보다 일반적으로 단순한 황색 빛 필터를 사용하여 달성할 수 있습니다.이 램프는 일반적으로 클린룸에서 사진 석판 작업용 조명 및 실외 조명(효과는 의문)으로 사용됩니다.
'블랙라이트' 램프의 스펙트럼 Fluorescent Black-Light spectrum with peaks labelled.gif 블랙라이트 램프에는 일반적으로 1개의 인광체만 존재하며, 보통 유리의 외피 안에 들어 있는 유로피움 도프된 불소화 스트론튬으로 구성됩니다.

프로그램

형광등은 다양한 모양과 크기로 [49]나온다.콤팩트 형광등(CFL)이 인기를 끌고 있다.많은 소형 형광등은 보조 전자 장치를 램프 베이스에 통합하여 일반 전구 소켓에 장착할 수 있습니다.

미국 주택에서 형광등은 주로 부엌, 지하실 또는 차고에서 볼 수 있지만, 학교와 기업은 형광등의 비용 절감 효과가 상당하고 백열등을 거의 사용하지 않는다.전기 요금, 세금 우대 및 건축 법규로 인해 캘리포니아와 같은 지역에서는 사용이 증가하게 됩니다.에너지 효율이 높고 수은이 함유되지 않은 LED 조명이 형광물질을 [citation needed]대체하면서 형광 사용이 감소하고 있다.

다른 국가에서는 형광 조명의 주거용 사용은 에너지 가격, 지역 인구의 재정 및 환경 문제 및 광 출력 허용 가능 여부에 따라 달라진다.동아시아와 동남아시아에서는 어느 건물에서나 백열등을 보는 것은 매우 드문 일이다.

많은 나라들이 백열전구의 단계적 폐지와 백열전구의 형광등이나 LED 및 기타 에너지 효율이 높은 종류의 램프로 대체를 장려하고 있다.

일반 조명 외에, 특수 형광등은 종종 영화나 비디오 제작을 위한 무대 조명에 사용됩니다.기존 할로겐 광원보다 냉각되며 고주파 밸러스트를 사용하여 비디오 깜박임을 방지하고 높은 색 트렌드 지수 램프를 사용하여 대략적인 일광 색온도에 맞춥니다.

과의

★★★★★★★★★★★★★★」

형광등은 백열등보다 입력 전력을 가시광선으로 더 많이 변환합니다.일반적인 100와트 텅스텐 필라멘트 백열등은 입력 전력의 5%만 가시 백색광선(400~700nm 파장)으로 변환하는 반면, 일반적인 형광등은 입력 전력의 약 22%를 가시 백색광선으로 [31]: 20 변환합니다.

형광관의 효율은 보통 밸러스트를 사용하는 4와트 튜브의 경우 와트당 약 16루멘에서 현대적인 전자 밸러스트를 사용하는 경우 와트당[50] 100루멘 이상으로 다양하며, 일반적으로 전체적으로 [51]평균 50~67lm/W입니다.밸러스트 손실은 자기 밸러스트의 경우 램프 전력의 약 25%, 전자 밸러스트의 경우 약 10%가 될 수 있습니다.

형광등 유효성은 램프의 가장 차가운 부분의 램프 온도에 따라 달라집니다.T8 램프에서는 이것이 튜브의 중앙에 있습니다.T5 램프에서는 튜브 끝에 텍스트가 찍혀 있습니다.T8 램프의 이상적인 온도는 25°C(77°F)이고 T5 램프는 35°C(95°F)입니다.

★★★

일반적으로 형광등은 한 번에 몇 시간 동안 작동하면 동등한 백열등보다 10~20배 오래 지속됩니다.표준 테스트 조건에서 형광등은 6,000 - 80,000시간(1일 [52]8시간으로 2 - 27년) 동안 지속됩니다.

백열등에 비해 형광등의 초기 비용이 높은 것은 일반적으로 형광등의 [53][needs update]수명 동안 낮은 에너지 소비로 보상됩니다.

휘도 은은휘

백열등에 비해 형광관은 더 확산되고 물리적으로 큰 광원이다.적절히 설계된 램프에서는 빛을 점멸하지 않은 백열 필라멘트에서 볼 수 있는 것과 같은 눈부심 없이 보다 균등하게 분배할 수 있습니다. 램프는 램프와 조명 표면 사이의 일반적인 거리에 비해 큽니다.

을 줄이다

형광등은 동등한 백열등의 약 5분의 1의 열을 방출한다.이것에 의해, 통상, 라이트가 많고 창문이 적은 오피스 빌딩의 에어컨에 소비되는 사이즈, 코스트, 및 에너지 소비를 큰폭으로 삭감할 수 있습니다.

★★★★

한 스위칭

자주(3시간마다) 전환하면 램프의 수명이 단축됩니다.[54] 각 시동 사이클은 캐소드의 전자 방출 표면을 약간 잠식합니다. 모든 방출 물질이 사라지면 램프가 사용 가능한 밸러스트 전압으로 시동할 수 없습니다.조명 점멸용 고정장치(광고용 등)는 아크가 꺼졌을 때 음극 온도를 유지하는 밸러스트를 사용하여 램프의 수명을 유지합니다.

형광등을 켜는 데 사용되는 추가 에너지는 정상 작동 시 몇 초와 같으며, 몇 [55][56]분 동안 필요하지 않을 때는 램프를 끄는 것이 더 에너지 효율적입니다.

주요 기사:형광등 및 건강

형광등이 깨지면 극소량의 수은이 주변 환경을 오염시킬 수 있다.수은의 약 99%는 일반적으로 형광체에 포함되어 있으며, 특히 수명이 [57]다한 램프에 포함되어 있습니다.램프가 [58][failed verification]파손되면 올바른 방법으로 청소하지 않으면 수은이 방출될 수 있습니다.

수은 함량 때문에 폐기된 형광등은 유해 폐기물로 취급해야 합니다.형광등을 많이 사용하는 경우 일부 지역에서는 재활용 서비스를 이용할 수 있으며,[59][60] 규정에 따라 재활용 서비스가 필요할 수 있습니다.일부 지역에서는 재활용이 [61]소비자에게도 제공됩니다.

형광등은 소량의 자외선(UV)을 방출합니다.1993년 미국의 한 연구에 따르면 형광등 아래서 8시간 동안 자외선을 쬐는 것은 1분 동안 햇빛을 [62]쬐는 것과 같다.콤팩트 형광등에서 나오는 자외선은 [63][64][65]광감응성 사람의 증상을 악화시킬 수 있다.

박물관 유물은 색소나 직물의 열화를 방지하기 위해 자외선으로부터 보호해야 할 수 있습니다.[66]

자기 밸러스트는 캐패시터 없이 사용할 경우 역률이 낮아 조명기구에 의해 소비되는 전류를 증가시킵니다.

형광등은 램프를 통해 전류를 안정시키고 아크 방전을 시작하는 데 필요한 초기 타격 전압을 제공하기 위해 밸러스트가 필요합니다.두 개 이상의 램프 간에 하나의 밸러스트가 공유되는 경우가 많습니다.전자기 밸러스트에서는 윙윙거리는 소리 또는 윙윙거리는 소음이 발생할 수 있습니다.북미에서는 방출되는 소음을 줄이기 위해 보통 자기 밸러스트에 타르 모양의 화분 화합물을 채웁니다.Hum은 고주파 전자 밸러스트가 있는 램프에서 제거됩니다.1978년 [31]GE 문헌에 따르면 자기 발라스트에서 손실되는 에너지는 램프 입력 전력의 약 10%입니다.전기 밸러스트가 이 손실을 줄입니다.

과 무선

단순 유도형 형광등 밸러스트는 역률이 단일성보다 작습니다.유도성 밸러스트에는 역률 보정 캐패시터가 포함됩니다.단순한 전자 밸러스트도 정류기 입력 단계로 인해 역률이 낮을 수 있습니다.

형광등은 비선형 부하로 전력 공급기에 고조파 전류를 생성합니다.램프 내의 아크로 인해 무선 주파수 노이즈가 발생할 수 있으며, 이는 전원 배선을 통해 전달될 수 있습니다.무선 간섭을 억제할 수 있습니다.매우 좋은 억제도 가능하지만 형광 설비의 비용이 추가됩니다.

수명이 다한 형광등은 심각한 무선 주파수 간섭 위험을 초래할 수 있습니다.아크의 음의 미분 저항으로부터 발진이 발생하며, 튜브를 통과하는 전류는 주파수가 경로 길이에 따라 달라지는 동조 회로를 형성할 수 있습니다.[67]

온도 온 operating

형광등은 상온에서 가장 잘 작동합니다.온도가 낮거나 높으면 효과가 감소합니다.영하의 온도에서는 표준 램프가 시작되지 않을 수 있습니다.추운 날씨에 야외에서 안정적으로 서비스를 제공하기 위해 특수 램프를 사용할 수 있습니다.

★★★★ ★★★

형광관은 고압 아크 램프, 백열등 및 LED에 비해 길고 조도가 낮은 소스입니다.다만, 발광면의 낮은 발광 강도는 눈부심을 감소시키기 때문에 유용하다.램프 고정 장치 설계는 콤팩트 글로브 대신 긴 튜브에서 나오는 빛을 제어해야 합니다.콤팩트 형광등(CFL)은 공간이 허락하는 많은 조명기구에서 일반 백열등을 대체한다.

보통 눈에 띄지 않는 주파수인 100 또는 120Hz에서 자기 밸러스트가 깜박이는 형광등은 빛 민감성을 [68]가진 일부 개인에게 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 형광등은 자폐증,[69] 간질, [70]낭창, 만성 피로 증후군, 라임병 [71]및 [72]현기증을 가진 일부 개인에게 문제가 있는 것으로 나열된다.

할 때 효과'

형광등 하나만 켜면 적당한 속도로 회전하는 물체가 정지해 보일 수 있는 스트로보 효과를 볼 수 있습니다.이러한 효과는 납-래그 밸러스트에서 작동하는 쌍으로 구성된 램프를 통해 제거됩니다.진정한 스트로보 램프와 달리, 조도는 상당한 시간 내에 떨어지기 때문에 움직이는 부품의 상당한 "불룩한" 것이 분명합니다.

형광등은 전원 주파수(50Hz 또는 60Hz)에서 깜박임이 발생할 수 있으며, 이는 더 많은 사람이 인지할 수 있습니다.이 문제는 음극이 손상되거나 고장났을 때 AC 사이클의 양극과 음극에서 약간의 정류와 출력 불균형이 발생할 때 발생합니다.각 튜브 전극이 각 반주기마다 약간 다른 광출력 패턴을 생성하는 경우 튜브의 끝에서 전원 주파수 깜박임을 방출할 수 있습니다.전원 주파수로 점멸하는 것은, 직접 보는 것보다 주변기기의 시야에서 더 잘 보입니다.

수명이 다하면 형광등은 전력 주파수보다 낮은 주파수로 깜박이기 시작할 수 있습니다.이는 아크 [73]방전의 음저항이 불안정하기 때문이며, 램프나 밸러스트 불량 또는 연결 불량으로 인해 발생할 수 있습니다.

새 형광등은 램프 일부에서 비틀린 나선형 빛의 패턴을 나타낼 수 있습니다.이 효과는 캐소드 소재가 느슨해지기 때문에 발생하며,[31]: 22 보통 몇 시간 동안 작동하면 사라집니다.

할 때 효과"

또한 전자파 밸러스트는 비디오 프레임 레이트와 형광등 강도 변화 사이에 이른바 비트 효과가 있을 수 있기 때문에 비디오 레코딩에 문제를 일으킬 수 있습니다.

전자발라스트가 달린 형광등은 약 5kHz 이상이면 들뜬 전자상태의 반감기가 반주기 [citation needed]이상 길어 광생성이 지속되기 때문에 깜박이지 않는다.적외선 리모컨의 간섭을 피하기 위해 전자 밸러스트의 작동 주파수를 선택한다.품질이 나쁘거나 결함이 있는 전자 밸러스트에는 상당한 100/120Hz의 빛 변조가 있을 수 있습니다.

★★★

형광등 고정 장치는 백열등용 조광기 스위치에 연결할 수 없습니다.여기에는 두 가지 영향이 있습니다. 즉, 표준 위상 제어 조광기에서 방출되는 전압의 파형이 많은 밸러스트와 잘 상호작용하지 않고, 낮은 전력 레벨에서 형광 튜브에서 아크를 유지하기가 어려워집니다.조광 설비를 위해서는 호환되는 조광 밸러스트가 필요합니다.콤팩트 형광등 일부 모델은 어둡게 표시할 수 있습니다. 미국에서는 이러한 램프가 UL 표준 [74]1993을 준수하는 것으로 식별됩니다.

크기 및

주요 기사:형광등 형식

체계적 명명법은 일반 형상, 전력 정격, 길이, 색상 및 기타 전기 및 조명 특성을 기준으로 대중 시장 램프를 식별합니다.

미국 및 캐나다에서 램프는 일반적으로 FxxTy와 같은 코드로 식별됩니다.「F」, 「F」(xx), 「F」(xx)는 「(xx)」, 「T」(Y)는 「F」, 「F」(xx)는 「(xx)」(y)」(Y)로 되어 있습니다.★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★」일반 직경은 가정용 램프의 경우 T12 또는 T38(1+1⁄2인치 또는 38mm), 상용 에너지 절약 램프의 경우 T8 또는 T26(1인치 또는 25mm)입니다.

형광등을 오버드라이브 하는 것은 정격조건에서 얻을 수 있는 것보다 더 많은 빛을 각 튜브에서 얻는 방법이다.ODNO (Overdrived Normal Output) 형광등은 빛을 증가시키기 위해 더 많은 전구를 넣을 공간이 없을 때 일반적으로 사용됩니다.이 방법은 효과적이지만 몇 가지 추가 문제가 발생합니다.이 기술은 수조에 빛을 더하는 비용 효율적인 방법으로 수중 정원사들 사이에서 인기를 끌고 있다.오버드라이빙은 램프 전류를 증가시키기 위해 램프 고정 장치를 다시 배선하는 방식으로 수행되지만,[75] 램프 수명은 줄어듭니다.

블랙라이트는 자외선(약 360nm 파장)에 가까운 빛을 내는 데 사용되는 형광등 서브셋입니다.기존 형광등과 동일한 방식으로 제작되지만 유리관은 튜브 내의 단파 UV를 가시광선이 아닌 장파 UV로 변환하는 형광체로 코팅되어 있습니다.그것들은 벌레를 벌레 잡이로 유인하는 것뿐만 아니라 형광을 유발하기 위해 사용됩니다(검은 빛 페인트를 사용하여 극적인 효과를 제공하고 가시광선에서는 보이지 않는 소변과 특정 염료와 같은 물질을 감지하기 위해).

소위 블랙라이트 블루 램프는 또한 투명한 유리보다는 우드의 유리로 알려진 더 비싼 짙은 보라색 유리로 만들어진다.짙은 보라색 유리는 수은증기 방출에 의해 직접 방출되는 가시광선의 대부분을 걸러내 자외선에 비해 가시광선이 상대적으로 적게 발생한다.이를 통해 자외선에 의한 형광을 보다 쉽게 볼 수 있습니다(따라서 블랙라이트 포스터가 훨씬 더 드라마틱하게 보일 수 있음).버그재퍼에 사용되는 블랙라이트 램프는 이러한 정교함을 필요로 하지 않기 때문에 일반적으로 비용을 고려하여 생략됩니다. 이러한 램프는 블랙라이트(블랙라이트 블루가 아님)라고 불립니다.

태닝 베드에 사용되는 램프에는 UVA와 UVB를 모두 방출하는 서로 다른 인광 혼합물(일반적으로 3~5개 이상의 인광기)이 포함되어 있어 대부분의 인체 피부에 태닝 반응을 일으킵니다.일반적으로 출력은 3~10% UVB(일반적으로 5%)로 평가되며 나머지 UVA는 UVA로 평가됩니다.이것들은 주로 F71, F72 또는 F73 HO(100 W) 램프이지만 160 W VHO는 다소 일반적입니다.이러한 램프에 사용되는 일반적인 형광체 중 하나는 납 활성 바륨 이규산염이지만 유로피움 활성 스트론튬 불소산염도 사용됩니다.초기 램프는 탈륨을 활성제로 사용했지만, 제조 과정에서 방출되는 탈륨은 [76]유독했습니다.

UVB

광선 치료에 사용되는 램프에는 UVB 자외선만 [citation needed]방출하는 형광체가 포함되어 있습니다.피크 파장이 306nm인 290~320나노미터인 광대역 UVB와 311~313나노미터인 협대역 UVB의 두 가지 유형이 있습니다.파장이 길기 때문에 협대역 UVB 전구는 [dubious – discuss]광대역처럼 피부에 홍반을 일으키지 않습니다.그들은 피부에 10-20배 더 높은 선량을 필요로 하며 더 많은 전구와 더 긴 노출 시간을 필요로 한다.협대는 건선, 습진, 백반, 지의류, 그리고 다른 피부 질환에 [citation needed]좋다.브로드밴드는 체내 비타민 D3를 증가시키는데 더 좋다.

를 키우다

grow lamps는 식물, 조류, 광합성 박테리아 및 다른 빛에 의존하는 유기체의 광합성, 성장 또는 개화를 촉진하는 인광 혼합물을 포함합니다.이것들은 주로 빨강과 파랑의 범위에서 빛을 방출하는데, 이는 엽록소에 의해 흡수되어 식물의 [77]광합성에 사용된다.

램프는 철로 활성화된 리튬 메탈루민산염 형광체로 만들 수 있습니다.이 형광체는 675~[78]875나노미터의 피크 방출량을 가지며 가시 스펙트럼의 심홍색 부분에서 방출량이 적습니다.

유로피움 활성 형광체에서 생성된 짙은 파란색 빛은 황달의 광치료에 사용됩니다. 이 빛은 피부를 투과하여 과도한 빌리루빈을 [78]분해하는 데 도움이 됩니다.

살균 램프는 인광이 전혀 포함되어 있지 않기 때문에 수은 증기 가스 방전 램프는 형광등이 아니라 형광등이 됩니다.그들의 튜브는 수은 방출에 의해 방출되는 UVC 빛에 투명한 용융 석영으로 만들어졌습니다.이 튜브에서 방출되는 254 nm의 UVC는 세균을 죽이고 184.45 nm의 먼 UV는 산소를 오존으로 이온화시킵니다.OF 라벨이 부착된 램프는 184.45nm의 먼 자외선을 차단하고 오존을 크게 생성하지 않습니다.또한 UVC는 눈과 피부를 손상시킬 수 있습니다.그것들은 단파 UV를 통과하고 수은 방출에 의해 생성되는 가시광선을 차단하는 필터가 장착되어 있을 때, 지질학자들이 형광의 색상으로 특정 종류의 광물을 식별하기 위해 가끔 사용됩니다.또한 일부 EPROM 지우개에도 사용됩니다.살균 램프는 G로 시작합니다. 예를 들어 30와트, 1인치(2.5cm) 직경, 36인치(91cm) 길이의 살균 램프의 경우 G30T8로 시작합니다(F30T8은 동일한 크기와 정격의 형광등입니다).

주요 기사:무전극 램프

무전극 유도등은 내부 전극이 없는 형광등입니다.그것들은 1990년부터 상업적으로 이용 가능했다.전자유도를 이용하여 가스칼럼에 전류를 유도한다.전극은 일반적으로 형광등의 수명을 제한하는 요소이기 때문에 이러한 무전극 램프는 구입 가격이 더 높지만 수명이 매우 길 수 있습니다.

냉음극 형광등은 LED 백라이트 LCD를 사용하기 전에 컴퓨터 모니터와 TV에서 LCD 백라이트로 사용되었습니다.최근에는 컴퓨터 케이스 모델에도 인기가 있습니다.

Capacitive coupling with high-voltage power lines can light a lamp continuously at low intensity.
고전압 전원 라인과 용량 결합하면 낮은 강도로 램프를 계속 켤 수 있습니다.

형광등은 적절한 전기 연결 이외의 방법으로 점등할 수 있습니다.그러나, 이러한 다른 방법들은 매우 어둡거나 매우 짧은 빛을 낳으며, 그래서 주로 과학 시연에서 볼 수 있다.정전기나 Van de Graff 제너레이터는 고전압 캐패시턴스를 방전할 때 램프가 순간적으로 깜박입니다.테슬라 코일은 고주파 전류를 관에 통과시키고, 또한 고전압을 가지고 있기 때문에 관 안에 있는 가스가 이온화되어 빛을 방출할 것이다.이것은 플라즈마 글로브와도 잘 어울린다.고전압 송전선과의 용량성 결합은 전계의 강도에 따라 낮은 강도로 램프를 계속 켤 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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원천

추가 정보

  • Emanuel Gluskin, "형광등 회로", (회로 및 시스템 박람회)
  • IEEE 회로 및 시스템의 트랜잭션, Part I: 기본 이론 및 응용 프로그램 46(5), 1999(529–544)

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