Люминесцентные лампы, их плюсы и минусы

Как следует из самого названия, в люминесцентных лампах (ЛЛ) основным источником целевого светового излучения является люминофор — по происхождению слово восходит к латинскому lumen «свет» и древнегреческому φορός «несущий». Однако для того чтобы верно понять и оценить «генетическое происхождение» плюсов и минусов ЛЛ потребуется значительно углубиться в предмет рассмотрения.

«Генеалогическое древо» ЛЛ

Сам по себе люминофор никакого света не излучает, он лишь трансформирует электромагнитное излучение одной длины волны в другое, обычно — более длинноволновое (например, невидимый ультрафиолет — в любой оттенок видимого света или вообще ИК). Эффективность этого преобразования характеризуется КПД люминофора: отношение числа сгенерированных квантов к общему числу поглощённых (чем это отношение ближе к единице, тем лучше люминофор).

Во времена изобретения ЛЛ одним из самых эффективных источников типично возбуждающего люминофора УФ-излучения был электрический разряд в газах — и отсюда пошло самое первое разделение этих ламп: дуговой разряд в парах ртути высокого давления с последующим переизлучением на внешней колбе обусловил появление ДРЛ (Дуговых Ртутных Ламп), а «тлеющий» разряд в парах ртути низкого давления привёл к появлению «ламп-трубок», которые ныне и считаются «настоящими» ЛЛ. Любопытно отметить, что в этом контексте «очень дальними родственниками» ЛЛ можно считать и современные «белые» светодиоды, поскольку в них сине-фиолетовое излучение частично переизлучается с помощью «жёлтого» люминофора, продуцируя в итоге свет, кажущийся глазу наблюдателя белым.

Как устроены ЛЛ изнутри

Если лишить трубку ЛЛ люминофора, то в рабочем состоянии наблюдатель увидит лишь очень бледное фиолётово-зелёное свечение, поскольку подавляющая доля подводимой электрической энергии обращается в различные виды ультрафиолета (от «жёсткого» до «мягкого» — и именно такой свет является основным назначением т.н. «бактерицидных» ламп, используемых в больницах для «кварцевания»).

Поскольку обычное (за исключением т.н. «увиолевого») стекло очень хорошо поглощает УФ, люминофор необходимо наносить на внутреннюю поверхность трубки ЛЛ, поэтому во время работы ламп он постепенно разрушается как под действием собственно разряда/УФ, так и из-за паров ртути.

Как и в ЭЛТ-телевизоре (или же ЖК-мониторе) для создания полноценного белого света необходимо смешать минимум три цветовых составляющих (RGB), поэтому в ЛЛ используется многокомпонентный люминофор, а соотношение его долей определяет оттенок (цветовую температуру) итогового излучения: так называемые лампы «холодного», «нейтрального» и «тёплого» белого света.

Поскольку при обычных условиях ртуть является не газом а жидкостью, для начала работы лампы её надо испарить и распределить по всей длине трубки, для чего используется два технологических приёма:

Во-первых, помимо ртути трубка дополнительно заправляется небольшим количеством инертного газа (например, аргона) — он нужен для старта и выхода лампы на «рабочий» режим.
Во-вторых, с обеих сторон трубки лампы запаяны две нагревательные спирали — они испаряют ртуть до тех пор, пока лампа не прогреется и разряд не сможет поддерживать «круговорот ртути» в лампе самостоятельно.

Важно помнить, что длина и поперечное сечение трубки лампы жёстко задают рабочее напряжение (напряжение горения разряда) и напряжение её зажигания, а также ток: чем лампа «толще», тем ниже ещё сопротивление и тем больший ток (мощность) она может через себя «пропустить», в то время как с увеличением длины трубки растёт и её рабочее напряжение.

Где можно встретить ЛЛ

Помимо уже привычных глазу длинных (более метра) ЛЛ в светильниках для помещений ещё «советских» времён можно гораздо чаще встретить короткие прямые ЛЛ для подвесных потолков и компактные ЛЛ (их трубка свёрнута как нечто U-образное либо вообще представляет из себя многовитковую спираль) с индивидуальной ПРА (Пуско-Регулирующей Аппаратурой). Последние можно вворачивать в стандартные патроны для ламп накаливания внутри помещений.

До начала XXI-го века и «рассвета эпохи светодиодов» ЛЛ часто встречались в ЖК-мониторах и сканерах: их использовали в качестве элементов подсветки (эти лампы были не толще спички и достаточно длинные, из-за чего их напряжение зажигания/работы могло доходить до киловольта).

Преимущества ЛЛ

Характеризуются высоким КПД/светоотдачей (в разы превышали лампы накаливания по эффективности и до последнего времени успешно конкурировали со светодиодами).
Настраиваемый при изготовлении (за счёт композиции люминофоров) итоговый спектр излучения.
Длительный срок службы (от тысяч до десятков тысяч часов) при отсутствии частых включений-выключений.

Недостатки ЛЛ

Априорное наличие ртути внутри (ЛЛ без ртути НЕ БЫВАЕТ!) и необходимость отдельной их утилизации как «ртутьсодержащих отходов».
Линейчатый (ненатуральный) спектр у «дешёвых» ламп — и повышенная стоимость ламп с многокомпонентным (3, 5 и более) люминофором.
Неизбежная деградация люминофора при длительной эксплуатации (снижение светоотдачи и «дрейф спектра» всей лампы).
Деградация электродов (перегорание влечёт за собой выход всей лампы из строя).
Обязательное наличие ПРА (у современных ламп это компактная Электронная ПРА — ЭПРА).

Любопытно отметить, что последние два недостатка можно «обратить» в «бытовое достоинство»: от перегоревшей компактной лампы (с ЭПРА) можно без переделки отделить ЭПРА и подключить к примерно подходящей по мощности «классической» трубке ЛЛ — и она будет работать!