蛍光灯

トーマス・エジソンは、蛍光灯の商業的可能性に着目し、短期間ながらその開発に取り組んだ。彼は1896年に、蛍光物質としてタングステン酸カルシウムのコーティングを用い、 X線で励起する蛍光灯を発明した。1907年に特許を取得したものの^{[ 6 ]}、量産には至らなかった。ガイッスラー管を照明に利用しようとした他のいくつかの試みと同様に、その寿命は短く、白熱灯の成功を考えると、エジソンが電気照明の代替手段を追求する理由はほとんどなかった。ニコラ・テスラも1890年代に同様の実験を行い、高周波駆動の蛍光灯を考案し、明るい緑色の光を発したが、エジソンの装置と同様に、商業的な成功は収められなかった。

エジソンの元従業員の一人が、商業的に一定の成功を収めた放電ランプを開発した。1895年、ダニエル・マクファーラン・ムーアは、二酸化炭素または窒素を用いてそれぞれ白色またはピンク色の光を発する、長さ2～3メートル（6.6～9.8フィート）のランプを実演した。これらは白熱電球よりもかなり複雑で、高電圧電源と充填ガスの圧力調整システムの両方が必要だった。^{[ 7 ]} 

ムーアは、管内のガス圧を一定に保ち、寿命を延ばす電磁制御バルブを発明した。^{[ 8 ]}ムーアのランプは複雑で高価であり、非常に高い電圧を必要としたが、白熱電球よりはるかに効率が良く、当時の白熱電球よりも自然光に近い光を発した。1904年以降、ムーアの照明システムは多くの店舗やオフィスに設置された。^{[ 9 ]}その成功は、ゼネラル・エレクトリック社が白熱電球、特にフィラメントの改良に取り組む動機となった。GEの努力は、タングステンベースのフィラメントの発明によって実を結んだ。白熱電球の寿命の延長と効率の向上は、ムーアのランプの主要な利点の1つを打ち消したが、GEは1912年に関連特許を購入した。これらの特許とそれを支えた発明の努力は、20年以上後に同社が蛍光灯照明を採用した際に非常に価値があった。

ムーアが照明システムを開発していたのとほぼ同時期に、ピーター・クーパー・ヒューイットは水銀蒸気ランプを発明し、1901年に特許を取得しました（米国特許第682692号 ）。ヒューイットのランプは、低圧の水銀蒸気に電流を流すと発光しました。ムーアのランプとは異なり、ヒューイットのランプは規格化されたサイズで製造され、低電圧で動作しました。水銀蒸気ランプは、当時の白熱電球に比べてエネルギー効率に優れていましたが、青緑色の光のため用途が限られていました。しかし、写真撮影や一部の工業プロセスには使用されました。

水銀蒸気ランプは、特にヨーロッパにおいて、ゆっくりとしたペースで開発が続けられた。1930年代初頭には、大規模照明への利用は限定的となった。一部のランプには蛍光塗料が用いられたが、これは主に色補正のためであり、光出力の向上を目的としたものではなかった。また、水銀蒸気ランプは、一定電流を維持するための安定器を組み込むという点で、蛍光灯の先駆けとなった。

クーパー・ヒューイットは照明に水銀蒸気を使用した最初の人物ではなく、それ以前にはウェイ、ラピエフ、アロンズ、バスティアン、ソールズベリーらが試みを行っていた。特に重要なのは、ドイツのキュッヒとレチンスキーが発明した水銀蒸気ランプである。このランプは、より小さな口径の電球と、より高い圧力で動作するより高い電流を使用していた。電流の結果として電球はより高い温度で動作し、石英電球の使用が必要となった。その光出力は、電気消費量に対して他の光源よりも優れていたが、生成される光はスペクトルの赤色部分が欠けている点でクーパー・ヒューイットのランプと似ており、通常の照明には適していなかった。電極を石英に密閉するのが困難であったため、ランプの寿命は短かった。^{[ 10 ]}

ガス照明の次の段階では、1898年に大気から分離して発見された不活性ガスであるネオンの発光特性が利用されました。ネオンはガイスラー管で使用すると鮮やかな赤色に光りました。 ^{[ 11 ]} 1910年までに、空気液化の技術と成功したビジネスを開発したフランス人のジョルジュ・クロードは、ネオン照明産業を支えるのに十分な量のネオンを副産物として入手していました。^{[ 12 ] [ 13 ]} 1930年頃、フランスではネオン照明が一般照明として使用されていましたが、従来の白熱灯よりもエネルギー効率が良いわけではありませんでした。代替ガスとしてアルゴンと水銀蒸気も使用するネオン管照明は、主に人目を引く看板や広告に使用されるようになりました。ネオン照明は蛍光灯の開発に重要な役割を果たした。クロードが改良した電極（1915年特許取得）は、電極劣化の主要因であった「スパッタリング」を克服したからである。スパッタリングとは、イオン化した粒子が電極に衝突し、金属片を剥がす現象である。クロードの発明は表面積の大きい電極を必要としたが、ガスを用いた照明における大きな障害を克服できることを示した。

ネオンライトの開発は、蛍光灯の最後の重要な要素である蛍光コーティングにとっても重要でした。^{[ 14 ]} 1926年、ジャック・リスラーはネオン管への蛍光コーティングの適用に関するフランス特許を取得しました。^{[ 15 ]}商業的に成功した最初の蛍光灯と考えられるこれらのランプの主な用途は、一般照明ではなく広告でした。しかし、これは蛍光コーティングの最初の使用ではありませんでした。ベクレルは以前にこのアイデアを使用しており、エジソンは失敗に終わったランプにタングステン酸カルシウムを使用しました。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}他の試みも行われましたが、すべて効率が低く、さまざまな技術的問題に悩まされました。特に重要なのは、1927年にベルリンのドイツ企業の従業員であったフリードリヒ・マイヤー、ハンス＝ヨアヒム・シュパンナー、エドムント・ゲルマーによって発明された低電圧「金属蒸気ランプ」です。ドイツで特許は取得されたものの、そのランプは商業生産されることはなかった。

1920年代末には、蛍光灯の主要な特徴はすべて揃っていた。数十年にわたる発明と開発によって、蛍光灯の主要構成要素が確立された。すなわち、経済的に製造可能なガラス管、管内に充填する不活性ガス、電気安定器、長寿命電極、発光源としての水銀蒸気、信頼性の高い放電を生成する効果的な手段、そして紫外線で励起可能な蛍光塗料である。この時点では、基礎研究よりも集中的な開発が重要視されていた。

1934年、著名な物理学者でありGEのコンサルタントであったアーサー・コンプトンは、イギリスのゼネラル・エレクトリック社（米国のゼネラル・エレクトリックとは無関係）で蛍光灯の実験に成功したことをGEのランプ部門に報告した。この報告に刺激を受け、必要な要素がすべて揃ったことで、ジョージ・E・インマン率いるチームは1934年にゼネラル・エレクトリックのネラ・パーク（オハイオ州）エンジニアリング研究所で蛍光灯の試作品を製作した。これは簡単な作業ではなかった。アーサー・A・ブライトが指摘したように、「この新しい装置が一般に公開されるまでには、ランプのサイズや形状、陰極の構造、アルゴンと水銀蒸気のガス圧、蛍光粉末の色、管の内側に取​​り付ける方法、ランプとその補助装置のその他の詳細について、多くの実験を行う必要があった。」^{[ 19 ]}

ゼネラル・エレクトリック社は、蛍光灯の研究開発を行うための設備と技術者を擁していただけでなく、ヒューイット、ムーア、キュッヒに最初に付与された特許を含む、蛍光灯照明に関する重要な特許を管理していた。これらよりも重要だったのは、最終的に蛍光灯に採用されたガス圧で崩壊しない電極に関する特許だった。GEのスケネクタディ研究所のアルバート・W・ハルは、1927年にこの発明の特許を申請し、1931年に特許が発行された。^{[ 20 ]}ゼネラル・エレクトリック社は、白熱灯との競争を防ぐために特許を管理し、おそらく蛍光灯の導入を20年遅らせた。最終的に、戦時生産では経済的な照明を備えた24時間稼働の工場が必要となり、蛍光灯が利用可能になった。

ハル特許によってGEは蛍光灯に対する法的権利を主張する根拠を得たが、ランプの生産開始から数か月後、同社は1927年にマイヤー、スパナー、ゲルマーによってドイツで発明された前述の「金属蒸気ランプ」に関する米国特許出願があったことを知った。特許出願では、ランプは紫外線を生成する優れた手段として開発されたとされていたが、蛍光灯照明に関する記述もいくつか含まれていた。米国特許の取得は幾度も遅延したが、もし特許が認められれば、GEにとって深刻な問題を引き起こす可能性があった。当初、GEは自社の従業員であるリロイ・J・バットルフに優先権があると主張して特許の発行を阻止しようとした。GEの主張によれば、バットルフは1919年に蛍光灯を発明し、特許出願はまだ係属中だった。GEはまた、1936年にインマンの名義で、彼のグループによる「改良」をカバーする特許出願も行っていた。 1939年、GEはマイヤー、スパナー、ゲルマーの主張には一定の妥当性があり、いずれにせよ長期にわたる特許抵触手続きは自社の利益にならないと判断した。そのため、バトルフの主張を取り下げ、当時エレクトロンズ社が所有していたマイヤーらの出願を18万ドルで取得した。特許は1939年12月に正式に付与された。^{[ 21 ]}この特許はハルの特許と合わせて、GEを確固たる法的基盤に置いたように見えたが、GEは自社が保有する特許の侵害を主張するシルバニア・エレクトリック・プロダクツ社 から長年にわたる法的異議申し立てに直面した。

特許問題が完全に解決されるまで何年もかかったものの、ゼネラル・エレクトリックの製造とマーケティングの強みにより、新興の蛍光灯市場で優位な地位を確立した。 「蛍光灯ルミラインランプ」の販売は、4種類のサイズのチューブが市場に投入された1938年に始まった。これらは、ライトリエ、アートクラフト蛍光灯株式会社、グローブ・ライティングの3つの大手企業が製造した器具で使用された。スリムライン蛍光灯バラストの一般公開は、1946年にウェスティングハウスとゼネラル・エレクトリックによって行われ、ショーケース/ディスプレイケース器具は、1946年にアートクラフト蛍光灯株式会社によって導入された。^{[ 22 ] [ 23 ]} 翌年、GEとウェスティングハウスは、ニューヨーク万国博覧会とサンフランシスコのゴールデンゲート国際博覧会での展示会を通じて、新しい照明を宣伝した。第二次世界大戦中、戦時生産により照明需要が高まったため、蛍光灯システムは急速に普及した。 1951年までに、米国では白熱灯よりも蛍光灯による照明の方が多くなっていた。^{[ 24 ]}

最初の数年間は、ベリリウム含有量の異なるオルトケイ酸亜鉛が緑色の蛍光体として使用されていました。少量のタングステン酸マグネシウムを添加するとスペクトルの青色部分が改善され、許容できる白色が得られました。ベリリウムが有毒であることが発見された後、ハロリン酸塩ベースの蛍光体が主流になりました。^{[ 25 ]}

蛍光灯管には、アルゴン、キセノン、ネオン、またはクリプトンと水銀蒸気の混合物が充填されています。ランプ内部の圧力は、大気圧の約 0.3% です。^{[ 27 ]} T12 40 ワットランプでは、水銀蒸気のみの分圧は約 0.8  Pa ( 大気圧の 8 百万分の 1) です。^{[ 28 ]}ランプの内面は、金属および希土類蛍光体塩のさまざまな混合物からなる蛍光コーティングで覆われています。ランプの電極は通常、コイル状のタングステンでできており、熱電子放出を改善するために、バリウム、ストロンチウム、カルシウム酸化物の混合物でコーティングされています。

蛍光灯の管は多くの場合まっすぐで、長さは小型ランプの約100ミリメートル（3.9インチ）から高出力ランプの2.43メートル（8.0フィート）まで様々です。一部のランプは円形の管を使用しており、テーブルランプなど、よりコンパクトな光源が必要な場所で使用されます。より大きなU字型のランプは、よりコンパクトな領域で同じ量の光を提供するために使用され、特別な建築用途に使用されます。コンパクト蛍光灯は、2本、4本、または6本の小径管を束ねたもの、または小径管をらせん状に巻いたもので、最小限の体積で高出力の光を提供します。  

発光性蛍光体は、塗料のようなコーティングとして管の内側に塗布されます。有機溶媒を蒸発させた後、管をガラスの融点近くまで加熱して、残存する有機化合物を除去し、コーティングをランプ管に融着させます。懸濁した蛍光体の粒径を慎重に制御する必要があります。粒径が大きいとコーティングが弱くなり、粒径が小さいと発光の維持と効率が低下します。ほとんどの蛍光体は、粒径が約 10 マイクロメートルのときに最高の性能を発揮します。コーティングは、水銀アークによって生成されるすべての紫外線を捕捉するのに十分な厚さが必要ですが、蛍光体コーティングが可視光を過剰に吸収するほど厚くあってはなりません。最初の蛍光体は、天然に存在する蛍光鉱物の合成バージョンで、活性剤として少量の金属が添加されていました。その後、他の化合物が発見され、さまざまな色のランプを作ることができるようになりました。^{[ 29 ]}

蛍光管には、水とシリコーンの溶液に管を浸し、その後乾燥させることで、外側にシリコーンコーティングを施すことができます。このコーティングにより、管は絹のような表面仕上げになり、湿気から保護され、点灯時に管の表面抵抗が予測可能になります。^{[ 30 ]}

蛍光灯は負性差動抵抗素子であるため、電流が流れるほど蛍光灯の電気抵抗が低下し、さらに多くの電流が流れるようになります。定電圧電源に直接接続すると、電流が制御されないため、蛍光灯は急速に自己破壊してしまいます。これを防ぐため、蛍光灯には安定器を使用して電流を制御する必要があります。

動作ランプの端子電圧は、アーク電流、管径、温度、および充填ガスによって変化します。一般照明用48 インチ (1,219 mm) T12 ^{[ 31 ]}ランプは 430 mA で動作し、電圧降下は 100 ボルトです。高出力ランプは 800 mA で動作し、一部のタイプは最大 1.5 A で動作します。T12 ランプの電力レベルは、管長 1 メートルあたり 33 ～ 82 ワット (10 ～ 25 W/ft) です。^{[ 32 ]}   

交流（AC）用として最もシンプルな安定器は、積層磁性コアに巻線を巻いたインダクタを直列に接続したものです。この巻線のインダクタンスによって交流電流の流れが制限されます。このタイプの安定器は、220～240Vの国々（北米では最大30Wのランプ）で一般的です。安定器は、ランプのサイズと電源周波数に応じて定格が定められています。北米では、交流電圧が長尺蛍光灯の点灯に不十分なため、安定器は多くの場合、漏れインダクタンスが大きい昇圧オートトランス（電流の流れを制限するため）となります。どちらのタイプの誘導型安定器にも、力率改善のためのコンデンサが組み込まれている場合があります。

蛍光灯は、アーク放電を起こすのに十分な電圧の直流（DC）電源から直接動作させることができます。安定器は抵抗性でなければならず、ランプとほぼ同量の電力を消費します。DC電源で動作させる場合、始動スイッチは、ランプを始動するたびに電源の極性を反転させるように構成されていることがよくあります。そうしないと、水銀が管の一方の端に蓄積してしまうからです。これらの理由から、蛍光灯は（ほとんど）直接DC電源で動作させることはありません。代わりに、インバーターがDCをACに変換し、後述する電子安定器の場合と同様に電流制限機能を提供します。

蛍光灯の性能は、電球壁の温度と、それが内部の水銀蒸気の分圧に与える影響によって大きく左右されます。^{[ 33 ]}水銀はランプ内の最も温度の低い場所で凝縮するため、その場所を最適な温度である約40 ℃（104 °F）に保つように慎重に設計する必要があります。  

他の金属とのアマルガムを使用すると、蒸気圧が低下し、最適な温度範囲が広がります。結露を防ぐために、電球壁の「コールドスポット」温度は依然として制御する必要があります。高出力蛍光灯には、コールドスポット温度と水銀分布を制御するために、変形管や内部ヒートシンクなどの機能があります。コンパクト蛍光灯などの負荷の高い小型ランプにも、水銀蒸気圧を最適な値に維持するために、管内にヒートシンク領域が含まれています。^{[ 34 ]}

ランプに入力される電気エネルギーのうち、可視光に変換されるのはごく一部に過ぎません。安定器は熱を放出しますが、電子安定器の効率は約90%です。電極では一定の電圧降下が発生し、これも熱を生じます。水銀蒸気柱内のエネルギーの一部も放出されますが、約85%が可視光と紫外線に変換されます。

蛍光体コーティングに当たる紫外線のすべてが可視光に変換されるわけではなく、一部のエネルギーが失われます。現代のランプにおける最大の損失は、可視光の各光子のエネルギーが、それらを生成した紫外線光子のエネルギーよりも低いこと（ストークスシフトと呼ばれる現象）によるものです。入射光子のエネルギーは5.5電子ボルトですが、生成される可視光光子のエネルギーは約2.5電子ボルトなので、紫外線エネルギーの45%しか利用されず、残りは熱として散逸します。^{[ 35 ]}

ほとんどの蛍光灯は、熱によって管内に電子を放出する電極（ホットカソード）を使用しています。一方、冷陰極管は、電極間の高電圧 によってのみ電子を放出するカソードを備えています。カソードは電流が流れることで温められますが、熱電子放出が顕著に起こるほど高温にはなりません。冷陰極ランプは熱電子放出コーティングが摩耗しないため、ホットカソード管よりもはるかに長寿命です。そのため、液晶ディスプレイのバックライトなど、長寿命が求められる用途に適しています。電極のスパッタリングは発生する可能性がありますが、電極を（例えば内部を円筒形にするなど）成形することで、スパッタリングされた物質の大部分を捕捉し、電極から失われないようにすることができます。

冷陰極ランプは、陰極降下電圧がはるかに高いため、一般的に熱電子放出ランプよりも効率が劣ります。陰極降下電圧によって消費される電力は、光出力には寄与しません。ただし、管が長くなるにつれて、この影響は小さくなります。管端での電力消費が増加するため、冷陰極管は通常、熱電子放出管よりも低い負荷で動作させる必要があります。いずれにせよ管電圧が高いため、これらの管は容易に長くすることができ、直列接続することも可能です。文字や看板などの特殊な形状に曲げるのに適しており、瞬時にオン/オフを切り替えることもできます。

蛍光灯で使用されるガスは、アーク放電が発生する前にイオン化されなければなりません。小型のランプでは、アーク放電を起こすのにそれほど大きな電圧は必要なく、点灯も問題ありませんが、大型の蛍光灯ではかなりの電圧（1000ボルト程度）が必要です。様々な点灯回路が用いられてきました。回路の選択は、コスト、交流電圧、管の長さ、瞬時点灯か非瞬時点灯か、動作温度範囲、部品の入手可能性などに基づいて行われます。

予熱

予熱（スイッチスタートとも呼ばれる）は、ランプの両端にあるフィラメントとカソードの組み合わせを、機械式または自動式（バイメタル式）スイッチ（右の回路図を参照）と組み合わせて使用​​し、最初にフィラメントをバラストと直列に接続して予熱します。短い予熱時間の後、始動スイッチが開きます。電源ACの位相に対してタイミングが正しければ、バラストが管に十分な電圧を誘導し、始動アークを発生させます。^{[ 36 ]} これらのシステムは、200～ 240Vの国（および米国では約30ワットまでのランプ）では標準装備です 。

1960年代以前は、4ピンの熱始動器と手動スイッチが使用されていました。グロースイッチ始動器は、ランプの陰極を自動的に予熱します。これは、不活性ガス（ネオンまたはアルゴン）を含む小型の密閉型ガス放電ランプ内の通常開のバイメタルスイッチで構成されています。グロースイッチは、フィラメントを周期的に加熱し、パルス電圧を開始してアークを発生させます。このプロセスは、ランプが点灯するまで繰り返されます。管がアークを発生させると、入射する主放電によって陰極が高温に保たれ、電子の放出が継続されます。点灯した管にかかる電圧が始動器内でグロー放電を開始するのに不十分であるため、始動器スイッチは再び閉じません。^{[ 36 ]}

グロースイッチ式スターターの場合、故障したグロー管は繰り返し作動します。一部のスターターシステムでは、過電流サージ保護装置を使用して繰り返しの始動試行を検知し、手動でリセットされるまで回路を遮断します。

力率改善（PFC）コンデンサは、ランプ回路が引き込む遅れ電流を補償するために、主電源から進み電流を引き込みます。^{[ 36 ]}

電子スターターは、陰極を予熱するために異なる方法を使用します。^{[ 37 ]}グロースターターとプラグインで交換可能です。半導体スイッチを使用し、ランプを「ソフトスタート」します。これは、ちらつきのない最初の始動パルスを印加する前に陰極を予熱することによって行われます。これにより、始動中に陰極から剥がれる材料の量が最小限になり、ランプの寿命が長くなります。^{[ 36 ]}これにより、家庭での使用のように頻繁に点灯するランプの場合、ランプの寿命が通常3～4倍に延長され、^{[ 38 ]}蛍光灯に典型的なランプの端の黒ずみが軽減されるとされています。回路は複雑ですが、その複雑さは集積回路チップに組み込まれています。電子スターターは、高速始動（通常始動時間は0.3秒） ^{[ 38 ] [ 39 ]}または低温や低電源電圧でも最も信頼性の高い始動（始動時間2～4秒）に最適化できます。 ^{[ 40 ]}起動が速いユニットは、起動時に可聴音を発する場合があります。^{[ 41 ]}

電子スターターは、電源投入時に短時間だけランプを点灯させようとし、アークを維持できないほど故障したランプを何度も再点火しようとはしません。故障したランプの点灯を自動的に停止するものもあります。^{[ 37 ]}これにより、グロースターターによるランプの再点火や故障したランプの連続点滅がなくなります。電子スターターは摩耗の影響を受けず、定期的な交換は不要ですが、他の電子回路と同様に故障する可能性があります。メーカーは通常、寿命を20年、または照明器具の寿命までとしています。^{[ 39 ] [ 40 ]}

すぐに起動

インスタントスタート蛍光灯は1944年に発明されました。インスタントスタートは、ガス柱を破壊してアーク放電を開始させるのに十分な高電圧を使用するだけのシンプルな仕組みです。高電圧の火花がアークに「着火」すると、グロー放電が形成されるまで電流が増幅されます。ランプが温まり圧力が上昇すると、電流は上昇し続け、抵抗と電圧は低下し、最終的に主電源電圧が供給されて放電がアーク放電になります。これらの蛍光灯にはフィラメントがなく、両端に1本のピンがあることで識別できます（一般的な蛍光灯の場合。小型冷陰極蛍光灯にも1本のピンがある場合がありますが、安定器ではなく変圧器で動作します）。ランプホルダーの低電圧側には、蛍光灯を取り外すと安定器が切断され、感電を防ぐための「切断」ソケットがあります。瞬時起動ランプは、動作中に陰極に加熱電流を常時送らないため、急速起動ランプよりもわずかにエネルギー効率が高いが、冷陰極の起動によりスパッタが増加し、ウォームアップ中にグロー放電からアーク放電に移行するのに時間がかかるため、寿命は通常、同等の急速起動ランプの約半分である。^{[ 42 ]}

迅速な起動

アーク放電の発生には陰極からの大量の電子の熱電子放出が必要であるため、ラピッドスタートバラスト設計では、陰極フィラメントを継続的に加熱する巻線がバラスト内部に設けられています。通常、インスタントスタート設計よりも低いアーク電圧で動作し、始動時に誘導電圧スパイクが発生しないため、ランプは接地された反射板の近くに設置して、グロー放電が管内を伝播し、容量結合によってアーク放電を開始できるようにする必要があります。一部のランプでは、ランプガラスの外側に接地された「始動補助」ストリップが取り付けられています。このタイプのバラストは、ラピッドスタートバラストの開放電圧よりも高い始動電圧を必要とするヨーロッパの省エネ型T8蛍光灯とは互換性がありません。

半共振スタート

半共振始動回路は、T12蛍光管で使用するためにソーンライティングによって発明されました。この方式では、二重巻線トランスとコンデンサを使用します。アーク電流がない状態では、トランスとコンデンサはライン周波数で共振し、管の両端に供給電圧の約2倍の電圧と小さな電極加熱電流を生成します。^{[ 43 ]}この管電圧は、冷たい電極でアークを発生させるには低すぎますが、電極が熱電子放出温度まで加熱されると、管のアーク発生電圧はリンギング電圧よりも低くなり、アークが発生します。電極が加熱されるにつれて、ランプは3〜5秒かけてゆっくりと最大輝度に達します。アーク電流が増加し、管電圧が低下すると、回路は電流制限を行います。

半共振始動回路は、回路部品の初期コストが高いため、主に商業施設での使用に限定されています。しかし、交換が必要な始動スイッチがなく、始動時の陰極損傷が軽減されるため、ランプの寿命が延び、メンテナンスコストが削減されます。開放回路時の管電圧が高いため、この始動方法は、寒冷地での管の始動に特に適しています。さらに、回路の力率はほぼ1.0であり、照明設備で追加の力率補正は必要ありません。この設計では、供給電圧の2倍が冷陰極点火電圧より低くなければならない（そうでない場合、管が誤って瞬時始動する）ため、管の長さが少なくとも1.2m （3フィート11インチ）でない限り、 240ボルトの交流電源では使用できません。半共振始動器具は、一般的に省エネT8レトロフィット管とは互換性がありません。これは、T8レトロフィット管はT12ランプよりも始動電圧が高く、特に低温では確実に始動しない可能性があるためです。一部の国で最近提案されているT12チューブの段階的廃止は、この開始方法の適用を減少させるだろう。   

電子バラスト

電子バラストはトランジスタを使用して、ランプ内の電流の流れを制御しながら、供給周波数を高周波交流に変換します。これらのバラストは、通常の電源周波数での効率と比較して、 10 kHzで効率がほぼ 10% 上昇するという、ランプの高い効率を利用します。交流周期が放電柱内の水銀原子を脱イオン化する緩和時間よりも短い場合、放電は最適な動作状態に近くなります。^{[ 44 ]}電子バラストは、供給周波数の交流電力を可変周波数の交流に変換します。この変換により、電源周波数の 2 倍のランプの明るさの変調を低減できます。

低価格バラストは、単純な発振器と直列共振LC回路のみで構成されています。この原理は、電流共振インバータ回路と呼ばれます。短時間でランプの両端電圧が約1kVに達し 、ランプは冷陰極モードで瞬時に点灯します。ランプが点灯しない場合でも、陰極フィラメントはバラストの過熱防止のために引き続き使用されます。一部のメーカーは、瞬時点灯を無効にし、フィラメントを予熱する時間を確保するために、正温度係数（PTC）サーミスタを使用しています。

より複雑な電子安定器は、プログラムスタート方式を採用しています。出力周波数は、安定器の出力回路の共振周波数よりも高い周波数で開始され、フィラメントが加熱された後、周波数は急速に低下します。周波数が安定器の共振周波数に近づくと、出力電圧が上昇し、ランプが点灯します。ランプが点灯しない場合は、電子回路が安定器の動作を停止します。

多くの電子バラストはマイクロコントローラによって制御されており、これらはデジタルバラストと呼ばれることもあります。デジタルバラストは、ランプの点灯と動作に非常に複雑なロジックを適用できます。これにより、点灯前に電極の破損や管の欠落を検査したり、管の交換を検出したり、管の種類を検出したりといった機能が可能になり、1つのバラストで複数の異なる管を使用できます。調光などの機能は、組み込みマイクロコントローラのソフトウェアに組み込むことができ、さまざまなメーカーの製品に搭載されています。

1990年代に導入されて以来、高周波バラストは、急速起動ランプまたは予熱ランプを備えた一般照明器具で使用されています。これらのバラストは、入力電力を20kHzを超える出力周波数に変換します。これにより、ランプの効率が向上します。^{[ 45 ]} これらのバラストは、ほぼ600ボルトの電圧で動作するため、筐体の設計に多少の考慮が必要であり、バラストからランプ端までの配線の長さにわずかな制限が生じる可能性があります。

蛍光灯の寿命は、主に陰極電極の寿命によって決まります。適切な電流レベルを維持するために、電極には金属酸化物の発光混合物がコーティングされています。ランプの点灯時および点灯中、管内の電子と重イオンの衝突によって、陰極コーティングのごく一部が電極からスパッタリングされます。スパッタリングされた物質は管壁に付着し、管を暗くします。点灯方法と点灯頻度は、陰極のスパッタリングに影響を与えます。また、フィラメントが切れると、ランプが使用できなくなります。

水銀含有量の少ないランプは、水銀がガラス管、蛍光体、内部部品に吸収され、充填ガス中で気化できなくなったときに故障する可能性があります。水銀の損失は、最初はウォームアップ時間の延長と最大輝度時の光出力の低下を引き起こし、最終的にはアルゴンガスが主放電として作用するようになるときにランプがかすかなピンク色に光るようになります。^{[ 46 ]}

管に非対称な電流を流すと、実質的に直流バイアスがかかった状態で動作し、管に沿って水銀イオンが非対称に分布します。水銀蒸気圧の局所的な低下は、一方の電極付近のベースガスのピンク色の発光として現れ、ランプの動作寿命が著しく短くなる可能性があります。これは、設計の悪いインバーターでは問題となる場合があります。^{[ 47 ]}

ランプの内側に塗布されている蛍光体も時間とともに劣化し、最終的にはランプは初期の光出力の許容範囲のほんの一部しか発しなくなる。

コンパクト蛍光灯に内蔵されている電子安定器が故障すると、その電球の寿命も尽きる。

相関色温度(CCT) は、光源の白さの「濃淡」を黒体と比較した尺度です。一般的な白熱灯は 2700 K で、黄白色です。^{[ 48 ]}ハロゲン灯は 3000 K です。^{[ 49 ]}蛍光灯は、管内の蛍光体の混合比を変えることで、選択した CCT に製造されます。暖白色蛍光灯は CCT が 2700 K で、住宅照明によく使われます。ニュートラルホワイト蛍光灯は CCT が 3000 K または 3500 K です。クールホワイト蛍光灯は CCT が 4100 K で、オフィス照明によく使われます。昼光色蛍光灯は CCT が 6500 K で、青白色です。

演色評価数（CRI）は、光源が黒体放射体と比較して、さまざまな物体の色をどれだけ忠実に再現できるかを測定する試みです。色は、光源からの光と、日光や同じ色温度の黒体などの基準光源からの光を比較することで知覚できます。定義上、白熱灯のCRIは100です。実際の蛍光灯のCRIは50から98まで様々です。CRIの低い蛍光灯は、赤色光の放出が少なすぎる蛍光体を使用しています。そのため、白熱灯に比べて肌のピンク色が薄く見え、「不健康」に見えます。色のついた物体はくすんで見えます。例えば、CRIの低い6800Kのハロリン酸塩管（極端な例）では、赤色がくすんで見えたり、茶色っぽく見えたりします。人間の目は赤色光の検出効率が比較的低いため、スペクトルの赤色部分のエネルギーを増加させて演色評価数を向上させると、全体の発光効率が低下する可能性があります。^{[ 32 ]： 8}

照明器具には、さまざまな色合いの白色蛍光灯が使用されます。器具内で異なる種類の蛍光灯を混用することで、低品質の蛍光灯の色再現性を向上させることができます。

最も不快な光の一つは、古いタイプのハロリン酸カルシウム蛍光体（化学式Ca ₅ ( P O ₄ ) ₃ ( F , Cl ): Sb ³⁺ , Mn ²⁺）を含む管から発せられる光です。この蛍光体は主に黄色と青色の光を発し、緑色と赤色の光は比較的少ないです。基準となる光がない場合、この混合物は目には白く見えますが、光のスペクトルは不完全です。このようなランプの演色評価数（CRI）は約60です。

1990年代以降、高品質の蛍光灯には、ユーロピウムイオンとテルビウムイオンをベースとした希土類三元蛍光体混合物が使用されるようになった。この混合物は、可視光スペクトル全体に発光帯がより均一に分布しているが、赤、緑、青にピークを持つ。三元蛍光体管は、人間の目に自然な色彩を再現する。このような蛍光灯の演色評価数（CRI）は通常85である。

蛍光灯は白熱灯よりも入力電力の可視光への変換率が高い。一般的な100ワットのタングステンフィラメント白熱灯は、入力電力のわずか5%しか可視白色光（ 波長400～700nm）に変換しないのに対し、一般的な蛍光灯は約22%の電力を可視白色光に変換する。^{[ 32 ]： 20}

蛍光灯の効率は、通常の安定器を使用した4ワット管の場合約16ルーメン/ワットから、最新の電子安定器を使用した場合100ルーメン/ワット以上^{[ 51 ]}まで幅広く、全体としては平均50～67  lm/Wです^{[ 52 ]} 。安定器の損失は、磁気安定器の場合はランプ電力の約25%、電子安定器の場合は約10%になります。

蛍光灯の効率は、ランプの最も温度の低い部分の温度に依存します。T8ランプの場合、これは管の中央部分です。T5ランプの場合、これは文字が刻印されている管の端部分です。T8ランプの理想的な温度は25 ℃（77 °F）で、T5ランプの理想的な温度は35 ℃（95 °F）です。    

一般的に、蛍光灯は数時間連続使用した場合、同等の白熱灯の10～20倍長持ちします。標準的な試験条件下では、蛍光灯の寿命は6,000～90,000時間（1日8時間使用で2～31年）です。^{[ 53 ]}

蛍光灯は白熱灯に比べて初期費用が高いが、通常は寿命期間中のエネルギー消費量が少ないことで相殺される。^{[ 54 ]}

白熱電球と比較すると、蛍光灯はより拡散性が高く、物理的にも大型の光源です。適切に設計された蛍光灯では、拡散性のない白熱電球のフィラメントに見られるような点光源による眩しさがなく、光をより均一に照射できます。また、蛍光灯自体が、照明対象物との一般的な距離に比べて大きいという特徴があります。

蛍光灯は、同等の白熱灯に比べて約5分の1の熱しか発しません。そのため、照明が多く窓が少ないオフィスビルなどの空調設備において、規模、コスト、エネルギー消費量を大幅に削減できます。

頻繁なスイッチング（3 時間ごと以上）はランプの寿命を縮めます。^{[ 55 ]}起動サイクルごとに陰極の電子放出面がわずかに侵食され、放出物質がすべてなくなると、利用可能なバラスト電圧でランプを点灯できなくなります。点滅ライト（広告用など）の器具は、アークがオフのときに陰極温度を維持するバラストを使用して、ランプの寿命を維持します。

蛍光灯を点灯させるのに必要な余分なエネルギーは、通常の動作の数秒間に相当します。数分間必要ない場合は、ランプを消灯する方がエネルギー効率が良いです。^{[ 56 ] [ 57 ]}

蛍光灯が破損すると、ごく少量の水銀が周囲の環境を汚染する可能性があります。水銀の約99%は通常蛍光体に含まれており、特に寿命が近いランプではその傾向が顕著です。^{[ 58 ]}破損したランプは、適切な方法で清掃しないと水銀を放出する可能性があります。^{[ 59 ]}

水銀含有量のため、一部の地域では廃棄された蛍光灯は有害廃棄物として処理されなければなりません。^{[ 3 ]}蛍光灯を大量に使用する人向けには、一部の地域でリサイクルサービスが利用可能であり、規制によって義務付けられている場合もあります。^{[ 60 ] [ 3 ]}一部の地域では、消費者もリサイクルを利用できます。^{[ 3 ]}

蛍光灯は少量の紫外線（UV）を放出します。1993年に米国で行われた研究では、蛍光灯の下に8時間座っていることによる紫外線曝露は、1分間の日光曝露に相当することがわかりました。^{[ 61 ]}コンパクト蛍光灯からの紫外線放射は、光過敏症の人の症状を悪化させる可能性があります。^{[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}

博物館の収蔵品は、顔料や繊維の劣化を防ぐために紫外線から保護する必要がある場合がある。^{[ 65 ]}

蛍光灯は、ランプを流れる電流を安定させ、アーク放電を開始するために必要な初期点火電圧を供給するために、安定器を必要とします。多くの場合、1 つの安定器が 2 つ以上のランプで共有されます。電磁安定器は、耳障りなハム音やブザー音を発することがあります。北米では、磁気安定器は通常、タール状のポッティングコンパウンドで満たされ、放出されるノイズを低減します。高周波電子安定器を備えたランプでは、ハム音は除去されます。1978 年の GE の資料によると、磁気安定器でのエネルギー損失は、ランプの入力電力の約 10% です。^{[ 32 ]}電子安定器はこの損失を低減します。

単純な誘導型蛍光灯安定器は、力率が1未満です。誘導型安定器は、力率改善コンデンサに接続することも、内蔵することもできます。単純な電子安定器も、整流入力段のために力率が低くなる場合があります。

蛍光灯は非線形負荷であり、電源に高調波電流を発生させます。ランプ内部のアーク放電は無線周波数ノイズを発生させる可能性があり、これは電源配線を通して伝搬されることがあります。無線干渉の抑制は可能です。非常に優れた抑制も可能ですが、蛍光灯器具のコストが増加します。

寿命が近づいている蛍光灯は、深刻な無線周波数干渉の危険性をもたらす可能性があります。アークの負性微分抵抗から発振が発生し、管を流れる電流は経路長に応じて周波数が変化する同調回路を形成する可能性があります。^{[ 66 ]}

蛍光灯は室温付近で最も効率よく動作します。それより低い温度や高い温度では、効率が低下します。氷点下では、標準的な蛍光灯は点灯しない場合があります。寒冷地での屋外使用には、専用の蛍光灯が適しています。

蛍光灯は、高輝度放電ランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、高出力LEDなどに比べて、長くて低輝度の光源です。しかし、発光面の輝度が低いことは、グレアを軽減する上で利点となります。照明器具の設計では、コンパクトな球状電球ではなく、長い蛍光灯から発せられる光を制御する必要があります。コンパクト蛍光灯（CFL）は、スペースに余裕のある多くの照明器具で、通常の白熱電球の代替として使用されています。

磁気バラストを備えた蛍光灯は、通常は気づかない周波数である 100 または 120  Hz でちらつき、このちらつきは光過敏症の人に問題を引き起こす可能性があります。^{[ 67 ]}自閉症、てんかん、^{[ 68 ]}ループス、^{[ 69 ]}慢性疲労症候群、ライム病、^{[ 70 ]}およびめまい^{[ 71 ]}を持つ一部の人にとって問題となることが挙げられています。

ストロボ効果と呼ばれる現象が見られることがあります。これは、適切な速度で回転している物体を単一の蛍光灯だけで照らすと、静止しているように見える現象です。この効果は、リード・ラグ方式のバラストで動作する一対の蛍光灯を使用することで解消されます。ただし、真のストロボランプとは異なり、光量はかなりの時間で低下するため、動いている物体がかなりぼやけて見えるようになります。

蛍光灯は、電源周波数（50Hzまたは60Hz  ）でちらつきが発生することがあり、これはより多くの人が気づきやすい現象です。これは、陰極の損傷や故障によってわずかな整流が生じ、交流の正負のサイクルで光出力が不均一になる場合に起こります。また、各管電極が半サイクルごとにわずかに異なる光出力パターンを生成する場合、管の端から電源周波数のちらつきが発生することもあります。電源周波数のちらつきは、直接見るよりも周辺視野で見た方が目立ちます。

寿命が近づくと、蛍光灯は電源周波数よりも低い周波数でちらつき始めることがあります。これはアーク放電の負性抵抗の不安定性によるもので、^{[ 72 ]}ランプやバラストの不良、接続不良などが原因となる可能性があります。

新しい蛍光灯では、ランプの一部にねじれた螺旋状の光のパターンが見られることがあります。この現象は陰極材の緩みによるもので、通常は数時間の使用後に消えます。^{[ 32 ]： 22}

電磁式安定器は、ビデオのフレームレートと蛍光灯の光強度の変動との間にいわゆるビート効果が生じる可能性があるため、ビデオ録画にも問題を引き起こす可能性があります。

電子安定器を備えた蛍光灯は、約5kHz以上の周波数では 励起電子状態の半減期が半サイクルよりも長くなり、連続的に発光するため、ちらつきが発生しません。電子安定器の動作周波数は、赤外線リモコンとの干渉を避けるように選択されています。品質の低い、または故障した電子安定器では、光に100/120Hzの大きな変調が生じる場合があります。 

蛍光灯器具は、白熱灯用の調光スイッチには接続できません。これには2つの理由があります。標準的な位相制御調光器から出力される電圧の波形が多くの安定器と悪影響を及ぼすこと、そして低電力レベルでは蛍光管内でアークを維持することが困難になることです。調光設備には、互換性のある調光安定器が必要です。コンパクト蛍光灯の中には調光可能なモデルもあり、米国では、そのようなランプはUL規格1993に準拠しているとされています。^{[ 73 ]}

ブラックライトは、 UVA光（波長約360nm ） を照射するために使用される蛍光灯の一種です 。従来の蛍光灯と同様の構造ですが、ガラス管に蛍光体がコーティングされており、管内の短波長UV光を可視光ではなく長波長UV光に変換します。ブラックライトは、蛍光を発する現象（ブラックライト塗料を用いた劇的な効果の創出や、可視光では見えない尿や特定の染料などの物質の検出）や、虫除け器に虫を引き寄せるために使用されます。

いわゆるブラックライトブルーランプは、透明ガラスではなく、ウッドガラスと呼ばれる高価な濃い紫色のガラスで作られています。この濃い紫色のガラスは、水銀蒸気放電によって直接放出される可視光のほとんどを遮断し、紫外線に比べて可視光の量を相対的に少なくします。これにより、紫外線による蛍光がより見やすくなり（ブラックライトポスターがよりドラマチックに見えるようになります）。虫除け器に使用されるブラックライトランプは、このような改良を必要としないため、コスト削減のために通常は省略されます。そのため、単にブラックライトと呼ばれ（ブラックライトブルーとは呼ばれません）。

日焼けマシンで使用されるランプには、UVAとUVBの両方を放出する異なる蛍光体混合物（通常3～5種類以上の蛍光体）が含まれており、ほとんどの人間の皮膚で日焼け反応を引き起こします。通常、出力は3～10%のUVB（最も一般的は5%）で、残りのUVはUVAです。これらは主に100Wの高出力ランプですが、160Wの非常に高出力のランプも多少あります。これらのランプで使用される一般的な蛍光体の1つは鉛活性化二ケイ​​酸バリウムですが、ユーロピウム活性化フッ化ホウ酸ストロンチウムも使用されます。初期のランプは活性剤としてタリウムを使用していましたが、製造中に放出されるタリウムは有毒でした。^{[ 75 ]}

光線療法で使用されるランプには、UVB紫外線のみを放出する蛍光体が含まれています。UVBには2種類あり、ピーク波長が306nmで290～320nmの広帯域UVBと、311～313nmの狭帯域UVBがあります。狭帯域UVBは波長が長いため、広帯域UVBのように皮膚に紅斑を引き起こしません。そのため、皮膚への照射量は10～20倍多く、ランプの数も多く、照射時間も長くなります。狭帯域UVBは、乾癬、湿疹（アトピー性皮膚炎）、白斑、扁平苔癬、その他の皮膚疾患に効果的です。一方、広帯域UVBは体内のビタミンD3を増やすのに適しています。 

植物育成ランプには、植物、藻類、光合成細菌、その他の光依存生物の光合成、成長、開花を促進する蛍光体混合物が含まれています。これらのランプは、主に赤色と青色の光を発し、これはクロロフィルに吸収されて植物の光合成に利用されます。^{[ 76 ]}

鉄で活性化されたリチウム金属アルミネート蛍光体を用いてランプを作製することができる。この蛍光体は675～875ナノメートルの間にピーク発光を示し、可視スペクトルの深赤色部分では発光が弱くなる。^{[ 77 ]}

ユーロピウム活性化蛍光体から発生する濃い青色の光は、黄疸の光線療法に使用されます。この色の光は皮膚に浸透し、過剰なビリルビンの分解を助けます。^{[ 77 ]}

殺菌灯には蛍光体が全く含まれていないため、蛍光灯ではなく水銀蒸気放電ランプです。管は溶融石英製で、水銀放電によって放出されるUVC光に対して透明です。 これらの管から放出される254 nmのUVCは細菌を殺菌し、184.45  nmの遠紫外線は酸素をイオン化してオゾンを生成します。OFと表示されたランプは184.45  nmの遠紫外線を遮断し、オゾンをほとんど生成しません。さらに、UVCは目や皮膚に損傷を与える可能性があります。地質学者は、短波長の紫外線を透過させ、水銀放電によって生成される可視光を遮断するフィルターを取り付けて、蛍光の色によって特定の鉱物を識別するためにこれらのランプを使用することがあります。また、一部のEPROM消去装置にも使用されています。殺菌灯の型番はGで始まります。例えば、30ワット、直径1インチ（2.5cm ）、長さ36インチ（91cm ）の殺菌灯はG30T8です（同じサイズと定格の蛍光灯はF30T8となります）。  

無電極誘導ランプは、内部に電極を持たない蛍光灯です。1990年から市販されています。電磁誘導を利用してガス柱に電流を誘導します。通常、蛍光灯の寿命を制限する要因は電極であるため、このような無電極ランプは非常に長い寿命を持つことができますが、その分購入価格も高くなります。

LEDバックライト付き液晶ディスプレイが普及する以前は、コンピューターモニターやテレビの液晶ディスプレイのバックライトとして冷陰極蛍光灯が使用されていた。また、コンピューターケースの改造を行う人々の間でも人気があった。

• ブライト、アーサー・アーロン・ジュニア (1949)。『電灯産業：1800年から1947年までの技術革新と経済発展』マクミラン社。
• ケイン、レイモンド、セル、ハインツ編（2001）。ランプ革命：50年の進歩の記録（第2 版）。フェアモント・プレス社。ISBN 978-0-88173-378-5。
• ヴァン・ブロークホーフェン、ヤコブ（2001）。「ランプ用蛍光体」。レイモンド・ケイン、ハインツ・セル編『ランプ革命：50年の進歩の記録』（第2 版）。フェアモント・プレス社、93～ 126頁。ISBN  978-0-88173-378-5。