白炽灯/卤素灯/荧光灯/节能灯/LED灯对比

灯具是每个家庭都会购买的家电产品，随着技术的发展，灯具除了具备的照明基本功能外，还逐渐出现了可调光调色温、人体感应等各种各样的智能化产品。

　　光，不论为了是照明，还是为了营造氛围，始终要靠人的眼睛去感受，不适合的光，不合格的灯具，会使照明的效果大打折扣，甚至可能伤害人的眼睛。

　　所以，选购灯具时有些常识我们必须知道，才能科学地买一个灯泡。

　　我们先来来谈谈光源

　　常见的民用灯具光源有白炽灯、（卤素）灯杯、荧光灯、节能灯和 LED 灯。

　　一、白炽灯

　　1、工作原理：白炽灯又叫做钨丝灯。电流通过灯丝时产生大量热量，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上并处于白炽状态，故称之为白炽灯。

　　2、优点：白炽灯最接近于太阳光，显色性很好，显色指数99～100；价格便宜。

　　3、缺点：白炽灯所消耗的电能只有约10%可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了，而且使用寿命通常不会超过1000小时。两个词：不节能，寿命短。

　　小结：白炽灯虽然价格便宜显色好，但是耗电量大寿命短，电能大部分用于发热，性能远低于新一代的新型光源，已被要求渐渐退出市场。

　　二、卤素灯（俗称灯杯、杯灯、射灯）

　　大部分家庭常用的射灯，就是用的这种灯杯。

　　1、工作原理：白炽灯的一个变种，原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化学作用，冷却后的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更长寿。

　　2、优点：也比较接近于日光的连续光谱，显色性很好，显色指数95以上；价格也比较便宜。体积小，控光性好，所以适合投射性的照明场合。

　　3、缺点：不改白炽灯本质，还是发热发光，大部分以热量方式散失掉，光转化效率不高。寿命提高到2000-4000小时，还不错。

　　小结：价格便宜显色好，体积小好控光，适合使用在需要投射照明且对被照物色彩还原要求比较高的地方。

　　市面上替换性的LED灯杯不少，但是在显色能力和控光上都做到卤素灯杯水准的，价格目测还是超卤素灯杯好几倍的，若价格能接受，可以买好的LED灯杯替换，便宜的LED灯杯还是不要买为好。

　　三、荧光灯（俗称灯棒）

　　1、工作原理：荧光灯又叫做日光灯。日光灯灯管內充有氩气和少量的汞，灯管内壁涂有荧光粉。日光灯在气体放电的过程释放出紫外光，荧光粉吸收紫外光后释放出可见光。

　　2、优点：效率的革命，荧光灯的发光效率比白炽灯高。

　　3、缺点：显色相对较差，尤其早期的非三基色粉荧光灯。荧光灯含有汞等有害元素，具有一定的危害环境。另外紫外辐射和频闪现象，也会对人的眼睛造成伤害。

　　小结：拜绿色照明所赐，大力推进荧光灯的使用，所以中国是目前世界上荧光灯普及程度最高的国家，但是随着人们对于健康和环保的日益关注，荧光灯带来的危害越来越被人们所诟病。

　　目前替换性的LED灯管不少，价格也杀到很低，可以考虑逐步替换掉原来的荧光灯管，尤其是使用在灯槽里面的。但购买时仍应该特别注意LED产品的蓝光危害（不要买炫蓝炫蓝的）和眩光（不要买正常安装在天花上时还感觉特别刺眼的）问题。

　　四、节能灯

　　1、工作原理：节能灯就是一种紧凑型、自带镇流器的日光灯。

　　2、优点：体积小，比白炽灯节省能源，寿命也比白炽灯长。价格因为政府补贴非常便宜，但是超市卖的就都很贵，LED的价格已经低于卖场里的节能灯。

　　3、缺点：显色指数低，看东西会严重变色；易碎品，里面又添加汞，又没有好的回收机制，造成的环境污染是不可忽视的；节能灯使用的镇流器在产生瞬间高压时，会产生一定的电磁辐射。

　　小结：非常普及，非常普及，非常普及！节能灯给我们的生活带来了很多方便，可是它也带来了很多的问题：汞污染、频闪和电磁辐射等。目测将全面被LED产品替换。

　　五、LED灯

　　1、工作原理：LED 即发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

　　2、优点：发光效率比白炽灯和荧光灯都高，理论上寿命很长，发光可达10万小时，实际产品基本上30000-50000小时不是问题，对于家用来说够够的了；无紫外线和红外线辐射；不含铅、汞等污染元素。

　　3、缺点：市场上的 LED 灯具质量良莠不齐，这几年价格杀下来已经不是问题，但是低价产品的品质却实在堪忧。

　　小结：LED 具有节能、环保、健康的明显优势，未来必然成为主流照明光源。LED的未来是光明的，但是道路仍然是曲折的。

　　下面告诉你如何凭感觉选择一个LED灯泡：

　　1、你自己看着不舒服的，别买！

　　2、把手伸到灯泡下，觉得自己的手不够红润好看的，别买！

　　3、用手机对着灯泡看，闪得厉害的，别买！

　　4、听着嗡嗡响的，别买！

　　5、价格太便宜的（你觉得买了占便宜不买就吃亏了那种），别买！

　　6、包装上没有标注这几个参数的：功率（W）、发光效率（lm/w）、色温（K）、显色指数CRI，别买！

　　7、显色指数CRI＜80的，别买！

　　8、色温大于5000K的（家里干嘛用这个惨的色温），别买！

　　作为新一代的照明光源，LED 比白炽灯、荧光灯和节能灯发光效率更高，而且更加健康环保。

　　接着我们来谈谈发光效率

　　介绍发光效率前，我们先说说功率。

　　我们经常在选购灯具或者购买光源的时候，会问店家“这个灯的功率是多少瓦”，或者直接和老板说“我要一个15瓦的灯泡”。这个功率数据，反映的只是耗电量的指标，但我们潜台词其实是想要“有那个亮度”的灯。

　　所以问题来了，即使是同样15瓦的白炽灯、荧光灯、节能灯和 LED 灯，他们产生的照明亮度是不一样的，而且相差甚远。这是为什么呢？

　　是因为相同功率的不同类型的灯，它们的光通量不一样。

　　光通量是光源在单位时间内发射出的光量，单位是流明。这个数值反映的是，人的眼睛实实在在能接收到的可见光的数量有多少，也就是说它是一个以人的感知为基准的参数，是“有那个亮度”的客观体现。

　　因此，我们可以很高逼格地跟老板说：“我要一个**流明的灯泡。” 然并卵，没几个老板能听懂我们的需求，也没几个产品会在包装上注明是多少流明的。

　　提示：看看灯泡包装上，上面一般有个功率（W），还有一个发光效率（以lm/W做单位那个），可以换算成光通量（lm）。也有包装上直接有光通量（以lm作单位那个）的，买灯时宜以多少光通量（lm）为准，而不是多少瓦。

　　通常来说，以固有的生活经验，一个60W的白炽灯发出的光的量大概是600lm，你参照这个感觉买就对了。

　　尽管如此，我们还是有必要了解一下发光效率。发光效率是一个光源的参数，它是光通量与功率的比值。不同类别的光源具有不同的发光效率，通常来说，白炽灯的发光效率约为10-15流明／瓦，荧光灯（含节能灯）的发光效率为50～100流明／瓦，而 LED 灯范围也比较宽，多数在60～120流明/瓦之间不等。

　　由此可见，从原理上来说，要实现相同的光通量，LED 灯只需要更低的功率，因此说 LED 灯是新一代节能环保光源。

　　好了，上面的专业知识可以全部忘掉了，因为生活中实在没什么卵用，我们只需要记住好的 LED 发光效率高和相对省电就行了。

1．白炽灯

根据白炽灯技术，主要有四种灯泡形式，分别为钨丝灯（tungsten-filament）、卤钨灯(tungsten halogen)、石英卤素灯(quartz halogen)及红外线反射灯(infra-lamps，简称IR灯)。

1.1 白炽灯的发光原理

白炽灯是将电能转化为光能以提供照明的设备。其工作原理是：电首先被转化成了热，将灯丝加热至极高的温度（钨丝，熔点达3000℃多），这时候组成灯丝的元素的原子核外电子会被激发，从而使得其向较高能量的外层跃迁，当电子再次向低能量的电子层跃迁时，多余的能量便以光的形式放出来了。同时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000℃以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。

白炽灯是由发光用的金属钨丝、与外界电源相通的电极，尾部的密封部分组成。一般将灯泡里面抽成真空或充入其它惰性气体，利用钨的熔点高的特点，将其制造成丝状，通入电流后，钨丝便发光，并有一部分电能转化为热能。在使用白炽灯时，注意不要去处接触灯泡，第一，灯泡表面温度很高，容易烫着手；第二，灯泡在工作时，钨丝在很高的温度下变软，如果晃动灯泡，容易使灯泡损坏。在刚开关刚闭合时钨丝最容易烧断。

1.2 灯丝材料

做灯丝的材料要求具有一定的电阻率、机械强度、化学稳定性和低挥发(即高熔点)。钨满足以上这些基本要求，当然这并不是说只有这一种材料，事实上还有铼，钼，钽，锇以及金属碳化物。

1.3 为何选择钨丝？

一是因为其电阻大，当电流通过时钨丝时，就可以消耗电流，以发热，当达到一定温度时就可以发光，当然这个加热过程是非常快的。

二是因为其挥发的慢，同时，在灯泡里充满着惰性气体，可以有助于降低钨丝的挥发。为什么选钨丝，那时人们长久以来经验的结果。当爱迪生发明电灯的时候，传说他试验了包括植物纤维、动物毛发和人的头发在内的一千多种（也有说两千多种）材料，很多不适合作灯丝。主要原因是内阻小，或者熔点低，或者亮度不合适等等。最后爱迪生选择的并不是今天我们广泛采用的钨丝。后来人们经过多次改进才选择了钨作灯丝。

1.4为何叫碘钨灯？

利用电流通过钨丝的时候产生几千度的高温并且发光，钨丝在高温下会挥发，并在温度较低的灯泡玻璃上凝结，导致透明度严重降低，照明效率下降，钨丝挥发严重时会断裂，完全损坏。为了解决钨丝高温下挥发的问题，现在普遍的做法是向灯泡内充入碘等卤素，碘会在高温下和钨原子结合，并在高温的钨丝上将碘化钨还原为钨，从而大大延长了灯泡的使用寿命。这也是现在很多灯泡简称碘钨灯的原因。卤素灯工作在高温下，很多电能白白的变成了热能，而没有转化为光能，因此，卤素灯发光效率低。灯丝工作在高温下，在车辆行驶中的颠簸十分不利，容易损毁。家里的灯泡更脆弱，碰几下就完蛋了。卤素灯丝工作在密闭的玻璃球或者管内，外壳一旦破损，灯泡就牺牲了。

白炽灯的显色性：白炽灯发出的光是全色光，但各种色光的成份比例是由发光物质（钨）以及温度决定的。比例不平衡就导致了光的颜色的偏色，所以在白炽灯下物体的颜色不够真实。（即显色性不高）在商场购衣物时很容易上当。

白炽的寿命与功率：白炽灯的寿命跟灯丝的温度有关，因为温度越高，灯丝就越容易升华（钨直接变成钨气）。所以，白炽灯的功率（瓦数）越大，寿命就越短。

2. 日光灯

2.1 日光灯构造

日光灯管两端装有灯丝，玻璃管内壁涂有一层均匀的薄荧光粉，管内被抽成真空度103-104毫米汞柱以后，充入少量惰性气体，同时还注入微量的液态水银。灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。

2.2 日光灯工作特点

灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。

2.3 电感整流器与启辉器作用

电感镇流器是一个铁芯电感线圈，电感的性质是当线圈中的电流发生变化时，则在线圈中将引起磁通的变化，从而产生感应电动势，其方向与电流的方向相反，因而阻碍着电流变化。起辉器在电路中起开关作用，它由一个氖气放电管与一个电容并联而成，电容的作用为消除对电源的电磁干扰并与镇流器形成振荡回路，增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属片组成，利用氖泡放电加热，使双金属片在开闭时，引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。在正常发光过程中，镇流器的自感还起着稳定电路中电流的作用。

日光灯的整体电路如图1所示。其工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快

被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。

日光灯正常发光后，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。

灯管两端发黑原因：钨丝的升华直接变成钨气，这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的，当钨丝升华到比较细瘦时，通电后就很容易烧断，从而结束了灯的寿命。

发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-V特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。

假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率就高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）；式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

4. LED光源和常见光源的性能比较

表1-1   LED光源和常见光源的性能比较

名称	耗电量(W)	工作电压(V)	协调控制	发热量	可靠性	使用寿命
金属卤素灯	100	220	不易	较高	低	3000
霓虹灯	500	较高	高	高	低	3000
镁氖灯	16W/m	220	较好	较高	较好	6000
荧光灯	4-100	220	不易	较高	低	5000-8000
冷阴极	15W/m	需逆变	较好	较低	较好	10000
钨丝灯	15-200	220	不易	高	低	3000
节能灯	3-150	220	不易调光	低	低	5000
LED灯	极低	直流	多种形式	极低	极高	100,000

表1-2   几种光源的性价比

名称	功率(W)	光通量(Lm)	光效(Lm/W)	寿命(小时)	市售价(支)	价格(元/Lm)
白炽灯	40	480	12	<2000	1.5元	0.0031
普通荧光灯	36	2000	55	>5000	3.5-4.0元	0.0016-0.002
三基色荧光灯	28	2680	96	10000	带镇流器40-60元	0.0149-0.0224
H型荧光灯	9	500-540	55-60	<8000	带镇流器10-12元	0.020-0.022
螺旋节能灯	26	1540	60	<8000	2.5-5.5元	0.0162
φ5白光LED	0.065	1.3-1.8	25-35	＞10000	0.5-1.5元	0.02-0.0428
2002年白光LED	1	20	20	20000	65元	3.25
2010年白光LED	1	120	120	100000	35	0.2917
2020年后白光LED	1	200	200	＞100000	15	0.075
日本白炽灯	60	720	12	＜2000	0.50美元	＄0.0007/Lm