1.4.1熒光燈的緊湊化
20世紀30年代後期，直管熒光燈問世了，圖中，燈玻管的內壁上塗有熒光粉，在燈管的兩端各有一個芯柱，在芯柱的導絲上裝有塗以熱電子發射材料的鎢螺旋絲電極，燈管內充有汞和惰性氣體。燈管內發生低氣壓汞放電後，所產生的紫外線激發熒光粉，使熒光粉發出可見光。
經過幾十年的發展，直管形熒光燈以其高的發光效率（60～80lm/W）和長的壽命（10000h以上）而被廣泛用於辦公室、學校、車站、工業建築等室內照明領域。然而，直至1973年，一直未能開發出既有高的光效、又有極好的顯色性的熒光燈。在對裝飾效果有高要求的商店、家庭和賓館等場合，直管熒光燈的不足之處還在於附件多、體積大、使用不如白熾燈方便、裝飾效果差。所以，在某些室內照明場合，熒光燈一直未能完全取代燈形小巧的白熾燈。
20世紀70年代的能源危機促進了節能照明光源的研究。依據於為得到好的顯色性所需的最小光譜功率分布的新觀點，荷蘭科學家在理論上確認，隻要熒光粉發出的可見輻射位於幾個特殊的窄發射帶上，通過適當地選擇發射帶的波長（450nm、540nm和610nm）及這些發射帶強度之間的比例，再加上適當地選取熒光粉，就可以製成既有高的發光效率又有非常好的顯色性的熒光燈。20世紀70年代中，飛利浦公司首先研製出具有所需的三個窄帶發射的稀土熒光粉（俗稱稀土三基色熒光粉），由於該熒光粉的輻射相對集中在人眼比較靈敏的區域、量子效率高、抗185nm短波紫外輻照的能力強、高溫工作特性好，它的開發成功為熒光燈的細管化和緊湊化開辟了新的途徑。
緊湊型熒光燈的基本結構和直管型的相同，但玻管形狀各異。緊湊型燈的玻管直徑比直管型的要細，經彎曲、平頭和橋接加工，構成一個非常緊湊的單元。由於燈的體積和白熾燈相仿，在原有的采用白熾燈的照明裝置和燈具中都可應用。
緊湊型熒光燈大體可分為兩大類：一類是將燈頭、鎮流器和燈管為一體的、不可拆卸的緊湊型熒光燈，國家標準稱之為自鎮流熒光燈，它帶有與白熾燈相同的螺口或卡口式燈頭，可直接替代白熾燈在市電下工作；另一類是帶有插腳式燈頭的單端熒光燈，它不能直接與市電連接使用，需要配合帶鎮流器的燈具和半燈具使用，這種半燈具類似於自鎮流熒光燈，但其燈管和帶鎮流器的燈頭部分是可以拆卸的，如果燈管壞了隻要單獨更換燈管就可以繼續使用。目前單端熒光燈用量相對較少，普遍使用的緊湊型熒光燈是自鎮流熒光燈，本書中所說的緊湊型熒光燈除特別說明外均是指自鎮流熒光燈。
采用稀土熒光粉製成的緊湊型自鎮流熒光燈兼有熒光燈和白熾燈的優點，具有光效高、壽命長、顯色性好、使用方便和裝飾美觀的特點，用這種緊湊型熒光燈代替耗能的白熾燈，給室內照明帶來了全新的變革。
1.4.2緊湊型熒光燈的能量平衡［30］
低氣壓汞放電熒光燈大致的能量平衡。由圖可見，輸入熒光燈的電能約3％轉換成了低氣壓汞低氣壓汞放電熒光燈大致的能量平衡放電的幾根特征可見輻射，約70％輸入電能轉換成了低氣壓汞放電的紫外輻射，約27％的電能轉換成了熱輻射（使氣體加熱，使電極加熱）。70％紫外輻射能中，有約26％經熒光粉轉換成可見光，餘下來的44％使熒光粉發熱（轉化成熒光粉的晶格振動能）而耗散。由圖可見，輸入熒光燈的電能隻有約29％轉變成了照明用可見光，高達70％的電能轉變為熱量而損耗（氣體損耗15％，雙極擴散的電離損耗5％，電極損耗7％，熒光粉發熱44％）。為了提高緊湊型熒光燈的發光效率，要采用量子效率更高的稀土熒光粉。
1.4.3緊湊型熒光燈的發光效率
緊湊型熒光燈的總效率取決於兩個主要因素：首先是從電源所供給的電能轉換成紫外輻射的效率；其次是紫外輻射轉換成可見輻射的效率。前者取決於放電管的設計；後者取決於為獲得所需光譜的熒光粉及這些粉的量子效率。
1.4.3.1燈的發光效率和燈的設計參數的關係
（1）最佳汞蒸氣壓
當燈內汞蒸氣壓為最佳汞蒸氣壓時，253.7nm紫外輻射效率最高，因而燈的發光效率也最高。給出了不同管徑時管內的最佳汞蒸氣壓。故此，對於給定管徑的燈，應設法使管內的汞的蒸氣壓處於所給出值的附近。
（2）燈管的弧長
弧長越長，紫外輻射效率越高。因此，應根據使用的要求盡可能地增加弧長，使燈的管電壓提高。在相同功率的條件下，燈管電壓的提高意味著可以采用小的電流，這就使放電的輻射效率提高，使燈的光效上升。
（3）燈管的內徑
在某一管徑值時，紫外輻射效率最高。對於緊湊型熒光燈而言，管內徑可選的範圍為5～15mm，在此範圍內，紫外輻射效率的差別不是很大。管內徑的選擇取決於單位弧長的輸入功率。單位弧長的輸入功率高時，所用管內徑應大些；單位弧長的輸入功率低時，所用管內徑可小些。若在單位弧長輸入功率高的場合采用小些的管內徑，雖然燈管更緊湊，但是燈管的光通維持率將減少。
（4）惰性氣體的充入量
對於擴散是主要電離損失機製的低氣壓汞-惰性氣體放電，管徑固定時，充氣壓的大小決定了電子溫度Te。因此，可改變充入惰性氣體的氣壓，將電子溫度調節到所希望的最佳數值。所謂最佳數值可以這樣定性地描述，即電子溫度必須低到足以使汞原子向所需能態63P1的激發比所有其它更高能態（例如61P1）的激發都多；同時又要高到足以使用於激發和輻射的能量（與Te成指數關係）遠遠超過損耗於彈性碰撞的能量（與Te成線性關係）。若充氣壓很低，則Te較高，61P1態的激發效率高，於是，185nm的輸出要比253.7nm的高；隨著充氣壓的提高，Te下降。到某一充氣壓時，63P1態的激發效率超過61P1態的，於是，253.7nm輸出將高於185nm的。當氣壓進一步上升時，由於Te下降得過多，總輻射輸出將下降，253.7nm的輸出也就下降。另外，隨著充入惰性氣體氣壓的提高，雙極性擴散所導致的電離損失下降，然而，當充氣壓大於133Pa時，彈性碰撞損耗上升，紫外輸出下降。因此，惰性氣體的充入量是這些效應的折中，在某一充氣壓下，放電的253.7nm輸出最高。對於氬氣，充入氣壓為133Pa時，發光效率最高；對於氪氣，充入氣壓可更低些。
當充氣壓約為133Pa時，燈有最高的發光效率。然而，因充氣壓低，燈陰極上的發射材料熱蒸發厲害；再者，因缺乏惰性氣體的緩衝作用，汞離子轟擊陰極發射塗層的能量較高，發射材料將劇烈濺射，這就使燈管的陰極壽命降低。另外，充氣壓低時，雙極擴散加劇，電子和汞離子在管壁複合數上升，複合時釋放出的10.42eV電離能會將構成熒光粉發光中心的化學鍵打斷，使熒光粉受損；再考慮到充氣壓低時，電子溫度上升，汞放電185nm紫外線的強度上升，電子溫度的上升使管壁處等離子體鞘層的電位Vf上升，如式（1-21）所示。於是，汞離子轟擊熒光粉層的能量增加，這兩者都使熒光粉劣化，使燈的流明維持率降低。為了使陰極的壽命延長，使燈的流明維持率改善，不得不犧牲燈的光效，采用較高一些的充氣壓。目前，緊湊型熒光燈常用的充氣壓為400～700Pa。