Gasentladung

Zum Zünden der Lampe ist eine hohe Zündspannung erforderlich, denn erst nachdem die Gasfüllung der Leuchtstofflampen ionisiert wurde, kann der Strom fließen. Der Wert der benötigten Zündspannung kann durch Vorheizen der Elektroden reduziert werden. Nach dem Zünden wird das Gas elektrisch leitend und es bildet sich ein Niederdruckplasma, das so lange erhalten bleibt, wie der u. a. vom Gasdruck abhängige Mindeststrom überschritten ist. Auch bei dessen Unterschreiten braucht das Plasma eine kurze Zeit, um zu rekombinieren, so dass es bei Betrieb der Lampe mit Wechselstrom auch bei der Stromrichtungsumkehr erhalten bleibt. Das trifft auf alle Gasentladungsröhren zu.

Das Plasma weist aufgrund der Stoßionisation einen negativen differentiellen Widerstand auf. Prägt man der Lampe einen größeren Strom auf, sinkt der Spannungsabfall zwischen den Elektroden. Der Betriebspunkt ist somit instabil und bei zu geringem Vorwiderstand zur Strombegrenzung wird die Lampe zerstört. Deshalb müssen Leuchtstofflampen, wie auch alle anderen Gasentladungslampen, mit einem Vorschaltgerät betrieben werden. Bei Betrieb mit Wechselstrom verwendet man eine Induktivität in Reihenschaltung zur Lampe. Der direkte Betrieb an Gleichstrom, der mit einem Vorwiderstand als Strombegrenzer oder per Konstantstromquelle prinzipiell denkbar wäre, ist aufgrund von Entmischungsvorgängen der Ionenarten in der Lampe problematisch, erheblich günstiger ist ein Wechselrichter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Seit den 1990er Jahren werden Leuchtstofflampen oft mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) betrieben, die Wechselspannung von 32 kHz bis über 40 kHz erzeugen. Dadurch entfällt in der Regel das 100-Hz-Flimmern, das von manchen Menschen als störend empfunden wird.

Das Plasma strahlt Licht aus, wenn die Quecksilberatome von den beschleunigten freien Elektronen angeregt werden und dann wieder auf ein niedrigeres Energieniveau zurückfallen. Im Falle von Quecksilbergas wird überwiegend Ultraviolettstrahlung mit nur geringem Anteil an sichtbarem Licht emittiert. Das wird sichtbar, wenn die Leuchtstoffbeschichtung einer Lampe nicht ganz bis zur Endkappe reicht oder durch Erschütterung abgefallen ist.

Sprachliche Unterscheidung der Neonröhren

Leuchtstofflampen oder -röhren werden umgangssprachlich mitunter fälschlich als Neonröhren bezeichnet. Diese sind historisch als erster Leuchtröhrentyp entwickelt worden. Eine (fachsprachlich echte) Neonröhre ist in ihrer reinen Form nur mit Neon gefüllt, das orange-rot leuchtet, und weist im Gegensatz zu Leuchtstofflampen weder Leuchtstoff an der Glasinnenwand noch Quecksilberdampf auf. Das Glasrohr mit nur 1 bis 2 cm Durchmesser kann klar oder rot gefärbt sein, kommt nicht in Standardgrößen vor und wird wegen der hohen Betriebsspannung nicht von Nutzern selbst getauscht. Mit anderen Gasen, zumeist anderen Edelgasen und Gasmischungen, selten auch unter Beimischung von etwas Quecksilberdampf, mitunter auch unter Verwendung eines Leuchtstoffbelags, werden andere, insbesondere kräftige Farben, aber auch Weiß erzielt.

Lampen mit Glühkathode

Bei Lampen mit Glühkathode ist an den Enden jeweils ein Heizdraht aus mit Erdalkalimetalloxiden beschichtetem Wolfram eingebaut. Eine solche Oxidkathode reduziert die Austrittsarbeit der Elektronen und ermöglicht Glühemission bei niedrigeren Temperaturen. Beim Startvorgang werden zunächst durch den die Lampe kurzschließenden Starter beide Elektrodenwendeln vom höheren Strom durchflossen, um sie zu heizen, sodass sie genügend Elektronen emittieren. Dann wird durch den Starter die Verbindung zwischen den Elektroden aufgehoben und für die Zündspannung freigegeben. Diese beschleunigt die Elektronen, die sich um den Kathodenheizdraht angesammelt haben, im elektrischen Feld in Richtung Anode. Bei ihrem Flug durch die Lampe stoßen die Elektronen mit den Quecksilber- und Argonatomen zusammen. Dabei wird das Gas ionisiert (Stoßionisation), und es entsteht ein Plasma innerhalb des Glaskolbens. Anschließend fließt der Betriebsstrom und es stellt sich die Brennspannung von etwa 50…100 Volt ein. Diese ist eine Wechselspannung, daher wirken beide Elektroden jeweils eine halbe Periode lang abwechselnd als Anode und als Kathode. Durch Ionenbombardement und den die Wendel und die Oxidschicht durchfließenden Betriebsstrom wird nun die Erwärmung der Kathoden gegen kühlende Elektronenemission und Wärmestrahlung aufrechterhalten und ein Heizstrom durch die Kathodenwendel ist nicht weiter erforderlich. Es bildet sich ein auf der Wendel wandernder Brennfleck mit hoher Stromdichte und Temperaturen über 1000 °C. Hierbei tritt durch Verdampfen und Ionenbombardement ein ständiger Verlust an Erdalkalimetall (Barium) auf, was schließlich zum Lebensdauerende der Lampen aufgrund tauber Kathoden führt. Bei ungenügender Vorheizung und generell beim Start der Lampe wie oben beschrieben treten zunächst besonders hohe Stromdichten und Temperaturen auf. Der Kathodenfall ist hoch und auftreffende Ionen haben besonders hohe Energie. Dies erklärt den lebensdauerverringernden Lampenstart sowie die hohe Bedeutung einer ausreichenden Vorheizung.
Elektronische Vorschaltgeräte (EVG) ermöglichen ein genauer definiertes und lampenschonenderes Vorheizen als Glimmstarter mit Vorschaltdrossel und erzielen daher eine höhere Lebensdauer der Lampen. Auch das Dimmen erfordert ein zusätzliches Beheizen der Glühwendeln und ist daher nur mit EVG möglich.

Lampen ohne Leuchtstoff werden unter anderem zur Entkeimung von Trinkwasser verwendet, da sich die UV-Strahlung besonders gut zum Abtöten von Kleinstlebewesen eignet. Dazu muss die Lampe aus Quarzglas gefertigt sein. Eine weitere Anwendung solcher Lampen war das Löschen von EPROMs. In Solarien und Diskotheken („Schwarzlicht“) werden Leuchtstoffe eingesetzt, die UV-A emittieren.

„Schwarzlichtlampen“ sind außerdem mit Nickeloxid beschichtet, das den sichtbaren Teil des Quecksilber-Spektrums absorbiert und nur den Ultraviolettanteil austreten lässt (Verwendung auch in der Mineralogie, im Schwarzen Theater und bei UV-Prüfgeräten für Banknoten, Dokumente, Ausweise etc.).

Auch Kompaktleuchtstofflampen („Energiesparlampen“) besitzen Röhren mit Glühkathoden.

Niederdruck-Natriumdampflampen sind ähnlich aufgebaut, jedoch ohne Leuchtstoff und mit Natrium statt des Quecksilbers. Sie haben eine höhere Lichtausbeute als Leuchtstofflampen, jedoch wegen des hohen Gelbanteils eine sehr schlechte Farbwiedergabe.

Kaltkathodenlampen

Kaltkathodenlampen (auch CCFL von engl. cold cathode fluorescent lamp) sind keine Leuchtstofflampen im üblichen deutschen Sprachgebrauch – sie zählen zu den Leuchtröhren. Kaltkathodenlampen sind prinzipiell aufgebaut wie die Heißkathodenlampen, nur dass hier keine Heizdrähte vorhanden sind – die Elektroden bestehen stattdessen aus Blechhülsen.

Ohne Vorheizung kann bei diesen Lampen der Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode nur durch eine gegenüber Heißkathodenlampen höhere Spannung erreicht werden. Auch die Zündspannung ist höher. Grund ist der sogenannte Kathodenfall – unmittelbar an den Kathoden ist eine hohe Feldstärke nötig, um Elektronen daraus zu lösen. Das führt gegenüber Heißkathodenlampen zu einem geringeren Wirkungsgrad, vermeidet jedoch die Heizung und Beschichtung der Elektroden und ermöglicht so eine einfachere, kostengünstigere Herstellung. Die Lebensdauer ist zudem erheblich höher, da der Verschleiß der Elektroden die Funktion im Gegensatz zur Heißkathodenlampe nicht beeinträchtigt.

Kaltkathodenlampen emittieren im Betrieb nicht unbedingt weniger Wärme als Heißkathodenlampen. Der niedrigere Wirkungsgrad führt bei gleicher Leistung sogar zu einer höheren Wärmeentwicklung.

Kaltkathodenlampen wurden für Leuchtreklame und als Hintergrundbeleuchtung (engl. backlight) von Flüssigkristallbildschirmen (LCD) eingesetzt.

Kaltkathodenlampen für Netzbetrieb wurden früher mit Streufeldtransformatoren betrieben, die einerseits die hohen erforderlichen Betriebsspannungen (5 bis 10 kV) zum Betrieb oft mehrerer, in Reihe geschalteter Lampen erzeugten und andererseits durch ihre Streuinduktivität ähnlich einer Drossel den Betriebsstrom begrenzten.

Heute sowie insbesondere bei Gleichstromquellen (z. B. Notebook) werden Inverter (Wechselrichter und Resonanztransformatoren) eingesetzt, die die hohen Spannungen auf elektronischem Wege erzeugen. Es gibt Inverter mit Ferrittransformator und solche mit piezoelektrischen Transformatoren. Letztere arbeiten nach dem Piezoeffekt und sind für Notebooks entwickelt worden.

Induktionslampe

Betrieb mit induktivem Vorschaltgerät (KVG & VVG)

Eine Leuchte mit konventionellem Vorschaltgerät (KVG) bzw. verlustarmen Vorschaltgerät (VVG) besteht aus einer Netz-Drossel (Drosselspule für 50 Hz) mit zusätzlich erforderlichem Starter. Er ist nahe der Lampe oder bei manchen Kompaktleuchtstofflampen im Sockel integriert.

Betrieb mit elektronischem Vorschaltgerät (EVG)

Die Anordnung aus konventionellem Vorschaltgerät und Starter kann durch ein elektronisches Vorschaltgerät ersetzt werden, üblicherweise sind das Resonanzwandler. Das Bild zeigt den Aufbau für eine Kompaktleuchtstofflampe („Energiesparlampe“). Zusammen mit dem Siebkondensator (Elektrolytkondensator, großer aufrecht stehender Zylinder) erzeugt der Gleichrichter (kleines schwarzes Bauteil mit dem Aufdruck „+ −“ oberhalb des Kondensators) eine Gleichspannung. Die beiden aufrecht stehenden Bipolartransistoren links vom Siebkondensator wandeln sie in eine hochfrequente Wechselspannung von etwa 40 kHz um, die einen Resonanztransformator (Drossel mit dem Aufdruck „3.5 mH“ und einer der Kondensatoren (4,7 nF) in den rechteckförmigen Plastikgehäusen) mit der Leuchtstofflampe als Last treibt. Der kleine Transformator, bestehend aus einem Ferritkern mit 2×3 und 1×5 Windungen, dient zur Steuerung der Halbbrücke aus den beiden Transistoren. Ins Lampengehäuse integrierte EVGs enthalten üblicherweise eine eingebaute Sicherung.

• Elektronisches Betriebsgerät einer Kompaktleuchtstofflampe
• Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für T8-Leuchtstofflampe im geöffneten Zustand
• Endstufe eines Resonanzwandlers mit Resonanztransformator

Die Zündung der Leuchtstofflampe erfolgt nach vorheriger Vorheizung durch die Einstellung der Taktfrequenz der Halbbrücke auf einen Wert, der den Reihenschwingkreis in die Resonanz steuert, was zu einer hohen Spannung von etwa 1000 V über der Lampe führt, die die Leuchtstofflampe zündet. Nach der Zündung fällt die Impedanz der Lampe auf ihren Betriebswert, wodurch sich an der Lampe die Betriebsspannung einstellt.

Als Vorteile gegenüber dem konventionellen Vorschaltgerät ergeben sich, je nach Bauform:

• fast keine Blindleistung (Geräte mit Leistungsfaktorkorrektur)
• geringere Verlustleistung in Vorschaltgerät und Lampe (Ersparnis bis zu 30 %)
• zuverlässiger und schneller Start
• flimmerfreier Betrieb ohne Stroboskopeffekt, daher auch an rotierenden Maschinen einsetzbar
• Fehlererkennung und Abschaltung bei defekter Lampe
• geringere Geräuschentwicklung (kein Netzbrummen)
• Leistungsstabilisierung bei Netzspannungsschwankungen
• Betrieb gleichermaßen an Gleichspannung von Notstromanlagen
• Typen für Betrieb mit Kleinspannung (zum Beispiel 24 V oder 12 V) verfügbar

Die Wirkverlustleistung eines EVG für eine 58-Watt-Leuchtstofflampe beträgt weniger als 2 Watt (Vergleich KVG: 8 bis 13 Watt). Eine weitere Energieeinsparung, den sogenannten HF-Gewinn, erzielt man durch die durchschnittlich bessere Leitfähigkeit des Plasmas: durch den Betrieb mit Hochfrequenz (50 kHz) statt mit Netzfrequenz (50 Hz) entfallen die Phasen, in denen die ionisierten Atome mit den freien Elektronen rekombinieren und ein schlecht leitfähiges Plasma ergeben.

Zur Beurteilung des Energieverbrauchs werden EVG wie andere elektrische Verbraucher in Energieeffizienzklassen des Energie-Effizienz-Index (EEI) eingeteilt. Der EEI berücksichtigt sowohl die Leistungsaufnahme des EVG als auch die Lichtausbeute der Lampe. Innerhalb dieser Klassifizierung erreichen gute EVG die Klasse A2. Der Wirkungsgrad eines EVG kann bis zu 95 Prozent erreichen.

Dimmbare EVG können den Lampenstrom variieren, um so eine Helligkeitsregelung (z. B. 3 bis 100 Prozent Helligkeit) der Lampe zu erreichen. Bei geringerer Helligkeit ist die Leistungsaufnahme des EVG niedriger, wodurch dimmbare EVG unter Umständen in die EEI-Klasse A1 eingeteilt werden können. Bei fernsteuerbaren EVG ist der Stand-by-Verbrauch der Wirtschaftlichkeit abträglich.

Ein elektronisches Vorschaltgerät ist etwas teurer als ein vergleichbares konventionelles Vorschaltgerät, jedoch hat in der Regel der niedrigere Energieverbrauch sowie die erhöhte Lebensdauer der Lampen eine deutlich größere Kosteneinsparung zur Folge. Andererseits haben EVG eine gegenüber dem VVG deutlich geringere Lebensdauer (ca. 50.000 Stunden). Des Weiteren dürfen laut der EU-Richtlinie 2000/55/EG Vorschaltgeräte mit der Energieeffizienzklassifizierung C bzw. D seit November 2005 nicht mehr in den freien Handel gebracht werden.

Die höhere Betriebsfrequenz reduziert zusammen mit dem Nachleuchten der fluoreszierenden Leuchtstoffschicht die Dunkelphasen beim Nulldurchgang der Spannung, weshalb auch die Amplitude der Helligkeitsschwankungen gegenüber dem 50-Hz-Betrieb reduziert ist.

Elektronische Vorschaltgeräte erzeugen andersartige und unter Umständen stärkere Störemissionen als Lampen mit Vorschaltdrossel.

Elektronische Vorschaltgeräte, insbesondere solche mit Fernsteuerung, müssen zusätzliche schützende Bauelemente enthalten, um sie immun gegenüber Netzüberspannungen (Surge) und Netztransienten (Burst) zu machen.

Adapter für die Umrüstung auf T5-Lampen mit EVG

Ältere Leuchten mit KVG für T8-Leuchtstofflampen lassen sich mit Adaptern mit Aufsteck-EVG auf kürzere T5-Lampen kleinerer Leistung umrüsten. Diese EVG werden als Adapterset einseitig oder beidseitig (verbunden oder unverbunden) zwischen Lampe und alte Leuchtenfassung gesteckt. Bei der Umrüstung bleibt die konventionelle Vorschaltdrossel im Stromkreis (als ohmscher Widerstand mit geringer Verlustleistung). Der Starter der konventionellen Leuchte wird bei der Umrüstung durch einen Überbrücker (gleiche Bauform, jedoch kurzgeschlossene Anschlüsse, teilweise mit Feinsicherung) ersetzt.

Das für den Betrieb von T5-Lampen notwendige EVG ermöglicht einen flimmerfreien Betrieb. Je nach Hersteller liegen die Einsparmöglichkeiten bei bis zu ca. 50 Prozent der Stromkosten, gleichzeitig sinkt auch der Lichtstrom (= Helligkeit) in ähnlichem Maß. Diese Adapter reduzieren den Aufwand zur Umrüstung der Leuchten auf eine höhere Energieeffizienz, es ist kein Elektriker nötig. Durch das Verbot der T8/KVG-Systeme im April 2010 (siehe Energielabel) kann das eine Alternative zum kompletten Umbau oder Austausch darstellen. In Deutschland sollen 400 Mio. Lampen im Einsatz sein, davon weit über 50 Prozent noch T8 oder T12 mit KVG.

Solche Umrüstungen können da sinnvoll sein, wo große Mengen von Leuchtstofflampen durch ihre Blindleistung die Stromnetze stark belasten, meist große Läden in ländlichen Gebieten. Werden neue Leuchten verbaut, kann es zu Engpässen der Stromversorgung kommen. Da die Blindleistung nach der Umrüstung um 99 % abnehmen soll und die Wirkleistung um über 50 %, werden teils erhebliche Leistungen zur weiteren Nutzung frei. In Gebieten mit beschränkter Netzkapazität kann das ein großer Vorteil sein.

T5-Lampen benötigen gegenüber T8-Lampen eine höhere Umgebungstemperatur für ihren maximalen Lichtstrom (T5 benötigt ca. 35 °C, T8 benötigt 25 °C), was allerdings durch die Eigenerwärmung der T5-Lampe vorteilhaft ist. In kühlen Umgebungen sind allerdings Systeme mit Hüllrohr sinnvoll. Durch Verwendung hochwertiger Spiegelreflektoren kann dieser Verlust unter Umständen ausgeglichen werden. Es gibt auch Adapter, die durch einen gedrosselten Betrieb zwar ein hohes Einsparpotential bieten, bei denen die Lichtausbeute aber deutlich unter der einer T8-Lampe liegt.

Es gibt grundsätzlich Systeme mit einer passiven und einer aktiven Seite. Diese Systeme heizen nur eine Wendel der Lampe vor dem Start und machen dann einen sogenannten Rapidstart. Das ist an sich nicht durch die Norm der Vorschaltung für Leuchtstofflampen gedeckt. Andere Systeme haben einen beidseitigen Warmstart und haben damit die Möglichkeit, den Softstart mit geringerer Zündspannung durchzuführen. Die Glühwendeln der Lampen altern merklich weniger, die schwarzen Enden bleiben aus. Mit dieser Technik (Voraussetzung ist u. a. eine Kabelverbindung zwischen beiden Enden) versehene EVGs haben dann auch die Möglichkeit, ein ENEC-Prüfzeichen (geprüfte Leuchtenkomponente) zu erhalten. Es ist sinnvoll, direkt bei der Prüfstelle, z. B. beim VDE oder dem TÜV nachzusehen, ob der entsprechende Adapter ein Prüfsiegel hat. Beispielsweise sind Adapter am Markt, die mit einem VDE-Zeichen werben, das sich allerdings nur auf die Sicherheit und nicht auf die Funktion als Vorschaltgerät bezieht. Die Systeme haben je nach Art der Schaltung auch eine Möglichkeit der Erhöhung der Leistung mit aktiven Leistungsfaktorkorrekturfilter im Eingang. Damit ist eine 35-Watt-T5-Lampe (dann mit 38 betrieben) annähernd so hell wie eine 58-Watt-T8-Lampe, die mit KVG und Starter in der Regel ca. 71 Watt verbraucht. Die T5-Lampen werden jedoch außerhalb ihrer Spezifikation betrieben, was die Lebensdauer stark reduziert.

Ersatz von Leuchtstofflampen durch LED-Lampen

Sogenannte LED-Retrofit-Lampen für Leuchtstofflampen sind je nach Typ für den Betrieb in Leuchten mit elektromagnetischem Vorschaltgerät (KVG/VVG) oder elektronischem Vorschaltgerät (EVG) ausgelegt, ohne dass die Leuchten umgebaut werden müssen. Bei Leuchten mit KVG/VVG ist bei Austausch der Leuchtstofflampe gegen eine LED-Röhre der Starter der Leuchtstofflampe durch einen Dummy (Brücke) zu ersetzen. Dieser liegt oft den LED-Lampen bei. Der Lichtstrom von LED-Retrofit-Lampen wird bei den meisten Modellen in den Halbraum (120 bis 180°) abgegeben, während Leuchtstofflampen rundum abstrahlen. LED-Retrofits sind daher in Leuchten, die eine gleichmäßige Ausleuchtung erfordern – etwa Leuchtkästen für Werbung oder Lichtsäulen – nachteilig. In Leuchten, die zu einer Seite hin lichtundurchlässig sind — etwa Hängeleuchten mit einem deckenseitigen Abdeckblech — können LED-Retrofits den Leuchtenbetriebswirkungsgrad erhöhen. LED-Retrofit-Lampen arbeiten, wie alle LED, umso effizienter, je tiefer die Umgebungstemperaturen sind. Hierbei bieten sie einen Vorteil gegenüber Leuchtstofflampen, die bei Kälte nicht oder nicht sofort den vollen Lichtstrom abgeben. Erst ab Temperaturen von −50 °C und weniger benötigen LED-Leuchtmittel besondere Vorkehrungen, um mit diesen Temperaturen zurechtzukommen. Weitere Vorteile sind die Quecksilberfreiheit, wodurch bei Bruch und Entsorgung weniger Gefahren auftreten, sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Aus- und Einschalten.

Die Lebensdauer der LED-Röhren werden von bekannten Herstellern mit 25.000 bis 60.000 h angegeben. Bei LED-Röhren, bzw. LED-Leuchtmittel im Allgemeinen, ist am Ende der Lebensdauer jedoch nicht mit einem Ausfall zu rechnen. Denn das Lebensdauerende wird als jener Zeitpunkt definiert, bei der noch 80 % oder 70 % der ursprünglichen Leuchtkraft vorliegt (Lichtstromrückgang).

Die Lebensdauer von Leuchtstofflampen beträgt zum Vergleich rund 13.000 h bis 20.000 h einhergehend mit einer Helligkeitsreduktion auf 95 % bis 70 %. Im Falle von konventionellen Leuchtstofflampen ist am Ende der Lebensdauer tatsächlich mit einem Ausfall zu rechnen.

Lichtfarbe

Leuchtstofflampen erzeugen im Gegensatz zur Glühlampe prinzipbedingt kein kontinuierliches Farbspektrum. Vereinfacht können Leuchtstofflampen nach ihren Lichtfarben in warmweiß (engl. warm white), neutral-/kaltweiß (engl. cool white) und tageslichtweiß (engl. day light) eingeteilt werden. Die farbliche Zusammensetzung des Lichtes wird bei Leuchtstofflampen wesentlich durch die Zusammensetzung der Beschichtung des Glases, zu einem Teil aber auch durch die primären Emissionslinien der Gasfüllung und deren Hindurchtreten durch den Leuchtstoff und das Glas bestimmt. Die Leuchtstoffbeschichtung besteht aus kristallinen Pulvern (vorwiegend anorganische Oxide), die im Falle von Dreibanden-Leuchtstoffen Spuren von zwei- oder dreiwertigen Lanthanoidkationen enthalten, die je nach eingesetztem Lanthanoid und des zugrundeliegenden Wirtsgittersystems unterschiedliche Farben erzeugen. Diese Farben ergeben additiv die Lichtfarbe der Lampe. Die Standardleuchtstoffe basieren auf Calciumhalophosphat der allgemeinen Formel Ca₁₀(PO₄)₆(F,Cl):Sb,Mn, wobei die unterschiedliche Farbtemperatur durch Variation der Konzentration beider Dotierelemente Mangan (Mn) und Antimon (Sb) erzielt wird.

Neben Weißtönen sind Leuchtstofflampen u. a. zu Dekorationszwecken auch einfarbig (z. b. rot, gelb, grün, blau) erhältlich. Dies wird durch Variationen des fluoreszierenden Leuchtstoffes erreicht. Ein Anwendungsbeispiel für farbige Leuchtstofflampen ist die LHGL-Wanne. Auch sind Schwarzlichtlampen verfügbar, welche mit einem Leuchtstoff (Europium-dotiertes Strontiumfluoroborat oder -tetraborat für 370 nm bzw. bleidotiertes Bariumsilikat für 350 nm) arbeiten, um die im UV-B-Bereich liegende Quecksilberlinie in den UV-A-Bereich zu konvertieren. Diese Lampen haben ein mit Nickeloxid dotiertes Glasrohr, um sichtbares Licht mit Wellenlängen größer 400 nm zu absorbieren.

Die Farbtemperatur von Leuchtstofflampen ist von der Umgebungstemperatur abhängig. Leuchtstofflampen sind für eine Raumtemperatur von etwa 20 °C ausgelegt, bei dieser Raumtemperatur erwärmen sie sich auf knapp 35 °C. Wird diese Temperatur wesentlich unterschritten, beginnt das enthaltene Argon stärker zu leuchten, und die Leuchtstofflampe sendet mehr infrarotes Licht aus. Es gibt spezielle Leuchtstofflampen für niedrige Umgebungstemperaturen für Anwendungen im Außenbereich oder in Kühlanlagen. Bei großer Kälte (um −25 °C) hat eine Straßenbeleuchtung mit Leuchtstofflampen einen deutlich reduzierten Lichtstrom, was anhand der reduzierten Helligkeit sichtbar ist.

Die weiße Lichtfarbe der Lampen ist für die Wohnqualität mit von Bedeutung. Die Lichtfarben sind den verschiedenen Arbeitsaufgaben bzw. Arbeitsstätten zugeordnet. Weißes Licht ist gemäß DIN 5035 in drei Farbtemperaturbereiche eingeteilt:

• Spektrum einer Tageslichtlampe
• Spektrum einer Leuchtstofflampe. Die Zahlen geben die Wellenlänge der Spektrallinien des Quecksilbers in nm an. Angeregt durch die UV-Strahlung des Quecksilbers emittieren die Leuchtstoffe mehreren Farben im sichtbaren Bereich.
• Schwarzlichtlampe (UV-A) und darunter eine klare UV-C-Lampe ohne Leuchtstoff

Farbwiedergabe

Die Farbwiedergabe von (Leuchtstoff)-Lampen wird durch den Farbwiedergabeindex ${\displaystyle R_{\mathrm {a} }}$ beschrieben, welcher sich im Bereich von 0…100 bewegt. Je höher der Wert, umso besser ist die Farbwiedergabe eine Lampe. Dabei haben Leuchtstofflampen mit Standardleuchtstoffen aus Halophosphaten zwar Vorteile beim Preis, jedoch den Nachteil einer schlechten Farbwiedergabe (zwischen 50 und 75) bei verringerter Lichtausbeute. Dreibanden-Leuchtstofflampen sind im Hinblick auf die Farbwiedergabe und den erzielbaren Lichtstrom deutlich besser. Hier besteht die Leuchtstoffbeschichtung aus einer Mischung von drei Leuchtstoffen, die im roten, grünen, und blauen Bereich des sichtbaren Spektrums relativ scharfbandige Emissionen zeigen und deren Spektren sich entsprechend dem Prinzip der additiven Farbmischung in der Lampe zu weißem Licht addieren. Die beste Farbwiedergabe haben sogenannte Vollspektrumleuchtstofflampen – hier treten die geringsten Farbverfälschungen auf. Das Spektrum ist tageslichtähnlich und fast genauso kontinuierlich. Das wird durch Einsatz von mindestens vier unterschiedlichen Leuchtstoffen erreicht (Fünfbanden-Leuchtstofflampen).

Farbbezeichnung

Die Hersteller nutzen ein international einheitliches, herstellerneutrales Farbbezeichnungssystem. Es verwendet dreistellige Zahlen, bei denen die erste Ziffer den Bereich der Farbwiedergabequalität angibt und die beiden letzten Ziffern die Farbtemperatur in Kelvin bezeichnen.

1. Ziffer Farbwiedergabe⁠1	${\displaystyle R_{\mathrm {a} }}$-Bereich	2. + 3. Ziffer Lichtfarbe⁠1	Farbtemperatur
9	090 – 100	27	2.700 K
8	80 – 89	30	3.000 K
7	70 – 79	40	4.000 K
6	60 – 69	50	5.000 K
5	50 – 59	60	6.000 K
4	40 – 49	65	6.500 K
1  Auflistung beispielhaft, nicht abschließend

Folgende Farbbezeichnung sind gebräuchlich, wobei die Namen der Lichtfarben aus dem Katalog von Osram stammen und bei anderen Herstellern variieren können:

Eine Leuchtstofflampe mit einer Farbwiedergabe über 90 (Klasse 1A nach DIN 5035-1) büßt im niedrigeren Farbtemperaturbereich noch deutlich mehr Lichtausbeute ein als im höheren. Eine Lampe der Farbe 840 (mit Dreibanden-Leuchtstoff) und 36 Watt Leistung erreicht einen Lichtstrom von ca. 3350 Lumen (Osram Lumilux T8). Die entsprechende Lampe der Farbe 940 (Lumilux De Luxe) erreicht 2900 Lumen, die Lampe der Farbe 954 etwa 2850 Lumen, und diejenige der Farbe 930 nur noch rund 2700 Lumen.

Leuchtstofflampen mit einer Farbwiedergabe unter 80 sollten rein technisch als veraltet angesehen werden. Jedoch kommen Lampen mit den Farbkennungen 640 und 740 nach wie vor in der Beleuchtung öffentlicher Plätze zum Einsatz, da sie zu einem günstigeren Preis erhältlich sind als Dreibanden-Lampen mit der Kennung 840. Aufgrund der Nachfrage gibt es somit für die Beleuchtungsindustrie vorerst keinen Grund, die Produktion einzustellen. Lediglich die Lichtfarbe 530 wird auf dem Markt immer seltener.

Die Farbe „neutralweiß“ wird am häufigsten ausgewählt. In einem Raum sollte stets die gleiche Lichtfarbe eingesetzt werden. Für den Wohnbereich kann z. B. die Farbnummer 827 oder 930 gewählt werden. Im Büro ist 840 üblich, wobei 854, 865 oder gar 880 laut einiger Studien zu gesteigerter Leistungsfähigkeit führen sollen, da das Licht mehr Blauanteile enthält und entsprechend tageslichtähnlicher ist.

In vielen Anwendungsfällen bilden die neutralweißen Lampen einen guten Kompromiss, die kaltweißen oder tageslichtähnlichen haben Vorteile bei gleichzeitigem Tageslichteinfall, wogegen die warmweißen sich mit Glühlampenlicht besser vertragen. Letztendlich ist die Festlegung der Farbtemperatur eine Nutzerentscheidung.

Energieeffizienz

Leuchtstofflampen erreichen eine Lichtausbeute von etwa 45 bis 100 Lumen pro Watt (zum Vergleich: normale Glühlampe: ca. 10–15 lm/W) und haben somit eine vergleichsweise hohe Energieeffizienz; diese wird von Schwefellampen (95 lm/W) und Natriumdampflampen (150 lm/W) – bei schlechterem Farbwiedergabeindex – und Metallhalogendampf-Hochdruckentladungslampen (etwa 95 lm/W) übertroffen. Auch moderne LEDs erreichen eine höhere Effizienz als Leuchtstoffröhren (>100 lm/W).

Leuchtstofflampen sparen somit gegenüber Glühlampen etwa 70 bis 85 % Energie ein. In Messeinrichtungen werden neue Leuchtstofflampen erst 100 bis 200 Stunden gealtert, die Messung erfolgt erst etwa 10 bis 20 Minuten (je nach Typ) nach dem Einschalten.

Alle Leuchtstofflampen erreichen ihren höheren Betriebsdruck erst nach Erwärmung und erreichen daher ihre volle Leuchtkraft erst nach einigen Sekunden bis Minuten. Deutlicher ist dieser Effekt bei Kompaktleuchtstofflampen zu beobachten, da diese mit höheren Betriebsdrücken bzw. Temperaturen arbeiten. Insbesondere bei sehr niedriger Umgebungstemperatur und ohne ein umgebendes Leuchtengehäuse bleibt die Leuchtstärke von Leuchtstofflampen zum Teil deutlich geringer als bei Raumtemperatur. Aus diesem Grund werden für Beleuchtungen im Außenbereich oder in Kühlräumen spezielle kältefeste Leuchtstofflampen verwendet, die auch bei geringen Umgebungstemperaturen noch funktionieren. Die maximale und die typische Ausbeute dieser speziellen Lampen liegt deutlich unter der normaler, hocheffizienter Leuchtstofflampen. Für diese Anwendungen sind heute LED-Lampen prädestiniert, die hier keinen Effizienzverlust aufweisen. Ähnliche Effizienz-Nachteile gibt es bei Vollspektrumleuchtstofflampen; deren besondere Leuchtstoffzusammensetzung ermöglicht – zu Lasten der Effizienz – einen hohen Farbwiedergabeindex von über 90.

Der etwa vier- bis sechsfach höheren Lichtausbeute von Leuchtstofflampen im Vergleich zu Glühlampen stehen ein größeres Volumen, höherer Anschaffungspreis und das verzögerte Erreichen der vollen Helligkeit gegenüber.

Lebensdauer

Leuchtstofflampen zeichnen sich durch eine sehr lange Lebensdauer aus, die durch die Adsorption des Quecksilbers an den Lampenkomponenten, durch Zersetzung des Leuchtstoffes und durch die Lebensdauer der Glühkathoden begrenzt ist.

Herkömmliche Leuchtstofflampen (T8, Halophosphat) haben eine echte Nutzlebensdauer von 6000 bis 8000 Stunden an einem konventionellen Vorschaltgerät. Eine moderne Leuchtstofflampe (T5 und T8, Tri-Phosphor) erreicht eine Nutzleuchtdauer von 15.000 Stunden am VVG und bis 25.000 Stunden am EVG, Spezialversionen sogar bis zu 80.000 Stunden. Eine Kompaktleuchtstofflampe erreicht eine Nutzleuchtdauer von meist zwischen 5000 und 15.000 Stunden. Nach dieser Zeit senden die Lampen weniger als 80 % des ursprünglichen Lichtstromes aus. Neuere Leuchtstoffe erlauben einen Betrieb bis zum Versagen der Kathoden, da sie auch dann noch 80…90 % des ursprünglichen Lichtstromes liefern. Zur Erreichung der Nennlebensdauer wird empfohlen, Leuchtstofflampen, die an dimmbaren EVG betrieben werden, vor dem Dimmen 100 Stunden lang bei voller Leistung einzubrennen, um die Kathodenbeschichtung zu stabilisieren.

Um eine hohe Lebensdauer zu erreichen, sollten Leuchtstofflampen möglichst wenig geschaltet werden, beim Start müssen die Kathoden vorheizen (Warmstart), da ein Kaltstart (Zünden der Lampenentladung bei kalten Kathoden) die Lebensdauer stark verringert. Mit EVG gelingt das sicherer als mit KVG und Glimmstartern. Die Nennlebensdauer wird mit einem Schaltzyklus von 3 Stunden (165 min ein, 15 min aus) ermittelt. Eine Ausnahme bilden neuere Typen von Energiesparlampen, die durch eine Steuerung der Vorheizphase statt für wenige 10.000 für mehrere 100.000 Schaltvorgänge ausgelegt sind.

Kompaktleuchtstofflampen mit integriertem Vorschaltgerät (sog. Energiesparlampen) versagen häufig durch Ausfälle des elektronischen Vorschaltgerätes; dieses ist oft empfindlich gegenüber erhöhten Umgebungstemperaturen, was besonders in geschlossenen Leuchten zu Frühausfällen führt.

Flimmern und Stroboskopeffekt

Bedingt durch die Netzfrequenz (50 bzw. 60 Hz) erlischt das Lampenlicht bei konventionellen Vorschaltgeräten im Bereich eines jeden Nulldurchganges. Es entstehen Hell-Dunkel-Phasen im 100- bzw. 120-Hz-Rhythmus (Flimmern), die Stroboskopeffekte hervorrufen können, die sich bei schnellen Bewegungen bemerkbar machen oder bei rotierenden Arbeitsmaschinen eine langsame oder stehende Maschine vortäuschen können. Das Flimmern führt außerdem zu schnellerer Ermüdung. Eine Verbesserung bringt die Duoschaltung oder bei großen Anlagen die Versorgung mit Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom), wodurch mehrere Lampen ihr Licht phasenverschoben abgeben.

Elektronische Vorschaltgeräte (auch die Aufsteck-EVGs, die zum Umrüsten von T8-Leuchten mit konventionellem Vorschaltgerät auf T5-Lampen kleinerer Leistung angeboten werden) können nahezu flimmerfreies Licht liefern, da sie die Lampe mit Wechselstrom einer höheren Frequenz (typischerweise 45.000 Hz) betreiben. Die dadurch entstehende hochfrequente Helligkeitsschwankung (90.000 Hz) ist vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbar, zumal sie durch das Nachleuchten des Leuchtstoffes noch gedämpft wird. Je nach Qualität und Auslegung des EVG kann aber die Netzfrequenz die Amplitude des hochfrequenten Stroms mehr oder weniger modulieren, so dass ein Rest des 100- bzw. 120-Hz-Flimmerns verbleibt. Das betrifft vor allem Kompaktleuchtstofflampen mit integriertem, meist kostengünstig ausgelegtem EVG mit einem zu klein dimensionierten Glättungskondensator. Dieser kann außerdem aufgrund der hohen Umgebungstemperatur im Lampensockel, vor allem bei hängender Montage, relativ schnell austrocknen.

Umweltschutz und Recycling

Das Quecksilber in Leuchtstofflampen ist giftig für Mensch und Umwelt, die Beschichtung (Leuchtstoff und Kathodenbeschichtung) der Lampe ebenfalls. Bei einem Bruch oder Riss wird sofort Quecksilber und schadstoffhaltiger Staub frei, andere Stoffe werden bei der Zersetzung oder Verbrennung frei und bilden teilweise noch giftigere Abbauprodukte, Aerosole oder Gase. Zudem sind die verwendeten Werkstoffe Europium, Zinn und Kupfer relativ teuer und können teilweise zurückgewonnen werden. Aus diesen Gründen dürfen ausgediente Leuchtstofflampen seit dem 24. März 2006 nicht über den Hausmüll oder Restmüll entsorgt werden.

Innerhalb der EU ist das Recycling von Leuchtstofflampen und anderen Leuchtmitteln durch die WEEE-Richtlinie geregelt, welche in Deutschland durch das Elektro- und Elektronikgerätegesetz umgesetzt wurde. Leuchtstofflampen aus Privathaushalten müssen bei einer Sammelstelle (Altstoffsammelzentrum, Wertstoffhof) oder den zur Zurücknahme gesetzlich verpflichteten Händlern abgegeben werden. Die Regelung für Leuchtstofflampen aus dem gewerblichen Bereich ist in den einzelnen EU-Mitgliedstaaten unterschiedlich. In Deutschland haben die Lichthersteller die Lightcycle Retourlogistik und Service GmbH, eine Non-Profit-Organisation, gegründet, welche die bundesweite Rücknahmelogistik für ausgediente Leuchtmittel (Gasentladungs- und LED-Lampen) betreibt und die eingesammelten Altlampen dem fachgerechten Altlampen-Recycling zuführt. Haushaltsübliche Mengen von Kleinbetrieben können aber auch über die öffentlichen Sammelstellen entsorgt werden, welche ebenfalls von Lightcycle betreut werden.

Der erforderliche Quecksilbergehalt pro Lampe wurde im Laufe der Entwicklungsgeschichte laufend reduziert. Da ein Großteil des Quecksilbers durch Adsorption am Glas, an den Elektroden und am Leuchtstoff während der Lebensdauer verloren geht, mussten insbesondere ältere Lampen einen größeren Quecksilbervorrat (mehrere 10 Milligramm) enthalten. Die Reduzierung der Menge ist durch Schutzschichten von Glas und Leuchtstoff möglich geworden. Der Bleigehalt von Lötverbindungen, insbesondere in Lampen mit integriertem Vorschaltgerät, war ein Recycling-Problem und ist durch die RoHS-Richtlinien auf nahe null abgesenkt worden. Weitere in Leuchtstofflampen enthaltene Schadstoffe sind geringe Mengen Barium, Strontium und Antimon sowie Halogenierte Flammschutzmittel (Kunststoffteile von Energiesparlampen).

Elektrosmog und elektromagnetische Verträglichkeit

Grundsätzlich müssen Leuchtstofflampen und die für diese konstruierten Leuchten, wie alle anderen im Handel erhältlichen elektrischen Geräte, Grenzwerte der elektromagnetischen Verträglichkeit erfüllen. Das wird durch die auf den Geräten angebrachte CE-Kennzeichnung dokumentiert. Damit sind Störaussendungen auf ein Maß begrenzt, bei dem eine Beeinträchtigung anderer Geräte hinnehmbar (weil gering oder kurzzeitig) ist. Ebenso durch CE gewährleistet, muss die Robustheit der Leuchten gegenüber Störungen aus der Netzversorgung gegeben sein. Hier handelt es sich um Tests mit typischen Störimpulsen (sog. burst, typisch für Folgen von Schaltvorgängen im Netz, und surge, typ. für Blitzeinschlagsfolgen), die die Geräte überstehen müssen. KVG sind hier naturgemäß kaum anfällig.

Die nachfolgend aufgelisteten Störungen durch die Leuchte sind möglich:

• Leuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät erzeugen durch den darin befindlichen Inverter breitbandige Hochfrequenz, die teilweise von der Lampe und deren Zuleitungen abgestrahlt wird. Maßgeblich ist dabei die Arbeitsfrequenz von meist knapp unterhalb 50 kHz sowie deren Harmonische (Oberschwingungen).
• Auch Leuchtstofflampen mit konventionellem Vorschaltgerät geben ein breitbandiges Störspektrum vorrangig im Frequenzbereich des AM-Rundfunks ab. Gestört wird unter anderem der Rundfunkempfang auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle.
• Störend kann sich der Startvorgang konventioneller Leuchtstofflampen auch auf Audioanlagen auswirken – der generierte breitbandige Störimpuls breitet sich auf den Netzleitungen aus und gelangt meist kapazitiv auf verschiedenen Wegen in Signalzuleitungen und Verstärker. Die wirksamste Maßnahme dagegen und auch gegen die breitbandigen Störungen im Betrieb ist die sog. Nahentstörung in der Leuchte (Kondensator im Glimmstarter) oder ein Netzfilter vor der Leuchte oder den gestörten Verbrauchern.
• Gelegentlich stört durch EVGs erzeugtes Licht die IR-Empfänger der Fernbedienung von Geräten der Unterhaltungselektronik, da deren Arbeitsfrequenzen ähnlich sind.

Elektrosmog ist ein umgangssprachlicher Begriff, der nichtionisierende Strahlung (Funkwellen) und elektrische sowie magnetische Felder und deren unterstellte gesundheitliche Beeinträchtigungen umfasst. Insbesondere konventionelle Vorschaltgeräte erzeugen ein magnetisches Streufeld mit einer Frequenz von 50 Hz. Die Auswirkungen von Elektrosmog auf die Gesundheit sind stark umstritten.

Verkaufsverbot in der EU

Wie Glühlampen sind auch Leuchtstofflampen von dem Verkaufsverbot in der EU betroffen. Das Verbot ist in der Verordnung (EG) Nr. 245/2009 geregelt, die der Umsetzung der Ökodesign-Richtlinie 2005/32/EG dient, und tritt in drei Stufen in Kraft:

Ab der ersten Stufe seit April 2010 gelten Mindestwerte für die Lichtausbeute und Farbwiedergabe von T8- und T5-Lampen, weniger effiziente Lampen dieser Typen dürfen nicht mehr in Verkehr gebracht werden. Gleichzeitig müssen Hersteller detaillierte technische Angaben zu allen Lampen veröffentlichen. Ab der zweiten Stufe seit April 2012 gelten die Werte auch für alle anderen Zweisockellampen (z. B. T10 und T12), was ein faktisches Verbot der T12-Lampen bedeutet. Gleichzeitig traten Anforderungen an die Lebensdauer und den Rückgang des Lichtstroms während des Betriebs in Kraft. Die dritte Stufe fordert seit April 2017, dass alle Leuchtstofflampen mit Vorschaltgeräten der Energieeffizienzklasse A2 kompatibel sein müssen. Seit dem 25. August 2023 dürfen auch die T8- und T5-Leuchtstoffröhren nicht mehr in Verkehr gebracht werden.