요약 진공 또는 소량의 질소나 아르곤가스를 봉입한 유리구 내에 필라멘트라는 저항선을 넣고 전류를 흘려 가열하여 2,000℃ 이상의 고온에서 온도방사를 일으켜 발광하는 것이다.
전구의 내부에 필라멘트가 있다.
1879년 10월 미국의 토머스 에디슨이 탄소 필라멘트를 이용하여 40시간 이상 꺼지지 않고 빛을 발하는 전구를 만들어냈으며, 이는 에디슨과 영국의 스완에 의하여 실용화되었다. 에디슨은 이전에도 1808년 영국의 화학자 험프리 데이비(Humphry Davy)가 아크등을 발명하였으나 빛이 지나치게 강렬하여 주거용으로는 사용하기 어려운 것이었고, 다른 여러 과학자들이 전구 발명에 힘썼으나 에디슨이 영국의 조지프 스완(Joseph W. Swan)과 함께 이를 실용화하는 데 성공함으로써 전구의 발명자로 알려지게 되었다.
에디슨이 만든 것은 진공 속에서 탄화(炭化)된 실을 유리구 내에 넣고 백금을 사용하여 바깥과 연결한 것이었다. 그 뒤 종이·대나무 등을 탄화하여 필라멘트를 만들었으며 1894년 셀룰로스를 사용하여 만든 탄소필라멘트 전구가 사용되었다. 그러나 탄소필라멘트는 1,800℃의 온도에서 탄소가 증발하여 전구의 내면이 검게 되는 문제가 있었다.
1910년 미국의 윌리엄 쿨리지(William D. Coolidge)가 텅스텐을 가는 선으로 만드는 데 성공하여 인선법(引線法)에 의한 강한 텅스텐필라멘트를 만들어 냈다. 필라멘트에 텅스텐을 사용한 결과 탄소보다 온도를 높일 수 있고, 빛은 자연광에 가까워지고, 수명은 한층 더 길어졌다.
고온도에서는 전구의 필라멘트가 증발하여 점점 가늘어져서 절단되므로 1913년 미국의 랭뮤어가 질소가스를 봉입하여 증발작용을 억제시켜 수명을 길게 하였다. 그 후 아르곤가스를 넣어 보다 더 높은 효율로 점등시킬 수가 있었다. 지금의 전구는, 아르곤은 아크전압이 낮으므로 보통 아르곤 85%와 질소 15%의 혼합가스를 사용하고 있다. 열손실을 감소시켜 효율을 좋게 하기 위해 필라멘트를 코일 모양으로 치밀하게 감아 사용하면 기계적으로 강하다.
40W 이하의 백열전구에서는 열손실이 커서 진공전구로 만드는 것이 좋다. 봉입가스 압력이 클수록 필라멘트의 증발을 억제하는 효과가 크지만 보통 600mmHg로 넣고 점등 시에 760mmHg 정도로 한다.
110V용 정격전압에 사용할 경우 수명은 필라멘트가 끊어질 때까지의 시간이다. 그러나 다른 전압을 사용할 경우는 다음의 식에 의해 변화한다. 여기서 사용전압과 규격에 표시된 전압과의 비를 n이라 하면 수명 ∝n-13.5, 광속 ∝n3.5, 효율 ∝n1.9, 전류 ∝no.58, 전력 ∝n1.58 이 된다.
예를 들어, 100V 규격전구에 105V를 가하면 수명은 51.8%가 된다. 전구를 점등하였을 때 필라멘트의 텅스텐이 고온으로 인하여 증발하여 유리구 내벽에 엷은 막으로 부착하여 전구가 까맣게 되는 흑화(黑化)가 일어나고, 그 결과 광도가 저하하여 전구의 수명이 짧아지고, 필라멘트가 가늘어져서 소비전력이 감소하므로, 광속은 80% 정도 감소한다.
일반용 조명 이외에 사용되는 많은 특수전구가 있다.
① 주광색전구: 필라멘트에 방사하는 빛 중에서 붉은색 부분을 흡수시켜서 주광색에 가까운 빛을 내는 것이다. 유리구도 청색유리를 사용하였으며 투과율은 70% 정도이다.
② 전광전구(全光電球): 투명 유리구의 내면에 규산의 백색 미분말을 도포한 것으로 유리구 전체가 균일하게 저휘도(低輝度: 2~3 Cd/cm2)로 발광한다.
③ 착색전구(着色電球): 장식용의 것으로 유리구를 빨강·초록·파랑·노랑 등으로 착색하여 사용하는 전구이다.
④ 자동차전구: 전조등·후미등·실내등 및 계기표시등 등이 있으며 6V·12V·24V의 축전지로 점등하고, 어느 것이나 수명을 짧게, 효율을 좋게 한 가스들이전구이다.
⑤ 적외선전구: 전구의 필라멘트 온도를 저하시키고, 유리구는 적외선을 잘 통과시키는 유리를 사용하여, 필라멘트에서 발생하는 방사선 중에서 적외선을 많이 얻을 수 있도록 만든 전구이다.
⑥ 내진전구: 필라멘트·베이스 등을 내진적(耐振的)으로 한 것이다. 선박용 전구에는 110V 및 220V, 10~500W의 일반조명용·투광기용·계기조명용 표시 등이 있다. 그 밖에 집어등용 전구, 영사용 전구, 관형(管形)전구, 변탁(變濁)전구, 섬광전구, 사진용 전구, 광산용 안전전구, 의료용전구, 측광용 표준전구 등이 있다.
