光,有這樣的魔力,讓人類不畏艱難堅持不懈地走在追尋著它的漫漫長路上。燈的出現,為我們點亮了前進道路,告別黑暗,讓黑夜變得更舒適、美麗和安全,在燈與光的世界裏,經過人們持續不斷的改進,燈成為了科學和藝術的完美結合物,
照明經歷了從火、油到電的發展歷程。照明工具經歷過無數的變革,出現過火把、蠟燭、煤油燈到白熾燈、日光燈,發展到琳瑯滿目的照明燈、節能燈、裝飾燈、景觀燈、取暖燈,導航燈,指示燈,信號燈,小夜燈、曬圖燈、消毒燈、養植燈等。
燈的發展史是人類文明歷史的見證,這也是壹部追尋光明的歷史,在燈具的發展歷史中,留下許多有趣的故事,燈光之家將采用倒序的方法帶大家走進這壹歷史長廊。 自20世紀60年代世界第壹個半導體發光二極管誕生以來,LED照明因具有壽命長、節能、色彩豐富、安全、環保特性,被譽為人類照明史上的希望之光。
發光二極管LED發展歷史:
1907年,Henry Joseph Round第壹次在壹塊碳化矽裏觀察到電致發光現象。
1936年,GeorgeDestiau的壹份關於硫化鋅粉末發射光的報告。隨著電流的應用和廣泛的認識,最終出現了”電致發光”這個術語。
1955年,美國無線電公司(Radio Corporation of America)的Rubin Braunstein發現了砷化鎵(GaAs)與及其他半導體合金的紅外線放射作用
1962年,GE、Monsanto、IBM的聯合實驗室開發出了發655nm紅光的磷砷化鎵(GaAsP)半導體化合物,從此發光二極管進入商業化發展進程。
1965年,Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化紅色LED,當時這種LED燈的效率為每瓦大約0.1流明。
1968年,LED燈的研發取得了突破性進展,利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦,LED節能燈並且能夠發出紅光、橙光和黃色光。
1971年,推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED,LED開始廣泛應用於數字與文字顯示技術應用領域區。
80年代早期的技術突破是開發出了AlGaAs的LED,能以每瓦10流明的發光效率發出紅光。LED燈開始應用於室外信息發布以及汽車高位剎車燈(CHMSL)設備。
1990年,開發出了能夠提供相當於最好的紅色器件性能的AlInGaP技術,這比當時標準的GaAsP器件性能要高出10多倍。
1994年,日本科學家中村修二在InGaN(氮化銦鎵)基片上研制出了第壹只藍色LED,由此開啟了GaN基LED燈研究和開發熱潮,藍光的出現使得白光LED成為可能。
20世紀90年代後期,研制出通過藍光激發YAG熒光粉產生白光的LED燈,但色澤不均勻,使用壽命短,價格高。隨著技術的不斷進步,進入21世紀後白光LED的發展非常迅速,白光LED節能燈的發光效率提高得越來越快,大大超過白熾燈,向熒光燈逼近,材料技術、芯片尺寸和外形工藝的進壹步發展使商用化LED燈的光通量提高了幾十倍。曾經微弱發光的LED正預示著LED燈新時代的來臨。 電的出現,讓人類的生產力得到壹次飛躍,而白熾燈的出現,也開創了人類用電來照明的歷史。
壹般認為白熾燈是由美國人托馬斯·愛迪生發明的,其實在愛迪生之前很多其它人亦對電燈的發明作出了不少貢獻。1801年,英國壹名化學家戴維將鉑絲通電發光,他在1810年亦發明了電燭,利用兩根碳棒之間的電弧照明。1854年亨利·戈培爾使用壹根炭化的竹絲,放在真空的玻璃瓶下通電發光。他的發明今天看來是首個有實際效用的白熾燈。他當時試驗的燈泡已可維持400小時,但是並沒有及時申請設計專利。
1850年,英國人約瑟夫·威爾森·斯旺(Joseph Wilson Swan)開始研究電燈。1878年,他以真空下用碳絲通電的燈泡得到英國的專利,並開始在英國建立公司,在各家庭安裝電燈。1874年,加拿大的兩名電氣技師申請了壹項電燈專利。他們在玻璃泡之下充入氦氣,以通電的碳桿發光。但是他們無足夠財力繼發展這發明,於是在1875年把專利賣給愛迪生。愛迪生購下專利後,嘗試改良使用的燈絲。1879年他改以碳絲造燈泡,成功維持13個小時。到了1880年,愛迪生在試驗了1600種材料後,終於用炭絲做成的燈絲成功制成了世界上第壹盞白熾燈,成功在實驗室維持1200小時。從此人類進入用電照明時代。
電氣照明的發展歷程豐富多彩由各種類型的電燈具所組成,燈光之家從前往後為妳壹壹介紹。
1、白熾燈
1909年美國科學家柯裏奇發明了鎢絲做燈絲,提高了白熾燈的亮度和壽命。使用通電的方式加熱玻璃泡殼內的燈絲,導致燈絲產生熱輻射而發光的光源,燈頭是白熾燈電連接和機械連接部分,按形式和用途主要可分為螺口式燈頭,聚焦燈頭及特種燈頭。常用於住宅基本照明及裝飾照明,具有安裝容易,立即啟動,成本低廉等優點。 有較寬的工作電壓範圍,從電池提供的幾伏電壓到市電電壓,價格低廉,不需要附加電路。其主要應用是家庭照明及需要密集的低工作電壓燈的地方,如手電筒、控制臺照明等。僅有10%的輸入能量轉化為可見光能,典型的壽命從幾十小時到幾千小時不等。
2、鹵鎢燈
1959年發明了鹵鎢燈使白熾燈的技術達到了壹個新境界並提高了白熾燈的壽命,同額定功率相同的無鹵素白熾燈相比,鹵鎢燈的體積要小得多,並允許充入高氣壓的較重氣體(較昂貴),這些改變可延長壽命或提高光效。同樣,鹵鎢燈也可直接接電源工作而不需控制電路。普通白熾燈的使用壽命是1000小時,鹵鎢燈要比它長壹半,發光效率提高30%。鹵鎢燈廣泛用於機動車照明、投射系統、特種聚光燈、低價泛光照明、舞臺及演播室照明及其他需要在緊湊、方便、性能良好上超過非鹵素白熾燈的場合。
3、熒光燈
20世紀40年代熒光燈出現了,它利用氣體放電原理產生光能。由於發出的光主要是紫外線,紅外輻射少,因此發光效率比白熾燈高,這種燈替代白熾燈,將節能75%,壽命提高8~10倍。我們常用的熒光燈主要有日光燈、高流明單端熒光燈、節能燈(緊湊型熒光燈),至今已經使用非常廣泛,主導商業和工業照明。常用於辦公室,商場、住宅等壹般公用建築,具有可選光色多,可達到高照度兼顧經濟性等優點。它也會發出許多美麗有色的光。這就是由熒光粉裏所含的化學藥品的性質來定了,例如塗上鎢酸鎂的,發藍白色光,塗上硼酸鎘的發淡紅色光。通過設計的革新、熒光粉的發展,及電子控制線路的應用,熒光燈的性能不斷提高。
4、低壓鈉燈
蒸汽燈出現,是由密封在玻璃管裏的各種元素蒸汽通以電流而發光的。蒸汽燈有水銀蒸汽燈、鈉蒸汽燈。光效最高,但僅輻射單色黃光,這種燈照明情況下不可能分辨各種顏色的。主要應用是:道路照明,安全照明及類似場合下的室外應用。其光效是熒光燈的2倍,鹵鎢燈的10倍。與熒光燈相比,低壓鈉燈放電管是長管形的,通常彎成”U”型,把放電管放在抽成真空的夾層外玻殼內,其夾層外玻殼上塗有紅外反射層以達到節能和提高最大光效的目的。
5、高強度氣體放電燈(HID)
這類燈都是高氣壓放電燈,特點是都有短的高亮度的弧形放電管,通常放電管外面有某種形狀的玻璃或石英外殼,外殼是透明或磨砂的,或塗壹層熒光粉以增加紅色輻射。分為高壓汞燈(HPMV)、高壓鈉燈(HPS)、金屬鹵化物燈(M-H)
6、感應燈
剛出現不久的無極氣體放電燈。所需要的能量是通過高頻場耦合到放電中的,變壓器的次級線圈就能產生有效的放電。從形式看來,感應燈是緊湊型熒光燈的另壹種形式,但高壓部分也許不同。這種燈不局限於長管形(如熒光燈管),同時還能瞬時發光。工作頻率在幾個兆赫之內,並且需要特殊的驅動和控制燈燃點的電子線路裝置。
7、場致發光照明
包括多種類型的發光面板和發光二極管,LED為最新的光電照明技術,應用範圍很廣,集合以上光電技術的多個優點。 燈的起源來自於人類對光的追求和火的發現。火的出現讓人類開始獨立於萬物,掌握了光與熱。自從人類學會鉆木和燧石取火後,火不僅讓人類告別飲血茹毛的野蠻時代,更能驅散黑暗,帶來光明和溫暖。原始人把松脂或脂肪類的東西塗在樹皮或木片上,捆紮在壹起,做成了照明用的火把,成為人類創造的意義上第壹盞”“燈”。相當長壹段時間後出現了使用各種植物油作燃燒來照明,將油盛放在容器中,加入燈芯點燃就成為油燈的鼻祖。人類開采石油後,出現了煤油燈,上面增加壹個玻璃燈罩,可發出,,還出現了煤氣燈。
油燈照明在人類歷史上占據很重要的壹段歷史,在這期間,油燈經過了多次改進。油燈用油從動物油改為植物油,最後又被煤油取代。燈芯也經歷了草、棉線、多股棉線的變化過程。為了防止風把火吹滅,人們給油燈加上了罩。早期的罩是用紙糊的,很不安全,後來改用玻璃罩。這樣的油燈不怕風吹,在戶外也照樣使用,並且燃燒充分,不冒黑煙。公元前 3世紀左右,用蜂蠟作成的蠟燭出現了,到了18世紀,改進用石蠟制作蠟燭,並且開始使用機器大量生產。19世紀中葉英國人發明了煤氣燈,使人類的照明技術向前邁進了壹大步。但是最初這種燈很不安全,室內使用容易發生危險,因此只當做路燈使用。人們普遍使用的照明工具是煤油燈,白色的亮光成為壹種比較不錯的照明燈具。 在追求光明的道路上,人類並沒有滿足,在使用油燈照明的同時,仍然在尋找其他的照明方法。也曾有人利用大量的螢火蟲發出的螢光來照明,雖不實用,也算是人類的照明史上奇特的方法。火作為燈具的革命隨著人類電氣化時代的來臨,完成了它的使命,逐步退出人類照明的歷史。
中國作為源遠流長的古文明,燈的技術和文化也是獨具特色,燈的發展和演變已經有壹個相當長時期。據考古資料,早在距今約70萬至20萬年前,舊石器時代的北京猿人已經開始將火用於生活之中,而至遲在春秋時期就已經有成型的燈具出現,在史書的記載中,燈具則見於傳說中的黃帝時期,《周禮》中亦有專司取火或照明的官職。燈作為照明的工具,實際上只要有盛燃料的盤形物,加上油和燈芯就能實現最原始的功用。而具有壹定形狀的燈出現,則是人們將實用和審美結合的成果。
早期的油燈,類似陶制的盛食器”豆”。”瓦豆謂之登(鐙)”,上盤下座,中間以柱相連,雖然形狀比較簡單,卻奠立了中國油燈的基本造型。此後經青銅文化的洗禮,鑄造技術的提高,油燈和其它器物壹樣,在造型上得到了重要的發展,創造了中國油燈藝術的輝煌。
從春秋戰國至兩漢,油燈的高度發展,已經脫離了實用的具體要求,它和其它器物壹樣,成為特定時代的禮器,”蘭膏明燭,華鐙錯些”,折射了當時人工照明的盛況。社會政治的規章法度。這壹時期的代表作有河北平山三汲出土的戰國銀首人形燈和十五枝燈;廣州南越王墓出土的西漢龍形燈;河北滿城出土的西漢長信宮燈、羊形燈和當戶燈;廣西梧州大塘出土的西漢羽人燈;江蘇邗江甘泉山出土的牛形燈;湖南長沙發現的東漢臥人形吊燈;山西襄汾縣出土的東漢雁魚燈。
魏晉南北朝時期,隨著青瓷技術的成熟,青瓷燈開始取代了此前的青銅燈。
由於青瓷燈造價低廉易於普及,具有壹定造型和裝飾的油燈開始為民間廣為使用。又由於青瓷的技術特點,壹種和這種技術相應的造型和裝飾也隨之出現。這壹時期的代表作有南京清涼山吳墓出土的三國青瓷熊燈;浙江瑞安出土的東晉青瓷牛形燈;山西太原出土的北齊瓷燈;此後直至隋末唐初的白瓷蟠龍燈及唐三彩獅子蓮花燈,新材質不斷運用到油燈的制作中,銅、鐵、錫、銀、玉、石、木、玻璃等,而品種繁多。由於唐代經濟高度發達,實用兼裝飾或純裝飾性質的燈開始大量出現在宮廷和燈節之中,像燈籠、燈輪、燈樹、燈樓燈婢、走馬燈、松脂燈、孔明燈、風燈等。這些新奇獨特的燈具或燈俗烘托了那個時代盛世,成為流傳千古的佳話。
宋代的燈具繼續著盛世的輝煌,”每壹瓦隴中皆置蓮燈壹盞”,”向晚燈燭熒煌,上下映照”。由於陶瓷業的發達,各個窯口都有各具特色的陶瓷油燈。”書燈勿用銅盞,惟瓷質最省油”,始於唐代的省油燈到宋代則廣為流行,”蜀中有夾瓷盞,註水於盞唇竅中,可省油之壹半。”(陸遊《陸放翁集》),而遼代的”摩羯燈”則表現出少數民族地區的民族特色。到明清時青花和粉彩油燈逐漸成為新的燈具潮流,此後油燈的發展下接外來的洋油燈,直至電燈的出現,壹個有著幾千年燈的歷史文化,在20世紀隨著外來的洋油燈和電燈的出現,翻開了新的壹頁。在中國的歷史長河中,也出現了不少體現中華民族智慧和創意的油燈。