照明技術四次重大飛躍
2012-4-10 18:08:32
2011年，英國和荷蘭將停售白熾燈。此前，澳大利亞、阿根廷和意大利已在2010年首開停售先河。此后，停售國家更將擴大到歐盟、加拿大、美國。隨著2017年，中國大陸也將停售白熾燈，從此，國內再無白熾燈。
一個多世紀以前，1879年的愛迪生以一只鎢絲電燈泡引領人類開啟了嶄新的“光明時代”；一個多世紀以后，到2017年將滿138歲“高壽”的白熾燈老矣，將廣闊舞臺讓路給新的主角———LED燈。
歷史悠久的鎢絲燈泡
大部分白熾燈會把消耗能量中的90%轉化成無用的熱能，只有少于10%的能量會成為光。
“1879年10月21日，一位美國發(fā)明家通過長期的反復試驗，終于點亮了世界上第一盞有實用價值的電燈。從此，這位發(fā)明家的名字，就像他發(fā)明的電燈一樣，走入了千家萬戶。他，就是被后人贊譽為‘發(fā)明大王’的愛迪生?！?/font>
這個故事傳遍千家萬戶。雖然有些材料還提到一名叫亨利·戈培爾的美國人早于愛迪生用炭化的竹絲通電使其發(fā)光，但是，真正嘗試對1600多種不同的耐熱材料進行試驗、最終使用鎢絲為燈絲進行長時間發(fā)光的，還是愛迪生。
鎢絲燈泡，就是傳統(tǒng)意義上的“白熾燈”。1906年，通用電器發(fā)明一種制造電燈鎢絲的方法，最終讓廉價制造鎢絲的方法得到解決，鎢絲電燈泡走進尋常百姓家，并被使用至今。
只不過，白熾燈“成也鎢絲、敗也鎢絲”———因為鎢絲上細微的電阻差別造成溫度不一，在電阻較大的地方，溫度上升得較高，鎢絲亦升華得較快，造成鎢絲變細，電阻進一步增大循環(huán)，最終令鎢絲燒斷。這個問題一直困擾著電燈泡的壽命，直到工程師發(fā)現(xiàn)以惰性氣體代替真空可以減慢鎢絲的升華。今天多數的電燈泡內都是注入氮、氬或氪氣，一般壽命為1000小時左右。
一個世紀之后，白熾燈不得不面臨退下歷史舞臺的困境———大部分白熾燈會把消耗能量中的90%轉化成無用的熱能，只有少于10%的能量會成為光。如此龐大的浪費，注定了白熾燈的命運即將終止。
為了節(jié)能和環(huán)保，各國都制訂了淘汰白熾燈的時間表：澳大利亞、阿根廷和意大利率先于2010年停止了白熾燈的銷售；英國和荷蘭是2011年；歐盟、加拿大是2012年；美國是2014年；中國大陸將于2017年最后停止銷售白熾燈泡。
隨機而來的熒光燈
熒光燈的發(fā)光效率高，發(fā)光面積大，它的能效接近40%，所產生的熱只是相同亮度的白熾燈的1/6。
站在白熾燈這個“巨人”的身上，熒光燈的出現(xiàn)似乎順理成章———1910年，法國的A·克洛德發(fā)明氖氣放電燈，他將汞充入燈中制成輻射藍光的燈管，后來又在燈管內壁涂上熒光粉制成輻射白光的燈管。
1939年，紐約和洛杉磯世博會，展示了第一個實用熒光燈。一種利用熒光粉把低氣壓汞蒸汽放電過程中產生的紫外線轉變成可見光的電光源的“熒光燈”正式誕生，熒光燈一般制成管形，就是我們俗稱的“光管”。熒光燈的發(fā)光效率高，發(fā)光面積大，它的能效接近40%，所產生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分之一。同時，熒光燈光線柔和，使用壽命長，可以使光色近似日光色或其他各種光色，是一種良好的室內照明光源。
縮小熒光燈燈管直徑可以提高發(fā)光效率，也成就了“節(jié)能燈”的出現(xiàn)。節(jié)能燈的正式名稱是稀土三基色緊湊型熒光燈，20世紀70年代誕生于荷蘭的飛利浦公司。節(jié)能燈的尺寸與白熾燈相近，與燈座的接口也和白熾燈相同，所以可以直接替換白熾燈，這種光源在達到同樣光能輸出的前提下，只需耗費普通白熾燈用電量的1/5至1/4，從而可以節(jié)約大量的照明電能和費用，因此被稱為“節(jié)能燈”。
照亮黑夜的HID燈
正常的HID燈光通量是普通燈的三倍以上，色溫由3000k到超過12000k，適用夜間照明、路燈照明。
就在熒光燈發(fā)展的同時，燈泡的另一分支也在發(fā)展———1932年，高壓汞燈開始出售，這便是HID燈(High Intensity Discharge氣體放電燈)發(fā)展的開始。
1961年，通用電器的吉伯特·雷令申請了第一個金屬鹵化物燈的專利，這種燈適合用作商業(yè)、街道和工業(yè)的照明，3年后，它在1964年的世博會上展出，技驚四座。
緊接著，通用公司在1965年發(fā)明的高壓鈉燈問世。HID燈家族開始龐大起來。氙氣燈打破了愛迪生發(fā)明的鎢絲發(fā)光原理，在石英燈管內填充高壓惰性氣體———Xenon氙氣，取代傳統(tǒng)的燈絲，在兩段電極上有水銀和碳素化合物，透過安定器以23000伏高壓電流刺激氙氣發(fā)光。
正常的HID燈光通量是普通燈的三倍以上，且HID燈的色溫由3000k到超過12000k，而在6000k左右的光色正好是最接近正午日光的顏色，人眼的接受度舒適度最高。這樣的燈光用在車輛的夜間照明、路燈照明上，可以有效減少駕駛人的視覺疲勞，車燈亮度的提高也有效擴大了車前方的視覺范圍，從而營造出更為安全的駕駛條件。
第四代光源的LED
有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。
進入21世紀，照明舞臺上新的主角開始浮現(xiàn)———LED燈。
什么是LED？LED就是Light Emitting Diode，發(fā)光二極管的英文縮寫。其實它面世很早，1964年首先出現(xiàn)紅色發(fā)光二極管，之后出現(xiàn)黃色LED。直到1994年，藍色、綠色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發(fā)出白色LED。
LED以其固有的特點，如省電、壽命長、耐震動、響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域，在我們的日常生活中處處可見，家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。
起初，由于LED亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源推廣應用。近年來，隨著人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。
“與傳統(tǒng)照明相比，目前的LED照明還有很多不足之處。例如，LED光源的表面亮度較高，如果光學設計不好的話會造成眩光；LED照明產品的互換性較差，各個公司的產品不能互換；LED照明產品缺少標準，檢測方法還不完善；LED照明產品的價格很高，性價比還不夠理想?！睆偷┐髮W光源與照明工程系教授周太明分析指出，“但LED照明無紫外線輻射，燈中不含汞；與傳統(tǒng)照明相比，LED照明更環(huán)保，更少產生光污染?！?/font>
羊城晚報記者 李曉莉
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