【正文】 照明技術的發(fā)展脈絡 1 照明技術的發(fā)展脈絡 （過往 現(xiàn)今 未來） 調查報告 摘要： 燈光或者說光，帶給世界光明，讓我們可以不分晝夜的工作，人類能有時至今日充足的光照，絢麗的燈光色彩，各種指示類照明設備（如紅綠燈）等，是經過了幾代人的發(fā)明、探索、改進，若要回顧燈光的歷史，最遠可到第一代照明光源，這是對照明技術的不嚴格劃分 ；最近是到愛迪生發(fā)明第一盞意義上的電燈。人類對于“光”始終是孜孜不倦的追求，調查整個照明技術的歷史發(fā)展脈絡尤為重要。 關鍵詞： 照明技術 、歷史、發(fā)展 調查照明技術的發(fā)展脈絡 主要通過對過往，現(xiàn)今，未來的照明技術進行調查，其中過往的時間范圍規(guī)定為 20xx 年之前，標志是 LED 燈開始廣泛使用與室內照明；現(xiàn)今是從 20xx 到當下；未來是從當下到不到 50 年內的發(fā)展。 本次調查的目的除了熟悉照明技術的歷史發(fā)展狀況，了解照明 技術 發(fā)展的大體脈絡，知史以明智 ，同時，產品設計設計專業(yè)本身的要求中，對產品技術的了解極其重要；最主要的是通過脈絡的梳理，掌握照明技術的同時， 把握未來該技術的發(fā)展方向，未來既是難以捉摸同時又是可以預測的 —— 通過對過往現(xiàn)今的技術調查，大概能推斷出未來的發(fā)展方向。 照明技術， 如果我們不嚴格的劃分，可以追溯到原始人使用的火 ，通過摩擦生熱產生，同樣是個技術，那么照明技術大概經歷了 79 萬年；如果嚴格的從愛迪生發(fā)明了第一個意義上的電燈，那么歷史才 136 年。為什么人們會對“光”孜孜不倦的追求？ 原始的火，是人們用于御寒，夜晚帶來光明或者用于防御，故“光”從來都是帶給人希望的事物，不僅是生理（御寒，防御）上還是心理上（夜晚的安全感） ； 在第一次工業(yè)革命產生電之前，燈光的作用基本沒有變，防御的方式在減弱，在電燈的產生普及之后 ，御寒的功能能被其他產品所取代，照明成為主要的作用； 后來的發(fā)展，燈光效果千變萬化，單一的照明需求滿足不了人們自身 對世界的改造，裝飾用燈或者產品的輔助提示類燈產生了， 世界 不區(qū)分白天黑夜，同樣是繽紛多彩的。 生產力水平決定上層建筑。人們對于“光“的需求同樣可以根據(jù)人們每個時期的生產力水平，過去對火光的依賴，直到現(xiàn)在對光的改造，達到更高的需求。 誰能推測未來的燈光技術不能產生一種叫做“可見光通訊”的技術（通過可見光產生網絡） ，原始人就沒有想到過現(xiàn)今科技發(fā)展之迅速。未來的技術還有待發(fā)展，我們在進行產品設計的同時，關注技術的發(fā)展，就不會處在世界發(fā)展的末端，提高我們的眼界。 在產品設計中，我們對照明技術的市場調查是為了，目前，為我 們即將設計的 LED 設計服務的，有了解技術，提取靈感的作用 。 照明技術的發(fā)展脈絡 2 下面是調查內容： 人類有史以來，最初是只能靠 太陽 提供 照明 ，一到晚上只能靠著月亮提供一點微弱的照明。在那之后，原始人類經過了漫長的使用火來照明的時期，而用火照明也經過了火堆照明、松明子照明、油脂照明，蠟燭照明等等，火堆則是提供人類照明的第一 個“光源”。用火照明的情況一直到科學家富蘭克林研究電為止，人類也正式開啟了電力照明的時代。 而電力照明也同樣經歷了不少時間慢慢發(fā)展，從最原始的弧光燈到 白熾燈 、日光燈 、 熒光燈 以及 LED 燈 等等。 明火作為第一代光源，其意義不可估量，完全改變了原始人的生活方式，他們從提取自然火，逐漸學會了人工產火，吃上熟食，影響飲食結構，帶來健康強壯的體魄，冬天的御寒，和夜晚的照明，同時還可以防御野獸的襲擊。也就是從這時候開始，火，或者說光，一直是人類賴以生存的事物。 我們的調查也是從原始的火源開始的。最始人工取火的技術是摩擦起火，步驟從太陽光 火堆 松明 油脂點火 摩擦起火，后來原始人類 將 火燃于 堆積 起來的木材，于是象征意 義上的一盞燈出現(xiàn)了，木材的多少決定火光的持久度。 后來人類的發(fā)明如蠟燭，蠟的比木材有更好的持久度，只要一根引火繩就可以點燃，這種傳統(tǒng)的技術，其方便、快捷性和廉價，時至今日人們還在用它，在古代尚未使用電力的情況下，蠟燭的照明作用尤為重要。 延伸上的用途更為廣泛，如香薰燈和生日蛋糕上的使用，成為一種頗具情調的產物。 棉線心蠟燭 1820 年，法國人強巴歇列發(fā)明了三根棉線編成的燭心，使燭心燃燒時自然松開，末端正好翹到火焰外側，因而可以完全燃燒。這是照明發(fā)展的新階段。 照明技術的發(fā)展脈絡 3 煤油燈的出現(xiàn) 煤 油燈的出現(xiàn)，證明了燈具發(fā)展的的成熟，而燈具最早出現(xiàn)于春秋戰(zhàn)國時期，我們從出土文物中可以看到最早的燈具，大都是戰(zhàn)國時期的陶、瓦、玉石和青銅器燈具。其實，用燈罩改善燃燒中空氣供應的方法中國早在漢朝就有了。 煤油燈 （在中國的燈具史上，成就最高的燈是出現(xiàn)在西漢（公元前 202 年－公元 9年）。這種燈是供宮廷貴族使用的青銅燈，燈的火苗上方帶有連著煙管的煙罩，燈煙可以經由罩和管排入蓄水的燈身里達到“取光藏煙”的環(huán)保效果。其中最著名的燈就是 1968 年河北省滿城縣出土的“長信宮燈”。） 照明技術的發(fā)展脈絡 4 長信宮燈 灰光燈 灰光燈 1826， Drummond 第一個固態(tài)照明裝置。石灰 (氧化鈣 )圓柱。 在氫氧焰噴管無色的火焰中發(fā)出耀眼的光。 發(fā)光來自 1820 年發(fā)現(xiàn)的一種新效應 — 非高溫發(fā)光：離子被熱激發(fā)，電子進入激發(fā)態(tài)，躍遷回到低能態(tài)時輻射發(fā)光。 在 1860 到 1870 年代，灰光燈用于劇院，直到被電弧燈取代。 灰光燈 照明技術的發(fā)展脈絡 5 汽燈 Welsbach 用浸透了金屬氧化物溶液的棉織物 (1： 99 氧化鈰和氧化釷 )的紗網作為發(fā)光體。汽油噴燈不發(fā)光火焰高溫加熱紗網燃燒后保留的氧化物網狀骨架，和灰光燈類似，產生非高溫發(fā)光。二十世紀的前三十年中廣泛應用，后來逐步為電照明取代。 汽燈 白熾燈的問世 1879 年，美國偉大的發(fā)明愛迪生發(fā)明了電燈，也就是白熾燈，從此走進了我們千家萬戶。后來中國開始進入電氣化時代，全都用上了白熾燈。 白熾燈 電照明開始實用 照明技術的發(fā)展脈絡 6 1876 年， Yablochkov 發(fā)明了第一個實用的電照明裝置。由以絕緣石膏薄片分開的兩條平行碳棒組成，壽命只有幾小時。 這種裝置很快被用來作為街道照明，并使電照明獲得公眾認可。 電照明裝置 幾年后，它們被高性能長壽命 (可達 1000 小時 )的碳弧裝置代替。電弧燈作為道路照明一直用到 20 世紀二十年代，在兩次世界大戰(zhàn)中都用作飛機強光照明燈。它是現(xiàn)代高強度放電燈的始祖。 碳弧裝置 熒光燈發(fā)展突飛猛進 白熾燈 照明技術的發(fā)展脈絡 7 Edison 和 Swan 是白熾燈絲燈最有成效、最卓越的發(fā)明家。 1878 年 , 研制電燈已有大量工作 ,燈泡抽成真空問 題基本解決 . 英國人Swan 致力于電燈研究已經 30 多年 , 研制成用碳絲做燈絲 . 當時 ,愛迪生的研究剛剛開始 ,他試用了上千種燈絲材料。 1879 年 10 月看到了 Swan 用碳絲燈的報道 , 受到啟發(fā) . 經歷重重困難 , 他用“日本竹”纖維制成了碳絲 . 把這種碳絲裝入燈泡 ,又將燈泡抽成真空，接上電流后 , 燈泡亮了， 壽命達到 45 個小時 .愛迪生之后，電燈不斷改進。 1939 年管狀日光燈問世，很快被廣泛采用，成為又一種重要的照明光源。當時熒光燈玻管外徑為 38mm（ T12），光效約 60lm／ w，顯色指數(shù)為 70Ra。 熒光 燈 在整個 19 世紀 , 低壓氣體中的放電的研究一直沒有中斷。 1900 年， Hewitt 獲得汞燈的專利。這種燈啟動時需要傾斜，而且發(fā)藍綠色光，被照物體顏色失真。但效率比碳絲燈高得多。汞燈后來成為熒光燈的基礎。 1938 年，通用電氣和西屋電氣將一種新型的燈投入市場，這種燈是內管壁涂有熒光粉的低壓汞蒸氣放電燈，汞的紫外發(fā)射激發(fā)熒光粉發(fā)光。 最早的熒光粉是天然礦物，很快就為合成的無機材料所替代。從 1948 年起，普通白色熒光燈用熒光粉是銻和錳激活的鹵磷酸鈣 Ca5(PO4)3(F,Cl)。 無極熒光燈的發(fā)展 隨著 電子學技術的發(fā)展，近年來實用型無極熒光燈發(fā)展很快，國際上現(xiàn)有產品是荷蘭 QL 型，功率為 55w 和 85w 兩種，光效約 68lm / w，壽命 60 000h，工作頻率 ；美國 Genura 型無極熒光燈，功率 23w，光效 48lm / w，壽命 10 000h，工作頻率 ；日本 everLight 型無極熒光燈，功率 9w 和 27w，光效為 41lm / w，壽命 40 000h，工作頻率 ；還有德國 Endura 型無極熒光燈，功率 100w 和 150w，光效 80lm / w，壽命 60 000h，工作頻 率為 250 KHz。 照明技術的發(fā)展脈絡 8 鹵鎢燈的發(fā)明 1959 年人們發(fā)明了鹵鎢循環(huán)原理后制造出鹵鎢燈，它給熱輻射光源注入了新的活力。這類燈體積小，光維持率達到 95％以上，光效和壽命更明顯的優(yōu)于白熾燈。近年來，我國已生產出可直接用于電網、電壓 220V 或 110V 的鹵鎢燈，其尺寸可小到 ? 14 54mm，具有優(yōu)異的燈絲穩(wěn)定性和抗震性。泡殼有透明和磨砂兩種不同規(guī)格，燈頭易于連接，與白熾燈一樣。鹵鎢燈的另一改進措施是采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學蒸鍍法，在石英泡殼上采用紅外反射層技術制成的新型鹵鎢燈，通過讓可見光透過，而將紅外線反射 回燈絲的過程，使燈的光效提高 30％－ 45％，壽命可達 3000 小時。 鹵鎢燈 緊湊型熒光燈的發(fā)明 為了便于裝飾和美化，對細管徑熒光燈通過采用接橋和彎管等工藝，使燈管的尺寸緊湊，制成保持高光效的緊湊型熒光燈，特別是配有電子鎮(zhèn)流器的一體化型又選用白熾燈螺口燈頭（ E27），已在許多領域取代了白熾燈。 冷陰極超細管徑熒光燈的誕生 隨著背光照明在辦公用筆記本電腦、等離子體顯示器和家用電器如電視機、數(shù)碼像機、攝像機等中的應用與日俱增，高亮度的冷陰極超細管徑熒光燈為此應運而生。這類燈的管徑為 ~ ，普遍采用三基色熒光粉，通常采用Ni 、 Ta 、 Zr 等金屬作為冷陰極，在高的啟動電壓下形成輝光放電使燈管工作。 HID 光源的成熟和進步 （ 1） HID 光源趨向成熟 適用于大面積范圍和室外照明的高強度氣體放電光源（ HID）其燈內工作壓強往往超過 10 個大氣壓強，其中高壓汞燈的光效可達 50lm / w，顯色指數(shù)超過65，色溫 4 000 k ~ 6 000k，壽命也達到約 10 000h，功率規(guī)格形成 35w ~ 3 500w系列化。高壓鈉燈發(fā)光效率達到 120lm / w，顯色指數(shù)為 25，壽 命達到 24 000h，規(guī)格有 30w ~ 1 000w，雖然其光色稍遜，但其光效是所有能發(fā)出接近白光的人照明技術的發(fā)展脈絡 9 工光源中最高的。 （ 2） 陶瓷金屬鹵化物燈的發(fā)展 陶瓷金屬鹵化物燈（ CDM）的問世是 HID 光源在近年發(fā)展中最引人注目的成果。由于多晶氧化鋁（ PCA）陶瓷材料及其與金屬封接工藝研究取得很大的突破，人們成功地制造出陶瓷外殼的性能明顯地優(yōu)于石英為玻殼的金屬鹵化物燈。采用陶瓷材料作外殼避免了燈內金屬材料的損失，而且電孤管尺寸可以控制得非常精確，因此光電性能一致性和穩(wěn)定性好，允許更高電弧溫度，燈的光效可提高 10% ~ 20%；且發(fā)光體小，亮度高，便于投影照明系統(tǒng)的設計?，F(xiàn)有 35w， 70w和 150w 三種產品，結構為單端型，雙端型及反射型，光效達到 90lm / w，亮度290cd / m2，顯色指數(shù)為 83，有效壽命達 12 000h。另外，美國 GE 公司最近又推出用三部體結構工藝制造的 300w 大功率陶瓷外殼金屬鹵化物燈，其應用范圍將會有進一步擴大。 新穎電光源產品層出不窮 （ 1）準分子光源（ ELS）的出現(xiàn) 在光源輻射機理研究中，近年來采用準分子（ Excimer）工作物質，如 KrF、ArP、 NeF 和 XeCl 等，來制造高功率的紫外光源。同時，通過微波放電和介質阻擋放電（ Dielectric Barrier Discharge）等無極放電形式可制成新型的準分子輻射光源，其工作物質可為 Xe2（ 172nm）， Kr2（ 146nm）和 Ar2（ 126nm），其中 Xe2準分子光源的效率最高，光能轉換效率達 50%以上?，F(xiàn)已制成 58 68cm2的 60WX2 準分子大面