绿色照明简史系列之——人类照明的三大里程碑和光源发展的四个时代
电灯是将电能转化为光能的人工照明光源,它的发明彻底改变了人类“日出而耕,日落而息”的生活,大大推动了人类的文明进步。要深入了解照明,还需回顾被称为三个里程碑式的革命性照明光源和光源发展的四个时代。
(1)第一个里程碑及第一代光源:
1879年爱迪生发明了世界公认的实用碳丝白炽灯,其重大意义是改变了人类照明“黑暗”的历史,之后经过30年不断改进成为了延续至今的钨丝白炽灯原型,但是时至今日不同种类及各种功率的白炽灯也只能将1.5%至3%的电功率转换为光(注:目前各类文章中所说的白炽灯10%电光转换效率是不对的,应予以纠正)。
爱迪生发明碳丝白炽灯
(2)第二个里程碑及第二代、第三代光源:
第二个里程碑、第二代光源是1938年美国通用电气公司的伊曼发明的气体放电荧光灯,其重要意义是突破了钨丝白炽灯的固体热辐射发光机理所限制的低光效,进入了气体放电灯照明时代,其发光效率比常用白炽灯高5-8倍,大幅度提升光效和节约能源,但是时至今日的常规普通荧光灯及三基色稀土荧光灯也只能分别将10%和15%的电功率转换为光(注:目前各类文章中所说的荧光灯电光转换效率为30-40%是不对的,应予以纠正)。第三代光源是随后发明的高强度气体放电灯,其大功率密度、高光通量,适合于室内外大空间照明,弥补了荧光灯这方面的不足。
(3)第三个里程碑及第四代光源:
1993年中村修二等发明实用化蓝光LED,其重大意义是人类正式进入了高光效的固态电子照明新时代,2015年实验室最高水平的蓝光芯片型白光LED光效已达到振奋人心的303lm/W,可将约45%的电功率转换为光,它分别比常规普通荧光灯及三基色稀土荧光灯高4.5倍和3倍,结合灯具的综合效果更可分别高约8倍和5倍,进一步大幅度节约能源,而且蓝光LED发明的更大意义在于真正开启了智能化、智慧照明的新时代。
发明实用化蓝光LED的中村修二
但是,我们不应忘记在三个里程碑式光源伟大发明之前和之后,很多人做出了铺垫,更多人不断进行改进,使其不断实用化造福人类。历史也记载了他们:
1821年“电弧灯之父”戴维和法拉第发明电弧灯;1878年约瑟夫·斯旺的碳化白炽灯面世;第一个里程1878年爱迪生;1909年“钨丝电灯鼻祖”柯立芝发明钨丝白炽灯泡,欧文·朗缪尔发明充气白炽灯。
1910年克劳特发明霓虹灯;1920年美国西屋电器公司的阿瑟·H 康普顿发明低压钠灯(理论和实际是光效最高的传统光源,达180-220lm/W,但各方面的综合性能致实用性不高);第二个里程1938年伊曼;1957年“紧凑型荧光灯之父”埃德·翰墨使荧光灯走向紧凑型,1961年美国通用电器吉伯特·雷令的金属卤化物灯问世;1964年美国通用电气公司人员研制出第一个高压钠灯;1970年电子镇流节能灯问世,使替代白炽灯成为可能。
1960年LED诞生: 英国亨利·约瑟夫·兰德的研究记录,开创了半导体发光;1960年“LED之父”尼克·何伦亚克发现磷砷化镓半导体发出红色光; 1962年“发光二极管之父”尼克·何伦亚克发明了发光二极管; 1985年“蓝光LED先驱”日本赤崎勇创造了氮化镓的PN结,使得蓝光LED实现第一次成为可能;第三个里程1993年“蓝光之父”日本中村修二; 1979年在柯达公司从事科研工作的华裔科学家邓青云发明了OLED; 2010年中村修二在加州大学圣巴巴拉分校又成功研制出基于半极性氮化镓的蓝色激光二极管,以此将人类带入固态激光照明时代;2014年美国CREE使碳化硅衬底的GaN白光LED光效达303lm/W,电光转换效率达到44.4%。
还有更多国际国内照明人士默默无闻地在这些基础上研究开发了高价值的系列光源新产品及灯具应用产品,共同为这项光明事业贡献一生。
作者简介:
李自力,教授级高级工程师,广东省市场监管局缺陷产品管理中心主持日常工作副主任(广东质检院电器部副部长)。2018年获《中国标准创新贡献三等奖》,牵头制定了11项照明国家标准,作为国际IEC智能照明标准专家组成员参与国际IEC标准制定,参加国家重点研发计划和“863”科研项目评审,并参与全国CCC照明指定实验室核查。