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照明技術(shù)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(kuò)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(nèi)再無白熾燈。

　　一個(gè)多世紀(jì)以前，1879年的愛迪生以一只鎢絲電燈泡引領(lǐng)人類開啟了嶄新的“光明時(shí)代”；一個(gè)多世紀(jì)以后，到2017年將滿138歲“高壽”的白熾燈老矣，將廣闊舞臺(tái)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(huì)把消耗能量中的90%轉(zhuǎn)化成無用的熱能，只有少于10%的能量會(huì)成為光。

　　“1879年10月21日，一位美國發(fā)明家通過長期的反復(fù)試驗(yàn)，終于點(diǎn)亮了世界上第一盞有實(shí)用價(jià)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(yù)為‘發(fā)明大王’的愛迪生?！?/font>

　　這個(gè)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(duì)1600多種不同的耐熱材料進(jìn)行試驗(yàn)、最終使用鎢絲為燈絲進(jìn)行長時(shí)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(jià)制造鎢絲的方法得到解決，鎢絲電燈泡走進(jìn)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?yàn)殒u絲上細(xì)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(xì)，電阻進(jìn)一步增大循環(huán)，最終令鎢絲燒斷。這個(gè)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(shù)的電燈泡內(nèi)都是注入氮、氬或氪氣，一般壽命為1000小時(shí)左右。

　　一個(gè)世紀(jì)之后，白熾燈不得不面臨退下歷史舞臺(tái)的困境———大部分白熾燈會(huì)把消耗能量中的90%轉(zhuǎn)化成無用的熱能，只有少于10%的能量會(huì)成為光。如此龐大的浪費(fèi)，注定了白熾燈的命運(yùn)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(shí)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(jī)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(chǎn)生的熱只是相同亮度的白熾燈的1/6。

　　站在白熾燈這個(gè)“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(lán)光的燈管，后來又在燈管內(nèi)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(huì)，展示了第一個(gè)實(shí)用熒光燈。一種利用熒光粉把低氣壓汞蒸汽放電過程中產(chǎn)生的紫外線轉(zhuǎn)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(chǎn)生的熱只是相同亮度的白熾燈的六分之一。同時(shí)，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(nèi)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(jì)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(dá)到同樣光能輸出的前提下，只需耗費(fèi)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(fèi)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(shí)，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(qǐng)了第一個(gè)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(huì)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(nèi)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?cè)说囊曈X疲勞，車燈亮度的提高也有效擴(kuò)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(jìn)入21世紀(jì)，照明舞臺(tái)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(shí)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(lán)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(diǎn)，如省電、壽命長、耐震動(dòng)、響應(yīng)速度快、冷光源等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于指示燈、信號(hào)燈、顯示屏、景觀照明等領(lǐng)域，在我們的日常生活中處處可見，家用電器、電話機(jī)、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號(hào)燈等。

　　起初，由于LED亮度差、價(jià)格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源推廣應(yīng)用。近年來，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發(fā)和應(yīng)用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實(shí)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(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經(jīng)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(xué)設(shè)計(jì)不好的話會(huì)造成眩光；LED照明產(chǎn)品的互換性較差，各個(gè)公司的產(chǎn)品不能互換；LED照明產(chǎn)品缺少標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)方法還不完善；LED照明產(chǎn)品的價(jià)格很高，性價(jià)比還不夠理想?！睆?fù)旦大學(xué)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(chǎn)生光污染。”

羊城晚報(bào)記者李曉莉

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