人类照明演化史

人类照明演化史

照明对于人类活动有着重要的影响，古时候的人利用烧油、点蜡烛等方式获得灯光，甚至利用夜间可以发光的萤火虫作为光源。　　晋朝时期，有个名叫车胤的人，从小好学不倦，连夜晚的时间也不肯白白放过。但是由于家里很穷，买不起点灯的油，所以每到夏夜，他就抓来许多萤火虫，放在有小洞的囊内，利用萤火虫的光来看书。结果苦学的车胤终于出人头地，最后官至吏部尚书。此外，古书《古今秘苑》也曾经记载：“取羊膀胱吹胀晒干，入萤百余枚，系于罾足底纹，群鱼不拘大小，各奔其光，聚而不动，捕之必多。”这是利用萤火虫的亮光捕鱼的故事。　　萤火虫的身体尾部有一个发光器，包含三个部分：皮肤、发光细胞和反射层。由发光细胞所发射出来的光线，由于反射层的反射而显得更明亮。发光细胞中的主要物质是虫荧光素和荧光酶。虫荧光素是产生光能的来源，荧光酶则是催化剂。当萤火虫开始活动时，呼吸加快，体内吸进大量氧气，氧气通过小气管进入发光细胞，虫荧光素在荧光酶的催化作用下，便开始产生氧化反应，导致腹下发出光亮来。因萤火虫呼吸节律的不同，便形成时明时暗，看起来像一闪一闪的“小星星”。　　由于虫荧光素转换能量的效率很高，其中只有约2%%~10%%的能量浪费在热能上，其余能量都用来发光，因此萤火虫的发光可以称为一种“冷光”，物理学家认为这是非常理想的灯光。白炽灯泡　　随着文明的进步，人类尝试各种方法以获得光源。　　一直到1879年10月21日，在美国新泽西州的一间积满灰尘的实验室里，爱迪生把很细的碳化纤维丝封在一个玻璃泡里面，利用真空泵把玻璃泡里的空气抽走，再稳定地供给电压，使灯丝变成一个很稳定的明亮光源，电力照明的时代从此降临。　　虽然白炽灯泡的形式、形状和颜色有数不清的种类，但是其组成包括灯头、灯丝、填充在灯泡内的气体和隔绝外界的灯泡等部分。灯头是用来把灯泡连接到灯座上的装置，灯丝是灯泡中真正用来发光的组件。一般而言，灯丝的工作温度越高，所产生的能量位于可见光区域的部分就越大。灯丝最早是以碳来制作，但是后来就全都改用钨丝，原因是钨的熔点高，不容易损坏，且光谱特性较佳，具有抗热抗冷的强度。填充的气体通常使用惰性气体，可以对灯丝施加压力，防止灯丝的蒸发。灯泡则是用来与外界隔绝，如果不隔绝，灯丝就会很快地和空气中的氧气反应而烧毁。　　当一个电阻很大的灯丝通过越来越大的电流时，灯丝开始发热并且发光，一直达到白炽的光色。白炽灯泡后来经过改良以适应特殊需求，因此可再细分为普通用照明灯、高压和低压电灯、卤素灯、红外线灯等种类。但是大致而言，白炽灯泡若要作为大型房间或大范围的空间照明器材，还无法满足人类的需求，但百余年来，电灯的发明一直在人类科学史上占有很重要的地位。日光灯　　日光灯（或称为荧光灯）可以说是室内照明非常重要的发明，现在全世界的夜间室内照明绝大多数都是采用日光灯。日光灯管比起传统的灯泡来，具有使用寿命长，发光效率较高，光照面积大，可调整成不同光色等几项优点。　　日光灯的构造，通常是一个长型的圆柱管，里面包含极微量的汞及少量的惰性气体（氩气或氖气）。通电后，灯管两端的电极引发高压放电，游离管中的惰性气体产生电弧，激发汞蒸汽发射波长较短的紫外光。涂抹在灯管内壁的荧光粉吸收紫外光，再转换成可见光。若变更荧光粉的种类，便可以得到适合不同场合的灯光，如适合办公室与工厂的冷白光，适合用在温暖社交环境中的暖光，以及一般家庭、学校等场合的日光灯。　　日光灯的使用，满足了人类绝大多数场合的需求，虽然各式各样的电灯仍陆续在开发中，然而截至20世纪为止，依旧无法发展出比日光灯更符合人类需求的发明。日光灯虽然有许多的优点，但最大的一个缺点就是日光灯管非常消耗电力，绝大多数的电能都消耗在热能上。此外，灯管中的汞存在污染环境的问题，因此，寻求新的照明光源一直是科学家和企业界的任务。发光二极管　　在20世纪后期开始发展的发光二极管给未来照明带来曙光。1996年，日本日亚化学公司在GaN蓝光发光二极管的基础上，开发出以蓝光LED激发钇铝石榴石荧光粉而产生黄色荧光，所产生的黄色荧光进而与蓝光混合产生白光（蓝光LED配合YAG荧光粉），开启了LED迈入照明市场的序幕。　　白光发光二极管的主要构造包含底部的二极管，涂在二极管或灯罩上的荧光粉，以及隔绝外界的灯罩。当底部的二极管（通常是半导体材料）接受电能的激发后，产生电子与电洞对，当电子与电洞再结合的时候，二极管便发出第一发射光（紫外光或蓝光）。这第一发射光可以被荧光粉吸收并转换成第二发射光（可见光波长范围），当没有被荧光粉吸收的第一发射光和荧光粉所发射出来的第二发射光混合以后，便得到白光。　　利用不同荧光粉的搭配，发光二极管也可如日光灯管般具有偏冷色系或暖色系的不同光色。此外，经过多年的研究与发展，发现利用高效率的紫外光发光二极管作为发射光源，是未来白光发光二极管成为照明装置的不二选择。因此，如何发展高效率的紫外光发光二极管，以及适合于紫外光用的各色荧光粉，是现今大家所努力的目标。　　随着目前LED技术的进步，白光LED的应用也逐渐开展，包括指示灯、携带式手电筒、液晶屏幕背光板、汽车仪表及内装灯等。而业界更相信，未来10年内，白光发光二极管将普遍应用在照明上，成为21世纪人类照明的曙光。