照明史话 第7期

人类生活除了水、空气、食物必需用品之外，光一直影响人们的作息。相当长一段时期，人类一直过着日出而作，日落而息的生活，直到1879年爱迪生发明了电灯泡（白炽灯）

人类要感谢爱迪生，自从他在1879年发明真空碳丝灯泡后，我们可以随心所欲地取用人工光源，再也不必去抓一玻璃瓶的萤火虫来学车胤“囊萤映雪”，告别蜡烛和豆油灯的昏暗时代。

传统光源的发明

一般认为电灯是由美国人托马斯?爱迪生所发明。但倘若认真的考据，另一美国人亨利?戈培尔比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料且可靠的电灯泡，而在爱迪生之前很多其他人也对电灯的发明作出了不少贡献。1801年，英国化学家戴维将铂丝通电发光。他在1810年发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年亨利?戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有即时申请设计专利。

1850年，英国人约瑟夫?威尔森?斯旺开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。

1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。

爱迪生购下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。

爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年，通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决，钨丝电灯泡被使用至今。

电灯泡的最大问题是灯丝的升华。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦升华得较快，于是造成钨丝变细，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的升华。今天多数的电灯泡内都是注入氮、氩或氪气。现代的白炽灯一般寿命为1000小时左右。

实用白炽灯的发明，揭开了电应用于日常生活的序幕。

荧光灯发展突飞猛进

爱迪生之后，电灯不断改进。1939年，管状日光灯问世，很快被广泛采用，成为又一种重要的照明光源。当时荧光灯玻管外径为38mm（T12），光效约60LM/W，显色指数为70Ra。

随着荧光灯研究的深入，发现适当提高管壁温度，具有较高光效的灯管直径可以相应缩小，这就使正柱区产生的253.7nm的光子到达管壁的距离缩短，光子与其它原子的碰撞机率降低，自吸收损失减少，这样制成的管径为26mm荧光灯（T8）光效可以提高，制造和运输成本也能降低。但这时必须使用能承受较强紫外线辐照的优质卤磷酸钙荧光粉，或三基色荧光粉，管径减小后可使光效提高10%。若进一步配用工作在40KHz~60KHz频率的电子镇流器，它的光效可比工作在50Hz频率下的电感镇流器再提高10%，这也就是人们常说的改进型T8荧光灯。

随着电子学技术的发展，近年来实用型无极荧光灯发展很快，国际上现有产品是荷兰QL型，功率为55W和85W两种，光效约68LM/W，寿命60000h，工作频率2.65MHz；美国Genura型无极荧光灯，功率23W，光效48LM/W，寿命10000h，工作频率2.65MHz；日本ever-Light型无极荧光灯，功率9W和27W，光效为41LM/W，寿命40000h，工作频率15.56MHz；还有德国Endura型无极荧光灯，功率100W和150W，光效80LM/W，寿命60000h，工作频率为250KHz。

1959年人们发明了卤钨循环原理后制造出卤钨灯，它给热辐射光源注入了新的活力。这类灯体积小，光维持率达到95％以上，光效和寿命更明显优于白炽灯。近年来，我国已生产出可直接用于电网、电压220V或110V的卤钨灯，其尺寸很小，同时具有优异的灯丝稳定性和抗震性。泡壳有透明和磨砂两种不同规格，灯头易于连接，与白炽灯一样。卤钨灯的另一改进措施是采用浸涂法、真空蒸镀法或化学蒸镀法，在石英泡壳上采用红外反射层技术制成的新型卤钨灯，通过让可见光透过，而将红外线反射回灯丝的过程，使灯的光效提高30％－45％，寿命可达3000小时。

为了便于装饰和美化，对细管径荧光灯通过采用接桥和弯管等工艺，使灯管的尺寸紧凑，制成保持高光效的紧凑型荧光灯，特别是配有电子镇流器的一体化型又选用白炽灯螺口灯头（E27），已在许多领域取代了白炽灯。早年紧凑型荧光灯为H，U和Π型，并逐步发展为双H，双U和双Π型。近年又开发出3U，3Π，4U，4Π和螺旋型，功率做到18W以上，用以取代100W以上的白炽灯，也已有85W和125W大功率紧凑型荧光灯产品的出现。这类灯所配用电子镇流器已从分列元件，发展到使用贴片，甚至集成电路，功率因素达到0.98，谐波失真总量小于10%，灯的寿命提高到10000h，亦有调光型产品。全世界2001年紧凑型荧光灯的总产量已超过8亿支，其中75%产于我国。

随着背光照明在办公用笔记本电脑、等离子体显示器和家用电器如电视机、数码像机、摄像机等中的应用与日俱增，高亮度的冷阴极超细管径荧光灯为此应运而生。这类灯的管径为1.8mm~3.0mm，普遍采用三基色荧光粉，通常采用Ni、Ta、Zr等金属作为冷阴极，在高的启动电压下形成辉光放电使灯管工作。

HID光源的成熟和进步

适用于大面积范围和室外照明的高强度气体放电光源（HID），其灯内工作压强往往超过10个大气压强。其中高压汞灯的光效可达50LM/W，显色指数超过65，色温4000k~6000k，寿命也达到约10000h，功率规格形成35W~3500W系列化。高压钠灯发光效率达到120LM/W，显色指数为25，寿命达到24000h，规格有30W~1000W，虽然其光色稍逊，但其光效是所有能发出接近白光的人工光源中最高的。近年来又开发出高显色高压钠灯，显色指数80左右，寿命8000h。金属卤化物灯由于能兼具光效高（≥80LM/W）和光色好（Ra≥80）的优点，随着近年来等离子体模型理论和诊断技术不断完善和成熟，其中PICC/MCC模型方法使用更为广泛，其它流体模型，综合和模拟电路模型，以及杂交模型也得到应用。至今气体放电等离子体诊断技术还是以光谱诊断为主。用模型和诊断技术来指导研制和生产金属卤化物灯，使光源性能有了极大的提高，其中35W~150W规格的小功率金属卤化物灯已广泛地应用到室内照明和汽车前照灯。