发明人:沃伦·德·拉·鲁(Warren De la Rue),于1840年发明了用铂丝做灯芯的早期电灯泡;约瑟夫·威尔逊·斯旺(Joseph Wilson Swan),于1878年演示了使用碳化纸纤维做灯丝的电灯泡;托马斯·爱迪生(Thomas Edison),于1879年获得了碳丝灯泡的专利权;尼克·赫伦亚克(Nick Holonyak),于1962年发明了第一盏LED灯。
全球照明市场变化:到2016年已安装LED照明光源的超过27%,现在LED灯的市场份额则超过了50%。
顶级制造商:伊顿电气集团(Eaton)、欧司朗光电公司(Osram Opto)、科锐公司(Cree)、奥德堡照明公司(Zumtobel)、东芝照明技术公司(Toshiba)、飞利浦照明公司(Philips)、数字流明公司(Digital Lumens)和通用照明公司(GE Lighting)。
自人类历史早期开始到19世纪初,火一直是人类最主要的光源。人们靠火把、蜡烛、油灯和煤气灯的火光生活和工作。使用明火照明往往会带来火灾的危险,尤其是在室内使用时,不仅光线昏暗,而且多数情况下会产生对人体有害的气体。
英国化学家汉弗莱·戴维爵士首次尝试使用电力照明。1802年,戴维证明电流可以将金属薄片加热至白热状态,产生良好的光线。这就是白炽灯的开端。
下一个重要的突破是弧光灯。它的主要部分是由碳制成的两个电极,两个电极之间隔着一个很短的空气空间。施加在其中一个电极上的电流流过另一个电极时会在空气中形成一道光弧。弧光灯主要用于室外照明,那时一大批科学家仍在竞相研发一种高效的室内光源。
白炽灯走向市场的瓶颈是没有找到合适的发光材料。戴维发现,铂是唯一一种可以长时间产生白热的金属。他也试用过碳,但是碳在空气中很快氧化,导致燃烧殆尽。解决方案是制造一种真空环境,让这些元素隔绝空气,从而保护发光材料。
托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison)是一位年轻的发明家,他在新泽西州门洛帕克有一个实验室。1877年,爱迪生参加了发明实用电灯的竞赛。他从检查其他人的实验入手,通过仔细观察研究,从而找出竞争者失败的原因。在这个过程中,他发现铂是比碳更好的发光材料。1879年4月,爱迪生用铂作为发光材料,制作出不怎么实用的灯,他因此申请了第一项专利。然后他继续寻找一种既能有效发光又比较便宜的材料。
灯泡的发明人有很多,可通常人们把它的发明归功于爱迪生。然而,与他同时代的英国人约瑟夫·威尔逊·斯旺(Joseph Wilson Swan)在1878年就已经展示了第一个电灯泡,那是爱迪生申请碳丝灯泡专利的前一年。
爱迪生还对照明系统的其他部件做了改进。他制作一个电源,并创新地设计了一个布线系统,该系统可以在同一时间控制数个灯泡的照明。最重要的是他找到了一种合适的丝状材料——一种非常细、像线一样的金属丝,通过电流时它并不会熔化或变性。早期的灯丝大部分很快就烧坏了,因此,大多数情况下做出来的灯没有实用价值。为了解决这个问题,爱迪生再次尝试用碳丝来照明。
爱迪生最后选择了碳化棉线作为灯丝材料。用铂丝作为正负电极,灯丝被夹在铂丝上,铂丝携带电流进出灯丝。然后把这个组件放在一个玻璃球中,在颈部熔化。真空泵将空气从灯泡中抽走,这是一个缓慢但重要的步骤。随后连接玻璃灯泡底部伸出来的引线。
1879年10月19日,爱迪生对这种新灯泡进行了第一次性能测试。它持续亮了2天零40分钟(10月21日,也就是灯丝最终烧断的这一天,一般称为第一盏具有商业使用价值的电灯发明日)。当然,这个最初的灯经过了一些改进。此后,大量灯泡生产厂建立起来,供电系统也取得了很大的进步。今天的白炽灯泡与爱迪生最初的灯泡非常相似。主要的不同之处在于钨(一种熔点很高的坚硬金属)灯丝和各种气体(灯泡内充的惰性气体)的使用,因为钨灯丝可以加热到更高的温度,从而获得更高的效率和更明亮的照明。
白炽灯是第一种也是最便宜的一种灯泡,但现在已经开发出多种用途的其他光源。
■ 钨卤素灯使用钨作为灯丝,并充满卤素气体来延长灯丝的寿命。
■ 水银蒸汽灯是一种双层玻璃壳灯泡——石英放电管外面另有一个椭球形外玻璃壳。放电管中汞蒸气的压力比荧光灯高,使得外玻璃壳内壁不需要荧光粉涂层就能发光。
■ 霓虹灯管是一个两端有电极的密封玻璃管,其中填充了一些低压的气体,在高压电场作用下产生气体放电,氖原子内部的电子跃迁使其发光。光的颜色是由气体混合物决定的,纯氖气体发出红光。
■ 金属卤化物灯,主要用作户外体育场馆和道路照明灯,含有金属和卤素的化合物。灯的工作原理与汞蒸气灯基本相同,只是金属卤化物在没有荧光粉的情况下可以产生更自然、更平和的色彩。
■ 高压钠灯也类似于汞蒸气灯,不过电弧管是由氧化铝而不是石英制成的,并且它含有钠和汞的固体混合物。
■ 荧光灯是含有汞蒸气和氩气的透明管。当电流通过管子时,水银会释放出紫外线。当紫外线照射到灯泡内部的荧光涂层时,荧光灯就会发光。紧凑型荧光灯是白炽灯的直接替代品。
■ 发光二极管(LED)照明使用的是固态半导体发光二极管,当电流通过时发光。一组LED结合驱动电路和散热器,被封装在一个灯泡中,可以直接取代白炽灯,相比白炽灯摸起来更凉,更节能。