人类的照明史：点亮过去，照耀明天

杨冬魏 王聪聪

照明对于人类活动有着重要的影响，我们的祖先一直希望，在漆黑的夜晚，有一种光源能有效地驱离黑暗、带来光明，从而摆脱“日出而明，日落而黑”的周期轮回。于是，古今中外，无数的能工巧匠进行着不懈的努力，点亮过去，照耀明天，不断地推进着人类照明技术的发展。

总的来说，人类的照明经历了从“自然光照明”到“人工火照明”再到“电气化照明”这三大发展阶段。

自然光照明

利用大自然现成的光源来实现照明，这是祖先们最早采用的照明方式。古人遵循“日出而作，日落而歇”的自然周期规律，主要因为阳光就是最好的照明。有时，月亮和星辰也能成为很好的辅助光源。

1600多年前的晋朝时期，有个名叫车胤的人，从小好学不倦，连夜晚的时间也不肯放过。由于家里很穷，为了省钱，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，终于出人头地，最后官拜吏部尚书。古书《古今秘苑》还记载：“取羊膀胱吹胀晒干，入萤百余枚，系于罾（一种方形的渔网）足网底，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。

但仅仅靠自然光照明是不够的，黑夜和冬季是漫长的。当祖先们偶然学会了用火，火不仅带来了烤熟的食物，还可以照亮夜晚，更可以驱逐野兽、带来温暖。从自然光照明到人工火照明的跨越，就这样完成了。

人工火照明

火把

火把是最早、最简单的人工照明光源，火把的历史可能有上百万年。拿一根树枝，一端绑上可燃物，蘸上油脂，火把就这样诞生了。早期的油脂，主要是动物脂肪，其次就是松树油脂。火把的缺点是不容易控制燃烧的速度。

油灯

之后，出于对光源稳定和经济实惠的考虑，人们在盛油的容器中放置灯芯，发明了油灯。

福建昙石山文化遗址距今4 500～5 500年，属新石器时代晚期遗址。遗址中出土了保存完好的陶瓷油灯，油灯有多个防风孔，比国外的同类灯早了1 000 多年。这是世界上最早的油灯，被誉为“中华神灯”。

人类使用油灯照明的历史特别长，一直到近现代，很多地方在通电以前，都是使用油灯来照明。在这期间，油灯经过了多次改进。油灯用油从动物油改为植物油，最后又被煤油取代。灯芯也经历了草、棉线、多股棉线的变化过程。为了防止风把火吹灭，人们给油灯加上了灯罩。早期的灯罩是用纸糊的，很不安全，后来改用玻璃罩。这样的油灯不怕风吹，在户外也照样使用，而且燃燒充分，不冒黑烟。

其他火光源

可是人类并没有满足，在使用油灯照明的同时，仍然在寻找其他的照明方法。公元前3 世纪前后，有人用蜂蜡做成了蜡烛。到了18 世纪，出现了用石蜡制作的蜡烛 ，并且开始用机器大量生产。

200 多年前，英国人发明了煤气灯，使人类的照明方法向前迈进了一大步。最初，这种灯很不安全，在室内使用容易发生危险，因此只当作路灯。后来经过改进，它才走进千家万户。

火把、油灯、煤油灯、蜡烛、煤气灯这些照明工具，都没有离开火，都是靠物质燃烧发出的光来照明的，都是人工火光源。燃烧型照明灯具的缺点显而易见，它发出的光会随着火焰的抖动而忽明忽暗，在风雨中火焰很容易熄灭，在一些特殊的场合，比如充满气体的矿井中，使用火焰照明十分危险。那么，有没有不用火也能照明的方法呢？

电气化照明

弧光灯

英国科学家戴维在用碳棒做电流热效应实验时，两根碳棒无意中碰撞，闪出一道极强的白光。他没有忽略这次偶然的发现，反复进行实验，终于在1809 年发明了在两根碳棒之间进行强电流放电的弧光灯。这是人类最早利用电照明的成功尝试。这种光的亮度非常强，即使在恶劣的天气中，也能在很远的地方被看到。但是，戴维发明的这种弧光灯成本太高、电流很大、光线太强、寿命不长，只能用于灯塔或公共场合照明，难以大规模推向民用。

之后，英国科学家迈克尔·法拉第、约瑟夫·威尔森·斯旺和美国科学家亨利·戈培尔都在电气化照明上作出了杰出贡献，为白炽灯的发明奠定了坚实的基础。

白炽灯

1879 年10 月21 日， 在美国新泽西州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，达到真空状态（灯丝暴露在空气中，很容易被氧化烧断），再稳定地供给电压，使白炽灯的灯丝温度高达2 000～3 000℃，灯丝变成一个很稳定的明亮光源。人类历史中真正意义上的第一盏白炽灯诞生了，电气化照明的新时代从此来临。白炽灯是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源，具有显色性好、光谱连续、价格便宜、使用方便等优点，被广泛应用。

之后，各种发光特点、各种不同用途的灯具陆陆续续地被发明，比如卤素灯、高压汞灯、金卤灯、高压钠灯……

经过人们对灯丝材料、灯丝结构、填充气体的不断改进，白炽灯的发光效率也相应提高。但白炽灯仍存在很多缺点，比如在使用过程中，由于温度很高，会导致钨丝升华，热的钨蒸气遇到冷的玻璃又凝华为固态晶体，覆盖在灯泡内表面，使灯泡变黑，影响照明效果；使用时间过长，灯丝会越来越细，渐渐熔断，发出的光会忽明忽暗。因此，白炽灯的使用寿命不长，还会伤害视力。而白炽灯最致命的缺点是它的光电转化效率太低，还不到10%，白炽灯的大规模应用会造成很大的电能浪费。如今，白炽灯已经被逐步淘汰。

荧光灯

1938 年，美国通用电气公司的研究人员伊曼成功突破了启动装置的设计与制作大关，研制出与白炽灯性能截然不同的荧光灯。这种荧光灯是在一根玻璃管内充进一定量的水银，管的内壁涂有荧光粉，管的两端各有一个灯丝做电极。它的工作原理是：通电后，水银蒸气放电，同时产生紫外线，紫外线激发管内壁的荧光物质而发出可见光。它比白炽灯更亮，且电能利用率更高，光电转化效率可达到30%。

节能灯是荧光灯的一种，成为白炽灯的替代品，其体积小、更节能，使用寿命也是白炽灯的6～10 倍，因此在照明市场占据了一席之地。不过，节能灯的启动很慢，属于明线光谱（不连续），所以通常的节能灯偏紫色光，在节能灯下看东西会有色变，蓝色会变紫色，红黄色看上去会更鲜艳，因此配色的工作场合不宜使用节能灯。当然在这样的光源下，也不是很适合小孩子阅读，护眼效果较差。

之后，各种荧光灯如雨后春笋般出现，光色更优、寿命更长、价格更低、效率更高。目前，日常生产、生活中，荧光灯仍占据照明市场的半壁江山。

LED 灯

1962 年，美国人尼克- 霍洛尼亚柯研制出世界上第一个发红光的二极管。经过后人的不断努力，又得到了能够发出白光的结构。发光二极管（简称“LED”）灯泡以半导体为材料，这种发光装置可以做得很小，只有几毫米，能让灯光设计师突破空间的限制，最大限度地在有限的空间里设计炫丽灯光。

更有意义的是，LED 灯的光电转化效率特别高，能达到惊人的70%～80%，熱量散发少、能耗低、环境污染小。

如今，LED 灯的使用越来越广泛。那么，它还有哪些优点呢？

1.LED 灯的晶片被完全封装在小巧的环氧树脂颗粒里，不容易损坏、热效应也较少、不易熔断，这些特点使得LED 灯更坚固耐用。

2.LED 灯的灯泡寿命很长，理论上可达到10 年以上。

3.LED 灯使用的是比高压电源更安全的低压直流电源，供电电压在6～24V，因产品不同而有所差异，更适用于家庭和公共场所。

4.LED 灯更小巧，每个单元LED 小片是3～5 毫米的正方形或圆形，更适合于制备造型工艺复杂的器件，譬如制造可弯曲的灯管、灯带、异型灯花，因此具有更大的适用范围。

5.LED 灯是数字控制，发光芯片目前能发出多种颜色的色光，色彩更丰富。

未来的照明

科技的进步永无止境，人类对照明已不仅仅局限于能照亮，未来的照明会在更节能、更智能方面迈出坚实的步伐。

相较于过去的白炽灯和现存的荧光灯，LED 灯的发光效率虽然大幅度提高，但是仍然有不少的空间可以挖掘，正在研发的有机发光二极管（OLED）被人们寄予厚望。

未来的照明不仅向节能环保发展，而且向智能控制迈进，自动调节每一个电灯的开关和光线强弱，极大地节约了能源，方便生活，使生活品质更上一层楼。

（责任编辑：白玉磊）