人類照明史

●囊螢夜讀●

照明對于人類活動有著重要的影響，古時候的人利用燒油、點蠟燭等方式獲得燈光，甚至利用夜間可以發光的螢火蟲作為光源。

1700年前中國的晉朝時期，有個名叫車胤的人，從小好學不倦，連夜晚的時間也不肯白白放過。但是由于家里很窮，買不起點燈的油，所以每到夏夜，他就抓來許多螢火蟲，放在有小洞的囊內，利用螢火蟲的光來看書。結果苦學的車胤終于出人頭地，最后官拜吏部尚書。此外，古書《古今秘苑》也曾經記載：“取羊膀胱吹脹曬干，入螢百余枚，系于罾足底紋，群魚不拘大小，各奔其光，聚而不動，捕之必多。”這是利用螢火蟲的亮光捕魚的故事。

螢火蟲的身體尾部有一個發光器，包含三個部分：皮膚、發光細胞和反射層。由發光細胞所發射出來的光線，由于反射層的反射而顯得更明亮。發光細胞中的主要物質是蟲熒光素和熒光酶。蟲熒光素是產生光能的來源，熒光酶則是催化劑。當螢火蟲開始活動時，呼吸加快，體內吸進大量氧氣，氧氣通過小氣管進入發光細胞，蟲熒光素在熒光酶的催化作用下，便開始產生氧化反應，導致腹下發出光亮來。又由于螢火蟲不同的呼吸節律，便形成時明時暗，看起來一閃一閃的“小星星”。

此外，由于蟲熒光素轉換能量的效率很高，其中只有約 2％-10％的能量浪費在熱能上，其余能量都用來發光，因此螢火蟲的發光可以稱為一種“冷光”，物理學家認為這是非常理想的燈光。

●白熾燈泡●

隨著文明的進步，人類嘗試各種方法以獲得光源。

一直到1879年10月21日，在美國新澤西州的一間積滿灰塵的實驗室里，愛迪生把很細的碳化纖維絲封在一個玻璃泡里面，利用真空泵把玻璃泡里的空氣抽走，再穩定地供給電壓，使燈絲變成一個很穩定的明亮光源，電力照明的時代從此降臨。

雖然白熾燈泡的形式、形狀和顏色有數不清的種類，但是其組成包括燈頭、燈絲、填充在燈泡內的氣體和隔絕外界的燈泡等部分。燈頭是用來把燈泡連接到燈座上的裝置，燈絲是燈泡中真正用來發光的組件。一般而言，燈絲的工作溫度越高，所發射的能量位于可見光區域的部分就越大。燈絲最早是以碳來制作，但是后來就全都改用鎢絲，原因是鎢的熔點高，不容易損壞，且光譜特性較佳，具有抗熱抗冷的強度。填充的氣體通常使用惰性氣體，可以對燈絲施加壓力，防止燈絲的蒸發。燈泡則是用來與外界隔絕，如果不隔絕，燈絲就會很快地和空氣中的氧氣反應而燒毀。

當一個電阻很大的燈絲通過越來越大的電流時，燈絲開始發熱并且發光，一直達到白熾的光色。白熾燈泡后來經過改良以適應特殊需求，因此可再細分為普通用照明燈、高壓和低壓電燈、鹵素燈、紅外線燈等種類。但是大致而言，白熾燈泡若要作為大型房間或大范圍的空間照明器材，還無法滿足人類的需求，但百余年來，電燈的發明一直在人類科學史上占有很重要的地位。

●日光燈●

日光燈（或稱為熒光燈）可以說是室內照明非常重要的發明，現在全世界的夜間室內照明絕大多數都是采用日光燈。日光燈管比起傳統的燈泡來，具有使用壽命長，發光效率較高，照光面積大，可調整成不同光色等幾項優點。

日光燈的構造，通常是一個長型的圓柱管，里面包含極微量的汞及少量的惰性氣體（氬氣或氖氣）。通電后，燈管兩端的電極引發高壓放電，游離管中的惰性氣體產生電弧，激發汞蒸汽發射波長較短的紫外光。涂抹在燈管內壁的熒光粉吸收紫外光，再轉換成可見光。若變更熒光粉的種類，便可以得到適合不同場合的燈光，如適合辦公室與工廠的冷白光，適合用在溫暖社交環境中的溫白光，以及一般家庭、學校等場合的日光燈。

日光燈的使用，滿足了人類絕大多數場合的需求，雖然各式各樣的電燈仍陸續在開發中，然而截至 20世紀為止，依舊無法發展出比日光燈更符合人類需求的發明。日光燈雖然有許多的優點，但最大的一個缺點就是日光燈管非常消耗電力，絕大多數的電能都消耗在熱能上。此外，燈管中的汞對于地球環境的污染一直為人所垢病，因此尋求新的照明設備引起了科學家和企業界極大的興趣。

●白光發光二極管●

基于以上的原因，在20世紀后期開始發展的白光發光二極管帶來未來照明的一線曙光。1996 年，日本日亞化學公司在GaN藍光發光二極管的基礎上，開發出以藍光LED激發釔鋁石榴石熒光粉而產生黃色熒光，所產生的黃色熒光進而與藍光混合產生白光（藍光 LEO配合YAG熒光粉），開啟了 LED邁入照明市場的序幕。

白光發光二極管的主要構造包含底部的二極管，涂在二極管或燈罩上的熒光粉，以及隔絕外界的燈罩。當底部的二極管（通常是半導體材料）接受電能的激發后，產生電子與電洞對，當電子與電洞再結合的時候，二極管便發出第一發射光（紫外光或藍光）。這第一發射光可以被熒光粉吸收并轉換成第二發射光（可見光波長范圍），當沒有被熒光粉吸收的第一發射光和熒光粉所發射出來的第二發射光混合以后，便得到白光。

利用不同熒光粉的搭配，發光二極管也可如日光燈管般具有偏冷色系或暖色系的不同光色。此外，經過多年的研究與發展，發現利用高效率的紫外光發光二極管作為發射光源，是未來白光發光二極管成為照明裝置的不二選擇。因此，如何發展高效率的紫外光發光二極管，以及適合于紫外光用的各色熒光粉，是現今大家所努力的目標。

隨著目前LED技術的進步，白光LED的應用也逐漸開展，包括指示燈、攜帶式手電筒、液晶屏幕背光板、汽車儀表及內裝燈等。而業界更相信，未來10年內，白光發光二極管將普遍應用在照明上，成為21世紀人類的曙光。