你知道頭上的燈是怎麼來的嗎？從傳統燈泡到 LED 燈：照明技術的演進

2023-08-23

日常生活中，辦公、讀書、耍廢和追劇，無論大小事我們都不疑有他地使用著燈光。如今一般照明，大部分的光源都是 LED，而 LED 的普及也只是近十幾二十年的事。你仔細回想看看，小時候教室用的燈都是螢光燈管，而他們的蹤跡最近也漸漸看不到了，你有想過為什麼嗎？今天就來跟大家講講燈具的演變。

1. 照明的起源

人類用火

人眼要看見東西，就必須要有光，自然界中最容易取得的，當然就是太陽光。然而一旦夜幕低垂，視覺便被剝奪，孱弱的星光、月光，也大多無濟於事。然而，因緣際會下我們的祖先學會了用火，人類的照明之路自此發端。

隨著時間的推移，我們不斷尋求更持久、更穩定的光源，火炬、蠟燭、煤氣燈相繼被發明使用，但好像始終脫離不了對火的依賴，火的存在也帶來危險，安全性便無法得到保障。

2. 電能崛起－白熾燈

白熾燈

1854 年，第一個用電發光，能實際應用的燈具－白熾燈被發明了，而發明它的人正是大名鼎鼎的，沒錯，亨利·戈培爾。而在一連串專利大戰後，最後取得專利的是愛迪生。之後白熾燈泡在材料與設計上不斷改良，最後變成常聽到的鎢絲燈。

白熾燈發光原理便是把一根長長的燈芯（鎢絲）通過電流，加溫到變超燙，而物體溫度越高發出的電磁波波長就越短，講人話就是溫度高過一定程度物體就會發出可見光，燒紅的鐵塊也是同個道理。這種方式發出的光譜連續且均勻，所以演色性極佳，基本上跟太陽光一樣。產生的光線也不會閃爍。

延伸閱讀：全光譜與演色性（RA）是什麼？它重要嗎？

然而把鎢絲燒燙這種發光方式想當然大部分能量（90%）都轉成了熱，極度消耗能源，吃到 100W 也大有燈在。燈芯本身使用壽命也不長，約在 1000 小時上下。聰明的人類怎麼甘心止步於此，一個耳熟能詳的名字便出現了－螢光燈。

3. 光效躍進－螢光燈

螢光燈

螢光燈，又稱日光燈，就是一條長長的燈管，小時候不小心打破會有很多白色粉末，然後被老師臭罵一頓，或是看起來很潮的螺旋燈泡都是螢光燈。螢光燈的工作原理是利用電子激發氣體中的水銀蒸氣，產生紫外線。紫外線照射到燈管內壁的螢光粉上，使其發出可見光，講人話就是用電子讓水銀變很 high，然後他鎮靜下來之後會放出紫外線，紫外線又會讓螢光粉很 high，螢光粉鎮靜下來後會發出可見光。螢光燈發光效率比白熾燈高 4 到 5 倍, 壽命則長 5 到 7 倍，缺點是演色性相對沒那麼高，以及燈管內含有有毒的水銀。

在螢光燈橫空出世後白熾燈自然也淡出照明的舞台。然而在螢光燈大放異彩的同時，另一個技術也在發展，最後嶄露頭角，成為新一代霸主的 LED 燈。

4. 當代主流－LED 燈

LED

LED 中文叫發光二極體，利用 n 型與 p 型半導體材料中電子與電洞結合，把電能直接轉化成光能。而一組 LED 材料能隙固定，只能發出一種顏色的光（光譜很窄），只有紅光的燈能看嗎？所以一般做法有兩種。一是把能發出不同光的 LED 組合在一起，紅藍色加一加就變白光了。另一種則是走回螢光燈那條老路－用螢光粉。先用短波 LED 發出紫外線打在螢光粉上，螢光粉再發出可見光。

LED 的壽命約為螢光燈的 4 倍，若環境控制得宜甚至可達 30000 小時，光效也可到螢光燈的 2 倍以上，且不像螢光燈含有有害物質，所以近年來 LED 燈已經成為商業和家庭照明的主流選擇。

5. 照明技術的未來與展望