1. 引言
使用工具是人类与野兽最大的区别,而人工取火的出现是人类文明一个里程碑式的起点,它照亮了人类的文明史,标志着人类开始走向一条超越一般物种的进化之路。随着人类文明的发展,照明的方式与用途也在不断的发展与改变。伴随着能源的更迭,照明经历了从火、油到电的发展历程;照明工具也不断推陈出新,从最初的火把到古代的动植物油灯再到煤气灯、煤油灯直至发展至近现代以电为能源的白炽灯、荧光灯、LED灯等[1]。照明工具的不断演化不光改变了人们的生活方式,也深刻地影响了文化的形成和发展。照明不仅仅是实现视觉生理可视性的手段,更是一种艺术表达和文化传承的方式。不同时期人们对照明有着不同的要求,本文将以照明技术的发展为脉络,探讨不同时代背景下照明技术的变化及需求演变。
2. 照明方式的演变
2.1. 原始时期:火的出现
远古时期人类依赖自然光源照明,日月星辰是主要光源:白天借助阳光劳作生活,夜晚依靠星月微光获得基础照明。但夜间低可视性限制了活动范围并增加了狩猎、防御等活动的风险,促使早期人类寻求稳定的夜间照明光源。
火是人类照明史的开端,最早的光源就是自然界的火光。天然火的来源应是干燥的树木遭闪电击中后,从而引发的森林火。熊熊燃烧的森林火对原始人来说是一种十分可怕的景象,人们是基于何种目的决定使用火,暂不得而知,这一点从下述内容或可猜测一二。人类最早掌握的取火方式是“击石取火”,即将燧石与石头相碰,溅出的火星引燃兽皮之类的易燃物[1]。目前发现人类大约在3万到12万年前,就已经掌握了人工取火的能力。自此,人类不光使用火来取暖和加热食物,更用来驱散黑暗。原始人类利用火把、篝火等方式,在夜晚进行狩猎、聚会等活动,极大地扩展了人类的活动时间和范围。这是人类文明的转折点,也标志着人类开始对照明技术进行初步探索。
然而,火作为照明工具也存在诸多局限性。例如,火把和篝火的照明范围有限,且容易引发火灾;同时,火源需要持续不断地添加燃料,这使得火作为照明工具的使用成本较高。因此,人类开始寻找更加稳定、便捷且经济的照明方式。
2.2. 古代时期:人工照明工具的初步发展与多样化
随着时代的进步,人工照明用具逐步发展起来。在古时期,油灯和蜡烛成为应用最广的照明用具,并持续了很长时间[2]。
在公元3000年前,埃及和希腊就有蜡烛的相关纪录[3]。蜡烛现在普遍认为起源于原始时期的火把,原始人类把动物的油脂或者蜡涂抹在由树皮、芦苇等易燃材料捆绑而成的火把上用以照明。早期蜡烛材料有动物脂肪、动物脂肪衍生物或蜂蜡与灯芯的组合,是人类自用明火为光源进行照明以来,一次非常伟大的技术进步。人类最初使用的蜡烛是由蜂蜡制造而成,因为古时技术所限,古代蜜和蜡不能分解,所以称作蜜烛。蜡烛的普及经历了一个非常漫长的历史时期,在《西京杂记》中记载:西汉初年,南越王向汉高祖刘邦敬献蜜烛200枚等,汉高祖大喜。这表明在西汉时期,蜡烛是进贡的珍贵物品。同样在《晋书》:古晋州(今河北省境内)给朝廷上贡的贡品中有蜡烛的记载。这进一步证明了在晋代,蜡烛仍然是作为珍贵贡品存在的。直至1825年,石蜡硬脂蜡烛的出现,掀开了人类照明历史崭新的篇章[1]。石蜡的大规模提取源自石油,这一技术革新使得蜡烛能够以更为亲民的价格进行大规模生产,并迅速在日常生活中得到了广泛的推广和应用。由此,蜡烛的消费不再局限于特定阶层,而是逐渐成为了普通民众生活中的一部分。
人类使用油灯进行照明的历史悠久,15,000年前法国拉斯科Lascaus岩洞出现人类第一盏灯[4]。最初的油灯可能源于“钻燧取火”和火把的照明方式,但这些还不是真正意义上的油灯。真正意义上的油灯需有盛放燃料的容器和灯芯,新石器时代,人们用陶制容器作灯具雏形,发现点灯的油脂,油灯发展由此开端。油灯由灯座、灯碗和灯芯构成,靠燃烧油脂发光。燃料早期以猪油、牛油等动物油脂为主,后发展为菜籽油、橄榄油等植物油;灯芯材料也从纸、棉线改良为麻或亚麻布,各有不同燃烧特性与持续时间。
在近代,随着煤油等化石燃料的普及,传统油灯逐渐被煤油灯取代。煤油灯不仅亮度好、燃料经济,而且燃烧效率更高。煤油灯的普及标志着人类照明技术的一次重大飞跃,也为后来的电气化照明奠定了基础。
2.3. 近现代时期:照明技术的革新与普及
近代以来,随着科学技术的兴起与发展,照明技术也得到很大的提升。1879年,爱迪生成功发明了白炽灯,标志着人类正式迈入电气照明的新时代[5]。自此,人类获得有史以来最为优质的人造光源[6]。白炽灯泡通过电流加热钨丝发出光芒,具有寿命长、亮度高、使用安全等优点。电灯不仅具有上述优点,还降低了照明的成本,这使得电气照明技术得以广泛应用于家庭、工厂、学校等各个领域。电灯的发明和普及,不仅推动了工业化进程的发展,也促进了人类社会的现代化进程。
电灯技术的不断发展,也带动照明工具的多样化,为了满足不同场合和需求的照明要求,各式的电灯和照明设备不断涌现出来。1879年爱迪生白炽灯开启了电光源新时代,虽因低效将淘汰但奠定基础。1959年卤钨灯凭借显色佳、体积小成为装饰照明优选。气体放电灯领域,1911年低压汞灯(荧光灯雏形)问世,1939年实用荧光灯凭借高光效和显色性占据室内照明半壁江山;1923年低压钠灯(200 lm/W高光效)与1932年高压汞灯共同开启高强度气体放电灯时代,1965年高压钠灯及金卤灯至今仍被市场所需。半导体光源方面,1962年首颗红光LED诞生(0.1 lm/W),经70~90年代材料革新光色逐渐丰富,实现从1 lm/W到白光(170 lm/W)的突破[4] [7] [8]。整个历程呈现从热辐射光源到气体放电、最终向半导体固态光源演进的技术脉络,始终追求更高光效、更优光质与更低能耗。
照明技术的进步与多样化,提升了照明质量和效率,推动照明产业快速发展。各类照明设备和控制系统不断涌现,满足多领域照明需求。其革新还带动相关产业升级,如电子产业,LED核心材料(氮化镓、碳化硅等第三代半导体)需求增长,促使芯片制造、封装测试等环节升级;材料产业因LED对照明材料高性能、环保要求,加速向此方向发展。
我国LED照明技术的起步到领跑阶段是2003~2020年,以中国半导体产业(电子产业的核心产业)为例由03年的约371亿元[9]增长至约8848亿元(20年中国半导体行业年度报告),增长了2285%。
2.4. 现代时期:智能化照明系统的兴起
进入21世纪,LED技术的兴起为照明产业带来了革命性的变化[10]。因其具有高效节能、寿命长、抗震动性强、占空间小、亮度高、可调光、维护和更换便捷等诸多优势,迅速成为照明市场的主流产品[11]。由于LED灯的可调光性能好,故而在当代人们越发注重场合需求以及个人需求的情况下,照明系统愈发朝着智能化和个性化的方向发展。通过集成传感器、无线通信等技术,LED灯具可以实现远程控制、自动化调光、智能感应等功能,为人们的生活带来了极大的便利。
伴随着物联网技术、大数据分析及人工智能的持续进步,越来越多的领域开始使用智能化照明系统。在商业领域,智能化照明系统可以依据时间、人流量等因素的不同,自发地调节照明的照度及色温,为顾客提供更优质的购物体验;在家居领域,智能化照明系统可以与智能家居设备实现互联互通,通过语音控制、手机APP等方式实现对照明系统的远程控制和管理;在艺术展览场所,也可以使灯光更加贴切的展示出艺术品的特征和细节。同样在不同场合,智能化照明系统都发挥着重要的作用。
在注意LED光源的同时,我们也不能忽视OLED光源、激光光源的蓬勃发展。OLED (有机发光二极管)光源是一种先进的显示与照明技术,以其无蓝光伤害、面光源不刺眼、柔性可弯曲、环保低能耗等优点著称[12]。然而,它也存在使用寿命相对较短、制作成本高及色彩纯度不够等缺点,限制了其在某些领域的应用。激光光源的优点主要包括色彩鲜明丰富、亮度高、对比度高、使用寿命长;缺点则是成本相对较高,且在实现彩色显示时,可能存在绿色光源亮度、寿命与红蓝两色不匹配的问题。在未来,这两种照明技术,很可能得到更大的发展与应用。
3. 人类不同时期对照明的需求
3.1. 理论基础
在不同的阶段,人有不同的需求,在现实条件下,人的需求是该阶段可达成的目的。然而当某一需求被满足时,就意味着原本的限制也随之发生改变,因而将会出现全新的需求。美国心理学家马斯洛在《人类激励理论》中,将人的需求划分为五个层次,依次是生理、安全、归属、尊重和自我实现需求[13]。对需求的划分依次从低级到高级,从基础的物质需求到更高层次的精神需求。人类对不同时期照明的需求也遵循这个理论,可以划分为以下几个阶段,见表1。
Table 1. Hierarchy of needs
表1. 需求层次划分
需求层次 |
马斯洛需求层次 |
照明需求层次 |
初级需求 |
生理需求
食物、空气、水、居住、出行 |
安全需求
确保人身安全(如夜间道路照明) |
安全需求
人身安全、生活稳定、健康保障 |
效率需求
确保工作生活的有效进行 |
中级需求 |
归属需求
归属感、与人交往、获取友谊 |
舒适需求
追求生理和心理上的舒适(如护眼灯光、氛围调节) |
尊重需求
自我肯定、认可与尊重、获取荣誉 |
审美需求
享受心理和精神上的愉悦(如艺术化灯光设计) |
高级需求 |
自我实现需求
发挥自身潜力、实现个人理想及自我价值 |
价值需求
获得超越照明的附加价值(经济、文化、社会价值) |
3.2. 照明层次的阶段性划分
3.2.1. 基本生存需求(原始时期至工业革命前)
在原始时期对照明只存在最基础的生存需求,这一阶段照明工具非常简陋,如火把、篝火等。人类主要将其用于驱逐野兽、生火取暖和满足基本夜间活动的生存需求,旨在保障人类在夜晚或黑暗环境中的基本安全和生活。
古代至工业革命前,这阶段照明技术经历了从篝火、火把到蜡烛、油灯的转变。这些照明工具主要满足人们基础的生活和工作照明需求,如夜间行走、阅读、烹饪等。虽然存在着一些简单的夜间活动,但对照明并不存在较高的要求,照明层次相对单一。主要以照明的生存需求为主,效率、舒适和审美层次方面并未形成明显的需求。
3.2.2. 效率与舒适需求的交织(工业革命至近现代)
在人类对照明的需求层次中,效率需求和舒适需求并非严格按照时间顺序出现,而是随着人类社会的发展和技术的进步逐渐显现并相互交织的。
随着技术进步,人类从事更复杂工作(如工厂生产线)。生产线上工人需长时间精细操作,照明设备需提供足够光线以确保清晰识别操作对象与工具。合理布局照明系统并调节亮度,可有效提升工作效率与产品质量。
科学技术的提升带动着人类生活水平的提高,这时人们开始关注自身的舒适性,照明技术开始向舒适需求方面发展。在家庭、工作等场所,人们越发注重照明带给人类本身生理、心理的舒适性。柔和、均匀的照明能够减轻眼睛疲劳,提高人们的舒适度和满意度。
某种程度上来说,效率需求和舒适需求是相辅相成的。一个高效的照明系统可以带来更好的舒适性,同理一个舒适的照明环境也可以有效提高人员的工作和学习效率。因而,很难明确说出哪种照明需求先出现。
3.2.3. 审美需求(物质条件满足后)
对美的追求是人类本能的行为,当人类满足一定的物质条件,不再被最基础的生活需求所困扰,便会开始寻求一种精神层次的愉悦。“美”也可以直白地说“好看”,便是一种最直观地精神愉悦,照明的审美需求应运而生。
审美需求在古时就有所体现,但那时的需求相对简单,主要关注灯具的实用性和美观性。古代会设计不同形态的照明灯具,例如从简单的豆形灯、盘形灯,到复杂的连枝灯、动物形灯等,每一种造型都蕴含着特定的审美意蕴和文化内涵[14]。
近现代照明技术发展推动审美需求从灯具本身转向光线与环境、文化融合的氛围营造。城市景观照明中,上海外滩、丽江古城的夜景设计通过灯光与色彩搭配,成为光影塑造城市文化的典范[15];室内照明则借助灯具选择与布局营造个性化舒适环境;公共场所、艺术馆、办公区等场景的照明设计,亦通过光线传递地域文化与人文气息。
3.2.4. 价值需求(当代及未来)
价值是一个多层次、复杂的概念,照明带来的安全、高效的工作效率、精神的愉悦等都是其价值的体现。这里提到的价值需求更多地是指照明所带来的附加价值,如经济价值、文化价值等。例如,商业照明通过灯光设计吸引客流、塑造品牌形象,创造经济效益;城市夜景照明则依托灯光展现地域特色与文化内涵,提升城市知名度。此外,照明技术在心理治疗、患者康复等医疗领域亦发挥独特作用。
3.3. 照明需求演变的驱动因素
人类对照明需求的演变并非孤立发生,而是由技术发展、社会经济的进步以及文化意识的提升共同推动的。
技术突破拓展照明可能:从篝火、火把到蜡烛、油灯,再到电灯、LED及智能照明系统,每次技术进步均推动照明转型。如LED技术通过精准调控色温亮度,实现从“看得见”到“看得舒适智能”的跨越。
经济发展奠定物质基础:基本需求满足后,高效光环境(如工厂精确照明)与健康光环境(如护眼灯光、节律照明)的需求升级,反映了经济水平提升对光环境质量的更高要求。
文化意识催生人文价值:随美学与精神需求提升,照明从功能工具转变为艺术载体。博物馆灯光艺术与商业空间氛围营造,即体现了对光环境的情感与审美需求。
三重因素交织,共同推动人类照明需求的动态演进。
4. 智能照明控制技术发展趋势
由于现代照明技术已无法脱离智能化独立发展,LED光源的电子特性天然适配智能控制,因此接下来的技术发展将分析智能照明技术的发展趋势。智能照明技术正朝着绿色化、智慧化、个性化、无线化方向快速发展,这一发展趋势主要由技术进步、环保要求和用户需求共同驱动。
绿色化:受节能减排政策与环保意识推动,LED技术与智能控制结合使节能率超80%,太阳能等可再生能源的应用进一步降低能耗[16]-[18]。
智慧化:依托物联网、大数据技术,照明系统实现设备互联与智能调控,通过实时采集环境及用户行为数据自动优化方案,显著提升能效与管理效率[18]。
个性化:基于用户对舒适健康光环境的追求,智能系统可根据办公、演出等场景及用户偏好,动态调节色温、亮度、色彩,满足差异化需求[17]-[19]。
无线化:通过移动终端远程控制,突破传统布线限制,提升使用便捷性并降低安装维护成本[14] [15]。
多重趋势相互促进,推动照明系统向智能、环保、人性化方向演进。
5. 结论
照明技术的发展史即人类社会的发展史,从文章中可以看出每当人类社会的科技、经济或文化取得一定的发展,必然会对照明领域提出更高的要求,从而带动照明技术的进步。照明工具从原始的火把、油灯等发展成现代的智能照明,照明的需求也从最初单一的生存需求发展成如今多元化、个性化的需求。人类对照明技术的追求是一个不断向上的阶梯,未来照明技术将继续朝着更高效、智能、环保方向发展,满足人类不断提升的生活品质需求,推动社会可持续发展。