بیش از ۱۵۰ سال پیش، مخترعان با ایده‌ای درخشان شروع به کار کردند که تأثیر چشمگیری بر نحوه استفاده ما از انرژی در خانه‌ها و دفاتر داشت. این اختراع، تغییرات زیادی را به دنبال داشت، همچنین منجر به پیشرفت‌های جدید در زمینه انرژی شد. مانند همه اختراعات بزرگ، نمی‌توان لامپ را به یک مخترع نسبت داد. در واقع این اختراع مجموعه‌ای از پیشرفت‌ها و نوآوری‌های کوچک در ایده‌های مخترعان قبلی بود که منجر به اختراع لامپ‌های مدرن و پرکاربرد امروزی شد.
لامپ‌های رشته‌ای، آغاز عصر روشنایی
پیش از آنکه توماس ادیسون در سال ۱۸۷۹ و سپس یک سال بعد در ۱۸۸۰ اختراع خود را به ثبت برساند و لامپ رشته‌ای خود را تجاری کند، مخترعان بریتانیایی با استفاده از لامپ قوس نشان داده بودند که نور الکتریکی دائمی با برق امکان پذیراست. در سال ۱۸۳۵، اولین نور الکتریکی پایدار به نمایش درآمد و طی ۴۰ سال بعد، دانشمندان سراسر جهان بر روی لامپ رشته‌ای کار کردند، این لامپ‌های اولیه، عمر بسیار کوتاهی داشتند، تولیدشان پرهزینه بود و انرژی زیادی مصرف می‌کردند.
ادیسون و تیم تحقیقاتی او تمرکز خود را بر بهبود رشته گذاشتند؛ ابتدا کربن و سپس پلاتین را آزمایش کردند و در نهایت دوباره به رشته کربنی بازگشتند. تا اکتبر ۱۸۷۹، تیم ادیسون لامپی با رشته کربنی از نخ پنبه‌ای بدون پوشش تولید کرده بود که می‌توانست ۱۴.۵ ساعت روشن بماند. آن‌ها به آزمایش بر روی رشته ادامه دادند تا سرانجام رشته‌ای از بامبو ساختند که عمر لامپ‌های ادیسون را تا ۱۲۰۰ ساعت افزایش داد و این رشته استاندارد لامپ ادیسون در دهه بعد شد.
در حالی که ادیسون بر کل سیستم روشنایی کار می‌کرد، سایر مخترعان به پیشرفت‌های کوچک ادامه دادند و فرآیند ساخت رشته و کارایی لامپ را بهبود بخشیدند. تغییر بزرگ بعدی در لامپ رشته‌ای با اختراع رشته تنگستن توسط مخترعان اروپایی در سال ۱۹۰۴ رخ داد. این لامپ‌های جدید با رشته تنگستن عمر طولانی‌تر و نور روشن‌تری نسبت به لامپ‌های کربنی داشتند. در سال ۱۹۱۳، اروینگ لانگ‌مویور دریافت که قرار دادن گاز بی‌اثر مانند نیتروژن داخل لامپ کارایی آن را دو برابر می‌کند. دانشمندان در سال‌های بعدی به بهبود بیشتری پرداختند که هزینه را کاهش و بازدهی لامپ رشته‌ای را افزایش داد. اما تا دهه ۱۹۵۰، پژوهشگران تنها توانسته بودند حدود ۱۰ درصد از انرژی مصرفی لامپ‌های رشته‌ای را به نور تبدیل کنند و تمرکز خود را به راه‌حل‌های روشنایی دیگر معطوف کردند.
پیشرفت لامپ های فلورسنت به دلیل کمبود انرژی
در قرن نوزدهم، هاینریش گیسلر و جولیوس پلکر دریافتند که با تخلیه تقریباً تمام هوا از یک لوله شیشه‌ای بلند و عبور جریان برق از آن می‌توان نور تولید کرد؛ اختراعی که به لوله گیسلر معروف شد. این لامپ‌ها نوعی لامپ تخلیه بودند و پایه بسیاری از فناوری‌های روشنایی شدند، از جمله لامپ‌های نئون، لامپ‌های سدیم کم‌فشار (که در روشنایی خیابانی استفاده می‌شوند) و لامپ‌های فلورسنت.
هم توماس ادیسون و هم نیکولا تسلا در دهه ۱۸۹۰ لامپ‌های فلورسنت را آزمایش کردند، اما هیچ‌کدام آن‌ها را به صورت تجاری تولید نکردند. در عوض، هویت در اوایل قرن بیستم با عبور جریان برق از بخار جیوه و استفاده از بالاست (دستگاهی که جریان برق را در لوله تنظیم می‌کند) نور آبی-سبز تولید کرد. هرچند لامپ‌های کوپر هویت از لامپ‌های رشته‌ای کاراتر بودند، اما به دلیل رنگ نور، کاربرد محدود داشتند.
تا اواخر دهه ۱۹۲۰ و اوایل ۱۹۳۰، پژوهشگران اروپایی با لوله‌های نئون پوشیده‌شده با فسفر(ماده‌ای که نور فرابنفش را جذب و به نور سفید مفید تبدیل می‌کند) آزمایش می‌کردند. این یافته‌ها باعث آغاز برنامه‌های تحقیقاتی لامپ فلورسنت در آمریکا شد و تا اواسط و اواخر دهه ۱۹۳۰، شرکت‌های روشنایی آمریکایی لامپ‌های فلورسنت را به نیروی دریایی آمریکا و در نمایشگاه جهانی نیویورک ۱۹۳۹ معرفی کردند. این لامپ‌ها عمر طولانی‌تری داشتند و حدود سه برابر کارایی بیشتری از لامپ‌های رشته‌ای داشتند. نیاز به روشنایی کم‌مصرف در کارخانه‌های جنگی آمریکا باعث شد لامپ‌های فلورسنت به سرعت پذیرفته شوند و تا سال ۱۹۵۱، بیشتر نور آمریکا توسط لامپ‌های فلورسنت خطی تولید می‌شد.
کمبود انرژی دیگر — بحران نفتی ۱۹۷۳ — مهندسان روشنایی را به توسعه لامپ فلورسنت قابل استفاده در منازل سوق داد. در سال ۱۹۷۴، پژوهشگران سایلوانیا بررسی کردند که چگونه می‌توان بالاست را کوچک کرده و داخل لامپ جای داد. با اینکه برای لامپ خود ثبت اختراع کردند، اما تولید آن از نظر عملی امکان‌پذیر نبود. دو سال بعد، در سال ۱۹۷۶، ادوارد همر در جنرال الکتریک موفق شد لوله فلورسنت را به شکل مارپیچ خم کند و نخستین لامپ فلورسنت فشرده (CFL) را ایجاد کند. مانند سایلوانیا، جنرال الکتریک این طرح را کنار گذاشت، زیرا ماشین‌آلات لازم برای تولید انبوه بسیار گران بود.
CFLهای اولیه در اواسط دهه ۱۹۸۰ وارد بازار شدند و قیمت خرده‌فروشی آن‌ها ۲۵ تا ۳۵ دلار بود، اما قیمت‌ها بسته به منطقه و تبلیغات شرکت‌های برق متفاوت بود. مصرف‌کنندگان قیمت بالا را بزرگ‌ترین مانع خرید CFL می‌دانستند. مشکلات دیگری هم وجود داشت — بسیاری از CFLهای سال ۱۹۹۰ بزرگ و حجیم بودند، در چراغ‌ها به خوبی قرار نمی‌گرفتند و نوردهی پایین و عملکرد نامنظمی داشتند. از دهه ۱۹۹۰، بهبود عملکرد، قیمت، کارایی (مصرف حدود ۷۵ درصد انرژی کمتر نسبت به لامپ‌های رشته‌ای) و عمر (حدود ۱۰ برابر طولانی‌تر) CFLها را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده تبدیل کرده است.
LED آینده روشنایی
یکی از سریع‌ترین فناوری‌های در حال توسعه در حوزه روشنایی امروز، دیود ساطع‌کننده نور یا LED است. LEDها نوعی روشنایی حالت جامد هستند که با استفاده از نیمه‌هادی، برق را به نور تبدیل می‌کنند. این دیودها معمولاً مساحت بسیار کمی دارند (کمتر از ۱ میلی‌متر مربع) و نور را در جهت مشخصی منتشر می‌کنند، که باعث کاهش نیاز به بازتاب‌دهنده‌ها و پخش‌کننده‌های نور می‌شود که ممکن است نور را هدر دهند.
LEDها همچنین از نظر بازدهی، کارآمدترین منابع روشنایی موجود در بازار هستند. یک لامپ با بازدهی ۱۰۰ درصد در تبدیل انرژی به نور، دارای بازدهی ۶۸۳ لومن بر وات خواهد بود. برای مقایسه، یک لامپ رشته‌ای ۶۰ تا ۱۰۰ واتی دارای بازدهی حدود ۱۵ لومن بر وات است، لامپ‌های فلورسنت فشرده (CFL) حدود ۷۳ لومن بر وات و لامپ‌های جایگزین LED موجود در بازار بین ۷۰ تا ۱۲۰ لومن بر وات بازدهی دارند و میانگین آن‌ها حدود ۸۵ لومن بر وات است.
در سال ۱۹۶۲، نیک هولونیاک جونیور در حین کار برای شرکت جنرال الکتریک، نخستین LED قابل مشاهده با طول موج نور قرمز را اختراع کرد. پس از آن، دیودهای زرد کم‌رنگ و سبز توسعه یافتند. با پیشرفت تولید و بهبود دیودهای قرمز توسط شرکت‌ها، این فناوری به تدریج در دسترس و محبوب شد.
تاریخچه اختراع لامپ، نشان دهنده مسیر طولانی و نوآوری‌های پی‌درپی است. از لامپ‌های رشته ای اولیه تا لامپ‌های LED مدرن و کارآمد. آینده روشنایی با نوآوری، اختراعات و پیشرفت‌های بیشتر در LEDها و منابع نور کم مصرف، همچنان در حال تحول است.
