从科技史看创新的路径

二、创新是一个渐进过程
        从近代创新的历史看，一项重要的原创发明应用后，大都进入渐进创新的过程，这是一个原创发明被分解为多个部分（如产品设计、原材料、工艺程序），各部分都可以单独改进或创新，使综合性提高的过程；是一个根据用户需求加以改进和完善，使应用更为可靠和便利的过程；也是一个市场表现为一波又一波的过程。以照明技术为例，可以清楚看到渐进过程的表现。一般人都知道爱迪生发明了白炽灯。然而很多人可能不知道，在爱迪生的电灯应用之后，还经历了大大小小的创新，而且有些是他人完成的。

4. A. 爱迪生的碳灯丝灯（1881），B. 爱迪生的碳灯丝灯（1882），C. 爱迪生的集簇灯（1884）。

5. 美国20 世纪30 年代的电灯广告。

6. 白炽灯、荧光灯的发明推动了灯具设计。此为北京798 艺术工厂的灯具创意展（2011）。

        话题从19 世纪30 年代说起，当时科学家对电的认识已很深入，已知道金属线（或小片）可以被电流加热变成白炽状态。此后陆续有人对白炽灯进行研究，而真正在技术上突破，并投入商业应用的是美国大发明家爱迪生。
        在前人的基础上，爱迪生针对两大技术难题攻关：一是分类试验各种耐热材料；二是改进抽空设备，提高灯泡的真空度。在试验了上千种材料后，爱迪生在1879 年10 月21 日迎来成功，采用弧形碳化棉线制成灯丝，可以连续发光40 多个小时。1880 年1 月27 日，爱迪生的发明获得美国第一个白炽灯的专利。[3]
        爱迪生没有停步，继续试验和改进，1881 年发现经碳化的竹丝发光更持久（寿命可达600 小时）；1884 年采用涂层纤维素做灯丝，照明强度增加，但寿命减少；1888 年用沥青处理的碳化竹丝，照明强度提高，但寿命没有增加。19 世纪90 年代，爱迪生的专利到期，此后其他公司的工程师继续努力，先后试用锇、钽等金属灯丝，性能有一定改善。最终在1910年，威廉姆·库利治（William Coolidge）发明出钨丝灯丝，彻底替代碳化竹丝，照明强度提高2 到3 倍，寿命提高了1 倍。[4]
        电灯制造工艺也在改进和创新。最早的电灯为手工制，1893 年，生产一个灯泡多达200 多道工序，玻璃工吹制灯泡成型，灯丝工将灯丝粘在芯轴上，在底部密封，再用真空机把灯泡中的空气抽出，最初抽真空要耗费5 个小时。1885 年采用新发明的汞泵，抽真空缩短到30 分钟；1894 年采用半自动玻璃糊塑吹制机替代人工吹制灯泡，大大提高效率。1895 年采用密封机器处理接线的灯泡底座，进一步提高质量。工艺创新缩短了生产时间，大幅度降低了灯泡的价格，从1881 年到1896 年，生产灯泡的成本从1.1 美元降到15 美分左右，年产量超过了百万只。
        1913 年，白炽灯又一次创新。通用电气公司的伊文·朗缪尔（Irving Langmuir）在灯泡里充入适量的惰性气体氮，以阻止钨的逸出，从而使灯丝的使用寿命延长。在此基础
上，通用电气推出“光神”（Mazda，原指西方拜火教的创世主）白炽灯，掀起了电灯应用的新高潮，灯泡产量从1914 年1500 万只增长到1925 年近2 亿只，[5] 数量惊人。到20 世纪30 年代，白炽灯照明已经历半个世纪，也很少再有创新，生产厂家更多关注开发摄影、航空等专用白炽灯。没料到，荧光灯照明在悄悄形成气候。
        荧光灯俗称日光灯，由内壁涂有荧光物质的玻璃管和装有阴极的芯柱密封而成，管内抽成真空，充入少量汞、氩、氪惰性气体，利用电流激发汞蒸汽发出紫外线照射荧光物质产生可见光。
        19 世纪，爱迪生一度关注过荧光灯，但当时白炽灯已大量应用，而荧光灯易闪烁，使用寿命短，优势不明显，爱迪生无意开发生产。而曾为爱迪生手下的一个叫摩尔（D.Moore）的人有心，他另立门户，于1895 年制成两种荧光灯，一种充入二氧化碳发白光；一种充入氮气发粉红光。[6] 摩尔的灯具装置复杂、价格不菲，但发光效率高，有色彩，商家乐于用这种新灯具装饰橱窗。
        与摩尔发明荧光灯差不多同时，美国电气工程师赫维特（P.Hewitt）发明汞蒸气灯，1901 年获得专利。这种灯在低压下工作，发光效率比白炽灯高，不过也有局限，主要在照相馆或商店使用，不适于家庭照明。
        汞蒸气灯一直在改进。20 世纪20 年代镇流器应用，这预示着现代荧光灯的出现。到20 世纪20 年代末，荧光灯的关键部件已基本齐备。
        美国通用电气公司看好荧光灯市场。1936 年，公司技术负责人伊曼（G. E. Inman）组织团队攻关，研制成实用的荧光灯。不料就荧光灯的发明权，通用电气与德国的梅伊亚（F.Meyer）等三位工程师发生优先权之争。因为这三个德国人早在1926 年就申请了“金属蒸气灯”的德国专利，其中已提到荧光照明，他们也于1927 年向美国专利局递交了类似的专利申请。通用电气当然不希望梅伊亚三人的专利在美申请获批，为了避免专利纠纷并不误商机，1939 年通用电气不惜花高价买下梅伊亚三人的专利，同意保留他们的姓名，而将发明权归属通用电气。
        通用电气积极推动荧光灯应用，通过大力宣传，使人们增加了对荧光灯的认识。二战后，荧光灯应用逐渐普及。到1951 年，美国的荧光灯销售与白炽灯相比，已占明显优势。荧光灯一直在渐进创新。早期的荧光灯用铍盐作荧光粉，铍盐对人体有害。20 世纪50 年代后，厂商大都改用卤磷酸钙作荧光粉，其价格便宜，但发光效率不够高，热稳定性差。1974 年，荷兰飞利浦公司把发射611 纳米、545 纳米、450纳米波长光的土红粉、黄绿粉和蓝粉按一定比例混合涂在荧光灯管内壁，使灯的光效和显色性同时得到显著提高，由此制成细管径紧凑型、能产生暖白色光或冷白色光的荧光灯，还制成可产生彩色的荧光灯，这成为荧光灯发展史上的一个重要里程碑。20 世纪70 年代末起，日本、荷兰先后开发出小型U 型荧光灯，全电子荧光灯镇流器、灯泡式荧光灯等，更适合家庭使用。进入90 年代，荧光灯大量取代白炽灯，成为普遍的照明光源。
        白炽灯、荧光灯的发明和应用推动了灯具设计，造就了专业设计人员，同时也催生了光艺术。正当白炽灯日渐式微，节能荧光灯开始流行时，20 世纪末LED 照明横空出世，可以预见，随着LED 的推广应用，也会有渐进创新的过程。