Câu chuyện về việc ai thực sự đã phát minh ra bóng đèn và lịch sử của hệ thống chiếu sáng hiện đại là một hành trình thú vị. Từ thời tiền sử, con người đã nỗ lực sử dụng ánh sáng và nhiệt để phục vụ nhu cầu của họ. Đầu tiên là việc sử dụng lửa, dẫn đến sự xuất hiện của đuốc, đèn dầu, và nến. Sau đó, chúng ta chứng kiến sự phát triển của các hệ thống gas và cuối cùng là sự ra đời của bóng đèn điện. Vào thế kỷ 19, công nghệ chiếu sáng bằng điện mới chỉ ở giai đoạn đầu, nhưng ngay sau đó, các nhà khoa học và nhà phát minh đã tập trung vào việc kiểm soát năng lượng điện để đảm bảo cung cấp ánh sáng liên tục.
Mặc dù bóng đèn cũ và bóng đèn LED mới có vẻ giống nhau về hình dáng, thực tế chúng có rất nhiều khác biệt. Trong hầu hết thế kỷ 20, đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang đã thống trị trong việc chiếu sáng các ngôi nhà, văn phòng, doanh nghiệp, và đường phố. Tuy nhiên, trong hai thập kỷ gần đây, công nghệ đèn LED (đèn phát sáng bằng đi-ốt) đã chiếm ưu thế. Thị trường chiếu sáng LED toàn cầu, định giá hơn 78 tỷ USD vào năm 2020, được dự báo sẽ tăng lên trên 192 tỷ USD vào năm 2030, nhằm mục tiêu phổ biến hóa sử dụng rộng rãi.
Năm 2020, hơn một nửa thị trường đèn LED thuộc về các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Tuy nhiên, đèn LED cũng ngày càng phổ biến trong hộ gia đình. Theo ước tính mới nhất từ Cơ quan Thông tin Năng lượng, gần một nửa số hộ gia đình ở Mỹ đã sử dụng bóng đèn LED cho hệ thống chiếu sáng trong nhà của họ. Sự gia tăng này là kết quả của giá trung bình thấp hơn, các chương trình hỗ trợ năng lượng sạch từ các cơ quan và chính phủ, cùng với tính tiện lợi của việc cài đặt và sử dụng đèn LED, mà không cần phải thay đổi lại cơ sở điện hiện có.
Trong việc tìm hiểu lịch sử của hệ thống chiếu sáng hiện đại này, chúng ta không thể tránh khỏi câu hỏi liệu Thomas Edison có thực sự phát minh ra bóng đèn sợi đốt hay không.
Những năm 1830: Các nhà phát minh tạo ra những bóng đèn sợi đốt đời đầu, có tuổi thọ ngắn
Trong những năm 1830, các nhà phát minh đã bắt đầu tạo ra những bóng đèn sợi đốt đời đầu, mặc dù chúng có tuổi thọ ngắn. Trước khi Thomas Edison được cấp bằng sáng chế cho phát minh của mình vào năm 1879, đã có khoảng 20 phiên bản bóng đèn đầu tiên khác nhau đã được phát triển. Trong thời gian này, James Bowman Lindsay ở Scotland đã công bố công khai cách hoạt động của một bóng đèn điện không đổi, đóng góp cho việc phát triển bóng đèn sợi đốt. Một số người ghi nhận ông là người phát minh ra bóng đèn này. Tuy nhiên, những thí nghiệm khác đã được tiến hành từ năm 1809, khi nhà hóa học người Anh Humphry Davy phát minh ra chiếc đèn hồ quang điện đầu tiên.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu khác như William Sawyer và Albon Man ở Mỹ, cùng với nhà phát minh người Anh Joseph Swan, đã đạt được một số thành công đáng kể trong thí nghiệm của họ. Ban đầu, họ kiện Thomas Edison vì vi phạm bằng sáng chế, nhưng cuối cùng họ đã đồng ý hợp tác với ông để thành lập General Electric tại Hoa Kỳ và Ediswan tại Anh. Điều này đã đánh dấu một bước quan trọng trong sự phát triển của công nghệ chiếu sáng và việc sử dụng bóng đèn sợi đốt.
Những năm 1850: Đèn hồ quang tận dụng những tiến bộ về điện
Trong những năm 1850, đèn hồ quang bắt đầu tận dụng những tiến bộ về điện. Tuy nhiên, việc vận hành đèn hồ quang rất tốn kém và ánh sáng của chúng dao động nhiều đến mức chúng trở nên không thực tế cho hầu hết các ứng dụng. Để cung cấp đủ năng lượng cho chúng, cần sử dụng máy phát điện, vì ngay cả những cục pin lớn nhất cũng sử dụng năng lượng quá nhanh. Máy phát điện thương mại xuất hiện vào khoảng năm 1844, và đến năm 1860, các ngọn hải đăng ở Pháp và Anh đã sử dụng đèn hồ quang chạy bằng máy phát điện.
Khi đã rõ ràng rằng đèn hồ quang không thích hợp cho chiếu sáng trong nhà, các nhà nghiên cứu châu Âu đã hợp tác để tạo ra một số hệ thống chiếu sáng ngoài trời bằng đèn hồ quang đầu tiên. Ánh sáng hồ quang được giới thiệu tại hai địa điểm ở Pháp vào năm 1875: ga xe lửa La Chapelle được cho là nơi sử dụng đèn hồ quang đầu tiên trên đường phố và tại Mill of Heilmann, Ducommun và Steinlein. Sau đó, ánh sáng hồ quang lan tỏa đến London, nơi vào năm 1878 đèn hồ quang được sử dụng để thắp sáng bờ kè sông Thames. Các hệ thống tương tự cũng được phát triển ở Mỹ sau đó.
Những năm 1880: Bóng đèn sợi đốt đầu tiên được sản xuất thương mại
Thật đúng là có nhiều nhà khoa học khác đã thử nghiệm với bóng đèn trước hoặc đồng thời với Thomas Edison. Tuy nhiên, Edison là người đầu tiên phát hiện ra loại vật liệu than cốc nào có thể cung cấp ánh sáng liên tục bên trong bóng đèn mà không bị cháy hoặc quá nóng. Sau hàng ngàn thử nghiệm với các nguồn sợi khác nhau, từ kim loại đắt tiền đến tóc người, ông đã tìm ra nguồn sợi hoàn hảo: tre.
Ngoài vai trò của một nhà khoa học, Edison còn là một doanh nhân tầm nhìn. Ngay từ khi bắt đầu nghiên cứu, ông đã tập trung vào việc xây dựng toàn bộ hệ thống chiếu sáng. Vào đầu những năm 1880, ông đã giám sát (dưới sự kế hoạch của mình) việc xây dựng một nhà máy điện trung tâm, đó là một trong những thương hiệu điện nổi tiếng nhất ở Thành phố New York, và sau đó ông đã thành lập một phòng thí nghiệm ở New Jersey, nơi ông tiếp tục làm việc suốt đời.
Tham vọng thương mại của Edison đã ảnh hưởng đến người khác. Vào năm 1879, cùng năm khi Edison nhận được bằng sáng chế cho phiên bản bóng đèn của mình, nhà phát minh Charles Brush đã trình diễn công suất của hệ thống của mình bằng cách chiếu sáng Quảng trường Công cộng ở Cleveland. Chỉ trong hai năm, hệ thống chiếu sáng của ông đã thắp sáng các đường phố ở New York, Boston, Philadelphia, Montreal, Buffalo và San Francisco.
Những năm 1900: Peter Cooper Hewitt chế tạo ra đèn huỳnh quang đầu tiên
Năm 1901, Peter Cooper Hewitt đã chế tạo ra đèn huỳnh quang đầu tiên bằng cách dẫn một dòng điện qua một ống thủy tinh chứa hơi thủy ngân. Tuy nhiên, ánh sáng xanh lục phát ra từ đèn này không thích hợp để chiếu sáng trong nhà hoặc các nơi công cộng. Sau ba thập kỷ, các nhà nghiên cứu ở châu Âu đã thử nghiệm ống đèn neon phủ phốt pho, khuyến khích các nhà nghiên cứu tại Mỹ tiến hành nghiên cứu chi tiết hơn. Kết quả, ánh sáng trắng bắt đầu tỏa ra từ những chiếc đèn hình ống.
Vào năm 1939, General Electric và Westinghouse giới thiệu đèn huỳnh quang. Sự phổ biến của chúng tăng nhanh chóng, và đến năm 1951 tại Mỹ, đèn huỳnh quang tuyến tính đã sản xuất nhiều ánh sáng hơn so với bóng đèn sợi đốt. 25 năm sau, Edward Hammer, người đã đứng đầu trong việc chế tạo đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng Watt-Miser, đã phát minh cách uốn cong các ống, từ đó tạo ra bóng đèn huỳnh quang compact đầu tiên.
Những năm 1960: Nick Holonyak Jr. phát minh ra đèn LED đầu tiên
Vào những năm 1960, kỹ sư Nick Holonyak Jr., đang làm cố vấn khoa học cho General Electric, đã phát minh ra đèn LED màu đỏ quang phổ nhìn thấy được đầu tiên vào năm 1962. Ban đầu, đèn LED này được sử dụng trong các thiết bị điện tử đơn giản như đồng hồ báo thức kỹ thuật số, đồng hồ, và màn hình hiển thị. Đèn LED sau đó được phát triển thêm để có màu xanh lá cây và màu vàng. Đèn LED hoạt động dựa trên nguyên lý của các chip bán dẫn nhỏ, có khả năng dẫn điện. Holonyak đã mô tả đèn LED bằng cách nói rằng “bản thân dòng điện cũng là ánh sáng.”
Nick Holonyak là một nhà phát minh xuất sắc, và ông nắm giữ 41 bằng sáng chế mang tên mình, trong đó có tia laser kích hoạt đầu đĩa DVD và CD.
2014: Ba nhà khoa học nhận giải Nobel vật lý vì phát minh ra “điốt phát sáng xanh hiệu quả”
Năm 2014, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura đã được trao giải Nobel Vật lý vì phát minh ra “điốt phát sáng xanh hiệu quả”. Đây là một bước tiến lớn trong công nghệ LED, bởi vì việc phát minh ra đèn LED màu xanh đã mở ra cánh cửa cho việc phát triển đèn LED trắng hiệu quả cao và thân thiện với môi trường. Đèn LED trắng này đã có nhiều ứng dụng thực tế rộng rãi.
Bên cạnh việc tạo ra đèn LED trắng, đèn LED màu xanh còn được sử dụng để chiếu sáng các thiết bị như màn hình TV, máy tính, điện thoại di động và máy tính bảng. Hiện nay, bóng đèn LED trắng không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn có thể thấy trong nhiều ứng dụng chiếu sáng dân dụng, và thị phần của chúng đang ngày càng tăng lên.
