（设计艺术学专业论文）基于LED技术的灯具造型研究.pdf

湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 l e d 光源在灯具照明领域的应用飞速发展，将在未来的几年里取代其它光源。 近年来，l e d 技术在灯具照明领域的应用，给设计者和人们的生活都带来了前所未 有的影响。本研究通过对 l e d光源技术的深入了解，参照传统灯具造型的设计特 点与发展趋势，并对现有的 l e d灯具进行了分析，在 l e d技术优势的基础上对灯 具造型展开创新。寻找 l e d新技术与灯具造型设计的结合点，创造出与众不同的 灯具造型。 基于 l e d 技术的应用，将使灯具造型的发展产生革命性的变化。l e d 光源的特 性决定了它必然成为灯具造型设计中新的创作源泉。由于一般传统灯具在电光源 的体积和热能转化上有很大局限性，所以导致一般传统灯具的造型设计受到很大 的约束。l e d 光源的出现及应用即将打破这种局限，让灯具造型的设计得到更具想 象空间的设计活力。l e d 光源体积小、质量轻、释放热能少、使用电压低等一系列 的优势，这些优势使灯具造型的设计有了新的设计空间。l e d 光源可以看作是灯具 造型设计内容上新型的设计元素，也将成为灯具造型设计中最活跃、最具有创作 动力、最能激发灯具设计者设计构思的设计因素。l e d 光源在灯具中的使用，给灯 具造型设计注入新的血液，使灯具造型设计突破了传统灯具造型的固定模式。 论文首先分析了 l e d技术在灯具照明中应用的必要性，通过对灯具造型演变 历史的了解，总结出灯具造型的创新需要新技术的支持，l e d 技术的出现正好满足 了这个条件。 接下来对 l e d光源的特性和 l e d光源在灯具照明中的应用进行了分析，研究 了一般家用灯具造型的特点，总结出 l e d灯具与一般家用灯具在造型设计思路上 的差异，并比较了 l e d灯具与一般灯具在设计内容与设计方法上的不同，然后结 合国内外现有的 l e d灯具，在一定的设计方法上对 l e d灯具造型展开了前瞻性的 设计构想。 最后针对国内灯具设计只注重技术，而忽视了设计的现状，深入研究了 l e d 灯具应该向着节能环保、人性化、高科技化、个性化的方向发展。基于 l e d技术 的优势，发掘潜在的设计元素，创造出具有独特造型的灯具设计。 关键词：l e d ，家用，灯具造型，灯具设计趋势 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract the led photo has quickly developed in the application of lamps and lanterns illumination domain, it will substitute for other photo sources in the future, the led technology has brought the unprecedented influence for the designer and peoples life in the lamps and lanterns illumination domain. this research inquired deeply the led photo source technology, and referred the modeling s design feature and the trend of development of tradition lamps and lanterns, and then analyzed the existing led lamps and lanterns, and launched the innovation to the lamps and lanterns modeling using the led technical superiority. the goal is to seek for the combining site between the led new technology and the lamps and lanterns modeling design, and finally create the different lamps and lanterns modeling. it is the led technologys application that will cause the revolutionary change to the lamps and lanterns modeling. the characteristic of led photo source have decided that it will inevitably become the new creation fountainhead in the lamps and lanterns modeling design. because the general traditional lamps and lanterns have the big limitation in the electro- optic light volume and the transform of heat energy, so it causes a big restraint to design of the general traditional lamps and lanterns modeling. the led photo sources appearance and the application will break the limitation, and let the design of the lamps and lanterns modeling obtain the vigor space. the volume of led photo source is small, and the quality is light, and the release of heat energy are few, and the use voltage low status and so on, which enables the design of the lamps and lanterns modeling to have the new design space. the led photo source can be regarded as new design element in the lamps and lanterns modeling design, and also will become design factor in active and creation power, and it will be able to stimulate design idea in the lamps and lanterns designer .the apply of the led photo source in lamps and lanterns pours into the new blood for the lamps and lanterns modeling design, and break the fixed pattern of the traditional lamps and lanterns modeling. first，the paper has analyzed the necessity of the led technology in application of the lamps and lanterns illumination, and after grasping the lamps and lanterns modeling evolution history, it summarized that the modeling innovation of lamps and lanterns need the support for new technical, the appearance of led technology has happen to satisfied this condition. then this paper has analyzed the led photo sources characteristic and the application of led photo source in the lamps and lanterns illumination, and has studied the characteristic of common lamps and lanterns modeling in our home. then, it has summarized the mentality difference in modeling design between the led lamps and lanterns and the traditional photo source lamps and lanterns, and has also compared the difference in design content and the design method between them. at last, it has unified the existing led lamps and lanterns of domestic and overseas, and launched the 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 iii forward- looking design conception to the led lamps and lanterns modeling in some design methods. finally, the paper has deeply researched the led lamps and lanterns in technology, and pointed out it should turn toward the development of the energy conservation environmental protection, user- friendly, the high tech, and the personalized. based on the led technologys superiority, we can find the latent design element, and create has the unique modeling lamps and lanterns design. key word： led, home use, lamps and lanterns modeling, the design tendency of lamps and lanterns 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第 1 章 引 言 1 . 1 研究背景及意义 自从人类文明开始以来，人们一直寻找永恒的光明。火的出现给人类带来了希 望，人类对火的利用和人工取火技术的掌握结束了这种完全依赖自然光源而生活 的局面。人类根据对火的认识和研究发明了“烛” ， “烛” 是西周时期的一种照 明工具，这可以说是最早的灯具设计了，因为据考古记载，在战国以前没有发现 名为“灯”的实物。随着人类文明的不断进步，在战国时期出现了被称为“豆” 的陶器，它可以被称为是最早的具有造型意义上的灯具设计 1 。 在人类的发展过程中发明了灯具， 灯具的照明也给人类的发展带来了前所未有 的突破，不仅使人类摆脱了黑暗，而且也促进了人类历史发展的速度。随着科学 技术的发展和进步，人们对电学知识的掌握逐渐增多，各种各样的灯具也逐渐出 现，从原来的油灯到白炽灯、卤钨灯，以及现在的荧光灯、高压汞灯和金属卤化 物灯等，而高压钠灯、激光灯的出现更是大大丰富和方便了人们的日常生活。总 之，随着社会的不断进步发展，用于灯具照明的光源也是不断的发展变更，从而 灯具的造型也随着光源的推陈出新而不断的发展变化。使人们的生活更加的丰富 多彩。灯具的使用经过了很长的一段时间，发展到今天，它不仅为人类提供了照 明功能，满足人们的生活需要，更重要的是人们设计出许许多多美观实用的经典 灯具产品，改善了人们的生活，促进了经济社会文化的发展。随着科技水平的提 高，也为灯具的造型设计提供了有力的物质和技术保障。特别是发光二极管（l e d ） 的出现，将灯具设计带入了一个新世界的变革。l e d 的出现将给白炽灯和荧光灯带 来巨大的挑战，被认为是下一代高效的绿色照明光源 2 。这种变革将给灯具的发展 带来前所未有的创新。 发光二极管是一种全固体冷光源，高效节能、使用寿命更长、体积极小、质量 轻、而且工作电压低，使用电压只有 4伏，因此不会有触电的危险，对环境的危 害也更小。它的使用对于能源来说也是有重要作用的，普通的电灯泡照明，大部 分的电能都被转化为热能损耗了，这就造成了能源的严重浪费。而发光二极管对 于电能转化为光能的效率要高的多，消耗的能量也只是电灯泡的 1 0 % ，这样就可以 节约大量的电力资源。当然发光二极管也有一些缺陷，比如它的价格比较高，但 是有资料表明发光二极管的价格在未来几年会有所下降，从而取代电灯泡的地位， 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 成为灯具设计中的电光源。电光源的创新变革必定带动灯具造型的创新变革。看 看现在的灯具造型，虽然种类繁多、琳琅满目，但是由于技术上的停滞，灯具造 型的设计也是千篇一律，没有实质上的创新突破。现在发光二极管这种新型电光 源的出现，基于它的优点，灯具造型的设计创新必然有一个历史性的突破。以满 足人们对现代灯具造型设计新的需求。 1 . 2 研究目的 1 研究灯具设计的发展。 2 分析灯具造型设计的现状和发展。 3 分析 l e d 的优点及缺陷。 4 研究 l e d 技术对灯具造型设计的影响。 5 探讨 l e d 灯具造型设计的趋势。 6 l e d 灯具的设计创新。 1 . 3 研究内容与方法 1.3.1 研究内容 本文针对灯具造型的发展历史进行研究分析，总结灯具设计的发展及趋势、以 及灯具设计发展停滞的原因。在新的电光源 l e d 的使用下，灯具造型的设计将有 前所未有的变化，基于 l e d的众多优点，对灯具造型的变革也相应有了新的创新 点。 l e d 已经在许多照明领域应用，例如信号指示灯、汽车指示灯、道路照明、手 电筒等等。l e d 在照明市场中的应用已经有了一定的规模，但由于 l e d 的价格和技 术问题还没有完全普遍的普及。l e d 之所以被人们看好，那是因为 l e d 本身的众多 优势是传统光源无法比拟的。我们也可以从 l e d 的众多优势中看出，l e d是继白 炽灯、荧光灯、节能灯、高强度气体灯之后的又一种新型光源，这种新型光源将 给灯具设计带了新的方向。并且有即将取代传统光源的倾向。但首先我们还是要 对灯具设计的历史有一个透彻的了解和认识，然后根据 l e d这种新光源的特点对 灯具的造型设计进行分析研究，最后对 l e d灯具的造型做一个全新的尝试。所以 本研究首先从灯具造型的发展历史着手，针对灯具造型的分析研究，本文需要解 决以下几个问题： 1 从灯具造型的发展历史对灯具的结构和造型进行分析。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 2 现有灯具造型的现状和设计分析； 3 对现有的 l e d 灯具进行分析研究。 4 l e d 的优点以及现存的缺陷。 5 设计 l e d 灯具时应该解决的问题。 6 在 l e d 的出现后灯具造型可能发生什么样的巨大变革。 以上问题的解决，就是本论文的主要内容。 1.3.2 研究方法 l e d 已经得到广泛的认同，但由于它目前的局限性，还不能广泛的应用于我们 的生活中，我们需要对现有的现状水平进行了解分析，迅速的提高科技水平和对 l e d 的局限性进行解决。这样我们才能摆脱对现有灯具造型不断模仿抄袭，创造出 新颖的灯具造型，从而使灯具造型设计有更广泛的发展方向。而从灯具角度上来 观察，我们需要从横向和纵向两个角度来进行分析，横向的角度以时间为研究轴， 对国内外不同时期的灯具造型进行深入研究，这些研究对灯具造型的设计具有很 多的借鉴和指导意义，而纵向的角度以家用 l e d灯具需要应用的实地情况，以及 生活习惯等因素为研究轴。经过以上的研究，从而指导我最终的设计理念。 本论文将采用的主要的研究方法包括：调查法、文献法、观察法、统计法、实 验法、定性分析、定量分析等等。 1 调查法：经过对信息收集整理后，有目的对灯具市场、网上灯具市场等，通 过认真的了解和调查，充分掌握有关灯具设计的资料，并综合分析这些掌握的信 息总结研究灯具造型变化的局限性以及人们对灯具造型的需求，对后面的造型 设计提供一定的方向性和目的性。调查法一般是通过市场调查、访问、发问卷 测验等方式去收集反映研究现象的材料，并对材料进行研究总结的方式。 2 文献信息法：根据论文的研究方向，首先要对材料进行一定的收集和研究。 通过对图书的阅读、报刊的查看、网络的检索等方面的途径，搜集整理关于 l e d 的发展水平和灯具造型变革的局限性，以及 l e d在灯具中的应用对灯具造型的变 革式的创新设计等方面的资料。为论文的研究课题提供科学的理论指导和借鉴， 保证论文课题的研究的先导性和科学性。 3 观察法：通过制定的目的和计划对灯具市场、灯具设计网页、书刊杂志等 进行综合的观察，特别关注 l e d灯具的发展情况，并对此进行详细的分析。从而 从整体上全面掌握所要研究的课题。本论文以 l e d 对灯具造型的创新设计为目的， 对灯具造型的影响和变革做出系统的研究和创新。 4 虚拟模型实验法：虚拟模型实验法是一种十分重要的方法，通过计算机对本 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 论文所设计的灯具造型进行一个三维的虚拟模型建模。并对灯具使用灯光渲染来 检验灯具造型的周密合理性、美观实用性、科学性等。通过设计三维虚拟模型， 以检验设计的灯具造型是否满足人们的需求，以及灯具造型是否真的有突破性的 创新发展。这些都是可以通过虚拟模型实验法来进行辅助设计的，虚拟模型实验 法也是研究课题中不可缺少的一个环节。 5 统计法： 当我们取得了足够的数据资料，我们就要对这些数据资料进行系 统的分类，认真的总结分析，从而获得我们所需要的的精确数据，然后才能进行 下一步的定性和定量分析。 6 定性分析方法：通过收集了比较完整的资料后，我们也要根据灯具专家，灯 具销售人员，灯光专家，居民等这些多个角度的人群，听取他们对 l e d灯具的理 解和生活需求、或者对 l e d灯具未来的造型设计的理解和看法。然后在这些提供 的要求和设想上仔细研究分析，提取出对我们有帮助的建议，进而全面我们的设 计理念。 7 定量分析方法：收集完数据资料后，对这些数据资料进行总结。看看我们的 设计构思是不是满足我们所收集的资料，或者与我们所搜集的资料理论相一致。 通过定量分析方法寻求理论上支持，技术上可行，经济上合理的灯具造型设计。 1 . 4 研究的主要阶段 1 通过市场调查和文献检索，调查灯具设计发展的现状和趋势。总结灯具设计 发展的历史，从而找到灯具发展的设计思想和造型元素。 2 研究 l e d 光源的优势及缺陷。 3 分析l e d 的优点对灯具造型的创新作用， 总结l e d 灯具设计需要注意的要素。 4 l e d 的应用对灯具造型设计的创新以及影响。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 第 2 章 l e d 光源概述 2 . 1 l e d 光源介绍 2.1.1 led的历史和现状 l e d 是发光二极管( l i g h t e m i t t i n g d i o d e ) 的简称。又叫光发射二极管，是一 种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，它可以直接把电能转化为光能， 属于固态光源 3 。作为固体光源的 l e d ，真正点燃了“绿色照明”的光辉，被认为 是 2 1世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和荧光灯成为照明市场的主导 4 ，使 照明技术带来一场新的革命。 l e d 有两个电极 （正极和负极) 。 l e d 在发光时需外加电源， 电能通过这两个正、 负电极传入到半导体二极管内。 l e d 在内部结构上有和半导体二极管相似的 p 区和 n 区，p 区和 n 区相交的界面形成 p n 结。l e d 一种允许电流单向导通的器件。l e d 的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。根据加在二极管两端的电 压大小，利用通过 l e d 的电流最终使 p n 结发光。 l e d 的发展已经有 5 0 多年，现在，l e d 的发光效率已达到 7 0 l m w ( 流明瓦 特) ，而且还包含了白色光等多种色彩。经过多年的发展，l e d的产品质量提高了 近 1 0 倍， 而制造成本已下降到早期的十分之一。 这种趋势还在进一步的发展之中， 从而使 l e d 成为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品。 2.1.2 led发光原理 l e d是利用半导体 p n结或类似结构把电能转换为光能的器件。半导体发光芯 片被固定在导热、导电的金属支架上，外围再封以环氧树脂，起到聚光和保护芯 片的作用，l e d芯片一般是用- 族的化合物半导体（如 g a a s 、g a p或 g a n等） 材料作为衬底， 其核心是 p n 结。l e d 芯片结构是一个典型的分层结构：如图 2 . 1 所示，芯片两端是金属电极，底部是衬底材料，当中是由 p型层和 n型层构成的 p n 结，发光层位于 p 型层和 n 型层之间，是发光的核心区域，p 型层、n 型层和发 光层通过在衬底材料上以特殊工艺外延生长而得。大家应该知道 p区中有大量的 正电荷( 称为空穴) ，n 区带有大量的负电荷( 通常称为电子) ，当正向导通的电压加 在这个半导体材料的 p n 结上时，电子就会从 n 区向 p 区移动。在 p 区和 n 区的交 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 界处电子和空穴发生复合，复合过程中能量就会以光的形式从 l e d 中发射出来。 图 2 . 1 l e d 芯片结构示意图 电子和空穴复合可分为二类：一是伴随光的辐射的复合；还有一类是不伴随光 的辐射的复合。前者是由于空穴和电子的复合以光（含紫外光、红外光）的形式 辐射能量，这是发光的主要机理，也是发光器件所追求的。而后者复合是以热的 方式辐射，这对固体发光器件来说是有害的。所以对于固体发光器件来说，就是 要研究如何增强带有光的辐射形式的复合。因此，研究 l e d工作原理及应用的目 的，就是在半导体 p n结处流过正向电流时，能以较高的能量转换效率来辐射出 2 0 0 1 5 5 0 n m波长范围的可见光谱( 包括紫外、红外光) ，从而做成实用的发光器 件。 图 2 . 2 彩色 l e d l e d色彩的不同是由不同的结构和材料决定的。照明领域使用的 l e d有两大 类，一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金( a 1 g a i n p 或 a l i n g a p ) ，可以做成红色、 橙色和黄色的 l e d ；如图 2 . 2 所示红色、橙色、绿色的 l e d ，以及发光二极管中包 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 含二种或三种颜色的芯片 5 。另一类是氮化铟和氮化镓的合金( i n g a n ) ，可以做成 绿色、蓝色和白色的 l e d 。 白光 l e d 是半导体照明技术的必由之路。 对于 l e d 最具挑战的应用是替代普通 的照明光源，而这都有待于白光 l e d 的发展。l e d 的发展必然要提高 l e d 的发光效 率，而且要尽量减少无辐射复合中心的晶格缺陷和杂质浓度，减少无辐射复合过 程。2 0 世纪 9 0 年代，蓝光 l e d 和长波紫外发光二极管的产业化极大地推动了白光 发光二极管的发展。因为虽然不同材料制备的 l e d芯片结构不同，它们的光色和 发光情况不同，但是基本原理是差不多的。因此在很短的时间内，白光 l e d的光 通、光效和价格都取得了巨大的成就。现在，其光效已大大超过白炽灯泡，并有 望在不久的将来达到和超过荧光灯。 2 . 2 l e d 光源的优势 随着 l e d 技术的迅速发展，l e d 光源的优势在很多方面都逐渐的展现出来。使 灯具造型的设计越来越丰富，而且有了前所未有的突破。目前普通照明光源有白 炽灯、荧光灯、高压钠灯等，这些光源的尺寸一般较大，发热量高，光色固定， 光束分散，这些特点都影响到灯具尺寸、结构、安装和照明变化等使用条件。而 l e d 则有体积小质量轻、节能高效、驱动电压低、安全性能好、寿命长、相应时间 短、无红外辐射、抗震性好等优点，更合适照明应用。而且 l e d的特性都为灯具 的造型设计提供了必要的条件。也增加了灯具造型的多元化和情趣化等等。灯具 的使用与我们的生活紧密相连，到处都有，我们会发现随着 l e d技术的发展，灯 具的形态将会有巨大的变革。我们可以把 l e d 光源的特性概括为一下几点： 2.2.1 节能高效 l e d 是一种固体冷光源，发光效率高，与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以 达到 9 0 %以上。l e d 光源的单色性好，光谱几乎全部集中在可见光谱，可直接发出 有色可见光，几乎没有红外光或者紫外光，因此被称为“冷”光源，是一种绿光 色源。非常适合用在人们的住所以及对光照有特别要求的地方，例如对古文物的 照明，以及一些作品的展览等，这些古文物和作品大都会因为红外光和紫外光辐 射的照射有所损害。所以 l e d 可见光转换效率达到 8 0 %9 0 %， 而白炽灯的转换效 率仅有 1 0 %2 0 %。在同样亮度下，耗电量仅为荧光灯管的 1 / 2 ，普通白炽灯的 1 / 1 0 。如果用 l e d取代我们目前传统照明的 5 0 %，每年我国节省的电量就相当于 一个三峡电站发电量的总和，其节能效益十分可观 6 。目前世界各国都在努力的发 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 展 l e d ，对 l e d 进行更高发光效率的研究，相信过不了多久，l e d 的发光效率将会 更大，l e d 的使用也会为社会节约更多的能源。 2.2.2 健康化 l e d 光源是一种绿光色源。没有汞等有毒物质，因此没有污染。也就对环保起 到了非常重要的作用。l e d 是用环氧树脂封装的固态光源，其结构中没有玻璃泡、 灯丝等易损坏的部件，因此 l e d具有可回收性、很好的抗震性、而且不易破碎， 适合制作一些简小轻便的灯具，方便携带。从而也节省了材料、能源。另外 l e d 光源没有频闪，显色性也比较高，没有红外光和紫外光辐射，对人体和视力没有 伤害，是保护视力并且环保的健康光源 7 。由于 l e d 是固体冷光源，而冷光源的发 热量一般比较低，所以人们可以放心安全的触摸 l e d灯具，从而拉近了我们与灯 具的距离，使我们的生活更离不开灯具的使用。 2.2.3 艺术化 l e d 光源的体积小，质量轻，可以随意组合。而且 l e d 是固态光源，它的结构 是一种全固体结构，所以具有很好的抗震性，不易破碎，适用范围广泛，可以加 强环境的光线效果，另外由于体积小还可以进行隐藏，从而起到美化环境和增大 空间的作用。 色彩是美学原则的基本要素，同样光源的光色也是视觉美学的重要组成部分。 目前 l e d光源的光色已经可以实现几乎所有的色彩。而且单色性好，色彩也比较 鲜艳。l e d 的色彩纯度较高，颜色饱和度可以达到 1 3 0 %，全彩色，由于 l e d 光源 的色彩很多，对光色的选择就有了很大的灵活性，可以选择不同色彩的光色搭配 使用，达到明与暗，强与弱的完美结合，从而使灯光更加清晰柔和，表现出较强 的层次感，构成优雅美丽的视觉感受。在 l e d光源的使用使灯具的技术和艺术更 完美的融合在一起，掀起了灯具造型的新起点，从而打破以往灯具形态的框架， 借助 l e d光源的技术，灯具的设计变成了视觉享受和美好生活的阶梯，让灯具的 艺术性尽情的发挥，使灯具成为人们生活里充满情趣与生机的生命体。 l e d 光源还具有响应时间短， 光束集中的特点。 可以精确控制光型及发光角度， 光色柔和，无眩光，可瞬间启动，反复开关。对电路的设置进行改进可以实现多 种动、闪、跳的灯光变幻，很大的提高了灯具的艺术性，实现光与艺术的完美结 合。也使灯具的色彩更加绚丽。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 2.2.4 人性化 l e d 灯具体积小质量轻，使用起来方便简捷，易于安装携带。单体 l e d 可以进 行各种平面排列和立体组合，形成线状，平面光源，再选用不同光色的 l e d配合 使用，可以组合成照度柔和的各种模块，通过控制电流实现调光，不同光色组合 可以调色，达到多种动态变化效果，成为有一定空间分布的体光源。人们根据需 要可以安装在任何地方，既满足人们的需求，又成为装饰的一部分，是灯具更加 的人性化。l e d 灯具不同的光色可以任意调色，既满足人们环境的美观，形成一道 亮丽的风景线，又可以满足人们的心理需求。因为不同的光色和亮度对人们的心 理和生理影响不同，我们可以根据自己的心情来对色光的颜色进行调节。从中我 们可以看出 l e d有其它光源无法比拟的特性，实现人性化的智能控制，营造不同 的室内照明效果。模拟出各种光环境来引导、改善情绪，体现更人性化的照明环 境。 另外 l e d 使用寿命长、经久耐用、驱动电压低、安全性能好、使用安全，这样 就避免了人们对灯具的维修，减少了触电的危险。l e d 灯具的使用，使灯具设计更 加趋向以人为本的设计理念，使灯具设计更加的人性化。 2 . 3 l e d 光源存在的问题 虽然 l e d 的优点很多，但是它也不是没有缺点。与传统的光源相比，l e d 光源 也存在一些问题，例如 l e d光源的光衰问题、色温问题、散热问题等。另外 l e d 光源与白炽灯相比，视角也比较窄，视角度小于 1 8 0 。l e d 属于多元化合物半导 体器件，其电学、光学、热学和机械等方面的参数质变离散性很大，这给器件的 筛选和分挡造成困难，这些都是 l e d光源目前存在的缺陷。因为 l e d光源的发展 至关重要，所以我们必须认真的研究和分析 l e d所面临的问题，为 l e d光源的发 展提供有力保证。下面我们深入的分析一下 l e d 光源存在的问题 8 1 1 。 1 散热问题 l e d 是冷光源并不是说 l e d 没有散热，而是说 l e d 的光线是冷光。当 l e d 在工 作的时候，输入的电能大量地转变成了热能，用散热器散热增加了灯具的体积， 使半导体光源体积小、重量轻的优势消失。如果散热不好，将导致芯片温度迅速 上升和环氧树脂碳化变黄，热量集中在尺寸很小的芯片内，使得芯片内部温度越 来越高。从而导致 l e d 快速老化，造成 l e d加速光衰，稳定性降低，降低 l e d的 使用寿命。 2 光衰问题 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 虽然 l e d 的使用寿命在理论上有 1 0 万个小时，但是在目前我们的调查中可以 看出，l e d 的寿命普遍只有几千个小时。由此可见 l e d 的光衰也是 l e d 现阶段急需 解决的问题。 3 色温问题 通常人们在阅读时最适合的色温在 4 5 0 0 5 0 0 0 k ，经过我们调查研究，发现现 在采用的蓝光 l e d + 荧光粉的方式制作的白光 l e d色温很难达到 5 0 0 0 k以下，这也 是 l e d 目前存在的缺陷。l e d 发出的光与自然光仍有一定的差距，白光 l e d 发出的 光带有蓝色光的成分，这与自然光有较大差距。 4 价格太高 l e d价格高是阻碍其普及的主要因素，目前台湾地区 1 w的 l e d产品约 1 . 5美 元以上，而 l u m i l e d s 公司生产的 1 w 的 l e d 产品接近 8 美元。尽管 l e d 节能高效， 但过高的价格也是人们不能普遍接受的最大原因。 5 光通量不够 光通量有待提高。l e d的光效与高强度气体放电灯相比仍有较大差距，l e d的 普及必须提高能量转换的效率。使 l e d发出更多更强的光。目前世界各国均加紧 了对提高 l e d 发光效率方面的研究。 6 离散性问题 l e d 灯具一般是有多个 l e d 单体组成，其参数离散性是一个重要的技术问题。 而且多个 l e d单体的排列布局也需要进行合理的设计，避免能量的局部集中，热 量过高，影响 l e d 的性能和寿命。 2 . 4 l e d 光源在照明中的应用 从 l e d 的发展和应用历程上看，根据 l e d 光源技术的提高，l e d 光源发光材料 体系、主要制作技术、产品性能、应用领域等方面，l e d 的发展首先开始于指示应 用阶段，主要作为指示灯（如交流电源指示灯、保险管座指示灯等）和状态指示 （如电池状态指示和电器工作状态指示等）两个方面。随着 l e d 技术水平的提高， l e d 逐渐走入照明的行列，在照明中的应用包括 1 2 ： 1 l e d 在 l c d 背光照明中的应用 随着液晶显示技术的发展， 越来越多的电子产品都采用了基于液晶显示的显示 器。l e d 在 l c d 背光照明中的应用，是其成长最快，也是最具潜力的市场。 2 交通灯市场 由于 l e d光源的特性，使 l e d在交通灯市场的需求急剧增加。传统的交通灯 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 存在寿命短，维护费用高，在阳光照射下容易出现变色，由于反光碗的存在，还 有假显示效应。因此 l e d在交通灯市场的应用越来越广泛。如今河北石家庄 1 0 0 多座交通信号灯已有近 7 0 % 更换为 l e d 。上海市则明文规定，新上的交通信号灯一 律采用 l e d 。 表 3 . 1 各种光源的技术指标 3 景观照明市场 景观照明包括重要建筑、街道、商业中心、名胜古迹、桥梁、社区、草坪、家 具、庭院、休闲娱乐场所的照明。以及集装饰与广告为一体的商业照明。景观照 明对光源的色彩要求较高，而 l e d光源基本上已经可以满足景观照明的需要。我 国 l e d景观照明也在北京奥运会和即将开幕的上海世博会带动下，迅速的发展起 来。像成都火车南站的立交桥安装了 3万多个 l e d灯。千变万化的城市之门，直 入云霄的城市之光， 为成都的景观添加了不少光辉。 还有苏州市中新工业园区 2 0 k m 的现代大道进行的景观照明设计，设计出一种船形路灯灯具。上面是金属色，下 面呈佛青色，灯的尾部有蓝光 l e d尾灯，在夜间闪闪发光，很是漂亮。目前 l e d 在景观照明方面的应用只是很小的一部分，据保守估计，国内 l e d景观照明市场 规模在 2 0 0 亿元以上。 4 l e d 在汽车上的应用 2 0 世纪 9 0 年代汽车内部的照明就进入到了 l e d 时代，除了汽车前照灯之外， 车外的信号灯基本上都采用了 l e d 光源。 2 0 0 3 年以来已经有 1 5 家汽车制造厂商在 车展上展示了采用 l e d前照灯的概念车。2 0 0 7款林肯 a v i a t o r等车型采用了全新 的照明系统，其中包括 l e d前照灯。l e d前照灯还处在研发阶段，预计在 2 0 1 2年 将会有一部分普通轿车安装 l e d 前照灯，真正使 l e d 进入汽车照明领域。l e d 这种 新光源对于汽车照明中的应用，给汽车提供了更多的设计灵活性，利用 l e d光源 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 体积小这个优势，可以大幅度缩减汽车照明灯具的体积，从而给汽车节省出更多 的空间。 5 l e d 在普通照明中的应用 如今 l e d 光源已经表现出优异能和突出的节能及环保特点，估计在 2 1 世纪上 半叶 l e d光源将成为电光源的主流产品。目前的照明光源还是以白炽灯和荧光灯 为主，如表 3 列示了当前主要照明光源的技术指标。 从中我们得知这些光源的尺寸较大，发热量高，光色固定等等，都会影响灯具 的设计、安装、结构和照明变化等使用条件。而 l e d 光源的优势将弥补这些缺点， 更符合照明的应用。对于 l e d普通照明，无论是从我国照明市场对白光 l e d的潜 在需求上看还是从相关电光源产业的发展上看， l e d 应用与普通照明在我国都具有 很大的发展前景。 6 l e d 在特殊照明的应用 l e d 在一些特殊照明场所也有着巨大的市场。如军用照明灯( 无红外辐射) 、医 用手术灯( 无热辐射) 、显微灯、矿井照明灯、农作物和花卉专用照明灯等。l e d 可 以发出有利于植物生长发育的特定波长的光，并在恰当时间照射植物，还可以替 代农药进行杀虫，对农业的发展提供了巨大动力。 除了上述的应用之外，在其它的照明领域中也有 l e d 的应用，我们可以相信， 随着 l e d 各方面性能的提高，在照明领域中必然成为不可替代的新型光源。 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 第 3 章 l e d 灯具造型设计研究 自从 l e d 光源出现以来，随着性能的不断提高，l e d 在灯具方面的应用初现端 倪。近几年来，由于人们对 l e d 研究的深入，l e d 制造工艺取得了巨大进步，以及 新材料的开发和应用，各种颜色的超高亮度 l e d都有了突破性进展，其发光效率 提高了近 1 0 0 0 倍，色度方面也实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超 高亮度白光 l e d的出现，使 l e d应用领域又扩大了一步，让高效率照明光源市场 成为可能。虽然现在 l e d技术仍然存在着各种不足，但是人们在实际应用方面已 经开始不停的研究和设计改进，各种各样的 l e d照明灯具慢慢出现在我们周围。 l e d 灯具在照明中的应用越来越多，l e d 性能的优越性给灯具造型的设计带来了新 的设计源泉，也让灯具的造型变得更加美观新颖。在灯具造型设计上，光源可以 称得上是造型设计的基石。l e d 灯具的设计广泛应用在家用照明和户外照明领域。 由于 l e d灯具的应用比较广泛，因此我们就以家用 l e d照明灯具作为研究对象， 对 l e d灯具造型设计进行分析。本章通过对一般灯具造型设计的研究分析以及对 现阶段国内外已有的 l e d照明灯具的调查比较，总结出现阶段 l e d灯具造型设计 的特点，以及与一般灯具在设计内容和设计手法方面的差异，从而在基于 l e d优 良特性的技术上对灯具造型进行全新的设计分析，概念性的构想，努力突破普通 灯具造型的特征，展现出灯具造型的新趋势，对灯具造型进行全新的改进，创造 出新颖的灯具造型。 3 . 1 一般家用灯具造型设计分析 3.1.1 一般家用灯具市场分析 灯具的发展历史悠久，但至今还没有一个公认的关于灯具设计概念的定义。虽 然灯具设计的定义有一些，可都是仁者见仁，智者见智。一般都是由设计师、理 论家、艺术家、技术人员根据灯具这一概念提出的严谨表述。以前灯具在人们的 认识当中只是一种辅助的照明工具，只是对光源发射的光线进行了重新分配的器 具。对于灯具的有关定义有下面几种： 灯具就是任何包括灯座、电气部件和支撑部件的设备 1 3 。 灯具是一种产生、控制和分配光的器件，从严格意义上来讲，它是一个由下列 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 部件组成的完整的照明单元：一个或几个灯泡；设计用来分配光的光学部件；固 定灯泡，并提供电气连接的电气部件( 灯座、镇流器等) ；用来支撑和安装的机械 部件 1 4 ；灯具是能透光、分配和改变光源光分布的器具，包括除光源外所有用于 固定和保护光源所需的全部零、部件，以及与电源连接所必需的线路附件 1 5 。 笔者认为在科学技术水平的迅猛发展下，由于新技术的出现，对普通灯具的影 响将是巨大的。而且新技术对人们的生活方式和使用环境也会发生相应的影响， 这些都将对传统的灯具设计观念有着猛烈的冲击。因此，对于灯具设计的定义笔 者认为还需考虑更多方面，更全面的系统的定义灯具设计。因为灯具不仅仅是照 明工具，灯具设计的最终目的不再是为了在黑暗中取得光明，它还具备了创造情 调、烘托气氛、装饰空间、塑造环境、而且还有视觉享受和引导情绪的作用。 随着灯具设计的不断发展，已经开始向着人性化、高技术化、多功能化、个性 化、独特性、标准化迅速发展。灯具在现代生活中扮演非常重要的角色，没有灯 具的居室人们根本无法入住，灯具设计的好坏直接影响着人们的生活质量。目前 家用灯具设计的现状主要表现在下面几点： 1 现在的灯具随着人们