浅谈LED结构对灯具外观的影响

随着社会发展与全球照明技术的不断进步，国内大多数灯具市场还是沿用传统光源与外观设计，导致国内灯具缺乏市场竞争力。而在LED技术已成为世界照明主流的当下，灯具外观设计变得越来越多元化，外观设计的创意表现也越来越具有弹性的空间。本文通过对传统灯具的光源结构，散热结构，列阵结构三个方面研究，概括出LED光源结构对灯具外观设计的不同影响，正是因为特殊的LED光源结构，导致了灯具的外观发生变化，对以后的灯具外观设计具有参考的价值。

引言

据相关介绍，目前世界上常用的光源有三种：传统白炽灯、节能型荧光灯、LED。新型的LED技术迅速发展，前两种光源会过度消耗能源，在同样亮度与时间中，LED用电量仅为传统白炽灯的1/10，而LED灯使用寿命是白炽灯的100倍，LED必将代替它们成为照明主导产品，现在的LED外观设计多变，摆脱了传统光源对外观设计的诸多束缚，其应用的广度与深度已经远远超越了传统灯具。

LED结构与传统家用灯具光源结构的对比

在传统家用灯具中，属白炽灯用途最为广泛。白炽灯又称钨丝灯、灯泡，是将灯光源中的钨丝通电并加热到白炽状态，利用自身的热辐射，发出可见光的电光源。白炽灯由玻璃灯罩，灯头灯组成。在光效方面，白炽灯发光效率不高，其总功率的93%-94% 转化成热能，只有极少部分转化为光，但由于其价格低，显色性好的优势，成为颇受欢迎的灯光源之一。除白炽灯外，荧光灯也是应有较广泛的灯。它的特点是效率高、寿命较长，但是体积较大，且在工作时必须使用镇流器。而LED作为目前颇受追捧的光源，其主要有直插式LED――俗称草帽灯和贴面式LED，直插式LED是能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，可用人工插件或AI机制作，体积与比贴面式相比较大，多作为装饰照明，不能应用到照明亮度要求较高的工作领域。而贴面式LED，体积较小，便于集成。制作工艺采用SMT制作，有小功率（0.3W以下）、中功率（0.3-0.5W）、大功率（1W及以上）大功率等模组，相比之下比大功率在亮度比小功率更高，使用寿命也增加。LED模组是将单颗LED按特定的规则排列，做防水处理后进行封装的产品，现在已经应用在生活中各个领域。相比之下LED在各个方面多比传统的光源优秀，所以成为当今最具价值的光源。

LED阵列结构对家用灯具外观设计的影响

从体型较大的单个白炽灯灯泡到微型LED芯片，LED凭借其独特的结构排列改变了传统照明的设计理念，并为家用灯具设计注入了新的内容与形式。通常LED点光源可按一定规律排列成：点阵列线阵列面阵列以及立体阵列四种形式（其中前三种阵列在家用照明灯具的设计较为常见），这使得家用灯具的外观设计可分别以点、线、面的形式进行设计，这种全新组合方式给家用灯具外观设计以极大的上升空间，

1.点阵列的LED对家用灯具外观设计的影响：点阵列的LED（如图一所示）由于单颗LED体积极小，在视觉上仅看作为点，通常被人们所忽视。虽然只有极少的灯具光源设有一个LED灯珠，但随着科技的进步，越来越多的大功率LED以单个的形式作为灯具的光源。这种独特的风格促使设计师在家用灯具设计过程发挥了许多关于“点”想象。

2.线阵列的LED对家用灯具外观设计的影响：线阵列的LED（如图二所示）通常还分为两种：直线列阵方式以及曲线列阵方式。直线列阵方式需要综合计算出单颗LED之间的距离与功率，制作时将多颗LED光源按照等距离均匀布置在一条直线上，以形成直线发光源，通常安装在平面的基板上，可获得较为理想的亮度与均匀度。而曲线列阵方式由曲线的特性所决定，与直线列阵方式较为相似，将多颗LED按照等距离的曲线排列方式来形成的曲线作为发光光源。设计师通常或是利用直线列阵方式呈现出不同矩形发光面，或是利用曲线列阵方式呈现不同圆形或环形发光面、发光面的光照度高、照度均匀且亮度集中等特性进行家用灯具外形设计。基于线阵列的特点，设计师往往在空间狭小且光线不足的地方，如：厨房、洗手间等运用了该阵列的LED设计。

3.面阵列的LED对家用灯具外观设计的影响：面阵列的LED（如图三所示）由多颗LED以均匀布置并安装在平面的基板上，使其轴线方向夹角为零，可形成具有一定面积的面光源，面光源在一定程度上使灯具拥有均匀的光通量与照度。面光源主要适用于较大平面灯具，其发光亮度与发光面积比点线阵列方式更加优越，照明更均匀面积更大。

LED散热结构对家用灯具外观设计的影响

LED光源在长期工作状态中会将部分的电能转化成热量，但LED光源耐热能力有限，容易将热量积累在芯片内部，加速LED的光衰。据有关资料分析，70%的LED灯故障由于LED的温度过高引起，而在负载为额定功率一半的情况下，芯片温度每升高20℃，故障率就会上升一倍。因此，LED的散热结构对于家用灯具外观设计有很重大的影响。

1.外壳散热对家用灯具外观设计的影响：外壳散热是通过外壳中的LED模块使热量有效地消散远离。大面积的壳体设计与LED印刷电路板之间的连接，确保良好的热传导，加快灯具热量的传输。一般外壳的材料也应有所选择，如：铝因具有良好的导热性和高的热容量，价格与相同金属价格低等特点，适合用作外壳散热材料。设计师在设计过程中往往综合利用壳体的“面”以及外壳材料的特性进行外观设计（如图四所示）。

2.散热片散热对家用灯具外观设计的影响：散热片散热保证了LED嵌入式灯具有一个理想的热平衡。而随着散热片的长度和厚度的热模拟技术的发展，通常使用有效的散热优化设计是采用被动式散热片。散热片灯具其工作原理在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，将电子元件的热量有效的传导到散热片上，通过优化散热片设计，加快LED灯具的散热问题。往往散热片的使用在设计上艺术性不高，比较古板、呆滞（如图五所示）。

3.散热板散热对家用灯具外观设计的影响：散热板灯具是将LED晶片直接镶嵌在散热基板上，通过基板散热。早期的LED散热板多为PCB，但其材料散热力不理想，无法应用于高功率的LED产品，为了改善LED 散热问题，达到高功率产品散热需求，设计师将芯片直接封装在铝基板上，让芯片产生的热量更加快速散去。在家用灯具中，这种技术常被应用于筒灯、吸顶灯的设计之中散热灯具（如图六所示）。

结论

从上文中分析得知，LED新光源促使家用照明灯具设计创新不断，在很大程度上改变了传统照明的设计概念，LED灯具的外观设计必然与其内部结构有着不可分割的关联，不同类型的灯具因其结构的不同而导致构造的不同，因此在外观设计上必然会不同，LED技术的发展，开创了新型内部结构，阵列方式与散热方式，可以自由发挥和重新定义，灯具在视知觉与外观创意表现上具有了更大的弹性空间，家用灯具将向更加节能化、健康化、艺术化和人性化发展。

（作者单位：中山职业技术学院）