有光“無”源的LED燈具設計

撰文：徐健

一、LED光源的“有”與“無”

今天，LED光源具有非常廣闊的應用前景。它與白熾燈和熒光燈相比有很多優(yōu)點，已成為“第四代”電光源，逐步替代白熾燈和熒光燈。和普通光源相比，它有非常突出的優(yōu)點，使得其在光源和燈具的開發(fā)和設計上較傳統(tǒng)光源更具自由性和創(chuàng)意性。這主要體現(xiàn)在幾個方面：體積小質(zhì)量輕，有光無源，不占空間；發(fā)光多變幻，色光高純度，鮮艷豐富；光源可控，綠色環(huán)保；固體發(fā)光，具有超長的壽命。那么在這些優(yōu)勢當中，對于“設計”更具有啟發(fā)意義的即是它有光“無”源這一核心特點，這對于改變傳統(tǒng)LED燈具過于工業(yè)化、機械化，“只為照明而照明”的冷漠感覺具有重要的意義，進而改變其應用范圍有限，在家居等很多方面普及不夠，以及老百姓認可度不高等現(xiàn)象，改進和創(chuàng)新——設計出更具時尚、家居生活化的現(xiàn)代燈具，制造豐富的照明效果裝點人們多姿多彩的生活。

二、基于LED有光“無”源的設計策略

（一）從“點光源”出發(fā)

首先，從LED的光源本質(zhì)上來說，它是“點光源”。在物理學上，點光源是指理想化為質(zhì)點的向四面八方發(fā)出光線的光源，這種光源其實在現(xiàn)實中是不存在的，在理想模型當中認為其極微小，因此我們可以忽略其體積質(zhì)量的存在。LED點光源指的是它以LED(發(fā)光二極管)作為發(fā)光體的點狀光源，與傳統(tǒng)光源相比它體積很小、重量極輕，可以看作發(fā)光點，因此被稱為“點光源”。由于這個特點，它可以靈活制作成各種形狀的器件，便于燈具的外觀設計，以及光強的分布控制、配套設備的布置。很大程度上它發(fā)光時我們看到的是光，可以忽略發(fā)光點的存在，也就是說人們可以感受到光亮卻“找不到”光源。不像傳統(tǒng)的燈具要有很大的燈泡或者燈頭固定模式存在。燈泡的存在使得集中發(fā)光對環(huán)境造成一定的干擾,還會對人的視力造成很大的影響。基于這一點，我們可以避開傳統(tǒng)燈具設計套路，來進行“不見燈”的設計，采用多種方法來實現(xiàn)預期的視覺效果。

在造型上，由于發(fā)光點很小，可以忽略由此造成的限制，造型更加豐富，更具突破和藝術(shù)性；可選用不同光色的LED組合成照度柔和的各種模塊，將其融入到建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)中去。比如任意安裝在居室中，居室照明燈具的光源可能來源于地面、墻面、窗臺、家具、裝飾物等。因此，未來居室照明將不再局限于單個燈具，而將由單個燈具照明轉(zhuǎn)化為“無影燈”照明，也就是無照明器具感的整體照明效果，營造整體環(huán)境照明氣氛；或者通過光線和燈體的關(guān)系進行透光、反光、折射、導光、遮光，從而形成特殊的照明效果，制造多種多樣的視覺肌理，渲染和改善人的環(huán)境心理感受等； LED小巧靈活，可操控的優(yōu)勢可以設計各種便攜式、趣味性的燈具來方便生活，利用這一優(yōu)勢可以改變現(xiàn)有LED燈具設計類似傳統(tǒng)燈具沒有突破的現(xiàn)實。

我們通過以下幾個案例來具體說明傳統(tǒng)燈具難以達到的創(chuàng)意，它可以情趣化、時尚化、便攜化，結(jié)合其他產(chǎn)品的功能進行組合設計，突破傳統(tǒng)燈具設計，設計思路自由，可以得到很廣泛的應用。

1.像素組合燈（圖1）

如圖所示，這是一個類似萬花筒的燈具，作為結(jié)合了加濕器功能的組合產(chǎn)品設計，采用LED單元燈組合排列，每一個單元格按鍵都是水晶狀導光模塊小燈，內(nèi)部有LED發(fā)光點，都設置開關(guān)，按下去就可以關(guān)燈，再按就會亮起來，這是一個趣味設計，可以根據(jù)自己的喜好和心情來按鍵，從而設計想要的圖案。燈光的色彩可以調(diào)節(jié)設定。燈具還可以插入加濕器，小巧實用。特別是在北方氣候干燥，濕度低，有使用加濕器的習慣，加濕器啟動時下面的LED燈會自動點開，在運行中產(chǎn)生蒸汽，底部的LED發(fā)出的光隨著裊裊上升的蒸汽產(chǎn)生夢幻的飄逸效果，猶如舞臺一樣絢麗。

除此之外，LED光源自身也有一些缺點，最顯著的是散熱問題。LED由于單個發(fā)光面比較窄，通常大規(guī)模集成在線路板上，形成一個比較大的發(fā)光源，由此會造成大量熱量積累，有時會擊穿電路板，影響LED的使用壽命。所以LED光源的散熱要好，這是在設計中必須考慮的問題。為此，在LED燈具設計上應設計散熱通風結(jié)構(gòu)或裝置。在這款設計當中，加濕器可以把LED燈產(chǎn)生的熱量吸收蒸發(fā)，用這種非常規(guī)的做法很好地實現(xiàn)了散熱的功效。設計具有傳統(tǒng)燈具難以實現(xiàn)的互動趣味，兼有加濕器的實用功能，充分體現(xiàn)了LED光源的靈活可控，從這款設計可以看出：我們希望得到的是光效帶給人的感受，不會刻意關(guān)注微小的發(fā)光點。

圖1 像素組合燈

圖2 “蓮意清雅”時尚燈具

圖3 Colorful Bud Lamp

圖4 Swimming Fish Lamp

圖5 “筍”裝飾燈

圖6 星辰燈

2.“蓮意清雅”時尚燈具（圖2）

這個案例是介質(zhì)導光法的典型應用案例。所謂介質(zhì)導光法，就是不直接采用LED光源本身直射發(fā)光，而是采用導光板或其他材料，借用其自身的表面肌理和光學性質(zhì)來反光、折光，或者用其他遮擋的手段來制造間接照明效果的方法，它可以弱化LED本身光線耀眼和易產(chǎn)生眩光的缺點，制造朦朧、柔和、溫馨的藝術(shù)化效果。

這款設計采用抽象的蓮花花蕾造型，簡潔優(yōu)雅，花苞部分為亞光導光材質(zhì)，LED白色燈光反射后呈現(xiàn)玉一般的珠光效果，花苞內(nèi)部的燈在每片花瓣邊緣照射出有層次的光感效果，光線柔和不刺眼，看不到里面的點光源，有溫潤優(yōu)雅的心理感受。燈頭底托部分為金屬拉絲材質(zhì)，現(xiàn)代時尚；內(nèi)部有LED光源，底托下部有散熱孔，由于底托寬大，因而易于散熱。北歐的簡約風格與“蓮花”的東方神韻結(jié)合，相得益彰，展示純凈清雅之美，容易與不同風格的室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)。這款設計體現(xiàn)了“有光無源”的特點，我們看到是LED發(fā)光點反射特殊肌理的材質(zhì)形成的特殊照明效果，以及它對于室內(nèi)照明環(huán)境氛圍的營造，不會刻意去關(guān)注每一個發(fā)光點。又如，下面的兩款設計也是利用介質(zhì)導光的方法來實現(xiàn)特殊的照明效果。（圖3、圖4）

3.“筍”裝飾燈

這款設計重點考慮的是利用燈的造型制造透光效果，以及通過造型結(jié)構(gòu)尋求解決散熱問題的思路。燈身造型源于“筍”，大鏤空螺旋向上的造型是一個富有生機活力的形態(tài)，很有張力。燈身外壁采用紫紅色烤漆，內(nèi)壁有一層漫反射層，可將不同尺寸規(guī)格的該款燈具組合擺放，形成景觀小品，以營造高貴、活潑、自然、富有生機的景觀效果。設計的創(chuàng)意點首先是通過隱藏LED點光源來制造透光效果，LED光源被置于燈身底部內(nèi)側(cè)，燈光通過燈身內(nèi)壁的漫反射層反射后從鏤空處投射出來，造成一種光的形態(tài)，帶有燈體的一點高貴的紫紅色，燈光柔和、不刺眼，同時燈光的色彩可以通過設置而改變整個室內(nèi)的環(huán)境色光，形成不同的照明效果。燈具的外在形態(tài)也被弱化，取而代之的是照明光的設計，光源更是不可見。大鏤空的螺旋造型設計也充分考慮了散熱的問題，制造四維通透的寬闊空間很容易散熱，不需要額外進行散熱片裝置的設計。（圖5）

（二）“光環(huán)境”的自由

圖7 纖薄臺燈

圖8 “天鵝”護眼臺燈

其次，沒有光源的位置可進行“光環(huán)境”的自由設計。人和光的關(guān)系自古以來就是永恒的話題，不同的光色和亮度對人的生理和心理能產(chǎn)生不同的影響，人們在很多情況下并不需要很亮的白光，一般來說，黃光或其他顏色的光更適合生理和心理的需要。三基色LED可以實現(xiàn)亮度、灰度、顏色的連續(xù)變換和選擇，使得照明從普遍意義上的白光擴展為多種顏色的光。這樣，人們可以根據(jù)室內(nèi)整體照明需要（如顏色、溫度、亮度和方向等）來設定所需的照明效果，實現(xiàn)人性化的智能控制，營造不同的室內(nèi)照明效果，滿足特定的場合環(huán)境?？梢凿秩練夥?，體現(xiàn)人的心理要求。即便居室中只有 LED發(fā)光天花板和發(fā)光墻面，人們也可以根據(jù)各自要求和場景情況，以及對環(huán)境和生活的不同理解，在不同的空間和時間選擇設置并控制光的亮度、灰度、顏色的變化，模擬出各種光環(huán)境來引導和改善情緒，體現(xiàn)更人性化的照明環(huán)境。這樣來講，在光環(huán)境設計中，具體的“燈”的形態(tài)被弱化，我們考慮的是“場”的設計，這再一次體現(xiàn)了LED光源小巧，可以自由利用的優(yōu)勢。

如下面的案例所示：通過遙控器隨機點亮每一個LED模塊，制造你想要的隨機圖案效果來愉悅自己的心情，這樣的室內(nèi)天頂就猶如漫天的點點星光一般浪漫，因此這是一個情趣化設計，在滿足室內(nèi)照明的同時也通過控制LED的發(fā)光模塊、色彩、亮度等來改變環(huán)境氣氛，達到調(diào)節(jié)心境的目的。我們在這里絲毫未感覺到光源的存在，看到的是一個大的光環(huán)境。（圖6）

（三）“靈活操控”玩轉(zhuǎn)創(chuàng)意

再次，利用其靈活、可操控的特點進行設計例如下面這款LED便攜式護眼臺燈，該設計首先是充分利用LED體小質(zhì)輕的特點，大幅度地減小產(chǎn)品的體積；其次是利用LED光源的可操控性，設計觸控式調(diào)光開關(guān)，光強可在設定的最佳明視波長范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，可以極大地保護視力，預防近視的發(fā)生。在造型上由于可以忽略LED點光源本身的體積，因此可以設計成小巧、簡約、優(yōu)雅、輕薄、纖細的形式，方便攜帶。穩(wěn)定的底座上還可以臨時放置文具，加工制造也非常簡單。（圖7）

下面這款設計也是類似的手法，通過手動調(diào)光旋鈕，燈頭伸縮來調(diào)節(jié)光線強度，通過燈罩的遮擋，使光線散射更為柔和，具有層次感。在燈頭層層伸長時，就像一顆無花果一點點長大，同時亮度逐漸提高，讓燈變“活”，使用起來很有情趣。如圖所示。（圖8）

三、結(jié)語

綜上所述，以上這些案例都體現(xiàn)出LED應用在燈具設計上靈活多變的特點。LED有光“無”源的特點成為設計中不受限制、自由發(fā)揮的關(guān)鍵因素。光源、光強和色彩的可控性等其他特點共同為情趣化、時尚化和實用化的單體燈具設計提供了廣闊的空間。從更大范圍上，還可以進行室內(nèi)的光環(huán)境設計來滿足特定場合的需要，改善人的光環(huán)境心理。讓燈具不再“為照明而照明”，讓照明“豐富生活、愉悅心情”，這是傳統(tǒng)光源做不到的?？傊?，LED光源的應用無論為燈具設計，還是環(huán)境照明設計都打開了新的思路和空間。