淺談LED結構對燈具外觀的影響

隨著社會發展與全球照明技術的不斷進步，國內大多數燈具市場還是沿用傳統光源與外觀設計，導致國內燈具缺乏市場競爭力。而在LED技術已成為世界照明主流的當下，燈具外觀設計變得越來越多元化，外觀設計的創意表現也越來越具有彈性的空間。本文通過對傳統燈具的光源結構，散熱結構，列陣結構三個方面研究，概括出LED光源結構對燈具外觀設計的不同影響，正是因為特殊的LED光源結構，導致了燈具的外觀發生變化，對以后的燈具外觀設計具有參考的價值。

引言

據相關介紹，目前世界上常用的光源有三種：傳統白熾燈、節能型熒光燈、LED。新型的LED技術迅速發展，前兩種光源會過度消耗能源，在同樣亮度與時間中，LED用電量僅為傳統白熾燈的1/10，而LED燈使用壽命是白熾燈的100倍，LED必將代替它們成為照明主導產品，現在的LED外觀設計多變，擺脫了傳統光源對外觀設計的諸多束縛，其應用的廣度與深度已經遠遠超越了傳統燈具。

LED結構與傳統家用燈具光源結構的對比

在傳統家用燈具中，屬白熾燈用途最為廣泛。白熾燈又稱鎢絲燈、燈泡，是將燈光源中的鎢絲通電并加熱到白熾狀態，利用自身的熱輻射，發出可見光的電光源。白熾燈由玻璃燈罩，燈頭燈組成。在光效方面，白熾燈發光效率不高，其總功率的93%-94% 轉化成熱能，只有極少部分轉化為光，但由于其價格低，顯色性好的優勢，成為頗受歡迎的燈光源之一。除白熾燈外，熒光燈也是應有較廣泛的燈。它的特點是效率高、壽命較長，但是體積較大，且在工作時必須使用鎮流器。而LED作為目前頗受追捧的光源，其主要有直插式LED——俗稱草帽燈和貼面式LED，直插式LED是能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，可用人工插件或AI機制作，體積與比貼面式相比較大，多作為裝飾照明，不能應用到照明亮度要求較高的工作領域。而貼面式LED，體積較小，便于集成。制作工藝采用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）大功率等模組，相比之下比大功率在亮度比小功率更高，使用壽命也增加。LED模組是將單顆LED按特定的規則排列，做防水處理后進行封裝的產品，現在已經應用在生活中各個領域。相比之下LED在各個方面多比傳統的光源優秀，所以成為當今最具價值的光源。

LED陣列結構對家用燈具外觀設計的影響

從體型較大的單個白熾燈燈泡到微型LED芯片，LED憑借其獨特的結構排列改變了傳統照明的設計理念，并為家用燈具設計注入了新的內容與形式。通常LED點光源可按一定規律排列成：點陣列﹑線陣列﹑面陣列以及立體陣列四種形式（其中前三種陣列在家用照明燈具的設計較為常見），這使得家用燈具的外觀設計可分別以點、線、面的形式進行設計，這種全新組合方式給家用燈具外觀設計以極大的上升空間，

1.點陣列的LED對家用燈具外觀設計的影響：點陣列的LED（如圖一所示）由于單顆LED體積極小，在視覺上僅看作為點，通常被人們所忽視。雖然只有極少的燈具光源設有一個LED燈珠，但隨著科技的進步，越來越多的大功率LED以單個的形式作為燈具的光源。這種獨特的風格促使設計師在家用燈具設計過程發揮了許多關于“點”想象。

2.線陣列的LED對家用燈具外觀設計的影響：線陣列的LED（如圖二所示）通常還分為兩種：直線列陣方式以及曲線列陣方式。直線列陣方式需要綜合計算出單顆LED之間的距離與功率，制作時將多顆LED光源按照等距離均勻布置在一條直線上，以形成直線發光源，通常安裝在平面的基板上，可獲得較為理想的亮度與均勻度。而曲線列陣方式由曲線的特性所決定，與直線列陣方式較為相似，將多顆LED按照等距離的曲線排列方式來形成的曲線作為發光光源。設計師通常或是利用直線列陣方式呈現出不同矩形發光面，或是利用曲線列陣方式呈現不同圓形或環形發光面、發光面的光照度高、照度均勻且亮度集中等特性進行家用燈具外形設計。基于線陣列的特點，設計師往往在空間狹小且光線不足的地方，如：廚房、洗手間等運用了該陣列的LED設計。

3.面陣列的LED對家用燈具外觀設計的影響：面陣列的LED（如圖三所示）由多顆LED以均勻布置并安裝在平面的基板上，使其軸線方向夾角為零，可形成具有一定面積的面光源，面光源在一定程度上使燈具擁有均勻的光通量與照度。面光源主要適用于較大平面燈具，其發光亮度與發光面積比點﹑線陣列方式更加優越，照明更均勻﹑面積更大。

LED散熱結構對家用燈具外觀設計的影響

LED光源在長期工作狀態中會將部分的電能轉化成熱量，但LED光源耐熱能力有限，容易將熱量積累在芯片內部，加速LED的光衰。據有關資料分析，70%的LED燈故障由于LED的溫度過高引起，而在負載為額定功率一半的情況下，芯片溫度每升高20℃，故障率就會上升一倍。因此，LED的散熱結構對于家用燈具外觀設計有很重大的影響。

1.外殼散熱對家用燈具外觀設計的影響：外殼散熱是通過外殼中的LED模塊使熱量有效地消散遠離。大面積的殼體設計與LED印刷電路板之間的連接，確保良好的熱傳導，加快燈具熱量的傳輸。一般外殼的材料也應有所選擇，如：鋁因具有良好的導熱性和高的熱容量，價格與相同金屬價格低等特點，適合用作外殼散熱材料。設計師在設計過程中往往綜合利用殼體的“面”以及外殼材料的特性進行外觀設計（如圖四所示）。

2.散熱片散熱對家用燈具外觀設計的影響：散熱片散熱保證了LED嵌入式燈具有一個理想的熱平衡。而隨著散熱片的長度和厚度的熱模擬技術的發展，通常使用有效的散熱優化設計是采用被動式散熱片。散熱片燈具其工作原理在電子元件與散熱片接觸面涂上一層導熱硅脂，將電子元件的熱量有效的傳導到散熱片上，通過優化散熱片設計，加快LED燈具的散熱問題。往往散熱片的使用在設計上藝術性不高，比較古板、呆滯（如圖五所示）。

3.散熱板散熱對家用燈具外觀設計的影響：散熱板燈具是將LED晶片直接鑲嵌在散熱基板上，通過基板散熱。早期的LED散熱板多為PCB，但其材料散熱力不理想，無法應用于高功率的LED產品，為了改善LED 散熱問題，達到高功率產品散熱需求，設計師將芯片直接封裝在鋁基板上，讓芯片產生的熱量更加快速散去。在家用燈具中，這種技術常被應用于筒燈、吸頂燈的設計之中散熱燈具（如圖六所示）。

結論

從上文中分析得知，LED新光源促使家用照明燈具設計創新不斷，在很大程度上改變了傳統照明的設計概念，LED燈具的外觀設計必然與其內部結構有著不可分割的關聯，不同類型的燈具因其結構的不同而導致構造的不同，因此在外觀設計上必然會不同，LED技術的發展，開創了新型內部結構，陣列方式與散熱方式，可以自由發揮和重新定義，燈具在視知覺與外觀創意表現上具有了更大的彈性空間，家用燈具將向更加節能化、健康化、藝術化和人性化發展。

（作者單位：中山職業技術學院）