基于固態照明技術的汽車燈具形態發展分析

王波++熊昊

摘 要：固態照明技術的發展應用為汽車燈具造型設計開辟了全新的設計空間，并為新能源汽車突破現有的造型語言提供了有效的解決方案。以固態照明中最具代表性的發光二極管（light-emitting diode，LED）和有機發光二極管（organic light-emitting diode，OLED）技術為切入點，結合品牌形象特征和產品戰略思維，基于抽象形態的造型設計方法，討論汽車燈具技術和設計的發展現狀，進而預測未來汽車燈具造型的發展趨勢。分析體現出固態照明技術在汽車燈具造型設計層面的巨大潛力和價值，以期對我國新能源汽車的自主研發能力做出一定貢獻。

關鍵詞：固態照明；發光二極管；有機發光二極管；汽車燈具；形態設計

中圖分類號：TB472文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.01

Abstract：The development and application of solid-state lighting technology opens up new design possibilities for the styling of automotive lighting system， and provides an effective solution to the breakthrough of design language in new energy vehicle. This paper starts from the emerging LED and OLED technology， meanwhile incorporates contents from brand image and product strategy； by utilizing the abstract form design method， it explores the development trend of the lighting system， and predicts the future style of the automotive lighting design. The result shows great potential and application value of Solid-state Lighting， in the hope of contributing to the developing capability of NEV in China.

Keywords：solid-state lighting； light-emitting diode； organic light-emitting diode； automotive lighting； design & styling

1 汽車照明燈具設計概況

汽車照明系統不僅是整車安全系統的重要組成部分，又是車身造型的有機構成元素，在工程研發和造型設計過程中都有舉足輕重的地位。同時，隨著品牌戰略的思想日益深化，汽車廠商紛紛通過燈具造型來凸顯品牌設計特征，也逐步使燈具成為構成品牌形象的核心元素。汽車照明燈具主要包括外部燈具和內飾燈具兩大部分。其中，外部燈具主要用于實現一系列相關的照明、示位、指示等功能，而內飾燈具則用于信息顯示、報警提示以及一些輔助功能。新技術和造型方法的融入使汽車燈組結構日益復雜，以外部前照燈組為例，其中不僅有近光燈（low beam）、遠光燈（high beam）、轉向燈（indicator）、霧燈（fog light）、日間行車燈（daytime running light，DRL）等照明組件，還包括實現其功能所必需的傳感器、電控單元、散熱系統和結構支撐部件。

燈具造型是整車造型設計中將形態與功能結合最為緊密的環節之一。除了形態美觀以外，燈具設計還要考慮結構布置、散熱性以及外表面空氣動力學特性等方面的要求，并滿足一系列相關的標準法規[1]。這些限制都為燈具設計師和工程師提出了更高的要求和挑戰。

而隨著“工業4.0”概念的普及，汽車產業正逐步向可持續化、高效化、數字化、智能化的方向轉型，新能源汽車將是未來我國汽車產業的核心發展方向。而在此背景下，通過與最新的電子信息技術相結合，汽車照明系統將會融入情感化設計、交互設計等新概念，使其性能和功能得到進一步提升和拓展。固態照明作為一種新型高效環保的照明技術，在新能源汽車照明中具有極大的發展潛力。

2 固態照明技術概況及其對燈具造型設計的影響

2.1 LED燈具的普及和進化

目前，LED技術已廣泛應用于量產車燈具之中，在未來，它將取代現有的鹵素燈和氙氣燈，成為汽車照明的核心力量[2]。性能上，LED具有能量轉化率高、響應速度快、能耗低、壽命長等優點。隨著相關技術的成熟，其亮度低、散熱差、成本高等問題也逐步得到解決。從造型層面看，LED單元體積小、布置自由的特性極大提升了燈具造型設計的自由度，并可組成線條或形狀，有效提高了造型的辨識度。

LED對于造型自由度的提升極大滿足了燈具形態多樣化的要求，它進一步強化了汽車燈具的形態價值，對傳統燈具造型產生了革命性的影響。在外部照明燈具中，LED使DRL這一概念逐漸得到普及。DRL在安全上起到示寬的作用，它注重低能耗，對亮度要求不高，因此造型上的硬性要求少，這與LED的造型優勢相結合，讓DRL成為燈具造型中的閃光點。光纖技術讓DRL的能耗進一步下降，同時造型語言更為豐富，呈現出流暢的均質條狀光帶。隨著LED成本的降低，DRL在未來有著極大的設計空間。而在內飾設計中， LED也相應孕育了環境氛圍燈（interior ambient light，IAL）這一概念。通過嵌入LED光源和條狀光帶，IAL不僅強化了內飾設計的形態特征，同時也可以塑造出符合車型定位的環境氣氛。IAL目前已經逐漸成為現今車輛的標準配置。

在此基礎上，大功率LED的發展讓LED的應用范圍擴展到照明燈具。全LED的前照燈組已在2008年量產。在照明燈具中，LED需搭配相應的配光元件達到亮度要求。與鹵素燈和氙氣燈相比，LED燈具配光部件的造型更為自由，這不僅讓多樣化的燈組外形和安裝位置成為可能，還減少了對燈組內部空間布置的要求。

通過LED陣列實現智能照明是提升照明安全性的一大發展方向。智能照明即通過一系列傳感器采集道路和駕駛員意圖信息，然后分析出優化的照明策略反饋給燈組，以達到提升照明效果和防眩光的目的。2013年推出的奧迪A8轎車首次配備了陣列LED燈組[3]，其遠光燈由5組25個LED單元構成，每組可獨立點亮，由此按需提供精準照明。這種矩陣式燈組不需要額外機械部件，單元獨立控制亦可降低能耗。此外，燈組單元化的造型也強化了奧迪科技感的品牌形象。

在未來，對高精度照明的需求將把分辨率這一概念引入到燈具之中。奔馳已經推出了具有24個獨立控制LED單元的Multi-beam燈組，并表示裝備84個單元的燈組已接近量產[4]。奔馳還與歐司朗、英飛凌等廠商合作研發分辨率達1 024像素的LED芯片。如此高的分辨率不僅可以精確分配光照，更可以投射出圖形或文字信息，為燈具功能的拓展奠定了基礎。而在提升照明安全的同時，該技術的應用也會對燈組的外觀造型產生深遠的影響。

LED的另一發展前沿是動態顯示技術。初級的動態顯示已在轉向燈具上得到應用：通過對LED單元的有序控制，轉向燈實現相應的動態效果，從而清晰指明轉向方向，提升交通安全性。未來，結合動態顯示的高分辨率LED讓燈具的語義信息得到極大拓展。隨著對情感化設計重視程度的加深，信號燈具還將被賦予強大的信息顯示能力，這不僅為提升駕乘安全提供了可能，還能滿足使用者來自溝通、社交層面的軟性需求，這一技術已在諸多新能源概念車中得到體現。

同時，動態顯示在造型層面也有著巨大潛力。目前的汽車造型設計基本是對靜止形態的探討，而動態顯示則將動態元素引入到造型中，在設計理論層面具有革命性的意義。奔馳Concept Style Coupe概念車以機械結構實現燈具動態顯示，讓燈具成為整車外部造型的亮點，在設計界引起強烈反響。而在新能源車造型設計中，通過對燈光效果的設計探討，亦可有效突破現有造型語言的束縛，進而開辟全新的設計維度，強化新能源車型的獨特身份，并滿足未來對于智能化交通、交互化設計的切實需求。設計實踐表明，動態元素具有靜態層面所達不到的視覺效果，讓整車造型設計具有更強的生命力。

2.2 OLED燈具的誕生和發展

OLED是以有機半導體薄膜為電致發光層的LED。在最基本的OLED結構中，一層有機半導體薄膜夾在兩個電極之間，共同放置在一個基質上，而目前的一些設計則通過增多薄膜層數來提高效率，整個結構的厚度一般為1 mm左右。外加電場作用下，有機半導體薄膜釋放出光子，從而讓整個表面發光。

因此，OLED是一種均勻的面光源，無需背光，由于發光面均勻，光線接近自然光譜，對人眼的傷害相對較小。此外，OLED的散熱性能較好，無需額外的散熱裝置，因而結構比LED更為輕巧簡單。OLED的基質可為柔性或透明材料，讓其具有斷電無色和形態可變的特點。作為一種高效環保的新型光源，OLED光線柔和自然的特點讓它在各種數字顯示屏和室內照明中得到廣泛應用，同時也被應用到汽車內飾中，裝備OLED顯示屏的車載多媒體系統已經逐步取代傳統的LCD屏幕，成為未來發展的主流。但OLED目前還面臨著成本高、壽命短、色差大、發光密度低等問題。因此，現今對OLED作為照明燈具的實踐還處于概念研發和生產驗證階段，距離真正產業化還尚需時日。

從造型層面上來看，OLED的特性消除了諸多工程上的束縛，讓全新的形態成為可能，使燈具造型設計空間繼LED之后又得到進一步的拓展。采用柔性基質的OLED可以實現任何平面乃至三維空間造型，十分有助于塑造獨特的品牌特征。通過與抽象形態設計方法相結合，燈具的造型語言、安裝位置和照明效果將更為靈活多變，同時與整車的形態特征更為契合。因此，OLED在造型上的巨大表現力，結合其低能耗、輕量化等諸多性能優勢，讓它在未來新能源車的燈具形態設計領域有著廣闊的用武之地。

此外，對于上述動態顯示技術，OLED也提供了一種更為有效的實現方法。OLED燈具不僅可以被分割成多個形狀隨意且獨立控制的面狀單元，還可以通過控制電場來連續調節亮度。豐田早在2012年推出的Fun-VII概念車中便采用了基于柔性OLED的動態顯示技術作為情感化設計的體現，但這一概念設計并不具備照明燈具的功能。奧迪在2013年的CES展會上推出了應用外部OLED燈具的概念模型，并提出了名為“swarm”的動態顯示概念，該概念將車尾變成了一個高分辨率的顯示屏幕，根據車輛的行駛狀態改變燈具顯示效果，以提示其他交通參與者。而OLED柔性材料的特點也將讓它在內飾設計中大顯身手：在日產今年推出的Teatro for Dayz概念車中，內飾座椅面板和控制面板均由柔性的OLED材料制成，用戶可以根據自己的喜好定制自己的內飾主題，并通過結合網絡資源，讓用戶有機融入到內飾風格的設計之中，展現出全新的設計思路。由此可見，OLED面光源的特性讓它有著比LED更簡單的結構和更自由的亮度調節，為實現更理想的動態顯示效果提供了優化的技術支持。

目前，一些中高端汽車廠商已經明確了在量產車型上配備OLED照明的階段性目標。現有的OLED照明用于示位和指示燈具，并逐步向制動燈具上拓展。寶馬在近年來推出的多款概念車的尾燈組中均廣泛應用了OLED照明，并在最近推出了第一款量產車型[7]。其尾燈造型設計融合了抽象形態的設計方法，多個片層狀OLED單元在三維中構成的L型形態，結合順序點亮的動態顯示效果，給人以前所未有的層次感體驗。奧迪也在今年基于其矩陣燈具的概念推出了裝備OLED行車燈的e-tron概念車型，并通過單元化的造型特征彰顯其新能源車的特質。而在內飾方面，日產這些實踐都表明車用OLED技術正逐步向產業化道路邁進。

基于固態照明技術的未來新型燈具形態發

展分析

固態照明技術的發展普及不僅源于其性能上的諸多優勢，更源自于現今對于多元化造型語言的高度需求。固態照明技術在燈具造型設計上廣闊的應用范圍和突出的形態優勢賦予其未來巨大的應用價值。根據上文的分析總結，表1對于固態照明技術和非固態照明技術在造型上的一些特性進行了比對。

在此基礎上，本文進一步對固態照明技術之于汽車燈具造型的影響和應用價值進行了以下三個方面的詳細分析。

3.1 燈具造型與整車邏輯關聯性的加強

抽象形態的設計方法強調造型設計的整體性思維，要求從整車宏觀的層面著手。注重各個造型元素之間一種邏輯（logical）關系的構建，從而讓整車造型更為協調[8]。對于燈具設計來說，如何處理好整體與局部的關系，讓燈具造型在與整車造型協調的同時，成為整車設計的閃光點，便是目前燈具設計師所面臨的一大挑戰。

從整車造型來看，車燈一般位于多個造型面匯聚、轉折的位置，這一區域造型關系復雜，是構建上述邏輯關系的難點[9]。以往在研究此類問題時，通常把燈具看成一個整體，尋求其在整車中比例、形態層面的關聯性。而當時燈具技術對燈具內部造型限制較大，設計師將造型重點放在燈組外輪廓線和燈罩曲面上，但燈組內部還是以反光罩為主導的造型，缺乏明朗的設計特征。20世紀90年代設計語言的進化使復雜的車身型面開始出現，燈組造型也隨之異形化，這一逐漸激化的矛盾對燈具與整車更為明晰的造型關聯性提出了更高的要求。

而基于固態照明技術的邏輯化設計思維則首次將燈具與車身造型有機聯結起來。一方面，DRL將“線”的造型引入燈具設計，燈具造型不再僅僅是一個曲面輪廓，而是作為造型主體元素與其它的特征產生呼應關系。另一方面，固態照明技術在照明燈具上的應用有效減小了配光元件的尺寸，并讓燈具的形態靈活多變，以更好地配合整車設計語言。大眾在近年來著重強化了這種關聯性特征，成為這一邏輯化思維的代表，其車型中燈組成為中央格柵的延伸，DRL也與格柵線條相連接，同時照明燈具也全部采用方正形態，以此凸顯其品牌平行化的設計語言。隨著汽車設計界對整車造型邏輯性重視程度的日益加深，通過固態照明技術構建燈具與車身的形態關系已經成為當下燈具造型發展的主流趨勢。

固態照明的進一步發展讓上述的這種邏輯關系向著多元化的方向發展，從而衍生出更為新穎的邏輯關系。固態照明燈具在空間上的靈活性讓設計師開始對燈具與車身造型面的結合方式進行深入的探討。在未來，OLED技術讓自由的三維發光形態出現在燈具設計之中成為可能，從而呈現出前所未有的設計概念[10]。在近年來推出的概念車中，一些采用包裹、穿插、鏤空等處理方式的造型出現在雷克薩斯、起亞、雷諾等以前衛造型著稱的品牌之中，這些設計強調了燈組作為一個獨立形體的三維特征，讓燈組在視覺上不再是從整車造型面中切割出的部件，而是作為獨立形體的造型元素與車身構建邏輯關系，達到在對立中尋求統一的造型效果[11]。

3.2 功能導向型的造型語言

抽象形態造型設計方法指出，優秀的設計能夠在造型中體現出相應功能，使兩者得到有機的結合，而汽車燈具本身就是功能與美觀相協調的產物。如何將技術和造型有效銜接起來，是目前設計面臨的核心問題。從心理學層面上看，外觀造型的積極變化也是讓消費者接受認可新技術的有效途徑之一。固態照明技術的普及則為這種功能美學的發展提供了良好契機。本文重點討論燈具造型結構化和像素化這兩個基于功能導向語言的發展方向。

結構化語言是這種功能導向造型方法的一個產物，它是燈具技術進步在形態上的的直觀體現。21世紀伊始，汽車燈組內部還沒有明確的造型特征，而LED技術的造型特性則讓燈組有了明確的功能分區。得益于LED結構更為緊湊的體積，在設計品質較高的燈組結構中，除了各個照明燈具組件以外，通常還會有專門用以構建整個燈組的造型框架的設計部件：它在與整車的造型語言相呼應的同時，將各燈具劃分到相應區域，讓各個燈具的造型給人以相應的功能聯想，成為燈組造型設計的核心。這種以展示結構來體現功能的思路在近年來得到迅猛發展，成為體現各個品牌照明技術的象征。

在此背景下，OLED這種體積更輕巧、形態更自由的技術，無疑讓上述結構化造型語言的可行性和實用性得到提升。從抽象形態的角度來看，OLED燈具作為一個獨立的發光形體，本身就可以構建成多樣化的三維結構，進而成為其它燈具的造型框架。同時，它亦可以通過一系列三維造型單元的排列組合構成發光陣列造型。此外，由于OLED極為輕薄，它甚至可以作為透明涂層覆蓋在車身表面之上，讓未來汽車燈具的結構形式更為自由多變。

像素化的燈具造型則是對燈具信息顯示能力的進一步延伸。隨著近年來無人駕駛、車聯網、交互設計等智能交通概念的提出，汽車外部照明系統的功能將會得到進一步拓展。在未來的道路環境中，動態信息顯示能力將成為汽車外部燈具的一個附加功能，而固態照明技術在消費類電子產品中的廣泛應用讓它在這一新興領域具有先天的優勢。在這一背景下，高分辨率、像素化的燈具造型將得到深入發展。在目前的概念設計中，一些方案采用了專用的外部顯示設備，另一些則將顯示系統與現有的照明系統相融合。未來這一領域的研究將會引入更多界面、交互設計的內容，從而進一步拓寬汽車造型設計的范疇，并極大地突破傳統的造型語言。

3.3 品牌特征在燈具造型中的進一步強化

21世紀以來，汽車廠商逐步把燈具造型系統化地提升到品牌特征的高度。短短幾年時間，燈具造型和照明效果已經成為品牌特征的核心組成部分，直接影響車型和品牌的市場表現。塑造出既符合品牌特質，又美觀新穎的燈具造型，成為各廠商亟待解決的問題之一。而在未來，固態照明技術將進一步助推汽車企業塑造出更加鮮明獨特的品牌特征。

歷史實踐表明，新興技術為品牌特征的建立提供了根本性的解決方案。奧迪是較早認識到燈具造型對品牌形象重要意義的汽車廠家，在LED登陸汽車燈具之后，它便為全系車型配備統一風格的DRL，由此確立了科技感的品牌形象，并迅速提升了品牌認知度。這一市場上的成功讓競爭對手紛紛效仿。如今，風格迥異的DRL造型已成為識別各廠商車型的有效手段。但從長遠來看，任何單純在造型上的探討都是有局限的，要想在品牌形象上有質的提升，唯有將造型與技術有機結合，才能真正成為這一領域的領跑者。

建立品牌特征面臨的另一個核心問題便是家族化形態特征的塑造，車廠不僅要橫向地在不同車型的燈具上兼具家族特征和獨特風格，做到求同存異，還要縱向地與時俱進，讓品牌特征歷久彌新。這在對品牌認知度更為敏感的中高端品牌中體現得更加明顯。固態照明技術的廣闊設計空間也為廠商提供了嶄新的思路。寶馬經典的雙圓形前照燈元素通過不同的表現形式一直延續至今，但其中燈具運用的照明技術已經經歷了從鹵素、氙氣、LED到激光的演變。奧迪通過DRL取得市場上的成功之后，也面臨著產品線燈具造型單一的問題，因而欲從矩陣式燈組、OLED等技術創新中尋求突破，以保持其在汽車燈具造型中的領先地位。

我們知道，汽車燈具形態的演化趨勢在任何時期都是多元化的，如今品牌思維的增強則進一步催化了燈具在造型上的差異化程度，而技術創新則是產生這種差異的根本源泉。

4 結論

與車身造型設計一樣，汽車燈具造型也是設計師和工程師相互博弈和促進的結果。歷史實踐表明，汽車燈具造型的創新與進步是一個設計與技術雙向互動的過程，一方面，新的造型創意及設計語言為工程師提出了新的挑戰；另一方面，新型照明技術的誕生也為設計師的造型概念提供了相應的靈感來源和理論支持。固態照明技術為未來新能源汽車燈具造型的發展演化開辟了全新的領域，通過與抽象形態的造型方法相結合，它不僅使燈具造型滿足照明安全要求，達到造型與功能相契合的高度，同時也讓汽車照明系統在造型和功能上的重要價值得到進一步放大，讓燈具真正成為汽車明亮、美麗而智慧的眼睛。

參考文獻（References）：

羅際.乘用車前照燈造型設計研究[D].北京：清華大學，2007年.

Luo Ji.Design Research of Automotive Headlight [D]. Beijing：Tsinghua University，2007. （in Chinese）

凌銘，張建文，黃中榮. 汽車燈具的發展趨勢[J]. 照明工程學報，2013，24（4）：106-112.

Ling Ming，Zhang Jianwen，Huang Zhongrong. Develop-ment of Automotive Light & Lighting [J]. Lighting Engi-neering Journal，2013，24（4）：106-112.（in Chinese）

TRAUTZBURG A. Leading the Way in Lighting Tech-nology：The New Audi Matrix LED Headlights [EB/OL]. Audi MediaInfo，Ingolstadt，2013.

Turning Night into Day，Daimler Communications [EB/OL]. Stuttgart，2014.

Aesthetics in Motion-Lighting Design and Lighting Tech-nologies at Audi [EB/OL]. Audi MediaInfo，Ingolstadt，2015.

BMW Lights the Way into the Future [EB/OL]. BMW Media Information，Munich，2014.

BMW Innovations at the Consumer Electronics Show （CES） 2015 in Las Vegas [EB/OL]. BMW Media Infor-mation，Munich/Las Vegas，2015.

徐慶榮，尤真，張小鳳，等.形式美在汽車燈具產品設計中的應用[J].客車技術與研究，2014，36（5）：47-56.

Xu Qingrong，You Zhen，Zhang Xiaofeng，et al. Appli-cation of Formal Beauty to Automotive Lamp Design[J].Bus & Coach Technology and Research，2014，36（5）：47-56.（in Chinese）

楊熊炎，黃圓圓.汽車尾燈視覺張力應用研究[D].北海：廣西北海藝術設計職業學院，2014.

Yang Xiongyan，Huang Yuanyuan. Research of the Appli-cation of Visual Tension in Automotive Rearlight [D]. Beihai：Guangxi Beihai College of Art and Design， 2014. （in Chinese）

KLEINKES M，SCHMIDT C，M?GGE M，et al. Three-Dimensional Light Effects New Options for Innovative Light Functions[J]. ATZelektronik Worldwide，2013，8（5）：46-49.

BERNIER A.Twin'z Concept-Car [EB/OL]. Renault Media，2013.