【美女教授讲设计】剖析传统光源进化曲线，推导LED趋势

云知光 特邀讲师

广东工业大学艺术设计学院副教授

广东省一级工业设计师

国家二级创新工程师

国际MTRIZ三级创新工程师

曾获广东省“十大工业设计师”

编辑手记：

进化，是不被时代淘汰最好的方式。

我们的祖先从弓着身子四膝着地，茹毛饮血，完全凭着本能生活；到直立行走，开始学会借助石器、火等各种外物让生活更美好；直至今日，眼花缭乱的科技产品已经将我们包围，出门便捷打车、肚子饿了五分钟外卖即达，便捷，渗透到生活方方面面，这就是进化的力量。

灯具如是，从最原始的白炽、气体放电灯到现在占据主流的 LED，灯具随着人类的进化而进化，本文将为你揭示灯具进化的关联曲线。

通过运用 TRIZ（发明问题解决理论）中的 S 曲线技术进化理论，分析了白炽灯、气体放电灯、LED光源的发展路线，并根据 S 曲线各阶段的标志特征判断 LED 的位置阶段。并将白炽灯、气体放电灯、LED光源发展进化的异同点，进行对比分析。

光源进化史

作者 | 张欣

TRIZ 是“发明问题解决理论”的俄文拼写首字母缩写。核心思想是：技术发展是遵循客观规律发展演变的，有客观的进化规律和模式。

S 曲线技术进化路线理论：

▲ 技术系统发展四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。

▲第四阶段可能获得新生，新技术或者新材料的产生使系统重获新生。

在创新设计中，S曲线分析工具的有效性建立在统计学验证规律基础之上，提供实实在在的指标来判断工程系统所处的发展阶段，从而提供技术层面的战略指导。

根据研究白炽灯的发展脉络，发现符合之前的进化趋势研究理论，进一步可以确定白炽灯的 S 曲线进化趋势。

▲ 白炽灯S曲线进化趋势（碳化纸灯丝→碳化榨线灯丝→碳化竹丝灯丝→金属钨灯丝→反射灯泡→创意造型钨丝）

▲ 气体放电灯S曲线进化趋势（汞灯→霓虹灯→低压钠灯→荧光灯→U形灯→金卤灯→灯泡荧光灯→紧凑荧光灯→高压汞灯）

▲ LED光源S曲线进化趋势（红外光LED→红黄绿光LED→黄光LED→白色发光LED）

从LED在实验室被发明出来到实际应用也经历了比较长的实验室时间。

研究LED光源S曲线进化趋势发现符合之前的进化趋势研究理论，并且已经进化到第二阶段（成长期）：

▲白炽灯S曲线进化趋势（碳化纸灯丝→碳化榨线灯丝→碳化竹丝灯丝→金属钨灯丝→反射灯泡→创意造型钨丝）

▲LED光源S曲线进化趋势（红外光LED→红黄绿光LED→黄光LED→白色发光LED）

相同点：寻找理想的材料

对白炽灯材料的研究中，先后试用了 1600 多种材料；1880 年发现竹炭丝可工作 1200 小时；1909 年制成钨丝白炽灯，降低成本、提高了发光强度、效率、寿命。

对LED材料的研究中，科学家们也是不断地寻找和研发材料，最终找到了 AlInGaP 材料。1994年，中村博士在GaN基片上研制出蓝光，加上YAG荧光粉，终于做出实用照明LED。近年来白光LED的发展相当迅速。

不同点：

a.白炽灯的发展受到时代技术发展的影响和制约较大：

白炽灯的产生除了在自身技术系统计划中受到各种因素的制约业受到外来超系统的制约。白炽灯的推广需要新的电力系统、配电盘、熔断器、开关、灯头、灯座、插座、电表灯电器的配合才能真正实现工作，这些都为了后来其它光源产生奠定了基础。

b.LED成长期发展迅速：在短短十年时间LED主要参数上涨迅速。

LED光效迅速提高、显色指数增加、寿命增加。远远超出白炽灯成长期的发展速度，这个和整个科技进步和人类文明发展的大速度使分不开的。

c.应用领域的转变：

白炽灯在早期主要用于路灯和家庭照明。早期的LED也只能应用于指示灯，到1970年代，LED在电子设备中大量应用，价格直线下跌。事实上，LED在那个时代主打市场是数字与文字显示技术应用领域。而现在开始出现的超亮度领域，将会在接下的一段时间继续下去。

▲ 气体放电灯S曲线进化趋势

▲ LED光源S曲线进化趋势

相同点：

都进入了大规模生产阶段，应用到各领域，都与原有系统集成。紧凑型荧光灯为了取代白炽灯，更好的适应使用白炽灯具 ,将灯管、镇流器、启辉器结合在一起，采用白炽灯灯泡的螺纹接口，设计成改良型荧光灯灯泡（节能灯）。

同样地，LED白光灯管为了取代普通日光灯，依照普通日光灯规格制作，在不更换灯具的情况下方便地用LED灯管替换普通日光灯。

不同点：

a.荧光灯的出现使相应的灯具发生变化，产生适合其使用的灯具，而LED灯在这方面的转变却是远远不及荧光灯。

气体放电灯的光源特性基本上决定了灯具的形式，灯具的外形受到很大牵制。而LED是点光源，灯具的外形不仅有功能特点还应具有艺术特点，甚至是智能控制特点。

b.荧光灯和LED得以迅速发展的背景不同：

① 荧光灯：荧光灯寿命长、光效高等优点得到了青睐，再加上全球能源危机带来了契机，人们更希望荧光灯能取代白炽灯，所以荧光灯在这一时期发展迅速。

② LED：当前全球能源与环保压力已越来越大，1991年1月美国环保局首先提出实施“绿色照明”和推进“绿色照明工程”的概念，很快得到联合国的支持和许多发达国家和发展中国家的重视，并积极采取相应的政策和技术措施，推进绿色照明工程的实施和发展。在此过程中，LED 作为革命性的技术创新被引入照明应用领域并得以迅速的发展。

综上所述，通过运用 S 曲线分析工具来分析光源的进化趋势和规律，经过横向比较，总结出：

进化初期都无法实际使用：

进化中期开始正常使用：

进一步的进化：

LED 在进化初期根据进化过程中的实际指标可以来判断工程系统所处的发展阶段，并将其与商业因素和社会因素联系起来。

针对 LED 光源用S曲线进行定位，发现其处于 S 曲线的第二阶段，可根据 TRIZ 理论 S 曲线在不同进化阶段中采用的战略技术不同，为将来运用进化法则为 LED 未来发展进行预测，并运用工具解决实际问题提供可能。

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