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摘 要：固态照明技术的发展应用为汽车灯具造型设计开辟了全新的设计空间，并为新能源汽车突破现有的造型语言提供了有效的解决方案。以固态照明中最具代表性的发光二极管（light-emitting diode，LED）和有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）技术为切入点，结合品牌形象特征和产品战略思维，基于抽象形态的造型设计方法，讨论汽车灯具技术和设计的发展现状，进而预测未来汽车灯具造型的发展趋势。分析体现出固态照明技术在汽车灯具造型设计层面的巨大潜力和价值，以期对我国新能源汽车的自主研发能力做出一定贡献。
关键词：固态照明；发光二极管；有机发光二极管；汽车灯具；形态设计
中图分类号：TB472文献标文献标识码：A文献标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 汽车照明灯具设计概况
汽车照明系统不仅是整车安全系统的重要组成部分，又是车身造型的有机构成元素，在工程研发和造型设计过程中都有举足轻重的地位。同时，随着品牌战略的思想日益深化，汽车厂商纷纷通过灯具造型来凸显品牌设计特征，也逐步使灯具成为构成品牌形象的核心元素。汽车照明灯具主要包括外部灯具和内饰灯具两大部分。其中，外部灯具主要用于实现一系列相关的照明、示位、指示等功能，而内饰灯具则用于信息显示、报警提示以及一些辅助功能。新技术和造型方法的融入使汽车灯组结构日益复杂，以外部前照灯组为例，其中不仅有近光灯（low beam）、远光灯（high beam）、转向灯（indicator）、雾灯（fog light）、日间行车灯（daytime running light，DRL）等照明组件，还包括实现其功能所必需的传感器、电控单元、散热系统和结构支撑部件。
灯具造型是整车造型设计中将形态与功能结合最为紧密的环节之一。除了形态美观以外，灯具设计还要考虑结构布置、散热性以及外表面空气动力学特性等方面的要求，并满足一系列相关的标准法规[1]。这些限制都为灯具设计师和工程师提出了更高的要求和挑战。
而随着“工业4.0”概念的普及，汽车产业正逐步向可持续化、高效化、数字化、智能化的方向转型，新能源汽车将是未来我国汽车产业的核心发展方向。而在此背景下，通过与最新的电子信息技术相结合，汽车照明系统将会融入情感化设计、交互设计等新概念，使其性能和功能得到进一步提升和拓展。固态照明作为一种新型高效环保的照明技术，在新能源汽车照明中具有极大的发展潜力。
2 固态照明技术概况及其对灯具造型设计的影响
2.1 LED灯具的普及和进化
目前，LED技术已广泛应用于量产车灯具之中，在未来，它将取代现有的卤素灯和氙气灯，成为汽车照明的核心力量[2]。性能上，LED具有能量转化率高、响应速度快、能耗低、寿命长等优点。随着相关技术的成熟，其亮度低、散热差、成本高等问题也逐步得到解决。从造型层面看，LED单元体积小、布置自由的特性极大提升了灯具造型设计的自由度，并可组成线条或形状，有效提高了造型的辨识度。
LED对于造型自由度的提升极大满足了灯具形态多样化的要求，它进一步强化了汽车灯具的形态价值，对传统灯具造型产生了革命性的影响。在外部照明灯具中，LED使DRL这一概念逐渐得到普及。DRL在安全上起到示宽的作用，它注重低能耗，对亮度要求不高，因此造型上的硬性要求少，这与LED的造型优势相结合，让DRL成为灯具造型中的闪光点。光纤技术让DRL的能耗进一步下降，同时造型语言更为丰富，呈现出流畅的均质条状光带。随着LED成本的降低，DRL在未来有着极大的设计空间。而在内饰设计中， LED也相应孕育了环境氛围灯（interior ambient light，IAL）这一概念。通过嵌入LED光源和条状光带，IAL不仅强化了内饰设计的形态特征，同时也可以塑造出符合车型定位的环境气氛。IAL目前已经逐渐成为现今车辆的标准配置。
在此基础上，大功率LED的发展让LED的应用范围扩展到照明灯具。全LED的前照灯组已在2008年量产。在照明灯具中，LED需搭配相应的配光元件达到亮度要求。与卤素灯和氙气灯相比，LED灯具配光部件的造型更为自由，这不仅让多样化的灯组外形和安装位置成为可能，还减少了对灯组内部空间布置的要求。
通过LED阵列实现智能照明是提升照明安全性的一大发展方向。智能照明即通过一系列传感器采集道路和驾驶员意图信息，然后分析出优化的照明策略反馈给灯组，以达到提升照明效果和防眩光的目的。2013年推出的奥迪A8轿车首次配备了阵列LED灯组[3]，其远光灯由5组25个LED单元构成，每组可独立点亮，由此按需提供精准照明。这种矩阵式灯组不需要额外机械部件，单元独立控制亦可降低能耗。此外，灯组单元化的造型也强化了奥迪科技感的品牌形象。
在未来，对高精度照明的需求将把分辨率这一概念引入到灯具之中。奔驰已经推出了具有24个独立控制LED单元的Multi-beam灯组，并表示装备84个单元的灯组已接近量产[4]。奔驰还与欧司朗、英飞凌等厂商合作研发分辨率达1 024像素的LED芯片。如此高的分辨率不仅可以精确分配光照，更可以投射出图形或文字信息，为灯具功能的拓展奠定了基础。而在提升照明安全的同时，该技术的应用也会对灯组的外观造型产生深远的影响。
LED的另一发展前沿是动态显示技术。初级的动态显示已在转向灯具上得到应用：通过对LED单元的有序控制，转向灯实现相应的动态效果，从而清晰指明转向方向，提升交通安全性。未来，结合动态显示的高分辨率LED让灯具的语义信息得到极大拓展。随着对情感化设计重视程度的加深，信号灯具还将被赋予强大的信息显示能力，这不仅为提升驾乘安全提供了可能，还能满足使用者来自沟通、社交层面的软性需求，这一技术已在诸多新能源概念车中得到体现。
同时，动态显示在造型层面也有着巨大潜力。目前的汽车造型设计基本是对静止形态的探讨，而动态显示则将动态元素引入到造型中，在设计理论层面具有革命性的意义。奔驰Concept Style Coupe概念车以机械结构实现灯具动态显示，让灯具成为整车外部造型的亮点，在设计界引起强烈反响。而在新能源车造型设计中，通过对灯光效果的设计探讨，亦可有效突破现有造型语言的束缚，进而开辟全新的设计维度，强化新能源车型的独特身份，并满足未来对于智能化交通、交互化设计的切实需求。设计实践表明，动态元素具有静态层面所达不到的视觉效果，让整车造型设计具有更强的生命力。
2.2 OLED灯具的诞生和发展
OLED是以有机半导体薄膜为电致发光层的LED。在最基本的OLED结构中，一层有机半导体薄膜夹在两个电极之间，共同放置在一个基质上，而目前的一些设计则通过增多薄膜层数来提高效率，整个结构的厚度一般为1 mm左右。外加电场作用下，有机半导体薄膜释放出光子，从而让整个表面发光。
因此，OLED是一种均匀的面光源，无需背光，由于发光面均匀，光线接近自然光谱，对人眼的伤害相对较小。此外，OLED的散热性能较好，无需额外的散热装置，因而结构比LED更为轻巧简单。OLED的基质可为柔性或透明材料，让其具有断电无色和形态可变的特点。作为一种高效环保的新型光源，OLED光线柔和自然的特点让它在各种数字显示屏和室内照明中得到广泛应用，同时也被应用到汽车内饰中，装备OLED显示屏的车载多媒体系统已经逐步取代传统的LCD屏幕，成为未来发展的主流。但OLED目前还面临着成本高、寿命短、色差大、发光密度低等问题。因此，现今对OLED作为照明灯具的实践还处于概念研发和生产验证阶段，距离真正产业化还尚需时日。
从造型层面上来看，OLED的特性消除了诸多工程上的束缚，让全新的形态成为可能，使灯具造型设计空间继LED之后又得到进一步的拓展。采用柔性基质的OLED可以实现任何平面乃至三维空间造型，十分有助于塑造独特的品牌特征。通过与抽象形态设计方法相结合，灯具的造型语言、安装位置和照明效果将更为灵活多变，同时与整车的形态特征更为契合。因此，OLED在造型上的巨大表现力，结合其低能耗、轻量化等诸多性能优势，让它在未来新能源车的灯具形态设计领域有着广阔的用武之地。
此外，对于上述动态显示技术，OLED也提供了一种更为有效的实现方法。OLED灯具不仅可以被分割成多个形状随意且独立控制的面状单元，还可以通过控制电场来连续调节亮度。丰田早在2012年推出的Fun-VII概念车中便采用了基于柔性OLED的动态显示技术作为情感化设计的体现，但这一概念设计并不具备照明灯具的功能。奥迪在2013年的CES展会上推出了应用外部OLED灯具的概念模型，并提出了名为“swarm”的动态显示概念，该概念将车尾变成了一个高分辨率的显示屏幕，根据车辆的行驶状态改变灯具显示效果，以提示其他交通参与者。而OLED柔性材料的特点也将让它在内饰设计中大显身手：在日产今年推出的Teatro for Dayz概念车中，内饰座椅面板和控制面板均由柔性的OLED材料制成，用户可以根据自己的喜好定制自己的内饰主题，并通过结合网络资源，让用户有机融入到内饰风格的设计之中，展现出全新的设计思路。由此可见，OLED面光源的特性让它有着比LED更简单的结构和更自由的亮度调节，为实现更理想的动态显示效果提供了优化的技术支持。
目前，一些中高端汽车厂商已经明确了在量产车型上配备OLED照明的阶段性目标。现有的OLED照明用于示位和指示灯具，并逐步向制动灯具上拓展。宝马在近年来推出的多款概念车的尾灯组中均广泛应用了OLED照明，并在最近推出了第一款量产车型[7]。其尾灯造型设计融合了抽象形态的设计方法，多个片层状OLED单元在三维中构成的L型形态，结合顺序点亮的动态显示效果，给人以前所未有的层次感体验。奥迪也在今年基于其矩阵灯具的概念推出了装备OLED行车灯的e-tron概念车型，并通过单元化的造型特征彰显其新能源车的特质。而在内饰方面，日产这些实践都表明车用OLED技术正逐步向产业化道路迈进。
基于固态照明技术的未来新型灯具形态发
展分析
固态照明技术的发展普及不仅源于其性能上的诸多优势，更源自于现今对于多元化造型语言的高度需求。固态照明技术在灯具造型设计上广阔的应用范围和突出的形态优势赋予其未来巨大的应用价值。根据上文的分析总结，表1对于固态照明技术和非固态照明技术在造型上的一些特性进行了比对。
在此基础上，本文进一步对固态照明技术之于汽车灯具造型的影响和应用价值进行了以下三个方面的详细分析。
3.1 灯具造型与整车逻辑关联性的加强
抽象形态的设计方法强调造型设计的整体性思维，要求从整车宏观的层面着手。注重各个造型元素之间一种逻辑（logical）关系的构建，从而让整车造型更为协调[8]。对于灯具设计来说，如何处理好整体与局部的关系，让灯具造型在与整车造型协调的同时，成为整车设计的闪光点，便是目前灯具设计师所面临的一大挑战。
从整车造型来看，车灯一般位于多个造型面汇聚、转折的位置，这一区域造型关系复杂，是构建上述逻辑关系的难点[9]。以往在研究此类问题时，通常把灯具看成一个整体，寻求其在整车中比例、形态层面的关联性。而当时灯具技术对灯具内部造型限制较大，设计师将造型重点放在灯组外轮廓线和灯罩曲面上，但灯组内部还是以反光罩为主导的造型，缺乏明朗的设计特征。20世纪90年代设计语言的进化使复杂的车身型面开始出现，灯组造型也随之异形化，这一逐渐激化的矛盾对灯具与整车更为明晰的造型关联性提出了更高的要求。
而基于固态照明技术的逻辑化设计思维则首次将灯具与车身造型有机联结起来。一方面，DRL将“线”的造型引入灯具设计，灯具造型不再仅仅是一个曲面轮廓，而是作为造型主体元素与其它的特征产生呼应关系。另一方面，固态照明技术在照明灯具上的应用有效减小了配光元件的尺寸，并让灯具的形态灵活多变，以更好地配合整车设计语言。大众在近年来着重强化了这种关联性特征，成为这一逻辑化思维的代表，其车型中灯组成为中央格栅的延伸，DRL也与格栅线条相连接，同时照明灯具也全部采用方正形态，以此凸显其品牌平行化的设计语言。随着汽车设计界对整车造型逻辑性重视程度的日益加深，通过固态照明技术构建灯具与车身的形态关系已经成为当下灯具造型发展的主流趋势。
固态照明的进一步发展让上述的这种逻辑关系向着多元化的方向发展，从而衍生出更为新颖的逻辑关系。固态照明灯具在空间上的灵活性让设计师开始对灯具与车身造型面的结合方式进行深入的探讨。在未来，OLED技术让自由的三维发光形态出现在灯具设计之中成为可能，从而呈现出前所未有的设计概念[10]。在近年来推出的概念车中，一些采用包裹、穿插、镂空等处理方式的造型出现在雷克萨斯、起亚、雷诺等以前卫造型著称的品牌之中，这些设计强调了灯组作为一个独立形体的三维特征，让灯组在视觉上不再是从整车造型面中切割出的部件，而是作为独立形体的造型元素与车身构建逻辑关系，达到在对立中寻求统一的造型效果[11]。
3.2 功能导向型的造型语言
抽象形态造型设计方法指出，优秀的设计能够在造型中体现出相应功能，使两者得到有机的结合，而汽车灯具本身就是功能与美观相协调的产物。如何将技术和造型有效衔接起来，是目前设计面临的核心问题。从心理学层面上看，外观造型的积极变化也是让消费者接受认可新技术的有效途径之一。固态照明技术的普及则为这种功能美学的发展提供了良好契机。本文重点讨论灯具造型结构化和像素化这两个基于功能导向语言的发展方向。
结构化语言是这种功能导向造型方法的一个产物，它是灯具技术进步在形态上的的直观体现。21世纪伊始，汽车灯组内部还没有明确的造型特征，而LED技术的造型特性则让灯组有了明确的功能分区。得益于LED结构更为紧凑的体积，在设计品质较高的灯组结构中，除了各个照明灯具组件以外，通常还会有专门用以构建整个灯组的造型框架的设计部件：它在与整车的造型语言相呼应的同时，将各灯具划分到相应区域，让各个灯具的造型给人以相应的功能联想，成为灯组造型设计的核心。这种以展示结构来体现功能的思路在近年来得到迅猛发展，成为体现各个品牌照明技术的象征。
在此背景下，OLED这种体积更轻巧、形态更自由的技术，无疑让上述结构化造型语言的可行性和实用性得到提升。从抽象形态的角度来看，OLED灯具作为一个独立的发光形体，本身就可以构建成多样化的三维结构，进而成为其它灯具的造型框架。同时，它亦可以通过一系列三维造型单元的排列组合构成发光阵列造型。此外，由于OLED极为轻薄，它甚至可以作为透明涂层覆盖在车身表面之上，让未来汽车灯具的结构形式更为自由多变。
像素化的灯具造型则是对灯具信息显示能力的进一步延伸。随着近年来无人驾驶、车联网、交互设计等智能交通概念的提出，汽车外部照明系统的功能将会得到进一步拓展。在未来的道路环境中，动态信息显示能力将成为汽车外部灯具的一个附加功能，而固态照明技术在消费类电子产品中的广泛应用让它在这一新兴领域具有先天的优势。在这一背景下，高分辨率、像素化的灯具造型将得到深入发展。在目前的概念设计中，一些方案采用了专用的外部显示设备，另一些则将显示系统与现有的照明系统相融合。未来这一领域的研究将会引入更多界面、交互设计的内容，从而进一步拓宽汽车造型设计的范畴，并极大地突破传统的造型语言。
3.3 品牌特征在灯具造型中的进一步强化
21世纪以来，汽车厂商逐步把灯具造型系统化地提升到品牌特征的高度。短短几年时间，灯具造型和照明效果已经成为品牌特征的核心组成部分，直接影响车型和品牌的市场表现。塑造出既符合品牌特质，又美观新颖的灯具造型，成为各厂商亟待解决的问题之一。而在未来，固态照明技术将进一步助推汽车企业塑造出更加鲜明独特的品牌特征。
历史实践表明，新兴技术为品牌特征的建立提供了根本性的解决方案。奥迪是较早认识到灯具造型对品牌形象重要意义的汽车厂家，在LED登陆汽车灯具之后，它便为全系车型配备统一风格的DRL，由此确立了科技感的品牌形象，并迅速提升了品牌认知度。这一市场上的成功让竞争对手纷纷效仿。如今，风格迥异的DRL造型已成为识别各厂商车型的有效手段。但从长远来看，任何单纯在造型上的探讨都是有局限的，要想在品牌形象上有质的提升，唯有将造型与技术有机结合，才能真正成为这一领域的领跑者。
建立品牌特征面临的另一个核心问题便是家族化形态特征的塑造，车厂不仅要横向地在不同车型的灯具上兼具家族特征和独特风格，做到求同存异，还要纵向地与时俱进，让品牌特征历久弥新。这在对品牌认知度更为敏感的中高端品牌中体现得更加明显。固态照明技术的广阔设计空间也为厂商提供了崭新的思路。宝马经典的双圆形前照灯元素通过不同的表现形式一直延续至今，但其中灯具运用的照明技术已经经历了从卤素、氙气、LED到激光的演变。奥迪通过DRL取得市场上的成功之后，也面临着产品线灯具造型单一的问题，因而欲从矩阵式灯组、OLED等技术创新中寻求突破，以保持其在汽车灯具造型中的领先地位。
我们知道，汽车灯具形态的演化趋势在任何时期都是多元化的，如今品牌思维的增强则进一步催化了灯具在造型上的差异化程度，而技术创新则是产生这种差异的根本源泉。
4 结论
与车身造型设计一样，汽车灯具造型也是设计师和工程师相互博弈和促进的结果。历史实践表明，汽车灯具造型的创新与进步是一个设计与技术双向互动的过程，一方面，新的造型创意及设计语言为工程师提出了新的挑战；另一方面，新型照明技术的诞生也为设计师的造型概念提供了相应的灵感来源和理论支持。固态照明技术为未来新能源汽车灯具造型的发展演化开辟了全新的领域，通过与抽象形态的造型方法相结合，它不仅使灯具造型满足照明安全要求，达到造型与功能相契合的高度，同时也让汽车照明系统在造型和功能上的重要价值得到进一步放大，让灯具真正成为汽车明亮、美丽而智慧的眼睛。
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