阅读台灯百年进化与新趋势——孩子桌上那盏灯该换了？-知识-云知光

阅读台灯从1930年代问世后，材料与结构的应用不断推陈出新。选材上，有常见的金属、木材、塑料，甚至纸类都有运用，结构上有转轴、金属蛇管等形式，各个设计师的作品都独具风格。

▲英国品牌Anglepoise在1930年代推出的阅读台灯，其弹簧与连杆的结构设计沿用至今

尽管材料和结构在不断更新，但台灯最重要的部分：光学设计，却基本没变过。最初的白炽灯泡台灯，使用锥状反射罩。由于灯泡的规格都是标准的，所以光型很难改变。1938年荧光灯管、1959年卤素灯出现，都没有彻底改变台灯的光学设计方式，直到LED光源出现，才使这种改变成为现实。

▲设计师ateljé Lyktan于1973年设计的台灯，采用荧光灯管加上半截反射灯罩的架构

LED进化，从模仿传统光源的效果开始

人们使用阅读台灯无非是为了照明桌面，传统的全周光源通过反射罩将光线反射到桌面，而LED先天的指向性只要朝下放置，就可以将光线导向桌面。

因此，早期的LED台灯几乎都是将LED灯珠一颗颗直接朝下安排，照明行业里一般称这样的设计为「直下式」。再讲究一点的，会在直下式的光源之外，加上扩散片或透镜，使光线更均匀且利用率更高。

▲早期LED阅读台灯之一，Richard Sapper在2005年设计的Halley desk lamp，采用16颗直下发光的LED光源

直下式光学设计有两个缺点。首先，点光源面积小，为达到足够的光通量需求，其辉度通常很高，直视光源时容易造成眩光。其次，如果各个LED灯珠之间的间距较大时，多个光源容易在桌面上产生多重阴影。

很快，台灯工程师们发现液晶屏幕使用的背光模块可以透过导光板将LED点光源转化为面光源，这样就消除了多重光源可能产生的不均匀与阴影；同时，发光面增大也可以降低表面亮度，减少直视光源时的眩光。但这种设计由于光线经过多次反射与折射，效率较低，成本较高。

▲使用侧向LED光源搭配导光板，可以将多点LED光源转化为单一均匀的面光源

从人的角度出发，抛开过往技术限制

不论是直下式光源安排或是导光板的应用，多数LED阅读台灯的布光形式仍旧是朗伯光输出(Lambertian Light Output)。出光分布一般是圆形，如果在这个区域内阅读，照度应该充足。问题是，很少有人只使用桌面的中央的圆形区。

事实上，根据美国普渡大学的人因工程(Ergonomics)研究，人们在桌面上会使用的主要工作区域是将左右两手的上臂旋转所扫出的范围，对成年人，这个范围大约是一个左右宽度100cm、前后深度40cm的区域；而桌面的最大工作区域则是双臂展开旋转所扫出的范围，大约宽150cm、深60cm。所以，不论是主要工作区域还是最大工作区域，形状都是左右宽、前后窄的，这也就是为什么桌子基本都设计成长方形。并且现在很多学龄儿童需要家长来陪读作业，传统的阅读台灯显然不能满足这种多人照明的需求。

桌面是长方形的，为什么台灯的光却是圆形呢？台灯设计时为什么不考虑多人使用的现实情况呢？

原因很简单，过去百年来的台灯发出的光线就是圆形的，人们将就着，久了就习以为常。但事实上在这种圆形的照射范围之下，两边的工作区常常处于不够亮的状态，且无法满足多人使用的需求。有趣的是，即使进化到LED时代，灯具行业仍旧因循过往的经验，设计出一款款功能新颖、但是光分布形式陈旧的阅读台灯。

在实际的桌面阅读和伏案工作中，椭圆形的光型要比圆形的更符合使用情景，这种光型可以在满足横向的工作区域的同时避免纵向的光线浪费，照明效率相对也更高。

▲椭圆形照明和圆形照明对比

目前灯具市场上也有一些品牌注意到了传统的圆形光线和实际使用需求的矛盾，例如日本山田、美国Koncept以及明基WiT。如何能把光线变为椭圆形，是他们追求的目标，山田和Koncept想到把LED灯珠安排成一直线，很好的解决了光型的问题，但这样的设计势必会造成灯头变长，如果灯臂比例设计不当的话，可能造成视觉的压迫感。

明基的WiT台灯则想到了更聪明的办法，把灯源两侧朝上弯曲，让光线朝向左右照得更广。

▲明基WiT弯月造型台灯

而明基的另一款阅读台灯MindDuo则是透过一节节类似百叶窗的广域控光反射面，将LED的光线打向桌面左右的远方。这两种设计都可以在桌面形成左右宽广的椭圆形照明，更符合人因工程的需求，同时还能保有灯头的灵巧尺寸。

▲明基MindDuo 百叶窗结构

数字时代的阅读，重新思考光的分布形式

圆形的照射范围不仅仅不适用于人因工程考虑下的工作区域，中间偏强、两侧快速衰减的朗伯光输出也无法适应阅读电脑屏幕的新需求。屏幕本身就会发光，因此，它不需要被照亮。相反的，它应该尽可能不被光线照射到，以避免光线反射造成阅读的干扰，这就是为什么一般办公室照明设计里会建议: 屏幕的摆设角度应该避免窗外阳光或是头顶的人工照明所造成的光线反射。

因此现代桌面的阅读台灯目的应该是照亮桌面，降低屏幕与周围环境的亮度差。传统的全周光源是难以将光线往两侧推送的， LED光线的指向性却有机会做到。市面上常见的LED阅读台灯还没有关注这一点，但是也有一些厂家注意到了现代阅读的新需求，明基WiT台灯的工程师通过精密的光学设计，制造出了全球第一款专为屏幕阅读的台灯，中间暗、两侧亮的光输出，最大限度降低了屏幕与周围环境的对比度，桌面的照度分布也更加均匀。

▲LED让光源分区控制变得可行，同一盏灯可以创造出适合不同情境的发光形式

另外，工程师也可以通过做出角度较大的遮光角，使光线不照射屏幕，只投向桌面。

除了光学设计之外，更在乎人的需求

这几年西方的照明发展方向，我们可以从2017年全球照明协会Global Lighting Association (GLA)所发布的照明战略蓝图，一窥全球的照明趋势。

在这个战略蓝图里我们可以看到，不论是LED照明的技术演进、或是智能照明的系统进化，其最终目的都是以人为主的照明，照明行业里称之为人因照明(Human Centric Lighting，HCL)。

什么是人因照明呢?人因照明是通过改变照度与色温，模仿阳光在一天当中的亮度与颜色的变化，以改善人们的心情、健康的光学系统，近年来在欧洲蓬勃发展。光线可以影响多种荷尔蒙的分泌，包含多巴胺、血清素、皮质醇，和褪黑素，进而影响人体的运作。

从钨丝灯与荧光灯发明后，我们室内的光线不再有日出而作，日落而息的变化，人们的生理周期与大自然脱节了，直到大约十年前LED照明光源与电子控制技术的出现，才使得人造光源模拟阳光变得可能。如何尽可能地让人造光源模拟日光的变化，就成为灯光设计师与灯具工程师的一大挑战。

▲自然光一天的变化

▲冷暖色温调节

两年一次的法兰克福照明展(Light + Building)也是观察西方照明趋势的重要场合， 2018年一个重要的主题就是动态照明提高人们的健康。这个方向结合了技术面的智能照明(Intelligent Lighting/Smart Lighting)与需求面的人因照明(Human Centric Lighting)。

人因照明所讨论的，就是人们对于光的需求。为了满足人对于自然光线变化的追求，LED灯开始模仿自然光线亮度、色温和光分布的动态变化。

动态变化有什么好处? 针对纸本阅读，有研究发现较高的色温5500-6000K可以增进视觉敏锐度(visual acuity) ^注一。

另一方面，也有调查指出较低的色温2700-3000K可以使用在美术或音乐教室里激发学生更多元的情感^注二。临床实验则证实照射较高色温的光线会抑制褪黑激素的分泌，进而影响睡眠。因此，人因照明对使用者的身体发展意义重大。

［注一：SM Bermana, M Navvabb, MJ Martinc, J Sheedyd and W Tithofe (2006). A comparison of traditional and high colour temperature lighting on the near acuity of elementary school children. Lighting Res. Technol. 38, 1 (pp. 41-52)

注二：IK-soo Eo and Keum-yeon Choi (2014), Study on the Effects of Learning by Changing the Color Temperature LED Lamp, International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering, Vol. 9, No.3, (pp. 309-316)］

感知环境变化，化被动为主动

除了色温可控的特性之外，LED相较于传统光源更容易与各类感测组件与电子电路整合，这样就为灯具主动感知环境提供了便利。最常见的做法是利用红外线传感器感知人体的活动，控制开灯或是关灯。这样的设计已广泛使用于停车场或是走道间的吸顶式灯具，一些阅读台灯也开始采用同样的设计。