基于TRIZ理论的台灯发展分析

赵子龙++赵新军

一、引言

从人类能够使用火开始，光便成为了人们可以驾驭的一种重要工具。它帮助人类摆脱了黑暗的束缚，对人类文明的发展意义重大。在此之后，以火为光源的照明设备逐渐完善，形成了原始的灯具。灯具出现后，原始人类为了进一步满足生活需求，发明了台灯。

台灯在功能上区别于其它灯具（例如吊灯），主要体现在它是相对较小范围的集中照明上。比如用于写字台或餐桌上的照明。台灯的光亮照射范围相对比较小和集中，因而不会影响到整个房间的光线，光照只局限在台灯周围。它不仅便于阅读、学习，而且还节省能源。

二、台灯的发展历程

根据台灯照明原理、使用材料的变化，台灯的发展大致可分为以下三个阶段。

1.原始时代

台灯的发明和使用最早可追溯到公元前7万年。那个时代，原始人类尚未掌握冶炼金属的技能，还只能利用自然资源（例如石头、贝壳等材料）来制作台灯。他们将中空的石头里放满了苔藓或其它植物，然后将它们浸在动物脂肪里。这就是一个简单的“原始台灯”。

2.油灯时代

随着人类文明的发展，人类逐渐掌握了提取植物油、采矿等技术，原始灯具中的苔藓、枯草、动物脂肪被效率更高的灯芯、植物油、煤油代替。随着冶金技术的发展，铜、铁、玉、陶瓷、玻璃等材料也陆续被应用在了灯体外壳上。台灯的发展进入了长达几千年的“油灯时代”。

作为台灯的前身，油灯是起源较早、延续和发展时间最长的生活用品之一。但油灯燃烧存在着许多使用上的问题，例如容易被风吹灭，不宜外出携带。为了解决这个问题，古人便发明了灯罩。灯罩的设计不仅防止了风吹灭油灯，也防止了灰尘杂物落入灯油中，避免了衣袖、书卷触到灯火，所以起到了防护的作用。此外，灯罩还可以集中光线，这是台灯的另一重要特性，所以灯罩的设计一直沿用至今。除了容易被吹灭，油灯还存在着产生油烟的问题。只要燃烧就一定会产生油烟，这是油灯存在着的一个不可避免的冲突。根据TRIZ理论中解决冲突的方法来看，空间分离是一种很好的办法。中国汉代的重要设计—长信宫灯（如图1）就是利用空间分离中的分离（抽出）原理，利用虹吸管将灯烟吸入盛水的灯座，使之溶于水，防止了油烟扩散到空气中。此外长信宫灯还可以通过调整遮光板的位置调节照明的方向和亮度，这就是早期的可调节开关。

图1 长信宫灯

3.电灯时代

到了19世纪70年代，随着第二次工业革命的到来，电能的大规模利用使人类社会进入了电气时代。在此之前的几十年，以电能作为光能源的思路便已逐渐兴起，工业革命为这一想法提供了动力。当时有一大批发明家投身于电灯的研究，终于在1879年10月21日，发明大王爱迪生点亮了世界上第一盏具有实用价值的电灯。从此燃烧照明退出了历史舞台，电力照明成为了主流。人类进入电灯时代，这是照明领域的一次质的飞跃。

图2 图3

图4

具有不同时代风格的灯具设计

也正是那时，由灯罩、灯泡、灯座组成的台灯造型也基本被确立。玻璃与金属成为台灯的主要材料。台灯外观的设计也开始丰富起来。受不同时期的影响，台灯的设计风格有很大区别。在现代主义时期来临之前的19世纪末，台灯的设计大多华丽高贵，色彩丰富（如图2）。到了20世纪20年代的现代主义时期，功能主义的台灯风靡一时，这一时期的台灯结构造型简单，功能性强，适应了工业化的大批量生产（如图3）。到了后现代时期，由于社会物质财富的积累，人们对于审美的要求提高，设计师打破了现代主义单一重复的思想，主张张扬个性。大量的色彩、造型开始被应用在了台灯的设计之中（如图4）。20世纪60年代塑料开始被大量使用，这种材料色彩丰富并且极易造型，因此为后现代主义的台灯设计提供了物质基础。

随着物理、材料等各个领域的不断研究和发展，台灯的灯泡也经历了几次巨大的变革。爱迪生发明的灯泡属于白炽灯，它是利用电流将灯丝加热到白炽状态来照明的。灯丝的材料为竹丝，1906年改用钨丝。虽然灯丝的材料便宜耐用，但电灯中90%的电能被转化成了没有用的热量，既浪费资源又降低了灯泡的寿命，而且灯光下物体颜色会有偏差。1938年，荧光灯出现了。荧光灯采用了电流激发低气压的汞蒸汽辐射紫外线，从而使荧光粉发光的发光原理。荧光灯中的电能63%转化成了紫外辐射，3%直接转化成为了可见光，发光效率是普通白炽灯的两至三倍，因此取代了高能耗的白炽灯。但如果回收处理不当，废旧的荧光灯极易造成汞污染。1962年，人们发现了在半导材料的固体水晶内部，电能转化成为了光，于是以半导体材料为光源的LED（发光二极管）灯开始兴起。现在人们普遍使用的LED灯能耗仅为白炽灯10%，节能灯的25%，寿命可达到50000小时。其优质的性能使LED灯必将长期占据照明市场。除了LED灯，另外一种节能型光源就是无极灯。无极灯是利用高频电流通过感应线圈，产生磁场，进而产生电流。电源输入的电流没有直接通过无极灯。无极灯通过电磁反应产生的电流直接发光。场能量的利用使无极灯两极几乎没有放电损耗。但由于这项技术发展尚不成熟，所以现在尚未应用在台灯上，以后有望进入台灯领域。

三、基于TRIZ理论的台灯发展分析

TRIZ理论提出产品或技术的创新都有其规律性，台灯的发展也是遵循着相应的进化模式和创新原理。在很久以前，TRIZ理论的创始人Altshuller则通过对大量专利的分析，得出“创新所依据的科学原理往往属于其它领域”这一重要理论。纵观历史，台灯的创新主要依附于材料、能源等领域的发展。

从光源的发展上来看，台灯光源材料的发展遵循了由宏观系统向微观系统进化的模式。从远古时期，到电气时代，台灯的光源材料由自然资源，例如苔藓、枯草等演变成植物油、煤油、蜡烛，到了近现代电力光源又取代了燃烧光源。光源由宏观进入微观。而后，人们研制出了由汞蒸汽、荧光粉组成的荧光灯，材料由固态光源进化至小颗粒组成的光源。发光二极管的发明又使人们对光源的研究进入到了电子领域，从而诞生了LED灯。而技术尚未成熟，但仍在紧锣密鼓地研究中的无极发光更是将场能量应用在光源。整个光源的发展历程大致符合了由宏观系统向微观系统进化的模式（如图5）。

同时，台灯的发展过程同样也是理想化水平提高的体现。正如人们现在所看到的，台灯中所使用的新一代光源总是比上一代更加节能，寿命更长。最早钨丝白炽灯工作时，仅有10%的电能转化成了可见光。后出现的荧光灯发光效率可高达28%，大大降低了能耗，但依然不是很理想。而现在人们使用LED灯耗电量只是原来白炽灯的十分之一，并且其散发出的热量微乎其微。

从材料的发展上来看，材料领域的发展对台灯影响尤为重要。台灯的材料由最原始的石材，逐步演化成金属，接着发展成塑料，然后又应用了复合弹性材料。加工方式也由雕刻演变到现在的快速成型，可加工的自由度大幅度提升。这使得台灯的样式和色彩越来越丰富。它符合了TRIZ理论中的柔性壳体或薄膜、改变颜色等创新原理。

从结构造型的发展上来看，台灯主要有两大变化：一个变化是台灯的杆部由最早的固定不可调式演变成折叠式，后来又出现了可以任意方向调节的鹅颈管。现在可以随意弯曲并保持形态的软质材料也被大量应用到了台灯的设计之中。这一变化过程正好符合了TRIZ理论中提到的由一个铰接、两个铰接、多个铰接，再到弹性体的技术进化模式，在这一过程中台灯的灵活性、可操控性逐渐提高，符合了动态性的创新原理。另一个变化是台灯的开关经历了由拉绳到按钮、旋钮再到声控、光控、触控。开关的功能也经历了从单纯的开和关到可调节再到可无级调节的演化过程。这种演化同样是可操控性提高的表现。它体现了TRIZ理论中的代替机械系统原理。

可见TRIZ理论在台灯发展中起着重要指导作用，表1为TRIZ理论的40条发明原理在台灯发展中的主要应用。

四、台灯的发展趋势预测

台灯最主要的发展趋势是在光源的改进方面。人类现在已经进入了加速发展的时期。人们时刻提醒着自己，地球的资源是有限的。所以找寻更加节能的光源是我们的主要努力方向。这就是TRIZ理论所提到的设计向理想化发展的模式。

在当今市场中，LED技术发展迅速，并且在节能方面表现良好。LED灯的推广使用可以节省大量的能源。LED台灯将会在下一种光源成熟之前逐渐占据台灯市场。

前面已有提到的无极灯被称为21世纪最有前景的绿色节能照明光源。场能量的利用使无极灯两极几乎没有放电损耗。虽然由于成本、技术等问题，这一技术目前还只能被应用在大型公共照明设施中。但结合TRIZ理论中从宏观向微观的技术进化模式来看，无极灯被应用在台灯中在未来也不是不可能的。

除了上述两种光源，生物光源也是现在照明研究的一大热门。据研究证实，萤火虫等生物所发出的生物光源是世界上仅有的不产生热的光源，具有极高的开发潜质。在材料领域，人们已经可以人工合成荧光物质。或许荧光也可以成为新一代的照明光源。

图6

图7

图8

具有发展前景的照明光源

在材料方面，台灯的发展趋向更绿色环保和更柔性化这两个方面。首先绿色环保是当今设计界的一大主题。废弃物品及一些可循环利用材料纷纷出现在了一些台灯的设计之中（如图9、图10）。这种资源的重复利用符合了TRIZ理论变害为利的发明原理。除此之外，一些弹性、柔性更好的新合成材料（例如硅胶、硅树脂等）逐渐被应用到台灯设计中。这类新材料可以随意扭曲和固定，不易损坏，新型台灯用柔性壳体代替了传统结构，它可以使台灯的方向和高度更容易调节，使台灯有更强的可操控性。

图9

图10

图11

新型材料的台灯设计

从造型方面来看，台灯的设计逐渐由繁复向简约发展。简单的几何造型越来越受人们的喜爱。另外现在3D打印技术已逐渐成熟，3D打印可以轻而易举地制造出普通机器无法完成的造型。这一技术被引入到台灯领域也是今后必然的趋势。

从台灯的开关类型上来看，现有的普通开关已基本满足了用户的需求。触控、声控、温控以及红外感应等技术都已趋于成熟，它们也已经不再稀奇。人们现在普遍倡导情绪化设计。在台灯的用户中，一部分人喜欢尝试新科技的新鲜感，另一部分人则喜欢一个按钮的简约自然。所以在今后的发展中，一方面新的控制方式将会陆续出现，另一方面经典的老式开关也会不断改进。但无论是哪种开关方式，它们最终目的都是能够满足用户的需求。

台灯的发展趋势总结如表2所示。

五、结论

在今后的发展中，台灯的光源会不断改进，能耗会不断降低。在未来的几年里，LED将会是台灯光源的主要选择。无极灯、荧光光源灯等新型绿色节能光源也会在未来科技发展的带动下进入台灯领域。在国家大力倡导下，在人们加深对资源问题认识的条件下，这些绿色节能光源必将成为人们的首选。

依照TRIZ理论的柔性壳体或薄膜原理，以及增加动态性和可操控性的发展规律来看，台灯的材料将会向弯曲性能更好、可塑性更强、更轻薄的方向发展。另外3D打印台灯将会成为一大潮流，根据TRIZ理论复制的原理来看，3D打印技术将会是今后产品生产的新思路。开关的形式可能会随着今后的流行趋势以及用户的需求不断变化，但总体来看是朝着更适宜操控的方向发展。

总之，更节能、更环保、更简洁美观，操控性更强是今后台灯的发展方向。 责编/刘红伟

参考文献

[1] 赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用[M].北京：化学工业出版社，2004.

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[5]百度百科.http：//baike.baidu.com.

[6] 中国工业设计在线.http：//ind.dolcn.com.