LED灯具取代传统生活照明的技术挑战

　　这几年来，在环保议题不断升温下，各种标榜提升节能要求的规范标准或是组织，持续发布更新的节能标准，而同时间市售的终端商品，在产品体积持续压低、功耗也持续减少的发展趋势，已经成为目前商品化的重要标竿，而提高能源使用效率不但是消费者选择产品的重点，也是政府、验证单位、零组件公司、产品制造商的关心重点...

　　观察一般使用者的用电应用状况，根据统计，全球有19%的电能耗用于照明灯饰应用中，若能在日常照明灯饰应用导入有效的节能手段，对于全球的能源消耗则能产生显著的成效，因此，各国政府为了打造更环保的国家形象，也积极透过政策、法规与产业辅导朝照明灯饰节能化应用方向发展。

　　一般照明灯饰应用的光源差异影响能源消耗甚钜

　　从实际的照明灯饰应用观察，其实通用的照明灯饰应用影响层面相当广，举凡道路标示、路灯、环境造景灯光、建筑照明灯饰、功能性的照明灯饰灯具、住宅照明灯饰、信号灯、指示灯、零售卖场的灯具，都有不同的应用现况。

　　例如，需要高效能、高亮度的路灯大多采高强度气体放电灯(High-intensitydischarge；HID)、卤素灯达到高亮度、高照度的要求，一般卖场的长时间照明灯饰灯具，多半选用萤光灯管(CompactFluorescentLamp；CFL)灯具，而住宅多使用白炽灯、萤光灯(CFL)或省电灯泡，其中以白炽灯的耗能最高，因为运行时大量能源变成无用的热散逸，对于灯具的寿命也会因此显得相较其它灯具更短一些。

　　从具体应用来看，通用照明灯饰市场涵盖的领域非常广泛，包括建筑物照明灯饰、标志、景观照明灯饰、零售、信号灯、街道照明灯饰和住宅照明灯饰等。在通用照明灯饰市场，目前常用的光源包括白炽灯、紧凑型荧光灯(CFL)、线性荧光灯、高强度气体放电灯(HID)以及新颖的高亮度发光二极管(High-BrightnessLED；HBLED)等。

　　要讨论节能的差异，就要针对现有的灯具定出一套有系统、科学化的评估的方法，至于衡量照明灯饰的重要衡量指标即为输入功率比与流明。以效能来衡量，多采行每瓦流明数进行基准作为(能源效率efficacy)评估，例如每瓦流明(lm/W)来比较灯具的差异。

　　检视不同的照明灯饰方案，会发现白炽灯的能源效率对差，以60W白炽灯为例，白炽灯的能源校率相对较低，比较CFL萤光灯的能耗表现即相对弱势许多，因为60W白炽灯的能源效率约为10lm/W，相较CFL萤光灯具的能源效率就可以达到50lm/W。相对的，若今对比的对象是HID来说，若一支100WHID可具有80lm/W，相当于产生8,000流明的亮度。

　　此外，除了灯具自身的发光效能差异外，灯具本身的发光物理特性也会影响其实际应用的使用效率。例如，CFL、HID和白炽灯都是全向式的照射方式，即不会使用到光亮的灯具背部，此处的照射作用则完全没有效益，因为需要光照的区块可能仅有灯具前方有限的区域，照射在灯具背面的灯光等于是白费，但在灯具设计中也可采取尽可能高反射的光滑或反光表面，将灯光透过折射有效集中于灯具前方，但透过折射仍会有灯具老化或是灰尘造成折射效率降低的问题，使灯光的投射路径产生大量的光能耗损。

　　LED新兴光源效能与实用性持续提升

　　以往LED大量用于电子商品为指示性用途的，为一种新兴的光源技术，以白光LED为例，其制作方式透过高效能的蓝光LED镀磷去产生近似白光的效果，目前白光LED在能源效率已有长足的进步，目前研发效能在色温表现4500～6000k下，已能达到超过136lm/W的高效能表现。

　　LED的特质在于，他可以成为一个电子的零组件、器件，不需要如同气体放电式的灯具、萤光灯具必须要有个玻璃容器内置高压气体的容器，体积相对小许多，也不需要特殊灯具搭配使用，原器件本身就有金属接点，可焊接安装在任意表面上，使用弹性相对较高。

　　对于一般生活照明灯饰应用而言，LED的众多特性更使他具备极佳的应用效果，这些原器件可以达到极小的体积，发光方向可透过封装手段与填料方法，让光源可以集中单点或是单向放射，或朝固定范围投射，控制光向的精确度较传统光源更容易掌握，也不需仰赖灯具与反光部件去达成效果。

　　LED属于固态的原器件，在于物理的硬度、强度较高，不会有传统光源因为玻璃制品的关系，会有怕摔、不耐撞击的问题，而透过在装填料的参杂萤光粉或是其它素材，亦可制成可产生不同特性光源，最重要的是整体原器件不含汞，加上具超过50,000小时寿命周期，相较寿命仅1,000小时的白炽灯LED相对要长命许多。

　　LED生活照明灯饰的驱动设计挑战

　　由于LED在原器件的物理特性差异，制作光源系统的观念则与传统设计大不相同，需要有更多方面的技术与专业辅助。

　　1.电源转换：LED原器件若非特殊制作方式，一般都是直流驱动元件，而一般生活电力来源为交流AC电力，交流的墙式插座就必须针对应用转为直流，或在LED选用AC型LED元件，有效将AC大电力转换为LED需要的低压直流电力来源。

　　2.驱动与控制电路：LED驱动需要电子电路辅助，已达到高效率的目的，而一般白炽灯的调光设计，若要在LED新兴光源实现，就必须透过直流供电控制进行调整，电子电路复杂度会相对于传统光源更形复杂。

　　3.散热处理：LED原器件为点状光源，发光温度会集中在单点，而除了原器件本身的元件针对散热强化设计，达到自体散热，但热源仍会有过度集中在灯具点状位置的问题，此即考验结点温度控制的处理能力，这就必须搭配主/被动散热设计达到延长灯具工作寿命的目的。

　　4.光学器件：由于LED光源属于紧凑且高效率的点状光源，虽然具备宽广的色彩输出调控效果，能源效率表现也极佳，但毕竟生活用照明灯饰光源的要求需要均匀稳定的持续型光型照明灯饰，LED过度集中的点光源即必须透过光学器件或是透镜、导光素材产生近似传统灯具的光型表现。