LED光源照明设计与模拟分析

　　发光二极体(LED)从原本仅能应用于指示信号及景观装饰，提升至照明领域，原因在于磊晶、制程、封装等整体技术提升，促成LED亮度增进。随之而来的问题是LED真能取代其他光源吗?这是目前很多人在思考的问题，笔者以为仍须一段努力方可实现固态照明。

　　一、LED照明设计

　　长久以来大众对于照明品质非常重视，不仅要求空间照度充足，还要空间照度分配均匀，才不至于造成眩光及配光均匀度差异太大，造成空间舒适度下降。所谓照明品质乃是改善眩光、空间照度、相对色温、演色性、配光均匀度等。造成人眼感到不舒服之光线均称为眩光，眩光分为三种即直接眩光、反射眩光与背景眩光。直接眩光因光源直接入射眼睛所造成，人眼的直接眩光区为自垂直面45°~80°，如图一所示。

图一、人眼的直接眩光区

　　光线充足与否即是照明领域定义的空间照度问题，不同照明环境下空间照度亦有所不同，一般室内空间照度要求需达500~750 Lux，而空间照度大于500 Lux时，人眼就不易产生疲劳现象。演色性为物体在不同光源下相较于太阳光底下的呈现比，其最佳值为100，一般室内照明要求则需要高于85。

　　空间光线分布称为配光均匀度，常见配光均匀度定义方式为

(1)室内最低照度除以平均照度;

(2)室内最低照度除以最高照度;

(3)室内平均照度除以最高照度，

一般评定空间配光均匀度之好坏，会以0.8为一基准。色温定义为黑体辐射之光色，黑体在不同温度下所辐射出之光色，与光源之光色接近时，则定义光源之相对色温为此黑体的温度。

图二、光源色温与被照体照度比较图

　　一般照明方式，可分为直接照明、半直接照明、全般扩散照明、半间接照明及间接照明。直接照明由于设计容易及运用方便，是最常见的照明方式，其缺点是容易产生眩光及配光均匀度差。

图三、各种照明方式

(a)直接照明

(b)半直接照明

(c)全般扩散照明

(d)半间接照明

(e)间接照明

　　二、LED照明光学设计

　　本节使用三种配光曲线之LED灯具，来说明不同灯具造成空间照明品质之差异，图四为不同灯具之配光曲线比较，它们分别是Narrow Angle、Parabolic、Batwing三种配光曲线之灯具。

图四、三种配光曲线之LED灯具

　　而不同配光曲线对空间照度分布的结果如图五所示，其中(c)Batwing的照度分布较均匀，整体空间照度差异不会像Narrow Angle那么大。(a)Narrow Angle灯具之最大照度明显是优于其他两种灯具，可惜整体之配光均匀度低于另外两种灯具，这就是所谓在追求照度提升同时，若没有设计好光线分布即会产生问题，造成光能量之浪费，这是设计时必须注意的事。表一、二、三所示为三种灯具运用于空间中之配光均匀度数据整理，可使读者更了解其意涵。