LED光環境照明應用評述 (工業材料雜誌282期)
[原文刊載於工業材料雜誌282期, 99年6月出版]
LED光環境照明應用評述
The Success of LED Lighting Applications and Outlook
前言：
LED照明主要的兩種使用方式為指示性照明與投光性照明。雖然自1970年代便可商業化應用於指示性照明領域，並迅速佔有主導地位，但20世紀末專業領域內的科學家們，遠眺的是新光源技術能承諾人類照明環境的美好未來。投光性的LED照明應用主要營造人類活動的光環境，也是世界各國許多大小企業在21世紀商場競逐的聖杯。在過去10年間於光環境的應用，LED照明最為大眾所知的，應是以美化都市為目的之建築景觀照明。在白光系列LED照明技術尚未成熟前，數位混色的彩光照明技術提供全新情境照明素材，為LED正式步上光環境應用舞臺先聲奪人。繼而上場的LED白光照明仍嫌青澀，在能體現她所有的可能性前，專業領域的工作者們或許更需審視應用面的需求，摸索出成功的產品發展方向。
The two major LED lighting applications are directional lighting and projective lighting. Although LED was commercialized and rapidly became one of the dominant technologies since 1970s in the directional lighting area, scientists of the late 20th century visualized the brighter future for better lighting environment promised by this new technology. The projective lighting applications with LED were mainly developed to creating the lighting environment for human activities, and such market has been the Holy Grail for many industries worldwide in this century. In the past decade, the most popular LED introduction to the lighting environment applications was architecture and landscape lighting for municipal beautification. The LED color-mixing lighting technology offered a brand new material for theme lighting design, and opened the curtain for the formal presentation of LED lighting environment, before the LED white lighting was brought to the stage. Prior to realizing all the brilliant promises, the young LED white lighting still needs much taming; perhaps the professionals in the game field would look closer to the requirements in the application aspect, in order to successfully explore the lighting product development.
關鍵字/Keywords
LED光環境應用（LED Applications in Lighting Environment）、LED景觀照明（LED Scenery Lighting）、LED情境照明（LED Theme Lighting）、白光LED照明應用（LED While Lighting Applications）
正文：
在1999年夏天，筆者於美國第一次看到高亮度綠光LED燈源所做成的迷你手電筒匙圈產品，雖從業於光電半導體上游產業，亦不禁為那純粹鮮豔的緑光目眩神迷。「今夕何夕，見此粲者」，那在高亮度LED單波長燈源能穩定生產前，難以為人眼單獨辨識的光色如此美麗不凡，讓人深信在當時猶如稚嫩美人胚的高亮度LED照明科技，終將銳變為顛倒眾生的廣大市場需求。十年後的現在，LED照明科技艷光麗色不僅於世界各大都會傾國傾城，白光素顏的清淨風貌更彷彿過熱地球的減碳良方。從已趨成熟的建築景觀到初露啼聲的室內照明，LED照明科技已成為人類節能減碳時代，營造光環境不可或缺的要角。
都會景觀情境照明
1. 室外景觀應用
始於上世紀1990年代，LED單色及混光照明系統產品應用於室外景觀，主要是滿足節慶式佈置需求與都會建築景觀營造。節慶式的佈置應用訴求炫麗奪目，快速安裝與短期使用，因此在產品的規格設計與使用壽命要求，皆與建築景觀應用的產品不同。除了商業區域的不同考量外，畢竟建築應用要滿足更恆久與多元的生活需求，誤用節慶佈置猶如強迫市民們長期處於興奮狀態，易導致感官疲乏，因此設計師與專業工程公司在LED景觀照明的推展與應用扮演舉足輕重的角色。
台灣的照明環境設計產業發展晚於歐美日等國家, 但LED中上游材料製造產業全球首驅一指, 因此本地LED產品應用於建築景觀的概念很早被接受；約八、九年前便有相當規模的案例出現, 近五年來產品使用更遍及各大都會區。在白光LED產品商業化量產以前, 建築景觀照明以單色光(紅, 藍, 緑, 黃等)以及數位全彩混色系統類產品為主, 規模上以商業空間及文化休閒場所等，需要豐富視覺效果的應用為主流。
一項大型的LED建築景觀工程能夠成功，除了呼應建築設計的燈光規劃外，產品選擇以及工程規劃與執行皆是不可忽視的關鍵。LED照明產品本質上是結合光電半導體與電機照明燈具兩大產業的成果，在產品設計上需能充分瞭解不同的產業技術本質與應用端的要求，方能定義出符合不同光環境要求的產品規格。在過去數年，我們看到了很多在實驗室中做出的“LED半導體電子燈具”被錯誤應用在建築外牆而失敗的實例，原因是建築室外環境需要的是具備環境抗候設計、光學設計、散熱設計、電機介面與施工介面的“LED照明燈具”，而這往往不是在裝入LED IC板的金屬燈殼內灌膠就可滿足的。如果是具備控制功能的系統型燈具，更需要考量使用在建築環境以及空間距離的控制介面設計。
LED照明燈光工程規劃本質上屬於建築機電工項的一種，但不同於國內機電技師們較熟悉的傳統照明燈具，其高低壓電力變壓介面與控制訊號迴路的規劃需求，必須打破傳統二線式配電到燈具位置的觀念，始能正確地配置系統性產品。因此，LED燈光設備使用於建築空間需於建築機電設計前期便考量整合，以便機電技師們設計合理的供電盤體迴路。同時，因應LED系統設備含有燈具、驅動設備、控制設備等基本元素，在管線迴路與設備儲存空間的設計上有異於傳統照明產品，因此後端管線規劃亦需於建築設計期即由水電技師納入設計。而在產品安裝上，現代化的建築景觀照明講求照明燈具與建築帷幕設計的一致性，LED燈具得益於固態電子光源的輕巧本質，更能設計成與建築景觀相匹配的點/線/面外型，便於隱藏於建築結構內或與之相結合，達成見光不見燈的設計視覺要求。綜上所述，LED照明燈光工程的完成需具備產品選擇，機電迴路，水電管線，安裝工法，以及建築結構面整合等專業應用知識，方可真正實現這類光電半導體產品的優勢與性能。
2. 室內情境應用
LED照明系統產品光色奪目，最早應用在室內空間設計上，因色彩以光的形式存在，提供設計師們全新的創意素材；從此顏色以光的形式不僅能存在於牆面與傢俱上，更能以動態視覺流動於生活空間。而大眾對生活質感的追求與新科技的接受度提升，商業及生活空間的情境營造概念越趨成熟，為LED照明產品在室內空間應用提供了全新的舞臺。具備動態色彩變化性能的燈光，除了提供部分照明效果外，更進一步與人們的生理情感層面互動，加入了人性化科技未來的生活環境構建科技行列。
類似於室外照明彩光系統，能為建築物本身配合不同的場合需求換裝，室內的LED照明系統產品一樣能對應不同的空間特性而變化。同樣的一組系統燈具應用在不同的空間內，能依設計風格而展現萬千姿態。在商業空間的設計變化除了提供賣場銷售資產，其節能省電的特性也為業主們有效減低營運成本。同時，在現代化的室內空間活動上，智慧型家電與傢俱的控制朝整合可行性發展，LED照明系統因其半導體IC組成，所具備的電子介面在數位元化控制整合上具有極大優勢。LED室內照明應用的承諾除了營造多元化生活情境的彈性外，易於控制的特點也建立起與使用者間的隨性互動，使得商業或生活空間風格變化更智慧性且易於操控。
白光環境照明技術
目前的LED白光照明燈具，不論室內室外使用，在產品設計方向上約莫可分為兩大類，一是替代傳統燈具的光源型式設計，一是以著眼於使用性能的考量設計燈具產品。依發揮LED材料特性的觀點來看，將LED光源封裝成傳統照明光源的形式，未必是產品設計的唯一方向。LED半導體電子光源材料特性與傳統光源不同，依其散熱、絕緣、封裝等不同需求而做成照明燈具需要以人本為出發點，呼喚全新的工業設計考量。
在眾多的LED白光照明應用中，在室外環境較為一般大眾所知的應是路燈照明。路燈照明應用是LED光源發揮其特性而能增益於人類生活空間的一個好例子。省電，長壽命等特性在我們急需節能減碳的現今文明發展是可被大量使用的前提，而LED光源具有指向性的特點，在路燈照明應用上其實提供了對環境友好的另個可能性。室外照明干擾自然環境的詬病點之一是光害。除了對人們晝夜作息的影響，環境光害影響蟲鳥動物的習性，也被懷疑是擾亂鳥類遷徙生態的元兇之一。LED光源具有指向性的發光特點，配合適當的封裝與燈具光學設計，能最大限度的減少高空光害干擾，將多數發光效益導引到人類使用需要的維度上。而視不同的螢光粉配方有所差異，白光LED普遍所含的紫外線量極低，不為多數生物所見，亦降低對生態界的影響。同樣的概念適用於公園及庭園空間的光環境設計, 或是室內的門廳、門廊、雨遮空間等人類起居與自然領域過渡的光照明區域。
由室外進入室內，白光LED照明的服務目標是人類。從技術面而言，LED照明產品的發展尚有極大空間可供探索。目前在市場上消費者較注意的產品多為傳統照明技術的替代性光源，如封裝成MR16規格的燈源用以取代鹵素燈泡，封裝成燈泡外形的燈源用以取代白熾燈泡，以及封裝成日光燈管外形的燈源用以取代日光燈。
誠然真正具有照明效益（>80lm/W）的LED白光照明技術出現距今不足10年，幫助它商品化的周邊技術亦在發展之中，如光學、散熱材料、電性元件、結構材料等等。目前的燈具封裝技術僅能有效使用LED光源的發光效益之60~70%間,且不同配件裝配效益仍待精益求精，例如電性元件的壽命是否能與LED光源匹配，或是光學部件的導光效益是否配合光源規格最佳化等。產業界的專業人士們或許無法確切預言各項技術配合水到渠成之日，但技術革新的時代巨輪已轉動，幾乎無有回頭的可能。世界各國政府對於白光LED照明技術或多或少的投資與政策鼓勵，真實反映科技業界對LED照明技術未來的信心。「路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索」，支撐此等決心的想必不僅是巨大經濟利益的考量，更有人類基因中向前看，在困境中求取通路的信念。
結合LED光源特性與照明燈具應用需求的產品正不斷出現在我們生活之中，以燈具類型而言，桌燈，台燈，立燈及藝術性吊燈等兼具投光照明功能與裝潢性擺設的產品正引領風潮，借由多功能附加價值，合理化產業成長初期的高成本高價格，進而推動LED照明技術的市場接受度。投光性功能的基礎照明市場雖佔據照明產業的最大分量，但LED照明技術欲取代傳統照明技術，需能定義出於經濟與技術層面最適用LED照明技術的應用市場。資源過度消耗後的地球環境與文明延續動力提供了綠色照明技術成長的最佳環境，唯願這次人類科技革新的契機能導引至永續生活環境的方向，使科技為人所馭而不失人文關懷。最成功的商品，其不分地域為廣大市場所接受的道理，不外如是。
作者：黃向羚, 智林企業股份有限公司，LED照明事業部經理
