LED照明亮度基準及設計 均會影響使用體驗

LED光源元器件可在封裝時即加上光學結構，改善其發光效果。OSRAM Opto Semiconductors

日常照明應用會因為使用環境、照明目的不同，而會有不同的照明要求，而常規的檢測標準則為實驗室在各變項有效控制下的檢測結果，若要能讓產品真能讓用戶體驗換用燈具後的效益，除原有電費支出能因導入節能燈具對節約電費有感外，也必須能讓產品能效確實滿足用戶實際照明需求…

一般照明應用環境，主要可區分為商用照明與一般照明應用，在商用照明方面，例如，商店？賣場、連鎖餐飲店、高級飾品？手錶銷售等照明應用場所，照明的效用必須有明亮的照度水準，用以刺激消費者的購買慾望，例如麵包、海鮮、速食店等環境照明應明亮，展示櫥窗除非為營造特殊的氛圍，否則一般都要有1,000Lux以上照度表現，這樣一來珠寶、鐘錶等精緻商品，在足夠的照度下才能刺激消費者商品購買率的效果。

LED照明應用  不同使用情境所需亮度不同

若是以一般起居應用的綜合照明，如辦公室、教室、起居室等場所，至少都得有300？800Lux水準，而一般僅是輔助照明或是次要照明區域，例如樓梯間、電梯間、廁所等，一般僅需100？400Lux，而在停車場、公園等環境，一般也僅需50Lux上下，這一般民眾所能接受、習慣的環境照明亮度。若現場的照明不足，不僅會造成視力疲勞或是傷害，在商業展示空間亮度不足，就無法讓消費者達到吸引注意力目的，甚至更進一步透過商品完美展示刺激購買慾。

用以評估不同場所的照明的基準，一般會用mcd、Lm、Lux等不同光亮度計量單位，有趣的是LED元器件的特性為點狀光源，可能仍需經過二次光學結構改善光形，但實際亮度表現會因為二次光學結構而導致實際亮度損失，在實際照明應用中用戶可體驗的亮度感受，肯定會與照明產品標示的亮度會有一段不小的差距。

LED發光元件評估亮度的基準

而LED元器件亮度，為指發光體於反光體表面的反光強弱物理量而定，但人眼若從單向觀察光源，發光體呈現的光強度和人眼看到的光源面積相比，則定義為該發光光源的亮度，也可以說是單位投射面積所得到的發光強度。一般亮度cdm的單位為cd/m，但亮度是人眼對光亮的強度體驗感受，算是一種很主觀的感覺，為讓感受體驗更加具體，因此也必須以物理條件定義的客觀對應量，以光的強度來為光源做更明確的計量標準。

再來看亮度(lightness)的定義，亮度為顏色的性質之一，顏色有多明亮可以從色彩空間的一的位置來做為比較的基準，而在Lab的色彩空間，亮度為被大家所定義反應明亮的視覺體驗參考基準。Lab色彩空間為由CIE協會在1931年制定的顏色標準，1976年被重新定義為CIELab，用以解決不同顯示設備、數位彩色印刷在跨設備、系統造成的顏色偏差問題，基本上Lab色彩空間為以亮度分量的L搭配顏色分量的a/b來定義顏色基準，L值範圍為1？100，a分量數值範圍為綠色？紅色光譜、b分量數值為藍色？黃色的光譜變化，此系統也包含RGM/CMYK不同模式的顏色。

不同亮度評測基準 量測方法不同

至於在評估亮度表現常見的流明(Lumen)，Lumen嚴肅討論實為代表光的強度，意即光通量(Luminous Flux)，此為指發光原在單位時間下所產生的光線總數量，也就是光束數量的意思，光束越多代表光的強度相對較高，簡單地說，流明即光束打在物體表面的數量，若更精確的定義，則是輻射通量(Radiant Flux)與發光效率間的乘積。至於Radiant Flux為光源產生的每秒輻射能，而發光效率為不同色光產生的波長不同，肉眼看的體驗也不同。

大致理解幾種對光亮度的評測基準，再來檢視LED亮度單位的狀況，有關LED的亮度單位的mcd描述，常用物理量有4組，分別是發光強度、光通量、光照度與亮度等。發光強度為以LED光源，以定向方是量測該方向的發光強度，發光強度的單位為candela(cd)。

光通量多以流明(lm)，即LED光源於單位時間內產生的光束數量，又稱為發光通量。光照度(勒克斯，Lux)，1Lux即等於1lm(流明)/m2的，簡單講即光通量均勻分布於一平方公尺面積上產生的光照度。而LED的亮度，則為單位LED光源面於法線方向之上，單位發出的光流單位，單位為nt。

LED瓦數與亮度表現無直接關係  仍須以燈具實際表現為主

基本上瓦數的部分，是用以描述LED發出的可見？不可見光所需的功率單位，而流明指得是可見光的單位，歸納LED發光效率，則是指驅動LED所發出的可見光流明數、與驅動發光的瓦數的比值。但實際上瓦數與實際LED能產生的亮度並無直接關係，或許高瓦數的LED通常發光亮度也較高，但實際上亮度表現受晶片、封裝形式、製作技術左右。

例如大功率的白光LED有的可以做到15流明以上，而部分大廠則可做到超過25流明，只是驅動1瓦的電能誰能把電能轉換成光的能源效率比較多而已，至於LED之所以公認為節能、省電的環保照明應用，關鍵在就在於LED照明的電光轉換效能，遠超過其他發光材料，所以才會被寄予厚望作為未來的環保光源。

LED燈具的設計限制 直接影響實際的照明表現

至於LED光源元器件或是發光模組，一般零組件所標示的亮度評測基準，在加工組裝添加二次光學改善的機構或光學器件後，由於LED所發出的光受到透鏡或反射鏡的修正，對於LED本身發的光強度也會因為二次光學設計受到影響，尤其是低價燈具設置的劣質光學機構，雖可修正LED光型與照射表現，但亮度表現肯定會受到影響。

這個狀況在被要求極低成本的LED球泡燈產品最為常見，部分低價定位的球泡燈為了達到高光效表現，發光模組的光型調整二次光學設計較為粗劣，或是採用抗UV特性較差的塑料材料，導致初期使用可能燈具的亮度表現不錯，但隨著照明時間增長、燈具塑料光學外罩品質劣化影響到其透光性表現，導致亮度受到影響。

搭配傳統燈具使用  實際體驗會出現落差

至於終端消費者也會以傳統燈具的比較概念來對比LED燈具，例如，越來越多的LED球泡燈為了讓消費者理解其發光能效與傳統燈具的對比，在LED球泡燈標註相當於多少瓦的球泡燈產品，但實際上也常因為LED的發光特性不同、或是二次光學的設計條件不同，導致LED燈具的實際使用效果並非能完全對比傳統燈具能提供的照明亮度，像是傳統球泡燈為全週光發光效果，即整個燈炮都能向外擴散發光，但LED光源元器件的發光方式為向元件的設置方向正上方輸出光亮，除非因為封裝設計搭配光學杯，或是搭配燈具本身的二次光學燈罩調光，或內部LED元件的布局即採3D化的立體布局提供近似球泡燈全週光的發光條件，否則多數以成本優先考量的LED球泡燈都會將LED光源模組採平整易加工形式設計整合。

此會導致所產生的照明亮度會集中在燈具的上方，即便有搭配導光燈罩盡可能改善光型，但實際能調整的照明亮度區域也僅會集中在小區域角度的照射範圍，這種況再搭配照明燈具就會有更明顯的差異，有時受限於傳統燈具的限制球泡燈若是橫式放置，就會造成光源集中在燈具左？右兩側照射，而多數燈具所需照明多為燈具的正下方，就會導致更換了高能效的LED環保光源後，反而確得到更低照明體驗，甚至影響日後再更換燈泡的增購意願。