LED光源照明設(shè)計(jì)與模擬

LED光源照明設(shè)計(jì)與模擬分析編者按：發(fā)光二極體(LED)從原本僅能應(yīng)用於指示信號(hào)及景觀裝飾，提升至照明領(lǐng)域，原因在於磊晶、製程、封裝等整體技術(shù)提升，促成LED亮度增進(jìn)。發(fā)光二極體(LED)從原本僅能應(yīng)用於指示信號(hào)及景觀裝飾，提升至照明領(lǐng)域，原因在於磊晶、製程、封裝等整體技術(shù)提升，促成LED亮度增進(jìn)。隨之而來(lái)的問(wèn)題是LED真能取代其他光源嗎?這是目前很多人在思考的問(wèn)題，筆者以為仍須一段努力方可實(shí)現(xiàn)固態(tài)照明。一、LED照明設(shè)計(jì)長(zhǎng)久以來(lái)大眾對(duì)於照明品質(zhì)非常重視，不僅要求空間照度充足，還要空間照度分配均勻，才不致於造成眩光及配光均勻度差異太大，造成空間舒適度下降。所謂照明品質(zhì)乃是改善眩光、空間照度、相對(duì)色溫、演色性、配光均勻度等。造成人眼感到不舒服之光線均稱為眩光，眩光分為三種即直接眩光、反射眩光與背景眩光。直接眩光因光源直接入射眼睛所造成，人眼的直接眩光區(qū)為自垂直面45°~80°，如圖一所示。圖一、人眼的直接眩光區(qū)光線充足與否即是照明領(lǐng)域定義的空間照度問(wèn)題，不同照明環(huán)境下空間照度亦有所不同，一般室內(nèi)空間照度要求需達(dá)500~750Lux，而空間照度大於500Lux時(shí)，人眼就不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。演色性為物體在不同光源下相較於太陽(yáng)光底下的呈現(xiàn)比，其最佳值為100，一般室內(nèi)照明要求則需要高於85。空間光線分佈稱為配光均勻度，常見(jiàn)配光均勻度定義方式為(1)室內(nèi)最低照度除以平均照度;(2)室內(nèi)最低照度除以最高照度;(3)室內(nèi)平均照度除以最高照度，一般評(píng)定空間配光均勻度之好壞，會(huì)以0.8為一基準(zhǔn)。色溫定義為黑體輻射之光色，黑體在不同溫度下所幅射出之光色，與光源之光色接近時(shí)，則定義光源之相對(duì)色溫為此黑體的溫度。圖二、光源色溫與被照體照度比較圖一般照明方式，可分為直接照明、半直接照明、全般擴(kuò)散照明、半間接照明及間接照明。直接照明由於設(shè)計(jì)容易及運(yùn)用方便，是最常見(jiàn)的照明方式，其缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生眩光及配光均勻度差。(a)直接照明(b)半直接照明(c)全般擴(kuò)散照明(d)半間接照明(e)間接照明圖三、各種照明方式二、LED照明光學(xué)設(shè)計(jì)本節(jié)使用三種配光曲線之LED燈具，來(lái)說(shuō)明不同燈具造成空間照明品質(zhì)之差異，圖四為不同燈具之配光曲線比較，它們分別是NarrowAngle、Parabolic、Batwing三種配光曲線之燈具。圖四、三種配光曲線之LED燈具而不同配光曲線對(duì)空間照度分佈的結(jié)果如圖五所示，其中(c)Batwing的照度分佈較均勻，整體空間照度差異不會(huì)像NarrowAngle那么大。(a)NarrowAngle燈具之最大照度明顯是優(yōu)於其他兩種燈具，可惜整體之配光均勻度低於另外兩種燈具，這就是所謂在追求照度提升同時(shí)，若沒(méi)有設(shè)計(jì)好光線分佈即會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，造成光能量之浪費(fèi)，這是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的事。表一、二、三所示為三種燈具運(yùn)用於空間中之配光均勻度數(shù)據(jù)整理，可使讀者更了解其意涵。(a)Narrow