第二章 資料蒐集與文獻分析
第一節 照明基本概念
第二章 資料蒐集與文獻分析
自從愛迪生發明了白熾燈，掀開了人類照明史的第一頁，隨著科 技的發展，從日光燈到節能燈，從水銀燈到高壓鈉燈、複金屬燈等氣 體放電燈的相繼問世，以及 LED 新光源的推出，照明領域取得了一 個又一個的進步，本章主要介紹、照明基本概念、白光 LED 的發光 基本原理，並概略性的介紹現階段市面上所出產有關圓型 LED 嵌燈照 明產品，及LED 相關標準發展現況，俾供參考。
第一節照明基本概念 一、照度（Illuminance）：
物體或被照面上被光源照射所呈現的光亮程度，稱為照度，
單位為勒克斯(lux，或簡寫 lx)。一般來說，要求事物看得越清楚，
越需要有高的照度。要使照度之質越好，則照度要求越高。雖然 照度之強度是視覺之基本條件，但並非意味著強度愈大，對視覺 愈有利。強度增加視覺靈敏度也增加，強度低、靈敏度也低，但 強度高到某種程度時，視力即停止增進，而低於某一限度時，視 力亦會呈緩慢減退。
我國 CNS 12112-2012「室內工作場所照明標準」訂有照度 標準，此標準依據各場所之空間、作業與活動性質不同，訂定不 同照度標準，列舉包括「一般建築」等 31 類 244 種室內作業空 間或活動種類照度基準，以「教育建築」類為例，照度建議值如 表2-1.1 所示。
而照度值係以目視作業面之水平面為量測基準（若無特別指 定作業面高度，以距地板上0.85m 為準，走廊、屋外以地面高度 計算），量測方法採用CNS 5065-1988「照度測定法」，將受測區
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域等分為大小相同之面積，以切割交點為測點，總數為 10~50 點。
表2-1.1 教育建築場所照度建議值
室內、作業或活動種類 Em(lux) UGR Ra 備註
（1）遊戲室 500 19 80
（2）托兒所 500 19 80
（3）托兒所勞作室 500 19 80
（4）教室 500 19 80 建議可調光
（5）夜校教室、成人教育教室 500 19 80
（6）演講廳 500 19 80 建議可調光
（7）黑板 750 19 80 防止鏡面反射
（8）實習桌 500 19 80 於講座廳750 lux
（9）美術、手工教室 500 19 80
（10）美術學校美術室 750 19 90 Tcp至少5,000 K
（11）製圖室 750 16 80
（12）實習室、實驗室 500 19 80
（13）教學實習工廠 500 19 80
（14）音樂練習室 300 19 80
（15）電腦教室 500 19 80
（16）語言實習室 300 19 80
（17）準備室、討論室 500 22 80
（18）學生討論室、集合廳 200 22 80
（19）教師辦公室 300 22 80
（20）體育館、游泳池 500 19 80
（資料來源︰CNS12112-2012）
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圖2-1.1 照度示意圖及量測儀器
（資料來源：內政部建築研究所，2013）
二、輝度（Luminance）：
輝度係指光源體在某方向上，每單位投影面積所發出的光強 度，可用來評估發光體對眼睛的刺激程度，單位為 cd/m2，空間 中良好平衡之輝度分佈可以提昇視覺敏銳性、對比敏感性及視覺 功效；然視野內多變的輝度分佈可能會產生下列照明效果影響視 覺舒適度，宜予以避免：
(1)太強的輝度會引起眩光
(2)太強的輝度對比會引起眼睛的反復適應調節而造成視覺疲勞 (3)太低的輝度和太低的輝度對比會使工作環境枯燥乏味
(4)宜注意在建築物內不同區域間走動的視覺適應問題
由於視覺輝度與室內表面裝修材料反射率與照度有關，
CNS12112-2012 建議表面實效反射率範圍：
(1)天花板：0.6~0.9 (2)牆 面：0.3~0.8 (3)作業面：0.2~0.6 (4)地 面：0.1~0.5
lux
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圖2-1.2 輝度示意圖及量測儀器
（資料來源：內政部建築研究所，2013）
三、均勻度（Uniformity）：
均勻度是空間照度最小值與平均值間的比值。照度應當是漸 變的，應盡可能均勻地照亮作業區。CNS12112-2012 建議作業面 照度均勻度不應小於0.7，周邊環境的照度均勻度不應小於 0.5。
四、顏色特性（Colour aspects）
燈光源之顏色品質係來自二大特性：(1)燈光源本身的光色(2) 演色能力，它會影響受照物體和人的顏色呈現
1.光色（Colour appearance）
燈光源的光色與其射出的光線的外觀顏色(燈色)有關。光色 得以與其相關的色溫(Correlated Color Temperature)形容之其射 出的光線的。而色溫是以絕對溫度K (kelvin)來表示，乃是將一 標準黑體加熱，溫度升高至某一程度時顏色開始由深紅→淺紅→
橙黃→白→藍白→藍，逐漸改變，利用這種光色變化的特性，某 種光源的光色與黑體的光色相同時，我們將黑體當時的絕對溫度 稱為該光源之色溫。
目前 CNS12112-2012 依其對應之色溫(Tcp)區分為三種光色 類別，如表2-1.2 所示。
cd/m2
cd/m2
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表2-1.2 光色之色溫
光色 色溫
暖色 色溫＜3,300 K 中間色 3,300 K＜色溫＜5,300 K
冷色 色溫＞5,300 K
（資料來源︰CNS12112-2012）
2.演色性（Colour rendering）
為提供光源演色性有客觀表現方式，採用平均演色性指數 Ra，演色指數 Ra 之最大值為 100，其數字隨著演色品質之降低 而減小。而演色指數係以 8 種彩度中等的標準色樣來檢驗，比 較 在 測 試 光 源 下 與 在 同 色 溫 的 基 準 光 源 下 此 8 色 的 偏 離 (deviation)程度，取平均偏差值，計算所得。
圖2-1.3 8 種彩度中等標準色板 （資料來源：內政部建築研究所，2013）
五、眩光（Glare）
眩光係指對視野內之高輝度區域的一種視覺感受，會呈現不 舒適眩光或失能眩光。眩光亦可由鏡面表面引起，稱為光幕反射 或反射眩光。控制眩光對於避免差錯、疲勞和事故尤為重要。
在室內工作場所，不舒適眩光通常是由明亮的光源或窗直接 引起的，若符合不舒適眩光限制之要求，則失能眩光並非為主要 問題。CNS12112-2012 建議燈具之不舒適眩光等級可以用 CIE 統一眩光指數(UGR)求出，根據下列公式：
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六、電磁相容（Electromagnetic Compatibility，EMC）
電機設備和電子產品在使用過程中一定會產生電磁輻射，以 致干擾其他設備之正常運作，甚至影響人體健康。因此全球主要 經濟體的國家已先後立法規範，要求任何產品所產生的電磁輻射 必須符合電磁干擾/相容的法規標準，以我國為例，目前本(103) 年9 月 29 日新修訂公告 CNS15437「輕鋼架天花板(T-BAR)嵌入 型發光二極體燈具」，已將電磁雜訊相關規定納入，測試結果需 符合CNS 14115 「電氣照明與類似設備之射頻擾動限制值與量 測方法」之規定。
七、藍光可能危害及光生物安全性
目前 LED 照明產品有一大塊應用藍光激發黃色(YAG)螢光 粉產生白光之技術，因此對於藍光危害方面時有疑慮，國內外相 關研究持續進行中，惟至今尚無定論。
而隨著 LED 光效、亮度不斷的提升，應用逐漸廣泛，它的 安全性就顯得更重要，目前CNS 15592「光源及光源系統之光生 物安全性」，已將相關規定納入，主要測量光源/燈具的「光幅照 度(Irradiance) 」和「光幅亮度(Radiance) 」，用以評估光輻射對 眼睛及皮膚所產生的危害，並分為無風險類別(0)、低度風險(1)、
中度風險(2)及高度風險(3)等 4 個級別，評估光源波長範圍 200nm
～3000nm，內容包括：
(1)皮膚及眼睛光化學 UV 危害暴露限制(200 nm-400 nm)-ES (2)眼睛 UVA 危害暴露限制(315 nm-400 nm)-EUVA
(3)視網膜藍光危害暴露限制(300 nm-700 nm)-LB
(4)小型光源視網膜藍光危害暴露限制(300 nm-700 nm)-EB (5)視網膜熱危害暴露限制(380 nm-1400 nm)-LR
(6)微弱視覺刺激視網膜熱危害暴露限制(780 nm-1400 nm)-LIR (7)眼睛的紅外線危害暴露限制(780 nm-3000 nm)-EIR
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(8)皮膚熱危害暴露限制(380 nm-3000 nm)-EH
國際間普遍要求 LED 照明產品須符合風險類別(0)或風險類別 (1)，而目前 LED 燈泡及 LED 燈管所對應之安全性檢測標準 CNS 15436 及 CNS 15438 均已要求須符合 CNS 15592 或 IEC 62471 中風險類別(0)或風險類別(1)，若 LED 產品評估果符合風險類別 (0)，則可確信光輻射對於視網膜及皮膚等人體組織之危害性極 低，惟 CNS 15592 僅針對光輻射對人體生理方面之評估，不涵 蓋對心理層面之影響。
八、照明其他重要物理量：
1.光通量(Luminous Flux)：
光通量用於測量一個非方向性的光源，在任意時刻，任意方 向上輸出可見光的總和，單位為流明(lm)，例如 60 瓦普通白熾 燈的光通量約700 lm、40 瓦 T8 螢光燈管的的光通量約 2,500 lm。
2.光強度(Luminous Intensity)：
在特定方向角上發出的可見光的強度稱之為光強度，單位為 燭光（candle，cd，lm/sr）。
3.配光曲線(Distribution Curve of Luminous Intensity)：
以極座標圖表示燈具(源)空間發光強度分佈情形，單位為 cd/klm 或直接以 cd 為單位。
4.光束角(beam angle)：
光束在兩方向的發光強度為尖峰光強度的 50％時，所涵蓋 的角度。
5.佈光角(field angle)：
光束在兩方向的發光強度為尖峰光強度的 10％時，所涵蓋 的角度。
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6.發光效率(Efficacy)：
單位電能點亮燈具(源)產生之流明數，單位: lm/W，其數值 越高，表示發光效率愈高。
7.燈具效率(Luminaire Efficiency; LOR=Light output ratio)
燈具實際發出之光通量佔內含光源所發出光通量比值，可在 細分ULOR(向上)、DLOR(向下)。
8.利用係數CU(coefficient of utilization)：
指到達作業面之光通量與光源輸出總光通量比率。
9.室指數RI（room index）：
RI=L×W/(H×(L+W)) 式中，W：室寬 L：室長 H：室高
10.空間比RCR(room cavity ratio) RCR=5H×(L+W)/(L×W)=5/RI 式中，W：室寬
L：室長 H：室高
11.眩光限制曲線(Glare Limitation Curves)：
在視角45~85 度範圍內，依據照度水平與視覺工作特性建立 之眩光限制臨界線，分為兩組六條曲線，其中第一組: 視覺工作 普通到困難、第二組: 視覺工作較簡易，以核對燈具安裝環境的 特性，選擇一條眩光限制曲線，再比較燈具亮度曲線是否皆位於 該曲線之左側。
12.朗伯特(Lambertian)餘弦定律：
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不同角度的光強度與該角度和反射面法線的餘弦量成正 比，若假設法線上光強度為I，和法線夾 θ 方線之光強度為 Iθ， 則
Iθ=I cosθ (2-1.2 式)
圖2-1.6 朗伯特餘弦定律示意圖
（資料來源：wikipedia網站）
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