全世界電力能源約有20%使用於照明光源，石油與天然氣及鈾蘊藏量以目前推估40-60年會開採完，僅剩煤礦蘊藏量約可開採210年左右，因此照明節能議題近期越發重要。效率8-15 lm/W的白熾燈(incandescent lamp)，有許多國家動用政府功公權力，以更有效率60-90 lm/W的螢光燈(fluorescent lamps)5年內強制取代， LED(Light Emitting Diode)近期實驗室發表超過190 lm/W的發展，更令人覺得振奮，過去評估LED替代照明多以發光效率來切入，然而龐大照明產業充斥著各種技術與須求，LED要如進入這個領域的競爭，本文將提供新的切入關點來分析探討，進而在照明產業找到LED的特性適當的定位與發展方向。
光源特性分類
光源特性通常分為指向性與非指向性，指向性光源如投射燈、洗牆燈、MR16，一般會用點光源如圖一所示，來取得較高的燈具收光效率(85%)，不過因光源面積極小，輝度相當高而眼睛無法直視，極易產生眩光，選擇設計適當的功率與二次光學是此類應用的重點。
非指向性光源，如40W 3000 lm的螢光燈(fluorescent lamps) 如圖二所示，這也是全世界用途最大的應用，推估60％以上的照明應用市占率，光源表面積較大且均勻，輝度低眼睛可直視，主要用於室內，但收光不易，角度越小燈具效率較差(25%-65%)。當然也有使用低光通量的點光源，最常見為7W 24 lm的小夜燈，與10W 140 lm鹵素燈(Halogen lamps)，用於床頭燈與美術燈如圖三所示，點光源輝度(Luminance單位：尼特(cd/m2；nit))若過高而容易生刺眼的眩光(Glare)問題，或是使用磨砂表面，來降低輝度。
圖一、用於運動場夜間照明之放電燈(點光源)
資料來源：OSRAM、工業材料雜誌253期
圖二、非指向性室內照明與螢光燈
資料來源：GE 、工業材料雜誌253期
圖三、非指向性低輝度點光源
資料來源：OSRAM & kinglong-lighting 、工業材料雜誌253期
從應用領域特性來區分照明光源
戶外照明光源其重要特性須求：
A. 高光通量(luminous flux,單位:流明(lm))如路燈或棒球場與運動場如圖一所示，每只燈具動輒100W以上其光通量上萬流明，甚至於2000W 20萬流明以上，較不重視演色性(CRI Ra)。
B. 耐候性與壽命，置放於戶外更換不易，壽命一般為6000-20000小時，人員不易接觸到對溫度較不限制，沒有散熱要求。
C. 指向性高的應用，一般會用點光源來取得較高的光學效率，非指向性用途較少。
因此應用燈具多以高壓放電燈(discharge lamps,或稱複金屬燈),包含水銀燈(Mercury HID)與鈉燈(Sodium HID)與石英複金屬燈,及鮮少人在用的大瓦特數鹵素燈，如圖四所示。
圖四、室外照明光源
資料來源：OSRAM、工業材料雜誌253期
室內照明光源其重要特性：
A. 燈具光通量，約在10W 140 lm之鹵素燈(Halogen lamps)或約35-40W 3000 lm螢光燈 (T12/T8/T5)，重視演色性，要求75%-100%。
B. 燈具溫度安全問題，室內照明光源接近一般人生活空間較注重溫度上限。
C. 室內主照明以非指向性用途為主，如螢光燈 (T12/T8/T5)與緊密型螢光燈(Compact fluorescent lamps,省電燈泡)光通量以1000lm -3000lm為主要應用區間。
D. 室內輔助照明以指向性高的應用，一般會用點光源來取得較高的光學率，角度多從12度到60度。
因接近一般人生活空間，應用於非指向性燈具，多以較低溫的燈源為主，輝度不得過高，講求環境光的均勻性(Uniformity)與舒適性，偏好低色溫。應用於指向性燈具，目前小角度應用以鹵素燈為主，但溫度尚嫌過高，角度面積較大者以緊密型螢光燈之筒燈為主。
室內照明光源中白熾燈,又稱普通燈泡如圖五所示，除 7W 24 lm小夜燈外，輸入功率約 25-250W,光通量220-3600lm，發光效率介於8.8-14.5 lm/W，壽命約1000H，使用方式為螺旋 E27，是近代最早以電能發光產品，加上色溫與演色性…等特性接近自然日光，早期是室內照明主力，由於效率過低近期已被許多國家限期禁用。
圖五、白熾燈用於室內照明與投射光源
資料來源：工業材料雜誌253期
照明光源特性與分布
將現有光源的光通量與發光特性與應用方向，整合得圖六照明光源特性與分布圖，其中縱軸座標為指向性與非指向性以紅色虛線分割室內與室外，包含燈具角度趨向，橫軸座標代表單顆光源光通量。由圖六紅色表示目前燈具在50 lm/W以下效率較差的區塊,藍色表示燈具在50 lm/W以上率較高，且具特性適合光源的區塊。
分析圖六可以發現，原白熾燈的非指向區域光通量從220-3600lm效率在8.8-15 lm/W，已被480 -520O lm的螢光燈與密集式螢光燈(省電燈泡)取代。戶外照明燈具水銀燈效率雖達32-58 lm/W(右中漸層紅色區域)，有更高效率的鈉氣燈與陶瓷複金屬燈效率達70-150 lm/W壽命更有10000-20000小時。
圖六中顯示目前應用於室內的小角度光源左下紅色區塊,主要使用10-18 lm/W鹵素燈是效率較差，但總光通量在1700 lm以上已有複金屬燈可使用，不過此類產品要搭配安定器與高溫特性，須慎選使用場合。螢光燈收光效率又太差 ，是急待改善的區塊。
歸納現有傳統光源共通特性，如下所述：
A.功率越高效率約高的特性，光衰70%壽命大都有6000h-20000h可選用取代。
B.直接使用交流電壓驅動或搭配安定器可供選擇。
C.燈具接頭以插拔的使用方式為主，如圖七所示。
D.依據總光通量與光特性(點光與面光或演色性…)有多種光源可供選擇。
圖六、照明光源特性與分布圖(2007 ITRI Elton)
資料來源：工業材料雜誌253期
圖七、各種傳統燈具接頭
資料來源：工業材料雜誌253期
照明應用特性評估條件包括：
A.發光效率，含燈具與電源轉換效率，如安定器或提高功因的電路。
B.總光通量，或有效區域照度，
C.輝度與光學特性(點光與面光或演色性…)，
D.溫度與使用方式(體積或面積限制)，或散熱結構配置，
因此當LED 朝向照明發展時，很容易以本身特性的找到技術發展的脈絡。
作者：林明德、葉文勇、朱慕道、陳志臣
出處：工業材料雜誌253期
★詳全文：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=6586