2011-10-24

LED 光源應用於室內空間的優缺點分析

最近有間會議室要整修,其中的燈光考慮要安裝 LED 或 T5 + 省電燈泡,所以主管特地請我蒐集有關 LED 的優缺點。以下是我爬文的結果,資料來源大多來自維基百科或 Mobile01論壇、部分是自己的經驗,分享給大家。

LED光源的優點:
  1. 在低光度下能量轉換效率高(電能轉換成光能的效率)-也即較省電,非常適合在低光度(如手提電話的背光、夜燈)需求中使用。但當提高光度至如檯頭燈般或更高時,LED的效率比鎢絲燈泡高,但比螢光燈(俗稱光管或日光燈管)差。
  2. 使用壽命長 - 在適當的散熱和環境下可達35,000 ~ 50,000小時(螢光燈為10,000 ~ 15,000小時,白熾燈為1,000 ~ 2,000小時)。
  3. 耐震盪等機械衝擊 - 由於是固態元件,沒有燈絲、玻璃罩等,相對螢光燈、白熾燈等能承受更大震盪。
  4. 體積小 - 其本身體積可以造得非常細小(小於2mm)。
  5. 低電壓、低電流、用電量省、低耗能、低發熱量(轉換損失低、熱輻射小)。
  6. 高光度、高亮度、高彩度、多樣光束指向性等特性。
  7. 屬冷性發光、發光柔和、無直接輻射,無紅外線 (IR) 和紫外線 (UV) 輻射。
  8. 不須暖燈時間(Idling time)、不需啟動器、反應速度快。
  9. 壽命不受點滅次數影響,且無電磁波干擾之特性。
  10. 環保低污染(不含水銀汞)。
  11. 優勢用途:
  • 珠寶、首飾、化妝品、便利商店冷櫃等照明(空間小+低溫環境)。
  • 倉儲(高掛的懸掛燈)。
  • 為各種設備(機器、電器、電子產品等)提供在測量、運作時不涉及視覺所需的光源。比方說消費性電子產品、家庭電器、玩具、各種儀器…等用途上作為工作狀態顯示燈。
  • 交通、道路等的指示燈。
  • LCD顯示器背光光源。
  • 手電筒。
  • 斷電時用的緊急照明。
  • 入門類數碼影像設備的補光燈。
  • 在光度要求低的道路、隧道、室內照明。
  • 裝飾用間接照明,例如層板燈等。
LED光源缺點:
  1. 高光度下效率較低,在一般照明用途上 (讓空間亮度維持相同程度) 仍比螢光燈耗電,有些 LED 燈甚至比省電燈泡耗電。有些設計使用多枚 LED,在保持整體光度下讓每枚 LED 可以工作在較低光度,從而增加效率,但使成本大為提高,售價難以降低。省電效果和日光燈管 (就是所謂螢光燈或省電燈泡) 差距很小,效果不明顯(尤其是 T5 燈具),但價格約為傳統日光燈的 8~28 倍。
  2. 效率受高溫影響而急劇下降,浪費電力之餘也產生更多熱,令溫度進一步上升,需要更多的冷空氣(冷氣空調)降溫,形成惡性循環。除浪費電力也縮短壽命,因此需要良好散熱。
  3. LED 光度並非與電流成線性關系,光度調節略為複雜。
  4. 成本較高(部分產品內還有專利費用)。
  5. 演色性仍待加強。(傳統燈泡、鹵素燈演色性極佳,而螢光燈管容易找到高演色性的產品;演色性低的光源照明不但會有顏色不正常的感覺,會感覺光線薄薄刺刺的,易使人眼睛或身體感到疲勞,對視力及健康也有害)。
  6. 每枚 LED 因生產技術問題都會在特性(亮度、顏色、偏壓…等)上有一定差異,即使是同一批次的 LED 差異也不少。
  7. 單顆 LED 尚無法提供大亮度做主照明光源。
  8. LED 理論壽命可能和實際壽命差很多,除了 LED 本身的品質問題之外,因為 LED 對溫度很敏感,只要散熱沒做好,過熱狀況下,幾萬的理論壽命馬上剩幾十小時,所以大功率 LED 燈通常散熱片體積都做得很大。
  9. LED 表面上都會說壽命長達 35,000 ~ 50,000 小時,但 25000~30000 小時後會產生光衰,光度會剩 70%。而 LED 燈的其他元件(變壓器、電解電容等)的壽命恐怕不如 LED 本身,所以一般 LED 保固都在一年,僅有少數廠商可以做到三年保固。
  10. LED 為單晶發光(點光源),直線非360度光源,散射角度不夠廣,較不合適做為照明主燈,容易產生死角(有的地方很亮、有的地方很暗)。而大部分需多棵 LED 組成,物體會有疊影現象。而燈管則為面光源,光線散射角度廣,不易有疊影現象。因LED 為光源面積小、分佈較集中,作照明用途時會刺眼(眩光),須運用光學設計(擴散板)分散光源,但也會降低其亮度和提高成本。
  11. 因為 LED 光大多直接往下方照射,上方及兩旁並無關向,讓人感覺天花板較為昏暗,通常還得搭配 T5 燈管照亮天花板,視覺上會較為美觀。
結論
  1. 目前的 LED 主要還有價格、亮度和品質上的問題,許多方面都還有改進和發展空間;反觀 T5 燈管已經是很穩定的產品,壽命、耗能、環保等方面雖然不及 LED,但也不至於差太多。而由於會議室的使用時間不長,即使不使用 LED、使用 T5 耗電量也不會多太多。
  2. LED 產品大多無法互相通用,所以日後維修僅能找原本得標廠商來處理。
  3. 眼睛比省電重要,除非為了宣傳,不然顧及初期建置的成本、日後的維修、以及眼睛的舒適和健康,目前似乎還不宜在會議室使用 LED 光源。
因為我所服務的公司和幾個 LED 大廠都有合作關係,所以可以拿到遠低於市價、品質又高的 LED 燈源。不過經過上述的考量過後 (目前 LED 還是缺點大於優點),還是決定繼續使用現行的 T5 + 省電燈泡。

[2013年03月11日更新]
今天看到一篇文章 "教室LED燈具汰換分析",和我的想法頗為接近。

[2014年07月10日更新]
前幾日參觀了台灣數一數二的科技上市櫃大廠,其會議室採用噴黑的無天花板搭配自家LED筒燈設計,一進去就感受到非常刺眼的感受,有一種眼睛睜不開的感覺。同事說,他本來很想睡覺,但一進去就睡不著了,因為 LED 刺眼到睡不著。而我自己的感受有點像是被人用槍指著頭一樣,感覺壓力非常大。

[2015年05月1日更新]
漸漸地可以看到便利商店的盟主 7-11,已陸續的把招牌換成 LED 光源,但是我也注意到 7-11 店內的主要照明燈仍然維持使用一般的 T5 燈管。其實近年來 LED 燈管的價錢已經陸續下降到一個甜蜜點了,以24小時營業的便利商店來說,更換LED所省下的電費是很具有吸引力的,但事實上除了少數實驗性的便利商店,絕大部分便利商店的主要照明燈源依舊維持使用 T5, 我想問題應該就在於未能克服上述所提到的各項 LED 缺點。

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