目前，全球?qū)τ诳梢怨?jié)省能源的高效率照明的重視程度越來(lái)越高，依國(guó)際能源署(IEA；International Energy Agency)的報(bào)告指出，全球電力照明大約占總發(fā)電容量的19%，而白熾燈泡效率低下已經(jīng)逐漸被大眾所認(rèn)識(shí)。除此之外，在高亮度白光發(fā)光二極管(LED)技術(shù)持續(xù)不斷進(jìn)步的情況下，也為高效率通用照明應(yīng)用帶來(lái)另一個(gè)極具潛力的技術(shù)。不過在這背后，卻忽略了大約有70%的照明能源消耗是在家庭場(chǎng)合以外，包括商場(chǎng)、工業(yè)生產(chǎn)以及學(xué)校、醫(yī)院與區(qū)域照明等公共空間，其中區(qū)域照明更涵蓋了如街道照明、人行通道、停車場(chǎng)以及公園等公共空間的多種應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)庸置疑的是，在這些領(lǐng)域中潛藏著開發(fā)更高效率照明解決方案的龐大商機(jī)。
　　
   大區(qū)域照明涵蓋的不僅是提供照明功能而已，它同時(shí)也必須解決有關(guān)公共安全、運(yùn)作環(huán)境、外觀與美學(xué)考慮、省電、系統(tǒng)可靠性與維護(hù)成本，以及如何管理燈光投射來(lái)提供適當(dāng)照明，同時(shí)避免穿透、強(qiáng)光以及光污染等問題。對(duì)街道照明來(lái)說，發(fā)光形式與照明需求也會(huì)因街道、交通流量的差異以及標(biāo)準(zhǔn)的要求而有所不同，因此，在區(qū)域照明上有許多不同的設(shè)計(jì)來(lái)滿足實(shí)際的考慮以及能源的使用與架構(gòu)問題。例如2004年美國(guó)紐約市就贊助了一項(xiàng)國(guó)際城市照明設(shè)計(jì)競(jìng)賽，來(lái)尋求是否可以發(fā)展出新的照明想法來(lái)為這個(gè)城市帶來(lái)21世紀(jì)的創(chuàng)新街景，同時(shí)取代使用已經(jīng)超過50年以上的舊有設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)區(qū)域照明燈具的缺陷

   區(qū)域照明目前最常見的照明源為高強(qiáng)度放電(HID；High Intensity Discharge)型式，例如高壓鈉光燈、金屬鹵素?zé)粢约暗蛪衡c光燈與高壓水銀燈等。先進(jìn)的HID燈，例如金屬鹵素?zé)魮碛懈哂?0 lm/W的高效率以及1萬(wàn)到1.5萬(wàn)小時(shí)的合理壽命，以北歐地區(qū)每年使用4000小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，壽命大約在2到4年，但是要進(jìn)行街道燈光的更換不管是在維護(hù)時(shí)間或者人工成本上都相當(dāng)昂貴，在隧道或橋梁等不易更換的場(chǎng)合更是一大問題，如果必須封閉車道進(jìn)行維修勢(shì)必造成交通堵塞。此外，燒壞的街燈也會(huì)帶來(lái)公共安全的問題，同時(shí)部分小區(qū)也會(huì)對(duì)換裝時(shí)間有嚴(yán)格的時(shí)間限制，其它有關(guān)這類型燈具的問題還包括可能需要5分鐘才能啟動(dòng)，如果發(fā)生停電情況，可能還要長(zhǎng)達(dá)20分鐘才能夠重新動(dòng)作。

　
     除了電力消耗外，由于大部分的HID燈都含有水銀，因此還必須在替換后謹(jǐn)慎處理以避免水銀進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)而造成環(huán)保問題。雖然新一代的燈管已經(jīng)擁有還算合理的能源使用效率，但由于路燈燈桿的壽命通常超過30年，因此并非所有的區(qū)域照明都采用高效率照明技術(shù)，最近由歐盟智慧能源(Intelligent Energy)計(jì)劃所進(jìn)行電子化街道(E-Street)倡議所提出的報(bào)告指出，歐洲大約9千萬(wàn)個(gè)公共照明中大約有三分之一采用HID水銀燈等非常沒有效率的發(fā)光技術(shù)，電子化街道倡議的目標(biāo)主要是研究采用智能網(wǎng)絡(luò)控制照明系統(tǒng)來(lái)降低能源消耗，例如具備網(wǎng)絡(luò)功能的照明架構(gòu)可以通過控制在深夜交通較不繁忙時(shí)降低照明輸出來(lái)節(jié)省能源。從這里我們可以看出，為什么對(duì)新技術(shù)如何克服這些挑戰(zhàn)的了解會(huì)吸引眾多注目的多重原因。

高亮度白光LED 應(yīng)用前景光明
　 
  事實(shí)上有幾個(gè)理由可以解釋為什么高亮度白光LED在這個(gè)領(lǐng)域會(huì)受到歡迎，首先是它們的超長(zhǎng)壽命，經(jīng)過適當(dāng)工程設(shè)計(jì)的LED系統(tǒng)可以維持在亮度70%以上達(dá)到超過5萬(wàn)個(gè)小時(shí)的運(yùn)作壽命，由于這樣長(zhǎng)的壽命，戶外區(qū)域照明可以達(dá)到超過12年的工作時(shí)間，從而大幅降低后續(xù)的維護(hù)與更換成本。另外，LED不管是在效能或成本上都持續(xù)快速進(jìn)步，目前已經(jīng)商業(yè)化的高功率白光LED可以達(dá)到每顆70到100流明的光度輸出，效率大約在70 lm/W，預(yù)估白光LED在2009年整體效能將可以提升一倍到達(dá)每燈管200流明，效率則可望達(dá)到150 lm/W，作為參考比較，100 W金屬鹵素HID燈大約可以產(chǎn)生8000到9000流明輸出。直接將這類燈管與LED的輸出比較并不公平，原因是燈管的光度輸出是全方向，因此在燈光照射路徑上會(huì)有大幅的損失，但在LED上則沒有這些問題，原因是它們本質(zhì)上就具有指向性。不考慮流明損失效應(yīng)時(shí)，大約需要120個(gè)每封裝70 lm的LED才能夠取代100 W燈管的流明輸出，如果2009年這個(gè)目標(biāo)達(dá)成，這個(gè)數(shù)字將可以減半。此外，白光LED能夠提供更好質(zhì)量的光度輸出，特別是與高壓鈉光燈比較時(shí)，它們會(huì)有燈光黃化與較差的顯色指數(shù)(CRI；Color Rendering Index)。此外，由于LED為低電壓直流組件，使得結(jié)合太陽(yáng)能與可充電電池的LED照明就變得相當(dāng)容易。

LED區(qū)域照明的考慮要點(diǎn)

一、LED數(shù)量
　 
 LED矩陣燈具的設(shè)計(jì)因所在位置的特殊照明需求而有大幅的變化，目標(biāo)照明區(qū)域依照明高度以及與照明源間的距離而定，例如行人或腳踏車道的照明燈柱間隔相對(duì)較短，因此需要20個(gè)LED來(lái)提供照明，而在住宅區(qū)街道則需要100個(gè)或更多的LED。此外，由于主要目的是要照亮道路而不影響街道旁的住家，因此街道照明會(huì)有相當(dāng)特別的發(fā)光模式要求，同時(shí)這些特別模式也必須符合各種不同安裝型式所要求的復(fù)雜光學(xué)工程設(shè)計(jì)，同時(shí)在LED使用數(shù)量與驅(qū)動(dòng)電流上也必須進(jìn)行權(quán)衡。基本上，采用較高電流驅(qū)動(dòng)的較少數(shù)量LED看起來(lái)是個(gè)可行的選擇，但較高的電流與耗電卻會(huì)讓溫度管理復(fù)雜化，此外，LED的效率會(huì)隨著電流以及芯片溫度的升高而降低，當(dāng)然我們也必須記住，要達(dá)到指定的LED壽命，就必須遵守芯片溫度的指定規(guī)格，在采用LED照明時(shí)溫度管理是個(gè)相當(dāng)重要的因素，原因是散熱集中在LED的包裝上，因此必須經(jīng)由燈具消散。
　
二、驅(qū)動(dòng)電路
　
 LED照明可以由一或多個(gè)LED矩陣搭配，將交流電源轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED所使用電流的控制電路組成。由于區(qū)域照明需求需要各種不同的流明度輸出，因此可以考慮選擇包含一串LED與驅(qū)動(dòng)電路的模塊化設(shè)計(jì)，并依所需的光度輸出使用多個(gè)LED燈條。這個(gè)概念的好處是相同的電路設(shè)計(jì)可以透過增加更多的矩陣在不同的照明需求下重復(fù)使用。此外，由于在照明源中使用多個(gè)矩陣，因此如果有單一LED出現(xiàn)問題，那么只會(huì)有部分LED停止工作，而整個(gè)照明源還是可以較低的亮度繼續(xù)提供照明輸出。電子控制電路則必須符合產(chǎn)業(yè)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在歐盟中，這類產(chǎn)品屬于IEC61000-3-2等有關(guān)電力線諧波失真(功率因數(shù))的規(guī)范，不過雖然在美國(guó)等區(qū)域并不使用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但電力公司通常也會(huì)對(duì)不計(jì)量的區(qū)域照明要求最低0.90的功率因數(shù)。雖然我們可以使用較笨重的主頻率(50/60 Hz)電感器與電容器來(lái)提供無(wú)源式解決方案，但主動(dòng)切換模式經(jīng)常被應(yīng)用到鎮(zhèn)流器中，后者通常還會(huì)在主電源轉(zhuǎn)換電路前加入升壓式功率因數(shù)校正(PFC；Power Factor Correction)轉(zhuǎn)換器來(lái)修正功率因數(shù)。
　

 另一個(gè)額外的考慮則是是否需要進(jìn)行電流隔離來(lái)達(dá)到安全性，對(duì)于不容易更換的區(qū)域照明源，事實(shí)上相當(dāng)容易見到非隔離的設(shè)計(jì)，采用非隔離設(shè)計(jì)的主要好處是可以成本較低的電感器來(lái)取代笨重的變壓器。接下來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的實(shí)際需求考慮也相當(dāng)重要，雖然LED需要定電流驅(qū)動(dòng)，但這個(gè)電流卻不一定是純直流，因此也可以脈沖式直流波形來(lái)推動(dòng)，只要平均與最大電流值符合LED本身所指定的電流規(guī)格即可。

節(jié)能降耗催生LED照明市場(chǎng)
　 
 在區(qū)域照明應(yīng)用中使用LED矩陣已經(jīng)開始吸引全球的目光，同時(shí)各地也已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試與少量的導(dǎo)入計(jì)劃。許多政府組織已經(jīng)了解LED技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，這點(diǎn)可以從交通信號(hào)燈的廣泛導(dǎo)入看出，他們已經(jīng)明白長(zhǎng)效壽命的產(chǎn)品并不需要相同的維護(hù)成本。不過在整體擁有成本以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或統(tǒng)籌考慮上還要克服一些問題，例如大部分公共區(qū)域的燈管并未經(jīng)過計(jì)量，而依管理方式的不同，地方電力單位也必須要有一套依照使用燈管數(shù)量與型式進(jìn)行計(jì)費(fèi)的機(jī)制，此外，維護(hù)與運(yùn)營(yíng)也可以委托他人或由城市自己管理，因此也讓經(jīng)濟(jì)效益分析以及決策過程變得相當(dāng)復(fù)雜。

 目前采用LED作為區(qū)域照明的經(jīng)濟(jì)效益與功率節(jié)省受到所取代照明源以及使用條件極大的影響，例如美國(guó)北卡羅來(lái)納州的羅利(Raleigh)市就將停車場(chǎng)的140根120W高壓鈉光燈以LED照明裝置取代，降低能源消耗達(dá)40%，同時(shí)幾乎沒有年度維護(hù)成本，這在LED有關(guān)光度輸出、發(fā)光效率與成本效益表現(xiàn)持續(xù)改善的趨勢(shì)下，將會(huì)越來(lái)越有吸引力。相當(dāng)明顯，在未來(lái)幾年我們將可以看到LED出現(xiàn)在越來(lái)越多的區(qū)域照明應(yīng)用上，特別是只需少量LED的較低功率照明應(yīng)用以及光度輸出可以依應(yīng)用特定需求進(jìn)行變化的設(shè)計(jì)。

 對(duì)這些應(yīng)用來(lái)說，驅(qū)動(dòng)電路必須進(jìn)行最佳化以符合電力與規(guī)范要求，同時(shí)也必須具備足夠的彈性來(lái)滿足多變的LED組態(tài)，才能達(dá)到被廣泛采用的經(jīng)濟(jì)成本目標(biāo)。