傳(chuan) 統照明光源大多使用燈與(yu) 白熾燈泡，基本大型照明燈具非常強調配光的控製性，單純考慮發光效率的場合，熒光燈與(yu) 高強度氣體(ti) 放電燈(HID: High Intensity Discharge)非常優(you) 秀，不過高強度氣體(ti) 放電燈的電氣調光範圍卻很狹窄。相較之下熒光燈的光學係統照射特定領域時，若與(yu) 鹵素燈的鎢絲(si) 比較，它的發光部位非常大，無法高效率從(cong) 光源收斂光線。 

　　此外大型照明燈具要求0~100%柔順的調光，一般都使用晶閘管(Thyristor)以點弧位相角控製方式，改變燈泡的驅動電壓實現調光效果，因此大型照明燈具的光源幾乎都使用鹵素燈。大型照明燈具並不要求均勻照射物體(ti) ，通常都是依照需求使用複數明用燈具，改變照射方向與(yu) 照射範圍，因此大型照明燈具大多設有照射範圍調整機構，照射範圍的調整分成：改變燈泡與(yu) 鏡片的間隔；將光收斂至開口(Aperture)處，改變投射開口的鏡片群焦距。實際上必須根據明用燈具的種類與(yu) 用途使用。

　　最近幾年地球環保聲浪日益高漲，大型照明燈具也要求省能源與(yu) 降低二氧化碳的排放量，因此國外照明燈具業(ye) 者已經舍棄傳(chuan) 統低發光效率的白熾燈泡，改用高發光效率新世代發光二極管光源。90年日亞(ya) 化學中村教授開發高輝度藍光發光二極管，96年高輝度藍光發光二極管組合釔鋁石榴石(YAG: Yttrium Aluminium Garnet)熒光體(ti) 的白光發光二極管照明光源問世後，立即被視為(wei) 次世代光源成為(wei) 全球注目的焦點。

　　白光發光二極管發光效率的提升與(yu) 高功率化，除了一般室內(nei) 照明之外，還被當成大型照明燈具的光源使用。一般認為(wei) LED的調光特性非常優(you) 秀，進行調光動作時色度變化與(yu) 反應特性比傳(chuan) 統鹵素燈更敏銳，然而大型照明燈具用發光二極管光源，必須解決(jue) 以下課題，分別是：LED單體(ti) 的光束非常少；藍光LED組合釔鋁石榴石熒光體(ti) 的白光發光二極管，它的配光差異極易造成照射麵發生色不均勻問題。使用複數LED的場合，各LED之間的分布非常大。接著本文要以大型照明燈具為(wei) 範例，深入探討高功率發光二極管照明燈具的光學設計。

　　LED燈具的設計

　　燈具結構 

　　如圖1所示使用鹵素燈建構光學係統時，大多利用橢圓形反射鏡將光線集中至開口處投影。發光二極管的場合，單位發光二極管的光束很少，當作照明光源使用時必須使用數個(ge) ~數十個(ge) 發光二極管，因此複數光源產(chan) 生的光線控製非常重要。

複數LED當作配配光控製型照明燈具使用時，必須結合高功率發光二極管與(yu) 光學係統，利用鏡片數組(Array)將發光二極管產(chan) 生的光線準直化(Collimate)，接著再透過聚光鏡片(Condenser Lens)使光線在開口處混合集光，最後再利用成像光學係統使該開口光源影像變倍投影，進行所謂的“配光控製”。此外使用鏡片數組與(yu) 聚光鏡，還可以消除照射麵的亮度不均與(yu) 色不均等問題。

      大型照明燈具大多使用1000W左右的鹵素燈，1000W的鹵素燈相當於(yu) 2.5萬(wan) 流明(lm)的光束，使用這種光源的照明燈具若轉換成目前LED的容量，效率上幾乎無法實現。圖2與(yu) 圖3是研究人員根據以上大型照明燈具要求的特性，設計的照明燈具具體(ti) 結構。

       整體(ti) 結構如圖所示，LED光源呈8×8合計64個(ge) 排列，封裝在已經考慮散熱的基板上，8個(ge) 串聯連接的電路則以35mA電流的定電流電源驅動。此外基於(yu) 提高散熱考慮，利用軸流冷卻風扇進行強製空冷。

      上述大型照明燈具，光學組件接近光源設置的場合，必須考慮發光二極管內(nei) 部結構模型化。模型化首先量測發光二極管的形狀與(yu) 熒光體(ti) 的尺寸。鏡片形狀的模型化使用式(1)非球麵方程式，以最小自乘法進行與(yu) 量測值的優(you) 化(Fitting)。發光部位則進行熒光體(ti) 發光的模型化，各部位的發光強度則與(yu) 激發強度呈比例。 
 
 
Z：光軸方向的下陷(Sag)
H：與(yu) 光軸直交方向的高度
C：曲率半徑的逆數
K：Koninck係數
A：高次非球麵項 
 
　　圖4是已經模型化的LED鏡片、發光部與(yu) LED整體(ti) 的模型；圖5是使用上述模型利用仿真分析獲得的配光分布與(yu) 實測值；圖6是實際光源模塊外觀。