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1、137博物館誌博物館學季刊 18（3）前 言過去博物館為了有效的控制文物展 示光照問題，會評估核算文物的展出時 間與採取控制光照強度及光照時間的措 施，因此對於展品的展期會因此而受到 限制，這會造成博物館某些展覽人滿為 患的情況。參訪者的增加不僅會造成參 訪活動與環境氣氛的品質下降，同時亦 會因參訪者的體熱、體濕、所呼出的二 氧化碳、所排放的硫氧化合物與夾帶的生物孢子而形成展出文物的潛在危機。 控制光照時數的目的即為了有效的降低 文物直接遭受光源照射的紅外與紫外輻 射機率，以減少文物材料構造中的光照 老化降解破壞，因此博物館展示環境光 源的選擇與設置方式，於近年來漸受到 博物館營運管理者所重視
2、。 近年來照明燈具與光源科技的發展 隨著綠色照明工程的實施，於世界各國 的國民經濟產業活動中，受到越來越多 的重視，然而照明器具於使用過程中所博物館文物展示環境新光源的 發展與應用思考雷祖康摘要博物館文物於展示的過程中，易直接遭受光源照射的紅外輻射與 紫外輻射影響，而逐步形成文物材料構造的潛藏光照老化降解破壞， 因此博物館展示環境光源的選擇與設置方式，於近年來漸受到博物館 營運管理者所重視。目前展示環境應用較廣的鹵素燈（鹵鎢燈） ，因其 初期投資與日後維護成本較大，而於使用過程中易造成眾多博物館的 營運管理維護負擔，同時它所產生的發熱問題亦會造成展示環境的空 調耗能負荷。螢光燈雖維護成本較低、
3、發熱量少，但其所產生的紫外 輻射無形之中會成為文物保存的潛在殺手。紫外線鍍膜為目前的防範 產品，然而鍍膜的老化所造成的無形危害，應於實際設置應用時予以 審慎的考量。目前隨著半導體產業的發展，各類型的新式環保綠色照 明燈具產品亦競相出爐，其中白光 LED 光源的應用發展已隨著半導體 科研成果的成熟而漸受國際燈具研發產業界所重視，因此本文乃針對 LED 的發展歷程與特性予以介紹說明，並就其於博物館文物展示環境之應用潛力，作一預測與提出未來配合的應用看法。138中華民國九十三年七月帶來的能源消耗狀況，於現今能源短缺 的時代則不容忽視（林憲德， 1 9 9 1） 。 目前眾多的照明光源於能源轉換過程
4、中，僅部分的電能被轉換成可利用的可 見光，而大量的電能於轉換過程中均形 成無需利用的熱輻射，因而衍生出空調 耗能的浪費。就筆者所調查的博物館文 物展示環境光源燈具應用現況資訊得 知，過去大部分的展示環境均以螢光燈 系的光源為主，然而螢光燈於作業過程 中會產生大量的紫外輻射，而對文物展 品保存產生相當程度的危害。因此近年 來隨著照明燈具性能的研發與改善，已 有相當多的博物館展示照明被鹵素燈 （鹵鎢燈）與無紫外（特殊型）螢光燈 所取代，如圖 1所示。其中鹵素燈因其 初期投資成本與日後維護成本較大，於 使用過程中易造成眾多中小型博物館營 運管理維護上的負擔，同時它所產生的 發熱問題亦會造成展示環境的
5、空調耗能 額外負荷；無紫外螢光燈雖維護成本較 鹵素燈為低，且發熱量較少，但於燈管 中所產生的紫外輻射無形中仍會形成文 物保存的潛在殺手。紫外鍍膜雖為目前 廣為應用的防範紫外線產品，然而鍍膜 品質與老化所產生的紫外線外溢，或許 會造成無形的危害，因此於實際設置應 用時應審慎的考量燈管產品耐用問題。 而上述的原因與缺陷也促使一些照明研 究科研單位與著名的照明燈具開發商，例如：P h i l i p、G E、O s r a m等，競相研 究開發新的替代性綠色光源。 二十世紀七年代起，場致發光的 光源開發技術漸受重視，Williams, E. W. 和Hall, R.之研究（Williams, 197
6、8）中， 亦已提及場致發光之基礎概念。近年來 發光二極體（Light Emitting Diode, LED） 的發展已由過去的指示號誌光源發展成 照明應用光源，其光色亦由過去的紅色 發展成綠色、藍色，乃至現今的白色。 因其工作過程為直接將電能轉化為光 能，故這也形成能源效率高、壽命長的 優點，相對也造成投資與維護成本價格 低的特性，且其於發光過程中光譜的構 成單純且成份集中，可使紅外輻射的產 生降至最低，並使得紫外輻射的產生幾 近為零，這對於燈具釋熱所產生的空調 系統耗能負荷量及對展品危害的紫外輻 射量產生機率，可降至最低的程度。目 前英國Solar GB公司已發展出一系列的 產品並廣泛應用
7、於建築的照明光源，其 商業產品如 Retro LEDTM及LUXEONTM不 僅已推出白光 L E D，應用於建築室內 外、庭園、道路號誌等場合，並提出 與太陽能結合之方案，因此對於能源節 約的成效與推廣綠色建築的構想，會產 生相當程度的助益。下文將針對白光 L E D之發展與特性作一介紹，並對其於 博物館文物展示環境的展望，提出個人 的看法。目前博物館展示光照環境 維護危機對於博物館文物展示光照的特性而 言，倘若光照亮度在人眼的視覺舒適範 圍內時，投射亮度越亮則越能提高參訪 者對於文物的欣賞需求。然而，當一般 的展覽光源亮度越高，則所含帶的非可 見光輻射含量也越多，於此輻射中，紫 外輻射會造
8、成展品的光照危害，而形成圖1. 中國大陸地區展示環境的光源應用現況（筆 者調查，調查館數：4 5，樣本數：6 5）百 分 比 華東地區白熾燈一般螢光燈特殊螢光燈鹵鎢燈金鹵燈H ID燈華中地區西部地區139博物館誌博物館學季刊 18（3）潛藏之危機，紅外輻射所帶來的熱效應 亦會造成空調系統的額外負擔；此外就 筆者的調查，於展示環境中不當設置的 燈具還會形成櫃內環境溫差不均而形成 水氣凝結、發生霉害而衍生文物存放環 境汙染與不當光照所造成的色料破壞， 如圖2、3、4所示。白光L ED光源的發展與特 性早於1907年時，朗德（Round, H. J.） 首度報導了電致發光現象（R o u n d ,
9、 1 9 0 7） 。直到1 9 6 2年時，科學家們發現 砷化鎵（G a A s）二極體能作為有效的光 源使用後，二極體的研究發展方漸受重 視。L E D的產生是在半導體（S e m i c o n - d u c t o r s）的研發基礎上所建立的，其基 本構成為由具電致發光特性的半導體材 料與導線架所組成，當電流從 LED 陽 極流向陰極時，半導體晶體就依不同蕊 心的P N結元素而發出不同波長的光線。 過去第一個商用 LED 的 PN 結所採用的 元素為鋁化鎵（ G a） 、砷（ A s）和磷 （P） ，即G a A s P，其所激發產生的光線為 6 5 5 n m的紅光。於七年代一些
10、科學家 改變了P N結的組成元素後，L E D的發光 顏色就產生了戲劇性的改變，同時發光效率也隨之提昇。這些元素有銦（ I n） 與氮（N）等A與A族的元素，使得 LED 產生綠光（555nm） 、黃光（590nm） 和橙光（6 1 0 n m） ，八年代末、九年 代初時，A l G a I n P（鋁鎵銦磷）的藍光 LED 誕生，它激發人們開始產生設計白 光 LED 研發的構想。在未研發出白光 L E D之前，雖然可以根據光學的三原色 理論，運用紅、綠、藍三種原色 L E D， 經過適當比例的光線混光而產生L E D 的白光效果，然而1 9 9 3年時，日本日亞 （N i c k i a）化
11、學公司巧妙地運用藍色晶片 （C h i p）與引入氮化鎵（G a N）於晶片的 激發處，並拌入光致敏感的泛橙黃光 YAG 釔鋁石榴石螢光粉，而發展出白光 L E D。這過程就是將一個產生近 4 0 0 n m 的藍光 LED 發出的光通過螢光粉激圖2. 燈具設置不當形成水氣凝結現象（筆者攝於 北京中國錢幣博物館錢幣展櫃）圖3. 過度水氣凝結造成展品著生霉害（筆者攝於 四川重慶市博物館紅旗展櫃）圖4. 過度光照而造成展品著漆質變褪色（筆者攝 於浙江余杭良渚文化博物館漆陶器展櫃）140中華民國九十三年七月發，並藉由藍光與橙黃光互補的效應而 產生白光。此技術自日亞開發後， L u m i l e d
12、 s、GEL core、 Solar GB等公司 均相繼研發。 至目前為止，白光 LED 的演色性 指數R a已在7 0到8 5間，色溫度的分布範 圍也因螢光粉的不同而由3 6 0 0 K 至 11 0 0 0 K 。最初剛發展的 LED 光效很 低，約只有4至5 lm/w，然而隨著半導體 與螢光粉技術的改良，現今所生產的白 光 LED 光效已增加至1 520 lm/w，預 期2005年光效率值可達到35至40 lm/w， 它的光源效能將介於白熾燈（ 14 lm/w） 與緊湊型螢光燈（ 87 lm/w）間。白光 L E D 的 使 用 壽 命 因 過 去 開 發 商 依 AlGaInP 紅色和
13、黃色的 LED 推測可達 5 0 0 0 0至1 0 0 0 0 0小時，然而現今已有部 分研究者推出實驗預測的保守資料為 6 0 0 0至1 0 0 0 0小時（劉熙娟等，2 0 0 1） ， 與緊湊型螢光燈的壽命接近，又因其構 造簡單，故價格較普遍使用於博物館的 鹵素燈低得多。L E D發光波長因不同材 料上的生長晶體構成不同而有所差異， 藍光與白光的鎵氮（ G a N）與銦鎵氮 （I n G a N）L E D的發光波長為4 7 0 n m，如 表1所示。因其發光原理較螢光燈、鹵素燈簡 單，故其光譜分布曲線十分的單純，由 圖2之光譜分布曲線中可看出白光的組 成由近4 6 0 n m陡峰值
14、的藍光與近 5 8 0 n m 緩峰值的橙黃光譜所組成，因此其波長 在3 9 7 n m以下的紫外輻射及 7 7 0 n m以上 的紅外輻射能分布幾乎為零，也就是說 其無紫外輻射及紅外輻射的存在，相較 於其他常用的光源，更適用於博物館展 示環境；其與一般常用光源的性能比較 則如表2所示。白光L E D 光源於展示環境 適用性分析關於博物館文物保存的環境標準， 各國博物館協會及研究單位過去均提出 各種不同的看法，其中針對照明環境之 推薦標準，由表 3可看出各國對於展品 之照度各有不同的認知標準，且差異甚 大。然就色溫度標準而言，國際博物館 協會（ I C O M）則提出由 2 9 0 0 K 至
15、 6 5 0 0 K 之控制要求，表 2所列之光源 中，金屬鹵化物燈及白光L E D燈即合乎 此標準，鹵鎢燈僅接近最低標準。就表材料波長 （nm ） 光色GaA sP/GaP590/625橙紅色表1. 不同材料上生長晶體所發生波長GaP/ GaP570橙紅色GaA l A s/GaA s645紅色GaA l A s/ GaA l A s642紅色GaN /Si C470藍白色InGaN /Si c470藍白色種類金屬鹵化物燈 高壓鈉燈 鹵鎢燈 白光 LED 燈功 率 （w ） 150 150 150 144*表2. 白光 LED 與幾種展示環境常見光源特性比較表 (本研究整理)總光通 （1m
16、） 13500 14000 2500 21160*顯色指數 （Ra） 8095 2039 98100 7085紫外 3. 5 0. 2 - -可見 33 32 8 100紅外 10 25 65 -色溫度 （K） 4200 2000 2800 4500參考價格 ($) 160 284 9. 9 8壽 命 （h） 10000 10000 2000 10000以上光成份（% ）*係指此數值計算值依據Sol ar GB公司M R - 1 6 型白光L ED之基本性能資料核算而來，其中的電功率為1 2 w / L E D ， 燈列組數為1 2 L E D /燈，發光效率為 15l m / w (資料參考h t t p : / / w w w . sol a r g b . c o . u k 網站)141博物館誌博物館學季刊 18（3）2中光成份而言，金屬鹵化物燈與高壓 鈉燈均會產生紅外及紫外輻射，而鹵鎢 燈會產生大量的紅外輻射。就光源使用 壽命而言，鹵鎢燈之壽命較短，僅2 0 0 0 小時，
