LED應用與驗證技術發展

前言：LED具備壽命長、省電、體積小、驅動容易…等優點，導入生活應用已是近來的熱門趨勢，但LED的發光原理畢竟與傳統常見光源不同，要用於日常生活應用中，除了光源本身的發光光型必須經特殊處理，達到近似傳統光源的發光光型與照明效果外，LED的驗證標準化工作，也將影響LED新式燈具導入市場的速度…

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LED市場應用熱度不減，繼筆記型電腦與車用照明市場逐步導入LED燈源技術後，照明、 路燈與生活光源應用，也將再度炒熱發光二極體（LED）的未來商機。LED發展甚早，由於發光原理與應用半導體的特性，讓LED的應用技術關鍵，與目前最普及的白熾燈限制不同，也成為LED應用多元發展的隱憂。

LED以往大量應用於3C、 IT產品的指示用光源，具備體積小、低能源消耗…等特性，但若將之移轉至大功率、高發光效能的應用領域，原有的LED技術，從產製、晶粒、封裝塑料、散熱機制等相關製法，都將面臨全新的應用挑戰，就連發光效能的驗證與標準，也必須重新針對LED發光源特性與限制，重新調整。

歷經數十年的改良、發展，LED在其發光效能已有長足的進步。對比傳統白熾燈會發現，白熾燈的發光效率為24Lm/W，而即便是號稱已極為省電的螢光燈具，其發光效率也與目前市場上普遍流通的LED光源效率差不多，約為80Lm/W，基本上LED發光效率至少都有白熾燈的3倍以上。在耗電量僅白熾燈十分之一的優勢下，加上驅動電力僅直流3V左右（白熾燈為交流110V），在安全性與發熱性表現也相對優異。

由於LED為利用在二極體上兩側加上電壓，致使晶片產生光亮效果的物理作用發光，因此光源特性明顯與傳統燈具大不相同，再加上LED光源使用直流電源即可直接偏壓驅動，未如一般螢光燈具需經電壓轉換變頻器輔助供電，因此能源損耗要比已極為省電的螢光燈具，要具備更高的能源使用效率。

白熾燈退出市場勢在必行

由於全球能源取得成本不斷攀升，能源的生產、開發，與消耗的速度出現落差，能源不敷使用的現況可能在十年內還未能完全紓解，其中，全球19％的能源消耗，即是用於照明用途，若照明方面的能源消耗可獲得大幅度的改善，對全球的能源問題，也能因此獲得緩解，而應用於生活個層面的白熾燈照明，其實其發光效率有限，改用更高效能的替代方案勢在必行。

目前已有美國Energy Star（能源之星）、與相關機構、組織發起發起替代性措施，而澳洲、美國、日本也著手制定法規，明定普通白熾燈具在3？10年內逐步退出市場。尋求更具效益的光源技術，已成為全球的照明重要發展趨勢。

為解決LED市場的可能發展阻礙，全球的相關驗證單位與生產業者，已針對此進行一波對應策略，在研發、生產端，不管是模擬傳統光源與使用習慣設計的LED素材燈具相繼推出，而針對不同場合最佳化的散熱、封止素材、螢光粉原料，也有全新的開發概念導入。至於驗證與測試標準的擬定方面，以台灣市場為例，經濟部在去年因應市場趨勢，已著手成立「LED照明標準及品質研發聯盟」，並嘗試透過各式科技發展專案，進行研擬針對LED光源產品量身打造的相關標準、草案，從產、官、學各界全面為LED市場應用做好熱身動作。

LED驗證標準待統一

檢視目前燈具的檢驗標準，大多將關注焦點集中在「流明」輸出與燈具的輸入功率間的比例差異，此即所謂的發光「效能」，這可以用lm/W（每瓦流明）作為衡量的基礎。回頭檢視此判斷基準來看傳統白熾燈的效能表現，若是一般60W燈泡來說，其輸出為700lm左右、發光效率多半為12？13W上下。相同的評估基準來觀察CFL（冷陰極螢光燈管）燈源，其燈泡型的螺紋管燈具，具備50lm/W發光效率。

但問題來了，上述2種燈具的發光方向皆為全向型，即燈具產生的光線自燈管或燈泡中心，向周邊全向散射，而若將此置於燈具中，則又有比例不一的光效能耗損。其中CFL燈具還有25％上下的能源耗損，與為達到其發光原理，需在燈管中應用「汞」，這也會對生態造成影響。

雖同是作為光源，LED由於是以半導體特性達到發光應用目的，但光源產生為點狀、定向的效果，光源過度集中以點狀呈現，若與一般已被廣為應用的白熾燈、CFL燈具直接進行比較，就會出現驗證上的盲點與誤差，這也可能造成未來產業良性發展的阻礙關鍵。

觀察LED的特性，可以發現其有許多目前常用光源所沒有的獨特優勢！例如，以白熾燈為例，其應用壽命可達1,000小時，但若是LED材料特性，發光壽命卻可高達50,000小時。在燈色方面，白熾燈光色變化不多，但LED卻可透過不同封止塑料，或是螢光粉參雜，達到提供多種色彩選擇或是全白光發光效益，甚至在同一顆LED上還可以用不同驅動方式於多種光色呈現間隨意切換。而燈泡有體積上的限制，LED卻可在硬板、軟板上裝設，或於不規則表面上設置，垂直深度遠小於燈泡，優異的應用彈性讓相關

鄉對於使用已久的白熾燈具，LED由於其技術新穎、發光原理不同，要建立其驗證標準有相當大的困難度，例如發光效率的量測基準，為測量點狀光源或是相對距離的發光效率？就會造成標示水準的落差。此外，使用功率的計算，在最大效能與省電狀態下的計算方式，又有呈現極大的數值差異，至於，量測的標的物是元件還是模組，其要求的重點又會有需求上的不同。

目前台灣的LED驗證標準時程規劃為4階段，第1階段為針對壽命、元件光電量、模組光電量、元件熱阻、LED路燈標準訂出規範，第2階段的重點為光學量測標準建立、元件環境測試條件、晶粒驗證標準與晶粒性能標準訂出準則，第3階段為針對散熱、ESD（Electrostatic Discharge）測試訂立測試方式與額定數值，第4階段則針對LED系統、LED元件加速測試、晶粒加速測試…等訂立評估技術。