LED普遍被認為是下世代的主流照明技術(shù)，然而在照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換光源的過程中，因其特性上的不同，LED作為新光源也較傳統(tǒng)光源多了些新考量。例如LED的表現(xiàn)會隨著結(jié)點溫度（junctiontemperature）不同而不同，于是乎LED作為新光源也就多了散熱的考量；例如LED的光形會隨著元件與二次光學的設(shè)計不同而不同，設(shè)計上也就多了更多的考量與彈性；例如LED驅(qū)動方式與傳統(tǒng)光源不同，不同的驅(qū)動電路設(shè)計也使LED光源的表現(xiàn)大為不同。本文特別針對LED作為照明新光源，其光形（spatialdistribution）與頻閃（flicker）的考量提出討論，并介紹其在線量測的解決方案。

　　光形

　　雖然近年來LED元件設(shè)計大幅增加了各方向的光取出率，但相對來說LED還是指向性較高的光源。在球泡燈的應(yīng)用上，過往幾年LED燈泡因其元件特性與散熱設(shè)計，多采取半周光燈泡的設(shè)計，其燈泡發(fā)光角度約只為120°，較傳統(tǒng)白熾燈泡的300°可謂大幅縮小，如圖一所示，而既有燈具一般是為傳統(tǒng)白熾燈泡做設(shè)計，在直接取代的替換光源應(yīng)用上，使用者的感受明顯與期待有所落差，如圖二所示，也因如此，較新的設(shè)計紛紛采取能有較大出光角度的全周光設(shè)計，而對全周光不同方向的出光量，也有相對應(yīng)的規(guī)定與要求，如美國的能源之星計劃，便針對全周光的光形有如圖三的要求，在剖面的135°~180°的區(qū)間，要求其光通量不得低于總光通量的5%。針對不同型態(tài)的光源型式與應(yīng)用，其對光源的配光要求也會有所不同，如日本針對LED燈管便有JEL801的規(guī)范，要求在120°的區(qū)間內(nèi)，其光通量需小于總光通量的70%，如圖所示四。

　　圖一燈泡光形比較

　　圖二全周光與半周光燈泡在相同燈具上的表現(xiàn)

　　圖三美國能源之星對全周光燈泡之要求

　　圖四日本JEL801之燈管光形要求

　　頻閃

　　所謂的頻閃（flicker）是光源強度隨著時間有明暗變化的現(xiàn)象，而頻閃隨著其明暗變化的振幅大小與變化頻率，對人身體也會有不同程度的影響。在IEEEStandardP1789的報告指出人眼可辨識頻率70Hz以下的頻閃，而人生理上對這樣的頻閃可能會有頭痛、眼花、心神不安、或引發(fā)癲癇等反應(yīng)。人體對于高于70Hz較無法感知的頻閃，也并非毫無反應(yīng)，可能引發(fā)的生理反應(yīng)有頭痛、眼睛疲勞、長期使用會影響視力、有些個案會引發(fā)心跳加快等等，研究顯示可能需要高于160Hz以上，甚至高于200Hz方能對生理危害較無疑慮。而可允許的明暗變化振幅大小，也與頻率高低有關(guān)，在低頻的頻閃狀況下，些微的明暗變化便有可能會引發(fā)生理反應(yīng)。除了生理危害之外，在某些應(yīng)用場合也會有不同考量，如在攝影棚的應(yīng)用上，攝影機等設(shè)備能擷取到更高頻率的變化，對頻閃的要求也相對較高，尤其是現(xiàn)今智慧型手機普及，消費者隨時隨手均能對生活周遭事物攝影，有頻閃的照明對于攝影品質(zhì)是極大的傷害，也會引來消費者的抱怨。

　　由于頻閃對于LED照明至關(guān)重要，各國各組織紛紛對此做研究，并定義相對應(yīng)的規(guī)范與標準，如美國能源之星計劃、IEC、ANSI、CIE等等組織均有相關(guān)于頻閃的規(guī)范與研究，例如對于明暗變化的振幅大小，ANSI/IES便定義了兩個指標來描述，分別為PercentFlicker與FlickerIndex，其相關(guān)定義如圖五所示。PercentFlicker由時域上光波形的振幅大小定義，F(xiàn)lickerIndex則從能量觀點來作為定義。針對頻率部分，雖然有研究顯示可能約需高于160Hz以上方能無生理危害，但因這部份尚無結(jié)論，并考量現(xiàn)有技術(shù)與成本，各國規(guī)范大致是以電力系統(tǒng)頻率的二次諧波作為規(guī)范，如美國電力為60Hz，能源之星便要求LED照明不能有低于120Hz的頻閃，但相信隨著相關(guān)研究陸續(xù)有成果后，對于可允許的頻閃頻率規(guī)范可能也會有相對應(yīng)之修改。

　　圖五ANSI/IES定義之頻閃指標

　　LED作為新光源，頻閃之所以會是須考量的重點，在于傳統(tǒng)光源其頻閃現(xiàn)象較為一致，而LED則會因為設(shè)計上的取舍與選擇，而有很大的差異。表一為各種光源使用上述頻閃指標的數(shù)值范圍，由表可知各種傳統(tǒng)光源其指標一致，但LED光源因驅(qū)動電路設(shè)計的不同，可能會有極為不同的表現(xiàn)。

　　光形與頻閃的在線測試

　　甫獲得LEDinside極光獎最佳后段制程LED檢測設(shè)備獎的在線式發(fā)光二極體照明測試系統(tǒng)，除了流明、色溫等等傳統(tǒng)檢測之外，特別針對光形與頻閃也提出了在線檢測的方法。測試系統(tǒng)架構(gòu)如圖六所示，其相關(guān)測試原理則詳述于“LED照明產(chǎn)品在生產(chǎn)在線測試的可行性與必要性”一文中。

　　圖六LED燈在線測試系統(tǒng)架構(gòu)

　　實驗室中對于光形分布是使用分布光度計（Goniophotometer）作為量測設(shè)備，然而分布光度計不僅體積龐大，且每次量測約需數(shù)小時的時間，實不適合作為生產(chǎn)檢測使用。致茂電子的在線測試系統(tǒng)，使用多個大面積光偵測器，在待測物周圍適當布滿，因此透過這多個光偵測器所測得光量，便能大略描繪出待測物之光形分布。如在燈泡的應(yīng)用中，藉由光偵測器的適當排列，便能檢測能源之星要求的剖面135°~180°區(qū)間光通量檢測要求，如圖七所示。類似的，在燈管的應(yīng)用中，藉由光偵測器的適當排列，亦能針對如日本JEL801對燈管光形之要求，如圖八所示。表二為應(yīng)用圖七方式，針對5000顆全周光LED燈泡實測其剖面135~180度區(qū)間光通量百分比結(jié)果。因其來料品質(zhì)與組裝精準度問題，雖然已作了全周光的設(shè)計，但還是有近70顆燈泡不符合能源之星規(guī)范。

　　圖七燈泡光形在線檢測—美國能源之星要求范例

　　圖八燈管光形在線檢測—日本JEL要求范例

　　全周光燈泡能源之星規(guī)范實測

　　針對頻閃部份，在線測試系統(tǒng)使用單晶矽太陽能板作為光偵測器，藉由適當?shù)娜樱╯ampling）技術(shù)，便能適當描繪待測物之光輸出于時域上（timedomain）之波形，透過軟計算后，提供了包括PercentFlicker、FlickerIndex與頻率資訊，藉由傅利葉轉(zhuǎn)換（FourierTransform），亦提供了完整的頻域（frequencydomain）資訊。配合系統(tǒng)所配置之數(shù)位功率表，便能在時域上同時描繪出電壓、電流、與光輸出波形，方便工程人員作進一步之分析驗證之用，如圖九所示。圖十則為市售幾種不同LED燈泡實測結(jié)果波形，由圖可知各家燈泡之波形表現(xiàn)極為不同，其頻閃現(xiàn)象也極為不同，與傳統(tǒng)光源頻閃現(xiàn)象一致的情形大異其趣，也增添了LED光源應(yīng)用上的困難。

　　圖九頻閃之完整時域與頻域分析

　　圖十市售LED燈泡頻閃實測波形

　　結(jié)論

　　LED作為新光源，因其與傳統(tǒng)光源特性上的不同，也帶給照明業(yè)者使用上的新考量與挑戰(zhàn)。本文特別針對光形與頻閃做討論。甫獲得LEDinside極光獎最佳后段制程LED檢測設(shè)備獎之致茂電子在線測試設(shè)備，結(jié)合了自動化達成在線測試目的，除了一般的流明、色溫等參數(shù)檢測外，亦針對光形與頻閃提供了完整的解決方案。