進軍LED燈具國際市場，取得認證為當務之急

一般認為2012年將是LED照明起飛的一年，個中原因當然就是各國陸續開始禁用白熾燈，且中國大陸將半導體照明列入七大戰略性新興產業；預計在今年(2012年)補助超過千萬支LED燈具。此外，在今年年初的南韓市場上，取代40瓦的LED燈泡已跌破10美元，種種因素讓人相信LED燈具的春天已經不遠，商機處處。

尤其是相對成熟的國際市場，更是LED燈具業者亟欲切入的區域。然而，要切進全球各地的LED燈具市場，則符合各地規範為首要之務。例如美國環境保護局(EPA)所推動的能源之星(Energy Star)便是各大LED燈具外銷企業要注意的門檻。

能源之星標誌是由美國環保署(Environmental Protection Agency, EPA)和能源部(Department of Energy, DOE)共同創建，旨在保證所列管產品的能效符合法規要求。自2011年1月1日起，所有由製造商提出參與能源之星計畫的全新產品，必須通過EPA認可的認證機構(EPA-recognized CB)審核，並根據特定條件完成認可測試(Qualification Testing)，才能使用能源之星標誌。因此LED燈具必須同時滿足相對應的安全要求才可進入美國市場。

進入美國市場，能源之星為門檻

能源之星照明產品標準的發展，若從光源種類來看，初期可分為LED光源和傳統光源，LED光源的照明產品包括LED燈泡和LED燈具，傳統光源的照明產品包括使用白熾燈，HID燈，螢光燈的燈具和緊湊型螢光燈泡。根據UL南沙檢測中心所提供的資料指出，目前能源之星照明產品標準正在進行整合工作。現行燈具類產品規範共有四本：燈具、一體式LED燈泡，以及緊湊型節能燈和裝飾燈串。這些規範分別由美國EPA和DOE制定，但因存在了要求不統一，涵蓋產品少等缺點，長期以來無法全力滿足業界需要。因此，現階段標準將整合為三大部份，分別為燈具、家用(替換型)燈泡及裝飾燈串。不同的產品型式需符合不同的標準。

上述提到的UL南沙檢測中心，為UL在中國廣州南沙所建立的檢測服務中心，不僅可為大中華區客戶提供完備的檢測服務(Verification Services)，包括商品測試，檢驗與審核等專案，更將有助於製造商從產品的研發設計階段至最終投入量產的過程中，導入更具成本效益且全面的管理平臺，並可進一步強化零售供應鏈的品質管制。

UL檢測服務中心針對包括LED燈具在內的家電、消費性電子、照明設備等多項電器電子產品，進行可靠性測試、性能測試及能源能效測試等服務，此座服務中心的建立是繼紐西蘭、美國和英國的測試中心之後，UL在亞洲拓展的第一個檢測服務據點。UL副總裁暨大中華區總經理周威方表示：“美國能源之星是美國政府主導的能源節約認證計畫，目前已經被廣大的北美採購商和消費者所接受。UL正積極在大中華區建立當地化的測試能力，以期為廠商同時提供安全和能效認證的一站式服務，進一步説明兩岸三地的製造商加快出口北美市場的速度。”

據瞭解，UL南沙檢測中心內部並建置有全球首屈一指的燈具實驗室，該實驗室擁有世界級的先進測試設備，包括最新的分散式亮度計、積分球及LM-80測試系統。UL可針對照明設備等多數電器電子產品，提供光電性能測試以及能源能效測試等服務。此外，UL檢測服務中心的照明光源LED燈具測試實驗室，是目前全球規模最大的LED燈具及光源性能測試實驗室之一。

由於美國市場龐大，各驗證單位無不極力爭取相關資格。例如宜特科技便已剛通過美國國家環境保護局(EPA)授權機構TAF(全國認證基金會)在LED LM-80(光通維持率)的認可資格，這項認可代表宜特獲得授權，LED廠到宜特執行的LM-80測試報告將可成為向EPA申請能源之星認證的正式檔，有利LED廠商進軍美國市場。宜特科技創建於1994年，目前在臺灣新竹、上海、昆山、北京、深圳、廈門與日本亞洲等地及美國矽谷皆已建立據點。

美國電光源包裝，需加貼新標籤

除能源之星對LED照明有所要求外，美國聯邦貿易委員會並規定自2011年6月起，在美國銷售的電光源包裝上需加貼新標籤，不符合新標籤要求的電光源將不允許在美國境內銷售。法規要求，新標籤將取代原來單一的以功率來區分各類電光源的模式，要求增加光通量、每年耗能成本、平均壽命、色溫、含汞量等與電光源能源效率和含有毒有害物質有關的資訊。新標籤的內容將使消費者能夠清楚地識別不同電光源的節能和環保水準，在鼓勵使用自鎮流螢光燈、LED燈等高能效產品的同時，使白熾燈泡等低能效的電光源產品最終退出美國市場。

日本公佈最新規定，加貼圓形PSE標誌

除美國市場外，日本的動態也值得注意。日本經濟產業省於2011年7月1日公佈《關於修訂電氣用品安全法施行令的部分內容的政令》。根據該政令的最新規定，進入日本市場銷售的LED燈泡及LED電燈器具將於2012年7月1日開始需加貼圓形PSE標誌。這標誌著LED燈及LED燈具成為《電氣用品安全法》管制對象。

日本LED產品認證的安全和電磁相容標準目前只有省令1項，省令2項的協調標準尚未出臺。因此與LED相關的IEC標準不在《電氣用品安全法》接受範圍內。從2012年7月1日開始，最可行、最省成本的方法是依據日本省令1項的技術基準製造LED燈泡和LED電燈器具。

誠如前文所言，欲進軍國際市場，符合相關標準為第一要務，而在驗證夥伴的選擇上，則建議應以公信力為首選，以免後患無窮。

高亮度LED的認識

以LED 晶粒製造商Philips Lumileds 之高功率、高亮度的產品為例，分別解釋LED的光輸出與溫度的關係、LED壽命與操作電流、接面溫度（Junction temperature）之間的關係。
下圖為LED光電轉換效率與溫度之關係。LED光電轉換效率的意義為：發光亮度（lm）／輸入功率（mW）的比值。另，其thermal pad的溫度，是指LED 封裝基板底面的溫度。其光電轉換效率為1時，係指thermal pad的溫度維持在常溫25℃下時的狀況。由圖可知，光電轉換效率在thermal pad的溫度愈低時，光電轉換效率愈高，在thermal pad的溫度愈高時，光電轉換效率愈低。
但在一般熱管理上，無法以被動的方式，將thermal pad維持在與環境溫度相同的溫度；因此，實際操作下，thermal pad的溫度將遠高環溫，因此LED的效能將因接面溫度的上升而降低。以圖2為例，當LED 封裝基板底面的溫度達110℃時，效率已降至約為25℃下時的狀況的80%左右而已，散熱的技術與系統效率可見一斑。

圖2：LED的發光特性與溫度的關係

值得一提的是，主動式的強制對流(如使用風扇等)，相較於被動式自然散熱(如僅以散熱片散熱)的方法，學理上有約10倍的效能，故在散熱界真對高瓦特數/高熱量的產品，一般會以主動式的強制對流來解決散熱需求。
在說明下圖之前，需先解釋圖中（B50，L70）的意義。B50表示有50%的LED，經過一段時間之後，其LED亮度還能維持在原初的亮度值的70%（L70的意義）以上；最常見的失效模式，是亮度不足或是點不亮。而此定義，維持傳統燈泡對壽命定義的方式。
為什麼要以70%為亮度衰減的閥值呢？原因是任何光源，當其亮度衰減到原初亮度的70%時，人眼剛好可以鑑別其亮度的衰退，產生明、暗的感覺。另外若針對戶外用的LED燈具，因考慮到爾後維修的成本高，有些要求會將B50提高為B10(指10%無為失效模式)，其亮度的維持度與壽命將因此而降低。

 

圖3：LED期望壽命與驅動電流、接面溫度之間的關係

由圖3可知，愈低的操作電流，LED可承受更高的接面溫度（Junction temperature）；反之，操作電流愈高，接面溫度須維持在較低的水平。
舉例來說，LED路燈其上每顆LED的操作電流為1.5A時，要維持LED晶粒在6萬小時的期望壽命下，其接面溫度需要低於120℃；而當每顆LED晶粒操作在700mA時，在同等6萬小時的期望壽命上，LED接面溫度可以提高到142℃。但是圖三有一沒有說明的，即愈低的輸入電流、愈低的接面温度，其光電轉換效率愈高、愈節能環保；因此，在目前的階段中，要使LED路燈顯現節能、環保的優勢，必須具備較高的光電轉換效率，因此好大一部份的LED路燈製造商將其每顆LED晶粒的驅動電流維持在350mA左右。
只有少數散熱有較高技術水平的公司，可以將其LED晶粒的驅電電流提高到700mA以上；如此，這類的供應商，其LED路燈模組的價格，將因使用更少的LED晶粒，而達到成本低減的目的，同時並顯現節能、環保的述求。

皇家飛利浦電子公司

荷蘭皇家飛利浦電子公司是一家多元化的健康及優質生活公司，專注於提供及時的創新產品以改善人們的生活。作為醫療保健、優質生活及照明的全球領導者，飛利浦以客戶導向為基礎，秉 持「sense and simplicity」 之品牌承諾，結合科技與設計提供以人為中心的解決方案。

總部位於荷蘭， 飛利浦現有約117,000位員工活躍於全球100多個國家。2010年之營業額達223億歐元。在心臟照護、重症治療、家庭醫療保健、節能照明解決方案、 創新照明應用、以及個人優質生活與娛樂產品皆為市場領導者。在男性刮鬍及修容、可攜式娛樂產品、及口腔保健產品皆具重要領導地位。

LED植物燈在植物栽培中的應用

光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一，通過光質調節，控制植株形態建成是設施栽培領域的一項重要技術。

High-power LED大功率作為第五代新型照明光源，LED具有許多不同於其他光源的特點，這也使其成為節能環保光源的首選。應用於植物培養領域的LED還表現以下特徵：波長類型豐富、正好與植物光合成和光形態建成的光譜範圍吻合；頻譜波寬度半寬窄，可按照需要組合獲得純正單色光與複合光譜；可以集中特定波長的光均衡地照射作物；不僅可以調節作物開花與結實，而且還能控制株高和植物的營養成分；系統發熱少，佔用空間小，可用於多層栽培立體組合系統，實現了低熱負荷和生產空間小型化；此外，其特強的耐用性也降低了運行成本。由於這些顯著的特徵，LED十分適合應用於可控設施環境中的植物栽培，如植物組織培養、設施園藝與工廠化育苗和航太生態生保系統等。
光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一，通過光質調節，控制植株形態建成是設施栽培領域的一項重要技術。


LED應用於植物設施栽培的研究

植物生長的光環境控制照明技術已經引起重視。設施園藝照明技術主要應用於兩個方面：一、在日照量少或日照時間短的時候作為植物光合作用的補充照明；二、作為植物光週期、光形態建成的誘導照明。 

1. LED作為植物光合作用補充照明的研究


傳統人工光源產生太多熱量，如採用LED補充照明和水培系統，空氣能夠被迴圈使用，過多的熱量和水份可以被移除，電能能夠被高效地轉變為有效光合輻射，最終轉化為植物物質。研究表明：採用LED照明，生菜的生長速率、光合速率都提高 30%以上，將LED用於植物工廠是可行的。

研究發現，與螢光燈相比，混合波長的LED光源能夠顯著促進菠菜、蘿蔔和生菜的生長發育，提高形態指標；能夠使甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，並在毛根中產生最高的糖分和澱粉積累。

與金屬鹵化燈相比，生長在符合波長LED下的胡椒、紫蘇植株，其莖、葉的解剖學形態發生顯著的變化，並且隨著光密度提高，植株的光合速率提高。複合波長的LED可引起萬壽菊和鼠尾草兩種植物的氣孔數目增多。

2. LED作為植物光週期、光形態建成的誘導照明

特定波長的LED可影響植物的開花時間、品質和花期持續時間。某些波長的LED能夠提高植物的花芽數和開花數；某些波長的LED能夠降低成花反應，調控了花梗長度和花期，有利於切花生產和上市。由此可見通過LED調控可以調控植物的開花和隨後的生長。
3. LED應用於航太生態生保系統的研究
建立受控生態生保系統(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是解決長期載人航太生命保障問題的根本途徑，高等植物的栽培是CELSS的重要元件，其關鍵之一光照。

基於空間環境的特殊要求，空間高等植物栽培中使用的光源必須具有發光效率高、輸出的光波適合於植物光合作用和形態建成、體積小、重量輕、壽命長、高安全可靠性記錄和無環境污染等特點。與冷白螢光燈、高壓鈉燈和金屬鹵素燈等其他光源相比較，LED更能有效地將光能轉化成光合有效輻射；此外,它具有壽命長、體積小、重量輕和呈固態等特點，因此，近年來在地面和空間植物栽培中倍受重視。研究表明LED照明系統能提供光譜能量分佈均勻的照明，其電能轉換為植物所需光的效率超過金鹵燈的520倍。

解析LED植物燈對光合作用的補光應用

　　植物都需要陽光的照射才能生長的更加茂盛。光對植物生長的作用是促進植物葉綠素吸收二氧化碳和水等養份，合成碳水化合物。但現代科學可以讓植物在沒有太陽的地方更好地生長，人們掌握了植物對太陽需要的內在原理，就是葉片的光合作用，在葉片光合作用時需要外界光子的激發才可完成整個光合過程，太陽光線就是光子激發的一過供能過程。人為的創造光源也同樣可以讓植物完成光合過程，現代園藝或者植物工廠內都結合了補光技術或者完全的人工光技術。科學家發現藍光區和紅光區十分接近植物光合作用的效率曲線，是植物生長的最佳光源。

LED植物燈知識：

1. 不同波長的光線對於植物光合作用的影響是不同的，植物光合作用需要的光線，波長在400-700nm左右。400-500nm（藍色）的光線以及615-720nm（紅色）對於光合作用貢獻最大。
2. 藍色和紅色的LED，剛好可以提供植物所需的光線，因此，LED植物燈，比較理想的選擇就是使用這兩種顏色組合。在視覺效果上，紅藍組合的植物燈呈現粉紅色。
3. 藍色光能促進綠葉生長；紅色光有助於開花結果和延長花期。
4. LED植物燈的紅藍LED比例一般在4：1--9：1之間為宜，通常可選4-7：1。
   　

LED應用於植物設施栽培的前景分析
LED以其固有的優越性正吸引著世界的目光。特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，由於LED光源具有發光效率高、使用壽命長、安全可靠，環保節能等特性，使LED在照明市場的前景更備受全球矚目。

在傳統農業生產中一般使用普通電光源補充光照和應用不同覆蓋材料等農業技術措施，如採用單色螢光燈或彩色塑膠薄膜，改變光環境以調控設施栽培環境中植物的生長發育。但這些措施存在著不同程度的問題，如缺乏對具體光譜成分的分析導致光質處理不純，光強不一致、接近甚至或低於植物的光補償點，照射光源能效低等。LED在植物設施栽培環境中的大量應用研究結果表明，High-power LED大功率能夠解決這些難題，特別適合應用於人工光控制型植物設施栽培環境。
採用LED半導體燈泡配置出最適合植物生長的光源

　　按比例設置的彩色燈光能讓草莓、番茄變得更甜，營養更豐富。用燈光照射冬青幼苗，就是模倣植物在室外的光合作用。光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，並且釋放出氧的過程。太陽光是由不同顏色的光線組成的，不同顏色的光對植物生長能產生不同的作用。
LED光源又稱半導體光源，這種光源波長比較窄，能控制光的顏色。用它對植物進行單獨照射，就能改良植物品種。
植物工廠是國際公認的設施農業最高級發展階段，是一種技術密集、不受或很少受自然條件制約的全新生產方式。

總諧波失真: THD (Total Harmonic Distortion)

Total Harmonic Distortion，簡稱 THD。在講解之前，先來瞭解 Harmonic Distortion，也就是諧波失真。諧波失真用來表示檢測非線性失真(Nonlinear Distortion)的結果，非線性失真的定義是輸入訊號經過處理後，輸出時所產生的錯誤部分，這個錯誤部分與原本的輸入訊號無關，通常會在輸入訊號以外的頻率產生其他錯誤訊號。總諧波失真則是用來測試每一個從原始訊號產生出來的新頻率，也就是剛才定義的非線性失真，這些屬於非線性失真的頻率就稱為諧波(harmonics)，而且這些諧波的產生位置是原始訊號頻率的整數倍位置，例如 1000Hz 的諧波就是 2kHz、3kHz、4kHz 等。測試 THD 時，是發出 1000Hz 的聲音來檢測，所以圖形中在 1000Hz 的位置會有峰波，我們要觀察的是 1000Hz 右邊產生出來的諧波多寡。這一個值越小越好。 在真空管的機器上，THD 通常相當的多，但是這卻讓聲音產生溫暖和諧的感覺，不過一般的電晶體裝置，例如解碼器、音效卡，其上的奇次諧波(以 1000Hz 來說，3k、5k、7k 就是它的奇次諧波)不會讓聲音變好聽，所以其 THD 值還是要越低越好，通常高品質的裝置都會低於 0.002%。

何謂色溫? CCT

何謂色溫 Color temperature？

在彩色攝影中，色溫是影響色彩其中一個重要的環節，色溫代表物體被光線照射後所反射之光的色彩組合，光是由彩色的光譜所組成，因為光源性質的不同，物體反射的光線顏色也各有異，如：在陰天時光線偏藍，日光燈下偏綠，夕陽的光線偏黃，由於人眼有適應力感覺不到差異，但底片卻會忠實呈現出來，造成誤差。

色溫的定義與表示法：

19世紀末的一位英國物理學家Lord Kelvin，他制定出了一整套色溫計算法，色溫的表示是以絕對溫度「凱氏溫度 °K」表示，在0°K也就是-273℃的一個黑色物體（指不會反射入射光的黑色材料），在加熱過程中會散發出光線，隨者溫度的不同，光線顏色會改變，當加熱至2000°K時，物體會散發紅色光線，3000°K時顏色由紅橙轉為黃，到5000°K時為白色，一直到8000°K時為藍色，溫度越高光線中藍色的成分也就越多；溫度越低光線中紅色的成分就越多，而色溫就是以上述方法來表示。

了解了色溫的定義與表示法後，我們把不同的凱氏溫度所對應的顏色整理出來，並對照日常生活中不同可見光源所表現出的色彩，如右表所見：太陽在不同的時間與環境下，以及不同的光源產生的光線都有不同的色溫表現，因此色溫的表現處處皆可見，其中最常見的色溫也就是一般太陽光源所產生的色溫了。

顏色	凱氏溫度	對應光源
深藍	11000°K	藍天
淡藍	5000~8000°K	陰天
淡綠	6000~7000°K	日光燈
白色	5400°K	平均中午日光
淡黃	4500°K	日出後日落前1hr
黃色	3400°K	攝影棚燈
深黃	3200°K	鎢絲燈
橘黃	3000°K	黃昏
黃紅	1900°K	燭光

LED 相關名詞解釋

• 光子 (photon) : 為一種靜止質量為零的粒子,具有能量及動量.光子的能量與光的波長頻率成正比.
• 演色性 (CRI) : 物體在人工光源下與相較於在太陽光 (自然光) 下的感受真實度比例. 演色性越高,表示眼睛所感受的物體越接近自然.
• 色溫 (CCT) : 指透過物理性或客觀性尺度來表現光源的色調,以決定照明場所的氣氛.衡量色溫的單位為K (Kelvin) .若色溫越高,表示光色較偏藍色,反之,色溫越低,則表示越近紅色.一般來說,高效率的節能燈所發出的光為高色溫(約4500K ~ 6500K). 
• nm (nanmeter, 奈米) : 為長度單位,1奈米等於10億分之一公尺,大小相當於分子結構或生物DNA層次.
• lm (Lumen, 流明) : 為光通量的單位,光通量是指光源在某一單位時間內發出的光量總合,簡單說就是每秒鐘的光通量.通常100瓦的燈泡可產生1,750 lm的發光量.
• lm/W (流明/瓦) : 為發光效率的單位,光源效率的算法是將發光量除以所需消耗的電量,意即為每一瓦電力所發出的光量,若數值越高,表示光源效率越高,也越能達到節能效果.
• cd (Candela, 燭光) : 為測量發光量 (或光通量) 的強度單位,又稱光度.指從某一特定方向內放射出來的發光量,若光度越大,則光源越亮,通常發光強度為1cd 的光源,可以放射出約12.57 lm的光通量. 1cd  = 1000 mcd (毫燭光).
• 照度 : 為光源投射到某一單位面積上的光通量,單位為Lux. 1 Lux = 1 lm/平方公尺.
• 輝度 : 為測量光的反射現象程度,單位為 Nit = cd/平方公尺. 輝度是用來評估發光體對眼睛的刺激程度,若輝度越高,代標眼睛感覺越刺眼.