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[媒體報導]LED計量標準技術 拓展照明國際市場 資料來源:工商時報  刊登日期:2011-08-23

資料提供:程鏡明│工商時報 記者

LED計量標準技術 拓展照明國際市場(一)


‧時間:2011年08月17日(星期三)
‧地點:經濟部標準檢驗局第2會議室
‧主辦單位:經濟部標準檢驗局
‧執行單位:工研院量測技術發展中心
‧主題:LED計量標準帶動照明產業發展
‧主持人:經濟部標準檢驗局 局長 陳介山

出席專家:
台達電子工業股份有限公司 經理 張世杰
晶元光電股份有限公司 總經理特助 鄧紹猷
國立中央大學光電科學與工程學系 教授 楊宗勳
艾笛森光電股份有限公司 課長 王泰元
國立台灣科技大學電子系 教授 胡能忠
工業技術研究院量測技術發展中心 組長 彭國勝

紀錄/攝影 程鏡明

●引言

標準檢驗局局長陳介山表示:LED照明技術不斷突破與創新,使得LED應用於照明的時代來臨,讓生活朝向省能、安全、永續環境方向前進,未來更可能有各式各樣之技術應用,使人類生活更進步舒適。台灣LED產業蓬勃發展且技術先進,產量全球第一,產值第二,但對於這些推陳出新的應用與產品,仍有許多困難與挑戰待克服。而相應的計量標準、產品標準及檢測技術,更直接影響LED照明產品的效能與開發速度,甚至影響消費者對於產品的接受度,標檢局將會持續了解產業及民生需求,蒐集國際標準發展趨勢,並進行兩岸LED標準相關合作,促進國內相關產業所需計量追溯體系之完備,以及產品規範的及時性,使LED新照明達到提升大眾生活品質的目的。

站在人類新照明革新發展歷程以及台灣重點產業競爭力的角度,經濟部標準檢驗局願意積極協助推動LED產業的發展。今年開始委託工研院量測中心執行「能源計量標準技術發展計畫」之LED相關計量標準及技術,建立產業所需之國家級標準追溯體系。以確保我國各項技術之研發與規格為國際所認同,為我國產業及經濟發展奠基。

LED照明產品已陸續出現在我們的日常生活上,因此,更需重視LED照明產品科技產業化所衍生的參數共通性、檢測標準一致性、光照舒適性、產品安全性及使用壽命議題,如各位專家今天所講的重點,包括LED照明產品的安全、性能、可靠、相容性議題,LED新照明方式及人類生活的影響。希望我們能在面臨劇變及競爭的時代,可以做出最正確最有利的方向。

今年執行之「能源計量標準技術發展計畫」,使國內LED廠商之品保研發所需之光性色度參數有可靠的量化依據。標檢局將會持續了解產業及民生需求,促進國內相關產業所需之計量追溯體系之完備,以及產品規範之及時性,以期動台灣產業發展與造福人類。

●建立驗證制度 促進產業發展

台達電子公司經理張世杰:台灣是國際照明產品的製造重鎮,LED產量世界第一!具有優良、創新的照明技術及豐厚的生產能力,在照明技術和生產實力上有目共睹。台灣LED照明產業,上、中、下游產業鏈建構完整,形成垂直專業分工。企業經營靈活,創新開發能力強,可對市場需求,迅速做出反應。

但是,台灣LED照明產業也存在一定隱憂,例如:產品安全性不足、性能差異大,可靠性不夠,關鍵性組件的相容性低等問題。為了促進LED照明產業發展,提出以下四點看法:

一、促進LED照明產業發展,「確保產品的安全」是重要因素
標準制訂是LED照明產品走向國際市場的重要因素之一,經濟部標準檢驗局自97年起建立了全球的第一個LED路燈標準,之後又陸續建立了多項LED照明產品的相關標準,但很可惜,除了固定式、嵌入式、可攜式以及LED道路照明燈具已納入國家驗證制度外,其它已建立標準之LED產品,如:LED模組、輕鋼架天花板嵌入型LED燈具、安定器內藏式LED燈泡、雙燈帽直管型LED光源等,均未納入國家驗證制度(BSMI、正字標記)管控。相關產品沒有把關便可在國內市場銷售。更有部份廠商為了節約成本,在不考慮產品安全的情況下,削價競爭,產品安全沒有保障,一但發生事故,易使消費者對LED照明產品失去信心,不利產業發展。

二、促進LED照明產業發展,「確保產品的性能」是重要因素
以LED球泡燈為例,目前坊間宣稱能夠取代40W白熾燈泡的LED產品甚多,但發光亮度是否真的都能夠達到40W白熾燈泡的亮度,消費者只能自求多福。針對這個問題,歐盟ErP指令與美國Energy Star已經建立了相關規範,規定達到多少發光流明的LED燈泡才能宣稱取代多少瓦數的白熾燈泡,並要求廠商要誠實標示,以保障消費者權益。建議台灣可以參考及引進歐美的做法並制定成國家標準。

三、促進LED照明產業發展,「產品的可靠性」是重要因素
任何產品要想廣泛普及,必須具備「可靠性」。LED照明產品也是一樣。國內目前僅CNS15233 LED道路照明燈具標準與CNS15437輕鋼架天花板嵌入型LED燈具標準有考量到燈具的可靠性。其它的LED照明產品,如:安定器內藏式LED燈泡、雙燈帽直管型LED光源、LED封裝元件、模組等產品均未建立可靠性的標準。一但產品投入市場才發生可靠性不足的問題,易使消費者對LED照明產品產生疑慮,建議國家標準局能夠研擬、建立相關產品的可靠性標準。

四、促進LED照明產業發展,「關鍵性組件的相容性」亦是重要因素
以LED路燈為例,目前路燈的銷售主要是以標案為主,當業主完成LED路燈安裝與驗收,後續的維護只能使用特定廠商的元件,毫無彈性。如果產品的關鍵性組件能夠有模組化的標準規範,業主將更容易做產品維護。模組化的產品也易於大量生產,降低成本,有利於產業發展。

台達電子秉持著創辦人鄭崇華務實的精神,產品推出市場前,均被要求不僅要符合當地法規,產品的安全、性能、及可靠性亦需達到世界級標準。所以,台達電子非常樂見國家標檢局能夠陸續建立LED相關產品標準,引導產業發展方向。但更重要的是,建立並落實LED照明產品的驗證制度,對產品投入市場前做把關,使得相關產品的安全、性能、可靠性均能符合市場需求。此舉,不僅增強消費者對於LED照明產品的信心,同時也會增加台灣LED照明產業的國際競爭力。

●HV/ AC LED計量標準之挑戰

晶元光電公司總經理特助鄧紹猷:技術與標準是LED進入照明市場的兩大關鍵因素,對於LED製造商而言,計量標準的建立可以提供共同的溝通方式,不僅可提供嚴謹的量測方法以作為比較的基準,並且能確保產品能符合性能要求。

而LED照明要打開消費性市場,在技術要求上,除了性能比(lm/W)之外,更要關注於性價比(lm/$)的對於消費者選用LED作為其主要光源的影響。根據美國能源部(DOE)在2011年5月修訂的固態照明研發計畫,預估2015年,冷白色LED封裝之發光效能將達到224 lm/W,價格將下降到US$2/klm。晶元光電預估在2013年以前,LED的性價比可達US$2/klm的水準,屆時LED不僅在效能上遠勝,在成本上更具有與一般省電燈泡相比之實力。而在標準推動上,制定相關照明標準可以確保製造商的LED產品在應用時系統的完整性,並且鼓勵廠商在一定的規範保證下,進行新產品的研發。

台灣產業界投入LED的時間相當早,因此早期所制定的標準類型也是以指示型及交通號誌燈為主,近年來在經濟部的支持下,由工研院與相關業者共同制定17份產業標準,並且陸續推動成為CNS國家標準。然而LED技術的發展日新月異,除了LED的發光基本特性已與傳統光源有所不同,因此有制定LED照明標準的必要性外。對於創新LED技術開發對於LED測試的挑戰,更是產官學研需合力探討的議題。

以高壓驅動(HV)/交流驅動(AC) LED技術為例,HV/AC LED由於可在高電壓、低電流條件下驅動,簡化LED封裝製程及並且減少體積以及電子電路的使用,已被證實在室內照明的應用上具有優勢。然而亦由於其無論是在高壓條件或是交流條件下操作,都與目前一般高功率LED的定電流驅動做法不盡相同,因此在量測標準的制定上,就需要針對HV/AC LED的特性去進行相關的研究。而在交流驅動的條件下,AC LED的頻閃效應對於照明環境與光度測量所帶來的影響,在目前的研究尚未完備之前,是相當值得需要探討的課題,也是將來在標準推動上所需注意的事項。

由於HV/AC LED是台灣具有技術與專利優勢的新技術,希望政府能針對類似具有產業優勢的新技術,加強標準制定的推動與相關應用的研究,並且推動標準的國際化,以協助業者拓展LED照明市場,提早讓LED照明的新時代來臨。

●LED綠色照明未來應用及可能之計量需求

中央大學光電科學與工程學系教授楊宗勳:近來因為LED照明技術的快速演進,已帶來照明技術的全新革命。尤其是在綠色照明的大趨勢驅動之下,LED照明技術不僅在發光效率、節能效果、與使用壽命等關鍵指標性能上表現越來越卓越;同時,LED照明光源不管在戶外照明、或是在室內照明領域,也已經開始展現強勢的滲透率,對既有的各式傳統光源均呈現極強的取代更替企圖;除此之外,陸續不繼地看到各種LED照明新應用的出現,更加表現出LED照明本身無可超越的獨特性能。因此,LED綠色照明的發展潛力無窮,也將勝過愛迪生發明白熾燈泡對人類文明的衝擊。

LED計量標準技術 拓展照明國際市場(二)

事實上,綠能的觀念也正在與時俱進。所謂的綠色照明,不再僅止於節省能源的耗用而已。儘管LED照明光源本身,在發光效率上已經跨越過100 lm/W的重要門檻,隨著各式LED綠色照明新應用的開發,不同的特性要求也需要一一多加重視。例如室內白天工作與夜間休閒照明之光色色溫變化、戶外照明於眩光與光污染之防制、展覽場館用燈對演色特性的需求、博物館文物照明防護之紫外與紅外光減量、農業植物生長用燈適用光譜範圍的調整、特定光波波長影響人眼與皮膚的光生物安全、產品製造過程與使用期間對環境的影響等。另外,還有醫療用手術無影燈、情緒治療燈、時差調整燈、太陽能LED路燈、風力LED路燈等。不同的應用需求,即需要有不同的性能評估方式,以確保相關產品的最佳效能表現。

歸納來看,LED綠色照明光源擁有光強度可調、光照空間分佈可塑、光色混色變色容易、發光光源體積小、操作使用壽命長等優勢;因此未來極需因應這些特性,訂定合宜的計量方式,使得LED綠色照明的性能得到適切的評估與比較。

對於LED綠色照明計量的需求上,除了即有的計量指標之外,包含全光通量、色度、色溫、演色性、配光曲線等標準量測模式,應該要適時引進國際各項量測標準快速演變的改良模式,並加入在高中低不同照度環境下的調整評估,才能更加貼近人眼視覺的觀測結果,符合實際照明效果的預測。

此外,正常操作使用壽命評估以及加速老化測試模式、燈具有效光利用率、眩光與光污染等,也是極為重要的計量目標之一。甚至不同量測儀器設備之間的比對與對應,也將列入重點之一,以解決現存不同量測單位、不同量測設備之間的差異與矛盾。最後,亦應儘可能發展出生產線適用之簡易快速計量模式,使得大量產品品質的維持得以實現;否則少數進行標準計量的樣品與生產線上大量製造的產品品質,將很難有高度的關連性。

●LED技術發展對計量標準之挑戰

艾笛森光電課長王泰元:2011年隨著LED產品的技術成熟,普遍白光LED效率為110-140lm/W、暖白為80-100lm/W,因此,LED燈具的整體效率已可與螢光燈具產品相抗衡,且隨著LED產業的成熟,LED成品價格可控制在螢光燈具產品的3至5倍,一般消費者已可慢慢接受使用LED光源做為照明,也隨著大瓦數的白熾燈禁用及各國政策助瀾下,LED照明產品已滲入工業、商業及室內照明市場,預估LED照明產品滲透率將成倍數成長達到10%。

因為LED燈具與傳統光源本質上有很大的差異,因此,各國在針對LED相關產品皆已提出安全規範、規格標示、規格量測及節能標準,除了可以加速LED相關產品的導入,更可以避免消費者使用習慣上與傳統燈源的認知上的差異。

LED產品與傳統燈具技術差異,在白光LED封裝產品開發,仍以藍光晶片混合螢光粉技術為主,而在針對暖白光部份,也有以綠白光LED混合橙光或紅光LED方式來達到高光效及高演色性;而在封裝型式上,也有區分為單晶片或多晶片的封裝,因此,相對於傳統光源不只單單要求光效及色溫,仍需考量到色溫分佈、光形分佈等問題。

考慮到LED成品,相對於傳統光源在使用溫度上較為敏感,除了在外形設計上需有金屬做為熱能傳遞外,也會因使用環境不同,在流明輸出表現、整體效率及壽命上,會有20至30%的差異。

在LED燈具開發依目前技術現況而言,LED封裝模組元件壽命要優於電源開發設計,因此,為了更切入消費者市場,提出需要整合LED光源與電源做為LED Engine及S.S.L方式開發,因而需針對規格及尺寸進行標準化設定。

因為LED產品與傳統照明產品上的差異,造成在熱、機、光、電的特性上完全不同,以往的產品規格在意的流明、色溫及輸入電壓、電流等,即使相同數值的產品,到了燈具製造商或是消費者手中,卻往往是不同的照明效果。

目前LED相關計量標準設定的困難點在於技術整合度不足。可以規範色溫、色座標的範圍,卻無法規範LED光源色溫不均的現象,技術上會因晶片結構、尺寸或是螢光粉塗佈方式不同而有所差異,造成透鏡或反射杯使用上的困擾;可以依Energy Star LM-79/80規範,去說明LED產品的壽命長短,而卻忽略電源Ripple造成的過載操作,或是Spike造成的晶片損傷而導致的壽命衰減。

LED照明元年的來到,不只是節能減碳或是環保意識帶來生活的改善,而是改變了人們對光源的使用習慣及模式;除了本身在LED元件技術上不斷突破外,也以提供LDMS的整合性服務來協助LED照明的導入,以積極的態度來改變這個社會。

●人性化智慧化固態照明之應用與影響

台灣科技大學電子系教授胡能忠:最近幾年在歐洲與台灣均宣布禁止製造與販售白熾燈泡。尤其在歐洲使用很多的白熾燈,在這禁令後,是LED照明展現蓬勃商機的大好機會?然而,似乎事與願違。其原因為目前LED照明之價格與演色指數不佳。但LED光源之演色指數仍持續在進步中,而價格方面與白熾燈比仍偏高,故至目前為止,LED照明使用之普及程度並不明顯。

這場照明燈比賽,似乎是LED沒有充分利用自已的一些優點,而以模仿白熾燈為最高目標,這是較為近期的,較遠的標的應是,為何不以超越白熾燈為目標?因白熾燈與螢光燈等固定色光的照明是不符人性,而不屬於人性化之照明,在不久之將來會被可變頻譜LED燈取代,這動態多頻譜照明為LED之優勢。

人是在太陽光,這個動態且高演色之照明光下進化。陽光在早上為金黃色漸變成中午的白光,而以紅黃的夕陽,結束一天,晚上人類使用柴火、蠟燭等低色溫光來照明,這種光告訴人們的生理時鐘要休息了,也提供了休息的環境。人類在此環境下經至少四、五千年進化。到白熾燈、螢光燈等發明為止,尤其在白光之螢光燈發明後,一些文明病如憂鬱症也陸續的爆發,其重點是在夜間以自光照明,無法提供了休息的環境,這是違反了人類生活運作。至目前為止人們所用的照明係以提供「亮」為主要功能,而忽略了人的需求,故為不符合人性的照明光。

何謂符合人性的照明光?它是在人們活動場所提供了如人類進化的太陽一樣可變的或依人的情緒而改變顏色的照明光。這種多色、可變的照明光可用LED來實現,因LED理論上是可為任意單色光,而利用多色之LED可混成高演色且可變的照明光,這是LED光源比目前所使用的照明光所沒有的優勢,此種LED燈比白熾燈之價格高,但因其功能性遠大於只提供亮的傳統照明,故可為人們可接受,因為照明除了亮以外,照明光還會影響人的生理與心理。

其中照明光對人生理的影響,在夜晚照明光為白色且亮會抑制褪黑激素分泌,打亂生理時鐘,這是工業化文明病之原因之一;另外高色溫的照明(偏白藍色之照明)對人警覺度有提升作用,這也被驗證,故需要專注工作之場所可用高色溫之照明。所以人性化的照明,不是至今仍在使用的固定色照明,而是依人生理/心理之需求而調變的照明。以前係人遷就照明,只要亮即可,而近期之未來人性化照明係人之心理/生理為主,係照明遷就於人。

人性化照明的實現,如何做到?以上述之LED光搭配檢測器,使人在不同心情與需要之下,此檢測器能偵測人的生理/心理之狀態而提供適當的照明即為智慧化照明。人的生理/心理之狀態資訊如何取得?當然以戴腦波帽做腦波量測較為正確,然而較不切實際,比較可能的是利用心跳、膚電、溫度等做為研判,而利用這些生理訊號做為不同色溫照明光之依據。

●建立LED計量標準追溯體系提昇產業競爭力

工研院量測中心組長彭國勝:工研院量測中心接受經濟部標準檢驗局委託,執行國家度量衡標準實驗室任務,肩負我國最高計量標準研究實驗、建立與維持之責任。計量科技研發,產生量測標準,提供國內一致追溯之基礎,透過認證比對過的系統/實驗室,執行專業量測器具系統校正,獲取之精確可靠量測數據,可對業界/二級實驗室進行品質管理,進而提高生產良率及國內廠商的競爭力,保障消費大眾交易產品或服務之品質,為人民生活福祉保障關鍵碁磐之一。

LED具有節能、環保、長壽命、冷光、可調控等優點,將可能取代耗能鹵素燈及含汞的螢光燈。歐盟於2006年RoHS環保規定訴求下,LED將是未來照明光源的首選,因此也帶動了LED照明產業蓬勃發展,面對未來地球資源有限,以節能為考量將有一股汰舊換新潮。然而由於LED發光機制與型式以及發光光譜特殊等特性,影響了使用時的舒適及效能,同時也造成LED在量測及應用上之困擾。產業市場有賴貼近產品特性的量測關鍵技術以及更精確、可靠之標準追溯,避免因量測方式不同或量測值未有校正標準追溯,以致LED產業鏈上、中、下游之間定義產品特性之量值不一致,所導致交易時產生之誤解的問題。才能達到產品評價、品質管控及交易有合理依據。

此外,對於LED照明而言,需一套可靠之光特性參數評估系統與品質評估技術,例如評價發光效率、顏色、空間分佈、光色舒適等參數,均需要相關光學計量參數為基石,如全光通量、光強度、分光輻射通量、色度之標準追溯為評估技術基礎。目前光強度、全光通量在國家度量衡標準實驗室已有標準追溯系統。然而產業所需之輻射通量(mW)及分光輻射通量(mW/nm)則是缺乏的,國內相關LED業界及二級驗證實驗只能追溯至國外相關實驗室。

國際上目前僅有美國NIST英國NPL提供分光輻射通量校正服務。亞洲各國目前無雙旋臂式分光輻射通量標準校正系統,僅有日本NMIJ建置積分球式分光輻射通量標準校正系統。大陸NIM、韓國KRISS均有意建立分光輻射通量標準校正系統。目前國內已計畫建置分光輻射通量系統,預計完成後能協助廠商解決光量色度量測問題,未來也能進一步協助量化LED照明的色溫色度不均勻性問題。使產業需求之缺口與原級計量標準聯結,讓國內產業計量標準與國際接軌。

<資料來源:工商時報 C8版 >

LED計量標準技術 拓展照明國際市場(一)

ttp://www.enews.com.tw/news_view.aspx?id=INF_INFORMATION000006323

LED計量標準技術 拓展照明國際市場(二)

?http://www.enews.com.tw/news_view.aspx?id=INF_INFORMATION000006325





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