目 錄 目 錄... I 圖 目 錄... III 表 目 錄... VII 第 一 章 前 言... 1 第 二 章 國 內 LED 照 明 應 用 概 況 國 內 照 明 用 電 分 佈 概 況 政 府 推 動 LED 照 明 應 用 現 況 及 作 法...

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1 經 濟 部 能 源 局 廣 告 LED 照 明 節 能 應 用 技 術 手 冊 經 濟 部 能 源 局 指 導 財 團 法 人 台 灣 綠 色 生 產 力 基 金 會 編 印 中 華 民 國 一 百 零 一 年 十 二 月 0

2 目 錄 目 錄... I 圖 目 錄... III 表 目 錄... VII 第 一 章 前 言... 1 第 二 章 國 內 LED 照 明 應 用 概 況 國 內 照 明 用 電 分 佈 概 況 政 府 推 動 LED 照 明 應 用 現 況 及 作 法... 5 第 三 章 新 型 LED 節 能 照 明 產 品 介 紹 發 光 二 極 體 LED 的 發 光 原 理 與 其 構 造 發 光 二 極 體 LED 基 本 特 性 LED 照 明 光 源 基 本 理 論 LED 種 類 與 用 途 第 四 章 全 球 LED 相 關 標 準 推 展 概 況 台 灣 LED 標 準 發 展 概 況 美 國 LED 標 準 發 展 概 況 日 本 LED 標 準 發 展 概 況 韓 國 LED 標 準 發 展 概 況 中 國 LED 標 準 發 展 概 況 第 五 章 LED 照 明 選 用 原 則 與 注 意 須 知 LED 室 內 照 明 應 用 的 設 計 通 則 商 業 空 間 的 LED 照 明 燈 具 選 用 及 施 工 居 家 住 宅 空 間 的 LED 照 明 設 計 選 用 考 慮 大 面 積 辦 公 場 所 均 勻 配 光 的 燈 具 選 用 與 照 明 設 計 LED 燈 管 與 平 板 LED 燈 具 的 比 較 LED 照 明 設 備 的 選 購 與 維 護 保 養 注 意 事 項 第 六 章 用 電 場 所 照 明 規 劃 與 設 計 之 建 議 商 業 空 間 照 明 設 計 量 販 店 及 超 級 市 場 照 明 規 劃 設 計 I

3 6.3 飯 店 空 間 照 明 設 計 第 七 章 國 內 照 明 節 能 潛 力 分 析 國 內 未 來 重 點 技 術 推 動 策 略 概 況 我 國 節 能 照 明 重 點 發 展 時 程 LED 照 明 節 能 燈 具 優 勢 條 件 及 對 節 能 推 廣 之 影 響 第 八 章 國 內 LED 照 明 節 能 案 例 介 紹 LED 照 明 節 能 燈 具 汰 換 實 測 分 析 國 內 LED 照 明 節 能 案 例 介 紹 第 九 章 結 語 參 考 文 獻 編 後 語 附 錄 - 常 用 照 明 名 詞 解 釋 II

4 圖 目 錄 圖 建 築 分 類 能 源 大 用 戶 用 電 分 佈 比 例 (%) 統 計... 4 圖 大 用 戶 各 型 式 燈 具 裝 置 容 量 比 例 統 計 圖... 4 圖 我 國 LED 照 明 光 電 產 業 鏈... 6 圖 全 球 LED 照 明 光 電 產 業 市 場 規 模 預 測... 7 圖 LED 路 燈 照 明 應 用 於 澎 湖 縣 示 範 道 路 實 景... 8 圖 T-BAR 型 LED 照 明 燈 具 圖 LED 用 環 氧 樹 脂 常 用 組 成 物 圖 常 用 LED 白 光 形 成 製 作 方 式 圖 LED 的 發 光 原 理 與 構 造 圖 LED 照 明 產 品 應 用 於 橋 樑 實 照 圖 圖 LED 及 CFL 與 白 熾 燈 生 命 週 期 環 境 衝 擊 評 估 比 較 圖 至 2015 年 LED 發 光 效 率 / 價 格 演 進 圖 圖 美 國 能 源 部 LED 照 明 節 能 預 測 圖 圖 LED 照 明 系 統 整 體 構 成 元 件 示 意 圖 圖 影 響 LED 照 明 系 統 效 率 主 要 因 素 分 析 圖 傳 統 高 輝 度 LED 元 件 圖 LAMINA LED 光 源 模 組 圖 LED 各 部 位 散 熱 比 例 圖 圖 LED 接 面 溫 度 對 光 亮 度 及 使 用 壽 命 圖 具 備 特 殊 配 光 透 鏡 的 LED 光 源 圖 以 調 整 LED 角 度 及 位 置 達 到 照 明 效 果 的 LED 路 燈 圖 直 管 型 LED 燈 源 圖 平 板 型 LED 燈 源 圖 球 泡 型 LED 燈 源 圖 投 射 型 LED 燈 源 圖 逃 生 避 難 指 示 型 LED 燈 源 圖 戶 外 投 射 型 LED 燈 源 III

5 圖 農 漁 業 用 LED 燈 源 圖 漁 船 作 業 採 用 LED 燈 源 實 照 圖 家 用 型 LED 閱 讀 檯 燈 圖 日 本 L 型 燈 口 的 直 管 型 LED 兩 端 實 體 照 圖 日 本 LED 照 明 標 準 分 類 項 目 圖 大 陸 LED 照 明 標 準 層 級 分 類 圖 兩 岸 LED 照 明 標 準 論 壇 圖 5-1 天 然 光 與 LED 燈 源 應 用 於 室 內 照 明 圖 平 板 LED 燈 盤 已 開 始 應 用 於 室 內 照 明 圖 可 調 變 色 溫 之 LED 燈 泡 圖 LED 光 源 及 燈 具 可 以 提 供 商 業 空 間 的 基 礎 照 明 圖 採 用 LED 的 重 點 照 明 可 以 突 顯 商 品 價 值 與 吸 睛 效 果 圖 利 用 近 距 離 LED 燈 可 以 增 加 商 品 的 價 值 感 圖 利 用 LED 裝 飾 照 明 可 以 增 加 建 物 的 價 值 感 圖 各 種 目 前 常 用 的 LED 燈 具 圖 複 合 式 餐 廳 採 用 LED 裝 飾 照 明 燈 具 圖 LED 居 家 照 明 應 用 成 為 新 焦 點 圖 客 廳 照 明 採 用 LED 光 源 形 成 視 覺 美 感 圖 餐 廳 照 明 採 用 LED 光 源 形 成 視 覺 美 感 圖 閱 讀 檯 燈 是 兼 顧 照 明 與 視 力 保 健 最 重 要 的 照 明 工 具 圖 臥 室 照 明 採 用 LED 燈 源 圖 廚 房 照 明 採 用 LED 燈 源 圖 浴 室 照 明 採 用 LED 燈 源 圖 樓 梯 照 明 採 用 LED 燈 源 圖 門 廊 梯 間 照 明 採 用 LED 燈 源 圖 良 好 的 辦 公 室 照 明 是 提 升 工 作 效 率 的 基 本 要 求 圖 辦 公 式 照 明 採 用 LED 光 源 實 景 圖 螢 光 燈 與 LED 燈 管 光 學 特 性 比 較 圖 圖 市 售 LED T-BAR 燈 具 配 光 曲 線 圖 圖 燈 具 立 體 圖 及 燈 具 輸 出 配 光 曲 線 IV

6 圖 燈 具 配 光 曲 線 與 等 照 度 圖 ( 左 :LED 中 :T5 右 :T8) 圖 燈 具 性 能 評 估 空 間 示 意 圖 圖 展 示 空 間 採 用 LED 光 源 形 成 照 明 層 次 圖 戶 外 採 用 LED 光 源 形 成 照 明 層 次 圖 服 飾 店 採 用 LED 光 源 形 成 照 明 層 次 圖 超 市 全 採 LED 光 源 實 景 圖 飯 店 走 廊 及 大 廳 採 用 LED 光 源 實 景 圖 飯 店 大 廳 採 用 天 然 光 及 LED 燈 源 圖 採 用 LED 燈 具 餐 廳 空 間 示 意 圖 圖 採 用 LED 燈 具 餐 廳 空 間 示 意 圖 圖 全 採 LED 燈 具 飯 店 空 間 示 意 圖 圖 大 用 戶 各 型 式 燈 具 裝 置 容 量 比 例 統 計 圖 圖 大 用 戶 鹵 素 燈 泡 改 採 LED 燈 泡 之 節 能 潛 力 圖 大 用 戶 白 熾 燈 泡 改 採 LED 燈 泡 之 節 能 潛 力 圖 照 度 計 與 交 流 數 字 鉤 表 實 際 量 測 示 意 圖 圖 燈 體 溫 度 照 度 與 耗 電 實 際 量 測 圖 圖 LED 平 板 型 光 源 外 觀 及 照 度 測 試 實 照 圖 AR111 型 LED 光 源 外 觀 及 照 度 測 試 實 照 圖 E27 型 LED 光 源 外 觀 實 照 圖 LED 光 源 外 觀 及 耗 電 測 試 實 照 圖 LED 光 源 外 觀 及 照 度 測 試 實 照 圖 照 明 改 善 後 燈 具 實 照 圖 辦 公 室 照 明 改 善 後 實 照 圖 LED 直 管 型 光 源 實 體 照 圖 商 店 照 明 改 採 LED 平 板 型 光 源 實 體 照 圖 條 型 LED 光 源 實 體 照 圖 轉 運 站 全 般 照 明 改 善 後 實 照 圖 梯 間 照 明 改 善 前 後 對 比 照 圖 辦 公 區 照 明 改 善 後 實 照 圖 酒 店 照 明 改 善 後 實 照 V

7 圖 門 市 照 明 改 善 後 實 照 VI

8 表 目 錄 表 2.1 政 府 歷 年 推 動 LED 照 明 節 能 應 用 一 覽 表... 3 表 我 國 近 期 推 動 LED 產 業 相 關 政 策 表 LED 照 明 節 能 產 品 應 用 範 圍 一 覽 表 表 我 國 近 年 有 關 LED 光 源 之 標 準 制 定 表 UL 提 出 的 相 關 LED 照 明 安 全 規 範 表 美 國 能 源 之 星 固 態 照 明 要 求 對 應 的 相 關 規 範 表 日 本 四 大 團 體 照 明 用 白 色 LED 量 測 標 準 表 IEC TC-34 與 LED 標 準 關 聯 對 應 表 表 LED 光 源 產 品 與 各 種 光 源 的 比 較 表 LED 燈 管 特 性 比 較 表 表 燈 具 特 性 分 析 比 較 表 表 各 類 燈 具 整 體 性 能 效 益 評 估 表 表 定 期 清 掃 間 隔 建 議 時 程 表 不 同 光 源 最 經 濟 清 掃 的 預 估 時 間 表 照 明 技 術 發 展 時 程 表 常 用 光 源 ( 球 泡 型 ) 汰 換 参 照 表 表 某 辦 公 室 汰 換 LED 節 能 燈 具 效 益 一 覽 表 表 某 百 貨 公 司 汰 換 LED 節 能 燈 具 效 益 一 覽 表 表 某 商 用 桌 燈 汰 換 LED 節 能 燈 具 效 益 一 覽 表 表 某 國 際 飯 店 汰 換 LED 節 能 燈 具 效 益 一 覽 表 表 某 家 庭 浴 室 汰 換 LED 節 能 燈 具 效 益 一 覽 表 VII

9 第 一 章 前 言 台 灣 地 區 天 然 資 源 蘊 藏 貧 乏,99% 能 源 仰 賴 進 口 政 府 面 對 地 球 氣 候 暖 化, 為 善 盡 地 球 村 公 民 的 責 任, 於 全 國 能 源 會 議 結 論 提 出 加 強 推 動 節 約 能 源 及 提 高 能 源 使 用 效 率, 具 體 抑 低 溫 室 氣 體 排 放 量 的 行 動 方 案 台 灣 地 區 環 境 特 殊, 四 面 環 海, 溫 室 效 應 造 成 環 境 的 衝 擊, 尤 其 是 海 平 面 上 升 對 本 島 之 影 響, 更 需 我 們 關 切 全 台 到 處 可 見 百 貨 飯 店 及 超 市 照 明 場 所, 仍 大 量 使 用 低 效 率 壽 命 短, 且 非 常 耗 電 之 白 熾 燈 及 鹵 素 燈 源 照 明 產 品 隨 著 近 代 科 技 進 步, 在 光 源 燈 具 控 制 設 計 上 已 大 幅 提 升 效 率, 加 上 節 能 管 理 指 標 與 政 策 訂 定, 擴 大 節 能 改 善 空 間 特 別 如 新 世 代 綠 色 環 保 光 源 LED 燈, 已 可 取 代 白 熾 燈 及 鹵 素 燈, 節 能 達 50% 以 上 現 代 照 明 技 術 無 論 在 光 源 與 設 備 上 皆 有 重 大 的 進 步, 照 明 改 善 投 資 少 回 收 快, 且 效 果 顯 著 故 無 論 新 舊 旅 館 大 樓 或 百 貨 業 者, 都 值 得 立 即 針 對 照 明 用 電 及 品 質 提 升 加 以 重 視 ; 並 開 始 著 手 評 估 改 善 工 程, 必 可 節 省 照 明 電 費 30~50% 不 等 的 效 益 而 照 明 產 業 若 能 整 合 一 系 列 各 類 型 照 明 新 產 品, 配 合 輔 導 來 教 育 國 人 及 消 費 者, 由 家 庭 公 司 做 起, 推 廣 至 全 國 全 面 擴 大 照 明 節 能, 將 可 全 面 降 低 國 內 照 明 耗 電, 並 提 升 日 常 生 活 環 境 照 明 品 質 藉 由 製 造 商 提 供 節 能 照 明 產 品, 並 鼓 勵 消 費 者 以 新 省 能 產 品 取 代 傳 統 照 明 設 備, 可 達 到 節 約 能 源 之 效 果 及 保 護 環 境 之 最 終 目 的 財 團 法 人 台 灣 綠 色 生 產 力 基 金 會 ( 以 下 簡 稱 本 會 ) 受 經 濟 部 能 源 局 委 託, 進 行 現 場 節 能 輔 導 時, 了 解 國 內 工 商 各 行 業 能 源 管 理 者 及 業 者 急 需 LED 照 明 節 能 新 世 代 光 源 技 術 選 購 及 維 護 等 參 考 資 料 本 會 乃 委 請 國 內 LED 照 明 燈 具 及 光 源 上 有 長 期 精 闢 分 析 與 研 究 的 專 家 學 者, 台 灣 科 技 大 學 電 機 工 程 研 究 所 蕭 教 授 弘 清 撰 稿, 並 配 合 本 會 節 能 技 術 服 務 資 料, 彙 編 成 此 LED 照 明 節 能 應 用 技 術 手 冊 1

10 本 手 冊 介 紹 LED 照 明 基 本 原 理 種 類 與 選 用 日 常 維 護 及 節 能 應 用 與 案 例 等 內 容, 提 供 各 能 源 用 戶 參 考, 而 遺 誤 掛 漏, 必 所 難 免, 尚 請 學 者 先 進, 賜 予 指 正 為 禱 2

11 第 二 章 國 內 LED 照 明 應 用 概 況 本 章 主 要 介 紹 台 灣 地 區 照 明 耗 能 概 況 與 政 府 推 動 LED 照 明 應 用 現 況 及 措 施, 使 讀 者 了 解 未 來 國 內 推 動 LED 照 明 應 用 技 術 之 主 要 方 針 及 節 能 潛 力 與 市 場 規 模 如 表 2.1 可 知 政 府 針 對 LED 照 明 應 用 推 展 計 畫 上 積 極 地 協 助 LED 業 者 降 低 成 本, 健 全 標 準 與 規 範, 並 兼 顧 財 政 負 擔 及 不 良 產 品 的 影 響, 先 由 戶 外 照 明 ( 號 誌 燈 LED 路 燈 景 觀 燈 ) 推 動, 再 擴 及 室 內 照 明 (LED 室 內 燈 具 ), 同 時 建 立 相 關 標 準 與 政 府 部 門 使 用 規 範, 另 利 用 ESCO 機 制, 創 造 使 用 者 業 者 雙 贏, 亦 減 少 政 府 財 務 負 擔, 用 以 循 序 漸 進 方 式 推 動, 並 帶 動 產 業 健 全 發 展, 進 而 提 高 LED 照 明 應 用 於 市 場 上 的 滲 透 率 與 普 及 性 表 2.1 政 府 歷 年 推 動 LED 照 明 節 能 應 用 一 覽 表 執 行 年 度 計 畫 內 容 具 體 或 預 計 成 效 民 國 96 年 LED 交 通 號 誌 燈 節 能 計 畫 100 年 已 完 成 全 國 號 誌 燈 100% 使 用 LED 交 通 號 誌 燈 與 傳 統 號 誌 燈 比 較, 每 年 可 省 2.47 億 度 電 減 少 CO 2 排 放 共 萬 噸 民 國 97 年 LED 照 明 標 準 訂 定 率 先 制 定 全 世 界 第 1 個 LED 路 燈 標 準 ( 公 布 CNS 發 光 二 極 體 道 路 照 明 燈 具 國 家 標 準 ) 民 國 98 年 民 國 99 年 民 國 100 年 LED 道 路 照 明 示 範 計 畫 LED 照 明 標 準 訂 定 高 效 率 道 路 照 明 燈 具 示 範 計 畫 換 裝 5,350 盞 LED 路 燈, 經 由 實 際 測 試 結 果 顯 示, 節 能 可 達 60%, 每 年 可 節 省 道 路 照 明 用 電 約 303 萬 度, 減 少 CO 2 排 放 量 達 1,854 公 噸 經 濟 部 標 準 檢 驗 局 完 成 CNS 安 定 器 內 藏 式 發 光 二 極 體 燈 泡 ( 一 般 照 明 用 )- 安 全 性 要 求 CNS 輕 鋼 架 天 花 板 (T-bar) 嵌 入 型 發 光 二 極 體 燈 具 及 CNS 雙 燈 帽 直 管 型 LED 光 源 - 安 全 性 要 求 3 種 國 家 標 準 之 制 定 作 業 預 期 換 裝 約 6,000 盞 以 上 之 水 銀 路 燈, 估 計 每 年 可 節 約 394 萬 度 電, 減 少 2,500 公 噸 的 CO 2 排 放 民 國 101 年 LED 路 燈 節 能 專 案 示 範 計 畫 期 望 在 2018 年 底 前, 將 全 國 總 計 達 81.5 萬 盞 ( 占 全 部 路 燈 51.9%) 之 水 銀 燈 全 數 汰 換, 屆 時 預 計 將 可 節 電 達 5.18 億 度, 減 少 CO 2 排 放 31.7 萬 公 噸 資 料 來 源 : 本 手 冊 研 究 整 理 (101.10) 3

12 2.1 國 內 照 明 用 電 分 佈 概 況 建 築 分 類 大 用 戶 之 照 明 用 電 分 佈 比 例 現 況 用 電 占 比 ( % ) 由 非 製 造 業 查 核 申 報 之 用 電 分 佈 比 例 統 計 1, 如 圖 2.1-1, 可 知 照 明 耗 電 占 比 中, 以 航 空 站 百 貨 公 司 最 高 ( 因 商 業 照 明 需 求 ) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 省 電 燈 泡 ( 管 ) 5.4% 複 金 屬 燈 6.9% 航 空 站 醫 院 研 究 機 構 旅 館 高 壓 鈉 燈 3.0% 鹵 素 燈 4.0% 辦 公 大 樓 政 府 機 關 複 合 式 商 場 空 調 設 備 55.5% 48.6% 47.5% 44.8% 43.7% 42.9% 47.6% 42.5% 46.0% 41.5% 37.9% 38.2% 34.1% 19.7% 20.2% 3.8% 照 明 設 備 29.6% 20.1% 19.8% 24.5% 24.8% 23.2% 25.9% 29.1% 19.8% 27.4% 9.9% 25.5% 21.8% 8.0% 10.3% 3.8% 冷 凍 冷 藏 設 備 0.8% 2.6% 2.0% 6.5% 0.3% 0.8% 4.2% 4.4% 2.7% 2.9% 0.1% 15.5% 4.8% 0.3% 20.9% 0.1% 插 座 設 備 2.9% 11.6% 10.0% 5.0% 13.3% 11.5% 5.3% 7.0% 7.4% 10.6% 11.9% 4.8% 14.1% 1.4% 4.4% 0.7% 送 排 風 設 備 2.8% 4.4% 3.6% 4.7% 3.6% 4.1% 5.3% 4.2% 4.2% 3.1% 1.7% 4.0% 3.7% 2.3% 1.4% 4.5% 给 污 水 設 備 1.2% 3.6% 3.9% 5.1% 3.1% 3.9% 3.3% 3.0% 7.2% 4.2% 1.5% 2.3% 5.3% 1.2% 1.2% 41.5% 電 ( 扶 ) 梯 設 備 5.5% 5.1% 2.8% 5.2% 6.2% 6.3% 5.3% 5.7% 3.4% 4.5% 1.9% 5.5% 1.4% 4.0% 1.8% 0.0% 其 他 設 備 1.6% 4.1% 10.3% 4.2% 5.0% 7.2% 3.1% 4.2% 9.4% 5.8% 35.2% 4.2% 14.8% 63.1% 39.8% 45.4% 高 壓 水 銀 1.4% 百 貨 公 司 展 覽 館 學 校 其 他 0.7% 電 信 網 路 機 房 量 販 店 白 熾 燈 0.2% 國 防 機 關 LED 0.1% 車 站 及 軌 道 圖 建 築 分 類 能 源 大 用 戶 用 電 分 佈 比 例 (%) 統 計 建 築 分 類 能 源 大 用 戶 照 明 使 用 量 及 功 率 ( kw ) 比 例 現 況 依 2010 年 統 計 資 料, 照 明 用 電 占 建 築 整 體 用 電 約 6 34%, 日 光 燈 更 占 總 照 明 燈 具 裝 置 容 量 78.3%, 如 圖 所 示, 可 知 提 升 日 光 燈 具 用 電 效 率 及 如 何 淘 汰 白 熾 燈 及 鹵 素 燈 之 重 要 性 倉 儲 污 水 處 理 廠 圖 大 用 戶 各 型 式 燈 具 裝 置 容 量 ( kw ) 比 例 統 計 圖 4 日 光 燈 78.3%

13 2.2 政 府 推 動 LED 照 明 應 用 現 況 及 作 法 國 內 LED 照 明 產 業 概 況 1.LED 照 明 產 業 概 述 LED( 發 光 二 極 體 Light Emitting Diode, 簡 稱 LED) 是 由 半 導 體 材 料 所 製 成 之 發 光 元 件, 元 件 具 有 兩 個 電 極 端 子, 在 端 子 間 施 加 電 壓, 通 入 電 流, 經 由 電 子 電 洞 之 結 合, 可 將 能 量 轉 換 以 光 的 形 式 激 發 釋 出 LED 產 業 鏈 上 游 包 括 光 源 磊 晶 (Epi/Chip), 中 游 包 括 封 裝 與 模 組 (Package/Module), 下 游 則 為 燈 具 及 應 用 (Lighting/Application) LED 早 期 以 指 示 光 源 應 用 為 主 及 一 些 特 殊 應 用 如 軍 事 隔 離 的 工 業 照 明 等, 在 這 些 場 合 的 應 用 主 要 係 利 用 LED 的 可 靠 性, 降 低 維 護 費 用, 補 償 LED 照 明 的 高 成 本 近 年 來, 由 於 LED 效 率 和 亮 度 不 斷 提 高, 且 製 造 成 本 持 續 降 低, 配 合 LED 所 具 有 的 壽 命 長 安 全 性 高 發 光 效 率 高 ( 低 功 率 ) 色 彩 豐 富 驅 動 與 調 控 彈 性 高 體 積 小 環 保 等 特 點, 使 得 LED 在 一 般 照 明 市 場 應 用 得 以 大 幅 度 擴 張, 帶 動 其 市 場 需 求 成 長 2.LED 照 明 產 業 發 展 現 況 我 國 LED 照 明 光 電 產 業 供 應 鏈 完 整 ( 如 圖 2.2-1), 目 前 上 游 光 源 廠 商 計 40 餘 家 中 游 模 組 90 家 下 游 燈 具 應 用 六 百 餘 家, 晶 電 公 司 為 目 前 全 球 最 大 高 亮 度 LED 晶 粒 廠 商 LED 光 源 產 量 全 球 第 1, 產 值 第 2( 占 16%), 背 光 模 組 產 值 亦 為 全 球 第 1 推 估 101 年 照 明 光 電 產 值 約 25 億 美 元,LED 照 明 產 品 72% 為 外 銷, 主 要 出 口 地 為 中 國 發 展 優 勢 : 台 灣 在 半 導 體 產 業 面 板 產 業 及 ICT 等 產 業 群 聚 效 應 之 影 響, 加 上 產 量 具 備 經 濟 規 模, 累 積 了 許 多 LED 光 電 產 業 相 關 技 術 能 量, 包 括 光 源 產 品 的 製 造 相 關 生 產 設 備 與 檢 測 設 備, 例 如 台 灣 領 先 全 5

14 球 運 用 有 機 金 屬 化 學 氣 相 沉 積 法 (MOCVD) 多 片 數 磊 晶 成 長 機 台 進 行 生 產 此 外, 台 灣 LED 照 明 光 電 產 業 以 中 小 企 業 居 多, 所 以 經 營 的 手 法 與 產 能 調 控 靈 活, 能 夠 迅 速 反 應 市 場 需 求, 因 應 不 同 客 戶 條 件 開 發 客 製 化 商 品, 因 此 在 全 球 LED 照 明 市 場 規 格 混 沌 不 明 之 際, 反 而 取 得 市 場 優 勢 關 鍵 瓶 頸 : 我 國 光 源 磊 晶 技 術 相 對 落 後 歐 美 日 等 先 進 廠 商, 加 上 國 際 大 廠 掌 握 技 術 專 利, 影 響 我 國 產 品 進 入 先 進 國 家 市 場, 且 市 場 高 度 集 中 於 中 國 此 外, 缺 少 銜 接 光 源 與 照 明 之 標 準 化 模 組 大 廠, 燈 具 / 應 用 廠 商 規 模 小, 產 品 開 發 能 力 低, 缺 乏 品 牌 與 通 路, 致 使 競 爭 力 不 足 圖 我 國 LED 照 明 光 電 產 業 鏈 22 3.LED 照 明 產 業 未 來 趨 勢 各 國 將 LED 照 明 光 電 列 為 節 能 減 碳 主 要 議 題, 並 以 國 家 計 畫 推 動, 從 歐 洲 美 國 日 本 等 先 進 國 家 至 其 他 已 開 發 與 開 發 中 國 家 均 6

15 US Million 在 大 力 推 動 在 市 場 應 用 方 面,LED 應 用 在 照 明 領 域 趨 向 多 元 化 發 展, 包 含 一 般 照 明 及 低 溫 汽 車 照 明 等, 應 用 範 圍 不 斷 擴 大, 預 計 至 104 年 全 球 LED 照 明 光 電 市 場 規 模 將 達 827 億 美 元 2 90,000 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10, LED 照 明 市 場 LED 車 燈 市 場 中 大 尺 寸 LED 背 光 模 組 高 亮 度 LED 元 件 高 亮 度 LED 模 組 圖 全 球 LED 照 明 光 電 產 業 市 場 規 模 預 測 政 府 推 動 LED 照 明 應 用 現 況 及 作 法 行 政 院 於 98 年 綠 色 能 源 產 業 旭 升 方 案 計 畫 書 中 將 LED 照 明 產 業 列 為 能 源 光 電 雙 雄 之 一, 並 規 劃 藉 由 擴 大 內 需 策 略 輔 導 臺 灣 LED 照 明 產 業 因 此, 經 濟 部 能 源 局 推 動 一 系 列 LED 照 明 節 能 應 用 政 策, 以 扶 植 LED 節 能 照 明 國 內 應 用 市 場, 並 提 升 臺 灣 LED 照 明 產 品 水 準, 創 造 產 業 發 展 及 節 約 能 源 雙 贏 的 局 面 在 戶 外 部 分, 能 源 局 於 98 年 至 100 年 推 動 LED 交 通 號 誌 燈 汰 換 計 畫, 以 部 分 補 助 之 精 神 協 助 各 地 方 政 府 完 成 全 臺 萬 盞 LED 交 通 號 誌 燈 換 裝, 並 要 求 廠 商 應 提 供 3 年 以 上 的 保 固 全 國 完 成 換 裝 後, 每 年 約 節 省 2.47 億 度 電, 減 少 萬 公 噸 二 氧 化 碳 排 放, 並 為 7

16 LED 號 誌 燈 產 業 創 造 新 臺 幣 約 14 億 元 產 值 在 路 燈 產 品 部 分, 能 源 局 於 98 年 推 動 LED 道 路 照 明 示 範 計 畫, 在 各 縣 市 計 47 個 示 範 地 點, 以 LED 路 燈 汰 換 耗 能 之 水 銀 路 燈, 共 投 入 新 臺 幣 1.3 億 經 費, 完 成 5,350 盞 LED 路 燈 設 置, 每 年 可 節 約 用 電 234 萬 度 電 完 成 後, 高 達 89% 受 訪 民 眾 認 為 LED 路 燈 有 改 善 鄰 近 地 區 整 體 景 觀 ;81% 民 眾 認 為 有 改 善 鄰 近 地 區 夜 間 安 全 性 圖 LED 路 燈 照 明 應 用 於 澎 湖 縣 示 範 道 路 實 景 23 為 推 動 臺 灣 成 為 高 值 化 LED 燈 具 製 造 基 地, 能 源 局 於 100 年 再 投 入 新 臺 幣 1.2 億 經 費 推 動 高 效 率 道 路 照 明 節 能 示 範 計 畫 與 前 期 計 畫 不 同 之 處, 本 次 示 範 案 大 幅 提 高 燈 具 的 效 率 規 定, 採 用 目 前 CNS15233 效 率 等 級 最 高 之 LED 路 燈, 並 要 求 燈 具 保 固 年 限 3~5 年, 期 望 藉 由 示 範 案 的 帶 動, 全 面 提 升 國 內 LED 路 燈 的 效 率 水 準, 為 進 軍 國 際 市 場 奠 定 基 石 在 室 內 照 明 部 分, 能 源 局 已 制 定 室 內 燈 具 之 節 能 標 章 獲 得 節 能 標 章 認 證 的 產 品, 可 納 入 機 關 優 先 採 購 環 境 保 護 產 品 辦 法 的 採 購 項 目, 且 機 關 綠 色 採 購 推 動 方 案 要 求 所 有 政 府 機 關 與 公 營 企 業, 於 採 購 指 定 項 目 產 品 時, 至 少 半 數 需 採 購 經 政 府 驗 證 之 環 保 產 品, 而 節 能 標 章 產 品 即 符 合 此 一 要 求 8

17 目 前 不 同 廠 牌 燈 具, 並 無 共 通 介 面 標 準, 導 致 燈 具 維 修 更 換 困 難 為 因 應 LED 照 明 產 業 發 展 需 求, 政 府 目 前 規 劃 水 銀 路 燈 全 面 汰 換 政 策, 將 由 技 術 面 及 經 濟 面 雙 管 齊 下 推 動 水 銀 路 燈 全 面 汰 換 為 高 效 率 路 燈 在 技 術 面, 能 源 局 將 推 動 路 燈 規 格 化, 以 統 一 LED 路 燈 電 源 供 應 器 規 格 為 目 標, 降 低 設 置 障 礙 ; 在 經 濟 面, 規 劃 採 用 如 節 能 績 效 保 證 服 務 方 式 (ESCO), 由 政 府 與 使 用 者 共 同 分 攤 置 換 LED 路 燈 成 本, 藉 此 增 加 公 部 門 地 方 政 府 採 用 LED 路 燈 意 願, 預 期 可 帶 動 LED 照 明 產 業 新 臺 幣 86 億 元 以 上 產 值 臺 灣 LED 光 源 產 量 全 球 第 一, 具 發 展 LED 照 明 產 業 優 勢, 我 國 政 府 將 全 面 推 動 LED 照 明 節 能 政 策, 以 節 約 臺 灣 照 明 用 電, 並 響 應 全 球 節 能 減 碳 政 策, 積 極 發 展 綠 能 產 業, 開 創 LED 照 明 新 世 紀 未 來 政 府 推 動 LED 照 明 措 施 及 方 針 我 國 促 進 LED 照 明 發 展 之 政 策 主 要 始 於 2007 年 經 濟 部 工 業 局 推 動 為 期 4 年 的 白 光 LED 照 明 產 業 發 展 輔 導 計 畫, 並 進 行 相 關 稅 收 優 惠 政 策 能 源 局 也 分 別 在 2009 年 2011 年 啟 動 高 效 率 LED 路 燈 示 範 計 畫 2009 年 4 月 23 日 宣 布 啟 動 之 綠 色 能 源 產 業 旭 昇 方 案, 其 主 要 目 標 係 推 動 LED 照 明 的 研 發 與 產 業 發 展 工 作 2012 年 起 啟 動 三 城 萬 盞 計 畫, 帶 動 國 內 LED 內 需 並 扶 植 產 業 我 國 近 年 來 推 動 LED 產 業 之 相 關 政 策 如 表 所 示 另 行 政 院 核 定 於 經 濟 景 氣 因 應 方 案 七 大 策 略 助 產 業 項 下 全 臺 設 置 LED 路 燈 的 擴 大 設 置 LED 路 燈 節 能 專 案 計 畫, 同 意 在 中 央 特 別 統 籌 分 配 稅 款 項 下 匡 列 支 應 新 臺 幣 20 億 元 預 算, 在 101 年 度 汰 換 25 萬 盞 水 銀 路 燈 9

18 表 我 國 近 期 推 動 LED 產 業 相 關 政 策 推 動 政 策 白 光 LED 照 明 產 業 發 展 輔 導 計 畫 稅 收 優 惠 政 策 高 效 率 LED 路 燈 示 範 計 畫 綠 色 能 源 產 業 旭 升 方 案 三 城 萬 盞 計 畫 18 內 容 以 發 展 白 光 LED 元 件 及 照 明 應 用 產 業 為 主 軸, 協 助 廠 商 建 立 研 發 相 關 應 用 的 關 鍵 性 零 元 件 及 核 心 技 術, 提 升 LED 照 明 產 業 的 技 術 自 主 性 及 產 品 競 爭 力 LED 企 業 可 得 到 政 府 的 一 定 稅 收 優 惠 例 如, 企 業 股 東 可 以 獲 得 抵 減 所 得 稅 的 優 惠, 同 時 以 補 助 研 發 經 費 的 方 式, 鼓 勵 企 業 進 行 產 業 技 術 研 發 工 作 以 專 案 計 畫 方 式 協 助 各 地 方 政 府 以 LED 交 通 號 誌 燈 取 代 傳 統 白 熾 燈 交 通 號 誌 燈 2012 年 政 府 已 針 對 綠 色 能 源 產 業 旭 升 方 案 編 46 億 元 經 費, 包 括 太 陽 光 電 產 業 6.5 億 元 LED 照 明 產 業 4.3 億 元 風 力 發 電 產 業 0.8 億 元 能 源 資 通 訊 產 業 1.3 億 元 生 質 燃 料 產 業 1.5 億 元 氫 能 與 燃 料 電 池 產 業 3.7 億 元 電 動 車 輛 產 業 14 億 元 及 能 源 國 家 型 科 技 計 畫 前 瞻 科 技 研 究 13.9 億 元 經 濟 部 宣 布, 將 全 力 扶 植 台 灣 LED 產 業,2012 年 起 將 率 先 啟 動 三 城 萬 盞 計 劃, 優 先 汰 換 基 隆 市 新 竹 市 與 嘉 義 市 境 內 水 銀 路 燈 預 估,2018 年 底 前 可 望 汰 換 台 灣 過 半 數 水 銀 路 燈, 一 舉 帶 動 逾 新 台 幣 64 億 元 的 LED 產 值 執 行 擴 大 設 置 LED 路 燈 節 能 專 案 計 畫 後,101 年 度 完 成 汰 換 25 萬 盞 水 銀 路 燈, 預 計 可 以 節 省 1.1 億 度 電, 減 少 6.7 萬 公 噸 二 氧 化 碳 排 放, 相 當 於 172 座 大 安 森 林 公 園 碳 吸 附 量, 帶 動 32.5 億 元 LED 路 燈 產 值 為 落 實 經 濟 景 氣 因 應 方 案, 貫 徹 節 能 減 碳 扶 植 綠 能 產 業 以 及 協 助 改 善 景 觀, 經 濟 部 自 101 年 起 以 部 分 補 助 結 合 節 能 績 效 保 證 模 式 推 動 包 括 LED 路 燈 示 範 城 市 計 畫 101 年 LED 路 燈 節 能 示 範 計 畫 與 擴 大 設 置 LED 路 燈 節 能 專 案 計 畫 等 3 項 計 畫, 總 共 預 計 投 入 經 費 約 億 元, 可 換 裝 約 32.6 萬 盞 LED 路 燈, 節 約 1.43 億 度 電, 減 少 8.75 萬 公 噸 二 氧 化 碳 排 放, 預 計 帶 動 億 元 的 相 關 產 值 10

19 關 於 擴 大 設 置 LED 路 燈 節 能 專 案 計 畫 執 行 對 象 涵 蓋 全 國 5 個 直 轄 市 與 11 個 縣 政 府, 另 外 基 隆 市 新 竹 市 嘉 義 市 納 入 LED 路 燈 示 範 城 市 計 畫 至 於 偏 遠 及 離 島 地 區 則 納 入 101 年 LED 路 燈 節 能 示 範 計 畫 辦 理 政 府 針 對 LED 照 明 標 準 及 專 利 技 術 之 推 展 措 施 台 灣 LED 產 業 面 對 大 陸 與 韓 國 的 威 脅, 因 應 之 道 在 於 廠 商 需 提 供 高 性 價 比 (CP 值 ) 產 品, 並 提 高 LED 照 明 產 品 品 質 與 穩 定 度 ; 同 時 應 在 技 術 研 發 上 更 加 積 極 努 力, 提 供 更 具 彈 性 與 多 樣 化 高 品 質 的 LED 照 明 產 品 與 其 競 爭 另 外,LED 產 業 上 中 下 游 的 整 合 與 資 訊 交 換 相 當 重 要, 對 於 產 品 設 計 消 費 者 需 求 與 技 術 進 展 應 有 透 明 有 效 率 的 合 作 機 制, 並 鼓 勵 LED 產 業 與 照 明 廠 異 業 結 盟 在 政 府 綠 能 產 業 旭 升 方 案 的 規 畫 下, 運 用 技 術 突 圍 關 鍵 投 資 環 境 塑 造 出 口 轉 進 及 內 需 擴 大 等 五 大 總 體 驅 動 力 來 協 助 廠 商 發 展 LED 照 明 技 術 ; 亦 積 極 與 中 國 大 陸 進 行 搭 橋 計 畫, 協 助 兩 岸 廠 商 進 行 垂 直 整 合 與 戰 略 合 作, 鞏 固 我 國 LED 產 業 的 出 口 另 對 於 LED 關 鍵 技 術 專 利 由 國 際 大 廠 交 叉 掌 握, 廠 商 面 臨 專 利 訴 訟 等 議 題 進 行 討 論 針 對 相 關 問 題, 經 濟 部 也 委 由 工 研 院 於 100 年 9 月 設 立 智 財 銀 行 (IP BANK), 成 立 反 訴 型 基 金, 協 助 台 灣 廠 商 迎 向 國 際 專 利 戰, 並 於 未 來 協 助 各 產 業 提 前 進 行 關 鍵 專 利 佈 局 台 灣 是 世 界 最 早 推 出 LED 路 燈 標 準 的 國 家, 在 相 關 單 位 共 同 努 力 之 下, 標 準 檢 驗 局 已 完 成 49 項 LED 相 關 國 家 標 準 制 訂, 包 含 電 子 元 件 15 項 戶 外 顯 示 用 7 項 交 通 號 誌 及 資 訊 看 板 用 4 項 照 明 相 關 產 品 10 項 控 制 裝 置 1 項 及 照 明 用 元 件 及 模 組 12 項, 進 度 居 國 際 領 先 地 位 相 關 單 位 亦 繼 續 維 持 此 量 能, 積 極 進 行 照 明 標 準 制 定 工 作, 以 建 構 產 業 發 展 環 境, 確 保 LED 產 品 品 質 11

20 經 濟 部 標 準 檢 驗 局 業 已 完 成 CNS 安 定 器 內 藏 式 發 光 二 極 體 燈 泡 ( 一 般 照 明 用 )- 安 全 性 要 求 CNS 輕 鋼 架 天 花 板 (T-bar) 嵌 入 型 發 光 二 極 體 燈 具 及 CNS 雙 燈 帽 直 管 型 LED 光 源 - 安 全 性 要 求 3 種 國 家 標 準 之 制 定 作 業, 並 由 經 濟 部 於 99 年 11 月 18 日 正 式 公 告 LED 照 明 為 綠 色 能 源 之 主 力 產 業, 為 落 實 政 府 節 能 減 碳 政 策, 並 加 速 LED 照 明 產 業 之 發 展, 經 濟 部 標 準 檢 驗 局 亦 於 101 年 01 月 31 日 正 式 制 定 公 告 CNS 發 光 二 極 體 元 件 之 環 境 及 耐 久 性 試 驗 法 等 4 種 國 家 標 準 此 次 制 定 公 告 之 4 種 國 家 標 準 分 別 為 CNS 發 光 二 極 體 元 件 之 環 境 及 耐 久 性 試 驗 法 CNS 照 明 用 發 光 二 極 體 系 統 之 環 境 試 驗 法 CNS 發 光 二 極 體 晶 粒 之 品 質 試 驗 法 及 CNS 發 光 二 極 體 元 件 之 靜 電 放 電 試 驗 法 其 中,CNS 規 定 LED 元 件 之 環 境 及 耐 久 性 試 驗 法, 包 含 溫 度 循 環 機 械 衝 擊 振 動 高 溫 高 濕 及 耐 濕 性 等 各 項 試 驗 ;CNS 規 定 照 明 用 LED 系 統 之 環 境 試 驗 法, 包 含 溫 度 循 環 振 動 及 高 溫 高 濕 等 各 項 試 驗 ;CNS 規 定 LED 晶 粒 之 品 質 試 驗 法, 包 含 光 學 特 性 靜 電 放 電 耐 受 矽 控 整 流 器 效 應 篩 選 及 電 極 或 接 合 強 度 等 各 項 試 驗 ;CNS 則 規 定 LED 元 件 之 靜 電 放 電 試 驗 法, 包 含 人 體 放 電 模 式 及 機 器 放 電 模 式 等 靜 電 放 電 試 驗 標 準 檢 驗 局 藉 由 相 關 標 準, 除 有 益 於 LED 製 造 商 透 過 嚴 謹 的 試 驗 以 確 保 LED 晶 粒 元 件 及 系 統 等 品 質 外, 更 有 助 於 照 明 燈 具 之 安 全 性 與 品 質 達 到 國 際 水 準 藉 由 國 家 標 準 之 發 布, 將 有 助 於 落 實 政 府 節 能 減 碳 政 策 並 加 速 LED 照 明 產 業 之 發 展 標 準 檢 驗 局 在 97 年 起 率 先 制 定 全 世 界 第 1 種 LED 路 燈 標 準, 成 功 引 領 國 內 LED 產 業 在 戶 外 照 明 領 域 蓬 勃 發 展 與 戶 外 照 明 相 比, 在 一 天 的 生 活 當 中, 使 用 室 內 照 明 的 場 所 較 多 且 時 間 較 長, 若 能 以 耗 電 量 低 的 LED 作 為 照 明 光 源, 除 可 發 揮 龐 大 的 節 能 效 益 外, 更 可 為 產 業 創 造 無 限 之 商 機, 有 鑑 於 此, 標 準 檢 驗 局 已 制 定 7 種 以 室 內 12

21 照 明 為 主 之 國 家 標 準, 包 含 1 種 LED 燈 具 標 準 2 種 LED 光 源 標 準 及 4 種 LED 環 境 及 耐 久 性 試 驗 標 準 在 燈 具 標 準 方 面, 傳 統 T-bar 燈 具 以 螢 光 燈 管 為 光 源, 常 用 於 辦 公 場 所 及 大 空 間 之 室 內 照 明,CNS 適 用 於 以 LED 為 光 源 之 T-bar 燈 具, 涵 蓋 安 全 性 電 磁 相 容 性 配 光 及 發 光 效 率 等 試 驗 及 要 求 在 光 源 標 準 方 面, 鑑 於 省 電 燈 泡 及 螢 光 燈 管 為 室 內 照 明 中 最 常 用 的 光 源, 為 免 於 換 裝 不 慎 所 造 成 之 危 險, 標 準 檢 驗 局 分 別 制 定 CNS 15436( 適 用 於 LED 省 電 燈 泡 ) 及 CNS 15438( 適 用 於 LED 燈 管 ) 等 2 種 國 家 標 準, 包 含 十 餘 種 與 安 全 相 關 之 試 驗 與 要 求, 確 保 使 用 安 全 20 圖 T-bar 型 LED 照 明 燈 具 LED 光 源 之 種 類 與 國 際 主 要 大 廠 的 優 勢 實 用 白 光 LED 的 分 類 主 要 可 依 白 光 的 發 光 原 理 區 分 為 : 1. 擬 似 白 光 LED: 利 用 藍 光 LED 與 黃 色 螢 光 體 所 構 成, 由 互 補 原 理 產 生 白 光, 這 種 型 式 的 白 光 LED 結 構 非 常 單 純, 而 且 發 光 效 率 很 高, 因 此 被 當 作 小 型 LCD 的 背 光 光 源, 能 廣 泛 應 用 在 行 動 電 話 ; 缺 點 是 紅 色 成 份 的 強 度 較 弱 13

22 2. 近 紫 外 白 光 LED: 由 可 產 生 近 紫 外 光 的 LED, 配 合 可 產 生 RGB 三 種 色 光 的 螢 光 體 兩 者 組 合 而 成, 由 於 它 是 利 用 RGB 三 種 顏 色 混 合 變 成 白 光, 所 以 色 再 現 性 很 高 但 由 於 紫 外 光 會 使 封 裝 樹 脂 與 螢 光 體 劣 化 等 考 量, 因 此 必 需 另 外 開 發 抗 紫 外 光 的 樹 脂 與 螢 光 體 圖 LED 用 環 氧 樹 脂 常 用 組 成 物 單 體 RGB 白 光 LED: 單 體 RGB 三 色 LED 混 色 成 白 光, 可 針 對 各 單 體 LED 設 計 散 熱 結 構, 因 此 較 容 易 獲 得 高 輸 出 效 果 不 過 RGB 單 體 LED 的 晶 片, 物 理 上 彼 此 相 隔, 所 以 必 需 設 計 專 用 的 導 光 路, 使 RGB 單 體 LED 的 光 線 能 均 勻 混 色 變 成 白 光, 才 能 避 免 背 光 照 明 模 組 變 厚 4. 一 體 化 RGB 白 光 LED: 一 體 化 RGB 可 直 接 混 色 變 成 白 光, 所 以 沒 有 專 用 導 光 路 與 背 光 照 明 模 組 厚 度 限 制 等 困 擾, 不 過 施 加 的 電 流 量 受 到 限 制, 不 易 獲 得 高 輸 出 效 果 14

23 圖 常 用 LED 白 光 形 成 製 作 方 式 12 目 前 全 球 高 亮 度 LED 主 要 廠 商 包 括 有 Nichia, Orsam, Matsushita,Lumileds,Toyota Gosei,Stanley,Toshiba,Citizen 等 在 市 場 競 爭 力 與 定 位 方 面,Nichia,Toyota Gosei,Cree 在 藍 光 白 光 等 高 階 技 術 領 先 ; 而 歐 美 大 廠 Lumileds,Osram 則 在 垂 直 整 合 上 最 完 備, 由 於 LED 具 有 在 照 明 大 型 看 板 車 用 等 多 方 面 應 用 的 發 展, 因 此 市 場 趨 勢 行 銷 通 路 及 上 游 原 材 料 的 掌 握 將 是 廠 商 致 勝 的 關 鍵 22 15

24 第 三 章 新 型 LED 節 能 照 明 產 品 介 紹 自 從 愛 迪 生 發 明 了 白 熾 燈, 掀 開 了 人 類 照 明 史 的 第 一 頁, 隨 著 科 技 的 發 展, 從 日 光 燈 到 節 能 燈, 從 水 銀 燈 到 高 壓 鈉 燈 複 金 屬 燈 等 氣 體 放 電 燈 的 相 繼 問 世, 以 及 LED 新 光 源 的 推 出, 照 明 領 域 取 得 了 一 個 又 一 個 的 進 步 由 於 絕 大 多 數 光 源 受 電 極 的 限 制, 在 製 作 和 使 用 壽 命 方 面 都 有 很 大 的 局 限 性 ; 大 批 的 照 明 科 技 研 發 人 員 只 能 從 傳 統 的 電 光 源 著 手, 以 尋 求 新 的 突 破 然 而, 研 製 高 光 效 高 節 能 長 壽 命 健 康 環 保 的 新 光 源 對 應 配 套 的 電 源 控 制 器 與 燈 具 一 直 是 照 明 科 技 人 員 孜 孜 不 倦 的 追 求 目 標 本 章 主 要 介 紹 LED 照 明 產 品 的 發 光 基 本 原 理 與 其 構 造, 並 概 略 性 的 介 紹 現 階 段 市 面 上 所 出 產 且 已 有 一 定 穩 定 性 之 LED 照 明 節 能 產 品 俾 使 能 源 用 戶 及 使 用 端 了 解 未 來 推 動 LED 照 明 節 能 產 品 應 用 之 主 要 替 代 對 象 及 節 能 潛 力 3.1 發 光 二 極 體 LED 的 發 光 原 理 與 其 構 造 發 光 二 極 體 LED 乃 是 應 用 半 導 體 PN 接 合 面 發 光 原 理 製 成 的 ; 早 於 1964 年 即 成 功 製 成 紅 色 發 光 二 極 體 LED, 但 直 到 1994 年 才 由 日 本 Nichia 公 司 ( 日 亞 ) 陸 續 成 功 開 發 出 綠 色 藍 色 與 白 光 LED LED 是 將 微 小 的 半 導 體 晶 片 被 封 裝 在 潔 淨 的 環 氧 樹 脂 物 中, 當 兩 端 加 上 順 向 電 壓, 電 子 經 過 該 晶 片 時, 帶 負 電 的 電 子 移 動 到 帶 正 電 的 電 洞 區 域 並 與 之 複 合, 電 子 和 電 洞 消 失 的 同 時 産 生 光 子 電 子 和 電 洞 之 間 的 能 量 ( 帶 隙 ) 越 大, 産 生 的 光 子 的 能 量 就 越 高, 其 能 量 分 佈 在 可 見 光 的 頻 譜 範 圍 內, 以 藍 色 光 紫 色 光 攜 帶 的 能 量 最 多, 橘 色 光 紅 色 光 攜 帶 的 能 量 最 少, 不 同 的 半 導 體 材 料 具 有 不 同 的 帶 隙, 從 而 能 16

25 夠 發 出 不 同 顔 色 的 光, 再 利 用 不 同 的 螢 光 粉 可 以 將 光 顏 色 轉 便 成 演 色 性 更 高 更 舒 適 的 色 光 ( 參 照 圖 3.1-1) 圖 LED 的 發 光 原 理 與 構 造 近 年 來, 半 導 體 發 光 材 料 與 製 造 工 藝 的 不 斷 進 步, 加 上 新 材 料 ( 氮 化 物 晶 體 和 螢 光 粉 ) 的 開 發 和 應 用, 各 種 顔 色 超 高 亮 度 LED 有 突 破 性 的 進 展, 其 發 光 效 率 提 高 了 近 1000 倍, 並 實 現 了 可 見 光 波 頻 段 的 所 有 顔 色, 尤 其 超 高 亮 度 白 光 LED 的 研 發 成 功, 使 LED 應 用 領 域 可 成 功 進 入 高 效 率 照 明 光 源 市 場, 因 為 高 亮 度 LED 將 是 人 類 繼 愛 迪 生 發 明 白 熾 燈 泡 後, 最 偉 大 的 發 明 之 一 LED 固 有 的 特 點 如 省 電 壽 命 長 耐 震 動, 回 應 速 度 快 冷 光 源 等 特 點, 廣 泛 應 用 於 指 示 燈 信 號 燈 顯 示 幕 景 觀 照 明 等 領 域, 在 我 們 的 日 常 生 活 中 處 處 可 見, 如 家 用 電 器 電 話 機 儀 表 板 照 明 汽 車 防 霧 燈 交 通 信 號 燈 等 目 前 LED 照 明 光 源 的 主 流 是 高 亮 度 的 白 光 LED, 已 商 品 化 的 白 光 LED 多 是 二 波 長, 即 以 藍 光 單 晶 片 加 上 17

26 YAG 黃 色 螢 光 粉 混 合 産 生 白 光, 廣 泛 應 用 於 LED 背 光 源 等 市 場 室 內 照 明 則 會 以 無 機 紫 外 光 晶 片 加 紅 藍 綠 三 顔 色 螢 光 粉 混 合 産 生 白 光 的 三 波 長 白 光 LED 來 取 代 螢 光 燈 緊 湊 型 節 能 螢 光 燈 泡 由 於 目 前 價 格 已 趨 近 市 場 可 接 受 範 圍, 故 現 階 段 已 可 作 爲 通 用 光 源 之 推 廣 及 應 用 LED 光 源 在 照 明 領 域 的 應 用, 是 實 現 綠 色 照 明 環 保 節 能 概 念 的 新 希 望, 未 來 發 展 和 推 廣 高 效 節 能 LED 照 明 器 具, 節 約 照 明 用 電, 進 而 建 立 一 個 優 質 經 濟 舒 適 安 全 可 靠 有 益 環 境 的 照 明 系 統, 將 是 世 界 性 的 潮 流 趨 勢 3.2 發 光 二 極 體 LED 基 本 特 性 白 熾 燈 鹵 素 燈 光 效 只 有 15~25 lm/w, 螢 光 燈 90~100 lm/w, 鈉 燈 系 列 90~140 lm/w, 尤 其 是 白 熾 燈 等 電 熱 性 光 源, 大 部 分 的 用 電 變 成 熱 量 損 耗 LED 經 過 幾 十 年 的 技 術 改 良, 市 售 LED 產 品 之 發 光 效 率 已 達 (80~100 lm/w), 實 驗 室 晶 片 發 光 效 率 已 可 達 到 254 lm/w 階 段 ; 其 光 的 演 色 性 好 光 譜 窄, 無 需 過 濾 可 直 接 發 出 有 色 可 見 光 目 前, 世 界 各 國 均 加 緊 提 高 LED 光 效 方 面 的 研 究, 在 不 遠 的 將 來, 其 發 光 效 率 將 會 大 大 的 提 高 而 在 用 電 量 方 面, 單 顆 LED 功 率 自 小 瓦 數 50mW 至 大 瓦 數 1W 以 上, 採 直 流 驅 動, 反 應 速 度 快, 可 在 高 頻 操 作 可 內 置 於 微 處 理 系 統 而 控 制 發 光 強 度, 調 整 發 光 方 式, 實 現 光 與 藝 術 結 合 同 樣 照 明 效 果 的 情 況 下, 用 電 量 是 白 熾 燈 泡 的 1/8, 螢 光 燈 管 的 1/2 就 橋 樑 護 欄 燈 為 例, 同 樣 效 果 的 一 支 日 光 燈 40W, 而 採 用 LED 每 支 的 功 率 只 有 8W, 而 且 可 以 全 彩 變 化 18

27 圖 LED 照 明 產 品 應 用 於 橋 樑 實 照 圖 LED 如 果 散 熱 處 理 良 好, 理 論 上 半 導 體 發 光 蕊 片 平 均 壽 命 可 達 10 萬 小 時 ; 而 LED 燈 具 使 用 壽 命 也 可 達 5~10 年, 可 以 大 大 降 低 燈 具 的 維 護 費 用, 避 免 經 常 更 換 燈 具 之 支 出 LED 爲 全 固 體 發 光 體, 不 含 汞 鈉 元 素 等 可 能 危 害 健 康 的 物 質, 耐 震 耐 衝 擊, 不 易 破 碎, 廢 棄 物 可 回 收 而 沒 有 污 染 光 源 體 積 小, 可 以 隨 意 組 合, 易 開 發 成 輕 便 薄 短 小 型 照 明 産 品, 也 便 於 安 裝 和 維 護 雖 然 LED 光 源 要 比 傳 統 光 源 貴 一 些, 但 是 使 用 一 年 時 間 的 節 能 效 益, 可 收 回 光 源 的 投 資, 從 而 可 獲 得 1~3 年 中 每 年 數 倍 的 節 能 淨 收 益 根 據 美 國 能 源 署 最 新 報 告 LED 製 造 與 性 能 指 出,LED 燈 泡 相 較 於 螢 光 燈 泡 (CFLs) 具 較 低 環 境 衝 擊 力 該 報 告 將 此 三 種 產 品 從 其 生 命 週 期 的 開 端 至 尾 端 來 做 比 較, 包 括 其 製 造 運 輸 使 用 與 報 廢 階 段 對 於 環 境 衝 擊 的 差 異, 並 呼 應 前 一 篇 相 關 研 究 LED 生 命 週 期 對 能 源 與 環 境 衝 擊 之 評 估 結 論 指 出,CFLs 與 LED 具 類 似 能 源 消 耗, 在 使 用 階 段 所 需 的 電 力 相 較 於 白 熾 燈 顯 著 較 少, 白 熾 燈 在 整 個 生 命 週 期 都 耗 損 最 多 能 源, 而 此 三 種 產 品 相 較 於 製 造 及 運 輸, 在 使 用 時 是 消 耗 最 多 能 源 的 階 段 然 而, 在 產 生 相 同 亮 度 的 標 準 下, 相 較 於 CFLs 需 消 耗 15 瓦 及 白 熾 燈 60 瓦,LED 僅 需 消 耗 15 瓦, 並 在 圖 裡 19

28 15 項 環 境 衝 擊 中 的 14 項 具 最 佳 環 境 友 善 其 他 重 要 的 發 現 如 下 : 螺 旋 式 螢 光 燈 泡 相 較 於 LED, 除 垃 圾 掩 埋 對 土 地 的 負 擔 外, 在 其 他 各 項 評 估 項 目 均 具 稍 大 的 環 境 衝 擊 LED 鋁 散 熱 片 在 製 造 過 程 的 能 源 與 資 源 消 耗, 造 成 對 土 地 較 大 的 衝 擊 在 五 年 內, 根 據 近 期 的 技 術 改 善 趨 勢, 未 來 LED 燈 泡 的 環 境 衝 擊 較 現 在 的 產 品 將 更 大 幅 度 降 低 隨 著 市 場 從 使 用 白 熾 燈 到 節 能 燈 泡 的 轉 變, 並 為 消 費 者 與 企 業 節 省 花 費,LED 及 CFLs 預 期 將 能 夠 為 我 們 減 少 許 多 對 於 環 境 的 負 擔 圖 LED 及 CFL 與 白 熾 燈 生 命 週 期 環 境 衝 擊 評 估 比 較 6 目 前 半 導 體 照 明 主 要 以 光 色 照 明 和 特 殊 照 明 爲 主, 隨 著 電 價 調 漲 後, 將 向 一 般 室 內 照 明 擴 展 近 幾 年 內, 半 導 體 照 明 市 場 將 廣 泛 應 用 在 各 種 信 號 燈 景 觀 照 明 櫥 窗 照 明 建 築 照 明 廣 場 和 街 道 的 美 化 家 庭 裝 飾 照 明 公 共 娛 樂 場 所 美 化 和 舞 臺 效 果 照 明 等 領 域 從 成 本 來 講, 目 前 LED 照 明 設 備 價 格 略 微 高 於 螢 光 燈, 要 想 將 室 內 LED 照 明 20

29 應 用 於 家 庭 和 辦 公 室 的 主 要 照 明, 必 須 在 降 低 購 置 成 本 和 提 高 發 光 效 率 上 取 得 較 佳 的 突 破 由 於 照 明 成 本 估 算 除 了 應 包 括 電 光 源 的 初 始 成 本, 還 涉 及 電 光 源 所 消 耗 的 能 源 成 本 光 源 無 法 正 常 工 作 時 更 換 電 光 源 所 需 的 人 工 成 本 以 及 電 光 源 更 換 的 平 均 週 期 客 觀 評 估,LED 性 能 要 提 高 而 成 本 要 下 降, 使 整 個 性 能 價 格 比 值 可 以 在 傳 統 光 源 系 統 的 3 倍 以 上, 才 較 容 易 產 生 取 代 傳 統 光 源 的 效 果 及 一 般 大 眾 之 選 購 意 願 LED 照 明 產 品 為 現 階 段 最 為 看 好 的 全 球 照 明 光 源 之 新 興 節 能 產 品, 現 階 段 LED 燈 泡 的 整 體 發 光 效 率 可 達 80~100 lm/w( 白 熾 燈 泡 發 光 效 率 為 15~25 lm/w), 已 具 有 取 代 傳 統 照 明 市 場 實 力 ; 唯 需 待 製 程 成 本 下 降 時 方 能 有 較 大 之 競 爭 優 勢 從 發 光 效 率 來 看,LED 照 明 光 源 在 照 明 市 場 早 可 開 始 普 及 化, 未 來 產 品 市 售 價 格 若 能 夠 持 續 降 低, 則 可 普 及 到 一 般 家 庭 照 明 成 本 的 下 降 為 普 及 化 的 主 要 因 素, 未 來 如 何 能 快 速 降 低 製 造 成 本 將 是 關 鍵 ; 在 發 光 成 本 上,2001 年 白 光 LED 的 成 本 約 1 美 元 /lm,2012 年 已 可 降 至 0.006~8 美 元 /lm, 其 未 來 競 爭 優 勢 非 常 顯 著 且 可 逐 步 深 入 至 一 般 家 庭 圖 至 2015 年 LED 發 光 效 率 / 價 格 演 進 圖 22 21

30 日 前 美 國 能 源 部 (DOE) 亦 於 2012 年 固 態 照 明 (Solid-State Lighting) 在 一 般 照 明 應 用 的 節 能 潛 力 報 告 中 指 出,2030 年 美 國 LED 照 明 的 普 及 可 將 能 源 消 耗 節 省 近 半, 預 期 2010 至 2030 年 期 間 所 節 省 的 累 計 電 量 將 達 2,700 TWh( 兆 瓦 小 時 ), 這 相 當 於 省 下 2,500 億 美 元 的 開 銷, 也 等 同 於 18 億 噸 的 二 氧 化 碳 排 放 量 到 了 2030 年,LED 普 及 所 節 省 的 年 度 能 源 將 達 297 TWh, 可 為 2,400 萬 戶 家 庭 提 供 電 力 以 目 前 的 能 源 價 格 來 計 算, 預 期 2030 年 可 省 下 300 億 美 元 的 開 銷 根 據 報 告, 省 下 的 能 源 可 在 2030 年 將 二 氧 化 碳 排 放 量 降 低 2.1 億 噸 報 告 並 預 期, 到 了 2020 年,LED 燈 泡 與 照 明 設 備 將 滲 透 入 商 業 與 戶 外 應 用, 並 在 2020~2030 年 期 間 在 住 宅 工 業 商 業 與 戶 外 應 用 市 場 普 及 此 外, 若 以 流 明 - 小 時 (lumen-hours) 來 計 算, 到 了 2020 年 LED 照 明 在 一 般 應 用 市 場 的 普 及 率 將 達 36%, 並 於 2030 年 攀 升 至 74% 15 圖 美 國 能 源 部 LED 照 明 節 能 預 測 圖 22

31 3.3 LED 照 明 光 源 基 本 理 論 LED 之 優 缺 點 : 近 年 來, 由 於 LED 製 造 成 本 持 續 降 低, 且 效 率 和 亮 度 不 斷 提 高, 配 合 LED 所 具 有 的 壽 命 長 安 全 性 高 發 光 效 率 高 ( 低 功 率 ) 色 彩 豐 富 驅 動 與 調 控 彈 性 高 體 積 小 環 保 等 特 點, 使 得 LED 在 一 般 照 明 市 場 應 用 得 以 大 幅 度 擴 張, 帶 動 其 市 場 需 求 成 長 除 了 我 們 熟 知 的 各 種 電 子 產 品 上 面 的 LED 指 示 燈 外,LED 螢 幕 LED 照 明 液 晶 螢 幕 用 的 LED 背 光 源 手 機 上 按 鍵 的 LED 背 光 新 世 代 的 OLED 螢 幕 PLED 螢 幕 等 等 各 式 各 樣 關 於 LED 的 應 用 正 逐 漸 穩 定 的 發 展 中, 部 份 領 域 的 LED 應 用 因 為 市 場 發 展 趨 於 成 熟, 普 及 的 速 度 開 始 加 快, 也 無 形 中 創 造 出 驚 人 的 商 機 就 市 售 之 LED 優 缺 點 分 析 如 下 : 優 點 : 1. 節 能 : 目 前 市 售 白 光 LED 光 源 產 品 發 光 效 率 可 達 80~100 lm/w 以 上, 已 經 高 於 大 多 數 放 電 光 源, 更 遠 高 於 傳 統 白 熾 燈, 而 且 目 前 LED 光 源 效 率 仍 持 續 提 升 當 中 目 前 試 驗 性 的 大 功 率 白 光 LED 晶 片 發 光 效 率 已 達 186 lm/w; 低 功 率 白 光 LED 晶 片 發 光 效 率 更 達 240 lm/w 以 上 2. 搭 配 性 : 單 顆 白 光 LED 驅 動 電 壓 約 3.2~3.5V, 因 此 LED 照 明 產 品 可 輕 易 搭 配 太 陽 能 等 再 生 能 源 電 力 系 統 3. 耐 久 性 : LED 光 源 壽 命 在 額 定 的 操 作 條 件 下 可 達 3 萬 小 時 以 上, 長 壽 命 的 優 點 可 以 減 少 燈 具 產 品 的 維 護 費 用 23

32 4. 環 保 : LED 不 含 汞, 而 且 光 源 不 會 產 生 輻 射 與 過 量 的 電 磁 波 並 且 針 對 LED 與 省 電 燈 泡 的 碳 足 跡 進 行 評 估,LED 產 品 的 碳 足 跡 遠 低 於 省 電 燈 泡, 是 真 正 的 綠 色 光 源 5. 多 樣 化 : LED 體 積 小, 燈 具 設 計 靈 活, 可 以 配 合 應 用 產 品 的 各 種 造 型, 以 薄 形 及 輕 量 化 設 計 LED 晶 片 幾 近 為 點 狀 光 源, 可 輕 易 利 用 封 裝 技 術 縮 小 LED 出 光 角 度 以 增 強 其 輝 度, 使 人 眼 容 易 察 覺 分 辨 LED 所 顯 現 的 圖 樣 顏 色, 經 過 特 定 光 學 封 裝 的 LED, 具 有 指 向 性 強 的 特 性, 適 合 應 用 在 強 調 特 徵 的 區 域 照 明 6. 調 光 容 易 : LED 可 使 用 直 流 電 源 驅 動, 也 可 以 使 用 脈 波 亮 度 調 變 控 制 驅 動 (PWM), 不 管 是 任 何 一 種 方 式, 都 可 以 任 意 調 整 LED 驅 動 電 流, 來 對 LED 進 行 調 光 和 市 售 的 放 電 燈 光 源 比 較,LED 調 光 方 式 更 加 簡 易 缺 點 : 1. 光 源 未 標 準 化 : LED 光 源 並 未 具 有 標 準 化 的 產 品, 若 LED 損 壞, 使 用 者 往 往 無 法 購 得 適 當 的 替 代 品 進 行 更 換 2. 價 格 高 於 市 售 放 電 光 源 產 品 : 目 前 LED 燈 具 產 品, 以 相 同 光 輸 出 流 明 值 比 較, 其 價 格 大 約 是 市 售 放 電 光 源 產 品 的 2~5 倍 以 上, 價 格 因 素, 造 成 使 用 者 對 採 用 LED 燈 具 產 品 的 意 願 較 低 24

33 3.3.2 LED 照 明 系 統 架 構 LED 照 明 系 統 由 LED 光 源 LED 驅 動 電 路 控 制 系 統 反 射 罩 或 透 鏡 等 二 次 光 學 機 構 散 熱 機 構 所 構 成, 如 圖 所 示 LED 光 源 如 同 螢 光 燈 複 金 屬 燈 省 電 燈 泡 般, 是 負 責 提 供 光 線 輸 出 的 光 源 體 ;LED 驅 動 電 路, 是 將 市 電 或 其 他 來 源 提 供 的 電 力, 轉 換 成 適 合 驅 動 LED 的 電 壓 或 電 流, 提 供 LED 適 當 的 電 力 控 制 系 統 主 要 控 制 LED 光 源 的 亮 度 顏 色 等 功 能 ; 二 次 光 學 機 構 則 是 透 過 折 射 或 反 射 的 原 理, 將 LED 光 源 所 發 出 的 光 線 投 射 到 適 當 的 照 明 空 間, 或 者 變 成 特 殊 的 光 線 輸 出 角 度, 達 到 聚 光 或 散 光 等 功 能 散 熱 機 構 則 是 藉 由 導 熱 機 構 及 散 熱 機 構, 將 LED 光 源 所 發 出 的 熱 傳 導 至 外 界 環 境 圖 LED 照 明 系 統 整 體 構 成 元 件 示 意 圖 市 電 進 入 LED 燈 具 後, 必 須 以 電 源 供 應 器 將 市 電 轉 換 成 適 合 驅 動 LED 的 電 源,LED 受 到 驅 動 所 發 出 的 光 再 經 過 二 次 光 學 元 件 做 配 光 分 佈 後, 再 傳 遞 到 照 明 空 間 ( 如 圖 所 示 ) 因 此, 高 效 率 的 LED 燈 具, 其 關 鍵 在 於 高 發 光 效 率 的 LED 光 源 高 效 率 的 LED 驅 動 電 源 以 及 高 轉 換 效 能 的 光 學 設 計 25

34 圖 影 響 LED 照 明 系 統 效 率 主 要 因 素 分 析 LED 光 源 及 LED 光 源 模 組 LED 在 進 入 照 明 應 用 以 前, 大 多 作 為 指 示 性 用 途, 如 電 子 儀 器 顯 示 燈 陣 列 型 字 串 排 列 以 及 交 通 號 誌 燈 等 應 用, 因 此 在 提 升 LED 的 性 能 方 面 的 研 究 大 多 以 提 高 LED 的 亮 度 為 主 而 此 時 所 使 用 的 LED 大 多 為 高 輝 度 高 指 向 性 的 LED, 如 圖 所 示 圖 傳 統 高 輝 度 LED 元 件 但 是 對 照 明 應 用 領 域, 光 源 所 發 出 的 光 通 量 為 照 明 設 計 最 重 要 的 參 數, 近 年 來 研 發 單 位 及 光 電 產 業 逐 漸 認 知 增 強 LED 的 亮 度 已 無 法 滿 足 照 明 的 需 求, 要 將 LED 推 展 至 一 般 照 明 勢 必 增 加 LED 所 發 出 的 光 通 量 目 前 針 對 照 明 應 用 開 發 的 高 亮 度 LED 光 源, 除 了 提 供 亮 度 規 格 外, 也 提 供 LED 所 發 出 光 通 量 (lm) 以 及 發 光 效 率 (lm/w) 等 26

35 參 數, 以 供 照 明 產 業 應 用 之 依 據 一 般 常 用 的 省 電 燈 泡 或 螢 光 燈 管 可 發 出 一 千 至 數 千 流 明, 要 將 LED 導 入 照 明 應 用 必 須 提 高 單 顆 LED 及 整 個 發 光 模 組 的 光 通 量 目 前 提 高 單 顆 LED 光 通 量 的 方 式, 是 提 升 LED 的 驅 動 電 流 密 度 來 增 加 LED 的 操 作 功 率, 然 而 增 加 驅 動 電 流 密 度 會 大 幅 提 昇 LED 晶 片 溫 度 而 嚴 重 降 低 其 壽 命, 為 了 避 免 LED 的 溫 度 過 高 而 嚴 重 降 低 壽 命, 傳 統 砲 彈 型 的 封 裝 方 式 已 無 法 滿 足 大 功 率 LED 的 需 求, 而 必 須 採 用 高 導 熱 性 的 封 裝 設 計 為 了 導 入 照 明 應 用, 除 了 不 斷 提 升 LED 的 發 光 效 率 以 及 降 低 光 源 成 本 外, 模 組 化 已 成 為 另 一 項 LED 照 明 的 重 要 技 術, 利 用 模 組 化 技 術 可 減 少 LED 產 品 的 生 產 程 序, 有 效 整 合 LED 光 源 和 燈 具, 是 介 於 光 源 和 燈 具 之 間 的 橋 樑 光 源 模 組 技 術 是 在 單 一 基 板 上 放 置 數 個 LED 晶 片 以 獲 得 更 高 的 照 明 光 通 量, 雖 然 使 用 大 面 積 的 LED 晶 片 也 能 夠 增 加 LED 的 驅 動 功 率, 卻 會 降 低 發 光 效 率 而 造 成 光 損 失 ; 利 用 數 顆 小 面 積 的 LED 晶 片 組 成 光 源 模 組 可 將 發 光 效 率 的 損 失 降 至 最 低 雖 然 將 LED 光 源 模 組 化 可 以 提 升 照 明 光 通 量, 但 是 在 單 一 基 板 上 放 置 大 量 的 LED 晶 片 也 產 生 相 當 多 的 熱 源, 為 了 迅 速 排 除 LED 產 生 的 熱, 光 源 模 組 中 LED 晶 片 的 基 板 都 必 須 使 用 高 導 熱 係 數 材 料, 如 Lamina 所 推 出 的 LED 光 源 模 組 圖 Lamina LED 光 源 模 組 30 27

36 3.3.4 LED 驅 動 電 源 LED 電 源 供 應 器 設 計 主 要 提 供 LED 燈 板 穩 定 及 高 品 質 的 電 源, 由 於 LED 的 電 氣 特 性 類 似 於 二 極 體,LED 發 光 亮 度 與 所 驅 動 電 流 成 正 比, 但 LED 的 溫 度 特 性 猶 如 負 電 阻 特 性, 溫 度 越 高, 相 對 的 電 阻 特 性 愈 低, 因 此 如 以 定 電 壓 提 供 LED 電 源 時, 將 會 造 成 溫 度 提 升 後 LED 電 流 劇 增, 使 得 LED 晶 片 損 壞, 因 此,LED 燈 具 的 驅 動 電 路, 應 該 具 備 定 電 流 的 控 制 功 能, 亦 即 LED 產 品 內 部 用 來 提 供 LED 電 流 所 使 用 的 電 路, 必 須 能 在 不 同 環 境 條 件 下, 提 供 恆 定 電 流 來 驅 動 LED 光 源 除 了 提 供 穩 定 電 流 源 給 LED 負 載 使 用 之 外,LED 內 部 的 驅 動 電 路 對 於 負 載 變 動 時 也 能 提 供 平 衡 或 保 護 動 作 LED 散 熱 設 計 2012 年 LED 元 件 本 身 的 量 子 效 率 約 40%(160 lm/w), 亦 即 輸 入 的 能 量 約 有 40% 轉 化 為 光 能, 其 餘 60% 則 會 變 成 熱, 若 這 些 廢 熱 如 果 無 法 適 時 排 除, 將 會 使 LED 溫 度 過 高, 進 而 影 響 其 發 光 效 率 及 使 用 壽 命 圖 所 示 為 LED 晶 片 界 面 溫 度 對 LED 發 光 亮 度 及 使 用 壽 命 的 影 響 圖 中 可 看 出 晶 片 界 面 溫 度 愈 高, 其 發 光 亮 度 及 使 用 壽 命 均 相 對 地 呈 線 性 衰 減, 即 溫 度 升 高 不 僅 會 造 成 亮 度 下 降, 而 且 會 加 速 LED 元 件 的 損 壞 據 LED 廠 商 資 料 的 分 析,LED 故 障 之 原 因 大 約 有 70% 係 起 因 於 溫 度 過 高, 並 且 溫 度 每 升 高 20, 故 障 發 生 率 就 會 提 高 一 倍 因 此, 對 LED 燈 具 而 言, 如 何 將 LED 產 生 的 廢 熱 快 速 傳 導 至 外 界 環 境, 避 免 因 過 熱 而 加 速 燈 具 中 光 源 老 化 損 壞, 已 成 為 LED 燈 具 設 計 的 主 要 課 題 圖 LED 各 部 位 散 熱 比 例 圖 28

37 圖 LED 接 面 溫 度 對 光 亮 度 及 使 用 壽 命 因 此, 為 防 止 LED 燈 具 內 部 的 LED 元 件 因 高 溫 產 生 失 效 或 快 速 光 衰 的 現 象, 必 須 特 別 注 重 LED 燈 具 的 散 熱 設 計 大 多 數 的 LED 燈 具 散 熱 裝 置 的 設 計 手 法, 主 要 是 增 加 散 熱 面 積 提 升 散 熱 氣 流 的 流 暢 度 使 元 件 溫 升 分 佈 均 勻 以 及 降 低 LED 元 件 至 外 界 環 境 間 的 熱 阻 等 方 面 著 手 目 前 的 所 有 LED 燈 具 產 品 在 散 熱 處 理 器 的 設 計 上, 大 致 可 以 歸 納 為 鋁 擠 型 散 熱 鰭 片 型 散 熱 以 及 熱 管 結 合 型 散 熱 等 方 式, 而 其 中 以 鋁 擠 型 散 熱 方 式 佔 多 數, 大 多 是 散 熱 器 外 露 於 燈 具 外 觀 件, 此 方 式 的 優 點 為 在 散 熱 器 採 用 鋁 擠 型 製 造, 容 易 量 產, 生 產 成 本 可 以 較 為 低 廉, 但 是 鋁 擠 型 的 散 熱 器 大 多 應 用 在 低 功 率 的 LED 產 品 上 在 處 理 大 功 率 LED 燈 具 ( 如 LED 路 燈 ) 的 散 熱 時, 由 於 重 量 成 為 燈 具 必 須 考 量 的 因 素, 也 因 此 在 高 瓦 特 數 的 產 品 中, 普 遍 採 用 鰭 片 式 散 熱 器, 或 是 採 用 應 用 導 熱 管 結 合 燈 具 外 殼 散 熱 的 方 式 來 設 計 燈 具 光 學 設 計 傳 統 光 源 大 至 可 分 為 點 狀 直 管 以 及 環 形 光 源, 燈 具 必 須 應 用 反 射 板 或 光 學 透 鏡 進 行 二 次 光 學 設 計 來 達 到 燈 具 所 需 要 的 照 明 效 果, 但 是 反 射 板 以 及 光 學 透 鏡 則 會 吸 收 部 分 的 光, 降 低 燈 具 效 率 LED 燈 具 為 了 符 合 照 明 配 光 需 求, 一 般 透 過 透 鏡 (Lens) 反 射 罩 擴 散 板 做 二 次 光 學 設 計, 達 到 法 規 或 照 明 產 品 的 配 光 需 求, 如 圖 中 的 LED 路 燈 所 採 用 的 LED 光 模 組, 在 LED 前 方 加 裝 了 具 備 特 殊 的 透 鏡, 使 其 具 備 路 燈 所 需 之 特 殊 方 向 性 的 配 光 曲 線 29

38 圖 具 備 特 殊 配 光 透 鏡 的 LED 光 源 而 LED 和 市 售 傳 統 光 源 不 同 處 在 於 市 售 LED 光 源 經 過 封 裝 後, 本 身 已 具 備 特 殊 方 向 性 的 配 光 曲 線, 使 用 LED 作 為 燈 具 主 要 光 源 時, 若 充 分 應 用 LED 本 身 所 具 有 的 配 光 進 行 設 計, 可 將 二 次 光 學 的 使 用 降 至 最 低, 大 幅 提 高 燈 具 效 率, 並 達 到 最 佳 的 照 明 效 果 及 節 約 能 源 的 目 的, 如 部 分 LED 路 燈, 會 使 用 燈 具 本 體 調 整 LED 的 擺 放 角 度 及 位 置, 使 LED 路 燈 的 配 光 符 合 光 學 需 求 如 圖 中 的 LED 路 燈 產 品, 變 更 燈 具 中 LED 模 組 的 擺 放 角 度, 來 達 到 LED 路 燈 所 需 要 的 配 光 需 求 21 圖 以 調 整 LED 角 度 及 位 置 達 到 照 明 效 果 的 LED 路 燈 30

39 3.4 LED 種 類 與 用 途 直 管 型 LED 燈 如 圖 所 示, 發 光 二 極 體 (LED) 可 組 裝 做 成 T5 或 T8 型 直 管 燈, 且 可 以 直 接 替 代 其 原 有 螢 光 燈 管 ; 不 需 更 換 燈 具, 可 直 接 替 換 螢 光 燈 管, 其 電 源 供 應 器 為 內 置 型 ; 與 市 面 上 另 一 種 外 置 型 之 直 管 型 LED 燈 具 不 同, 其 壽 命 也 約 略 短 於 外 置 型, 故 在 選 用 直 管 型 LED 燈 源 時, 若 考 量 不 改 變 原 有 室 內 裝 潢, 可 採 用 電 源 供 應 器 內 置 型 之 LED 直 管 型 燈 源 唯 在 安 裝 上 需 先 行 移 除 原 有 之 螢 光 燈 源 安 定 器, 且 需 注 意 燈 具 外 殼 是 否 有 接 地 措 施, 以 防 止 工 安 意 外 發 生 圖 直 管 型 LED 燈 源 平 板 型 之 LED 燈 源 平 板 型 LED 燈 源 近 來 於 市 面 上 持 續 上 市 ( 如 圖 所 示 ), 且 一 般 民 眾 之 採 購 意 願 持 續 上 升, 尤 其 台 灣 在 面 板 製 程 及 應 用 技 術 上 已 相 當 成 熟, 故 其 光 源 在 一 般 商 場 及 較 需 直 下 式 之 光 源 場 所 能 夠 供 給 足 夠 且 明 亮 的 效 果, 唯 因 其 燈 具 外 型 及 LED 光 源 特 性 影 響, 無 法 像 傳 統 螢 光 燈 具 有 著 較 佳 的 配 光 曲 線 及 其 光 均 勻 度 31

40 圖 平 板 型 LED 燈 源 球 泡 型 LED 燈 光 源 近 期 來 最 為 廣 受 大 眾 關 注 的 球 泡 型 LED 燈 源, 由 於 在 各 LED 燈 源 大 廠 的 持 續 努 力 與 競 爭 下, 使 得 其 售 價 與 通 路 能 夠 更 接 近 於 一 般 民 眾, 進 而 提 升 了 LED 燈 光 源 於 家 用 及 一 般 商 用 之 滲 透 率 目 前 市 面 上 主 要 球 泡 燈 體 以 E27 及 E14 燈 座 為 主, 因 其 使 用 範 圍 較 為 廣 泛, 且 替 代 性 和 換 裝 便 利 性 較 佳, 故 為 LED 燈 源 之 首 選 圖 球 泡 型 LED 燈 源 投 射 型 LED 燈 源 一 般 商 業 及 室 內 家 用 裝 置 裝 潢 投 射 燈 具 主 要 以 MR16 AR111 PAR30 及 PAR38 系 列 為 大 宗, 其 使 用 型 式 與 情 形 依 現 場 需 求 而 有 所 不 同 ; 現 階 段 LED 照 明 燈 源 種 類 繁 多, 且 大 多 能 夠 取 代 上 述 之 燈 源 類 型 在 應 用 現 況 上,PAR30 及 PAR38 型 投 射 光 源 與 傳 統 光 源 之 投 32

41 射 角 度 演 色 性 色 溫 及 光 通 量 幾 無 差 異, 唯 其 裝 置 方 式 與 傳 統 型 略 為 不 同 ; 主 要 差 異 在 於 LED 型 PAR 系 列 燈 具 之 電 源 供 應 器 採 用 內 置 型, 而 傳 統 燈 原 則 必 須 預 留 空 間 來 放 置 其 電 源 供 應 器 ( 外 置 型 ), 故 LED 燈 源 除 了 可 減 低 其 照 明 的 耗 電 量 外, 亦 可 增 加 其 空 間 使 用 之 靈 活 與 方 便 性 另 在 MR16 及 AR111 型 之 LED 燈 源, 因 其 燈 體 體 積 較 小, 故 在 電 源 供 應 器 上 均 採 用 外 置 型 式 為 主 圖 投 射 型 LED 燈 源 其 他 類 型 之 LED 燈 源 目 前 市 面 上 其 他 較 為 廣 泛 使 用 LED 燈 源 之 照 明 型 式 如 販 售 最 早 且 廣 為 使 用 的 逃 生 避 難 指 示 燈 具, 因 其 善 用 LED 光 源 高 輝 度 低 耗 電 等 特 性, 使 得 該 產 品 之 應 用 相 對 成 功 且 無 可 比 擬 取 代 圖 逃 生 避 難 指 示 型 LED 燈 源 33

42 另 在 戶 外 投 射 及 造 景 燈 部 分, 因 有 先 期 政 府 大 力 推 動 與 支 持 產 業 發 展 的 優 勢 下, 逐 步 從 路 燈 的 研 發 量 產, 進 而 將 技 術 轉 移 為 戶 外 投 射 及 防 水 景 觀 燈 的 產 品 開 發, 此 類 型 產 品 有 著 良 好 的 散 熱 和 防 水 特 性, 在 壽 命 上 也 相 對 比 起 傳 統 其 他 類 型 光 源 來 得 持 久, 因 此 採 用 該 類 型 產 品 除 了 可 減 低 夜 間 照 明 的 耗 能 外, 亦 可 減 少 其 人 工 換 裝 及 維 修 成 本 圖 戶 外 投 射 型 LED 燈 源 近 年 來 除 了 將 LED 光 源 應 用 於 取 代 傳 統 光 源 上 之 技 術 研 究 外, 亦 有 多 數 廠 家 企 業 專 心 致 力 於 農 漁 業 用 的 專 用 照 明 領 域 ; 傳 統 漁 民 出 海 作 業 為 吸 引 魚 群 聚 集, 多 數 使 用 水 銀 燈 或 複 金 屬 燈, 此 種 類 型 燈 源 之 耗 電 量 頗 大, 在 其 耗 電 快 速 消 耗 同 時, 亦 減 少 了 其 作 業 時 間, 在 分 秒 必 爭 的 漁 業 特 殊 工 作 環 境 中, 實 屬 可 惜 ; 因 此, 專 門 為 漁 業 需 求 量 身 訂 製 的 漁 業 用 LED 燈 源 燈 具 便 孕 育 而 生 了 其 特 性 有 別 於 傳 統 燈 源 之 耗 電 需 求 外 ( 耗 電 量 極 小 ), 更 加 強 深 海 魚 種 所 可 視 波 長 之 特 性 ( 藍 光 尤 佳 ), 尤 其 漁 業 用 LED 燈 源 其 於 水 面 下 之 穿 透 力 更 勝 於 傳 統 燈 源, 故 在 其 使 用 上 已 逐 漸 被 一 般 漁 業 從 業 者 所 接 受 圖 農 漁 業 用 LED 燈 源 34 34

43 圖 漁 船 作 業 採 用 LED 燈 源 實 照 24 在 農 業 用 途 上,LED 燈 源 照 明 因 其 低 耗 電 及 搭 配 其 可 調 整 光 波 ( 尤 其 以 紅 光 及 藍 光 波 長 對 植 物 生 長 最 為 有 益 ) 角 度 明 暗 等 需 求 而 廣 為 歡 迎, 特 別 應 用 於 高 單 價 之 經 濟 作 物 最 為 常 見 ; 在 溫 室 植 栽 上 亦 相 當 普 遍 圖 家 用 型 LED 閱 讀 檯 燈 35

44 表 LED 照 明 節 能 產 品 應 用 範 圍 一 覽 表 戶 外 照 明 消 防 照 明 娛 樂 用 照 明 機 械 影 像 / 檢 查 家 用 照 明 手 持 式 照 明 展 示 用 照 明 景 觀 照 明 商 業 替 代 光 源 招 牌 字 型 燈 如 隧 道 燈 路 燈 街 燈 等 如 緊 急 照 明 及 出 口 指 示 燈 等 如 聚 焦 燈 舞 台 的 天 幕 燈 或 LED 光 條 手 術 燈 及 醫 療 檢 查 用 燈 閱 讀 檯 燈 神 明 燈 及 圓 形 燈 如 手 電 筒 及 礦 工 燈 LED 冷 凍 / 藏 櫃 光 源 如 庭 園 路 燈 感 應 探 照 燈 階 梯 燈 陽 台 燈 等 如 嵌 燈 投 射 燈 珠 寶 燈 吊 燈 等 招 牌 及 廣 告 看 板 36

45 第 四 章 全 球 LED 相 關 標 準 推 展 概 況 由 於 LED 欲 從 高 輝 度 應 用 跨 入 高 照 度 應 用, 技 術 門 檻 極 高, 產 業 界 咸 都 積 極 的 建 立 產 業 之 標 準, 目 前 看 來, 美 日 韓 台 灣 及 大 陸 等 地 區 國 家 標 準 與 產 業 標 準 所 形 成 之 聯 集, 大 致 已 拼 湊 完 成 一 個 標 準 藍 圖, 不 過 由 於 LED 光 源 應 用 於 照 明 燈 具 使 用 中 除 涉 及 光 學 性 能 外, 還 有 其 燈 具 電 源 的 特 性 溫 度 ( 散 熱 ) 特 性 和 器 具 安 全 特 性 等, 因 此 若 能 透 過 業 界 共 識, 達 到 大 家 都 認 同 的 標 準, 則 未 來 在 推 動 這 些 新 產 品 時, 才 能 更 順 利 導 入 消 費 市 場 4.1 台 灣 LED 標 準 發 展 概 況 由 於 台 灣 LED 產 業 發 展 起 步 較 早, 因 此 早 在 77 年 就 已 有 針 對 發 光 二 極 體 ( 指 示 用 ) 及 其 量 測 法 發 布 二 項 CNS 標 準, 並 於 89 年 間 公 告 12 項 發 光 二 極 體 應 用 於 交 通 號 誌 之 CNS 標 準, 當 時 在 台 灣 CNS 標 準 中 與 LED 相 關 者 已 達 34 項, 而 這 些 標 準 主 要 涉 及 的 範 圍 可 大 致 分 為 六 大 類, 包 括 交 通 號 誌 與 看 板 資 訊 戶 外 顯 示 看 板 通 信 用 發 光 二 極 體 LED 磊 晶, 晶 粒 封 裝 指 示 型 LED 以 及 自 動 控 制 用 紅 外 線 發 光 二 極 體 等 現 階 段 制 定 標 準 相 關 單 位 與 台 灣 LED 業 界 廠 商 共 同 建 立 17 項 LED 標 準, 業 已 完 成 LED 相 關 標 準 草 案 制 定 階 段 性 任 務, 並 送 交 至 經 濟 部 標 檢 局 進 行 後 續 審 查, 預 計 將 陸 續 完 成 國 家 標 準 制 定 公 告 ( 詳 見 表 4.1-1) 另 外, 由 於 台 灣 為 國 際 間 少 數 擁 有 AC LED 技 術 的 國 家, 因 此 亦 邀 請 相 關 業 者, 共 同 制 定 出 6 項 針 對 AC LED 標 準 98 年 初 經 濟 部 標 檢 局 相 繼 公 告 5 項 LED 國 家 標 準, 其 餘 12 項 LED 標 準 草 案, 由 經 濟 部 標 檢 局 進 行 審 查 程 序 後 再 公 告, 依 時 程 於 99 年 6 月 12 月 分 兩 批 次 完 成 公 告 除 了 上 述 草 案 之 外, 標 檢 局 亦 正 進 行 LED 模 組 安 全 性 檢 測 標 準, 以 及 LED 燈 泡 之 安 全 性 及 性 能 量 測 等 標 準, 也 於 99 年 11 月 完 成 37

46 並 於 99 年 1 月 底 召 開 研 討 LED 燈 管 國 家 標 準 制 定 可 行 性 方 向 會 議, 針 對 可 替 換 LED 燈 管 標 準 制 定 進 行 討 論, 釐 清 方 向 並 由 經 濟 部 技 術 處 委 託 工 研 院 綠 能 所 進 行 初 步 研 究 報 告 評 估 而 最 先 公 告 的 CNS 發 光 二 極 體 道 路 照 明 燈 具 國 家 標 準, 除 了 於 97 年 12 月 於 台 北 市 建 立 LED 路 燈 照 明 國 家 標 準 示 範 區 採 用 LED 照 明 標 準 及 品 質 研 發 聯 盟 廠 商 開 發 的 LED 路 燈 產 品 外, 標 準 更 於 98 年 7 月 公 告 將 CNS 發 光 二 極 體 道 路 照 明 燈 具 ( 已 於 101 年 1 月 修 訂 ) 產 品 增 列 為 台 灣 正 字 標 記 品 目 正 字 標 記 認 可 試 驗 室 受 理 產 品 抽 樣 檢 驗, 以 提 供 自 願 性 產 品 服 務 目 前 正 式 公 告 認 可 的 四 家 法 人 試 驗 室 為 : 財 團 法 人 金 屬 工 業 研 究 發 展 中 心 區 域 研 發 服 務 處 ( 中 區 ) 電 氣 安 全 實 驗 室 財 團 法 人 台 灣 大 電 力 研 究 試 驗 中 心 照 明 實 驗 室 財 團 法 人 工 業 技 術 研 究 院 量 測 技 術 發 展 中 心 光 電 測 試 實 驗 室 及 財 團 法 人 台 灣 電 子 檢 驗 中 心, 授 予 執 行 標 準 檢 驗 局 正 字 標 記 廠 商 抽 樣 檢 驗 的 業 務 33 LED 路 燈 廠 商 申 請 正 字 標 記 過 程, 業 者 需 先 將 產 品 送 交 標 準 檢 驗 局 所 指 定 之 試 驗 室 測 試 ( 上 述 所 列 之 法 人 試 驗 室 ), 取 得 合 格 之 試 驗 報 告, 且 其 品 管 系 統 經 評 鑑 符 合 CNS 12681(ISO 9001) 後, 再 正 式 向 標 準 檢 驗 局 提 出 申 請 在 AC LED 方 面, 工 業 技 術 研 究 院 電 光 所 自 97 年 起 即 開 始 與 美 國 NIST 合 作 進 行 AC LED 元 件 量 測 方 法 研 究, 次 年, 於 國 際 照 明 委 員 會 (CIE) 及 SPIE 會 議 分 別 發 表 其 建 議 之 量 測 方 法, 並 於 同 年 5 月 發 表 AC LED 元 件 光 學 與 電 性 量 測 標 準 草 案, 另 外 在 模 組 量 測 部 分, 工 業 技 術 研 究 院 電 光 所 亦 於 98 年 9 月 舉 辦 標 準 化 AC LED 量 測 標 準 座 談 會 並 將 上 述 標 準 草 案 由 技 術 處 送 交 標 檢 局 進 行 審 查, 並 於 100 年 8 月 公 告 制 定 標 準 38

47 表 我 國 近 年 有 關 LED 光 源 之 標 準 制 定 標 準 總 號 標 準 類 號 標 準 名 稱 公 告 日 期 種 類 C4504 發 光 二 極 體 道 路 照 明 燈 具 101/01/26 修 訂 C3232 發 光 二 極 體 元 件 之 環 境 及 耐 久 性 試 驗 法 101/01/31 制 定 C3233 照 明 用 發 光 二 極 體 系 統 之 環 境 試 驗 法 101/01/31 制 定 C3234 發 光 二 極 體 晶 粒 之 品 質 試 驗 法 101/01/31 制 定 C3235 發 光 二 極 體 元 件 之 靜 電 放 電 試 驗 法 101/01/31 制 定 C4522 發 光 二 極 體 晶 粒 之 加 速 壽 命 評 估 法 100/10/25 制 定 C4523 發 光 二 極 體 元 件 及 模 組 之 加 速 壽 命 評 估 法 100/10/25 制 定 C4512 發 光 二 極 體 投 光 燈 具 100/10/19 制 定 C3231 發 光 二 極 體 模 組 之 熱 阻 量 測 法 100/10/19 制 定 C3230 發 光 二 極 體 晶 粒 之 光 學 與 電 性 量 測 法 100/09/29 制 定 C4521 發 光 二 極 體 光 源 系 統 之 量 測 法 100/09/29 制 定 C4517 交 流 發 光 二 極 體 元 件 之 光 學 及 電 性 量 測 法 100/08/10 制 定 C4518 交 流 發 光 二 極 體 模 組 之 光 學 及 電 性 量 測 法 100/08/10 制 定 C4511 雙 燈 帽 直 管 型 LED 光 源 - 安 全 性 要 求 99/11/18 制 定 C4510 輕 鋼 架 天 花 板 (T- bar) 崁 入 型 發 光 二 極 體 燈 具 99/11/18 制 定 C4509 安 定 器 內 藏 式 發 光 二 極 體 燈 泡 ( 一 般 照 明 用 )- 安 全 性 要 求 99/11/18 制 定 C4507 一 般 照 明 用 LED 模 組 - 安 全 性 規 範 99/05/18 制 定 C3223 發 光 二 極 體 模 組 之 光 學 與 電 性 量 測 方 法 98/01/22 制 定 C3222 發 光 二 極 體 元 件 之 光 學 與 電 性 量 測 方 法 98/01/22 制 定 C3221 發 光 二 極 體 之 熱 阻 量 測 方 法 98/01/22 制 定 C3220 照 明 用 發 光 二 極 體 元 件 與 模 組 之 一 般 壽 命 試 驗 方 法 98/01/22 制 定 20 39

48 4.2 美 國 LED 標 準 發 展 概 況 美 國 在 制 定 LED 標 準 規 範 方 面, 起 步 較 早, 發 展 很 快, 而 且 LED 量 測 標 準 主 要 著 眼 於 未 來 固 態 照 明 市 場 之 發 展 及 應 用, 其 主 導 單 位 為 美 國 能 源 局 (DOE) 由 於 美 國 政 府 認 為 現 有 傳 統 照 明 之 量 測 標 準 並 不 適 用 於 新 光 源, 加 以 節 能 環 保 政 策 的 推 動, 美 國 對 於 導 入 節 能 固 態 照 明 產 品 的 態 度 也 相 對 開 放, 因 此 近 年 來 在 推 動 LED 量 測 標 準 十 分 積 極 目 前 由 美 國 政 府 號 召 重 要 之 相 關 單 位, 分 別 包 括 國 際 電 工 委 員 會 (IEC) 國 際 照 明 委 員 會 (CIE) 北 美 照 明 委 員 會 (IESNA) 美 國 電 器 用 品 生 產 者 協 會 (NEMA) 美 國 國 家 標 準 (ANSI) 美 國 國 家 標 準 與 技 術 研 究 所 (NIST) 優 力 安 全 認 證 公 司 (UL) 以 及 加 拿 大 標 準 協 會 (CSA) 等 單 位 召 開 會 議, 檢 測 現 階 段 之 LED 量 測 標 準 及 方 法, 並 找 出 不 足 之 處, 搭 配 能 源 之 星 (Energy Star) 提 出 的 固 態 照 明 燈 具 規 範, 分 別 針 對 不 同 之 相 對 應 的 工 業 測 試 標 準, 陸 續 推 出 相 關 的 量 測 標 準 的 方 式, 如 固 態 照 明 之 安 規 產 品 壽 命 光 學 量 測 色 度 (Chromaticity) 電 源 供 應 (Power Supply) 等 等 表 UL 提 出 的 相 關 LED 照 明 安 全 規 範 25 40

49 表 美 國 能 源 之 星 固 態 照 明 要 求 對 應 的 相 關 規 範 其 實 美 國 能 源 局 亦 早 在 2008 年 就 已 正 式 對 外 提 出 能 源 之 星 固 態 照 明 燈 具 標 準 之 規 範 26, 根 據 規 範 將 燈 具 發 光 效 率 分 為 兩 階 段, 第 一 階 段 最 高 光 效 需 達 到 35 lm/w; 第 二 階 段 則 必 須 達 到 70 lm/w 水 準, 其 照 明 燈 具 泛 指 住 商 用 一 般 照 明 燈 具, 如 廚 房 櫥 櫃 燈 檯 燈 嵌 燈 戶 外 步 道 燈 戶 外 洗 牆 燈 等 此 標 準 除 了 已 於 2008 年 9 月 正 式 生 效 外, 美 國 能 源 局 也 於 2009 年 12 月 公 佈 LED 燈 的 整 體 標 準 另 外, 美 國 能 源 局 又 於 2009 年 7 月 通 過 LED 產 品 標 準 29, 針 對 使 用 LED 為 光 源 的 燈 具 做 更 明 確 規 範, 也 針 對 LED 替 換 市 場, 明 確 規 範 包 括 不 同 燈 座 規 格 的 LED 燈 效 率 必 須 等 於 或 高 於 能 源 之 星 規 範 中 的 白 熾 燈 規 格, 並 至 少 要 有 6000 小 時 的 壽 命 等 要 求 ; 而 此 項 標 準 則 是 從 2010 年 8 月 開 始 發 生 規 範 效 用 41

50 4.3 日 本 LED 標 準 發 展 概 況 過 去 日 本 對 發 展 LED 產 業 相 當 積 極, 除 了 專 利 的 佈 局 及 策 略 上 之 運 籌 帷 幄 外, 就 連 LED 產 品 標 準 及 量 測 規 範 的 統 籌 規 劃 及 推 動 也 是 跑 在 各 國 前 頭, 顯 見 其 對 搶 奪 固 態 照 明 市 場 之 企 圖 心 而 該 國 對 於 2006 年 推 出 之 修 訂 版 的 LED 量 測 標 準 中, 也 詳 細 訂 定 了 白 光 LED 的 規 格, 以 標 準 LED 做 為 量 測 的 比 較 標 準 相 較 於 其 他 國 家, 日 本 LED 產 業 發 展 迅 速, 為 了 解 決 市 場 雜 亂 無 序 的 情 形, 由 日 本 四 大 團 體, 既 日 本 電 球 工 業 會 (JEL) 日 本 照 明 學 會 (JIES) 日 本 照 明 委 員 會 (JCIE) 及 日 本 照 明 器 具 工 業 會 (JIL) 早 於 2004 年 便 成 立 LED 照 明 推 進 協 議 會 (JLEDS), 統 籌 規 劃 並 推 動 制 定 LED 產 品 標 準 與 量 測 規 範, 並 於 同 年 底 即 完 成 照 明 用 白 光 LED 量 測 標 準, 這 項 LED 量 測 標 準 曾 於 2006 年 3 月 進 行 修 改, 目 前 經 JIS 審 核, 自 2007 年 7 月 起 成 為 日 本 工 業 標 準 (JIS) 表 日 本 四 大 團 體 照 明 用 白 色 LED 量 測 標 準 標 準 訂 定 機 構 標 準 JIES JIES 009 JCIE JCIE S001 JIL JIL 9003 JEL JEL 311 註 : 日 本 電 球 工 業 會 與 日 本 照 明 器 具 工 業 會 於 101 年 11 月 8 日 決 定, 將 於 2013 年 4 月 1 日 整 合 ; 未 來 新 名 稱 是 日 本 照 明 工 業 會, 後 續 標 準 亦 將 逐 步 整 合 公 告 之 25 然 而, 在 這 項 標 準 訂 定 並 修 改 後, 原 本 市 場 預 期 日 本 會 持 續 訂 定 一 連 串 的 相 關 配 套 標 準, 以 順 利 推 動 LED 產 業 發 展, 但 近 一 二 年 來 日 本 在 LED 相 關 標 準 方 面 卻 遲 遲 沒 有 推 出 新 規 範 面 對 市 場 產 品 不 斷 推 陳 出 新, 卻 苦 無 新 規 範 來 做 為 市 場 秩 序 的 現 象, 不 少 日 本 業 者 都 認 為, 日 本 照 明 市 場 目 前 已 呈 現 無 秩 序 的 狀 態 42

51 為 了 改 善 上 述 之 情 況, 並 配 合 目 前 LED 照 明 在 日 本 當 地 市 場 快 速 普 及 的 情 況, 日 本 電 球 工 業 會 (JELMA) 亦 於 2010 年 10 月 就 直 管 型 LED 燈 制 定 了 一 份 L 型 燈 口 的 直 管 型 LED 燈 系 統 ( 普 通 照 明 用 ) (JEL801:2010) 標 準 圖 日 本 L 型 燈 口 的 直 管 型 LED 兩 端 實 體 照 目 前 的 直 管 型 LED 燈 中, 較 為 突 出 的 是 以 垂 直 照 度 較 高, 不 亞 於 螢 光 燈 為 賣 點 的 產 品 此 次 標 準 以 螢 光 燈 做 為 模 擬 對 象, 對 於 直 管 型 LED 燈 管 之 要 求 與 直 管 型 螢 光 燈 相 同, 而 且 使 用 上 與 螢 光 燈 無 差 異 為 考 慮 的 重 點 舉 例 來 說, 對 用 於 替 代 40W 級 螢 光 燈 的 產 品, 制 定 了 晝 光 色 直 管 型 LED 燈 的 光 通 量 必 須 達 到 2300 lm 以 上, 演 色 指 數 達 到 80 以 上, 以 及 在 燈 管 發 光 角 度 120 度 的 範 圍 內, 光 通 量 不 超 過 整 體 的 70% 等 規 定 JEL801 不 僅 對 燈 管 本 身, 而 且 也 對 使 用 直 管 型 LED 燈 的 照 明 系 統 制 定 了 標 準 系 統 上 的 特 點 大 至 分 為 四 項, 第 一, 電 源 電 路 設 置 在 燈 管 外 側, 向 燈 管 供 給 直 流 電, 意 即, 燈 管 單 體 省 去 了 電 源 電 路, 變 為 直 流 驅 動 ; 第 二, 採 用 L 型 燈 口 ; 第 三, 燈 座 可 以 更 換 ; 第 四, 燈 管 從 一 側 的 端 面 進 行 供 電 ( 單 側 供 電 ) 43

52 外 置 電 源 電 路 的 最 大 原 因 是 為 了 提 高 直 管 型 LED 燈 的 發 光 效 率, 現 階 段 要 通 過 LED 燈 達 到 不 低 於 40W 級 直 管 型 螢 光 燈 的 亮 度 及 效 率 將 電 源 電 路 改 為 外 置 方 式, 是 考 慮 到 這 樣 可 增 加 燈 管 內 的 光 學 設 計 自 由 度, 提 高 亮 度 及 效 率 而 將 具 備 L 型 燈 口 的 燈 座 改 為 可 更 換 的 設 計, 是 為 了 長 期 使 用 照 明 器 具 也 可 確 保 高 安 全 性 不 論 哪 種 光 源, 燈 座 長 期 使 用 後 都 避 免 不 了 劣 化 將 燈 座 改 為 可 更 換 的 設 計 後, 便 可 確 保 照 明 器 具 能 夠 長 期 使 用 改 為 單 側 供 電 是 為 了 提 高 更 換 LED 燈 時 的 安 全 性 在 LED 燈 的 兩 端 設 置 電 極 的 話, 即 使 將 單 側 電 極 接 入 燈 口 時, 徒 手 接 觸 另 一 側 電 極 時 也 會 發 生 觸 電 而 通 過 將 電 極 集 中 在 一 側, 便 可 避 免 這 種 觸 電 危 險 另 外, 直 管 型 螢 光 燈 雖 然 在 兩 端 都 有 端 子, 但 這 種 燈 在 兩 端 電 極 都 接 入 燈 口 時 才 會 通 電, 因 此 不 用 擔 心 發 生 觸 電 由 於 直 管 型 LED 燈 存 在 掉 落 的 危 險, 因 為 傳 統 螢 光 燈 中 的 40W 的 產 品 只 有 200g, 而 市 面 上 的 直 管 型 LED 燈 中 有 重 量 超 過 600g LED 發 熱 會 導 致 燈 管 彎 曲, 使 用 過 程 中 還 可 能 發 生 熱 收 縮, 伴 隨 著 掉 落 的 危 險 不 制 定 標 準 的 話, 在 長 期 使 用 LED 燈 管 時 就 會 讓 消 費 者 擔 心 因 此, 此 次 的 標 準 對 熱 收 縮 及 撓 曲 進 行 了 規 定 與 使 用 玻 璃 的 螢 光 燈 相 比, 大 多 使 用 樹 脂 材 料 的 LED 燈 容 易 受 到 熱 收 縮 及 撓 曲 的 影 響 目 前 日 本 在 白 光 LED 制 定 的 相 關 標 準 包 括 有 日 本 工 業 規 格, 該 規 範 內 容 包 含 LED 測 光 方 式 LED 模 組 用 控 制 裝 置 性 能 要 求 和 一 般 照 明 用 LED 模 組 安 全 規 格 等 等 日 本 電 球 工 業 協 會 規 範, 則 包 括 LED 光 源 製 品 之 正 確 使 用 方 法 及 標 示 方 法 燈 泡 型 LED 燈 的 型 式 附 L 型 PIN 燈 頭 GX16T-5 直 管 型 LED 燈 泡 系 統 ( 一 般 照 明 用 ) 以 及 燈 泡 類 之 燈 頭 燈 座 及 其 標 準 尺 寸 等 而 且 日 本 電 球 工 業 協 會 亦 針 對 LED 球 泡 燈 推 出 性 能 標 示 等 指 南 44

53 而 日 本 電 球 工 業 會 制 定 的 LED 照 明 相 關 規 格 則 有 4 項, 主 要 是 定 義 LED 照 明 形 式 及 標 示 方 式, 以 及 LED 照 明 與 傳 統 照 明 間 的 相 容 性 等 因 LED 照 明 在 重 量 電 路 系 統 需 求 等 均 不 同 於 傳 統 照 明, 若 不 制 定 相 容 性 規 格, 在 使 用 時 易 造 成 LED 照 明 本 身 的 損 壞, 甚 至 是 發 熱 起 火 等 危 險 日 本 的 LED 照 明 相 關 規 格, 主 要 參 考 國 際 標 準 IEC 制 定, 這 些 標 準 規 範 了 LED 照 明 在 各 種 環 境 下, 使 用 的 安 全 性 以 及 演 色 性 亮 度 壽 命 等, 排 除 安 全 性 及 性 能 未 達 規 範 之 LED 照 明 產 品, 以 能 完 全 取 代 白 熾 燈 泡 等 傳 統 照 明 燈 具 為 目 標 表 IEC TC-34 與 LED 標 準 關 聯 對 應 表 標 準 訂 定 機 構 IEC TC-34 IEC TC-34 IEC TC-34 IEC TC-34 IEC CIE IEC 標 準 IEC : Miscellaneous Lampholders - Part 2-2: Particular requirements - Connectors for LED Modules. IEC : Lamp controlgear - Part 2-13: Particular requirements for d.c. or a.c.supplied electronic controlgears for LED modules. IEC LED modules for general lighting - Safety specifications. IEC 62384: Performance of controlgear for LED modules d.c. or a.c. supplied electronic controlgears for LED modules - Performance requirements. IEC Safety of laser products CEI IEC Photobiological safety of lamps and lamp systems ( 註 :CIE 組 織 於 1997 年 發 表 的 CIE 127 標 準, 為 國 際 最 早 制 定 的 LED 量 測 標 準, 其 中 針 對 單 顆 LED 的 光 度 量 測 作 定 義 廣 為 LED 業 者 採 用 至 於, 在 IEC 中 對 應 LED 照 明 研 究 的 是 TC-34, 相 關 的 LED 標 準 如 表 所 示 ) 45

54 圖 日 本 LED 照 明 標 準 分 類 項 目 除 此 之 外, 在 推 動 國 際 標 準 方 面, 目 前 日 本 仍 由 政 府 主 導, 期 望 達 成 標 準 國 際 化 政 策 方 面 日 本 與 IEA/APP 合 作, 技 術 層 面 則 與 IEC/CIE 共 同 合 作 在 推 動 標 準 國 際 化 的 同 時, 日 本 政 府 也 針 對 長 期 風 險 提 供 資 金 供 給 之 支 援 韓 國 LED 標 準 發 展 概 況 韓 國 政 府 因 看 好 LED 照 明 產 業 之 發 展, 為 能 確 保 固 態 照 明 產 品 之 可 靠 性, 並 維 繫 品 質, 制 定 一 系 列 與 確 保 可 靠 性 質 相 關 的 LED 照 明 標 準 ; 並 於 2009 年 3 月 便 開 始 執 行 在 韓 國 電 器 產 品 安 全 認 證 標 準 為 知 識 經 濟 部 標 準 院 於 1963 年 導 入 的 KS 認 證 標 準, 因 應 SSL 照 明 興 起, 相 隔 47 年 後,KS 標 準 首 次 進 行 修 改, 加 入 關 於 LED 照 明 部 分, 同 時 也 將 過 去 的 環 保 標 準 提 高 到 國 際 水 平, 以 便 對 應 電 子 電 器 產 品 迴 圈 利 用 法 及 廢 電 子 電 器 指 令 (Directive on Waste Electrical and Equipment,WEEE) 46

55 KS 認 證 標 準 為 韓 國 產 業 標 準 (Korean Industrial Standards) 簡 稱, 相 當 於 日 本 JIS 標 準 KS 標 準 是 按 照 產 業 標 準 化 法 制 定 的 工 業 品 標 準 規 格 在 這 次 修 訂 中 除 了 增 減 部 分 品 質 管 理 條 文 外, 亦 調 整 審 查 標 準 及 改 善 認 證 系 統 等 而 此 次 新 增 加 了 LED 充 電 電 池 有 機 EL 及 顯 示 器 部 件 等 48 項 新 產 品 目 前 KS 認 證 標 準 在 制 定 時 主 要 是 依 據 南 韓 電 器 電 子 試 驗 研 究 院 (KETI) 南 韓 電 磁 波 (EMC) 研 究 所 (ERI) 南 韓 產 業 技 術 試 驗 院 (KLT) 以 及 南 韓 照 明 技 術 研 究 所 (KILT) 的 實 驗 數 據 為 主 要 参 考 資 料 雖 然 KS 為 韓 國 國 內 所 制 定 標 準, 但 放 眼 國 際 LED 照 明 市 場, 則 必 須 與 國 際 接 軌, 所 以 韓 國 政 府 積 極 在 國 際 電 氣 標 準 會 議 (IEC) 之 照 明 領 域 (IEC TC 34) 國 際 標 準 化 會 議 中 提 議 將 該 國 LED 照 明 標 準 作 為 IEC 國 際 標 準 化 規 則 的 草 案 且 提 出 處 理 LED 照 明 產 品 性 能 及 安 全 要 求 事 項, 並 新 設 LED 領 域 技 術 委 員 會 (IEC TC 34/SC 34E) 中 國 LED 標 準 發 展 概 況 中 國 目 前 以 LED 光 源 作 為 新 興 綠 色 環 保 照 明 產 業, 目 前 面 臨 的 最 大 困 擾 就 是 國 家 標 準 和 行 業 標 準 缺 失, 以 致 市 場 混 亂 中 國 政 府 近 幾 年 來 積 極 推 動 固 態 照 明 產 業 發 展, 日 前 已 可 看 到, 涵 蓋 LED 材 料 晶 片 器 件 及 相 關 檢 驗 方 式 等 領 域 的 9 項 行 業 標 準 已 獲 工 業 和 資 訊 化 部 批 准 發 布, 並 於 2010 年 1 月 1 日 正 式 實 施 之 後, 中 國 國 家 標 準 化 管 理 委 員 會 也 頒 布 了 中 華 人 民 共 和 國 國 家 標 準 批 准 發 布 公 告 2009 年 第 15 號 ( 總 第 155 號 ) 公 告 顯 示, 此 前 由 全 國 照 明 電 器 標 準 化 技 術 委 員 會 主 導 的 6 項 LED 相 關 標 準 送 審 稿 通 過 審 批, 成 為 國 家 標 準 加 上 此 前 公 告 的 兩 項 強 制 性 國 家 標 準, 共 計 8 項, 而 這 8 項 標 準 也 從 2010 年 5 月 開 始 陸 續 實 施 47

56 大 陸 LED 標 準 有 3 種 分 類 方 式, 分 別 為 使 用 範 圍 效 力 強 度 及 種 類 依 照 使 用 範 圍 可 分 成 國 家 標 準 行 業 標 準 地 方 標 準 和 企 業 標 準, 其 中 以 國 家 標 準 層 級 最 高, 在 大 陸 的 任 何 地 區 任 何 產 業 內 均 適 用 ; 依 照 效 力 強 度, 可 分 為 強 制 性 標 準 推 薦 性 標 準 及 指 導 性 技 術 文 件, 其 中 強 制 性 標 準 具 有 法 律 屬 性, 效 力 最 強 ; 依 照 種 類 的 不 同, 則 可 分 為 基 礎 標 準 產 品 標 準 方 法 標 準 工 藝 設 備 標 準 安 全 標 準 及 環 境 標 準, 共 6 種 6 種 大 陸 LED 標 準 中, 以 安 全 標 準 最 為 重 要, 因 安 全 標 準 關 係 到 使 用 者 在 使 用 LED 產 品 時 安 全 是 否 受 到 保 障, 故 安 全 標 準 通 常 是 強 制 性 國 家 標 準 大 陸 雖 將 安 全 標 準 設 定 在 最 高 層 級, 但 若 比 較 大 陸 與 日 本 的 LED 安 全 標 準 數 量 比 重, 可 發 現 遠 比 日 本 來 得 低, 而 台 灣 也 面 臨 到 相 同 狀 況 究 其 原 因, 在 於 目 前 兩 岸 LED 照 明 發 展 以 公 共 工 程 用 為 主, 對 於 性 能 有 較 高 的 要 求, 故 著 重 在 產 品 性 能 標 準, 反 觀 日 本 則 是 著 重 在 發 展 家 庭 用 及 企 業 用 LED 照 明, 故 大 多 有 安 全 標 準 作 為 配 套 圖 大 陸 LED 照 明 標 準 層 級 分 類 27 48