节能、寿命与转换效率成LED路灯的方向改善

一般用来评估LED照明系统，多会以可靠度与使用寿命来进行检视，尤其是在路灯型的公共设施导入方面，为了实现具低耗电量的LED光源路灯设施，在LED的元件、照明控制系统与灯具设计，整体结构都需要达到高可靠性与高光通量输出要求…

LED路灯设计并不如家用照明光源单纯，因为LED路灯的使用环境较为恶劣，设置于户外需能耐受强风、早/晚巨幅温差，为达到照明目的元件的发光效能还有高光通量要求，不只是照明系统本身需要达到设计要求，搭配的驱动电路、灯壳、散热设计等，都必须搭配达到最终的产品审核要求，才能达到高可靠度、长使用寿命的设计目的。

LED发光元件快速发展 单位元件亮度大幅提升

现有LED在晶粒、封装技术已有突破性发展，单一元件的发光效率极高、寿命长，尺寸也越来越小，加上数码驱动回路控制亦可达到如同传统灯具的调光应用需求，凸显其在照明应用市场极大的成长潜力，加上各国基于环保要求相继宣布禁售白炽球泡灯的禁令，这等于是LED替换是球泡灯的最佳宣传，利用LED高效能照明光源取代传统低效照明光源已经是指日可待的状况。

然而，市场的LED照明产品质量良莠不齐，部分低价产品演色性表现不佳，或忽视LED应有的可靠度、长寿命表现，影响使用者信心，对于不良的光学设计，也会使得LED照明状态不若传统光源照明来得舒适。相同的道路用的LED路灯也是相同的状况，道路用路灯设施为使用者天天都会接触的照明设施，若发生演色性变异或是亮度明显不足，也会令使用者对LED公众照明的实用性存疑。

路灯改换LED光源 可大幅节约能源损耗

一般在道路或隧道等LED照明照明应用场合中，会将路灯的LED光效定义在每盏每瓦85流明或更高，若以现有技术进行功能建构，将可以发现LED光源技术制成的路灯、公众照明设施，其能耗将远低于白炽灯、氙气灯、卤素灯等高亮度传统光源灯具所使用的能耗，虽然能耗方面大幅胜出，但实际上LED光源作为路灯使用，仍会碰到可靠性、光衰率(使用寿命)影响。

先来了解LED的可靠性如何定义，一般来说，可靠性指的是在单位时间、条件下产品执行其目标功能的能力，观察LED光源灯具的故障原因主要分几种状态，一种是严重的损坏故障，这代表LED光源系统整个无法使用的严重损毁，另一种是LED光源的光源参数出现状况，影响其运行效能，也就是说LED正常状态下的光通量表现，若出现低于系统初始值的70%以下，就属于参数型故障，不管是参数型或是严重故障现象，都代表LED光源路灯已经无法胜任照明任务，必须维修或更换，而可靠度偏低则会增加维护与整修成本，并无法充分获得LED的长寿命效益。

分析LED光源故障原因 元件质量是第一关

而观察LED光源路灯典型的故障曲线，可分为几种，一种为早期发生在产品初期运行期间，此外可能就是随机的元件故障导致，另随著运行时间拉长也会逐渐产生耗损性故障现象。多数的初期故障，会是LED元件或是使用零组件在制程中的缺陷造成，或是料件与电子基板焊接不良导致，发生的原因相当多，可以是静电或是超载的电流，或是上料时的机械应力造成元件的结构损坏所导致，这类问题都能在产品上机后5～10小时运转时发现并查错改善。

至于随著使用时间拉长产生的材料耗损型态故障，虽说是材料必经的过程，但也是有迹可循，观察LED光输出衰减的参数可由光通量与颜色座标等参数来进行评估，LED光通量即光的输出量，LED一般可维持50，000小时的运行寿命，但光通量表现会随著使用时间渐长而衰减，而当LED光通量衰减到标示值的70%的使用时间，就是LED的L70参数。由于经长时间使用造成的耗损与元件老化对于评估元件表现相当重要，当一定数量LED达到L70累计至整体数量的一半时，此段时间区间即为L70/B50，此即代表LED使用寿命的关键数据图表。

使用者对LED光源寿命期待高

针对Energy Star(能源之星)对于室外LED照明灯具的寿命要求定义为35，000小时，即便LED发光元件的L70/B50的使用寿命可以达到50，000小时，但因为元件本身的光衰表现受影响的因素相当多，象是封闭的灯壳或是散热不佳的运行环境，甚至是漏电短路的驱动电路等，都有可能让LED发光元件提早进入光衰期，影响其耐用度。

以现有的LED灯具制造工艺，其实已有相当多能改善灯具整体寿命的作法，例如在LED的封装方面，LED的封装可以说是左右可靠性的关键，高功率芯片封装搭配高耐热与表面变化低的陶瓷基板进行封装，不只可在散热性获得极佳表现，也是在热导性与相关参数表现相对稳定的封装技术。此外，封装尺寸也在逐步减小，目前10～13W驱动的LED元件封装尺寸已可小到3mm * 3mm甚至更小。

路灯/隧道使用环境恶劣 考验灯壳防水、防尘与散热设计

但现实的状况与情境是，LED路灯设置环境为户外或是隧道，灯具会深受汽车废气、酸雨侵蚀，腐蚀性的气体将会造成驱动电路出现故障，在LED的封装过程中，利用镀银材料来充作反光使用，但实际上银材质反而容易与酸性、腐蚀气体产生化学反应而趋于变黑，如此一来即直接影响了LED光源路灯的光通量表现，原有的镀银处理应改用耐腐蚀的设计方案进行改善，减缓其材料腐蚀变黑造成的光通量输出下滑问题。

除LED元件本身的改善外，在灯壳的设计也是整体产品的设计关键，因为产品的强固表现就看灯壳的防水、防尘与散热效果，一般路灯会采用两件式或是三件式组构而成，利用少量的组构件与扣件强化整体灯具的强固程度，在镶嵌灯罩玻璃周边也会利用隔水橡胶避免雨水侵入，而重要的电线、电缆连接处也会采用橡胶防水处理。灯壳基本上也需担负自体散热需求，一般会将LED发光模块与金属灯壳贴合组构，让发光的同时也可透过金属导热特性将LED产生的热源散到灯壳外，部分设计还可追加主动散热系统，以协助灯具进行散热处理。

元件老化与灰尘入侵 也是LED灯具故障主因

而一般灯具老化故障，除了空气和潮湿外，元件老化与灰尘问题也必须考虑在产品设计之中，基本上只要采行高可靠性的LED发光元件，即可解决一大半的产品故障问题，其次就是如何改善灰尘侵入灯壳而因为灯壳潮湿导致照明设备短路毁损。利用较佳的LED元件搭配高可靠度的照明系统集成，LED照明路灯设施自然可以发挥较佳的可靠性与使用寿命。

另一方面，LED光源路灯也不是越亮越好，而是要以最经济、最具效益的方式进行产品设计，一般来说以约8公尺宽的双车道来说，约每20～25公尺设置一盏路灯，路灯的夜间照明需求仅需要10 lx即够用，超过10 lx的光源设计基本上都是一种能源上的浪费，以此需求回推，在设计对应的路灯LED光源需求，便能掌握所需要的光源驱动功率、LED型式与数量，另驱动电路与保护电路、灯壳设计也可做出对应开发选择，自然可以从需求中找出对应最佳化的产品组态，而不是一昧开发高效率、高亮度、高寿命的产品，导致产品成本过高，无法切入应用市场。