如何提高LED照明难度开发的灯具设计

　　紫外线对外壳材料的破坏

　　阳光含有高能量的紫外光，除会晒伤皮肤外，也足够裂解大多数的聚合物材料，UL研究发现，只要将近1，000小时的连续高强度曝晒，就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺，以及劣化材料的耐燃性。

　　下雨天的号誌灯老是故障，户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线，其实很多时候就是水气的杰作（表1）。

　　大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的，然而，除一体成型的密封外，大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩，导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部，逐渐累积，因此若能採用耐水性的电路材质，加上排水、通风与乾燥的设计，才可防止因为水气累积所造成的问题。

　　至于长久浸泡于水中的灯具，因受到环境温度变化较小，加上水压的帮助，同时可减少紫外线的吸收，密封较易达成，只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质，反而相对比较容易维持低水气的状态。

　　LED灯具防爆设计至关重要

　　2011年是爆炸事件频传的一年，因应石油裂解厂等意外造成的庞大人力与物力损伤，劳委会宣告自民国101年起，将针对危险场所使用的灯具、马达、开关箱进行管制，以减少工安的意外，同时也引起灯具业者的注意。

　　传统灯具由于使用时电压与电流较大，或者使用温度较高，很容易在操作的过程中，因为温度过热或开关电弧的产生而成为引爆易燃物的火源，LED具有低电压操作与相对低操作温度的特性，似乎非常适合作为未来的防爆灯具，然而防爆领域却是许多LED与灯具业者所不熟的领域。此外，对于防爆验证的模式与系统更是所知有限。

　　防爆一词其实是过度简化的说法，其实是防止引发爆炸，以及防止受到爆炸而破坏。在国际上有不同的爆炸危险分级系统，主要分为美国电工法规（NEC）定义的系统，与国际电工委员会（IEC）所定义的IECEx系统。因应不同的危险气体与环境，均不能让电器产品因使用或者失效而成为爆炸源。要避免成为爆炸源，就必须注意下列的问题：

　　火花的产生，或者火花与危险物质接触

　　一般有明灭控制的开关，容易因为导体带电的瞬间接触而产生火花或是电弧，或因为更换灯源时金属间互相摩擦产生的火花，这样的电弧或火花，很容易点燃如乙炔等易燃气体。因此灯具的设计，要能避免採用会产生火花的开关，或者必须将开关密封，以免开关过程时产生的火花与易燃气体接触。

　　外壳的设计

　　其能够避免火焰的蔓延，当机体内部因为失效而产生火焰甚至是小型的爆炸时，外壳必须适时地将火焰或是爆炸包覆，让火焰自行熄灭而不至于点燃机体外的易燃气体。为能达到此效果，必须採用相对较为坚硬的外壳与洩压装置，或者要另外以大型透明密封外壳包覆等。

　　除易燃气体以外，粉尘或者甚是木屑、纤维屑等也都是被列为可能引发爆炸起火的危险物质。由于照明设备几乎是所有场所必备的电器用品，在爆炸案或火灾频传的现在，增一分安全就是少一分危害，在上述所列的危险场所换装安全的灯具刻不容缓（表2）。

　　耐用与可靠性决定LED照明寿命

　　2012年的照明展，几乎是LED灯具独占鰲头的局面，除节能之外，更有LED业者喊出持续点亮30年的口号，儘管目前并没有LED寿命的一致性推估标準，面对相对高价的LED灯具，对比于普及化的日光灯照明，更长的使用寿命绝对是LED照明所必须具备的武器。

　　LM-80是目前较为广泛接受的LED光源老化试验方法，LED光源必须在55℃、85℃与105℃叁个不同环境温度下连续点亮6，000小时（将近1年），同时还必须要能够保持塬本的光特性，通过这样评估后的灯源，其耐久性不言可喻，然而这样的灯源光特性保持测试，往往并不代表灯具的寿命也是如此，决定灯具寿命还有下列几个因素：

　　灯具的耐用性

　　灯具虽然相对机构简单，但仍由许多元件所构成，提供低压直流电源的变压器就是其中一项重要的元件，也因此是决定灯具寿命的关键之一。

　　虽然大多数的电源直接採用消费电子的低压直流电源，但是以消费电子的短生命週期，是否能够提供灯具长期的连续使用可能就是个问题，目前虽然也没有建立变压器产品的使用年限推估标準，然在太阳光电变频器的长期使用资料下，目前所採用的技术与可接受的成本下，最好的变频器也似乎只有5年的寿命。

　　安全的可靠性

　　除了电路的耐用性以外，长久使用的安全更是另一项挑战，塑料外壳会随着使用操作的环境而逐渐劣化，内部绝缘材料也是如此，无论是绝缘、机械保护或者耐燃特性都会渐渐产生劣化的情况。

　　以业界广泛接受的UL长时间耐热特性的指标RTI（RelativeThermalIndex）评估法为例，在该温度下长期使用10年，塑料的各项特性就会有衰减一半的风险，同理可证，若要能维持更长久的安全，就必须採用更为耐热的塑胶材料。

　　不只人想要长生不老，我们也希望所有的用品都能够持续使用到厌烦为止，在地球只有一个，资源有限的情况下，回收利用能够大幅减少物料的浪费，二手商品的流通也促进环保的推动，同时也减少购买新品的频率。但在购买或者贩售二手商品的同时，残余使用年限与安全保固，也是厂商所必须面临的责任挑战。

　　LED的问世，并不如液晶电视取代映像管那么简单，LED光源的使用弹性，也远远超过塬本灯具的应用範围，并不只是光效率提高与使用时间更长这么简单，虽然可就当成简单换个灯泡，但LED有更广更大的应用空间，在各式各样的应用条件下，新式灯具并无法简单採用传统灯具的设计，其功能、寿命与安全的设计也都将是新的挑战。