量能光電

水晶裝飾燈(以下簡稱水晶燈)常為室內(nèi)照明及裝飾之燈具，為住宅或商業(yè)空間帶來高貴及華麗的感受。水晶燈制造商可以使用多種水晶材料，設(shè)計制造出各式美輪美奐的水晶燈具；水晶燈吸引人目光之處，在于光線穿透水晶時，不同波長(即不同顏色)的光線在水晶內(nèi)之折射率不同，所以人眼看到的水晶會發(fā)出有如彩虹一般的顏色，即為色散現(xiàn)象。不同的水晶材質(zhì)、切削面數(shù)量角度、拋光程度皆會讓水晶燈組裝完成后，觀賞時有著不同的感受。

圖一、晶體之色散現(xiàn)象

常見水晶燈使用E14接口的鎢絲燈泡，或是內(nèi)有鹵素燈泡之白熾燈泡，統(tǒng)稱為蠟燭燈泡(Candle Lamp)；一盞小型的水晶燈可能需要安裝8-10個蠟燭燈，中大型水晶燈可能需要安裝20-50個以上的蠟燭燈泡，常見的傳統(tǒng)蠟燭燈泡為25W(200-250lm左右)及40W(400-480lm左右)，一盞小型的水晶燈開啟燈光則需要250W(低亮度)至400W(高亮度)，耗電量很大，如果是大型水晶燈更是耗電；而且點亮水晶燈同時，因為傳統(tǒng)蠟燭燈泡溫度很高，間接也會造成室內(nèi)溫度上升，增加空調(diào)電費成本。故許多消費者安裝完水晶燈后，因為太耗電故不會常常開啟，反而失去了水晶的的價值。

使用LED替代傳統(tǒng)蠟燭燈可以有效解決水晶燈耗電的問題，保持一樣的亮度下，安裝LED蠟燭燈泡可以節(jié)省約80%用電。但在LED蠟燭燈泡設(shè)計上應(yīng)該注意以下五點特性，才能保持水晶燈原本的價值：

1. 演色性(Color Rending Index，CRI)高，可見光區(qū)域內(nèi)光譜越齊全越好，才可使水晶色散出之光線顏色齊全。

2. 發(fā)光角度大，能越接近360度越佳，才可照亮光源四周的水晶。

3. 配光需均勻，配光曲線近似形圓形，發(fā)光角內(nèi)亮暗差異很少。

4. 外型精美，不影響水晶燈藝術(shù)感。

5. 發(fā)光不閃爍、電源安全及壽命長

圖二、鎢絲蠟燭燈光譜圖                                                                    圖三、鎢絲蠟燭燈CRI Index

圖四、鎢絲蠟燭燈配光曲線圖

LED演色性

提升LED演色性方面，可以透過多種混色技術(shù)達到接近傳統(tǒng)鎢絲燈之水準，目前以藍色芯片配合兩種或三種螢光粉制成之LED元件較為常見，LED長時間點亮造成光衰或色偏現(xiàn)象也較輕微。此種制程技術(shù)制作出之LED演色性已可達95-97。制作LED蠟燭燈泡之LED發(fā)光元件，演色性要求至少要能夠大于80，如果能夠大于90則是更高檔次的選擇；一般演色性約70-75間的LED元件，因為CRI中的R9分數(shù)太低，紅色光譜不足，是不太適合用來制作LED蠟燭燈的。

圖五、CRI=70/80/90 LED與傳統(tǒng)蠟燭燈演色性比較

發(fā)光角度大

目前市面上LED蠟燭燈亮度主流規(guī)格有3W(200lm)及5W(300-400lm)兩種，主要為取代25W及40W之傳統(tǒng)蠟燭燈，亮度與傳統(tǒng)蠟燭燈已經(jīng)可以匹敵；但因LED為平面指向性光源，單顆LED發(fā)光角度約為120度，為了達到全周光的目的，常見之LED蠟燭燈設(shè)計會透過以下幾種方式增加發(fā)光角度：

1. 將SMD LED(Surface Mounted Device)銲接在長條狀電路板上，分成數(shù)個方向插在燈泡基座上

2. 遠程螢光粉技術(shù)(Remote Phosphor)：將螢光粉混入塑料中，將射出成形成之螢光粉帽蓋在發(fā)出藍光之LED元件上

3. 導(dǎo)光柱技術(shù)：使用各形式之導(dǎo)光柱，將LED光線散射至各個方向

4. 霧狀燈罩：使用含有分散光線填充物之塑料或噴砂玻璃制作燈罩，將LED發(fā)出光線散開

一般不附有一次或二次光學(xué)透鏡之LED元件常見為Lambertian光型，發(fā)光角度約為120o(亮度區(qū)間為50~100%)。本文提出一種新式LED光源設(shè)計，使用四片發(fā)光元件組合成一倒三角金字塔狀的發(fā)光體，可以使發(fā)光體之發(fā)光角度為360度全周光，且各角度得到的發(fā)光照度可以均勻化，亮暗區(qū)差異可以縮減到最小，如下圖七所示。

圖六、不附有一次或二次光學(xué)透鏡之LED元件發(fā)光角度

圖七、倒三角金字塔狀發(fā)光體

此發(fā)光體可以使用各種LED元件組成，其中以COB(Chip On Board)技術(shù)制作之LED元件為較佳之選擇，因COB LED元件之發(fā)光面積較大，為面光源而非點光源，可以降低LED單點亮度高造成人眼眩光之不適感；而且COB面光源可以將發(fā)光面盡可能制作成接近三角形的形狀，減少因LED元件不發(fā)光區(qū)造成之暗影問題；再者，COB元件之基板要越薄越好，因太厚的基板可能造成組合后未發(fā)光區(qū)域太大也會對配光曲線有嚴重影響。

一般COB之LED基板常使用材質(zhì)為銅及鋁基板，金屬具有可撓性，如果基板厚度太薄，則很容易在LED封裝制程中造成翹曲，造成元件底部不平整而導(dǎo)致元件散熱不良，故一般銅鋁基板之COB LED元件基板厚度約為0.8-2.0mm；如使用陶瓷基板制作之COB LED元件則可以達到基板薄型化之優(yōu)點，常用陶瓷基板厚度可為0.3~0.5mm，不會因熱制程產(chǎn)生翹曲及形變(熱膨脹系數(shù)趨近于0)，而且陶瓷為絕緣材質(zhì)，也有利于High Voltage之LED設(shè)計可以順利通過hipot測試。

配光均勻

除了發(fā)光角度夠大之外，配光均勻更是LED蠟燭燈容易被忽略的一個重點。配光均勻的LED蠟燭燈泡，安裝在水晶燈上，才不會出現(xiàn)明顯的亮暗區(qū)光斑。全廣角燈泡的配光曲線圖看起來通常像一只張開雙翅的蝴蝶，燈泡因為尾部之基座影響，故底部發(fā)光角度最大約為300度左右；有時燈泡為了造型需要會安裝拉尾燈罩，也會影響一部分燈泡頂端的配光曲線完整性。總之，配光曲線像似蝴蝶的雙翼部分，能夠越接近一個正圓越好，亮暗分布如果能夠在±10%以內(nèi)則無明顯光斑。本文提出之倒三角形光源，制作成LED蠟燭燈泡支配光曲線如圖八，燈泡底部發(fā)光角度與傳統(tǒng)蠟燭燈相同，可達300o；燈泡頂部因燈罩外殼有拉尾設(shè)計，故配光曲線向下掉，如使用非拉尾燈罩則可達到與鎢絲蠟燭燈非常接近之配光曲線。

圖八、倒三角光源之LED蠟燭燈配光曲線

圖九、使用倒三角光源之LED蠟燭燈泡

外型精美

外型部分則跳脫了LED技術(shù)的范疇，但外型卻是消費者第一個會選擇的重要因素，畢竟LED蠟燭燈是安裝在藝術(shù)燈具上，外型上就必須多花些功夫，在不影響功能性的條件下進行設(shè)計與美化。

驅(qū)動電源選擇

LED蠟燭燈泡需要在有限的空間內(nèi)置入光源、散熱器及驅(qū)動器，是一項復(fù)雜的設(shè)計及工藝技術(shù)。雖然目前驅(qū)動器以AC-DC線性驅(qū)動器較常使用，未來也可能見到其他種類的驅(qū)動電源可能被用在LED蠟燭燈泡中，重點在不閃爍(在人眼及數(shù)碼攝影設(shè)備上不被察覺)，效率高、安全及長效。

使用LED取代傳統(tǒng)光源已經(jīng)是必然的趨勢，但在設(shè)計及制作LED燈具時，更應(yīng)該顧及使用光源者的感受，能夠創(chuàng)造舒適和諧的光線是LED照明需要更加注重的部份。

作者：量能光電 Ceraenergy Co., Ltd. 研發(fā)處 陳志慧