色度偏移是否為LED的致命傷？
作者 : Yoelit Hiebert，EDN
用於一般照明的LED照明大約在20年前被導入。隨著LED變得越來越普遍，人們開始關注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift)，而且在更基本的層面上，這些屬性應該如何測量？
用於一般照明的LED照明大約在20年前被導入。隨著LED變得越來越普遍，人們開始關注流明的大小和色度偏移(chromaticity shift)，而且在更基本的層面上，這些屬性應該如何測量？
美國照明工程學會(IES)於2008年首次發布了LM-80，《測量LED光源的流明維持率(Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources)》，並於2015年進行了更新(《IES批准的方法：測量LED封裝、陣列和模組的光通量和顏色維持(IES Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules)》)。這些規範除了流明維持率外，還提供用於色度偏移測量的功能。所有版本的LM-80標準都要求LED封裝至少運作6,000小時，至少每1,000小時記錄一次流明和色度測量。
照明產業另一個關注點是，在LM-80測試中，基於獲得的有限數據集的長期流明維持率和色度偏移預測的方式。作為回應，IES於2011年發布了TM-21，《技術備忘錄：LED光源的長期流明維護(Technical Memorandum: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》，並於2019年進行了更新，納入輻射和光子通量投影的預測。另外，同樣在2019年發佈的還有TM-35，《技術備忘錄：預測LED封裝、陣列和模組的長期色度坐標偏移(Technical Memorandum: Projecting Long-term Chromaticity Coordinate Shift of LED Packages, Arrays, and Modules)。
使用LM-80-08和LM-80-15方法收集的數據，構成了由Lynn Davis和Monica Hansen於2020年3月發佈的DoE報告基礎。該報告表徵LED封裝的流明和色度維持，以作為2015年推出報告的更新版本，該報告僅關注流明維持率。2020年的新版本對普通照明應用中使用的四種不同LED封裝類型進行了評估：陶瓷基(ceramic-based)、聚合物基、板上晶片(COB)和晶片級。總共223個LM-80數據集，來自領先LED封裝製造商的代表產品，分別依照TM-21-11和TM-35-19中介紹的協議，來預測流明維持率和色度偏移。
不出所料的，2020年研究的結果顯示，自2015年開始研究以來，所有封裝類型的LED封裝壽命都有所改善(除了早期研究中未包括的晶片級封裝)。在2015年的研究中，約有三分之一的LED封裝預計使用壽命超過60,000小時(L70)；在2020年的研究中，使用L70封裝中，有96％預計使用壽命可超過60,000小時。該報告並指出，由於聚合物材料的改進，使得基於聚合物的封裝實現了最大的收益。
然而，業界主要的興趣點——關於投影色度偏移的區域，一直到TM-35-19發佈前，任何標準都未涉及。這項研究使用了下表定義的色度偏移模式(CSM)，以表徵根據LM-80-15協議測試觀察到的色度偏移。
在穩定狀態下，LED裝置的常見CSM和色度偏移方向。(資料來源：Understanding and Controlling Chromaticity Shift in LED Devices, RTI International。已獲許可使用。)
2020年研究中包括的四種LED封裝類型中的三種，在LM-80測試期間顯示色度偏移，如圖1所示。除COB封裝外，色度偏移模式似乎與封裝類型相關，因此無法得出結論，該研究建議進一步研究用於COB封裝色度偏移的機制。
圖1 在LM-80測試期間，四種LED封裝類型中的三種顯示出色度偏移。(資料來源：美國能源部LM-80數據的LED封裝流明和色度維持行為，Lumen and Chromaticity Maintenance Behavior of Light-Emitting Diode (LED) Packages Based on LM-80 Data)
然後將TM-35-19的方法應用於預測長期色度偏移，並將這些結果與收集的數據進行比較，並預測偏移的方向。該研究得出的結論是，TM-35的預測是合理的，且在偏移幅度方面通常較為保守，但在偏移方向上還不夠。這些發現對於較高階的環境，如博物館、飯店、零售商店甚至雜貨店，具有重要意義，因為在這種環境下，燈光的顏色會影響照明對象的外觀。
從上面的討論中可以看出，LED社群內部仍有許多工作要做，以開發更好的方法來評估長期色度偏移。同樣重要的是請記住，研究結果僅基於在受控環境中針對LED封裝收集的數據。將封裝納入燈具中，且這些燈具在實際環境中的操作會導入許多變量，包括由於熱管理不當造成的損失，在惡劣環境下運作，以及由於紫外線和污垢堆積而造成的光損耗，這些都會影響流明維持率和色度偏移，且迄今為止皆尚未進行評估研究。
(參考原文：Is chromaticity shift a dealbreaker for LEDs?，by Yoelit Hiebert，EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)
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