LED-球型燈泡-故障分析
LED球型燈泡至今未施行檢驗標準，
至良莠不齊是有點傷腦筋
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LED燈泡壽命取決於內部電子變壓器與LED晶片的散熱
LED燈泡壽命均號稱可達-5萬小時，
其實是指內部LED晶片(微弱光源)的正常壽命，
其條件是要在容許的電流/溫度下才能達成，
否則僅有數百小時壽命-光衰很快-甚至燒毀其晶片。
-電子變壓器-內部的零件眾多
常因廠家選購到部份不良零件而影響其整體壽命，
筆者已收集到學員給予數廠商已壞的LED燈泡，
拆開檢查後，電子變壓器損壞者比例近8成，
(螺旋省電燈泡)變壓器高溫損壞原因類似
而內部串聯的LED只要其中1個壞掉而影響
全部不亮的約2成
(通常約4~10數個串聯)。
LED燈泡價格不低，若只因部份零件損壞而廢棄殊為可惜，
所以興起廢物再利用的DIY教育，廢棄的LED燈泡內部
未損壞的LED不但可應用，也可數個湊合成一個，但要
注意電子變壓器的電壓要相同才可。
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LED被是視為未來10年的重點發展產業，就應用面來看，
照明與LCD背光無疑是LED這兩年的重點領域，不過從目前
來看，這兩者的的發展都仍有相當大的發展空間，其中成本
仍佔最大因素，以下就從技術面來看LED在這兩個領域的發展瓶頸。
散熱與效率問題有待解決
在照明方面，LED一直被視為白熾燈泡的替代技術，不過就目前
來看，LED還有幾項劣勢需要克服，首先是在散熱方面，LED現在
比較大的問題是耐熱性差，導致燈泡壽命縮短，現有的LED燈泡
設計並不好，再加上目前所使用的散熱方式多為氣冷，現行的
方式是在燈具的驅動片與鋁製散熱片中，以塑膠套管來絕緣，
再用散熱矽膠來提高散熱能力，在此情況下，LED燈泡只能用
空氣對流方式，將熱能幹硬到鋁片上進行散熱，導致成果不佳，
而且對整體來說照明設備，也造成重量問題，此一重量與散熱
問題，目前業界仍無解決方式。
散熱還會引發另一個問題，LED業界剛開始進軍照明領域時，
號稱壽命可達10年，相對於現行白熾燈只有1年的使用壽命，
相當吸引人，不過在目前技術下，LED燈泡雖可達10年，
但在高達-攝氏 70/80 度的高熱下，LED驅動背板壽命卻僅可達
1-5年，而驅動被板一故障，即便LED燈泡沒壞，整個燈具
還是必須更換，也就是說只佔成本十分之一驅動背板的故障，
將會導致其他十分之九的LED燈泡與散熱片一併被丟棄，
在使用成本方面將會是相當嚴重的問題。
LED的另一個問題是效率
節能考量下，LED現在的設計
多為低功率，而在成本壓力下，必須採用Passive PFC
（被動式PFC），在此況下，其PF值（功率因素）最大
約為90，比Active PFC（主動式 PFC）動輒99的效率，
要來的低，在此情況下，耗損率通常會比較高，因此
效率方面會是LED業者必須重點改善的問題。
LED TV前景可期
LED另一個受矚目應用市場則是LCD TV，LCD TV的
背光源技術以冷陰極管（CCFL）為主，與LED相比，
冷陰極管的演色性較差、壽命較短，起反應速度也慢，
而更重要的問題則是冷陰極管使用了大量的汞，來使其
保持低溫，在環保議題下，現有多數法規如RoHS、WEEE
都對含汞產品做出極嚴厲的規範，再加上LED的發光效率
一再提昇，讓LED與冷陰極管的價差一再縮小，這都讓LED
取代冷陰極管的速度加快。
以LED作為背光源的LED TV，從2008年起就是業界的熱門話題，
以LED作為背光源的LED TV，從2008年起就是業界的熱門話題，
產業也一致看好未來發展，各研究單位的預估量也相當紛歧，
滲透率從20％到40％都有，不過從目前看來，似乎是過於樂觀，
由於LED今年一度缺貨，再加上其成本一直沒有突破性下跌，
因此2010年以後的LED TV出貨量恐怕難如當初預估。
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問題1、
為什麼不能超電壓或超電流使用白光LED？
一般最常用的5mm白光LED，其正常工作電壓多在3.0-3.5V
範圍之內，正常工作電流為20mA。但很多人誤以為超電壓
或超電流使用白光LED會更亮，而實際測試結果是15mA以後
光通量增長很厲害，20mA以後幾乎沒有見長，增大到30mA，
比20mA只多了5%，但LED 卻有明顯的發熱。
還有壽命的試驗：20mA工作了一個月，衰減只有5%，現在
還有95%的光通量，30mA的工作到19天的時候，光通量就
只有50%了。 可以這樣認為，一隻在正常條件下可工作10萬
小時的白光LED，在大電流下使用，壽命只有600小時！
LED在一般說明中，都是可以使用50,000小時以上，還有一些
生產商宣稱其LED可以運作100,000小時左右，但這並不能保證
LED產品也可以使用如此之久。錯誤的操作及工序就可以輕易地
「毀掉」 LED，LED會隨著時間的流逝而逐漸退化，有預測
表明，高質量LED在經過50,000小時的持續運作後，還能維持
初始燈光亮度的60%以上。要想延長 LED的使用壽命，就有
必要降低或完全驅散LED芯片產生的熱能。
熱能是LED停止運作的主要原因。
問題2、
為什麼白光LED發出的光的顏色
總有些偏藍或偏黃?
這是由於白光的LED，本來就是在發射藍光的1nGaN基料上
覆蓋轉換材料螢光粉，這種材料在受到藍光激勵時會發出黃光。
於是得到藍光和黃光的混合物，在肉眼看來就是白光。
看看白色LED的發射譜線就知道，它有兩個峰值，因此真正
發射白光的LED是不存在的。這樣的器件很難製造，因為
LED的特點是只發射一個波長的單彩色光，而真正的白色光
需要多色彩光譜合成。由於工藝關係，包括十多元進口的LED，
也有這個問題，光斑邊緣都存在偏色，只是多少而已。白色
發光二極體有微黃色的到略帶紫色的白光。常見的白光發光
二極體色溫通常都在6500K到8000K範圍內。
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以下謹提供LED的相關常識，敬請參考
LED-相關常識-
· 散熱需求高
在散熱不良的情況下，LED的壽命會大幅減少。
· 成本起始高
LED價格高，雖然說長期成本可能較低，但是
較高的起始成本降低了LED的普及率。
· 演色性有待加強
螢光燈無法完全取代白熾燈的重要原因就是因為
這樣的光線也有較健康護眼的特色；其他人工光源
目前中低階LED的演色性甚至還低於螢光燈(85)。
· 效率仍待加強
LED在低光度下效率極佳，但是當功率提高，效率
就沒那麼好，尤其是中低階的大功率LED照明(1W以上)，
因散熱不良-光效率還是比不上螢光燈-T5/T8-省電燈管。
· 生產誤差大
同一批生產的LED，每顆LED之間的特性（亮度、
顏色、偏壓…等）也有相當大的差異，必須花費
相當成本分出各種LED。
由於二極體是使用直流電（DC）驅動，所以LED燈泡內通常設有
變壓/整流-電路，以將日常使用的交流電（AC）轉為直流電恆流，
供電給泡內的LED發光。
此外，高溫會損壞LED燈珠及變壓/整流元件
故LED燈泡一般會配以散熱片等散熱配件。
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LED的發光源是由所謂的III-V化合物所構成，即大家熟知的
磊晶晶粒(chip)，該固態化合物本身性質很安定，在產品所
規範的條件下使用並不易損壞，而處於一般的應用環境中
也不起化學反應，因此擁有較長的產品壽命。然而，為使
該LED chip發光，必須由外界通入電流，因此一般會把尺寸
很小的chip黏貼在特定的載台(或稱導線架)上並以金屬線或
銲錫等材料連接chip的正負兩極，然後用高分子材料包覆
整個載台，這就是所謂的封裝製程，經過這段製程後成為
市面上常見一顆顆的LED燈粒。在實際應用時，還會視所需
把數顆LED燈粒組裝成模組，最後再與其他功能的模組
組合成為終端產品。
從上可知，一個LED產品的失效，起因可能來自於該產品的
從上可知，一個LED產品的失效，起因可能來自於該產品的
任何一個部份，故必須抽絲剝繭方能找到真正的失效原因。
針對失效來自LED燈粒而言，因完整的LED燈粒中，LED chip
本身很強壯，但包覆chip的封裝材料則易遭受損傷，因此，
LED燈粒的失效多可歸因於封裝材料的破壞或劣化所導致。
若要充分解析這類失效，牽涉到光學、化學、材料學、電子
物理學等領域的專業知識，並搭配精密的儀器與豐富的實務
經驗，才能確認失效點並推導真因，進而提出改善對策。
宜特科技在替LED產品進行相關失效測試時，發現許多種類的
LED失效現象，也研發出相對應的解析手法，藉此文將過去
三年多服務LED客戶之經驗做一分享。
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