白光LED光色穩定度檢測技術：材料世界網

白光LED 與白熾燈和螢光燈相比，具有體積小、耗電少、發熱少、壽命長、環保等優點。因為這些優點，白光LED 取代白熾燈和螢光燈的產品將越來越多，而且產生很大的經濟利益和社會效益。自從歐盟和日本開始禁用白熾燈，其他國家也陸續跟進，在2012 年後，大多數國家開始逐步禁用白熾燈泡，這些政策和市場需求為LED 產業帶來很大的商機。白光LED 可以製作高演色性的光源，逐漸取代傳統冷陰極管(CCFL)在LCD 面板背光光源的應用。白光LED 成為高品質和穩定顏色的光源代表，在長時間和高溫使用上，顏色偏移成為一個很重要的議題。

等色區塊（麥克亞當橢圓）的概念
在照明領域的規範中，對光色的分級都是以麥克亞當橢圓的幾倍大小範圍為依據，如圖一(a)所示，因此除了要取得IEC 、ANSI 等相關規範的詳細資料（包含細部色度座標數值），做為評定LED 照明燈具、模組及元件的光色品質（精確性）之外，對光源光色穩健性的需求不只是初期功能性的要求，在整個使用期間，光源一旦偏離光色的要求範圍即稱為「失效」；因此必須能以光源的初期色度座標數值為中心，建構不同倍數的麥克亞當橢圓，如圖一(b)所示，以便將光源的色度飄移程度以麥克亞當橢圓的步階數表示，以符合照明領域的習慣。

圖一、(a)不同倍數的麥克亞當橢圓；(b)光源的初期色度座標數值為中心的麥克亞當橢圓

高精準度LED 光色檢測技術
由於MacAdam 信賴橢圓的大小（在CIE-xy 色度座標圖）相當小∆x ≒ 0.004 、∆y ≒ 0.005（圖五），因此光色檢測的能力需求至少需達到解析度∆x, ∆y ≦ 0.0001 及穩定性δx, δy ≦ 0.001 的水準。首先分析目前在LED 業界最常被使用的重要光色量測設備Instrument Systems GmbH 公司的CAS140 機種，以及照明產業較常看到的設備為Photo Research 公司的 PR650/PR705 及Minolta 公司的CS1000/CS2000 機種，依據各公司目錄資料上標示的準確性(Accuracy)如表一所示。

經過進一步仔細蒐集的資料，確認表一的色度座標準確性(Chromaticity Accuracy)就是專業術語的「量測不確定度(Measurement Uncertainty)」，其影響因素內容包含許多項目，其中最重要的就是「標準追溯」的不確定度。

白光LED 等色區塊計算的應用
Philips Lumileds 發表了一款白光LED 流明維持率試驗（LM-80 測試）的報告和圖表。其中關於顏色隨時間偏移的數據，我們可以做簡單的分析和探討。壽命試驗應力條件有5 種，從圖六可知，該款白光LED 測試到10,000 小時，不論何種應力條件下，其光色變化都還符合美國能源之星的規定：「產品壽命期間的色度變化在CIE 1976 (u’, v’)色度圖上應於0.007 以內。」此外，在3,000小時前，顏色變化都有一個峰值變化，是第一波LED 特性增長衰退的拉扯情況，這個效應是LED 晶粒、膠體、螢光粉、封裝體在點亮後特性調整的綜合表現。而3,000小時之後，可以分成兩群，其中較高應力的一群白光LED 顏色直接往原點跑，而較低應力的一群白光LED 顏色先遠離原點，8,000 小時之後也有移向原點的趨勢，是第二波增長衰退的拉扯情況。為了能更清楚看出白光LED 隨時間顏色的變化情形，圖七是從Philips Lumileds 的LM-80 測試資料數據，取0.35A 下一低應力55°C ，一高應力108°C 隨使用時間(x, y)顏色偏移量，方形點的橢圓為光源初期色度座標為橢圓中心畫1 步的麥克亞當橢圓，三角形點為2 步的麥克亞當橢圓， 3 步、4 步的麥克亞當橢圓依序排列。可以發現該款白光LED 在使用上，會先往藍色移動，再往黃色移動……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文

圖六、White LXM3-PWX1 LUXEON Rebel 通過LM-80 的六個測試條件，從0 到10,000 小時的平均顏色偏移量