1-1 前言
高功率 LED 的發光效率已超過每瓦 100 流明，舉如 LED 國際大 廠-Nichia 的高功率 NS9W383T LED[1]，在輸入電流350mA、電壓 2.9V 的情況下，發光效率已達148 lm/W，發光演色性大於 60，相關規格 值如圖1.1；發光效率 150 lm/W 是具有光源指標性的意義，從表 1.1 的常見光源的發光效率比較表可看出，LED 已接近發光效率 150 lm/W、演色性 30 的低壓 HID 燈，並可預期在 2013 年，LED 發光效 率可輕易跨過150 lm/W，此光學性能代表著 LED 的發光效率與演色 性足以超越絕多數的發光源種類，成為照明燈具應用的新光源主要選 項之一。諸多傳統照明燈具應用LED 光源時，會面臨到需要因應 LED 光源特性而重新設計，LED 元件最快會取代的照明產品項目，就是 用LED 球泡燈取代傳統白熾燈，進一步取代節能燈。
圖 1.1 Nichia NS9W383T LED 規格[1]
表 1.1 各種常見光源的發光效率比較表[2]
熱與壽命的要求，其中，光強度分佈部位，制定 LED 球泡燈必須滿 足全周型(omni-direction)要求。
在規範未完全定版前，已引起業界多家廠商投入研發，競相研發 般壽命為750~1000小時。
2007年歐盟27國領袖通過一項法案，歐盟、英國、法國、美國、
加拿大、義大利、日本、中國，預定逐步汰換白熾燈，預定於2012 年逐步禁用白熾燈泡(或無法再進口或製造銷售)[3]；在節能潮流的影
響下，LED因具有節能、環保及壽命長的特性，躍身為節能光源的主 流；LED發展至今，發光效率已接近150 lm/W，已達到取代省電燈泡 的發光效率門檻，衍生出LED球泡燈產品。
LED光源的發光半強角度(full width at half maximum, FWHM) 大多落於110度~140度，LED晶片甚小且為平面架構，發光效果接近點 件(secondary optics component)，依據二次光學元件的光線行為，
主要可區分成透鏡式與反射杯式的兩大宗形式。
下，設置LED在平面的電路基板上，使LED在平面排列而朝法線方向發
可符合全周型規範的LED球泡燈可分為：二次光學透鏡式、Remote phosphor式與立體封裝式，三種類型皆能夠達到大角度的光形；二次 光學透鏡式的全周型LED球泡燈，市面上仍沒有成熟的產品，各家廠 商仍在開發中，相關資訊取得不易，而目前所能取得開發中的產業技 術消息是在2012年8月，LED國際大廠Cree發表一款採用二次光學透鏡 式的全周型LED球泡燈[4]原型(prototype)的技術白皮書，外觀造型如 圖1.2、圖1.3，但Cree並沒有推廣，市面上也沒有見到，但Cree其餘 發表的成熟產品已在市面上販賣，因此推論Cree採用二次光學透鏡式 的全周型LED球泡燈尚未成熟；Remote phosphor LED球泡燈，藍光LED 側著擺放在特殊設計的散熱座，LED發出的藍光打在球泡燈外側的螢 光粉殼上，藍光激發螢光粉生成黃光後，藍光與黃光經混光而形成暖 白光；此白光發光架構與一般白光LED的最大差異在於「非接觸式螢
光粉」，也就是螢光粉未貼附晶片；目前Remote phosphor LED球泡 燈的售價仍然很高，2012年Q4的8瓦Remote phosphor LED球泡燈價格 仍高於20美金，而相當的一般白光LED球泡燈的售價則低於10美金，
兩者價差仍有兩倍以上的距離；立體封裝式LED球泡燈，多顆小功率 LED排列在散熱座的周圍，LED朝各方向排列，設計上很直觀，但是多 顆LED朝各方向排列，增加焊接的困難度與加工時間；目前Remote phosphor LED球泡燈的售價仍然很高，立體封裝式多顆LED焊接的工 時較高，為了改善一般LED球泡燈發光角度過小，並達成美國能源之 星的全周型標準規範，再考慮Remote phosphor式與立體封裝式以外 的二次光學透鏡式，衍生出本文的研究動機。
本文的研究流程以此研究動機為出發點，接著收集相關的學術論 文與相關專利，再迴避其他現有的專利，提出適切的LED球泡燈二次 光學透鏡的設計流程，改善市售一般LED球泡燈無法滿足全周型光強 度分佈的問題，得到與傳統白熾燈泡接近的照明效果，作為本研究的 目的，研究成果可貢獻LED照明產業，作為開發LED球泡燈二次光學透 鏡的設計選項。
圖 1.2 Cree 的二次光學透鏡式 的全周型的 LED 球泡燈
圖 1.3 Cree 的二次光學透鏡與 燈泡殼
二次光學透鏡