LED照明的挑战，如何减少闪烁现象？

在发光二极管(LED)一系列的讨论中，我们讨论了LED产业短期的挑战——尽量避免讨论如成本或聚焦在取代这一类的议题，着重探讨同样重要的LED产业发展因素。

我最新的博客文章是探讨用一个既有的直流(DC)组件，跟交流(AC)的方式驱动LED的各种后果，本文想仔细谈谈让LED产业最恶名昭彰的一个原因：闪烁(Flicker)。这几天，闪烁是个热门的话题，也是一个让LED厂商“一拼高下”的战场。

首先，先澄清闪烁涵盖的各种现象。可以透过简单的观察光源来判断直接的闪烁，直接闪烁高度依赖闪烁的频率，透过人类在几Hz及灵敏度几乎已经消失的60Hz的峰值灵敏度(Peak Sensitivity)，即可发现直接闪烁。


一个以每秒25幅、用闪光灯频闪捕获弹跳球的图像。(Michael Maggs摄影、Richard Bartz后制)

然而，间接闪烁(Indirect Flicker)可以在更高的频率被发现，及其各种表现形式。最常见的，称之为闪动闪烁(Stroboscopic Flicker)，是因移动的物体或者一个快速眼动造成锯齿状的视觉感知现象。闪动闪烁是LED使用者某些共同的使用者经验，且观看其前后关系，闪动闪烁几乎是不明显，却让人无法接受——运气好眼睛还可跟上图中错误光线下的篮球。

研究指出，闪动闪烁可在高于1,000Hz的频率被触发，远远超出人类意识知觉的门坎。另外，间接闪烁也会造成生理影响，类似较低的“员工绩效”，在感光、闪烁到严重时，会引起头痛或是癫痫。正如同有人在日常的跑步中，穿越一个人行道的条纹时，因闪烁而偏头痛，我往往相当同情……

了解闪烁的研究持续进行中。很明显，光的实际波形(形状、振幅变化、频率…等)扮演核心作用，此外，包括视觉环境的外部因素(光源位置、周围照明…)也有一定的影响，如个人敏感度。

不幸的，这种复杂性却只有一些指标可用来表示闪烁的各个问题。两种最常见的“闪烁百分比”和“闪烁指标”，虽然简单但却有缺点：例如，这两个指标忽略直接闪烁的重要感知频率，因此目前由各种研究单位包括国际照明委员会(CIE)、照明学会(IES)、电机电子工程师学会(IEEE)…纷纷提出的更先进指标。然而，现今，在没有一个公认度量的状况下，最好的方式即透过实验：一个用闪烁轮(Flicker Wheel)或摆动手指的简单视觉测试，往往可提供一个明确的答案。例如加州能源委员会(California Energy Commission)自动质量指针(Voluntary Quality Spec)即提到，闪烁测试应该由对闪烁非常敏感的稽查人员进行。

LED闪烁的发生，部分原因是指LED遵循被电波馈送的快速响应时间，LED驱动器试图矫正AC波形，使其尽可能平顺的输入，但这是一个复杂的任务——特别是当调光器(Dimmer)进入程序时，驱动器必须兼容由不同调光器输入的波形，而这将造成在昏暗环境下，LED闪烁的问题更加明显。

因此，在实际设计LED时，如何减少LED闪烁的现象？当然，简单的方式是摆脱AC电流，并采用恒定电流(Constant-current)装置，不过，这并不是唯一选择。

在改造应用中，最基本的答案是设计更好且总是可以用正确的电容器实现的驱动器。困难的是，闪烁和其他关键问题如成本、尺寸和发热之间的平衡。具有较佳储能能力的电容往往要价高、占空间及可承受的热度低—当位于一个小小改装灯座的驱动器被塞满电容，听起来可是一点都不好！

因而，制造上面临棘手的问题。A型灯泡(A-bulb)应该在家庭装修商店被卖出时无闪烁，或者应该宁可再降低1美元使其达到消费者的价格心理门坎？Soraa的MR16应该给予非常高的坎德拉(Candela)，或是内建一个可减少功耗和发热量的低闪烁驱动器？
幸好，随着技术的进步，上述的权衡问题的影响已经越来越小。以Soraa生产的灯泡为例，LED基础技术不断进步，使新一代的灯具尽可能发出更明亮光的同时，也具备较低的输入功率与较少的发热。Soraa表示：“我们追求简单的产品，这也是为什么我们在本月推出一个真正无闪烁的解决方案——Lightfair系列，而新的MR16型灯泡将在今年稍晚推出，受益于其优越的驱动器，因此无论在甚么调光条件下，新灯泡的振荡比卤素灯还要少。”

展望未来，我们只能希望这样的方案逐渐成为主流，如此，将可无须再担心闪烁的问题，并可一劳永逸。