您知道办公室大部分光源都不是连续的吗？它们以肉眼无法察觉的高频率闪烁，但研究证明，一定程度的照明频闪对人体有害。
2014 年 LFI 照明展会，美国能源局主持的固态照明训练讲座，其中一堂课即为“认识 LED 频闪及为何应重视此议题”（Michael Poplawski and Naomi Miller，2014），重新开启了业界对照明频闪的讨论。此议题早先由美国固态照明系统与技术联盟提出，研究人们对照明频闪的容忍范围并发表在 LED 专业杂志（Rebekah Mullaney，2011），希望 LED 品牌商及制造商能重视频闪问题并创造更好、更适合人们的健康照明。
然而就在 2012 年后，LED 照明产业经历削价竞争、血流成河，不论大型或中小企业首先关心的是“如何降低成本”，究竟有多少厂商注重照明的品质问题，值得省思。
何谓照明频闪
凡是直接使用 AC 交流电驱动的电子光源，都会因电流的波动而产生频闪，萤光灯管、高压钠灯和 LED 照明的发光原理特性，容易迅速反应电流的波动，因此频闪度较大，需靠电路设计转换成稳定的直流电输入。一般市电频率为 50~60 赫兹，萤光灯管经过电路转换后的闪烁频率为 50~60 赫兹的倍数，一般通常为 120 赫兹。
我们平时感受不到光源闪烁，是由于闪烁频率非常快，每秒闪烁近百次以上，肉眼只能辨识 100 赫兹以下闪烁，100 赫兹以上闪烁虽无法透过肉眼辨识，却能从频闪效应察觉。
频闪效应可从一些现象观察，最简单的就是用手机对准光源拍照，有频闪的光源会出现水波纹（图一）。移动物体在有频闪的光源下拍照时，会出现叠影，而非连续的成像（图三）。此外，上下快速震动的机床具，若振动频率刚好与灯光闪烁频率倍数相当，就会使人产生机床静止或震动速度变慢的错觉。
▲ 频闪效应说明。
图一与图二表示，用手机对准光源拍照，有频闪的光源会出现明显水波纹，无频闪的光源则不会。图三与图四表示移动物体在有频闪的环境下拍照，物体成像有叠影，在无频闪的环境拍照时，则为连续成像、无叠影。
频闪对人体的影响
根据美国能源局公布的频闪说明（U.S Department of Energy，2013），光源的低频闪烁会触发癫痫发作，办公室环境使用萤光灯管搭配电感式安定器，也研究出与头痛、容易疲劳、视力模糊、视力减弱等人们的不适有关联。频闪效应甚至可能造成夜间开车时有错觉，误以为移动物体是静止或速度减慢；或在工业环境，可能因频闪效应造成工安状况。
光源频闪对某些特定族群容易造成负面影响，包含孩童、自闭症患者、偏头痛患者、癫痫患者。由于频闪无法直接察觉，因此人们时常没有意识到频闪其实是某些不适症状的主因，只要改善照明品质，一些疲劳症状都能减轻，也能大幅提升工作效率。
市场照明产品的频闪分析
一般我们认知萤光灯管有较严重的频闪问题，但却不太清楚 LED 照明有没有这类频闪问题，以下美国西北太平洋国家实验室（PNNL）的调查可能会让你我跌破眼镜。
PNNL 调查市面 25 项照明产品（图五），从传统白炽灯、金卤灯、萤光灯到 LED 灯分别做频闪比较分析，越靠近左下角，表示频闪状况趋近零，越靠近右上角，表示频闪状况十分严重。
白炽灯、金卤灯与萤光灯这 3 款传统照明，以萤光灯频闪状况较严重。但同属性的传统灯不论哪家厂牌，频闪状况分布都很集中，也就是说各家厂牌针对频闪问题的技术水准都差不多。
然而，LED 照明的分析结果就十分有趣，频闪状况的差异分布出乎意料的大，其中有 4 个样本频闪状况为非常严重，分布在右上角位置，比传统照明的频闪状况差。但也有 3 个样本频闪竟然优于传统灯，分布在左下角位置，表示几乎没有频闪。
▲ 图五：照明产品的频闪比较图。（Source：U.S Department of Energy，2014）
解决 LED 照明的频闪问题
由以上市场调查与科学研究，可发现某些厂牌能达零频闪，但也有不少厂牌频闪问题十分严重。换句话说，LED 照明的频闪问题并非无法解决的技术问题，而是厂商在制作过程投入的成本问题。台湾 LED 高功率照明大厂浩然科技总经理罗贤杰表示：“是否能创造零频闪的优质 LED 光源，关键在于 LED 电源是否为两级架构的电路设计。由于价格竞争，许多厂商不愿意花费成本制作两级架构的电路。”如图五所示，输入电流是 AC 交流电，但 LED 芯片运作于 DC 直流电，因此须透过电路转换。
目前有两种电路架构：单级架构及两级架构。单级架构的电路设计，线路简单，只做一次交流电转换为直流电的处理，成本虽然较低，但是却无法有效抑制直流电涟波，由于 LED 芯片其顺向偏压与电流成指数关系，因此极细小的电压变化也会使电流、光度有很大变化，也代表频闪问题较严重。两级架构的电路设计，将带有涟波的直流电再经过滤波电路后，转换为更稳定的直流电，接着才供给 LED 芯片运作，因此能有效抑制涟波闪烁（图六），但相对成本较高。
两级架构多出的电路板体积要安装到电源结构的有限空间，考验到厂商电路设计的技术。此外，安规规定电源零件之间必须相隔一段距离，要符合安规规定又是另一个技术门槛。厂商必须支出更高的成本来完成两级架构电路， 因此改善 LED 照明频闪的问题其实也会反映到产品成本与价格。
▲ 图六：单级架构与两级架构的电路设计比较图。
▲ 图六：单级架构与两级架构的电源输出比较图。
照明的频闪问题从来不是新议题，从传统照明就存在至今。但面对新 LED 照明型态，频闪问题又重新浮现，而且可能比以往更严重。市面有部分 LED 产品的频闪情况，比传统萤光灯管还严重许多，不免担心长期暴露在恶劣光源底下是否会出现我们还不晓得的负面影响。消费者关心 LED 灯泡的价格是否已达到甜蜜点，却不晓得部分厂商一昧追求市占率、迎合消费者降低价格的同时，舍弃的可能是品质与健康。消费者最终需要的是价格还是健康，这是值得省思的问题。
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（本文由 LEDinside 授权转载；首图来源：pixabay）
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