新式LED路燈的亮光均勻鋪灑路面不四散

作者: 本報訊 | 台灣立報 – 2013年7月4日 上午12:20

新式LED路燈的亮光均勻鋪灑路面不四散,高效、節能、低光害。

■呂怡貞

你有這樣的經驗嗎?窗前滿是光,疑是月亮光,舉頭望路燈,低頭睡不深。

為推動節能減碳,LED路燈漸漸取代傳統路燈。然而,看似明亮的LED路燈,其實光學利用率只有20~45%,其他的光會因照往上空或其他角度而成為無效照明,不僅浪費能源,過亮的燈頭形成眩光還會干擾鄰近住戶(尤其是往水平照射的光),成為光害。

一般防止眩光的做法是使用間接照明,也就是「把燈藏起來」,例如埋在燈箱中或在燈外加燈罩,但這麼做只會降低光學利用率。另一種做法是加裝擴散片(diffuser),這是一層黏附於壓克力板的薄膜,經由薄膜上特殊的光學設計,調整光射出的角度與方向,讓光均勻發散。不過,傳統的擴散片是在薄膜添加擴散粒子,雖然光會往前後發散,看起來較不刺眼,但能量效益仍然低。

中央大學光電科學與工程學系教授孫慶成與永豐興科技公司、贏創晶盛材料公司共同研發的「微結構擴散片」,是在薄膜上形成凹陷的溝槽陣列,讓光經由這些溝槽而折射,藉由不同形式的溝槽設計,就能調控出不同的光形與均勻度。如此可讓路燈發出矩形光形,較一般LED路燈打出的圓形光形更符合路面設計,讓整條路看起來燈源亮度低但路面明亮、光線分佈均勻,光學利用率也可提高到55~80%。相較於傳統路燈約有20%、一般LED路燈最多達10%的光往上空和水平照射,此設計讓往這些方向的光降低至2%,大幅減少光害。

此項技術的困難處在於要從薄膜上深挖出如此細微的結構,是一般精密機械探頭或雷射雕刻無法做到的。孫慶成的做法是,先以一般材料製作等比例放大、具有凹槽的模具,將此母模填入玻璃砂,製作出具有凸起物的子模,再利用玻璃砂在高溫下水份蒸散後會縮小的特性,以子模為新的母模,之後用玻璃砂反覆製模,直到比例縮小成所需尺寸的凸起狀模具,即可拿去壓膜。研發歷時七年,研究結果陸續發表在2012和2013年美國光學學會的《光學快遞》。此裝置可搭配各式LED及不同裝設位置、照明面積與用途,包括路燈、地燈、車燈等,最快在2014年可於市區路面安裝。

「如果有一天,我們的孩子在明亮的回家路上,抬頭就能仰望滿天星斗,就會從美麗神秘的星空獲得啟發,思考自己從何而來,引發出探究宇宙奧秘的動機。」這是孫慶成最大的期望。

【更豐富內容請參閱《科學人》雜誌2013年第137期7月號】

《科學人》網站:http://www.sa.ylib.com

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