中国台湾研发“微结构扩散片”,让LED亮光均匀铺洒路面

你有这样的经验吗?窗前满是光,疑是月亮光,举头望路灯,低头睡不深。

为推动节能减碳,LED路灯渐渐取代传统路灯。然而,看似明亮的LED路灯,其实光学利用率只有20~45%,其他的光会因照往上空或其他角度而成为无效照明,不仅浪费能源,过亮的灯头形成眩光还会干扰邻近住户(尤其是往水平照射的光),成为光害。

一般防止眩光的做法是使用间接照明,也就是“把灯藏起来”,例如埋在灯箱中或在灯外加灯罩,但这么做只会降低光学利用率。另一种做法是加装扩散片(diffuser),这是一层黏附于压克力板的薄膜,经由薄膜上特殊的光学设计,调整光射出的角度与方向,让光均匀发散。不过,传统的扩散片是在薄膜添加扩散粒子,虽然光会往前后发散,看起来较不刺眼,但能量效益仍然低。

中国台湾中大光电科学与工程学系教授孙庆成与永丰兴科技公司、赢创晶盛材料公司共同研发的“微结构扩散片”,是在薄膜上形成凹陷的沟槽阵列,让光经由这些沟槽而折射,藉由不同形式的沟槽设计,就能调控出不同的光形与均匀度。如此可让路灯发出矩形光形,较一般LED路灯打出的圆形光形更符合路面设计,让整条路看起来灯源亮度低但路面明亮、光线分布均匀,光学利用率也可提高到55~80%。相较于传统路灯约有20%、一般LED路灯最多达10%的光往上空和水平照射,此设计让往这些方向的光降低至2%,大幅减少光害。

此项技术的困难处在于要从薄膜上深挖出如此细微的结构,是一般精密机械探头或雷射雕刻无法做到的。孙庆成的做法是,先以一般材料制作等比例放大、具有凹槽的模具,将此母模填入玻璃砂,制作出具有凸起物的子模,再利用玻璃砂在高温下水份蒸散后会缩小的特性,以子模为新的母模,之后用玻璃砂反覆制模,直到比例缩小成所需尺寸的凸起状模具,即可拿去压膜。研发历时七年,研究结果陆续发表在2012和2013年美国光学学会的《光学快递》。此装置可搭配各式LED及不同装设位置、照明面积与用途,包括路灯、地灯、车灯等,最快在2014年可于市区路面安装。
 

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