你有這樣的經(jīng)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(jié)能減碳,LED路燈漸漸取代傳統(tǒng)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,但這么做只會降低光學利用率。另一種做法是加裝擴散片(diffuser),這是一層黏附于壓克力板的薄膜,經(jīng)由薄膜上特殊的光學設(shè)計,調(diào)整光射出的角度與方向,讓光均勻發(fā)散。不過,傳統(tǒng)的擴散片是在薄膜添加擴散粒子,雖然光會往前后發(fā)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(chuàng)晶盛材料公司共同研發(fā)的“微結(jié)構(gòu)擴散片”,是在薄膜上形成凹陷的溝槽陣列,讓光經(jīng)由這些溝槽而折射,藉由不同形式的溝槽設(shè)計,就能調(diào)控出不同的光形與均勻度。如此可讓路燈發(fā)出矩形光形,較一般LED路燈打出的圓形光形更符合路面設(shè)計,讓整條路看起來燈源亮度低但路面明亮、光線分布均勻,光學利用率也可提高到55~80%。相較于傳統(tǒng)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(shè)計讓往這些方向的光降低至2%,大幅減少光害。
此項技術(shù)的困難處在于要從薄膜上深挖出如此細微的結(jié)構(gòu),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,先以一般材料制作等比例放大、具有凹槽的模具,將此母模填入玻璃砂,制作出具有凸起物的子模,再利用玻璃砂在高溫下水份蒸散后會縮小的特性,以子模為新的母模,之后用玻璃砂反覆制模,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(fā)歷時七年,研究結(jié)果陸續(xù)發(fā)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(shè)位置、照明面積與用途,包括路燈、地燈、車燈等,最快在2014年可于市區(qū)路面安裝。