車輛中心 研發處/車輛光學設計中心 江志彬

從1911年的第一顆鎢絲電燈泡出現，人類正式進入電能照明的時代，一百年過去了，隨著科技的發展，燈泡也有不同型態的變化，如室內常用的螢光燈管、運動場和道路上常用的高壓鈉燈泡與水銀燈泡、多媒體顯示常用到的冷陰極管(CCFL)、車輛常用鹵素燈泡與氙氣燈泡(HID)等；而2003年後因為半導體技術快速的發展，LED由一般小功率的發光特性，躍升至高功率高亮度的白光光源，由一般指示燈號的用途，進而應用至一般照明、多媒體光源與車前照明。這一切的訊息告訴我們，全LED照明時代已經不遠了。


所有的燈泡光源，都有其相對的保護裝置與外觀，LED光源也不例外，一般LED可依外型進行分類：砲彈型、SMD(表面黏接)型、食人魚型與高功率Emitting 型，而LED的透明外觀就是提供LED光源對於外在環境的保護，包括防潮、撞擊等等，我們稱之為封裝透鏡或封裝外型。然而不同外觀的封裝透鏡除了給予LED基本的保護之外同時也給予LED擁有不同光型分佈的能力，如圖1。在燈具的光學設計中，不同光型分佈的LED光源也會有不同的設計方式，例如：側發光(side-emitting)LED適合利用反射鏡進行設計。無論如何，不管是哪一種光型的LED光源，一定需要經過一個以上的光學元件(包括反射鏡與透鏡等等)，利用反射折射的光學特性，根據照明需求與情境的不同，將LED發散出來的光線形成各式各樣的照明光型。我們將需要進行光源本身以外的光學元件設計，稱之為二次光學設計，包括現在一般常用的反射鏡或燈殼的透鏡式設計等，都在二次光學設計的範疇之內。反之，一次光學設計則是利用LED光源本身進行光學設計，使LED在點亮發光時，就有符合照明時所需求的光型，便可捨去複雜的燈具結構，精簡光學元件的使用量，並且可縮小燈具的體積，可預見未來的照明燈具將往更小體積與更多造型的方向發展，如圖2為使用歐斯朗LED的Pininfarina Sintesi概念車款，已不復見舊有車燈的樣子。
　

圖1 不同LED之光型分佈

圖2 Pininfarina Sintesi概念車

財團法人車輛研究測試中心於97年就開始進行一次光學設計的創新研究，並且利用LED本體結構的設計，完成單顆3W之LED就能符合晝行燈之光型需求；於98年則進一步往特定光型進行研究，改變LED外觀封裝透鏡，產生汽車遠燈所需要的高亮度集中橢圓光型、汽車近燈與霧燈所需要清晰截止線的光型，如圖3，與LED二次光學設計相比可節省約15%~30%的消耗功率。由於一次光學技術仍處於成長期，可於設計過程中加入不同的考量條件，達到不同應用所需的光型與均勻度，可將此技術使用在所有照明領域中，突破LED應用的設計方式與效能，相信應可開創下一個照明的一百年。

?

圖3 特定封裝產生之光型

本報著作權為「財團法人車輛研究測試中心」所有，未經許可不得轉貼或節錄。
若對電子報的內容有任何建議、取消訂閱或要求轉貼授權，請寄至：newspaper@artc.org.tw
財團法人車輛研究測試中心
www.artc.org.tw
彰化縣鹿港鎮鹿工南七路六號
 TEL：04-7811222 FAX：04-7811456