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閃爍「人性光輝」的LED照明

文/劉珈均

夜幕降臨,華燈初上,光學科技點亮了人類的文明與生活方式,近代LED的發明更是另一波照明革命,然而,炫亮的光線會對人體造成不良影響,甚至引發失眠或神經衰弱。工研院電子與光電所關注將人的感受導入光線照明科技,研究人因照明系統,解決燈光常見的眩光與藍害問題,並依不同場域需求,以人因調控燈光照明型態。

光電元件測試驗證部工程師陳宗德說,當今廠商的LED燈具製作技術落差較小,調光調色都會作,工研院光電所便朝提升「光品質」的方向研究,將人的感受導入照明科技,人因照明首要解決眩光與藍害問題。

光電元件測試驗證部工程師陳宗德。

光電元件測試驗證部工程師陳宗德。

市售照明光源常見眩光與LED藍害問題。當眼角餘光直接看到光源,耀眼刺目的燈光導致視線無法專注而清晰的觀看物體,這種干擾為直接眩光。有時候環境的物體也會反射光源(如櫃台、書頁上的小光點),這些經過反射的刺眼光點則為間接眩光,眩光會讓眼睛不舒服,易疲勞、注意力不集中;藍害則會不可逆地傷害視網膜影響視覺。眩光主要來自光源過度集中,提升光的均勻度就能改善眩光;要降低藍害則從光源頻譜著手,調配晶粒比與螢光粉比例,讓光線避開有害波段,經過一次次試驗,光電所累積了一份螢光粉配比資料庫,可較有效率的因應各場域需求,調出舒適健康的人因照明。藍害有量測標準,級距之間其實還有許多數值,而團隊研發出的照明技術藍害值比市售光源都低。

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螢光粉調配

螢光粉調配

工研院光電所擁有台灣首座國際級的人因照明實驗室,一系列的「人因實驗」是團隊另一個研究重點,探討在不同應用情境、時間、光線環境之下,人們的清醒程度、情緒、工作效率、神經系統等生心理層面會如何受影響,研擬不同情境的合適照明參數。光電所工程師趙偉成博士說,光對人的影響主要可分為視覺、心理、生理及生物效應四個層面,視覺是指對於眼睛的影響;心理與生理層面則是人體照光後的「生理回饋」,與神經系統有關,影響人的情緒、腦波波動等。目前光電所已建立部分視覺層面的人因資料庫,未來會建置心理、生理及生物效應層面的資料庫。

圖中機器為弧度儀,受試者於人因實驗前後各測一次,比較實驗前後睫狀肌作用的差別,便可知光的情境對眼睛疲勞的影響。

圖中機器為弧度儀,受試者於人因實驗前後各測一次,比較實驗前後睫狀肌作用的差別,便可知光的情境對眼睛疲勞的影響。

除了在實驗室裡設計情境作實驗,光電所也讓研究進入現實生活場域,幫助制定政策。為了節能,政府紛紛將一些道路的水銀燈換為LED,趙偉成專門負責設計人因實驗,去年三四月至六月曾接受能源局的委託,研究LED路燈照明的「使用者經驗」。

趙偉成從模擬、道路量測、人因實驗三方面著手。重要條件如光通量、光分佈、燈具傾斜度、燈具維護係數、燈具排列、桿高、桿距、路面反射率、路寬及眼高等等加總之後,可以有上千種實驗組合,趙偉成實驗前先演算、跑過上百次模擬,得出影響道路照明最顯著的是光強(發光強度)與遮隔形式(路燈光線散布範圍)兩個因子;根據模擬,再從全國已裝設LED路燈的鄉鎮挑選適合作實驗的場地,最後選出新北與台南共四個區域的路段做為研究場域,執行光量測與人因實驗;人因實驗從晚上八點進行到午夜,像拍電影一樣事前封路,趙偉成召集當地30位受試者,分為走路、開車、騎機車三組,以不同方式行過該路段,問卷調查受試者對於眩光、光色感受、距離與路標的空間辨識度。路燈發光強度高固然明亮,但可能產生眩光,反而干擾視線,研究也試圖捕捉衝突參數的平衡點。

趙偉成說:「調查現況是其中一個目的,我們希望以後研究可以當作未來路燈設置或道路規範的依據,甚至是路燈設計的依據。」這實驗不只是「滿意度」調查,也涉及法規、能源、政府支出。

聯合國教科文組織將2015定為「國際光之年(International Year of Light)」,包含台灣在內的全球71個國家區域共襄盛舉,用一整年時間舉行光學科技相關的活動與演講。在擁抱燈光帶來的科技生活時,也別忘了「科技始終來自於人性」。

 

人因照明實驗室團隊。

人因照明實驗室團隊。

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