擴散與混光的概念

旗峰光聚 HOLAN擴散板

透光率的定義 在還沒討論擴散與混光時我們先要瞭解其中對於照明行業最貼切的問題，就是【透光

率】。透光率在照明上是指【光】通過介質後扣除反射率、折射率、吸收率、色散後淨通過的

總量，不是用霧度計或積分球測得的資料，透光率的光一般是指波長爲 555nm 的平行光作

為檢測標準，而塑膠的光學特徵包括兩類： 一類爲傳遞特性 ：包括光的透過、反射、散射及折射等 一類爲光的轉換特性：包括光的吸收、光熱、光化、光電及光致變色等。

常用可表徵光的傳遞特性指標有透光率、霧度、折射率、雙折射及色散等。在上述指標中，

透光率和霧度兩個指標主要表徵材料的透明性，而折射率、雙折射及色散三個指標主要用於

表徵材料的透光質量，在照明行業上一般只用相對透光率來標示，如採用慣用的透光率來標

示，會産生霧度已破表但還是看到燈珠的窘境。

儀器對於透光率的差異性 對於照明來講、照度是它的第一生命，配光曲線才是它的第二生命，目前業內最常誤用

的測量設備是積分球，有很多業者采側邊入光的燈具，用積分球所測得光效值與直照式的燈

具差異不大，假設前面的動作是對的話，那就會發生月亮跟太陽一樣亮或者不會出現日全蝕

或沒又白天與黑夜之分的笑話，爲何會有這個錯誤的結果，是因爲光源離框太近所致，當光

離開發光體時，光就會隨著空間散射，只是光用眼睛是看不到的，致於看到的是因干涉所折

射引起的視覺假像，不是真正測得的主要光源，如隨著燈具的框邊用遮蔽物蓋住，在被遮蔽

面積加大時它的光通量也隨之減少，由此可以證明以上觀點，真正有效的光則是在指定距離

的照度值，因此照度計及光強分佈儀才是測照明燈具的主要工具

板厚度與透光率的關係

對於擴散板來說是厚度越厚透光性能越好，它就好比一杓奶粉加到一碗水及一杓奶

粉加到一桶水的概念是一樣的，干涉條件是固定的，所加入的基材越多所留出空間供光通過

就越大，它跟大氣中濃霧與薄霧原理是一樣的。

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透光率的測量

透光率的測定需從光/亮/明的三種概念開始。在光學上測量光所使用的單位意味不

同的概念，用東方人的習慣用語就是『燃燒自己照亮別人使人類前途一片光明』，這句話已經

概括光學計算單位中的三個，燃燒自己指的是光通量【lm】、照亮別人指的是照度【Lux】、

使人類前途一片光明只指的是亮度【cd/m】它的定義及單位含義如下：

光通量的單位【流明】代號 lm。指人眼所能感覺到的輻射功率，它等於單位時間內某

一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。所以不同波長光的輻射功率相等時，其光

通量並不相等。 照度的單位【勒克斯】代號 Lux。1 勒克斯等於 1 流明(lm)的光通量均勻分佈於 1M2

上的照度、照度是以垂直面（零度角）所接受的光通量為標準，若傾斜照射則照度下降。 發光強度的單位【坎德拉】代號 cd。 1 坎德拉即 1000mcd 是指單色光源（頻率

540X1012HZ『頻率為 540×10 的 12 次方赫茲的單色輻射』，波長 550 納米）的光，是光

源在定向上的發光強度，且在此方向上的輻射強度爲 1／683 瓦特每球面度。發光強

度單位最初是用蠟燭來定義的，單位為燭光也是 LED 的照明術語之一

擴散的概念 其實照明的“光擴散”是對多光源的光、因干涉而重影讓視覺難分辨有不均勻現象，一

般只要是可以干涉光前進的物質對光均有擴散作用，對於光的擴散性能則取決於干涉物質的

折射率與基材折射率的比、比數越大擴散越好，以及該介質的透明係數、透明係數越大透光

越好，根據光的物理現象、得知基材折射率越高透光性就越差，如要再次光干涉所用干涉物

質的折射率需大於基材折射率的 11.5%以上，如低於這個值時只會遮蔽光前進，所産生的擴

散較低，好的擴散就如用一道平行光通過擴散物質後，光則由平行光變爲散射光，其光束角

度將接近半球，不好的擴散就要再一次的擴散則要在基材表面再需干涉一次，例如：加條紋、

棱鏡、磨沙等工藝，每擴散干涉一次就得扣除一個的物理現象後的衰減、因此粗糙的表面一

定比光滑的表面擴散性能好，光滑的表面一定比粗糙的表面透光性能好，這兩個確實存在矛

盾狀態，所以得出一則重要決論，如光通量不變的條件下、光到被照物表面的距離與配光曲

線成了透光性能的重要關鍵。

一般擴散劑爲白色低透明粗糙外觀 光對一般擴散劑干涉後行進路線

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不同角度的入射光對表面干涉後，光散射路線

混光的概念

“混光”是防止影像再次成像，讓視覺難以分辨有不均勻現象，基本上跟擴散的視覺

效果相同，只是混光是不會將光因干涉展開變成擴散，所以它對於一些定向照明有配光曲線

要求的燈具比較適用，它一般只要是體積小於 0.3mm3 外形一致性良好的【透明物質】圓球

體，再以多層次疊加因圓球體者射與繞射現象均可以達到混光的要求，一般以透明的球狀物

在混光後對光束角干涉最小，所以很多人目視時都誤認爲磨沙

光對大粒徑圓球體的折射 光對小粒徑圓球體的繞射

混光與擴散的差別

混光與擴散最大的不同點是：一個是【像干涉】〖混光〗、一個是【光干涉】〖擴散〗，

當像被干涉後分散成爲非常多的像，因此像干涉在視覺狀態下難以重組，因而達到防止眩光

的目的，例如：昆蟲的複眼就是一個很好的寫照，當每一個複眼所看到的景象，傳達到它的

視覺神經裏再組成影像，所以它可以看到花花綠綠、草草木木。如換回人類的視覺時，因沒

有複眼的視覺神經所以人類是看不到混光介質後面的影像自然也將它當成是擴散

配光曲線與板的關係 配光曲線這個名詞對電子行業的從業人員比較生嗇，它用比價粗俗的解釋，就是說燈具

出光的形狀，因此在防止眩光時所用的板成爲這個燈具靈魂，光最終是經過這片材料才離開

燈具，如果這片材料的干涉太多時，不管你的燈具配光曲線如何設計，配光曲線均由這片材

料所決定。

裸燈具的曲線 加擴散板後的曲線 加混光板後的曲線

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光源的光強度與板的關係 光強度的單位是 mcd，光強度值越高、所需擴散或混光的距離就越大，也就是說燈具的

總厚度會越厚，相反地光強度越低、擴散或混光所需距離越小、燈具的總厚度會越薄。光強

度越低功率就相對減少，相同瓦數的條件下光源數量會增加，光源與光源的間距會減少，因

光強度與間距同時減少，光源到擴散或混光板的高度一定會降低，此時擴散或混光板表面的

照度與高光強時的照度只有少許變化，因爲光的衰減是距離的平方成反比也是物理現象，因

此燈具的總高度就會更薄。

光強越強擴散越不容易 光強越低擴散越容易

光源與板高度的關係

已知光強度越高、擴散或混光所需距離越大、光強度越低擴散或混光所需距離越小，既

然是物理現象要製作燈具就簡單多了，擴散或混光板在相對的條件下、用擴散或混光係數與

光強度的值就可以輕易的求出光強度與板高度的比例關係，但兩者一定要有一個爲常數，另

一個爲變數，才能用公式計算出板離光源的高度，因此要製作一個超薄直照式或製作一個光

束角符合的配光曲線燈具就易如反掌。

光強越強光源離板的高度越高 光強越低光源離板的高度越近

透光質量 1. 折射率

折射即入射光與透過光兩者方向之差。衡量材料折射的大小，可用折射率表徵。折

射率越大，材料的折射越嚴重。折射率可用光在空氣中和在塑膠中的傳播速度之比來計

算。透鏡而使用的樹脂，希望其折射率大一點。折射率越大，其厚度可相應減小。

折射現象 不同波長相同折射率下的色散現象

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2．雙折射 雙折射即材料的平行方向與垂直方向折射率的差值。雙折射越大，越容易造成圖像

産生歪影等現象。所以說雙折射降低了光學材料的透光質量，應盡力降低材料的雙折射。 材料之所以産生雙折射現象，主要是由樹脂的分子結構和分子的取向兩方面決定的。

雙折射率示意圖 以目視觀察雙折射率的影像

(1) 樹脂的大分子鏈中含有苯環結構，産生雙折射比較大 如 PMMA、PC 及 PS都有比較嚴重的雙折射現象。其中 PMMA 的雙折射率爲 0.006%；而 PC、PS的雙折射更爲嚴重，尤其是 PS，其雙折射率高達 0.8%，是 PMMA 的 130 多

倍之多。而 CR-39 的分子鏈中無苯環結構，基本上無雙折射現象，因而常用於

光學鏡類材料。 (2) 樹脂在加工過程中，物料流動的垂直方向與平行方向的取向度相差越大，其雙

折射也越大，爲此光學製品大都採用澆鑄或積層的方法成型，以防産生光的取

向而造成改變配光曲線的形狀。 (3) 雙折射率最典型的爲冰洲石，它是一個很好的光干涉劑。

3. 色散 材料的色散用阿貝數表示，阿貝數 Vd 可用下式計算。其中，nd、nf、nc 分別爲入

射光波長 589. 3nm、486.1nm 及、656. 3nm 時材料的折射率。從式中可以看出，材料

的阿貝數與材料折射率有關。一般材料的折射率越大，阿貝數越小，色散越強。 綜合上述五種性能，一個良好透明材料的條件爲高透光率、低霧度、高折射率、小雙折

射及小色散，利用兩片偏光片作爲起偏器及檢偏器以肉眼即可觀察到色散後的光。

板面顆粒處理 顆粒處理的色散 板面磨沙處理 磨沙處理的色散

4.顯色性（演色指數）

顯色性是指事物的真實顔色（其自身的色澤）與某一標準光源下所顯示的顔色關

係。Ra 值的確定，是將 DIN6169 標準中定義的 8 種測試顔色在標準光源和被測試光

源下做比較，色差越小則表明被測光源顔色的顯色性越好。 原則上，人造光線應與自然光線相同，使人的肉眼能正確辨別事物的顔色，當然，

這要根據照明的位置和目的而定。 光源對於物體顔色呈現的程度稱爲顯色性。通常叫

做"顯色指數"（Ra）。 光源對物體顔色呈現的程度稱爲顯色性，也就是顔色的逼真程度，顯色性高的光

源對顔色的再現較好，我們所看到的顔色也就較接近自然原色，顯色性低的光源對顔

色的再現較差，我們所看到的顔色偏差也較大。 Ra 值爲 100 的光源表示，事物在其燈光下顯示出來的顔色與在標準光源下是一致

的

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高 CRI 所顯現的顔色 低 CRI 所顯現的顔色

5.色飄移

材料因折射率或光幹折或表面干涉均會産生色飄移的現象，色飄移最嚴重的是表面干

涉，例如：磨沙、顆粒、條紋、晶格…等等都是造成色散的主要要件，在 LED 裏因爲光的

原素太少，因色散造成波長短的光被吸收而導致往紅偏移導致 CRI 降低

總 結 在固態照明經過了近十年的風起雲湧，前仆後繼的業者也讓大江淘盡不知多少英雄豪

傑，有被職員戲稱老闆實力不夠而倒閉的，也有被老闆戲稱職工跟土八路差不多的的…等等

交互指責的用語，俗話說：〖吵架無好話〗，大家是否有真正冷靜下來回想一下，對於自己

的産品真的達標了嗎？資方、勞方、市場是否應負擔相同比例的責任，但也有人說市場要負

最大責任，給的這種價格只能買這樣的産品，不幸的事在 2012 年發生了，全球通貨緊縮中， 市場一一不支倒地，但工廠並不是全部停擺，所製造的産品符合指標的還是燈火通明挑燈

夜戰。其主因是無法推廣的天價成本，光是要用符合照明指標的光源皆不是市場上所看到的

價格，且在封裝及分色分光後所能用的數量更是少之又少，或許大家對光/亮/明的定義不一

樣，但畢竟先進地區的指標才是主流。綜合大部分的指標及整體照明的規範，重點看來是出

在配光曲線上，因此預言：在未來的幾年內、爲了更節能大面積的固態照明燈具會退出市場。 根據國外資料顯示，很多 LED 燈具因光效不好不節能、配光曲線不合理存在眩光光害、

顯色指數不足對視覺神經造成傷害，因此知名品牌對於平板燈、面板燈不是很熱衷或根本沒

有這些産品，反而在筒燈的區塊中幾乎是百家爭鳴。