在目前環保意識高漲的時代，節能減碳之科技技術逐漸受到大眾重視，由蘇國棟教授所領導的微光學實驗室關於高效率、低耗能LED照明設計之研究，經美國光學協會邀約進行專訪，並發布全球性新聞。
研究成果:Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings
同步發表於美國、中國大陸、印度、香港…等全球性各大媒體。
刊登媒體：The Optical Society、innovations、Phys.org、ScienceDaily、Opli、Science Bulletin、EurekAlert!、Designfax、...等。
網站連結：
(2) https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180213120437.htm
(3) https://phys.org/news/2018-02-powerful-led-based-headlight-optimized-energy.html
(6) https://sciencebulletin.org/archives/20320.html
本研究提出一款新式的火車頭燈，其消耗功率僅20.18瓦特，倘若每日使用的時間為8小時，每年將可減少152公斤之二氧化碳溫室氣體排放量，以因應全球暖化議題，對環境保護盡一份心力。研究中所提出的照明光源設計，採用十顆高效能LED搭配適當的排列組合來產生廣視場角的照明，以滿足美國聯邦法規標準。當火車離站時，以高速行駛於軌道上，需出射一道準直的照明光線，以利警戒位於火車前面極遠處的人員。並且當火車行駛的過程必須穿越平交道，故此設計須涵蓋廣視場的照明範圍，方可警惕接近平交道之行人與車輛需減速慢行。傳統的白熾燈或鹵素燈具有極長的發光燈源，當其裝置於燈殼中時，雖有利於產生寬廣的照明視場來滿足法規標準，然而此種燈源大部分的能源皆以熱能的形式散佚，僅有少部分的能量才會轉換成光能，故此其消耗功率極高，最少約需兩、三百瓦特。 若採用LED來作為照明光源，因越高效能的LED之發光面積會越小的因素，當設計中安置高效能的LED於燈殼中時，其出射的照明光斑將會越小。若欲利用高效能的LED來做為發光源，則需擺放數顆LED，將多個小面積的照明光斑結合起來，以便滿足法規標準。然而當LED集結在一起時，若彼此間的距離靠得太近，便會產生散熱不易以及電路損壞的風險，使得LED的壽命降低，並且各顆LED的照明光斑還會彼此重疊，造成視場減少、能源無法充分利用的窘境。為了使最少的能源做到最充分的利用，本研究即探討如何將LED以離散式的架構來擺設的難題。 研究中分析利用單點正交出射基板之聯立方程式來代表LED中心點正交於基板之最強出射光路徑，用以決定離散式的LED設置在兩個旋轉對稱之半拋物反射面的基板上之位置。利用聯立方程式不僅可得知指定LED擺設位置其最強中心出射光線於屏幕中的照射位置，亦可逆向指定屏幕中欲照射的位置，進而反推LED之中心位置。研究人員可利用LED中心正交出射之線性光源公式，快速掌握LED於基板中之擺放位置後，再進行微調，使各顆LED完整的幅照光斑彼此緊密銜接。如此，即可設置少量的LED顆數，來達到最佳的照明效果。 當火車進入月台時，頭燈的照明無須照射至廣視場角來警惕往來的行人及車輛，倘若照明角度過大，不僅無用、其亮度更會於進站月台時刺傷候車者的眼睛。而傳統頭燈，採用長條型燈絲作為出射光源，無法依照實際需求進行光源調整。本研究則是將多顆LED之小面積出射光斑集結起來，利用此一特點，在進站時控制電路、關閉廣視場角的照射光源，僅開啟小角度出光之LED來警戒位於軌道上之站線工作人員，如此可在避免照射候車者的情況下來達到安全警戒效果。
Image name: Train headlight design
Image name: LED placement
