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研究生: 楊坤賢
Kung - Hsien Yang
論文名稱: 固態照明之導光菱鏡設計與分析
Design and Analysis of Optical Light Guide Prism for LED Illumination
指導教授: 陳炤彰
Chao-Chang Chen
口試委員: 黃忠偉
Jong-Woei Whang
陳品銓
Pin-Chuan Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 鋸齒結構光均勻照明系統導光菱鏡
外文關鍵詞: Uniformity, LED Lighting system, Light Guide Prism, Sawtooth Structure
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  • 本論文目的為設計新型導光菱鏡其出光面含非對稱鋸齒結構,使LED光源均勻傳導於垂直平面上,達到照明的功用,設計概念利用光學折射與反射原理設計基礎模型,再設計鋸齒結構並以光學模擬軟體TracePro模擬出光通量,再使用數學運算軟體MATLAB以多次線性回歸與內插法運算出鋸齒結構中角度和高度等關係方程式找出最佳設計值,製作樣品,進行光學測試及驗證模擬結果。本研究依目前單顆CREE MX 6 LED與導光菱鏡底部比例條件可得矩型均勻照射面,最佳光學均勻性為77.5%,未來結果可應用在可攜帶裝置照明系統設計。


    The thesis aims to design a new unsymmetrical sawtooth optical light guide (OLG) prism that guides the LED light source conducting through the vertical path with uniform flux. The design procedure of LED lighting system with OLG prism is modeled based on the optical refraction and reflection principle, design sawtooth structure, simulation lighting flux with TracePro and optimized the OLG prism structure using Multiple Regression and CubicInterp method by MATLAB software. The test result of new type model can achieve 77.5% optical uniformity on a rectangle lighting area with single CREE MX6 LED. Such design method of new light guide prism can be further applied on micro-scale lighting or projective system for mobile devices.

    摘要 Abstract 目錄 圖目錄 表目錄 第一章 導論 1.1. 研究背景 1.2. 研究動機與目的 1.3. 研究方法 1.4. 論文架構 第二章 文獻回顧 2.1. 文獻回顧 2.2. 文獻回顧總結 第三章 導光菱鏡設計模擬與方程式推導 3.1. 決定導光菱鏡角度 3.2. 決定導光菱鏡固定模式與外型 3.3. 決定導光菱鏡角度 3.3.1 鏡面對稱型鋸齒結構 3.3.2 非鏡面對稱型鋸齒結構 3.4. 光學模擬 3.5. LED性能 3.6. 光學角度模擬 3.7. 導光菱鏡光學模擬 3.7.1 無鋸齒結構導光菱鏡光學模擬 3.7.2 鏡面對稱型導光菱鏡鋸齒結構模擬 3.7.3 非鏡面對稱型導光菱鏡鋸齒結構模擬 第四章 實驗規劃與設備 4.1. 成品外型量測 4.1.1 尺寸量測設備 4.1.2 影像量測儀 4.1.3 外型尺寸量測結果討論 4.2. 光學量測設備 4.2.1 照度計 4.2.2 直流電源供應器 4.3. 光學性能量測 4.3.1 五區檢測 4.4. 量測結果討論 4.4.1 光均勻度探討 4.4.2 有效光強度探討 4.5. 測試結果分析 4.6. 設計結果與模擬值比較 4.7. 設計流程與未來用途 第五章 結論及建議 5.1結論 5.2建議 參考文獻 附錄A 無鋸齒結構導光菱鏡工程圖(圖A-1) 附錄B 鋸齒結構導光菱鏡工程圖(圖B-1) 附錄C MX-6 LED 規格 附錄D 鏡面對稱型導光菱鏡模擬結果表(單位lm) 附錄E 鏡面對稱型導光菱鏡模擬光通量表(單位lm) 附錄F 非鏡面對稱型導光菱鏡光學模擬光通量表(單位lm) 附錄G MATLAB計算非鏡面對稱鋸齒結構光通量表(單位lm) 作者簡介

    [1] 林義隆,“鏡反射之背光模組設計”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2005。
    [2] 鄧元鼎,“運用ST透鏡與LED陣列的配置設計均勻的照明系統”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2006。
    [3] 謝昇良,“楔形導光管之照明系統應用與設計”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2006。
    [4] 簡世奇,“散射光導菱鏡及其應用”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2006。
    [5] 陳亨哲,”光導菱鏡於LED 投影機之照明系統的創新設計”, 國立台灣科技大學,電子工程研究所碩士學位論文,2006。
    [6] 張鮮文,“光學元件射出成形體積收縮與光學均勻性之研究”,國立台灣科技大學,機械工程系碩士學位論文,2007。
    [7] 卓俊賢,“新型拋物線反射鏡導光結構設計”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2007。
    [8] 馮彥誠,“利用人工智慧作燈具最佳化配光曲線之設計研究”,國立台灣科技大學,電機工程系碩士學位論文,2007。
    [9] 黃日忠,“LED 閃光燈光學設計”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2008。
    [10] 柯駿程,“用於均勻照明系統中之LED 圓形導光管設計”,國立台灣科技大學,電子工程系碩士學位論文,2008。
    [11] 林琮諺,”直下式動態LED背光模組亮度均勻性檢測與回授補償之研究 ”,國立台灣科技大學,自動化及控制研究所碩士學位論文, 2008。
    [12] 黃永信,“背光模組增亮膜新型結構設計”,國立台灣科技大學,電子工程   系碩士學位論文, 2009。
    [13] 謝耀文,”導光板上表面粗糙化及其在出光均勻化的應用”,南台科技大學,      光電工程研究所碩士學位論文,2009。
    [14] 鍾兆棟,” 晶片尺寸對發光二極體燈具之影響 ”,國立台灣科技大學,機  械工程系碩士學位論文,2010。
    [15] 周高旭,”利用菲涅爾透鏡設計光開關用於自然導光系統“ ,國立台灣科技  大學,電子工程系碩士學位論文,2010。
    [16] Stanislav Darula, Richard Kittler, Miroslav Kocifaj ,” Luminous effectiveness    of tubular light-guides in tropics” Applied Energy 87 (2010) 3460–3466。
    [17] Byung-Yun Joo , Jeong Jin Kang , Joo-Pyo Hong ,” Analysis of the    light-scattering power of patterned dot material printed on the light guide plate in liquid crystal display” Displays 33 (2012) 178–185。
    [18] L.M. Gil-Martin. Pena-Garcia, A. Jimenez. Hernandez-Montes,” Study of  light-pipes for the use of sunlight in road tunnels: From a scale model to real tunnels”, Tunnelling and Underground Space Technology, Tunnelling and Underground Space Technology 41 (2014) 82–87。
    [19] 李昱謙,“澆口設計於固態照明之二次光學透鏡射出成形影響分析”,國立台灣科技大學,機械工程研究所碩士論文,2014。
    [20] Ondřej Šikula , Jitka Mohelníková, Josef Plášek,” Thermal analysis of light    pipes for insulated flat roofs”, Energy and Buildings, Energy and Buildings 85 (2014) 436–444。 
    [21] Veronica Garcia-Hansen, Ian Edmonds,” Methods for the illumination of  multilevel buildings with vertical light pipes”, ScienceDirect, Solar Energy 117 (2015) 74–88。
    [22] Srinivas Sista, Xiaolei Shi a, Kevin Janora a, Jie Jerry Liu a, Sergei Belousov,  Maria Bogdanova b,Ilya Valuev b, Andrey Zakirov b,” Prism coupling method to evaluate the light extraction efficiency of outcoupling substrates" Organic Electronics 26 (2015) 300–304。

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