大面積高速 UV LCD 光固化 3D列印成型技術以提升背光模組光效率之研究

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研究生：	李金銘 CHING-MING LEE
論文名稱：	大面積高速 UV LCD 光固化 3D列印成型技術以提升背光模組光效率之研究 Research on High-speed UV LCD Vat Photopolymerization 3D Printing System to Improve the Light Efficiency of Backlight Modules
指導教授：	鄭正元 Jeng-Ywan Jeng
口試委員:	林鼎晸 Ding-Zheng Lin 覺元彙 Yuan-Hui Chueh 葉雲鵬 Yun-Peng Yeh
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：	2020
畢業學年度：	108
語文別：	中文
論文頁數：	132
中文關鍵詞：	光固化3D列印、UV LED 、直下式背光模組
外文關鍵詞：	Vat Photopolymerization、, UV LED, Direct-Type Backlight
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本論文針對實驗室所開發之下照式手機3D列印系統為基礎，以擴散板技術為出發點，搭配實驗室開發的光源模組設計，開發有別於市售LCD面板所搭配的透鏡與光源模組，研究目的為找出大面積高速光固化3D列印成型技術中擴散板與背光模組搭配，並以實驗設計來分析此光源模組之情形。
本研究採用405nm波長之UV LED光源模組，並以光功率量測器(Power Meter)來量測其供應瓦數的光能量強度和光均勻度，此外，大面積高速光固化3D列印系統之重要“曝光實驗”，來測試光均勻度、成型性及精度的影響，再藉由變角光度計量測光源出光角度，優化背光模組。
實驗最後也將本實驗所建構的創新405nm波長UV LED光源模組與目前大多數消費者所使用的商用機台(Phrozen, Shuffle XL-2019)作比較，此兩者雖同為 LCD 型式之製程，但兩者使用不同的光源模組及光準直化方式，而曝光光源的差異會影響列印的結果，如尺寸精準度、均勻度、物件邊緣銳利度等之影響，特別是在大面積3D列印的情況下。

This thesis is based on the 3D printing system developed by the laboratory, based on diffuser plate technology, design with the light source module developed by the laboratory, develop lens and light source modules that are different from commercially available LCD panels, the purpose of the research is to find out the combination of the diffuser and the backlight module in the large-area high-speed light curing 3D printer molding technology, and analyze the situation of this light source module by experimental design.
Due to the use of 405nm UV wavelength UV LED light source module, use the Power Meter instrument to measure the light energy intensity and homogeneous rate relative to its supply wattage, Besides, the important "exposure time" of the large-area high-speed curing 3D printing system, to test the effect of homogeneous rate, formability and accuracy, then, by measuring the light angle of the light source with variable angle photometry, the backlight module is optimized.
Finally, the experiment also compared the 405nm wavelength UV LED light source module built in this thesis with the commercial machine (Phrozen, Shuffle XL-2019) used by most consumers, although these two module are the same LCD type 3D printer, but they use different light source modules and light collimation methods, the differences in exposure light source will affect the printing results, such as the accuracy of the size and the sharpness of the edge of the object, especially in the large area 3D printing situation.

摘要    i
致謝    iii
圖目錄    viii
表目錄    xiv
第一章 緒論    1
1 研究背景    1
2 研究動機與目的    2
3 研究方法    2
4 論文架構    4
第二章 文獻探討    5
1 積層製造介紹    5
1.1 積層製造技術之種類    6
2 光聚合固化(Vat Polymerization)    8
2.1 上照式及下照式光固化技術    9
2.2 固化成型方式    12
3 LCD液晶顯示器發展與技術    20
3.1 LCD液晶顯示器之種類    21
3.2 液晶顯示器的顯像原理    22
3.3 LCD液晶顯示器用於3D列印系統之優勢及市場現況    26
3.4 LCD背光模組結構介紹    29
3.5 散片用於3D列印系統之優勢    33
4 高速3D列印    34
5 相關研究回顧    37
第三章  光學模擬設計及系統與設備之簡介    48
1 光學模擬軟體介紹    48
1.1 光學模擬軟體說明    49
1.2直下式背光模組光學模型    50
2 軟硬體介紹    51
2.1 下照式光固化3D列印機    51
2.2 實驗儀器    51
4 光固化樹脂    53
5 系統之加工流程    54
第四章 背光模組之光學系統測試    56
1 實驗規劃    56
2 光學模擬設計與分析    57
2.1 光學模擬流程    57
2.2    UV LED 直下背光模組光學模型    62
2.3    矩陣排列的LED直下背光模組    63
2.4    LED參數設定    65
2.5    觀測面    67
2.6    LED 模組外觀    67
2.7    背光模組外觀尺寸    69
2.8    模擬結果 (7x3 Array)    71
2.9LED模組量測    73
3    準直光源及光均勻度    75
3.1準直光源之列印    75
3.2光均勻度之列印    77
4    擴散片光學模片量測    80
4.1擴散片穿透率量測    80
4.2    擴散片穿透深度測試    82
4.3 擴散片光源能量分析    83
4.4 擴散片光均勻度量測    85
5背光模組優化    86
5.1變角光度計介紹    86
5.2準直光源校正    89
5.3輝度計介紹    93
5.4光均勻度檢測    94
5.5    光源能量分析    97
第五章 實驗結果與討論    98
1光均勻度列印分析    98
2 自建準直光源列印分析    100
3商用機台之光源分析    102
4商用機台列印之分析    105
第六章 結論與未來研究方向    108
1結論    108
2 未來研究方向    109
參考文獻    110


                                

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【14】 http://cdnet.stpi.org.tw/techroom/analysis/pat_A042.htm 科技產業資訊室
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【19】張富騰, 智慧型手機式3D列印系統開發之研究, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2014, pp. 93.
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【21】劉德風, “行動裝置式光固化 3 D 列印系統之開發與研究,”Research and Development of Mobile Device VatPhotopolymerization 3D Printing System ,國立台灣科技大學機械工程研究所, 碩士論文, 2016.
【22】巫昆達, 高速UV LCD光固化3D列印系統開發之研究, 機械工程系, 國立臺灣科技大學, 2018, pp. 105.
【23】廣視角技術介紹 https://itw01.com/VH9ZME7.html
【24】 Phrozen 3D列印機https://www.phrozen3dp.com/products/phrozen-shuffle
【25】積分球介紹http://lightports.com/datasheet/Integrating%20Sphere.pdf
【26】王維志, RGB LED光源應用於直下背光模組之研究, 電子與光電學程, 國立交通科技大學, 2012.
【27】曾立偉, 雷射燒蝕導光板應用於大尺寸高指向性之背光模組設計, 機電科技學系, 國立臺灣師範大學, 2014,

全文公開日期 2025/08/28 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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