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研究生: 劉韋志
WEI-JHIH LIOU
論文名稱: 快速模具技術應用於微光學元件製作研究
Application of Rapid Tooling Technology On The fabrication of Micro optical-device
指導教授: 鄭正元
Jeng-Ywan Jeng
口試委員: 汪家昌
Jia-Chang Wang
鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
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: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 快速模具微光學元件
外文關鍵詞: Rapid Tooling, Micro optical device
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本研究利用快速模具技術,進行微柱狀透鏡陣列模具之製作,並利用Epoxy Molding製程得到所需要之光學元件,由於矽膠模具的轉寫特性良好,可有效的複製尺寸微小之微特徵,且製作容易、快速,在得到微光學元件之設計分析圖後,可快速的得到所需要的光學元件實體進行相關修改及測試,並利用動態光罩及快速原型技術進行光學元件之原型製作。
常見的LED白光光源多是以藍光發光二極體(Light Emitting Diode)激發釔鋁石榴石(YAG)螢光粉,此種方法所製作之光源其色彩飽和度較差,本研究利用紅綠藍三色LED,搭配快速模具技術、Epoxy Molding製程及Tracepro光學軟體模擬分析,進行發光二極體之封裝及導光機構設計,並利用田口方法搭配模擬分析找出LED之相關參數,進而得到色彩飽和度較常見白光優越之白光光源,同時縮短混光距離。


This research utilizes Rapid Tooling Technology to make mold of Micro Rod-lens Array , and utilizes Epoxy Molding process to get optical-components. Silicon mold has good characteristics of transferring patterns, so it can exactly duplicate micro-structures which have minute size. This technology can make us get materialization of optical components to modify and test quickly when we get design charts, in addition, we try utilizing Dynamic mask and Rapid prototype technology to make prototype of Optical-components.
The common white light source of LED is produced by YAG phosphor emits yellow fluorescence, which combines with the blue LED, but light source produced by this method will be worse color saturation. This research utilizes RGB LED combines with Rapid Tooling Technology , Epoxy Molding process and Tracepro (optical simulate software ) to be light guide mechanism designing and RGB LED packaging, and utilizes Takuchi method to find some relative parameters of LED that can help us to get white light source which has better color saturation than common one, and shorten the light mixing distance.

中文摘要………………………………………………………………………………I 英文摘要…………………………………………………………………………..…Ⅱ 誌謝………………………………………………..…………………………………Ⅲ 目錄………………………………………………..…………………………………Ⅳ 圖索引……………………………………………..…………………………………Ⅶ 表索引……………………………………………..………………………………IⅩ 第一章 緒論.…………………...……………………………….……………1 1.1 前言…………………………….………………….…………..…………1 1.2 研究背景….………………………………………….……………………2 1.3 研究目的及動機…..…………………………………………………….3 第二章 文獻回顧………………………………………………………………5 2.1 快速模具技術…………………………………………………….…………5 2.1.1 直接造模法...……………………………………………………………...5 2.1.2 間接造模法..…………………….………………………………………...6 2.1.3 真空注型………..………………………………………….……………...8 2.2 光學模擬技術…………...…………………………………………………..9 2.2.1 模型建立……………….………………………..……………………….11 2.2.2 模形特性設定..........…....….……………………..…………..…..……...12 2.2.3 光源建立................……………..….……..…………....………………...12 2.2.4 結果分析....................................................................................................14 2.3 接觸式影像感測器技術...…..………...…………………..……....…….....15 2.3.1 CIS結構及原理......…....….……………………..………..…..…..……...15 2.3.2 CIS及CCD影像感測器比較……………..…………………………….16 2.3.3 CIS柱狀透鏡製作方法………………………………………………….17 2.4 發光二極體技術……………….………...……………………......…….....18 2.4.1 LED發光原理……………….………...…………………….......…….....19 2.4.2 LED操作特性……………….………...…………………….......…….....19 2.4.3 LED白光製作方式....................................................................................21 2.4.4 RGB LED背光光源技術...........................................................................23 2.5 光度學與輻射度學.......................................................................................25 2.6 色度學原理.………………...……………………..........................…….....28 2.6.1 色溫……………..………...……………………..........................…….....28 2.6.2 CIE1931配色函數……………………………………………………….29 2.6.3 CIE1931色座標及色度圖……………………………………………….29 2.7 田口品質工程.………………...……………………..........................…….34 2.7.1 因子分類………………………..………...……………………...............34 2.7.2 訊號雜訊比……………………..………...……………………...............36 2.7.3 直交表介紹……………………..………...……………………...............38 2.7.4 變異數分析……………………..………...……………………...............39 第三章 矽膠模具技術應用於陣列型柱狀透鏡製作之研究...42 3.1 矽膠模具與Epoxy Molding製程.....……………………………..………...44 3.2 微光學元件原型製作………….…………………………………………..46 3.2.1 動態光罩顯微鏡微影系統………………………………………………..46 3.2.2 RP machine – Object……………………………………………………….51 3.2.3 微柱狀透鏡原型製作……………………………………………………..54 3.2.4 透鏡定位機構製作………………………………………………………..56 3.3 快速模具應用於微柱狀透鏡製作…..…………………………..………...60 3.4 CIS柱狀透鏡陣列製作………………………………………………………62 第四章 RGB LED混合白光之導光機構研究………………...…...66 4.1 LED光源模擬……….……………………………………………………..67 4.2 稜鏡型LED封裝設計…………………………..………………………….71 4.3 田口法於稜鏡LED封裝之均勻化分析......……………………………….74 4.3.1 L18直交表及實驗數據….…….....……………………………………...77 4.3.2 S/N比計算與S/N回應圖…………....…………………………………...79 4.3.3 變異數分析………………………………………………..…………..…82 4.4 凸型LED封裝外型及導光機構設計…………….………………………..85 4.5 LED封裝外型製作………………………………………………………...90 4.6 封裝結構之光學量測……………………………………………………..95 4.6.1 稜鏡型LED光學量測………………………………………………..…..96 4.6.2 凸字型LED光學量測………………………………………………..…..97 4.6.3 LED白光量測比較…………………………………………………..…..99 第五章 結論與未來展望……………………………….…….……...…...101 5.1 結論…………………………………………………………….…..……..101 5.2 未來展望………………………………………………….………………102 參考文獻……………………………………………………………………………104

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