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姓名 錢金煥(CHIN-HUAN CHIEN)  查詢紙本館藏   畢業系所 機械工程學系在職專班
論文名稱 非對稱型光分佈的發光二極體照明裝置之研究
(A Study of the Asymmetry Light Distribution for Light-Emitting Diode(LED) Lighting Device)
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摘要(中) 由於發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)的效率大幅提升,以及省電、耐用、環保等優點,已經漸漸取代傳統的一般照明,如省電燈泡。但是LED使用在照明上還是有其他的缺點,以高功率LED來說,雖然發光強度高,但由於LED是小區域出光,有輝度過高,直視時會有眼睛不舒服的問題,也較容易有眩光,故一般常用透鏡或反射燈罩來組成燈具以避免上述問題,然而,此類燈具常有光能不夠集中在照明區域或照明區域的照度值不夠均勻的設計問題。
在本研究中,考慮以3顆高亮度LED為光源的桌燈作為研究載具,探討如何搭配使用二次光學透鏡來實現高效率、高均勻的照明需求。同時,我們也探討在可射出成型的聚碳酸酯(PC)塑料中加入具有散熱功效的氮化硼的對塑料散熱功效的影響。
在光學性能部分,我們使用光學模擬軟體搭配機構設計分析軟體等工具,設計搭配多種不同圓對稱光形及非對稱光形之的二次光學透鏡。我們考慮在離燈具400 mm的800×600 mm照明目標區域,取最佳照度值及照度均勻度,模擬結果顯示以90°×60°非對稱光形二次光學透鏡設計值為最佳,與未加二次光學透鏡比較,其平均照度值從304.0 lux 提高至514.1 lux,照度均勻度也從58.36% 提高至78.21%。而與樣品做實際照度量測比較,平均照度值由304.0 lux提升到389.3 lux,照度均勻度也由55.71%升到81.16%。明顯可知非對稱型光分佈的發光二極體照明裝置可效提升非對稱型照明目標區域的照明裝置的能量使用效率及照度均勻性。
在散熱材料部分,我們將氮化硼/PC混掺測試板與單純PC測試板搭配LED模組做溫度測試,其溫度由60.6℃下降至53.7℃,結果顯示氮化硼確實可提昇塑料的散熱功效,若控制得當,未來有機會適可快速成型複雜形狀之散熱器件。
摘要(英) White LED is getting popular in the market due to its enhanced optical efficiency which highlighted features like energy-efficiency, environmental friendliness, long lifetime, and low maintenance, it has been booming by gradually replaced traditional light bulb. However, LED has higher luminous intensity comparing with traditional light bulb, LED has some shortcomings. for example, higher luminance and glare caused eye discomfort, in order to improve higher luminance and glare, it requests second optics such as reflector and lens. Nevertheless, the non-uniformity of illumination and focus still need to be improved.
In this study, present three pieces of high power LED module as light sources for desk lamp as a research model. Investigation on the use of second optical lens to enhance the efficiency and uniformity of lighting needs. Simultaneously, in the workable of injection molding process plastics(polycarbonate), added a hBN powder for cooling capacity study.
Part of the optical performance, we utilizing simulated (optics simulation software) and second optical lens fallow by reading condition: the height to desk 400 mm and illumination area 600×400 mm, to design lenses achieve the parameter in both of uniformity and sufficient intensity. The optics simulation software shows, 90 ° × 60 ° of non-symmetric lens have sufficient intensity and light uniformity. Compared with the non-optical lens, average light intensity from 304.0 lux increased to 514.1 lux, light uniformity increased from 58.36% to 78.21%. Compared with the lens prototype, average light intensity from 304.0 lux increased to 389.3 lux, light uniformity increased from 55.71% to 81.16%. Clearly indicated the non-symmetric lens used in LED can effectively improve intensity and light uniformity.
Finally, hBN and PC materials have been successfully fabricated a hBN /PC composite. In the thermal performance testing, compared to pure PC material, the temperature drop from the 60.6 ℃ to 53.7 ℃.This thermal conductivity hBN /PC composite can be used on injection molding process for complex shapes and thermal module.
關鍵字(中) ★ 發光二極體
★ 二次光學透鏡
★ 氮化硼
關鍵字(英) ★ Secondary Optical Lens
★ LED
★ BN
論文目次 中文摘要 II
Abstract III
目 錄 IV
圖片索引 VI
表格索引 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文大綱 3
第二章 理論與文獻探討 4
2.1 LED發光原理 4
2.2 LED顯示顏色與波長 6
2.3 光源均勻度提升 9
2.4 照度標準規範 11
2.5 LED溫度量測點分佈 12
2.6 LED發熱溫度與元件壽命 13
2.7 氮化硼散熱材料 15
2.8 氮化硼應用於熱傳導之複合材料 16
2.9 LED燈具的常見種類與運用 18
2.10 LED相關專利 23
第三章 研究模型 28
3.1 光學理論 30
3.2 LED燈具設計 32
3.2.1 外型及結構設計 32
3.2.2 光學透鏡設計方法 33
3.3光形測試範圍定義 37
3.4照度量測方法 39
3.5 LED光形模擬 40
3.5.1 LED基礎發光特性分析 40
3.5.2 圓對稱光形二次光學透鏡光形模擬 42
3.5.2.1 60°圓對稱光形二次光學透鏡光形模擬 42
3.5.2.2 90°圓對稱光形二次光學透鏡光形模擬 45
3.5.3 90°× 60°及120°× 60°非對稱光形二次光學透鏡光形模擬 48
3.5.4 非對稱光形與圓對稱光形搭配組合二次光學透鏡光形模擬 51
3.5.4.1 90°×60°非對稱光形二次光學透鏡搭配60°圓對稱光形二次光學光學透鏡模擬 51
3.5.4.2 90°×60°非對稱光形二次光學透鏡搭配90°圓對稱光形二次光學光學透鏡模擬 54
3.5.5 光形模擬結論 57
3.6 二次光學透鏡加工 58
3.7 氮化硼複合材料製備方法 61
3.7.1 氮化硼/PC樹脂製備 61
3.7.2 氮化硼/PC複合材料製備 63
第四章 結果與討論 64
4.1 光學模擬值與實際測試差異分析 64
4.2 氮化硼複合材料散熱效率評估 67
第五章 結論 70
參考文獻 71
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指導教授 陳奇夆(Chi-Feng Chen) 審核日期 2010-8-17
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