一種應用於LED直下式背光模組的光場分布演算技術之研究

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姓名

洪榮賜(Rong-Ci Hong) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

一種應用於LED直下式背光模組的光場分布演算技術之研究
(Study of Optical Field Calculation Method for LED Direct Backlight Module)

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摘要(中)

本研究提出一種應用於LED直下式背光模組的光場分布演算技術，由於LED直下式背光模組中的燈箱厚度大多數小於2.5公分，相較於透鏡尺寸明顯未滿足遠場條件，因此本研究利用幾何概念針對此透鏡出光面進行切割，分成數個子光源，這些子光源具有滿足遠場條件之特性，即可將原先的面光源視為無數的類點光源組合而成，當成為點光源的好處是我們可以藉由點光源的配光曲線及光源與偵測面間的距離迅速的計算出該點光源在偵測面上的照度分布，當我們理解該面光源在任意位置下的照度分布結果，就方便我們針對透鏡進行優化，進而達成燈箱需求。
單光源照度分布演算技術針對一顆與廠商開發之二次光學透鏡進行幾何切割，並利用不同子光源對應偵測點相對位置與其光強度分布，建立一套自製的光場分布演算技術，並使用光學模擬軟體驗證其演算技術結果，但要驗證其可行性使用單光源進行比對是有失可信度，因此我們必須藉由一個完整的模組去探討其可信度。使用演算及模擬方法建立一個大小為24吋燈箱厚度2公分的燈箱，並運用將光源函數二次微分找到其最佳間距，從結果來看演算法所得最佳間距模擬得到均勻度結果為84.7%與上述演算法得到均勻度結果為85.9%，顯示具有一定吻合性。

摘要(英)

In this thesis, we will propose optical field calculation method for LED direct backlight module, as the LED direct backlight module in the light box thickness of most of less than 2.5 cm the compared to the lens size obviously did not meet the far field conditions . Therefore this study uses the concept of geometric concept to make source surface into regular sub-light sources,the size of the sub-light sources are more smaller that can reach far-field condition in same project distance.The advantage of becoming a point source is that we can quickly calculate the illuminance distribution of the light source on the detection surface by the light distribution curve of the light source and the distance between the point light source and the detection surface,we understand the surface of the light source in any position under the illumination distribution results to facilitate our optimization for the lens and then to achieve the requirements of light box.
Single light source optical field calculation method for a secondary optical lens is divided into numerous sub-light source.Further,using the relative position of an point source and detection point to establish an optical field calculation method and use optical simulation software to verify the results of its calculation,but to verify its feasibility to use a single light source for comparison is a loss of credibility, so we must rely on a complete backlight module to explore it credibility. Using a calculus and simulation method to create a light box with a size of 24 inches and a thickness of 2 cm and use the secondary differential for the light spread function to find the best spacing. From the algorithm to obtain the best spacing simulation obtained uniformity of the results of 84.7%,with the optical field calculation method to uniformity results for 85.9%, the result all shows that thic techic has high accurate and high reliability.

關鍵字(中)

★ LED直下式背光模組
★ 光場分布演算技術
★ 遠場條件

關鍵字(英)

★ LED direct backlight module
★ optical field calculation method
★ far-field condition

論文目次

摘要I
AbstractII
誌謝III
目錄IV
表目錄VII
圖目錄VIII
一、緒論1
1-1前言1
1-2研究動機與目的3
1-3文獻回顧5
1-3-1遠場條件5
1-3-2光源陣列照度計算7
二、照明基礎理論7
2-1光度量學8
2-1-1簡介8
2-1-2光通量9
2-1-3立體角9
2-1-4光強度10
2-1-5輝度10
2-1-6照度10
2-2輻射度學的餘弦定理11
三、光分佈函數理論與分析12
3-1光分佈函數擬合12
3-1-1非線性最小平方迴歸法12
3-2光分佈函數應用於多光源計算15
3-2-1多光源光分佈函數的疊加15
3-2-2多光源光分佈函數的平坦分佈計算17
3-3光場分布函數於直下式燈箱中的反射計算18
四、環形子光源切割設計21
4-1光學透鏡之設計22
4-1-1光源介紹22
4-1-2初步光學透鏡模型建立23
4-2透鏡結構修改25
4-2-1中心結構25
4-2-2外部結構26
4-2-3透鏡結構成果28
4-3切割前提與方式29
4-3-1遠場條件29
4-3-2環形切割31
4-4子光源強度分布模擬方法32
4-5子光源照度演算法33
4-5-1單顆近似點光源在偵測面上垂直距離光照度34
4-5-2單顆近似點光源在偵測面上非垂直距離光照度35
4-5-3多顆近似點光源在偵測面上非垂直距離光照度36
4-5-4單顆具有一傾斜角近似點光源在偵測面上照度計算37
4-6子光源配光曲線結果38
4-7子光源光場分布結果41
4-7-1子光源光場分布結果41
4-7-2各表面子光源光場分布演算與軟體模擬比較42
4-7-3光源光場分布演算與軟體模擬比較51
五、直下式背光模組燈箱設計52
5-1燈箱設計需求與各元件光學參數假定53
5-1-1 燈箱光源數目53
5-2 燈箱最佳化排列設計54
5-2-1光源函數化54
5-2-2光分布函數設計直下式背光燈箱55
5-3 燈箱最佳化排列結果與光分布函數之結果比較58
六、結論與未來展望61
5-1 結論61
5-2 未來展望62
參考文獻63

參考文獻

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指導教授

陳奇夆(Chi-Feng Chen)

審核日期

2017-8-25

推文