簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳羣文
Chen, Chun-Wen
論文名稱: 介電式液態透鏡之整合型LED照明系統
Integration of LED Illumination System with Dielectric Liquid Lens
指導教授: 葉哲良
Yeh, Jer-Liang
口試委員: 戴慶良
Dai, Ching-Liang
陳慶耀
Chen, Ching-Yao
黃國政
Huang, K. C.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 液態透鏡發光二極體調變照明
外文關鍵詞: Liquid lens, LED, Tunable illumination
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • LED照明系統重要的兩大參數為其發光效率及其LED的散熱效率,前者與照明系統的效能有關,後者影響了照明系統的壽命。影響發光亮度的關鍵在於照明系統的外部封裝,外部封裝決定了整個系統光型與亮度。而影響散熱效率主要由散熱基板或外部散熱鰭片散熱效率來決定其散熱效率。
    目前市面上的LED照明系統多為利用反光杯或是固定式鏡片來調整系統光型與亮度,此固定式反光杯與鏡片造成光型與亮度為固定,如因環境的改變需要調整亮度與光型,則需要重新設計反光杯或鏡片的形狀位置來調整光型。可調變式的LED照明系統將可有效解決每次需要重新設計反光杯或鏡片的問題。
    本論文致力於開發LED結合介電式液態透鏡來作為新一代調變照明系統,此系統包含兩種特性其一為亮度光型可調性,其二為散熱特性,第一部份針對光學系統建立光學模組,並對此模組作光學模擬設計出其封裝殼將LED與介電式液態透鏡作結合結果可達到光型由邊緣光型變為聚焦光型,第二部分針對散熱系統作出熱學模組,針對此模組作熱學模擬與實驗,散熱效果在有無加入散熱液體溫度差可達20 ℃。針對此架設系統做光學與散熱實驗包含光通量、運作可靠度測試並對照模擬結果分析。


    There are two important factors of LED illumination system. One is efficiency of light, and the other is efficiency of heat dissipation. The former decides the efficiency of LED illumination system. The latter decide the lifetime of system. The key of light output in the system is package. The package decides the light distribution .The heat dissipation is decided by the substrate or fin.
    Reflect cups and shape of fix lens decide light distribution in the commercial market, but reflect cups and fix lens fix the light distribution. Light distribution has to change in different environment. The fix lens and cups have to redesign to tunable light distribution. Tunable LED illumination system can deal with this kind of problem.
    LED combines with dielectric liquid lens to be a new generation illumination sys-tem in this thesis. The characteristic is tunable light distribution and good heat dissipation. First part is setup the optical system. According to simulation software design the package to connect the LED and liquid lens. The result of light distribution is changing form side emitting to focusing. The module of heat is setup by the simulation. The efficiency of heat dissipation can be 18 ℃ with package or not. The system has to measure the light flux and the reliability of system and compare to results of simulation and experiment.

    目錄 誌謝 II 中文摘要 III ABSTRACT IV 目錄 V 圖次 IX 符號表 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 液態透鏡概要 2 1.2.2 變焦照明系統 5 1.3 研究動機與目標 12 1.4 實驗架構 15 1.5 論文架構 19 第二章基本原理 20 2.1 光度學 20 2.1.1 光度學單位 20 2.2熱傳學 25 2.2.1 導熱傳導 25 2.2.2 對流傳導 26 2.2.3 輻射傳導 26 第三章 軟體介紹與設計概念 27 3.1 軟體介紹 27 3.2 光學系統 29 3.2. 1 設計目標 29 3.2. 2 液態透鏡分析 30 3.2. 3 光學設計 35 3.2. 4 高階光學設計 37 3.2.5 光學模擬 41 3.3 封裝設計 44 3.3.1 封裝殼材料選用與後處理 44 3.3.2 封裝殼氣室 44 第四章實驗結果與討論 50 4.1 系統封裝 50 4.2 光學系統 54 4. 2. 1 光學系統實驗 56 4.2.2 光學模擬與實驗比較討論 59 4.3 散熱系統 60 4.3.1 系統熱學模擬與實驗對照 60 4.3. 2 熱學模擬 61 4.3.3 熱學實驗 62 4.3.4 熱學模擬與實驗比較討論 64 4.4可靠度驗證 64 第五章 結論與討論 66 第六章 未來工作 67 參考文獻 68

    參考文獻
    1. M. G. Lippmann. ”Relation entre les phénomènes electriques et capillaires,” Annu. Rev. Phys. Chem., 5, 494-549 (1875)
    2. B. H. Hendriks, S. Kuiper, M. A. J. Van, C. A. Renders, and T. W. Tukker,
    ” Electrowetting-based variable-focus lens for miniature systems,” Opt. Rev. 12, 255-259 (2005)
    3. C. C. Cheng, C. A. Chang, and J. A. Yeh, “Variable focus dielectric liquid droplet lens” Opt. Express, 14, 4101-4106 (2006)
    4. 陳立舜, “液態透鏡光軸定心” 國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,(2006)
    5 C. G. Tsai, C. N. Chen, L. S. Cheng, C. C. Cheng, J. T. Yang, and J. A. Yeh “Planar liquid confinement for optical centering of dielectric liquid lenses,” IEEE Photo. Tech. Lett., 21, 1396-1398 (2009)
    6 彭巧伶, “兩百萬畫素液態透鏡手機對焦鏡頭” 國立清華大學奈米工程與微系統研究所碩士論文,(2008)
    7. 蔡伶郁, “用介電式液態透鏡調控三維光分布之智慧型照明系統” 國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,(2009)
    8. 洪彥彬, “可變焦LED照明系統之光學元件設計” 國立交通大學機械工程學系碩士論文,(2007)
    9. T. Nose, S. Masuda , and S. Sato, “A liquid crystal microlens with hole-patterned electrodes on both substrates,” Jan. J. Appl. Phys, 31, 1643-1646 (1992)
    10. Y. Choi, J. H. Park, J. H. Kim , and S. D. Lee, “Fabrication of a focal length
    variable microlens array based on a nematic liquid crystal,” Optical Materials, 21 643-646 (2003)
    11 鄭至成,”介電液體變焦透鏡” 國立清華大學 微機電所博士論文 (2006)
    12 H. S. Joseph , H. C. Lee , and H. S. Sandor ,“Flashlight”US Patent 7001041 B2
    13 G. Rhoads, and R. G. Holder, “Method and apparatus for light collection, distri-bution and zoom” US Patent 6986593 B2
    14 A. Uke, and S. Wright“Multi-lens zoom system and method for flashlights” US Patent 7175299 B2
    15 R. A. Simms “Gradient index zoom illuminator” US Patent 4916579
    16 J. S. Patel, and K. Rastani, “Electrically Controlled Polarization-Independent
    Liquid-Crystal Fresnel Lens Arrays” Opt. Lett, 16, 532-534 (1991)
    17 N. K. Viswanathan, “Surface relief structures on AZO polymer films” Journal of Materials Chemistry, 9, 1941-1955 (1999)
    18 C. C. Cheng, C. A. Chang, C. H. Liu, and J. A. Yeh ” A tunable liquid-crystal microlens with hybrid alignment “J. Opt. A:Appl. Opt. , 8, 365-369 (2006)
    19 H. Ren, J. R. Wu, Y. H. Fan, Y. H. Lin, and S. T. Wu, “Hermaphroditic liq-uid-crystal microlens,” Opt, Lett. , 30, 376-378 (2005)
    20 Y. T. M. Obinata, M. Tsuchiya, and I. Ishigure “Liquid lens element and illumi-nation apparatus” US Patent 2010/0277923 A1
    21 “Models MV1004/MV1006/MV1008/MV1012/MV1024 USER Manual ”
    Yokogawa Electric Corporation
    22 蔡智偉,”介電式液態透鏡與光圈之研究” 國立清華大學 奈米工程與微系統研究所博士論文 (2010)
    23 “OSLO optics reference Version 6.1”Lambda Research Corporation
    24 “TracePro快速學習手冊” 訊技科技
    25 W. C. Chen, T. T. Lai, M. W. Wang ,and H. W. Hung,“An optimization system for LED lens design” Expert Systems with Applications ,38, 11976-11983(2011)

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE