陣列式 LED 之光學元件設計分析與開發 Analysis on design and fabrication of optical elements for LED array

陣列式LED之光學元件設計分析與開發Analysis on design and fabrication of optical elements for LED array 計畫編號：NSC 99－2622－E－011 －013－CC3 陳炤彰1、詹家銘1、王瀅智2、湯峻清1、許育豪1 Chao-Chang A. Chen,Chia-Ming Chan 1, Ying-Chih Wang 2 , Jyun-CingTang1, Yu-Hao Hsu1 1國立台灣科技大學機械工程學系 2洋鑫科技股份有限公司中華民國一零一年十一月十三日

Content • 研究背景 • 實驗設備與流程 • 實驗結果與討論 • 結論與建議 • 應用實例

研究背景(1/2) http://www.glaciallight.com/ 隨著LED照明需求日益增進，而使得在亮度、均勻度方面也日益增加，所以在LED的要求方面也隨之改變，已從過往的單一LED chip慢慢地轉變成由多顆LED chip所構成之陣列式分佈型式，故在鏡片方面也漸漸的由一曲面型式，轉變成由數個曲面所構成之陣列式LED光學元件。

研究背景(2/2) • 研究目的本研究對 Multifaceted reflector, MR照明燈具模組之二次光學元件進行相關研究，期望在提升發光效率及照度的目標下，達到所要求之光束角。 • 研究方法以光學設計軟體TracePro，配合Moldex3D 模流分析軟體進行二次光學元件模擬與分析，並由射出成形方式模造成形，最後進行成形與光學品質檢測探討。

實驗流程

Lens 光學設計表1 光學模擬參數表

成形材料 • ASAHI PMMA DELPET 80N (模擬) • ASAHI PMMA DELPET 80NH (射出成形) pvT圖黏度與剪切率圖

射出成形設備及模具 Thermometer PMMA Drying equipment Mold Injection molding machine Mold temperature controller

量測設備 • 綠干涉儀(Talysurf CCI) • 配光曲線儀 • 積分球

結果與討論 經由優化後之陣列式光學元件發光角度為30o 光束角30o 配光曲線中心照度值:140 lux、總光通量:224 lm

模流分析 • Filling: melt front time • Cooling temperature

模流分析 • Warpage: z axis displacement • Shrinkage • Warpage: total displacement • Warpage: x axis displacement • Warpage: y axis displacement 0.00978mm 0.000155mm 0.000242mm 0.0519mm

短射實驗 17 ㎜ 75% 11㎜ 30% 20 ㎜ 90% 14㎜ 55% 23 ㎜ 100%

微結構轉寫率量測

光學量測 • (a) 暖色系燈具發光角度量測- 32° • (b) 冷色系燈具發光角度量測- 30° 840cd 980cd

光學量測 暖色系冷色系

結論與建議 成功利用射出成形製造出陣列式光學元件，建立陣列式二次光學元件之光學設計方法及整合模流分析軟體進行模具設計，並檢測成品光學性質。光學模擬設計值與實際量測之光束角結果相當接近，其軟體輔助具有相當之可靠性。本研究開發之陣列式光學元件，成品厚度差異變化甚大，需要較長冷卻時間，導致成形週期甚長，未來可對模具進行修改，結合變模溫技術(Varithermo Mold Temperature, VMT)，以減少成形週期、收縮及翹曲的發生。

應用實例

Acknowledgement 感謝國科會NSC-99-2622-E-011-013-CC3計畫與洋鑫科技股份有限公司提供相關技術資料及經費協助，另有教育部顧問室數位化模具計畫使本論文得以順利進行，特此致上感謝之意。

Thankyou!

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