臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要是想降低背光模組的亮度標準差及探討因子間交互作用的重要性。研究採自動控制方式進行，利用L27直交表選擇幾個控制因子，並應用外部Visual Basic程式設定結構參數，透過Windows系統標準COM介面控制LightTools軟體進行模擬，並回授數據予Excel進行分析。將模擬數據利用田口方法進行不同目標的優化分析並做各因子間交互作用分析，藉此得到低亮度標準差且亮度在可接受範圍的最佳組合。最後將此最佳組合再以LightTools優化功能進行優化，得到更好的結構參數。
本研究大致分為四個案例，案例1使用Nichia-NJSW107的LED當作光源，以網點半徑、網點間距、光源與光源間距當做控制因子，每個因子各有三個水準。起初先以一千萬條光線數進行模擬，發現最佳組合的亮度圖不對稱，推測原因是因為模擬光線數不夠，故將模擬光線數調整為三億六千萬條，模擬結果其最佳組合亮度圖變得對稱，改善之前最佳組合亮度圖不對稱的問題。
由於案例1的光只有13.57%進入導光板，推測是因為LED過大的問題，故案例2將光源改成Nichia-NSSW004並縮小光源與導光板間距。其進入導光板的光能量提升到68.84%。將模擬的光線數設定為4500萬條進行模擬，模擬結果發現靠近光源的地方均勻度變差，且因子間交互作用不明顯。推測原因是因子選用不當，故重新選擇因子。
案例3將因子改使用網點半徑、網點間距、光源與導光板間距、網點半徑遞增值，使用2600萬條光線數進行模擬。模擬結果發現網點半徑和光源與導光板間距、網點半徑和網點半徑遞增值有明顯的交互作用，並發現探討因子間交互作用後的最佳組合比沒探討因子間交互作用的最佳組合好，可見交互作用的重要性。以最佳組合和原始設計相比，最佳組合的亮度值雖較原始設計低，但卻有大幅降低亮度標準差及提升光源附近均勻度的雙重優點。
案例4是將案例3得到的最佳組合再利用LightTools優化功能進行優化，優化後的結果不僅降低亮度標準差且亮度值及均勻度也有些微的提升。
本研究成功降低了亮度標準差、提升了均勻度且亮度值亦不會太低，也證明了交互的重要性。

This work investigates the optimal structure for decrease the standard deviation of brightness for backlight module and researches the interactions among the constructional factors. It belongs to automatic control, the philosophy of Taguchi method is adopted and the L27 orthogonal array is used to arrange the experiments. Visual Basic program is used to set parameters, and simulated by LightTools though Windows Com, last step, the data base will be built in Excel. The best combination of constructional factors is determined by different goals and the interactions among the constructional factors. It is the best combination of constructional factors that decreasing the standard deviation and the brightness is acceptable. Finally, the best combination of constructional factors is optimized by LightTools.
Four cases are studied in this research. In the first one, the LED, Nichia NJSW107, is used as the light sources, and three constructional factors, DotRadius, DotRadiusIncrement, and the separation of light sources, are chosen, each has three levels. At first, the system is simulated with ten million rays and results in an asymmetrical intensity distribution which should be symmetrical for such a system. The second simulation with 360 million rays gives better symmetrical results.
In the first case, the light efficiency is only 13.57% that may be due to the big size of the chosen LED. In case two, a smaller LED, Nichia-NSSW004, is used and the separation between the LED and the back light guide is decreased. 45 million rays are traced. The light efficiency results in 68.84%. However, we also discover that the light uniformity close to the light source is decreased. The interactions among constructional factors are not evident which may because of the improper chosen of factors. New factors are used in the next.
In the third case, four factors, DotRadius, the distance among the DotRadius, the distance among light sources, and DotRadiusIncrement, are used and 26 million rays are traced. Two obvious interactions are observed: one is between the factor DotRadius and the distance among light sources, and the other is between DotRadius and DotRadiusIncrement. The optimal designed system considering interactions among factors is much better than that without considering interactions. Although the brightness in the optimal design is somewhat less than that of the original design, the former has decreased standard deviation and improved uniformity as well.
In the fourth case, the best system from case three is further optimized by LightTools. The standard deviation and uniformity are both improved.
Our study successfully provides efficient procedures to improve the standard deviation and uniformity, and obtain acceptable brightness. It also emphasizes the importance of the interactions among constructional factors.

目錄
摘要.................................................... I
Abstract............................................... III
誌謝................................................... V
目錄................................................... VI
圖目錄................................................. VIII
表目錄................................................. X
第一章 緒論............................................. 1
1.1 背光模組的應用及未來的發展............................ 1
1.2 文獻回顧........................................... 1
1.2.1 導光板成型技術：................................. 2
1.2.2 網點的製作方式：................................. 2
1.2.3 光學模擬........................................ 3
1.3 研究動機與目的...................................... 4
1.4 論文架構........................................... 4
第二章 背光模組與基礎理論................................ 5
2.1 背光模組的結構與功能................................ 5
2.1.1 光源............................................ 6
2.1.2 導光板.......................................... 7
2.1.3 反射片.......................................... 7
2.1.4 擴散片.......................................... 8
2.1.5 稜鏡片.......................................... 9
2.2 田口方法........................................... 9
2.2.1 參數設定直交表的選用.............................. 10
2.2.2 常見田口目標..................................... 12
2.3 光度學的基本定義..................................... 14
2.4 均勻度與亮度標準差之比較.............................. 16
2.5 研究用的田口目標..................................... 18
第三章 研究方法與成果.................................... 21
3.1 研究參數與方法...................................... 21
3.2 初始設計........................................... 22
3.3 修改設計........................................... 32
3.4 探討交互作用........................................ 37
3.5 LightTools內部優化................................. 42
第四章 結論............................................. 45
參考文獻................................................ 47

圖目錄
圖1-1 光在導光板內行進方向示意圖.......................... 2
圖2-1 直下式背光模組示意圖............................... 5
圖2-2 邊光式背光模組示意圖............................... 5
圖2-3 LED發光原理示意圖.................................. 7
圖2-4 光在擴散片裡散射的示意圖............................ 8
圖2-5 光線在稜鏡片上呈現集中的現象........................ 9
圖2-6 魚骨圖........................................... 10
圖2-7 光通量定義....................................... 14
圖2-8 單位立體角定義.................................... 14
圖2-9 光亮度定義....................................... 15
圖2-10 光源為點光源，照度呈 遞減......................... 15
圖2-11 光源為Lambert source，照度呈 遞減................. 16
圖2-12 9點量測取樣點位置圖............................... 19
圖3-1 9點量測方法....................................... 22
圖3-2 Nichia-NJSW107的光源特性.......................... 22
圖3-3 背光模組示意圖.................................... 22
圖3-4 網點形狀.......................................... 23
圖3-5 網點分佈設定...................................... 23
圖3-6 各因子在背光板上的對應位置示意圖.................... 24
圖3-7 原始設計(A2B2C2)的亮度圖.......................... 25
圖3-8 Excel錯誤訊息.................................... 28
圖3-9 解決Excel錯誤訊息................................ 28
圖3-10 原始設計(A2B2C2)的亮度圖........................ 29
圖3-11 Nichia-NSSW004的光源特性........................ 33
圖3-12 背光模組示意圖.................................. 33
圖3-13 原始設計(A2B2C2)的亮度圖......................... 35
圖3-14 原始設計(A2B2C2D2)的亮度圖....................... 39
圖3-15 第一種模擬方式的亮度圖............................ 43
圖3-16 第二種模擬方式的亮度圖............................ 43

表目錄
表2-1直下式和邊光式背光模組的比較......................... 6
表2-2 LED與CCFL的比較................................... 6
表2-3 L27直交表......................................... 11
表3-1 因子水準表........................................ 23
表3-2 其它參數的設定..................................... 24
表3-3 27次實驗9點量測的亮度及亮度標準差值.................. 24
表3-4 27次實驗81點量測的亮度及亮度標準差值................. 25
表3-5 目標1-4分析結果.................................... 26
表3-6 目標5-6分析結果.................................... 27
表3-7 27次實驗9點量測的亮度及亮度標準差值.................. 29
表3-8 27次實驗81點量測的亮度及亮度標準差值................. 30
表3-9 目標1-2分析結果.................................... 30
表3-10 目標3-6分析結果................................... 31
表3-11 因子水準表........................................ 33
表3-12 其它參數的設定.................................... 33
表3-13 27次實驗9點量測的亮度及亮度標準差值................. 34
表3-14 27次實驗81點量測的亮度及亮度標準差值................ 34
表3-15 目標1-2分析結果................................... 35
表3-16 目標3-6分析結果................................... 36
表3-17 因子水準表........................................ 37
表3-18 其它參數的設定.................................... 37
表3-19 27次實驗9點量測的亮度及亮度標準差值................. 38
表3-20 27次實驗81點量測的亮度及亮度標準差值................ 38
表3-21 目標1-3分析結果................................... 39
表3-22 目標4-6分析結果的比較............................. 40
表3-23 目標1-4探討交互作用............................... 41
表3-24 目標5-6探討交互作用............................... 42
表3-25 第一種模擬方式的模擬資料........................... 43
表3-26 第一種模擬方式的模擬資料........................... 43

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