臺灣博碩士論文加值系統

發光二極體(light emitting diode, LED)將成為下世代照明的主流。隨著LED的發光效能及演色性逐漸提升，為了配合LED技術的快速發展，需要更積極去推動LED照明產品的標準制定。由於標準制定為市場開拓之先決條件，而量測技術為公平評估LED性能之重要關鍵，需要建立一套標準且完善的量測技術，才能夠獲得具有可信度及精確的數據，以提供國內廠商開發產品之參考和比較。本論文研究目的為設計並規劃出一套「手提式LED量測系統」，藉由積分球、光譜儀等等的硬體設備獲得所需要的光譜資訊，並透過CIE技術文件公布的計算流程及方式，計算出待測LED的光源資訊，且手提式功能增加量測的方便性和機動性，可以隨時隨地測量LED特性。本論文將利用軟體MATLAB撰寫量測系統的運算程式及人機介面，並與廠商開發的量測系統比較計算結果及驗證所設計光學量測軟體的精確度與可信度。比較結果的相對誤差幾乎都是1%左右或是更小，但仍有誤差大至10%甚至40%，不過經由驗證所設計的軟體量測結果較符合事實，所以大致上誤差都在合理範圍內。台灣是LED主要生產國之一，所以對於研究如何更有效、精確的量測LED是改善LED生產和量測上誤差的重要議題。因此，在未來LED量測技術的開發將成為一門不可被忽略的科學。

Light emitting diodes (LEDs) will become the mainstream of lighting of next generation. With LED efficacy and color rendering index is gradually enhanced, in order to follow the rapid development of LED technology, the standards of LED lighting products need to be promoted actively. Standard is the conditions precedent for market development, and measurement technology is the important key of fairly assessing LED performance. The standard and perfect measurement technology needs to be established, and the credible and accurate data is obtained, and reference and comparison of Product development is provided for domestic manufacturers. The research purpose of this thesis designs and plans a set of 「Portable LED Measurement System」, and the required spectral information is obtained with integrating sphere、spectroradiometer, and other equipment. The test LED source information is calculated with calculation procedures and methods that CIE technical documents published. In addition, portable feature increases convenience and mobility of measurement, also LED characteristics can be measured anywhere. In this thesis, computing programs and HMI are written using MATLAB, and the results is compared with the results of measurement system that Company develops, and accuracy and reliability that optical measurement software is designed are verified. Relative errors of comparative results are almost about 1% or lower, but there are still errors about 10% or even 40%. However, measurement results of software of design correspond with the facts by verifying, so errors are generally within reasonable ranges. Taiwan is one of major productive countries of LED, so researching how to measure LEDs effectively and accurately is important issues of improving LED measurement errors. Therefore, the development of LED measurement technology will become a science that can’t be ignored.

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英文摘要 ii
誌 謝 iv
目 錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xi
第一章 前言 1
1.1 研究背景 1
1.2 傳統光源與發光二極體的發光特性 2
1.2.1 傳統光源 2
1.2.2 發光二極體 3
1.2.3 LED量測上的問題 3
1.3 研究目的 4
1.4 論文架構 5
第二章 光度學計量原理 6
2.1 明視覺與暗視覺 6
2.2 輻射度學與光度學 7
2.2.1 輻射通量與光通量 8
2.2.2 輻射強度與光強度 9
2.2.3 輻射照度與照度 11
2.2.4 輻射亮度與輝度 14
第三章 LED光學量測原理介紹 18
3.1 光強度量測方式 18
3.1.1 置換法 20
3.1.2 光譜儀量測法 21
3.1.3 偵測器參考法 22
3.2 光通量量測方式 22
3.2.1 置換法 25
3.2.2 光譜儀量測法 27
3.3 光譜量測方式 27
3.3.1 輻射照度模式 28
3.3.2 全光通量模式 29
3.4 照度量測方式 30
3.5 輝度量測方式 31
第四章 色度學 33
4.1 CIE標準色度系統 33
4.1.1 RGB色度系統 33
4.1.2 CIE 1931 XYZ色度系統 37
4.2 主波長與色純度 40
4.3 均等色彩空間 42
4.3.1 CIE 1960 UCS色度圖 43
4.3.2 CIE 1964 U*V*W*色彩空間 45
4.3.3 CIE 1976 L*u*v*色彩空間 46
4.3.4 CIE 1976 L*a*b*色彩空間 48
4.4 色溫與相關色溫 49
4.5 標準照明體 53
4.6 演色性 55
4.6.1 色票 56
4.6.2 演色性計算方式 59
第五章 量測系統建立與程式設計架構 63
5.1 量測系統架構介紹 63
5.1.1 光譜儀 64
5.1.2 積分球 66
5.1.3 光管 66
5.2 程式撰寫之介紹 68
5.3 色度學量測系統 69
5.3.1 色度座標之程式撰寫 69
5.3.2 主波長之程式撰寫 69
5.3.3 色純度之程式撰寫 71
5.3.4 相關色溫之程式撰寫 72
5.3.5 均等色度座標之程式撰寫 73
5.4 演色性量測系統 73
5.4.1 演色性之程式撰寫 73
5.5 光度學量測系統 75
5.5.1 平均LED強度之程式撰寫 75
5.5.2 光通量之程式撰寫 75
5.6 MATLAB介面開發 76
5.6.1 MATLAB的GUIDE編輯器介面介紹 76
5.6.2 光學量測系統介面設計 77
第六章 量測結果及分析 79
6.1 樣品實際測量及軟體運作 79
6.2 待測樣品量測結果 84
6.2.1 色度座標結果分析 84
6.2.2 相關色溫結果分析 85
6.2.3 主波長與色純度結果分析 86
6.2.4 演色性結果分析 87
6.2.5 光通量結果分析 89
6.2.6 平均LED強度結果分析 89
6.3 誤差分析 90
第七章 結論及未來展望 91
7.1 結論 91
7.2 未來展望 92
參考文獻 93

附錄
A 2012年 第一屆台灣光學設計論壇論文 95
B 2013年 中華民國物理年會暨成果發表會論文 104
C 後記 109

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