中華民國第51屆中小學科學展覽會

中 華 民 國 第 53 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 作 品 說 明 書 國 中 組 生 活 與 應 用 科 學 科 030823 一 公 升 的 光 線 學 校 名 稱 : 宜 蘭 縣 立 復 興 國 民 中 學 作 者 : 指 導 老 師 : 國 二 陳 佑 昕 國 二 游 淳 仁 張 揮 鈺 陳 信 璁 國 二 覃 俊 傑 關 鍵 詞 : 散 光 瓶 全 反 射 傳 播 介 質

摘 要 本 實 驗 利 用 水 的 折 射 原 理, 設 計 一 個 能 替 代 傳 統 燈 泡 省 電 燈 泡 的 照 明 系 統 同 時 利 用 水 的 降 溫 效 果 防 止 LED 因 電 熱 效 應 而 燒 壞, 延 長 燈 泡 的 使 用 壽 命 我 們 設 計 出 來 的 此 散 光 瓶 裝 置, 比 一 般 燈 具 省 電, 希 望 將 來 能 應 用 在 日 常 生 活 上, 為 綠 色 建 築 點 亮 環 保 的 一 盞 燈 另 外, 我 們 也 針 對 菲 律 賓 利 用 寶 特 瓶 增 加 室 內 照 明 的 做 法 做 了 改 進 措 施, 使 將 日 光 引 進 室 內 的 效 果 更 好 壹 研 究 動 機 我 們 看 見 一 個 影 片 --- 名 稱 是 一 公 升 的 光 線 ( 參 考 資 料 一 ), 內 容 主 要 是 記 錄 菲 律 賓 的 窮 苦 人 家 讓 室 內 照 明 度 提 升 及 省 錢 的 方 法, 他 們 用 寶 特 瓶 將 光 線 折 射 到 室 內, 看 起 來 就 像 寶 特 瓶 發 光 一 樣 這 個 方 法 雖 然 在 夜 晚 時 無 法 使 用, 但 是 可 以 在 白 天 時 使 室 內 的 照 明 度 提 升, 且 不 需 要 用 電 和 花 錢 買 燈 泡 我 們 想 : 如 何 能 將 亮 度 提 升 到 更 高, 並 設 法 解 決 缺 點, 以 及 試 驗 能 否 改 良 成 室 內 的 裝 飾 品 貳 研 究 目 的 一 利 用 一 公 升 光 線 原 理 增 加 日 光 引 入 室 內 的 效 果 : ( 一 ) 改 變 水 位 高 低 對 亮 度 的 影 響 ( 二 ) 改 變 受 光 面 長 度 對 亮 度 的 影 響 二 利 用 散 光 瓶 增 加 室 內 照 明 效 果 : ( 一 ) 使 LED 發 光 亮 度 增 加 ( 二 ) 比 較 不 同 形 狀, 將 光 線 在 可 接 受 的 照 度 範 圍 內 加 至 最 廣 ( 三 ) 使 光 線 在 散 光 瓶 的 可 照 明 區 內 分 佈 平 均 ( 四 ) 比 較 各 式 散 光 瓶 的 組 合 ( 五 ) 比 較 不 同 材 質 的 瓶 子 做 散 光 瓶 的 效 果 參 研 究 設 備 及 器 材 玻 璃 瓶 ( 高 9CM* 底 1Π) 紙 板 玻 璃 瓶 ( 高 7CM* 底 1Π) 各 式 保 特 瓶 ( 高 21CM) 電 錶 油 性 紙 光 敏 電 阻 可 變 電 阻 保 利 龍 球 熱 敏 電 阻 LED 燈 紙 箱 ( 高 23.5CM) 照 度 計 鐵 架 手 電 筒 環 氧 樹 脂 電 池 組 熱 熔 膠 鱷 魚 夾 電 供 應 器 ( 整 流 器 ) 省 電 燈 泡 傳 統 燈 泡 1

肆 研 究 過 程 和 方 法 一 實 驗 操 作 流 程 : 二 實 驗 設 計 原 理 理 念 ( 一 ) 關 於 目 的 一 : 實 驗 一 : 為 了 了 解 水 位 高 低 對 亮 度 的 影 響, 改 變 保 特 瓶 內 的 水 位, 找 到 能 讓 室 內 有 最 佳 照 度 的 水 位 實 驗 二 : 由 於 受 光 面 長 度 會 決 定 室 內 的 照 明 度, 而 受 光 面 大 小 決 定 於 寶 特 瓶 在 屋 頂 放 置 位 置 的 高 低, 所 以 嘗 試 找 出 寶 特 瓶 在 屋 頂 的 最 佳 放 置 位 置 ( 二 ) 關 於 目 的 二 : 1. 自 製 散 光 瓶 : 由 於 台 灣 不 需 要 引 進 日 光 而 是 要 增 加 現 有 燈 具 的 照 度, 及 簡 易 燈 光 配 置 方 式, 所 以 利 用 一 公 升 光 線 原 理 設 計 散 光 瓶, 實 驗 三 ~ 十 三 使 用 散 光 瓶 改 變 室 內 照 明 及 燈 光 配 置, 做 法 如 下 1. 將 軟 木 塞 裝 上 LED 燈 2. 放 入 瓶 子 中 3. 接 上 電 路 在 放 入 瓶 子 裡 的 LED 會 產 生 亮 暗 分 明 的 區 域 如 被 照 射 面 情 形 2

被 照 射 面 情 形 散 光 瓶 示 意 圖 2. 散 光 瓶 進 階 設 計 : 實 驗 三 : 藉 由 了 解 LED 壽 命 與 水 溫 的 關 係 可 以 推 得 在 水 的 降 溫 下,L ED 是 否 能 延 長 壽 命 實 驗 四 : 利 用 水 降 低 電 熱 效 應 產 生 的 熱, 然 後 找 出 在 散 光 瓶 中, 到 底 能 增 加 多 少 電 壓 還 能 不 讓 LED 燒 壞 實 驗 五 : 藉 由 比 較 5V 情 況 下 的 LED 放 在 水 中 與 放 空 氣 中 的 照 明 趨 勢, 來 探 究 本 散 光 瓶 裝 置 的 延 長 LED 壽 命 效 果 實 驗 六 : 為 了 測 量 本 散 光 瓶 裝 置 的 Beam Angle, 所 以 設 計 實 驗 五, 由 光 線 的 擴 散 來 推 算 光 束 角 實 驗 七 : 為 了 解 市 面 上 燈 泡 的 相 關 發 光 功 率, 進 而 讓 瞭 解 散 光 瓶 裝 置 的 應 用 方 向 與 改 進 方 向, 故 設 計 此 實 驗 來 測 量 傳 統 燈 泡 與 省 電 燈 泡 的 差 別 實 驗 八 : 為 了 消 除 光 圈 現 象, 我 們 移 動 兩 個 散 光 瓶, 希 望 能 將 光 圈 疊 合, 進 而 消 除 光 圈 實 驗 九 : 同 樣 為 了 消 除 光 圈 而 設 計 之, 但 此 實 驗 移 動 兩 顆 在 同 一 瓶 中 之 LED, 使 光 線 同 樣 會 因 為 瓶 壁 的 反 射 對 光 線 擴 散 得 以 控 制, 但 透 過 發 光 體 的 擺 設 位 置 不 同, 進 而 希 望 達 到 改 善 光 圈 現 象 的 目 的 實 驗 十 : 分 別 測 量 玻 璃 瓶 與 寶 特 瓶 兩 種 散 光 瓶 的 光 線 分 布, 來 找 出 較 適 合 作 為 散 光 瓶 瓶 體 的 素 材 實 驗 十 一 : 透 過 測 量 散 光 瓶 的 全 反 射 角 度, 進 而 計 算 散 光 瓶 裝 置 若 要 達 到 全 反 射 條 件, 該 如 何 設 計 瓶 身 實 驗 十 二 : 在 實 驗 中 我 們 得 知 光 圈 現 象 與 瓶 底 形 狀 有 相 當 大 的 關 係, 故 藉 由 改 變 玻 璃 瓶 的 瓶 底 形 狀 ( 凹 凸 ), 來 設 法 消 除 光 圈 實 驗 十 三 : 分 別 測 量 填 補 瓶 底 物 的 透 光 率, 來 找 出 最 適 合 用 來 填 補 瓶 底 凹 陷 處 的 材 料 3

三 測 量 工 具 之 製 作 一 代 測 量 裝 置 ( 一 ) 實 驗 一 實 驗 二 測 量 方 式 ( 一 代 測 量 方 式 ): 圖 中 幾 個 圓 圈 為 測 量 區 塊, 由 內 而 外 為 一 二 三 四, 半 徑 分 別 為 1.5cm 4.5cm 7.5cm 10.5cm, 因 為 照 度 計 的 感 光 處 為 直 徑 三 公 分 的 圓, 故 以 此 設 計 測 量 是 在 研 究 結 果 中 標 定 的 測 量 區 域 即 為 此 ( 二 ) 實 驗 三 ~ 十 三 ( 十 二 除 外 ) 測 量 方 式 : 三 代 測 量 方 式 - 實 驗 十 二 到 十 三 大 部 分 的 實 驗, 根 據 光 敏 電 阻 的 電 阻 值 與 照 明 度 成 反 比 的 特 性, 取 代 了 一 台 要 價 幾 百 元 的 照 度 計 作 為 實 驗 測 量 工 具 ( 三 ) 測 量 方 法 : 1. 將 光 敏 電 阻 接 上 電 錶, 觀 察 電 阻 值 變 化 2. 我 們 採 用 的 電 阻 有 兩 種, 一 種 亮 電 阻 為 523Ω 暗 電 阻 1796000Ω( 金 屬 鍍 邊 ), 另 一 種 亮 電 阻 4000Ω 暗 電 阻 2000000Ω( 塑 膠 鑲 邊 ) 三 代 測 量 工 具 本 研 究 根 據 上 述 之 測 量 工 具, 測 量 出 等 照 度 區 域, 並 繪 製 光 線 分 布 圖 我 們 希 望 能 以 光 線 分 布 圖 來 清 楚 了 解 光 束 角, 並 從 中 了 解 ( 被 照 射 面 ) 何 處 光 線 分 部 不 均, 進 一 步 來 改 善 4

伍 研 究 結 果 一 水 位 高 低 對 亮 度 的 影 響 : 為 了 達 到 增 加 光 線 折 射 進 室 內 之 效 果, 所 以 設 計 了 這 個 實 驗 來 找 出 裝 多 少 水 最 適 合, 所 以 利 用 照 度 計 測 量 根 據 斯 涅 爾 定 律, 光 在 經 過 介 質 時 會 產 生 偏 折, 而 且 也 會 產 生 反 射, 所 以 理 論 上 裝 水 的 量 應 該 不 是 裝 滿 就 能 使 照 明 度 增 加, 可 是 其 中 的 平 衡 點 計 算 還 需 要 找 到 光 在 水 中 的 行 進 路 線, 這 是 相 當 困 難 的, 所 以 最 簡 單 要 找 到 光 線 最 適 合 入 射 的 點, 直 接 進 行 實 驗 較 容 易 ( 一 ) 作 法 : 1. 準 備 一 個 容 量 600c.c 的 寶 特 瓶 2. 每 次 倒 入 一 公 分 的 水 ( 水 位 ) 3. 測 量 照 明 度 ( 當 時 是 向 學 校 健 康 中 心 借 用 照 度 計 ) ( 二 ) 結 果 : 實 驗 裝 置 示 意 圖 照 明 度 ( 單 位 : LUX) 水 位 高 低 對 照 明 度 影 響 200 150 100 50 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 水 位 高 度 ( 單 位 :CM) 1. 由 此 圖 可 得 知, 光 在 水 位 為 13 14CM 時 能 最 有 效 入 射, 而 後 光 線 則 愈 趨 減 弱 2. 我 們 發 現 平 均 值 最 高 的 18 公 分,17.8 公 分 則 是 集 中 在 中 間, 我 們 推 測 可 能 5

是 因 為 在 17.5 至 18CM 的 地 方, 是 寶 特 瓶 形 狀 的 轉 折, 而 光 線 由 轉 折 點 進 入 可 以 使 亮 度 減 少 幅 度 降 低 3. 我 們 發 現 實 驗 中 裝 滿 水 的 並 無 使 光 線 減 少 幅 度 下 降, 反 而 使 照 明 度 下 降 我 們 猜 想, 可 能 是 因 為 從 此 角 度 射 入 的 光 線, 若 是 直 接 照 到 水 面, 反 射 的 光 就 會 遠 大 於 折 射 的 光 水 位 高 低 光 線 行 逕 圖 4. 水 位 的 高 低, 還 關 係 著 光 線 進 入 保 特 瓶 的 位 置 假 設 光 線 從 凹 面 進 入 瓶 內 減 少 的 照 明 度 會 較 小, 要 是 水 位 不 到 保 特 瓶 凹 面 處, 就 會 讓 偏 折 出 保 特 瓶 的 光 線 增 加 二 受 光 面 長 度 : 原 先 構 想 直 接 放 在 太 陽 光 下, 而 我 們 也 確 實 做 了 這 個 實 驗 ( 原 先 的 實 驗 參 考 性 不 高, 測 量 時 照 度 無 法 穩 定, 照 度 計 上 的 顯 示 值 會 一 直 變 動 ), 但 是 照 度 的 部 分 為 了 使 實 驗 時 不 受 天 候 所 影 響, 所 以 後 來 改 用 手 電 筒 模 擬 ( 一 ) 作 法 : 1. 選 定 一 瓶 寶 特 瓶, 將 他 裝 置 於 瓦 愣 紙 箱 上 2. 在 距 離 底 部 之 五 公 分 處 先 做 測 量 3. 將 長 度 往 上 加 4. 繼 續 測 量 受 光 面 長 度 實 驗 裝 置 示 意 圖 6

( 二 ) 結 果 : 受 光 面 長 度 對 照 明 度 的 影 響 照 明 度 (lux) 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 受 光 面 長 度 ( 單 位 :cm) 1. 保 特 瓶 設 於 屋 頂 的 最 佳 位 置 應 為 超 出 屋 頂 12CM ( 若 要 集 中 亮 度 則 8CM 較 佳 ) 2. 我 們 發 現 照 明 度 最 佳 的 是 8cm 的 地 方, 而 耐 人 尋 味 的 是 兩 個 照 明 度 超 過 200lux 的 高 度, 竟 然 差 了 4cm 而 他 們 恰 好 都 是 位 在 凹 面, 所 以 我 們 猜 測, 也 許 受 光 面 為 凹 面 可 以 讓 折 射 後 的 照 明 度 較 高, 可 是 照 理 說 12cm 處, 保 特 瓶 上 方 會 有 兩 個 凹 面, 可 是 他 的 照 明 度 卻 比 8cm 來 的 小, 因 此 與 我 們 前 面 的 猜 測 矛 盾 又 或 許, 當 太 陽 非 正 上 方 時, 由 入 射 角 等 於 出 射 角 的 理 論, 我 們 可 以 得 知, 反 射 的 光 線 是 往 瓶 內 射 的, 故 可 以 使 照 明 度 較 高 然 而 如 果 是 在 距 離 屋 頂 較 遠 的 凹 面, 則 會 因 為 反 射 的 光 射 出 箱 子 外, 只 有 折 射 的 光 進 入 箱 內 光 線 反 射 示 意 圖 7

3. 其 實 提 高 保 特 瓶 的 高 度, 也 是 讓 保 特 瓶 距 離 箱 底 的 距 離 越 遠 因 此, 如 果 把 保 特 瓶 裝 置 得 太 高, 就 會 失 去 裝 保 特 瓶 的 用 意 了 可 是 就 實 際 情 況 而 言 屋 頂 距 離 箱 子 底 部 並 沒 有 那 麼 接 近, 所 以 距 離 光 源 愈 近, 照 明 度 就 愈 高 的 影 響 也 會 縮 小, 所 以 我 們 猜 測, 在 實 際 情 況 下,5cm 和 17cm 的 照 明 度 該 都 差 不 了 多 少, 唯 一 不 同 的 是 ; 高 度 愈 高 ( 箱 內 寶 特 瓶 還 是 要 有 一 定 2~3cm 的 長 度 ), 光 線 擴 散 效 果 愈 好 ( 光 束 角 愈 大 ) ( 此 概 念 與 實 驗 五 相 似 ) 三 水 溫 與 LED 壽 命 的 關 係 ( 一 ) 作 法 : 這 個 實 驗 我 們 直 接 用 散 光 瓶 裡 水 溫 來 調 整 LED 所 受 到 的 溫 度, 可 是 我 們 測 量 光 線 變 化 的 工 具 ( 光 敏 電 阻 ), 是 直 接 放 在 瓶 子 底 下 當 電 阻 值 增 加 1000 歐 姆 時 我 們 計 時 停 止 ( 因 為 若 是 以 維 持 光 通 量 -LED 照 明 度 最 高 值 0.7 計 算,LED 閃 爍 時 就 無 從 確 認 究 竟 何 時 LED 衰 竭, 所 以 我 們 以 電 阻 值 增 加 定 量 值 為 測 量 基 準 是 當 第 一 次 到 達 那 個 值, 就 停 止 計 時, 而 且 當 照 明 度 剩 下 0.7 時 LED 也 不 易 閃 爍, 通 常 會 很 穩 定, 不 然 就 是 燒 掉, 詳 情 可 見 LED 在 電 壓 5V 狀 態 下 的 照 明 趨 勢 ) 水 溫 與 LED 壽 命 實 驗 示 意 圖 ( 二 ) 結 果 : 溫 度 90 45 28 ( 室 溫 ) 0 時 間 14S 31S 在 2 分 鐘 內 沒 有 電 阻 值 沒 有 上 升 趨 勢 在 2 分 鐘 內 沒 有 電 阻 值 沒 有 上 升 趨 勢 實 驗 中, 我 們 忽 略 了 溫 度 對 光 敏 電 阻 的 影 響, 且 若 要 測 出 溫 度 與 LED 維 持 光 通 量 影 響, 還 要 讓 溫 度 維 持 再 固 定 溫 度, 所 以 我 們 希 望 重 做 一 次 實 驗, 並 以 酒 精 燈 加 熱, 且 將 光 敏 電 阻 置 於 幾 乎 不 受 酒 精 燈 加 熱 之 處 測 量 8

四 找 到 在 水 的 冷 卻 下, 一 顆 3v 的 LED 在 穩 定 狀 況 下 的 最 高 亮 度 : ( 一 ) 作 法 : 當 我 們 拍 得 照 片 再 進 行 顏 色 分 析 時, 是 用 電 腦 進 行 分 析 電 腦 顏 色 處 理 法 : 1. 校 色 2. 用 小 畫 家 打 開 影 像 檔 案 3. 汲 取 中 央 顏 色 4. 從 編 輯 色 彩 中 自 行 定 義 顏 色 ( 二 ) 結 果 : 電 壓 (V) 3V 4.5 6V 7.5V 照 度 (Ω) LED 照 明 度 26440K 2302K 1666K 1373K 顏 色 偏 藍 色 偏 藍 綠 色 偏 藍 綠 色 偏 藍 綠 色 色 調 138 120 120 120 電 壓 (V) 7.75V 7.9 9V 照 度 (Ω) LED 照 明 度 733K 1502K 燒 掉 顏 色 偏 藍 綠 色 偏 紫 色 色 調 120 150 不 穩 定 1. 7.75v 時 照 明 度 最 高, 與 亮 度 成 反 比 的 電 阻 值 為 最 小 值 :733K 歐 姆 9

熱 敏 電 阻 電 阻 值 ( 單 位 :Ω) 80 60 40 20 電 壓 使 LED 升 溫 變 化 圖 0 3 4.5 6 7.5 9 電 壓 ( 單 位 :V) 2. 實 驗 結 果 的 溫 度 上 升 從 7.5 開 始 趨 緩, 可 是 9 伏 特 仍 有 上 升 趨 勢, 所 以 可 證 實 75 伏 特 還 沒 有 燒 壞 的 傾 向, 若 有 則 應 為 7.5 伏 特 後 溫 度 不 增 加 穩 定 值 (7.5V) 光 線 分 佈 圖 ( 單 位 :Ω) 7.5v 光 線 分 布 圖 3. 由 於 實 驗 室 沒 有 電 源 供 應 器 ( 只 有 不 是 很 準 的 手 動 式 ), 而 使 用 電 池 與 可 變 電 阻 替 代 實 驗 中, 發 現 電 壓 超 過 極 限 值 時 白 光 LED 的 顏 色 便 由 藍 色, 藍 綠 色 轉 向 紫 色, 且 愈 暗 而 從 顏 色 變 化, 便 能 觀 察 燈 泡 而 在 此 電 壓 下 維 持 多 久 不 燒 壞 4. 實 驗 結 果 發 現, 一 顆 3V 的 LED 燈 最 高 能 加 到 7.75V, 而 這 是 在 加 上 散 光 瓶 的 條 件 下 才 成 立, 經 過 測 試 不 加 上 瓶 子 的 LED 燈, 電 壓 大 於 5V~6V 的 情 況 並 不 能 持 續 太 久 10

五 3VLED 在 供 給 5V 電 壓 時, 在 空 氣 中 與 水 中 的 照 明 趨 勢 : ( 一 ) 作 法 : 1. 將 LED 接 上 四 顆 電 池 ( 我 們 測 得 正 向 電 壓 為 5V) 2. 分 別 以 放 入 水 裡 與 不 放 入 水 裡 的 兩 組 LED 做 對 照 3. 以 秒 為 時 間 單 位 測 出 本 裝 置 與 原 LED 在 80 秒 內 的 維 持 光 通 量 ( 二 ) 結 果 : 光 敏 電 阻 電 阻 值 ( 單 位 : 歐 姆 ) 500 LED 在 空 氣 中 5v 的 照 明 趨 勢 400 300 200 100 0 原 始 11 22 33 44 55 66 77 時 間 ( 單 位 : 秒 ) 光 敏 電 阻 電 阻 值 ( 單 位 : 歐 姆 ) LED 在 水 中 電 壓 5V 的 照 明 趨 勢 250 200 150 100 50 0 1 11 21 31 41 51 61 71 時 間 ( 單 位 : 秒 ) 1. 從 結 果 得 知 一 開 始 的 亮 度, 空 氣 中 的 那 組 比 水 中 的 那 組 還 要 亮, 可 是 以 燈 具 壽 命 來 說, 單 將 LED 放 在 空 氣 中, 它 的 壽 命 只 有 20 秒, 可 是 從 放 在 水 裡 的 那 組 資 料 來 看, 它 的 壽 命 是 相 當 穩 定 的 11

2. 一 開 始 兩 組 的 亮 度 有 一 些 落 差, 我 們 猜 想 也 許 光 線 出 射 (LED 射 入 水 中 ) 的 角 度 有 些 改 變 了, 導 致 光 線 強 度 有 些 落 差, 所 以 之 後 我 們 做 了 一 個 Bean Angle 的 實 驗, 去 找 出 本 散 光 瓶 的 Beam Angle ( 這 也 可 以 進 一 步 推 算 出 光 線 偏 折 的 角 度 ) 六 光 的 偏 移 : 為 了 讓 光 線 在 可 接 受 的 照 度 範 圍 內 加 至 最 廣, 我 們 做 的 這 個 實 驗 是 找 到 光 線 擴 散 的 斜 率, 進 而 從 中 推 算 照 明 區 域 與 散 光 瓶 放 置 高 低 關 係 ( 一 ) 作 法 : 瓶 子 面 對 黑 板, 測 量 距 離 移 動 後 亮 度 的 變 化 光 線 擴 散 實 驗 裝 置 示 意 圖 ( 二 ) 結 果 : 最 內 圈 半 徑 0.7cm 0.5cm 離 測 量 面 的 距 離 68cm 64.1cm 最 內 圈 半 徑 第 一 圈 至 第 二 圈 之 間 的 離 測 量 面 的 距 離 距 離 2cm 11.5cm 61cm 3cm 23cm 129.5cm 12

1. 距 離 拉 遠 68.5 公 分 之 後, 亮 度 減 弱, 但 至 最 明 亮 處 半 徑 只 增 加 1 公 分, 而 和 第 二 圈 的 距 離 加 了 一 倍 2. 整 體 看 來, 移 動 散 光 瓶 對 亮 度 的 影 響 並 不 大 而 改 變 散 光 瓶 與 被 照 射 面 之 間 的 距 離 卻 可 以 改 變 照 射 面 積 3. 根 據 此 實 驗 結 果 為 光 線 角 度 在 120(119.7) 的 近 似 值 會 造 成 光 線 擴 散 的 公 式 為 ( 另 高 為 H, 面 積 為 ar) 然 而, 計 算 結 果 和 實 驗 結 果 還 有 些 出 入, 甚 至 我 們 計 算 出 的 結 果 在 實 際 狀 況 下 已 產 生 全 反 射 4. 根 據 實 驗 結 果, 我 們 可 以 畫 出 0.2cm 底 :3.9cm 高 的 三 角 形 而 計 算 結 果 顯 示 我 們 散 光 瓶 光 線 擴 散 斜 度 相 對 於 被 照 射 面 而 言, 為 2.25, 所 以 求 得 我 們 要 的 Beam Angle 為 2.25( 極 窄 角 ) 5. 我 們 在 這 個 實 驗 中, 所 求 得 的 Beam Angle 為 中 心 光 圈 的, 所 以 為 極 窄 角, 根 據 實 驗 結 果 其 實 散 光 瓶 雛 形 最 外 圍 光 圈 的 Beam Angle 根 據 測 量, 約 為 89 度, 可 是 最 外 圈 照 度 遠 不 及 維 持 光 照 度 的 一 半, 光 線 相 當 微 弱 6. 另 外 我 們 實 驗 的 目 的 在 於 希 望 散 光 瓶 裝 置 下, 能 讓 光 束 角 以 外 的 光 線 幾 乎 為 零, 換 句 話 說 是 可 以 讓 光 線 擴 散, 但 我 們 不 要 讓 光 線 照 到 不 需 要 被 照 明 的 區 域 七 散 光 瓶 照 明 區 域 與 市 面 燈 泡 比 較 : ( 一 ) 作 法 : 1. 找 到 傳 統 燈 泡 與 省 電 燈 泡 2. 將 其 架 放 於 桌 面 ( 黑 板 前 61CM) 3. 測 量 照 明 範 圍 ( 金 屬 光 敏 電 阻 ) ( 二 ) 觀 察 : 實 驗 中, 我 們 的 散 光 瓶 與 省 電 燈 泡 較 接 近 冷 光 ( 幾 乎 不 發 熱, 除 非 我 們 給 的 電 壓 過 高 ) 而 傳 統 燈 泡 會 發 出 大 量 的 熱, 不 過 由 於 本 實 驗 與 此 關 係 不 大, 因 此 不 在 此 作 討 論 此 圖 是 省 電 燈 泡 的 照 明 區 分 布 圖 ( 照 明 面 積 為 0.3488ΠM^2) 圖 中 的 數 字 為 每 圓 間 距 ( 單 位 :cm) 斜 線 部 分 由 於 照 明 度 小 於 4000Ω, 不 足 以 照 明, 故 以 斜 線 替 代 ( 三 ) 結 果 : 13

省 電 燈 泡 光 線 分 布 圖 傳 統 燈 泡 的 光 線 分 佈 圖 ( 照 明 面 積 為 0.49ΠM^2) 圖 中 以 數 字 表 現 的 部 份 為 間 距, 每 一 個 圓 與 另 一 個 圓 的 間 距 傳 統 燈 泡 光 線 分 布 圖 1. 相 較 於 我 們 的 散 光 瓶, 散 光 瓶 能 達 到 比 較 大 的 照 明 範 圍 ( 細 節 在 討 論 有 提 到 ), 可 是 照 明 度 部 分 能 略 遜 一 籌 ( 雖 然 本 實 驗 只 將 散 光 瓶 電 壓 加 至 6 伏 14

特, 並 非 極 限 之 7.75 伏 特, 但 實 驗 後 與 7.75V 做 比 較 仍 然 不 能 以 一 個 散 光 瓶 取 代 一 顆 燈 泡, 而 數 量 之 換 算 部 分 討 論 也 有 提 及 ) 2. 實 驗 結 果 發 現, 實 際 上 省 電 燈 泡 實 際 照 度 ( 光 能 ) 並 沒 有 比 傳 統 燈 泡 亮 而 會 造 成 我 們 認 為 照 明 度 較 亮 的 原 因 在 於 顏 色 ( 在 文 獻 中 也 有 資 料 記 載 人 類 較 適 合 接 受 白 光 照 明 ), 傳 統 燈 泡 的 顏 色 較 偏 向 紅 色, 其 亮 度 ( 小 畫 家 ):192, 色 調 :R-235 G- 194 B- 176 而 省 電 燈 泡 顏 色 幾 乎 是 全 白, 其 亮 度 ( 小 畫 家 ):201 色 調 :R-218 G-208 B-209 所 以 這 是 我 們 散 光 瓶 的 優 勢, 若 要 與 省 電 燈 泡 比 較, 大 約 20 顆 LED 燈 即 可, 以 一 顆 8 塊 的 LED 為 例, 二 十 顆 160 元 足 足 比 一 顆 248 元 的 省 電 燈 泡 便 宜 了 88 元 而 散 光 瓶 可 以 在 同 條 件 下 達 到 2.4400Π M^2( 省 電 燈 泡 為 0.3488 M^2, 傳 統 燈 泡 為 0.49ΠM^2) 八 移 動 兩 個 散 光 瓶 對 光 線 分 布 有 何 影 響 : ( 一 ) 作 法 : 1. 分 別 將 LED 裝 到 寶 特 瓶 內, 並 接 上 電 路 2. 移 動 兩 個 寶 特 瓶, 觀 察 其 光 線 分 布 變 化 3. 測 量 光 敏 電 阻 ( 塑 膠 ) 電 阻 值 移 動 兩 個 散 光 瓶 實 驗 照 片 15

( 二 ) 結 果 : 光 線 定 義 圖 - 色 彩 對 照 見 3cm 16

( 單 位 : 歐 姆 ) 1. 當 我 們 接 上 兩 組 寶 特 瓶 時 光 線 分 布 與 我 們 學 過 的 干 涉 現 象 相 關, 出 現 了 橢 圓 形 的 光 圈, 可 是 也 因 為 干 涉 現 象 使 得 光 線 無 法 彌 補 照 明 度 較 低 的 暗 區 2. 而 結 果 也 顯 示, 在 散 光 瓶 的 組 合 中, 寶 特 瓶 排 列 愈 近 的, 對 增 加 照 明 度 的 效 果 不 佳 若 是 距 離 遠 的 散 光 瓶 排 列, 光 圈 現 象 較 不 明 顯, 且 照 明 範 圍 會 增 加 ( 即 面 積 單 位 照 明 度 ) 九 在 同 一 瓶 中 移 動 LED 對 照 明 範 圍 的 影 響 : ( 一 ) 作 法 : 大 部 分 的 實 驗 步 驟 都 與 上 面 的 移 動 散 光 瓶 實 驗 相 似, 但 是 為 了 便 於 固 定 LED 的 位 置, 我 們 買 了 保 麗 龍 球 作 為 固 定 LED 的 工 具 移 動 LED 實 驗 裝 置 示 意 圖 ( 二 ) 觀 察 : 實 驗 中 我 們 發 現 用 保 利 龍 會 很 容 易 熔 化 ( 詳 情 在 討 論 中 我 們 會 提 到 ), 而 產 生 下 圖 的 情 況 17

保 麗 龍 溶 化 另 外 因 為 我 們 的 口 徑 不 夠 大, 雖 然 能 將 LED 裝 到 瓶 子 裡, 但 是 很 容 易 碰 觸 到 瓶 壁 如 此 來 看, 若 用 小 的 瓶 子 做 測 量 還 要 考 慮 與 瓶 壁 之 間 關 係, 實 驗 結 果, 會 看 到 平 常 原 本 不 亮 的 瓶 身 也 開 始 亮 了 ( 三 ) 結 果 : 相 距 0.5CM 的 兩 顆 LED 的 光 線 分 布 圖 兩 顆 LED 相 距 1CM ( 單 位 : 歐 姆 ) 1. 由 結 果 很 明 顯 可 得 知 移 動 LED 使 光 線 減 弱, 周 圍 亮 度 由 8 千 歐 姆 降 為 14 千 歐 姆 2. 另 外, 當 我 們 同 時 將 四 顆 LED 裝 在 瓶 中 時 則 如 下 圖 第 一 張 : 18

3. 上 面 幾 張 圖 片 是 我 們 將 同 時 裝 有 四 顆 LED 的 瓶 子, 分 別 開 啟 以 兩 顆 為 一 組 三 顆 為 一 組 的 LED, 並 觀 察 其 變 化 4. 在 多 數 區 域 因 為 光 線 的 重 疊 ( 干 涉 ) 而 消 除 了 光 圈 現 象, 使 光 線 分 布 的 較 平 均 5. 結 果 發 現 當 LED 不 是 裝 於 瓶 子 中 心, 而 是 與 其 他 三 顆 等 分 時, 光 暗 分 別 的 光 圈 現 象 就 會 減 弱 6. 由 結 果 我 們 很 明 顯 的 得 知, 光 線 會 因 為 我 們 移 動 LED 而 衰 弱 可 是 實 驗 中 我 們 將 LED 插 在 保 麗 龍 上, 以 方 便 LED 在 口 徑 較 小 的 瓶 子 裡 移 動 及 固 定, 但 是 後 來 有 發 現 水 中 有 入 白 色 膠 狀 物 ( 疑 似 熔 化 之 保 麗 龍 ), 而 造 成 實 驗 誤 差, 所 以 最 後 為 了 確 認 結 果, 我 們 有 找 了 口 徑 大 (3CM) 的 瓶 子 作 測 量 十 玻 璃 瓶 和 寶 特 瓶 的 差 別 : 從 這 個 實 驗 我 們 可 以 瞭 解 一 般 常 見 的 保 特 瓶 與 玻 璃 瓶 到 底 何 者 較 適 合 用 於 散 光 瓶 設 計? 何 者 能 提 供 較 高 照 明 度? ( 一 ) 作 法 : 19

( 二 ) 結 果 : 保 特 瓶 光 線 分 佈 圖 玻 璃 瓶 光 圈 分 布 圖 1. 以 上 兩 圖 顯 示 由 寶 特 瓶 為 容 器 的 散 光 瓶, 較 玻 璃 瓶 亮 20

2. 由 實 驗 結 果 可 知 照 度 平 均 玻 璃 瓶 要 比 寶 特 瓶 好, 可 是 玻 璃 瓶 中 心 亮 度 ( 同 時 也 是 最 高 亮 度 ) 並 沒 有 比 寶 特 瓶 亮 實 驗 中 我 們 發 現 到 光 線 經 由 寶 特 瓶 出 射 後 壁 上 的 光 度 會 比 玻 璃 瓶 亮 因 此, 根 據 我 們 學 過 的 透 光 度 可 知, 寶 特 瓶 透 光 率 (93% 且 較 薄 ) ( 一 般 厚 度 下 ) 要 比 玻 璃 瓶 (92% 較 厚 ) 大, 也 因 此 由 瓶 身 散 出 之 光 線 會 比 玻 璃 瓶 多, 所 以 中 心 的 最 高 亮 度 值 也 會 比 玻 璃 瓶 大 反 之, 玻 璃 瓶 的 透 光 率 較 小, 所 以 從 瓶 身 折 射 出 去 的 量 也 少, 故 底 面 亮 度 會 較 寶 特 瓶 大 十 一 全 反 射 的 角 度 根 據 臨 界 角 公 式, 再 加 上 玻 璃 和 空 氣 的 折 射 率 1.5 與 1.0, 透 過 計 算 機, 我 們 得 出 若 要 產 生 全 反 射, 得 有 50 度 的 臨 界 角, 可 是 實 際 測 量 結 果 ( 見 此 實 驗 結 果 ), 能 產 生 全 反 射 的 角 度 與 計 算 出 結 果 並 不 相 同 ( 而 且 有 蠻 大 一 段 差 距 ), 我 們 猜 想, 這 可 能 與 玻 璃 的 實 際 材 質 和 玻 璃 厚 度 有 關 ( 一 ) 作 法 : 我 們 在 暗 室 利 用 雷 射 筆 與 鐵 架, 在 同 一 位 置, 不 同 角 度 進 行 照 光, 在 瓶 子 ( 玻 璃 ) 與 光 線 交 會 點 ( 瓶 外 ) 進 行 測 光 ( 二 ) 結 果 : 50 度 40 度 30 度 25 度 20 度 光 敏 電 阻 值 ( 千 歐 姆 ) 0.705 1.11 40.41 43.5 全 反 射 1. 我 們 認 為 實 際 求 出 數 據 之 所 以 會 與 計 算 數 據 有 如 此 落 差 在 於 忽 略 了 厚 度, 可 是 若 要 測 量 玻 璃 瓶 厚 度 又 稍 嫌 複 雜, 而 實 際 求 出 的 結 果, 雖 然 不 比 計 算 ( 如 果 各 方 面 都 考 慮 到 ) 精 準, 但 仍 能 再 全 反 射 ( 測 量 出 的 數 據 ) 範 圍 下 設 計 出 一 個 合 宜 的 玻 璃 瓶 形 狀 散 光 瓶 設 計 平 面 圖 軟 木 塞 LED 21

十 二 填 補 瓶 底 物 的 透 光 率 ( 一 ) 作 法 : 我 們 以 雷 射 筆 橫 掃 (0.6CM 為 測 量 位 置 ) 已 填 補 瓶 底 之 散 光 瓶, 並 計 算 其 透 光 率 ( 二 ) 結 果 : 熱 熔 膠 瓶 透 光 率 透 光 率 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1 2 3 4 5 位 置 ( 單 位 :0.6cm) 透 光 率 0.85 環 氧 樹 脂 瓶 透 光 率 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 1 2 3 4 5 位 置 ( 單 位 :0.6cm) 原 散 光 瓶 透 光 率 1.2 1 透 光 率 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 測 量 位 置 ( 單 位 :0.6cm) 22

1. 我 們 發 現 環 氧 樹 脂 透 光 率 比 較 好 ( 與 熱 熔 膠 相 比 ) 在 過 程 中, 我 們 也 看 到 環 氧 樹 脂 填 補 的 瓶 子 很 容 易 使 光 線 反 射 2. 基 本 上 此 實 驗 是 為 了 要 讓 光 線 不 會 因 為 瓶 底 形 狀 而 有 光 圈 現 象 故 設 計 之 3. 原 本 我 們 做 了 一 個 加 上 油 性 紙 的 實 驗, 極 力 嘗 試 任 何 可 以 將 瓶 底 變 平 的 方 式, 可 是 大 部 分 的 方 式, 都 會 因 為 不 完 全 透 光, 可 是 後 來 我 們 找 到 了 透 光 率 相 當 高, 且 折 射 率 與 玻 璃 瓶 接 近 的 環 氧 樹 脂, 這 是 目 前 最 適 合 用 來 做 填 補 的 素 材 十 三 玻 璃 瓶 底 形 狀 ( 平 凹 ) 對 光 圈 現 象 的 影 響 ( 一 ) 作 法 : 我 們 用 熱 熔 膠 先 黏 住 玻 璃 瓶 底 部, 趁 熱 熔 膠 尚 未 冷 卻, 用 玻 片 將 熱 熔 膠 在 瓶 底 壓 平, 以 做 出 平 底 的 玻 璃 瓶 另 一 組 環 氧 樹 脂 填 充 底 部 的 是 直 接 將 調 好 但 尚 未 凝 固 的 環 氧 樹 脂 倒 在 倒 置 的 散 光 瓶 底 部, 靜 候 它 凝 固 ( 二 ) 結 果 : 凹 底 玻 璃 瓶 光 線 分 布 圖 熱 熔 膠 為 底 23

環 氧 樹 脂 為 底 ( 單 位 : 千 歐 姆 ) 1. 根 據 結 果, 光 圈 最 少 的 是 環 氧 樹 脂, 可 是 樹 脂 的 折 射 率 與 玻 璃 畢 竟 不 同, 難 道 將 他 填 平 光 圈 就 會 減 少 嗎? 結 果 發 現 環 氧 樹 脂 確 實 能 消 除 光 圈 ( 甚 至 肉 眼 難 見 得 光 圈, 從 等 照 度 圖 上 也 能 看 到 等 照 度 區 由 內 而 外 增 加 照 度 的 區 域 僅 兩 圈 ) 2. 原 本 我 們 預 期 結 果 會 因 為 透 光 率 差 而 使 光 線 散 布 平 均, 此 一 想 法 類 似 以 油 性 紙 遮 光 ( 見 < 討 論 - 散 光 瓶 雛 形 >) 可 是 結 果 顯 示 光 線 確 實 會 因 加 了 環 氧 樹 脂 ( 透 光 率 極 高, 幾 乎 接 近 玻 璃 ) 而 散 布 平 均 3. 理 論 上, 環 氧 樹 脂 與 玻 璃 的 折 射 率 接 近, 環 氧 樹 脂 為 1.5, 玻 璃 為 1.49, 可 是 我 們 認 為 原 因 應 不 僅 於 此, 加 上 環 氧 樹 脂 的 散 光 瓶 幾 乎 不 會 有 疊 影, 所 以 我 們 推 斷 光 線 應 該 是 被 導 正 回 來 了 光 線 導 正 示 意 圖 24

陸 討 論 一 測 量 工 具 : 本 實 驗 的 測 量 工 具 歷 經 三 代, 一 代 為 測 量 方 式 中 所 述 : 以 照 度 計 測 量 之 一 三 代 因 為 測 量 結 果 較 符 合 我 們 的 需 求, 所 以 後 來 採 納 之, 且 報 告 內 以 三 代 測 量 方 式 為 散 光 瓶 相 關 實 驗 的 測 量 方 式, 而 一 代 為 保 特 瓶 折 射 光 線 實 驗 用 之 二 代 測 量 工 具 示 意 圖 二 光 線 分 布 圖 : 如 實 驗 < 方 法 與 過 程 - 實 驗 裝 置 製 作 > 中 所 述, 要 畫 出 光 線 分 布 圖 的 目 的 是 為 了 從 中 了 解 光 線 分 布 問 題, 並 計 算 出 Beam Angle, 而 二 代 測 量 方 式 就 做 不 出 這 種 效 果, 由 於 光 敏 電 阻 的 變 異 性 很 大 ( 每 一 顆 ), 所 以 兩 顆 電 阻 之 間 會 因 為 裝 置 的 位 置 與 固 定 時 是 否 穩 固 而 影 響 其 電 阻 值 ( 原 本 用 二 代 測 量 方 式 時 我 們 每 次 實 驗 都 花 了 很 多 時 間 在 調 整 光 敏 電 阻, 好 讓 每 一 顆 電 阻 的 亮 電 阻 與 暗 電 阻 分 別 相 等 ), 所 以 無 法 將 兩 顆 電 阻 的 阻 值 拿 來 比 較, 更 無 法 測 得 Beam Angle, 甚 至 量 出 等 照 度, 畫 出 光 線 分 布 圖 ( 一 方 面 也 是 因 為 光 敏 電 阻 數 量 無 法 排 滿 整 個 被 照 射 面 ) 三 基 本 散 光 瓶 裝 置 : 最 基 本 的 散 光 瓶 ( 以 7CM 為 例 ), 原 本 一 顆 照 明 範 圍 只 有 32CM( 直 徑 ) 的 LED 燈, 裝 上 散 光 瓶 後 能 增 加 到 434CM( 直 徑 ) 可 是 單 一 的 玻 璃 瓶 一 定 會 產 生 光 亮 陰 暗 分 別 區 ( 我 們 稱 為 光 圈 ) ( 如 P.4- 被 照 射 面 情 形 ) 前 面 提 及 的 光 圈 現 象, 特 別 想 了 一 些 解 釋 並 給 予 證 明 我 們 認 為 散 光 瓶 之 所 以 會 產 生 光 圈 現 象 源 自 於 瓶 底 形 狀, 如 此 推 斷 是 因 為 我 們 在 同 一 個 瓶 子 內 移 動 光 源 時, 一 定 會 有 一 圈 ( 最 外 圍 的 ) 光 圈 不 移 動 若 是 以 干 涉 現 象 解 25

釋, 也 許 有 可 能, 但 是 如 若 光 源 位 置 改 變, 光 圈 位 置 應 該 改 變, 實 驗 結 果 看 來 應 為 平 底 為 圓 底 所 影 響, 意 思 是 除 了 遮 光 或 上 其 他 散 光 瓶 做 彌 補, 否 則 光 圈 現 象 不 會 衰 弱 另 外, 部 分 的 光 圈 跟 干 涉 現 象 確 有 關 聯, 證 明 是 當 我 們 移 動 散 光 瓶 的 高 低 時, 光 圈 數 會 有 變 化, 如 此 便 證 明 原 本 相 交 的 兩 光 波 經 過 交 點 後 散 開, 不 再 構 成 光 圈 綜 合 上 述 兩 點, 我 們 提 出 的 結 論 為 光 線 先 因 為 出 射 水 面 而 改 變 原 本 的 位 置, 而 向 外 擴 散 的 光 圈 連 成 一 圈, 而 行 成 光 圈 ( 以 平 底 形 狀 為 主 因 而 形 成 之 光 圈 ), 向 內 集 中 的 光 線 再 與 其 他 光 線 相 交 十 形 成 光 圈 ( 以 干 涉 現 象 為 主 因 之 光 圈 ) ( 見 散 光 瓶 發 光 示 意 圖, 黃 色 光 為 向 外 擴 散, 紅 色 的 光 為 向 內 集 中 ) 散 光 瓶 的 設 計 和 一 般 燈 泡 不 同 之 處 再 於 散 光 的 原 理 一 般 傳 統 的 燈 泡, 有 些 是 用 毛 玻 璃, 其 原 因 可 能 是 為 了 將 光 線 打 散 至 各 處 傳 統 燈 泡 發 光 示 意 圖 而 我 們 的 散 光 瓶, 是 透 過 光 線 在 瓶 內 無 數 次 反 射 後, 射 出 瓶 外 後, 每 圈 光 影 區 的 折 射 角 度 不 同, 而 使 光 線 分 布 變 廣 ( 見 散 光 瓶 發 光 示 意 圖 ) 經 過 測 量 將 散 光 瓶 裝 置 於 離 地 面 高 217CM 處, 照 明 範 圍 4.7089ΠM^2 原 面 積 為 0.0296ΠM^2 散 光 瓶 發 光 示 意 圖 另 外, 我 們 的 散 光 瓶 設 計 也 跟 全 反 射 有 相 當 大 的 關 係, 由 散 光 瓶 發 光 示 意 圖 可 得 知, 一 般 的 光 線 因 為 照 射 角 度 過 大, 光 線 較 容 易 反 射, 反 射 出 瓶 子 26

的 機 率 不 大, 所 以 平 常 我 們 在 觀 察 散 光 瓶 時, 並 不 會 看 到 瓶 身 比 瓶 底 亮, 就 是 因 為 這 樣, 所 以 散 光 瓶 設 計 也 將 原 本 可 能 反 射 離 開 LED 的 光 線 和 射 出 LED 但 不 是 光 線 路 徑 不 是 需 照 明 區 的 散 出 光 線 先 集 中, 當 集 中 到 瓶 底 時, 再 以 光 經 過 介 質 所 發 生 之 偏 折 將 光 線 在 我 們 所 需 照 明 區 內 打 散 四 散 光 瓶 雛 型 : 最 後 我 們 將 以 環 氧 樹 脂 封 底 的 散 光 瓶 定 義 為 散 光 瓶 雛 型 ( 畢 竟 還 沒 完 全 克 服 光 圈 問 題 ), 它 可 以 直 接 拿 來 作 為 照 明, 且 在 高 度 兩 公 尺 的 狀 況 下 幾 乎 不 會 有 疊 影 ( 在 外 為 光 圈 處 則 完 全 無 疊 影 ), 也 因 為 使 用 直 流 電, 並 不 會 有 頻 閃 問 題 原 本 在 設 法 消 除 光 圈 的 時 候, 我 們 還 用 了 另 一 個 方 法 加 上 油 性 紙 加 上 油 性 紙 不 加 油 性 紙 關 於 加 上 油 性 紙 的 散 光 瓶, 經 過 測 試 它 並 不 會 產 生 疊 影, 這 也 是 LED 工 業 的 訴 求, 可 是 以 發 光 功 率 來 說, 實 在 略 遜 一 籌, 不 過 我 們 預 估, 只 要 能 去 除 光 圈 現 象 便 不 會 產 生 疊 影 ( 不 包 括 疊 合 光 圈 ) 有 無 加 上 油 性 紙 很 明 顯 就 能 看 出 亮 度 差 別 ( 不 加 油 性 紙 的 一 般 散 光 瓶 整 體 亮 度 較 高 ), 可 是 加 上 油 性 紙 的 照 明 區 分 佈 就 顯 得 平 均 不 過 我 們 的 訴 求 是 能 提 高 LED 的 效 率, 如 果 使 用 的 方 法 稅 使 照 明 度 下 降, 那 代 表 還 要 找 出 能 消 除 光 圈 加 辦 法 ( 因 為 做 了 這 個 實 驗 所 以 設 計 了 實 驗 十 二 ) 柒 結 論 散 光 瓶 的 設 計 最 大 的 優 點 在 於 能 擴 散 照 明 範 圍, 能 取 代 日 光 燈 座 為 省 電 的 照 明 器 物, 同 時 我 們 也 找 到 一 顆 3V 的 LED 燈 在 冷 卻 下 所 能 承 受 的 最 大 電 壓, 這 使 它 能 更 有 效 的 發 光 一 研 究 發 現 : ( 一 ) 改 善 菲 律 賓 寶 特 瓶 折 射 使 用 效 率 : 1. 在 菲 律 賓 的 裝 置 條 件 下 ( 且 寶 特 瓶 為 常 見 的 礦 泉 水 瓶 可 樂 瓶 ), 最 佳 的 水 位 是 於 18cm 處 2. 同 上, 最 佳 的 裝 置 應 將 寶 特 瓶 放 置 於 屋 頂 上 方 的 長 度 應 控 制 在 8cm 27

( 二 ) 能 應 用 在 台 灣 的 散 光 瓶 裝 置 : 1. 散 光 瓶 中 3V 的 LED 燈 在 7.75V 的 時 候 照 明 效 果 最 佳 2. 一 個 散 光 瓶 能 提 供 照 明 的 範 圍 為 - 高 : 面 積 =2:1562(cm^2) 3. 20 顆 LED 在 7.75V 左 右 (±0.25V) 能 取 代 日 光 燈, 以 提 供 照 明 4. 若 要 消 除 明 暗 區 ( 完 全 消 除 ), 最 好 的 辦 法 是 加 上 油 性 紙 做 部 分 遮 光 ( 三 ) 另 外, 本 散 光 瓶 裝 置 的 相 關 資 訊 如 下 : 1. 光 束 角 為 55 ( 而 光 束 角 內 外 照 度 差 為 102 lux) 2. 最 高 照 明 度 為 146 lux( 正 向 電 壓 為 3.6v 時 ) 3. 目 前 應 用 之 正 向 電 流 極 小, 將 電 錶 調 至 µ 時 仍 顯 示 0.0 4. 此 裝 置 維 持 光 通 量 如 下 圖 5. 本 散 光 瓶 裝 置 一 個 瓶 內 共 用 六 顆 LED 照 明 度 ( 單 位 LUX) 散 光 瓶 維 持 光 通 量 與 高 度 關 係 表 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 測 量 高 度 (60CM 起 每 點 遞 減 10CM) 散 光 瓶 裝 置 完 整 版 28

最 後, 我 們 這 樣 的 設 計 利 用 照 射 區 域 的 改 變, 做 檯 燈 或 區 域 型 的 燈 具 利 用, 達 到 當 我 們 需 要 多 大 的 使 用 範 圍 時 便 開 多 少 的 燈, 而 同 一 空 間 內 就 能 選 擇 被 照 明 區 散 光 瓶 應 用 目 標 如 圖 中 有 四 個 散 光 瓶 的 房 間, 當 需 要 時 不 必 四 個 全 開, 只 需 開 部 分 散 光 瓶 就 能 達 到 照 明, 概 念 類 似 戲 院 的 聚 光 燈 捌 參 考 資 料 一 網 路 影 片 一 公 升 的 光 線 及 GREEN INSIDE 報 導 - 網 址 : http://www.greeninside.com.tw/?p=1409 二 維 基 百 科 光 - 網 址 : http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%e5%85%89 三 新 強 光 電 網 站 : http://www.neobulb.com/index.php?option=com_content&view=article&id=50&ite mid=1&lang=zh 四 康 軒 文 教 出 版 之 101 國 中 自 然 與 生 活 科 技 第 三 冊 (2 上 )- 第 四 章 光 29

評 語 030823 度 本 案 利 用 光 在 介 質 上 行 進 速 度 不 同, 及 全 反 射 原 理 提 升 照 明 強 優 點 : 所 設 計 之 LED 燈 利 用 水 介 質 在 寶 特 瓶 中 可 以 加 強 照 明 強 度 兼 吸 熱 效 果, 提 升 LED 燈 之 效 益 建 議 : 考 慮 有 效 消 除 光 影 重 疊 的 問 題 030823- 評 語