1.1. 前言
LED（Light Emitting Diode）的發明可追朔至 1907 年，H. J. Round 發現碳化矽結構具有發光的能力，接著到了 1962 年，第一顆可見光 LED 問世，其材料為砷化鎵（GaAsP），發出來是 655nm 的紅光，
但發光效率依然不夠到可商業化的程度。直到 1993 年日亞化學公司
（Nichia Chemical Corporation）成功的製造出較高效率的藍光 LED，
緊接著在 1996 年發展出白光 LED，使得 LED 照明產業開始受到重視，
業者紛紛投入研究，讓 LED 的技術進步速度大幅增加，每顆 LED 平 均輸出的能量也越來越高。2006 年歐斯朗半導體公司（OSRAM Opto Semiconductors Corporation）已發展出了在 700 毫安培下可發出 400 流明的白光 LED，2012 年 4 月 CREE 公司也推出了功率高達 254 lm/w 的 LED [1]。
與傳統燈泡相比，LED 具有高效率、低耗電量、低發熱量、使 用壽命較長的優點，而且不像日光燈管一樣含有液態汞，因此沒有汙 染的問題，所以 LED 照明正逐漸的取代傳統燈泡照明。然而 LED 具 有發射的光波長集中的特性，因此目前 LED 照射出白光的方式大致 有兩種：(1)以紅、綠、藍三原色晶片混光；(2)以藍光晶片為底上面
塗上黃色螢光粉以激發混合出白光。而在 LED 的照明應用設計上則 大致分為三種：(1)將封裝好的 LED 以陣列的方式排列直接照射；(2) 利用反光杯將光線反射，以達到匯聚光線的目的；(3)利用透鏡產生 折射或全反射，以達成所需之光型。
隨著 LED 的發展，近幾年來也將嘗試其應用在水下環境。傳統 應用在水下的鹵素燈或白熾燈泡光源，其波長分佈無法因應環境加以 調整，所以除了耗電外還有導致被照物顏色失真的問題。而 LED 本 身發出的光波長是集中的， 可依據所需調整某色光之光強度，因此 在此情況下應用範圍較為廣泛。
1.2. 文獻回顧
Hardy 等人[2][3]針對 LED 的所需功率、發光效率、溫度、使用 壽命、色溫、發光波長等各項特性進行分析，認為其可以解決傳統水 下載具體積過於龐大且外型難以變化的缺點，不過其並未對 LED 進 行實驗加以探討。
在 LED 設計上趙[4]利用平均餘弦的方法分析 LED 在水下的散射 情形並將 LED 光源建立於模擬軟體內，針對水下燈柱之 LED 的發光 角度(圖 1.1)及排列方式進行模擬，最後進行實驗與模擬相互驗證。
圖 1. 1 在不同發光角度下的水下照度圖[4]
而張[5]則利用模擬軟體對白光 LED 的 RGB 混光進行光學透鏡 之最佳，利用在透鏡側面增加圓柱(圖 1.2)改善光強度分佈(圖 1.3)成 功的在一定體積的光學元件內將其發光角度縮小至 50 度以內並提高 了光強度。
圖 1. 2 增加圓柱前後之透鏡側視圖[5]
圖 1. 3 增加圓柱前後之光強度分佈圖[5]
Olsson[6]則是藉由將透鏡之形狀改變成圓球形使其能依據情況變更 發光角度且改善 LED 的照明效果(圖 1.4)。
圖 1. 4 專利 US20120268945 圖示[6]
廖[7]則針對火災場中對光線造成散射的煙霧及水霧粒子進行討 論並加以設計出應用於火災場的照明裝置，且針對此進行模擬與實驗 並加以比較。
在演色性方面，林[8]針對市面上的可調色溫式 LED 照明裝置，
計算出其色溫變化對演色性的關係並針對人實際感受到的差異進行 實驗。
1.3. 研究動機與目的
在目前LED照明裝置的演色性要求，大多以投射出來的光線能在 一般環境下達到自然白光為目標。然而在一些特殊的環境下，如火場 照明、水下探勘等，常因為懸浮粒子過多導致散射情況遠比在空氣中 嚴重，使得在相同的光線下，這些場合的照明效果遠遠不及在正常環 境，進一步造成許多危險的情況。而導致照明效果不如預期的主要原 因是由於在這些環境下不同波長的光散射跟吸收的程度有所不同 ， 所以衰減情形有所差異，以致於到達照射面的波長分布不如預期，進 而影響照明品質。
近年來，CREE公司發展出了一顆名為XLamp MC-E的LED，其 在小體積的光學封包內，含有4顆LED晶片，且此4顆晶片可根據需求 選擇紅光、藍光、綠光或白光晶片，且可各別調節各晶片電流，改變 各晶片出光時的光通量，藉由應用此產品或許能解決散射環境對LED 的影響。
現階段本研究的目的為量測MC-E光源於水下的光學特性，並驗 證可藉由調整電流值，改變三原色光的比例進而改善演色性，接著將 針對實驗建立水中照射模型，模擬水中的散射情況，並與實驗相互比 較，以期望能藉以建立一適用於水下或其他散射環境之照明裝置的設 計模式。
1.4. 研究方法與步驟
本研究希望藉由LED具有能發射集中波長之色光的特性，將發射 紅光、綠光、藍光之LED晶片混合搭配，再配合電流的調整，使其能 在不同情況下使用不同的波長照度組合達到更好的演色性。
本研究將首先針對一MC-E LED光源進行實驗，量測其光學特性，
量測其在自來水中1公尺、2公尺和3公尺的照度值及演色性，並討論 在不同波長照度組合下演色性的變化，接著將針對實驗狀況建立數值 模擬模型，以TracePro模擬水下的照度值，並與實驗結果做比較以驗 證其準確性。
1.5. 論文架構
本論文共分為六章，本章先就本研究進行背景介紹後，後續各章 將分為：