第一章緒論
1.1 照明簡介
照明裝置的光源由燈炮發展到現在的發光二極體，且許多的家電用具、路燈、
車燈等等琳琅滿目的照明用具在我們生活之中，在這麼多個照明設備無不是為了 讓生活更便利、舒適，但照明不單單只是單單如此，甚至還結合了藝術燈光秀如 圖(1.1-1)是一年一度的 101 煙火燈光秀成為藝術的表現之一，可以了解照明與 生活是息息相關。
圖(1.1-1)101 煙火燈光秀[1]
照明設備因需求不同所以衍生出許多的產品，大多數照明的目的是為了看清 楚被照射的物體，進而提升成像品質，照明設計常常利用改變光場分布、傳遞的 能量、及改變行進方向，達到設計目的，如圖(1.1-2)車頭燈、位置指示燈等等 為市面上常見的照明產品，在使用效率上我們必須做到最佳化，降低最少能量的 消耗，達到最高效率，這是照明設計所追求的目標，也是許多照明設計者所面臨 的困境與難題，在未來突破的目標。
圖(1.1-2)照明產品[2][3]
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其中λ為波長，Eg為能隙值，單位為焦耳(J)，h為蒲朗克常數，值為6.626×10gE-34 J×S，C為光速(3×108 m/s)。
來到1994年日本中村休二(Shuji Nakamura)先生在藍寶石(sapphire)基板上 成功的成長出高品質的氮化鎵(GaN)薄膜，因而製造出藍光LED，自此之後，才
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在未來生活中LED的產品會不斷增加，成為新的光源。半導體材料與發光波長、
發光色的關係表(1.2-1)。
表(1.2-1)發光材料與波長關係表[4]
目前產生白光的方法有四種：1.RGB LED混光 2.藍光LED激發黃色螢光粉 3.
藍光LED激發多色螢光粉 4.UV(ultraviolet，紫外光) LED激發RGB螢光粉。
如圖(1.2-1)
圖(1.2-1)產生白光的四種方法[5]
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1.RGB LED混光
使用紅、藍、綠三種顏色的LED，由這三原色來直接混成白光，其優點為具 有較好的混光效率及色溫可調，但由於熱效應對於不同顏色LED，會產生不同的 發光效率衰減以及主波長飄移，使得混出來的顏色會有所變化，這是重要的議 題。
2.藍光LED激發黃色螢光粉
使用藍光LED 激發黃色螢光粉來產生白光，這是目前市售的白光LED 最常 使用的方法，最早是在1996 年由日本日亞公司所提出，具有設計簡單、封裝容 易的優點，唯一的缺點在於演色性(colorrendering )略嫌不足。
3.藍光LED激發多色螢光粉
使用藍色LED 激發綠色、紅色螢光粉，這個設計可產生高演色性的白光，
且具有容易封裝、高堅固性的優點，但螢光粉的選擇、螢光粉的激發效率及螢光 粉的壽命都是這個設計所面臨的最大挑戰，往後研究出相應的方法。
4.UV(ultraviolet，紫外光) LED激發RGB螢光粉
使用UV LED來激發RGB螢光粉，具有高演色性、高堅固性及封裝容易的優 點，但LED塑膠封裝材質易受到未被螢光粉完全吸收的UV光線破壞，需要再經 過研究克服這個問題。
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1.3 研究動機
早在愛迪生發明白熾燈泡，當時的人們生活型態產生重大改變，是個重要 的發明，隨著日光燈、鹵素燈等等照明設備陸續的出現，影響著現在我們的生活，
讓我們生活過得更便利、完善，照明設備的發明不單單只是用照明，很多時候會 做許多應用，像在很多的街道、建築物、演唱會等等，上面的燈具都是經過精心 設計，到了夜晚走在街道上光彩奪目的夜景，在演唱會表演上燈光與音樂的完美 結合。數十年來，人們不斷地創新，希望能夠發明更實用、更有效率、更美觀的 光源，70 年代發光二極體 LED 出現，經過多年的努力，在技術層面上的問題得 到了重大性的突破，使得 LED 將成為這個世紀的新照明光源。
手機也掀起了重大革命，從以前機械式的按鍵，發展成現在電容式觸控式螢 幕，從黑白螢幕到彩色，且手機的功能越來越多樣、完備，手機搭載照相鏡頭已 經是必備的，照相鏡頭的拍照品質要求越來越高，且在許多惡劣的環境下如何拍 出好得照片，所以在手機上裝上閃光燈是必然的，且必須包括體積小、發光效率 佳、壽命長、操作反應速度快、可靠度高、不易破損等條件非 LED 莫屬，所以 LED 閃光燈設計變得重要，如何在有限的光能之下，達到最佳的照度分布，且為 最有效率的使用是本篇論文主要研究的議題，隨著畫素不同，需要的照度也不同，
如圖(1.3-1)距離 1000 公厘的中心照度與畫素座標圖，往後陸陸續續有許多智慧 型手機產品問世，使得手機照相鏡頭閃光燈設計會變得重要。
圖(1.3-1) 1000 公厘的中心照度與畫素座標圖[6]
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由 Fermat's 原理為出發點，然後證明反射定理與折射定理，Fermat's 原理為法國 數學家 Pierre de Fermat 在 1657 年所提出，此理論被廣泛的應用在不同領域上，