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崑山科技大學電子工程四技部

專題研究報告

LED 背光板白光自動調教裝置之研究

學生：黃金泉、魏志穎指導教授：林俊良老師

中華民國九十六年六月

- 2 -

目錄摘要 ………………………………………………………… 3 專題製作報告授權同意書 ………………………………… 4

第一章導論

1.1 專題動機 ………………………………………. 5 1.2 研究目的 ………………………………………. 6 1.3 研究架構 ………………………………………. 7 1.4 研究範圍 ………………………………………. 7 1.5 研究限制 ………………………………………. 7

第二章元件介紹及測試

2.1 RGB 感光 SENSOR .…………………………… 8 2.2 LCD 結構示意圖 ……………………………… 10 2.3 色圖（ＣＩＥ）..........…………………………. 11 2.4 RGB Mixing .…………………………………… 12 2.5 產品比較 ………………………………………. 13 2.6 白光 LED 生產技術 ...………………………… 14

第三章實測

3.1 背景說明 ………………………………………. 15 3.2 環境參數與條件 ………………………………. 17 3.3 數據紀錄 ………………………………………. 18 3.4 曲線圖 …………………………………………. 20

第四章討論及分析

4.1 討論分析 ……………………………………… 28 4.2 結論 …………………………………………… 30

- 3 -

摘要原本用在 LCD 當背光板的燈光源都是 CCFL（冷陰極

管），因為耗電及破壞環境，引此改為省電、高亮度的

白光 LED 取代。

但因為白光 LED 由 RGB（紅綠藍）三色依一定比例

來調配，為避免造成白光比例、色溫及色差跑掉，因

此做一個自動調整比例裝置。

- 4 -

專題製作報告授權同意書

本授權書所授權之報告為本組在崑山科技大學＿＿＿＿＿＿系＿＿

＿＿＿＿組＿＿學年度第＿＿學期修習專題製作課程之報告。

報告名稱：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

＿＿＿＿

本組就具有著作財產權之報告全文資料，同意提供本校圖書館典藏，

並同意圖書館因典藏之目的就該資料進行必要之數位化重製，且依圖

書館法、著作權法規定，提供讀者利用。

上述授權內容均無須訂立讓與及授權契約書。依本授權之發行權為非

專屬性發行權利。依本授權所為之收錄、重製、發行及學術研發利用

均為無償。

指導老師姓名：

學生簽名：學號：

（親筆正楷）（務必填寫）

日期：民國年月日

- 5 -

第一章導論

1.1 專題動機

現在 LCD 液晶螢幕已經成為市場主流，但是 LCD 液晶螢幕的主

要背光還是使用 CCFL（冷陰極管）來當背光源。 CCFL（冷陰極

管）本身的材質及製程很不環保，且耗電。

現在的 LED 技術已經很純熟，因此廠商已經開始開發把 LED 當

成 LCD 的主要背光源來取代原本的 CCFL，不但省電，省錢，電源

的電子電路體積小且又環保。

由於使用 LED，也是使用 RGB 去混白光，而不是直接用白光 LED

（即藍光加黃色螢光粉），主要是因為參螢光粉的白光 LED 的”白

色”，必須靠螢光粉控制，太少的話會偏藍（色溫偏高），太多的話

則會偏黄（色溫偏低），因此沒辦法控制白光的程度，於是就用 RGB

三個 CHIP 去做混光，這三原色光的相對亮度比例為 1.0000：4.5907：

0.0601 時就能匹配出等能白光。

R

B G

黃

W 紫

青

- 6 -

1.2 研究目的

但由於 LED 用久後，可能會有部份色衰，這樣白光的比例就會跑

掉，因此就用此 RGB color sensor 來測量白光中的 RGB 成份是多少，

再利用微電腦將色衰的部份自動補正，已達到所需要的白光。

- 7 -

1.3 研究架構

1.4 研究範圍

A. Sensor 的選用

B. Sensor 轉換電路製作與測試

C. 微電腦程式撰寫

D. 回授電路系統建立

1.5 研究限制

a. 感測器取得容易

b. 感測器價格便宜

c. 成本低

d. 精密度高

e. 故障率低

LED 背光板 Sensor Sensor 轉換電路

微電腦處理器 (MCU) Feedback 完成調光

- 8 -

第二章元件介紹及測試

2.1 RGB 感光 SENSOR

S9032-02 是日本一家名為 Hamamatsu 公司出的 Si Photodiode. 是一顆 RGB color sensor. 其運作原理類似光敏電阻,在其上面各放一濾光片,可獨立讓紅光,藍光及綠光通過,再因為這三色的波長不同,紅光590 ~ 720 nm,藍光 400 ~ 540 nm, 綠光480 ~ 600 nm,因此產生的電流大小也不同,來判別之.

以下是此顆 RGB color sensor 的資料 Specifications

Package Plastic

Package Feature Surface mount type

Active Area dia.2 mm

Number of Elements 3

Spectral Response Range 400 to540 (B), 480 to600 (G), 590 to720 (R) nm

Dark Current Max. 0.1 nA

Terminal Capacitance 40 pF

Rise Time 0.2 us

Note 3-segment (RGB) circular

Measurement Condition Typ. Ta=25 deg. C, unless otherwise noted

- 10 -

偏光板

Color Filter

Liquid crystal TFT Array

偏光板

偏光板

Color Filter

Liquid crystal TFT Array

偏光板

2.2 LCD 結構示意圖

側光式 LCD 結構示意圖

直下式 LCD 示意圖

- 11 -

2.3 色圖（ＣＩＥ）

- 12 -

2.4 RGB Mixing

RGB SMD R、G、B SMD

5x5

RGB mixing

ψ︰3、5、8、10 mm

↑ 直直下下式式背光源、顯示幕

側側光光式式背光源 →↑ Flat display (NxN)

R、G、B LED lamp

- 13 -

2.5 產品比較

CCFL LED

光源線點

壽命 15,000 ~ 25,000 hrs 100,000 hrs

驅動電壓高電壓交流電 DC ~ 3.6 V

低耗電量

(0.04~1.5w)

啟動 Warm-up time 快速啟動

發光效率 80 lm/w ~ 30 lm/w

比較條件 2 CCFL x 2 40 LEDs x 2

亮度 400 cd/m2 450 cd/m2 以上

直下式: 4.5 ~ 5.5 mm厚度

(體積)

3 ~ 5 mm

側光式: 1 ~ 3 mm

色溫 (白色) 6500 K 5000 ~ 10000 K

演色性紅色演色性偏低 -

- 14 -

2.6 白光 LED 生產技術

• 白光 LED 生產技術︰ 1. 使用單晶︰

＊ Blue light + YAG (Nichia) 430~480

＊ UV light + RGB Phosphor 40~400

2. 使用多晶︰

＊ R、G、B LEDs

＊ B 、YG

3. 磊晶︰ZnSe、RGB三層式磊晶方式…

- 15 -

第三章實測

3.1 背景說明

因應自動調光系統應用，需了解光源強度與系統使用之 sensor 光

感應電流值相對關係，針對此關係數據之擷取設計並製作簡易治

具。

- 16 -

治具外型 →

治具細部 →

1. sensor 與光源

之距離設計為

三段可調整

2. D 值為 sensor

至 light-source

距離 (單位：

mm)

SENSOR (S9032-02) Light-source (RGB)

- 17 -

3.2 環境參數與條件

使用 sensor－light-source 置具上面板尚未貼黑色膠帶；12/27 驗證有無貼上黑膠帶並無影響

sensor 感光度黑色膠帶作用：吸光、避免二次折射

室內燈光＜500 lux，確定不影響實驗進行與數據擷取環境溫度 21oC Power Supply：13.1V╱1A 微電流表：FLUKE 187 true rms multimeter，μA (ac+dc) channel，400mA

fused 通用型定電流電路匹配 R 使用 47kΩ If 值為四顆並聯之 LED 晶粒流經總電流 (單位：mA)，Ib 為暗電流 D 值為 sensor 至 light-source 距離 (單位：mm) 填入之值為 SENSOR(相對)感應電流 (單位：μA)

- 18 -

3.3 數據紀錄

R 量測值 ※ Remind：sensor 之出線端請接－紅色

D\If

0(I

b) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 not

e30 0.0

7 0.21

0.39

0.60

0.77

0.99

1.17

1.39

1.56

1.79

1.98

2.18

2.36

2.57

2.74

2.94

3.12

35 0.07

0.19

0.33

0.51

0.66

0.85

1.00

1.17

1.34

1.50

1.67

1.84

1.99

2.18

2.33

2.49

2.64

40 0.07

0.17

0.30

0.43

0.58

0.72

0.86

1.01

1.16

1.32

1.45

1.60

1.74

1.88

2.03

2.16

2.29

μ

A

G 量測值

※ Remind：sensor 之出線端請接－綠色

D\If

0(I

b) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 not

e30 0.0

7 0.32

0.54

0.75

0.92

1.11

1.25

1.40

1.54

1.69

1.81

1.93

2.04

2.17

2.27

2.39

2.48

35 0.07

0.29

0.46

0.64

0.80

0.95

1.08

1.21

1.33

1.46

1.56

1.66

1.77

1.87

1.97

2.05

2.15

40 0.08

0.26

0.40

0.56

0.69

0.82

0.94

1.06

1.16

1.27

1.36

1.46

1.55

1.64

1.72

1.80

1.88

μ

A

B 量測值

※ Remind：sensor 之出線端請接－藍色

D\If

0(I

b) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 not

e30 0.0

7 0.36

0.72

1.11

1.44

1.77

2.10

2.39

2.69

3.01

3.29

3.55

3.82

4.11

4.36

4.63

4.85

35 0.07

0.30

0.59

0.91

1.19

1.49

1.76

2.02

2.26

2.54

2.78

3.01

3.25

3.49

3.70

3.94

4.13

40 0.08

0.25

0.53

0.80

1.05

1.32

1.54

1.77

1.99

2.24

2.44

2.65

2.84

3.05

3.24

3.43

3.60

μ

A

- 19 -

R＋G＋B 計算值 ※ Remind：將－紅藍綠－量測值相加

D\If

0(I

b) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 not

e30 － 0.8

6 1.65

2.46

3.13

3.87

4.52

5.18

5.79

6.49

7.08

7.66

8.22

8.85

9.37

9.96

10.45

35 － 0.78

1.38

2.06

2.65

3.29

3.84

4.40

4.93

5.50

6.01

6.51

7.01

7.54

8.00

8.48

8.92

40 － 0.68

1.23

1.79

2.32

2.86

3.34

3.84

4.31

4.83

5.25

5.71

6.13

6.57

6.99

7.39

8.47

μ

A

R G B 量測值

※ Remind：sensor 之出線端請接－紅藍綠共接

D\If

0(I

b) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 not

e30 0.0

7 0.72

1.46

2.21

2.95

3.74

4.42

5.09

5.77

6.49

7.05

7.64

8.25

8.86

9.43

9.97

10.5

35 0.07

0.66

1.32

1.98

2.59

3.24

3.83

4.41

4.96

5.57

6.06

6.59

7.09

7.62

8.09

8.56

9.00

40 0.07

0.58

1.13

1.74

2.27

2.86

3.36

3.85

4.33

4.87

5.32

5.79

6.22

6.66

7.09

7.53

7.90

μ

A

- 20 -

3.4 曲線圖

針對三顏色獨立光源在不同量測距離下之相對感應電流

量測之關係參數：If－Is－DR

量測光源：紅光光源-sensor 距離：D (30，35，40)

相對感應電流：Is (填入值為量測值)

If \ R30 R35 R400 0.07 0.07 0.075 0.21 0.19 0.1710 0.39 0.33 0.315 0.6 0.51 0.4320 0.77 0.66 0.5825 0.99 0.85 0.7230 1.17 1 0.8635 1.39 1.17 1.0140 1.56 1.34 1.1645 1.79 1.5 1.3250 1.98 1.67 1.4555 2.18 1.84 1.660 2.36 1.99 1.7465 2.57 2.18 1.8870 2.74 2.33 2.0375 2.94 2.49 2.1680 3.12 2.64 2.29

- 21 -

量測之關係參數：If－Is－DG

量測光源：綠光光源-sensor 距離：D (30，35，40)


If \ G30 G35 G400 0.07 0.07 0.075 0.32 0.29 0.2610 0.54 0.46 0.415 0.75 0.64 0.5620 0.92 0.8 0.6925 1.11 0.95 0.8230 1.25 1.08 0.9435 1.4 1.21 1.0640 1.54 1.33 1.1645 1.69 1.46 1.2750 1.81 1.56 1.3655 1.93 1.66 1.4660 2.04 1.77 1.5565 2.17 1.87 1.6470 2.27 1.97 1.7275 2.39 2.05 1.880 2.48 2.15 1.88

- 22 -

量測之關係參數：If－Is－DB

量測光源：藍光光源-sensor 距離：D (30，35，40)


If \ B30 B35 B400 0.07 0.07 0.085 0.36 0.3 0.2510 0.72 0.59 0.5315 1.11 0.91 0.820 1.44 1.19 1.0525 1.77 1.49 1.3230 2.1 1.76 1.5435 2.39 2.02 1.7740 2.69 2.26 1.9945 3.01 2.54 2.2450 3.29 2.78 2.4455 3.55 3.01 2.6560 3.82 3.25 2.8465 4.11 3.49 3.0570 4.36 3.7 3.2475 4.63 3.94 3.4380 4.85 4.13 3.6

- 23 -

針對三顏色獨立光源在相同量測距離下之相對感應電流

量測之關係參數：If－Is－D30RGB

量測光源：RGB 光源-sensor 距離：D (40) 相對感應電流：Is (填入值為量測值)

If \ R-Is G-Is B-Is 0 0.07 0.07 0.075 0.21 0.32 0.3610 0.39 0.54 0.7215 0.6 0.75 1.1120 0.77 0.92 1.4425 0.99 1.11 1.7730 1.17 1.25 2.135 1.39 1.4 2.3940 1.56 1.54 2.6945 1.79 1.69 3.0150 1.98 1.81 3.2955 2.18 1.93 3.5560 2.36 2.04 3.8265 2.57 2.17 4.1170 2.74 2.27 4.3675 2.94 2.39 4.6380 3.12 2.48 4.85

- 24 -



If \ R-Is G-Is B-Is 0 0.07 0.07 0.075 0.19 0.29 0.310 0.33 0.46 0.5915 0.51 0.64 0.9120 0.66 0.8 1.1925 0.85 0.95 1.4930 1 1.08 1.7635 1.17 2.21 2.0240 1.34 1.33 2.2645 1.5 1.46 2.5450 1.67 1.56 2.7855 1.84 1.66 3.0160 1.99 1.77 3.2565 2.18 1.87 3.4970 2.33 1.97 3.775 2.49 2.05 3.9480 2.64 2.15 4.13

- 25 -



If \ R-Is G-Is B-Is 0 0.07 0.07 0.085 0.17 0.26 0.2510 0.3 0.4 0.5315 0.43 0.56 0.820 0.58 0.69 1.0525 0.72 0.82 1.3230 0.86 0.94 1.5435 1.01 1.06 1.7740 1.16 1.16 1.9945 1.32 1.27 2.2450 1.45 1.36 2.4455 1.6 1.46 2.6560 1.74 1.55 2.8465 1.88 1.64 3.0570 2.03 1.72 3.2475 2.16 1.8 3.4380 2.29 1.88 3.6

- 26 -

針對三顏色混合光源在不同量測距離下之相對感應電流 (實際量測值)

量測之關係參數：If－Is－DRGB

量測光源：RGB 光源-sensor 距離：D (30，35，40)


If \ RGB-D

30RGB-D

35 RGB-D

400 0.07 0.07 0.075 0.72 0.66 0.5810 1.46 1.32 1.1315 2.21 1.98 1.7420 2.95 2.59 2.2725 3.74 3.24 2.8630 4.42 3.83 3.3635 5.09 4.41 3.8540 5.77 4.91 4.3345 6.49 5.57 4.8750 7.05 6.06 5.3255 7.64 6.59 5.7960 8.25 7.09 6.2265 8.86 7.62 6.6670 9.43 8.09 7.0975 9.97 8.56 7.5380 10.5 9 7.9

- 27 -

針對三顏色混合光源在不同量測距離下之相對感應電流

(理論運算值)

量測之關係參數：If－Is－DRGB 量測光源：RGB 光源-sensor 距離：D (30，35，

40) 相對感應電流：Is (填入值為計

算值)

If \ RGB-D

30RGB-D

35 RGB-D

400 0.07 0.07 0.075 0.86 0.78 0.6810 1.65 1.38 1.3215 2.46 2.06 1.7920 3.13 2.65 2.3225 3.87 3.29 2.8630 4.52 3.84 3.3435 5.18 4.4 3.8440 5.79 4.93 4.3145 6.49 5.5 4.8450 7.08 6.01 5.5255 7.66 6.51 5.7160 8.22 7.01 6.1365 8.85 7.54 6.5770 9.37 8 6.9975 9.96 8.48 7.3980 10.5 8.92 8.47

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第四章討論及分析

4.1 討論分析

預設光電流與光感應電流為相對應值，成現正比關係；與市面光電晶體、光

二極體為相同特性，經過實驗驗證 S9032-02，與之前所做光電晶體測試報告數據呈現相同光特性。但此一言論是在光源為單一顏色投射前提下建立，當光源為

多顏色混光(R、G、B)時，又由於光電流的擷取是以微安培為單位，需要再以多層放大器做小信號的放大；因此，D 的選取在較少量放大器使用前提下，30mm為最佳，實驗與理論數據也最相符。 4.2 結論

1. S9032-02 於光源光強度-感應光電流的反應上，比光電晶體敏感，取得之數據更精準

2. 屆時自行建立 sensor 模組，光源與感測器之間的間距以 30mm 左右為最佳選擇

3. If 與 Is 相對應值 (參考值) 已擷取，待系統其他區塊的的完成 4. 因缺少 MCU 部分，因此此專題進行到此，先暫時告一段落。

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