近年來隨著電子資訊產業的快速發展，人們對光源的需求與日俱增，LED產品的開發與應用前景十分誘人，已成為二十一世紀明星的產業，尤其是白光LED應用於顯示器的背光源。由於LCD面板本身無法產生光源，所以必須利用背光的方式將光投射到面板上，讓面板產生亮度，且亮度必須分佈均勻，而獲得畫面的顯示。LED具有體積小與省電的優點，可是攜式電子產品所十分需要的，因為在有限的電池電量下，省電的LED能夠使產品能有更長的運作時間。
本篇論文所做的研究是設計一個白光LED驅動電路，並在電路中增加一個環境光感測器，使得LED背光源會隨著環境照度的不同而有不同的輝度輸出，同時也降低驅動電路的消耗功率。論文中並探討白光LED發光原理與LED種類，當應用於背光模組時之串並聯結構與優缺點分析。
最後針對實體電路部分做量測，包含升壓電路之驅動波形量測、白光LED驅動整體效率量測與均流電路量測，並參考國家CNS照度標準訂定本實驗參考之環境照度，比較不同環境照度下驅動電路的消耗功率，以確認其省電效果。經本文實際電路製作的驗證，在升壓電路中各升壓切換模擬波形與實測波形是相符合的、在均流電路上不平衡可控制在1%以內，且在自動調光模式下平均可省電67%，經以上實驗的結果可証明自動調光系統的可行性，且此原理可廣泛應用於所有自動照明系統。

The growth of illuminant requirement is increasing very fast with the rapid development of electronic information technology. The LED is one of the illuminants, which is one of the main industries in the 21 century, especially applied to backlight of TFT-LCD displays. Because of the liquid crystal can’t generate the luminance by itself, a TFT-LCD display needs the light source such as CCFL, LED, etc. By smaller size and less power consumption, LED becomes the best light source. Therefore, the production of LED becomes the main stream of future industrial development.
The object of this thesis is to design a white-light-LED driving circuit for TFT-LCD backlight system. This circuit utilizes the ambient light sensor to regulate the luminance of LED with referring ambient light automatically, further to decrease the power consumption of LED driver module.
In the final, this thesis analyzes the implement of LED driving circuit and compares power consumption under different ambient light based on luminance standard of CNS. The results show current unbalance is under 1%, and power consumption can be reduced up to 67% at luminance adjusting operation. Therefore, this thesis proves the feasibility of this automatic luminance systems and this theorem can be applied to other automatic luminance system.

目錄
摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文貢獻 4
1.4 論文架構 4
第二章 平面顯示器與LED介紹 5
2.1 平面顯示器介紹 5
2.1.1 場發射顯示器(FED) 5
2.1.2 電漿顯示器(PDP) 6
2.1.3 有機電激發光顯示器(OLED) 6
2.1.4 液晶顯示器(LCD) 7
2.1.5 顯示器比較 9
2.2 背光模組 10
2.2.1 背光模組的架構 10
2.2.2 背光模組的分類 13
2.3 LED特性介紹 15
2.3.1 LED簡介 15
2.3.2 發光原理 15
2.3.3 LED的分類 16
2.3.4 LED與其他光源的特性比較 17
2.3.5 各種白光LED製作方式的比較 19
2.3.6 LED背光源之優勢 22
2.3.7 LED背光源市場需求概況 23
第三章 環境光感測器與照度標準 25
3.1 光感測器 25
3.2 光電效應 25
3.3 感光二極體 25
3.4 感光二極體種類 27
3.5 照明相關定義 30
3.6 合理照明的重要性 32
3.7 辦公室照度標準 32
第四章 白光LED驅動原理 33
4.1 發光二極體驅動特性 33
4.2 發光二極體串並聯驅動分析 34
4.2.1 並聯式驅動 34
4.2.2 串聯式驅動 37
4.2.3 串並聯式驅動 38
第五章 實體設計架構 40
5.1 環境光感測器 42
5.1.1 LX-1972操作說明 42
5.1.2 LX-1972主要特點 42
5.2 白光LED驅動器 44
5.2.1 G5958操作說明 44
5.2.2 G5958主要特點 45
5.3 PCB佈局設計說明 45
5.4 昇壓轉換器相關參數計算 47
5.4.1 昇壓轉換器基本電路 47
5.4.2 基本切換式轉換器 47
5.4.3 昇壓轉換器分析 48
5.4.4 設計參數計算 55
5.4.5 使用元件選擇 56
第六章 模擬與實驗數據 58
6.1 昇壓電路模擬 58
6.1.1 開機初始波形模擬 60
6.1.2 切換波形模擬 61
6.1.3 輸出電壓漣波模擬 61
6.1.4 責任週期與輸出電壓波形模擬 62
6.2 昇壓電路波形量測 63
6.2.1 開機初始波形量測 63
6.2.2 開機穩態波形量測 64
6.2.3 切換波形量測 65
6.2.4 輸出電壓漣波量測 65
6.2.5 責任週期與輸出電壓波形量測 66
6.3 輸出效率量測 67
6.4 LED電流特性量測 69
6.4.1 LED電流變化量測 69
6.4.2 LED均流特性量測 71
6.5 自動調光模式下之數據量測 72
6.5.1 環境照度與ALS電壓 74
6.5.2 環境照度與背光輝度 74
6.5.3 環境照度與背光電路功耗 75
6.5.4 各種環境照度下之功耗比較 75
6.6 實作電路照片 76
6.7 分析與討論 78
第七章 結論與未來展望 82
7.1 結論 82
7.2 未來展望 83
參考文獻 84
圖目錄
圖2-1 LCD內部構造 9
圖2-2 背光模組構造圖 10
圖2-3 側光式(EDGE LIGHTING)結構圖 14
圖2-4 直下式(BOTTOM LIGHING)結構圖 14
圖2-5 LED發光原理 16
圖2-6 白光LED之製作方式 20
圖2-7 白光LED圖 21
圖2-8 LED背光市場需求概況 24
圖 3-1 感光二極體動作原理 26
圖3-2 感光二極體電流-電壓轉換電路 27
圖3-3 感光二極體依材料構造分類 29
圖4-1 白光LED I-V曲線 34
圖4-2 獨立調節流過每個白光LED的電路 34
圖4-3 穩壓輸出電源驅動電路 35
圖4-4 具亮度調節之穩壓輸出電源驅動電路 36
圖4-5 穩流輸出轉換器 37
圖4-6 改善後之穩流輸出轉換器 37
圖4-7 白光 LED 串聯式驅動 38
圖4-8 白光 LED 串並聯驅動 39
圖5-1 電路方塊圖 41
圖5-2 整體電路圖 41
圖5-3 環境光感測器LX-1972 43
圖5-4 感測度與波長關係圖 43
圖5-5 G5958內部方塊圖 44
圖5-6 PCB佈局設計 46
圖5-7 基本切換式轉換器操作圖 47
圖5-8 昇壓式轉換器操作圖 49
圖5-9 昇壓式轉換器波形 51
圖5-10 實驗昇壓轉換器架構圖 55
圖6-1 昇壓電路模擬圖 59
圖6-2 (A)昇壓電路開機初始波形模擬 60
圖6-2 (B)昇壓電路開機穩態波形模擬 60
圖6-3 昇壓電路切換波形模擬 61
圖6-4 昇壓電路輸出電壓漣波模擬 61
圖6-5 責任週期與輸出電壓波形模擬 62
圖6-6 LED昇壓電路圖 63
圖6-7 昇壓電路開機初始波形圖 64
圖6-8 昇壓電路開機穩態波形圖 64
圖6-9 昇壓電路切換波形圖 65
圖6-10 昇壓電路輸出漣波圖 65
圖6-11 責任週期與輸出電壓波形 66
圖6-12 驅動電路輸出轉換效率圖 67
圖6-13 調變電壓與六串並聯電流 69
圖6-14 調變電壓與單串(九個串聯)電流 70
圖6-15 電流均一性 71
圖6-16 環境照度與ALS電壓關係圖 74
圖6-17 環境照度與背光輝度關係圖 74
圖6-18 環境照度與背光功耗關係圖 75
圖6-19 各種環境照度下之功耗比較圖 75
圖6-20 自動調光 LED背光電路驅動電路主體圖 76
圖6-21 自動調光電路與LED燈條圖 77
圖6-22 自動調光電路與LED背光 77
圖6-23 自動調光電路與14.1吋LCD模組 77
圖6-24 軟啟動波形圖 79
圖6-25 軟啟動電路圖 79
圖6-26 軟啟動實測波形 80
圖6-27 均流電路圖 81
圖7-1 自動調光搭配數控制電路 83



表目錄
表1-1 線性式與切換式電源供應器之性能比較 3
表2-1 各顯示器性能比較表 9
表2-2 各種背光源的比較 11
表2-3 LED的種類與應用 17
表2-4 白光 LED與其他光源之特性比較 18
表2-5 LED與其他光源之優缺點 18
表2-6 LED之優缺點 19
表2-7 各種白光 LED 製作方式之比較 20
表2-8 白光LED裸晶片之電氣特性 21
表2-9 白光LED之電氣特性 22
表2-10 各國對於綠色能源的措施 23
表3-1 感光二極體的依使用目的與性能分類 29
表3-2 CNS國家辦公室照度標準 32
表4-1 LED 串聯式驅動與並聯式驅動比較 39
表5-1 系統規格表 40
表6-1 責任週期與輸出電壓關係表 59
表6-2 (A)驅動電路輸出效率特性表(輸入電壓8V) 67
表6-2 (B)驅動電路輸出效率特性表(輸入電壓12V) 68
表6-2 (C)驅動電路輸出效率特性表(輸入電壓18V) 68
表6-3 調變電壓與串電流輸出特性表 70
表6-4 (A) LED串間電流差異值(8V) 71
表6-4 (B) LED串間電流差異值(12V) 72
表6-4 (C) LED串間電流差異值(18V) 72
表6-5 環境照度/ALS電壓/功耗/背光輝度特性表 73
表6-6 辦公室照度標準實驗值 76

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