專題製作報告

導光板L

ED

檯燈

(

修機九十九

年

十二

月

）

修帄技術學院二年制機械工程系

實物專題報告

導光板 LED檯燈

指導教授：張振龍 班 級：進修部機二甲 組 長：李彥樺 PA98008 組 員：張朝欽 PA98007 莊政達 PA98006 黃威銓 PA98014 何宗泰 PA98001 張耀輝 PA98022 呂捷瑋 PA98012

中 華 民 國 九 十 九 年 十二 月 二十六 日

修帄技術學院二年制機械工程系

實物專題報告

導光板 LED檯燈

指導教授：張振龍 班 級：進修部機二甲 組 長：李彥樺 PA98008 組 員：張朝欽 PA98007 莊政達 PA98006 黃威銓 PA98014 何宗泰 PA98001 張耀輝 PA98022 呂捷瑋 PA98012

中 華 民 國 九 十 九 年 十二 月 二十六 日

修 帄 技 術 學 院 機械 工 程 系

九十九年度實務專題報告

導光板 LED 檯燈

本報告業經口試委員審查及口試合格特此證明

指 導 教 授: 張振龍

系 主 任 :

中 華 民 國 九 十 九 年 十 二 月 二 十 六 日

學號 姓名

PA98008 李彥樺

PA98007 張朝欽

PA98006 莊政達

PA98014 黃威銓

PA98001 何宗泰

PA98022 張耀輝

PA98012 呂捷瑋

摘要

以半導體發光二極體（LED）為光源的檯燈，其光源具有低

壓直流驅動、無頻閃、極低功耗、光線集中、環保、使用壽命長、

易於控制等諸多優點，LED 是綠色照明理想的光源，與傳統的照

明工具相比，LED 照明工具，特別是 GaN 基白光 LED 照明，在功

耗及壽命方面均有不可比擬的優越性。傳統白熾燈採用熱發光技

術，浪費了９０％的能源，而發光二極體的效能轉換率卻非常

高。由於半導體照明具有節能、長壽命、免維護、環保等優點，

業內普遍認為，如同電晶體替代電子管一樣，半導體燈替代傳統

的白熾燈和螢光燈也是大勢所趨；半導體 LED越來越被認同是綠

色照明的理想光源，LED環保節能檯燈吸引點眾多市場對於檯燈

的要求可以從兩個方面劃分，一是追求個性化，由於書桌在居住

環境中的地位越來越重要，因此，書桌上的重要擺放也成為主人

Ⅰ

個性及愛好的體現，二是多功能性及保健性，無頻閃，LED 環保

節能檯燈將充分體現上述兩大賣點，符合節能省電的理念，我們

知道電力供應緊張勢必造成電價的提高及節能電器產品的熱銷

LED 環保節能檯燈最重要的一個特點，促成熱銷的一項便是其低

耗省電性能。

Ⅱ

目錄

第一章 前言 ........................................ 1

1-1 研究之動機 .................................. 2

1-2 研究之目的 .................................. 3

1-3 研究之方法 .................................. 4

第二章 工作原理 .................................... 5

2-1 LED ......................................... 5

2-2 導光板 ...................................... 5

2-3 反射片 ...................................... 5

2-4 擴散版 ...................................... 5

2-5 增光膜 ...................................... 6

第三章 實驗設備材料 ................................ 7

3-1 實驗製作零件材料 ............................ 7

3-2 實驗組裝工具設備 ........................... 17

Ⅲ

第四章 實驗過程 ................................... 21

4-1 定義量測範圍 ............................... 21

4-2 測試導光板 LED檯燈 ......................... 22

4-3 測試單顆 LED檯燈 ........................... 27

4-4 測試一般燈管檯燈 .......................... 32

4-5 測試整排 36 顆 LED，光源移動到導光板正中央 ... 37

4-6 測試單 1顆 LED，導光板量測結果 .............. 40

第五章 結果與討論 ................................. 43

第六章 結論 ....................................... 45

第七章 參考資料 ................................... 48

Ⅳ

圖目錄

圖一 IC電路版 ...................................... 8

圖二 電子零件+電路板 ............................... 8

圖三 檯燈架 ........................................ 9

圖四 鋁框 ......................................... 10

圖五 黑色塑膠框 ................................... 10

圖六 LED+FPC ...................................... 11

圖七 PC材質導光板 ................................. 11

圖八 白色反射片 ................................... 12

圖九 霧面擴散片 ................................... 12

圖十 3M增光膜 ..................................... 13

圖十一 電源快拆接頭 ............................... 13

圖十二 保利龍膠 ................................... 14

Ⅴ

圖十三 110V電線 ................................... 15

圖十四 焊錫 ....................................... 15

圖十五 模組正視圖 ................................. 16

圖十六 模組接合圖 ................................. 16

圖十七 光源照度計 ................................. 17

圖十八 消耗功率電表 ............................... 18

圖十九 三用電錶 ................................... 19

圖二十 工具 ....................................... 20

圖二十一 白板上畫量測區域 ......................... 21

圖二十二 導光板 LED檯燈(侧視圖) ................... 22

圖二十三 導光板 LED檯燈(斜視圖) ................... 23

圖二十四 導光板 LED檯燈(正視圖) .................. 24

圖二十五 導光板 LED檯燈(照度分佈) ................. 25

圖二十六 導光板 LED檯燈(消耗功率 15w) .............. 26

Ⅵ

圖二十七 單顆 LED 檯燈(侧視圖) ..................... 27

圖二十八 單顆 LED 檯燈(斜視圖) ..................... 28

圖二十九 單顆 LED 檯燈(正視圖) ..................... 29

圖三十 單顆 LED檯燈(照度分佈) ..................... 30

圖三十一 單顆 LED 檯燈(消耗功率 10w) ................ 31

圖三十二 一般燈管檯燈(侧視圖) ..................... 32

圖三十三 一般燈管檯燈(斜視圖) ..................... 33

圖三十四 一般燈管檯燈(正視圖) ..................... 34

圖三十五 一般燈管檯燈(照度分佈) ................... 35

圖三十六 一般燈管檯燈(消耗功率 7w) ................. 36

圖三十七 原本 LED 放置在側邊入光 ................... 37

圖三十八 改變 LED 放置在正上方光源朝下入光 ......... 37

圖三十九 36顆 LED 位置移動到導光板正上方點亮 ....... 38

圖四十 導光板 LED檯燈(消耗功率 15w) ............. 38

Ⅶ

圖四十一 36顆 LED 置中導光板(照度分佈) ............ 39

圖四十二 原本導光板 LED 模組 ....................... 39

圖四十三 取出 LED 並將導光板模組側邊增加開口 ....... 40

圖四十四 將單 1顆 LED檯燈側躺並固定 ............... 40

圖四十五 將導光板模組開口靠近光源進行量測 ........ 41

圖四十六 1 顆 LED 位置移動到導光板側邊入光(照度分佈) 42

Ⅷ

第一章 前言

檯燈一般用在閱讀、書寫、設計、批閱等辦公或學習照明使

用場所。對於做桌面工作的人來說，保證工作區的良好的視覺環

境，對提高學習和辦公的品質，提高工作效率，保護身體健康有

很大的好處。

傳統檯燈的光源主要有白熾燈和螢光燈管兩種，白熾檯燈一

般用 40w～60w，可以保證工作面上有足夠的照度，而螢光檯燈多

用不透明而且能反光的金屬罩，表面噴漆，放射光線能增加工作

的照度，金屬罩應有一定的遮光角度，這樣既使工作面上的照度

比較均勻，又能使燈管發出的光線不致直接刺激眼睛。

但是，白熾燈的缺點是發熱量大、耗電、發光效率較低、使

用壽命短，而螢光燈管的缺點是顯色性較差（光譜是斷續的）特

別是它的頻閃效應，容易使人眼產生錯覺，需要在設計上採取措

施消除頻閃效應，另外燈管記憶體在著有毒的汞蒸汽，不環保。

1

1-1 研究之動機

台灣光電產業發展目前建構的最完整項目也應推 LED，從上游

的磊晶片，中游晶粒至下游封裝，國內均有業者投入，其中國聯

更是全球第三家開始量產高亮度 LED，台灣目前已成為全球可見

光 LED下游封裝產品最大供應中心，高亮度 LED也已進入世界排

名，全球競爭力大幅提升。

2003 年全球 LED 主要供應國，日本占 51.5%，台灣 21%、美

國 13.5%、歐洲 10%，其他國家占 4%，雖然美國所占比率不高，

但所製造的 LED屬高亮度、高單價的高階產品，所占產值卻很高，

而台灣所製產品中低價居多，若產品層級往上拉升，仍有很大發

展空間，以今年國內廠商的發展趨勢來看，有望占全球的 30%，

台灣 LED 中下游的晶粒切割、封裝和應用產業結構完整，上游磊

晶片的研發、生產也在快速成長中，將具有成為全球第一大 LED

生產國的實力。

2

1-2 研究之目的

LED 產業是近年來被認為最有潛力的產業之一，主要原因是

大家期待 LED能夠進入照明市場，成為新照明光源，這會是最有

希望的潛在市場，LED 體積小、效率高、反應時間快、產品壽命

較其他光源長、不含對環境有害的汞，這些都是優點，希望將 LED

運用在台燈照明上，將原本點光源，透過導光板將光源均勻的照

射出來，提供良好的照明，取代目前傳統燈管光源的不均勻與不

環保問題。

3

1-3 研究之方法

一.利用背光模組光學架構原理。

二.參考有關 LED檯燈網頁訊息。

三.到光學模組廠商取得相關材料。

四.實驗量測。

五.分析討論。

4

第二章 工作原理

2-1 LED

LED 環保節能檯燈作為局部照明如讀書寫字之用，要求的照

度和照度均勻度比較高，需要把許多發光二極體串聯或者串、並

聯結合使用，這就涉及到光源的分佈問題。

根據 LED的發光強度、發光角度以及體積小等的特性，可以

把多顆 LED按照一定陣列整合在一塊適當的電路板上，再安裝在

相應的造型結構裏，從表面上看整個帄面就形成一個發光面，故

把這樣的一個裝有 LED的帄板式的結構稱之為 LED 發光板。

2-2 導光板

應用於側光型背光模組，是影響光效率的重要元件，用射出

成型的方法將 PMMA 製成表面光滑的板塊，然後用具高反射率且

不吸光的材料，在導光板底面用網版印刷印上圓形或方形的擴散

點，導光板主要功能在於導引光線方向，以提高面板光輝度及控

制亮度均勻。

5

2-3 反射片

一般側光式背光模組的反射板放置於導光板底部，將自底面

漏出的光反射回導光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率。

2-4 擴散版

擴散板之功能為提供一個均勻的面光源，一般傳統的擴散膜

主要是在擴散膜基材中，加入一顆顆的化學顆粒，作為散射粒

子，而現有之擴散板其微粒子分散在樹脂層之間，所以光線在經

過擴散層時會不斷的在兩個折射率相異的介質中穿過，在此同時

光線就會發生許多折射、反射與散射的現象，便造成了光學擴散

的效果。

2-5 增光膜

光自擴散板射出後其光的指向性較差，因此必頇利用稜鏡片

來修正光的方向，其原理藉由光的折射與反射來達到凝聚光線，

提高正面輝度的目的，以增加光線自擴散板射出後的使用效益，

使能整體的背光模組的輝度提高。

6

第三章 實驗設備材料

3-1 實驗製作零件材料

1. IC 電路板

2. 電子零件+電路板

3.檯燈架

4.鋁框

3. 黑色塑膠框

4. LED+FPC

5. PC 材質導光板

6. 白色反射片

7. 霧面擴散版

8. 3M 增光膜

10.電源快拆接頭

11.寶利龍膠

12.110V電線

13.焊錫

7

圖一 IC電路版

圖二 電子零件+電路板

8

圖三 檯燈架

9

圖四 鋁框

圖五 黑色塑膠框

10

圖六 LED+FPC

圖七 PC材質導光板

11

圖八 白色反射片

圖九 霧面擴散片

12

圖十 3M增光膜

圖十一 電源快拆接頭

13

圖十二 保利龍膠

14

圖十三 110V電線

圖十四 焊錫

15

圖十五 模組正視圖

圖十六 模組接合圖

16

3-2 實驗組裝工具設備

1. 光源照度計

2. 消耗功率電表

3. 三用電錶

4. 電烙鐵

5. 尖嘴鉗

6. 打火機

7. 剪刀

8. 斜口鉗

9. 十字起子

10.夾子

11.吸錫器

12.膠帶

13.小刀

14.白板

17

圖十七 光源照度計

圖十八 消耗功率電表

18

圖十九 三用電錶

19

圖二十 工具

20

第四章 實驗過程

4-1 定義量測範圍

以書本翻開後尺寸 400x 520mm，白板上畫出 4 個方塊，方

塊內的數字，為量測光源的位置，共區分為 4 個小方格，用來紀

錄光源投射亮度分佈情形，紀錄照度數據是否均勻。

圖二十一 白板上畫量測區域

21

4-2 測試導光板 LED 檯燈

導光板模組與檯燈組裝完成品，量測光源照射是否均勻。

圖二十二 導光板 LED檯燈(侧視圖)

22

導光板模組與檯燈組裝完成品，發光面仰角往上。

圖二十三 導光板 LED檯燈(斜視圖)

23

導光板模組與檯燈組裝完成品，發光面近拍。

圖二十四 導光板 LED檯燈(正視圖)

24

光源(1) 光源(2)

光源(3) 光源(4)

843 lx / 857 lx= 98.3%

圖二十五 導光板 LED檯燈(照度分佈)

數字越高代表光源越亮，從 4 點位置量測數據可知

道，光源照射的分佈是否帄均，4 個位置的數據越相近，

代表光源分配的很完整，我們可取 4 點光源，將最低數據

除最高得到數據得到百分百比，數據越高，代表光源分佈

均勻，若百分百越低，代表光源照度分佈不佳。

25

透過儀器量測導光板 LED 檯燈消耗功率。

圖二十六 導光板 LED檯燈(消耗功率 15w)

26

4-3 測試單顆 LED 檯燈

購買市面上單 1顆 LED檯燈，量測光源照射是否均勻。

圖二十七 單 1顆 LED檯燈(侧視圖)

27

單 1 顆 LED檯燈，發光面仰角往上。

圖二十八 單 1顆 LED檯燈(斜視圖)

28

單 1顆 LED檯燈，發光面近拍

圖二十九 單 1顆 LED檯燈(正視圖)

29

光源(1) 光源(2)

光源(3) 光源(4)

842 lx / 909 lx= 92.6 %

圖三十 單 1顆 LED檯燈(照度分佈)

數字越高代表光源越亮，從 4 點位置量測數據可知

道，光源照射的分佈是否帄均，4 個位置的數據越相近，

代表光源分配的很完整，我們可取 4 點光源，將最低數據

除最高得到數據得到百分百比，數據越高，代表光源分佈

均勻，若百分百越低，代表光源照度分佈不佳。

30

透過儀器量測單 1 顆 LED檯燈消耗功率。

圖三十一 單 1顆 LED檯燈(消耗功率 10w)

31

4-4 測試一般燈管檯燈

購買市面上一般燈管檯燈，量測光源照射是否均勻

圖三十二 一般燈管檯燈(侧視圖)

32

一般燈管檯燈，發光面仰角往上。

圖三十三 一般燈管檯燈(斜視圖)

33

一般燈管檯燈，發光面近拍

圖三十四 一般燈管檯燈(正視圖)

34

光源(1) 光源(2)

光源(3) 光源(4)

373 lx/ 827 lx= 45.1 %

圖三十五 一般燈管檯燈(照度分佈)

數字越高代表光源越亮，從 4 點位置量測數據可知

道，光源照射的分佈是否帄均，4 個位置的數據越相近，

代表光源分配的很完整，我們可取 4 點光源，將最低數據

除最高得到數據得到百分百比，數據越高，代表光源分佈

均勻，若百分百越低，代表光源照度分佈不佳。

35

透過儀器量測一般燈管檯燈消耗功率。

圖三十六 一般燈管檯燈(消耗功率 7w)

36

4-5 測試整排 36顆 LED，光源移動到導光板正中央。

將 36 顆 LED 位置移動到導光板正上方，量測光源照射是否均勻。

圖三十七 原本 LED 放置在側邊入光

圖三十八 改變 LED 放置在正上方光源朝下入光

37

光源點亮中間明顯看到一條亮線。

圖三十九 36 顆 LED 位置移動到導光板正上方點亮。

透過儀器量測導光板 LED 檯燈消耗功率。

圖四十 導光板 LED 檯燈(消耗功率 15w)

38

光源(1) 光源(2)

光源(3) 光源(4)

348 lx/ 389 lx= 89.4 %

圖四十一 36 顆 LED置中導光板(照度分佈)

數字越高代表光源越亮，從 4 點位置量測數據可知道，光

源照射的分佈是否帄均，4 個位置的數據越相近，代表光源分配

的很完整，我們可取 4點光源，將最低數據除最高得到數據得到

百分百比，數據越高，代表光源分佈均勻，若百分百越低，代表

光源照度分佈不佳。

39

4-6 測試單 1顆 LED，透過導光板量測結果

將 1顆 LED位置移動到導光板側邊入光，量測光源照射是否均勻。

圖四十二 原本導光板 LED模組

圖四十三 取出 LED 並將導光板模組側邊增加開口

40

測試單 1 顆 LED，光源透過導光板照度分不均度結果。

圖四十四 將單 1顆 LED檯燈側躺並固定

圖四十五 將導光板模組開口靠近光源進行量測

41

光源(1) 光源(2)

光源(3) 光源(4)

416 lx / 688 lx= 60.4 %

圖四十六 1 顆 LED 位置移動到導光板側邊入光(照度分佈)

數字越高代表光源越亮，從 4 點位置量測數據可知

道，光源照射的分佈是否帄均，4 個位置的數據越相近，

代表光源分配的很完整，我們可取 4 點光源，將最低數據

除最高得到數據得到百分百比，數據越高，代表光源分佈

均勻，若百分百越低，代表光源照度分佈不佳。

42

第五章 結果與討論

表格:實驗數據討計表

導光板 LED，面光源優點可提供較好光源 98%均勻分佈，燈

源數量與銷耗功率，缺點成本比較高。

單 1 顆 LED，點光源光源均勻分佈稍差 7%，燈源數量與銷耗

功率，優點成本比較低，缺點為點光源容易造成炫光與刺眼。

一般燈管，散光源均度不佳光源均勻 45%，光源無法有效帄

均分配光源。

導光板 LED36 顆移動到正中央，面光源優點可提供較好光源

89%均勻分佈，卻會有明顯的光源亮線，容易造成炫光與刺眼。

單 1 顆 LED透過導光板，面光源優點可提供較好光源 89%均

勻分佈，測試過程光源有漏光現象。

43

透過以上 5種測試可知道，要得到較好的照射均勻，採用面

光源測入式方式，可得到最佳效果，可提供良好的讀書照明。

缺點是導光板測入式 LED高達 36 顆，散熱問題頇增加風散

來補助散熱，是後續需要改善的地方，故由於時間上問題，未能

將散熱進行改進。

44

第六章 結論

LED環保節能檯燈作為局部照明如讀書寫字之用，要求的照

度和照度均勻度比較高，需要把許多發光二極體串聯或者串，並

聯結合使用，這就涉及到光源的分佈問題，根據 LED的發光強度，

發光角度以及體積小等的特性，可以把多顆 LED按照一定陣列整

合在一塊適當的電路板上，再安裝在相應的造型結構裏，從表面

上看整個帄面就形成一個發光面，故把這樣的一個裝有 LED的帄

板式的結構稱之為 LED發光板。

LED 屬於低壓直流器件，其正嚮導通電壓的典型值 3.0V～

4.0V，驅動電流為 20mA，LED作為一種電流型器件，根據 LED伏

安特性可知道，為了使 LED正常在穩定，可靠的工作狀態，則必

頇為 LED 提供恒定電流，LED檯燈光源的方向性與傳統燈泡及螢

光燈管的大面積照射不同，照度和照射範圍跟採用的 LED 的參

數、數量和排布有關，LED 環保節能檯燈功率一般在 3W以內，

45

如一個採用了 20顆 LED的檯燈，其所耗的功率也僅僅為 1.6W 左

右，遠遠比白熾檯燈和螢光檯燈要低，當然單只大功率 LED器件

的功率一般在 0.9W～2W 之間，也可以用在檯燈上，LED 檯燈與傳

統檯燈結構構造區別最大的是光的重新分佈部件，傳統照明光源

為白熾燈或螢光燈等，其發光特點是光輻射幾乎佔據整個空間，

因此需要用反射器將其他方向上的光收集起來，投向要求的區

域。

通常採用的是抛物面反射器形成近似于帄行的光束，而 LED

檯燈，往往根據 LED 發光強度不同，在其中分佈幾個至幾十顆

LED。由於 LED發出的光線集中於一個較小的立體角範圍，在某

些場所已經可以滿足局部照明的需要，但如果需要更大的照射範

圍，那就要使這些 LED產生的光在通過一系統透鏡，而產生我們

所要求的光分佈， LED檯燈與傳統檯燈結構構造區別最大的是光

的重新分佈部件，傳統照明光源為白熾燈或螢光燈等，其發光特

點是光輻射幾乎佔據整個空間，因此需要用反射器將其他方向上

46

的光收集起來，投向要求的區域，通常採用的是抛物面反射器形

成近似于帄行的光束，而 LED檯燈，往往根據 LED發光強度不同，

在其中分佈幾個至幾十顆 LED，由於 LED 發出的光線集中於一個

較小的立體角範圍，在某些場所已經可以滿足局部照明的需要，

但如果需要更大的照射範圍，那就要使這些 LED產生的光在通過

一系統透鏡，而產生我們所要求的光分佈。

目前大功率 LED檯燈正處在市場開拓階段，價格偏高，且客

戶對其瞭解甚少，但其市場潛力巨大，考慮到它的諸多優點，如

護眼、省電、環保和長壽命，它的生命力極強，可以預計，在不

久的將來，隨著大功率 LED檯燈成本的不斷下降，它的市場會有

爆炸性的發展。

最後非常感謝張振龍老師的指導，協助我們順利完成此專

提報告，並告知所有頇注意事項，在此感謝張振龍老師指導。

47

第七章 參考資料

網址:

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=151

0051203874(LED與傳統照明優缺點比較)

http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=150

7112608092(LED照度)

48