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1、RGB三色LED组合光源的色彩搭配结合红、绿、蓝光（RGB）发光二极管（LED）的多重色彩光源，可以产生多样化 色彩输出，同时LED本身也具备相当的稳定度和高效率，不过在要运用RGB LED产 出多重色彩光源并维持高品质,仍有些挑战必须克服，本文将介绍能够处理这些挑战的技术。採用RGB LED最简单的多重色彩LED光源包含三组LED，分别为红光、绿光及蓝光，每一组都由 独立的驱动模组来推动。因此，所得到的光源色彩就受到红、绿与蓝光LED之间相对的发 光强度所影响oLED的发光强度可以透过驱动电流改变，或采用脉宽调变（Pulse W idth Modula tion； PWM）的改变来推动LED
2、信号，和有效週期率来加 以控制。其中PWM的做法较为普遍，因为週周期系数对发光强度间的关系要比电流与发光 强度间的关系更加线性化。Green LEDRed LEDx ” Co(or Coordinate启赠 u-gQDu-leouI 这类LED光源的简单开迴路架构方式有个潜在的问题，由于LED的光学特性会受到 运作条件的影响，因此组合后的RGB光源输出的亮度以及色度都会变化。同时，每颗LE D元件也不尽相同，因此造成RGB光源的输出产生更多变化，（图二）与（图三）就描述 了几个LED变动的范例。00匕厉 NlthnIJJiLl 主iflft4E0600 BEO 600650Ifl/AUELBN
3、GTH (nm)11.4204(1 MTE hAP EFLAT tl RE fCUP阳41.31.21.11.00.90.80.70.G.耶 2Q一个解决方式是使用光学反馈来产生一个闭回路系统,其基本的设置包含一个记录LE D光源亮度的光感测器，以及依光感测器测量结果来调整光源输出的控制方法，这将可以让LED光源的亮度在每颗LED变化时维持稳定，也就是虽然各个零件各有变化，但总合维 持不变。在（图四）中，标记为2 2的积分电路可以输出一个受到光二极管（1 la）上光量控 制的电压，这个电压与VSET比较，比较器的输出能控制计数器数值的增加或减少，计数 器的输出则是用来推动一个数字模拟转换器（3
4、7）,进而控制LED的驱动电流。另一个更先进的光学反馈方式则是采用三色光感测器，通常包含三个独立的光感测器以 及上方的三色滤镜，让这类光感测器能够记录色彩资讯而不只是亮度，这将可以进一步控制 红、绿与蓝光LED的发光强度比，这个功能相当关键，因为它让RGB光源的亮度与色度 得以控制，而ASSP则在三色光学反馈设计上扮演了重要的角色。三色光学回馈系统基本上来说，三色光感测器会产生一个三维色彩规格系统，因此称为RGB感测器色彩 空间，这个系统可以让特定色彩由感测器的输出电压来指定，例如具备特定亮度的D65白 光可以记录为：（Vred， Vgreen， Vblue） = （2.0, 2.2, 1.9
5、） volts。如（图五）所示，假设以上范例所使用的D65做为目标色，回馈系统会持续定期测量 红、绿与蓝光感测器，统称为三色光感测器，并将所测量的色彩值与目标色比较。回馈系统 的目的是将测得的色彩与目标色间的误差调整到0。 CQNTnOI.LEn ASSP _ _I-ULFn_REC LEG DRIVERFWM GENERATORGiHEEft LED CRtVERB LUE LED ORtVERCLOR PfttiCfBSING ALGORITHMSI TflICOLQJ! PHOTOSENSOR（图六）以不同的方式描述这个概念，所有可能的目标色设定点透过由红、绿与蓝光感 测器所形成的RGB
6、感测器色彩空间内座标值来指定，当LED的特性改变时，所测得的色 彩就会偏离目标，ASSP将会侦测到这个改变并随时依情况调整LED的PWM信号输 出。另一点相当重要，同时必须注意的是，当LED使用时间越久，光输出强度就会降低， 因此经过一段时间后，RGB LED系统的最大可输出亮度将会下降，虽然在大部分的应 用事实上都可以接受逐渐且稳定的亮度衰减,但有时无法接受的是RGB发光系统色度的变 化, ASSP拥有能够稳定控制RGB发光系统光度衰减的功能，例如维持色度的稳定在一 定的容忍度内，甚至当最高可输出亮度下降时。而在系统亮度必须在整个应用的使用寿命内维持不变的情况，使用者必须确保最高可选 用亮度
7、低于整体要求寿命内的最高可达成亮度，如（图七）所示。虽然RGB发光系统相当具有吸引力，但也面临了这项技术广泛使用的挑战限制，因此 就引起了能够将三色光学回馈这类复杂情况隐藏在一个简单使用介面背后的需求，以下将介 绍ASSP如何达成这个要求。Green sensorx.y ctiangemaximifTn selectable briglitness ，江.(图七) ASSP会将RGB光源的色度(在此为1 931x, y座标)稳定维持在 一定容忍范围内，甚至是在最高可达成亮度随时间降低时无需外部处理ASSP整合了一系列可以分析三色光感测器色彩资讯，并计算达成目标色的设定点及 PWM驱动信号大小的
8、一系列演算法oASSP以大约每秒一百次的速度对光感测器进行取 样，以确保PWM信号的持续定期调整不会被人眼察觉，如前面所提，ASSP同时也包含 一个可以避免LED老化而造成RGB光源输出色度改变的演算法。因此在达成与维持目标色上完全不需其他的计算。色彩空间的标准化这与选择目标色设定点的设备相关性有关，RGB感测器色彩空间会依照光感测器输 出、光感测器位置、LED、LED驱动电路以及其他因素而产生变化，(图九)描述了这 个问题，每个系统都在RGB感测器色彩空间上有些微差距，因此对系统A中所订定的D6 5规格可能会与系统B不同。例如：系统 A (Vred， Vgreen， Vblue) = (2.
9、 0，2.2,1.9)volts；系统 B (Vred， Vgreen， Vblue) = (2.1,2.4,2.3)volts。系统A中的三色光感测器在达成D65光输出时，会产生以上的电压位准，但对系统B 的光感测器，虽然达到和A系统一样的D65光输出，却会产生不同的电压位准组合。换句 话来说，由RGB感测器色彩空间所定义的色彩规格系统在每个系统都不一样。ASSP整合了调校程序，让每个系统都能够使用标准的色彩规格系统，CIE193 1 xyY与CIE RGB为ASSP内建的两个系统，透过标准的色彩空间输入，使用 者可以将相同的目标色送给不同系统，并可安心确保每个系统都能产生相同误差容忍范围内
10、 的色彩输出。PWMgenerator（图九）RGB感测器色彩空间的变动可以利用ASSP进行调校加以解决，将RG B感测器色彩空间对应到标准色彩系统，例如1931 CIE xyY能够让每个系统使用标准色彩系统来选择目标色。简易地设计导入在普通情况下，ASSP只需支援被动元件以及一个外部PROM来储存调校资料。在 大部分情况下，存储器空间可以和系统及周边共用，因为调校资料仅需3 1b yt es。这款ASSP拥有标准的两线式100 kHz I2C介面，同时所有的主要功能都 对应到8 bit的定址空间上。例如要执行调校运算，只要将0x0 1写入CTRL2暂 存器即可，有关其他设计的细节请参考元件的
11、资料规格书。在生产阶段，系统可以透过使用标准的CIE相机进行调校，调校资料必须储存在一个 外部的短暂的记忆体中，而系统在导入到应用后并不需要进行调校程序。在应用上，使用者 首先对设备进行组态，接着将先前储存的调校资料写入调校暂存器，这是一个简单的读出然 后写入的程序，完成后，系统就可以接受目标色的输入。颜色的选择相当简单，以上述的例子为例，目标色D65以感测器电压的方式指定，在 实际应用上，目标色可以CIE 1931xyY系统的座标指定，当然也可採用如CIE uvY与CIE RGB等其他色彩系统。例如，要选择照度E做为目标色，只要将（x, y， Y） = （330,3 3 0，2 0 0 ）的
12、值送到ASSP中适当的暂存器即可完成。照度E CIE x,y座标为 0 .3 3,0.3 3；将它们乘以1 0 0 0得到3 3 0，3 3 0；选择相对亮度大小Y =2 5 0；将2 5 0写入暂存器位址2 3 7与2 3 6来设定亮度（Y值）；将3 3 0写入暂存器位址2 3 5与2 3 4来设定x轴色度座标；将3 3 0写入暂存器位址2 3 3与2 3 2来设定y轴色度座标；将0x12写入暂存器位址1 （CTRL1 ）来更新到新的目标色。 ASSP将在更新暂存器中的相对位元被设定后立即改变RGB光输出。阳51AimSMr&3tlER a.qpSEM5SJCSEN8EJTAI旳应丄科XI曲
13、tftR_FLWti-WLCR刑NLTF%sECtKJlTPWU.SWW0疇CdiH：X EUMW0L0Rr rdE=FfidUrKrrMd（註：由于启动了内部参考电路与振盪器选择，因此，只需搭配被动元件即可支援这颗 元件。如果系统已经可以提供记忆空间，那么就不需要EEPROM。）EpbIbeIYcclnrsjiiK：町iiujKiarfluratljeiis7APWMFREQ$p - 4GBriFKZ*3J3CDNFIC1GFRU1 CTRL1Lj116tDI05D3OFDiM” 5：inniww.cUprtldAPPLICATfQN -实验结果dtv - (uT - u25)2 + (vT
14、 - v2S) 2】2 ( I )（图十三）显示了开回路与闭回路RGB光源系统的效能差别，实验采9 0 0 0 K白色 目标色进行并使用duv做为评比指标。（公式一）其中(U25, v 2 5 )= 1 9 7 6 CIE u, v在 25oC 时的色度座标； (uT, vT)= 1 9 7 6 CIE u,v在温度T时的色度座标。对效能进行判别的一个基本法，则是使用duv =0.0 0 5做为人眼能够察觉变化前的色度的最小变化。 durw operilcop0.012QJ1Do.ooa(图十四)描述了温度上升时对LED光谱的重大影响，这项资料由9 0 0 0 K白光目 标色的闭回路系统取得，虽然光谱曲线出现大幅度的偏移，但duv依然维持在0. 005以下。-roc/.JJJl.tiRGB LED光源可以说是一个相当具有吸引力的led/targe t=_blank照明解决方案，但由于LED特性的变化造成RGB光源输出 偏移目标色，三色式光学回馈虽然是一个经实良好的解决方案，但是在运作上却 有些复杂，必须透过良好的回授控制器设计才能够简化这类系统的实现动作。
RGB三色LED组合光源的色彩搭配
