本文主要是關(guān)于三色發(fā)光二極管的相關(guān)介紹，并著重對三色發(fā)光二極管變色的設(shè)計過程及其原理進(jìn)行了詳盡的闡述。
發(fā)光二極管
發(fā)光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。
特點
電壓
LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，也有少數(shù)DC36V、DC40V等，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所。
效能
消耗能量較同光效的白熾燈減少80%左右，較節(jié)能燈減少40%左右。
適用性
體積很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境
穩(wěn)定性
10萬小時，光衰為初始的50%
響應(yīng)時間
其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級
環(huán)境污染
不含有害金屬汞等
顏色
發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度，實現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍(lán)的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。
價格
LED的價格越來越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來，人們都會把白熾燈換成LED燈。我國部分城市公路、學(xué)校、廠區(qū)等場所已換裝完LED路燈、節(jié)能燈等。
? ? ?如何控制三色發(fā)光二極管的變色
LED變色燈是一種新型燈泡。它的外形與一般乳白色白熾燈泡相同，但點亮后會自動按一定的時間間隔變色。循環(huán)地發(fā)出青、黃、綠、紫、藍(lán)、紅、白色光。它適用于家庭生日派對、節(jié)日聚會、過節(jié)過年，給節(jié)日添加歡樂氣氛：也可用于娛樂場所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點是，節(jié)能（耗電約1W）、壽命長、使用方便、價格便宜。?變色的光學(xué)原理?
????變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色LED組成的。雙色LED是我們十分熟悉的。一般由紅光LED及綠光LED組成。它可以單獨(dú)發(fā)出紅光或綠光。若紅光及綠光同時亮點時，紅綠兩種光混合成橙黃色。變色燈的變色原理如圖1所示。三種基色LED分別點亮兩個LED時，它可以發(fā)出黃、紫、青色（如紅、藍(lán)兩LED點亮?xí)r發(fā)出紫色光）；若紅、綠、藍(lán)三種LED同時點亮?xí)r，它會產(chǎn)生白光。如果有電路能使紅、綠、藍(lán)光LED分別兩兩點亮、單獨(dú)點亮及三基色LED同時
點亮，則能按圖1的情況發(fā)出七種不同顏色的光來。
LED變色燈是一種新型燈泡。它的外形與一般乳白色白熾燈泡相同，但點亮后會自動按一定的時間間隔變色。循環(huán)地發(fā)出青、黃、綠、紫、藍(lán)、紅、白色光。它適用于家庭生日派對、節(jié)日聚會、過節(jié)過年，給節(jié)日添加歡樂氣氛：也可用于娛樂場所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點是，節(jié)能（耗電約1W）、壽命長、使用方便、價格便宜。?變色的光學(xué)原理?
????變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色LED組成的。雙色LED是我們十分熟悉的。一般由紅光LED及綠光LED組成。它可以單獨(dú)發(fā)出紅光或綠光。若紅光及綠光同時亮點時，紅綠兩種光混合成橙黃色。變色燈的變色原理如圖1所示。三種基色LED分別點亮兩個LED時，它可以發(fā)出黃、紫、青色（如紅、藍(lán)兩LED點亮?xí)r發(fā)出紫色光）；若紅、綠、藍(lán)三種LED同時點亮?xí)r，它會產(chǎn)生白光。如果有電路能使紅、綠、藍(lán)光LED分別兩兩點亮、單獨(dú)點亮及三基色LED同時
點亮，則能按圖1的情況發(fā)出七種不同顏色的光來。
電源輸出15V電壓供LED
陣列，輸出14.6V供LED控制器?？刂破鞯妮敵龆耍?、2、3）中有一個是低電平時（如1為低電平），則綠色LED亮，若三個輸出端都是低電平時，則發(fā)出白光（綠、紅、藍(lán)光LED都亮）。?
????LED控制器是變色燈的關(guān)鍵，它是由CD4060來承擔(dān)的。
LED變色燈的電路如圖所示。它由電源部分、變色控制部分和三基色LED陣列組成。
由Buck電容C2、全波整流器D2-D5和調(diào)壓二極管D4組成的電容降壓電路是典型的AC/DC變換電路。15V穩(wěn)壓二極管（嚴(yán)格限制）作為驅(qū)動LED陣列的功率。在D1和C1濾波（約為145V）之后，電壓被提供給CD4060和復(fù)位電壓（高電平）。與電容器C2并聯(lián)的電阻器R4是當(dāng)電源斷開時，C2上的電荷由R4放電，以防止燈頭被充電。
這種電源的特點是，當(dāng)負(fù)載的電壓遠(yuǎn)小于220V時，負(fù)載上電流IL≈69C（C為降壓電容，單位為uF，IL的單位為mA）。例如，C=0.47?u?F時，
流過負(fù)載的電流約32.4mA，并且這個電流是比較穩(wěn)定的：另外，這種電源尺寸小（占空間?。?。其缺點是對市電是不隔離的，要求封閉在燈頭內(nèi)，并有良好的絕緣。
三色發(fā)光二極管的顏色控制及混色達(dá)成
關(guān)于加法混色： LED燈具采用多個光源獲得各種色光和強(qiáng)度。對于演藝燈具行業(yè)，加法混色已是老生常談了。多年來，從業(yè)者采用帶濾色片的燈具來投射天幕上的同一區(qū)域，這種方式控制起來并不容易。筆者使用的首臺智能型燈具是一臺采用3個MR16光源的聚光燈，它們分別帶有紅色、綠色和藍(lán)色濾色片。早期，這類燈具只有3個DMX512控制通道，沒有獨(dú)立的強(qiáng)度控制通道。所以很難在調(diào)光過程中保持顏色不變。通常，電腦燈程序員還會設(shè)置一個“滅光換色”，以便輕易地熄滅燈具。當(dāng)然，還有更好的方法，此處不再一一列舉。
顏色的控制與定義： 如果使用者不用純粹的DMX值來控制智能型燈具，而用某種抽象的控制方式，就可以采用一個虛擬的強(qiáng)度值。即使制造廠家規(guī)定燈具使用3個DMX通道，抽象的控制方式也可分配4個手柄來控制：強(qiáng)度值和3個顏色參數(shù)?！ 〈颂幑P者寫的是“3個顏色參數(shù)”，而非紅色、綠色和藍(lán)色，因為RGB只是描述顏色的一種方式。另一種描述方式是色調(diào)（hue）、飽和度（saturation）與亮度（luminance）-HSL（有人稱它為強(qiáng)度（intensity）或明度（lightness），而非亮度）。另一種描述是色調(diào)（hue）、飽和度（saturation）與明度（value）-HSV。Value（明度）也常被稱為brightness（亮度），它與Iumlnance（亮度）相似。然而，HSL和HSV對于飽和度的定義差別很大。為簡單起見，筆者在本文中把色調(diào)定義為顏色，把飽和度定義為顏色的量。如果“L”被設(shè)為100%，那就是白色，0%是黑色，那么，50%的L則是飽和度為l00%的純色。對于“V”，O%是黑色，l00%是純色，此時飽和度值必須彌補(bǔ)其差別。 另一種有效的描述方式是CMY，它們是三原色，采用減法混色。如果起先發(fā)出白光，那么，可以利用2張濾色片來得到紅色：品紅色和黃色；它們分別移除白光中的綠色和藍(lán)色成分。通常，LED變色燈具不采用減法混色，但是這依然是一種描述顏色的有效方式?！ 睦碚撋现v，當(dāng)控制LED時，應(yīng)該可以調(diào)節(jié)強(qiáng)度和RGB、CMY.HSL或HSV中的一個（它們之間存在一些差異）。
關(guān)于LED混色： 人眼可以察覺波長為390nm-700nm的光。最初的LED燈具僅采用紅色（約630nm）、綠色（約540nm）和藍(lán)色（約470nm）的LED。這3種顏色無法混合出人眼所能看到的每一種顏色。圖l是基于整個可見光譜之上提出的RGB模型的假定區(qū)域?！ ∪切蔚?個頂點分別落在高飽和度的紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)域內(nèi)。通過改變每個LED芯片發(fā)出的功率，可以得到色域內(nèi)的任一顏色，但這僅僅是理論，其實，混色效果受到許多因素的影響。例如紅色、綠色和藍(lán)色的確切波長因燈而異，它們之間可能存在巨大差異?！ ∩虿粌H能描述色調(diào)，還能描述強(qiáng)度與飽和度。如果通過谷歌快速搜索“colorgamut”（色域），則會看到圓、圓環(huán)、立方體、圓錐體，甚至水果形，所有這些圖形都試圖展示HSL的三維關(guān)系。
4添加更多的顏色： 隨著LED的技術(shù)革新、價格下降等變化，越來越多的廠家進(jìn)入了這個市場。燈光設(shè)計師對這種新光源的期待越來越強(qiáng)，由此對于燈具的亮度和控制顏色一致性的要求也隨之提高。白色、琥珀色、青色和紫羅蘭等新的LED顏色問世。起初，最流行的組合方式是RGBA，即添加了琥珀色芯片。這使色域的形狀更像矩形，而非三角形?！ ×硪蛔兎N是RGBW，它帶有寬光譜的白色LED。更有新的燈具在RGB基礎(chǔ)上添加了白色和琥珀色（RGBAW）?！ ‰S著LED技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片制造廠家還成功生產(chǎn)出了深紅色、青色和品藍(lán)色LED。這些顏色已應(yīng)用于7色體系（深紅色、紅色、琥珀色、綠色、青色、藍(lán)色和品藍(lán)色），從而擴(kuò)大了色域，可為設(shè)計師提供更多的顏色?！ 】刂七@么多的芯片可能很費(fèi)力；每片芯片功率的多種組合方式都可獲得顏色空間中的同一色點。
5如何控制這些LED： 由于LED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，控制也變得越來越復(fù)雜了。可喜的是，一些現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)能以非常簡單的方式驅(qū)動任一類型的顏色體系。除強(qiáng)度外，使用者會得到不同的顏色參數(shù)：RGB、CMY.HSL和HSV?！ 」P者通過一個現(xiàn)實中的例子考察這些可能性。比方說，設(shè)計師做一部音樂劇，正采用混色燈具給天幕染色?！ ∥枧_上需要營造一個日落場景，設(shè)計師想從琥珀色變化到粉紅色。采用RGB顏色空間，cuel為琥珀色（R=lOO%、G=60%、B=O%），cue2為粉紅色（R=100%、G=0%、B=60%）。
結(jié)語
關(guān)于三色發(fā)光二極管的變色相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。