LED混色的原理及其解决方案的研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化LED混色的原理及其解决方案的研究摘要：本文从色度学和LED混色原理出发,分析研究了三原色理论和LED在照明系统混色技术的应用，通过这些基础理论来协助设计人员解决高亮LED混色照明的设计。关键词：三基色；混色；色度；LED1.引言随着科技的发展，半导体照明、电子广告牌行业日异更新的步伐，具有寿命长，能耗低，应用灵活，绿色环保等众多优点的高亮LED正在孕育一场新的产业革命，使我们的生活与工作环境丰富多彩，魅力四射。但是，因为LED本身属于半导体器件的特性，使得LED照明，LE

2、D显示屏设计时需要面临两大挑战——同种颜色的LED具有多种型号规格以及LED的性能随温度而降低的特性。这就要求设计者在进行LED照明、显示屏混色设计时，必须做LED型号规格和温度补偿的考虑。LED型号规格和温度补偿算法设计不但算法复杂，而且还要求设计者有比较专业的色彩学理论知识。为了帮助广大的设计者解决LED混色设计的挑战，本文从色度学和LED混色原理出发,分析研究了三基色理论和LED在照明系统混色技术的应用，通过这些基础理论来协助设计者解决高亮LED混色照明的设计[1]。2.三基色原理三基色是指红,绿,

3、蓝三色,人眼对红、绿、蓝最为敏感，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色，除了相加混色法之外还有相减混色法。可根据需要相加相减调配颜色[2]。各种光源发出的光，由于光谱功率分布的差异，进入人眼后会显现出各种不同的颜色。颜色可从感觉的观点和物理上的观点来分析，感觉上的观点抓住色的视觉属性，与它有关的概念称作色的心理概念；而物理上的观点注意到引起色的光性质，

4、用称作三刺激值的量来表示。为了把心理概念上的色与物理概念上的色区分开来，把前者称作知觉色，后者称作心理物理色。颜色的心理概念术语和数量，用来表示人眼的彩色视觉，主要包括明度、色调、饱和度。颜色的物理概念认为任何一种颜色光，都可以由3种相互独立的单色光按一定的比例混合得到，选作3种单色光的条件是其中任一种单色光不能由其余两种单色光相加混合得到，即它们是线性无关的。1931年CIE规定了RGB三基色系统的三基色(图1)，但采用RGB系统时会出现负值给计算带来不便，所以1931年又规定了一个新系统，即XYZ系统

5、。在XYZ系统中采用3个虚拟的基础色(X)、(Y)和(Z)，分别代表红、绿、蓝三基色。这时任何颜色的光C可以表示成C=X(X)+Y(Y)+Z(Z)(1)式中的X、Y、Z称为三刺激值。颜色光的色度坐标(X，Y，Z)可通过式(2)计算出来[3]:图1:CIE1931色彩空间色度图表3.LED发光原理发光二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。其发光体——晶片的面积为10.12mil（1mil=0.0254平方毫米），目前国际上出现大晶片LED，晶片面积达40mil。其发过程包三部分：正向偏压下的载流子注入

6、、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光[4]。明光源的主流将是高亮度的白光LED。目前，已商品化的白光LED多是二波长，即以蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉混合产生

7、白光。未来较被看好的是三波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及LED背光源等市场[4]。4.LED照明混色方案的实现4.1EZ-Color控制器EZ-Color控制器是Cypress生产的专门针对高亮LED照明混色应用的可编程片上系统芯片。它主要由8位微处理器，可编程模拟模块和数字模块，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash,SRAM等周边外围模块组成[5]。它除了能实现一般LED混色系统的计算控制功能之外，还可通过可编程模拟和数字模块

8、根据混色系统的具体要求灵活地实现所需的模拟与数字外围功能。例如，可以通过内部集成了16个可编程数字模块的EZ-Color控制器CY8CLED16实现多至16路LED控制通道的LED照明混色系统，也可以设计成32位分辨率的4路LED控制通道的照明混色系统[6]。为了方便用户简单而快速地实现高亮LED混色设计，Cypress基于EZ-Color控制器和无代码设计软件构建了三色LED混色模块。这个混色模块将PSoC内部寄存器的配置，