發光二極管

發光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。因化學性質又分有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED。

特點

電壓

LED使用低壓電源，供電電壓在直流3-24V之間，根據產品不同而異，也有少數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境

穩定性

10萬小時，光衰為初始的50%

響應時間

其白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級

環境污染

不含有害金屬汞等

顏色

發光二極管方便地通過化學修飾方法，調整材料的能帶結構和禁帶寬度，實現紅黃綠藍橙多色發光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍的發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、學校、廠區等場所已換裝完LED路燈、節能燈等。

如何控制三色發光二極管的變色

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。循環地發出青、黃、綠、紫、藍、紅、白色光。它適用于家庭生日派對、節日聚會、過節過年，給節日添加歡樂氣氛：也可用于娛樂場所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點是，節能（耗電約1W）、壽命長、使用方便、價格便宜。?變色的光學原理?

變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍（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。它可以單獨發出紅光或綠光。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，它可以發出黃、紫、青色（如紅、藍兩LED點亮時發出紫色光）；若紅、綠、藍三種LED同時點亮時，它會產生白光。如果有電路能使紅、綠、藍光LED分別兩兩點亮、單獨點亮及三基色LED同時

點亮，則能按圖1的情況發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。循環地發出青、黃、綠、紫、藍、紅、白色光。它適用于家庭生日派對、節日聚會、過節過年，給節日添加歡樂氣氛：也可用于娛樂場所及作廣告燈等。該變色燈泡的特點是，節能（耗電約1W）、壽命長、使用方便、價格便宜。?變色的光學原理?

變色燈是由紅（R）、綠（G）、藍（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。它可以單獨發出紅光或綠光。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，它可以發出黃、紫、青色（如紅、藍兩LED點亮時發出紫色光）；若紅、綠、藍三種LED同時點亮時，它會產生白光。如果有電路能使紅、綠、藍光LED分別兩兩點亮、單獨點亮及三基色LED同時

點亮，則能按圖1的情況發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。控制器的輸出端（1、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，則發出白光（綠、紅、藍光LED都亮）。?

LED控制器是變色燈的關鍵，它是由CD4060來承擔的。

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穩壓二極管（嚴格限制）作為驅動LED陣列的功率。在D1和C1濾波（約為145V）之后，電壓被提供給CD4060和復位電壓（高電平）。與電容器C2并聯的電阻器R4是當電源斷開時，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，當負載的電壓遠小于220V時，負載上電流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，

流過負載的電流約32.4mA，并且這個電流是比較穩定的：另外，這種電源尺寸小（占空間小）。其缺點是對市電是不隔離的，要求封閉在燈頭內，并有良好的絕緣。

三色發光二極管的顏色控制及混色達成

關于加法混色：LED燈具采用多個光源獲得各種色光和強度。對于演藝燈具行業，加法混色已是老生常談了。多年來，從業者采用帶濾色片的燈具來投射天幕上的同一區域，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、綠色和藍色濾色片。早期，這類燈具只有3個DMX512控制通道，沒有獨立的強度控制通道。所以很難在調光過程中保持顏色不變。通常，電腦燈程序員還會設置一個“滅光換色”，以便輕易地熄滅燈具。當然，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度值。即使制造廠家規定燈具使用3個DMX通道，抽象的控制方式也可分配4個手柄來控制：強度值和3個顏色參數。此處筆者寫的是“3個顏色參數”，而非紅色、綠色和藍色，因為RGB只是描述顏色的一種方式。另一種描述方式是色調（hue）、飽和度（saturation）與亮度（luminance）-HSL（有人稱它為強度（intensity）或明度（lightness），而非亮度）。另一種描述是色調（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定義為顏色，把飽和度定義為顏色的量。如果“L”被設為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。從理論上講，當控制LED時，應該可以調節強度和RGB、CMY.HSL或HSV中的一個（它們之間存在一些差異）。

關于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模型的假定區域。三角形的3個頂點分別落在高飽和度的紅色、綠色和藍色區域內。通過改變每個LED芯片發出的功率，可以得到色域內的任一顏色，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、綠色和藍色的確切波長因燈而異，它們之間可能存在巨大差異。色域不僅能描述色調，還能描述強度與飽和度。如果通過谷歌快速搜索“colorgamut”（色域），則會看到圓、圓環、立方體、圓錐體，甚至水果形，所有這些圖形都試圖展示HSL的三維關系。

4添加更多的顏色：隨著LED的技術革新、價格下降等變化，越來越多的廠家進入了這個市場。燈光設計師對這種新光源的期待越來越強，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。另一變種是RGBW，它帶有寬光譜的白色LED。更有新的燈具在RGB基礎上添加了白色和琥珀色（RGBAW）。隨著LED技術的不斷進步，芯片制造廠家還成功生產出了深紅色、青色和品藍色LED。這些顏色已應用于7色體系（深紅色、紅色、琥珀色、綠色、青色、藍色和品藍色），從而擴大了色域，可為設計師提供更多的顏色。控制這么多的芯片可能很費力；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技術的進一步發展，控制也變得越來越復雜了。可喜的是，一些現代化的控制系統能以非常簡單的方式驅動任一類型的顏色體系。除強度外，使用者會得到不同的顏色參數：RGB、CMY.HSL和HSV。筆者通過一個現實中的例子考察這些可能性。比方說，設計師做一部音樂劇，正采用混色燈具給天幕染色。舞臺上需要營造一個日落場景，設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%）。

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