中心議題：

•   高亮度LED的設計挑戰 

解決方案：

• 定義LED產品的色域
• 為係統設計LED控製機製，輸出想要的色彩
• 選擇合適的回饋機製
  ，以獲得精準的色彩輸出

現在全球各地已逐漸淘汰傳統的白熾燈泡。不僅政府機構，連民間使用者也要求更高效率的照明解決方案。精致型熒光燈泡(CFL)並非解決此項問題的最佳方案。但它贏過白熾燈的超長壽命以及更高的效率，足以讓它成為解決您問題的誘人方案。然而，CFL的水銀成分，卻讓廢棄與處理等後續問題更加複雜。

目前高亮度LED(HB LED)或高功率LED(HP LED)已被譽為最終解決方案，因為它具有更高的省電效率(甚至超越CFL)以及更長的壽命。這些LED已被運用在汽車照明
、建築物照明
、舞台照明、以及某些室內照明應用上。這些係統中有許多產品利用多個LED，以色光混合的方式來達到所要的色彩；或是在白光應用中
，以單一或多個LED來達到所要的演色性指數(CRI)或相對色溫(CCT)。而這些係統的複雜度將會隨之提高

，因為您的係統不僅會麵臨許多設計限製，LED本身也會逐漸衍生許多問題。解決這些問題將需要智能型韌體、能依據所需精準度而定的回饋機製、以及透過像是DMX512、DALI等通訊網絡來控製這些照明係統。
　　
高亮度LED的設計挑戰
高亮度LED是半導體組件，不幸的是和所有半導體組件一樣，即使同一片晶圓生產的組件，其電子特性也會有差異。對於LED而言，這樣的差異會導致色彩(或波長)、光通量輸出

、以及順向電壓等方麵的差異。LED製造商根據生產率與效能，將這些零件分置於特定的bin。這種binning分類程序會影響你的產品設計負荷電流，以及您設計中LED的運用程度。為解決這項問題，有些設計業者寧可付一點代價，選購特定的bin，但這仍無法解決LED係統的色彩精準度問題，因為這些bin的特定尺寸
，仍有肉眼可辨識的+/-5nm誤差範圍。

除了各種製造問題外
，像是光通量輸出以及波長等LED特性也會因接點溫度以及LED的使用時數而產生改變。每個有色LED受到溫度的影響程度都不同，幅度取決於LED的材料。 紅色與琥珀色LED當接點升高時
，受影響的程度最大，而藍色與白色LED受影響的程度最小(參考圖1所示)。在這些照明係統中，每個LED受影響的時間呈一定的次序，因為想要的色彩點或CCT是可轉換的，除非你的係統可針對LED特性的改變進行調適。針對老化效應的設計順序，需要極高的色彩精準度。因為當LED老化時，輸出的光通量會逐漸下滑。

電源拓撲是LED設計要解決的另一項問題，但不在本文的討論範圍

，它和係統LED與電源組件的數量有關連。　

　 
                          圖1:接點溫度對LED燈輸出的影響

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建立您的色域
在色彩混合係統方麵

，像是劇院燈光、建築物照明等，係統色域的規格就相當重要。色域是由係統中使用的LED組成。色域係指係統藉由單獨改變每個LED輸出的光通量
，所能輸出的所有可能色彩。在設計一個係統時，首先決定色彩的需求，然後再選擇LED。而在處理製造bin單元時，這將再度衍生一項問題。若您沒有為照明係統取得預先規劃LED的規格

，您的係統色域就會和實際結果有偏差
，輸出的色彩會和預期的不同。

定義您的色域並不簡單。大多數LED製造商的規格數據中並沒有提供其LED的色度坐標。不過，當您有了色度坐標後，就可輕易標出LED在色彩空間中的位置，如圖2所示。圖中係統色域的三角形覆蓋在CIE 1931色彩空間的上麵。CIE 1931 色彩空間代表人眼能看到的所有顏色；在色彩曲線外的是波長，此數據描繪了色度坐標。在這個圖中
，加入了普朗克軌跡(Planckian locus)，或為一個黑體加上顏色，代表黑體在溫度變化時在色彩空間的坐標。以普通詞彙來說，這坐標代表不同種類的白光通過CCT之後的結果。

                              圖2:係統色域

輸出您想要的色彩
為您的係統設計LED控製機製，麵對的是基本的線性代數。在得到您LED的色度坐標後，您必須先建立一個矩陣
，找出所要色彩點之間的delta值
，如公式1所示。公式中色彩下標字是LED的顏色，mix下標代表您想要呈現的顏色。

公式1:

欲找出每個LED應輸出的光通量，可利用逆矩陣，然後乘以想要的光通量輸出
，如公式2所示。

公式2: 每個LED的光通量輸出

這僅適用於單一bin的環境。若使用多個bin
，每種bin的組合就會有不同的強度。
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選擇您的回饋機製
想要有精準的色彩輸出，這得取決於您所設計的應用。每當最終使用者注意到燈具色彩輸出有差異(像是建築物照明或效果燈具)，代表需要高色彩精準度。然而在這兩個例子中
，色彩傳感器並不是理想的解決方案。要找出可接受的色彩精準度，可從動態色彩變化著手

，色彩變化源自於LED接點溫度以及其特性所產生的效應。這方麵可利用韌體或調溫器來解決。

接點溫度可透過機板溫度、LED的功率發散、以及機板與LED之間的熱阻來求算。其關係如公式3所示。

公式3: 接點溫度與機板溫度之間的關係

獲得LED的接點溫度後，您就能調整係統，並根據LED重新設定的最高光通量輸出
，改變每個LED相對的光通量輸出值。溫度回饋的其中一項問題，就是調溫器與LED之間的距離。調溫器越靠近LED
，溫度回饋的數據就越精準。當把許多LED串在一個通道上，問題就會越嚴重。在這種情況中
，不同LED之間的差異會造成色彩連續性的問題

，係統也會受到影響。

在zai高gao色se彩cai精jing準zhun度du的de設she計ji方fang麵mian，建jian議yi可ke采cai用yong色se彩cai傳chuan感gan器qi。然ran而er在zai嚐chang試shi開kai發fa一yi個ge色se彩cai回hui饋kui係xi統tong時shi，會hui麵mian臨lin到dao許xu多duo機ji械xie方fang麵mian的de問wen題ti。傳chuan感gan器qi的de擺bai放fang和he感gan溫wen器qi解jie決jue方fang案an一yi樣yang都dou相xiang當dang重zhong要yao。低di成cheng本ben的de色se彩cai傳chuan感gan器qi不bu能neng和heLED的de光guang線xian正zheng對dui

，色se彩cai傳chuan感gan器qi理li想xiang的de擺bai放fang位wei置zhi
，是shi能neng夠gou接jie收shou反fan射she或huo緊jin密mi結jie合he光guang線xian的de輸shu入ru。在zai色se彩cai傳chuan感gan器qi理li想xiang的de位wei置zhi上shang，能neng和he最zui終zhong使shi用yong者zhe看kan到dao相xiang同tong的de光guang線xian輸shu入ru
，這zhe樣yang能neng得de到dao係xi統tong最zui想xiang要yao的de回hui饋kui數shu據ju。但dan當dang設she計ji一yi個ge色se彩cai傳chuan感gan器qi時shi
，最zui惱nao人ren的de問wen題ti就jiu是shi光guang線xian噪zao聲sheng或huo不bu是shi係xi統tong產chan生sheng的de周zhou圍wei光guang線xian對dui色se彩cai傳chuan感gan器qi產chan生sheng的de影ying響xiang。色se彩cai傳chuan感gan器qi需xu要yao兩liang種zhong機ji製zhi才cai能neng正zheng確que運yun作zuo; 第一是色彩傳感器與紅
、綠
、藍LED個別強度值之間的關係; 第二是色彩傳感器與X、Y、Z之間的關係。所有校正都必須在韌體中進行

，但這類回饋係統的效益，會提升強固性以及精準度。

許多色彩係統設計擁有不同的回饋方法
，需要花數個月的時間來開發韌體。解決bin的調整、溫度補償、或更高精準度的色彩回饋係統以及校正
，都需要了解色彩科學以及精準的傳感器讀數。在展開任何高亮度LED設計時，強烈建議您先了解這些相關名詞。幸運的是，當您進入市場時，能利用Cypress Semiconductor所提供快速且輕易的PSoC Express 3.0解決方案，協助您快速展開研發。所有這些不同的回饋解決方案


，以及高亮度LED的補償機製，都收錄在一個簡單易用的圖形化接口
，讓您僅須使用下拉式選單以及各種校正技巧

，就能完成這些設計。

圖3: PSoC Express 3.0視覺化嵌入式軟體

本文介紹的這些韌體技術都建置在PSoC Express軟件工具。這款軟件工具亦讓您能運用DMX512為您的係統建構網絡，且僅須定義三個變量。

Cypress藉由開發這項圖形化工具，讓研發業者能快速進入高亮度LED市場

，開發效率更高的照明產品。