隨著人們對於汽車個性化、舒適性的要求逐漸提高及汽車級三色LED的開發進展，RGB全彩汽車氛圍燈的應用需求逐漸增多。汽車內飾背光及其氛圍燈對於顏色和亮度一致性要求很高，因此RGB汽車氛圍燈應用的難點就集中在顏色一致性的控制方面。本文以OSRAM的LRTB GVSG為例，介紹了RGB混光的基本原理及應用難點，探討了基於溫度探測回饋的RGB汽車氛圍燈顏色一致性控制方法。

隨著人們對於汽車個性化、舒適性的要求逐漸提高， 可變色的全彩汽車內飾氛圍燈逐漸成為一種新的趨勢。應用在汽車中的LED在使用壽命和可靠性等方面比普通LED的要求高很多，隨著汽車級RGB單封裝LED的出現，RGB氛圍燈的設計也變得越來越靈活， 比採用三顆R、G、B不同顏色的汽車級LED顆粒，更節省車內有限的寶貴空間，且混光更均勻。同時汽車內飾背光及其氛圍燈對於顏色和亮度一致性要求很高，由於氛圍燈的安裝位置和工作溫度各不相同，RGB中任何一個的顏色或亮度的變化都會引起最終混光的顏色和亮度變化，因此顏色一致性的控制成為RGB氛圍燈的應用難點。本文從RGB混光的基本原理和LED的特性出發，探討了基於溫度探測回饋的RGB汽車氛圍燈顏色一致性控制方法。

RGB混光的基本原理

LED三原色混光時，遵循混光加法原理。如圖1，在參與混光的RGB三色的LED光源光譜分佈或色座標確定的情況下，則可以混合出該三個點圍成的三角形內的任意顏色。混光後的顏色由RGB三原色的光通量相對比例決定，混光的總亮度等於三原色的光通量總和。由於RGB三色LED的不同顏色的光強分佈基本相同，因此光通量與其出光面法向量方向的發光強度之間的轉換係數相同。在進行混光計算時可採用各種顏色的發光強度代替光通量。
 

圖1 RGB混光區域
假設RGB三色的色座標為：(x1,y1）, (x2,y2）, (x3,y3），參與混光LED的發光強度分別為：Y1,Y2,Y3，混光後的色座標為：(x,y），混光後的發光強度為：Y。則：

	（1）
	（2）
	（3）

                                            

RGB LED特性及混光控制的難點

由上式1~3可知，混光顏色可以量化為與RGB三色的色座標和亮度的關係式，RGB三色的色座標或亮度中任何一個參數值變化都會導致最終混光的顏色和亮度的變化。 LED的亮度和顏色與其工作電流及結溫相關。
我們以OSRAM的汽車級LRTB GVSG為例，分析電流和溫度對於RGB LED的顏色和亮度的影響。從圖2中可知， 隨著電流的增加，LED的光強輸出也增加，RGB三色的電流-光強曲線各不相同。

 
圖2  RGB LED電流-亮度曲線
紅光LED的純度很高， 隨電流的變化其主波長幾乎穩定不變。 由圖3可知，隨著電流的增加，藍光的主波長略有減小，True Green的主波長減小最多。

圖3 RGB LED電流-波長曲線
由圖4可知，隨著結溫的上升，LED的亮度輸出均下降，但紅綠藍三色降幅各部相同：紅光最多，綠光次之，藍光最少。

圖4 RGB LED結溫-相對光強曲線
由圖5可知，隨著結溫的上升，LED的主波長均增加。

 圖5 RGB LED結溫-主波長變化曲線

結溫的變化，同樣也影響LED的正向電壓，如圖6所示。

圖5 RGB LED結溫-正向電壓變化曲線
汽車氛圍燈通常與光導一起使用來營造車內不同的氛圍，其安裝位置各不相同，同時光導的長度也不盡相同。 這就使得作為光源的RGB LED的工作溫度及其有效工作電流也各不相同，而電流和結溫的變化對於RGB三色的亮度和顏色影響各不相同，使得RGB LED混光顏色一致性控制成為了難點，包括同一個RGB LED不同工作狀態下的混光顏色一致性和不同位置的RGB LED的混光顏色一致性。

溫度探測回饋的控制方法探討

汽車製造廠為了保證車內背光的一致協調性，通常會規定所需要的顏色和亮度。因此在實際應用中更多的需求是，給定混光後的效果，即：給定了混光目標的色座標（x,y）和亮度Y。
要保證混光顏色的一致性，可採用恒流PWM脈寬調製驅動方式，因不改變驅動電流的峰值，可有效的消除電流對於RGB LED光學特性影響，此時通過調整RGB三色不同的占空比，就可以改變各自的亮度輸出，從而混合出所需的不同顏色。採用恒流PWM驅動時，LED的有效亮度輸出與峰值電流下的亮度和占空比成正比，即：

	（4）

                                          
其中為有效輸出亮度， 為峰值電流下的亮度，D為PWM的調製占空比。
LED在工作過程中結溫會上升（相對外界環境溫度），我們無法消除RGB LED結溫的變化對於RGB三色的光學特性的影響。但是通過一定的控制方法，可以消除溫度對於最終混光的顏色影響，即在未超規格應用的情況下，無論LED結溫為多少，都能使最終混光的顏色的色座標（x,y）保持不變。
實際應用中，通過調整RGB不同的占空比，來混合出不同的顏色。因此，結合式4， 可將式1和式2的色座標關係式調整為矩陣方程：

	（5）

                    
將式3調整為：

	（6）

                             
根據結溫對LED的影響，RGB三種顏色的亮度和色座標都是結溫的函數，只是沒有具體的函數關係式，而是相應的對應關係值，即參數表。因此可以將式5描述成結溫相關函數：

	（7）

      
LED的結溫無法直接測量，通常使用溫度感測器探測LED的焊盤溫度 ，再計算得到結溫：

	（8）

                                       
其中為LED輸入電功率， 為LED有效光功率， 為焊盤到結點的真實熱阻。

	（9）
	（10）

	（11）

其中為LED的光轉換效能， 對於某一LED的光譜功率分佈函數 ，結合人眼視覺回應函數 ，則：

事實上，由於LED的光譜分佈于結溫相關，因此也與結溫相關。由於的變化量較小，且在整個混光計算公式中的影響因數較小，把看做一個定量來考慮。

由以上的分析可知，通過溫度探測我們可以計算得到RGB LED各色晶片的結溫，現假設RGB LED初始結溫分別為 ，RGB三色燈PWM調製的占空比分別為 。

汽車在實際運行過程中LED工作的環境溫度和結溫會發生比較大的變化，假設各LED工作的結溫分別變為 則可以調整RGB三色燈的占空比分別到 ， 來保持最終的（x,y）色座標不變。


採用溫度探測回饋的控制方式，理論上無論RGB LED的實際輸出顏色和亮度如何變化，基本上都可以通過調節RGB各路的占空比來保證混光顏色的一致性。但由於LED顆粒總會與規格書中的各典型曲線有差異，且大批量生產中不可能實際測量每顆LED的關係曲線，僅採用溫度探測控制無法非常精准的控制混光色座標不變，不過對於內飾氛圍燈的應用基本可以滿足要求，因為人眼對於顏色的辨識有一定的公差，同時由於氛圍燈的安裝位置通常較遠，人眼無法同時觀測到所有的氛圍燈，從而不會感覺到略微的顏色差異，甚至在實際的應用中也可以不採用溫度探測回饋的方式，即直接固定各占空比即可滿足氛圍燈的應用需求。通過本文的探討，希望對RGB 汽車氛圍燈的應用有所幫助，我們相信今後的內飾背光也會更加豐富多彩。

（文 /歐司朗汽車應用工程師 陳曉麗）