System oświetlenia LED RGB - co to jest?

Co to jest oświetlenie LED RGB?

System barwny RGB jest jednym z modeli przestrzeni barw (czyli umownego zbioru różnych kolorów). Takich przestrzeni barw jest więcej (np. CMYK, HSL, YUV, itp.) i są one ujęte w normach międzynarodowych. Stosuje się je w grafice oraz w różnych gałęziach przemysłu aby ułatwić rozpoznawanie oraz powtarzalność kolorów.

System RGB jest jednym z najpopularniejszych. Jego nazwa wywodzi się od pierwszych liter angielskich nazw barw: R – Red – czerwony, G – Green – zielony oraz B – Blue – niebieski. Jest to model barwny używany do generowania kolorów przez urządzenia projekcyjne, czyli takie, które emitują światło. Pierwotnie wymyślony został do analogowych urządzeń wyświetlających, lecz w dzisiejszym świecie na dobre zadomowił się w urządzeniach cyfrowych. Korzystają z niego telewizory LCD, projektory, aparaty cyfrowe oraz właśnie sterowniki oświetlenia RGB. W dużej mierze bazuje on na niedoskonałości ludzkiego oka, pozwalając dzięki mieszaniu różnych wartości poszczególnych składowych kolorów na uzyskanie wrażenia wyświetlania innej barwy niż podstawowe składowe. W praktyce system oświetlenia LED RGB polega na zastosowaniu albo trzech diod w kolorach podstawowych albo jednej diody wielokolorowej (posiadającej wewnątrz 3 czipy świecące w 3 kolorach podstawowych) i odpowiednie sterowanie ich jasnościami.

Model barwny RGB jest niestety modelem czysto teoretycznym. W praktyce oznacza to że w każdym z urządzeń korzystających z jego palety barwnej mogą pojawić się różnice odcieni przy generowaniu poszczególnych kolorów. Różnice te pogłębiają się dodatkowo w oświetleniu LED ze względu na różne proporcje rzeczywistej jasności poszczególnych składowych kolorów w diodach RGB. W praktyce oznacza to, że w zależności od zastosowanej taśmy LED RGB możemy uzyskać zupełnie różne odcienie kolorów. Co więcej nawet w obrębie jednej taśmy LED mogą pojawić się różnice w odcieniach.

Diody LED w systemie RGB są najczęściej sterowane cyfrowo za pomocą modulacji PWM. Zazwyczaj stosuje się 24 bitową metodę opisu koloru gdzie na każdą z trzech składowych barw przypada 8 bitów. Skutkiem tego poszczególne barwy składowe mogą przyjmować jedną z wartości w skali od 0 do 255. Każda z wartości oznacza jasność wyświetlania poszczególnej barwy. Przy wartości 0 dany kolor nie świeci wcale, a przy wartości 255 świeci z maksymalną jasnością. Z wymieszania trzech składowych barw o różnych jasnościach uzyskujemy poszczególne kolory. Przykładowo wymieszanie kolorów o wartościach R:255 i G:255 B:0 da nam kolor żółty, a kolory o wartościach R:255 G:0 B:255 daje nam kolor różowo-fioletowy zwany z angielskiego magentą. Wymieszanie wszystkich składowych o maksymalnej wartości 255 teoretycznie powinno dać nam kolor biały, jednak rozrzut parametrów diod RGB lub różnice jasności w pojedynczych diodach w kolorach RGB powoduje, że często aby uzyskać kolor biały trzeba skorygować proporcje w sterowniku.

Zmniejszając równolegle i proporcjonalnie każdą z wartości składowych nie uzyskamy zmiany koloru, a jedynie zmianę jasności. Jednak ze względu na 8 bitowy charakter każdego koloru (czyli niewielką dokładność) w rzeczywistych urządzeniach opartych na systemie RGB przy zmianie natężenia mogą wystąpić niewielkie różnice w odcieniach ściemnianych barw. Zazwyczaj nie są to jednak różnice na tyle duże aby stanowiło to problem. Przeciętny obserwator najczęściej nie jest w stanie zobaczyć różnicy w odcieniach danego koloru przy zmieniającej się jasności. Jeśli jednak w systemie RGB zmienimy każdą z wartości poszczególnych barw o taką samą ilość kroków (zamiast proporcjonalnie) to uzyskamy nie tylko zmianę jasności lecz również zmianę koloru.

Największym problemem z systemem RGB w oświetleniu LED jest duży rozrzut parametrów diod LED, a co za tym idzie trudności w uzyskaniu powtarzalności kolorów. Zdecydowana większość popularnych taśm LED posiada rozrzut kolorów na poziomie nawet 10-15 %, co  może już być zauważalne gołym okiem. Niestety trudności technologiczne w wyprodukowaniu diod LED RGB o niskim rozrzucie parametrów są wciąż bardzo duże i z tego powodu bardzo dobre jakościowo taśmy LED o rozrzucie parametrów na poziomie pojedynczych procentów zazwyczaj posiadają drastycznie wyższą cenę. Może ona być nawet kilka razy wyższa niż typowej taśmy RGB.

Krzysztof Ratyński