LED-Technik

LED-Farben optimal mischen und berechnen

| Autor / Redakteur: Brian Tompson, Stephen Allen * / Margit Kuther

Die richtige Mischung macht's: Mit Microchip-Produkten zur passenden LED-Farbe
Die richtige Mischung macht's: Mit Microchip-Produkten zur passenden LED-Farbe (Bild: Microchip)

Die richtige Mischung der Ausgangsfarbe von RGB-LEDs ist eine Kunst. Ein Demo-Board und ein PIC12-Prozessor von Microchip helfen dabei.

Grafiker wollen eine präzise Farbanpassung erzielen, um ihre künstlerische Arbeit hervorzuheben und eine Wiederkennung zu garantieren. Die genaue Darstellung von Farbe auf verschiedenen Einrichtungen und Medien ist immer noch eine Herausforderung.

Es gibt verschiedene Arten, Farbwerte auszudrücken: CMYK, RGB, CIE und HunterLab. Jede Farbe besteht aus drei unterschiedlichen Variablen – aufgrund der drei verschiedenen Zapfen im menschlichen Auge.

Eine gängige Methode um Farbe darzustellen, ist das CIE 1931 XYZ-Farbraumdiagramm. Darin ist Y die Luminanz oder Helligkeit und X sowie Z bilden die Farbart (Chromatizität). Grau und Weiß haben die gleiche Chromatitzität, unterscheiden sich aber in ihrer Luminanz. Damit ergibt sich ein dreidimensionaler Farbraum, der alle Farben abdeckt, die das menschliche Auge wahrnehmen kann.

Rote, grüne und blaue LEDs können eine Vielzahl von Farben erzeugen. Einzelne Farben sind jedoch schwierig darzustellen, genauso wie der sanfte Übergang von einer zur anderen Farbe. Ein Mikrocontroller (MCU) lässt sich jedoch so programmieren, dass er als Slider fungiert und die meisten Farben erzeugt oder das CIE-1931-Farbraumdiagramm (Bild 1) abdeckt.

Eine Funktion des Diagramms besagt, dass bei der direkten Verbindung zweier Farben und dem Mischen dieser Farben mit unterschiedlichen Farbmengen, jede Farbe entlang dieser Linie erzeugt wird. Deshalb kommt in blauen LEDs gelber Phosphor zum Einsatz, sodass sie weißes Licht erzeugen können.

Werden RGB-Leuchten zur Erzeugung von Farben verwendet, die auf der Farbtafel enthalten sind, liegen alle erzielbaren Farben in einem Dreieck, genannt „Maxwell’sches Dreieck“ (Bild 1, siehe Bildergalerie). Die Palette der Farben, die erzeugt werden kann, wird als Farbraum bezeichnet. Dieser ist etwas ungenau, wenn das Diagramm auf einem Computerbildschirm betrachtet wird.

Der Farbraum wird dann durch die Monitorabmessungen beschränkt. Der weiße Punkt im Zentrum ist sehr klein, und die Fähigkeit, reines weißes Licht zu erzeugen, ist ein Anzeichen, dass eine richtige Farbmischung durchgeführt wurde.

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Die richtige Farbmischung entscheidet

Die Farbmischung lässt mit dem PIC12F1572-Prozessor von Microchip erreichen. Der Baustein enthält drei 16-Bit-PWMs (Pulsweitenmodulatoren), die eine genaue Regelung jeder RGB-LED und somit einen sanften Farbübergang – selbst bei geringer Helligkeit – ermöglichen. Über entsprechende Software können Entwickler die Farben festlegen; der Prozessor führt die erforderlichen Berechnungen durch. Ein Demo-Board hilft Entwicklern beim HSVW-Slider-Betrieb (Modus 1). HSV bezieht sich auf den Farbton (Hue), die Sättigung (Saturation) und den Wert (Value). Das W zeigt die Änderung dann, dass Weiß mit einbezogen ist. Die Konfiguration in Modus 2 bezieht einen Farbtafel-Selektor mit ein. Das Board kann über USB, eine 3V-Lithium-Knopfzelle oder eine AAAA-Batterie betrieben werden. Bild 2 zeigt das Board in HSVW-Slider-Konfiguration.

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