LED-Beleuchtung im Kfz

Wenn ein LED-Hersteller auf die Fahrzeugbeleuchtung setzt

| Autor / Redakteur: Andreas Schimmelpfennig * / Hendrik Härter

Interior-Beleuchtung: Im Innenraum eines Kfz sind immer häufiger Multifunktions-LEDs gefragt.
Interior-Beleuchtung: Im Innenraum eines Kfz sind immer häufiger Multifunktions-LEDs gefragt. (Bild: Everlight)

Die Beleuchtung mit LEDs im und am Fahrzeug wächst und Hersteller wie Everlight müssen für unterschiedliche Anwendungen Komponenten anbieten. Darin eingeschlossen ist auch der Test der Halbleiter.

Der Automobil-Markt ist hart umkämpft; neben einschlägigen Branchengrößen kommen zudem neue Anbieter hinzu, die an dem Geschäft teilhaben wollen. Dabei gilt: erst die Investition, dann die Marktdurchdringung. Unser Beitrag thematisiert die Innen- und Außenbeleuchtung sowie Qualifikation und Test aus Sicht eines Herstellers von optoelektronischen Komponenten mit Schwerpunkt LED.

Im Fahrzeuginnenraum lässt sich eine Konsolidierung der Nachfrage nach LED-Packages mit Ausnahme einzelner Multifunktionsdioden beobachten. Das ist auf mehr TFT-Technik im Cluster/Armaturen/Cockpit-Bereich zurückzuführen sowie auf den verstärkten Einsatz von RGB-LEDs in der Fahrraumbeleuchtung, mit denen sich alle kundenspezifisch gewünschten Farben durch eine einzige LED darstellen lassen.

Ambient-Beleuchtung auch in Mittelklassefahrzeugen

Zur Ambient-Beleuchtung, die inzwischen auch in Mittelklassefahrzeugen immer mehr Einzug hält, werden ungefähr 10 RGB-LEDs eingesetzt. Bei den Spektren reichen die Bandbreiten bei Rot von 620 bis 633 nm, Grün mit 520 bis 535 nm, Blau von 447 bis 471 nm mit einer Toleranz von maximal ±4 nm. Doch gerade bei Blau gibt es Unterschiede: Denn je kurzwelliger das Blau, desto geringer die Helligkeit. Einige Fahrzeughersteller legen Blau über 456 nm, andere darunter.

Auch bei Weiß mit seinen jeweiligen Farborten steigen die Anforderungen. Hier stehen viele Zulieferer vor dem Problem, dass ihre Kunststofflichtleiter eine Verschiebung des Weißpunkts bewirken. Dabei soll doch ein höchstmöglich uniformes Gesamtbild gewährleistet sein. Die Lösung besteht in der Qualifizierung eines bestimmten Farbortes. Bisher war ein Single-Bin die bestmögliche Option, um einen eingeschränkten Farbort bei Weiß zu erhalten. Ein Single-Bin lässt sich technisch problemlos in vier Sub-Bins unterteilen: das sogenannte feine Weiß-Binning.

Harte Anforderungen an LEDs für den Außeneinsatz

Für die Außenbeleuchtung am Fahrzeug steigt die Nachfrage nach Optoelektronik stark an. Hier dominieren die Farben Rot und Gelb sowie Weiß. Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Qualifizierung der LED ist ihre absolute Schwefelresistenz. Das gelingt durch den Einsatz von Gold beim Leadframe-Plating.

Bei einem PLCC-Leadframe ist die häufigste Kombination eine Kupfer-Basis, die üblicherweise mit einer 0,4 bis 2,0 μm starke Nickelbeschichtung und zum Abschluss eine entsprechende Goldbeschichtung versehen wird. Eine galvanische Vergoldung erhält etwa die doppelte Gold-Schichtdicke eines chemischen Verfahrens. Die bewährten PLCC-Packages aus Kunststoff werden insbesondere bei den Heckleuchten verwendet, während für hohe Helligkeiten und Betriebsströme Keramik-Gehäuse zu bevorzugen sind.

Interessant ist auch der Leistungsbereich dazwischen. Hier empfiehlt sich das EMC- (Epoxyd-Molded-Compound-)Gehäuse, das hohe Lumenwerte und hoch zuverlässig ist. Eine rote LED eignet sich für Heckleuchten und die dritte Bremsleuchten werden zunehmend auch dunklere Rottöne angefragt, die Wellenlängen von 626 bis 633 nm anstatt der 618 nm aufweisen. Allerdings mindern höhere Wellenlängen die Effizienz, was im Extremfall Designänderungen erfordern kann. Es besteht die Möglichkeit, effizientere LEDs mit aktiver Chipfläche einzusetzen oder die Anzahl der LEDs zu erhöhen. Dabei sollte auf eine mögliche Änderung des Layouts geachtet werden.

Amber-Gelb kommt bei Blinkern zum Einsatz; hier wird zunehmend nur noch PC- (Phosphor-Converted-) Amber eingesetzt, was vor allem bei höheren Temperaturen noch heller ist. Gleichzeitig sind PC-Amber-LEDs deutlich farbstabiler und für Anwendungen ab 0,5 W attraktiv. Beim Tagfahrlicht und den Frontscheinwerfern gibt es zuverlässige Lösungen aktuell als fertig bestückbare Module und als Komponenten. Der Hersteller Everlight bietet Module und LEDs in 2-, 3-, 4- oder 5-Chip-Versionen.

Vor allem in Europa ist es unerlässlich, mit den Herstellern von LED-Messtechnik zusammenzuarbeiten, um die Parameter Lichtstrom, Lichtstärke, Farbe, Spektrum und Abstrahlcharakteristik zu bestimmen. Der LED-Spezialist Everlight testet nahezu jede Bauteile-Qualifizierung in unternehmenseigenen Laboren in Taiwan. Sämtliche Automobil-Produkte haben zudem Tests auf korrosive Gase wie Schwefelwasserstoff (H2S), Schwefeldioxid (SO2), Chlor (CL2) und Stickstoffdioxid (NO2) bestanden, um berechtigte Vorbehalte gegenüber nicht-schwefelresistenten LEDs hinsichtlich eventueller Ausfallrisiken oder Veränderungen bei Helligkeit und Farbort auszuräumen.

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