Farbsteuerung mit Sensorik Wie eine konstante Farbe bei LEDs erreicht wird

Autor / Redakteur: Frank Krumbein und Thomas Nimz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Ob fertigungsbedingte Toleranzen oder Drift durch Alterung und Temperaturabhängigkeit – äußere Einflüsse haben Einfluss auf die LED. Wir zeigen, wie sich diese kompensieren lassen.

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Konstante Farben: Für die Innenraumbeleuchtung eines Passagierflugzeuges mit LED-Mischlicht wird ein homogenes Farbild gewünscht.
Konstante Farben: Für die Innenraumbeleuchtung eines Passagierflugzeuges mit LED-Mischlicht wird ein homogenes Farbild gewünscht.
(MaZet)

Dynamische Beleuchtung als geführtes Licht oder spektraler Mix sind eine Anforderung an moderne LED-Lösungen. Während in der Geschichte der LEDs Lumen/Watt und Lumen/Dollar maßgebliche Faktoren zur Differenzierung der Leuchten waren, werden heute Trends wie Lichtqualität und dynamische Funktionalität zum Alleinstellungsmerkmal. Diesen Trends stehen diverse technische Nachteile der LEDs gegenüber. Die bekanntesten Probleme sind spektrale LED-Drifts durch Temperaturabhängigkeit und Alterung, aber auch exemplarische und losweise Unterschiede der LEDs untereinander (Binning), die auf fertigungstechnisch bedingte Toleranzen zurückzuführen sind.

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Doch welche äußeren Einflüsse spiele beim Aufbau von LED-Systemen eine Rolle und wie lassen diese sich kompensieren? Mit dem Einsatz von LEDs aus mindestens zwei bis drei Primärfarben wie warm-weiß und kalt-weiß bzw. Rot-Grün-Blau lässt sich als LED-Mix jede beliebige Farbtemperatur oder Farbe innerhalb einer Leuchte einstellen, die sich innerhalb des von den Primärfarben aufgespannten spektralen Bereiches (Gamut = Menge der einstellbaren Farben) befindet. Je nach Halbwertsbreiten, Spektren und Anzahl der LEDs lassen sich damit im sichtbaren Spektralbereich von 380 bis 780 nm unterschiedliche Beleuchtungsaufgaben lösen, welche sich neben Gamut durch den Farbwiedergabeindex (CRI = Qualität der Farbwiedergabe) unterscheiden.

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Kein Farbdrift mit Cube Box und RGBW-LEDs

( MaZet )
Mit der RGBW Cube Box lassen sich verschiedene Lichtstimmungen und -farben über mehrere Boxen hinweg dynamisch und langzeitstabil ohne Drift erzeugen, obwohl diese mit spektral unterschiedlichen LEDs aufgebaut sind. Eine typische Anwendung dafür sind SSL-Anwendungen. Zusammen mit Multi-LED-(RGBx-)basierenden Lichtquellen und durch Aufweitung des verfügbaren Gamut erhält man eine verbesserte Farbbrillanz.

Werden zudem auftretende Drifterscheinungen mit einer Regelung korrigiert, lassen sich zusätzlich stimmbare Lichtquellen als Effektleuchte oder Norm- oder Signallicht erzeugen. Diese lassen sich schließlich im Online-Prozess bei der Objekterkennung zur Kontrasterhöhung/-minderung oder Hintergrundausblendung einsetzen.

Ein beleuchtetes oder durchleuchtetes Objekt

Typische Anwendungen für Mix-LED-Beleuchtungen sind Raum- und Objektbeleuchtungen mit variabler und an die Situation angepasster Farbtemperatur, die Umsetzung von farbigem Licht und Lichtszenarien zu Präsentationszwecken oder wenn Hintergrundfarben in Backlights bei Monitoren und Projektoren gemischt werden. In allen diesen Anwendungen nimmt das menschliche Auge prinzipiell nicht die Qualität der Beleuchtungen direkt wahr, sondern beurteilt die Wirkung des Lichtes am beleuchteten oder durchleuchteten Objekt. Die Lichtquelle entscheidet damit maßgeblich, wie ein Betrachter das Objekt wahrnimmt.

Darüber hinaus kann die exemplarische Streuung, die beim Einsatz mehrerer Lichtquellen neben- oder hintereinander auftritt, als störend wahrgenommen werden. Und das sowohl am Objekt als auch beim direkten Betrachten der Lichtquellen. Diesen unerwünschten Effekt findet man häufig in Lichtbändern und Flächenlicht oder in Backlights von Displays mit mehreren Quellen als Matrix.

Neben visuellen Restriktionen gibt es Anwendungen mit Vorschriften, bei denen eine Lichtfarbe per Norm oder Standard über die Lebenszeit vom Hersteller oder Anwender garantiert werden muss (DICOM, Energy Star). Im Rahmen von Wareneingangsprüfungen definieren Abnehmer von Leuchtmodulen darüber hinaus immer mehr bestimmte Qualitätsparameter für Lichtfarbe und Helligkeit, welche die Hersteller eines Moduls über die Lebenszeit garantieren müssen. Farbe und ihre Qualität in LEDs werden neben den Kosten und der Energieeffizienz zum entscheidenden Produktmerkmal.

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