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Moduliertes LED-Licht Wie sich mit der LED auch Fahrzeugdaten übertragen lassen

| Autor / Redakteur: Jörg Latzel * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Front- und Heckscheinwerfer eines Kfz mit LEDs dienen nicht nur zur Beleuchtung. Über moduliertes LED-Licht lassen sich auch Daten für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation übertragen.

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Mehr als eine Lichtquelle: Die LED-Leuchten im Auto lassen sich für die Fahrzeug-zu-Fahrzeugkommunikation verwenden.
Mehr als eine Lichtquelle: Die LED-Leuchten im Auto lassen sich für die Fahrzeug-zu-Fahrzeugkommunikation verwenden.
(Bild: Yokogawa)

In der Innen- und Außenbeleuchtung ist die LED für die Beleuchtung bereits etabliert. Und das nicht nur als Alternative für Glüh- und Gasentladungslampen der Fahrzeugober- und Mittelklasse. Blickt man auf die Geschichte der Halbleiterbeleuchtung, so muss man sich in das Jahr 1935 begeben. Der französische Forscher und Physiker Georges Destriau entdeckte die Elektrolumineszenz an Zinksulfid. Erst fast 30 Jahre später, im Jahr 1962, kommt die erste rote LED von Nick Holonyak auf den Markt.

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Mit dem Halbleiter Galliumarsenidphosphid oder kurz GaAsP wird erstmalig eine LED angeboten, die sichtbares, rotes Licht abstrahlt. Anfang der 1970er Jahre werden mit neuen Halbleitermaterialien weitere Farben realisiert. Grüne, gelbe und auch orange LEDs stehen zur Verfügung und werden als Signalisierungsleuchten und in der KFZ-Industrie eingesetzt.

Die Automobilhersteller konnten zur damaligen Zeit noch Ausnahmegenehmigungen erwirken, um gelbe LEDs als Kontrolleuchte für eingeschaltetes Fernlicht einzusetzen. Kurz vor Mitte der 1990er Jahre gelingt es dem Japaner Shuji Nakamura das Material Gallium Nitrit zu entwickeln, um hell leuchtende, blaue LEDs zu entwickeln. Damit gilt diese Entwicklung als Grundlage für weiße, hocheffiziente LEDs und wurde 2014 mit dem Nobelpreis in Physik honoriert.

Effizientes Licht mit der LED erst seit 10 Jahren

Nach anfänglichen Versuchen, eine Raumbeleuchtung mit gelben LEDs zu realisieren war schnell klar, dass auf diesem Wege kein Umstieg von Glühlampen hin zu LEDs machbar sein konnte. Die Effizienz bei der Lichtausbeute einer LED ist es erst in den vergangenen 10 Jahren ausreichend geworden. Damit konnte die LED nicht nur zur Signalisierung, sondern auch zur Beleuchtung eingesetzt werden.

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Aufmodulierte Fahrdaten via LED übertragen

Über das Tagfahrlicht und die Rücklichter mit LED lassen sich Fahrdaten aufmodulieren. Die Leuchten müssen pulsweitenmoduliert und per CAN-Bus gesteuert werden. Der Sicherheitsgewinn der vorhandenen Systeme dürfte die Mehrkosten rechtfertigen. Allerdings ist eine hohe Marktdurchdringung wichtig, damit eine sinnvolle Nutzung machbar ist. Ein Nachteil sei nicht verschwiegen: Kann das Licht eine Nebelwand nicht mehr durchdringen, so kann es nicht mehr ausgewertet werden. In diesem Fall hätte ein Funksystem einen Vorteil.

Als weiterer denkbarer Schritt sind LED-basierende Ampelanlagen, die aufmodulierte Informationen übermitteln. Das können beispielsweise Dauer einer Grün- oder Rotphase sein oder Triggerung eines gleichzeitigen, gleichmäßigen Anfahrens unter Einsatz der Fahrzeug- zu Fahrzeugkommunikation.

Effizienzerhöhungen von bis zu 12 Prozent pro Entwicklungsjahr [2] sind nach Angaben führender Hersteller noch immer realistisch. Wir sind bereits bei einer Lichtausbeute von über 200 Lumen/Watt angekommen und somit nur noch bei einer Wärmeentwicklung von 70 Prozent gegenüber einer Lichtausbeute von 30 Prozent während die klassischen Glühlampen bei 95 Prozent Wärmeentwicklung gegen 5 Prozent Licht liegen [2].

In der Beleuchtung und bei der Signalisierung sowie bei Displaybeleuchtungen ist es nicht nur komfortabel, sondern auch sicherheitsrelevant und augenschonend, die Lichtleistung an die Umgebungshelligkeit anzupassen. Da in der Kfz-Industrie der Designaspekt eine sehr entscheidende Rolle spielt, zählen zu den wichtigsten Forderungen an das gedimmte Licht eines Diodenarrays, also beispielsweise die Anordnung mehrere LEDs nebeneinander: Gleiche Helligkeit aller LEDs zu einem Zeitpunkt t, gleiches Spektrum aller LEDs zum Zeitpunkt t.

Einzelne LEDs aus einer Charge wurden untersucht und es zeigte sich, dass analoges Dimmen ein Auseinanderlaufen insbesondere der Dominantwellenlänge zur Folge hat. Für eine einzelne LED wird diese Drift in den CIE-Diagrammen in Bild 2 und 3 gezeigt. Die Abweichung ist bei diversen LEDs deutlich unterschiedlich.

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