Farborte gezielt ansteuern und stabil halten RGB-LEDs ohne Farbsensor regeln

Es gibt Situationen, in denen ein frei ansteuerbarer und über tausende Betriebsstunden stabiler Farbort gefordert ist und kein Budget oder Platz für eine Regelschleife mit Farb- und Helligkeitssensoren zur Verfügung steht. Das ist zwar knifflig, aber lösbar – ein Beispiel aus dem Automobilbereich.

Mit dem Fortschritt in der LED-Technik sind auch die Möglichkeiten gewachsen, mit Licht zu gestalten, Akzente zu setzen und einzigartige Erkennungsmerkmale zu schaffen. Im Automobilbereich werden diese Möglichkeiten zunehmend für die Gestaltung des Innenraums genutzt, um die Kundenwünsche nach Individualisierung und stimmungsabhängiger Beleuchtung zu erfüllen. Nötig ist dazu der Einsatz von mehrfarbigen LEDs sowie deren geschickte Ansteuerung und Regelung.

Anforderungen an RGB-LEDs im Fahrzeuginnenraum

Die Beleuchtung im Pkw-Innenraum erfolgt oft über mehrere Lichtquellen, deren Licht von den Insassen gleichzeitig wahrgenommen wird. Werden diese Lichtquellen auf den gleichen Farbort eingestellt, müssen die Unterschiede in Farbe und Helligkeit des emittierten Spektrums daher möglichst gering ausfallen. Diese Forderung gilt für Umgebungstemperaturen von –40 °C bis +80 °C und für eine Betriebsdauer von mindestens 8000 Stunden. Ein stabiler Farb­ort, der auch bei Alterung der LED stabil bleibt, sowie eine gleichbleibende Helligkeit sind also zwei Hauptanforderungen an eine LED-Lichtquelle für den Automobilbereich. Dazu ist eine Regelschleife zwingend erforderlich. Die offensichtliche Variante mit Helligkeits- und Farbsensor ist hier allerdings nicht umsetzbar. Ein Farbsensor würde einen relativ hohen Anteil der gesamten Systemkosten ausmachen und zusätzlichen Platz benötigen, der im Automobil natürlich generell begrenzt ist und gerade für ein Design-Element so klein wie möglich gehalten werden muss.

Günstiger und platzsparender ist eine Regelung über die Temperatur. Sowohl die Leistung als auch die spektrale Verteilung des emittierten Lichts der LED hängen von der Junction-Temperatur des LED-Halbleiters ab, die dynamisch von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Bei einer RGB-LED muss beachtet werden, dass der rote, grüne und blaue Chip jeweils unterschiedlich auf Temperaturunterschiede reagieren.

Eine statische Variation der LED-Eigenschaften entsteht durch Schwankungen im Herstellungsprozess. Diese Schwankungen beeinflussen wiederum Leistung und spektrale Verteilung des LED-Lichts innerhalb einer Produktionsserie. Der LED-Hersteller teilt die LED-Chips daher je nach Farbe und Helligkeit in unterschiedliche Binnings ein. Somit müssen also zum einen während der Laufzeit dynamisch die Helligkeit und die Farbe der Leuchte abhängig von der Temperatur angepasst und zum anderen einmalig die herstellungsbedingten Unterschiede zwischen den LEDs festgestellt und durch entsprechende Justage der Leuchte nivelliert werden.

Hinzu kommen noch die speziellen EMV-Anforderungen an die Automobilelektronik. Die LED-Leuchte darf, wie jedes elektronische Bauteil im Pkw, keine störende elektromagnetische Strahlung emittieren und gleichzeitig auf Strahlung dieser Art nicht unkon­trolliert reagieren. Letzteres gilt auch für Unregelmäßigkeiten im Bordspannungsnetz. Genaue Anforderungen dazu gibt der jeweilige OEM vor, der sich in der Regel auf die Normen ISO 10605, ISO 11452 und ISO 7637 bezieht. Ferner muss die Leuchte zur Übermittlung von Informationen wie gewünschter Farbe, Helligkeit und diversen Sonderfunktionen, aber auch zur Rückmeldung im Falle eines Fehlers des LED-Moduls, eine Schnittstelle zum LIN-Bussystem des Fahrzeuges haben.