Im richtigen Licht

LEDs und besonders Power-LEDs ersetzen in immer mehr Applikationen herkömmliche Lampen oder dienen unmittelbar als Lichtquelle. Meist besteht der Wunsch nach Leuchten, die beliebige Mischfarben darstellen können oder bestimmten Farbtemperaturen entsprechen und über die Zeit unabhängig von eintretenden Umfeldfaktoren wie Temperatur oder Alterung sind. Spezielle Sensoren und Regelungs-ICs helfen dabei, die Anwendung ins richtige Licht zu setzen.

LEDs und besonders Power-LEDs ersetzen in immer mehr Applikationen herkömmliche Lampen oder dienen unmittelbar als Lichtquelle. Meist besteht der Wunsch nach Leuchten, die beliebige Mischfarben darstellen können oder bestimmten Farbtemperaturen entsprechen und über die Zeit unabhängig von eintretenden Umfeldfaktoren wie Temperatur oder Alterung sind. Spezielle Sensoren und Regelungs-ICs helfen dabei, die Anwendung ins richtige Licht zu setzen.

Sei es die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Monitoren oder Fernsehgeräten, die Lichtquelle von Projektoren, Beleuchtungen in der Automatisierungs- und Fahrzeugtechnik oder auch in Designelementen wie Leuchten oder Werbemittel: Realisiert werden abstimmbare LED-Lichtquellen durch einzelne rote, grüne und blaue Power-LEDs und entsprechender Optik oder auch durch RGB-Leuchtdioden, die ohne zusätzliche Optik eine hervorragende Farbmischung bei geringem Platzbedarf ermöglichen.

Ein Vorteil bei der Verwendung dreier einzelner Power- LEDs gegenüber einer RGB-LED ist die höhere Leuchtintensität. Auf Basis unterschiedlichster, applikationsspezifischer Anforderungen ist eine empfindungsgerechte Reproduzierbarkeit einer bestimmten Farbe (oder Farbtemperatur) in allen genannten Bereichen trotzdem unumgänglich, da das menschliche Auge schon kleinste Farbunterschiede wahrnimmt. Hierbei ist besonders die Regelung nach einem bestimmten Farbort oder einer Farbtemperatur einer homogen beleuchteten Fläche ohne Veränderungen und Drifts gefragt. Problematisch sind die Temperaturabhängigkeit, Alterungserscheinungen und Fertigungstoleranzen von LEDs (immerhin ±15%, also sichtbar für den Menschen [1]), die bei der Forderung einer definierten Beleuchtung das Regeln der LED im Betrieb erfordert. Bei einer Regelung mit den True-Color-Sensoren »MTCSiCS/ CQ« von Mazet lässt sich sowohl eine bestimmte beliebige Farbe als auch Farbintensität erreichen [3], was es ermöglicht, homogene Flächen ohne für das menschliche Auge sichtbare Unterschiede auszuleuchten.

Wie funktioniert denn das?

Ein möglicher Aufbau für eine Farbregelung ist in Bild 1 zu sehen. Die Regelung wird im Farbenraum Yxy oder L*u’v’ CIE 1976 (nach DIN5033) durchgeführt, da sowohl die analogen Ausgangssignale (hier: XYZ-Werte) der Sensorik nach einer Kalibrierung als Yxy-/L*u’v’-Werte, wie auch Farbtemperaturen nach einer Umrechnung in einem Farbort xy/u’v’ vorliegen. Kennwerte für die Helligkeit stellen hierbei das Y bzw. L* dar. Der Farbort wird durch die normierten Werte xy bzw. u’v’ eindeutig bestimmt.

Der Sollwert kann manuell vorgegeben werden oder auch durch eine zweite Sensorik, die beispielsweise eine zweite Lichtquelle misst, um so zwei identische Farben einzuregeln. Dabei ist zu beachten, dass der gegebene Farbort innerhalb des darstellbaren Farbgamuts der Power/RGB-LED liegt. Vor allem ist dieser Fall bei der Regelung zweier oder mehrerer Lichtquellen zu berücksichtigen. Wie schon genannt, haben LEDs eine gewisse Fertigungstoleranz, welche dazu führt, dass jede LED trotz gleicher Bauweise einen unterschiedlichen Farbgamut innerhalb des CIE-Normfarbsystems aufspannt. Um zu verhindern, dass die Sollfarbe außerhalb des darstellbaren Bereichs liegt, kann beispielsweise die Auswahl der Sollfarbe auf ein verkleinertes Farbgamut, welches jede der verwendeten Lichtquellen darstellen kann, beschränkt werden.