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Lichttechnik

RGB-LED-Ansteuerung für Innenraumbeleuchtungen

11. Juli 2013, 17:31 Uhr | Wim Van de Maele

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Anforderungen an RGB-LEDs

In Innenraumbeleuchtungen sind viele Lichtpunkte im gesamten Fahrzeuginnenraum verteilt. RGB-LEDs sorgen für farbiges Licht. Sie bestehen aus drei einzelnen LED-Chips, die zusammen im gleichen Gehäuse mit einer transparenten Abdeckung untergebracht sind. Die RGB-Komponenten haben den Vorteil, dass sie klein sind und verschiedene Farben durch unterschiedliche RGB-Lichtintensitäten erzeugen. Beim Einsatz der Leuchtdioden müssen aber auch einige Anforderungen beachtet werden. Um diese besser zu verstehen, wird die Physik einer LED näher in Augenschein genommen. Eine Leuchtdiode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht aussendet, wenn Strom durch seine Sperrschicht fließt. Die Lichtabgabe erfolgt beim Auffüllen der Elektronenlöcher (Rekombination). Dabei verliert ein Elektron im Leitungsband Energie und nimmt den Energiezustand eines Elektronenlochs im Valenzband ein. Beim Rekombinationsprozess wird dann ein Photon ausgesendet. Nach dem Energieerhaltungssatz sollte die Photonen-Energie die Differenz zwischen der Elektronen- und der Lochenergie sein. Diese Energie ist in etwa gleich der Bandlückenenergie bei niedrigen Temperaturen. Die Frequenz des abgestrahlten Lichts hängt von der Photonenenergie ab (Plancksche Konstante). Die gewünschte Emissionswellenlänge einer LED lässt sich somit durch die Wahl des Halbleitermaterials mit der entsprechenden Bandlücken-Energie erzielen. Bei der Wahl des Halbleiters müssen verschiedene Materialien kombiniert werden. Die natürlichen Abweichungen des Halbleiterfertigungsprozesses führen bei diversen LED-Modulen zu unterschiedlichen Emissions-Spitzenwellenlängen und Intensitäten. Dabei unterscheidet sich die Lichtausbeute der Grundfarben. Zudem treten bei der Kombination von zwei oder drei LEDs auch Unterschiede bei der Lichtintensität auf, was zu empfundenen Farbunterschieden führt. Weil sich im Fahrzeug verschiedene Lichtpunkte nahe beieinander befinden und erwartet wird, dass sie die gleiche Farbe haben, sind Anpassungen erforderlich. Dabei sind mehrere Verfahren möglich. Die einfachste Methode ist die Wahl weniger Farben. Die benötigten Ausgangsintensitäten werden gespeichert, um diese Farben zu erhalten. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung der linearen Eigenschaften des menschlichen Auges und die Farbmischung.