LEDs eröffnen ein erhebliches Potenzial für die Beleuchtungstechnik, stellen aber Entwickler oft vor große Probleme. LEDs bestechen durch ihre Energieeffizienz, die scheinbar grenzenlose Farbenvielfalt des Lichts und durch eine sehr hohe Lebensdauer. Andererseits verändern LEDs ihre spektralen Eigenschaften mit Temperatur und Alterung, besitzen von Haus aus eine Fertigungsstreuung und sind mit ihren Parametern von Hersteller zu Hersteller sehr unterschiedlich.

Veränderungen unerwünscht

Das führt letztendlich zu sichtbaren Veränderungen im Farbort und Helligkeit und erschwert eine Fertigung von farbkonstanten LED-Systemen über lange Zeiträume hinweg. Dies alles ist aus Sicht der Applikation oft nicht von Belang, kann aber bei Anwendungen mit Ansprüchen an die Farbortkonstanz eine wichtige Rolle spielen. Das ist der Fall wenn das menschliche Auge Farbfehler sieht und diese störend wahrnimmt und den Eindruck erhält es handle sich um qualitativ minderwertiges Licht. Typische Anwendungen sind Lichtszenarien über Flächen und Lichtketten mit homogenem Farbeindruck.

Die Closed-Loop-Regelung auf Basis des Jencolor-Bausteins als OEM-Einheit im Mazet-RGBW-Cube-Spotlight.

Die Closed-Loop-Regelung auf Basis des Jencolor-Bausteins als OEM-Einheit im Mazet-RGBW-Cube-Spotlight.Mazet

Bezeichnend ist der geringe Erfahrungsschatz vieler Beleuchtungshersteller zum Langzeitverhalten der LED-Lichtquellen in der Breite der Anwendungsmöglichkeiten. Dieses kann beim Ersatz und im Nachrüstgeschäft ein Problem darstellen, bei dem in einer bestehenden Installation ein defektes LED-System in einer optisch vergleichbaren Menge von Leuchtmodulen ersetzt werden muss, aber das Ersatzmodul alters- oder Los-bedingt im Farbort abweicht. Das kann ungewollte aber sichtbare Farbortunterschiede in der Beleuchtungsinstallation zur Folge haben.

Die technische Lösung dieser Probleme ist unter der Bedingung möglich, dass eine LED-Beleuchtung aus verschiedenen spektral unterschiedlichen LEDs aufgebaut ist. Das ist heute bereits bei Leuchten mit hohem Farbwiedergabeindex (Color Rendering Index, CRI) oder der Bedingung von farbvariablen Systemen üblich und erfordert nur noch eine sensitive Regelung auf Farbort und Helligkeit.

Den Ansprüchen genügen

Für eine Regelung von LEDs mit dem Anspruch hoher Farbortgenauigkeit sind XYZ-Sensoren von Jencolor geeignet und laut Mazet eine gute Lösung. Diese Sensoren realisieren die in der CIE1931-Normspektralwertfunktion (DIN5033) definierten spektralen Kennwerte für Farbmessung Like human eyes und besitzen eine hohe und langzeitstabile Genauigkeit. Sie sind klein, robust, bei hohen Temperaturen einsetzbar und erfüllen im Regelsystem die Genauigkeitsforderungen von Delta u‘v‘ kleiner als 0,003 und Delta L kleiner als 1 %. Als unabhängige Größe sieht der Sensor in einer Closed-Loop-Regelschleife alle im Lichtsystem auftretenden Störungen, die Einfluss auf die Farbe oder/und Helligkeit haben können. Das beinhaltet die oben angegebenen Temperatur- und Langzeitdrifts der LEDs und der Treiber, Störungen wie Fremdlicht, mechanische Toleranzen der Optiken sowie der Mechanik als spektrale Veränderung des Lichtes und regelt diese entsprechend des Zielfarbortes zeitnah und flackerfrei aus.

Mit den sensorgeregelten RGBW-Cube-Spotlights sind verschiedene Lichtstimmungen und -farben über alle Boxen hinweg dynamisch und langzeitstabil ohne Drift möglich, obwohl diese mit spektral unterschiedlichen LEDs aufgebaut sind.

Mit den sensorgeregelten RGBW-Cube-Spotlights sind verschiedene Lichtstimmungen und -farben über alle Boxen hinweg dynamisch und langzeitstabil ohne Drift möglich, obwohl diese mit spektral unterschiedlichen LEDs aufgebaut sind.Mazet

Vorteilhafte Effekte betrachten

Obwohl bei einer Regelung der Sensor als Zusatz ins System hinzukommt, sind die Gesamtkosten im System nicht zwangsläufig höher. So sinken die Ansprüche an die LED-Treiber bei einer aktiven Regelung, es bestehen niedrigere Anforderungen an das LED-Binning, das heißt, sie sind kostengünstiger zu beschaffen und eine nach Losen sortierte Lagerung der LED-Binnings entfällt. Dazu können Einkaufsvorteile beim Wechsel des Anbieters und Typen kommen, da die Herstellerkonstanz der verwendeten LEDs innerhalb einer Produktlinie nahezu entfällt. Im Ersatz-Nachrüstgeschäft lässt sich die nachgerüstete Einheit auf Farbort und Helligkeit der Installation vorbereiten; sie hält diese konstant zu ihren Nachbarn bei.

RGBW-Cube im Rampenlicht

Zur Demonstration der LED-Farblichtregelung stellt Mazet einen RGBW-Cube-Spotlight-Demonstrator vor, dessen Farbe, Farbtemperatur und Helligkeit sich mittels eines Smartphones oder Tablet-PCs steuern lässt. Die Steuerung ist dabei nicht auf eine Box beschränkt, sondern kann entsprechend der Wireless-Verbindung zugleich mehrere Lichtboxen bedienen.

Auf der Oberfläche mit CIE1931-Farbraum steht der Zielfarbwert für die Leuchten fest. Hier wird auch das Gamut aller diversen LEDs angezeigt, wobei nur deren gemeinsame Teilmenge im Farbraum regelbar ist.

Auf der Oberfläche mit CIE1931-Farbraum steht der Zielfarbwert für die Leuchten fest. Hier wird auch das Gamut aller diversen LEDs angezeigt, wobei nur deren gemeinsame Teilmenge im Farbraum regelbar ist.Mazet

Dementsprechend können alle RGBW-Cube-Spotlights einen individuellen Farbort, hier gemischt aus RGBW, oder den exakt gleichen Farbort annehmen.

Durch die flackerfreie Regelung sind durch die parallele Ansteuerung einer Farbe auf allen Lichtboxen keinerlei Unterschiede für das menschliche Auge erkennbar. Änderungen der Betriebsbedingungen wirken sich nicht auf den Farbort der RGBW-Cube-Spotlights aus. Variationen der LED-Typen lassen sich bei ähnlichen Farbräumen in Grenzen ausgleichen und führen damit nicht zur sichtbaren Veränderung des Farbortes.

Eckdaten

Für eine Regelung von LEDs mit dem Anspruch hoher Farbortgenauigkeit eignen sich die Jencolor-Sensoren. Sie sind klein, robust und bei hohen Temperaturen einsetzbar. Die Bausteine erfüllen im Regelsystem die Genauigkeitsforderungen von Delta u‘v‘ kleiner als 0,003 und Delta L kleiner als 1 %.