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LED und OLED im Fahrzeug und ihr photometrischer Test

| Autor/ Redakteur: Simon Rankel * / Hendrik Härter

LED- und OLED-Leuchten im Fahrzeugbau sind komplexe Bauteile. Das photometrische Messkonzept des FluxGage-Systems unterstützt während der Entwicklung aber auch in der Qualitätsprüfung.

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Rückleuchten im Fahrzeug: Während der Entwicklung müssen sowohl LED- und OLED-Leuchten photometrisch untersucht werden.
Rückleuchten im Fahrzeug: Während der Entwicklung müssen sowohl LED- und OLED-Leuchten photometrisch untersucht werden.
( Bild: ©DKcomposing - stock.adobe.com )

Dank LED und OLED haben Designer im Automobilbau ganz neue Möglichkeiten. Gleichzeitig gewinnt die Ausleuchtung von Fahrzeug und Umgebung bei der Entwicklung von autonom fahrenden Autos zunehmende Bedeutung. Doch es steigen auch die Anforderungen an die Qualität der eingesetzten LED-Leuchten und damit an die verwendete Messtechnik. Zum einen müssen die unterschiedlichen Lichtparameter der fertigen Leuchten schnell und zuverlässig gemessen werden.

Zum anderen ist es notwendig, die gemessenen Werte vor allem bei sicherheitsrelevanten Anwendungen zu speichern, um zu einem späteren Zeitpunkt vordefinierte Spezifikationen der LED-Leuchte belegen zu können. Ein Problem waren die verfügbaren Messgeräte: Es gibt zwar sehr zuverlässige und präzise Messmethoden, um einzelne lichttechnische Parameter zu erfassen, diese sind aber häufig zeitraubend und benötigen aufwendige Aufbauten.

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Geringen Lichtstrom erfassen

Als das erste FluxGage System von Ophir 2016 vorgestellt wurde, kam das einer kleinen Revolution gleich: Das rechteckige photometrische System misst in wenigen Sekunden die zentralen Qualitätsparameter einer fertigen LED-Leuchte. Die Einschränkung damals: FluxGage eignete sich für eine Vielzahl von Anwendungen, jedoch nicht optimal zur Messung von LED-Leuchten im Fahrzeug wie Blinker, Bremsleuchten oder Rückfahrscheinwerfer.

Speziell bei farbigen Leuchten liegt der Gesamt-Lichtstrom hier zum Teil deutlich niedriger als 500 lm. Die geringen Werte konnte die erste FluxGage-Variante noch nicht messen. Sukzessive erweiterte MKS Instruments die Ophir-FluxGage-Produktfamilie um neue Varianten und stellte den FluxGage HR mit hoher Auflösung vor. Es misst das weiße und farbige Licht von LED-Leuchten mit niedrigem Gesamt-Lichtstrom mit geringem zeitlichen und räumlichen Aufwand. Damit eignet es sich für die Qualitätsprüfung von LED- und OLED-Leuchten in der Automobilindustrie.

Solarmodule messen gekrümmte LED-Leuchten

Zentrales Prinzip der FluxGage-Modelle ist die photometrische Messung basierend auf Solarmodulen. Alle fünf Innenseiten des Messgeräts sind mit Solarmodulen bestückt. Darüber befinden sich eine Diffusorschicht sowie eine schwarze Folie, die mit einer Vielzahl sehr feiner Löcher durchsetzt ist, um die Reflexionen zu minimieren. Die zu messende Leuchte wird direkt über dem Messgerät platziert, so dass sie in den Innenraum des Messgeräts abstrahlt. Das Licht fällt durch die Löcher auf die Solarmodule, wird dort gemessen und in elektrische Signale verwandelt.

Im Zusammenspiel mit einem Spektrometer – bei der HR-Variante handelt es sich um ein CCD-Spektrometer – ermittelt die FluxGage-Software den Gesamt-Lichtstrom. Darüber hinaus erfasst das auf dem Boden des Messgeräts platzierte Spektrometer weitere Farbparameter: Lichtfarbe oder Farbwiedergabewert. Vervollständigt werden die Messwerte durch die ebenfalls im Boden integrierte Photodiode. Ein zentraler Vorteil für die Automobilindustrie: Aufgrund seiner 2π-Messkavität lassen sich gekrümmte Leuchten schnell vermessen. Sowohl mit einem Goniometer als auch mit einer Ulbrichtkugel mit deutlich höherem Aufwand zu realisieren.

Eine Vielzahl an Parametern

In den Zeiten der Glühlampen ging es bei neuen Modellen meistens um die Form der Leuchte, Halogen- und Xenonlampen boten zusätzliche Optionen. LED und OLED erlauben es, mit einer Vielzahl an Parametern, wie unterschiedlichen Lichtströmen, Lichtfarben und Lichtfrequenzen, zu arbeiten. Mit der OLED sind sogar dreidimensionale Lichteffekte möglich. Doch zum Testen sind solche Designs schwierig. Wie lassen sich die unterschiedlichen Parameter schnell und effizient messen? Einzelne Werte eines LED- oder OLED-Moduls präzise zu überprüfen, ist kein Problem.

Eine fertig zusammengesetzte Leuchte in den jeweiligen Betriebszuständen allerdings schon. Das Messgerät misst die unterschiedlichen Funktionen einer OLED-Heckleuchte unabhängig von der Farbe oder der Zahl der aktiven OLED-Schichten. Aktuelle Bremsleuchten zeigen bei verschiedenen Markenherstellern nicht nur an, dass der Fahrer bremst, sondern wie stark er bremst. Diese unterschiedlichen Stufen mit ihren jeweiligen Werten lassen sich im Rahmen des Messaufbaus ebenfalls direkt testen.

Verschiedene Lichtparameter mit einer Messung

Insgesamt ermittelt FluxGage unterschiedliche photometrische und spektrale Parameter einer Leuchte, unter anderem:

  • Gesamt-Lichtstrom,
  • Beleuchtungsstärke,
  • spektrale Leistungsverteilung,
  • Farbkoordinaten,
  • relative Farbtemperatur weißer Lichtquellen – (CCT),
  • Farbwiedergabeindizes (CRI, TM-30-15) und
  • Flimmern.

Bei der Qualitätsprüfung von LED- und OLED-Rück- und Tagfahrleuchten (Daylight Running Lights) stehen dabei die Bestimmung des Gesamt-Lichtstroms und des genauen Farborts im Fokus. Wichtig ist auch die Flimmer-Messung, da Flimmer sowohl bei Tagfahrlicht als auch bei Rückfahrscheinwerfern auftreten kann und als sehr unangenehm empfunden wird. Bei großflächigen OLEDs, wie sie bei Prototypen heute schon verwendet werden, ist die Helligkeitsmessung (die Messung der Leuchtdichte) und deren Uniformität von besonderer Bedeutung.

LED-Leuchten schnell vergleichen

In modernen Fahrzeugen sind verschiedene LED- und OLED-Leuchten verbaut. Um die Qualiät der Leuchten zu messen, ist spezielle Messhardware notwendig.
In modernen Fahrzeugen sind verschiedene LED- und OLED-Leuchten verbaut. Um die Qualiät der Leuchten zu messen, ist spezielle Messhardware notwendig.
( Bild: Ophir )

Bei kleineren OLED-Schichten, beispielsweise als Teil der Rückleuchten, sind hingegen – wie bei der Rückleuchte insgesamt – die genauen Lichtstromwerte und die Farbe deutlich wichtiger. In Bezug auf die Sicherheit spielt der Kontrast eine wichtige Rolle. Bei Dunkelheit oder in einem Tunnel sollten die Bremsleuchten dunkler sein als bei Tageslicht, sich also den Lichtverhältnissen anpassen. Insgesamt gilt es bei der externen Beleuchtung, die Farbdefinitionen der im jeweiligen Land geltenden Standards einzuhalten. In den USA sind das beispielsweise im SAE-J578-Standard festgelegt und umfassen genaue Vorgaben zur externen Beleuchtung von Fahrzeugen, darunter Leuchten und Reflektoren.

Will der Anwender verschiedene LED-Leuchten einer Serie schnell vergleichen, bietet sich die Logging-Funktion an. Hier werden die Qualitätsparameter einer Serie verglichen. Die zu testende Leuchte wir über eine längere Zeitspanne wie fünf oder zehn Minuten geprüft und in einem frei wählbaren Zeitintervall beispielsweise alle 30 Sekunden vermessen. Die so gewonnen Werte vergleicht man mit vordefinierten Referenzwerten. Damit lässt sich beurteilen, wie sich die Leuchte im Vergleich zur Referenzleuchte nach der Einschaltphase verhält. Unterscheiden sich die Parameter einer produzierten Leuchte deutlich von den anderen, kann sie direkt aussortiert werden.

Lesetipp

* Dr. Simon Rankel ist Business Development Manager für LED bei Ophir.

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