Typische Bauformen von mehrfarbigen LEDs
Es gibt allgemein zwei Arten von LEDs, einfarbig und mehrfarbig. Bei einfarbigen LEDs ist es möglich die Helligkeit über die Stromstärke in Durchlassrichtung anzupassen, die Farbe ist jedoch unveränderbar, da die LED nur aus einem Halbleitermaterial gefertigt ist, wodurch eine spezifische Wellenlänge emittiert wird. Die Farbe der LED wird nicht von der Ansteuerungsart beeinflusst. Bei den mehrfarbigen LEDs gibt es unterschiedliche Arten mit unterschiedlich vielen Farbmöglichkeiten. Eine n-farbige LED besteht dabei aus n einzelnen Halbleiter-PN-Übergängen vereint in einem Gehäuse. Die Einzel-LEDs in der mehrfarbigen LED bestehen aus dem entsprechenden Halbleitermaterial, welches die entsprechende Wellenlänge emittiert. Gängig sind die Arten RGB (Rot-Grün-Blau), RGBW (Rot-Grün-Blau-Weiß) und RGBWW (Rot-Grün-Blau-Weiß-Weiß). Die genaue Farbe, die emittiert wird, wird über den Strom durch die einzelnen Halbleiterübergänge bestimmt.
Einfarbige LEDs unterscheiden sich in ihrem Halbleitermaterial, wodurch sich unterschiedliche Kennwerte und Farben ergeben.
Die Kennwerte und Farben unterscheiden sich auch bei mehrfarbigen LEDs. Bei mehrfarbigen LEDs ist für die Ansteuerung aber noch zu betrachten, wie die einzelnen einfarbigen LEDs innerhalb der mehrfarbigen LED-Lichtquelle miteinander verschaltet sind. Im Folgenden sind einige mögliche Verschaltungen dargestellt und erklärt:
1. Inverse Parallel
Die „Inverse parallel“-Verschaltung funktioniert lediglich mit zwei (unterschiedlich farbigen) LEDs. Mit der Verschaltung ist es möglich mit zwei LEDs verschiedene Farbmischungen zu erzeugen.
Wenn der Strom von A nach B fließt wird ein grünes Licht ausgegeben, da die grüne LED in Durchlassrichtung betrieben ist. Von B nach A würde die rote LED leuchten. Da die unterschiedlichen Farben unterschiedliche Durchlassspannungen haben, benötigt jede LED einen eigenen Vorwiderstand oder eine eigene Stromregelung. Bei bidirektionalem Strom würden die beiden LEDs abwechselnd leuchten. Verändert sich die Stromrichtung mit deutlich niedriger Periodendauer als die Belichtungsdauer einer Kamera, dann vermischen sich die einzelnen Farben der LED zu einer Mischfarbe. Auch für das menschliche Auge erscheinen die Farben bei einem schnellen Wechsel gemischt.
Diese Art der Anordnung von zwei LEDs wird beispielsweise verwendet, um die Polarität anzuzeigen, z. B. zum korrekten Anschluss von Batterien oder Stromversorgungen.
2. Common Anode
Mit der „Common Anode“-Verschaltung können beliebig viele LEDs kombiniert werden. Diese Methode ist üblich bei vielen RGB/RGBW LEDs. Neben dem An- und Ausschalten der einzelnen LEDs können einige auch nur mit einem geringen Strom durchflossen werden. Dadurch sind beliebige Farbmischungen möglich.
Alle LEDs haben ein gemeinsames positives Potential an der Anode (+). Um eine LED in Durchlassrichtung zu betreiben, muss am Kathodenanschluss der gewünschten Farbe ein geringeres Potential als am Anodenanschluss angelegt werden. Ist das Potential an der Kathode (-) höher, wird die LED in Sperrrichtung betrieben. Achtung: LED haben oft sehr niedrige Sperrspannungen von nur einigen Volt!
3. Common Cathode
Der Betrieb von LEDs mit einer gemeinsamen Kathode (-) ist ähnlich wie bei einer gemeinsamen Anode (siehe „Common Anode“). Diese Methode wird seltener eingesetzt als „Common Anode“. Auch hier können beliebig viele LEDs in unterschiedlichen Farben miteinander kombiniert werden. Durch unterschiedliches Ein- und Ausschalten der LEDs können beliebige Farben erzeugt werden.
Bei der „Common Cathode“-Verschaltung haben alle LEDs ein gemeinsames negatives Potential. Um eine LED einzuschalten muss an ihrer Anode (+) ein höheres Potential als an der Kathode (-) angelegt werden.
