ISELED-Allianz Inova revolutioniert Innenlicht in Autos

Eine Revolution für die Innenraumbeleuchtung von Autos verspricht die neue ISELED-Technik von Inova Semiconductors.

Mit ISELED, einem völlig neuen Konzept für die Ansteuerung von LEDs, will Inova die Kosten und den Aufwand für die Ansteuerung von LEDs deutlich senken. Neue Informations- und Warnfunktionen werden dadurch erst möglich. BMW setzt bereits auf die neue Technik.

Erste Produkte will Dominant Opto Technologies, Mitglied der jetzt gegründeten offenen ISELED-Allianz, schon Anfang 2017 liefern. »LEDs sind analoge Mimosen. Mit ISELED machen wir daraus digitale Bauelemente«, sagt Robert Kraus, CEO von Inova Semiconductors. Als Mimosen bezeichnet er die LEDs, weil sie altern und über den Alterungsprozess ihre Leuchtkraft ändern. Auch Temperaturunterschiede im Innenraum machen sich über Änderungen des Farbtons bemerkbar. Und schon ihre Fertigung stellt die Hersteller vor Probleme: Weil die Wellenlängen bedingt durch die Prozessabweichungen immer etwas streuen, müssen die Parameter einer jeden LED gemessen werden, um die Farbabweichung in der Anwendung kompensieren zu können. Denn schon sehr kleine Streuungen in der Wellenlänge des Lichts erkennt das menschliche Auge als Farbabweichung. Doch gerade für die Innenbeleuchtung von Autos legen die Hersteller großen Wert darauf, dass die Farbe zu hundert Prozent stimmt.

Innenraumbeleuchtungen im Auto bestehen meist aus flexiblen Kupferstreifen, auf denen 10 bis 30 RGB-LEDs sitzen. Jede RGB-LED besteht aus einer roten, einer grünen und einer blauen  LED. Ein solches Pixel kann mit einer Auflösung von 24 Bit (3 x 8 Bit) mehr als 16 Millionen Farben wiedergeben.
Um die Fertigungstoleranzen bei der Wellenlänge und Helligkeit jeder einzelnen LED und der damit einhergehenden Farbverfälschungen zu kompensieren, müssen heute die Parameter einer jeden LED in einem Look-up-Table eines Controllers abgelegt werden. Der Farbwert wird dann für jede LED einzeln per Software entsprechend korrigiert. Der Controller gibt dann den so per Software korrigierten Farbwert an die einzelnen LED-Treiber-ICs über SPI oder eine ähnliche serielle Schnittstelle weiter. Ein solches LED-Treiber-IC kann bis zu fünf LEDs ansteuern. Bei einer Kette aus 30 LEDs sind also bis zu sechs ICs erforderlich. Hinzu kommt die aufwändige Verdrahtung. Schon die Kalibrierungen durchzuführen, kostet die TIER1-Zulieferer viel Geld – meist zu viel für reale Anwendungen. Auf Grund der SPI-basierten Ansteuerung aller LED-Treiber müssen immer alle LEDs der Kette aktualisiert werden, auch wenn nur ein LED-Pixel die Farbe ändern soll. Insbesondere bei längeren Ketten mit vielen LEDs führt dies zu sehr hohen Datenraten und Taktfrequenzen.

Deshalb hat sich Inova etwas ganz Neues einfallen lassen: Die ISELED-Technik besteht aus mehreren Elementen: erstens einem kleinen Controller, der eine Fläche von nur 1 mm² einnimmt. Zur Ansteuerung der LEDs ist der Controller mit Konstantstromquellen ausgestattet. Jede LED lässt sich mit einer Auflösung von 12 Bit einstellen, um Temperatureinflüsse und Fertigungstoleranzen genau ausgleichen zu können. »Unser Fokus liegt ganz klar auf der Systemebene, und das ISELED-Konzept entspricht exakt dem, was wir mit der kürzlich angekündigten S32K-Produktlinie anstreben – nämlich ein neues Konzept als Komplettlösung inklusive Hard- und Software auf den Markt zu bringen und das passende Ökosystem dafür zu entwickeln«, sagt Manuel Alves, VP und GM Product Line General Purpose and Integrated Solutions von NXP.

Zusammen mit den LEDs bringt Dominant Opto Technologies den Controller in einem nur 2,8 x 4,1 x 0,65 mm großen Gehäuse unter. Der Wärmewiderstand des Gehäuses ist um 30% niedriger als bei vergleichbaren Produkten. Das senkt die Stromaufnahme dank der höheren Lichtausbeute der kühleren LEDs. Die Parameter der jeweiligen LEDs sind im OTP-Speicher des Controllers abgelegt. Die Kalibrierung erfolgt nun während des Produktionstests. Der Abgleich und die Temperaturanpassung geschehen automatisch in der LED und nicht mehr per Software im ansteuernden Controller.  

Inova hat das zugehörige serielle High-Speed-Protokoll entwickelt. Mit einer Datenrate bis 2 MBit/s ermöglicht das Protokoll sehr schnelle, dynamische Beleuchtungseffekte, wobei jede LED der Kette einzeln adressierbar ist. Weil keine Taktleitung erforderlich ist, werden EMV-Probleme minimiert. Mit solchen Protokollen kennt sich der APIX-Erfinder natürlich aus: »Im dem neuen Protokoll stecken sehr viele APIX-Gene«, erklärt Robert Kraus. Die Look-up-Table im Hauptcontroller kann damit entfallen, genauso wie die Schaltmatrix-ICs und die aufwändige Verdrahtung entfallen können. Die RGB-LEDs erhalten die Informationen in Echtzeit – unabhängig von ihrem Platz in der Kette. »Theoretisch lassen sich bis zu 4096 LEDs auf einem Streifen ansteuern, wir können sogar LED-Streifen nebeneinander setzen und so flächige Beleuchtungseffekte erzeugen«, erklärt Robert Kraus. Weil die Kommunikation bidirektional ist, können schadhafte LEDs und die Temperatur individuell erkannt werden.