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Intelligente RGB-LEDs

Dynamische Beleuchtung im Fahrzeuginnenraum

16. Januar 2019, 12:00 Uhr | Von Stefan Hoffmann und Hermann Senninger

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Schnelle Ansteuerung

Neben den Funktionsblöcken für die optische Kalibrierung verfügt der integrierte ISELED-Controller über eine Logic-Controll-Unit (LCU) und eine Controll-Communication-Unit (CCU), die das ISELED-Protokoll interpretieren. Das Protokoll bietet einen 12-bit-Adressraum und kann somit insgesamt 4.079 LEDs in einer Kette ansteuern. Zusätzlich existieren eine Broadcast- und 16 Multicast-Adressen. Die bidirektionale Master-Slave-Kommunikation erfolgt kommandobasiert in Halbduplex-Übertragung. Sie ermöglicht es, Daten sowie anliegende Pad-Spannungen, Temperatur und Statusbits jeder einzelnen Komponente mit Hilfe von Diagnosefunktionen abzufragen. Die serielle Schnittstelle (SIO) beziehungsweise die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller und dem ersten ISELED-Baustein erfolgt »single ended« (Bild 7). Die darauffolgenden Komponenten erkennen ihre Position automatisch und verwenden differenzielle Schnittstellen, was Vorteile bei der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und der Störfestigkeit mit sich bringt. Die einzelnen Kommandos können 24-bit Daten übertragen, werden entlang der Kette weitergegeben und bei der jeweiligen Adresse ausgeführt.

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Die Übertragung beinhaltet dabei eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) und dauert 52,5 µs. Die Laufzeit zwischen Ein- und Ausgang eines Bausteins beträgt durchschnittlich 3 µs. Um alle LEDs auf die gleiche Farbe einzustellen beziehungsweise in den »Aus«-Zustand zu versetzen, kann die Broadcast-Adresse verwendet werden. Bei einer Kette mit 100 Leuchtdioden benötigt das Kommando 350 µs (52,5 µs Kommandodauer zusätzlich 99-mal die Laufzeit von 3 µs), um den letzten Baustein zu erreichen. Erhält jede RGB-Komponente eine individuelle Farbe, sind 100 Kommandos erforderlich und die Dauer beträgt 5,25 ms (100-mal 52,5 µs Kommandodauer unter Vernachlässigung der Laufzeiten). Die schnelle Datenrate und der große Adressbereich des ISELED-Protokolls ermöglichen dynamische Lichteffekte in Videogeschwindigkeit und schließen die Lücke zwischen den etablierten LIN- und CAN-BUS-Systemen – mit Potenzial für weitere Anwendungen.

Display-Backlight und RGBW

Der Controller Chip oder daraus weiterentwickelte Derivate können künftig auch für die Ansteuerung von Display-Backlights zum Einsatz kommen. Anstelle von farbigen LEDs würden dann weiße Leuchtdioden zusammen mit dem IC in ein Gehäuse integriert werden. Mit Hilfe solcher Komponenten, die in Spalten und Reihen angeordnet sind und über das ISELED-Protokoll angesteuert werden, kann preiswertes, dynamisches »Local Dimming« realisiert werden. Die Technik bietet gegenüber der statischen, homogenen Hintergrundbeleuchtung eine deutliche Verbesserung der Kontrast- und Schwarzwerte – High Dynamic Range (HDR). Des Weiteren sind ICs mit zusätzlichen Farbkanälen denkbar. Damit ließe sich ein RGBW-Baustein realisieren, der neben den farbigen LEDs über eine zusätzliche weiße Leuchtdiode mit breitem Emissionsspektrum verfügt.

ISELED-Allianz
Um ein komplettes Ökosystem für die digitale »intelligente« RGB-LED anbieten zu können, wurde 2016 die ISELED-Allianz gegründet. Sie ist ein offener Industrieverbund mit dem Ziel das Gesamtsystem der ISELED-Technik weiterzuentwickeln und eine komplette Systemlösung rund um ISELED anzubieten. Folgende Unternehmen gehören bereits der ISELED-Allianz an: Dominant Opto Technologies, Hochschule Pforzheim, Inova Semiconductors, Lucie Labs, Melexis, Microchip, NXP, OLSA Group, Osram Opto Semiconductors, TE Connectivity und Valeo.

ISELED-Allianz

Um ein komplettes Ökosystem für die digitale »intelligente« RGB-LED anbieten zu können, wurde 2016 die ISELED-Allianz gegründet. Sie ist ein offener Industrieverbund mit dem Ziel das Gesamtsystem der ISELED-Technik weiterzuentwickeln und eine komplette Systemlösung rund um ISELED anzubieten. Folgende Unternehmen gehören bereits der ISELED-Allianz an: Dominant Opto Technologies, Hochschule Pforzheim, Inova Semiconductors, Lucie Labs, Melexis, Microchip, NXP, OLSA Group, Osram Opto Semiconductors, TE Connectivity und Valeo.

Das Licht einer solchen Komponente hätte einen deutlich höheren Farbwiedergabeindex als eine RGB-LED. Das ist für Anwendungen relevant, bei denen Gegenstände beleuchtet und ihre Farben korrekt wiedergegeben werden sollen. Eine gelbe Banane, die nur vom Licht einer RGB-Leuchtdiode bestrahlt wird, absorbiert das komplette Spektrum der Grundfarben und wirkt daher für das menschliche Auge schwarz – einer der Gründe, weshalb RGB-Lichtquellen beispielweise nicht für den Einsatz als Leselampen in Flugzeugen in Frage kommen. Die ISELED-Technik hat bereits das Interesse vieler Unternehmen und Geschäftsbereiche geweckt und hat zudem das Potenzial, mehr als nur die Fahrzeuginnenbeleuchtung smarter zu machen.

Die Autoren

Stefan Hoffmann

ist Master of Science Mikro- und Nanotechnik und als Senior Application Engineer bei Inova Semiconductors tätig. Hoffmann ist nach unterschiedlichen Tätigkeiten bei Audi, Intel und Sick seit 2017 bei Inova.

Hermann Senninger

ist Dipl. Ing. Elektrotechnik, Master of Business Marketing und als Senior Marketing Manager im Automotive-Interior Bereich bei Osram Opto Semiconductors tätig. Senninger ist nach Stationen bei Softing Automotive, Delphi Delco Electronics, Teradyne Diagnostic Solutions und Berner & Mattner seit 2015 bei Osram tätig.