Farbenvielfalt ohne OLED-Technik Local Dimming in Displays für sicherheitsrelevante Systeme

Das Local Dimming unterstützt die Entwickler bei kristallklaren Darstellung von Bildern.
Das Local Dimming unterstützt die Entwickler bei kristallklaren Darstellung von Bildern.

TV-Geräte sind groß und zeigen scharfe Bilder. Auch Smartphones bieten kristallklare Darstellungen, die Kunden künftig auch in Kraftfahrzeugen erwarten. Local Dimming kann Entwickler dabei unterstützen, die unterschiedlichen Herausforderungen zu meistern.

Bis zu 13 Bildschirme befinden sich aktuell in einem Kraftfahrzeug. Da sich die Automobilhersteller in Richtung vollautonomer Fahrzeuge auf SAE-Level 5 bewegen, wird eine noch größere Anzahl von hochauflösenden Bildschirmen zur Regel werden. Die Entwicklung von Fahrzeugdisplays erfordert jedoch ein sorgfältiges Managen der Spannungen, die Minimierung elektromagnetischer Interferenzen, einen hohen Kontrastwert und die Einhaltung funktionaler Sicherheitsstandards.

Von digitalen Tachos zu Center Information Displays

Frühe digitale Armaturenbretter aus den 1970er und 1980er Jahren zeigten nach heutigen Maßstäben lediglich grundlegende Informationen: Geschwindigkeit, Außentemperatur und Tankfüllstand. Die damaligen Displays wurden vielfach kritisiert – sie waren teuer in der Reparatur und konnten im Gegensatz zu ihren analogen Gegenstücken keine kontinuierliche Beschleunigung vermitteln.

Ein weiterer Kritikpunkt war, dass die Displays bei hellem Umgebungslicht kaum ablesbar waren. In den 1990er-Jahren kehrten daher viele Fahrzeughersteller wieder zu traditionellen analogen Instrumenten zurück.

Ein Jahrzehnt später begannen die Hersteller erneut, digitale Tachos in Hybridfahrzeuge einzubauen. Heute gibt Tesla beispielsweise einen Ausblick darauf, wohin die Reise zu gehen scheint: Neben einem großen Central Information Display (CID), das eine Vielzahl von Infotainment-Funktionen bietet, ist auch ein Touchscreen mit Steuerungsfunktionen für den Fahrer und ein Kombiinstrument als Display im Armaturenbrett vor dem Fahrer vorhanden. Zudem verbaut der Elektroauto-Hersteller Byton für seine E-Fahrzeuge sogar ein langes 49-Zoll-Display, das den gesamten Armaturenbereich abdeckt.

Fahrzeugdisplays sind in vielen Anwendungen heutiger Autos vorzufinden (Bild 1):

  • Kombiinstrument
  • CID
  • Display im Beifahrerbereich
  • Intelligenter Rückspiegel
  • Lenkrad
  • Seitenspiegel-Displays
  • Head-up-Display (HUD)
  • Displays in den Kopfstützen für die Rücksitze
  • Rücksitz-Bedienelemente

In den nächsten Jahren werden fahrzeuginterne Bildschirme von mehr als 34 Zoll alltäglich werden, ebenso wie 4K- und sogar 8K-Auflösungen. Da die Displays für den Einsatz von Fahrerassistenzsystemen (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) immer wichtiger werden, müssen die Bildinhalte dann auch den Anforderungen der funktionalen Sicherheit gerecht werden.

Local Dimming führt zu klaren Darstellun

Viele Fernseher und Smartphones verfügen heute durch die OLED-Technik (Organic Light Emitting Diode) über glasklare Displays. Allerdings ist OLED noch nicht für den Automobilbereich zugelassen und zudem sind große OLED-Displays sehr kostenintensiv. Hier setzt Local Dimming (lokales Dimmen) an. Das lokale Dimmen ist eine spezielle Technik zur Hintergrundbeleuchtung bei LED-Displays und bietet ein sehr hohes Kontrastverhältnis, um Farben knackiger und lebendiger darzustellen und Schwarz in ein echtes Schwarz zu verwandeln. Im Vergleich zu OLEDs hat Local Dimming in Automobilanwendungen ein niedrigeres Kostenniveau und eine höhere Zuverlässigkeit. Die Local-Dimming-Leuchtdioden befinden sich auf der Rückseite des Displays und nicht am Rand – daher können bestimmte Bereiche des Displays bei Nichtgebrauch gezielt deaktiviert werden. So trägt die Local-Dimming-Technik auch zu einer geringeren Leistungsaufnahme bei, was bei größeren Displays von großer Bedeutung ist. Zudem werden die Augen gerade bei Nachtfahrten durch das reduzierte Hintergrundlicht des Kombiinstruments geschont.

Zu den geeigneten Display-Anwendungen mit Local Dimming zählen das Kombiinstrument, das CID, der Beifahrerbereich sowie die Seitenspiegeldisplays.
Das Design einer typischen Anwendungsschaltung für lokales Dimmen zeigt Bild 2.

Die Stromversorgung erfolgt über einen DC/DC-Wandler von der Fahrzeugbatterie – je nach Konfiguration der LEDs handelt es sich entweder um einen Abwärtswandler oder ein Ab-/Aufwärtswandler/-regler (Buck-Boost). Die LED-Stränge werden zusammen mit dem DC/DC-Wandler verbunden. Um den Wirkungsgrad und die thermische Leistungsfähigkeit zu verbessern, werden die Feedback-Pins miteinander verbunden. Dabei muss sichergestellt sein, dass der LED-Treiber für lokales Dimmen eine Daisy-Chain unterstützt. Zudem sollte ein Serial Peripheral Interface (SPI) und ein Fehler-Pin vorhanden sein, die die Kommunikation mit dem Mikrocontroller ermöglichen.