Eck-daten

Herzstück der neuen digitalen LED ist ein winziger Controller-Chip von Inova mit 1 mm² Fläche, der zusammen mit den drei farbigen LEDs in ein sehr kompaktes Gehäuse integriert wird. Bei der Datenübertragung zwischen Systemcontroller und LED-Streifen fällt der Datenoverhead aller LED-Kenndaten weg und das Kommunikationsprotokoll muss nur die Lichtsteuerbefehle übertragen. Trotz der niedrigen Datenrate können theoretisch bis zu 4096 LEDs aneinandergereiht werden.

Keine Frage, dass die LED gerade dabei ist, die gesamte Beleuchtungstechnik zu revolutionieren. Durch den Wegfall des Glaskolbens bisheriger Glüh- oder Energiesparlampen sind bei diesem Licht auf Halbleiter-Basis praktisch beliebige Bauformen möglich, was nicht nur Designer und Architekten zu immer neuen Ideen für den „Leuchtkörper“ inspiriert. Ihr hoher Wirkungsgrad macht die LED zudem zum Licht mit der besten Energieeffizienz im Vergleich zu allen bisherigen Lampen. Doch damit nicht genug: So eine LED ist ja im Prinzip „nur“ eine Diode – also ein einfacher pn-Halbleiterübergang – die allerdings Licht emittiert. Während bei einer „normalen“ Diode meist Silizium als „indirekter“ Halbleiter zum Einsatz kommt, ist es bei der Leuchtdiode eine Galliumverbindung. Ohne im Detail auf die Physik einzugehen, entsteht bei diesen sogenannten „direkten“ Halbleitern beim Übergang des Elektrons vom Leitungs- in das Valenzband ein Photon, das als sichtbares Licht abgestrahlt wird. Je nach verwendetem Material und chemischer Zusammensetzung lässt sich der Abstand zwischen den beiden Bändern – die Bandlücke – und damit Frequenz und Wellenlänge des Lichts beeinflussen. So ist es möglich, LEDs in praktisch jeder Farbe des sichtbaren aber auch nicht mehr sichtbaren Spektrums (UV, Infrarot) leuchten zu lassen.

ISLED ermöglicht anspruchsvolle Lichteffekte mit mehreren hundert LEDs. Inova Semiconductor

Bild 1: ISELED ermöglicht anspruchsvolle Lichteffekte mit mehreren hundert LEDs. Inova Semiconductor

Die Kehrseite dieser buchstäblich durch Alchemie erreichten Farbenvielfalt der LED ist allerdings ein geradezu primadonnenhaftes Verhalten: je nach verwendeter chemischer Verbindung und Farbe ändert sich etwa die Durchflussspannung von rund 2 V bei roten auf bis zu 3,5 V bei blauen LEDs, ebenso die Helligkeit und das Alterungsverhalten. Fällt dies bei einer einzelnen Signal-LED kaum auf, wird es schon schwieriger, wenn drei einfarbige LEDs – meist rot grün und blau – in ein Gehäuse als sogenannte „RGB-LED“ verbaut und durch unterschiedliche Helligkeit der einzelnen LED beliebige Mischfarben erzeugt werden. Und sollen diese RGB-LEDs – in größerer Zahl auf Kupferstreifen montiert – dann auch noch die hohen Anforderungen im Fahrzeug hinsichtlich Farbtreue und Helligkeitsstabilität über Temperaturänderungen und Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg erfüllen, wird es kompliziert.

Grenzen heutiger Konzepte

Um LEDs heute auf hohe Lichtkonformität zu trimmen, müssen die Hersteller einen hohen Aufwand treiben: die einzelnen LEDs werden bei der Produktion hinsichtlich Wellenlänge und Helligkeit vermessen und in Kategorien eingeteilt – das sogenannte „binning“ – und bekommen diese Informationen in Form eines Barcode, eine Art Steckbrief für jede einzelne LED, mit auf den Weg. Diese Kenndaten jeder eingesetzten LED werden dann in einem Systemcontroller abgelegt. Von hier werden die Daten an Untercontroller weitergegeben, an die wiederum Gruppen von üblicherweise vier RGB-LEDs angeschlossen sind. Aufgrund der Menge an Daten, die so zu übertragen sind, kommt hier üblicherweise ein schneller SPI-Bus mit bis zu 50 MHz Taktfrequenz zum Einsatz, was EMV-technisch nicht unproblematisch ist. Diese buchstäbliche „Materialschlacht“ – der enorme Aufwand an Komponenten, Verdrahtung, Stromversorgung, EMV-Maßnahmen und vieles mehr – und dann auch noch die finale Kalibrierung des LED-Streifens beim Zulieferer schlägt sich natürlich in den Kosten nieder.

Es liegt auf der Hand, dass mit diesem Konzept die Visionen der Fahrzeughersteller, schon ab 2021 bis zu 300 farbige (RGB) LEDs und mehr im Fahrzeug einzusetzen, nicht realisierbar sind. Dazu kommen weitere Einschränkungen: durch das „Schieberegister-Prinzip“ – die Daten werden von jedem Untercontroller empfangen, gelesen und dann weitergereicht – dauert der Datentransport zu den einzelnen LEDs umso länger, je mehr auf einem LED-Streifen aneinandergereiht werden. Anspruchsvolle Lichteffekte in Videogeschwindigkeit sind auf diese Weise erst gar nicht möglich. Dazu kommt, dass Licht im Auto bald nicht mehr nur eine Wohlfühl-Atmosphäre schaffen soll („Ambientenlicht“), sondern künftig auch funktionale Aufgaben übernehmen wird: etwa um dem gerade nicht auf die Straße oder das Display schauenden Fahrer eines selbstfahrenden Autos zu vermitteln, dass er wieder die Kontrolle übernehmen muss. Oder dem Fußgänger draußen zu signalisieren: “ja, ich habe Dich gesehen und registriert, dass Du die Straße überqueren willst“. Und dazu müssen die LEDs dann auch die Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen und diagnosefähig sein, was heutige LED-Systeme nur sehr bedingt leisten können.

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