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Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Pixeln und einer Steuereinheit zur Ansteuerung der Vielzahl von Pixeln.
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Konventionelle Ansteuerungen für Pixel einer Anzeigevorrichtung arbeiten in einer Kreuz-Matrix-Anordnung und mit Stromdimmen, um die Helligkeit durch Intensitätsveränderung des abgestrahlten Lichts der Pixel zu beeinflussen. Dies wird auch als analoges Dimmen bezeichnet. Es wird beispielsweise für OLEDs und LCDs eingesetzt. Solch eine Ansteuerung ist für LED-Displays wegen des ungünstigen Einflusses auf Farbort beziehungsweise Farbpalette-Gamut nachteilig.
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US 2006 / 0 158 572 A1 beschreibt elektrophoretische Anzeigeeinheiten. Eine elektrophoretische Anzeigeeinheit umfasst eine Anzeigefläche mit einer Matrix von Pixeln im Bereich der Kreuzungen von Zeilen- oder Auswahlelektroden und Spalten- oder Datenelektroden. Die elektrophoretische Anzeigeeinheit umfasst außerdem einen Zeilentreiber, der mit den Zeilenelektroden gekoppelt ist, einen Spaltentreiber, der mit den Spaltenelektroden gekoppelt ist, und ein aktives Schaltelement, z.B. Dünnschichttransistoren, für jedes Pixel. Drainanschlüsse der Transistoren sind elektrisch mit Pixelelektroden der Pixel gekoppelt. Sourceanschlüsse der Transistoren sind elektrisch mit den Spaltenelektroden gekoppelt. Gateanschlüsse der Transistoren sind elektrisch mit den Zeilenelektroden gekoppelt. Eine Steuerung verarbeitet zunächst die über einen Eingang eintreffenden Daten und erzeugt dann die Datensignale. Der Zeilentreiber wählt nacheinander die Zeilenelektroden, während der Spaltentreiber Datensignale an die Spaltenelektrode liefert. Die Gateanschlüsse der Transistoren erhalten Auswahlsignale vom Zeilentreiber. Somit wird ein Datensignal, das an der Spaltenelektrode anliegt, an die Pixelelektrode des Pixels übertragen. Rücksetzimpulse gehen den Treiberimpulsen voraus, um die optische Antwort der elektrophoretischen Anzeigeeinheit zu verbessern, indem ein fester Startpunkt für die Pixel erzeugt wird.
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US 2017 / 0 243 547 A1 erläutert ein Verfahren zur Ansteuerung elektrooptischer Anzeigen. Eine großflächige Anzeige umfasst mehrere in Zeilen und Spalten angeordnete Untereinheiten. Jede Untereinheit hat einen zugehörigen Pixelzeilentreiber und einen Pixelspaltentreiber. Spaltendaten und verzögerte Gate-Start-Impuls-Signale werden an die Spaltentreiber der Pixel zugeleitet.
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GB 2 549 734 A beschreibt eine Aktivmatrixanzeige mit mehreren Leuchtdioden. Dokument
US 2018 / 0 357 963 A1 befasst sich mit eine Pixelschaltung in einer Anzeige.
WO 2003 / 038 791 A2 erläutert ein Verfahren zum Adressieren von Pixeln eines optischen Bauteils.
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Es stellt sich die Aufgabe, eine Anzeigevorrichtung mit einer alternativen Ansteuerung bereitzustellen.
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Zu diesem Zweck ist eine Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Sie umfasst eine Vielzahl von Pixeln, wobei die Pixel in einem Array mit Zeilen und Spalten angeordnet sind. Sie umfasst ferner eine Vielzahl von Spaltenleitungen, jeweils verbunden mit den Pixeln einer der Spalten, und eine Vielzahl von Zeilenleitungen, jeweils verbunden mit den Pixeln einer der Zeilen. Eine Steuereinheit ist verbunden mit der Vielzahl der Spaltenleitungen und geeignet, einen Spaltenimpuls für eine ausgewählte Spaltenleitung aus der Vielzahl der Spaltenleitungen zu generieren. Die Steuereinheit ist auch verbunden mit der Vielzahl von Zeilenleitungen und geeignet, ein Datensignal für eine ausgewählte Zeilenleitung aus der Vielzahl der Zeilenleitungen zu generieren. Das Datensignal umfasst einen Setzimpuls, der beim Setzen des Pixels in einen strahlenden Zustand zumindest abschnittsweise am Pixel, das mit der ausgewählten Spalten- und Zeilenleitung verbunden ist, anliegt, wenn der Spaltenimpuls am Pixel anliegt, und das Pixel so ansteuert, dass eine Lichtabstrahlung des Pixels vom zeitlichen Versatz zwischen dem Spaltenimpuls und dem Setzimpuls abhängt.
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Diese Ansteuerung ermöglicht die versatzabhängige Ansteuerung der Anzeigevorrichtung mit hoher Dynamik. Die Lichtabstrahlung erfolgt erst mit dem Anlegen des Setzimpulses, sofern gleichzeitig der Spaltenimpuls anliegt. Erfolgt dieses zu einem frühen Zeitpunkt während der Spaltenimpuls anliegt, das heißt der Versatz ist gering, so beginnt die Abstrahlung früher als wenn der Setzimpuls erst gegen Ende des Spaltenimpulses angelegt wird, das heißt der Versatz ist größer. Das Abschalten des Pixels erfolgt automatisch nach vorgegebener Zeit. Durch ein damit umsetzbares Pulsweitenkonzept, bei dem sich strahlende und nicht strahlende Zeiträume abwechseln, lässt sich die Bittiefe und Grauabstufung einstellen und ein Dimmeffekt erzielen. Diese Pulsweitenmodulation für Activ-Matrix-Pixel ermöglicht eine optimale Bildqualität und erlaubt eine pixelfeine Ansteuerung.
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Das Pixel ist ausgebildet, sich mit einem zeitlichen Abstand zum Setzen zurückzusetzen. Mit anderen Worten: Das Pixel wird ohne Rücksetzimpuls automatisch nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit in den nicht strahlenden Zustand zurückgesetzt.
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Die Pixelsteuerung umfasst eine Kippschaltung, die nach Triggern mit dem Setzimpuls nach einer vorgegebenen Zeit in einen Ruhezustand zurückkehrt, sodass das Pixel zurückgesetzt wird. Diese Kippschaltung erlaubt das automatische Zurücksetzen beispielsweise nach Ablauf einer von der Schaltungsdimensionierung abhängigen Zeitspanne, ohne dass das Anlegen eines Rücksetzimpulses erforderlich ist. Solch eine Kippschaltung kann beispielsweise ein Mono-Flop sein.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, den zeitlichen Versatz zwischen dem Anfang des Spaltenimpulses und dem Anfang des Setzimpulses einzustellen, um so die Abstrahldauer zu beeinflussen.
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Ein weiterer Freiheitsgrad rührt daher, dass die Lichtabstrahlung von der Amplitude des Setzimpulses abhängt und die Steuereinheit geeignet ist, die Amplitude des Setzimpulses einzustellen. Dadurch lässt sich die Intensität der Abstrahlung verändern.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, vor dem erneuten Setzen das Pixel zurückzusetzen, sodass es in einem nicht strahlenden Zustand ist und keine Lichtabstrahlung erfolgt. Durch das obligatorische Rücksetzen vor jedem Setzen wird das Pixel in einen wohl definierten Ruhezustand, in dem es nicht strahlt, überführt, sodass beim anschließenden Setzen keine Interferenzen mit den zuvor gesetzten Informationen in der Pixelelektronik auftreten. Ein Pixel weist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement und eine Pixelsteuerung auf. Wenn die Pixelsteuerung einen Kondensator als Ladungsspeicher, und Informationsspeicher, hat, so führt das Rücksetzen zu dessen vollständiger Entladung bevor er durch den Setzimpuls erneut aufgeladen wird.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, das Pixel zurückzusetzen, sobald ein Rücksetzimpuls am Pixel anliegt, wenn auch ein Spaltenimpuls am Pixel anliegt.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, als Datensignal einen bipolaren Impuls, der eine Abfolge des Rücksetzimpuls gefolgt vom Setzimpuls ist, zu generieren, wobei, wenn der Spaltenimpuls am Pixel anliegt, auch zumindest ein Abschnitt der Abfolge, das heißt zumindest der Rücksetzimpuls, am Pixel anliegt. Der bipolare Impuls umfasst einen Rücksetzimpuls mit beispielsweise negativem Vorzeichen, gefolgt von einem Setzimpuls mit entgegengesetztem, beispielsweise positivem, Vorzeichen, sodass vor jedem neuen Setzen ein Zurücksetzen erfolgt. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit ausgebildet, den Abstand zwischen dem Rücksetzimpuls und dem Setzimpuls einzustellen, um das Abstrahlverhalten zu beeinflussen.
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In einer Ausführung weist die Zeilenleitung einer Zeile zwei galvanisch voneinander getrennte Abschnitte auf, jeweils verbunden mit einer Gruppe von Pixeln in der Zeile. Die Steuereinheit ist ausgebildet, jeweils ein Datensignal für die beiden Abschnitte zu generieren. Anschaulich bedeutet dies, dass das Array in zwei Bereiche getrennt ist, von denen eines die ersten Zeilenabschnitte der Zeilen umfasst und das andere die zweiten Zeilenabschnitte der Zeilen umfasst. Die Bereiche können weitgehend unabhängig voneinander angesteuert werden. Es ist damit eine parallele Ansteuerung der beiden Bereiche möglich, die, im Vergleich zu einer Ausführung mit durchgängigen Zeilenleitungen, mit um die Hälfte reduzierter Geschwindigkeit erfolgen kann. Es sei noch bemerkt, dass die Zeilenleitung auch in mehr als zwei Abschnitte aufgeteilt werden kann.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, zwei Spaltenimpulse zur Auswahl zweier Spaltenleitungen zu generieren, deren Versatz zu einem die ausgewählte Zeilenleitung entlanglaufenden Setzimpuls so gewählt ist, dass wenn mindestens einer der Spaltenimpulse an einem der Pixel, der mit einer der ausgewählten Spalten- und der Zeilenleitung verbunden ist, anliegt, auch zumindest ein Abschnitt des Setzimpulses am selben Pixel anliegt. Dies erlaubt die Ansteuerung zweier Pixel mit demselben Setzimpuls. Auch hier erlaubt die Auswahl zweier Spaltenimpulse einen Betrieb der Anzeigevorrichtung mit um die Hälfte reduzierter Geschwindigkeit.
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In einer Ausführung umfasst vorteilhafterweise die Steuereinheit bei obiger Ausführung einen ersten Pulsgenerator, der den Setzimpuls an eine Seite der Zeilenleitung anlegt, und einen zweiten Pulsgenerator, der den Rücksetzimpuls an die andere Seite der Zeilenleitung anlegt. Die beiden unipolaren Pulsgeneratoren haben einen einfacheren Aufbau als bipolare Pulsgeneratoren. Zudem können die unipolaren Pulse breiter sein, was den schaltungstechnischen Aufwand reduziert.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, die Spaltenleitungen zyklisch sukzessive auszuwählen, sodass, wenn ein Pixel in einem ersten Zyklus und in einem drauffolgenden zweiten Zyklus in den strahlenden Zustand gesetzt wird, es in beiden Zyklen zunächst zurückgesetzt und gesetzt wird, wenn der Spaltenimpuls anliegt. Die Auswahl erlaubt, die Spalten sukzessive nacheinander auszuwählen und dabei deren Pixel anzusteuern, sodass eine zeilenindividuelle Ansteuerung möglich ist.
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In einer Ausführung ist die Steuereinheit ausgebildet, die Spaltenleitungen zyklisch sukzessive auszuwählen, sodass wenn ein Pixel in einem ersten Zyklus in den aktiven Zustand gesetzt wird und im darauffolgenden zweiten Zustand darin verbleibt, im ersten Zyklus das Datensignal nur einen Setzimpuls umfasst und im zweiten Zyklus das Datensignal keinen Rücksetz- oder Setzimpuls oder nur einen Nachsetzimpuls umfasst. Bei dieser Ansteuerung wird das Pixel nicht bei jeder Auswahl seiner Spalte zurückgesetzt und neu gesetzt, sondern verbleibt bis zum Rücksetzen in seinem Zustand oder es wird lediglich ein parasitärer Ladungsverlust durch Nachsetzen in der Pixelsteuerung ausgeglichen. Der Nachsetzimpuls ist bei gleicher Polarität kleiner als der Setzimpuls.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Zurücksetzen durch einen Rücksetzimpuls. Die Steuereinheit ist ausgebildet, die Spaltenleitungen zyklisch sukzessive auszuwählen, sodass wenn ein Pixel in einem Zyklus aus dem strahlenden Zustand in den nichtstrahlenden Zustand zurückgesetzt wird, das Datensignal nur einen Rücksetzimpuls umfasst. Die geschilderte Ansteuerung erlaubt die gezielte Pulsweitenmodulationsansteuerung, sodass sich Zeiträume, in denen das gesetzte Pixel strahlt, und Zeiträume, in denen das zurückgesetzte Pixel nicht strahlt, abwechseln, was einer Pulsweitenmodulation entspricht.
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In einer Ausführung sind Versorgungsleitungen zweier der Zeilen auf Arrayebene galvanisch getrennt, sodass Spannungsabfälle bei der Pixelsteuerung zu vernachlässigen sind und geringere schaltungstechnische Anforderungen an die Pixelsteuerungen mit sich bringen.
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In einer Ausführung umfasst die Pixelsteuerung einen Ladungsspeicher, beispielsweise einen Kondensator, für die Energie des Setzimpulses, wobei die Ladungsmenge des Ladungsspeichers durch eine Schutzdiode oder Schaltungsanordnung parallel zum Ladungsspeicher begrenzt wird. Die Pixelsteuerung kann auf einer 2T1C-Struktur basieren, die zwei Transistoren und einen Kondensator aufweist.
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Die oben beschriebene Anzeigevorrichtung und ihre Ausführungen erlaubt die Ansteuerung mit und die Generierung von schnellen Impulsen. Dabei ist die Dauer der für die einzelnen Pixel vorgesehenen Impulse kurz.
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Im Folgenden wird die Anzeigevorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Pixels.
- 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 6 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 7 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung.
- 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Pixelsteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement.
- 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pixelsteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement.
- 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pixelsteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement.
- 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Teils einer Pixelsteuerung und Licht emittierenden Halbleiterbauelementen.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Pixeln P0101, P0102, P0103, P01Y, P0201, P0301, PX01, die in einem Array mit einer Vielzahl von Zeilen, nämlich X, und einer Vielzahl von Spalten, nämlich Y, angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Pixel dargestellt. Das Array weist X * Y Pixel P0101, P0102, P0103, P01Y, P0201, P0301, PX01 auf.
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Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Zeilenleitungen L1 ... LX, von denen der Übersichtlichkeit halber nicht alle dargestellt sind. Die Anzahl der Zeilenleitungen L1 ... LX ist X. Jede Zeilenleitung L1 ... LX ist verbunden mit den Pixeln einer der Zeilen. So ist beispielsweise die erste Zeilenleitung L1 mit den Pixeln P0101, P0102, P0103 ... P01Y in der ersten Zeile verbunden.
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Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Spaltenleitungen C1 ... CY, von denen der Übersichtlichkeit halber nicht alle dargestellt sind. Die Anzahl der Spaltenleitungen C1 ... CY ist Y. Jede Spaltenleitung C1 ... CY ist verbunden mit den Pixeln einer der Spalten. So ist die erste Spaltenleitung C1 mit den Pixeln P0101, P0201, P0301 ... PX01 in der ersten Spalte verbunden.
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Eine Steuereinheit 2 ist zur Ansteuerung der Pixel vorgesehen. Sie ist verbunden mit der Vielzahl der Spaltenleitungen C1 ... CY und geeignet, Spaltensignale CS1 ... CSY für die Spaltenleitungen C1 ... CY zu generieren, und sie ist verbunden mit der Vielzahl von Zeilenleitungen L1 ... LX und geeignet, Datensignale LP1 ... LPX für die Zeilenleitungen L1 ... LX zu generieren
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Jeder der Pixel P0101, P0102, P0103, P01Y, P0201, P0301, PX01 ist mit einer der Zeilenleitungen L1, LX und einer der Spaltenleitungen C1, CY verbunden und lässt sich durch Auswahl der mit ihm verbundenen Spaltenleitung C1, CY mittels eines Spaltensignals CS1, CSY und gleichzeitigem Anlegen eines Datensignals LP1, LPX an die mit dem ausgewählten Pixel verbundene Zeilenleitung L1, LX ansteuern, sodass die Pixel in gewünschter Weise, das heißt in vom Datensignal LP1, LPX abhängiger Weise, Licht abstrahlen.
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Die Spaltensignale CS1, CSY werden mittels eines Spaltensignalgenerators 4 für die Vielzahl der Spaltenleitungen C1 ... CY derart generiert, dass ein Spaltenimpuls an einer Spaltenleitung anliegt, um sie auszuwählen. Die Datensignale LP1 ... LPX werden mittels eines Zeilensignalgenerators 6 verbunden mit der Vielzahl der Zeilenleitungen L1 ... LX zur Ansteuerung der Pixel in der ausgewählten Spalte generiert.
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Die Ansteuerung der Pixel P0101, P0102, P0103, P01Y, P0201, P0301, PX01 erfolgt spaltenweise, indem die Spalten zyklisch sukzessive ausgewählt werden und an die ausgewählten Pixel der Spalte gegebenenfalls ein Datensignal angelegt wird. Zunächst werden die Pixel der ersten Spalte angesteuert, dann die der zweiten Spalte und so weiter. Nach der Ansteuerung der Pixel der Y-ten Spalte werden wieder die Pixel der ersten Spalte angesteuert. Die Abfolge aller angesteuerten Spalten wird als Zyklus bezeichnet. Die Frequenz, mit der die Zyklen wiederholt werden, wird als Bildfrequenz (englisch „framerate“) bezeichnet.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Pixels P aus dem Array mit einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 200, beispielsweise einer LED oder einer µLED, und einer Pixelsteuerung, mittels der ein Strom zum Betreiben des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 200 eingestellt wird. Die Lichtabstrahlung hängt vom eingestellten Strom ab. Fließt kein Strom, erfolgt keine Lichtabstrahlung.
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Dem Halbleiterbauelement 200 sind zur Ansteuerung ein Kondensator 210, ein Schalttransistor 220 sowie ein Treibertransistor 230 zugeordnet. Dem Pixel P sind zur Ansteuerung darüber hinaus eine Zeilenleitung L, über die Daten LP angelegt werden, eine Spaltenleitung C zum Schalten mittels eines Spaltensignals CS und zwei Versorgungsleitungen für ein Versorgungspotenzial VDD und ein Bezugspotenzial GND zugeordnet. Der Schalttransistor 220 ist eingerichtet, den Kondensator 210 mit einer Spannung zu beaufschlagen und ihn damit zu be- oder entladen. Der Kondensator 210 ist eingerichtet, eine den Treibertransistor 230 steuernde Spannung bereitzustellen, durch die wiederum der Strom durch den Treibertransistor 230 und das Halbleiterbauelement 200 eingestellt werden kann. Der Kondensator 210 wird als analoges Speicherelement eingesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel werden in der Pixelsteuerung eine gemeinsame Anode und ein n-FET eingesetzt. Andere Transistorstrukturen und damit auch Polarisationen sind denkbar.
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Die oben beschriebene Pixelansteuerung wird auch als 2T1C-Struktur bezeichnet, da sie zwei Transistoren und einen Kondensator aufweist.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Pixeln, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Auf die Darstellung der Steuereinheit 2 wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind exemplarisch 1000 Spalten vorgesehen, die zyklisch sukzessive ausgewählt werden, indem ein rechteckförmiger Spaltenimpuls als Spaltensignal CS1, CS2, CS3 an jeweils eine Spaltenleitung C1, C2, C3 angelegt wird. Bei einer Bildfrequenz von 60 Hz und 1000 Spalten (Y=1000) ergibt sich eine Spaltenimpulsbreite T=1/60/1000 von 16,6 ps. In diesem Zeitfenster können durch Anlegen von Datensignalen an die Zeilenleitungen die Pixel der ausgewählten Spalte angesteuert werden. In 3 ist exemplarisch ein Datensignal LP1 gezeigt, das an die erste Zeilenleitung L1 angelegt wird.
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Das Datensignal LP1 umfasst eine Abfolge von einem Rücksetzimpuls RP mit negativer Amplitude und einem Setzimpuls SP mit positiver Amplitude. Die Dauer der Abfolge ist so gewählt, dass sowohl der Rücksetzimpuls RP als auch der Setzimpuls SP am Pixel anliegen, solange der Spaltenimpuls CS1 anliegt. Mit anderen Worten: Die Abfolge von Rücksetzimpuls RP und Setzimpuls SP ist kürzer oder gleich der Spaltenimpulsbreite T.
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Der Rücksetzimpuls RP bewirkt, dass das Pixel in einen nicht Licht emittierenden Zustand gesetzt wird, sodass er auch als Ausschaltimpuls bezeichnet werden kann. Er bewirkt die Entladung des Kondensators 210 in der Pixelsteuerung, um ihn in einen wohldefinierten Zustand zu versetzen. Der Setzimpuls SP bewirkt, dass das Pixel in einen Licht emittierenden Zustand gesetzt wird, sodass er auch als Anschaltimpuls bezeichnet werden kann. Er lädt den Kondensator 210, sodass in Abhängigkeit der Amplitudenhöhe, und damit der auf den Kondensator 210 geladenen Ladungsmenge, der Strom durch das Licht emittierende Halbleiterbauelement 200 und damit dessen Abstrahlung eingestellt wird.
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Während der Zeitspanne vom Beginn des Rücksetzimpulses RP bis zum Beginn des Setzimpulses SP leuchtet das Halbleiterbauelement 200 nicht. Diese Zeitspanne wird auch als Anschaltzeit TOT, von englisch „turn on time“, bezeichnet. Sie ist von der Steuereinheit 2 einstellbar. Eine kurze Anschaltzeit TOT mit geringem Abstand zwischen dem Rücksetz- und Setzimpuls führt dazu, dass das Halbleiterbauelement 200 während der Pulsdauer T einen längeren Zeitraum leuchtet als dies bei einer langen Anschaltzeit TOT mit größerem Abstand zwischen dem Rücksetz- und Setzimpuls der Fall ist. Nach dem Ende des Setzimpulses SP bleibt der Pixel im leuchtenden Zustand, da die während des Setzens auf den Kondensator 200 aufgebrachte Ladung den Stromfluss durch das Halbleiterbauelement 200 nach wie vor in unveränderter Weise steuert. Das nächste Pixel in der Zeile kann durch Anlegen des nächsten Setzimpulses SP in ähnlicher Weise angesteuert werden. Soll ein Pixel nicht mehr leuchten, kann als Datensignal lediglich der Rücksetzimpuls RP angelegt werden.
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Durch die Amplitudenhöhe und die Einstellung der Anschaltzeit TOT stehen zwei Freiheitsgrade zur Einstellung der Pixelhelligkeit und Abstrahldauer zur Verfügung. Zurücksetzen und Setzen erfolgen während ein Spaltenimpuls anliegt.
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Während des in diesem Ausführungsbeispiel 16,6 ps langen Spaltenimpulses wird die Elektronik der Pixelsteuerung entladen und gegebenenfalls wieder geladen. Während zumindest eines Zeitabschnitts dieser Zeitspanne, sei es analog oder digital diskretisiert, kann durch das Licht emittierende Halbleiterbauelement 200 Strom fließen und dieses Licht abstrahlen. Das Verhältnis der An-Zeit, in der Licht abgestrahlt wird, zur Summe von An-Zeit und Aus-Zeit, in der kein Licht abgestrahlt wird, ergibt dann den Aussteuergrad (englisch „duty cycle“), der beispielsweise ein Wert für die eingestellte Graustufe ist.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Versorgungsleitungen für Versorgungs- und Bezugspotenzial VDD, GND zweier der Zeilen, an denen das gleiche Potenzial anliegt, auf Arrayebene galvanisch getrennt. Mit anderen Worten: Die Versorgungsleitungen für das Versorgungspotenzial VDD und das Bezugspotenzial GND für jede Zeile sind von denen einer anderen Zeile galvanisch getrennt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitungen für das Versorgungspotenzial VDD und das Bezugspotenzial GND für eine Gruppe von Zeilen von denen einer anderen Gruppe von Zeilen galvanisch getrennt sind. Bei solch einem Aufbau sind Spannungsabfälle an der gemeinsamen Versorgungspotenzial- oder Bezugspotenzialleitung zu vernachlässigen. Es ist immer nur ein Pixel pro Zeile ausgewählt. Die Pixelansteuerung kann in solch einem Fall als 2T1C-Struktur, wie in 2 beschrieben, ausgebildet sein, da Spannungsabfälle an den gemeinsamen Versorgungspotenzial- oder Bezugspotenzialleitungen zu vernachlässigen sind. Die Elektronik der Pixelansteuerung kann in solch einem Ausführungsbeispiel TFT-basiert (zum Beispiel IGZO, LTPS) oder Silizium-basiert (zum Beispiel kristallin, ASIC) sein.
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Es sei noch bemerkt, dass die schaltungstechnischen Vorteile mit einem erhöhten Platzbedarf für die separaten Versorgungsleitungen in jeder Zeile einhergehen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel in 3.
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Die Zeilenleitung L1...LX jeder Zeile weisen zwei voneinander getrennte Abschnitte L1a...LXa und L1b...LXb auf. Die Abschnitte L1a...LXa und L1b...LXb sind jeweils verbunden mit einer Gruppe von Pixeln in der Zeile. Bei 1000 Spalten sind in diesem Ausführungsbeispiel im ersten Abschnitt L1a...LXa jeder Zeile 500 Pixel in der ersten bis zur fünfhunderten Spalte vorgesehen. Im zweiten Abschnitt jeder Zeile L1b...LXb sind ebenfalls 500 Pixel in der fünfhundertsten bis zur tausendsten Spalte vorgesehen.
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Der Datensignalgenerator 6 (in 4 nicht dargestellt) ist ausgebildet, jeweils ein Datensignal für die beiden Abschnitte zu generieren, sodass gleichzeitig eine Spalte in der ersten und eine Spalte in der zweiten Gruppe ausgewählt und deren Pixel zurückgesetzt und gesetzt werden können. Beispielhaft können die erste und die fünfhundertste Spalte gleichzeitig ausgewählt werden, danach die zweite und fünfhundertzweite Spalte, und so weiter. Andere Abfolgen sind denkbar, beispielsweise, dass die erste und die tausendste Spalte gleichzeitig ausgewählt werden, danach die zweite und neunhundertneunundneunzigste Spalte, und so weiter.
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Wie in 4 angedeutet, können die Datensignale auf beiden Seiten (was in 4 links und rechts entspricht) der in die Abschnitte L1a...LXa und L1b...LXb getrennten Zeilenleitungen L1...LX angelegt werden.
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Da zwei Pixel zeitgleich gesetzt werden können, ergibt sich im Vergleich zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel bei gleicher Spaltenanzahl Y und Bildfrequenz eine größere Spaltenimpulsbreite T. Sie ist bei zwei Abschnitten pro Zeilenleitung doppelt so groß. Bei einer Bildfrequenz von 60 Hz und 1000 Spalten (Y=1000) ergibt sich eine Pulsbreite T von 33 ps.
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Das Vorsehen getrennter Abschnitte von Zeilenleitungen geht üblicherweise auch mit dem Vorsehen getrennter Versorgungsleitungen für die Pixel der verschiedenen Abschnitte einher.
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Obgleich der Datensignalgenerator 6 zwei Pulse gleichzeitig generieren muss, was mit erhöhtem Schaltungsaufwand einhergeht, bleibt für die Rücksetz- und Setzimpulsgeneration und deren Breite mehr Zeit, was eine Aufwandsreduktion für diese Aspekte bedeutet.
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Es sei bemerkt, dass, obgleich im Ausführungsbeispiel nur zwei Abschnitte L1a...LXa und L1b...LXb beschrieben wurden, auch Ausführungen mit mehr als zwei Abschnitten pro Zeilenleitung L1...LY denkbar sind.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 3.
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Der Datensignalgenerator 6 umfasst einen ersten Pulsgenerator 61, der den Rücksetzimpuls RP an eine Seite der Zeilenleitungen L1...LX anlegt, und einen zweiten Pulsgenerator 62, der den Setzimpuls SP an die andere Seite der Zeilenleitungen L1...LX anlegt. Eine derartige Anordnung wäre auch geeignet, um die im Zusammenhang mit 3 beschriebene Abfolge von Rücksetz- und Setzimpuls innerhalb der in 3 erforderlichen Spaltenimpulsdauer zu generieren.
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Dieses Ausführungsbeispiel in 5 weist jedoch eine doppelte Dynamik im Vergleich zu dem in 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel auf, bei dem die Spaltenimpulsdauer T doppelt so lang ist, das heißt 33 µm. Es werden zwei Spaltenimpulse zur Auswahl zweier Spalten generiert, deren zeitlicher Abstand mit der Laufzeit von Setz- und Rücksetzimpuls zwischen den ausgewählten Spalten korrespondiert. Die Pulsgeneratoren 61, 62 können an den beiden Seiten der Zeilenleitungen L1...LX angeordnet sein.
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Der Spaltenimpuls an einem der Pixel, der mit einer der ausgewählten Spalten- und der Zeilenleitungen verbunden ist, ist so gewählt, dass innerhalb der Zeit, in der derselbe Spaltenimpuls am Pixel anliegt, neben dem Rücksetzpuls PR auch der Setzimpuls PS am selben Pixel anliegt, wenn das Pixel gesetzt werden soll. Wenn beide Pixel gesetzt werden sollen, ist vorgenanntes für beide Pixel der Fall.
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In der Zeit, in der die Pulsgeneratoren 61, 62 keine Pulse generieren, der sogenannten Aus-Zeit, sind sie hochohmig, um die Generierung des anderen Pulses nicht zu beeinflussen. Auf diese Weise lassen sich durch denselben Rücksetz- und Setzimpuls RP, SP zwei Pixel programmieren. Der Versatz der Spaltenimpulse relativ zum Setzimpuls ist ebenso wie der Abstand von Rücksetz- und Setzimpuls RP, SP und der Amplituden des Setzimpulses SP wählbar, sodass damit auch der Ansteuergrad und die Helligkeit der Pixel einstellbar ist. Üblicherweise werden mit denselben Rücksetz- und Setzimpulsen RP, SP Pixel angesteuert, die einen Abstand von einem bis zu zwanzig Pixeln voneinander haben. In 5 wurde ein beispielhafter Abstand zehn gewählt.
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Obgleich zwei Pulsgeneratoren 61, 62 vorgesehen sind, bleibt für die Rücksetz- und Setzimpulsgeneration und deren Breite mehr Zeit, was eine Aufwandsreduktion für diese Aspekte bedeutet.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 3.
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Das Ausführungsbeispiel in 6 hat eine höhere Dynamik, bei der die Spalten mit einer wesentlich höheren Frequenz als in 3 beschrieben durchlaufen werden. Exemplarisch weist das Ausführungsbeispiel in 6 eine x-fache Bildfrequenz auf, sodass sich bei x=256 und einer Bildfrequenz von 256*60 Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, während der Spaltensignalimpuls am Pixel anliegt, jedoch nicht eine Abfolge von Rücksetz- und Setzimpuls angelegt, sondern es liegt, während der Spaltenimpuls am Pixel anliegt, entweder ein Setzimpuls SP oder ein Rücksetzimpuls RP am Pixel an. Das Pixel wird, wenn es im abstrahlenden Zustand verbleiben soll, nicht im nächsten Zyklus zurück und wieder neu gesetzt, sondern kann mehrere Zyklen ohne erneutes Setzen im strahlenden Zustand verbleiben. Auch hier ist der Ansteuergrad durch den Versatz von Spaltenimpuls und Setzimpuls einstellbar und damit veränderbar. Je später der Setzimpuls SP innerhalb der Spaltenimpulsdauer auftritt desto größer ist die Anschaltzeit TOT.
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Das Zurücksetzen erfolgt erst bei einem der folgenden Spaltenimpulse, die am Pixel anliegen. Wenn kein Spaltenimpuls anliegt, bleibt der Treibertransistor 230 der Pixelsteuerung leitend und die Ladung im Kondensator 210 wird fast beliebig lange gespeichert, bis sie bei einer der nächsten Auswahlvorgänge der Spalten entladen wird. Die Spaltenleitung wird nach 65 ps (das heißt 1000*65 ns) erneut ausgewählt.
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Die An-Zeit in einem Zeitfenster von 16,6 ms (entspricht 60 Hz) ist n*65 ps + (x-n)*m mit m<65 ns, n<256, x=256.
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Vorteilhafterweise werden geringe Leckströme in der Pixelsteuerung durch ein Nachsetzen mittels eines Nachsetzimpulses SPN ausgeglichen. Der Nachsetzimpuls SPN hat dieselbe Polarität wie der Setzimpuls SP, weist jedoch eine geringere Amplitude auf, die lediglich Ladungsverluste am Kondensator 210 durch Leckströme kompensiert.
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Das Versetzen des Pixels in den nicht strahlenden Zustand erfolgt durch einen Rücksetzimpuls RP während der Spaltenimpuls am Pixel anliegt. Die genannten Datensignale SP, RP, SPN sind exemplarisch in 6 skizziert. Wenn kein Puls generiert wird, ist der Datensignalgenerator 6 hochohmig.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein bipolarer Impuls mit Rücksetz- und Setzimpuls generiert und die Ansteuerung erfolgt derart, dass entweder der Rücksetz- oder der Setzimpuls innerhalb des Spaltenimpulses anliegt.
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Die kürzeren Spaltensignalimpulse und das gezielte Setzen und Zurücksetzen erlauben eine noch feinere Einstellbarkeit der Dynamik und Helligkeit. Es ist eine feingranulare Abstimmung der Dauer und Graustufen möglich.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anzeigevorrichtung. Um Wiederholungen zu vermeiden, konzentriert sich die Beschreibung auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 6.
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In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Rücksetzen der Pixel in den nicht strahlenden Zustand nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Setzen. Mit anderen Worten: Ein Rücksetzimpuls ist nicht erforderlich. Der Setzimpuls SP kann eine Breite haben, die geringer, gleich oder größer als der Spaltenimpuls ist. Im letztgenannten Fall lassen sich durch denselben Setzimpuls SP mehrere benachbarte Pixel in einer Zeile ansteuern.
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Die vorgegebene Zeit zum Zurücksetzen kann im Bereich der Bildfrequenz liegen, bei einer Spaltenimpulsbreite T=65ns und 1000 Spalten also 65 ps=1000*65ns. Die Zeit zum Zurücksetzen kann in einem anderen Ausführungsbeispiel größer sein.
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Die An-Zeit in einem Zeitfenster von 16,6 ms (entspricht 60 Hz) ist beispielsweise n*65ps + (x-n)*m mit m<65 ns, n<256, x=256.
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Auch dieses Ausführungsbeispiel erlaubt eine feinere Einstellbarkeit der Dynamik und Helligkeit. Es ist eine feingranulare Abstimmung der Dauer und Graustufen möglich.
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8 zeigt einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel einer Pixelsteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement als beispielhafte Pixelelektronik.
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Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine parallel zum Kondensator 210 geschaltete Schutzdiode (englisch „clamping diode“), die als Z-diode 240 ausgebildet ist und die die am Kondensator 210 anliegende Spannung begrenzt. Bei dieser einfachen Form der Pixelelektronik erfolgt auch bei Vollaussteuerung des Gateanschlusses des Treibertransistors 230 mit dem Setzimpuls SP als Datensignal LP eine Spannungsbegrenzung und Strompinning. Der Strom ist limitiert durch die LED 200, infolgedessen auf einen festen Wert eingestellt und weitgehend unabhängig von der Amplitude, sofern der Setzimpuls SP ausreichend Energie aufweist.
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Darüber hinaus erlaubt diese Ausführung ein automatisches, wenn auch langsames, Rücksetzen, da durch die vorgegebene Ladungsmenge auch die Zeit vorgegeben ist bis aufgrund der Leckströme eine Entladung des Kondensators und damit ein Zurücksetzen des Pixels in den nicht strahlenden Zustand erfolgt ist.
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9 zeigt einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel einer Pixelansteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 200, nämlich eine LED. Die Pixelansteuerung geht nach einer vorgegebenen Zeit in einen nicht strahlenden Zustand, bei dem kein Strom durch das Halbleiterbauelement 200 fließt. Die Pixelsteuerung umfasst ein Mono-Flop mit zwei Transistoren 310, 320, das durch den Setzimpuls SP als Datensignal LP getriggert wird und nach einer durch die Schaltungsdimensionierung bestimmten Zeit wieder von selbst in einen Ruhezustand zurückkehrt. Auch bei dieser Schaltungsanordnung liegt eine Biasstrombegrenzung, also ein Stromspinning, vor.
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Dem Halbleiterbauelement 200 ist zur Ansteuerung ein Schalttransistor 220 sowie ein Treibertransistor 230 zugeordnet. Zwischen dem Treibertransistor 230 und der LED 200 sind die als Mono-Flop verschalteten Transistoren 310, 320 vorgesehen, die über den Schalttransistor 220 getriggert werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 220, 230, 310, 320 als N-Kanal Anreicherungs-MOSFETs ausgebildet.
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10 zeigt einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel einer Pixelansteuerung und einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 200, nämlich eine LED. Die Pixelansteuerung weist ebenfalls eine Kippschaltung auf, die nach einer vorgegebenen Zeit in den Ruhezustand geht, wodurch der Stromfluss durch die LED 200 unterbrochen wird. Dem Halbleiterbauelement 200 sind zur Ansteuerung ein Schalttransistor 220 und ein Kondensator 210 zugeordnet.
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Vier Transistoren 330, 340, 350, 360 sind derart verschaltet, dass sie durch Setzimpuls SP getriggert werden, dass der Stromfluss durch die LED 200 ermöglicht wird und die Kippschaltung nach einer durch ihre Dimensionierung bestimmten Zeit von selbst wieder in die Ruhelage zurückkehrt.
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Ein erster und ein zweiter Transistor 330, 340 sind in Reihe zur LED 200 geschaltet, wobei der Gateanschluss des ersten Transistors 330 mit dem Kondensator 210 verbunden ist, sodass er als Treiberkondensator wirkt. Parallel zur Reihenschaltung von der LED 200 und dem ersten und zweiten Transistor 330, 340 sind ein dritter und vierter Transistor 350, 360 in Reihe geschaltet, wobei Drain- und Gateanschluss des dritten Transistors 350 miteinander verbunden sind. Der Gateanschluss des vierten Transistors 360 ist zwischen die LED 200 und den ersten Transistor 330 geführt. Der Gateanschluss des zweiten Transistors 340 ist zwischen den dritten und vierten Transistor 350, 360 geführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste, dritte und vierte Transistor 330, 350, 360 ebenso wie der Schalttransistor 220 als N-Kanal Anreicherungs-MOSFETs ausgebildet. Der zweite Transistor 340 ist als P-Kanal Anreicherungs-MOSFET ausgebildet.
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11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung, die ebenfalls von selbst in den Ruhezustand zurückkehrt. Neben einer Reihe von LEDs 200 und dem Treibertransistor 230 ist ein erster Widerstand 410 in Reihe geschaltet. Parallel zum Gateanschluss des Treibertransistors 230 und dem ersten Widerstand 410 ist ein Transistor 370 und ebenfalls parallel eine Z-Diode 510 geschaltet. Der Gateanschluss des Transistors 370 ist zwischen den Treibertransistor 230 und den ersten Widerstand 410 geführt. Parallel zu den LEDs 200 und dem Gateanschluss des Treibertransistors 230 ist ein zweiter Widerstand 420 geschaltet.
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Die zuvor beschriebenen Schaltungsanordnungen sind komplexere Ausführungen mit Kippschaltung und können zum Beispiel trotz kurzem Setzimpuls SP ein Strompinning ermöglichen. Der Strom ist limitiert durch die LED 200 und somit auf einen festen Wert eingestellt, der unabhängig vom Setzimpuls SP ist, sofern dieser ausreichend Energie aufweist.
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Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
