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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Displayanordnung und eine Stromsteuerschaltung. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Displayanordnung.
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HINTERGRUND
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Moderne Displays können je nach Bedarf auch eine zusätzliche Touchscreen-Funktionalität aufweisen. Dies erlaubt es einem Benutzer, das Display oder Teile hiervon auch gleichzeitig als Eingabebereich zu verwenden, wobei der Benutzer entweder seinen Finger oder einen speziell dafür vorgesehenen Eingabestift o.ä. benutzt. Dabei wird die Berührung des Displays oder einen Druck hierauf durch eine Sensorik erfasst und basierend darauf ein Signal erzeugt. Durch Kenntnis der Position der Berührung auf dem Display lassen sich so verschiedene Funktionen aufrufen, die aus der Sicht des Benutzers mit den angezeigten Bildschirminformationen korrelieren.
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Die Sensorik zur Implementierung einer Touchscreen-Funktionalität erfordert normalerweise zusätzliche Komponenten, die die Gerätekosten und Dicke erhöhen. So wird oftmals eine oberflächen-kapazitive oder eine projiziert-kapazitive Sensorik verwendet, wobei letztere vor allem in Tablets, Laptops und Smart Phone zum Einsatz kommt.
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Die erhöhten Kosten und komplexere Herstellung führen jedoch gerade bei einfachen Geräten zu Wettbewerbsnachteilen. In einigen speziellen Anwendungen, oder bei Personen mit Handicap sind zusätzliche Hilfsmittel notwendig, um Displays mit Touchscreen-Funktionalität auf projiziert-kapazitiver Basis verwenden zu können. Letztere erlauben konstruktionsbedingt keine Benutzung unter Verwendung von dicken Handschuhen, Prothesen, Stiften oder sehr trockener Haut.
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Somit besteht weiterhin das Bedürfnis, Displays mit Touchscreen-Funktionalität bereitzustellen, die eine verbesserte Barrierefreiheit ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diesem Bedürfnis wird mit einer Displayanordnung und einer Stromsteuerschaltung sowie mit einem Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer µ-LED in einem Display gemäß der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfinder schlagen vor, die Pixel oder genauer gesagt die optoelektronischen Bauelemente von Subpixeln eines Pixels als Sensoren zum Erfassen einer Berührung des Displays zu verwenden. Das dazugehörige Konzept bedingt, dass in der Programmierphase, in der normalerweise alle optoelektronischen Bauelemente einer Zeile innerhalb des Displays ausgeschaltet sind, dazu zu nutzen, die Berührung der Displays zu detektieren. Aufgrund der Sensitivität im weiten Wellenlängenbereich sind vor allem die optoelektronischen Bauelemente für die rote Farbe als Detektor geeignet. Zudem kann vorgesehen sein, andere optoelektronische Bauelemente vor allem für die Erzeugung von grünem oder blauen Licht dazu zu verwenden, einen Lichtpuls zu erzeugen, welche durch eine Reflektion am Finger oder dem berührenden Objekt umgelenkt und wieder detektiert wird.
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Eine solche Anregung, kann zum einen durch optoelektronische Bauelemente anderer Zeilen erfolgen, aber auch durch optoelektronische Bauelemente der gleichen Zeile, deren Programmierung schon abgeschlossen ist oder noch nicht begonnen hat. Alternativ können auch weitere optoelektronischen Bauelemente genau für diesen Zweck vorgesehen sein, die Licht in einem für den Menschen nicht sichtbaren oder nur schwer erkennbaren Bereich abgeben.
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Wenn die optoelektronischen Bauelemente einer Zeile zur Erzeugung unterschiedlicher Farbe zu verschiedenen Zeiten programmiert werden, können auch diese zur Bildung eines Lichtpulses während der Programmierung des optoelektronischen Bauelements für die rote Farbe verwendet werden.
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Nach diesem Prinzip wird nun eine Displayanordnung vorgeschlagen, die eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel aufweist. Jedes Pixel umfasst drei Subpixel, und jedem Subpixel ist ein programmierbarer Strompfad mit wenigstens einem dazu in Reihe geschalteten optoelektronischen Bauelement zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung zugeordnet. Die Displayanordnung umfasst weiterhin eine Ansteuerschaltung, die elektrisch mit jedem programmierbaren Strompfad der jeweiligen Subpixel gekoppelt ist. Die Ansteuerschaltung ist nun ausgeführt, während eines ersten Zeitraums einen Strom durch den programmierbaren Strompfad zu programmieren und während eines nachfolgenden zweiten Zeitraumes den programmierbaren Strompfad anzusteuern zur Versorgung des wenigstens einen optoelektronischen Bauelement mit dem programmierten Strom.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Programmierung zeilenweise erfolgt, d.h. erste und zweite Zeiträume unterschiedlicher Zeilen müssen nicht übereinstimmen, sondern können versetzt sein. Dies hat Vorteile, da bei einem Zeilen oder zumindest abschnittsweisen programmieren und betreiben die Strom- bzw. Spannungsspitzen reduziert sind. Entsprechend können Stromtreiber und Versorgungsschaltungen kleiner dimensioniert sein.
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Des Weiteren umfassen nach dem vorgeschlagenen Prinzip wenigstens einige erste Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel einen zwischen Strompfad und optoelektronischen Bauelement angeordneten schaltbaren Ausleseanschluss. Die Ansteuerschaltung ist ausgeführt, während des ersten Zeitraumes für die wenigstens einigen ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel ein durch die optoelektronischen Bauelemente der wenigstens einigen ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel erzeugtes Photosignal am schaltbaren Ausleseanschluss zu erfassen.
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Dadurch werden mit Vorteil Subpixel während der Programmierphase der Stromversorgung des jeweiligen Pixels als Photozelle benutzt, die ein von einfallendem Licht abhängiges Signal erzeugen. Mit anderen Worten werden die optoelektronischen Bauelemente wenigstens einiger Subpixel sowohl als lichterzeugende als auch als lichterfassende Elemente betrieben und im letzteren Fall als Sensoren benutzt, wobei die unterschiedlichen Funktionalitäten zu unterschiedlichen Zeiten verwendet sind. Entsprechend lässt sich ein Display mit einer zusätzlichen Funktionalität realisieren.
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Die erfasste Lichtinformation kann nun für verschiedene Anwendungen genutzt werden. So lässt sich eine Touchscreen-Funktionalität mittels einer Displayanordnung realisieren, indem aus der erfassten Lichtinformation, beispielsweise mittels einer Abschattung eine mögliche Berührung erfasst wird. Dabei ist in einigen Aspekten vorgesehen, das von der Auswerteschaltung erfasste Signal in Abhängigkeit aktivierter Pixel benachbarter Zeilen und Spalten auszuwerten. Diese können Licht (aufgrund eines angezeigten Bildes) erzeugen, wobei dieses Licht von einem Finger oder einem Gegenstand reflektiert wird und so auf das als Sensor betriebene optoelektronische Bauelement fällt.
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Um diese Funktionalität zu erreichen, kann es in einigen Aspekten vorgesehen sein, die Ansteuerschaltung zur zeilen- und/oder spaltenweisen Programmierung und Ansteuerung auszuführen. Alternativ oder auch zusätzlich kann die Ansteuerschaltung jeweils Subpixel einer Art programmieren und/oder ansteuern. Beispielsweise ließen sich so Subpixel einer Art während des ersten Zeitraumes programmieren, welche die wenigstens einigen Subpixel umfassen, während Subpixel einer anderen Art weiterhin so angesteuert sind, dass sie Licht erzeugen. Somit würden sich erste Zeiträume für die wenigstens einigen Subpixel mit zweiten Zeiträumen von Subpixeln einer anderen Art zumindest teilweise überschneiden.
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In einigen Aspekten ist somit die Ansteuerschaltung ausgeführt, während des ersten Zeitraum der wenigstens einigen ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel die Strompfade wenigstens einiger zweiter Subpixel zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung zu versorgen. Somit kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerschaltung den Strompfad wenigstens einiger zweiter Subpixel mit dem programmierten Strom versorgt, während der Photostrom durch die optoelektronischen Bauelemente der wenigstens einigen ersten Subpixel erfasst wird.
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In diesem Zusammenhang kann die Ansteuerschaltung auch ausgeführt sein, in Abhängigkeit eines Photosignals der wenigstens einigen ersten Subpixel zumindest einige zweite Subpixel, insbesondere zur Erzeugung von blauem oder grünem Licht anzusteuern. In einigen Aspekten kann es sich dabei um zumindest einige zweite Subpixel handeln, die sich in Nachbarschaft (beispielsweise bis zu 50 Pixel um die wenigstens einigen ersten Subpixel) der wenigstens einigen ersten Subpixel befinden, welche das Photosignal erzeugen. Ebenso können die zumindest einigen zweiten Subpixel im Regelfall ausgeschaltet sein (weil das erzeugte Bild evtl. an dieser Stelle dunkel ist), so dass sie lediglich für den Zweck der Erfassung der Berührung kurz, insbesondere mit einem Lichtpuls eingeschaltet werden. Dieses Konzept ermöglicht es, zu prüfen, ob tatsächlich eine Berührung stattfindet und so falsch-positive Signal zu identifizieren. Zudem lassen sich auf diese Weise erste Subpixel und auch lichterzeugende zweite Subpixel lediglich in Bereichen eines Displays aktivieren, in denen eine Berührung erwartet wird, also, wenn dort beispielsweise ein Button oder ein Schieber angezeigt wird.
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Einige weitere Aspekte betreffen die Erfassung und Auswertung eines Photosignals. Die Zeitspanne einer Berührung ist im Regelfall gegenüber der Zeit für eine Programmierung oder auch einer Ansteuerung (bis zur nächsten Programmierung) recht lang. Dies kann ausgenutzt werden, in dem in einigen Aspekten ein Filter zur Auswertung des Photosignals vorgesehen ist. In einigen Aspekten ist die Ansteuerschaltung ausgeführt, eine Modulation in dem Photosignal, insbesondere eine durch die Versorgung der zumindest einigen zweiten Subpixel hervorgerufene Modulation zu erfassen. In anderen Aspekten ist die Ansteuerschaltung ausgeführt, in Abhängigkeit einer Modulation, insbesondere durch ein PWM-Signal in der Versorgung der zumindest einigen zweiten Subpixel, das von den wenigstens einigen ersten Subpixeln erzeugte Photosignal auszuwerten. Diese hier offenbarten Kombinationsmöglichkeiten aus Ansteuerung oder Modulation der Versorgung einiger der zweiten Subpixel und Erfassung sowie Auswertung des von den wenigstens einigen ersten Subpixeln erzeugten Photosignals erlauben es, unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten zu realisieren. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit der Berührung gesteigert und vor allem Falsch-positive Signale korrekt identifiziert werden.
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In einigen anderen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips sind die wenigstens einigen zweiten Subpixel zumindest teilweise in einer von den wenigsten einigen ersten Subpixeln der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel unterschiedlichen Zeile und/oder Spalte angeordnet. Somit leuchten vor allem Subpixel von anderen Zeilen. In einigen Aspekten sind die wenigstens einigen zweiten Subpixel als zusätzliche Subpixel zu den Subpixel der in Zeilen und Spalten angeordneten Pixel gebildet, und optional zwischen verschiedenen Pixeln angeordnet. Mit anderen Worten werden zusätzliche optoelektronische Bauelemente zwischen den regulären Subpixel des Displays angeordnet. Dadurch lassen sich Lichtpulse zum Detektieren einer Berührung unabhängig von dem jeweils angezeigten Displayinhalt erzeugen. Auch kann eine solche Versorgung oder die Frequenz derartiger Lichtpulse ausgenutzt werden, weil diese während des ersten Zeitraumes durch die wenigsten einigen ersten Subpixel detektierbar sind. Ein erfasstes Photosignal enthält dann beispielsweise einen mit der Frequenz der Lichtpulse modulierten Anteil.
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In einigen Aspekten sind die wenigstens einigen zweiten Subpixel (oder die zusätzlichen optoelektronischen Bauelemente) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung ausgeführt, deren Wellenlänge geringer ist als eine Wellenlänge der von den wenigstens einigen ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel erzeugten elektromagnetischer Strahlung. So können beispielsweise die optoelektronischen Bauelemente der wenigstens einigen ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordnete Pixel zu Erzeugung von Licht im Bereich von 550 nm bis 670 nm ausgeführt sein. Sie würden dann Licht mit kürzerer Wellenlänge detektieren, wobei die Wellenlängensensitivität von weiteren Parametern abhängen kann. Die optoelektronischen Bauelemente der wenigstens einigen zweiten Subpixel (oder die zusätzlichen optoelektronischen Bauelemente) sind indes zu Erzeugung von Licht im Bereich von 420 nm bis 550 nm, optional auch im Bereich kleiner als 420 nm ausgeführt. Gerade letzterer Bereich ist zweckmäßig, weil Licht dieser Wellenlänge von einem Benutzer nicht mehr sichtbar ist.
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In einem weiteren Aspekt sind zwei oder mehr der schaltbaren der wenigstens einigen ersten Subpixel gemeinsam an die Ansteuerschaltung geführt. Dies ist dann zweckmäßig, wenn ein Photosignal eines einzelnen optoelektronischen Bauelements sehr klein ist. Durch Zusammenschalten mehrerer Subpixel, deren Photosignale somit gemeinsam ausgelesen und verstärkt werden, kann das Signal/Rausch Verhältnis verbessert werden.
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Einige weitere Aspekte betreffen eine Stromsteuerschaltung. Diese umfasst einen ersten programmierbaren Strompfad, der zwischen einen ersten Versorgungspotentialanschluss und einen Abgriff geschaltet ist und einen Programmieranschluss sowie einen Aktivieranschluss aufweist. Weiterhin ist ein erster optoelektronischer Halbleiterkörper vorgesehen, der zwischen den Abgriff und einen zweiten Versorgungspotentialanschluss geschaltet ist. Ein Ausleseanschluss ist mit dem Abgriff schaltbar gekoppelt; wobei die Stromsteuerschaltung so ausgestaltet ist, dass bei einem Signal an dem Programmieranschluss ein durch den programmierbaren Strompfad fließender Sollwertstrom programmierbar ist; und dass bei einem Signal an dem Aktivieranschluss ein programmierter Sollwertstrom an dem Abgriff zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß ist der Ausleseanschluss mit dem Abgriff lediglich dann verbunden, wenn das Signals am Programmieranschluss vorliegt.
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Damit wird eine programmierbare Stromsteuerschaltung geschaffen, die sowohl zur programmierbaren Ansteuerung des optoelektronischen Bauelements für eine Lichterzeugung dient, als auch das optoelektronische Bauelement als Sensor bzw. als Photodiode betreiben kann. Dazu ist die Stromsteuerschaltung so ausgebildet, dass sie den Ausleseanschluss mit dem Abgriff dann verbindet, wenn das Signal am Programmieranschluss vorliegt und damit eine Versorgung des optoelektronischen Bauelements deaktiviert ist.
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In einigen Aspekten können hierzu zwei Schalter vorgesehen sein, von denen ein erster zu einer Aktivierung des Strompfades und ein zweiter zu einer Verbindung des Ausleseanschlusses mit dem Abgriff ausgeführt ist. Die beiden Schalter können komplementär zueinander schalten. Es ist beispielsweise möglich, die jeweiligen Schalter durch Feldeffekttransistoren komplementären Kanal-Typs oder durch komplementäre Transmissiongates auszubilden.
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In einigen weiteren Aspekten ist ein Signal zur Verbindung des Ausleseanschlusses mit dem Abgriff komplementär zu dem Signal an dem Aktivieranschluss. Es ist in diesem Zusammenhang zudem denkbar, das Signal zur Verbindung des Ausleseanschlusses mit dem Abgriff etwas zu verzögern oder etwas kürzer zu schalten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Signal zur Verbindung des Ausleseanschlusses mit dem Abgriff erst dann wirksam wird (und damit zu der Verbindung führt), wenn die Versorgung des optoelektronischen Bauelements deaktiviert ist.
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In einigen Aspekten umfasst die Stromsteuerschaltung weiterhin eine Steuerschaltung zur Erzeugung und Abgabe des Signals an den Programmieranschluss, sowie zur Erzeugung und Abgabe des Signals an den Aktivieranschluss und des Signals zur Verbindung des Ausleseanschlusses mit dem Abgriff.
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In einem weiteren Aspekt weist die Stromsteuerschaltung einen zweiten aktivierbaren Strompfad auf, der an einen zweiten optoelektronischen Halbleiterkörper angeschlossen ist und einen Aktivieranschluss zur Erzeugung eines Stromes durch den optoelektronischen Halbleiterkörper in Antwort auf ein Aktiviersignal umfasst. Die Steuerschaltung der Stromsteuerschaltung ist ausgeführt, das Aktiviersignal zu erzeugen, während der Ausleseanschluss mit dem Abgriff verbunden ist.
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Der zweite optoelektronische Halbleiterkörper ist in einigen Aspekten zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge ausgeführt, die kürzer ist als eine Wellenlänge von durch den ersten optoelektronischen Halbleiterkörper erzeugten Lichts. In einem weiteren Gesichtspunkt umfasst die Stromsteuerschaltung einen Verstärker, insbesondere einen Transimpedanzverstärker, der mit dem Ausleseanschluss verbunden ist. Ebenso können die optoelektronischen Bauelemente der Stromsteuerschaltung oder auch der Displayanordnung mit µ-LED's gebildet sein, deren Kantenlänge weniger als 100µm und insbesondere weniger als 70µm und optional weniger als 30µm beträgt.
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Die hier vorgestellten Displays oder auch die Stromsteuerschaltung kann Teil eines Smart-Phones, eines Tablets, eines Laptops, eines Bildschirms, oder einer anderen Anzeigevorrichtung sein. Diese kann im Bereich Automotive, aber auch in Industrieanwendungen in Steuerungseinrichtung im Maschinenbau oder bei Home Appliances implementiert sein. Mögliche Anwendungen sind neben einer Berührungsdetektion auch das Erfassen eines Fingerabdrucks o.ä., die Benutzung als Scanner und andere optische Anwendungen.
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Einen weiteren Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Displayanordnung. Bei dem Verfahren wird eine Displayanordnung mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Subpixeln bereitgestellt. Die einzelnen Subpixel können ihrerseits zu Pixeln zusammengefasst sein, wobei Subpixel unterschiedlicher Farbe, beispielsweise Rot, Grün und Blau jeweils ein Pixel bilden. Jedes Subpixel umfasst einen programmierbaren Strompfad und ein daran gekoppeltes optoelektronisches Bauelement zur Erzeugung von Licht in der für das Subpixel vorgesehenen Farbe. In diesem Zusammenhang spricht man auch von roten, grünen oder blauen Subpixel.
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In einem normalen Betrieb werden nun die Strompfade der einzelnen Subpixel während eines ersten Zeitraumes, der Programmierphase mit einem definierten Strom programmiert, der anschließend während eines zweiten Zeitraumes zur Versorgung der angeschlossenen optoelektronischen Bauelemente dient. Entsprechend werden während eines ersten Zeitraumes nun die Strompfade von ersten Subpixeln der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Subpixeln von den jeweils angeschlossenen optoelektronischen Bauelementen getrennt. Die ersten Subpixel können dabei in einer Zeile, aber auch in mehreren Zeilen angeordnet sein. Durch die Trennung sind die optoelektronischen Bauelemente abgeschaltet, und die Programmierung des Strompfades der ersten Subpixel zur Bereitstellung eines definierten Stroms kann innerhalb des ersten Zeitraumes, ohne die optoelektronischen Bauelemente dieser Subpixel zu beeinflussen.
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Erfindungsgemäß werden nun die getrennten optoelektronischen Bauelementen dieser Subpixel innerhalb oder während des ersten Zeiträume mit einem Ausleseanschluss gekoppelt und damit elektrisch verbunden. Die so verschalteten optoelektronischen Bauelemente wirken nun nicht mehr als Leichtdiode, sondern arbeiten als Photodetektor und können somit als Sensor oder Detektor eingesetzt werden.
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Während des ersten Zeitraumes wird zudem Licht durch zweite Subpixel erzeugt, insbesondere durch zweite Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Subpixeln und von der Displayanordnung abgestrahlt. Trifft dieses Licht nun auf einen reflektierenden Gegenstand, so gelangt ein Teil des durch die zweiten Subpixel erzeugten Lichts in die gekoppelten optoelektronischen Bauelementen und wird von diesen als Photosignal erfasst. An dem Anschluss erfolgt ein Auslesen eines Photosignals, welches durch ein Erfassen eines Lichts in den als Detektor arbeitenden optoelektronischen Bauelemente gebildet wird.
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In einigen Aspekten erfolgt ein Programmieren und aktivieren, d.h. der erste und der zweite Zeitraum zeilenweise. Darüber hinaus, alternativ oder zusätzlich, können sich auch erste und zweite Zeiträume von Subpixeln unterschiedlichen Typs unterscheiden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass blaue Subpixel dann Licht erzeugen und abgeben, wenn sich die roten Subpixel gerade in ihrer Programmierphase befinden. Dadurch lässt sich mit Vorteil das von den blauen und/oder grünen Subpixel erzeugte Licht für die Detektion in den optoelektronischen Bauelementen für die rote Subpixel verwenden.
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Das Verfahren nach diesem Prinzip ist vor allem dann besonders effizient, wenn die optoelektronische Bauelemente der zweiten Subpixel zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge ausgeführt sind, die kürzer ist als Licht, das von den optoelektronischen Bauelementen der ersten Subpixel erzeugbar ist. dies kann beispielsweise blaues Licht sein, d.h. mit einer Wellenlänge unter 500 nm, während die als Detektor arbeitenden optoelektronischen Bauelemente zur Erzeugung von rotem Licht dienen. Grundsätzlich sind aber auch die Bauelemente für grünes Licht sowohl als Erzeuger als auch als Detektor geeignet.
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In einem Aspekt sind die die ersten Subpixel und die zweiten Subpixel zumindest teilweise in verschiedenen Reihen angeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass die zweiten Subpixel als zusätzliche Subpixel auf der Displayanordnung vorgesehen sind, also nicht Teile von Pixeln bilden. Dadurch wird eine Lichterzeugung zur Detektion einer Berührung unabhängig von einem von der Displayanordnung dargestellten Bild. Bei einer Wellenlänge dieser Subpixel von kleiner als 440 nm, insbesondere kleiner als 420nm, ist das so erzeugte Licht von einem Benutzer kaum oder nicht mehr sichtbar. Das Verfahren kann dann auch mit einem „ausgeschalteten“ d.h. schwarzen Display verwendet werden. Dabei werden lediglich die zusätzlichen Subpixel für einen kurzen Zeitraum zumindest während des ersten Zeitraums aktiviert.
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In einem Aspekt werden die optoelektronischen Bauelemente von dem Ausleseanschluss wieder getrennt und dann die programmierbaren Strompfade der ersten Subpixel mit den jeweiligen optoelektronischen Bauelementen wieder verbunden, so dass die optoelektronischen Bauelementen mit dem definierten Strom versorgt werden.
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Bei einigen Aspekten steht eine Reduzierung möglicher falsch-positiver Signale im Vordergrund. So ist es möglich bei einem detektierten Photosignal zu verifizieren, ob dieses durch eine Berührung des Displays oder zumindest eine gewünschte Abschattung erfolgt. Dazu wird ausgenutzt, dass eine Berührung meist deutlich langsamer erfolgt, als die Programmierphase oder auch selbst die Betriebsphase. Bei einer möglichen Detektion können so zusätzliche optoelektronische Bauelemente für kurze Zeit aktiviert werden, um ein stärkeres Signal zu erzeugen und so die Berührung zu identifizieren und deren Position genauer festzulegen. In einigen Aspekten wird daher das von den optoelektronischen Bauelementen erzeugte Photosignal mit einem Schwellwert verglichen und in Antwort auf den Vergleich Licht durch zweite Subpixel erzeugt. Diese zweiten Subpixel sind dazu in Nachbarschaft um erste Subpixel angeordnet, deren optoelektronischen Bauelemente das Photosignal erzeugen. Unter Nachbarschaft wird in dieser anmeldung beispielsweise ein Bereich bis zu 100 Subpixel um die ersten Subpixel herum, oder auch nur 10 bis 30 Subpixel um die ersten Subpixel herum verstanden.
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In einem anderen Aspekt können zweite Subpixel ausgewählt werden, die während des ersten Zeitraumes kein Licht, oder Licht unterhalb eines Vorgabewertes erzeugen, d.h. nur sehr mit sehr geringer Intensität leuchten. In diesem Fall kann ausgenutzt werden, dass zweite Subpixel in der Nachbarschaft durch die Berührung abgedeckt werden, so dass diese von einem Benutzer nicht gesehen werden. Dadurch lassen sich die ausgewählten zweiten Subpixel mit einem Strom zur Erzeugung eines Lichtpulses oder von Licht oberhalb des Vorgabewertes während des ersten Zeitraums beaufschlagen, um die Berührung zu verifizieren und die Position der Berührung genauer zu bestimmen. In einigen Aspekten können Subpixel als erste Subpixel bestimmt werden, die auf ein durch die ersten Subpixel und zweite Subpixel in Nachbarschaft der ersten Subpixel angezeigten Bildes ausgewählt sind. Wird beispielsweise ein Button, ein Schieberegler oder ein anderes Element auf dem Display angezeigt, an der ein Benutzer das Display berühren soll, so können vor allem dort und in der Nachbarschaft erste Subpixel als Detektoren verschaltet und verwendet werden.
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Eine Detektion von einer Berührung lässt sich zudem verbessern, wenn der Schritt des Erzeugens von Licht durch zweite Subpixel durch einen modulierten Versorgungsstrom, und/oder einen gepulsten Versorgungsstrom, insbesondere durch ein PWM Signal erfolgt.
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Figurenliste
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Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
- 1 zeigt eine erste Ausführungsform mit einem Ausschnitt einer Displayanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
- 2 zeigt ein Pixel einer zweiten Ausführungsform zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips;
- 3 stellt ein Zeit-Signal Diagramm dar zur Erläuterung verschiedener Steuersignale für die zweite Ausführungsform;
- 4 bildet eine weitere Ausführungsform aus einem Display zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips;
- 5 und 6 stellen verschiedene Zeit-Signal-Diagramme dar, die für einen Betreib der Ausführungsform nach 4 genutzt werden können;
- 7 zeigt einen ersten Anwendungsfall für eine Detektion einer Berührung auf einem Display zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips;
- 8 bildet ein zweites Anwendungsbeispiel für eine Detektion einer Berührung auf einem Display;
- 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem ein Display gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips als Fotodetektor oder Scanner einsetzbar ist;
- 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Darstellung einiger Aspekte;
- 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer Displayanordnung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
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Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten. Jedoch ist das vorgeschlagenen Prinzip nicht hierauf beschränkt, sondern es können verschiedene optoelektronische Bauelemente, mit unterschiedlicher Größe und auch Funktionalität bei der Erfindung eingesetzt werden. In den Ausführungsformen sind wirkungsgleiche oder wirkungsähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen ausgeführt.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Displayanordnung, wie sie für das vorgeschlagene Prinzip einsetzbar ist. Die Displayanordnung 1 umfasst eine Vielzahl in Reihen und Spalten angeordneter Pixel P. Jedes dieser 3 Pixel umfasst seinerseits drei Subpixel zur Darstellung der Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die Subpixel sind hier mit SG für das grüne Subpixel, SR für das rote Subpixel und SB für das blaue Subpixel bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Subpixel eines jeden Pixels nebeneinander angeordnet. Subpixel der gleichen Farbe sind entsprechend untereinander positioniert. In anderen Ausführungen können die Positionen der einzelnen Subpixel innerhalb eines Pixels auch vertauscht sein, um so einen besseren Seheindruck zu erzeugen. Ebenso ist zur verbesserten Übersichtlichkeit zwischen den einzelnen Pixel ein etwas größerer Abstand im Display belassen, jedoch kann auch dieser je nach Ausführungsform auch entfallen.
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In den weiteren Teilfiguren der 1 ist schematisch nun ein Subpixel für die Erzeugung von blauem Licht SB sowie ein Subpixel SR für die Erzeugung von roten Licht gezeigt. Dabei sind auch die Subpixel SG für die Erzeugung von grünem Licht in ähnlicher Weise wie die Subpixel SB für die Erzeugung von blauem Licht aufgebaut. Jedes dieser Subpixel umfasst einen programmierbaren Strompfad, der hier mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Der programmierbare Strompfad 10 ist jeweils an ein Versorgungspotenzialanschluss 11 angeschlossen und umfasst ausgangsseitig einen Schalter 25.
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Des Weiteren weist jeder programmierbare Strompfad 10 auch einen Programmiereingang 12 auf, an dem ein Programmwort oder -Signal für einen Sollstromwert für den jeweiligen Strompfad programmiert werden kann. An dem jeweils anderen Anschluss des Schalters 25 ist nun ein optoelektronisches Bauelement angeordnet und seinerseits mit einem Bezugspotenzialanschluss 21 verbunden. Das optoelektronische Bauelement ist als Leuchtdiode ausgeführt und zur Erzeugung von Licht korrespondierend zur Farbe des Subpixels ausgebildet. Das optoelektronische Bauelement ist als µ-LED mit einer sehr geringen Kantenlänge ausgeführt.
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Für das Subpixel SB zur Erzeugung von blauem Licht ist das optoelektronische Bauelement 20b zur Erzeugung von blauem Licht ausgeführt. Gleiches gilt für das optoelektronische Bauelement 20g für die Erzeugung von grünem Licht. Das optoelektronische Bauelement 20r im Subpixel SR ist indes zur Erzeugung von rotem Licht ausgeführt. Insofern umfassen die einzelnen Subpixel jeweils einen programmierbaren Strompfad, der in Reihe zu einer Leuchtdiode geschaltet ist.
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In einem Betrieb der Displayanordnung 1 werden nun die einzelnen Pixel bzw. Subpixel einer einzelnen Zeile zur Erzeugung von Licht einer gewissen Intensität mittels der programmierbaren Stromschaltung programmiert. Zu diesem Zweck ist die an Steuerschaltung 30 sowohl mit den Programmieranschlüssen 12 eines jeden Subpixel als auch mit den Schaltern 25 der Subpixel gekoppelt.
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Zur Programmierung der einzelnen Subpixel einer Zeile werden die Schalter 25 einem ersten Schritt geöffnet und so die einzelnen optoelektronischen Bauelemente 20b, 20g und 20r von der jeweiligen programmierbaren Stromquelle getrennt. Anschließend kann durch den Programmieranschluss 12 des programmierbaren Strompfads auf einen Sollstromwert eingestellt werden. Nachfolgend werden die Schalter 25 wieder geschlossen und die jeweiligen optoelektronischen Bauelemente mit dem vorher programmierten Sollstromwert beaufschlagt. Je nach Größe des Sollstromwert leuchten die optoelektronischen Bauelemente mehr oder weniger hell. Zur Ausbildung möglichst vieler Intensitätsstufen und damit eines möglichst umfangreichen Helligkeitsraumes kann zudem vorgesehen sein, die Schalter 25 mittels eines PWM-Signals zu schalten. Die Helligkeit eines einzelnen Subpixel ergibt sich dann sowohl aus dem durch den Subpixel fließenden Strom während der jeweilige Schalter 25 geschlossen ist, als auch über die Zeitdauer bzw. das Verhältnis zwischen den Zeitdauern, in denen der Schalter 25 geschlossen bzw. offen ist. Dieser Zeitraum wird auch als „Duty Cycle“ bezeichnet.
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Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip ist nun ein weiterer Abgriff 41 bei den Subpixel für die Erzeugung von rotem Licht vorgesehen. Der Abgriff 41 ist dabei zwischen dem Schalter 25 und dem ersten Anschluss des optoelektronischen Bauelements 20r angeordnet und führt über einen weiteren Schalter 40 an einen Ausleseanschluss 43. Nach dem vorgeschlagenen Prinzip wird nun das optoelektronische Bauelement 20r sowohl als Leuchtdiode als auch als Fotosensor oder Fotodetektor betrieben. Mit anderen Worten sind einige der Subpixel, insbesondere die für die rote Farbe in zwei Betriebsarten betreibbar, nämlich sowohl in ihrer normalen Bestimmung als Leuchtmittel als auch als Detektor.
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Zu diesem Zweck wird, während der Schalter 25 geöffnet ist, der Schalter 40 geschlossen und somit der Abgriff 41 mit dem Ausleseanschluss 43 verbunden. Gleichzeitig wird der Strompfad zum optoelektronischen Bauelement hin unterbrochen, so dass keine weitere Versorgung der Leuchtdiode 20r mehr vorhanden ist. Fällt nun indes Licht einer kürzeren Wellenlänge als das von der Leuchtdiode 20r abgegebene Licht auf den aktiven Bereich der Leuchtdiode 20r, so kommt es dort zu einer Erzeugung von Elektron-Lochpaaren und es bildet sich eine Spannung zwischen dem Ausleseanschluss 43 und dem Bezugspotenzial 21 aus. Dieses durch das einfallende Licht erzeugte Fotosignal kann nun von der Ansteuerschaltung detektiert und ausgewertet werden.
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Das auf die als Fotodetektor arbeitende bzw. verschaltete Leuchtdiode 20r einfallende Licht kann seinerseits durch verschiedene Arten erzeugt und auf die aktive Schicht gelenkt worden sein. Zum einen ist es beispielsweise möglich, dass dieses Licht durch eine Fingerkuppe oder einen anderen Gegenstand reflektiert und so auf die als Detektor wirkende Leuchtdiode 20r fällt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Touchscreens ist dabei die Beschaffenheit oder auch das Material des Gegenstands von geringerer Bedeutung, solange dieser eine gewisse Reflektion besitzt. Das von der Leuchtdiode 20r als Detektor detektierte Licht kann dabei im Besonderen von den blauen oder den grünen Subpixel stammen, die währenddessen noch über ihre jeweiligen Schalter 25 mit dem programmierbaren Strompfad verbunden sind. Alternativ kann dies auch einfach Sonnenlicht oder Umgebungslicht sein, welches auf die Displayanordnung 1 fällt. Wiederum alternativ kann dieses Licht auch von speziell dafür vorgesehenen optoelektronischen Bauelementen erzeugt werden.
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In allen Fällen kann dieses einfallende und in der Leuchtdiode 20r absorbierte Licht detektiert und von der Ansteuerschaltung ausgewertet werden.
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2 zeigt diesbezüglich eine ergänzende Ausführungsform, bei der drei Subpixel eines Pixels dargestellt sind. Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel umfassen die jeweiligen Subpixel einen programmierbaren Strompfad 10r, 10b und 10g. Jeder programmierbare Strompfad enthält einen Programmieranschluss 12, an dem ein Programmiersignal P von der Ansteuerschaltung 30 anlegbar ist. Zu diesem Zweck ist der Programmieranschluss 12 mit einem entsprechenden Programmierausgang 31 der Ansteuerschaltung 30 verbunden.
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An den Ausgang eines jeden programmierbaren Strompfades ist über einen Schalter 25 eine Leuchtdiode 20b, 20g und 20r angeschlossen. Die Leuchtdiode 20g zur Erzeugung von grünem Licht ist dabei mit dem programmierbaren Pfad 10g verbunden. Der programmierbare Strompfad 10b ist über den Schalter 25 mit einer Leuchtdiode 20b zur Erzeugung von blauem Licht gekoppelt. Schließlich ist der Strompfad 10r über den Schalter 25 mit der roten Leuchtdiode 20r verbunden. Zwischen dem Schalter 25 und der roten Leuchtdiode 20r ist ein Abgriff 41 vorgesehen, der an einen Schalter 40 führt. Schalter 40 ist ausgangsseitig mit dem Ausleseanschluss 43 verbunden, der seinerseits an einen Auswerteeingang 33 der Ansteuerschaltung 30 angeschlossen ist.
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In einem Betrieb der Displayanordnung wird nun über ein digitales Programmierwort oder ein Programmiersignal die jeweiligen programmierbaren Strompfade mit einem Sollstromwert beaufschlagt. Anschließend werden durch entsprechende Ausgangssignale am Steuerausgang 31' die Schalter 25 geschlossen und so die jeweiligen Leuchtdioden mit den jeweiligen Strompfaden zu ihrer Versorgung verbunden. Die Steuersignale sind hierzu mit EM bezeichnet. Gleichzeitig wird über den Ausgang 32 eine Signal AS abgegeben, welches den Schalter 40 öffnet und so den Ausleseanschluss 43 von dem Abgriff 41 trennt.
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Ein Betrieb des optoelektronischen Bauelements 20r -sowohl als Leuchtdiode als auch als Fotodetektor- wird nun durch eine geeignete Wahl der Signale EM bzw. deren zeitliche Verläufe mir der entsprechenden Ansteuerung erreicht. Dies ist beispielsweise in 3 dargestellt. Während des Zeitraumes T0 bis zum Zeitraum T1b erfolgt beispielsweise die Programmierphase für die blaue Leuchtdiode. Anschließend kann die blaue Leuchtdiode aktiviert werden, in dem der Schalter 25 durch das Schaltsignal EMb zum Zeitpunkt T4 geschlossen und somit das optoelektronische Bauelement 20b mit dem Strompfad verbunden wird. Eine Programmierung bzw. Aktivierung für die grüne Leuchtdiode erfolgt durch das Steuersignal EMg, für die rote Leuchtdiode durch das Steuersignal EMr. Wie in 3 dargestellt, aktivieren die einzelnen Steuersignale die jeweiligen Schalter zu leicht unterschiedlichen Zeiten. Dies hat den Vorteil, dass ein Stromverbrauch über einen längeren Zeitraum durch die zu unterschiedlichen Zeiten aktivierten optoelektronischen Bauelemente nicht so stark schwankt, wie dies bei einer gleichzeitigen Aktivierung aller Bauelemente der Fall wäre. Stromtreiberschaltungen bzw. Versorgungsschaltungen und auch Kühlelemente können demnach mit einer geringeren Dimensionierung ausgeführt werden. Zudem lässt sich die Programmierung multiplexen, da eine Programmierung der unterschiedlichen farbigen Subpixel nun zu leicht unterschiedlichen Zeiten erfolgen kann.
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Gleichzeitig wird nun hier dargestellt während des Zeitraums T4 bis T5, d. h. während der Programmierphase für das rote Subpixel SR das Steuersignal AS erzeugt, welches wie in 2 gezeigt, den Schalter 40 schließt und somit den Ausleseanschluss 43 mit dem Abgriff 41 verbindet. Während dieses Zeitraums zwischen T4 und T5 wirkt das optoelektronische Bauelement 20r nach 2 als Fotodiode und detektiert ein auf dieses Bauelement einfallendes Licht. Diese Verschaltung erfolgt gleichzeitig außerhalb des normalen Betriebs des optoelektronischen Bauelements als Leuchtdiode, sodass dieses entweder als Leuchtdiode bzw. als Sensor betrieben wird. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass während der Phase T4 bis T5 auch das Schaltsignal EMb für die blaue Leuchtdiode anliegt. Mit anderen Worten wird während dieses Zeitraums somit sowohl ein blaues Licht erzeugt, als auch das optoelektronische Bauelement 20r für das rote Licht als Detektor betrieben. Blaues Licht, welches abgestrahlt und von einem Gegenstand reflektiert wird, kann so in das optoelektronische Bauelement 20r gelangen und von diesem als Fotosignal erfasst werden.
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Während eines neuen Zeitabschnitts erfolgt anschließend eine erneute Programmierung der jeweiligen Strompfade für das grüne, das blaue und das rote Subpixel. Wie vorstehend erläutert, lässt sich die Programmierung zu unterschiedlichen Zeiten für die einzelnen Subpixel durchführen.
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Nach einer Programmierung werden die Schaltsignale EMb und EMg erneut erzeugt und die programmierbaren Strompfade mit ihrem Sollstromwert an die jeweiligen optoelektronische Bauelemente zu deren Versorgung angeschlossen. Dies erfolgt zum Zeitpunkt T4 für das blaue Subpixel, zum Zeitpunkt T5 für das grüne Subpixel und zum Zeitpunkt T3 für das rote Subpixel. Gleichzeitig ist während des Zeitraums zwischen T4 und T5 das Schaltsignal AS erneut erzeugt und verbindet somit Abgriff 41 mit dem Ausleseanschluss 43. Während dieses Zeitraums, der im Wesentlichen der Leuchtzeit des blauen Subpixel entspricht, ist das optoelektronische Bauelement des roten Subpixel so verschaltet, dass es als Detektor oder als Sensor dient.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der zweite Zeitraum der Zeitraum, während das optoelektronische Bauelement für das blaue Subpixel mit dessen Strompfad verbunden ist im ersten Zeitraum für das rote Subpixel. Der erste Zeitraum für das rote Subpixel entspricht dabei einer Programmierphase des Subpixels.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der insbesondere der programmierbare Strompfad durch verschiedene Elemente näher erläutert wird.
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Der programmierbare Strompfad 10r umfasst einen Versorgungsanschluss VDD für ein Versorgungspotenzial und ist einerseits an einen Feldeffekttransistor 101 und andererseits an einen Anschluss eines Speicherkondensator 102 angeschlossen. Die andere Seite des Transistors 101 ist an einen Knoten 110 geführt, der mit einem zweiten Transistor 100 und einen Treibertransistor 105 verbunden. Treibertransistor 105 ist ausgangsseitig mit dem Schalttransistor 25 verbunden. Ein Steueranschluss des Schaltertransistor 25 ist an den Programmierschluss 124 zur Zuführung des Schaltsignals EM angeschlossen. Dieser Programmieranschluss 124 ist seinerseits auch an den Steueranschluss des Transistors 101 geführt.
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Die andere Seite des Transistors 100 ist an den Datenanschluss 122 zur Zuführung eines Programmiersignals Data für die Stromstärke angeschlossen. Der Ladekondensator 102 über einen weiteren Knoten 103 mit einem Ladetransistor 104 gebunden. Der Steueranschluss des Ladetransistors ist an einen zweiten Datenanschluss 123 zur Zuführung eines ersten Programmiersignals SC0 geführt. Der Abgriff 103 ist zum einen mit dem Steueranschluss des Transistors 105 und zum anderen mit einem Transistor 106 verbunden. Der Transistor 106 bildet einen weiteren Ladetransistor, der mit seinem anderen Anschluss zwischen Transistor 105 und Schalttransistor 25 geführt ist. Am Steueranschluss des Transistors 106 liegt ein zweites Programmiersignal SC1 an, wobei der Anschluss 121 ebenso einen Steueranschluss 100 geführt ist.
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Wie in den vorangegangenen Beispielen ist ein Abgriff 41 zwischen dem Schalttransistor 25 und dem optoelektronischen Bauelement 20r vorgesehen. Dieser Abgriff ist über einen Auslesetransistor 40 mit dem Ausleseanschluss Ip1 verbunden. An dem Steueranschluss des Auslesetransistors 40 kann das Schaltsignal EM angelegt werden. Dieses Schaltsignal ist komplementär zum Schaltsignal EM am Anschluss 124.
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Der Ausleseanschluss Ip1 ist darüber hinaus mit weiteren Ausleseanschlüssen Ip2 und Ip3 zusammengeführt, die ihrerseits mit einer gleichen Struktur (hier nicht gezeigt) verbunden sind. Jede dieser Anschlüsse ist zusammengeführt und mit dem Ausleseeingang 33 der Steuerschaltung 30 gekoppelt. Im Besonderen ist der Ausleseeingang 33 an einen Transimpedanzverstärker 50 angeschlossen, dessen erster Eingang 502 mit dem Ausleseeingang 33 zur Zuführung des Fotosignals gekoppelt ist. An einem Referenzeingang 503 liegt ein Referenzsignal an. Der Transimpedanzverstärker verstärkt die Differenz zwischen dem Fotosignal IP und dem Referenzsignal Ref und gibt dieses am Ausgang 501 ab.
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Die 5 und 6 zeigen den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Schalt- und Programmiersignale SCO, SC1, EM und EM. Dabei sind die Schaltsignale EM und EM komplementär zueinander. Dies kann beispielsweise durch eine einfache Invertierung des Schaltsignals EM erfolgen. Zum Zeitpunkt T0 bis T1, in der leitenden Phase schaltet EM auf einem niedrigen Pegel, wodurch Transistor 101 sowie der Schalttransistor 25 durchgeschaltet sind.
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Eine Programmierspannung liegt über den Kondensator 102 an, die sich aus der Differenz zwischen dem Versorgungspotenzial VDD und über dem Abgriff 103 anliegenden Potenzial ergibt. Dadurch ist auch der Treibertransistor 105 in einem leitenden Zustand, wobei die Programmierspannung letztlich den Storm durch den Treibertransistor einstellt. Über den Treibertransistor 105 und den Schalttransistor 25 fließt ein Strom durch die Diode 20r. Der Strom wird während dieses Zeitraums somit durch den Treibertransistor 105 geregelt. Die Programmiersignale SC0 und SC1 sind während dieses Zeitraums auf einem hohen Pegel, sodass die Transistoren 100, 106 und 104 gesperrt sind.
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Zum Zeitpunkt T1 wechselt das Schaltsignal EM von einem logisch niedrigen Pegel auf einen logisch hohen Pegel und der Schalttransistor 25 sperrt. Gleichzeitig wird auch der Knoten 110 vom Versorgungspotenzial VDD durch Sperren des Transistors 100 getrennt. Zum gleichen Zeitpunkt wechselt das Ausleseschaltsignal EM von einem logisch hohen Pegel auf einen logisch niedrigen Pegel und der Auslesetransistor 40 in 4 wird leitend. Dadurch ist der Abgriff 41 mit dem Ausleseanschluss Ip1 verbunden. Einfallendes Licht erzeugt in der Diode 20r ein Fotosignal, dass an dem Ausleseanschluss anliegt und der Steuerschaltung 30 und dem Impedanzverstärker 50 zugeführt wird.
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Mit dem Umschalten des Schaltsignals EM beginnt die Programmierphase, in der die Schalttransistoren 101 und 25 gesperrt sind. In einer darauffolgenden Sequenz ab dem Zeitpunkt T2 wird das erste Programmiersignal SC0 von einem logisch hohen auf einen logisch niedrigen Pegel geschaltet und somit der Knoten 103 und der Kondensator 102 mit dem Bezugspotenzial verbunden. In diesem Fall ist das Bezugspotenzial ein Masseanschlusspotenzial. Durch den ersten Schritt wird der Speicherkondensator 102 vorgeladen und in einen definierten Zustand gesetzt. Gleichzeitig liegt der Steueranschluss des Treibertransistors auf dem Massepotential. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird das erste Steuersignal SC0 wieder auf einen hohen Pegel geschaltet und das Steuersignal SC1 auf einen entsprechend niedrigen. Dadurch werden nun der Transistor 100 und der Transistor 106 leitend.
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Das Aktivieren des Transistors 106 führt dazu, dass der Steueranschluss des Treibertransistors 105 mit dem Abgriff zwischen Transistor 105 und dem Schalttransistor 25 verbunden wird, wodurch der Treibertransistor 105 zu einer Diode verschaltet wird. Dabei ist die Vorwärtsspannung Vf durch diese Verschaltung gebildet und gleich der Thresholdspannung Vth. Gleichzeitig wird durch das Durchschalten des Transistors 100 der Abgriff 110 und damit auch der mit 110 verbundene Anschluss des Treibertransistor 105 mit dem Programmiersignal beaufschlagt. Dadurch wird der Speicherkondensator 102 auf eine vorgegebene Spannung gebracht, die sich aus dem Versorgungspotenzial VDD, dem Programmiersignal VData sowie der inhärenten Thresholdspannung des Treibertransistors 105 ergibt. Für die Spannung VC ergibt sich somit: VC = VDD - (VData + Vth) . VData ist die Spannung am Programmiereingang 122.
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Nach Ablauf dieser Programmierphase wird das Programmiersignal SC1 wieder auf einen hohen Pegel gelegt und das Schaltsignal EM wechselt von einem hohen Level auf einen niedrigen Pegel, sodass die beiden Transistoren 101 und 25 wieder leitend werden. Der Strom wird wiederum durch den Treibertransistor und den Kondensator 102 gespeicherte Ladung geregelt. Während der Programmierphase, d. h. zwischen dem Zeitraum T1 und T2 ist der Auslesetransistor 40 leitend. Licht, welches auf das als Fotodetektor arbeitende optoelektronische Bauelement 20r einfällt, wird am Ausleseanschluss Ip1 abgegriffen und dem Signaleingang IP des Transimpedanzverstärker 50 zugeführt.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Prinzips, bei dem die einzelnen Signale EM, SCO, SC1 und EM zu unterschiedlichen Zeitpunkten, d.h. individuell und unabhängig voneinander eingestellt werden. Das Schaltsignal EM wird zwischen den Zeitpunkten T1 und T6 von einem logisch niedrigen Pegel auf einen logisch hohen Pegel geschaltet. Dieser Zeitraum bildet somit die Programmierphase für den programmierbaren Strompfad 10r, wobei gleichzeitig während der Programmierphase einfallendes Licht durch das optoelektronische Bauelement 20r erfasst wird. Zu einem zweiten Zeitpunkt T2 wird das erste Programmiersignal SC0 erzeugt.
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Zu diesem Zeitpunkt wird auch das Auslesesignal EM gebildet, welches den Auslesetransistor in einen leitenden Zustand bringt. Eine nachfolgende Programmierung erfolgte während Zeiträume T2 und T3 mit dem Programmiersignal SC0 und zwischen T4 und T5 mit dem Programmiersignal SC1. Zum Zeitpunkt T5, d. h. bei vollständiger Beendigung der Programmierphase wird auch das Auslesesignal EM wieder auf einen hohen Pegel gesetzt. Zum Zeitpunkt T6 kurz nach dem Zeitpunkt T5 wird das Schaltsignal EM wieder von einem logisch hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel gesetzt und somit das optoelektronische Bauelement wieder mit dem Strompfad zur Versorgung verschaltet.
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Wie in der Ausführung der 5 erfolgt somit die Programmierung als auch ein Auslesen von einfallendem Licht auf das optoelektronische Bauelement während eines Zeitraumes, in der der Strompfad deaktiviert ist. Dabei können sowohl das Auslesesignal EM, als auch die einzelnen Programmiersignale SC0 und SC1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten an- und abgeschaltet werden. Die in der 6 dargestellte Herangehensweise bewirkt, dass Schalt- bzw. andere parasitäre Effekte, die sich durch den Schaltvorgang ergeben, bei einem späteren Auslesevorgang, d. h. im Betrieb des optoelektronischen Bauelements als Detektor nicht berücksichtigt werden. Auch wird der Einfluss unterschiedlicher Schaltzeiten durch die einzelnen Feldeffekttransistoren verringert.
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7 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel einer Displayanordnung. Dieses Konzept sieht vor, während der Programmierphase die zu programmierenden Zeile auszuschalten. Einige der Subpixel einer Zeile, insbesondere der Subpixel für die Erzeugung von rotem Licht können während des ausgeschalteten Zustands indes dazu benutzt werden, eine Berührung der Displayanordnung zu detektieren. Im Ausführungsbeispiel der 7 sind hierzu verschiedene Pixel P mit ihren Subpixel dargestellt und in Zeilen und Spalten auf einem Display angeordnet. Jedes Pixel P umfasst 3 Subpixel SR, SG und SB, die jeweils nebeneinander angeordnet sind.
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Im Ausführungsbeispiel soll die Zeile Z neu programmiert werden. Zu diesem Zweck werden die Strompfade der Subpixel der Zeile Z komplett deaktiviert und die optoelektronischen Bauelemente in den Subpixel für die Erzeugung von rotem Licht in die Detektionsbetriebsart geschaltet. Während dieses Zeitraums leuchten jedoch die anderen Zeilen Z+1 bzw. Z-1 unvermindert weiter, und die dort positionierten optoelektronischen Bauelemente der jeweiligen Subpixel erzeugen Licht, welches nach oben hin abgestrahlt wird. Trifft das von den Subpixeln erzeugte blaue bzw. grüne Licht nun auf ein reflektierendes Hindernis, so wird dieses Licht reflektiert und kann in die aktive Schicht der optoelektronischen Bauelemente der Subpixel für die Erzeugung von rotem Licht in der deaktivierten Zeile Z gelangen. Dieses wird nun als Fotosignal detektiert und von der unterhalb des Displays angeordneten Steuer- und Auswerteschaltung 200 ausgewertet.
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Ein Benutzer, der somit während dieses Zeitraums das Display berührt, reflektiert das von den optoelektronischen Bauelementen für das blaue Subpixel abgegebene Licht und erzeugt somit ein Fotosignal in den als Detektor wirkenden Bauelementen. Dabei ist dieses Detektionssignal umso stärker, je mehr Licht reflektiert wird. Durch Auswertung der einzelnen Detektorsignale lässt sich somit die Position der Berührung auf dem Display genau bestimmen. Dabei ist es möglich, das Signal auch von falsch-positiven Signalen unterscheiden zu können. So wäre es denkbar, lediglich einige der optoelektronischen Bauelemente für die roten Subpixel als Detektoren zu aktivieren und dies zum Beispiel von dem im momentan angezeigten Bild abhängig zu machen. Zeigt ein Display beispielsweise einen Button oder einen Schieberegler, so ist eine Berührung in der Nähe des Buttons bzw. des Reglers wahrscheinlich. Entsprechend sind lediglich die optoelektronischen Bauelemente für die roten Subpixel als Sensoren verschaltet, die Teile des angezeigten Buttons oder Regler sind bzw. in dessen unmittelbarer Nachbarschaft liegen. Alternativ können detektierte Signale dieser optoelektronischen Bauelemente bei der Auswertung auch stärker gewichtet werden als Detektorsignal von weiter entfernt liegenden Bauelementen,
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In einer anderen Ausgestaltung wäre es denkbar, im Fall einer detektierten möglichen Berührung des Displays weitere optoelektronischen Bauelemente in der Nähe der detektierten Berührung zusätzlich zu aktivieren, um die Berührung zu verifizieren. Dies kann vor allem dann zweckmäßig sein, weil eine Berührung im Regelfall deutlich langsamer erfolgt als die Auffrischrate für das von der Displayanordnung darzustellende Bild. Ebenso lassen sich optoelektronische Bauelemente aktivieren, die zwar eigentlich ausgeschaltet sein sollen, jedoch unterhalb der vermeintlichen Berührung liegen und somit von dem Benutzer nicht gesehen werden können. Dies erlaubt es, durch zusätzliche Maßnahmen, insbesondere durch zusätzliche Lichtpulse die Position der Berührung auf dem Display genauer bestimmen zu können.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Prinzips. Bei diesem ist eine Displayanordnung vorgesehen, in der die Pixel durch jeweils drei Subpixel unterschiedlicher Farbe gebildet sind. Die Pixel sind auch hier wie im vorangegangenen Beispiel in Reihen und Spalten angeordnet. Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform jedoch vorgesehen, zwischen den einzelnen Pixel zusätzliche Subpixel SV mit optoelektronischen Bauelementen anzuordnen. Diese optoelektronischen Bauelemente erzeugen Licht in einem von einem Benutzer nur schwer sichtbaren Bereich. Beispielsweise können dies optoelektronischen Bauelemente sein, die zur Erzeugung von Licht mit einer Wellenlänge von <440 nm ausgeführt.
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Wie der 8 dargestellt sind die zusätzlichen Subpixel und deren optoelektronischen Bauelemente regelmäßig über das Display hinweg verteilt. Die zusätzlichen optoelektronischen Bauelemente erzeugen während der Programmierphase der optoelektronischen Bauelemente einiger dieser Subpixel beispielsweise der roten Subpixel einen Lichtimpuls, der von einem Objekt auf der Oberfläche des Displays reflektiert wird und somit in die Detektorfläche gelangt. Durch die zusätzlich vorhandenen optoelektronischen Bauelemente in den Subpixel SV ist eine Detektion einer Berührung unabhängig von einem dargestellten Bild auf dem Display erreichbar. Insbesondere lässt sich gerade dann, wenn die optoelektronischen Bauelemente der Subpixel SV nicht sichtbares Licht abstrahlen auch eine Berührung bei einem abgeschalteten bzw. dunklen Display sicher detektieren.
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9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Prinzips, bei der das Display als Scanner bzw. Fotodetektor eingesetzt wird. Zu diesem Zweck werden während der Programmierphase wenigstens einige der Subpixel in einen Detektorbetriebsmodus versetzt. Dies können sowohl Subpixel für den roten Bereich als auch diese für den grünen Bereich sein. Einfallendes Licht kann auf diese Weise detektiert werden, wobei gerade bei Verwendung von Subpixel unterschiedlicher Farbe eine gewisse Farbsensitivität möglich ist. Werden indes lediglich optoelektronische Bauelemente von Subpixel eines Typs während der Programmierphase als Detektoren verwendet, erfolgt in einer solchen Anwendung einer ortsaufgelösten Intensitätsmessung des einfallenden Lichts.
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In einigen weiteren Anwendungen kann gerade diese Anordnung durch zeilenweises Auslesen und Programmieren als Scanner verwendet werden. Zu diesem Zweck wird das zu scannende Element die Oberfläche des Displays gebracht und anschließend durch zeilenweise erfassten des reflektierten Lichtes ein gescanntes Abbild erzeugt. Gerade größere QR-Code lassen sich so auch ohne Verwendung der Kamera erfassen und verarbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer Displayanordnung wird in 10 dargestellt. Bei diesem Verfahren ist eine Displayanordnung bereitgestellt, die eine Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Pixel aufweist. Wie in vorangegangenen Ausführungsbeispielen können die Subpixel zu Pixeln zusammengefasst sein, wobei die einzelnen Subpixel zur Abgabe von Licht unterschiedlicher Farbe ausgebildet sind. Jede der Subpixel umfasst einen programmierbaren Strompfad und eine daran gekoppeltes optoelektronisches Bauelement.
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In einem regulären Betrieb einer derartigen Displayanordnung werden die einzelnen Subpixel zu unterschiedlichen Zeitpunkten programmiert, d. h. dem programmierbaren Strompfad wird ein vorgegebener Strom eingeprägt, und anschließend dieser Strom den damit gekoppelten optoelektronischen Bauelementen zur Erzeugung von Licht zugeführt. Um möglichst große Helligkeitsabstufungen zu erreichen kann zudem vorgesehen sein, sowohl den Strompfad zu programmieren, als auch das Subpixel selbst mit einem PWM Signal zu betreiben. Dabei wird während eines der Programmierphase nachgeschalteten Zeitraums das Subpixel für eine bestimmte Zeit aktiviert und anschließend wieder abgeschaltet. Daraus ergibt sich für jede Zeitperiode ein on/off Verhältnis, welches durch das PWM Signal -eventuell unter Berücksichtigung der Programmierphase- gegeben ist. Die Länge der Zeit, in der das Bauelement des Subpixel von Strom durchflossen wird, ergibt dann gemeinsam mit dem eingeprägten Strom die Helligkeit. Alternativ kann sich die Helligkeit auch rein aus dem Verhältnis zwischen eingeschaltetem und abgeschaltetem Bauelement während dieser Zeitphase ergeben. In diesem Fall wird die Helligkeit rein durch das PWM Signal oder durch eine Kombination aus Strom und PWM Signal bestimmt. In diesem Zusammenhang wäre dann die Programmierphase gleich der Off-Zeit, d.h. in der das Bauelement nicht von Strom durchflossen wird, so dass dieses während dieser Zeitdauer als Detektor betreibbar ist.
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Um Stromtreiberschaltungen und Versorgungsschaltungen möglichst wenig zu belasten ist in einigen Aspekten dieses Verfahrens vorgesehen, die einzelnen Subpixel zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit dem PWM Signal zu beaufschlagen bzw. die optoelektronischen Bauelemente eines jeden Subpixel mit den jeweiligen Stromfaden zu unterschiedlichen Zeiten zu verbinden. Dadurch wird über die Zeit hinweg ein gleichförmigerer Stromfluss durch die Displayanordnung insgesamt erreicht, und die Belastung durch Strom- oder Spannungsspitzen verringert.
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Die unterschiedlichen Herangehensweisen bei der Erzeugung von Licht lassen sich nun nutzen, um die Displayanordnung bzw. Subpixel hiervon als Detektor zu betreiben. Zu diesem Zweck ist in Schritt S1 vorgesehen, die optoelektronischen Bauelemente wenigstens einiger der ersten Subpixel der Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Subpixel von dem jeweiligen Strompfad zu trennen. Wie oben erläutert, kann diese Trennung während der Off-Phase bei einem PWM Signal als auch während der Programmierphase des Strompfades oder einer Kombination hiervon erfolgen. Dieser Zeitraum der Trennung wird im Folgenden als erster Zeitraum bezeichnet.
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In Schritt S2 wird in diesem Ausführungsbeispiel der erste Zeitraum dazu genutzt, den Strompfad der einigen ersten Subpixel zur Bereitstellung eines später zu benutzenden definierten Stromes programmiert. Gleichzeitig wird in Schritt S3 während des ersten Zeitraums bzw. innerhalb des ersten Zeitraums die vom Strompfad getrennten optoelektronischen Bauelemente mit einem Ausleseanschluss gekoppelt. Die optoelektronischen Bauelemente sind nun jeweils zwischen dem Ausleseanschluss und einem Bezugspotenzialanschluss angeordnet. Die Kopplung kann beispielsweise über einen Schalter erfolgen, der in Antwort auf die Trennung des Strompfades von dem jeweiligen optoelektronischen Bauelement angesteuert wird.
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Erfindungsgemäß ist nun in Schritt S4 vorgesehen, das zweite Subpixel zumindest während dieses ersten Zeitraumes weiterhin Licht erzeugen. Dabei können die zweiten Subpixel Teil der Pixel bilden, d. h. ebenso wie die ersten Subpixel in einer Vielzahl von Reihen und Spalten angeordnet sein. Die zweiten Subpixel können aber auch zusätzliche Subpixel zu den Subpixel in den Pixeln der Displayanordnung bilden. Im ersteren Fall können somit vor allem Subpixel als zweiten Subpixel verwendet werden, die im Betrieb blaues Licht erzeugen. Im letzteren Fall lassen sich auch Subpixel vorsehen, die im Betrieb ultraviolettes, Licht bzw. Licht im sehr stark verschobenen blauen Bereich erzeugen, sodass dies von einem Benutzer nicht oder nur ungenügend wahrgenommen wird.
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Das während des ersten Zeitraumes durch weitere Subpixel erzeugte Licht wird von diesen abgestrahlt und kann auf einen reflektierten Gegenstand fallen, der sich oberhalb der Displayanordnung in unmittelbarer Nähe befindet. Von diesem Gegenstand wird wenigstens ein Teil des von den Subpixel erzeugten und abgestrahlten Lichts reflektiert und gelangt so in die aktive Zone der optoelektronischen Bauelemente der ersten Subpixel, die zu diesem Zeitpunkt mit dem Ausleseanschluss verbunden sind.
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Dies führt in Schritt S6 dazu, dass ein Teil des durch die zweiten Subpixel erzeugten Lichts in den gekoppelten optoelektronischen Bauelementen erfasst wird und dort ein entsprechendes Fotosignal erzeugt. Das Fotosignal liegt am Ausleseanschluss an und kann von einer entsprechenden Schaltung ausgelesen werden. Die Intensität des reflektierten Teils gibt dabei Aufschluss nicht nur über die Position des Gegenstands in Bezug auf die Displayanordnung, sondern gegebenenfalls auch auf die Entfernung, mögliche Bewegungen des Gegenstands und Ähnliches.
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Anschließend wird das optoelektronische Bauelement der ersten Subpixel von dem Ausleseanschluss erneut getrennt und mit dem programmierbaren Strompfad gekoppelt. Dadurch erfolgt wieder die bestimmungsgemäße Benutzung des elektronischen Bauelementes als lichterzeugendes Element innerhalb des Subpixel.
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Bei dem Verfahren ist es sinnvoll, dass die für die Abstrahlung verwendeten zweiten Subpixel Licht erzeugen, deren Wellenlänge deutlich kürzer ist als die Wellenlänge der als Detektoren bzw. Sensoren verwendeten optoelektronischen Bauelemente. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die optoelektronischen Bauelemente für die Erzeugung von grünem Licht als derartige Detektoren einzusetzen.
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In einem weiteren Aspekt kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass lediglich Subpixel unterschiedlicher Zeilen für die Lichterzeugung vorgesehen sind. Das bedeutet, das erste Subpixel einer Zeile während der Programmierphase bzw. auch während ihrer Off-Phase bei einem PWM Signal als Detektoren verwendet werden, während zweite Subpixel der gleichen Zeile kein Licht während dieses Zeitraumes erzeugen. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn eine zeilenweise Programmierung bzw. Ansteuerung aller Subpixel einer Zeile für die Displayanordnung vorgesehen ist.
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11 zeigt eine ergänzende Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens, bei dem die Detektion und Identifikation von reflektierenden Gegenständen oberhalb der Displayanordnung und auch die Erfassung von deren Position verbessert wird. Diese Aspekte sind vor allem dann nützlich, wenn das Display ausgeschaltet ist, d. h. einen schwarzen bzw. nur sehr dunklen Inhalt hat. Des Weiteren wird bei dem Verfahren auch die Definition einer Positionierung verbessert und die Erzeugung sogenannter falsch positiver Signale reduziert. Zudem können mehrere Berührungen oder auch Gegenstände gleichzeitig erkannt werden, da diesbezüglich erste Subpixel der gesamten Displayanordnung nacheinander, beispielsweise zeilenweise in einer Detektionsbetriebsart verwendbar sind.
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Wie im vorangegangenen Beispiel sind in Schritt S6 während der Programmierphase bzw. der Off Phase bei einer PWM Ansteuerung einige der ersten Subpixel in eine Detektionsbetriebsart geschaltet, sodass einfallendes Licht am Ausleseanschluss ein entsprechendes Fotosignal erzeugt. Durch Auslesen und entsprechendes Verarbeiten der detektierten Fotosignale kann eine mögliche Position eines Gegenstandes oberhalb der Displayanordnung durch einen Fotosignalunterschied gegenüber der Umgebung detektiert werden. Bei einer solchen Detektion ist es unter Umständen zweckmäßig, das Fotosignal zu verifizieren, um somit einerseits ein mögliches falsch positives Signal detektieren zu können bzw. die Position einer Berührung auf der Displayanordnung genauer zu bestimmen.
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Zu diesem Zweck umfasst das Verfahren in Schritt S7 einen zusätzlichen Vergleichsschritt, bei dem das von den optoelektronischen Bauelementen erzeugte Fotosignal mit einem Schwellwert verglichen wird. Dabei kann der Schwellwert beispielsweise durch einen zeitlichen Mittelwert aller erfassten Fotosignale oder auch über einen zeitlichen Mittelwert des jeweiligen optoelektronischen Bauelements gebildet oder von diesem abhängig sein. Der Schwellwert ist somit dynamisch und wird an das einfallende Umgebungslicht oder die jeweilige Situation angepasst. Dabei kann er zeitlich gemittelt sein, d.h. sich aus den erfassten Signalen der letzten 100ms, oder den letzten 2 Sekunden oder einem Wert dazwischen ergeben.
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Wird nun der Schwellwert beispielsweise überschritten, so werden in Schritt S8 zusätzlich durch zweite Subpixel in der Nachbarschaft, der die Fotosignale erzeugenden optoelektronischen Bauelemente aktiviert und erzeugen somit zusätzliches Licht. Sofern das Fotosignal tatsächlich auf einem reflektierenden Gegenstand beruht, beispielsweise durch Berührung des Displays müsste das zusätzliche Licht durch die zweiten Subpixel ein weiteres oder stärkeres Fotosignal erzeugen. Insbesondere gäbe es eine Korrelation zwischen dem von den zweiten Subpixel erzeugten Licht und dem Fotosignal. Dieses kann dazu benutzt werden, zum einen falsch positive Signale zu identifizieren und zum anderen die Position einer Berührung auf der Displayanordnung zu verbessern.
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In diesem Verfahrensschritt ist zweckmäßig, lediglich zweite Subpixel zu aktivieren, die sich innerhalb eines gewissen Radius bzw. eines gewissen Abstandes um die ersten Subpixel verteilen, deren optoelektronischen Bauelemente das Fotosignal erzeugen. Dabei müssen nicht alle zweiten Subpixel aktiviert werden, sondern lediglich eine Auswahl hiervon.
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Dabei ist es möglich, spezielle zweite Subpixel auszuwählen, die während des ersten Zeitraumes kein Licht oder lediglich Licht unterhalb eines bestimmten Vorgabewertes erzeugen. Mit anderen Worten werden zweite Subpixel ausgewählt, die entweder dunkel sind oder lediglich schwach Licht abgeben. Diese so ausgewählten zweiten Subpixel werden dann mit einem Strom zur Erzeugung eines zusätzlichen Lichtpulses bzw. von Licht oberhalb des Vorgabewertes während des ersten Zeitraums versorgt. Mit anderen Worten erzeugen diese zusätzlich ausgewählten zweiten Subpixel weiteres Licht, welches von den ersten Subpixel detektiert werden kann.
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Bei einer tatsächlichen Berührung ist dieses zusätzliche von den zweiten Subpixel erzeugte Licht auch für den Fall, dass diese eigentlich deaktiviert sind und kein Licht erzeugen nicht wirklich sichtbar, da eine Berührung durch den reflektierenden Gegenstand die Sicht eines Benutzers auf diese Position der Displayanordnung verhindert. Das zusätzliche von den zweiten Subpixel erzeugte Licht beispielsweise in Form eines Lichtpulses ist somit für einen Benutzer unsichtbar und kann von diesem nicht erkannt werden.
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Bei dem Verfahren macht man sich zudem zunutze, dass eine Berührung eines Displays gegenüber einer Programmierphase oder auch gegenüber einer Zeitperiode eines PWM Signals (insbesondere der Off-Phase) deutlich länger ist. Dadurch lassen sich zweite Subpixel mit kurzen Lichtpulsen aktivieren, die zwar von den ersten Subpixel detektiert und anschließend ausgewertet werden können, für einen Benutzer dennoch aufgrund ihrer kurzen Zeitdauer kaum sichtbar sind. Beispielsweise kann die Frequenz für die Erzeugung dieser kurzen Pulse im Bereich weniger einzelne Herz im Bereich von 2 bis 5 Hz liegen. Damit lässt sich auch bei „ausgeschalteten“ Displays oder dunklen Displays eine Berührung durch die Erzeugung dieser kurzen Lichtpulse ausreichend genau detektieren. Wird eine erste initiale Berührung detektiert, so kann auch die Frequenz zur Erzeugung dieser Lichtpulse erhöht werden.
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In einem anderen Aspekt des Verfahrens werden lediglich diejenigen ersten Subpixel in eine Detektionsbetriebsart geschaltet, die in der Displayanordnung ein Bild bzw. einen Ausschnitt eines Bildes anzeigen, welche den Benutzer zu einer Berührung verleiten soll. Dies können beispielsweise die ersten Subpixel für ein abzubildendes Icon sein, auf den der Benutzer einer angezeigten Darstellung klicken oder drücken soll. Auch Buttons, Schieberegler oder andere User Interface Elemente sind denkbar. Mit anderen Worten werden lediglich dann erste Subpixel in eine Detektionsbetriebsart geschaltet, wenn dies aufgrund der dargestellten Displayanzeige erwartbar ist. Es werden somit Subpixel ortsabhängig in eine Detektionsbetriebsart geschaltet, und zwar an den Stellen, an denen eine Berührung durch den Benutzer aufgrund des angezeigten Bildes zu erwarten ist. Erste Subpixel an Positionen der Displayanordnung, an denen keine Berührung erfolgen soll, bleiben demnach deaktiviert oder werden mit einer deutlich niedrigeren Frequenz in eine Detektionsbetriebsart geschaltet. Das spart Verarbeitungszeit und Strom.
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Bei der Verwendung von Subpixel, die Licht im violetten oder sogar ultravioletten Bereich erzeugen, ist es möglich, diese unabhängig von dem dargestellten Bildschirminhalt betreiben zu können. Dieses zweckmäßig, da derartige Subpixel zusätzlich mit einem modellierten Versorgungsstrom beaufschlagt werden können, sodass die erste Subpixel ein entsprechend moduliertes Signal empfangen, sodass die Identifikation und Auswertung einer Berührung verbessert wird. Gleichzeit nimmt ein Benutzer dies nicht wahr, so dass sich kein anderer Seheindruck einstellt.
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Die erfindungsgemäße Displayanordnung sowie das hier vorgestellte Verfahren erlauben es, auf eine zusätzliche Implementierung einer Touchscreen Funktionalität mittels kapazitiver Auswertung zu verzichten. Vielmehr werden die bereits vorhandenen optoelektronischen Bauelemente in ihrer Funktion weitergebildet, um so einerseits eine Betriebsart für die Lichterzeugung und eine Betriebsart für die Detektion zu realisieren. Entsprechend können derartige Displayanordnungen dünner ausgeführt werden. Zudem ist eine Detektion einer Berührung der Displayanordnung unabhängig von dem verwendeten Material, was es erlaubt, auch Berührungen durch einen Handschuh, einen Stift o. ä. sicher zu erfassen.
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Zudem ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur möglich, eine Berührung einer Displayanordnung und damit eine Touchscreen Funktionalität zu erreichen, sondern das Display kann auch als einfacher Fotodetektor zum Erfassen eines Bildes oder als Scanner verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, während der Programmierphase bzw. der Off Phase die optoelektronischen Bauelemente einzelner oder auch aller Subpixel in eine Detektionsbetriebsart zu schalten und somit das Umgebungslicht zu empfangen. Durch eine wellenlängenabhängige Sensitivität der einzelnen optoelektronischen Bauelemente kann so ein Bild von der Umgebung erfasst werden.
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In einigen Aspekten ist es möglich, das Display einfach auf ein zu scannendes Objekt zu legen. Durch die zeilenweise Programmierung bzw. zeilenweise Ansteuerung der Displayanordnung lässt es sich so, das auf oder unter der Displayanordnung liegende Bild zeilenweise abscannen.
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Diese Anwendung ist insbesondere für QR-Code oder andere Schwarzweiß Informationen besonders geeignet, da in einem solchen Fall lediglich eine Subpixelart, beispielsweise Subpixel für die rote Farbe als Detektoren verwendet werden müssen. Insgesamt ist mit dem vorgeschlagenen Prinzip eine Erweiterung der Funktionalität einer Displayanordnung im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen mit zusätzlicher Touchscreen Funktionalität ohne signifikant erhöhten Schaltungsaufwand realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10r, 10b, 10g
- programmierbarer Strompfad
- 11
- Versorgungsanschluss
- 12
- Programmieranschluss
- 20b, 20g, 20r
- optoelektronisches Bauelement
- 21
- Bezugspotentialanschluss
- 25
- Schalter
- 30
- Ansteuerschaltung
- 40
- Schalter
- 41
- Abgriff
- 43
- Ausleseanschluss
- 50
- Transimpedanzverstärker
- 100, 101
- Transistor
- 102
- Ladungsspeicher
- 103
- Knoten
- 104, 105, 106
- Transistor
- 110
- Knoten
- 121, 122, 124
- Eingang
- 501
- Ausgang
- 502, 503
- Signaleingang
- P
- Pixel
- SR, SB, SG, SV
- Subpixel
- AS
- Auslesesignal
- PS
- Programmiersignal
- EMb, EMr, EMg
- Schaltsignal
- EM
- Schaltsignal
- SC0, SC1
- Programmiersignal
- Data
- Datensignal
- Ip1, Ip2, Ip3
- Abgriff
