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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 16. November 2018 eingereichten US-Anmeldung Nr.
16/194,246 , deren Inhalt hier vollständig enthalten ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Anzeigen, Schaltungsanordnungen für eine Anzeige und Verfahren zum Betreiben einer Anzeige.
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HINTERGRUND
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Anzeigen, wie z. B. Videowände, können eine Vielzahl von Pixeln umfassen, die in einer arrayartigen Struktur angeordnet sind. Jedes Pixel der Anzeige kann eine bestimmte Anzahl von LEDs umfassen, die sehr nahe beieinander, aber dennoch voneinander getrennt sind. Jedes Pixel kann z. B. drei LEDs umfassen, wobei eine LED rotes Licht, eine LED grünes Licht und eine LED blaues Licht ausstrahlt. Ein solches Pixel wird manchmal als RGB-LED-Pixel bezeichnet, wobei RGB für Rot, Grün und Blau steht. Bei einem üblichen Betrachtungsabstand sind die einzelnen LEDs eines Pixels für das menschliche Auge normalerweise nicht unterscheidbar. In Abhängigkeit von der Funktionsweise der LEDs eines Pixels kann eine gewünschte Farbe erzeugt werden. Alle Pixel zusammen, die in der Anzeigefläche angeordnet sind, können das Farbbild ergeben.
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Bei einer Anzeige, die aus einer Vielzahl von Pixeln besteht, geht der Trend derzeit zu kleineren Pixeln, mehr Farbstufen und schnelleren Bildwiederholraten der Pixel. Dies kann zu schnelleren Abläufen und höheren Schaltfrequenzen der Anzeige führen. Parasitäre Kapazitäten, z. B. in den pn-Übergängen der LEDs innerhalb jedes Pixels oder in der elektrischen Schaltung der Anzeige, sind zwar nicht riesig, können sich aber schnell summieren, insbesondere wenn die Anzeige eine großen Anzahl von LEDs umfasst und wenn die Anzeige mit einer hohen Schaltfrequenz arbeitet. Die parasitären Kapazitäten können unerwünschte visuelle Effekte erzeugen. Solche Effekte können als unerwünschtes Licht von einigen Pixeln erscheinen, die eigentlich dunkel sein sollten, und solche visuellen Effekte sind auch als obere und untere Geistereffekte bekannt. Diese Effekte sind auch bei schnelleren Schaltvorgängen stärker ausgeprägt. Es besteht ein Bedarf an einer effektiven Anzeige, die bei hohen Schaltgeschwindigkeiten mit geringen oder sogar keinen Geistereffekten arbeiten kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen bieten Anzeigen, Schaltungsanordnungen und Verfahren zum Betreiben einer Anzeige.
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In Ausführungsformen werden Anzeigen bereitgestellt. In einigen Beispielen umfasst eine Anzeige eine Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel der Vielzahl von Pixeln umfasst: eine gegebene Anzahl von Lichtemittern, die beispielsweise in parallelen elektrischen Leitungen mit einem Lichtemitter pro elektrischer Leitung angeordnet sind, ein Stromsteuerelement für jeden Lichtemitter, wobei das Stromsteuerelement für einen Lichtemitter so konfiguriert ist, dass es einen durch den Lichtemitter fließenden elektrischen Strom steuert, und mindestens ein digitales Schaltungselement für jeden Lichtemitter, wobei das mindestens eine digitale Schaltungselement so konfiguriert ist, dass es dem Stromsteuerelement des Lichtemitters mindestens einen Datenwert bereitstellt, wobei der mindestens eine Datenwert den durch den Lichtemitter fließenden Strom angibt.
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In einigen Beispielen kann jedes Pixel drei Lichtemitter umfassen, bei denen es sich um LEDs (LED=light emitting diode) handelt. Eine LED kann so ausgebildet sein, dass sie rotes Licht emittiert, eine LED kann so ausgebildet sein, dass sie grünes Licht emittiert, und eine LED kann so ausgebildet sein, dass sie blaues Licht emittiert. Das Pixel kann daher ein RGB-LED-Pixel sein (RGB für Rot, Grün und Blau) und das Pixel kann in der Lage sein, jede Farbe gemäß dem RGB-Farbmodell durch einen entsprechenden Betrieb der LEDs zu erzeugen. Es können auch mehr oder weniger als drei LEDs in einem Pixel vorhanden sein. So kann z. B. in jedem Pixel zusätzlich eine LED angeordnet sein, die gelbes Licht emittiert.
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Die Stromsteuerelemente können PWM-gesteuerte Stromsteuerelemente sein, z. B. PWM-gesteuerte Stromquellen (PWM für Pulsweitenmodulation oder pulsweitenmoduliert). Jedes Stromsteuerelement kann daher ausgebildet sein, um einen festen Strompegel durch den zugehörigen Lichtemitter zu liefern und die Lichtintensität des Lichtemitters mittels Pulsweitenmodulation zu steuern. Ein Stromsteuerelement für eine LED kann einen Transistor umfassen, der den Strom durch die LED steuern kann.
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In einigen Beispielen kann der Datenwert, der dem Stromsteuerelement eines Lichtemitters eines Pixels bereitgestellt wird, einen Parameter angeben, der sich auf die Pulsweitenmodulation bezieht, die auf das Stromsteuerelement für den Lichtemitter angewendet wird. Zum Beispiel kann der Datenwert eine Zahl oder ein Wert sein, der sich auf das Tastverhältnis oder den Arbeitszyklus des festen Stroms bezieht, der vom Stromsteuerelement für den Lichtemitter bereitgestellt wird.
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Der Datenwert kann in Form eines p-Bit-Datenwerts bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann p eine positive ganze Zahl sein und insbesondere gleich 1 sein. Der Datenwert kann also als 1-Bit-Datenwert bereitgestellt werden. Der 1-Bit-Datenwert kann anzeigen, ob der vom Stromsteuerelement zu liefernde Strom ein- oder ausgeschaltet ist. Der Datenwert kann in Form eines Bitstroms oder in Form anderer Daten bereitgestellt werden, während der PWMbasierte Betrieb eines Lichtemitters in jedem Pixel stattfinden kann. Parasitäre Kapazitäten in der Schaltung dürfen daher kein unerwünschtes Aufleuchten eines Lichtemitters während solcher Zeiträume verursachen, in denen der Lichtemitter eigentlich ausgeschaltet sein sollte. Somit kann die Verwendung digitaler Daten zur Steuerung des Betriebs der Stromsteuerelemente eines Pixels die elektrische Schaltung der Anzeige vereinfachen und dazu beitragen, untere und obere Geistereffekte gering zu halten oder sogar zu eliminieren.
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In einigen Beispielen umfasst das mindestens eine digitale Schaltungselement für einen Lichtemitter mindestens eines von einem 1-Bit-Schieberegister und einem 1-Bit-Latch. 1 kann eine positive ganze Zahl sein, wie z. B. „1“. Die Schieberegister und Latches können die Bereitstellung der Datenwerte an die Stromsteuerelemente eines Pixels unterstützen.
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In einigen Beispielen ist das 1-Bit-Schieberegister so konfiguriert, dass es den Datenwert empfängt und den Datenwert an das 1-Bit-Latch weiterleitet, und das 1-Bit-Latch ist so konfiguriert, dass es den Datenwert an das Stromsteuerelement des Lichtemitters weiterleitet. Der Ausgang des Latchs, der entweder „0“ oder „1“ sein kann, kann das Stromsteuerelement ein- oder ausschalten. Wenn es eingeschaltet ist, kann das Stromsteuerelement dann einen festen Strom für den zugehörigen Lichtemitter bereitstellen.
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In einigen Beispielen sind die 1-Bit-Schieberegister der Lichtemitter eines Pixels in Reihe angeordnet. Dies kann genutzt werden, um Daten durch die Reihe der Schieberegister zu propagieren. Die Propagierung der Daten kann durch ein Taktsignal ausgelöst werden.
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In einigen Beispielen kann jedes Pixel so ausgebildet sein, dass es mindestens ein Signal empfängt. Zum Beispiel kann jedes Pixel mindestens eine Empfangskomponente zum Empfangen mindestens eines Eingangssignals umfassen. Die Empfangskomponente kann einen Pin umfassen, über den das Eingangssignal dem Pixel zugeführt werden kann.
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In einigen Beispielen enthält jede Empfangskomponente einen Schmitt-Trigger, insbesondere einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger. Jeder Schmitt-Trigger kann einen Eingang für ein empfangenes Signal und einen Ausgang zur Bereitstellung eines Ausgangssignals für eine nachfolgende digitale Komponente, wie z. B. das mindestens eine digitale Schaltungselement, bereitstellen. Das Ausgangssignal entspricht dem Eingangssignal, nachdem es den Schmitt-Trigger passiert hat. Der Schmitt-Trigger kann die Rauschunempfindlichkeit des Ausgangssignals sicherstellen.
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In einigen Beispielen umfasst die mindestens eine Empfangskomponente mindestens eines der folgenden Elemente: ein Empfangselement zum Empfangen eines Taktsignals, ein Empfangselement zum Empfangen eines Lichtemitter-Aktualisierungssignals und ein Empfangselement zum Empfangen eines Bitstroms von Daten, wobei der Bitstrom von Daten den mindestens einen Datenwert umfasst.
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In einigen Beispielen umfasst ein Pixel mindestens ein Stromreferenzelement zur Bereitstellung eines Referenzstroms für mindestens ein Stromsteuerelement des Pixels. Die Stromreferenz eines Pixels kann von allen Stromsteuerelementen des Pixels gemeinsam genutzt werden oder es kann eine separate Stromreferenz für jedes Stromsteuerelement eines Pixels vorhanden sein. Die Stromreferenz kann vollständig intern sein und benötigt kein Element, das sich an der Außenseite des Pixels befindet. Dies kann helfen, Geistereffekte zu verringern oder sogar zu vermeiden.
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In einigen Beispielen umfasst eine Anzeige einen Controller, insbesondere einen Kachel-Controller, der Controller kann mit N Zeilen von M Pixeln verbunden sein, die M Pixel jeder der N Pixelzeilen können in Reihe angeordnet sein, der Controller kann für jede der N Pixelzeilen einen Zeilencontroller umfassen, und der Zeilencontroller für eine Pixelzeile kann so ausgebildet sein, dass er Zeilendaten empfängt, einen Bitstrom serieller Daten aus den empfangenen Zeilendaten erzeugt und den Bitstrom serieller Daten an die Pixelzeile liefert. N und M können positive ganze Zahlen sein, wie z. B. 1, 2, 3 und so weiter.
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Die Zeilendaten können von dem Kachel-Controller, der ein vollständig digitaler Block oder ein Element innerhalb eines Top-Level-Display-Controllers sein kann, an den Zeilencontroller geliefert werden. Die Zeilendaten können aus einem Kacheldatensignal erzeugt werden, das dem Top-Level-Display-Controller zur Verfügung gestellt wird, und können Daten enthalten, z. B. in Form eines Datenstroms, durch den der Betrieb der Pixel der Pixelzeile gesteuert werden kann.
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In einigen Beispielen umfasst ein Zeilencontroller mindestens einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Steuersignals für das mindestens eine Pixel der dem Zeilencontroller zugeordneten Zeile, wobei das Steuersignal auf der Grundlage der von dem Zeilencontroller empfangenen Zeilendaten erzeugt wird.
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In einigen Beispielen umfasst ein Zeilencontroller mindestens ein Schieberegister zum Erzeugen des Bitstroms serieller Daten basierend auf dem Steuersignal, das von dem mindestens einen Signalgenerator an das Schieberegister geliefert wird.
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In einigen Beispielen umfasst ein Zeilencontroller einer Pixelzeile M Signalgeneratoren zum Erzeugen von Steuersignalen für die M Pixel der Pixelzeile, und jeder Signalgenerator ist ausgebildet, um K Steuersignale bereitzustellen, wobei K eine ganze Zahl ist, die der gegebenen Anzahl von Lichtemittern in jedem der M Pixel der Pixelzeile entspricht.
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In einigen Beispielen umfasst der Zeilencontroller ein K mal M Bit langes Schieberegister zur Erzeugung des Bitstroms serieller Daten aus den von den M Signalgeneratoren bereitgestellten Steuersignalen.
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In einigen Beispielen kann ein Signalgenerator ausgebildet sein, um mindestens ein PWM-Signal für ein Pixel zu erzeugen. Der Signalgenerator kann insbesondere so ausgebildet sein, dass er drei PWM-Signale pro Pixel erzeugt. Jedes der drei PWM-Signale kann dazu dienen, den Strom durch eine der LEDs im Pixel zu steuern.
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Die PWM-Signale der Signalgeneratoren der Pixelzeile können abgetastet und in mindestens ein Parallel-In-Seriell-Out-Schieberegister geladen werden. Der Ausgang des Schieberegisters kann seriell ausgegeben werden, um eine Reihe von Bitströmen zu bilden, die mit einer von einem Taktsignal abgeleiteten Geschwindigkeit zu den Pixeln gehen.
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In einigen Beispielen ist ein Zeilencontroller einer Pixelzeile so ausgebildet, dass er mindestens eines der folgenden Signale empfängt: ein Taktsignal, ein Aktualisierungssignal und ein Frame-Startsignal.
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In einigen Beispielen wird mindestens eines des Taktsignals, das Aktualisierungssignals und des Frame-Startsignals, von dem Controller oder einem Top-Level-Display-Controller an den Zeilencontroller geliefert. Der Top-Level-Display-Controller kann mit dem Controller verbunden sein, der ein Kachel-Controller sein kann.
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In einigen Beispielen umfasst ein Signalgenerator eines Zeilencontrollers mindestens eine Datenverarbeitungskomponente zum Empfangen eines n-Bit-Datensignals und zum Erzeugen eines 1-Bit-Datensignals basierend auf dem n-Bit-Datensignal. n ist eine positive ganze Zahl wie 1, 2, 3 usw.
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In einigen Beispielen kann die Anzeige eine Videowand oder eine andere Art von Anzeige sein, z. B. ein Display eines elektronischen Geräts, wie ein Laptop, ein Display eines tragbaren elektronischen Geräts, wie ein Smartphone, oder ein Display eines tragbaren elektronischen Geräts, wie eine Smartwatch.
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In weiteren Ausführungsformen sind Schaltungsanordnungen für Anzeigen vorgesehen. In einigen Beispielen umfasst eine Schaltungsanordnung für eine Anzeige eine Mehrzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel der Mehrzahl von Pixeln umfasst: eine gegebene Anzahl von Lichtemittern, die beispielsweise in parallelen elektrischen Leitungen mit einem Lichtemitter pro elektrischer Leitung angeordnet sind, ein Stromsteuerelement für jeden Lichtemitter, wobei das Stromsteuerelement für einen Lichtemitter ausgebildet ist, einen durch den Lichtemitter fließenden elektrischen Strom zu steuern, mindestens ein digitales Schaltungselement für jeden Lichtemitter, wobei das mindestens eine digitale Schaltungselement dazu ausgebildet ist, dem Stromsteuerelement des Lichtemitters mindestens einen Datenwert bereitzustellen, wobei der mindestens eine Datenwert den durch den Lichtemitter fließenden Strom anzeigt, und einen Controller, insbesondere einen Kachel-Controller, wobei der Controller mit N Zeilen von M Pixeln verbunden ist, wobei die M Pixel jeder der N Pixelzeilen in Reihe angeordnet sind.
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In einigen Beispielen umfasst der Controller einen Zeilencontroller für jede der N Pixelzeilen, wobei der Zeilencontroller für eine Pixelzeile so ausgebildet ist, dass er Zeilendaten empfängt, einen Bitstrom serieller Daten aus den empfangenen Zeilendaten erzeugt und den Bitstrom serieller Daten für die Pixelzeile bereitstellt, wobei der Bitstrom serieller Daten den mindestens einen Datenwert umfasst.
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In noch anderen Ausführungsformen werden Verfahren zum Betreiben eine Anzeige bereitgestellt. In einigen Beispielen umfasst jedes Pixel einer Vielzahl von Pixeln einer Anzeige: eine gegebene Anzahl von Lichtemittern, die beispielsweise in parallelen elektrischen Leitungen mit einem Lichtemitter pro elektrischer Leitung angeordnet sind, ein Stromsteuerelement für jeden Lichtemitter, wobei das Stromsteuerelement für einen Lichtemitter konfiguriert ist einen durch den Lichtemitter fließenden elektrischen Strom zu steuern, und mindestens ein digitales Schaltungselement für jeden Lichtemitter, und das Verfahren umfasst: Bereitstellen, unter Verwendung des mindestens einen digitalen Schaltungselements, mindestens eines Datenwerts für ein Stromsteuerelement eines Lichtemitters eines Pixels, und Betreiben des Stromsteuerelements des Lichtemitters des Pixels in Übereinstimmung mit dem bereitgestellten Datenwert.
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In einigen Beispielen kann das Verfahren das Empfangen von Zeilendaten, das Erzeugen eines Bitstroms serieller Daten aus den empfangenen Zeilendaten und das Bereitstellen des Bitstroms serieller Daten für eine Pixelzeile umfassen. Der mindestens eine Datenwert, der einem Pixel der Pixelzeile zur Verfügung gestellt wird, kann aus dem Bitstrom der seriellen Daten gewonnen werden. Jedes Pixel kann so konfiguriert sein, dass es den mindestens einen Datenwert aus dem Bitstrom der seriellen Daten erzeugt oder extrahiert. Die Extraktion oder Erzeugung des Datenwerts kann intern und damit auf Pixelebene erfolgen.
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Gemäß einigen Beispielen umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeige mit einem Controller, der mit N Zeilen von M in Reihe angeordneten Pixeln verbunden ist, die folgenden Schritte: Empfangen von Zeilendaten für eine Zeile von Pixeln der N Pixelzeilen, Erzeugen eines Bitstroms von seriellen Daten aus den empfangenen Zeilendaten und Bereitstellen des Bitstroms von seriellen Daten für die Pixelzeile.
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In einigen Beispielen empfängt ein Pixel der Pixelzeile den Bitstrom serieller Daten und erzeugt aus dem Bitstrom serieller Daten mindestens einen Datenwert zum Betreiben eines Stromsteuerelements eines Lichtemitters des Pixels in Übereinstimmung mit dem mindestens einen Datenwert.
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In einigen Beispielen wird der Bitstrom der seriellen Daten jedem Pixel der Pixelzeile zugeführt. Für jede Pixelzeile kann sich der Bitstrom von jedem Pixel zum nächsten mit einer Geschwindigkeit ausbreiten, die durch ein Taktsignal bestimmt wird. Das Taktsignal kann für jedes Pixel der Pixelzeile bereitgestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm einer Anzeige;
- 2 ist ein Blockdiagramm eines Controller-Aufbaus einer Anzeige;
- 3 ist ein Blockdiagramm eines Teils des Controller-Aufbaus der Anzeige von 2;
- 4 ist ein Blockdiagramm einer Pixel-Pinbelegung;
- 5 ist ein Blockdiagramm eines Pixels einer Anzeige;
- 6 ist ein Blockdiagramm eines Zeilencontrollers einer Anzeige; und
- 7 ist ein Blockdiagramm eines Signalgenerators des Zeilencontrollers von 6.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden Beschreibung von Beispielen wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung spezifische Beispiele gezeigt werden, die praktiziert werden können. Es versteht sich, dass auch andere Beispiele verwendet werden können und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass vom Anwendungsbereich der verschiedenen Beispiele abgewichen wird.
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1 ist eine Darstellung eines Blockdiagramms einer elektronischen Schaltung 102 einer Anzeige. Die elektronische Schaltung 102 kann z. B. auf einer Leiterplatte (PCB) angeordnet sein und kann eine Vielzahl von Lichtemittern, hier LEDs 104, umfassen, die in einer Vielzahl von Spalten 106 und Zeilen 108 angeordnet sind. Jede Zeile 108 umfasst eine elektrische Leitung 112 und jede Spalte 106 umfasst eine elektrische Leitung 110.
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Eine Spannungsversorgung 114 ist so ausgebildet, dass sie einen ersten Spannungspegel 116 an die elektrischen Leitungen 112 der Zeilen 108 und einen zweiten Spannungspegel 118, der dem Bodenniveau entspricht, an die elektrischen Leitungen 110 der Spalten 106 liefert, wie in 1 dargestellt. Die zweite Spannung 118 kann in einigen Beispielen auch einem Pegel oberhalb des Massepegels entsprechen, der z. B. im Bereich zwischen 3,5 V und 0 V liegen kann. Eine Absenkung auf einen niedrigeren Pegel, der über 0 Volt liegt, kann dazu beitragen, dass nicht aktive Zeilen nicht stark in Sperrspannung betrieben werden. Die Anzeige 100 umfasst einen Mikroprozessor 120, der beispielsweise ein digitaler Prozessor oder ein feldprogrammierbares Gate-Array sein kann und der ausgebildet ist, die Bereitstellung des ersten Spannungspegels 116 wiederholt und in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge an die elektrischen Leitungen 112 der Zeilen 108 zu steuern. Insbesondere kann eine Periode von einer Auffrischungszeit, die 1 über der Auffrischungsrate der Anzeige 100 entspricht, gleichmäßig zwischen den Zeilen 108 aufgeteilt werden, und zu jedem Zeitpunkt kann nur eine der Zeilen 108 mit dem Anschluss der Spannungsversorgung 114 verbunden sein, die den ersten Spannungspegel 116 bereitstellt.
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Der zweite Spannungspegel kann sich auf den nicht-aktiven Spannungspegel beziehen, der dem Massepegel oder einem Spannungspegel oberhalb von 0 V entsprechen kann. Der zweite Spannungspegel kann z. B. im Bereich zwischen 3,5 V und 0 V liegen. Ein beispielhafter Wert für den nicht-aktiven Spannungspegel kann 3,3 V betragen. Wenn in der vorliegenden Offenbarung vom Massepegel oder einer Umschaltung auf den Massepegel die Rede ist, kann dies auch den nicht-aktiven Spannungspegel oder eine Umschaltung auf den nicht-aktiven Spannungspegel umfassen.
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Eine LED 104, die in einer der Zeilen 108, z. B. einer ersten Zeile, und in einer der Spalten 106, z. B. einer ersten Spalte, angeordnet ist, verbindet die elektrische Leitung 112 der ersten Zeile und die elektrische Leitung 110 der ersten Spalte miteinander. Jede der elektrischen Leitungen 110 der Spalten 106 umfasst eine Stromquelle 122. Eine Stromquelle 122 wird verwendet, um die LED 104 anzusteuern, die zwischen ihrer Spalte 106 und der aktiven Zeile 108 angeschlossen ist. Eine Stromquelle 122 kann z.B. einen Transistor umfassen, um den Strom durch die zugehörige LED 104 zu steuern oder ein- und auszuschalten. Es wäre möglich, die Höhe des Stroms linear zu verändern, um die Lichtintensität der betreffenden LED 104 zu steuern. Diese Methode wird jedoch wegen der normalen Schwankungen zwischen den LEDs desselben Typs nur selten verwendet. Ein praktischerer Ansatz besteht darin, einen festen Pegel eines Stroms in den Stromquellen 122 zu verwenden und die Lichtintensität der jeweiligen LED 104 mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) zu steuern.
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Parasitäre Kondensatoren 124 in der Schaltung, z. B. in einer Leiterplatte, und parasitäre Kondensatoren 126 in den pn-Übergängen der LEDs 104 sind schwer zu vermeiden oder sogar unvermeidlich. Die effektive parasitäre Kapazität an jeder Spalte 106 führt zu einem unerwünschten visuellen Effekt, der als unterer Geistereffekt bekannt ist. Der dominante Beitrag zum unteren Geistereffekt ist in der Regel eine Kapazität zwischen den Leiterbahnen und der Leiterplatte.
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Auch die effektive Kapazität jeder Zeile 108 kann einen anderen unerwünschten möglichen Effekt verursachen, der als oberer Geistereffekt bekannt ist. Solche Geistereffekte sind unerwünscht und sollten vermieden werden. Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, Anzeigen, Schaltungsanordnungen für eine Anzeige und Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung einer Anzeige bereitzustellen, bei denen solche unerwünschten Geistereffekte reduziert oder sogar eliminiert werden.
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2 zeigt ein Blockdiagramm eines Controller-Aufbaus einer Anzeige 200, gemäß verschiedener Beispiele. Die Anzeige 200 umfasst einen Top-Level-Display-Controller 202 und mehrere Kachel-Controller 204. Video-Eingangsdaten 206, z. B. in einem HDMI-Format, werden dem Top-Level-Display-Controller 202 zugeführt, der die Aufgabe hat, die Daten zu teilen und die geteilten Daten 208 an die einzelnen Kachel-Controller 204 zu senden. Der Top-Level-Display-Controller 202 erzeugt außerdem ein Synchronisationssignal 210, das sicherstellt, dass alle auf den Kacheln der Anzeige dargestellten Bilder vollständig synchronisiert sind. Das Konzept der Kacheln erlaubt mehr Flexibilität im Seitenverhältnis der gesamten Anzeige, und es ist möglich, Kacheln auf gekrümmten Flächen zu montieren und auch nicht-rechteckige Anzeigeformen zu haben.
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3 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils des Aufbaus der in 2 gezeigten Anzeige 200 gemäß verschiedener Beispiele. Insbesondere ist in 3 dargestellt, dass jeder Kachel-Controller 204 mit N Zeilen von M Pixeln 212 verbunden ist. Jedes Pixel 212 ist ein RGB-LED-Pixel, was bedeutet, dass jedes Pixel 212 drei LEDs umfasst. Eine der LEDs ist so ausgebildet, dass sie rotes Licht emittiert, eine der LEDs ist so ausgebildet, dass sie grünes Licht emittiert, und eine der LEDs ist so ausgebildet, dass sie blaues Licht emittiert. Das RGB-LED-Pixel 212 kann daher eine große Vielfalt an Farben liefern, indem es das von den drei LEDs des Pixels emittierte Licht gemäß dem RGB-Farbmodell addiert. Die Pixel 212 sind in der Anzeige 200 weiterhin in einer arrayartigen Struktur angeordnet. Es kann auch eine andere Anzahl von LEDs in jedem Pixel vorhanden sein, z. B. 4 LEDs pro Pixel.
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Jeder Kachel-Controller 204 kann so implementiert werden, dass er vollständig digital ist. Jeder Kachel-Controller 204 kann aus mehreren Teilblöcken bestehen. Der Kachel-Controller 204 kann einen Oszillator 214 umfassen, der dazu eingerichtet ist, aus dem Synchronisationssignal 210 ein sogenanntes Blocksignal zu erzeugen, das auch als „CLK1-Signal“ bezeichnet wird. Bei dem Oszillator 214 kann es sich insbesondere um einen präzisen und stabilen Oszillator handeln. Ein Frequenzteiler 216 kann das Taktsignal 218 durch das Dreifache von M teilen (M entspricht der Anzahl der Pixel 212 in einer Zeile). Der Ausgang des Frequenzteilers 216 wird als „LED-Update“ 220 bezeichnet.
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Jeder Kachel-Controller 204 umfasst ferner N identische Blöcke, wobei jeder Block einen Zeilencontroller 222 umfasst. Jeder Zeilencontroller 222 ist einer bestimmten Zeile von M Pixeln 212 zugeordnet und dazu eingerichtet, einen Bitstrom serieller Daten 224 für die zugeordnete Pixelzeile zu erzeugen. Darüber hinaus ist jeder Zeilencontroller 222 so ausgebildet, dass er als Eingangssignale das Taktsignal 218, die LED-Aktualisierung 220 und ein Frame-Startsignal 226 empfängt, das beispielsweise vom Kachel-Controller 204 basierend auf dem Synchronisationssignal 210 erzeugt wird. Zusätzlich empfängt jeder Zeilencontroller 222 Zeilendaten.
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Der Kachel-Controller 204 umfasst ferner eine Überwachungsschaltung 228, die so ausgebildet ist, dass sie die dem jeweiligen Kachel-Controller 204 bereitgestellten Kacheldaten 208 empfängt und die Kacheldaten 208 in N Sätze von Zeilendaten 230 aufteilt. Jeder Zeilendatensatz 230 kann einer bestimmten Zeile der N Pixelzeilen zugeordnet sein. Die Überwachungsschaltung 228 kann auch das Frame-Startsignal 226 aus dem Synchronisationssignal 210 erzeugen.
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Der Kachel-Controller 204 liefert außerdem das Taktsignal 218 und die LED-Update-Signale 220 an alle Pixel 212 und Zeilencontroller 222. Jeder Zeilencontroller 222 liefert den Bitstrom der seriellen Daten 224 an die M Pixel 212 in der entsprechenden Zeile. Die Daten breiten sich von jedem Pixel 212 zum nächsten Pixel 212 der entsprechenden Zeile mit einer durch das Taktsignal 218 bestimmten Geschwindigkeit aus.
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4 zeigt ein Blockdiagramm einer Pinbelegung eines Pixels 212. Das Pixel umfasst zwei Power-Pins, die Pins mit der Nummer 1 und Nummer 4. Der Pin mit der Nummer 1, Pin 232, ist so ausgebildet, dass er eine Versorgungsspannung, Vcc, in Bezug auf ein Massesignal an Pin 234, dem Pin mit der Nummer 4, erhält.
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Das Pixel 212 umfasst ferner drei Eingangs-Pins, Pins mit den Nummern 2, 3 und 6. Der Pin mit der Nummer 2, Pin 236, ist für die Eingabe des Bitstroms der seriellen Daten 224 vorgesehen. Der Pin mit der Nummer 3, Pin 238, ist für die Eingabe des Taktsignals 218 vorgesehen, und der Pin mit der Nummer 6, Pin 240, ist für die Eingabe des LED-Updates 220 vorgesehen.
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Das Pixel 212 umfasst weiterhin einen Ausgangspin, den Pin mit der Nummer 5, Pin 242. Der Pin 242 ist für die Ausgabe des Bitstroms der seriellen Daten 224 an das nächste Pixel in der Pixelzeile 212 vorgesehen.
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Die geringe Anzahl von Pins pro Pixel 212 trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die Komplexität des Drahtbondings innerhalb jedes Pixels 212 zu reduzieren.
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5 zeigt ein Blockdiagramm eines Pixels 212, gemäß verschiedener Beispiele. Das Pixel 212 umfasst drei Lichtemitter, hier drei LEDs 244, 246 und 248. Die LED 244 kann so konfiguriert sein, dass sie rotes Licht emittiert. Die LED 246 kann so konfiguriert sein, dass sie grünes Licht emittiert. Die LED 248 kann so konfiguriert sein, dass sie blaues Licht emittiert. Das Pixel 212 ist daher ein RGB-LED-Pixel, das eine große Vielfalt an Farben liefern kann, indem es das von den drei LEDs 244, 246 und 248 emittierte Licht gemäß dem RGB-Farbmodell addiert.
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Jede der LEDs 244, 246 und 248 ist in einer elektrischen Leitung 250, 252, 254 angeordnet, wobei die elektrischen Leitungen parallel zueinander angeordnet sind. Jede elektrische Leitung umfasst außerdem eine Stromquelle 256, 258 und 260. Jede Stromquelle ist so konfiguriert, dass sie einen elektrischen Strom steuert, der durch die entsprechende LED der gleichen elektrischen Leitung fließt. Außerdem wird die elektrische Spannung VCC an Pin 232 in Bezug auf Masse an Pin 234 den elektrischen Leitungen 250, 252 und 254 zugeführt.
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Jede Stromquelle 256, 258 und 260 ist einem Satz von digitalen Schaltungselementen 262, 264 und 266 zugeordnet. Insbesondere ist die Stromquelle 256 dem Satz von digitalen Schaltungselementen 262 zugeordnet, der ein 1-Bit-Schieberegister 268 und ein 1-Bit-Latch 270 umfasst. Die Stromquelle 258 ist einem Satz von digitalen Schaltungselementen 264 zugeordnet, die ein 1-Bit-Schieberegister 272 und ein 1-Bit-Latch 274 umfasst. Die Stromquelle 260 ist außerdem dem Satz digitaler Schaltungselemente 266 zugeordnet, der ein 1-Bit-Schieberegister 276 und ein 1-Bit-Latch 278 umfasst. Die Schieberegister 268, 272 und 276 sind in Reihe geschaltet, so dass ein über Pin 236 empfangener Eingangsbitstrom bei jedem Zyklus des über Pin 238 empfangenen Taktsignals 218 durch die Schieberegister 268, 272 und 276 und weiter zum Ausgangspin 242 propagiert wird.
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Wenn das LED-Update 220 über Pin 240 eintrifft, werden die gespeicherten Werte in den drei Schieberegistern 268, 272 und 276 in den drei 1-Bit-Latches 270, 274 und 278 zwischengespeichert. Jedes Latch 270, 274 und 278 schaltet die Stromquelle 256, 258 und 260 ein oder aus, die der entsprechenden LED 240, 246 und 248 zugeordnet ist.
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Jede Stromquelle kann eine integrierte Stromquelle sein, in Form eines Stromspiegels der zugehörigen LED. Die Stromquelle kann ein Referenzpunktsignal 280 von einer Stromreferenz 282 erhalten, die eine einzige Stromreferenz 282 sein kann, die von den Stromquellen 256, 258 und 260 gemeinsam genutzt wird, wie in 5 gezeigt. Alternativ kann es drei Stromreferenzen geben, wobei jede Stromreferenz einer bestimmten Stromquelle 256, 258 und 260 (nicht dargestellt) zugeordnet ist. Die Stromquelle 282 ist vollständig intern und benötigt möglicherweise kein externes Element.
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Wie in 5 dargestellt, wird jedes der an den Pins 236, 238 und 240 ankommenden Eingangssignale an einen schnellen nichtinvertierenden Schmitt-Trigger 284 weitergeleitet. Dadurch wird die Rauschunempfindlichkeit der drei Eingangssignale sichergestellt.
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6 ist ein Blockdiagramm eines Zeilencontrollers 222 der Anzeige 200, gemäß verschiedener Beispiele. Jeder Zeilencontroller 222 umfasst M Signalgeneratoren 286. Jeder Signalgenerator 286 ist so konfiguriert, dass er drei PWM-Signale erzeugt, ein Signal für jede Farbe (angegeben durch RGB) und pro Pixel 212 der Pixelreihe.
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Der erste Signalgenerator 286 erzeugt zum Beispiel drei PWM-Signale zur Steuerung des Betriebs der LEDs des ersten Pixels in der zugehörigen Pixelzeile 212. Der zweite Signalgenerator 286 erzeugt drei PWM-Signale zur Ansteuerung der drei LEDs des zweiten Pixels 212 in der zugehörigen Pixelzeile, usw. Die PWM-Ausgänge RGB aller Signalgeneratoren 286 werden abgetastet und in ein 3×M Bit langes Parallel-In-Seriell-Out-Schieberegister 288 geladen. Die PWM-Signale RGB werden auf der Basis der zuvor in 3 erwähnten Zeilendaten 230 erzeugt.
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Der Ausgang des Schieberegisters 288 entspricht dem Bitstrom der seriellen Daten 224, der über Pin 236 der Pixelzeile 212 mit der Geschwindigkeit zur Verfügung gestellt wird, die das Taktsignal 218 vorgibt.
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7 zeigt ein Blockdiagramm eines Signalgenerators 286 des in 6 gezeigten Zeilencontrollers 222 gemäß verschiedener Beispiele. Jeder Signalgenerator 286 empfängt einen 3n-Bit-Datenstrom aus den Zeilendaten 230. In diesem Datenstrom befinden sich n-Bit-Daten 290, 292 und 294 für jede Farbe in jedem Pixel 212. Jede n-Bit-Daten 290-294 repräsentieren also z. B. ein Tastverhältnis für den PWM-Betrieb einer bestimmten LED und damit einer bestimmten Farbe eines Pixels. Beispielsweise können sich die n-Bit-Daten 290 auf die LED für die Farbe „Rot“, die n-Bit-Daten 292 auf die LED für die Farbe „Grün“ und die n-Bit-Daten 294 auf die LED für die Farbe „Blau“ eines bestimmten Pixels 212 beziehen. Jede n-Bit-Daten werden in einem zugehörigen n-Bit-Latch 296, 298 und 300 zwischengespeichert, wenn das Frame-Startsignal 226 eintrifft. Gleichzeitig wird der n-Bit-Zähler 302 zurückgesetzt und beginnt mit dem LED-Update 220 als Takteingang hochzuzählen. Die zwischengespeicherten Daten für jede Farbe werden mit Hilfe der Komparatoren 304, 306 und 308 mit einer vom Zähler 302 gelieferten Zählernummer verglichen, um ein PWM-Signal zu erzeugen. Das PWM-Signal wird in einem jeweiligen 1-Bit-Latch 310, 312, 314 abgetastet und dem in 6 dargestellten Schieberegister 288 des Zeilencontrollers 222 zugeführt. So kann das Tastverhältnis der Farben jedes Pixels 212 einer Zeile in Form des Bitstroms der seriellen Daten 224 der entsprechenden Pixelzeile 212 zur Verfügung gestellt werden. Basierend auf diesem Signal kann der Betrieb der LEDs 244, 246 und 248 innerhalb jedes Pixels 212 gesteuert werden.
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Wie aus dem obigen Beispiel ersichtlich ist, ist nur eine geringe Anzahl von Schaltungen erforderlich, um jedes Pixel mit Signalen zu versorgen (siehe die sechs Pins in 4). Die Schaltung außerhalb des Pixels kann vollständig digital sein. Dies kann dazu beitragen, etwaige Geistereffekte zu reduzieren oder zu minimieren.
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Die beschriebenen Beispiele können in einer voll integrierbaren Lösung realisiert werden. Es können keine zusätzlichen passiven Komponenten benötigt werden. Dies kann die Größe, Bauteilmenge und Dicke einer bestimmten Anzeige reduzieren. Darüber hinaus kann der beschriebene Aufbau dazu beitragen, eine lange Betriebszeit für jede LED in den Pixeln 212 zu gewährleisten, insbesondere im Vergleich zu einer zeitmultiplexierten Passivmatrixlösung, wie sie z. B. in 1 beschrieben ist. Da das vom menschlichen Auge wahrgenommene Licht der Integration von Licht über die Zeit entspricht, bedeutet eine längere Betriebszeit für die LED einen geringeren Lichtstrom für die LED. Dies kann zu kleineren LED-Dies für dasselbe Licht führen, was wiederum die LED-Die-Kosten des Pixels reduziert. Kleinere LED-Die-Flächen bedeuten außerdem einen proportional geringeren Strombedarf, z. B. um die Stromdichte auf einem optimalen Wert konstant zu halten. Dies kann kleinere Größen der LED-Treiberschaltung und auch geringere Verluste ermöglichen. In der Schaltung der oben genannten Beispiele können im Strompfad nur wenige Niederspannungsabfälle oder ohmsche Komponenten auftreten. Dies kann helfen, Leitungsverluste zu reduzieren und die Energieeffizienz zu maximieren.
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Darüber hinaus kann eine geringere Wärmeentwicklung erzielt werden, was die negativen Auswirkungen der unterschiedlichen Farbverschiebungen der verschiedenen RGB-LEDs verringern kann. Der Verzicht auf Zeitmultiplexing bedeutet außerdem, dass die Bildwiederholrate und die Bildrate gleich sein können. Die Bildwiederholrate des Systems kann erhöht werden, ohne dass es zu Einschränkungen durch die zeitlich geteilten Treiber kommt, insbesondere im Gegensatz zur zeitlich gemultiplexten Passivmatrix-Lösung, wie sie in 1 beschrieben ist.
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Die beschriebenen Beispiele ermöglichen einen wesentlich einfacheren und schnelleren Leiterplattenentwurf und Fehlerbehebungsprozesse. Es kann nur zwei Leistungsebenen und zwei Signalebenen geben, die von allen Pixeln gemeinsam genutzt werden. Es kann keine Leiterbahn vorhanden sein, die einen LED-Strom vom LED-Treiber zum Pixel durch die Leiterplatte führt, da der LED-Treiberstrom lokal in jedem Pixel erzeugt wird. Dies vereinfacht den Designprozess, erhöht die Flexibilität und kann sogar die Markteinführungszeit verkürzen. Außerdem kann eine dedizierte Treiberschaltung pro LED die Aufgabe der Farbkalibrierung pro LED vereinfachen, da der Treiber nicht gemeinsam genutzt wird und alle Toleranzen im Treiber und in der LED mit weniger Korrekturkoeffizienten korrigiert werden können. Jedes Pixel kann für die Mediensteuerungssoftware und -hardware der Anzeige transparent sein. Darüber hinaus kann jedes Pixel aufgrund der dedizierten Treiber in jedem Pixel für die LEDs robust gegen Toleranzen sein. Es kann auch keine visuellen Effekte, wie z. B. unerwünschte Geistereffekte, in einer Zeile oder Spalte einer Kachel im Falle eines Fehlers in einer LED oder einem Pixel geben. Jedes Pixel kann außerdem robust gegenüber großen Schwankungen der parasitären Kapazitätswerte sein, da es unabhängig von der Leiterplattenverlegung oder den Toleranzen der LED-Anschlüsse ist. Darüber hinaus kann eine geringe elektromagnetische Störungserzeugung und eine geringe Anfälligkeit gegenüber anderen elektromagnetischen Störquellen erreicht werden, insbesondere da sich die Treiberschaltung für jede LED im zugehörigen Pixel befindet. Darüber hinaus kann jedes Pixel für gedimmte oder helle LEDs voll funktionsfähig sein. Somit kann es keine Auswirkungen auf die Höhe der Lichtpegel der LEDs geben. Darüber hinaus darf jedes Pixel keine direkte Temperaturabhängigkeit aufweisen. Die Kachel-Controller können in Bezug auf ein beliebiges Seitenverhältnis der gesamten Anzeige verwendbar sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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