EP2156432A1 - Schaltungsanordnung und ansteuerverfahren für halbleiterlichtquellen - Google Patents

Schaltungsanordnung und ansteuerverfahren für halbleiterlichtquellen

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EP2156432A1
EP2156432A1 EP07730106A EP07730106A EP2156432A1 EP 2156432 A1 EP2156432 A1 EP 2156432A1 EP 07730106 A EP07730106 A EP 07730106A EP 07730106 A EP07730106 A EP 07730106A EP 2156432 A1 EP2156432 A1 EP 2156432A1
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EP
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analog
digital
circuit arrangement
light sources
semiconductor light
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EP07730106A
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Ralf Hying
Peter Niedermeier
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • G09G3/3413—Details of control of colour illumination sources
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    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to projection devices equipped with semiconductor light sources.
  • microdisplay applications for front and rear projection should be mentioned.
  • High-performance semiconductor light sources such as high-performance LEDs have recently been increasingly used in applications previously reserved for high-pressure discharge lamps. Especially in the projection area, the semiconductor light sources are not driven continuously, but operated pulsed to meet the local requirements. It works with very short pulses, which have a very high power density.
  • Display applications use multiple, usually at least 3 colors.
  • the control circuit is divided into a video electronics, working up the etcssig ⁇ nal, and a driver electronics, which is often split into a digital and an analog portion that are connected via a digital / analog converter.
  • the video electronics provide instructions to the driver electronics to turn on a particular color according to the input signal.
  • a process is triggered in the digital part of the driver electronics, which after a certain time results in the output of a brightness value for the desired color.
  • This Hellig value and timing are in a table generated by the video electronics.
  • the digital driver electronics reads this table at the request of the video electronics, the so-called strobe, and generates a setpoint signal on the basis of the values read out.
  • the analog driving section turns on the entspre ⁇ sponding colored semiconductor light source with the desired brightness. Since display applications, the colors are successively projected, the colored HaIb- have to be shut conductor light sources after the output pulse again for the next color projected who can ⁇ . This requires a further passage in the digital driver electronics. A zero value must be entered into the buffer memory of the analog / digital converter and this then output as an analog value, whereupon the analog part switches off the semiconductor light source again.
  • the invention is based on the fact that the semiconductor light source is always switched off after the pulse-shaped light output. This makes it possible to enter in the analog / digital converter only once a new value and the semiconductor light source via a switch on and off. This has the advantage that slow components can be used without restricting the performance of the overall arrangement.
  • FIG. 1 Block diagram of a circuit arrangement according to the prior art.
  • FIG. 2 Block diagram of a circuit arrangement according to the invention.
  • Fig. 3 Comparison of some relevant waveforms of the prior art and the present invention.
  • the block diagram of a prior art circuit arrangement is shown in FIG.
  • the digital part of a drive electronics 1 contains a timing signal decoding logic 13, and a control logic 11 for the digital / analog converter 7.
  • the analog part consists of a digital / analog converter 7, a control logic 3 and the light emitting diode modules 5.
  • Die emitting diode modules 5 consist of the power drivers for the LEDs and the LEDs themselves.
  • the analog Hellig ⁇ keitssignal is input to the power driver that turns on the LEDs on the desired brightness level, or nalogsignal at a A-, that logic 0 corresponds off.
  • the timing signal decoding logic receives the strobe timing signal from the video electronics (not shown).
  • Timingsignaldekodierlogik outputs a start signal to the control logic 11 from.
  • This logic reads a table generated by the video electronics and stores timing and brightness values for the various phases of an image. The following procedure is best seen in Fig. 3. In the upper third of the timing signals generated by the video electronics are shown, in the middle third of the actions and signals of a circuit arrangement according to the prior art.
  • Block 21 stands for the reading of the table. This begins at time Ti as soon as the timing signal logical is 1. As soon as the values from the table have been determined, they are written to the buffer memory of the digital / analogue converter (block 23). In block 25, as soon as the buffer memory has been completely updated, the digital / analogue converter is put into action so that a digital signal corresponding to the analog value is applied to the analogue output. For all this requires the dri ⁇ bersctreu the time t L oGi- Once the analog signal is given from ⁇ switches the analog part of a tungmaschineerschal- the LED modules. 5 This process requires the
  • the timing signal is again lo ⁇ gisch 0.
  • the entire procedure is run through again to reset the analog value to 0 and turn off the LED module so.
  • the time between the times Ti and T 3 is equal to the timing signal duration t S ⁇ B-
  • the processing time t L oGi is significantly responsible for the minimum pulse duration of the entire arrangement, because if the duration of the processing time t L oGi in the vicinity of the minimum timing signal ⁇ ts ⁇ B, min reaches the timing can no longer be met.
  • the minimum pulse length and thus the minimum timing signal duration t S ⁇ B, so min depends directly on the proces ⁇ processing speed of the driver circuit from.
  • the signal 51 describes the output of the digital / analogue converter. This will be switched as soon as the digital processing is completed. This takes the time t L0 G2 / - which is greater than the time t L0 Gi • As soon as the analog / digital converter has switched safely, the switch S x of the corresponding color is turned on (signal ⁇ 53). The power driver thus receives the analog signal 51 from the digital / analog converter and switches on the LEDs (signals 55, 57).
  • the analog / digital converter only works for the adjustment of the brightness, the Ver ⁇ processing time is much less critical.
  • the analog / digital converter only works in front of the pulse means the delay time of the converter plays no role for the minimum pulse length.
  • the invention has Ge ⁇ contrary, the great advantage of being able to realize very short minimum Pulslän ⁇ gen, there must be no processing during the pulse practically, but the bulk of the processing can take place during the pulse intervals. Since the longer processing time can be easily compensated before the pulse of the video electronics, the driving method according to the invention has no disadvantages even at slower working components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Ansteuerverfahren zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, mit einer Videoelektronik, die ein Timingsignal (int Strobe) und eine Bildwerttabelle erzeugt, einer Treiberschaltung, die aus einem digitalen (1) und einem analogen (3, 7) Teil besteht und einem Halbleiterlichtquellenmodul (5), welches eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen enthalten kann, wobei zwischen der Treiberschaltung und dem Halbleiterlichtquellenmodul ein Schalter (S1, S2,...) angeordnet ist, der von der Treiberschaltung angesteuert wird und der das Signal, das die Soll-Helligkeit des Halbleiterlichtquellenmoduls steuert, hinter dem Digital / Analog-Wandler (7) auf Masse schalten kann. Der Einsatz des Schalters ermöglicht das Erzeugen von sehr kurzen Lichtpulsen, deren minimale Pulsdauer unabhängig von der Verzögerungszeit des Digital / Analog-Wandlers ist.

Description

Beschreibung
[1] Schaltungsanordnung und Ansteuerverfahren für Halbleiterlichtquellen .
Technisches Gebiet
[2] Die Erfindung bezieht sich auf mit Halbleiterlicht- quellen ausgestattete Projektionseinrichtungen. Hierbei sind vor allem Mikrodisplayanwendungen für Front- und Rückprojektion zu nennen.
Stand der Technik
[3] Leistungsstarke Halbleiterlichtquellen wie Hochleis- tungsleuchtdioden werden in jüngerer Zeit zunehmend in Anwendungen eingesetzt, die bisher Hochdruck- Entladungslampen vorbehalten waren. Gerade im Projektionsbereich werden die Halbleiterlichtquellen nicht kontinuierlich angesteuert, sondern gepulst betrieben, um den dortigen Anforderungen gerecht zu werden. Dabei wird mit sehr kurzen Pulsen gearbeitet, die dafür eine sehr hohe Leistungsdichte besitzen.
[4] Bei Displayanwendungen werden mehrere, üblicherweise mindestens 3 Farben verwendet. Die Ansteuerschaltung ist aufgeteilt in eine Videoelektronik, die das Eingangssig¬ nal aufarbeitet, und eine Treiberelektronik, die oft in einen digitalen und einen analogen Teil aufgesplittet ist, die über einen Digital/Analog-Wandler verbunden sind. Die Videoelektronik gibt entsprechend dem Eingangs- signal Anweisungen an die Treiberelektronik eine bestimmte Farbe einzuschalten. Daraufhin wird im digitalen Teil der Treiberelektronik ein Prozess ausgelöst, der nach einer bestimmten Zeit die Ausgabe eines Helligkeitswertes für die gewünschte Farbe zur Folge hat. Dieser Hellig- keitswert und das Timing stehen in einer Tabelle, die von der Videoelektronik erzeugt wird. Die digitale Treiberelektronik liest auf die Aufforderung der Videoelektronik, dem sogenannten Strobe, diese Tabelle aus und er- zeugt aufgrund der ausgelesenen Werte ein Sollwertsignal. Der analoge Treiberteil schaltet daraufhin die entspre¬ chende farbige Halbleiterlichtquelle mit der gewünschten Helligkeit ein. Da bei Displayanwendungen die Farben hintereinander projiziert werden, müssen die farbigen HaIb- leiterlichtquellen nach dem abgegebenen Puls wieder abgeschaltet werden, damit die nächste Farbe projiziert wer¬ den kann. Dies erfordert einen weiteren Durchgang in der digitalen Treiberelektronik. Es muss ein Nullwert in den Pufferspeicher des Analog/Digital-Wandlers eingegeben werden und dieser dann als Analogwert ausgegeben werden, woraufhin der Analogteil die Halbleiterlichtquelle wieder abschaltet .
[5] Zwischen dem Strobe-Signal und dem tatsächlichen Ein- bzw. Ausschalten der Halbleiterlichtquelle vergeht also eine gewisse Zeit. Beim Einschalten der Halbleiterlichtquellen stellt das kein Problem dar, da diese Verzögerungszeit der Videoelektronik bekannt ist und in das Timing mit einberechnet wird. Beim Ausschalten kann dies jedoch ein Problem darstellen, da die minimale Einschalt- dauer von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Treiber¬ elektronik abhängt. Aus diesem Grund muss die Treiberelektronik eine schnelle Logik und schnelle Ana- log/Digital-Wandler besitzen, da sie die geforderte Verarbeitungsgeschwindigkeit sonst nicht erreichen kann. Schnelle Analog/Digital-Wandler und eine schnelle Logik (z.B. ein hochgetakteter MikroController) sind aber sehr kostenintensiv, was sich bei der Preisgestaltung des Endproduktes nachteilig auswirkt.
Aufgabe
[6] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ansteuerver- fahren und eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, die die o.g. Nachteile nicht mehr besitzt, und mit einer langsameren und daher kostengünstigeren Logik auskommt.
Darstellung der Erfindung
[7] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan- spruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 7 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
[8] Die Erfindung setzt auf der Tatsache auf, dass die Halbleiterlichtquelle nach der Pulsförmigen Lichtabgabe immer abgeschaltet wird. Dies macht es möglich, in den Analog/Digital-Wandler nur einmal einen neuen Wert einzugeben und die Halbleiterlichtquelle über einen Schalter Ein- und Auszuschalten. Das hat den Vorteil dass langsame Komponenten verwendet werden können, ohne die Leistungs- fähigkeit der Gesamtanordnung einzuschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
[9] Fig. 1 Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.
[10] Fig. 2 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. [11] Fig. 3 Gegenüberstellung einiger relevanter Signalverläufe nach dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
[12] Das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 gezeigt. Der digitale Teil einer Treiberelektronik 1 enthält eine Timingsignal- dekodierlogik 13, und eine Kontrolllogik 11 für die Digi- tal/Analog-Wandler 7. Der analoge Teil besteht aus einem Digital/Analog-Wandler 7, einer Steuerlogik 3 und den Leuchtdiodenmodulen 5. Die Leuchtdiodenmodule 5 bestehen aus den Leistungstreibern für die LEDs und den LEDs selbst. In die Leistungstreiber wird das analoge Hellig¬ keitssignal eingegeben, dass dann die LEDs auf den ge- wünschten Helligkeitslevel einschaltet oder bei einem A- nalogsignal, dass logisch 0 entspricht ausschaltet. Die Timingsignaldekodierlogik empfängt das Timingsignal ,Strobe' von der Videoelektronik (nicht gezeigt). Das Ti¬ mingsignal wird verarbeitet, und zum richtigen Zeitpunkt gibt die Timingsignaldekodierlogik ein Startsignal an die Kontrollogik 11 aus. Diese Logik liest eine Tabelle aus, die von der Videoelektronik erzeugt wird, und in der Ti- ming- und Helligkeitswerte für die verschiedenen Phasen eines Bildes abgespeichert sind. Der nun folgende Ablauf ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich. Im oberen Drittel sind die von der Videoelektronik erzeugten Timingsignale abgebildet, im mittleren Drittel die Aktionen und Signale einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.
[13] Der Block 21 steht für das Auslesen der Tabelle. Dieses beginnt zum Zeitpunkt Ti, sobald das Timingsignal logisch 1 ist. Sobald die Werte aus der Tabelle ermittelt sind, werden sie in den Pufferspeicher des Digi- tal/Analog-Wandlers geschrieben (Block 23) . Im Block 25 wird, sobald der Pufferspeicher vollständig aktualisiert ist, der Digital/Analog-Wandler in Aktion versetzt, so dass am Analogausgang ein dem digitalen Wert entsprechendes Analogsignal anliegt. Für all dies benötigt die Trei¬ berschaltung die Zeit tLoGi- Sobald das Analogsignal aus¬ gegeben wird, schaltet der analoge Teil der Treiberschal- tung die LED-Module 5 ein. Dieser Vorgang benötigt die
Z e it toACset l •
[14] Zum Zeitpunkt T3 wird das Timingsignal wieder lo¬ gisch 0. Zu diesem Zeitpunkt wird die gesamte Prozedur ein weiteres mal durchlaufen, um den Analogwert wieder auf 0 zu setzen und das LED-Modul damit abzuschalten. Die Zeit zwischen den Zeitpunkten Ti und T3 ist gleich der Timingsignaldauer tSτB- Die Verarbeitungszeit tLoGi ist maßgeblich für die minimale Impulsdauer der gesamten Anordnung verantwortlich, denn wenn die Dauer der Verarbei- tungszeit tLoGi in die Nähe der minimalen Timingsignaldau¬ er tsτB,min gelangt kann das Timing nicht mehr eingehalten werden. Die minimale Impulslänge und damit die minimale Timingsignaldauer tSτB,min hängt also direkt von der Verar¬ beitungsgeschwindigkeit der Treiberschaltung ab.
[15] An dieser Stelle setzt die Erfindung an. Erfindungs¬ gemäß wird der Analog/Digital-Wandler nur noch für die Einstellung der Helligkeit verwendet, so dass er pro Far¬ be die Wandlungsprozedur nur noch einmal anstatt zweimal durchlaufen muss. Zwischen dem Analogausgang nach der Kontrolllogik 3 und dem LED-Modul ist ein Schalter angeordnet, der entweder den Analogwert des Analog/Digital- Wandlers auf das LED-Modul durchschaltet oder der den A- nalogeingang des LED-Moduls auf Masse schaltet, was einem logischen 0 entspricht. Die Signale und Aktionen eines Ansteuerverfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind im unteren Drittel der Fig. 3 gezeigt. Wie aus der Länge der Logikblöcke 21-25 ersichtlich, ist die Verarbeitungs¬ zeit wesentlich länger, die Verarbeitungsgeschwindigkeit also geringer. Dies resultiert aus der Verwendung von kostengünstigeren Bauelementen, die langsamer arbeiten.
[16] Das Signal 51 beschreibt den Ausgang des Digi- tal/Analog-Wandlers . Dieser wird umgeschaltet, sobald die digitale Verarbeitung abgeschlossen ist. Dies dauert die Zeit tL0G2/- die Größer ist als die Zeit tL0Gi • Sobald der Analog/Digital-Wandler sicher umgeschaltet hat, wird der Schalter Sx der entsprechenden Farbe eingeschaltet (Sig¬ nal 53) . Damit empfängt der Leistungstreiber das Analog¬ signal 51 vom Digital/Analog-Wandler und schaltet die LEDs ein (Signale 55, 57) .
[17] Nach der Zeit tSτBr also der Pulsdauer, wird der Schalter wieder auf Masse geschaltet, woraufhin die LEDs abgeschaltet werden. Der Analog/Digital-Wandler bleibt hierbei auf seinem ursprünglichen Wert, das Ana¬ log/Digital-Wandler Signal wird also nicht auf 0 ge¬ bracht. Für den nächsten Durchgang wird der Ana- log/Digital-Wandler lediglich auf die neue Helligkeit eingestellt .
[18] Dadurch, dass der Analog/Digital-Wandler nur noch für die Einstellung der Helligkeit arbeitet, ist die Ver¬ arbeitungszeit wesentlich unkritischer. Der Ana- log/Digital-Wandler arbeitet ja nur vor dem Puls, dass heißt die Verzögerungszeit des Wandlers spielt für die minimale Pulslänge keine Rolle. Die Erfindung hat im Ge¬ genteil den großen Vorteil, sehr kurze minimale Pulslän¬ gen realisieren zu können, da während des Pulses prak- tisch keine Verarbeitung stattfinden muss, sondern der Großteil der Verarbeitung während der Pulspausen stattfinden kann. Da die längere Verarbeitungszeit vor dem Puls von der Videoelektronik leicht ausgeglichen werden kann hat das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren auch bei langsamer arbeitenden Komponenten keinerlei Nachteile.
[19] Die Zeit, die der Treiberelektronik zur Verfügung steht, um andere Dinge zu erledigen ist, wie aus Block 27 ersichtlich gegenüber dem Stand der Technik ebenfalls verlängert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die- se Zeit während des Pulses und während der Pulspausen stattfinden kann.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, mit einer Videoelektronik, die ein Ti- mingsignal (33) und eine Bildwerttabelle erzeugt, ei¬ ner Treiberschaltung, die aus einem digitalen (1) und einem analogen (3, 7) Teil besteht und einem Halblei¬ terlichtquellenmodul (5) , welches eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Treiberschaltung und dem Halbleiterlichtquellenmodul ein Schalter (Sl, S2,...) angeordnet ist, der von der Treiberschaltung angesteu¬ ert wird und den Sollwert für die Leistungsversorgung für das Halbleiterlichtquellenmodul vom Ana- log/Digital-Wandler weg auf logisch 0 schalten kann.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der digitale Teil der Treiberschaltung einen MikroController enthält.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter von einer Timingsignalde- kodierlogik angesteuert wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalter gemeinsam von einem Ausgang gesteuert werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schalter einzeln von einem Aus- gang gesteuert wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter einzeln von einem Ausgang gesteuert werden, wobei der Ausgang ein kodiertes Sig¬ nal ausgibt, und die Schalteransteuerschaltung (4) ei- ne Dekodierlogik besitzt, die den jeweiligen Schalter aufgrund des Kodierten Signals ein- und Ausschaltet.
7. Ansteuerverfahren zur Ansteuerung von Halbleiterlichtquellen, mit einer Videoelektronik, die ein Ti- mingsignal (33) und eine Bildwerttabelle erzeugt, ei- ner Treiberschaltung, die aus einem digitalen (1) und einem analogen (3, 7) Teil besteht und einem Halblei¬ terlichtquellenmodul (5) , welches einen Leistungstrei¬ ber und eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschal- tung ein analoges Helligkeitssignal ausgibt, dass in den Leistungstreiber eingegeben wird, und der Eingang des Leistungstreibers vom Analog/Digital-Wandler auf Masse geschaltet werden kann.
8. Ansteuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Umschaltung von der Timingsignalde- codiereinheit bewerkstelligt wird.
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