EP4564342A1 - Lichtemittierendes bauelement mit einem leuchtmittel und einer integrierten schaltung - Google Patents

Lichtemittierendes bauelement mit einem leuchtmittel und einer integrierten schaltung Download PDF

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EP4564342A1
EP4564342A1 EP24215849.1A EP24215849A EP4564342A1 EP 4564342 A1 EP4564342 A1 EP 4564342A1 EP 24215849 A EP24215849 A EP 24215849A EP 4564342 A1 EP4564342 A1 EP 4564342A1
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EP
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light
emitting component
data stream
emitting
serial data
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Withdrawn
Application number
EP24215849.1A
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English (en)
French (fr)
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Christian Hoene
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Symonics GmbH
Original Assignee
Symonics GmbH
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Publication date
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    • G09G3/2007—Display of intermediate tones
    • G09G3/2014—Display of intermediate tones by modulation of the duration of a single pulse during which the logic level remains constant

Definitions

  • the present invention relates to a light-emitting component comprising at least one illuminant and an integrated circuit, as well as a method for controlling the same. Furthermore, the present invention relates to a transparent display comprising a plurality of such light-emitting components.
  • Transparent displays with a multitude of light-emitting components are generally known.
  • the structure of such a transparent display is described in EP 2 879 120 A1
  • the light-emitting components are applied to a transparent substrate, e.g., a glass pane, and made contactable using a transparent and electrically conductive coating.
  • the coating is structured on the transparent substrate so that the light-emitting components can be supplied with both current and control signals.
  • Common transparent and electrically conductive coatings on glass panes or plastic films have a high sheet resistance, which can range, for example, between 1 and 6 ohms per unit area (ohm/sq).
  • a copper layer on a printed circuit board has a sheet resistance of 0.5 mOhm/sq.
  • the high sheet resistance of these coatings means that electrical energy can only be transported to the light-emitting components with high losses. Furthermore, control signals cannot be easily transmitted like with a conventional printed circuit board.
  • control signals for the light-emitting components can be transmitted via individual supply and return lines, which are patterned into the electrically conductive coating with a laser.
  • lasering a large number of conductor tracks is complex and leads to increasing production costs.
  • many closely spaced structures are visible upon close inspection and are undesirable for a transparent display.
  • the numerous supply and return lines require complex connection technology at the edge of the transparent display.
  • Active light-emitting components are characterized by the fact that they integrate, in a common housing, not only a light source, usually in the form of one or more LEDs, but also a control circuit that is capable of processing a digital data signal and, based on this, controlling the light source to a defined brightness value.
  • Active light-emitting components also known as smart LEDs or pixel LEDs, can be connected in series, with each element being individually addressable by a central controller. The use of active light-emitting components in series can significantly simplify the wiring effort and connection technology, thus enabling simpler and more effective structuring of the transparent conductive coating.
  • the actual power consumption can fluctuate significantly depending on the set brightness. Due to the individual control of the active light-emitting components in conjunction with the high lead resistances, the voltage drop across the individual light-emitting components is therefore subject to significant fluctuations.
  • active light-emitting components are operated with a constant voltage of, for example, 5V or 12V, which is provided by a common, equally constant voltage supply on the transparent substrate.
  • the constant voltage supply of the transparent substrate, the high lead resistances of the transparent and conductive coating, and the variable power consumption of the active light-emitting components can result in the actual operating voltage applied to the components being outside the permissible specification of the active light-emitting components, which can lead to undefined behavior of the light-emitting component.
  • the fluctuating voltage levels mean that common reference potentials cannot be used during data transmission, which can lead to transmission errors. Commercially available active light-emitting components therefore cannot simply be used for transparent displays of this type.
  • DE 10 2018 107 309 A1 proposes, on the one hand, connecting a Zener diode in parallel to the supply terminals of the light-emitting component and, on the other hand, decoupling the data line between any two adjacent components using a coupling capacitor.
  • the Zener diode ensures that a constant voltage is always applied to the light-emitting component, regardless of the current brightness. This means that when the light-emitting component is set to bright, most of the energy flows into the component, while when the component is set to dark, the energy is dissipated in the form of heat via the Zener diode. In this way, active light-emitting components can be operated with constant voltage within their specifications, albeit with low energy efficiency.
  • the coupling capacitor separates the data line between the components.
  • the voltage level of the transmitting component is set, and on the other side, the voltage level of the receiving component.
  • the latter can be achieved using a pull-down resistor or a diode.
  • the decoupling improves the data transmission between the components, as defined voltage levels are established. According to the DE 10 2018 107 309 A1
  • commercially available active light-emitting components can be used for large-area transparent displays using the measures shown.
  • this object is achieved by a light-emitting component having a luminous means and an integrated circuit, wherein the integrated circuit is configured to receive a serial data stream in which brightness values for a plurality of series-connected light-emitting components are encoded, to extract a brightness value for the luminous means from the serial data stream, to determine a switching time for controlling the luminous means to the brightness value based on a length of the received serial data stream, and to set the luminous means to the brightness value at the determined switching time.
  • an active light-emitting component in such a way that it can determine a switching time from a control signal at which the lamp is to be set to the desired brightness value.
  • the active light-emitting component can then only set the lamp to the brightness value read from the data stream at the determined switching time.
  • This configuration of the individual light-emitting component makes it possible for several such components connected in series to determine a common switching time at which they simultaneously set their respective lamps to the values taken from the control signal. In other words, in this way several components connected in series can be synchronized such that they switch almost simultaneously and change their current consumption at a specific time.
  • Synchronization enables a defined temporal behavior of all series-connected light-emitting components, to which both the individual components and the central controller can be adjusted. This allows, for example, data transmission or power supply to be better coordinated to operate the light-emitting components more efficiently or to ensure reliable communication between them and a controller. This also allows light-emitting components with high power requirements are operated on structures that are not designed for such high power transmission, such as transparent displays in which a large number of light-emitting components are arranged on a transparent substrate and connected to a semi-transparent, conductive coating.
  • the integrated circuit can be configured to delay the adjustment of the illuminant to the brightness value until the switching time.
  • the switching time can be configured as an offset.
  • the switching time can be configured as a delay relative to the reception of the data signal or a specific marker in the data signal, thereby making synchronization easy to implement.
  • the integrated circuit can be configured to temporarily store the brightness value for the illuminant until the switching time.
  • the brightness value can be buffered by the integrated circuit. This allows the control of the light source to be independent of the reception of the data signal, allowing synchronized switching even with series-connected light-emitting components that receive a data signal sequentially.
  • the integrated circuit can be configured to block the adjustment of the brightness value of the illuminant for a defined switching time.
  • the integrated circuit can be configured to temporarily block an input via which the serial data stream is received, in particular for the switching time, for a defined switching time.
  • the integrated circuit can prevent a brightness change from occurring during a defined period of time.
  • the integrated For example, the circuit can deactivate an input at which the data signal is received for the specified period of time or ignore a received data signal. This prevents data from being received during a switching phase or the light source from being set to incorrectly received brightness values.
  • the design thus advantageously contributes to robust and error-free operation.
  • the integrated circuit can be configured to determine the switching time based on the length of the serial data stream.
  • the length of the received serial data stream can be defined by a number of received bits from the reception of the brightness value to a code word concluding the serial data stream.
  • the integrated circuit determines the switching time based on the length of the signal arriving at the light-emitting component. This makes it possible to dispense with a special data element or code word within the serial data stream, which is used to communicate the switching time to the light-emitting component. Another advantage is that known serial protocols can be used without having to introduce new data elements. This makes transmitting a common switching time particularly easy to implement.
  • the integrated circuit can be configured to forward the serial data stream to a number N of further light-emitting components and to determine the number N from the length of the serial data stream.
  • the integrated circuit can be configured to determine the switching time by multiplying the number N by a defined latency t latency of the light-emitting component, wherein the multiplication of the number N by the defined latency t latency of the light-emitting component defines a time offset, and the switching time is defined by the time offset with respect to a signal input of the serial data stream at the light-emitting component or with respect to the reception of a code word contained in the serial data stream.
  • the switching time can be determined particularly easily and effectively from the serial data signal, without the need for additional information that must be separately transmitted to the light-emitting component.
  • the latency t latency can advantageously be a parameter that is specific to a certain type of light-emitting component and the same for all light-emitting components of this type. Using the number of components determined in this way, it is then easy to determine when the last component in the series circuit has received the data signal and is ready to change its brightness. The light-emitting component that determined the time must wait at least as long until it can switch with all components simultaneously.
  • the integrated circuit can be designed to extract the brightness value for the luminous means from the serial data stream and to delete it from the latter.
  • this embodiment it is easily possible for a single component to modify the serial data stream in such a way that subsequent components can derive a parameter for determining the switching time from the modified data stream.
  • This embodiment preferably allows known transmission protocols to continue to be used for communication, and no changes to the transmission protocols are required to implement time synchronization.
  • the light-emitting component can have a voltage regulator, in particular a DC-DC converter, which provides a constant operating voltage for the light-emitting component.
  • the voltage regulator can be configured to adjust the operating voltage as a function of a current through the light-emitting component.
  • a voltage regulator can provide a constant voltage to the light-emitting component, compensating for a fluctuating supply voltage. Compared to a passive element, a voltage regulator can provide a desired Voltage can be adjusted with lower losses and thus more efficiently. In addition, a voltage regulator can be selected so that a constant current consumption is achieved with moderate fluctuations at the input. This avoids a strongly pulsed current sink, which on average causes higher energy consumption in the lead resistance than a constant current drain. It is advantageous if the voltage regulator can raise or lower its output voltage depending on the brightness of the LED, i.e. depending on the current flowing through the LED. This also enables less pulsed control of the light-emitting component, as the lamp is dimmed using a low current instead of a more pulsed control.
  • the illuminant may comprise two or more, in particular three, light-emitting diodes, and the received brightness value includes a separate brightness value for each of the two or more light-emitting diodes.
  • the luminous device can generate a multitude of colors from colored light-emitting diodes by operating light-emitting diodes in different primary colors at different brightness levels.
  • the received brightness value can contain several individual brightness values for the plurality of light-emitting diodes, which are read by the component and used to control the light-emitting diodes.
  • Temporal synchronization of a plurality of such light-emitting components can also be achieved here using the method described above.
  • the illuminant and the integrated circuit can be powered by a common power supply.
  • the illuminant and the integrated circuit can be arranged in a common housing, for example, a 5050 housing, which has four external connections.
  • This design has the advantage that the light-emitting component can be made particularly small and space-saving, making it particularly suitable for use on a transparent substrate.
  • Fig. 1 shows a transparent display according to an embodiment of the present disclosure.
  • the transparent display is designated herein as a whole by reference numeral 10.
  • the transparent display 10 has an at least partially transparent substrate 12, for example a glass pane or a laminated glass pane.
  • the transparent substrate 12 extends flatly in the xy plane shown here.
  • a thickness of the substrate in the z-direction is many times smaller than the respective dimensions in the x- and y-direction.
  • a plurality of light-emitting components 100 arranged in series are arranged on the transparent substrate 12 as electrical consumers. As will be explained below, the light-emitting components 100 are designed in particular for series connection and can preferably be controlled individually to display different colors and/or brightnesses.
  • the light-emitting components 100 require a generally constant supply voltage, which can be applied to the respective light-emitting component 100 via a first terminal 102 and a second terminal 104.
  • the first and second terminals 102, 104 are also referred to below as supply terminals.
  • a third terminal 106 of the light-emitting component is an input terminal via which a data signal can be received.
  • the light-emitting component 100 can output a data signal via a fourth terminal 108 as an output terminal.
  • the light-emitting components 100 are connected in series by connecting the input and output terminals in series.
  • the connection between the input and output terminals as well as the connection of the supply terminals to the respective supply potentials is made via an electrically conductive and partially transparent coating 14 of the transparent substrate 12.
  • the coating can be produced, for example, by a wet-chemical process and can contain, for example, a composite of ZnO - SnO 2 , ZnO - In 2 O 3 , ZnO - Ga 2 O 3 and Ga 2 O 3 - Sb 2 O 5 .
  • Partially transparent in this context means that the layer is at least 50% transparent.
  • the partially transparent and electrically conductive coating 14 is applied to a surface of the transparent substrate 12, on which the plurality of light-emitting components can also be arranged.
  • the coating 14 can be structured similarly to a copper coating of a circuit board with conductive tracks. The structuring can be achieved, for example, by lasering the coating 14. Since the coating 14 is transparent, the transparent display 10 also remains largely transparent.
  • the transparent display 10 can have further layers, For example, the transparent display 10 may have a final transparent cover layer covering the light-emitting components 100 on their light-emitting side, so that the light-emitting components 100 are enclosed between the transparent substrate 12 and the cover layer.
  • the transparent display 10 may thus be a multilayer laminated glass.
  • the specific surface resistance of the semi-transparent, electrically conductive coating 14 is approximately 2,000 to 10,000 times higher than the surface resistance of a conventional copper coating on a printed circuit board.
  • Known connection techniques using an opaque coating on a carrier material, such as in a rigid or flexible printed circuit board with a metal coating, cannot therefore be readily applied. Instead, the leads to the light-emitting components must be specially structured to enable effective operation of the light-emitting components.
  • the leads to the light-emitting components 100 are not designed as conductor tracks, but as flat segments of the partially transparent and conductive coating 14.
  • a first segment 16 and a second segment 18 connect the light-emitting components 100 to a first supply terminal 20 and a second supply terminal 22, to which a constant supply voltage can be applied.
  • the first segment 16 and the second segment 18 can be designed, as shown here, such that they taper from the supply terminals 20, 22 along the series connection.
  • other structures are also conceivable if they promote a uniform voltage supply to the individual light-emitting components 100.
  • the present disclosure is not limited to a specific embodiment.
  • a third segment 24 forms the data line between the individual light-emitting elements and can be formed from a plurality of individual segment sections 26, which are schematically indicated by arrows in the drawing.
  • the third segment 24 is many times smaller than the first and second segments 16, 18, since less power must be transmitted for data transmission. Nevertheless, the Data transmission is influenced by the low conductivity of the semi-transparent and conductive coating 14, which, however, cannot be significantly improved by structuring the segment.
  • the segment sections 26 connect the light-emitting components 100 in a series circuit and to at least one signal terminal 28 of the transparent substrate 12. A data signal present at the signal terminal 28 is transmitted to the light-emitting components 100 via the third segment 24.
  • Fig. 2 and 3 show variants of the Fig. 1 shown transparent displays 10.
  • the same reference numerals denote the same elements as previously in Fig. 1 and a separate description is omitted below.
  • Fig. 2 and 3 differ from Fig. 1 by arranging the light-emitting elements 100 in a matrix arrangement 30 and by a correspondingly modified structuring of the connection segments (first and second segments 16, 18).
  • the matrix arrangement 30 comprises, for example, 4 rows and 8 columns with a total of 32 light-emitting components 100.
  • the light-emitting components 100 are arranged in each row, as previously described with reference to Fig. 1 As indicated, they are connected in series via a plurality of segment sections 26. Additionally, a segment section 32 at the beginning and end of each row connects the individual rows to one another. This results in a continuous series connection of all light-emitting components 100 of the matrix arrangement 30.
  • the first segment 16 connects all light-emitting components 100 to a first supply terminal 20, and the second segment 18 connects all light-emitting components 100 to a second supply terminal 22.
  • the first segment 16 and the second segment 18 are comb-shaped and each have a segment section 34 per row.
  • the segment sections 34 extend along the rows and alternately interlock.
  • Fig. 2 and Fig. 3 differ in the design of the first and second segments 16, 18.
  • the segment sections 34 of each row are each block-shaped and cover the largest possible area.
  • Fig. 3 the segment sections 34, similar to the design according to Fig. 1 , are formed in a jagged shape and taper along the row. It goes without saying that the two configurations shown are only examples. Depending on the desired electrical properties of the supply line, a different structure for the first and second segments 16, 18 and their segment section 34 can be selected.
  • the transparent displays 10 according to the Fig. 1 to 3 can be connected to a controller (not shown here) via the signal connection 28.
  • the controller reads in display information and prepares it for display on the transparent display 10.
  • the controller can be embodied as a microcontroller, FPGA, ASIC, DSP, or as a system on chip (SoC).
  • SoC system on chip
  • the controller can be implemented, for example, in the form of a Raspberry Pi or an
  • the controller can read in image information and use it to determine brightness values for the individual light-emitting components 100.
  • the controller then encodes the brightness values into a serial data stream and transmits this as a data signal to the light-emitting components 100.
  • the brightness values for all light-emitting components 100 can be written sequentially into the serial data stream according to the arrangement of the light-emitting components 100 in the series circuit.
  • Each light-emitting component 100 can extract and display the brightness value determined for itself from the data stream. In this way, the image read in by the controller can be displayed on the transparent display 10. It goes without saying that moving images can also be displayed by repeatedly performing this process.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a single light-emitting component according to an embodiment of the present disclosure.
  • the light-emitting component is designated in its entirety by reference numeral 100.
  • the light-emitting component 100 is composed of individual components that can be arranged in a common housing 110.
  • the individual components can be connected to one another, for example, on a common printed circuit board.
  • the light-emitting component 100 has the four connections 102, 104, 106, 108 already described, via which the components arranged in the housing 110 can be contacted from the outside.
  • the four connections include the two supply connections 102, 104, via which a supply voltage can be applied to the light-emitting component 100, and the signal connections 106, 108, via which a data signal can be received or output.
  • the light-emitting component 100 further comprises at least one light-emitting device 112 and an integrated circuit 114.
  • the light-emitting device 112 can comprise one or more controllable light-emitting diodes, the brightness of which can be controlled via the integrated circuit 114.
  • the light-emitting device 112 can comprise three light-emitting diodes, each representing a primary color. By controlling the three light-emitting diodes 112 to different brightness values, the primary colors can be mixed to represent different colors.
  • the integrated circuit 114 controls the light source 112 and adjusts it to different brightness values.
  • the integrated circuit 114 obtains the brightness values from a data signal received at the signal terminal 106.
  • the data signal can be a digital signal in which a bit sequence represents a brightness value for an individual LED.
  • the integrated circuit 114 reads the brightness values for all LEDs of the light source 112 and controls the LEDs accordingly so that they display the transmitted brightness values.
  • the light-emitting component 110 may further comprise a voltage regulator 116 which controls an electrical voltage provided at the supply terminals 102, 104 stabilized.
  • the light-emitting component 112 and the integrated circuit 114 can be operated with the stabilized supply voltage.
  • Voltage regulators are known in various variants, which can be based on different principles. The selection of a suitable voltage regulator can be crucial for error-free operation and can significantly influence energy efficiency.
  • Other voltage regulators such as active DC-DC converters, can provide a constant supply voltage much more efficiently, but not at all, or only to a limited extent, with constant power consumption. While irregular power consumption, for example in the form of a pulsed current sink, may be unproblematic with a normal power supply, irregular power consumption with high lead resistances, as occurs in the transparent displays 10 described above, can be less efficient overall than constant power consumption, where excess power is converted into heat. Furthermore, fluctuating power consumption can also negatively impact data transmission between the light-emitting components and lead to transmission errors.
  • the integrated circuit 114 can be designed to control the illuminant 112 in a defined manner and to enable a brightness change at a defined point in time. It has been shown that power fluctuations occur in particular when a illuminant changes from one brightness value to another. Because a defined point in time for the brightness change can be determined by the integrated circuit 114 and the integrated circuit 114 brings about the brightness change at the specific point in time, synchronization of a plurality of light-emitting components designed in this way components 100 and the performance fluctuations are limited to a defined period.
  • the integrated circuit 114 can be configured to receive a serial data stream in which brightness values for a plurality of series-connected light-emitting components 100 are encoded, and to extract a brightness value for the illuminant 112 from the serial data stream. Based on the received serial data stream, the integrated circuit 114 can determine a switching time for controlling the illuminant 112 with the brightness value and set the illuminant 112 to the brightness value at the determined switching time. The process is described in detail with reference to the Fig. 5 explained in more detail.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a functional structure 200 of an integrated circuit 114 of a light-emitting device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the integrated circuit 114 is not limited to a particular form and may be, for example, a microcontroller, an ASIC, a DSP, an FPGA, or the like.
  • the functional structure 200 is composed of several functional units which together implement the functions previously described with reference to Fig. 4
  • the type of control of the light source described above can be implemented.
  • the functional units comprise an input unit 202, an output unit 204, an error detection unit 206, a decoding unit 208, and a number of pulse width modulation units 210 corresponding to the number of LEDs 212 to be controlled.
  • the input unit 202 is coupled to the signal terminal 106 of the light-emitting component 100 and can be configured as one or more serial interfaces.
  • the input unit 202 receives the data signal present at the signal terminal 106.
  • the data signal can be an electrical signal in which defined signal levels correspond to discrete values.
  • the data signal can be a binary Data stream.
  • the input unit 202 can, as shown here, have two redundant interfaces, wherein one interface is configured as a fallback interface and is alternatively switched on if no signal is received at the primary interface.
  • the error detection unit 206 checks the data stream for errors and enables further processing if the data stream was received correctly. Further processing is performed by the decoding unit 208, which decodes the data stream and extracts the brightness information intended for the light-emitting component 100 from the data stream, for example, three brightness values with a length of 8 bits.
  • the LEDs 212 are then controlled by the pulse-width modulation units 210, which convert the received brightness values into a pulse-width modulated signal and apply it to the LEDs 212.
  • the data signal is output via the output unit 204 and made available to a subsequent light-emitting component 100.
  • the functional units described above have already been implemented in this or a similar manner in known active light-emitting components, such as the Smart Pixel marketed under the designation WS2812B.
  • the light-emitting component 100 according to the present disclosure differs from this, among other things, by a delay unit 214 and a delay time calculation unit 216.
  • the delay unit 214 is configured to delay the brightness setting of the LEDs 212 for a defined period of time, for example, by preventing the transmission of new brightness values to the pulse width modulation units 210 until a defined time.
  • the pulse width modulation units 210 thus provide the previous pulse width modulated signal until the defined period of time has elapsed, even if new brightness information has already been transmitted to the light-emitting component 100.
  • the delay unit 214 can have a timer and a buffer.
  • the brightness values for the defined period of time can be stored in the buffer.
  • the timer can initiate further processing of the cached values at an adjustable time.
  • the delay time calculation unit 216 is configured to determine the defined time period and provide a corresponding value, for example, to the timer. In other words, the delay time calculation unit 216 is configured to determine a switching time at which the light-emitting component 100 performs the brightness change of the illuminant 212. The calculation is performed based on the received data stream, for example, based on a value contained therein or advantageously also based on a length of the received data stream.
  • the calculation is advantageously not tied to decoding the data stream.
  • the number of subsequent light-emitting components can be determined based on the length of the data stream, and the determined number can be used to estimate when the last light-emitting component in the series circuit has received the data stream and is thus ready to switch the brightness values.
  • it can be individually determined for each light-emitting component 100 when it must switch so that all light-emitting components 100 make the brightness change simultaneously.
  • the estimation can be based on a known transmission delay of a light-emitting component 100 and under the assumption that the transmission delay is the same for all components or changes in a defined manner over time.
  • Using the length of the data stream to determine the switching time also has the advantage that existing transmission protocols can be reused, since no additional data needs to be transmitted. Furthermore, common transmission protocols favor this method because the data is transmitted in a manner that facilitates estimation of the number of subsequent components. For example, common protocols first transmit the brightness information of the first light-emitting component and then that of the subsequent ones in descending order. Finally, the data stream terminated by a defined code word as a stop mark, e.g. a zero signal of a few microseconds.
  • a light-emitting component 100 not only reads out its associated brightness information, but also removes it from the data stream and forwards the modified data stream to the subsequent components not only simplifies the reading of the data stream, since each component only has to read out the first information block of the data stream, but also the determination of an individual switching time, since the length of the data stream is individual at each component and corresponds to the actual length from the beginning of the data stream to the stop mark.
  • the delay time calculation unit 216 can directly determine the number of subsequent components by dividing the length by the fixed length of a single brightness information block (e.g., 24 bits). The number can then be multiplied by a predefined time period t latency to calculate the individual delay time period and thus the switching instant at which the light-emitting component must switch in order to switch simultaneously with all other light-emitting components in the series circuit.
  • the predefined time period t latency can, for example, be a transmission delay of the light-emitting component, which is preferably the same for all light-emitting components in the series circuit.
  • undefined states can occur during a switching phase because the power consumption of the individual light-emitting components 100 changes, and this change is not compensated for or is compensated for only slowly when using energy-efficient DC-DC converters, as indicated here by reference numeral 218.
  • Such an undefined state can lead to transmission errors and thus to faulty control of the light-emitting components 100.
  • a blocking unit 220 can be provided, which blocks the digital inputs for the duration of the switching phase.
  • the duration of the switching phase can be determined from an empirically determined value or derived from the previously determined number of light-emitting components 100 in the series circuit.

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Abstract

Lichtemittierendes Bauelement (100) mit einem Leuchtmittel (112) und einer integrierten Schaltung (114). Die integrierte Schaltung (114) ist dazu eingerichtet, einen seriellen Datenstrom, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelementen codiert sind, zu empfangen, einen Helligkeitswert für das Leuchtmittel (112) dem seriellen Datenstrom zu entnehmen sowie anhand des empfangenen seriellen Datenstroms einen Umschaltzeitpunkt für die Ansteuerung des Leuchtmittels (112) auf den Helligkeitswert zu bestimmen. Schließlich ist die integrierte Schaltung (114) eingerichtet, das Leuchtmittel (112) an dem bestimmten Umschaltzeitpunkt auf den Helligkeitswert einzustellen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauelement mit mindestens einem Leuchtmittel und einer integrierten Schaltung sowie ein Verfahren zu dessen Ansteuerung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein transparentes Display mit einer Vielzahl derartiger lichtemittierender Bauelemente.
  • Transparente Displays mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise ist der Aufbau einer solchen transparenten Anzeige in der EP 2 879 120 A1 beschrieben. Die lichtemittierenden Bauelemente werden auf einem transparenten Träger, z.B. einer Glasscheibe, aufgebracht und mittels einer transparenten und elektrisch leitenden Beschichtung kontaktierbar gemacht. Die Beschichtung ist auf dem transparenten Träger so strukturiert, dass die lichtemittierenden Bauelemente sowohl mit Strom als auch mit Ansteuersignalen versorgt werden können.
  • Bekannte transparente und elektrisch leitende Beschichtungen auf Glasscheiben oder Kunststofffolien haben einen hohen Flächenwiderstand, der z.B. zwischen 1 und 6 Ohm pro Flächeneinheit (Ohm/sq) liegen kann. Im Vergleich dazu hat eine Kupferschicht auf einer Leiterplatte einen Flächenwiderstand von 0,5 mOhm/sq. Der hohe Flächenwiderstand der bekannten Beschichtungen hat zur Folge, dass die elektrische Energie nur mit hohen Verlusten zu den lichtemittierenden Bauelementen transportiert werden kann. Darüber hinaus können auch Ansteuersignale nicht ohne weiteres wie bei einer normalen Leiterplatte übertragen werden.
  • Wie in EP 2 879 120 A1 gezeigt, können die Ansteuersignale für die lichtemittierenden Bauelemente über einzelne Zu- und Rückleitungen übertragen werden, die mit einem Laser in die elektrisch leitende Beschichtung strukturiert werden. Das Lasern einer Vielzahl von Leiterbahnen ist jedoch aufwändig und führt zu steigenden Produktionskosten. Auch sind viele eng aneinander liegende Strukturen bei näherer Betrachtung sichtbar und für ein transparentes Display nicht erwünscht. Zudem erfordern die vielen Zu- und Rückleitungen eine aufwändige Verbindungstechnik am Rand des transparenten Displays.
  • DE 10 2018 107 309 A1 adressiert diese Probleme und schlägt zum einen eine besondere Strukturierung der Beschichtung und zum anderen die Verwendung aktiver lichtemittierender Bauelemente vor. Aktive lichtemittierende Bauelemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem gemeinsamen Gehäuse neben einem Leuchtmittel, üblicherweise in Form einer oder mehrerer LEDs, eine Ansteuerschaltung integrieren, die in der Lage ist, ein digitales Datensignal zu verarbeiten und darauf basierend das Leuchtmittel auf einen definierten Helligkeitswert anzusteuern. Aktive lichtemittierende Bauelemente, die auch als Smart-LED oder Pixel-LED bezeichnet werden, können in Reihe geschaltet werden, wobei jedes Element von einer zentralen Steuerung einzeln adressierbar ist. Die Verwendung von aktiven lichtemittierenden Bauelementen in Reihenschaltung kann den Verdrahtungsaufwand und die Verbindungstechnik erheblich vereinfachen, wodurch eine einfachere und effektivere Strukturierung der transparenten leitenden Beschichtung möglich wird.
  • Bei aktiven lichtemittierenden Bauelementen kann der tatsächliche Strombedarf in Abhängigkeit von der eingestellten Helligkeit stark schwanken. Durch die individuelle Ansteuerung der aktiven lichtemittierenden Bauelemente in Verbindung mit den hohen Zuleitungswiderständen ist der Spannungsabfall an den einzelnen lichtemittierenden Bauelementen daher starken Schwankungen unterworfen. Üblicherweise werden aktive lichtemittierende Bauelemente mit einer konstanten Spannung von z.B. 5V oder 12V betrieben, die von einer gemeinsamen, ebenfalls konstanten Spannungsversorgung am transparenten Substrat bereitgestellt wird. Die konstante Spannungsversorgung des transparenten Substrats, die hohen Zuleitungswiderstände der transparenten und leitfähigen Beschichtung sowie der variable Stromverbrauch der aktiven lichtemittierenden Bauelemente können jedoch dazu führen, dass die tatsächlich an den Bauelementen anliegende Betriebsspannung außerhalb der zulässigen Spezifikation der aktiven lichtemittierenden Bauelemente liegt und es zu einem undefinierten Verhalten des lichtemittierenden Bauelements kommen kann. Ebenso führen die schwankenden Spannungspegel dazu, dass bei der Datenübertragung nicht auf gemeinsame Bezugspotentiale zurückgegriffen werden kann, was zu Übertragungsfehlern führen kann. Marktübliche aktive lichtemittierende Bauelemente können daher nicht ohne weiteres für transparente Displays der genannten Art verwendet werden.
  • DE 10 2018 107 309 A1 schlägt hierzu vor, einerseits eine Zenerdiode parallel zu den Versorgungsanschlüssen des lichtemittierenden Bauelements zu schalten und andererseits die Datenleitung durch einen Koppelkondensator zwischen jeweils zwei benachbarten Bauelementen zu entkoppeln. Die Zenerdiode bewirkt, dass unabhängig von der jeweiligen Helligkeit immer eine konstante Spannung am lichtemittierenden Bauelement anliegt. Dies hat zur Folge, dass bei einem hell eingestellten lichtemittierenden Bauelement die meiste Energie in das Bauelement fließt und bei einem dunkel eingestellten Bauelement die Energie in Form von Wärme über die Zenerdiode abgegeben wird. Auf diese Weise können aktive lichtemittierende Bauelemente mit konstanter Spannung innerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden, allerdings mit geringer Energieeffizienz. Der Koppelkondensator trennt die Datenleitung zwischen den Bauelementen. Auf der einen Seite stellt sich der Spannungspegel des sendenden Bauelements ein, auf der anderen Seite der Spannungspegel des empfangenden Bauelements. Letzteres kann durch einen Pull-Down-Widerstand oder eine Diode realisiert werden. Die Entkopplung verbessert die Datenübertragung zwischen den Bauelementen, da sich definierte Spannungspegel einstellen. Gemäß den in der DE 10 2018 107 309 A1 gezeigten Maßnahmen können grundsätzlich marktübliche aktive lichtemittierende Bauelemente für großflächige transparente Displays verwendet werden.
  • Werden jedoch für bestimmte Anwendungen sehr hell leuchtende lichtemittierende Bauelemente mit hohem Stromverbrauch benötigt, beispielsweise weil die transparenten Displays auch bei Tageslicht im Außenbereich betrieben werden sollen oder wenn Energieeffizienz im Vordergrund steht, reichen die in DE 10 2018 107 309 A1 beschriebenen Maßnahmen nicht aus, um einen effizienten Betrieb fehlerfrei zu ermöglichen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes lichtemittierendes Bauelement mit einem Leuchtmittel und einer integrierten Schaltung anzugeben, das einen effizienten Betrieb von transparenten Displays ermöglicht, bei denen helle Leuchtmittel benötigt werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe, einen energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen sowie Fehler bei der Ansteuerung des lichtemittierenden Bauelements aufgrund von Übertragungsfehlern der Ansteuersignale zu minimieren.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird diese Aufgabe durch ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Leuchtmittel und einer integrierten Schaltung gelöst, wobei die integrierte Schaltung dazu eingerichtet ist, einen seriellen Datenstrom zu empfangen, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelementen codiert sind, einen Helligkeitswert für das Leuchtmittel aus dem seriellen Datenstrom zu entnehmen, anhand einer Länge des empfangenen seriellen Datenstroms einen Umschaltzeitpunkt zur Ansteuerung des Leuchtmittels auf den Helligkeitswert zu bestimmen und das Leuchtmittel zu dem bestimmten Umschaltzeitpunkt auf den Helligkeitswert einzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines lichtemittierenden Bauelements mit einem Leuchtmittel und einer integrierten Schaltung, mit den Schritten:
    • Empfangen eines seriellen Datenstroms, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelement codiert sind;
    • Entnehmen eines Helligkeitswerts für das Leuchtmittel aus dem seriellen Datenstrom;
    • Bestimmen eines Umschaltzeitpunkts für die Ansteuerung des Leuchtmittels auf den Helligkeitswert anhand einer Länge des empfangenen seriellen Datenstroms; und
    • Einstellen des Leuchtmittels auf den Helligkeitswert an dem bestimmten Umschaltzeitpunkt.
  • Es ist somit eine Idee der vorliegenden Erfindung, ein aktives lichtemittierendes Bauelement so auszubilden, dass es aus einem Ansteuersignal einen Umschaltzeitpunkt ermitteln kann, zu dem das Leuchtmittel auf den gewünschten Helligkeitswert eingestellt werden soll. Das aktive lichtemittierende Bauelement kann dann erst zu dem ermittelten Umschaltzeitpunkt das Leuchtmittel auf den aus dem Datenstrom ausgelesenen Helligkeitswert einstellen. Diese Ausgestaltung des einzelnen lichtemittierenden Bauelements ermöglicht es, dass mehrere hintereinander geschaltete derartige Bauelemente einen gemeinsamen Umschaltzeitpunkt bestimmen, zu dem sie gleichzeitig ihre jeweiligen Leuchtmittel auf die aus dem Ansteuersignal entnommenen Werte einstellen. Mit anderen Worten können auf diese Weise mehrere in Reihe geschaltete Bauelemente so synchronisiert werden, dass sie nahezu gleichzeitig umschalten und ihre Stromaufnahme zu einem bestimmten Zeitpunkt ändern.
  • Die Synchronisation ermöglicht ein definiertes zeitliches Verhalten aller in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelemente, auf das sowohl die einzelnen Bauelemente als auch die zentrale Steuerung abgestimmt werden können. Auf diese Weise kann z. B. die Datenübertragung oder die Stromversorgung besser koordiniert werden, um die lichtemittierenden Bauelemente effizienter zu betreiben oder eine zuverlässige Kommunikation zwischen ihnen und einer Steuerung zu gewährleisten. So können auch lichtemittierende Bauelemente mit hohem Strombedarf auf Strukturen betrieben werden, die nicht für eine derart hohe Leistungsübertragung ausgelegt sind, wie z. B. transparente Displays, bei denen eine Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen auf einem transparenten Substrat angeordnet und mit einer teiltransparenten, leitfähigen Beschichtung verbunden sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung eingerichtet sein, die Einstellung des Leuchtmittels auf den Helligkeitswert bis zu dem Umschaltzeitpunkt zu verzögern.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Umschaltzeitpunkt als Offset ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Umschaltzeitpunkt als Verzögerung relativ zu einem Empfang des Datensignals oder einer bestimmten Markierung im Datensignal ausgebildet sein, wodurch eine Synchronisation einfach realisierbar ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung dazu eingerichtet sein, den Helligkeitswert für das Leuchtmittel bis zum Umschaltzeitpunkt zwischenzuspeichern.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Helligkeitswert von der integrierten Schaltung zwischengespeichert werden. Auf diese Weise ist die Ansteuerung des Leuchtmittels unabhängig vom Empfang des Datensignals, so dass auch bei in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelementen, die ein Datensignal zeitlich nacheinander empfangen, ein synchronisiertes Schalten möglich ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung dazu eingerichtet sein, die Einstellung des Helligkeitswerts des Leuchtmittels für eine definierte Umschaltzeit zu blockieren. Insbesondere kann die integrierte Schaltung dazu eingerichtet sein, einen Eingang, über den der serielle Datenstrom empfangen wird, insbesondere um den Umschaltzeitpunkt für eine definierte Umschaltzeit vorübergehend zu blockieren.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann die integrierte Schaltung verhindern, dass eine Helligkeitsänderung während einer definierten Zeitspanne stattfindet. Die integrierte Schaltung kann beispielsweise einen Eingang, an dem das Datensignal empfangen wird, für die genannte Zeitspanne abschalten oder ein empfangenes Datensignal ignorieren. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass während einer Umschaltphase Daten empfangen werden oder das Leuchtmittel auf nicht korrekt empfangene Helligkeitswerte eingestellt wird. Die Ausgestaltung trägt somit vorteilhaft zu einem robusten und fehlerfreien Betrieb bei.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung dazu ausgebildet sein, den Umschaltzeitpunkt anhand einer Länge des seriellen Datenstroms zu bestimmen. Insbesondere kann die Länge des empfangenen seriellen Datenstroms durch eine Anzahl empfangener Bits vom Empfang des Helligkeitswertes bis zu einem den seriellen Datenstrom abschließenden Codewort definiert sein.
  • Gemäß dieser Ausführungsform bestimmt die integrierte Schaltung den Umschaltzeitpunkt aus der Länge des an dem lichtemittierenden Bauelement ankommenden Signals. So ist es möglich, auf ein spezielles Datenelement oder Codewort innerhalb des seriellen Datenstroms zu verzichten, über das dem lichtemittierenden Bauelement der Umschaltzeitpunkt mitgeteilt wird. Vorteilhaft ist auch, dass bekannte serielle Protokolle verwendet werden können, ohne neue Datenelemente einführen zu müssen. Die Übermittlung eines gemeinsamen Umschaltzeitpunktes ist damit besonders einfach zu realisieren.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung dazu eingerichtet sein, den seriellen Datenstrom an eine Anzahl N weiterer lichtemittierender Bauelemente weiterzuleiten und die Anzahl N aus der Länge des seriellen Datenstroms zu bestimmen. Insbesondere kann die integrierte Schaltung dazu eingerichtet sein, den Umschaltzeitpunkt durch Multiplikation der Anzahl N mit einer definierten Latenzzeit tlatenz des lichtemittierenden Bauelements zu bestimmen, wobei die Multiplikation der Anzahl N mit der definierten Latenzzeit tlatenz des lichtemittierenden Bauelements einen Zeitversatz definiert und der Umschaltzeitpunkt durch den Zeitversatz in Bezug auf einen Signaleingang des seriellen Datenstroms an dem lichtemittierenden Bauelement oder in Bezug auf den Empfang eines in dem seriellen Datenstrom enthaltenen Codeworts definiert ist.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Umschaltzeitpunkt besonders einfach und effektiv aus dem seriellen Datensignal ermittelt werden, ohne dass hierfür weitere Informationen erforderlich sind, die gesondert an das lichtemittierende Bauelement übertragen werden müssen. Die Latenzzeit tlatenz kann vorteilhafterweise ein Parameter sein, der für einen bestimmten Typ von lichtemittierenden Bauelement spezifisch und für alle lichtemittierenden Bauelemente dieses Typs gleich ist. Mit Hilfe der so bestimmten Anzahl von Bauelementen lässt sich dann leicht bestimmen, wann das letzte Bauelement in der Reihenschaltung das Datensignal empfangen hat und zur Helligkeitsänderung bereit ist. Das lichtemittierende Bauelement, das den Zeitpunkt bestimmt hat, muss mindestens so lange warten, bis es mit allen Bauelementen gleichzeitig umschalten kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die integrierte Schaltung dazu ausgebildet sein, den Helligkeitswert für das Leuchtmittel aus dem seriellen Datenstrom zu entnehmen und aus diesem zu löschen.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung ist es einem einzelnen Bauelement auf einfache Weise möglich, den seriellen Datenstrom derart zu verändern, dass nachfolgende Bauelemente aus dem veränderten Datenstrom einen Parameter zur Bestimmung des Umschaltzeitpunktes ableiten können. Vorzugsweise ermöglicht diese Ausgestaltung, dass bekannte Übertragungsprotokolle für die Kommunikation weiter verwendet werden können und keine Änderungen an den Übertragungsprotokollen für die Implementierung der Zeitsynchronisation vorgenommen werden müssen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann das lichtemittierende Bauelement einen Spannungsregler, insbesondere einen Gleichspannungswandler, aufweisen, der eine konstante Betriebsspannung für das lichtemittierende Bauelement bereitstellt. Insbesondere kann der Spannungsregler dazu ausgebildet sein, die Betriebsspannung in Abhängigkeit von einem Strom durch das lichtemittierende Bauelement einzustellen.
  • Durch einen Spannungsregler kann eine konstante Spannung an dem lichtemittierenden Bauelement bereitgestellt werden, die eine schwankende Versorgungsspannung ausgleicht. Im Vergleich zu einem passiven Element kann ein Spannungsregler eine gewünschte Spannung verlustärmer und damit effizienter einstellen. Darüber hinaus kann ein Spannungsregler so gewählt werden, dass bei nicht zu starken Schwankungen am Eingang eine gleichmäßige Stromaufnahme erreicht wird. Dadurch kann eine stark gepulste Stromsenke vermieden werden, die im Mittel einen höheren Energieverbrauch im Zuleitungswiderstand verursacht als eine gleichmäßige Stromentnahme. Vorteilhaft ist es, wenn der Spannungsregler seine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Helligkeit der LED, d.h. in Abhängigkeit vom aktuellen Strom, der durch die LED fließt, anheben oder absenken kann. Auch dies ermöglicht eine weniger gepulste Ansteuerung des lichtemittierenden Bauelements, indem das Leuchtmittel durch einen geringen Strom anstellt einer stärker gepulsten Ansteuerung gedimmt wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann das Leuchtmittel zwei oder mehr, insbesondere drei, Leuchtdioden aufweisen, und der empfangene Helligkeitswert beinhaltet einen separaten Helligkeitswert für jede der zwei oder mehr Leuchtdioden.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Leuchtmittel aus farbigen Leuchtdioden eine Vielzahl von Farben erzeugen, indem Leuchtdioden in verschiedenen Grundfarben mit unterschiedlichen Helligkeiten betrieben werden. Der empfangene Helligkeitswert kann in diesem Fall mehrere einzelne Helligkeitswerte für die Vielzahl von Leuchtdioden enthalten, die von dem Bauelement ausgelesen und zur Ansteuerung der Leuchtdioden verwendet werden. Eine zeitliche Synchronisation einer Vielzahl solcher lichtemittierender Bauelemente kann auch hier durch das zuvor beschriebene Verfahren erreicht werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung können das Leuchtmittel und die integrierte Schaltung von einer gemeinsamen Stromversorgung gespeist werden. Insbesondere können das Leuchtmittel und die integrierte Schaltung in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise einem 5050-Gehäuse, angeordnet sein, das vier externe Anschlüsse aufweist.
  • Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das lichtemittierende Bauelement besonders klein und platzsparend ausgebildet werden kann und sich daher besonders für den Einsatz auf einem transparenten Substrat eignet. Je kleiner das Bauelement ausgebildet ist, desto weniger Fläche wird durch das Bauelement auf dem transparenten Substrat beansprucht und bedeckt.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein transparentes Display gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
    Fig. 2
    eine erste Variante des in Fig. 1 gezeigten transparenten Displays,
    Fig. 3
    eine zweite Variante des in Fig. 1 gezeigten transparenten Displays,
    Fig. 4
    ein einzelnes lichtemittierendes Bauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Darstellung, und
    Fig. 5
    eine funktionale Struktur einer integrierten Schaltung eines lichtemittierenden Bauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt ein transparentes Display gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die transparente Anzeige wird hier insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
  • Das transparente Display 10 weist ein zumindest teilweise transparentes Substrat 12 auf, beispielsweise eine Glasscheibe oder eine Verbundglasscheibe. Das transparente Substrat 12 erstreckt sich flächig in der hier gezeigten x-y-Ebene. Eine Dicke des Substrats in z-Richtung ist um ein Vielfaches kleiner als die jeweilige Ausdehnung in x- und y-Richtung. Auf dem transparenten Substrat 12 ist eine Vielzahl von in Reihe angeordneten lichtemittierenden Bauelementen 100 als elektrische Verbraucher angeordnet. Die lichtemittierenden Bauelemente 100 sind, wie nachfolgend noch erläutert wird, insbesondere für eine Reihenschaltung ausgebildet und vorzugsweise einzeln ansteuerbar, um unterschiedliche Farben und/oder Helligkeiten darzustellen.
  • Die lichtemittierenden Bauelemente 100 benötigen eine in der Regel konstante Versorgungsspannung, die über einen ersten Anschluss 102 und einen zweiten Anschluss 104 an das jeweilige lichtemittierende Bauelement 100 anlegbar ist. Der erste und der zweite Anschluss 102, 104 werden nachfolgend auch als Versorgungsanschlüsse bezeichnet. Ein dritter Anschluss 106 des lichtemittierenden Bauelements ist ein Eingangsanschluss, über den ein Datensignal empfangen werden kann. Über einen vierten Anschluss 108 als Ausgangsanschluss kann das lichtemittierende Bauelement 100 ein Datensignal ausgeben. Über eine Hintereinanderschaltung der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind die lichtemittierenden Bauelemente 100 in Reihe geschaltet.
  • Die Verbindung zwischen den Ein- und Ausgangsanschlüssen sowie die Verbindung der Versorgungsanschlüsse mit den jeweiligen Versorgungspotentialen erfolgt über eine elektrisch leitende und teiltransparente Beschichtung 14 des transparenten Substrats 12. Die Beschichtung kann beispielsweise durch ein nasschemisches Verfahren hergestellt werden und beispielsweise einen Verbund aus ZnO - SnO2, ZnO - In2O3, ZnO - Ga2O3 und Ga2O3 - Sb2O5 beinhalten. Teiltransparent bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schicht zu mindestens 50% transparent ist.
  • Die teiltransparente und elektrisch leitende Beschichtung 14 ist auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 12 aufgebracht, auf der auch die Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen angeordnet sein kann. Die Beschichtung 14 kann ähnlich einer Kupferbeschichtung einer Leiterplatte mit Leiterbahnen strukturiert sein. Die Strukturierung kann beispielsweise durch Lasern der Beschichtung 14 erfolgen. Da die Beschichtung 14 transparent ist, bleibt auch das transparente Display 10 weitestgehend transparent. Darüber hinaus kann das transparente Display 10 neben dem transparenten Substrat 12 und der elektrisch leitenden Beschichtung 14 weitere Schichten, beispielsweise eine abschließende transparente Deckschicht, aufweisen, die die lichtemittierenden Bauelemente 100 auf ihrer Lichtaustrittsseite bedeckt, so dass die lichtemittierenden Bauelemente 100 zwischen dem transparenten Substrat 12 und der Deckschicht eingeschlossen sind. Das transparente Display 10 kann somit ein mehrschichtiges Verbundglas sein.
  • Im Gegensatz zu einer Kupferbeschichtung ist der spezifische Flächenwiderstand der teiltransparenten, elektrisch leitenden Beschichtung 14 etwa 2000- bis 10.000-mal höher als der Flächenwiderstand einer üblichen Kupferbeschichtung einer Leiterplatte. Bekannte Verbindungstechniken mittels einer intransparenten Beschichtung auf einem Trägermaterial, wie z.B. bei einer starren oder flexiblen Leiterplatte mit Metallbeschichtung, können daher nicht ohne weiteres angewendet werden. Vielmehr müssen die Zuleitungen zu den lichtemittierenden Bauelementen speziell strukturiert sein, um die lichtemittierenden Bauelemente effektiv betreiben zu können.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Zuleitungen zu den lichtemittierenden Bauelementen 100 nicht als Leiterbahnen, sondern als flächige Segmente der teiltransparenten und leitenden Beschichtung 14 ausgebildet. Ein erstes Segment 16 und ein zweites Segment 18 verbinden die lichtemittierenden Bauelemente 100 mit einem ersten Versorgungsanschluss 20 und mit einem zweiten Versorgungsanschluss 22, an die eine konstante Versorgungsspannung anlegbar ist. Für einen gleichmäßigen Spannungsabfall an den lichtemittierenden Bauelementen 100 können das erste Segment 16 und das zweite Segment 18, wie hier dargestellt, so ausgebildet sein, dass sie sich von den Versorgungsanschlüssen 20, 22 aus entlang der Reihenschaltung verjüngen. Es sind jedoch auch andere Strukturen denkbar, wenn diese eine gleichmäßige Spannungsversorgung an den einzelnen lichtemittierenden Bauelementen 100 begünstigen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung beschränkt.
  • Ein drittes Segment 24 bildet die Datenleitung zwischen den einzelnen lichtemittierenden Elementen und kann aus einer Vielzahl von einzelnen Segmentabschnitten 26 gebildet sein, die in der Zeichnung schematisch durch Pfeile angedeutet sind. Das dritte Segment 24 ist um ein Vielfaches kleiner als das erste und das zweite Segment 16, 18, da für die Datenübertragung weniger Leistung übertragen werden muss. Dennoch wird auch die Datenübertragung durch die geringe Leitfähigkeit der teiltransparenten und leitenden Beschichtung 14 beeinflusst, was jedoch durch die Strukturierung des Segments nicht wesentlich verbessert werden kann.
  • Die Segmentabschnitte 26 verbinden die lichtemittierenden Bauelemente 100 in einer Reihenschaltung sowie mit mindestens einem Signalanschluss 28 des transparenten Substrats 12. Über das dritte Segment 24 wird ein an dem Signalanschluss 28 anliegendes Datensignal an die lichtemittierenden Bauelemente 100 übertragen.
  • Fig. 2 und 3 zeigen Varianten des in Fig. 1 gezeigten transparenten Displays 10. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen hier gleiche Elemente wie zuvor in Fig. 1 und auf eine gesonderte Beschreibung wird im Folgenden verzichtet.
  • Die Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 unterscheiden sich von Fig. 1 durch die Anordnung der lichtemittierenden Elemente 100 in einer Matrixanordnung 30 sowie durch eine entsprechend geänderte Strukturierung der Anschlusssegmente (erstes und zweites Segment 16, 18).
  • Die Matrixanordnung 30 gemäß Fig. 2 und 3 umfasst hier beispielhaft 4 Zeilen und 8 Spalten mit insgesamt 32 lichtemittierenden Bauelementen 100. Die lichtemittierenden Bauelemente 100 sind in jeder Zeile, wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1 angedeutet, über eine Vielzahl von Segmentabschnitten 26 in Reihe geschaltet. Zusätzlich verbindet jeweils ein Segmentabschnitt 32 am Anfang und am Ende einer Zeile die einzelnen Zeilen miteinander. Auf diese Weise ergibt sich eine durchgehende Reihenschaltung aller lichtemittierenden Bauelemente 100 der Matrixanordnung 30.
  • Wie bereits in Fig. 1 gezeigt, verbindet das erste Segment 16 alle lichtemittierenden Bauelemente 100 mit einem ersten Versorgungsanschluss 20 und das zweite Segment 18 alle lichtemittierenden Bauelemente 100 mit einem zweiten Versorgungsanschluss 22. Das erste Segment 16 und das zweite Segment 18 sind kammartig ausgebildet und weisen pro Zeile jeweils einen Segmentabschnitt 34 auf. Die Segmentabschnitte 34 erstrecken sich entlang der Zeilen und greifen abwechselnd ineinander.
  • Die Ausführungen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 unterscheiden sich in der Ausgestaltung der ersten und zweiten Segmente 16, 18. In Fig. 2 sind die Segmentabschnitte 34 der einzelnen Zeile jeweils blockförmig ausgebildet und überdecken eine möglichst große Fläche. In Fig. 3 sind die Segmentabschnitte 34, ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 1, zackenförmig ausgebildet und verjüngen sich entlang der Zeile. Es versteht sich von selbst, dass die beiden gezeigten Ausgestaltungen nur beispielhaft zu verstehen sind. Je nach gewünschter elektrischer Eigenschaft der Zuleitung kann auch eine andere Strukturierung der ersten und zweiten Segment 16, 18 und deren Segmentabschnitt 34 gewählt werden.
  • Die transparenten Displays 10 gemäß der Fig. 1 bis 3 können über den Signalanschluss 28 mit einer Steuerung (hier nicht dargestellt) verbunden werden. Die Steuerung liest Darstellungsinformationen ein und bereitet diese für die Anzeige auf dem transparenten Display 10 auf. Die Steuerung kann als Mikrocontroller, FPGA, ASIC, DSP oder als System on Chip (SoC) ausgeführt sein. In verschiedenen Ausführungen kann die Steuerung beispielsweise in Form eines RaspberryPis oder eines Arduino realisiert sein. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Ausführung beschränkt.
  • Die Steuerung kann Bildinformationen einlesen und daraus Helligkeitswerte für die einzelnen lichtemittierenden Bauelemente 100 ermittelt. Anschließend codiert die Steuerung die Helligkeitswerte in einen seriellen Datenstrom und überträgt diesen als Datensignal an die lichtemittierenden Bauelemente 100. In einer Ausführungsform können die Helligkeitswerte für alle lichtemittierenden Bauelemente 100 entsprechend der Anordnung der lichtemittierenden Bauelemente 100 in der Reihenschaltung sequentiell in den seriellen Datenstrom geschrieben werden. Jedes lichtemittierende Bauelement 100 kann den für sich ermittelten Helligkeitswert aus dem Datenstrom entnehmen und darstellen. Auf diese Weise kann das von der Steuerung eingelesene Bild auf dem transparenten Display 10 angezeigt werden. Es versteht sich von selbst, dass durch wiederholtes Ausführen dieses Vorgangs auch bewegte Bilder dargestellt werden können.
  • Die Übertragung der Helligkeitswerte und deren Entnahme aus dem Datenstrom wird nachfolgend näher erläutert. Zunächst wird jedoch unter Bezugnahme auf Fig. 4 ein einzelnes lichtemittierendes Bauelement 100 näher erläutert.
  • Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein einzelnes lichtemittierendes Bauelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das lichtemittierende Bauelement ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet.
  • Das lichtemittierende Bauelement 100 ist aus einzelnen Komponenten zusammengesetzt, die in einem gemeinsamen Gehäuse 110 angeordnet sein können. Die einzelnen Komponenten können beispielsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte miteinander verbunden sein. Das lichtemittierende Bauelement 100 weist die bereits beschriebenen vier Anschlüsse 102, 104, 106, 108 auf, über die die in dem Gehäuse 110 angeordneten Komponenten von außen kontaktierbar sind. Zu den vier Anschlüssen gehören die beiden Versorgungsanschlüsse 102, 104, über die eine Versorgungsspannung an das lichtemittierende Bauelement 100 angelegt werden kann, sowie die Signalanschlüsse 106, 108, über die ein Datensignal empfangen bzw. ausgegeben werden kann.
  • Das lichtemittierende Bauelement 100 weist ferner mindestens ein Leuchtmittel 112 sowie eine integrierte Schaltung 114 auf. Das Leuchtmittel 112 kann eine oder mehrere steuerbare Leuchtdioden aufweisen, deren Helligkeit über die integrierte Schaltung 114 steuerbar ist. In einer Ausführungsform kann das Leuchtmittel 112 drei Leuchtdioden aufweisen, die jeweils eine Grundfarbe repräsentieren. Durch Ansteuern der drei Leuchtdioden 112 auf unterschiedliche Helligkeitswerte können die Grundfarben gemischt werden, um unterschiedliche Farben darstellen zu können.
  • Die integrierte Schaltung 114 steuert das Leuchtmittel 112 an und stellt es auf unterschiedliche Helligkeitswerte ein. Die Helligkeitswerte entnimmt die integrierte Schaltung 114 einem am Signalanschluss 106 empfangenen Datensignal. Das Datensignal kann ein digitales Signal sein, bei dem eine Bitfolge einen Helligkeitswert für eine einzelne Leuchtdiode repräsentiert. Die integrierte Schaltung 114 liest die Helligkeitswerte für alle Leuchtdioden des Leuchtmittels 112 aus und steuert die Leuchtdioden entsprechend an, so dass sie die übermittelten Helligkeitswerte darstellen.
  • Das lichtemittierende Bauelement 110 kann ferner einen Spannungsregler 116 aufweisen, der eine an den Versorgungsanschlüssen 102, 104 bereitgestellte elektrische Spannung stabilisiert. Mit der stabilisierten Versorgungsspannung können das lichtemittierende Bauelement 112 und die integrierte Schaltung 114 betrieben werden. Spannungsregler sind in verschiedenen Varianten bekannt, die auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen können. Die Wahl eines geeigneten Spannungsreglers kann für den fehlerfreien Betrieb entscheidend sein und die Energieeffizienz wesentlich beeinflussen. Beispielsweise kann ein einfacher Querregler in Form einer Z-Diode, die parallel zu den Versorgungsanschlüssen 102, 104 geschaltet ist, eine konstante Betriebsspannung an den Verbrauchern, d.h. an dem Leuchtmittel 112 und der integrierten Schaltung 114, einstellen und gleichzeitig eine konstante Leistungsaufnahme ermöglichen, da ein von den Verbrauchern nicht benötigter Strom über die Diode abgeleitet wird. Da der abgeleitete Strom jedoch in Wärme umgewandelt wird, ist eine solche Spannungsregelung wenig energieeffizient.
  • Andere Spannungsregler, wie z.B. aktive Gleichspannungswandler, können eine konstante Versorgungsspannung wesentlich effizienter bereitstellen, jedoch nicht oder nur eingeschränkt bei gleichmäßiger Leistungsaufnahme. Während eine unregelmäßige Leistungsaufnahme, beispielsweise in Form einer gepulsten Stromsenke, bei einer normalen Stromversorgung unproblematisch sein kann, kann eine unregelmäßige Leistungsaufnahme bei hohen Zuleitungswiderständen, wie sie bei den zuvor beschriebenen transparenten Displays 10 auftreten, in Summe weniger effizient sein als eine konstante Leistungsaufnahme, bei der überschüssige Leistung in Wärme umgewandelt wird. Darüber hinaus kann eine schwankende Leistungsaufnahme auch die Datenübertragung zwischen den lichtemittierenden Bauelementen negativ beeinflussen und zu Übertragungsfehlern führen.
  • Um die lichtemittierenden Bauelemente 100 dennoch mit effizienten Spannungsreglern betreiben zu können, kann die integrierte Schaltung 114 dazu ausgebildet sein, das Leuchtmittel 112 in definierter Weise anzusteuern und einen Helligkeitswechsel zu einem definierten Zeitpunkt zu ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass Leistungsschwankungen insbesondere dann auftreten, wenn ein Leuchtmittel von einem Helligkeitswert zu einem anderen Helligkeitswert wechselt. Dadurch, dass durch die integrierte Schaltung 114 ein definierter Zeitpunkt für den Helligkeitswechsel bestimmbar ist und die integrierte Schaltung 114 den Helligkeitswechsel zu dem bestimmten Zeitpunkt herbeiführt, kann eine Synchronisation einer Vielzahl von derart ausgebildeten lichtemittierenden Bauelementen 100 erreicht und die Leistungsschwankungen auf einen definierten Zeitraum begrenzt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 114 dazu eingerichtet sein, einen seriellen Datenstrom zu empfangen, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelementen 100 codiert sind, und dem seriellen Datenstrom einen Helligkeitswert für das Leuchtmittel 112 zu entnehmen. Anhand des empfangenen seriellen Datenstroms kann die integrierte Schaltung 114 einen Umschaltzeitpunkt zum Ansteuern des Leuchtmittels 112 mit dem Helligkeitswert ermitteln und das Leuchtmittel 112 zu dem ermittelten Umschaltzeitpunkt auf den Helligkeitswert einstellen. Der Vorgang im Einzelnen wird mit Bezug auf die Fig. 5 näher erläutert.
  • Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine funktionale Struktur 200 einer integrierten Schaltung 114 eines lichtemittierenden Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Die integrierte Schaltung 114 ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt und kann beispielsweise ein Mikrocontroller, ein ASIC, ein DSP, ein FPGA oder dergleichen sein.
  • Die funktionale Struktur 200 setzt sich aus mehreren Funktionseinheiten zusammen, die gemeinsam die zuvor mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene Art der Ansteuerung des Leuchtmittels realisieren. Die Funktionseinheiten weisen in dem hier dargestellten Beispiel eine Eingangseinheit 202, eine Ausgangseinheit 204, eine Fehlererkennungseinheit 206, eine Dekodierungseinheit 208 sowie eine der Anzahl der anzusteuernden Leuchtdioden 212 entsprechende Anzahl von Pulsweitenmodulationseinheiten 210 auf.
  • Die Eingangseinheit 202 ist mit dem Signalanschluss 106 des lichtemittierenden Bauelements 100 gekoppelt und kann als eine oder mehrere serielle Schnittstellen ausgebildet sein. Die Eingangseinheit 202 empfängt das an dem Signalanschluss 106 anliegende Datensignal. Das Datensignal kann ein elektrisches Signal sein, bei dem definierte Signalpegel diskreten Werten entsprechen. Das Datensignal kann ein binärer Datenstrom sein. Die Eingabeeinheit 202 kann, wie hier dargestellt, zwei redundante Schnittstellen aufweisen, wobei eine Schnittstelle als Rückfallschnittstelle ausgebildet ist und alternativ eingeschaltet wird, wenn an der primären Schnittstelle kein Signal empfangen wird.
  • Die Fehlererkennungseinheit 206 überprüft den Datenstrom auf Fehler und gibt die Weiterverarbeitung frei, wenn der Datenstrom korrekt empfangen wurde. Die Weiterverarbeitung erfolgt durch die Dekodierungseinheit 208, die den Datenstrom decodiert und die für das lichtemittierende Bauelement 100 vorgesehene Helligkeitsinformation, beispielsweise drei Helligkeitswerte mit einer Länge von 8 Bit, aus dem Datenstrom extrahiert. Anschließend erfolgt die Ansteuerung der Leuchtdioden 212 durch die Pulsweitenmodulationseinheiten 210, die die empfangenen Helligkeitswerte in ein pulsweitenmoduliertes Signal umwandeln und an die Leuchtdioden 212 anlegen.
  • Schließlich wird das Datensignal über die Ausgangseinheit 204 ausgegeben und einem nachfolgenden lichtemittierenden Bauelement 100 zur Verfügung gestellt.
  • Die oben beschriebenen Funktionseinheiten sind in dieser oder ähnlicher Weise bereits in bekannten aktiven lichtemittierenden Bauelementen, wie z.B. dem unter der Bezeichnung WS2812B vertriebenen Smart Pixel, realisiert. Das lichtemittierende Bauelement 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung unterscheidet sich hiervor unter anderem durch eine Verzögerungseinheit 214 sowie eine Verzögerungszeitberechnungseinheit 216.
  • Die Verzögerungseinheit 214 ist dazu eingerichtet, die Helligkeitseinstellung der Leuchtdioden 212 für einen definierten Zeitraum zu verzögern, indem beispielsweise eine Übertragung neuer Helligkeitswerte an die Pulsweitenmodulationseinheiten 210 bis zu einem definierten Zeitpunkt unterbunden wird. Die Pulsweitenmodulationseinheiten 210 stellen somit bis zum Ablauf der definierten Zeitspanne das bisherige pulsweitenmodulierte Signal zur Verfügung, auch wenn bereits neue Helligkeitsinformationen an das lichtemittierende Bauelement 100 übertragen wurden. Die Verzögerungseinheit 214 kann einen Timer und einen Zwischenspeicher aufweisen. Im Zwischenspeicher können die Helligkeitswerte für den definierten Zeitraum gespeichert werden. Der Timer kann zu einem einstellbaren Zeitpunkt eine Weiterverarbeitung der zwischengespeicherten Werte veranlassen.
  • Die Verzögerungszeitberechnungseinheit 216 ist dazu ausgebildet, die definierte Zeitdauer zu ermitteln und einen entsprechenden Wert beispielsweise dem Timer zur Verfügung zu stellen. Mit anderen Worten ist die Verzögerungszeitberechnungseinheit 216 dazu eingerichtet, einen Umschaltzeitpunkt zu bestimmen, zu dem das lichtemittierende Bauelement 100 die Helligkeitsänderung des Leuchtmittels 212 vornimmt. Die Berechnung erfolgt anhand des empfangenen Datenstroms, beispielsweise anhand eines darin enthaltenen Werts oder vorteilhafterweise auch anhand einer Länge des empfangenen Datenstroms erfolgen.
  • Bei einer Berechnung anhand der Länge des empfangenen Datenstroms ist die Berechnung vorteilhaft nicht an eine Decodierung des Datenstroms gebunden. So kann bspw. anhand der Länge des Datenstroms die Anzahl der nachfolgenden lichtemittierenden Bauelemente ermittelt werden und anhand der ermittelten Anzahl kann abgeschätzt werden, wann auch das letzte lichtemittierende Bauelement in der Reihenschaltung den Datenstrom empfangen hat und somit bereit ist, die Helligkeitswerte zu schalten. Mit dieser Information kann für jedes lichtemittierende Bauelement 100 individuell bestimmt werden, wann es schalten muss, damit alle lichtemittierenden Bauelemente 100 gleichzeitig die Helligkeitsänderung vornehmen. Die Abschätzung kann auf der Grundlage einer bekannten Übertragungsverzögerung eines lichtemittierenden Bauelements 100 und unter der Annahme erfolgen, dass die Übertragungsverzögerung für alle Bauelemente gleich ist oder sich in definierter Weise mit der Zeit ändert.
  • Die Verwendung der Länge des Datenstroms zur Bestimmung des Umschaltzeitpunktes hat zudem den Vorteil, dass bestehende Übertragungsprotokolle weiterverwendet werden können, da keine zusätzlichen Daten übertragen werden müssen. Darüber hinaus begünstigen gängige Übertragungsprotokolle das genannte Verfahren, da die Daten in einer Weise übertragen werden, die eine Abschätzung der Anzahl der nachfolgenden Bauelemente erleichtert. Beispielsweise übertragen die gebräuchlichen Protokolle zunächst die Helligkeitsinformation des ersten lichtemittierenden Bauelements und dann die der nachfolgenden in absteigender Reihenfolge. Schließlich wird der Datenstrom durch ein definiertes Codewort als Stoppmarke, z. B. ein Nullsignal von einigen Mikrosekunden, abgeschlossen.
  • Dadurch, dass ein lichtemittierendes Bauelement 100 nicht nur seine zugehörige Helligkeitsinformation ausliest, sondern diese auch aus dem Datenstrom entfernt und den so modifizierten Datenstrom an die nachfolgenden Bauelemente weiterleitet, wird nicht nur das Auslesen des Datenstroms vereinfacht, da jedes Bauelement nur den ersten Informationsblock des Datenstroms auslesen muss, sondern auch die Bestimmung eines individuellen Umschaltzeitpunkts, da die Länge des Datenstroms an jedem Bauelement individuell ist und der tatsächlichen Länge von dem Beginn des Datenstroms bis zur Stoppmarke entspricht.
  • Aus der Länge des anliegenden Datenstroms kann die Verzögerungszeitberechnungseinheit 216 direkt die Anzahl der nachfolgenden Bauelemente bestimmen, indem sie die Länge durch die feste Länge eines einzelnen Helligkeitsinformationsblocks (z.B. 24 Bit) dividiert. Die Anzahl kann anschließend mit einer vordefinierten Zeitspanne tLatenz multipliziert werden, um die individuelle Verzögerungszeitspanne und damit den Schaltzeitpunkt zu berechnen, zu dem das lichtemittierende Bauelement schalten muss, damit es gleichzeitig mit allen anderen lichtemittierenden Bauelementen in der Reihenschaltung schaltet. Die vordefinierte Zeitspanne tLatenz kann z. B. eine Übertragungsverzögerung des lichtemittierenden Bauelements sein, die vorzugsweise für alle lichtemittierenden Bauelemente der Reihenschaltung gleich ist.
  • Wie bereits erläutert, kann es während einer Umschaltphase zu undefinierten Zuständen kommen, da sich die Leistungsaufnahme der einzelnen lichtemittierenden Bauelemente 100 ändert und diese Änderung bei Verwendung von energieeffizienten Gleichspannungswandlern, wie sie hier mit der Bezugsziffer 218 angegeben sind, nicht oder nur langsam ausgeglichen wird. In einem solchen undefinierten Zustand kann es zu Übertragungsfehlern und damit zu einer fehlerhaften Ansteuerung der lichtemittierenden Bauelemente 100 kommen.
  • Um dies zu verhindern, kann eine Blockierungseinheit 220 vorgesehen sein, die die digitalen Eingänge für die Dauer der Umschaltphase blockiert. Die Dauer der Umschaltphase kann aus einem empirisch ermittelten Wert bestimmt oder aus der zuvor ermittelten Anzahl der lichtemittierenden Bauelemente 100 der Reihenschaltung hergeleitet werden. Während einer definierten Umschaltphase wird bei dieser Anordnung keine Helligkeitsinformation an der Eingangseinheit 202 ausgelesen bzw. der ausgelesene Wert verworfen, um verfälschte Helligkeitswerte auszuschließen.
  • Übertragungsfehler können so aufgrund der bekannten Umschaltzeiten effektiv und effizient vermieden werden. Gleichzeitig kann die Energieeffizienz verbessert werden, da eine ungleichmäßige Leistungsaufnahme der einzelnen lichtemittierenden Bauelemente 100 bis zu einem definierten Grad toleriert werden kann und somit der Einsatz von energieeffizienten Gleichspannungswandlern 218 zur Stabilisierung der Spannungsversorgung an den einzelnen lichtemittierenden Bauelementen 100 möglich wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Ausführungsbeispiele nur exemplarisch sind und weitere Varianten einzelner Komponenten möglich sind, um Ausgestaltungen der nachfolgenden Ansprüche zu realisieren. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt und ist nicht durch die in der Beschreibung erläuterten oder in den Figuren dargestellten Merkmale begrenzt.

Claims (15)

  1. Lichtemittierendes Bauelement (100) mit einem Leuchtmittel (112) und einer integrierten Schaltung (114), wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist,
    - einen seriellen Datenstrom, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelementen codiert sind, zu empfangen,
    - einen Helligkeitswert für das Leuchtmittel (112) dem seriellen Datenstrom zu entnehmen,
    - anhand einer Länge des empfangenen seriellen Datenstroms einen Umschaltzeitpunkt für die Ansteuerung des Leuchtmittels (112) auf den Helligkeitswert zu bestimmen, und
    - das Leuchtmittel (112) an dem bestimmten Umschaltzeitpunkt auf den Helligkeitswert einzustellen.
  2. Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, das Einstellen des Leuchtmittels (112) auf den Helligkeitswert bis zu dem Umschaltzeitpunkt zu verzögern.
  3. Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, den Helligkeitswert für das Leuchtmittel (112) bis zu dem Umschaltzeitpunkt vorübergehend zwischenzuspeichern.
  4. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, das Einstellen des Leuchtmittels auf den Helligkeitswert während einer definierten Umschaltzeit zu blockieren und/oder einen Eingang, über den der serielle Datenstrom empfangen wird, vorübergehend, insbesondere um den Umschaltzeitpunkt für eine definierte Umschaltzeit, zu blockieren.
  5. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Länge des empfangenen seriellen Datenstroms durch eine Anzahl von empfangenen Bits von einem Empfang des Helligkeitswerts bis zu einem den seriellen Datenstrom abschließenden Codewort definiert ist.
  6. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, den seriellen Datenstrom an eine Anzahl N weiterer lichtemittierender Bauelemente weiterzuleiten und die Anzahl N aus der Länge des seriellen Datenstroms zu bestimmen.
  7. Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 6, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, den Umschaltzeitpunkt durch eine Multiplikation der Anzahl N mit einer definierten Latenzzeit tlatenz des lichtemittierenden Bauelements zu bestimmen, insbesondere wobei die Multiplikation der Anzahl N mit der definierten Latenzzeit tlatenz des lichtemittierenden Bauelements einen Zeitversatz definiert und der Umschaltzeitpunkt durch den Zeitversatz in Bezug auf einen Signaleingang des seriellen Datenstroms an dem lichtemittierenden Bauelement oder in Bezug auf einen Empfang eines im seriellen Datenstrom enthaltenen Codeworts definiert ist.
  8. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die integrierte Schaltung (114) dazu eingerichtet ist, den Helligkeitswert für das Leuchtmittel (112) dem seriellen Datenstrom zu entnehmen und aus diesem zu löschen.
  9. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das lichtemittierende Bauelement einen Spannungsregler (116), insbesondere einen Gleichspannungswandler, aufweist, der eine konstante Betriebsspannung für das lichtemittierende Bauelement (100) bereitstellt, insbesondere wobei der Spannungsregler (116) eingerichtet ist, die Betriebsspannung in Anhängigkeit von einem Strom durch das Leuchtmittel (112) einzustellen.
  10. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Leuchtmittel (112) zwei oder mehr, insbesondere drei, Leuchtdioden aufweist, und der empfangene Helligkeitswert einen separaten Helligkeitswert für jede der zwei oder mehr Leuchtdioden beinhaltet.
  11. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Leuchtmittel (112) und die integrierte Schaltung (114) aus einer gemeinsamen Stromversorgung gespeist werden und/oder in einem gemeinsamen Gehäuse (110), insbesondere einem 5050-Gehäuse angeordnet sind, das vier externe Anschlüsse (102, 104, 106, 108) aufweist.
  12. Transparentes Display (10), aufweisend:
    ein Glaselement (12);
    eine teiltransparente und elektrisch leitende Beschichtung (14), die auf dem Glaselement (12) strukturiert ist; und
    eine Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die auf dem Glaselement (12) angeordnet und über die teiltransparente und elektrisch leitende Beschichtung (14) elektrisch kontaktierbar sind.
  13. Transparentes Display nach Anspruch 12, wobei die teiltransparente und elektrisch leitende Beschichtung (14) ein erstes zusammenhängendes Segment (16) und ein zweites zusammenhängendes Segment (18) aufweist, wobei das erste zusammenhängende Segment (16) mit einem ersten Anschluss (102) eines jeden der Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen (100) verbunden ist, und wobei das zweite zusammenhängende Segment (18) mit einem zweiten Anschluss (104) eines jeden der Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen (100) verbunden ist und von dem ersten zusammenhängenden Segment (16) elektrisch isoliert ist.
  14. Transparentes Display nach Anspruch 12 oder 13, wobei die teiltransparente und elektrisch leitende Beschichtung (14) ein drittes Segment (24) aufweist, das aus einer Vielzahl von Segmentabschnitten (26) zusammengesetzt ist und die Vielzahl von lichtemittierenden Bauelementen (100) in Reihe miteinander verbindet.
  15. Verfahren zur Steuerung eines lichtemittierenden Bauelements (100) mit einem Leuchtmittel (112) und einer integrierten Schaltung (114), mit den Schritten:
    - Empfangen eines seriellen Datenstroms, in dem Helligkeitswerte für eine Vielzahl von in Reihe geschalteten lichtemittierenden Bauelement (100) codiert sind;
    - Entnehmen eines Helligkeitswerts für das Leuchtmittel (112) aus dem seriellen Datenstrom;
    - Bestimmen eines Umschaltzeitpunkts für die Ansteuerung des Leuchtmittels (112) auf den Helligkeitswert anhand einer Länge des empfangenen seriellen Datenstroms; und
    - Einstellen des Leuchtmittels (112) auf den Helligkeitswert an dem bestimmten Umschaltzeitpunkt.
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