WO2021053083A1 - Anordnung und verfahren zum betreiben eines diodenarrays - Google Patents

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WO2021053083A1 PCT/EP2020/076004 EP2020076004W WO2021053083A1 WO 2021053083 A1 WO2021053083 A1 WO 2021053083A1 EP 2020076004 W EP2020076004 W EP 2020076004W WO 2021053083 A1 WO2021053083 A1 WO 2021053083A1
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Jens Richter
Christopher Söll
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for operating a diode array.
  • the supply of individual picture elements is a problem in diode arrays.
  • the luminous image of a diode array is, among other things, largely dependent on how evenly the individual light-emitting diodes (LEDs), through which the picture elements are formed, are made using appropriate driver current sources are supplied (so-called "matching").
  • driver current sources are supplied (so-called "matching").
  • high-precision, in particular regulated, current sources are used which work with the aid of a current reference.
  • Regulated current sources have an increased output resistance, for example due to feedback, and thus offer a constant current that is almost load-independent.
  • the latter in particular can significantly ensure an inhomogeneous luminous image in a diode array, even if the driver would have almost perfect accuracy.
  • the object on which the invention is based is to create an arrangement and a corresponding method which counteracts or counteracts the aforementioned mismatch and contributes or contributes to a homogeneous luminous image of the diode array.
  • the diode array is, for example, a composite of LEDs arranged laterally next to one another.
  • the LEDs are arranged in the manner of a matrix along columns and rows of the diode array.
  • one picture element of the diode array can be formed by one or more LED (s).
  • the LEDs can also be referred to as pLEDs.
  • the LEDs are arranged in the diode array, in particular, aligned in such a way that a respective Main direction of emission of the LEDs coincides with one another and with a main direction of emission of the diode array essentially parallel.
  • FIG. 1 shows a diode array 10 with a multiplicity of picture elements 5a, 5b which are arranged in a matrix-like manner in n columns and m rows.
  • the picture elements 5a, 5b become each formed by one or more light emitting diodes (LEDs) D.
  • LEDs light emitting diodes
  • Calibration data are usually only generated pixel by pixel in an optical product test. In the case of large diode arrays, this represents a lengthy additional effort with high costs for the end product.

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Abstract

Es wird eine Anordnung (1) zum Betreiben eines Diodenarrays (10) angegeben, umfassend eine Mehrzahl LEDs (D). Jeder LED (D) ist jeweils ein Sensorelement (F) zugeordnet, welches zur Erfassung eines für einen Lichtstrom der jeweiligen LED (D) repräsentativen Kennwerts eingerichtet. Die Anordnung umfasst jeweils einen Versorgungseingang (E) zur Bereitstellung eines Stroms zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED (D) und jeweils eine Steuereinheit (S), die eingangsseitig mit dem jeweiligen Versorgungseingang (E) und dem jeweiligen Sensorelement (F) sowie ausgangsseitig mit der jeweiligen LED (D) gekoppelt und eingerichtet ist, den Strom zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED (D) abhängig von dem entsprechenden Kennwert zu steuern. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines Diodenarrays (10) angegeben.

Description

Beschreibung
ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES DIODENARRAYS
Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Diodenarrays.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019125364.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
In Diodenarrays stellt die Versorgung einzelner Bildelemente („Pixel") ein Problem dar. So ist das Leuchtbild eines Diodenarrays unter anderem maßgeblich abhängig davon, wie gleichmäßig einzelne lichtemittierende Dioden (LEDs), durch welche die Bildelemente jeweils gebildet werden, mittels entsprechenden Treiber-Stromquellen versorgt werden (sogenanntes „Matching"). Aus diesem Grund werden zumeist hochpräzise, insbesondere geregelte Stromquellen eingesetzt, welche mit Hilfe einer Stromreferenz arbeiten. Geregelte Stromquellen besitzen einen erhöhten Ausgangswiderstand, beispielsweise bedingt durch eine Rückkopplung, und bieten so einen nahezu lastunabhängigen konstanten Strom.
Eine Abweichung der optischen Ausgangsleistung, welche zum Beispiel durch Fehlanpassung, englisch Mismatch der Stromquelle der Pixelzellen und der LED selbst sowie durch Temperaturunterschiede zwischen den LEDs entsteht, kann jedoch nicht durch die aufgeführte Regelung kompensiert werden. Gerade Letztere können bei einem Diodenarray maßgeblich für ein inhomogenes Leuchtbild sorgen, auch wenn der Treiber eine nahezu perfekte Genauigkeit hätte. Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Anordnung sowie ein korrespondierendes Verfahren zu schaffen, das bzw. die vorgenannter Fehlanpassung (englisch Mismatch) entgegenwirkt bzw. -wirken und zu einem homogenen Leuchtbild des Diodenarrays beiträgt bzw. beitragen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Betreiben eines Diodenarrays, umfassend eine Mehrzahl LEDs.
Bei dem Diodenarray handelt es sich beispielsweise um einen Verbund lateral nebeneinander angeordneter LEDs. Die LEDs sind insbesondere matrizenartig entlang Spalten und Zeilen des Diodenarrays angeordnet. Jeweils ein Bildelement des Diodenarrays kann dabei durch jeweils eine oder mehrere LED(s) gebildet sein. In diesem Zusammenhang können die LEDs auch als pLEDs bezeichnet werden.
Bei den LEDs des Diodenarrays handelt es sich in einer Ausführungsvariante ausschließlich um LEDs einer Farbe, insbesondere um blaue LEDs. In einer alternativen Ausführungsvariante umfasst das Diodenarray LEDs verschiedener Farben. Insbesondere können jeweils eine rote, eine grüne und eine blaue LED eines Monolithen mittels pixelfeiner Konversion ein jeweiliges Bildelement des Diodenarrays bilden.
Die LEDs sind in dem Diodenarray insbesondere derart ausgerichtet angeordnet, dass eine jeweilige Hauptabstrahlrichtung der LEDs untereinander sowie mit einer Hauptabstrahlrichtung des Diodenarrays im Wesentlichen parallel übereinstimmt.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist jeder LED jeweils ein Sensorelement zugeordnet, welches zur Erfassung eines für einen Lichtstrom der jeweiligen LED repräsentativen Kennwerts eingerichtet ist.
Als Sensorelement kommen hierbei insbesondere Dioden in Betracht, beispielsweise Photodioden oder als Sensor betriebene LEDs. Bei dem Kennwert handelt es sich dann um einen entsprechenden, von dem auftreffenden Lichtstrom abhängigen Ausgangsstrom des als Diode ausgebildeten Sensorelements .
Das jeweilige Sensorelement ist in einem optischen Pfad der LED angeordnet. Bevorzugt ist das jeweilige Sensorelement in unmittelbarer räumlicher Nähe bezüglich der entsprechend zugeordneten LED angeordnet, beispielhaft in einem Abstand zwischen einschließlich 10 gm und 15 mm, bevorzugt 40 gm.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung je LED jeweils Versorgungseingang zur Bereitstellung eines Stroms zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED.
Beispielhaft ist der Versorgungseingang mit einer Stromreferenz gekoppelt. Insbesondere kann über den Versorgungseingang ein vorgegebener Strom bereitgestellt werden, welcher zu einer vorgegebenen Lichtleistung der LED korrespondiert . In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung je LED jeweils eine Steuereinheit. Die jeweilige Steuereinheit ist eingangsseitig mit dem jeweiligen Versorgungseingang und dem jeweiligen Sensorelement sowie ausgangsseitig mit der jeweiligen LED gekoppelt. Die jeweilige Steuereinheit ist eingerichtet, den Strom zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED abhängig von dem entsprechenden Kennwert zu steuern.
Insbesondere ist die jeweilige Steuereinheit eingerichtet, einen der jeweiligen LED tatsächlich bereitgestellten Betriebsstrom mittels optischer Rückkopplung über das jeweilige Sensorelement anzupassen.
Die jeweilige Steuereinheit kann in diesem Zusammenhang auch als Treiber bezeichnet werden. Beispielhaft sind mehrere Steuereinheiten der Anordnung in einem Verbund als integrierte Schaltung („integrated Circuit", IC) angeordnet. Insbesondere können sämtliche Steuereinheiten der Anordnung als Treiber-IC ausgebildet sein.
Die jeweilige Steuereinheit kann mit der jeweiligen LED elektrisch und mechanisch gekoppelt sein. Insbesondere kann das Diodenarray auf dem Treiber-IC angeordnet sein. Der Treiber-IC kann in diesem Zusammenhang als Träger fungieren.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung zum Betreiben des Diodenarrays eine Mehrzahl LEDs, wobei jeder LED jeweils ein Sensorelement zugeordnet ist. Das jeweilige Sensorelement ist zur Erfassung eines für einen Lichtstrom der jeweiligen LED repräsentativen Kennwerts eingerichtet. Die Anordnung umfasst darüber hinaus jeweils einen Versorgungseingang zur Bereitstellung eines Stroms zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED. Ferner umfasst die Anordnung jeweils eine Steuereinheit, die eingangsseitig mit dem jeweiligen Versorgungseingang und dem jeweiligen Sensorelement sowie ausgangsseitig mit der jeweiligen LED gekoppelt und eingerichtet ist, den Strom zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED abhängig von dem entsprechenden Kennwert zu steuern.
Durch die optische Rückkopplung können sämtliche LEDs des Diodenarrays in vorteilhafter Weise auf eine gleiche Lichtleistung geregelt werden. Auf diese Weise kann mit Vorteil einer Fehlanpassung (englisch Mismatch) der LEDs entgegen gewirkt und das Leuchtbild des Diodenarrays wesentlich homogener realisiert werden.
Insbesondere kann in diesem Zusammenhang auf geregelte Stromquellen, welche mit Hilfe von PWM Anordnungen, englisch als PWM Engines bezeichnet, die Helligkeit der jeweiligen LEDs steuern, verzichtet werden. Um Fehlanpassung (englisch Mismatch) der LEDs und lokale Temperaturunterschiede auszugleichen, ist eine aufwändige, Temperatur- und Pixel abhängige Kalibrierung von Helligkeitswerten nur mehr optional .
In anderen Worten erfolgt eine Verlagerung der Rückkopplung der Treiber von der elektrischen in die optische Domäne. Der Strom des Treibers wird also abhängig von der tatsächlich emittierten Lichtleistung der zu treibenden LED geregelt.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das jeweilige Sensorelement eingerichtet, einen Ausgangsstrom abhängig von dem entsprechenden Kennwert bereitzustellen. Die jeweilige Steuereinheit weist einen Ausgangstransistor mit einer Abflusselektrode, einer Steuerelektrode und einer Quellenelektrode auf. Ferner weist die jeweilige Steuereinheit eine Regeleinheit mit einer Eingangselektrode und einer Ausgangselektrode auf.
Der Ausgangstransistor ist über die Quellenelektrode mit dem jeweiligen Versorgungseingang gekoppelt. Der Ausgangstransistor ist ferner über die Steuerelektrode mit der Ausgangselektrode der Regeleinheit gekoppelt. Darüber hinaus ist der Ausgangstransistor über die Abflusselektrode mit der jeweiligen LED gekoppelt.
Die Regeleinheit ist zur Aufnahme des Ausgangsstroms des jeweiligen Sensorelements über die Eingangselektrode mit dem jeweiligen Sensorelement gekoppelt. Die Regeleinheit ist ferner über die Ausgangselektrode mit der Steuerelektrode des Ausgangstransistors gekoppelt. Die Regeleinheit ist eingerichtet, den Ausgangsstrom des jeweiligen Sensorelements mit einem Referenzstrom zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs den Ausgangstransistor zu schalten.
Der Ausgangsstrom entspricht im Falle einer Diode als Sensorelement dem Photostrom.
Der Ausgangstransistor ist insbesondere eingerichtet, den Betriebsstrom der LED zu regeln.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt bedeutet „schalten" z.B. „steuern", „ansteuern", „regeln" oder „einstellen". Die Regeleinheit ist eingerichtet, den Ausgangsstrom des jeweiligen Sensorelements mit einem Referenzstrom zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs den Ausgangstransistor einzustellen. Dabei wird ein Widerstandswert einer gesteuerten Strecke des Ausgangstransistors eingestellt. Die gesteuerte Strecke kann von der Regeleinheit dabei voll leitend oder sperrend oder auf Widerstandswerte zwischen voll leitend und sperrend eingestellt werden. Die Regeleinheit kann eine Höhe des durch den Ausgangstransistor fließenden Betriebsstroms auf verschiedene Werte (mehr als zwei Werte) einstellen. Alternativ kann „schalten" „ein- oder ausschalten" bedeuten.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Regeleinheit eine Stromspiegelschaltung, einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, eine
Referenzstromquelle sowie einen Operationsverstärker. Der Operationsverstärker weist einen ersten Regeleingang, einen zweiten Regeleingang und die Ausgangselektrode der Regeleinheit auf.
Die Stromspiegelschaltung ist eingangsseitig mit dem jeweiligen Sensorelement gekoppelt. Die Stromspiegelschaltung ist ferner zur Verstärkung des Ausgangsstroms des jeweiligen Sensorelements eingerichtet. Darüber hinaus ist die Stromspiegelschaltung ausgangsseitig mit dem ersten Widerstand sowie dem ersten Regeleingang gekoppelt.
Die Referenzstromquelle ist ausgangsseitig mit dem zweiten Widerstand sowie dem zweiten Regeleingang gekoppelt.
Die Stromspiegelschaltung weist insbesondere einen oder mehrere Stromspiegel auf. Der durch die Stromspiegelschaltung verstärkte Ausgangsstrom liegt insbesondere an dem ersten Widerstand an, so dass eine Spannung über dem ersten Widerstand abfällt, die dem Operationsverstärker zugeführt wird.
Der durch die Referenzstromquelle bereitgestellte Referenzstrom liegt insbesondere an dem zweiten Widerstand an, so dass eine Spannung über dem zweiten Widerstand abfällt, die dem Operationsverstärker zugeführt wird.
Der Operationsverstärker ist insbesondere eingerichtet, abhängig von den beiden zugeführten Spannungen den Ausgangstransistor zu steuern, so dass ein Betriebsstrom der LED geregelt werden kann.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Anordnung im bestimmungsgemäßen Betrieb des Diodenarrays zum aufeinanderfolgend lichtemittierenden Betreiben der LEDs eingerichtet. Der Betrieb ist derart, dass jede LED abwechselnd in einem lichtemittierenden ersten Betriebszustand und einem nicht lichtemittierenden zweiten Betriebszustand geschaltet werden kann. Einer jeweiligen LED im ersten Betriebszustand ist jeweils eine benachbarte LED im zweiten Betriebszustand als Sensorelement zugeordnet.
In anderen Worten wird jede LED des Diodenarrays nacheinander lichtemittierend betrieben („eingeschaltet"), während den jeweils anderen LEDs kein Betriebsstrom zugeführt wird („ausgeschaltet"), wobei eine ausgeschaltete benachbarte LED zu einer eingeschalteten LED als Sensorelement fungiert. Die einzelnen LEDs werden insbesondere pulsweitenmoduliert (PWM) betrieben .
In vorteilhafter Weise kann durch einen derartigen Aufbau eine Störung der Transistoren des Treiber-ICs durch optische Rückkopplung vermieden werden. Zugleich ist eine derartige Anordnung mit vergleichsweise wenigen strukturellen Maßnahmen kostengünstig umsetzbar.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der jeweiligen LED im ersten Betriebszustand jeweils eine benachbarte LED derselben Farbe im zweiten Betriebszustand als Sensorelement zugeordnet. In vorteilhafter Weise kann mittels gleichfarbiger LEDs eine besonders effiziente optische Rückkopplung und damit eine präzise Regelung des Betriebsstroms der LEDs erreicht werden.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung einen ersten Schalter, einen zweiten Schalter und einen Pufferkondensator.
Der erste Schalter ist steuerbar eingerichtet, das jeweilige Sensorelement in dem ersten Betriebszustand der jeweiligen LED mit der Eingangselektrode der Regeleinheit zu koppeln.
Der erste Schalter ist ferner steuerbar eingerichtet, das jeweilige Sensorelement in dem zweiten Betriebszustand der jeweiligen LED von der Eingangselektrode der Regeleinheit zu entkoppeln .
Der zweite Schalter ist steuerbar eingerichtet, den Ausgangstransistor in dem ersten Betriebszustand der jeweiligen LED mit der Ausgangselektrode der Regeleinheit zu koppeln. Der zweite Schalter ist ferner steuerbar eingerichtet, den Ausgangstransistor in dem zweiten Betriebszustand der jeweiligen LED von der Ausgangselektrode der Regeleinheit zu entkoppeln.
Der Pufferkondensator ist über eine Elektrode mit der Quellenelektrode des Ausgangstransistors und über eine weitere Elektrode mit der Steuerelektrode des Ausgangstransistors gekoppelt. Der Pufferkondensator ist ferner eingerichtet, die im ersten Betriebszustand der jeweiligen LED zwischen der Quellenelektrode und der Steuerelektrode anliegende Spannung während des zweiten Betriebszustands der jeweiligen LED vorzuhalten.
In vorteilhafter Weise kann das Sensorelement so selbst in einen lichtemittierenden ersten Betriebszustand wechseln. Durch den Pufferkondensator kann dabei sichergestellt werden, dass eine für die LED durch die optische Rückkopplung ermittelte Kalibrierung, die in Form einer Spannung an der Ausgangselektrode des Operationsverstärkers bzw. der Steuerelektrode des Ausgangstransistors anliegt, auch nach Entkopplung durch die Schalter genutzt werden kann.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist einer jeweiligen LED jeweils eine Photodiode als Sensorelement zugeordnet .
Insbesondere handelt es sich hierbei um jeweils eine dedizierte Photodiode je LED, die in einem optischen Pfad der LED angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung eine Spiegelschicht. Die Spiegelschicht erstreckt sich entlang einer Seite des Diodenarrays, die einer im bestimmungsgemäßen Betrieb lichtemittierenden Seite des Diodenarrays abgewandt ist.
Das jeweilige Sensorelement ist auf einer dem Diodenarray abgewandten Seite der Spiegelschicht angeordnet. Die Spiegelschicht weist jeweils eine Öffnung auf. Die Öffnung ist der jeweiligen LED und dem entsprechenden Sensorelement zugeordnet, zum Beispiel innerhalb der Pixelzelle innerhalb des lös. Die Öffnung erstreckt sich vollständig durch die Spiegelschicht von einer dem Diodenarray zugewandten Seite der Spiegelschicht bis zu einer dem jeweiligen Sensorelement zugewandten Seite der Spiegelschicht .
Die Spiegelschicht kann auch als Rückseitenspiegel bezeichnet werden. Als Öffnung kommt beispielsweise ein Schlitz in Betracht .
In vorteilhafter Weise wird so ein kompaktes Bauteil ermöglicht, welches einen optischen Pfad zwischen LED und Sensorelement aufweist, der vorgenannt beschriebene optische Rückkopplung und Regelung zulässt.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung eine oder mehrere Metallschichten.
Die eine oder mehreren Metallschichten ist bzw. sind auf einer dem Diodenarray abgewandten Seite der Spiegelschicht angeordnet .
Die Steuereinheit ist auf einer dem Diodenarray abgewandten Seite der einen oder mehreren Metallschichten angeordnet.
In vorteilhafter Weise kann so ein aktiver Teil des Treiber- IC von Störeinflüssen geschützt werden. Die Metallschichten sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass der optische Pfad zwischen der Öffnung und dem Sensorelement nicht blockiert ist. Beispielsweise weisen die Metallschichten hierzu ebenfalls Öffnungen bzw. Aussparungen auf.
In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt sind die LEDs ausgebildet, blaues Licht zu emittieren. In vorteilhafter Weise ist eine Empfindlichkeit von Silizium gegenüber blauem Licht verhältnismäßig gering, so dass Transistoren o.ä. des Treiber-ICs durch die optische Rückkopplung weitestgehend ungestört bleiben.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Diodenarrays mit einer Anordnung gemäß dem ersten Aspekt.
Die LEDs werden aufeinanderfolgend lichtemittierend derart betrieben, dass jede LED abwechselnd in einem lichtemittierenden ersten Betriebszustand und einem nicht lichtemittierenden zweiten Betriebszustand ist.
Ein vorgegebener Strom zum Betreiben der jeweiligen LED im ersten Betriebszustand wird über den jeweiligen Versorgungseingang bereitgestellt.
Ein Kennwert, der repräsentativ ist für den Lichtstrom der jeweiligen LED im ersten Betriebszustand wird mittels des Sensorelements erfasst und der Steuereinheit zugeführt.
Ein der jeweiligen LED tatsächlich zugeführter Betriebsstrom wird mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von dem Kennwert derart angepasst, dass der Lichtstrom der jeweiligen LED sich einem vorgegeben Referenzlichtstrom annähert. In einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist jeder LED derselbe Referenzlichtstrom zugeordnet. Insbesondere kann hierzu ein durch die jeweilige Referenzstromquelle bereitgestellter Referenzstrom für jede LED gleich gewählt sein. In vorteilhafter Weise wird so zu einem homogenen Leuchtbild des Diodenarrays beigetragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein beispielhaftes Diodenarray;
Figuren 2 bis 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Schaltung zum Betreiben einer LED eines Diodenarrays;
Figur 6 ein Teil des Diodenarrays mit der Schaltung gemäß Figuren 2 bis 5 in Schnittansicht;
Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Betreiben einer LED eines Diodenarrays.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Diodenarray 10 mit einer Vielzahl von Bildelementen 5a, 5b, die matrixartig in n Spalten und m Zeilen angeordnet sind. Die Bildelemente 5a, 5b werden jeweils durch eine oder mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs) D gebildet.
Eine Versorgung der einzelnen Bildelemente 5a, 5b bzw. LEDs D erfolgt üblicherweise durch Stromreferenzierung. Hierzu kann dem Diodenarray 10 eine Referenzstromquelle 20 zugeordnet sein, die für jedes Bildelement 5a, 5b des Diodenarrays 10 eine Ausgangsleitung 8 aufweist. Jeder LED D ist dabei ein Treiber T zugeordnet, der mit der Stromreferenz arbeitet. Die Ansteuerung der LEDs D bzw. des Diodenarrays 10 geschieht mit Hilfe der Treiber T. Deren Ströme können zwar hochpräzise geregelt werden, allerdings wirkt diese Regelung sich nur auf den Betriebsstrom der LEDs D aus, nicht aber auf eine Fehlanpassung, englisch Mismatch, der LEDs D untereinander, und berücksichtigt keine lokalen Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen LEDs D.
Insbesondere durch die Temperaturunterschiede kann jedoch ein inhomogenes Leuchtbild des Diodenarrays 10 entstehen, welches auch durch aufwändige Regelung und hochpräzise Ausführung der Treiber T nicht behoben werden kann.
Anhand der Figuren 2 bis 5 wird ein erstes
Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 zum Betreiben eines Diodenarrays 10 beschrieben, durch welches zu einem homogenen Leuchtbild des Diodenarrays 10 beigetragen werden kann. Der Übersicht halber ist hierbei nur eine Schaltung für eine einzige LED D des Diodenarrays 10 als Ausschnitt der Anordnung 1 gezeigt.
Jeder LED D ist dabei wie dargestellt jeweils ein Sensorelement F zugeordnet, welches zur Erfassung eines für einen Lichtstrom der jeweiligen LED D repräsentativen Kennwerts eingerichtet ist. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Sensorelement F um eine Photodiode, die mit der jeweiligen LED D optisch über den Pfad R (rück)gekoppelt ist. Der Kennwert entspricht in diesem Fall einem durch den Lichtstrom hervorgerufenen Photostrom.
Jeder LED D ist darüber hinaus jeweils ein Versorgungseingang E und jeweils eine Steuereinheit S zugeordnet. Die jeweilige Steuereinheit S ist eingangsseitig mit dem jeweiligen Versorgungseingang E und dem jeweiligen Sensorelement F verbunden. Ausgangsseitig ist die jeweilige Steuereinheit S mit der jeweiligen LED D verbunden und steuert den Betriebsstrom der jeweiligen LED D in Abhängigkeit des Photostroms .
Die jeweilige Steuereinheit S detektiert den Photostrom und passt dementsprechend den Betriebsstrom der jeweilige LED D an. Wie anhand Figur 3 dargestellt ist der jeweiligen LED D hierzu eine Regeleinheit K zugeordnet, der den Photostrom am Regeleingang iin aufnimmt. Der jeweiligen LED D ist ferner ein Ausgangstransistor TA vorgeschaltet, der über seine Steuerelektrode TA_g und den Regelausgang vout regelbar ist, den Betriebsstrom für die jeweilige LED D über seine Abflusselektrode TA_d bereitzustellen.
Der Photostrom des Sensorelements F kann dabei zunächst über eine Stromspiegelschaltung V (vgl. Schaltbild in Fig. 5 mit PMOS Transistoren TI, T2, T3, T4) o.ä. verstärkt und mit Hilfe eines ersten Widerstandes RI in eine Spannung gewandelt werden, die an einem ersten Regeleingang vin_p eines Operationsverstärkers 0 anliegt. Der Operationsverstärker 0 vergleicht diese Spannung mit einer einem zweiten Regeleingang vin_n des Operationsverstärkers 0 zugeführten Referenzspannung. Die Referenzspannung fällt über einen zweiten Widerstand R2 an einem Referenzzweig ab, an dem ein Referenzstrom einer Referenzstromquelle I anliegt. Der Operationsverstärker 0 regelt den Ausgangstransistor TA derart, dass beide Spannungen gleich sind. Der Referenzstrom wird dabei so gewählt, dass entsprechend dem
Stromspiegelverhältnis und dem Verhältnis des Betriebsstroms der LED D zu dem Photostrom ein erwarteter Betriebsstrom durch die LED D fließt. Über die optische Rückkopplung R einer Leuchtstärke der LED D zum hervorgerufenen Photostrom entsteht so eine Gegenkopplung (englisch „negative feedback") . Bei einer effizienteren LED würde derselbe Betriebsstrom zu einem höheren Photostrom führen, weshalb die Anordnung den Betriebsstrom durch die LED D wieder verringern würde. Die Fehlanpassung, englisch Mismatch, zwischen benachbarten LEDs D spielt so keine Rolle, sondern nur noch das Matching der Sensorelemente F, welches in der Regel deutlich besser ist. Des Weiteren wirkt dieses Prinzip der Helligkeitsänderung zweier LEDs D bei unterschiedlichen Temperaturen entgegen, welcher bei konstant geregelten Stromquellen zu sehen ist.
Bei Änderung des Koppelfaktors von Betriebsstrom der LED D zu dem Photostrom ergibt sich in der Simulation eine lineare Veränderung des Betriebsstroms. Ein höherer Koppelfaktor entspricht in der Simulation dabei einer effizienteren LED, welche bei gleichem Strom heller leuchtet, da die Photodiode mehr Strom bei gleichem Betriebsstrom der LED D erzeugt. Der Betriebsstrom muss also verringert werden, was die Schaltung erwartungsgemäß tut. Die Leuchtstärke der LED D bleibt somit konstant, unabhängig von ihrer Effizienz oder Temperatur. Anhand der Figur 6 ist ein Teil des Diodenarrays 10 mit der in den Figuren 2 bis 5 erläuterten Anordnung 1 für eine LED D in Schnittansicht dargestellt.
Das Diodenarray 10 ist hierbei auf den Silizium Treiber IC (hier schematisch durch die Steuereinheit S auf Substrat 16 mit Vias 15 dargestellt) aufgelötet und bildet einen Chip.
Auf der Rückseite der LED befindet sich unter anderem eine Spiegelschicht 11 in Form einer Metallisierung, die dafür sorgt, dass das emittierte Licht der LEDs D reflektiert wird und an der Oberfläche der jeweiligen LED D austritt (sogenannter Rückseitenspiegel). Weiterhin weist der Chip beispielhaft eine Lotschicht 12, eine oder mehrere IC Metalllagen 13 sowie jeweils dazwischen angeordnete IMD- Schicht (engl. „Inter-Metal Dielectric") auf. Eine Öffnung 11a in der Spiegelschicht 11, beispielsweise als kleiner Schlitz ausgebildet, erlaubt einem Teil des Lichtes, in den Silizium Chip einzudringen. Dort trifft das Licht auf eine Photodiode als Sensorelement F. In diesem Zusammenhang können insbesondere weitere Schichten, die den optischen Pfad zwischen der jeweiligen LED D und dem jeweiligen Sensorelement F blockieren, geschlitzt ausgeführt oder wie schematisch anhand der Lotschicht 12 und den Metalllagen 13 angedeutet in diesem Bereich ausgespart ausgebildet sein. Das Sensorelement F kann so den optischen Output der jeweiligen LED D messen, sodass der Betriebsstrom der LED D dementsprechend geregelt werden kann. Der restliche aktive Teil des ICs ist dabei wie dargestellt mit darüber liegenden Metalllagen 13 abgedeckt, so dass dieser nicht beeinflusst wird.
Der Vorteil dieser Methode liegt daran, dass die LEDs D so auf eine gleiche Lichtleistung geregelt werden, anstatt auf einen möglichst präzisen Treiberstrom. Auf diese Weise kann der Fehlanpassung, englisch Mismatch, der LEDs D entgegen gewirkt werden, und das Leuchtbild des Diodenarrays 10 kann wesentlich homogener realisiert werden.
Anhand der Figur 7 wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 zum Betreiben eines Diodenarrays 10 beschrieben, durch welches zu einem homogenen Leuchtbild des Diodenarrays 10 beigetragen werden kann. Der Übersicht halber ist auch hier nur eine Schaltung für eine einzige LED D des Diodenarrays 10 als Ausschnitt der Anordnung 1 gezeigt.
Anstelle eine dedizierte Photodiode vorzusehen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird hier eine bezüglich der zu betreibenden LED D benachbarte LED des Diodenarrays 10 als Sensorelement F eingesetzt. In anderen Worten wird eine optische Kopplung zwischen benachbarten LEDs ausgenutzt, um den optischen Output der LED D zu messen.
Hierzu ist es zunächst erforderlich, eine „Mess-"LED, welche gerade nicht selbst leuchtet, als Sensorelement F auszuwählen und im „reverse" Betrieb in einen Messpfad der Schaltung zu integrieren. Hierzu sind ein erster Schalter Sl, S3, der je nach Betriebszustand der „Mess-"LED diese in Sperrrichtung in den Messpfad der benachbarten LED D schaltet (Schalter Sl, S3 geschlossen) oder einen lichtemittierenden Betrieb der „Mess- "LED in Flussrichtung zulässt (Schalter Sl, S3 geöffnet). Die Beschaltung der „Mess-"LED für den lichtemittierenden Betrieb entspricht dann der dargestellten Variante für die LED D; auf die kombinierte Darstellung wurde aus Übersichtsgründen verzichtet . Darüber hinaus kann durch einen zweiten Schalter S2 auch der Operationsverstärker 0 von der Steuerelektrode TA_g entkoppelt werden.
Durch den bei Diodenarrays 10 üblichen PWM-Betrieb der LEDs D sind obengenannte Schaltvorgänge innerhalb einer vollständigen Betriebsphase des Diodenarrays 10 (sogenanntes „frame") problemlos möglich. Für die restliche Betriebsphase, d.h. für das restlichen frame (in der die Regelung nicht laufen kann) wird die Gate-Source Spannung des Ausgangstransistors TA auf eine Kapazität gespeichert. Hierzu ist die Steuerelektrode TA_g und die Quellenelektrode TA_s des Ausgangstransistors TA mit jeweils einer der beiden Elektroden PI, P2 eines Pufferkondensators P verbunden.
Anstelle der dedizierten Photodiode sind also lediglich die Schalter S1-S3 und der Pufferkondensator P erforderlich, um eine gleichwertige Regelung zu erzielen.
Vorgenannte Ausführungsbeispiele eignen sich insbesondere für die Anwendung von LEDs, sogenannten gestapelten Chips, englisch „stacked Chips", und pLEDs.
Zusammenfassend kann die Verlagerung der Rückkopplung der Treiber von der elektrischen in die optische Domäne und Regelung des Stroms des Treibers abhängig von der tatsächlich emittierten Lichtleistung der zu treibenden LED wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben über einen kleinen Rückseitenschlitz geschehen, der einen Teil des Lichts auf eine Silizium-Diode lässt. Alternativ ist hierzu wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben auch eine Messung mit einer gerade inaktiven Nachbar-LED unter Ausnutzung der parasitären optischen Kopplung möglich. In vorteilhafter Weise kann mit den vorgeschlagenen Anordnungen ein homogenes Leuchtbild des Diodenarrays 10 ohne aufwändige, pixelfeine und/oder temperaturabhängige Kalibration erreicht werden.
Kalibrierdaten werden üblicherweise erst in einem optischen Produkttest Pixel für Pixel generiert werden. Bei großen Diodenarrays stellt dies einen langwierigen Zusatzaufwand mit hohen Kosten für das Endprodukt dar.
Zudem kann auf eine Messung der lokalen Temperatur bezüglich der einzelnen LEDs D im Betrieb des Diodenarrays 10, um eine Echtzeit (englisch on-the-fly) PWM Kalibrierung durchführen zu können, verzichtet werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste m Zeile R Rückkopplung n Spalte V StromspiegelSchaltung 5a, 5b Bildelement RI, R2 Widerstand
8 Ausgangsleitung 25 I Referenzstromquelle
20 Stromreferenz 0 Operationsverstärker
T Treiber vin_p Regeleingang
D LED vin_n Regeleingang vdd VersorgungsSpannung vl, v2 Versorgungseingang gnd Masse 30 T1-T4 Transistor TA Ausgangstransistör P Pufferkondensator TA_s Quellenelektrode PI, P2 Kondensatorelektrode TA_d Abflusselektrode S1-S3 Schalter TA_g Steuerelektrode 10 Diodenarray K Regeleinheit 35 II SpiegelSchicht vout Ausgangselektrode 12 Lotschicht iin Eingangselektrode 13 MetallSchicht
E Versorgungseingang 14 IMD-Schicht S Steuereinheit 15 Via
F Sensorelement 40 16 Substrat

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) zum Betreiben eines Diodenarrays (10), umfassend
- eine Mehrzahl lichtemittierender Dioden, LEDs (D), wobei jeder LED (D) jeweils ein Sensorelement (F) zugeordnet ist, welches zur Erfassung eines für einen Lichtstrom der jeweiligen LED (D) repräsentativen Kennwerts eingerichtet ist,
- jeweils einen Versorgungseingang (E) zur Bereitstellung eines Stroms zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED (D), und
- jeweils eine Steuereinheit (S), die eingangsseitig mit dem jeweiligen Versorgungseingang (E) und dem jeweiligen Sensorelement (F) sowie ausgangsseitig mit der jeweiligen LED (D) gekoppelt und eingerichtet ist, den Strom zum lichtemittierenden Betreiben der jeweiligen LED (D) abhängig von dem entsprechenden Kennwert zu steuern, wobei
- das jeweilige Sensorelement (F) eingerichtet ist, abhängig von dem entsprechenden Kennwert einen Ausgangsstrom bereitzustellen,
- die jeweilige Steuereinheit (S) einen Ausgangstransistor (TA) mit einer Abflusselektrode (TA_d), einer Steuerelektrode (TA_g) und einer Quellenelektrode (TA_s) sowie eine Regeleinheit (K) mit einer Eingangselektrode (iin) und einer Ausgangselektrode (vout) aufweist, wobei
- der Ausgangstransistor (TA) über die Quellenelektrode (TA_s) mit dem jeweiligen Versorgungseingang (E) gekoppelt ist, über die Steuerelektrode (TA_g) mit der Ausgangselektrode (vout) der Regeleinheit (K) gekoppelt ist und über die Abflusselektrode (TA_d) mit der jeweiligen LED (D) gekoppelt ist, und - die Regeleinheit (K) zur Aufnahme des Ausgangsstroms über die Eingangselektrode (iin) mit dem jeweiligen Sensorelement (F) gekoppelt ist und über die Ausgangselektrode (vout) mit der Steuerelektrode (TA_g) des Ausgangstransistors (TA) gekoppelt ist, wobei die Regeleinheit (K) eingerichtet ist, den Ausgangsstrom mit einem Referenzstrom zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs den Ausgangstransistor (TA) zu schalten .
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei
- die Regeleinheit (K) eine Stromspiegelschaltung (V), einen ersten Widerstand (RI), einen zweiten Widerstand (R2), eine Referenzstromquelle (I) sowie einen Operationsverstärker (0) mit einem ersten Regeleingang (vin_p), einem zweiten Regeleingang (vin_n) und der Ausgangselektrode (vout) umfasst, wobei
- die Stromspiegelschaltung (V) eingangsseitig mit dem jeweiligen Sensorelement (F) gekoppelt, zur Verstärkung des Ausgangsstroms eingerichtet und ausgangsseitig mit dem ersten Widerstand (RI) sowie dem ersten Regeleingang (vin_p) gekoppelt ist,
- die Referenzstromquelle (I) ausgangsseitig mit dem zweiten Widerstand (R2) sowie dem zweiten Regeleingang (vin_n) gekoppelt ist.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anordnung (1) im bestimmungsgemäßen Betrieb des Diodenarrays (10) zum aufeinanderfolgend lichtemittierenden Betreiben der LEDs (D) eingerichtet ist, derart, dass jede LED (D) abwechselnd in einem lichtemittierenden ersten Betriebszustand und einem nicht lichtemittierenden zweiten Betriebszustand ist, und - einer jeweiligen LED (D) im ersten Betriebszustand jeweils eine benachbarte LED (D) im zweiten Betriebszustand als Sensorelement (F) zugeordnet ist.
4. Anordnung (1) nach Anspruch 3, wobei der jeweiligen LED (D) im ersten Betriebszustand jeweils eine benachbarte LED derselben Farbe im zweiten Betriebszustand als Sensorelement zugeordnet ist.
5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, umfassend einen ersten Schalter (Sl), einen zweiten Schalter (S2) und einen Pufferkondensator (P), wobei
- der erste Schalter (Sl) steuerbar eingerichtet ist, das jeweilige Sensorelement (F) in dem ersten Betriebszustand der jeweiligen LED (D) mit der Eingangselektrode (iin) der Regeleinheit (K) zu koppeln und in dem zweiten Betriebszustand der jeweiligen LED (D) von der Eingangselektrode (iin) der Regeleinheit (K) zu entkoppeln,
- der zweite Schalter (S2) steuerbar eingerichtet ist, den Ausgangstransistor (TA) in dem ersten Betriebszustand der jeweiligen LED (D) mit der Ausgangselektrode (vout) der Regeleinheit (K) zu koppeln und in dem zweiten Betriebszustand der jeweiligen LED (D) von der Ausgangselektrode (vout) der Regeleinheit (K) zu entkoppeln, und
- der Pufferkondensator (P) über eine Elektrode mit der Quellenelektrode (TA_s) des Ausgangstransistors (TA) und über eine weitere Elektrode mit der Steuerelektrode (TA_s) des Ausgangstransistors (TA) gekoppelt und eingerichtet ist, die im ersten Betriebszustand der jeweiligen LED (D) zwischen der Quellenelektrode (TA_s) und der Steuerelektrode (TA_g) anliegende Spannung während des zweiten Betriebszustands der jeweiligen LED (D) vorzuhalten.
6. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- einer jeweiligen LED (D) jeweils eine Photodiode als Sensorelement zugeordnet ist.
7. Anordnung (1) nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Spiegelschicht (11), die sich entlang einer Seite des Diodenarrays (10) erstreckt, die einer im bestimmungsgemäßen Betrieb lichtemittierenden Seite des Diodenarrays (10) abgewandt ist, wobei
- das jeweilige Sensorelement (F) auf einer dem Diodenarray
(10) abgewandten Seite der Spiegelschicht (11) angeordnet ist,
- die Spiegelschicht (11) jeweils eine Öffnung (11a) aufweist, die der jeweiligen LED (D) und dem entsprechenden Sensorelement (F) zugeordnet ist und sich vollständig durch die Spiegelschicht (11) von einer dem Diodenarray (10) zugewandten Seite der Spiegelschicht (11) bis zu einer dem jeweiligen Sensorelement (F) zugewandten Seite der Spiegelschicht (11) erstreckt.
8. Anordnung (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend eine oder mehrere Metallschichten (12, 13), wobei
- die eine oder mehreren Metallschichten (12, 13) auf einer dem Diodenarray (10) abgewandten Seite der Spiegelschicht
(11) angeordnet ist bzw. sind, und
- die jeweilige Steuereinheit (S) auf einer dem Diodenarray (10) abgewandten Seite der einen oder mehreren
Metallschichten (12, 13) angeordnet ist.
9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die LEDs (D) ausgebildet sind, blaues Licht zu emittieren.
10. Verfahren zum Betreiben eines Diodenarrays (10) mit einer Anordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- die LEDs (D) aufeinanderfolgend lichtemittierend betrieben werden, derart, dass jede LED (D) abwechselnd in einem lichtemittierenden ersten Betriebszustand und einem nicht lichtemittierenden zweiten Betriebszustand ist, wobei
- ein vorgegebener Strom zum Betreiben der jeweiligen LED (D) im ersten Betriebszustand über den Versorgungseingang (E) bereitgestellt wird, - ein Kennwert, der repräsentativ ist für den Lichtstrom der jeweiligen LED (D) im ersten Betriebszustand mittels des jeweiligen Sensorelements (F) erfasst und der jeweiligen Steuereinheit (S) zugeführt wird, und
- ein der jeweiligen LED (D) tatsächlich zugeführter Betriebsstrom mittels der jeweiligen Steuereinheit (S) in
Abhängigkeit von dem Kennwert derart angepasst wird, dass der Lichtstrom der jeweiligen LED (D) sich einem vorgegebenen Referenzlichtstrom annähert. 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei jeder LED (D) derselbe
Referenzlichtstrom zugeordnet ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050225683A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 Seiko Epson Corporation Electro-optical device and electronic apparatus
US20060038758A1 (en) * 2002-06-18 2006-02-23 Routley Paul R Display driver circuits
US20100252720A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 Himax Display, Inc. Light sensing circuit and method thereof
US20180336822A1 (en) * 2017-01-23 2018-11-22 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display module driving device and method

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7348946B2 (en) * 2001-12-31 2008-03-25 Intel Corporation Energy sensing light emitting diode display
US20070205420A1 (en) 2004-03-24 2007-09-06 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Electroluminescent display devices
WO2007057822A1 (en) * 2005-11-21 2007-05-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Lighting device
KR100968401B1 (ko) * 2008-10-16 2010-07-07 한국과학기술원 디스플레이 구동장치
DE102011015408B4 (de) * 2011-03-29 2022-10-06 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Bauelements
US9129561B2 (en) * 2013-03-07 2015-09-08 International Business Machines Corporation Systems and methods for displaying images
DE102016112104A1 (de) * 2016-07-01 2018-01-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Modulares modul
CN106782319B (zh) 2016-12-27 2023-10-24 京东方科技集团股份有限公司 一种像素电路、像素驱动方法、显示装置
EP3393206A1 (de) * 2017-04-21 2018-10-24 Infineon Technologies AG Pixelselektionsverfahren für einen lichtquellenmatrixtreiber

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060038758A1 (en) * 2002-06-18 2006-02-23 Routley Paul R Display driver circuits
US20050225683A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 Seiko Epson Corporation Electro-optical device and electronic apparatus
US20100252720A1 (en) * 2009-04-06 2010-10-07 Himax Display, Inc. Light sensing circuit and method thereof
US20180336822A1 (en) * 2017-01-23 2018-11-22 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display module driving device and method

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Publication number Publication date
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