WO2021139967A1 - Bildelement für eine anzeigevorrichtung und anzeigevorrichtung - Google Patents

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Hubert Halbritter
Jens Richter
Kilian REGAU
Patrick Hörner
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • G09G2360/10—Display system comprising arrangements, such as a coprocessor, specific for motion video images

Definitions

  • the invention relates to a picture element and a display device having a plurality of picture elements.
  • Display devices work in a cross-matrix arrangement and use the reduction of the current (so-called current dimming) to influence the brightness by changing the intensity of the light emitted by the pixels. This is also known as analog dimming. It is used, for example, for OLEDs and LCDs. Such a control is disadvantageous for LED displays because of the unfavorable influence on the color location.
  • the object is to provide a picture element for a display device and a display device with an alternative control.
  • the invention relates to a picture element for a display device.
  • An electronic sub-unit of the display device which is set up to display a pixel or a sub-pixel of the display device is referred to as a picture element.
  • individual pixels can be formed by a plurality of differently colored sub-pixels, for example by a red sub-pixel green sub-pixel and one blue sub-pixel.
  • Such a composite is also referred to below as an RGB triplet.
  • the picture element has a first supply connection.
  • This can be, for example, an electrical connection via which a predetermined operating voltage or a predetermined operating current is supplied to the picture element.
  • the picture element has a second supply connection.
  • the second supply connection is, for example, a ground connection.
  • the second supply connection can, however, also denote an electrical connection for supplying a predetermined operating voltage or a predetermined operating current.
  • the picture element has a light-emitting semiconductor component which is arranged between the first and second supply connection.
  • the semiconductor component is in particular a light-emitting diode, LED.
  • the semiconductor component is, in particular, indirectly coupled to the first and second supply connection.
  • a driver unit is connected upstream of the semiconductor component for each picture element for controlling the current flow.
  • the picture element has a comparison unit with a first input and a second input as well as an output.
  • the comparison unit is set up to generate a voltage at the output of the comparison unit as a function of a comparison of a voltage applied to the first input of the comparison unit with a voltage applied to the second input of the comparison unit to adjust.
  • the comparison unit can comprise a comparator or 1-bit analog-digital converter or be designed as such.
  • the comparison unit can in particular have further inputs for supply, which are connected to the first and second supply connection, for example.
  • the first input is, for example, a non-inverting input.
  • the second input is, for example, an inverting input.
  • the comparison unit can be set up to output the voltage applied to the first supply connection at the output, if the voltage applied to the first input is greater than the voltage applied to the second input, and otherwise to output the voltage applied to the second supply voltage.
  • the picture element has a supply switch which is set up to control a current flow between the first and second supply connection via the light-emitting semiconductor component as a function of the voltage present at the output of the comparison unit.
  • the supply switch is, for example, a transistor.
  • the supply switch is set up to allow a current flow through the semiconductor element when a predetermined threshold value is exceeded for the voltage present at the output of the comparison unit and otherwise to block it.
  • the picture element has a selection input and a data input.
  • Signals made available via the selection input can also be referred to as selection signal, “select” or “scan”; the In this context, the selection input can be provided for connection to a column line of the display device.
  • Signals provided via the data input can also be referred to as data signals or "data”; in this context, the data input can be provided for connection to a row line of the display device.
  • the picture element has a memory element and a control switch.
  • the control switch is set up to feed a data signal provided via the data input to the first input of the comparison unit as a function of a selection signal present at the selection input and to hold it in the memory element.
  • the selection signal is in particular a predetermined voltage pulse for switching the control switch.
  • the data signal is, in particular, a predetermined voltage which corresponds to a brightness of the semiconductor component in the intended light-emitting operation.
  • the storage element is, for example, a capacitor that is set up to hold an applied voltage for a predetermined period of time, for example for a period until a next image is to be displayed on the display device (e.g. reciprocal value of the refresh rate of the display device).
  • the control switch is, for example, a transistor.
  • the control switch is set up to allow the voltage representing the data signal to be supplied to the first input of the comparison unit and the memory element, and otherwise to block it, when the voltage present at the selection input and representing the selection signal is exceeded.
  • the storage element and the control switch in other words, form a so-called “sample-and-hold" unit.
  • the second input of the comparison unit is provided for receiving a ramp signal.
  • the ramp signal can be generated externally with respect to the picture element and provided to the picture element, or else it can be generated by an internal circuit in the picture element.
  • the ramp signal is, in particular, a predetermined, periodic voltage curve.
  • the ramp signal is a sawtooth signal, in particular with a linearly increasing sawtooth.
  • a periodic increase can also take place non-linearly, for example logarithmically or exponentially.
  • periodic means that a sawtooth or ramp-like signal component, each with an increase and a decrease, repeats itself identically or essentially identically within a predetermined time (period duration).
  • the ramp signal is selected in particular such that a comparison with the voltage representing the data signal by the comparison unit results in a pulse-width-modulated (PWM) voltage curve at the output of the comparison unit, the pulse width of which depends on the data signal, for example an amplitude of an analog data signal.
  • PWM pulse-width-modulated
  • a current flow through the light-emitting semiconductor component can thus be set as a function of the data signal, specifically by means of the PWM voltage profile.
  • the period duration of the ramp signal is selected to be many times less than one time interval between two successive "scan" voltage pulses, for example by a factor of 2-100, preferably by a factor of 50.
  • the period duration is accordingly also selected by a factor of at least 1 to a multiple less than the refresh rate of the display device.
  • the proposed picture element can advantageously generate an analog PWM signal at the pixel or sub-pixel level. All that is required for this is a small depth of integration within a picture element, while a complex and precise circuit can be arranged, for example, outside the picture element.
  • the data signal comprises a predetermined number of digital data bits.
  • the memory element has a plurality of data capacitors corresponding to the predetermined number of digital data bits.
  • the control switch has several control units corresponding to the predetermined number of digital data bits, each of which is set up to feed one of the digital data bits to an adder connected upstream of the first input of the comparison unit and to hold it in one of the data capacitors.
  • the digital data bits represent a specified range of values, for example [0; 7] with 3 data bits, each of which represents a gradation of the brightness of the semiconductor component.
  • the individual data bits are supplied to the picture element sequentially, for example, the selection signal comprising a number N of pulses corresponding to the predetermined number of digital data bits N.
  • the control units are each one Upstream delay element which delays a single pulse of the selection signal between successive control units in accordance with the time sequence of the data bits.
  • the data capacitors can have different capacities in order to be able to map a multiplier of the data bit value.
  • the first data capacitor could have 4 times the capacitance of the third data capacitor and the second data capacitor could have 2 times the capacitance of the third data capacitor.
  • the control of the semiconductor component can in particular be designed in such a way that the charge of the individual data capacitors remains constant.
  • digital data signals can advantageously be used to generate the analog PWM signal at the pixel or sub-pixel level.
  • the ramp signal is in particular in analog form.
  • the semiconductor component is designed as an LED and has a first electrode and a second electrode. This can in particular be a so-called pLED.
  • the comparison unit is designed as a comparator.
  • the supply switch is designed as a supply transistor. By way of example, this is a thin-film transistor.
  • the control switch comprises a control transistor. This is also an example
  • both the supply transistor and the control transistor each have a control electrode, a drain electrode and a source electrode.
  • a drain electrode is understood here and below to mean the drain connection of a transistor.
  • the source electrode denotes a source connection and the control electrode denotes a gate connection of the transistor.
  • the memory element comprises a data capacitor with a first electrode and a second electrode.
  • the supply transistor is coupled to the first supply connection via its source electrode.
  • the supply transistor is coupled to the output of the comparator via its control electrode.
  • the supply transistor is coupled to the first electrode of the LED via its drain electrode.
  • the LED is coupled to the second supply connection via the second electrode.
  • the control transistor is coupled to the data input via its source electrode.
  • the control transistor is coupled to the selection input via its control electrode.
  • the control transistor is coupled via its drain electrode to the first input of the comparator and to the first electrode of the data capacitor.
  • the second electrode of the data capacitor is coupled to the second supply connection.
  • the structural units of the picture element connected upstream of the LED of the picture element according to this embodiment are also referred to here and in the following as a driver unit.
  • the aforementioned driver unit advantageously enables a (sub) pixel-internal generation of a PWM signal for operating the LED.
  • An expensive, complex or Space-consuming microcontroller that could be used in this context is only optional.
  • the picture element has a ramp input which is provided for receiving a ramp signal generated externally with respect to the picture element and which is coupled to the second input of the comparison unit.
  • the same ramp signal can be fed to several picture elements of a display device, in particular to all picture elements of the display device, so that all picture elements are based on the same reference size, space for the picture elements can be kept compact and components for generating the ramp signal can be saved.
  • the picture element has a reset input which is provided for receiving a predetermined reset signal.
  • the picture element also has a ramp capacitor with a first and second electrode, the first electrode being coupled to the second input of the comparison unit and the second electrode being coupled to the second supply connection.
  • the picture element has a ramp current source which is coupled to the first electrode of the ramp capacitor and is set up to charge the ramp capacitor.
  • the picture element has a ramp transistor with a control electrode, a drain electrode and a source electrode. The ramp transistor is coupled to the second supply connection via its drainage electrode.
  • the ramp transistor is coupled to the reset input via its control electrode.
  • the ramp transistor is coupled to the first electrode of the ramp capacitor via its source electrode.
  • the ramp transistor is set up, in particular, to allow a current flow between the first electrode of the ramp capacitor and the second supply connection and otherwise to block it when a predetermined threshold value of a voltage representing the predetermined reset signal is exceeded. If the ramp transistor allows current to flow, the ramp capacitor can be discharged via the ramp transistor, otherwise the ramp capacitor can be charged by the ramp current source. Depending on the state of charge of the ramp capacitor, this results in a voltage that can be controlled by the reset signal and is applied as a ramp signal to the second input of the comparison unit.
  • the reset signal is selected in particular in such a way that the voltage applied to the second input of the comparison unit results in a ramp-like profile.
  • the reset signal can be a pulse signal, the period duration of which corresponds to that of the ramp signal.
  • an analog ramp signal for generating the PWM signal on the pixel or sub-pixel level can advantageously be generated.
  • the picture element has a supply current source which is arranged between the first supply connection and the supply switch and is set up to provide a current for operating the light-emitting semiconductor component.
  • a supply current source which is arranged between the first supply connection and the supply switch and is set up to provide a current for operating the light-emitting semiconductor component.
  • this is a transistor that is connected to the first supply connection via its source electrode and is connected to the supply switch via its drainage electrode, or is connected via its source electrode to the second electrode of the light-emitting semiconductor component, which is connected to the first supply connection via its first electrode, and is connected to the supply switch via its drainage electrode.
  • a control electrode of this transistor can serve, for example, as a control input of the supply current source.
  • the picture element has a dimming input.
  • the supply current source has a control input which is coupled to the dimming input.
  • the supply current source is set up to control an amplitude of the current flow between the first and second supply connection via the light-emitting semiconductor component as a dimming signal as a function of a voltage applied to the dimming input.
  • the same dimming signal can be fed to several picture elements, for example those picture elements that each form a sub-pixel of a pixel, in particular an RGB triplet, or all picture elements of a column or row of the display device, or all picture elements of the display device, in order to globally dim several picture elements to implement the display device.
  • the supply current source can also be combined with the supply transistor, ie during the on time the supply transistor regulates the current flow (eg in the saturation range), during the off time it is non-conductive.
  • a high level at the output of the comparison unit then corresponds to a voltage that impresses a corresponding current into the LED via the supply transistor.
  • the picture element has a dimming input and a further comparison unit with a first and a second input and an output. The first input of the further comparison unit is coupled to the dimming input. The output of the comparison unit is coupled to the second input of the further comparison unit.
  • the further comparison unit is set up to set a voltage at the output depending on a comparison of a voltage applied to the first and a second input, so that an amplitude of the voltage applied to the output of the comparison unit can be adapted as a dimming signal based on a voltage applied to the dimming input.
  • the amplitude of the voltage at the output of the further comparison unit can be set to an amplitude of the dimming signal, while the pulse width of the signal at the output of the comparison unit can be maintained as the pulse width of the signal at the output of the further comparison unit.
  • the picture element has a dimming capacitor with a first and a second electrode.
  • the first electrode of the dimming capacitor is coupled to the control input of the supply current source.
  • the second electrode of the dimming capacitor is coupled to the second supply connection.
  • the picture element has a dimming transistor with a control electrode, a drainage electrode and a source electrode, which is coupled to the dimming input via its source electrode.
  • the dimming transistor is also coupled to the selection input via its control electrode and is coupled to the first electrode of the dimming capacitor via its drain electrode.
  • the dimming signal or a voltage representing the dimming signal is thus dependent on the The selection signal or the voltage which represents the selection signal and is present at the selection input can be fed to the control input of the supply current source and kept in the dimming capacitor.
  • the dimming capacitor and the dimming transistor form a so-called “sample-and-hold” unit. In this way, individual picture elements can advantageously be dimmed ("local dimming").
  • a single sample-and-hold unit can be assigned to these several picture elements and coupled to the respective supply current source in further refinements.
  • the picture element has a set input for receiving a reference voltage.
  • the supply current source is designed as a first compensation transistor.
  • the ramp current source is designed as a second compensation transistor.
  • the first and second compensation transistors each have a control electrode, a drain electrode and a source electrode. The first compensation transistor is connected to the first via its source electrode
  • the first compensation transistor is coupled to the set input via its control electrode. Furthermore, the first compensation transistor is coupled to the source electrode of the supply transistor via its drain electrode.
  • the second compensation transistor is coupled to the first supply connection via its source electrode. In addition, the second compensation transistor coupled to the set input via its control electrode. Furthermore, the second compensation transistor is coupled to the source electrode of the ramp transistor via its drain electrode.
  • the first compensation transistor and the second compensation transistor are in particular arranged locally so close to one another that a mismatch error is kept low.
  • the two compensation transistors are preferably designed according to the common centroid layout in order to compensate for a gradient in the gate oxide, for example.
  • the two compensation transistors are manufactured in the same manufacturing process, for example on the same wafer, and thus have the same properties due to production and the same environmental influences due to the arrangement, so that advantageously with this connection there is a deviation in the first compensation transistor, for example in the current flow to Operating the corresponding LED in relation to other picture elements of the display device, for example due to layer thickness inaccuracies, also leads to a corresponding deviation in the second compensation transistor.
  • such a deviation can be fed back to the ramp capacitor in an analog manner, ie not discretized, so that in the event of an increased charging current, a steeper charging curve, thus a lower duty cycle of the PWM signal and as a result a reduced brightness of the LED results, and thus mismatch errors between individual picture elements can be compensated without additional calibration.
  • the picture element has a dimming connection.
  • the ramp current source is designed as a dimming transistor with a control electrode, a drain electrode and a source electrode.
  • the dimming transistor is coupled to the first supply connection via its source electrode.
  • the dimming transistor is coupled to the dimming connection via its control electrode.
  • the dimming transistor is coupled to the source electrode of the ramp transistor via its drain electrode.
  • a voltage applied to the ramp capacitor for charging the ramp capacitor can be controlled as a function of a voltage applied to the dimming connection.
  • the voltage present at the dimming connection can be fed to the picture element, for example, by means of a dimming signal that differs from the aforementioned dimming signal.
  • the duty cycle of the PWM signal can be controlled as a function of this dimming signal.
  • the same dimming signal of this type can be fed to a plurality of picture elements in order to implement a global dimming of a number of picture elements of the display device.
  • the picture element has a calibration input. Furthermore, the picture element has a calibration transistor with a control electrode, a drain electrode and a source electrode. The calibration transistor is connected to its source electrode coupled to the calibration input. In addition, the calibration transistor is coupled to the selection input via its control electrode. Furthermore, the calibration transistor is coupled to the dimming connection via its drainage electrode. In addition, the picture element has a calibration capacitor with a first electrode and a second electrode. The calibration capacitor is coupled to the dimming connection via its first electrode. Furthermore, the calibration capacitor is coupled to the second supply connection via its second electrode.
  • a calibration signal which is present at the calibration input and which can be stored in the calibration capacitor can be fed to the dimming connection as a function of the selection signal present at the selection input.
  • the calibration transistor is set up to allow the voltage representing the calibration signal to be supplied to the dimming connection and the calibration capacitor when the voltage present at the selection input and representing the selection signal is exceeded, and otherwise to block it.
  • the calibration capacitor and the calibration transistor form a so-called “sample-and-hold” unit.
  • the invention relates to a display device.
  • the display device is in particular a MicroLED display or another display based on active matrix technology.
  • the display device has a plurality of picture elements according to the first aspect.
  • the picture elements are in particular arranged in a matrix-like manner in rows and columns.
  • the display device also has a multiplicity of column lines which are each connected to the respective selection input of the picture elements of one of the columns.
  • the display device has a multiplicity of row lines which are each connected to the respective data input of the picture elements of one of the rows.
  • the display device has a control device which is connected to the plurality of column lines and is suitable for generating a pulse as a selection signal for a selected column line from the plurality of column lines.
  • the control device is further connected to the plurality of row lines and is suitable for generating a data signal for a selected row line from the plurality of row lines.
  • the display device has a multiplicity of ramp lines which are each connected to the ramp input of one of the picture elements.
  • the control device is connected to the multiplicity of ramp lines and is suitable for generating a ramp signal for the multiplicity of ramp lines externally with respect to the picture elements.
  • the same ramp signal can be fed to a plurality of picture elements, for example all picture elements of a column or row of the display device, all picture elements of a portion such as a quadrant of the display device or all picture elements of the display device.
  • the display device has a plurality of reset lines, each of which is connected to the reset input of one of the picture elements are connected.
  • the control device is connected to the plurality of reset lines and is suitable for generating a pulse as a predetermined reset signal for a selected reset line from the plurality of reset lines.
  • the same reset signal can be fed to a plurality of picture elements, for example all picture elements of a column or row of the display device, all picture elements of a portion such as a quadrant of the display device or all picture elements of the display device.
  • the display device has a plurality of first dimming lines, which are each connected to the dimming input of one of the picture elements.
  • the first dimming lines are each connected to the dimming input of one of the picture elements of a portion such as a quadrant of the display device or one of the picture elements of a row or a column of the display device.
  • the first dimming lines are connected to the dimming input of one of the picture elements of an RGB triplet of the display device.
  • the control device is connected to the plurality of first dimming lines and is suitable for generating a first dimming signal for a selected first dimming line from the plurality of first dimming lines.
  • the display device has a multiplicity of second dimming lines, each of which is connected to the dimming connection of one of the picture elements.
  • the control device is connected to the plurality of second dimming lines and is suitable for generating a second dimming signal for a selected second dimming line from the plurality of second dimming lines.
  • the display device has a plurality of set lines which are each connected to the set input of one of the picture elements.
  • the display device has a reference voltage source which is connected to the multiplicity of set lines and is suitable for providing a reference voltage for the multiplicity of set lines.
  • the display device has a multiplicity of calibration lines which are each connected to the calibration input of one of the picture elements.
  • the control device is connected to the plurality of calibration lines and is suitable for generating a calibration signal for a selected calibration line from the plurality of calibration lines.
  • the display device has a plurality of first delay elements which are each coupled to the column lines of two successive columns and are set up to provide the selection signal delayed by a predetermined first time duration il on the respective second column line compared to the respective first column line.
  • the display device has a plurality of second delay elements, which are each coupled to the ramp lines of two successive columns and set up to provide the ramp signal delayed by a predetermined second time period i2 on the respective second ramp line compared to the respective first ramp line.
  • the default first The time period il is in a predetermined ratio to the predetermined second time period i2.
  • the predefined ratio T1 / T2 1.
  • the ramp signal and the selection signal are synchronous with one another.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 2 shows an exemplary detailed view of the picture element according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows exemplary signal curves in normal operation of the picture element according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 5 shows a signal curve during normal operation of the picture element 1 according to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 7 shows a signal profile when an LED of the picture element according to FIG. 6 is operated
  • FIG. 7 shows a signal profile when an LED of the picture element according to FIG. 6 is operated
  • FIG. 8 shows a fourth exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 12 shows a seventh exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 13 shows an eighth embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 14 shows a ninth embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 16 shows a twelfth exemplary embodiment of a picture element for a display device
  • FIG. 17 shows an exemplary display device.
  • a display device with active matrix control can be based on pLEDs, for example, with each pixel of the display device corresponding to a cell with three pLEDs (sub-pixels).
  • the pLEDs are each a red, a green and a blue chip.
  • Each of these sub-pixels is assigned a circuit with active components in the form of thin-film transistors (TFTs) for regulating the current via the respective pLED.
  • TFTs thin-film transistors
  • Such a unit is referred to here and in the following as a picture element of the display device.
  • the current can be regulated in an analog manner using a programming voltage.
  • the brightness of the sub-pixels can be adjusted with the help of pulse width modulation (PWM). This is referred to as digital operation.
  • PWM pulse width modulation
  • This pulse width modulation can be generated by repeatedly programming the pixel cells. One sub-pixel is then only operated for a certain time with the nominal current and remains off the rest of the time.The viewer perceives the average brightness over time as the static brightness of the sub-pixel.
  • the pulse width modulation is generated outside the display device with the aid of a repetitive programming sequence.
  • switching times are required in the case of high-resolution displays with a repetition frequency of at least 60 Hz necessary, which cannot be achieved with today's TFT technology.
  • a microcontroller can be connected to one or more LEDs within a pixel and regulate their operation.
  • this is associated with high costs and enormous space requirements, in particular if such a microcontroller is assigned to each sub-pixel of the display device.
  • a picture element and a display device are specified which make it possible to generate a pulse width modulation for (sub) pixels of an active matrix display device pixel-fine.
  • a complex or precise circuit for controlling the individual picture elements can be provided outside the picture elements.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100.
  • a picture element 1 with a light-emitting semiconductor component B in a matrix arrangement of a display device 100 is controlled via a combination of a selection signal scan and data signal data.
  • the selection signal scan is, for example, a pulse with a pulse width of 10 ns for each of the picture elements 1 of a display device 100 is generated and repeated after 16 ms (this corresponds to the frame rate of the display device 100).
  • the data signal is, for example, an analog gray level value that is provided, for example, by a digital-to-analog converter.
  • the display device 100 has a plurality of picture elements 1 which are each arranged in rows x and columns y (FIG. 17).
  • a control device 12 which is arranged externally with respect to the individual picture elements 1, the selection signal scan is each connected to a corresponding selection input 4 via a plurality of column lines yl to yn and the data signal data is each connected to a corresponding selection input 4 via a plurality of row lines xl to xm corresponding data input 5 provided to the picture elements 1 (supply connections are not shown in more detail).
  • the picture element 1 is assigned a memory for an analog voltage signal, the data signal data. Instead of converting this analog voltage signal into an analog current value, the picture element 1 generates a pulse-width modulated current flow Iled as a function of the analog voltage signal, the amplitude of which can also be analog current-regulated (during the on time).
  • a unit IS is assigned to the picture element 1 (FIG. 2), which unit comprises a circuit with active components, for example in the form of thin-film transistors (TFTs).
  • TFTs thin-film transistors
  • This can in particular be a pIC or a TFT circuit of the active matrix backplane of the display device 100.
  • the picture element 1 has a first supply connection Vdd and a second supply connection Vss, via each of which a supply voltage or a supply current for operating the semiconductor component B can be provided.
  • a supply switch A can do the
  • FIG. 2 shows two exemplary detailed views of the image element 1 according to FIG. 1.
  • the supply switch A is designed, for example, as a PMOS transistor and is connected upstream of the semiconductor component B.
  • a first supply voltage is provided via the first supply connection Vdd; ground or a negative operating voltage of the semiconductor component B is applied to the second supply connection Vss, for example.
  • the first supply connection Vdd is connected to the supply switch A via a supply current source T4.
  • the supply current source T4 can be controlled, for example, as a PMOS transistor and is set up to provide a current at the input of the supply switch A as a function of a dimming signal dim.
  • the current flow Iled is pulse-width-modulated as a function of the PWM signal PWM, so that a brightness of the semiconductor component B can be set.
  • This structure can also be referred to as a "common cathode".
  • ground is present at the second supply connection.
  • the first supply voltage or a positive operating voltage of the semiconductor component B is provided via the first supply connection Vdd, for example.
  • the first supply connection Vdd is connected via the semiconductor component B to the supply current source T4, which the Supply switch A is connected downstream.
  • the supply current source T4 and the supply switch A are designed here as NMOS transistors, for example. This structure can also be referred to as a "common anode".
  • FIG. 2 shows a possible implementation of the unit IS.
  • the selection signal scan is provided via a selection input 4 (cf. FIG. 1) of the unit IS, the data signal data via a data input 5 and a ramp signal Vpwm via a ramp input 6, which has a sawtooth-like voltage curve.
  • the data signal data is applied to a switch T2 which is controlled as a function of the selection signal scan to store the data signal data in a data capacitor Cprog (sample-and-hold) and to feed it to a first input 3E1 of a comparison unit.
  • the comparison unit is designed, for example, as a comparator 3, flip-flop or the like.
  • the ramp signal Vpwm is present at a second input 3E2 of the comparison unit. Depending on an amplitude of the data signal data and a slope and pulse width of the ramp signal Vpwm, a pulse width of the PWM signal PWM results at the output 3A of the comparison unit.
  • the ramp signal Vpwm is, for example, a voltage output by a digital-to-analog converter that periodically has a logarithmic, exponential or linear slope.
  • a maximum and minimum voltage of the ramp signal Vpwm define, for example, a dimming range of the semiconductor component B, that is to say a minimum and maximum pulse width of the PWM signal PWM.
  • the ramp signal Vpwm has, for example, an integer multiple of saw teeth per image of the display device 100; the reciprocal of the frame rate of the display device 100 corresponds to FIG In other words, N times the period of the ramp signal Vpwm.
  • the ramp signal Vpwm has exactly one sawtooth for each (sub) pixel of the display device 100 per image.
  • the ramp signal Vpwm is here synchronous with the data signal data, that is, a ramp start always takes place, for example, after the pulse of the selection signal scan has ended and the analog gray level value of the data signal data has been loaded into the data capacitor Cprog.
  • the ramp signal Vpwm here has, for example, a non-linear slope.
  • the semiconductor component B is in a switched-on state (duration ton) as long as a voltage V represented by the data signal data is greater than a voltage V represented by the ramp signal Vpwm and otherwise in a switched-off state (duration toff), or vice versa.
  • the ramp signal Vpwm and the data signal data can cover the same voltage range or, in order to improve resolution, for example in the low nanosecond range, cover different voltage ranges (shown on the right in FIG. 3).
  • ramp signal Vpwm and data signal data are conceivable in this context: a linear ramp signal Vpwm with a linear data signal data, a non-linear ramp signal Vpwm with a linear data signal or a linear Ramp signal Vpwm can be combined with a non-linear data signal data.
  • the control device 12 can in this connection be connected to a corresponding ramp input 6 of the picture elements 1 with a plurality of supply lines z1 to zn in order to the same
  • the individual feed lines zl-zn are coupled via delay elements D2, which allow a delay of about exactly one period.
  • the column lines yl-yn are coupled via delay elements Dl which allow the same delay.
  • delay elements D1, D2 can serve as amplifiers in order to maintain the integrity of the individual signals.
  • a global ramp signal Vpwm enables dynamic adaptation of the brightness of the display device 100 via the pulse width of the respective PWM signal PWM for the display device 100 as a whole or for quadrants.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100.
  • the ramp signal Vpwm is generated by a circuit within the picture element.
  • the picture element 1 according to FIG. 1 is in this context instead of the ramp input 6 (FIG. 1), for example, a reset input 11 (FIG. 4) is assigned, via which a reset signal is provided blank.
  • the data signal data is stored in the data capacitor Cprog.
  • the switch T2 is designed here as a control transistor T2, which is connected with its source electrode T2Q to the data input 5, with its control electrode T2S connected to the selection input 4, and with its drain electrode connected to a first electrode CprogEl of the data capacitor Cprog is, which with its second electrode CprogE2 with the second
  • Supply connection Vss is coupled.
  • the first electrode CprogEl is also coupled to the first input 3E1 of a comparator 3, at whose output 3A the PWM signal PWM is output.
  • the PWM signal PWM is fed to a control electrode TIS of a supply transistor TI whose source electrode T1Q is connected to the first supply terminal Vdd via a supply current source T4 and is connected to a first electrode 2E1 of an LED 2 via its drainage electrode TIA, which is connected to the second supply connection Vss via its second electrode 2E2.
  • a current source T5 connected to the first supply connection Vdd is coupled to a first electrode CpwmEl of a ramp capacitor Cpwm and charges it with a constant charging current Icharge.
  • the ramp capacitor Cpwm is connected with its second electrode CpwmE2 to the second supply connection Vss.
  • the constant charging current Icharge generates a linear increase in the voltage Vpwm applied to the ramp capacitor Cpwm over time t.
  • the comparator 3 is connected to its second input 3E2 coupled to the first electrode CpwmEl of the ramp capacitor Cpwm, compares the voltage Vprog applied to the data capacitor Cprog with the voltage Vpwm applied to the ramp capacitor Cpwm and switches its output 3A to "low" when the same on the ramp capacitor Cpwm Voltage as applied to the data capacitor Cprog. After a period T has elapsed, the ramp capacitor Cpwm is discharged blank via the reset signal and the process starts all over again.
  • the reset input 11 is coupled to a control electrode T3S of a ramp transistor T3, which is coupled with its drain electrode T3A to the second supply connection Vss and with its source electrode to the first electrode CpwmEl of the ramp capacitor Cpwm.
  • FIG. 5 shows a signal curve during normal operation of the picture element 1 according to FIG. 4.
  • the output 3A of the comparator 3 is thus at "high” level and the control transistor TI (eg NMOS) switches through.
  • the ramp capacitor Cpwm is subsequently charged.
  • the ramp signal Vpwm exceeds that represented by the data signal data Voltage Vprog and the output 3A assumes a "low” level, so that the control transistor TI blocks the flow of current Iled.
  • FIG. 6 shows a third exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100, which differs from the second exemplary embodiment in that the supply current source T4 is designed to be controllable:
  • the amplitude of the current flow Iled through the LED 2 during the on time ton is specified from the outside by an adjustable current source T4 from a global dimming signal dim.
  • the picture element 1 has an additional dimming input 7.
  • the dimming signal dim can, for example, set several picture elements 1 together, for example a pixel with 3 subpixels (RGB), for example several pixels at the same time, for example a whole row x, a whole column y or the whole display device 100 -transistor TI be combined, ie during the on-time ton the control transistor TI regulates the current (eg in the saturation range), during the off-time toff it is non-conductive.
  • RGB subpixels
  • FIG. 7 shows an exemplary profile of the current flow Iled via the LED 2.
  • An amplitude L of the current flow Iled is specified globally by the dimming signal dim.
  • a duty cycle of the PWM signal PWM or a pulse width DC of the current flow Iled is defined pixel-fine by the PWM signal PWM or ramp signal Cpwm and data signal data.
  • FIG. 8 shows a fourth exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100, which differs from the third exemplary embodiment in that the controllable supply current source T4 is preceded by a dimming capacitor Cdim and a dimming transistor T6.
  • the Dimming capacitor Cdim is connected with its first electrode CdimEl on the input side to the current source T4 and with its second electrode CdimE2 it is connected to the second supply connection Vss.
  • the dimming transistor T6 has its drain electrode T6A connected to the first electrode CdimEl of the dimming capacitor Cdim, its control electrode T6S is connected to the selection input 4 and its source electrode T6Q is connected to the dimming input 7.
  • the dimming signal dim can be programmed via a separate data line (column) and stored in the dimming capacitor Cdim.
  • several (sub) pixels can share such a dimming signal dim or a dimming capacitor Cdim.
  • an RGB pixel shares a dimming capacitor Cdim
  • a group of RGB pixels shares a dimming capacitor Cdim or a data signal dim.
  • a nominal level of the current flow Iled via the LED 2 (hereinafter referred to as Iled, nominally referred to) is set in such a way that the nominal brightness of the LED 2 is already achieved with a duty cycle of less than 100% (see FIG. 9 and 10).
  • Iled nominally referred to
  • an amplitude Iled, nominally so high is chosen that the LED 2 is not permanently switched on in terms of time. That means that in light-emitting operation to achieve the nominal brightness of the LED 2 the on-time ton, nominally smaller than the maximum possible on-time ton, max (Fig. 9).
  • the ton, buffer corresponds to a proportion of the period T of 5%, for example 10% or 15%.
  • the maximum on time ton, max corresponds to the period T of the pulse width modulation and thus a duty cycle 100%.
  • a portion Vprog, buffer above a nominal voltage Vprog, nominal of the voltage Vprog represented by the data signal data can be used to set the duty cycle of the pulse width modulation greater than ton, nominal (i.e. to use ton, buffer) and in this way, for example, a too dark LED can be made brighter.
  • calibration can be carried out by adapting the charging current Icharge by means of the ramp current source T5.
  • the on-time ton (shown in dashed lines) or the duty cycle of the pulse width modulation can be increased compared to the nominal on-time ton, nominally by a lower charging current Icharge and a resulting flatter rise in the voltage Vpwm * compared to the ramp signal Vpwm , compared to the ramp signal Vpwm with a nominal charging current Icharge, nominal.
  • the calibration according to the sixth embodiment by adapting the duty cycle of the Pulse width modulation can be achieved via the charging current Icharge.
  • the strength of the calibration for example, an 8-bit resolution of the voltage Vprog represented by the data signal data automatically divides the pulse width modulation into uniform 8-bit (256) steps.
  • the data signal data therefore does not have to have a higher resolution than is necessary for pure color resolution.
  • the buffer for calibration (also towards higher brightnesses) via pulse width modulation if the nominal current level is set so that the pulse width modulation for the nominal brightness of LED 2 does not have 100% on time ton.
  • the buffer in the on-time can be used for compensation or for adjustment measures.
  • the buffer can be addressed by means of a so-called overhead of the data signal data or by means of a change (decrease) in the charging current Icharge of the ramp capacitor Cpwm.
  • FIG. 12 shows a seventh exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100, which differs from the third exemplary embodiment in that the picture element 1 has a set input 8 via which a reference voltage Vset can be provided.
  • the controllable supply current source T4 is designed as a first compensation transistor and the ramp current source T5 is designed as a second compensation transistor.
  • a source electrode T4Q of the first compensation transistor is connected to the first supply connection Vdd, its drain electrode T4A is connected to the source electrode T1Q of the control transistor TI, and its control electrode T4S is connected to the set input 8 connected.
  • a source electrode T5Q of the second compensation transistor is connected to the first supply connection Vdd, its drain electrode T5A is connected to the source electrode T3Q of the ramp transistor T3, and its control electrode T5S is connected to the set input 8.
  • the first and second compensation transistors are in particular arranged with respect to one another in such a way that extrinsic effects such as ambient temperature have an essentially identical effect on the two transistors (indicated by unit T45).
  • the two transistors can be manufactured in the same manufacturing process in order to compensate for intrinsic deviations from the norm.
  • the first and second compensation transistors form a current mirror.
  • the charging current Icharge is operated by a current source T5 which, in terms of manufacturing tolerance, experiences the same influences as the current source T4, for example through very close placement next to one another and a common gate connection (set connection 8).
  • the setting terminal 8 is, for example, connected to a voltage reference and sets the operating point together with the transistor geometries.
  • a ratio of width to length of the first compensation transistor is 10 while a ratio of width to length of the second compensation transistor is 1.
  • the reference voltage Vset itself is not suitable for calibration, since its change would also compensate for each other as explained above.
  • the associated second compensation transistor T5 also has this deviation (which leads to a higher charging current Icharge).
  • This deviation is fed back analogously (not discretized) to the ramp capacitor Cpwm, since a higher charging current Icharge results in a steeper charging curve and thus a lower duty cycle, which leads to a reduced brightness of LED 2 and overall compensation of the brightness.
  • this analog compensation can also correct the current flow Iled upwards.
  • Inaccuracies which are usually compensated pixel by pixel by white balance, are partly due to process variations in the manufacture of the TFT backplane, partly due to variations in the LEDs used.
  • the white correction is usually done by a microcontroller or FPGA, which, after measuring the actual brightness, defines a correction factor for each (sub) pixel with which each value of the data signal data is corrected. Even the digitized correction (i.e. with discretized values) results in further inaccuracies, so a comparison is never completely possible, also because of the limited resolution.
  • the error portion of the TFT circuit is automatically compensated for in an analogue and thus not discretized manner; therefore, no resolution in the external white balance needs to be maintained for this error portion.
  • a white balance is therefore only for one person Error portion of the LEDs required.
  • 13 shows an eighth exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100, which differs from the third exemplary embodiment in that the picture element has a dimming connection 9 via which a dimming signal Set_I_charge can be provided.
  • the ramp current source T5 is designed as a dimming transistor, the source electrode T5Q of which is connected to the first supply connection Vdd, the control electrode T5S of which is connected to the dimming connection 9 and the drainage electrode T5A of which is connected to the source electrode T3Q of the ramp transistor T3 .
  • a global brightness setting (e.g. dimming) can also be made by setting the ramp current source T5 and the charging current Icharge, and thus implemented via pulse width modulation .
  • the adaptation takes place here via a voltage as the dimming signal Set_I_charge. If only dimmed globally (and the LEDs 2 are not set above their nominal brightness), no duty cycle overhead (cf. fifth and sixth exemplary embodiments) is necessary.
  • FIG. 14 shows a ninth exemplary embodiment of a picture element 1 for a display device 100, which differs from the eighth exemplary embodiment in that the picture element 1 has a calibration input 10, via which a calibration signal data2 can be provided.
  • the picture element 1 has a calibration transistor T6 and a calibration capacitor CprogData on.
  • the calibration transistor T6 has its source electrode T6Q connected to the calibration input 10, its drain electrode T6A connected to the dimming connection 9, and its control electrode connected to the source electrode T3Q of the ramp transistor T3.
  • the calibration capacitor CprogData is connected with its first electrode CprogDataEl to the dimming connection 9 and with its second electrode CprogDataEl connected to the second supply connection Vss.
  • the duty cycle or the pulse width of the current flow Iled can now also be intervened externally pixel-fine via the LED 2 by connecting the ramps current source T5 of each (sub) pixel to a separate sample and hold stage with a its own calibration input 10 is connected and supplied with a separate calibration signal data2. This can be used, for example, for white point calibration.
  • the calibration input 10 for each picture element 1 of the display device 100, is supplied or coated with standard 8-bit data sources (standard ICs) . provided.
  • standard 8-bit data sources standard ICs
  • the pulse width modulation can be resolved with a total of 16 bits by using two separate, inexpensive "standard" 8-bit data sources.
  • an 8-bit voltage source is used for pixel-fine (white) calibration in this exemplary embodiment, whereas a nominal gray level of the (sub- ) pixels is set as usual via a further 8-bit voltage source, so that two separate, inexpensive standard source driver ICs can be used.
  • the data signal data can alternatively be provided with a large bit overhead, i.e. instead of the standard 8-bit gray level (8 bits per color), the data signal data is resolved with 12-14 bits for an exact white balance.
  • data sources in standard display driver ICs are only provided with 8-bit resolution.
  • a more expensive, specially adapted source driver IC with an accuracy of up to 16 bits can be used as compared to the two 8-bit standard source driver ICs above.
  • the data signal data comprises N data bits, for example 8 bits (only 3 bits shown here for reasons of clarity).
  • the picture element 1 has N control units T21, T22, T23 and N data capacitors Cprogl, Cprog2, Cprog3, which each form sample-and-hold units.
  • the selection signal scan comprises N pulses or a pulse which is fed to the individual control units T21, T22, T23 by delay elements between the individual control units T21, T22, T23 in synchronism with the individual data bits of the data signal data.
  • the display device 100 has a frame rate of 60 Hz with 8 bit gray levels and 1920 columns y, so that there is enough time for several such pulses (there is a time frame of 1/60 sec (frame) around 1920 columns with "to be programmed". Since the programming takes place sequentially, 8 CLK cycles are necessary for this).
  • the comparison unit has N first inputs 3E1 and is designed as a comparator 3 or the like. Depending on the value of the individual data bits, provision can be made to stagger the capacitance of the data capacitors or to connect a correspondingly staggered multiplier downstream of the inputs (e.g. within comparator 3) before the applied voltage is fed to an adder and the result is transferred to the second input 3E2 applied ramp signal Vpwm is compared.
  • both the data signal data and the ramp signal Vpwm are in digital form instead of analog form.
  • Both the data signal data and the ramp signal Vpwm comprise N data bits, for example 8 bits (only 3 bits shown here for reasons of clarity).
  • the picture element 1 has N comparison elements 31, 32, 33 which are set up for a comparison of individual bits ("bit by bit comparator"), a first input of the comparison elements 31, 32, 33 in each case with the digital data signal data and a second input of the comparison elements 31, 32,
  • the outputs of the comparison elements 31, 32, 33 are connected downstream of the outputs of the comparison elements 31, 32, 33 before the generated current is fed to a node.
  • This node has a unit on the output side 13 connected.
  • the unit 13 is supplied with a global voltage reference Vref.
  • a capacitor is provided which is charged by the output of the node or the voltage reference Vref and is connected on the output side to a respective input of a further comparison element 34.
  • the PWM signal PWM is then present at the output of the further comparison element 34.
  • the weighted currents of the comparison elements 31, 32, 33 summed up in the node charge a capacitor in unit 13.
  • the downstream further comparison element 34 triggers.
  • the further comparison element 34 is also a comparator, for example , a flip-flop or the like.
  • the comparison elements 31, 32, 33 can be preceded by a delay element D, so that the individual data bits of the data signal data and the ramp signal Vpwm are each synchronized with a pulse of the selection signal scan to the individual comparison elements 31, 32, 33 is fed.
  • the PWM signal PWM is not specified by external programming, but rather generated in the individual picture elements 1 which correspond to (sub) pixels of the display device 100.
  • an analog or digital voltage signal can be generated with the aid of TFTs in a digital signal (PWM signal PWM) can be converted.
  • a microcontroller is only optional for generating the PWM signal PWM.
  • a current level of the individual LEDs can optionally be adjusted globally or pixel-finely.
  • a calibration of the display device 100 or a compensation of inaccuracies of a current source of a pixel by means of the generated PWM signal PWM and feedback of the current flow Iled via the LED 2 is optionally made possible.
  • the nominal maximum brightness of the LED 2 can be limited to 90%, for example, and the remaining portion can be used for calibration by regulating the nominal current flow Iled via the LED 2 during the on time ton via the supply current source T4 and setting it in a fixed manner or can be programmed, for example via the additional ramp-and-hold stage according to the ninth embodiment (additional calibration capacitor CprogData and additional calibration input 10 per picture element 1) for pixel-fine programming of the analog current level or via a global (or line-by-line or column-wise) dimming signal according to the third or eighth exemplary embodiment, which is introduced from the outside to implement a day / night mode and intermediate stages.
  • the picture element 1 can be used in a customary active matrix structure of a display device 100, in which voltage programming takes place via selection signals scan and data signals data.
  • the scan selection signal as an external trigger for pulse width modulation, feed lines can be saved.
  • the reset connection 11 is, for example, connected to the selection input 4 and the reset signal blank corresponds to the selection signal scan.
  • the analog picture information is usually stored within a holding capacitor of a 2T1C cell. If the pulse width modulation is now also mapped via this holding capacitor and the scan transistor, the data rate increases by 2 L N of the desired PWM resolution. In comparison to alternatives for generating the pulse width modulation, fewer active circuit components are required, so that integration into a TFT circuit is possible.

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Abstract

Es werden ein Bildelement (1) für eine Anzeigevorrichtung (100) und eine Anzeigevorrichtung (100) angegeben. Das Bildelement (1) umfasst ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement (B), eine Vergleichseinheit mit einem ersten und zweiten Eingang (3E1, 3E2) sowie einem Ausgang (3A), einen Versorgungsschalter (A), einen Auswahleingang (4) und einen Dateneingang (5), ein Speicherelement und einen Steuerschalter, wobei der Versorgungsschalter (A) eingerichtet ist, einen Stromfluss über das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) abhängig von der am Ausgang (3A) der Vergleichseinheit anliegenden Spannung zu steuern, der Steuerschalter eingerichtet ist, ein über den Dateneingang (5) bereitgestelltes Datensignal (data) abhängig von einem am Auswahleingang (4) anliegenden Auswahlsignal (scan) dem ersten Eingang (3E1) der Vergleichseinheit zuzuführen und im Speicherelement vorzuhalten, und der zweite Eingang (3E2) der Vergleichseinheit zur Aufnahme eines Rampensignals (Vpwm) vorgesehen ist, so dass abhängig von dem Datensignal (data) ein Stromfluss durch das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) einstellbar ist.

Description

BILDELEMENT FÜR EINE ANZEIGEVORRICHTUNG UND
ANZEIGEVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Bildelement und eine Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen.
Konventionelle Ansteuerungen für Pixel einer
Anzeigevorrichtung arbeiten in einer Kreuz-Matrix-Anordnung und nutzen die Reduktion des Stroms (sog. Stromdimmen), um die Helligkeit durch Intensitätsveränderung des abgestrahlten Lichts der Pixel zu beeinflussen. Dies wird auch als analoges Dimmen bezeichnet. Es wird beispielsweise für OLEDs und LCDs eingesetzt. Solch eine Ansteuerung ist für LED-Displays wegen des ungünstigen Einflusses auf den Farbort nachteilig.
Es stellt sich die Aufgabe, ein Bildelement für eine Anzeigevorrichtung sowie eine Anzeigevorrichtung mit einer alternativen Ansteuerung bereitzustellen.
Zu diesem Zweck werden ein Bildelement sowie eine Anzeigevorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen angegeben .
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Bildelement für eine Anzeigevorrichtung. Als Bildelement wird eine elektronische Untereinheit der Anzeigevorrichtung bezeichnet, die zur Darstellung eines Pixels oder eines Sub pixels der Anzeigevorrichtung eingerichtet ist. Insbesondere im Falle einer polychromatischen Anzeigevorrichtung können einzelne Pixel durch mehrere verschiedenfarbige Sub-pixel gebildet sein, beispielsweise durch ein rotes Sub-pixel, ein grünes Sub-pixel und ein blaues Sub-pixel. Ein derartiger Verbund wird nachfolgend auch als RGB-Triplett bezeichnet.
Das Bildelement weist in einer Ausgestaltung einen ersten Versorgungsanschluss auf. Hierbei kann es sich etwa um einen elektrischen Anschluss handeln, über den dem Bildelement eine vorgegebene Betriebsspannung oder ein vorgegebener Betriebsstrom zugeführt wird. Darüber hinaus weist das Bildelement einen zweiten Versorgungsanschluss auf. Bei dem zweiten Versorgungsanschluss handelt es sich beispielhaft um einen Masseanschluss. Mit dem zweiten Versorgungsanschluss kann aber auch ein elektrischer Anschluss zur Zuführung einer vorgegebenen Betriebsspannung oder eines vorgegebenen Betriebsstroms bezeichnet sein.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement auf, das zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss angeordnet ist. Bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um eine lichtemittierende Diode, LED. Zur elektrischen Versorgung ist das Halbleiterbauelement mit dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss insbesondere mittelbar gekoppelt. Insbesondere ist vorgesehen, dass dem Halbleiterbauelement je Bildelement zur Steuerung des Stromflusses eine Treibereinheit vorgeschaltet ist.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement eine Vergleichseinheit mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang auf. Die Vergleichseinheit ist eingerichtet, eine Spannung am Ausgang der Vergleichseinheit abhängig von einem Vergleich einer am ersten Eingang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung mit einer am zweiten Eingang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung einzustellen. Insbesondere kann die Vergleichseinheit hierzu einen Komparator bzw. 1-Bit-Analog-Digital-Umsetzer umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Die Vergleichseinheit kann in diesem Zusammenhang insbesondere weitere Eingänge zur Versorgung aufweisen, die etwa mit dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss verbunden sind. Bei dem ersten Eingang handelt es sich beispielhaft um einen nicht-invertierenden Eingang. Bei dem zweiten Eingang handelt es sich beispielhaft um einen invertierenden Eingang. Insbesondere kann die Vergleichseinheit eingerichtet sein, im Falle, dass die am ersten Eingang anliegende Spannung größer ist als die am zweiten Eingang anliegende Spannung, am Ausgang die am ersten Versorgungsanschluss anliegende Spannung auszugeben, und anderenfalls die am zweiten Versorgungsspannung anliegende Spannung auszugeben.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Versorgungs-schalter auf, der eingerichtet ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss über das lichtemittierende Halbleiterbauelement abhängig von der am Ausgang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung zu steuern. Bei dem Versorgungs-schalter handelt es sich beispielsweise um einen Transistor. Insbesondere ist der Versorgungs-schalter eingerichtet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der am Ausgang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung einen Stromfluss durch das Halbleiterelement zuzulassen und anderenfalls zu sperren.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Auswahleingang und einen Dateneingang auf. Über den Auswahleingang bereitgestellte Signale können auch als Auswahlsignal, „select" oder „scan" bezeichnet werden; der Auswahleingang kann in diesem Zusammenhang zur Verbindung mit einer Spaltenleitung der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Über den Dateneingang bereitgestellte Signale können auch als Datensignal oder „data" bezeichnet werden; der Dateneingang kann in diesem Zusammenhang zur Verbindung mit einer Zeilenleitung der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement ein Speicherelement und einen Steuer-schalter auf. Der Steuer schalter ist eingerichtet, ein über den Dateneingang bereitgestelltes Datensignal abhängig von einem am Auswahleingang anliegenden Auswahlsignal dem ersten Eingang der Vergleichseinheit zuzuführen und im Speicherelement vorzuhalten. Bei dem Auswahlsignal handelt es sich insbesondere um einen vorgegebenen Spannungsimpuls zur Schaltung des Steuer-schalters. Bei dem Datensignal handelt es sich insbesondere um eine vorgegebene Spannung, die zu einer Helligkeit des Halbleiterbauelements im bestimmungsgemäßen lichtemittierenden Betrieb korrespondiert. Bei dem Speicherelement handelt es sich beispielsweise um einen Kondensator, der eingerichtet ist, eine angelegte Spannung für eine vorgegebene Zeitdauer vorzuhalten, etwa für eine Dauer, bis ein nächstes Bild auf der Anzeigevorrichtung dargestellt werden soll (z.B. Kehrwert der Bildwiederholfrequenz der Anzeigevorrichtung). Bei dem Steuer-schalter handelt es sich beispielsweise um einen Transistor. Insbesondere ist der Steuer-schalter eingerichtet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der am Auswahleingang anliegenden, das Auswahlsignal repräsentierenden Spannung, ein Zuführen der das Datensignal repräsentierenden Spannung zu dem ersten Eingang der Vergleichseinheit sowie dem Speicherelement zuzulassen und anderenfalls zu sperren. Das Speicherelement und der Steuer-schalter bilden in anderen Worten eine sogenannte „Sample-and-hold"-Einheit.
In einer Ausgestaltung ist der zweite Eingang der Vergleichseinheit zur Aufnahme eines Rampensignals vorgesehen. Beispielhaft kann das Rampensignal extern bezüglich des Bildelements erzeugt und dem Bildelement bereitgestellt werden, oder aber durch eine interne Schaltung im Bildelement erzeugt werden. Bei dem Rampensignal handelt es sich insbesondere um einen vorgegebenen, periodischen Spannungsverlauf. Beispielhaft ist das Rampensignal ein Sägezahnsignal, insbesondere mit einem linear steigenden Sägezahn. Alternativ kann ein periodischer Anstieg auch nichtlinear, etwa logarithmisch oder exponentiell erfolgen. Periodisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Sägezahn- bzw. Rampen-artiger Signalanteil mit jeweils einem Anstieg und einem Abfall, sich innerhalb einer vorgegebenen Zeit (Periodendauer) identisch oder im Wesentlichen identisch wiederholt .
Das Rampensignal ist insbesondere derart gewählt, dass sich bei einem Vergleich mit der das Datensignal repräsentierenden Spannung durch die Vergleichseinheit am Ausgang der Vergleichseinheit ein pulsweitenmodulierter (PWM) Spannungsverlauf ergibt, dessen Pulsweite von dem Datensignal abhängt, beispielsweise einer Amplitude eines analogen Datensignals. Insbesondere ist so abhängig von dem Datensignal ein Stromfluss durch das lichtemittierende Halbleiterbauelement einstellbar, und zwar mittels des PWM- Spannungsverlaufs .
Die Periodendauer des Rampensignals ist in diesem Zusammenhang um ein Vielfaches geringer gewählt als ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden „scan"- Spannungsimpulsen, z.B. um einen Faktor 2-100, bevorzugt um einen Faktor 50. Die Periodendauer ist dementsprechend ebenso um einen Faktor von mindestens 1 bis um ein Vielfaches geringer gewählt als die Bildwiederholrate der Anzeigevorrichtung .
In vorteilhafter Weise kann durch das vorgeschlagene Bildelement ein analoges PWM Signal auf Pixel- bzw. Sub- pixel-ebene erzeugt werden. Hierfür ist lediglich eine geringe Integrationstiefe innerhalb eines Bildelements erforderlich, während eine komplexe und präzise Schaltung etwa außerhalb des Bildelements angeordnet sein kann.
In einer Ausgestaltung umfasst das Datensignal eine vorgegebene Anzahl digitaler Datenbits. Das Speicherelement weist korrespondierend zu der vorgegebenen Anzahl digitaler Datenbits mehrere Daten-Kondensatoren auf. Der Steuer- Schalter weist korrespondierend zu der vorgegebenen Anzahl digitaler Datenbits mehrere Steuereinheiten auf, die eingerichtet sind, jeweils eines der digitalen Datenbits abhängig von dem Auswahlsignal einem dem ersten Eingang der Vergleichseinheit vorgeschalteten Addierer zuzuführen und in jeweils einem der Daten-Kondensatoren vorzuhalten.
Die digitalen Datenbits repräsentieren einen vorgegebenen Wertebereich, etwa [0;7] bei 3 Datenbits, die jeweils eine Abstufung der Helligkeit des Halbleiterbauelements repräsentieren. Die einzelnen Datenbits werden dem Bildelement beispielhaft sequentiell zugeführt, wobei das Auswahlsignal eine der vorgegebenen Anzahl digitaler Datenbits N entsprechende Anzahl N an Pulsen umfasst. Alternativ ist den Steuereinheiten jeweils ein Verzögerungselement vorgeschaltet, das einen einzigen Puls des Auswahlsignals zwischen aufeinanderfolgenden Steuereinheiten jeweils entsprechend der zeitlichen Abfolge der Datenbits verzögert. Die Daten-kondensatoren können in diesem Zusammenhang unterschiedlich große Kapazitäten aufweisen, um einen Multiplikator der Datenbit-Wertigkeit abbilden zu können. Bei 3 Datenbits könnte beispielhaft der erste Datenkondensator die 4-fache Kapazität des dritten Daten-Kondensators und der zweite Daten-Kondensator die 2- fache Kapazität des dritten Daten-Kondensators aufweisen. In diesem Zusammenhang kann die Ansteuerung des Halbleiterbauelements insbesondere derart ausgelegt sein, dass die Ladung der einzelnen Datenkondensatoren konstant bleibt. Alternativ ist auch denkbar, dem Addierer jeweils einen entsprechenden Multiplikator vorzuschalten.
In vorteilhafter Weise können so digitale Datensignale zur Erzeugung des analogen PWM Signals auf Pixel- bzw. Sub-pixel ebene herangezogen werden. Das Rampensignal liegt in diesem Zusammenhang insbesondere in analoger Form vor.
In einer Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement als LED ausgebildet und weist eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Hierbei kann es sich insbesondere um eine sogenannte pLED handeln. In einer Ausgestaltung ist die Vergleichseinheit als Komparator ausgebildet. In einer Ausgestaltung ist der Versorgungs-schalter als Versorgungs transistor ausgebildet. Beispielhaft handelt es sich hierbei um einen Dünnfilmtransistor. In einer Ausgestaltung umfasst der Steuer-schalter einen Steuer-transistor. Beispielhaft handelt es sich hierbei ebenfalls um einen
Dünnfilmtransistor. In einer Ausgestaltung weisen sowohl der Versorgungs-transistor als auch der Steuer-transistor jeweils eine Steuerelektrode, eine Abflusselektrode und eine Quellenelektrode auf. Unter einer Abflusselektrode wird hier und im Folgenden der Drain-Anschluss eines Transistors verstanden. Analog hierzu bezeichnet die Quellenelektrode einen Source-Anschluss und die Steuerelektrode einen Gate- Anschluss des Transistors. In einer Ausgestaltung umfasst das Speicherelement einen Daten-Kondensator mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode.
In einer Ausgestaltung ist der Versorgungs-transistor über seine Quellenelektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus ist der Versorgungs-transistor über seine Steuerelektrode mit dem Ausgang des Komparators gekoppelt. Ferner ist der Versorgungs-transistor über seine Abflusselektrode mit der ersten Elektrode der LED gekoppelt. Die LED ist über die zweite Elektrode mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt. Der Steuer-transistor ist über seine Quellenelektrode mit dem Dateneingang gekoppelt. Darüber hinaus ist der Steuer-transistor über seine Steuerelektrode mit dem Auswahleingang gekoppelt. Ferner ist der Steuer-transistor über seine Abflusselektrode mit dem ersten Eingang des Komparators sowie der ersten Elektrode des Daten-Kondensators gekoppelt. Die zweite Elektrode des Daten- Kondensators ist mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt .
Die der LED des Bildelements gemäß dieser Ausgestaltung vorgeschalteten Baueinheiten des Bildelements werden hier und im Folgenden zusammengefasst auch als Treibereinheit bezeichnet. In vorteilhafter Weise ermöglicht vorgenannte Treibereinheit eine (Sub-)Pixel-interne Erzeugung eines PWM- Signals zum Betreiben der LED. Ein teurer, komplexer bzw. platzraubender Mikrocontroller, der in diesem Zusammenhang eingesetzt werden könnte, ist lediglich optional.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Rampeneingang auf, der zum Empfang eines extern bezüglich des Bildelements generierten Rampensignals vorgesehen und mit dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit gekoppelt ist. In vorteilhafter Weise kann dasselbe Rampensignal so mehreren Bildelementen einer Anzeigevorrichtung, insbesondere allen Bildelementen der Anzeigevorrichtung zugeführt werden, so dass sämtlichen Bildelementen dieselbe Referenzgröße zugrunde gelegt wird, ein Bauraum der Bildelemente kompakt gehalten werden kann und Bauelemente zur Erzeugung des Rampensignals eingespart werden können.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Rücksetzeingang auf, der zum Empfang eines vorgegebenen Rücksetzsignals vorgesehen ist. Das Bildelement weist darüber hinaus einen Rampen-kondensator mit einer ersten und zweiten Elektrode auf, wobei die erste Elektrode mit dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit und die zweite Elektrode mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt ist. Ferner weist das Bildelement eine Rampen-stromquelle auf, die mit der ersten Elektrode des Rampen-kondensators gekoppelt und eingerichtet ist, den Rampen-kondensator zu laden. Überdies weist das Bildelement einen Rampen-transistor mit einer Steuerelektrode, einer Abflusselektrode und einer Quellenelektrode auf. Der Rampen-transistor ist über seine Abflusselektrode mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus ist der Rampen-transistor über seine Steuerelektrode mit dem Rücksetzeingang gekoppelt. Ferner ist der Rampen-transistor über seine Quellenelektrode mit der ersten Elektrode des Rampen-kondensators gekoppelt. Der Rampen-transistor ist insbesondere eingerichtet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts einer das vorgegebene Rücksetzsignal repräsentierenden Spannung einen Stromfluss zwischen der ersten Elektrode des Rampen kondensators und dem zweiten Versorgungsanschluss zuzulassen und anderenfalls zu sperren. Lässt der Rampen-transistor einen Stromfluss zu, kann der Rampen-kondensator über den Rampen-transistor entladen werden, anderenfalls kann der Rampen-kondensator durch die Rampen-stromquelle geladen werden. Abhängig von dem Ladungszustand des Rampen kondensators ergibt sich damit eine durch das Rücksetzsignal steuerbare Spannung, die als Rampensignal an dem zweiten Eingang der Vergleichseinheit anliegt. Das Rücksetzsignal ist in diesem Zusammenhang insbesondere derart gewählt, dass sich ein rampen-artiger Verlauf der am zweiten Eingang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung ergibt. Insbesondere kann es sich bei dem Rücksetzsignal um ein Pulssignal handeln, dessen Periodendauer mit der des Rampensignals übereinstimmt .
In vorteilhafter Weise kann so neben dem analogen PWM Signal auch ein analoges Rampensignal zur Erzeugung des PWM Signals auf Pixel- bzw. Sub-pixel-ebene erzeugt werden.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement eine Versorgungs-stromquelle auf, die zwischen dem ersten Versorgungsanschluss und dem Versorgungs-schalter angeordnet und eingerichtet ist, einen Strom zum Betreiben des lichtemittierenden Halbleiterbauelements bereitzustellen. Beispielhaft handelt es sich hierbei um einen Transistor, der über seine Quellenelektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist und über seine Abflusselektrode mit dem Versorgungs-schalter verbunden ist, oder über seine Quellenelektrode mit der zweiten Elektrode des lichtemittierenden Halbleiterbauelements verbunden ist, die über ihre erste Elektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist, und über seine Abflusselektrode mit dem Versorgungsschalter verbunden ist. Eine Steuerelektrode dieses Transistors kann beispielhaft als Steuereingang der Versorgungs-Stromquelle dienen.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Dimmeingang auf. Die Versorgungs-Stromquelle weist einen Steuereingang auf, der mit dem Dimmeingang gekoppelt ist. Die Versorgungs-Stromquelle ist eingerichtet, abhängig von einer am Dimmeingang anliegenden Spannung als Dimmsignal eine Amplitude des Stromflusses zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss über das lichtemittierende Halbleiterbauelement zu steuern. Insbesondere kann dasselbe Dimmsignal mehreren Bildelementen zugeführt werden, beispielsweise solchen Bildelementen, die jeweils ein Sub pixel eines Pixels bilden, insbesondere einem RGB-Triplett, oder sämtlichen Bildelementen einer Spalte oder Zeile der Anzeigevorrichtung, oder sämtlichen Bildelementen der Anzeigevorrichtung, um ein globales Dimmen mehrerer Bildelemente der Anzeigevorrichtung umzusetzen. In einer alternativen Ausgestaltung kann auch die Versorgungs stromquelle mit dem Versorgungs-transistor kombiniert sein, d.h. während der on-Zeit regelt der Versorgungs-transistor den Stromfluss (z.B. im Sättigungsbereich), während der off- Zeit ist er nichtleitend. Ein high-Pegel am Ausgang der Vergleichseinheit enstpricht dann einer Spannung, die über den Versorungs-transistor einen entsprechendne Strom in die LED einprägt. In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Dimmeingang sowie eine weitere Vergleichseinheit mit einem ersten und zweiten Eingang sowie einem Ausgang auf. Der erste Eingang der weiteren Vergleichseinheit ist mit dem Dimmeingang gekoppelt. Der Ausgang der Vergleichseinheit ist mit dem zweiten Eingang der weiteren Vergleichseinheit gekoppelt. Die weitere Vergleichseinheit ist eingerichtet, eine Spannung am Ausgang abhängig von einem Vergleich einer am ersten und einer am zweiten Eingang anliegenden Spannung einzustellen, so dass abhängig von einer am Dimmeingang anliegenden Spannung als Dimmsignal eine Amplitude des am Ausgang der Vergleichseinheit anliegenden Spannung angepasst werden kann. Insbesondere lässt sich so die Amplitude der Spannung am Ausgang der weiteren Vergleichseinheit auf eine Amplitude des Dimmsignals einstellen, wobei gleichzeitig die Pulsweite des Signals am Ausgang der Vergleichseinheit als Pulsweite des Signals am Ausgang der weiteren Vergleichseinheit beibehalten werden kann.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Dimm- kondensator mit einer ersten und zweiten Elektrode auf. Die erste Elektrode des Dimm-kondensators ist mit dem Steuereingang der Versorgungs-Stromquelle gekoppelt. Die zweite Elektrode des Dimm-kondensators ist mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus weist das Bildelement einen Dimm-Transistor mit einer Steuerelektrode, einer Abflusselektrode und einer Quellenelektrode auf, der über seine Quellenelektrode mit dem Dimmeingang gekoppelt ist. Der Dimm-Transistor ist ferner über seine Steuerelektrode mit dem Auswahleingang gekoppelt und über seine Abflusselektrode mit der ersten Elektrode des Dimm- kondensators gekoppelt. Das Dimmsignal bzw. eine das Dimmsignal repräsentierende Spannung ist so abhängig von dem Auswahlsignal bzw. der das Auswahlsignal repräsentierenden und am Auswahleingang anliegenden Spannung dem Steuereingang der Versorgungs-stromquelle zuführbar und im Dimm-kondensator vorhaltbar. Der Dimm-kondensator und der Dimm-transistor bilden in anderen Worten eine sogenannte „Sample-and-hold"- Einheit. In vorteilhafter Weise lässt sich so ein individuelles Dimmen („local dimming") einzelner Bildelemente umsetzen .
Soll dasselbe Dimmsignal mehreren Bildelementen zugeführt werden, um ein globales Dimmen mehrerer Bildelemente einer Anzeigevorrichtung zu ermöglichen, kann in weiteren Ausgestaltungen eine einzige Sample-and-hold-Einheit diesen mehreren Bildelementen zugeordnet und mit der jeweiligen Versorgungs-stromquelle gekoppelt sein.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Setzeingang zur Aufnahme einer Referenzspannung auf. Die Versorgungs-stromquelle ist als erster Kompensations- Transistor ausgebildet. Die Rampen-stromquelle ist als zweiter Kompensations-Transistor ausgebildet. Der erste und zweite Kompensations-transistor weisen jeweils eine Steuerelektrode, eine Abflusselektrode und eine Quellenelektrode auf. Der erste Kompensations-transistor ist über seine Quellenelektrode mit dem ersten
Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus ist der erste Kompensations-transistor über seine Steuerelektrode mit dem Setzeingang gekoppelt. Ferner ist der erste Kompensations- transistor über seine Abflusselektrode mit der Quellenelektrode des Versorgungs-transistors gekoppelt. Der zweite Kompensations-transistor ist über seine Quellenelektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus ist der zweite Kompensations- transistor über seine Steuerelektrode mit dem Setzeingang gekoppelt. Ferner ist der zweite Kompensations-transistor über seine Abflusselektrode mit der Quellenelektrode des Rampen-transistors gekoppelt.
Der erste Kompensations-transistor und der zweite Kompensations-transistor sind insbesondere lokal derart nahe beieinander angeordnet, dass ein Mismatch Fehler gering gehalten wird. Bevorzugt sind die beiden Kompensations transistoren gemäß dem common-centroid-layout ausgebildet, um etwa einen Gradienten im Gateoxid auszugleichen. In diesem Zusammenhang wird auf die Ausführungen von Daniel Payne in "A Review of an Analog Layout Tool called HiPer DevGen" sowie Nurahmad Omar in "Automated Layout Synthesis Tool for Op-Amp" verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Insbesondere sind die beiden Kompensations-transistoren in einem selben Herstellungsverfahren gefertigt, beispielhaft auf einem selben Wafer, und weisen somit fertigungsbedingt gleiche Eigenschaften und anordnungsbedingt gleiche Umgebungseinflüsse auf, so dass in vorteilhafter Weise bei dieser Verschaltung eine Abweichung im ersten Kompensations- transistor etwa des Stromflusses zum Betreiben der entsprechenden LED gegenüber anderen Bildelementen der Anzeigevorrichtung, beispielhaft aufgrund von Schichtdickenungenauigkeiten, auch zu einer entsprechenden Abweichung im zweiten Kompensations-transistor führt. Durch besagte Verschaltung kann eine derartige Abweichung analog, d.h. nicht diskretisiert, auf den Rampen-kondensator rückgekoppelt werden, so dass sich im Falle eines erhöhten Ladestroms eine steilere Ladekurve, damit ein geringerer Tastgrad („Dutycycle") des PWM-Signals und infolge dessen eine verringerte Helligkeit der LED ergibt, und somit Mismatch-Fehler zwischen einzelnen Bildelementen ohne zusätzliche Kalibrierung kompensiert werden können.
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Dimmanschluss auf. Die Rampen-stromquelle ist als Dimm- transistor mit einer Steuerelektrode, einer Abflusselektrode und einer Quellenelektrode ausgebildet. Der Dimm-transistor ist über seine Quellenelektrode mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt. Darüber hinaus ist der Dimm- transistor über seine Steuerelektrode mit dem Dimmanschluss gekoppelt. Ferner ist der Dimm-transistor über seine Abflusselektrode mit der Quellenelektrode des Rampen transistors gekoppelt.
Durch die Verschaltung gemäß dieser Ausgestaltung ist eine am Rampen-kondensator anliegende Spannung zum Laden des Rampen kondensators abhängig von einer am Dimmanschluss anliegenden Spannung steuerbar. Die am Dimmanschluss anliegende Spannung kann etwa durch ein von dem zuvor genannten Dimmsignal verschiedenes Dimmsignal dem Bildelement zugeführt werden. Abhängig von diesem Dimmsignal ist insbesondere eine Steuerung des Tastgrads des PWM-Signals möglich. Analog zu vorigen Ausführungen kann dasselbe derartige Dimmsignal mehreren Bildelementen zugeführt werden, um ein globales Dimmen mehrerer Bildelemente der Anzeigevorrichtung umzusetzen .
In einer Ausgestaltung weist das Bildelement einen Kalibrierungseingang auf. Des Weiteren weist das Bildelement einen Kalibrierungs-transistor mit einer Steuerelektrode, einer Abflusselektrode und einer Quellenelektrode auf. Der Kalibrierungs-transistor ist über seine Quellenelektrode mit dem Kalibrierungseingang gekoppelt. Darüber hinaus ist der Kalibrierungs-transistor über seine Steuerelektrode mit dem Auswahleingang gekoppelt. Ferner ist der Kalibrierungs transistor über seine Abflusselektrode mit dem Dimmanschluss gekoppelt. Überdies weist das Bildelement einen Kalibrierungs-kondensator mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode auf. Der Kalibrierungs-kondensator ist über seine erste Elektrode mit dem Dimmanschluss gekoppelt. Ferner ist der Kalibrierungs-kondensator über seine zweite Elektrode mit dem zweiten Versorgungsanschluss gekoppelt. Durch die Verschaltung gemäß dieser Ausgestaltung ist dem Dimmanschluss abhängig von dem am Auswahleingang anliegenden Auswahlsignal ein an dem Kalibrierungseingang anliegendes Kalibrierungssignal zuführbar, das in dem Kalibrierungs-kondensator vorhaltbar ist. Insbesondere ist der Kalibrierungs-transistor eingerichtet, bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der am Auswahleingang anliegenden, das Auswahlsignal repräsentierenden Spannung ein Zuführen der das Kalibrierungssignal repräsentierenden Spannung zu Dimmanschluss sowie dem Kalibrierungs-kondensator zuzulassen und anderenfalls zu sperren. Der Kalibrierungs- kondensator und der Kalibrierungs-transistor bilden in anderen Worten eine sogenannte „Sample-and-hold"-Einheit.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung. Bei der Anzeigevorrichtung handelt es sich insbesondere um eine MicroLED-Anzeige oder eine andere Anzeige basierend auf aktivmatrix-Technologie.
In einer Ausgestaltung weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Bildelementen gemäß dem ersten Aspekt auf. Die Bildelemente sind insbesondere matrixartig in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Anzeigevorrichtung weist darüber hinaus eine Vielzahl von Spaltenleitungen auf, die jeweils mit dem jeweiligen Auswahleingang der Bildelemente einer der Spalten verbunden sind. Ferner weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Zeilenleitungen auf, die jeweils mit dem jeweiligen Dateneingang der Bildelemente einer der Zeilen verbunden sind.
Überdies weist die Anzeigevorrichtung eine Steuervorrichtung auf, die mit der Vielzahl der Spaltenleitungen verbunden und geeignet ist, einen Impuls als Auswahlsignal für eine ausgewählte Spaltenleitung aus der Vielzahl der Spaltenleitungen zu generieren. Die Steuervorrichtung ist ferner verbunden mit der Vielzahl von Zeilenleitungen und geeignet, ein Datensignal für eine ausgewählte Zeilenleitung aus der Vielzahl der Zeilenleitungen zu generieren.
In einer Ausgestaltung weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Rampenleitungen auf, die jeweils mit dem Rampeneingang eines der Bildelemente verbunden sind. Die Steuervorrichtung ist mit der Vielzahl von Rampenleitungen verbunden und geeignet, extern bezüglich der Bildelemente ein Rampensignal für die Vielzahl von Rampenleitungen zu generieren. Insbesondere kann dasselbe Rampensignal mehreren Bildelementen, zugeführt werden, beispielsweise sämtlichen Bildelementen einer Spalte oder Zeile der Anzeigevorrichtung, sämtlichen Bildelementen eines Anteils wie etwa eines Quadranten der Anzeigevorrichtung oder sämtlichen Bildelementen der Anzeigevorrichtung.
In einer alternativen Ausgestaltung weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Rücksetzleitungen auf, die jeweils mit dem Rücksetzeingang eines der Bildelemente verbunden sind. Die Steuervorrichtung ist mit der Vielzahl von Rücksetzleitungen verbunden und geeignet, einen Impuls als vorgegebenes Rücksetzsignal für eine ausgewählte Rücksetzleitung aus der Vielzahl der Rücksetzleitungen zu generieren. Insbesondere kann dasselbe Rücksetzsignal mehreren Bildelementen, zugeführt werden, beispielsweise sämtlichen Bildelementen einer Spalte oder Zeile der Anzeigevorrichtung, sämtlichen Bildelementen eines Anteils wie etwa eines Quadranten der Anzeigevorrichtung oder sämtlichen Bildelementen der Anzeigevorrichtung.
In einer Ausgestaltung weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von ersten Dimmleitungen auf, die jeweils mit dem Dimmeingang eines der Bildelemente verbunden sind. Alternativ sind die ersten Dimmleitungen jeweils mit dem Dimmeingang eines der Bildelemente eines Anteils wie etwa eines Quadranten der Anzeigevorrichtung oder eines der Bildelemente einer Reihe oder einer Spalte der Anzeigevorrichtung verbunden. Alternativ sind die ersten Dimmleitungen mit dem Dimmeingang eines der Bildelemente eines RGB-Tripletts der Anzeigevorrichtung verbunden. Die Steuervorrichtung ist mit der Vielzahl von ersten Dimmleitungen verbunden und geeignet, ein erstes Dimmsignal für eine ausgewählte erste Dimmleitung aus der Vielzahl der ersten Dimmleitungen zu generieren.
Alternativ oder zusätzlich weist die Anzeigevorrichtung in einer Ausgestaltung eine Vielzahl von zweiten Dimmleitungen auf, die jeweils mit dem Dimmanschluss eines der Bildelemente verbunden sind. Die Steuervorrichtung ist mit der Vielzahl von zweiten Dimmleitungen verbunden und geeignet, ein zweites Dimmsignal für eine ausgewählte zweite Dimmleitung aus der Vielzahl der zweiten Dimmleitungen zu generieren. Alternativ oder zusätzlich weist die Anzeigevorrichtung in einer Ausgestaltung eine Vielzahl von Setzleitungen auf, die jeweils mit dem Setzeingang eines der Bildelemente verbunden sind. Darüber hinaus weist die Anzeigevorrichtung eine Referenzspannungsquelle auf, die mit der Vielzahl von Setzleitungen verbunden und geeignet ist, eine Referenzspannung für die Vielzahl von Setzleitungen bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich weist die Anzeigevorrichtung in einer Ausgestaltung eine Vielzahl von Kalibrierungsleitungen auf, die jeweils mit dem Kalibrierungseingang eines der Bildelemente verbunden sind. Die Steuervorrichtung ist mit der Vielzahl von Kalibrierungsleitungen verbunden und geeignet, ein Kalibrierungssignal für eine ausgewählte Kalibrierungsleitung aus der Vielzahl der Kalibrierungsleitungen zu generieren.
In einer Ausgestaltung weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von ersten Verzögerungsgliedern auf, die jeweils mit den Spaltenleitungen zweier aufeinanderfolgender Spalten gekoppelt und eingerichtet sind, das Auswahlsignal jeweils um eine vorgegebene erste Zeitdauer il verzögert an der jeweiligen zweiten Spaltenleitung im Vergleich zu der jeweiligen ersten Spaltenleitung bereitzustellen. Darüber hinaus weist die Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von zweiten Verzögerungsgliedern auf, die jeweils mit den Rampenleitungen zweier aufeinanderfolgender Spalten gekoppelt und eingerichtet sind, das Rampensignal jeweils um eine vorgegebene zweite Zeitdauer i2 verzögert an der jeweiligen zweiten Rampenleitung im Vergleich zu der jeweiligen ersten Rampenleitung bereitzustellen. Die vorgegebene erste Zeitdauer il steht in einem vorgegebenen Verhältnis zu der vorgegebenen zweiten Zeitdauer i2.
In einer Ausgestaltung beträgt das vorgegebene Verhältnis T1/T2 = 1. In anderen Worten sind das Rampensignal und das Auswahlsignal synchron zueinander.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Bildelements und der Anzeigevorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 2 beispielhafte Detailansicht des Bildelements gemäß Fig. 1,
Fig. 3 beispielhafte Signalverläufe im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bildelements gemäß Fig. 1,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 5 einen Signalverlauf im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bildelements 1 gemäß Fig. 4,
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung, Fig. 7 einen Signalverlauf bei Betreiben einer LED des Bildelements gemäß Fig. 6,
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 9-11 Signalübersicht im bestimmungsgemäßen Betrieb eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung gemäß einem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 13 ein achtes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 14 ein neuntes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 15 ein elftes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 16 ein zwölftes Ausführungsbeispiel eines Bildelements für eine Anzeigevorrichtung,
Fig. 17 eine beispielhafte Anzeigevorrichtung.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Eine Anzeigevorrichtung mit Aktivmatrix-Ansteuerung kann beispielsweise auf pLEDs basieren, wobei jeder Pixel der Anzeigevorrichtung einer Zelle mit drei pLEDs (Sub-Pixel) entspricht. Bei den pLEDs handelt es sich jeweils um einen roten, einen grünen und einen blauen Chip. Jedem dieser Sub- Pixel ist eine Schaltung mit aktiven Komponenten in Form von Dünnschichttransistoren (TFTs) zur Regelung des Stroms über die jeweilige pLED zugeordnet. Eine solche Einheit wird hier und im Folgenden als Bildelement der Anzeigevorrichtung bezeichnet. Zur Anpassung der Helligkeit einzelner Sub-Pixel („dimming") kann der Strom über eine Programmierspannung analog geregelt werden. Da bei LEDs eine Abhängigkeit zwischen Farbort und Strom besteht, kann es bei einem solchen reinen Analogbetrieb zu Änderungen des Weißpunktes kommen (Farbort/Color Gamut). Um dieses Problem zu umgehen kann die Helligkeit der Sub-Pixel mit Hilfe von Pulsweitenmodulation (PWM) eingestellt werden. Man spricht hierbei vom digitalen Betrieb. Diese Pulsweitenmodulation kann durch wiederholtes Programmieren der Pixelzellen erzeugt werden. Ein Sub-Pixel wird dann nur eine gewisse Zeit mit dem Nominalstrom betrieben und bleibt den Rest der Zeit aus. Vom Betrachter wird die mittlere Helligkeit über die Zeit als statische Helligkeit des Sub-Pixels wahrgenommen.
Hierbei wird die Pulsweitenmodulation außerhalb der Anzeigevorrichtung mit Hilfe einer sich wiederholenden Programmiersequenz erzeugt. Um jedoch eine Farbtiefe von 8 Bit je Farbe (insgesamt 24 Bit, Standard) mit digitalem Betrieb zu erreichen sind im Fall von hochauflösenden Displays mit mindestens 60 Hz Wiederholfrequenz Schaltzeiten nötig, die mit der heutigen TFT Technologie nicht erreicht werden können.
Alternativ zur Erzeugung der Pulsweitenmodulation über die externe Programmierungsspannung kann ein Mikrocontroller innerhalb eines Pixels mit einer oder mehreren LEDs verbunden werden und deren Betrieb regeln. Dies ist jedoch mit hohen Kosten und enormen Platzbedarf verbunden, insbesondere wenn jedem Sub-Pixel der Anzeigevorrichtung ein solcher Mikrocontroller zugeordnet wird.
Im Folgenden werden ein Bildelement und eine Anzeigevorrichtung angegeben, die es ermöglichen, eine Pulsweitenmodulation für (Sub-)pixel einer Aktivmatrix- Anzeigevorrichtung pixelfein zu erzeugen. Insbesondere wird vorgeschlagen, ein analoges PWM Signal innerhalb eines Bildelements zu erzeugen, um auf effiziente Weise eine hohe Dynamik im Hinblick auf Bittiefen, Graustufen, und Dimmen zu erreichen bei gleichzeitig geringer Integrationstiefe innerhalb eines Bildelements. Eine komplexe bzw. präzise Schaltung zur Ansteuerung der einzelnen Bildelemente kann außerhalb der Bildelemente vorgesehen sein.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100.
Ein Bildelement 1 mit einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement B in einer Matrixanordnung einer Anzeigevorrichtung 100 (vgl. Fig. 17) wird über eine Kombination aus einem Auswahlsignal scan und Datensignal data angesteuert. Bei dem Auswahlsignal scan handelt es sich beispielsweise um einen Puls mit einer Pulsweite von 10ns, der für jedes der Bildelemente 1 einer Anzeigevorrichtung 100 erzeugt wird und nach 16ms wiederholt wird (dies entspricht der frame rate der Anzeigevorrichtung 100). Bei dem Datensignal handelt es sich beispielhaft um einen analogen Graustufenwert der etwa von einem Digital-Analog-Wandler bereitgestellt wird.
Die Anzeigevorrichtung 100 weist eine Vielzahl an Bildelementen 1 auf, die jeweils in Zeilen x und Spalten y angeordnet sind (Fig. 17). Mittels einer Steuervorrichtung 12, die extern bezüglich der einzelnen Bildelemente 1 angeordnet ist, werden das Auswahlsignal scan über eine Vielzahl an Spaltenleitungen yl bis yn jeweils verbunden mit einem entsprechenden Auswahleingang 4 und das Datensignal data über eine Vielzahl an Zeilenleitungen xl bis xm jeweils verbunden mit einem entsprechenden Dateneingang 5 den Bildelementen 1 bereitgestellt (Versorgungsanschlüsse sind nicht näher dargestellt).
Dem Bildelement 1 ist ein Speicher für ein analoges Spannungssignal, dem Datensignal data zugeordnet. Statt dieses analoge Spannungssignal in einen analogen Stromwert umzuwandeln, erzeugt das Bildelement 1 in Abhängigkeit des analogen Spannungssignals einen pulsweitenmodulierten Stromfluss Iled, dessen Amplitude zusätzlich (während der on- Zeit) analog stromgeregelt sein kann.
Hierzu ist dem Bildelement 1 eine Einheit IS zugeordnet (Fig. 2), die eine Schaltung mit aktiven Komponenten umfasst, z.B. in Form von Dünnfilmtransistoren (TFTs). Hierbei kann es sich insbesondere um einen pIC oder eine TFT Schaltung der Aktivmatrix-Backplane der Anzeigevorrichtung 100 handeln. Das Bildelement 1 weist einen ersten Versorgungsanschluss Vdd und einen zweiten Versorgungsanschluss Vss auf, über die jeweils eine Versorgungsspannung oder ein Versorgungsstrom zum Betreiben des Halbleiterbauelements B bereitgestellt werden kann. Ein Versorgungs-Schalter A kann dem
Halbleiterbauelement B vorgeschaltet sein und abhängig von einem durch die Einheit IS erzeugten PWM-Signals PWM den Stromfluss Iled steuern. Anhand Fig. 2 sind zwei beispielhafte Detailansichten des Bildelements 1 gemäß Fig. 1 gezeigt .
Wie links dargestellt ist der Versorgungs-Schalter A beispielhaft als PMOS Transistor ausgebildet und dem Halbleiterbauelement B vorgeschaltet. Über den ersten Versorgungsanschluss Vdd wird eine erste Versorgungsspannung bereitgestellt, an dem zweiten Versorgungsanschluss Vss liegt beispielhaft Masse oder eine negative Betriebsspannung des Halbleiterbauelements B an. Der erste Versorgungsanschluss Vdd ist über eine Versorgungs-Stromquelle T4 mit dem Versorgungs-Schalter A verbunden. Die Versorgungs-Stromquelle T4 ist beispielhaft steuerbar, etwa als PMOS Transistor ausgebildet und eingerichtet, abhängig von einem Dimmsignal dim einen Strom am Eingang des Versorgungs-Schalters A bereitzustellen. Abhängig von dem PWM-Signal PWM wird der Stromfluss Iled pulsweitenmoduliert, so dass eine Helligkeit des Halbleiterbauelements B eingestellt werden kann. Dieser Aufbau kann auch als „common cathode" bezeichnet werden.
In der Darstellung rechts liegt an dem zweiten Versorgungsanschluss Masse an. Über den ersten Versorgungsanschluss Vdd wird beispielsweise die erste Versorgungsspannung oder eine positive Betriebsspannung des Halbleiterbauelements B bereitgestellt. Der erste Versorgungsanschluss Vdd ist über das Halbleiterbauelement B mit der Versorgungs-Stromquelle T4 verbunden, die der Versorgungs-Schalter A nachgeschaltet ist. Die Versorgungs- Stromquelle T4 und der Versorgungs-Schalter A sind hier beispielhaft als NMOS Transistoren ausgebildet. Dieser Aufbau kann auch als „common anode" bezeichnet werden.
Mittig zeigt Fig. 2 eine mögliche Umsetzung der Einheit IS. Über einen Auswahleingang 4 (vgl. Fig. 1) der Einheit IS wird das Auswahlsignal scan, über einen Dateneingang 5 das Datensignal data und über einen Rampeneingang 6 ein Rampensignal Vpwm bereitgestellt, welches einen sägezahnähnlichen Spannungsverlauf führt. Das Datensignal data liegt an einem Schalter T2 an, der abhängig von dem Auswahlsignal scan gesteuert wird, das Datensignal data in einem Daten-kondensator Cprog zu speichern (sample-and-hold) sowie einem ersten Eingang 3E1 einer Vergleichseinheit zuzuführen. Die Vergleichseinheit ist beispielhaft als Komparator 3, Flipflop oder ähnliches ausgebildet. An einem zweiten Eingang 3E2 der Vergleichseinheit liegt das Rampensignal Vpwm an. Abhängig von einer Amplitude des Datensignals data und einer Steigung und Pulsweite des Rampensignals Vpwm ergibt sich eine Pulsweite des PWM-Signals PWM am Ausgang 3A der Vergleichseinheit.
Bei dem Rampensignal Vpwm handelt es sich beispielhaft um eine von einem Digital-Analog-Wandler ausgegebene Spannung, die periodisch eine logarithmische, exponentielle oder lineare Steigung aufweist. Eine maximale und minimale Spannung des Rampensignals Vpwm definieren beispielhaft einen Dimmbereich des Halbleiterbauelements B, also eine minimale und maximale Pulsbreite des PWM-Signals PWM. Das Rampensignal Vpwm weist beispielhaft je Bild der Anzeigevorrichtung 100 ein ganzzahliges Vielfaches an Sägezähnen auf, der Kehrwert der frame rate der Anzeigevorrichtung 100 entspricht in anderen Worten einem N-fachen der Periode des Rampensignals Vpwm. Insbesondere weist das Rampensignal Vpwm für jedes (Sub-)pixel der Anzeigevorrichtung 100 je Bild genau einen Sägezahn auf. Anhand Fig. 3 ist jeweils ein beispielhafter Sägezahn eines Signalverlaufs des Rampensignals Vpwm sowie ein analoger Graustufenwert des Datensignals data im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bildelements 1 gemäß Fig. 1 über die Zeit t gezeigt. Das Rampensignal Vpwm ist hier synchron zu dem Datensignal data, das heißt, ein Rampenstart erfolgt z.B. immer nachdem der Puls des Auswahlsignals scan beendet und entsprechend der analogen Graustufenwert des Datensignals data in den Daten-kondensator Cprog geladen ist.
Das Rampensignal Vpwm weist hier beispielhaft eine nichtlineare Steigung auf. Je nach Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement B in einem eingeschalteten Zustand (Zeitdauer ton) solange eine das Datensignal data repräsentierte Spannung V größer als eine durch das Rampensignal Vpwm repräsentierte Spannung V ist und anderenfalls in einem ausgeschalteten Zustand (Zeitdauer toff), oder umgekehrt.
Wie links in Fig. 3 dargestellt können das Rampensignal Vpwm und das Datensignal data einen gleichen Spannungsbereich abdecken oder zur Verbesserung einer Auflösung etwa im niedrigen nanosekunden-Bereich unterschiedliche Spannungsbereiche abdecken (in Fig. 3 rechts gezeigt).
Denkbar sind in diesem Zusammenhang insbesondere verschiedene Kombinationen aus Rampensignal Vpwm und Datensignal data: So kann ein lineares Rampensignal Vpwm mit einem linearen Datensignal data, ein nichtlineares Rampensignal Vpwm mit einem linearen Datensignal data oder ein lineares Rampensignal Vpwm mit einem nichtlinearen Datensignal data kombiniert werden.
Bei dem Bildelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorgesehen, das Rampensignal Vpwm mehreren Bildelementen 1 einer Anzeigevorrichtung 100, insbesondere allen Bildelementen 1 eines Quadranten der Anzeigevorrichtung 100 oder gänzlich allen Bildelementen 1 der
Anzeigevorrichtung 100 bereitzustellen. Ein solcher Ansatz wird hier und im Folgenden auch als „global" bezeichnet. Wie anhand Fig. 17 gezeigt, kann die Steuervorrichtung 12 in diesem Zusammenhang mit einer Vielzahl an Zuleitungen zl bis zn mit einem entsprechenden Rampeneingang 6 der Bildelemente 1 verbunden sein, um dasselbe Rampensignal Vpwm bereitzustellen. Die einzelnen Zuleitungen zl-zn sind etwa über Verzögerungsglieder D2 gekoppelt, die eine Verzögerung um etwa genau eine Periodendauer ermöglichen. Synchron hierzu sind etwa die Spaltenleitungen yl-yn über Verzögerungsglieder Dl gekoppelt, die eine selbe Verzögerung ermöglichen.
Überdies können die Verzögerungsglieder Dl, D2 als Verstärker dienen, um eine Integrität der einzelnen Signale zu wahren.
In vorteilhafter Weise ermöglicht ein globales Rampensignal Vpwm eine dynamische Anpassung der Helligkeit der Anzeigevorrichtung 100 über die Pulsbreite des jeweiligen PWM-Signals PWM für die Anzeigevorrichtung 100 als Ganzes bzw. für Quadranten.
Anhand der Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100 dargestellt.
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird hier statt eines globalen Rampensignals Vpwm das Rampensignal Vpwm durch eine Bildelementinterne Schaltung erzeugt. Dem Bildelement 1 gemäß Fig. 1 ist in diesem Zusammenhang anstelle des Rampeneingangs 6 (Fig. 1) beispielsweise ein Rücksetzeingang 11 (Fig. 4) zugeordnet, über den ein Rücksetzsignal blank bereitgestellt wird.
Das Datensignal data wird im Daten-kondensator Cprog gespeichert. Der Schalter T2 ist hier als Steuer-Transistor T2 ausgebildet, der mit seiner Quellenelektrode T2Q mit dem Dateneingang 5 verbunden ist, mit seiner Steuerelektrode T2S mit dem Auswahleingang 4 verbunden ist, und mit seiner Abflusselektrode mit einer ersten Elektrode CprogEl des Daten-kondensators Cprog verbunden ist, der mit seiner zweiten Elektrode CprogE2 mit dem zweiten
Versorgungsanschluss Vss gekoppelt ist. Die erste Elektrode CprogEl ist darüber hinaus mit dem ersten Eingang 3E1 eines Komparators 3 gekoppelt, an dessen Ausgang 3A das PWM-Signal PWM ausgegeben wird. Das PWM-Signal PWM wird einer Steuerelektrode TIS eines Versorgungs-transistors TI zugeführt, der mit seiner Quellenelektrode T1Q über eine Versorgungs-Stromquelle T4 mit dem ersten Versorgungsanschluss Vdd verbunden ist und über seine Abflusselektrode TIA mit einer ersten Elektrode 2E1 einer LED 2 verbunden ist, die über ihre zweite Elektrode 2E2 mit dem zweiten Versorgungsanschluss Vss verbunden ist.
Eine mit dem ersten Versorgungsanschluss Vdd verbundene Stromquelle T5 ist mit einer ersten Elektrode CpwmEl eines Rampen-kondensators Cpwm gekoppelt und lädt diesen mit einem konstanten Ladestrom Icharge. Der Rampen-kondensator Cpwm ist mit seiner zweiten Elektrode CpwmE2 mit dem zweiten Versorgungsanschluss Vss verbunden. Durch den konstanten Ladestrom Icharge wird ein linearer Anstieg der am Rampen kondensator Cpwm anliegenden Spannung Vpwm über der Zeit t erzeugt. Der Komparator 3 ist mit über seinen zweiten Eingang 3E2 mit der ersten Elektrode CpwmEl des Rampen-kondensators Cpwm gekoppelt, vergleicht die am Daten-kondensator Cprog anliegende Spannung Vprog mit der am Rampen-kondensator Cpwm anliegenden Spannung Vpwm und schaltet seinen Ausgang 3A auf „low", wenn am Rampen-kondensator Cpwm dieselbe Spannung wie am Daten-kondensator Cprog anliegt. Nach Ablauf einer Periodendauer T wird über das Rücksetzsignal blank der Rampen-kondensator Cpwm entladen und der Vorgang beginnt von vorne. Der Rücksetzeingang 11 ist in diesem Zusammenhang mit einer Steuerelektrode T3S eines Rampen-Transistors T3 gekoppelt, der mit seiner Abflusselektrode T3A mit dem zweiten Versorgungsanschluss Vss und mit seiner Quellenelektrode mit der ersten Elektrode CpwmEl des Rampen kondensators Cpwm gekoppelt ist.
Fig. 5 zeigt einen Signalverlauf im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bildelements 1 gemäß Fig. 4. Zu Beginn ist der Rampen-kondensator Cpwm. Die durch das Datensignal data repräsentierte Spannung Vprog (=Soll-Grauwert) ist im Daten- kondensator Cprog eingespeichert und größer als die am Rampen-kondensator Cpwm anliegende Spannung Vpwm (Rampensignal) . Der Ausgang 3A des Komparators 3 ist damit auf „high" Pegel und der Steuer-Transistor TI (z.B. NMOS) schaltet durch. Nachfolgend lädt sich der Rampen-kondensator Cpwm auf. Nach der Zeit tonl übersteigt das Rampensignal Vpwm die durch das Datensignal data repräsentierte Spannung Vprog und der Ausgang 3A nimmt einen „low" Pegal an, so dass der Steuer-Transistor TI den Stromfluss Iled sperrt. Nach Ablauf einer Periodendauer T wird ein Puls als Rücksetzsignal blank bereitgestellt, so dass sich der Rampen-kondensator Cpwm entlädt und der Vorgang (mit verändertem Datensignal data und entsprechend anderer ton2) neu gestartet werden kann. Anhand Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100 dargestellt, das sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass die Versorgungs-Stromquelle T4 steuerbar ausgebildet ist:
Die Amplitude des Stromflusses Iled über die LED 2 während der on-Zeit ton wird über eine einstellbare Stromquelle T4 von einem globalen Dimmsignal dim von außen vorgegeben. Das Bildelement 1 weist in diesem Zusammenhang einen zusätzlichen Dimmeingang 7 auf. Das Dimmsignal dim kann beispielsweise mehrere Bildelemente 1 gemeinsam einstellen, beispielsweise ein Pixel mit 3 Subpixeln (RGB), beispielsweise mehrere Pixel zugleich, beispielsweise eine ganze Zeile x, eine ganze Spalte y oder die ganze Anzeigevorrichtung 100. Die Stromquelle T4 kann auch mit dem Steuer-transistor TI kombiniert sein, d.h. während der on-Zeit ton regelt der Steuer-transistor TI den Strom (z.B. im Sättigungsbereich), während der Off-zeit toff ist er nichtleitend.
Fig. 7 zeigt zu dem dritten Ausführungsbeispiel einen beispielhaften Verlauf des Stromflusses Iled über die LED 2. Eine Amplitude L des Stromflusses Iled wird global durch das Dimmsignal dim vorgegeben. Ein Tastgrad (duty cycle) des PWM- Signals PWM bzw. eine Pulsweite DC es Stromflusses Iled wird pixelfein durch das PWM-Signal PWM bzw. Rampensignal Cpwm und Datensignal data definiert.
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass der steuerbaren Versorgungs-Stromquelle T4 ein Dimm-kondensator Cdim sowie ein Dimm-transistor T6 vorgeschaltet sind. Der Dimm-kondensator Cdim ist mit seiner ersten Elektrode CdimEl eingangsseitig mit der Stromquelle T4 verbunden und mit seiner zweiten Elektrode CdimE2 mit dem zweiten Versorgungsanschluss Vss verbunden. Der Dimm-transistor T6 ist mit seiner Abflusselektrode T6A mit der ersten Elektrode CdimEl des Dimm-kondensators Cdim verbunden, mit seiner Steuerelektrode T6S mit dem Auswahleingang 4 verbunden und mit seiner Quellenelektrode T6Q mit dem Dimmeingang 7 verbunden .
Der Wert des Stromflusses Iled über die LED 2 während der on- Zeit ton wird über die einstellbare Versorgungs-Stromquelle T4 von dem Dimmsignal dim vorprogrammiert vorgegeben. Das Dimmsignal dim kann in diesem Zusammenhang im Unterschied zu dem globalen Dimmsignal gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel über eine separate Dataleitung (Spalte) programmiert und in dem Dimm-kondensator Cdim gespeichert werden. In einer Ausführungsform können sich mehrere (Sub-)pixel ein derartiges Dimmsignal dim bzw. einen Dimm-kondensator Cdim teilen. Beispielsweise teilt sich ein RGB-Pixel einen Dimm- kondensator Cdim, oder eine Gruppe von RGB-Pixeln teilt sich einen Dimm-kondensator Cdim oder ein Datensignal dim.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel wird ein nominales Level des Stromfluss Iled über die LED 2 (nachfolgend mit Iled,nominal bezeichnet) so festgelegt, dass die nominale Helligkeit der LED 2 bereits mit einem Tastgrad von weniger als 100% erreicht wird (vgl. Fig. 9 und 10). In anderen Worten wird, um z.B. eine nominale TFT-Backplane mit einer nominalen pLED bei nominaler Helligkeit zu betreiben, eine Amplitude Iled,nominal so hoch gewählt, dass die LED 2 zeitlich gesehen nicht dauerhaft angeschaltet ist. Das heißt, dass im lichtemittierenden Betrieb zur Erreichung der nominalen Helligkeit der LED 2 die on-Zeit ton,nominal kleiner als die maximal mögliche on-Zeit ton,max (Fig. 9). Dadurch bleibt ein „Puffer" ton,buffer, der verwendet werden kann, um zu dunkle LEDs (bzw. Pixel circuits mit zu wenig Strom) mittels Pulsweitenmodulation nach „oben" korrigieren zu können und so eine Fehlerkompensation bzw. einen Weißabgleich zu ermöglichen. Beispielsweise entspricht die ton,buffer einem Anteil an der Periodendauer T von 5%, beispielsweise von 10% oder von 15%. Die maximale on-Zeit ton,max entspricht der Periodendauer T der Pulsweitenmodulation und damit einem Dutycycle 100%.
Wie in Fig. 10 dargestellt kann ein Anteil Vprog,buffer oberhalb einer nominalen Spannung Vprog,nominal der durch das Datensignal data repräsentierten Spannung Vprog verwendet werden, um den Tastgrad der Pulsweitenmodulation größer als ton,nominal einzustellen (also ton,buffer zu nutzen) und hierdurch z.B. eine zu dunkle LED heller einzustellen.
Alternativ hierzu oder zusätzlich kann in einem sechsten Ausführungsbeispiel wie anhand Fig. 11 dargestellt eine Kalibrierung durch Anpassung des Ladestroms Icharge durch die Rampen-Stromquelle T5 erfolgen. Die on-Zeit ton (gestrichelt dargestellt) bzw. der Tastgrad der Pulsweitenmodulation kann im Vergleich zu der nominalen on-Zeit ton,nominal durch einen niedrigeren Ladestrom Icharge und einen daraus resultierenden flacheren Anstieg der Spannung Vpwm* im Vergleich zu dem Rampensignals Vpwm erhöht werden, sich im Vergleich zu dem Rampensignal Vpwm bei nominalem Ladestrom Icharge,nominal.
Mit Vorteil kann im Gegensatz zu dem fünften
Ausführungsbeispiel kann die Kalibrierung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel durch eine Anpassung des Tastgrads der Pulsweitenmodulation über den Ladestrom Icharge erreicht werden. Unabhängig von der Stärke der Kalibrierung (Steilheit der Ladekurve des Rampensignals Vpwm) teilt z.B. eine 8 Bit Auflösung der durch das Datensignal data repräsentierten Spannung Vprog die Pulsweitenmodulation automatisch in gleichmäßige 8-Bit (256) Stufen. Das Datensignal data muss daher nicht höher aufgelöst sein, als für die reine Farbauflösung nötig.
Zusammenfassend bleibt gemäß dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel ein Puffer für die Kalibrierung (auch hin zu höheren Helligkeiten) per Pulsweitenmodulation, wenn das nominale Stromlevel so festgelegt wird, dass die Pulsweitenmodulation für die nominale Helligkeit der LED 2 nicht 100% on-Zeit ton hat. Der Puffer in der on-Zeit kann zur Kompensation bzw. für Abgleichmaßnahmen verwendet werden. Der Puffer kann angesprochen werden mittels eines sogenannten overhead des Datensignals data oder mittels einer Veränderung (Verringerung) des Ladestroms Icharge des Rampen-kondensators Cpwm.
Fig. 12 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass das Bildelement 1 einen Setzeingang 8 aufweist, über den eine Referenzspannung Vset bereitgestellt werden kann. Überdies ist die steuerbare Versorgungs-Stromquelle T4 als erster Kompensations-transistor und die Rampen-stromquelle T5 als zweiter Kompensations-transistor ausgebildet. Eine Quellenelektrode T4Q des ersten Kompensations-transistors ist mit dem ersten Versorgungsanschluss Vdd verbunden, seine Abflusselektrode T4A mit der Quellenelektrode T1Q des Steuer transistors TI verbunden, und seine Steuerelektrode T4S mit dem Setzeingang 8 verbunden. Eine Quellenelektrode T5Q des zweiten Kompensations-transistors ist mit dem ersten Versorgungsanschluss Vdd verbunden, seine Abflusselektrode T5A mit der Quellenelektrode T3Q des Rampen-transistors T3 verbunden, und seine Steuerelektrode T5S mit dem Setzeingang 8 verbunden. Der erste und zweite Kompensations-transistor sind insbesondere derart zueinander angeordnet, dass extrinsische Einwirkungen wie Umgebungstemperatur im Wesentlich identisch auf die beiden Transistoren auswirken (angedeutet durch Baueinheit T45). Überdies können die beiden Transistoren in einem selben Fertigungsverfahren hergestellt sein, um so auch intrinsische Normabweichungen auszugleichen. Beispielhaft bilden der erste und zweite Kompensations transistor einen Stromspiegel.
Der Ladestrom Icharge wird in anderen Worten von einer Stromquelle T5 betrieben, die fertigungstoleranzmäßig dieselben Einflüsse erfährt, wie die Stromquelle T4, beispielsweise durch sehr enge Platzierung nebeneinander und gemeinsamen Gate-Anschluss (Setzanschluss 8). Der Setzanschluss 8 ist beispielhaft mit einer Spannungsreferenz verbunden und stellt den Arbeitspunkt zusammen mit den Transistorgeometrien fest ein. Beispielhaft beträgt ein Verhältnis von Breite zu Länge des ersten Kompensations transistors 10 während ein Verhältnis von Breite zu Länge des zweiten Kompensations-transistors 1 beträgt. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Referenzspannung Vset nicht selbst zum Kalibrieren geeignet ist, da sich ihre Veränderung gemäß obiger Erläuterung ebenfalls kompensieren würde.
Hat der erste Kompensations-transistor T4 eine Abweichung zu den restlichen Pixeln der Anzeigevorrichtung 100 (z.B. mehr Strom bei selber Gatespannung), beispielsweise aufgrund von Schichtdickenungenauigkeiten, so hat der zugehörige zweite Kompensations-transistor T5 diese Abweichung ebenso (was zu einem höheren Ladestrom Icharge führt).
Diese Abweichung wird analog (nicht diskretisiert) rückgekoppelt auf den Rampen-kondensator Cpwm, da ein höherer Ladestrom Icharge eine steilere Ladekurve und damit einen geringeren Tastgrad ergibt, was zu einer verringerten Helligkeit der LED 2 führt und insgesamt eine Kompensation der Helligkeit zur Folge hat.
Insbesondere in Kombination mit dem fünften oder sechsten Ausführungsbeispiel (ton,nominal < T) kann diese analoge Kompensation den Stromfluss Iled auch nach oben korrigieren.
Ungenauigkeiten, welche durch Weißabgleich üblicherweise pixelweise kompensiert werden, sind zu Teilen durch Prozessvariationen bei Fertigung der TFT Backplane gegeben, zu Teilen durch Variationen der eingesetzten LEDs. Die Weißkorrektur geschieht i.d.R. durch einen Mikrocontroller oder FPGA, welcher nach Messung der tatsächlichen Helligkeit einen Korrekturfaktor für jedes (Sub-)pixel festlegt, mit welchem dann jeder Wert des Datensignals data korrigiert wird. Bereits aufgrund der digitalisierten Korrektur (also mit diskretisierten Werten) ergeben sich weitere Ungenauigkeiten, ein Abgleich ist so auch wegen der begrenzten Auflösung nie vollständig möglich.
Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel wird der Fehleranteil des TFT-Circuits jedoch analog und somit nicht diskretisiert selbstständig kompensiert, für diesen Fehleranteil muss daher keine Auflösung im externen Weißabgleich vorgehalten werden. Ein Weißabgleich ist somit allenfalls noch für einen Fehleranteil der LEDs erforderlich.Fig. 13 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass das Bildelement einen Dimmanschluss 9 aufweist, über den ein Dimmsignal Set_I_charge bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus ist die Rampen-Stromquelle T5 als Dimm-transistor ausgebildet ist, dessen Quellenelektrode T5Q mit dem ersten Versorgungsanschluss Vdd verbunden ist, dessen Steuerelektrode T5S mit dem Dimmanschluss 9 verbunden ist und dessen Abflusselektrode T5A mit der Quellenelektrode T3Q des Rampen-transistors T3 verbunden ist.
Eine globale Helligkeitseinstellung (z.B. dimming) kann alternativ oder zusätzlich zu der analogen Einstellung der Versorgungs-Stromquelle T4 (DC, vgl. Fig. 6) auch über Einstellen der Rampen-Stromquelle T5 und den Ladestrom Icharge erfolgen, und damit über die Pulsweitenmodulation realisiert werden. Beispielhaft erfolgt die Anpassung hier über eine Spannung als Dimmsignal Set_I_charge. Soll global nur gedimmt (und die LEDs 2 nicht über ihren nominale Helligkeit eingestellt) werden, so ist kein Tastgrad-Overhead (vgl. fünftes und sechstes Ausführungsbeispiel) nötig.
Aufgrund von Ungenauigkeiten und Alterungseffekten in den aktiven Schaltungskomponenten kann eine Kalibrierung nötig werden. Fig. 14 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von dem achten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass das Bildelement 1 einen Kalibrierungseingang 10 aufweist, über den ein Kalibrierungssignal data2 bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus weist das Bildelement 1 einen Kalibrierungs transistor T6 sowie einen Kalibrierungs-kondensator CprogData auf. Der Kalibrierungs-transistor T6 ist mit seiner Quellenelektrode T6Q mit dem Kalibrierungseingang 10 verbunden, mit seiner Abflusselektrode T6A mit dem Dimmanschluss 9 verbunden, und mit seiner Steuerelektrode mit der Quellenelektrode T3Q des Rampen-transistors T3 verbunden. Der Kalibrierungs-kondensator CprogData ist mit seiner ersten Elektrode CprogDataEl mit dem Dimmanschluss 9 verbunden und mit seiner zweiten Elektrode CprogDataEl mit dem zweiten Versorgungsanschluss Vss verbunden.
Über den Ladestrom Icharge kann nun auch von extern pixelfein auf den Tastgrad bzw. die Pulsweite der Stromflusses Iled über die LED 2 eingegriffen werden, indem die Rampen stromquelle T5 jedes (Sub-)pixels an eine separate Sample- and-Hold-Stufe mit einem eigenem Kalibrierungseingang 10 angeschlossen und mit einem separaten Kalibrierungssignal data2 versorgt wird. Dies kann beispielsweise zur Weißpunktkalibrierung verwendet werden.
Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel wird für jedes Bildelement 1 der Anzeigevorrichtung 100 der Kalibrierungseingang 10 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel, welcher jeweils über den Ladestrom Icharge die jeweilige Steilheit des Rampensignals Vpwm kontrolliert, mit Standard-8-Bit Data-Sources (Standard-ICs) beschältet bzw. versorgt. Die Pulsweitenmodulation kann insgesamt mit 16 Bit aufgelöst werden, durch Verwendung von zwei separaten, kostengünstigen „Standard" 8 Bit Data- Sources .
Zur pixelfeinen (Weiß-)Kalibrierung wird in anderen Worten in diesem Ausführungsbeispiel eine 8 Bit Spannungsquelle eingesetzt, wohingegen ein nominales Graulevel des (Sub- )pixels wie üblich über eine weitere 8 Bit Spannungsquelle eingestellt wird, so dass zwei separate, kostengünstige Standard Sourcedriver-ICs eingesetzt werden können.
Um einen Weißabgleich zu realisieren, kann alternativ hierzu das Datensignal data mit einem großen Bit-Overhead versehen werden, d.h. anstatt standardmäßig für 8 Bit Graulevel (8 Bit pro Farbe) wird für einen genauen Weißabgleich das Datensignal data mit 12-14 Bit aufgelöst. Data-Sources in Standard-Display-Driver-ICs sind allerdings nur mit 8 Bit Auflösung vorgesehen. In diesem Zusammenhang kann auf einen im Vergleich zu obigen zwei 8 Bit Standard Sourcedriver-ICs auf einen teureren, speziell angepassten Sourcedriver-IC mit bis zu 16 Bit Genauigkeit zurückgegriffen werden.
Fig. 15 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von den vorigen Ausführungsbeispielen darin unterscheidet, dass das Datensignal data in digitaler Form statt analoger Form vorliegt. Das Datensignal data umfasst N Datenbits, beispielsweise 8 bit (hier aus Übersichtsgründen nur 3 bit dargestellt) . Korrespondierend hierzu weist das Bildelement 1 N Steuereinheiten T21, T22, T23 sowie N Daten-kondensatoren Cprogl, Cprog2, Cprog3 auf, die jeweils Sample-and-hold- Einheiten bilden. In diesem Zusammenhang umfasst das Auswahlsignal scan N Pulse oder einen Puls, der durch Verzögerungsglieder zwischen den einzelnen Steuereinheiten T21, T22, T23 synchron zu den einzelnen Datenbits des Datensignals data den einzelnen Steuereinheiten T21, T22, T23 zugeführt wird. Beispielhaft weist die Anzeigevorrichtung 100 eine frame rate von 60 Hz bei 8 bit Graustufen und 1920 Spalten y auf, so dass genug Zeit für mehrere solcher Pulse bleibt (Es besteht ein Zeitrahmen von 1/60 sec (Frame) um 1920 Spalten mit zu „pogrammieren". Da die Pogrammierung sequenziell erfolgt sind dafür 8 CLK-Zyklen notwendig).
Die Vergleichseinheit weist N erste Eingänge 3E1 auf und ist als Komparator 3 oder ähnliches ausgebildet. Je nach Wertigkeit der einzelnen Datenbits kann vorgesehen sein, eine Kapazität der Daten-kondensatoren zu staffeln oder den Eingängen einen entsprechend gestaffelten Multiplizierer nachzuschalten (etwa innerhalb des Komparators 3), bevor die anliegende Spannung einem Addierer zugeführt und das Ergebnis mit dem am zweiten Eingang 3E2 anliegenden Rampensignal Vpwm verglichen wird.
Fig. 16 zeigt ein zwölftes Ausführungsbeispiel eines Bildelements 1 für eine Anzeigevorrichtung 100, das sich von den vorigen Ausführungsbeispielen darin unterscheidet, dass sowohl das Datensignal data als auch das Rampensignal Vpwm in digitaler Form statt analoger Form vorliegen. Sowohl das Datensignal data als auch das Rampensignal Vpwm umfasst N Datenbits, beispielsweise 8 bit (hier aus Übersichtsgründen nur 3 bit dargestellt). Korrespondierend hierzu weist das Bildelement 1 N Vergleichselemente 31, 32, 33 auf, die zu einem Vergleich einzelner Bits („bit by bit comparator") eingerichtet sind, wobei jeweils ein erster Eingang der Vergleichselemente 31, 32, 33 mit dem digitalen Datensignal data und ein zweiter Eingang der Vergleichselemente 31, 32,
33 mit dem digitalen Rampensignal Vpwm gespeist wird. Beispielhaft handelt es sich hierbei um Komparatoren, Flipflops o.ä. Je nach Wertigkeit der einzelnen Datenbits sind den Ausgängen der Vergleichselemente 31, 32, 33 entsprechend gestaffelte Multiplizierer nachgeschaltet, bevor der generierte Strom einem Knoten zugeführt wird.Dieser Knoten ist ausgangsseitig mit einer Einheit 13 verbunden. Darüber hinaus wird der Einheit 13 eine globale Spannungsreferenz Vref zugeführt. Je Eingang der Einheit 13 ist ein Kondensator vorgesehen, der durch den Ausgang des Knotens bzw. die Spannungsreferenz Vref geladen wird und ausgangsseitig mit einem jeweiligen Eingang eines weiteren Vergleichselements 34 verbunden ist. Am Ausgang des weiteren Vergleichselements 34 liegt dann das PWM-Signal PWM an. Die im Knoten aufsummierten, gewichteten Ströme der Vergleichselemente 31, 32, 33 laden z.B. einen Kondensator in Einheit 13. Wenn die Schwelle der Spannungsreferenz Vref erreicht wird triggert das nachgelagerte weitere Vergleichselement 34. Bei dem weiteren Vergleichselement 34 handelt es sich beispielhaft ebenfalls um einen Komparator, ein Flipflop o.ä. Den Vergleichselementen 31, 32, 33 kann beispielhaft jeweils ein Verzögerungsglied D vorgeschaltet sein, so dass die einzelnen Datenbits des Datensignals data und des Rampensignals Vpwm jeweils synchron zu einem Puls des Auswahlsignals scan den einzelnen Vergleichselementen 31, 32, 33 zugeführt wird. Beispielhaft weist die Anzeigevorrichtung 100 hierbei eine frame rate von 60 Hz bei 24 bit Graustufen und 1920 Spalten y auf, so dass genug Zeit für mehrere solcher Pulse bleibt: 60 Hz Bildwiderholrate entspricht 16 ms, in denen das Bild komplett aufgebaut sein muss, d.h. für jeden Horizontalen Pixel stehen als Zeit zur Verfügung: 16ms / 1920 Spalten (=Pixel) / 24 bit = 0,3 ps (Pulsdauer / Bit) bzw. 0,15 ps on-time bei 50% on time / Puls-on Time.
Zusammenfassend wird in obigen Ausführungsbeispielen das PWM- Signal PWM nicht durch eine externe Programmierung vorgegeben, sondern in den einzelnen Bildelementen 1 erzeugt, die zu (Sub-)Pixel der Anzeigevorrichtung 100 korrespondieren. Innerhalb des Bildelements 1 kann ein analoges oder digitales Spannungssignal mit Hilfe von TFTs in ein digitales Signal (PWM-Signal PWM) umgewandelt werden. Ein Mikrocontroller ist zur Erzeugung des PWM-Signals PWM lediglich optional. Optional kann darüber hinaus ein Stromlevel der einzelnen LEDs global oder pixelfein angepasst werden. Überdies wird optional eine Kalibrierung der Anzeigevorrichtung 100 bzw. ein Ausgleich von Ungenauigkeiten einer Stromquelle eines Pixels mittels des erzeugten PWM- Signals PWM und Rückkopplung des Stromflusses Iled über die LED 2 ermöglicht. Insbesondere kann die nominale maximale Helligkeit der LED 2 auf z.B. 90% beschränkt und ein restlicher Anteil zur Kalibrierung genutzt werden, indem der nominale Stromfluss Iled über die LED 2 während der on-Zeit ton über die Versorgungs-Stromquelle T4 geregelt wird und fest vorgegeben oder programmiert werden kann, etwa über die zusätzliche Sampe-and-hold Stufe gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel (zusätzlicher Kalibrierungs-kondensator CprogData und zusätzlicher Kalibrierungseingang 10 je Bildelement 1) zur pixelfeinen Programmierung des analogen Stromlevels oder über ein globales (oder zeilenweises oder spaltenweises) Dimmsignal gemäß dem dritten oder achten Ausführungsbeispiel welches von außen herangeführt wird zur Umsetzung eines Tag / Nachtmodus und Zwischenstufen.
In vorteilhafter Weise kann das Bildelement 1 gemäß voriger Ausführungsbeispiele in einer üblichen Aktivmatrix Struktur einer Anzeigevorrichtung 100 eingesetzt werden, bei der eine Spannungsprogrammierung über Auswahlsignale scan und Datensignale data erfolgt. Durch die Verwendung des Auswahlsignals scan als externen Trigger der Pulsweitenmodulation können Zuleitungen gespart werden. In diesem Zusammenhang ist der Rücksetzanschluss 11 beispielhaft mit dem Auswahleingang 4 verbunden und das Rücksetzsignal blank entspricht dem Auswahlsignal scan. Durch Erzeugung der Pulsweitenmodulation in dem Bildelement 1 ist kein An- und Abschalten des Bildelements 1 über die Programmierung erforderlich: üblicherweise erfogt die Speicherung der analogen Bildinformation innerhalb eines Haltekondensators einer 2T1C Zelle. Wird nun die Pulsweitenmodulation ebenso über diesen Haltekondensator und den Scan Transitor abgebildet, so erhöht sich die Datenrate um 2LN der gewünschten PWM- Auflösung. Im Vergleich zu Alternativen zur Erzeugung der Pulsweitenmodulation sind weniger aktive Schaltungskomponenten nötig, so dass eine Integration in eine TFT Schaltung ermöglicht wird.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020 100 335.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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
1 Bildelement
IS Einheit
B, 2 Halbleiterbauelement / LED
2E1, 2E2 LED-elektroden
3 Komparator
4 Auswahleingang scan Auswahlsignal
5 Dateneingang data Datensignal
6 Rampeneingang
Vpwm Rampensignal
7 Dimmeingang dim Dimmsignal
8 Setzeingang
Vset, Vref Referenzspannung
9 Dimmanschluss
Set_I_charge Dimmsignal
10 Kalibrierungseingang data2 Kalibrierungssignal
11 Rücksetzeingang blank Rücksetzsignal
3E1, 3E2, 3A Komparator-eingänge /-ausgang
A, TI Versorgungs-schalter / -transistor
T2 Steuer-transistör
T3 Rampen-transistor
T4 Versorgungs-stromquelle
T5 Rampen-stromquelle
T6 Dimm-Transistor
T1S-T6S Steuerelektrode
T1A-T6A Abflusselektrode
T1Q-T6Q Quellenelektrode T21, T22, T23 Steuereinheiten
Cprog, Cprogl, Cprog2, Cprog3 Datenkondensatoren
CprogEl, CprogE2 Kondensatorelektroden Cpwm Rampen-kondensator
CpwmE1, CpwmE2 Kondensatorelektroden Cdim Dimm-kondensator
CdimEl, CdimE2 Kondensatorelektroden CprogData Kalibrierungs-kondensator
CprogDataEl, CprogDataE2 Kondensatorelektroden
Dl, D2 Verzögerungsglieder 100 Anzeigevorrichtung
Vdd, Vss Versorgungsanschluss
Iled Stromfluss x Zeilen y Spalten yl-yn Spaltenleitungen xl-xm Zeilenleitungen
12 Steuervorrichtung
Zl-zn Rampenleitungen il, T2, ton, tonl, ton2, toff Zeitdauer
T Periodendauer
Icharge Ladestrom
T45 Baueinheit

Claims

Patentansprüche
1. Bildelement (1) für eine Anzeigevorrichtung (100), umfassend
- einen ersten und zweiten Versorgungsanschluss (Vdd, Vss),
- ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement (B), das zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss angeordnet ist,
- eine Vergleichseinheit mit einem ersten und zweiten Eingang (3E1, 3E2) sowie einem Ausgang (3A), die eingerichtet ist, eine Spannung am Ausgang (3A) abhängig von einem Vergleich einer am ersten und einer am zweiten Eingang (3E1, 3E2) anliegenden Spannung einzustellen,
- einen Versorgungs-schalter (A), der eingerichtet ist, einen Stromfluss zwischen dem ersten und zweiten
Versorgungsanschluss (Vdd, Vss) über das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) abhängig von der am Ausgang (3A) der Vergleichseinheit anliegenden Spannung zu steuern,
- einen Auswahleingang (4) und einen Dateneingang (5),
- ein Speicherelement und einen Steuer-schalter, der eingerichtet ist, ein über den Dateneingang (5) bereitgestelltes Datensignal (data) abhängig von einem am Auswahleingang (4) anliegenden Auswahlsignal (scan) dem ersten Eingang (3E1) der Vergleichseinheit zuzuführen und im Speicherelement vorzuhalten, wobei der zweite Eingang (3E2) der Vergleichseinheit zur Aufnahme eines Rampensignals (Vpwm) vorgesehen ist, so dass abhängig von dem Datensignal (data) ein Stromfluss durch das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) einstellbar ist.
2. Bildelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Datensignal (data) eine vorgegebene Anzahl digitaler Datenbits umfasst, das Speicherelement korrespondierend zu der vorgegebenen Anzahl digitaler Datenbits mehrere Daten-Kondensatoren (Cprogl, Cprog2, Cprog3) aufweist und der Steuer-Schalter korrespondierend zu der vorgegebenen Anzahl digitaler Datenbits mehrere Steuereinheiten (T21, T22, T23) aufweist, wobei die Steuereinheiten (T21, T22, T23) eingerichtet sind, jeweils eines der digitalen Datenbits abhängig von dem Auswahlsignal (scan) einem dem ersten Eingang (3E1) der Vergleichseinheit vorgeschalteten Addierer zuzuführen und in jeweils einem der Daten-Kondensatoren (Cprogl, Cprog2,
Cprog3) vorzuhalten.
3. Bildelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
- das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) als lichtemittierende Diode, LED, (2) ausgebildet ist und eine erste und zweite Elektrode (2E1, 2E2) aufweist,
- die Vergleichseinheit als Komparator (3) ausgebildet ist,
- der Versorgungs-schalter (A) als Versorgungs-transistor (TI) ausgebildet ist und der Steuer-schalter einen Steuer transistor (T2) umfasst, wobei der Versorgungs-transistor (TI) und der Steuer-transistor (T2) jeweils eine Steuerelektrode (TIS, T2S), eine Abflusselektrode (TIA, T2A) und eine Quellenelektrode (T1Q, T2Q) aufweisen, und
- das Speicherelement einen Daten-Kondensator (Cprog) mit einer ersten und zweiten Elektrode (CprogEl, CprogE2) umfasst, wobei
- der Versorgungs-transistor (TI) über seine Quellenelektrode (T1Q) mit dem ersten Versorgungsanschluss (Vdd), über seine Steuerelektrode (TIS) mit dem Ausgang (3A) des Komparators
(3) und über seine Abflusselektrode (TIA) mit der ersten Elektrode (2E1) der LED (2) gekoppelt ist,
- die LED (2) über die zweite Elektrode (2E2) mit dem zweiten
Versorgungsanschluss (Vss) gekoppelt ist, - der Steuer-transistor (T2) über seine Quellenelektrode (T2Q) mit dem Dateneingang (5), über seine Steuerelektrode (T2S) mit dem Auswahleingang (4) und über seine
Abflusselektrode (T2A) mit dem ersten Eingang (3E1) des Komparators (3) sowie der ersten Elektrode (CprogEl) des Daten-Kondensators (Cprog) gekoppelt ist, und
- die zweite Elektrode (CprogE2) des Daten-Kondensators (Cprog) mit dem zweiten Versorgungsanschluss (Vss) gekoppelt ist.
4. Bildelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Rampeneingang (6), der zum Empfang eines extern bezüglich des Bildelements generierten Rampensignals (Vpwm) vorgesehen und mit dem zweiten Eingang (3E2) der Vergleichseinheit gekoppelt ist.
5. Bildelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend
- einen Rücksetzeingang (11), der zum Empfang eines vorgegebenen Rücksetzsignals (blank) vorgesehen ist,
- einen Rampen-kondensator (Cpwm) mit einer ersten und zweiten Elektrode (CpwmEl, CpwmE2), wobei die erste Elektrode (CpwmEl) mit dem zweiten Eingang (3E2) der Vergleichseinheit und die zweite Elektrode (CpwmE2) mit dem zweiten Versorgungsanschluss (Vss) gekoppelt ist,
- eine Rampen-stromquelle (T5), die mit der ersten Elektrode (CpwmEl) des Rampen-kondensators (Cpwm) gekoppelt und eingerichtet ist, den Rampen-kondensator (Cpwm) zu laden, und
- einen Rampen-transistor (T3) mit einer Steuerelektrode (T3S), Abflusselektrode (T3A) und Quellenelektrode (T3Q), der über seine Abflusselektrode (T3A) mit dem zweiten Versorgungsanschluss (Vss), über seine Steuerelektrode (T3S) mit dem Rücksetzeingang (11) und über seine Quellenelektrode (T3Q) mit der ersten Elektrode (CpwmEl) des Rampen kondensators (Cpwm) gekoppelt ist, so dass abhängig von dem vorgegebenen Rücksetzsignal (blank) der Rampen-kondensator (Cpwm) entladbar ist und ein rampen-artiger Verlauf der am zweiten Eingang (3E2) der Vergleichseinheit anliegenden Spannung als Rampensignal (Vpwm) einstellbar ist.
6. Bildelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Versorgungs-Stromquelle (T4), die zwischen dem ersten Versorgungsanschluss (Vdd) und dem Versorgungs schalter (TI) angeordnet und eingerichtet ist, einen Strom (Iled) zum Betreiben des lichtemittierenden Halbleiterbauelements (B) bereitzustellen.
7. Bildelement (1) nach Anspruch 6, umfassend einen Dimmeingang (7), wobei
- die Versorgungs-stromquelle (T4) einen Steuereingang (T4S) aufweist, der mit dem Dimmeingang (7) gekoppelt ist, und
- die Versorgungs-Stromquelle (T4) eingerichtet ist, abhängig von einem am Dimmeingang (7) anliegenden Dimmsignal (dim) eine Amplitude des Stromflusses (Iled) zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsanschluss (Vdd, Vss) über das lichtemittierende Halbleiterbauelement (B) zu steuern.
8. Bildelement (1) nach Anspruch 7, umfassend
- einen Dimm-kondensator (Cdim) mit einer ersten und zweiten Elektrode (CdimEl, CdimE2), wobei die erste Elektrode (CdimEl) mit dem Steuereingang (T4S) der Versorgungs stromquelle (T4) und die zweite Elektrode (CdimE2) mit dem zweiten Versorgungsanschluss (Vss) gekoppelt ist, und
- einen Dimm-Transistor (T6) mit einer Steuerelektrode (T6S), Abflusselektrode (T6A) und Quellenelektrode (T6Q), der über seine Quellenelektrode (T6Q) mit dem Dimmeingang (7), über seine Steuerelektrode (T6S) mit dem Auswahleingang (4) und über seine Abflusselektrode (T6A) mit der ersten Elektrode (CdimEl) des Dimm-kondensators (Cdim) gekoppelt ist, so dass das Dimmsignal (dim) abhängig von dem am Auswahleingang (4) anliegenden Auswahlsignal (scan) dem Steuereingang (T4S) der Versorgungs-stromquelle (T4) zuführbar und im Dimm- kondensator (Cdim) vorhaltbar ist.
9. Bildelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend einen Setzeingang (8) zur Aufnahme einer Referenzspannung (Vset), wobei
- die Versorgungs-stromquelle (T4) als erster Kompensations- Transistor und die Rampen-stromquelle (T5) als zweiter Kompensations-Transistor ausgebildet ist, wobei der erste und zweite Kompensations-transistor jeweils eine Steuerelektrode (T4S, T5S), eine Abflusselektrode (T4A, T5A) und eine Quellenelektrode (T4Q, T5Q) aufweisen, und
- der erste Kompensations-transistor über seine Quellenelektrode (T4Q) mit dem ersten Versorgungsanschluss (Vdd), über seine Steuerelektrode (T4S) mit dem Setzeingang (8) und über seine Abflusselektrode (T4A) mit der Quellenelektrode (T1Q) des Versorgungs-transistors (TI) gekoppelt ist, und
- der zweite Kompensations-transistor über seine Quellenelektrode (T5Q) mit dem ersten Versorgungsanschluss (Vdd), über seine Steuerelektrode (T5S) mit dem Setzeingang (8) und über seine Abflusselektrode (T5A) mit der Quellenelektrode (T3Q) des Rampen-transistors (T3) gekoppelt ist.
10. Bildelement (1) nach Anspruch 5, umfassend einen Dimmanschluss (9), wobei - die Rampen-stromquelle (T5) als Dimm-transistor ausgebildet ist,
- der Dimm-transistor eine Steuerelektrode (T5S), Abflusselektrode (T5A) und Quellenelektrode (T5Q) aufweist und über seine Quellenelektrode (T5Q) mit dem ersten Versorgungsanschluss (Vdd), über seine Steuerelektrode (T5S) mit dem Dimmanschluss (9) und über seine Abflusselektrode (T5A) mit der Quellenelektrode (T3Q) des Rampen-transistors (T3) gekoppelt ist, so dass eine am Rampen-kondensator (Cpwm) anliegende Spannung zum Laden des Rampen-kondensators (Cpwm) abhängig von einem am Dimmanschluss (9) anliegenden Dimmsignal (Set_I_charge) steuerbar ist.
11. Bildelement (1) nach Anspruch 10, umfassend
- einen Kalibrierungseingang (10),
- einen Kalibrierungs-transistor (T6) mit einer Steuerelektrode (T6S), Abflusselektrode (T6A) und Quellenelektrode (T6Q), der über seine Quellenelektrode (T6Q) mit dem Kalibrierungseingang (10), über seine Steuerelektrode (T6S) mit dem Auswahleingang (4), und über seine
Abflusselektrode (T6A) mit dem Dimmanschluss (9) gekoppelt ist, und
- einen Kalibrierungs-kondensator (CprogData) mit einer ersten und zweiten Elektrode (CprogDataEl, CprogDataE2), der über seine erste Elektrode (CprogDataEl) mit dem Dimmanschluss (9) und über seine zweite Elektrode (CprogDataE2) mit dem zweiten Versorgungsanschluss (Vss) gekoppelt ist, so dass dem Dimmanschluss (9) abhängig von dem an dem Auswahleingang (4) anliegenden Auswahlsignal (scan) ein an dem Kalibrierungseingang (10) anliegendes Kalibrierungssignal (data2) zuführbar und in dem Kalibrierungs-kondensator (CprogData) vorhaltbar ist.
12. Anzeigevorrichtung (100) mit
- einer Vielzahl von Bildelementen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die matrixartig in Zeilen (x) und Spalten (y) angeordnet sind,
- einer Vielzahl von Spaltenleitungen (yl-yn), jeweils verbunden mit dem jeweiligen Auswahleingang (4) der Bildelemente (1) einer der Spalten (y),
- einer Vielzahl von Zeilenleitungen (xl-xm), jeweils verbunden mit dem jeweiligen Dateneingang (5) der Bildelemente (1) einer der Zeilen (x),
- einer Steuervorrichtung (12), verbunden mit der Vielzahl der Spaltenleitungen (yl-yn) und geeignet, einen Impuls als Auswahlsignal (scan) für eine ausgewählte Spaltenleitung aus der Vielzahl der Spaltenleitungen (yl-yn) zu generieren, und verbunden mit der Vielzahl von Zeilenleitungen (xl-xm) und geeignet, ein Datensignal (data) für eine ausgewählte Zeilenleitung aus der Vielzahl der Zeilenleitungen (xl-xm) zu generieren .
13. Anzeigevorrichtung (100) nach Anspruch 12, umfassend
- eine Vielzahl von Rampenleitungen (zl-zn), jeweils verbunden mit dem Rampeneingang (6) eines der Bildelemente (1), wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Vielzahl von Rampenleitungen (zl-zn) verbunden und geeignet ist, extern bezüglich der Bildelemente (1) ein Rampensignal (Vpwm) für die Vielzahl von Rampenleitungen (zl-zn) zu generieren.
14. Anzeigevorrichtung (100) nach Anspruch 12, umfassend
- eine Vielzahl von Rücksetzleitungen, jeweils verbunden mit dem Rücksetzeingang (11) eines der Bildelemente (1), wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Vielzahl von Rücksetzleitungen verbunden und geeignet ist, einen Impuls als vorgegebenes Rücksetzsignal (blank) für eine ausgewählte Rücksetzleitung aus der Vielzahl der Rücksetzleitungen zu generieren .
15. Anzeigevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis
14, umfassend
- eine Vielzahl von ersten Dimmleitungen, jeweils verbunden mit dem Dimmeingang (7) eines der Bildelemente (1) oder mit dem Dimmeingang (7) eines der Bildelemente (1) einer Reihe
(x) oder Spalte (y) der Anzeigevorrichtung (100) oder mit dem Dimmeingang (7) eines der Bildelemente (1) eines RGB- Tripletts der Anzeigevorrichtung (100), wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Vielzahl von ersten Dimmleitungen verbunden und geeignet ist, ein erstes Dimmsignal (dim) für eine ausgewählte erste Dimmleitung aus der Vielzahl der ersten Dimmleitungen zu generieren.
16. Anzeigevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis
15, umfassend
- eine Vielzahl von zweiten Dimmleitungen, jeweils verbunden mit dem Dimmanschluss (9) eines der Bildelemente (1), wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Vielzahl von zweiten Dimmleitungen verbunden und geeignet ist, ein zweites Dimmsignal (Set_I_charge) für eine ausgewählte zweite Dimmleitung aus der Vielzahl der zweiten Dimmleitungen zu generieren .
17. Anzeigevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis
16, umfassend
- eine Vielzahl von Setzleitungen, jeweils verbunden mit dem Setzeingang (8) eines der Bildelemente (1), und eine Referenzspannungsquelle, die mit der Vielzahl von Setzleitungen verbunden und geeignet ist, eine Referenzspannung (Vset) für die Vielzahl von Setzleitungen bereitzustellen.
18. Anzeigevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, umfassend
- eine Vielzahl von Kalibrierungsleitungen, jeweils verbunden mit dem Kalibrierungseingang (10) eines der Bildelemente (1), wobei die Steuervorrichtung (12) mit der Vielzahl von Kalibrierungsleitungen verbunden und geeignet ist, ein Kalibrierungssignal (Data2) für eine ausgewählte Kalibrierungsleitung aus der Vielzahl der Kalibrierungsleitungen zu generieren.
19. Anzeigevorrichtung (100) nach Anspruch 13, umfassend
- eine Vielzahl von ersten Verzögerungsgliedern (Dl), jeweils gekoppelt mit Spaltenleitungen (yl-yn) zweier aufeinanderfolgender Spalten und eingerichtet, das Auswahlsignal (scan) jeweils um eine vorgegebene erste Zeitdauer (il) verzögert an der jeweiligen zweiten Spaltenleitung im Vergleich zu der jeweiligen ersten Spaltenleitung bereitzustellen, und
- eine Vielzahl von zweiten Verzögerungsgliedern (D2), jeweils gekoppelt mit Rampenleitungen (zl-zn) zweier aufeinanderfolgender Spalten und eingerichtet, das Rampensignal (Vpwm) jeweils um eine vorgegebene zweite Zeitdauer (i2) verzögert an der jeweiligen zweiten Rampenleitung im Vergleich zu der jeweiligen ersten Rampenleitung bereitzustellen, wobei die vorgegebene erste Zeitdauer (il) in einem vorgegebenen Verhältnis zu der vorgegebenen zweiten Zeitdauer (i2) steht.
20. Anzeigevorrichtung (100) nach Anspruch 19, wobei das vorgegebene Verhältnis il/i2 = 1 beträgt.
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