LEUCHTVORRICHTUNG

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2019 113 916.3 in Anspruch, die am 24. Mai 2019 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2019 113 916.3 wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Leuchtvorrichtung mit einer Programmiereinrichtung und ein Ver fahren zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.

Zum Betrieb von optoelektronischen Leuchtvorrichtungen, insbe sondere LED- bzw. pLED-Anzeigevorrichtungen, auch LED- bzw. pLED-Displays genannt, wird häufig Pulsweitenmodulation (eng lisch: pulse width modulation; kurz: PWM) zusammen mit passiver Matrix-Verschaltung eingesetzt. Dabei wird in einer Matrix aus Zeilen und Spalten immer nur eine Zeile betrieben. Jede Zeile bekommt eine gleich große Zeiteinheit innerhalb der Bildwieder holfrequenz zugeordnet. Das Durchwechseln der Zeilen bezeichnet man als Multiplexing . Bei einem Multiplexing von 1:32 muss die Helligkeit 32-mal höher sein als die gewünschte mittlere Hel ligkeit des Bildes . Die Treiber werden in monokristallinem Si lizium hergestellt und weisen daher keine Frequenzbeschränkung bis 50 oder 100 MHz auf (Passiv-Matrix) .

Dünnfilmtransistor-Technik (englisch: thin-film transistor; kurz: TFT) kann als kostengünstige Display-Treiber-Lösung eben falls verwendet werden. Jedoch liegt die obere Betriebsfrequenz von Dünnfilmtransistoren bei ca. 1 MHz. Zur Programmierung von LED- bzw. pLED-Displays , d. h. zum Schreiben der Bilddaten in das Display, sollten daher entsprechend niedrige Programmier frequenzen verwendet werden (Aktiv Matrix) .

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu- gründe, eine optoelektronische Leuchtvorrichtung zu schaffen, die Dünnfilmtransistoren enthalten kann und dazu ausgelegt ist, mit Programmierfrequenzen betrieben zu werden, die für den Be trieb von Dünnfilmtransistoren geeignet sind. Ferner soll ein Verfahren zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrich- tung angegeben werden.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine optoelektro nische Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen An sprüchen angegeben.

Eine optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten As- pekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Mehrzahl von pro grammierbaren Pixeln, die in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes der Pixel weist mindestens ein opto elektronisches Halbleiterbauelement auf. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung kann ein Display sein.

Weiterhin umfasst die optoelektronische Leuchtvorrichtung eine Programmiereinrichtung zur Programmierung der Pixel. Die Pro grammiereinrichtung programmiert die Pixel in mehreren, aufei nander folgenden Zeiteinheiten.

Zur Programmierung der Pixel ist ein Zeilenmuster vorgegeben, das eine Teilmenge der Zeilen der Matrix umfasst und auch als Programmiermuster oder Programmiermaske bezeichnet werden kann. Pro Zeiteinheit programmiert die Programmiereinrichtung die Pi- xel derjenigen Zeilen, die von dem Zeilenmuster umfasst sind bzw. durch das Zeilenmuster vorgegeben sind. Ferner wird das Zeilenmuster, insbesondere von der Programmiereinrichtung, pro Zeiteinheit um mindestens eine Zeile verschoben, so dass die Programmiereinrichtung in jeder Zeiteinheit die Pixel zumindest teilweise unterschiedlicher Zeilen programmiert.

Die Pixelmatrix, die von der Programmiereinrichtung program miert wird, muss nicht sämtliche Pixel der optoelektronischen Leuchtvorrichtung umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die von der Programmiereinrichtung programmierte Pixelmatrix lediglich ein Segment der vollständigen Pixelmatrix der opto elektronischen Leuchtvorrichtung darstellt. Weitere Segmente können von einer oder mehreren Programmiereinrichtungen pro grammiert werden, welche die gleichen Merkmale wie die hier beschriebene Programmiereinrichtung aufweist.

Das vorgegebene Zeilenmuster umfasst stets mehrere Zeilen, je doch weniger Zeilen als die Matrix aufweist, d. h., die Teil menge ist eine echte Teilmenge der Menge der Zeilen der Matrix.

In einem Beispiel enthält die Matrix 15 Zeilen mit Pixeln, wobei die Zeilen von 1 bis 15 durchnummeriert sind. Das Zeilenmuster umfasst vier Zeilen und zwar Zeilen Nr. 1, 2, 4 und 8. Allgemein gilt, dass das Zeilenmuster nicht aus fortlaufenden Zeilen be- stehen muss, sondern auch eine oder mehrere Lücke (n) aufweisen kann, die jeweils eine oder mehrere Zeile (n) umfassen. In dem vorliegenden Beispiel bestehen Lücken in dem Zeilenmuster zwi schen den Zeilen 2 und 4 sowie den Zeilen 4 und 8. Bei einer Anwendung des Zeilenmusters werden in einer ersten Zeiteinheit die Pixel derjenigen Zeilen der Matrix programmiert, die von dem Zeilenmuster umfasst sind. Ist das Zeilenmuster in der ersten Zeiteinheit in dem beschriebenen Beispiel so ausge richtet, dass es in der Zeile 1 der Matrix beginnt, dann sind die Zeilen 1, 2, 4 und 8 in der ersten Zeiteinheit von dem Zeilenmuster umfasst und die Pixel dieser Zeilen werden pro grammiert .

Pixel derjenigen Zeilen, die in einer Zeiteinheit nicht von Zeilenmuster umfasst sind, werden in dieser Zeiteinheit nicht programmiert. In dem gegebenen Beispiel werden folglich die Pixel der Zeilen 3, 5 bis 7 und 9 bis 15 in der ersten Zeitein heit nicht programmiert. Die Programmierung der Pixel während einer Zeiteinheit erfolgt insbesondere mittels eines Multiplex-Verfahrens , d. h., die Pi xel werden zeilenweise programmiert. In dem obigen Beispiel werden in der ersten Zeiteinheit zunächst die Pixel der Zeile 1, danach die Pixel der Zeile 2, danach die Pixel der Zeile 4 und anschließend die Pixel der Zeile 8 programmiert.

Jedes der Pixel kann eine Mehrzahl von Subpixeln aufweisen. Beispielsweise kann jedes Pixel drei Subpixel für die Farben rot, grün und blau enthalten, wobei jedes Subpixel ein entspre- chendes optoelektronisches Halbleiterbauelement aufweist.

Bei der Programmierung einer Zeile während einer Zeiteinheit werden insbesondere alle Subpixel der betreffenden Pixel neu beschrieben .

In der auf die erste Zeiteinheit folgenden zweiten Zeiteinheit wird das Zeilenmuster um mindestens eine Zeile in der Matrix verschoben. Gemäß einer Ausgestaltung wird das Zeilenmuster pro Zeiteinheit um genau eine Zeile verschoben. Wenn in dem obigen Beispiel das Zeilenmuster um genau eine Zeile nach unten ver schoben wird, so sind in der zweiten Zeiteinheit die Zeilen 2, 3, 5 und 9 von dem Zeilenmuster umfasst und die Pixel dieser

Zeilen werden programmiert, während die Pixel aller übrigen Zeilen in der zweiten Zeiteinheit nicht programmiert werden. Das beschriebene Vorgehen wird entsprechend fortgesetzt.

Sobald das Zeilenmuster in einer bestimmten Zeiteinheit am Ende der Matrix angekommen ist, beginnt derjenige Teil des Zeilen- musters, der über das Ende der Matrix hinausgeht, wieder am Anfang der Matrix. In dem obigen Beispiel sind demnach in der neunten Zeiteinheit die Zeilen 9, 10 und 12 sowie die Zeile 1 der Matrix von dem Zeilenmuster umfasst. Die Zeiteinheiten sind insbesondere jeweils gleich lang. Die Länge bzw. Dauer einer Zeiteinheit kann von der Länge bzw. Dauer des Auffrischungs- bzw. Erneuerungszyklus (englisch: refresh cycle) abhängen. Der Auffrischungszyklus kann genauso lange dauern wie Bildwiederholzeit (= 1/Bildwiederholfrequenz). Wäh- rend eines Auffrischungszyklus müssen alle Zeilen der Matrix neu mit Informationen beschrieben werden. Ferner hängt die Dauer der Zeiteinheit von der Anzahl n der Bits der Bildinformation ab, die in einem Pixel bzw. Subpixel dargestellt werden soll. Ein Auffrischungszyklus wird insbesondere in 2 ⁿ -l Zeiteinheiten unterteilt. Die Länge einer Zeiteinheit ist folglich durch den Quotienten aus der Länge des Auffrischungszyklus und dem Term 2 ⁿ -l gegeben. Für einen Auffrischungszyklus von 16,7 ms und eine 4 bit-Information, d. h., n = 4, ergibt sich folglich eine Länge einer Zeiteinheit von 16,7 ms/15.

Das Zeilenmuster wiederholt sich nach 2 ⁿ -l Zeilen.

Jedes Pixel oder Subpixel kann einen Speicher aufweisen, in dem 1 bit abgelegt werden kann. Beispielsweise kann der Speicher ein Kondensator sein, der entsprechend geladen werden kann, damit seine Ausgangsspannung zwei Zustände angeben kann. Der Kondensator kann in eine sogenannte 2T1C-Schaltung, die neben dem Kondensator noch zwei Transistoren umfasst, eingebettet sein. Weiterhin kann ein Multi-Transistor-Äquivalent oder ein 1 bit Flip-Flop pro Pixel oder Subpixel zur Speicherung von 1 bit verwendet werden.

Sowohl für den Programmierbetrieb, unter dem man das Program mieren bzw. Schreiben der Bildinformationsdaten in jedes Pixel bzw. Subpixel versteht, als auch für den Ausführungsbetrieb, bei dem die abgespeicherten Bildinformationsdaten dargestellt werden, kann Pulsweitenmodulation, insbesondere binäre Pulswei temodulation eingesetzt werden. Bei der binären Pulsweitenmo dulation wird jedes Bit einzeln programmiert. Beispielsweise wird zunächst das höchstwertige Bit (englisch: most significant bit; kurz: MSB) programmiert, danach folgen die anderen Bits bis hin zum niedrigstwertigen Bit (englisch: least significant bit; kurz : LSB) . Die von den optoelektronischen Halbleiterbauelementen emit tierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV) -Licht und/oder Infra rot-Licht sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können beispiels weise als Licht emittierende Dioden (englisch: light emitting diode; kurz: LED), als organische Licht emittierende Dioden (englisch: organic light emitting diode; kurz: OLED) , als Licht emittierende Transistoren oder als organische Licht emittie- rende Transistoren ausgebildet sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können in verschiedenen Ausführungsformen Teil einer integrierten Schaltung sein.

Insbesondere können bei einer Verwendung von LEDs diese als pLEDs, d. h. Mikro-LEDs, ausgeführt sein. Eine pLED verfügt über ein nur sehr dünnes Substrat oder gar kein Substrat, was es ermöglicht, die pLED mit kleinen lateralen Ausdehnungen, ins besondere im pm-Bereich, herzustellen. Bei der Verwendung von LEDs und/oder pLEDs als optoelektronische Halbleiterbauelemente ist der Betrieb mittels Pulsweitenmodu lation vorteilhaft, um eine ausreichende Bildqualität zu erzie len. Ursache dafür sind die stark unterschiedlichen Wellenlän gen einer LED bei verschiedenen Betriebsströmen.

Die beschriebene optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann ein Aktiv-Matrix-LED-Display mit Speicherung von 1 bit pro Pixel bzw. Subpixel sein und ermöglicht die Ver wendung von kostengünstiger TFT-Technologie sowie von einfa- chen, bewährten und zuverlässigen 2T1C-Schaltungen . Weiterhin können große Programmierfelder bei kleinen Programmierfrequen zen programmiert werden, geringe off-Zeiten erzielt werden, in denen die optoelektronischen Halbleiterbauelemente während der Programmierung ausgeschaltet sind, und das Flackern sowie die Bildqualität bei Filmaufnahmen des Displays kann durch eine künstliche Erhöhung der „Bildwiederholfrequenz" verbessert wer den .

Wie oben beschrieben kann das Zeilenmuster gemäß einer Ausge- staltung pro Zeiteinheit um genau eine Zeile verschoben werden. Dabei kann das Zeilenmuster jeweils um eine Zeile in der Matrix nach unten verschoben werden, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Zeilenmuster in der Matrix um eine Zeile nach oben verschoben wird.

In einer alternativen Ausgestaltung wird das Zeilenmuster pro Zeiteinheit um mehr als eine Zeile nach unten oder oben ver schoben . Die Programmiereinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass sie in aufeinander folgenden Zeiteinheiten, insbesondere wäh rend eines Auffrischungszyklus, in einer Zeile die Bits der Bildinformation, die durch die optoelektronischen Bauelemente wiedergegeben werden soll, gemäß einem vorgegebenen Bitmuster programmiert. Das Bitmuster kann für alle Zeilen gleich sein. Beispielsweise können in dem Bitmuster die Bits gemäß ihrer Wertigkeit geordnet sein. Zum Beispiel können pro Pixel oder Subpixel zunächst das höchstwertige Bit und anschließend in absteigender Reihenfolge die niederwertigeren Bits bis hin zum niedrigstwertigen Bit programmiert werden. Diese Reihenfolge kann auch umgekehrt werden.

In einem Beispiel wird bei einer 4 bit-Bildinformation in einer ersten Zeiteinheit das höchstwertige Bit 3 (MSB) programmiert werden, während der 9. und 13. Zeiteinheit werden die nächst niederwertigeren Bits 2 bzw. 1 programmiert, bis schließlich in der 15. Zeiteinheit das niedrigstwertige Bit 0 (LSB) program miert wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Bits in dem Bitmus ter nicht gemäß ihrer Wertigkeit geordnet. Beispielsweise kann zwischen zwei in ihrer Wertigkeit direkt aufeinander folgende Bits ein weiteres Bit eingeschoben werden. Folgende Bitmuster seien als Beispiele für derartige Bitmuster genannt: Bit 3, Bit 0, Bit 2, Bit 1; Bit 3, Bit 1, Bit 2, Bit 0; Bit 1, Bit 3, Bit

2, Bit 0.

Weiterhin kann in dem Bitmuster zumindest ein Teil zumindest eines Bits in ein anderes Bit eingeschoben sein. Beispielsweise kann ein niederwertiges Bit in ein höheres Bit eingeschoben sein oder es können zwei oder mehr niederwertige Bits in ein höher wertiges Bit eingeschoben sein oder es können zumindest Teile eines oder mehrerer niederwertiger Bits in ein höherwertiges Bit eingeschoben sein. Durch das Einschieben zumindest von Tei- len von niederwertigen Bits in höherwertige Bits wird die Wahr scheinlichkeit erhöht, dass zusätzliche Flanken bei der Dar stellung der Bildinformation auftreten, wodurch unbeabsichtig tes Flimmern der Bilddarstellung reduziert wird. Jedem Pixel oder jedem Subpixel kann eine Pixeltreiberschaltung zugeordnet sein. Die Pixeltreiberschaltung kann insbesondere einen 1 bit-Speicher aufweisen, in den von der Programmierein richtung ein Bit eingeschrieben werden kann. Die Pixeltreiber- _S chaltung verwendet die Programmierung, um das zugehörige Halb leiterbauelement anzusteuern, so dass dieses gemäß der Program mierung entweder leuchtet oder nicht leuchtet .

Ein Verfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden An- meldung ist zum Steuern, insbesondere zum Programmieren, einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung geeignet oder bestimmt. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung weist eine Mehrzahl von programmierbaren Pixeln auf, die in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes Pixel umfasst mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauelement. Die Pixel werden in mehreren, aufeinander folgenden Zeiteinheiten programmiert. Zur Programmierung der Pixel ist ein Zeilenmuster vorgegeben, das eine Teilmenge der Zeilen der Matrix umfasst. Pro Zeiteinheit werden die Pixel derjenigen Zeilen programmiert, die von dem Zeilenmuster umfasst sind bzw. durch das Zeilenmuster vorgege ben sind. Das Zeilenmuster wird pro Zeiteinheit um mindestens eine Zeile verschoben.

Das Verfahren zur Steuerung der optoelektronischen Leuchtvor- richtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweisen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:

Fig . 1A und 1B verschiedene Strukturen zur Programmierung der Pixel von LED-Displays ; Fig . 2 einen Pixeltreiber mit einer Aktiv-Matrix-

Struktur für eine OLED;

Fig . 3A eine Darstellung einer konventionellen

Pulsweitenmodulation;

Fig. 3B eine Darstellung einer binären Pulsweiten modulation; Fig. 4 und 5 Darstellungen eines Displays und der Pro grammierung der Pixel des Displays;

Fig . 6 und 7 Darstellungen von Ausführungsbeispielen ei ner optoelektronischen Leuchtvorrichtung und der Programmierung von Pixeln; und

Fig. 8 bis 10 Darstellungen weiterer Varianten der Pixel- Programmierung . In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die bei gefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Be schreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifi sche Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert wer den können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschauli chung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merk male der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbei spiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spe zifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschrei bung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identi schen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.

Fig . 1A und 1B zeigen verschiedene Strukturen zur Programmierung der Pixel bzw. Subpixel von LED-Displays . Bei der LED-Display- Elektronik wird unterschieden zwischen dem Programmierbetrieb und dem Ausführungsbetrieb. Unter Programmierbetrieb versteht man das Programmieren bzw. Schreiben der Bildinformationsdaten in jedes einzelne Subpixel. Liegen die Bilddaten im Subpixel vor, so werden sie dort gespeichert und während des Ausfüh rungsbetriebs ausgeführt, d. h. , von dem Display dargestellt. Im einfachsten Fall besteht die Ausführung darin, die program mierte Information 0 oder 1 in den Zustand „LED angeschaltet" oder den Zustand „LED ausgeschaltet" zu übertragen. In anderen Fällen ist eine Spannung programmiert. Kleine Spannungen führen zu geringen Helligkeiten und hohe Spannungen zu hohen Hellig keiten der jeweiligen LED. Steckt mehr Elektronik im Pixel, so kann auch auf Pixelebene eine Pulsweitenmodulation durchgeführt werden .

Bei der Programmierung unterscheidet man zwischen der Daisy- Chain- und der Kreuz-Matrix-Programmierung . Die Kreuzmatrix- Programmierung ist üblich bei TFT-Schaltungen . Bei einer kon ventionellen Programmierstruktur, wie sie beispielhaft in Fig. 1A dargestellt ist, sind die Subpixel über eine Kreuzmatrix miteinander verbunden. Die Zeilenleitungen sind mit dem Zeilen treiber und die Spaltenleitungen mit dem Spaltentreiber verbun den. Üblicherweise befinden sich bei einem TFT-Display die Trei ber nur am Rand des Displays .

Bei einer segmentierten Programmierstruktur, die beispielhaft in Fig. 1B dargestellt ist, ist das Display in verschiedene Segmente unterteilt. In jedem Segment befindet sich ein Zeilen- und ein Spaltentreiber. Der Treiberaufwand und die Verschaltung sind damit deutlich aufwändiger und komplizierter. Auch ist der Platz für die Treiber auf der Vorderseite meist nicht vorhanden. Der Vorteil der segmentierten Programmierstruktur besteht da rin, dass die Programmierfrequenzen gegenüber der konventionel len Programmierstruktur deutlich gesenkt werden können, insbe- sondere linear mit der Anzahl der Segmente nach oben bzw. unten.

In Fig. 2 ist schematisch ein Pixeltreiber mit einer Aktiv- Matrix-Struktur für eine OLED dargestellt. In einem Kondensator C wird eine Information gespeichert, indem der Kondensator C auf eine bestimmte Spannung geladen wird bzw. nicht geladen wird. Über einen Transistor Ml erfolgt die Programmierung des Kondensators C. Über einen Transistor M2 wird die OLED mit einem Konstantstrom versorgt, sofern der Kondensator C eine entspre chende Spannung aufweist.

Der Spaltentreiber stellt im Programmierbetrieb für alle Spal ten die Programmierspannung über eine Leitung data individuell bereit. Der Zeilentreiber schaltet die Zeilen schrittweise für die Programmierung über eine Leitung select durch. Die Program- mierung kann mit konstanter Spannung, mit konstantem Strom oder mit Rückkopplung erfolgen.

Allgemein wird zwischen Subpixeln mit Speichern, die 1 bit- Information speichern können, und Subpixeln mit Speichern, die alle Bits speichern können, unterschieden. Können alle Bits im Subpixel gespeichert werden, so müssen diese auch dort ausge führt werden. Das führt nicht nur zu einem hohen Speicheraufwand im Pixel, sondern auch einem Aufwand (Zähler, Komparator, Strom quelle) für die PWM in jedem Pixel, was die Schaltung teuer und aufwändig macht.

Die im Folgenden beschriebenen Subpixel sind so ausgestaltet, dass sie nur genau 1 bit speichern können. Allerdings kann die 1 bit-Information auch analog vorliegen und als Spannung in einem Kondensator gespeichert sein. Durch unterschiedlich hohe Spannungen kann zusätzlich zur PWM eine Strommodulation erfol gen, z. B. für das Dimming. Farbverschiebungen wegen Wellenlän genverschiebungen werden dann durch eine elektronische Farbkor rektur vermieden. Dies ist nur möglich im Dimming-Betrieb und nicht für den ständig wechselnden Bildinhalt.

Bei der Pulsweitenmodulation unterscheidet man zwischen der konventionellen Pulsweitenmodulation und der binären Pulswei tenmodulation (englisch: binary pulse width modulation) . Bei- spielhaft sind die konventionelle und die binäre Pulsweitenmo dulation in Fig . 3A bzw. 3B dargestellt.

Die Dauer eines Auffrischungszyklus beträgt in den in Fig. 3A und 3B dargestellten Beispielen 16,7 ms und die Bildwiederhol- frequenz 60 Hz. Die Kurven 10 bezeichnen den Ausführungsbetrieb und die Pfeile 11 die Programmierzeitpunkte .

In den gewählten Beispielen wird während eines Auffrischungs zyklus eine Bildinformation von 4 bit in dem Subpixel gespei- chert. Die durchgezogenen Pfeile 11 zeigen die Programmierzeit punkte für den Fall, dass alle 4 bit im Subpixel gespeichert und ausgeführt werden können. Nimmt man zusätzlich noch die gestrichelten Pfeile 11 hinzu, so sind dadurch die Programmier zeitpunkte für den Fall gegeben, dass nur 1 bit im Subpixel gespeichert werden kann.

In den Beispielen soll der Binärcode 1010 dargestellt werden, wobei gemäß der LSB O-Kodierung zuerst höchstwertige Bit 3 (MSB) und zuletzt das niedrigstwertige Bit 0 (LSB) angegeben ist. Der Binärcode 1010 entspricht der Dezimalzahl 10 (= 8+2) .

Bei der in Fig. 3A dargestellten konventionellen Pulsweitenmo dulation liegt innerhalb eines Auffrischungszyklus nur eine steigende und eine fallende Flanke an der LED an. Bei der in Fig. 3B dargestellten binären Pulsweitenmodulation wird beispielsweise zuerst das höchstwertige Bit (MSB, Bit 3) ausgeführt, dann mit halber Zeit das nächste Bit (Bit 2) und wieder mit halber Zeit das nächste Bit (Bit 1) . Am Ende des Auffrischungszyklus wird das niedrigstwertige Bit (LSB, Bit 0) mit nur eine Zeiteinheit ausgeführt. In diesem Beispiel bekommt das niedrigstwertige Bit eine Zeiteinheit und das höchstwertige Bit 8 Zeiteinheiten. Falls das Subpixel einen 4 bit-Speicher enthält, so ist nur zu Beginn des Auffrischungszyklus eine Programmierung erforder lich. Liegen hingegen nur 1 bit-Speicher vor, so gibt es einen großen Unterschied zwischen der konventionellen und der binären Pulsweitenmodulation. Für die konventionelle Pulsweitenmodula- tion sind 2 ⁿ Programmiervorgänge, d. h., 16 Programmiervorgänge in dem vorliegenden Beispiel, notwendig, wobei n die Anzahl der Bits angibt. Für die binäre Pulsweitenmodulation sind nur n Programmiervorgänge, d. h., 4 Programmiervorgänge in dem vor liegenden Beispiel, notwendig. Die Ersparnis liegt folglich in diesem Beispiel bei einem Faktor 4. Für 8 bit liegt die Erspar nis bei 2V8 = 32 und für 10 bit bei 2 ¹⁰ /10 = 102,4.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Display mit einer Pixelmatrix aus Zeilen und Spalten. Es sind beispielhaft 1.080 Zeilen vorgesehen sowie eine Bildwiederholfrequenz von 60 Hz und ein Auffri schungszyklus mit einer Länge von 16,667 ms. Die Programmierung der Pixel bzw. Subpixel erfolgt mit konventioneller PWM-Pro- grammierung. Die Linien 12 in Fig. 4 geben den Zeitschlitz an, in welchem die jeweilige Zeile programmiert wird. Ferner sind in der Tabelle 1 für verschiedene Bitzahlen die sich daraus ergebenden PWM-Zeiteinheiten, die Ausführungszeit pro bit in ps, die Programmierzeit pro bit und Zeile in ps, die Program mierfrequenz in MHz sowie der prozentuale LED-aus-Anteil für den Fall, dass die LED während der Programmierung nicht leuchten kann, angegeben. Die PWM-Zeiteinheiten berechnen sich aus dem Term 2 ⁿ -l, wobei n die Anzahl der Bits angibt. Die Ausführungs zeit pro bit ist durch den Quotienten aus der Auffrischungszyk lusdauer und der Anzahl PWM-Zeiteinheiten und die Programmier zeit pro bit und Zeile ist durch den Quotienten aus Ausfüh- rungszeit und Anzahl der Displayzeilen gegeben. Der prozentuale LED-aus-Anteil kann aus dem Quotienten aus Programmierzeit und Ausführungszeit berechnet werden.

Bei konventioneller PWM-Programmierung müssen innerhalb eines Auffrischungszyklus alle Zeilen neu mit Informationen beschrie ben werden. Bei 1.080 Zeilen verbleibt nur 1/1.080 * 16,667 ms für die Programmierung einer Zeile. Zusätzlich muss bei 8 bit die Programmierung 2 ⁸ = 256 Mal pro Zeile erfolgen. Geht man davon aus, dass während der Programmierung die LED nicht leuch- tet, so ergibt sich eine Programmierfrequenz von 17 MHz und ein LED-aus-Anteil von 0,1 %. Da die Programmierfrequenz von 17 MHz deutlich größer ist als die obere Betriebsfrequenz von Dünn filmtransistoren von 1 MHz, erlaubt dieser Vorschlag nicht die Verwendung von TFT-Technologie .

Das in Fig . 5 gezeigte Display unterscheidet sich von dem in

Fig. 4 dargestellten Display durch die Anzahl der Zeilen, die in Fig. 5 um einen Faktor 10 auf 108 Zeilen verringert wurden. Dadurch reduzieren sich die Programmierfrequenzen ebenfalls um einen Faktor 10. Wie sich Tabelle 2 entnehmen lässt, ergibt sich für 7 bit eine Programmierfrequenz von unter 1 MHz. Allerdings muss das Display mit dem Faktor 10 segmentiert werden, wodurch sich ein 10-mal höherer Treiberaufwand für die Spaltentreiber ergibt. Außerdem lässt sich mit 7 bit kein qualitativ hochwer- tiges Bild erzeugen.

Fig. 6 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 20 als Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Anmeldung. Die im Folgenden be- schriebene Funktionsweise der optoelektronischen Leuchtvorrich tung 20 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Anmeldung dar.

Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 20 umfasst ein Display 21 mit einer Mehrzahl von programmierbaren Pixeln, die in einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jedes Pixel um fasst ein oder mehrere LEDs. Ferner umfasst die optoelektroni- sehe Leuchtvorrichtung 20 eine Programmiereinrichtung 22 zur Programmierung der Pixel des Displays 21.

In Fig. 6 sind zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Displays 21 die Zeilen gegen aufeinanderfolgende Zeiteinheiten aufgetragen. In dem vorliegenden Beispiel enthält das Display 21 insgesamt 1.080 Zeilen. Die Linien 23 in der Darstellung von Fig. 6 stellen die Programmierzeitpunkte der jeweiligen Zeile dar. Danach findet im restlichen Teil der jeweiligen Zeiteinheit die Ausführung statt.

Um das Beispiel anschaulich zu gestalten, ist es auf 4 bit ausgelegt. In der Praxis braucht man für eine ausreichende Bild qualität mindestens 8 bit. In der ersten Zeiteinheit werden nicht alle Zeilen programmiert, sondern nur die Zeilen, die durch ein Zeilen- bzw. Programmiermuster vorgegeben sind. Das Zeilenmuster enthält in dem Beispiel die Zeilen 1, 2, 4 sowie

8 und wiederholt sich nach 2 ⁿ -l Zeilen, also hier nach 15 Zeilen. Folglich umfasst das Zeilenmuster die Zeilen 1, 2, 4, 8, 16,

17, 19, ... Das Zeilenmuster wird zur Zeiteinheit 2 und 3 sowie allen weiteren Zeiteinheiten um jeweils eine Zeile nach unten verschoben. Dies kann als Staffelung (englisch: staggering) be zeichnet werden. Die Anzahl der zu programmierenden Zeilen ist damit zu jeder Zeiteinheit konstant und gering. Ist die Anzahl der zu program mierenden Zeilen ungleich N x 2 ⁿ -l, wobei N die Anzahl der Blöcke ist, in die die Zeilen eingeteilt werden, so müssen die ver- bleibenden Zeilen extra behandelt werden. Dazu kann ein ganzer Block angefügt werden und die verbleibende Zeit, in der keine zu programmierenden Zeilen mehr vorliegen, kann pausiert werden oder sofort nach der letzten Zeile kann nach oben zur ersten Zeile gesprungen werden.

In der Tabelle 3 sind für verschiedene Bitzahlen die sich daraus ergebenden PWM-Zeiteinheiten, die Programmierzeiteinheiten, die Gesamt-Zeiteinheiten aus PWM-Zeiteinheiten und Programmierzeit- einheiten, die Programmierzeilen pro Zeiteinheit, die Taktfre- quenz in MHz sowie der prozentuale LED-aus-Anteil angegeben.

Für 8 bit ergeben sich 255 PWM-Zeiteinheiten und 8 Programmier zeiteinheiten. Zusammen macht das 263 Zeiteinheiten. Ferner er geben sich 38 Programmierzeilen pro Zeiteinheit. Das errechnet sich aus 1.024 Zeilen mit N=4 Blöcken und 8 Programmierzeilen pro Block, d. h. , 4 x 8 = 32. Die restlichen 6 Zeilen ergeben sich aus 2 ⁶ = 64 mit 1.024 + 64 = 1.088 > 1.080. Es wird der Fall gerechnet, bei dem so bald wie möglich wieder zur Zeile 1 gesprungen wird.

Ab 12 bit wird in einem Block programmiert, da 2 ¹² größer als 1.080 ist. Wie sich Tabelle 3 entnehmen lässt, liegen vorteil hafte Lösungen für 8 und 10 bit und 1.080 Zeilen bei 60 Herz Bildwiederholfrequenz vor. Die LED-aus-Zeiten sind gering.

Fig . 7 und Tabelle 4 zeigen eine Variante von Fig. 6, wobei hier für die Programmierung der Subpixel doppelt so viel Zeit vor gesehen ist. Dadurch sinken die Programmierfrequenzen. Allerdings steigt der LED-aus-Anteil . Gute Lösungen sind damit bis 11 bit möglich.

Weitere Varianten des Ausführungsbeispiels aus Fig. 6 sind in den Fig. 8 bis 10 dargestellt.

Da die Bildwiederholfrequenz mit 60 Hz recht gering ist, kann das menschliche Auge diese niedrige Frequenz bei Pulsweitemo dulation als Flimmern negativ wahrnehmen. Verwendet man Digi- talkameras, Videokameras oder Smartphones, um das Display zu filmen oder zu fotografieren, so kann dies zu ungewünschten Effekten, insbesondere einem abgeschnittenen Bild, führen. Die binäre Pulsweitenmodulation nimmt bereits eine Zerhackung der Pulsweitenmodulation im Vergleich zur Standard-Pulsweitenmodu- lation vor. Im Folgenden werden Varianten beschriebenen, bei denen das binäre Pulsweitenmodulationssignal weiter zerhackt wird, um das beschriebene Problem zu reduzieren.

In der Tabelle von Fig. 8 zeigen die kursiven Zahlen in den Zeiteinheiten der ersten beiden Zeilen die Wertigkeit der je weiligen Bits an. Vorliegend wird ein 4 bit-Beispiel betrachtet, so dass 3 für das höchstwertige Bit (MSB) und 0 für das nied rigstwertige Bit (LSB) steht. Die Linien 23 bezeichnen die Pro grammierzeitpunkte. Die mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeich- neten Linien sind zusätzliche Programmierzeitpunkte , um das Scrambling, d. h. , die Verwürfelung, zu verbessern.

In dem in Fig. 8 dargestellten Beispiel wird das Bit 3 nach der halben Ausführungszeit vom Bit 0 unterbrochen. Dafür ist eine zusätzliche Programmierung notwendig. Ist das Bit 3 „high" und ist das Bit 0 ebenfalls „high", so ergibt sich dadurch keine Scrambling-Verbesserung . Sind Bit 3 und 0 unterschiedlich, er hält man eine Verbesserung. Das beschriebene Bitmuster kann in allen Zeilen angewendet werden. Die Programmierfrequenz steigt in diesen 4 bit-Beispiel um 1/4 = 25%. In einem 8 bit-Beispiel nur um 1/8.

Das vorstehend beschriebene Bitmuster, bei dem das Bit 3 nach der halben Ausführungszeit von dem Bit 0 unterbrochen wird, wird für alle Zeilen angewandt.

Um die Wahrscheinlichkeit von unterschiedlichen Bits zu erhö hen, wird in dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel das Bit 3 nach der halben Ausführungszeit von dem Bit 0 und zusätzlich dem Bit 1 unterbrochen. Sofern von den Bits 0, 1 und 3 eines einen anderen Zustand einnimmt, wird das Scrambling verbessert. Der Programmieraufwand ist identisch zu dem in Fig. 8. Um das Scrambling weiter zu verbessern, werden niederwertige Bits in hochwertigere Bits verschoben. In dem in Fig. 10 dar gestellten Beispiel wird das Bit 1 geteilt und in Bit 3 gescho ben. Dadurch kann man Bit 3 dritteln und es entstehen noch kürzere Pulse und ein verbessertes Scrambling. Der Programmier- aufwand steigt hier von 4 auf 7 Programmierungen pro Zeiteinheit und Block.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Kurve

11 Pfeil

12 Linie

20 optoelektronische LeuchtVorrichtung

21 Display

22 Programmiereinrichtung

23 Linie

24 Linie