PASSIV-MATRIX-LED-BILDSCHIRMMODUL UND BILDSCHIRM MIT MEHREREN

PASSIV-MATRIX-LED-BILDSCHIRMMODULEN

Die Erfindung betrifft ein Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmodul , aufweisend

n > 1 erste elektrische Leitungen, die an einen jeweiligen ersten Schalter angeschlossen sind, m > 1 zweite elektrische Leitungen, an die die an einen jeweiligen zweiten Schalter angeschlossen sind, und mindestens (m-n) LED-Lichtquellen, wobei jede der LED-Lichtquellen anodenseitig an eine erste Leitung und kathodenseitig an eine zweite Leitung

angeschlossen ist, jeder der ersten Schalter als ein

Gegentaktschalter ausgebildet ist, der einen ersten Anschluss zur Verbindung an eine LED-Versorgungsspannung aufweist, einen zweiten Anschluss zum Anschließen an ein einstellbares Entladungspotential, einen dritten Anschluss zum empfangen eines Schaltsignals und einen vierten Anschluss zur

Verbindung mit der zugehörigen ersten Leitung aufweist, jeder der zweiten Schalter als Widerstandsschalter ausgebildet ist, der im geschalteten Zustand einen Stromfluss zum einem

Bezugspotenzial hin ermöglicht. Die Erfindung betrifft auch einen Passiv-Matrix-LED-Bildschirm, der aus mehreren solchen Bildschirmmodulen zusammengesetzt ist.

Viele Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmodule (häufig auch als "Kacheln" oder "Tiles" bezeichnet) der betreffenden Art werden im Betrieb typischerweise so geschaltet, dass die ersten Leitungen (und somit auch die damit verbundenen LED- Lichtquellen) über eine entsprechende Schaltung oder

Steuerung der ersten Schalter in ihrem "aktiven Zustand" nacheinander ( " zeitgemultiplexed" ) an die LED- Versorgungsspannung angeschlossen oder angelegt werden. In ihrem "inaktiven Zustand" sind die ersten Leitungen (und somit auch die damit verbundenen LED-Lichtquellen) über eine entsprechende Steuerung der ersten Schalter jeweils ein fest vorgegebenes Bezugspotential angeschlossen.

Ist das über einen zweiten Schalter eingestellte

Bezugspotenzial niedriger als die LED-Versorgungsspannung, können diejenigen LED-Lichtquellen, an denen aktuell die LED- Versorgungsspannung anliegt, über den zweiten Schalter individuell bestromt werden und dadurch individuell zum

Leuchten angeregt werden. Die Umschaltung der LED- Versorgungsspannung zwischen den ersten Leitungen erfolgt insbesondere periodisch. Ein Grund zur Verwendung einer solchen zeitgemultiplexten Ansteuerung liegt darin, dass ein Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmodul so mit einer einfachen und kompakten Verbindungstechnik realisiert werden kann und gleichzeitige mit einer vergleichsweise preiswerten

Ansteuerelektronik und Treiberelektronik ausgerüstet werden kann .

Nachteilig ist bisher bei solchen Passiv-Matrix-LED- Bildschirmmodulen, dass aufgrund von parasitären Kapazitäten der ersten Leitungen und der LED-Lichtquellen bei einem

Umschalten der LED-Versorgungsspannung zwischen

unterschiedlichen ersten Leitungen in der gerade von der LED- Versorgungsspannung getrennten ersten Leitung parasitäre Ströme erzeugt werden können, aufgrund derer auch solche LED- Lichtquellen kurzzeitig aufleuchten können, die nicht gezielt bestromt werden. Dies führt zu optischen Artefakten in Form entsprechender Geisterbilder, was auch als "Upper Ghosting" bezeichnet wird. Zudem ist es bei solchen Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmodulen nachteilig, dass es beim Umschalten der LED- Versorgungsspannung an der ersten Leitung aufgrund von parasitären Kapazitäten der LED-Lichtquellen (sog. pn- Übergangs-Kapazitäten) über die inaktiven zweiten Leitungen rückwirkend zu parasitären Strömen auch in den LED- Lichtquellen kommen kann, deren Bezugspotenzial an der zweiten Leitung so eingestellt ist, dass sie gezielt nicht aufleuchten sollten. Dies führt ebenfalls zu optischen

Artefakten in Form von Geisterbildern, welche als "Lower Ghosting" bezeichnet werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen Effekt der Erzeugung von Geisterbildern weiter zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen

Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind

insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Passiv-Matrix-LED- Bildschirmmodul , aufweisend

- n > 1 erste elektrische Leitungen, die an einen

jeweiligen ersten Schalter angeschlossen sind,

- m > 1 zweite elektrische Leitungen, die an einen

jeweiligen zweiten Schalter angeschlossen sind, und

- mindestens n -m LED-Lichtquellen,

wobei

- jede der LED-Lichtquellen anodenseitig an eine erste

Leitung und kathodenseitig an eine zweite Leitung angeschlossen ist, - jeder der ersten Schalter als ein Gegentaktschalter ausgebildet ist, der einen ersten Anschluss zum

Anschließen an eine LED-Versorgungsspannung, einen zweiten Anschluss zum Anschließen an ein einstellbares Entladungspotential, einen dritten Anschluss

("Schalteingang") zum Empfangen eines Schaltsignals und einen vierten Anschluss zur Verbindung mit der

zugehörigen ersten Leitung aufweist,

- jeder der zweiten Schalter im geschalteten Zustand einen einstellbaren Stromfluss zum einem Bezugspotenzial ermöglicht, und

- die zweiten Anschlüsse der Gegentaktschalter gemeinsam an einen Ausgangsspannungsanschluss einer einstellbaren Spannungsquelle angeschlossen sind, die ein

einstellbares Entladungspotential bereitstellt .

Dadurch, dass der zweite Anschluss des Gegentaktschalters an den Ausgangsspannungsanschluss einer einstellbaren

Spannungsquelle angeschlossen ist, der auf einem

einstellbarem Entladungspotential liegt, lässt sich die zugehörigen ersten Leitung in dem zeitlichen Abschnitt, während dessen sie nicht an die LED-Versorgungsspannung angeschlossen ist, mit diesem einstellbaren

Spannungspotenzial bzw. Entladungspotential verbinden und halten. Dadurch wiederum kann die Impedanz des mindestens einen parasitären Strompfads präzise so eingestellt werden, dass die Entladungsrate ("discharge rate") der parasitären Leitungskapazität, die in der Regel das Upper Ghosting auslöst, besonders hoch wird und die Ladungsübertragungsrate, welche durch die rückwirkende kapazitive Kopplung in der Regel das Lower Ghosting erzeugt, besonders klein wird. In anderen Worten lässt sich durch eine Einstellung der

Ausgangsspannung der einstellbaren Spannungsquelle (entsprechend einem einstellbaren Entladungspotential) erreichen, dass eine Leckimpedanz ("bleeding impedance") zum Entladen der parasitären Kapazitäten so angepasst wird, dass Geisterbilder beider Ghosting-Effekte möglichst klein sind. Dadurch wiederum können mittels des Passiv-Matrix-LED- Bildschirms besonders kontrastreiche Bilder praktisch ohne Kantenartefakte (Unschärfen oder Doppelungen) erzeugt werden.

Liegt eine erste Leitung aufgrund einer entsprechenden

Ansteuerung oder Schaltung des zugehörigen Gegentaktschalters an einer LED-Versorgungsspannung an und ist die zweite

Leitung durch entsprechende Einstellung des Bezugspotenzials mit einem Bezugspotenzial bzw. einer Bezugsspannung

verbunden, das niedriger ist als die LED-Versorgungsspannung, fließt ein Betriebsstrom durch die angeschlossene LED- Lichtquelle, wodurch sie mit einer gezielten Stärke zum

Leuchten angeregt wird. Die LED-Versorgungsspannung an der ersten Leitung kann z.B. ca. 5 Volt betragen. Das LED- Bezugspotential an der zweiten Leitung kann z.B. je nach gewünschter Leuchtstärke bei ca. 2,4 V bis 1,3 V liegen.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Bezugspotenzial zumindest zwischen einem ersten, niedrigerem Bezugspotenzial und einem zweiten, höheren Bezugspotenzial einstellbar ist, wobei das erste Bezugspotenzial zu einem Spannungsniveau an der zweiten Leitung führt, das geringer ist als die LED-

Versorgungsspannung, und das zweite Bezugspotenzial zu einem Spannungsniveau an der zweiten Leitung führt, das der LED- Versorgungsspannung entspricht. Dadurch kann die LED- Lichtquelle zwischen einem aktivierten bzw. leuchtenden

Zustand (entsprechend dem ersten, niedrigeren Niveau an der zweiten Leitung) und einem deaktivierten Zustand (entsprechend dem zweiten, höheren Niveau an der zweiten Leitung) umgeschaltet werden.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Bezugspotenzial variabel einstellbar ist, z.B. indem es mehr als zwei einstellbare Potenzialwerte aufweist, insbesondere zwischen dem ersten Potenzialwert und dem zweiten Potenzialwert quasi

kontinuierlich einstellbar ist. Dies ergibt den Vorteil, dass der durch die mindestens eine damit verbundene LED- Lichtquelle fließende Betriebsstrom variabel einstellbar und damit die LED-Lichtquelle gezielt dimmbar ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass der zweite Schalter als ein Widerstandsschalter mit einstellbaren Widerstand ausgebildet der, der im geschalteten Zustand einen einstellbaren

Stromfluss zum einem Bezugspotenzial ermöglicht. Auch dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der durch die mindestens eine damit verbundene LED-Lichtquelle fließende Betriebsstrom variabel einstellbar und damit die LED-Lichtquelle gezielt dimmbar ist.

Der zweite Schalter kann eine allgemeine Schalteinrichtung mit einem oder mehreren Bauelementen sein.

Es ist eine Weiterbildung, dass die n ersten elektrischen Leitungen parallel und gleichbeabstandet zueinander

verlaufen, insbesondere in einer horizontalen Richtung. Die Zahl n ist auch als "Scan-Tiefe" oder "Scan Depth" bekannt. Die zweiten elektrischen Leitungen können insbesondere senkrecht zu den ersten Leitungen verlaufen, z.B. vertikal in einer vorgesehenen AufStellrichtung des Passiv-Matrix-LED- Bildschirms . Die m-n LED-Lichtquellen können insbesondere geometrisch in einem matrixartigen Muster angeordnet sein.

Die ersten Leitungen sind jeweils über einen

Gegentaktschalter an eine LED-Versorgungsspannung

angeschlossen, so dass insgesamt n Gegentaktschalter

vorhanden sind.

Das einstellbare Entladungspotential an den

Gegentaktschaltern wird insbesondere von einer einstellbaren Spannungsquelle, insbesondere programmierbaren

Spannungsquelle, bereitgestellt.

Insbesondere ist jeder der Gegentaktschalter durch Aufgabe eines entsprechenden ersten bzw. zweiten Schaltsignals auf seinen Schalteingang wahlweise so schaltbar oder einstellbar, dass entweder

- der erste Anschluss mit dem vierten Anschluss elektrisch verbunden ist, so dass eine elektrische Verbindung der LED-Versorgungsspannung an die zugehörigen ersten

Leitung angeschlossen ist bzw. die LED-

Versorgungsspannung an die erste Leitung angelegt ist, während der vierte Anschluss von dem zweiten Anschluss elektrisch getrennt ist, so dass die elektrische

Verbindung zwischen der ersten Leitung und dem

Ausgangsspannungsanschluss der einstellbaren

Spannungsquelle (die das einstellbare

Entladungspotential bereitstellt) unterbrochen ist;

oder

- der erste Anschluss von dem vierten Anschluss elektrisch getrennt ist, so dass die elektrische Verbindung der LED-Versorgungsspannung mit der zugehörigen ersten

Leitung unterbrochen ist, während der vierte Anschluss mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist, so dass die elektrische Verbindung zwischen der ersten Leitung und dem Ausgangsspannungsanschluss der

einstellbaren Spannungsquelle hergestellt ist.

Der Gegentaktschalter kann einen oder mehrere einzelne

Schaltelemente wie Transistoren usw. aufweisen. Der

Gegentaktschalter kann auch als Gegentakt-Schaltstufe

angesehen oder bezeichnet werden. Der Gegentaktschalter kann auch als "Push-Pull-Schalter" bezeichnet werden.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der zweite Anschluss der Gegentaktschalter anodenseitig an eine jeweilige Diode angeschlossen ist, und alle Dioden kathodenseitig an den Ausgangsspannungsanschluss der einstellbaren Spannungsquelle (und damit an das einstellbare Entladungspotenzial)

angeschlossen sind.

Dies ergibt den Vorteil, dass die in Stromabflussrichtung eingefügte Diode einerseits die kontrollierte Entladung der parasitären Leitungskapazitäten zur Elimination unerwünschter Ghosting-Artefakte ermöglicht, anderseits aber verhindert, dass bei einer eingestellten Ausgangssteuerspannung an dem Ausgangsspannungsanschluss von größer 0 V in der Passivphase kein unerwünschter Strom rückwärts über den Gegentaktschalter und über die erste Leitung in das LED-Array einfließen kann. Diese Diode kann auch als Entkopplungsdiode bezeichnet werden .

Es ist eine Ausgestaltung, dass

- der Gegentaktschalter einen p-Kanal-Feldeffekttransistor (auch als "p-FET" bezeichnet) und einen n-Kanal- Feldeffekttransistor (auch als "n-FET" bezeichnet) aufweist,

- ein Source-Anschluss des p-FETs mit der LED- Versorgungsspannung verbunden ist,

- ein Drain-Anschluss des p-FETs mit einem Drain-Anschluss des n-FETs und mit der zugehörigen ersten Leitung verbunden ist,

- ein Source-Anschluss des n-FETs mit dem

Ausgangsspannungsanschluss der zugehörigen einstellbaren Spannungsquelle (einstellbares Entladungspotential) verbunden ist und

- die Gate-Anschlüsse beider Feldeffekttransistoren zu

einem Schalteingang des Gegentaktschalters miteinander verbunden sind.

Der Schalteingang bildet somit einen Knoten mit beiden Gate- Anschlüssen .

Wird an den Schalteingang eines Gegentaktschalters ein erstes Schaltsignal angelegt, wird dieses erste Schaltsignal

entsprechend an die Gate-Anschlüsse beider

Feldeffekttransistoren angelegt. Das erste Schaltsignal führt dazu, dass der Source-Anschluss und der Drain-Anschluss des p-FETs miteinander leitend geschaltet werden. Dadurch wird die LED-Versorgungsspannung mit der zugehörigen ersten

Leitung verbunden. Das erste Schaltsignal sperrt hingegen den Übergang zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source- Anschluss des n-FETs, so dass die elektrische Verbindung zwischen dieser ersten Leitung und der einstellbaren

Spannungsquelle (einstellbares Entladungspotential)

unterbrochen wird. Die Schaltlogik kann aber auch invertiert sein. Das erste Schaltsignal kann auch 0 Volt betragen. Wird an den Schalteingang des Gegentaktschalters ein zweites Schaltsignal (das z.B. 5 Volt betragen kann) angelegt, wird die elektrische Verbindung des Source-Anschlusses und des Drain-Anschlusses des p-FETs - und damit auch zwischen der LED-Versorgungsspannung und der zugehörigen ersten Leitung - unterbrochen. Das zweite Schaltsignal bewirkt ferner eine elektrische Verbindung zwischen dem Drain-Anschluss und dem Source-Anschluss des n-FETs und damit auch zwischen der ersten Leitung und dem Ausgangsspannungsanschluss der verstellbaren oder einstellbaren Spannungsquelle

(einstellbares Entladungspotential) . So wird bewirkt, dass die erste Leitung auf dem Spannungspotenzial der

Ausgangsspannung der einstellbaren Spannungsquelle

(entsprechend dem einstellbaren Entladungspotential) liegt.

Der Source-Anschluss des n-Kanal-Feldeffekttransistors kann direkt (d.h., ohne zwischengeschaltete elektrische

Bauelemente) oder indirekt über eine Diode (z.B. über die oben beschriebene Diode, mit dem Ausgangsspannungsanschluss der einstellbaren Spannungsquelle und damit dem einstellbaren Entladungspotential verbunden sein.

Die Feldeffekttransistoren können insbesondere MOSFETs sein. Allgemein können auch andere Transistoren als

Feldeffekttransistoren verwendet werden, z.B.

Bipolartransistoren.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Schalteingänge der

Gegentaktschalter an jeweilige Steuerausgänge eines

Controllers angeschlossen sind und ein weiterer

Steueranschluss des Controllers an einen Steuereingang der einstellbaren Spannungsquelle angeschlossen ist. Über die Steuerausgänge des Controllers sind die Schaltsignale an die Schalteingänge der jeweiligen Gegentaktschalter anlegbar.

Über den weiteren Steueranschluss ist ein Signal an die einstellbare Spannungsquelle anlegbar, mittels dessen die Ausgangsspannung der einstellbaren Spannungsquelle

entsprechend dem einstellbaren Entladungspotential

einstellbar ist. Dieses Signal kann beispielsweise ein PWM- Signal sein. So wird der Vorteil erreicht, dass sowohl die Spannungsversorgungen der ersten Leitungen als auch die

Ausgangsspannung der einstellbaren Spannungsquelle mittels der gleichen Komponente gesteuert werden können.

Der Controller kann ein Bildverarbeitungs-Controller,

insbesondere Bildverarbeitungsprozessor, sein. Der Controller kann insbesondere ein Digitaler Signalprozessor (DSP) sein.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die zweiten Schalter in einen LED-Treiber integriert sind. Die zweiten Schalter können z.B. als Schaltstufen zum Anlegen des jeweiligen Bezugspotenzials ausgebildet sein. Die zweiten Leitungen sind dann

insbesondere an Anschlüsse des LED-Treibers angeschlossen, die mit den jeweiligen Schaltstufen verbunden sind.

Der LED-Treiber kann mit dem Controller über eine

Datenschnittstelle verbunden sein und dazu eingerichtet sein, von dem Controller Anweisungen zum Schalten der Schaltstufen zu empfangen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Gegentaktschalter und die Schaltstufen zeitlich genau

aufeinander abgestimmt schaltbar sind, wodurch eine zeitlich besonders präzise Steuerung mit Aktivierung und Deaktivierung der LED-Lichtquellen ermöglicht wird. Es ist eine Weiterbildung, dass der LED-Treiber ein

Stromtreiber ist. Die an den zweiten Leitungen anliegenden Bezugspotenziale lassen sich dann passiv aufbauen. Sie stellen sich am Kathodenanschluss der LED-Lichtquellen ein, wenn die zugehörigen Anschlüsse des LED-Treibers auf einen bestimmten Stromsenkenwert programmiert werden. Werden z.B. an einem Anschluss des LED-Treibers 50 mA programmiert, dann stellt sich das zugehörige Bezugspotential am Ausgang der LED bei einer LED-Versorgungsspannung von 5 V gemäß 5V- U (LED (50mA)) auf ca. 2,5V ein. Werden z.B. 60mA programmiert, dann stellt sich das Bezugspotential am Ausgang der LED gemäß 5V-U (LED ( 60mA) = ca. 2.3V ein, usw.

Die Datenschnittstelle kann beispielsweise eine serielle Schnittstelle oder eine parallele Schnittstelle sein. Der LED-Treiber kann ein Konstantstromtreiber sein.

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens eine LED- Lichtquelle genau eine Leuchtdiode aufweist. Die Leuchtdiode kann beispielsweise buntes Licht (zum Beispiel rotes, grünes oder blaues Licht) abstrahlen und/oder weißes Licht

abstrahlen .

Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens eine LED- Lichtquelle mehrere Leuchtdioden aufweist. Die mehrere

Leuchtdioden können Licht gleicher Farbe oder Licht

unterschiedlicher Farbe abstrahlen. Beispielsweise können die mehreren Leuchtdioden Licht unterschiedlicher Farbe

abstrahlen, das vom menschlichen Auge als Mischlicht

wahrgenommen wird. Zum Beispiel können die Leuchtdioden rotes, grünes und blaues Licht abstrahlen, welches zu einem weißen Mischlicht gemischt wird. Es ist eine Weiterbildung, dass der Controller die ersten Leitungen so ansteuert, dass diese zeitlich hintereinander ( " zeitgemultiplext" ) an die LED-Versorgungsspannung angelegt werden (was auch als "Line Scan" bezeichnet werden kann. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Aktivierung der LED- Lichtquellen durch eine besonders einfach umsetzbare

Ansteuerung .

Es ist eine Ausgestaltung, dass die einstellbare

Spannungsquelle mindestens einen Operationsverstärker, einen npn-Transistors und einen pnp-Transistor aufweist

(entsprechend z.B. einem Gegentaktschaltstufenausgang) , wobei

- ein positiver Spannungseingang des Operationsverstärkers mit dem Steuereingang der einstellbare Spannungsquelle bzw. dem einstellbaren Entladungspotential verbunden ist,

- ein Ausgang des Operationsverstärkers mit der Basis des npn-Transistors und mit der Basis des pnp-Transistors verbunden ist,

- die Emitter des npn-Transistors und des pnp-Transistors mit dem Ausgangsspannungsanschluss als auch mit dem negativen Spannungseingang des Operationsverstärkers verbunden sind,

- ein Kollektor des npn-Transistors mit einer ersten,

höheren Versorgungsspannung verbunden ist und

- ein Kollektor des pnp-Transistors mit einer zweiten,

niedrigeren Versorgungsspannung verbunden ist.

Der Vorteil einer Nutzung von Bipolartransistoren ist, dass diese sehr genaue Schaltschwellen an ihrer Basis aufweisen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass dem Steuereingang und dem positiven Spannungseingang ein RC-Glättungsglied zwischengeschaltet ist und ein an dem Steuereingang

empfangendes Steuersignal ein PWM-Signal ist.

Allgemein kann ein Bildschirmmodul wie oben beschrieben ein oder mehrere LED-Felder bzw. LED-Arrays mit jeweils (m-n)

LEDs aufweisen. Es ist eine Weiterbildung, dass jedes LED- Feld LEDs gleicher Lichtfarbe als LED-Lichtquellen aufweist. Zumindest zwei, insbesondere drei oder mehr, unterschiedliche LED-Felder können LEDs unterschiedlicher Lichtfarbe

aufweisen .

Es ist eine Weiterbildung, dass an gleichen (Matrix-)

Positionen befindliche LEDs unterschiedlicher LED-Felder so nahe beieinander angeordnet sind, dass sie einen gemeinsamen Bildpunkt des Bildschirmmoduls bilden. Das von einer solchen Gruppe von LEDs abgestrahlte Licht wird als Summen-Mischlicht des zugehörigen Bildpunkts wahrgenommen. Insbesondere können mindestens zwei, insbesondere drei oder mehr, LEDs einer Gruppe eine unterschiedliche Lichtfarbe aufweisen bzw. Licht unterschiedlicher Farbe abstrahlen, so dass das Summen- Mischlicht einen in Abhängigkeit von der jeweiligen

Helligkeit der LEDs einstellbaren Summen-Farbort aufweist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Summen-Mischlicht einen Summen-Farbort aufweisen kann, der weißem Licht entspricht.

In einer Weiterbildung können die LEDs einer Gruppe eine rote, grüne bzw. blaue Lichtfarbe aufweisen. Dabei können für jede einzelne Lichtfarbe in einer Gruppe ein oder mehrere LEDs vorhanden sein. Jedoch ist die Lichtfarbe nicht auf ein RGB-Tripel beschränkt, sondern kann auch noch weitere

Lichtfarben wie Bernstein (amber) , orange usw. aufweisen.

Auch kann alternativ zu einer RGB-Farbmischung eine andere Farbmischung verwendet werden, die vorzugsweise ebenfalls auf einen weißen Summen-Farbort einstellbar ist, zum Beispiel eine Lichtmischung gemäß dem sog. "Brilliant Mix" der Firma Osram, das zumindest die Lichtfarben "grünlich-weiß" und bernstein umfasst.

Beim mehreren LED-Feldern kann die zugehörige Elektronik einschließlich der ersten und zweiten Schalter für jedes LED- Feld entsprechend vorhanden sein. Die LED-Felder lassen sich dadurch vollkommen unabhängig voneinander ansteuern und aufbauen. Alternativ können zumindest ein oder mehrere

Komponenten des Bildmoduls für mehrere LED-Felder gemeinsam verwendet werden. Beispielsweise können die LEDs einer Gruppe an einer gemeinsamen ersten Leitung angeschlossen sein, aber unterschiedlichen zweiten Schaltern zugeordnet sein.

Alternativ können die LEDs einer Gruppe an unterschiedlichen ersten Leitungen und unterschiedlichen Schaltern

angeschlossen sein, wobei die ersten Leitungen aber über gleiche Gegentaktschalter und/oder gleiche Controller

schaltbar bzw. aktivierbar sind.

Das oben beschriebene Bildschirmmodul funktioniert

insbesondere layouttechnisch und elektronisch autark. Auch können Bilddaten intern in autarker Weise den Stromtreibern seriell zugeführt werden.

Die Bildschirmmodule weisen in einer Weiterbildung Ränder mechanisch scharf geschliffene Ränder auf, damit sie zum Aufbau eines Panels oder Bildschirms nahtlos ("seamless- free") nebeneinander zusammensetzbar sind.

Die Anschlussstecker für Strom und Daten der Bildschirmmodule können beispielsweise nach hinten bzw. rückwärtig abgehen. Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Passiv-Matrix-LED- Bildschirm, der mehrere Module wie oben beschrieben aufweist. Insbesondere können die Module nahtlos nebeneinander

angeordnet sein.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im

Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den

Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur

Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

Fig.l zeigt ein mögliches Schaltbild eines

Bildschirmmoduls eines Passiv-Matrix-LED- Bildschirms; und

Fig.2 zeigt ein eine mögliche Ausgestaltung einer

einstellbaren Spannungsquelle des Bildschirmmoduls eines Passiv-Matrix-LED-Bildschirms .

Fig.l zeigt ein mögliches Schaltbild eines Bildschirmmoduls 1 eines Passiv-Matrix-LED-Bildschirms 1. Das Bildschirmmodul 1 kann eine sog. "Kachel" des Passiv-Matrix-LED-Bildschirms 1 sein, das z.B. m x n = 16 x 16 Bildpunkte m x n = 48 x 64 Bildpunkte usw. darstellen kann. Der aus vielen

Bildschirmmodulen 1 ausgebaute Bildschirm kann beispielsweise eine Videowand darstellen. Der Bildschirm kann insbesondere ein hochauflösender Bildschirm sein, beispielsweise ein 4K- Bildschirm, ist aber nicht darauf beschränkt.

Das Bildschirmmodul 1 weist n mit n > 1 erste elektrische Leitungen ROW_i mit i = 1, ..., n auf, die parallel und gleichbeanstandet zueinander angeordnet sind und hier als horizontale Leitungen eingezeichnet sind. Die ersten

Leitungen ROW_i können beispielsweise aus einem

lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Material bestehen.

Die Zahl n der ersten Leitungen ROW_i ist grundsätzlich beliebig, wobei hier nur die ersten Leitungen ROW_l und ROW_n eingezeichnet sind. Beispielsweise kann n = 16 oder 48 betragen. Jede der ersten Leitungen ROW_i weist eine

parasitäre Kapazität auf, die hier gedanklich als

Ersatzkapazität Crow eingezeichnet ist.

Jede der ersten Leitungen ROW_i ist über einen jeweils zugehörigen Push-Pull-Schalter oder Gegentaktschalter Qi mit i = 1, ... , n an eine LED-Versorgungsspannung VLED

anschließbar oder anlegbar. Die LED-Versorgungsspannung kann z.B. 5 Volt betragen.

Das Bildschirmmodul 1 weist ferner m > 1 zweite elektrische Leitungen COL_j mit j = 1, ..., m auf, die parallel und gleichbeabstandet zueinander angeordnet sind und hier als vertikale Leitungen eingezeichnet sind. Die Zahl m der zweiten Leitungen COL_j ist ebenfalls grundsätzlich beliebig, aber aus praktischen Gründen durch die Anzahl der zu

programmierenden zweiten Schalter in Serie begrenzt ist.

Beispielsweise kann m = 16 oder m = 48 gelten.

Jede der ersten Leitungen ROW_i ist mit jeder der zweiten Leitungen COL_j über mindestens eine Leuchtdiode LED_i,j verbunden, wobei eine Anodenseite der Leuchtdiode LED_i,j mit der i-ten ersten Leitung ROW_i und eine Kathodenseite der LED-Lichtquelle LED_i,j mit der zugehörigen zweiten Leitung COL_j verbunden ist. Die LED-Lichtquellen weisen hier also beispielhaft jeweils eine Leuchtdiode LED_i,j auf. Jede der Leuchtdioden LED_i,j weist eine parasitäre Kapazität auf, die hier beispielhaft für die LED_l,m als Ersatzkapazität Cled eingezeichnet ist.

Die Leuchtdioden LED_i,j sind insbesondere matrixförmig angeordnet. Eine Leuchtdiode LED_i,j kann insbesondere einem bestimmten Bildpunkt des Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmoduls 1 zugehören .

Die zweiten Leitungen COL_l bis COL_m sind an jeweilige

Anschlüsse OUT1 bis OUTm eines LED-Treibers IC2

angeschlossen, die als einstellbare Stromsenken bzw.

Stromsenkenanschlüsse dienen. Die Anschlüsse OUT1 bis OUTm sind mit jeweiligen zweiten Schaltern in Form von

Schaltstufen (o. Abb . ) des LED-Treibers IC2 verbunden sind. Mittels geeigneter Programmierung eines Stromsenkenwerts an den Anschlüssen OUT_l bis OUTm können an den zweiten

Leitungen COL_l bis COL_m die jeweiligen gewünschten

Bezugspotenziale indirekt eingestellt bzw. definiert werden. Soll eine Leuchtdiode LED_i,j gezielt nicht bestromt werden, wird das Bezugspotenzial so eingestellt, dass sich an der dieser Leuchtdiode LED_i,j zugehörigen zweiten Leitung COL_j ein Spannung einstellt, die der LED-Versorgungsspannung entspricht .

Jeder der Gegentaktschalter Qi weist einen p-Kanal- Feldeffekttransistor pFET und einen n-Kanal-

Feldeffekttransistor nFET auf, wobei ein Source-Anschluss des p-Kanal-Feldeffekttransistors pFET an die LED- Versorgungsspannung VLED angeschlossen ist, ein Drain- Anschluss des p-Kanal-Feldeffekttransistors pFET mit einem Drain-Anschluss des n-Kanal-Feldeffekttransistors nFET und mit der zugehörigen ersten Leitung ROW_i verbunden ist und die Gate-Anschlüsse beider Feldeffekttransistoren pFET, nFET miteinander zu einem Schalteingang QIN des Gegentaktschalters Qi verbunden sind. Ein Source-Anschluss des n-Kanal- Feldeffekttransistors nFET ist an eine Anodenseite einer jeweiligen Diode Di (i = 1, ..., n) angeschlossen, und die

Kathodenseiten aller Dioden Di sind gemeinsam an einen

Ausgangsspannungsanschluss T_V einer einstellbaren

Spannungsquelle AVS angeschlossen.

Die Steueranschlüsse QIN der Gegentaktschalter Qi sind an jeweilige Steuerausgänge ROWSEL_i mit i = 1, ..., n eines

Controllers IC1 angeschlossen, nur die Steuerausgänge

ROWSEL_l und ROWSEL_n gezeigt sind. Über die Steuerausgänge ROWSEL_i kann der Controller IC1 entsprechende Steuersignale zum Schalten der Gegentaktschalter Qi an die Steueranschlüsse QIN ausgeben.

Der Controller IC1 weist ferner einen Steueranschluss GPIO auf, der mit einem Steuereingang AVS_IN der einstellbaren Spannungsquelle AVS verbunden ist.

Durch ein entsprechendes Steuersignal an dem Steueranschluss GPIO kann der Controller IC1 die an einem

Ausgangsspannungsanschluss T_V der einstellbaren

Spannungsquelle AVS anliegende Ausgangsspannung Vout

einstellen. Die Ausgangsspannung Vout kann z.B. 2,3 Volt unterhalb der LED-Versorgungsspannung liegen. Durch ein entsprechendes PWM-Steuersignal am GPIO-Ausgang des

Controller IC1 der zum Steuereingang der einstellbaren

Spannungsquelle führt, kann die Ausgangsspannung Vout der einstellbaren Spannungsquelle eingestellt werden. Die Ausgangsspannung Vout kann z.B. 2,3 Volt unterhalb der LED- Versorgungsspannung liegen.

Der Mikrocontroller IC1 ist ferner dazu eingerichtet, dem LED-Treiber IC2 mitzuteilen, welche zweite Leitung (en) COL_j zu welchem Zeitpunkt bzw. für welche Zeitdauer an welches Bezugspotenzial anzulegen ist. Dazu wird hier beispielhaft eine serielle Datenschnittstelle verwendet, welche eine

Datenverbindung und eine Taktleitung (z.B. im MHz-Bereich) umfasst .

Zum Aktivieren der Leuchtdioden LED_i,j kann insbesondere ein bestimmter Gegentaktschalter Qi geschaltet werden, so dass die LED-Versorgungsspannung VLED nur an einer der ersten Leitungen ROW_i anliegt. Durch eine entsprechende Schaltung der Schaltstufen des LED-Treibers IC2 können die mit dieser ersten Leitung ROW_i verbundenen Leuchtdioden LED_i,j

nacheinander oder zeitgleich aktiviert werden. Dabei ist es auch möglich, ein oder mehrere Leuchtdioden LED_i,j nicht zu aktivieren. Allgemein ist es durch Einstellung des Niveaus des zugehörigen Bezugspotenzials auch möglich, den durch eine bestimmte Leuchtdiode LED_i,j fließenden Strom individuell so einzustellen, dass die Leuchtdiode LED_i,j nur gedimmt leuchtet .

Folgend wird die LED-Versorgungsspannung VLED von dieser ersten Leitungen ROW_i getrennt und an eine andere erste Leitung ROW_k angelegt und der Vorgang für die andere erste Leitung ROW_k wiederholt. Im Rahmen dieses Umschaltens der LED-Versorgungsspannung VLED von der ersten Leitung ROW_i auf die andere erste Leitung ROW_k können zwei Geisterbildeffekte auftreten, die als "Upper Ghosting" und als "Lower Ghosting" bezeichnet werden. Der Upper Ghosting-Effekt beruht darauf, dass durch die parasitäre Kapazität Crow der ersten Leitung ROW_i als solcher und ggf. der parasitären Kapazitäten Cled der mit dieser ersten Leitung ROW_i verbundenen Leuchtdioden LED_i,j in der ersten Leitung ROW_i ein parasitärer Strom erzeugt wird, der über diejenige Leuchtdiode LED_i,j abgeleitet wird, die mit der ersten Leitung ROW_i und mit derjenigen zweiten Leitung COL_j verbunden ist und welche aktuell bereits wieder an einem niedrigeren Bezugspotenzial anliegt.

Dies sei im Folgenden anhand der in Fig.l gezeigten Anordnung beispielhaft näher erläutert:

Es sei angenommen, dass die LED-Versorgungsspannung VLED durch entsprechende unterschiedliche Schaltung der

Gegentaktschalter Ql und Qn von der (ersten) ersten Leitung ROW_l abgetrennt und an die (n-te) erste Leitung ROW_n angeschlossen worden ist. Ferner sei angenommen, dass die zweite Leitung COL_l an einem niedrigeren Bezugspotenzial (d.h., an einem Bezugspotenzial, das niedriger ist als die LED-Versorgungsspannung VLED) anliegt, so dass die

Leuchtdiode LED_n, 1 gezielt zum Leuchten gebracht wird. Das Bezugspotenzial der anderen Leuchtdiode LED_n,m ist so gewählt, dass durch diese kein Betriebsstrom fließt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das

Bezugspotenzial der anderen Leuchtdiode LED_n,m dem Niveau der LED-Versorgungsspannung VLED entspricht, oder dadurch, dass die zweite Leitung COL_m von dem Bezugspotenzial

getrennt bzw. auf ein Bezugspotential von 5V bzw. einen

Stromsenkenwert von 0 mA eingestellt ist.

Wäre gedanklich anstelle des Gegentaktschalters Ql mit einstellbarerer Spannungsversorgung AVS ein einfacher Schalter (z.B. ein Transistor) zur wahlweisen Verbindung und Trennung der LED-Versorgungsspannung VLED von der ersten Leitung ROW_l vorhanden (nicht dargestellt) , würde der durch die parasitäre (n) Kapazität (en) Crow, Cled in der ersten Leitung ROW_l erzeugte parasitäre Strom durch die Leuchtdiode LED_1,1 und die zweite Leitung COL_l abfließen. Die

entsprechende Leuchtdiode LED_1,1 würde somit mit Umschaltung der LED-Versorgungsspannung VLED nicht mehr schwach

aufleuchten und der Upper-Ghosting-Effekt wäre unterdrückt.

Wäre gedanklich anstelle des Gegentaktschalters Ql mit einstellbarerer Spannungsversorgung AVS ein nur mit Masse als dem Entladungspotential verbundener Gegentaktschalters Ql vorhanden, kann dieser parasitäre Strom aus der ersten

Leitung ROW_l teilweise durch den n-FET nFET des

Gegentaktschalters Ql abfließen, wodurch der Upper-Ghosting- Effekt abgeschwächt wird.

Der Lower Ghosting-Effekt ist im Folgenden ebenfalls anhand der in Fig.l gezeigten Anordnung beispielhaft näher

erläutert :

Dazu wird weiterhin angenommen, dass die LED- Versorgungsspannung VLED durch entsprechende Schaltung der Gegentaktschalter Ql und Qn von der ersten Leitung ROW_l abgetrennt und an die erste Leitung ROW_n angeschlossen worden ist. Ferner sei angenommen, dass die zweite Leitung COL_l an einem Bezugspotenzial anliegt, das geringer ist als die LED-Versorgungsspannung, so dass die Leuchtdiode LED_n, 1 gezielt zum Leuchten gebracht wird.

Der Lower Ghosting-Effekt wird dadurch erzeugt, dass aufgrund der intrinsischen, parasitären Kapazität Cled der Leuchtdiode LED_l,m ein parasitärer Stromfluss von der aktivierten ersten Leitung ROW_n, durch die Leuchtdiode LED_n,m und über die zweite Leitung COL_m in Sperrrichtung durch die Leuchtdiode LED_l,m, durch die erste Leitung ROW_l, durch den

Gegentaktschalter Ql zu dem Entladungspotential fließen kann. Der Stromfluss wird so lange aufrechterhalten werden, bis die Kapazität Cled der Leuchtdiode LED_l,m aufgeladen ist, oder ein nennenswert hoher Strom durch die Leuchtdiode LED_l,m programmiert wird.

Die Stärke des parasitären Stromflusses zur Erzeugung des Lower Ghosting-Effekts hängt ebenfalls von der Höhe des

Entladungspotentials ab: je niedriger das Entladungspotential ist, desto höher ist der parasitäre Stromfluss durch den Gegentaktschalter Ql und desto stärker ist der Lower

Ghosting-Effekt .

Die Einstellung des Entladungspotenzials muss also zwei gegenläufige Zielanforderungen erfüllen, nämlich eine

Verringerung des Upper Ghosting-Effekts und eine Verringerung des Lower Ghosting-Effekts .

Die nach Umschalten der LED-Versorgungsspannung VLED in der ersten Leitung ROW_l noch anliegende Spannung lässt sich bisher grundsätzlich dadurch festlegen, dass anstelle der Diode Di und des einstellbaren Entladungspotentials eine Zenerdiode oder Z-Diode vorhanden ist, die mit ihrer

Kathodenseite - ggf. über einen Widerstand - mit dem Source- Anschluss des n-FETs nFET des jeweiligen Gegentaktschalters Qi und mit ihrer Anodenseite mit Masse verbunden ist. Die Durchbruchspannung der Z-Diode entspricht dann funktional der Ausgangsspannung Vout . Jedoch ist es bei einer Verwendung einer Z-Diode nachteilig, dass Bauteil- und Herstellungstoleranzen der Z-Diode keinen nachträglich optimalen Abgleich zulassen. Insbesondere sind Z-Dioden dafür bekannt, bei nominalen Durchlassspannungen unter ca. 5 Volt unpräzise zu sein. Daher ist es

wahrscheinlich, dass die tatsächliche Durchbruchspannung einer Z-Diode nicht demjenigen Wert entspricht, der ein gewünschtes Verhältnis zwischen dem Upper Ghosting-Effekt und dem Lower Ghosting-Effekt erreicht. Dies ist besonders nachteilig, da die Stärken dieser beiden Ghosting-Effekte empfindlich auf den Wert der Durchbruchspannung reagieren.

Das oben beschriebene Passiv-Matrix-LED-Bildschirmmodul 1 ergibt demgegenüber durch die Verwendung der einstellbaren Spannungsquelle AVS anstelle einer Z-Diode den Vorteil, dass sich die Stärken des Upper Ghosting-Effekts und des Lower Ghosting-Effekts durch Anpassung der Ausgangsspannung Vout der einstellbaren Spannungsquelle AVS genau einstellen lassen und dadurch besonders kontrastreiche Bilder erzeugt werden können. Dies ist auch noch nach Zusammenbau des Bildschirms im Rahmen einer Kommissionierungsprozedur möglich.

Die Stärke des parasitären Stromabflusses durch den

Gegentaktschalter Ql hängt von der Höhe des

Entladungspotentials ab, das der Ausgangsspannung Vout der einstellbaren Spannungsquelle AVS entspricht: je höher das durch die einstellbare Spannungsquelle bereitgestellte

Entladungspotential ist, desto geringer ist der parasitäre Stromfluss durch den Gegentaktschalter Ql und desto stärker ist der Upper Ghosting-Effekt .

Beispielsweise können folgende Bauelemente verwendet werden: als Gegentaktschalter Qi ein Baustein vom Typ IRF7307 der Firma International Rectifier / Infineon; als Dioden Di

Kleinsignaldioden des Typ 1N4148 der Fa. NXP Semiconductors , als Mikrocontroller IC1 ein Mikrocontroller vom Typ ARM- Cortex-M4 MCU STM32F4 der Fa. STMicroelectronics ; und als LED-Treiber IC2 ein LED-Treiber vom Typ TLC59283 der Fa.

Texas Instruments.

Fig.2 zeigt anhand eines Schaltbilds eine mögliche

Ausgestaltung der einstellbaren Spannungsquelle AVS, die ein einstellbares Entladungspotential bereitstellt . Mit dem

Steuereingang AVS_IN ist ein RC-Glied R, C verbunden, das aus einem ohmschen Widerstand R und einem Kondensator C besteht. Das RC-Glied R, C kann z.B. als ein Glättungsglied dienen.

Die andere Seite des Kondensators C ist mit Masse verbunden. Der Kondensators C des RC-Glieds ist mit Masse verbunden, er könnte jedoch auch zu einem anderem festen Bezugspotentials wie VLED verbunden sein. Der Ausgang des RC-Glieds R, C ist mit dem positiven Signaleingang V+ eines

Operationsverstärkers Ul verbunden. Der Operationsverstärker Ul ist hier ohne seine Versorgungsanschlüsse dargestellt.

Ein Ausgang des Operationsverstärkers Ul ist an eine Basis eines npn-Transistors TI und an eine Basis eines pnp- Transistors T2 angeschlossen. Die Basen der beiden

Transistoren TI, T2 sind miteinander verbunden. Speziell ist hier der Kollektor des npn-Transistors TI mit einer

Versorgungsspannung Vcc+ verbunden, und der Emitter des npn- Transistors TI ist mit einem Emitter des pnp-Transistors T2 verbunden. Der Kollektor des pnp-Transistors T2 ist mit einer Versorgungsspannung Vcc- (z.B. Masse) verbunden, die geringer ist als die Versorgungsspannung Vcc+ . Wenn der Kollektor des npn-Transistors TI z.B. mit Vcc+ = 5 V verbunden ist, dann ist der Kollektor den pnp-Transistors T2 mit Vcc- = Masse verbunden .

Die beiden Emitter sind ferner mit dem

Ausgangsspannungsanschluss T_V als auch mit dem negativen Spannungseingang V- des Operationsverstärkers Ul verbunden. Die beiden Transistoren TI, T2 sind somit nach Art eines Gegentaktverstärkers miteinander verschaltet.

Wird von dem Steueranschluss GPIO des Controllers IC1 ein Steuersignal SIGN an den Steuereingang AVS_IN der

einstellbaren Spannungsquelle AVS ausgegeben, z.B. wie hier angedeutet in Form eines PWM-Signals, wird das Steuersignal SIGN zunächst durch das RC-Glied R, C geglättet und dann durch den Operationsverstärker Ul am Ausgang als

Spannungssignal dargestellt, das dann über die Gegentaktstufe TI, T2 im Spannungswert unverändert, jedoch mit einer hohen Strombelastbarkeit weitergegeben wird.

Die Höhe der Ausgangsspannung Vout ist von dem Controller IC1 eingestellten PWM-Tastverhältnisses bestimmt. Durch Variation des PWM-Tastverhältnisses lässt sich die Höhe der

Ausgangsspannung Vout präzise einstellen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte

Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

So ist kann das Bildschirmmodul auch mehrere LED-Felder mit (m x n) Leuchtdioden LED_i,j mit unterschiedlicher Lichtfarbe aufweisen . Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.

Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018210250.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugszeichenliste

Bildschirmmodul 1

Kapazität einer ersten elektrischen Leitung Crow i-te erste elektrische Leitung ROW_i

1-te erste elektrische Leitung ROW_l

n-te erste elektrische Leitung ROW_n

i-ter Gegentaktschalter Qi

LED-Versorgungsspannung VLED

j-te zweite elektrische Leitung COL_j

1-te zweite elektrische Leitung COL_l

m-te zweite elektrische Leitung COL_m

Leuchtdiode LED_i,j

Kapazität einer Leuchtdiode Cled

Stromausgabeanschlüsse des LED-Treibers OUT1 , OUTm Mikrocontroller IC1

LED-Treiber IC2

p-Kanal-Feldeffekttransistor pFET

n-Kanal-Feldeffekttransistor nFET

Schalteingang des Gegentaktschalters QIN

Diode Di

Ausgangsspannungsanschluss T_V

Einstellbare Spannungsquelle AVS

Steuerausgänge des Mikrocontrollers ROWSEL_i

Steueranschluss GPIO

Steuereingang der Spannungsquelle AVS_IN

Ohmscher Widerstand R

Kondensator C

Operationsverstärker Ul

Positiven Spannungseingang V+

Negativer Spannungseingang V-

Versorgungsspannung Vcc+

Versorgungsspannung Vcc- npn-Transistor TI pnp-Transistor T2