DE102017102467A1

DE102017102467A1 - Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102017102467A1
Application number: DE102017102467.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Rudolf Behringer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US20200005700A1; WO2018145974A1; US11132932B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung angegeben, wobei- die lichtemittierende Vorrichtung (1) eine Vielzahl von Pixel (P) umfasst,- jedes Pixel (P) zumindest drei Subpixel (r, g, b) umfasst, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren,- zumindest für manche Pixel (P) zur Darstellung einer reinen Farbe, welche der dominanten Wellenlänge eines ausgewählten Subpixels (r, g, b) des Pixels (P) entspricht, das ausgewählte Subpixel (r, g, b) und zumindest ein weiteres Subpixel (r, g, b) des Pixels (P), das dazu eingerichtet ist, Licht einer andere Farbe zu emittieren, betrieben werden.

Description

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung angegeben.
Die Druckschrift US 8,358,219 B2 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem besonders kostengünstige lichtemittierende Vorrichtungen betrieben werden können. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein besonders effizientes Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung anzugeben.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung wird eine lichtemittierende Vorrichtung bereitgestellt. Bei der lichtemittierenden Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Anzeigevorrichtung (englisch: display), mit der Bilder, Zeichen und/oder Symbole direkt dargestellt werden. Ferner ist es möglich, dass es sich bei der lichtemittierenden Vorrichtung um eine Beleuchtungsvorrichtung handelt, die zur Allgemeinbeleuchtung, in einem Kfz-Scheinwerfer oder zur Hinterleuchtung eines bildgebenden Elements wie beispielsweise eines LCD-Panels zum Einsatz kommen kann.
Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Pixeln. Bei den Pixeln handelt es sich um die lichtemittierenden Elemente der lichtemittierenden Vorrichtung. Jedes Pixel emittiert im Betrieb Licht. Die einzelnen Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung können dabei getrennt voneinander, gleichzeitig oder gleichzeitig in vorgegebenen Gruppen betrieben werden. Handelt es sich bei der lichtemittierenden Vorrichtung um eine Anzeigevorrichtung, so kann es sich bei den Pixeln insbesondere um die bildgebenden Elemente der Anzeigevorrichtung handeln.
Bei den Pixeln kann es sich beispielsweise um einzelne lichtemittierende Halbleiterchips oder um Bereiche von lichtemittierenden Halbleiterchips handeln. Die lichtemittierende Vorrichtung kann insbesondere eine Vielzahl von Pixel umfassen. Ferner ist es möglich, dass jedes Pixel zwei oder mehr lichtemittierende Halbleiterchips umfasst.
Bei den lichtemittierenden Halbleiterchips handelt es sich insbesondere um Leuchtdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst jedes Pixel zumindest drei Subpixel, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren. Bei den Subpixeln handelt es sich um Untereinheiten eines jeden Pixels, die getrennt voneinander oder gleichzeitig betrieben werden können. Zum Beispiel umfasst jedes Pixel zumindest ein Subpixel, das im Betrieb rotes Licht emittiert. Dieses Subpixel wird auch rotes Subpixel genannt. Ferner ist es möglich, dass jedes Pixel zumindest ein Subpixel umfasst, das im Betrieb grünes Licht emittiert. Dieses Subpixel wird auch grünes Subpixel genannt. Darüber hinaus ist es möglich, dass jedes Pixel zumindest ein Subpixel umfasst, das im Betrieb blaues Licht emittiert. Dieses Subpixel wird im Folgenden auch blaues Subpixel genannt.
Weiter ist es möglich, dass jedes Pixel weitere Subpixel umfasst, die Licht weiterer Farben oder weißes Licht emittieren. Mit den Subpixeln ist es jedem Pixel insbesondere ermöglicht, Licht unterschiedlicher Farben zu emittieren. Bei dem Licht kann es sich um das farbige Licht jedes Subpixels handeln. Ferner kann es sich bei dem Licht um ein Mischlicht handeln, das sich aus dem Licht von zwei oder mehreren Subpixeln zusammensetzt.
Dabei ist es möglich, dass jedes Subpixel durch einen einzelnen lichtemittierenden Halbleiterchip gebildet ist. Ferner ist es möglich, dass jedes Pixel durch genau einen lichtemittierenden Halbleiterchip gebildet ist, der in die Subpixel unterteilt ist. In diesem Fall können zwei oder mehr der unterschiedlichen Farben, die von den Subpixeln des Pixels erzeugt werden, beispielsweise mittels dem Subpixel nachgeordneter Konversions- und/oder Filterelemente erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest für manche oder alle Pixel zur Darstellung einer reinen Farbe, welche der dominanten Wellenlänge eines ausgewählten Subpixels des Pixels entspricht, das ausgewählte Subpixel und zumindest ein weiteres Subpixel des Pixels, das dazu eingerichtet ist, eine andere Farbe zu emittieren, betrieben. Die dominante Wellenlänge gibt dabei an, welchen Farbeindruck das menschliche Auge wahrnimmt. Die dominante Wellenlänge liegt auf der Spektralfarblinie im CIE-XY-Farbdiagramm. Vom Farbpunkt des erzeugten Lichts aus wird eine Gerade durch den Weißpunkt im Diagramm gezogen und der Schnittpunkt mit der Spektralfarblinie, der den kleinsten Abschnitt zum Weißpunkt hat, bildet die dominante Wellenlänge.
Unter einer „reinen Farbe“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Spektralfarbe verstanden. Es handelt sich bei der reinen Farbe also zum Beispiel um jenen Farbeindruck, den ein aus dem sichtbaren Teil des Lichtspektrums ausgewähltes monochromatisches Licht erzeugt. Sie ist in jedem Farbton die intensivste Farbe.
Beispielsweise soll von einem Pixel Licht einer reinen Farbe abgestrahlt werden und das Pixel umfasst ein bestimmtes Subpixel, das Licht einer dominanten Wellenlänge erzeugt, welche der darzustellenden reinen Farbe entspricht. Es wäre nun möglich und naheliegend, zur Erzeugung des Lichts der gewünschten reinen Farbe lediglich das rote Subpixel zu betreiben.
Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren wird nun aber zusätzlich zum entsprechenden Subpixel zumindest ein andersfarbiges Subpixel des Pixels mitbetrieben, sodass vom Pixel Mischlicht emittiert wird, das einen roten Farbeindruck hat.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung angegeben, wobei

- die lichtemittierende Vorrichtung eine Vielzahl von Pixel umfasst,
- jedes Pixel zumindest drei Subpixel umfasst, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren,
- zumindest für manche Pixel zur Darstellung einer reinen Farbe, welche der dominanten Wellenlänge eines ausgewählten Subpixels des Pixels entspricht, das ausgewählte Subpixel und zumindest ein weiteres Subpixel des Pixels, das dazu eingerichtet ist, Licht einer andere Farbe zu emittieren, betrieben werden.

Dem hier beschriebenen Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Bei der Herstellung von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen, beispielsweise von Leuchtdiodenchips, welche hier beschriebene Pixel oder Subpixel bilden können, gibt es auch in einem Wafer, in dem eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen der gleichen Art gleichzeitig hergestellt wird, Unterschiede in der Wellenlänge des von den lichtemittierenden Halbleiterbauelementen emittierten Lichts. Man spricht von einem so genannten Wellenlängengang über den Wafer.
Werden die lichtemittierenden Halbleiterbauelemente beispielsweise als Teile von Pixeln oder als Pixel in einer Anzeigevorrichtung eingesetzt, so kann dies zu ungewollten Farbunterschieden führen. Das heißt, soll von der Anzeigevorrichtung beispielsweise homogen blaues Licht erzeugt werden, so kann es mit bloßem Auge sichtbar sein, dass die Wellenlänge des erzeugten blauen Lichts abhängig vom Halbleiterbauelement, welches das blaue Licht erzeugt, über die Abstrahlfläche der Anzeigevorrichtung schwankt.
Derart erzeugte ungewollte Farbunterschiede oder ungewollte Farbverläufe können minimiert werden, wenn die lichtemittierenden Halbleiterchips vor ihrer Montage am Bestimmungsort beispielsweise nach Wellenlängen und/oder weiteren Kriterien sortiert werden. Insbesondere auch, um Ausfälle zu vermeiden, werden dazu sämtliche lichtemittierenden Halbleiterchips vermessen und nicht geeignete Halbleiterchips aussortiert. Dies führt zu einer besonders aufwändigen und kostenintensiven Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen.
Im Unterschied dazu können mit einem hier beschriebenen Verfahren lichtemittierende Vorrichtungen betrieben werden, bei denen auf eine Vorsortierung der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente, die beispielsweise die Pixel oder die Subpixel der lichtemittierenden Vorrichtung bilden, verzichtet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Darstellung einer reinen Farbe, welche der dominanten Wellenlänge eines ausgewählten Subpixels des Pixels entspricht, also beispielsweise zur Darstellung von rotem, grünem und blauem Licht, insbesondere von reinem rotem, grünem und blauem Licht, nicht nur das ausgewählte Subpixel betrieben wird, sondern zumindest ein weiteres Subpixel des Pixels.
Mit anderen Worten werden Wellenlängeninhomogenitäten nicht durch Vorsortierung verhindert, sondern kompensiert, indem zur Erzeugung von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge nicht nur das zugehörige Subpixel betrieben wird, sondern zumindest ein weiteres Subpixel eines Pixels.
Auf diese Weise können die Farborte des von jedem Pixel erzeugten reinen Lichts zu einem gemeinsamen Farbort verschoben werden, der durch die Mischung des Lichts von zwei oder mehr Subpixeln unterschiedlicher Farbe erzeugt wird. Dadurch wird zwar der Farbraum, in dem die lichtemittierende Vorrichtung Licht erzeugen kann, gegenüber einer lichtemittierenden Vorrichtung verkleinert, bei der die einzelnen Subpixel zur Erzeugung von reinem Licht einzeln betrieben werden. Jedoch ergibt sich durch das Verschieben auf einen gemeinsamen Farbort für manche oder alle Pixel der Vorteil, dass auf eine Vorsortierung verzichtet werden kann. Die Regel, mit der die Farborte zur Darstellung reiner Farben verschoben werden, kann dann auf alle darzustellenden Farben angewendet werden. Auf diese Weise wird im Betrieb der Vorrichtung Licht eines vorgegebenen Farborts von jedem Pixel mit großer Genauigkeit beim gleichen Farbort erzeugt, ohne dass die Chips, welche die Pixel oder Teile der Pixel bilden, dazu vorsortiert worden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zumindest für manche Pixel zur Darstellung jeder vorgegebenen Farbe alle Subpixel betrieben. Das heißt, zumindest für manche Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung wird zur Darstellung keiner Farbe nur ein einziges Subpixel betrieben, sondern sämtliche darzustellenden Farben werden durch Farbmischung erzeugt. Dabei wird eine Helligkeit der Subpixel beispielsweise derart gewählt, dass möglichst alle Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung Licht einer ausgewählten Farbe beim gleichen Farbort emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest für manche Pixel eine dem Pixel zugeordnete Korrekturmatrix bereitgestellt, mit der die Helligkeit der Subpixel des Pixels einstellbar ist. Mit anderen Worten kann zu manchen, insbesondere jedem Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung eine Korrekturmatrix bereitgestellt sein, mit der die Helligkeit der einzelnen Subpixel derart einstellbar ist, dass jedes Pixel Licht einer vorgegebenen Farbe beim gleichen Farbort emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Bereitstellung der Korrekturmatrix die Helligkeit jedes Subpixels des Pixels ermittelt, die notwendig ist, um Licht einer vorgegebenen Farbe zu emittieren. Das heißt, es wird beispielsweise vorgegeben, dass ein bestimmter Farbort im Farbortbereich von rotem Licht zur Darstellung von reinem rotem Licht genutzt wird. Die Korrekturmatrix wird dann für jedes Pixel so gewählt, dass die Helligkeit der Subpixel derart eingestellt ist, dass vom Pixel dieses rote Licht abgestrahlt wird. Dies kann heißen, dass die Anteile des abgestrahlten roten, grünen und blauen Lichts, die notwendig sind, um das gewünschte rote Licht zu erzeugen, von Pixel zu Pixel schwanken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst jedes Pixel genau drei Subpixel, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein rotes Subpixel, um ein grünes Subpixel und um ein blaues Subpixel. Zumindest für manche Pixel wird die dominante Wellenlänge jedes Subpixels bestimmt. Diese Bestimmung kann auch für alle Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung erfolgen.
Die dominante Wellenlänge eines jeden Subpixels wird dann im CIE-XY-Farbraum aufgetragen und die Punkte der Subpixel eines Pixels werden zu Farbdreiecken verbunden. Das heißt, die dominante rote, die dominante grüne und die dominante blaue Wellenlänge werden beispielsweise auf der Spektralfarblinie eingezeichnet und zu einem Farbdreieck verbunden. Dies wird für jedes Pixel der betrachteten Pixel zum Beispiel des Displays durchgeführt.
Im Anschluss wird paarweise das größte Innendreieck der Farbdreiecke bestimmt, das sich durch die Schnittpunkte von jeweils zwei der betrachteten Farbdreiecke ergibt. Die Eckpunkte im CIE-XY-Farbraum des Innendreiecks mit der größten Fläche bilden dann die vorgegebenen Farben. Die Korrekturmatrix dient dann dazu, die Helligkeit eines jeden Subpixels eines Pixels so einzustellen, dass vom Pixel Licht mit der vorgegebenen Farbe emittiert wird.
Diese Korrekturmatrix kann zur Darstellung einer beliebigen Farbe innerhalb des Innendreiecks genutzt werden, wobei die beispielsweise durch ein Darstellungssystem, etwa ein Videosystem, vorgegebenen Helligkeiten mittels der Korrekturmatrix zu Zielhelligkeiten verändert werden.
Anstelle der Berechnung eines Innendreiecks ist es dabei auch möglich, ein bestimmtes Innendreieck vorzugeben. Die Eckpunkte dieses Innendreiecks werden dann zur Bestimmung der Korrekturmatrix genutzt. Auf diese Weise kann ebenfalls für jedes Pixel eine Korrekturmatrix erzeugt werden. Ein solches Vorgehen, bei dem das Innendreieck ohne vorherige Messung an den Pixeln der lichtemittierenden Vorrichtung vorgegeben wird, ist insbesondere dann möglich, wenn eine Schwankungsbreite bei der Herstellung der lichtemittierenden Halbleiterbauelemente, welche die Pixel oder die Subpixel der lichtemittierenden Vorrichtung bilden, bekannt ist bzw. vorgegeben wird.
Auf diese Weise kann unabhängig von den konkreten Wellenlängen des von den Subpixeln erzeugten Lichts ein Datenblatt erstellt werden. Da auf ein Sortieren und Verwerfen von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen, welche die Pixel oder die Subpixel der lichtemittierenden Vorrichtung bilden, verzichtet werden kann, handelt es sich hierbei um ein besonders kostengünstiges Betriebsverfahren.
Bei dem beschriebenen Verfahren können die dominanten Wellenlängen eines jeden Subpixels aller Pixel oder mancher Pixel herangezogen werden. Insbesondere für den Fall, dass ein Pixel fehlerhafte Subpixel umfasst, die dazu führen, dass die Eckpunkte des dem Pixel zugeordneten Farbdreiecks stark von den Eckpunkten der Farbdreiecke anderer Pixel abweichen, kann auf die Betrachtung dieser Pixel verzichtet werden. Mit anderen Worten wird in diesem Fall nicht das größte Innendreieck aller Farbdreiecke bestimmt, sondern zum Beispiel das größte Innendreieck, das für wenigstens 90 % oder für wenigstens 95 %, insbesondere für wenigstens 99 % der Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Stromstärke, mit der jedes Subpixel betrieben wird, abhängig von Einträgen in der Korrekturmatrix. Beispielsweise wird die vom Darstellungssystem vorgegebene Helligkeit des roten, grünen und blauen Lichts eines bestimmten Pixels als Vektor dargestellt, der mit der Korrekturmatrix multipliziert wird. Auf diese Weise ergibt sich die tatsächliche Helligkeit, die für die Rot-, Grün- und Blauwerte des Pixels bei der Darstellung der gewünschten Farbe gewählt wird. Zur Bestimmung der Stromstärke wird dieser Vektor für die roten, grünen und blauen Werte jeweils mit einer Kennlinie multipliziert, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der Helligkeit und der Stromstärke wiedergibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Bestimmung der Stromstärke, mit der Subpixel betrieben werden, eine Helligkeitskorrektur durchgeführt, bei der für zumindest manche oder alle der Pixel die Helligkeit der Subpixel auf einen Medianwert normiert wird. Das heißt, Subpixel einer bestimmten Farbe, zum Beispiel rote Subpixel, werden mit einem stärkeren Strom betrieben, um die gleiche Helligkeit zu erzeugen, mit der andere rote Subpixel rotes Licht erzeugen bei einem niedrigeren Strom. Dazu kann beispielsweise ein Einfarbenbild, zum Beispiel ein monochromes rotes Bild, bei bestimmten unterschiedlichen Stromwerten bestimmt werden. Daraus ergibt sich ein „Grauwert“ für jedes Subpixel und die jeweilige Stromstärke. Der Median aller Grauwerte (auch Mediangrauwert) bei einer bestimmten Stromstärke kann dann in einer Korrekturtabelle für die Subpixel, die diesen Grauwert haben, auf 1 normiert werden und in der Korrekturtabelle werden die Werte für alle anderen Subpixel auf den Quotienten von Mediangrauwert durch gemessenen Grauwert gesetzt. Diese Korrekturtabelle kann dann wiederum als Matrix mit Korrekturwerten für die roten, grünen und blauen Subpixel eines jeden Pixels dargestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann für zumindest manche der Pixel für jedes Subpixel die Anzahl der beschädigten benachbarten Subpixel der gleichen Farbe bestimmt werden und ein unbeschädigtes Subpixel mit einer Stromstärke betrieben werden, die umso größer ist, je größer die Anzahl seiner beschädigten benachbarten Subpixel gleicher Farbe ist. Das heißt, ein rotes Subpixel hat beispielsweise acht benachbarte rote Subpixel, die jeweils einem anderen Pixel zugeordnet sind. Ist das betrachtete rote Subpixel nun beschädigt, so können die um das Subpixel angeordneten roten Subpixel mit einem stärkeren Strom betrieben werden, um die Beschädigung des Subpixels zu korrigieren.
Ob ein Subpixel beschädigt ist, kann nach einem vorgegebenen Kriterium entschieden werden. Zum Beispiel kann das Kriterium sein, dass das Subpixel höchstens M % einer bestimmten Sollleistung erzeugt. M kann dann beispielsweise 20 oder 50 sein. Die Wahl von M hängt dabei vom Einsatzgebiet der lichtemittierenden Vorrichtung ab. Wird die lichtemittierende Vorrichtung beispielsweise hauptsächlich in einem dunklen Umfeld genutzt, so kann auch ein Subpixel, das nur noch 15 % oder 20 % der Sollleistung erbringt, als nicht beschädigtes Subpixel gewertet werden. Mit dem Verfahren ist es insbesondere möglich, die Differenzleistung eines Subpixels auf die benachbarten Subpixel aufzuteilen, das heißt je schwächer ein Subpixel leuchtet, desto heller werden die benachbarten Subpixel betrieben, um die Beschädigung des Subpixels zu kompensieren.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.

Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens betrieben wird.
Die 2 zeigt eine grafische Auftragung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung, wie sie mit einem hier beschriebenen Verfahren betrieben werden kann. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Pixeln P. Die Pixel P sind in der 1 entsprechend ihrer Position in einem durch die Koordinaten x und y aufgespannten Koordinatensystem mit den Indizes xy versehen.
Jedes Pixel P umfasst im Ausführungsbeispiel genau drei Subpixel r, g, b, bei denen es sich um rote, grüne und blaue Subpixel handelt. Die Subpixel tragen den gleichen Index wie die Pixel P.
Bei einer Ausführungsform eines hier beschriebenen Verfahrens zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung wird zumindest für manche Pixel zur Darstellung einer Farbe, welche der Farbe eines ausgewählten Subpixels r, g, b des Pixels P entspricht, das ausgewählte Subpixel r, g, b und zumindest ein weiteres Subpixel r, g, b des Pixels P, das dazu eingerichtet ist, eine andere Farbe zu emittieren, betrieben.
Dabei kann die Stromstärke, mit der jedes Subpixel betrieben wird, abhängig von Einträgen in einer Korrekturmatrix M_xy erfolgen. Jedem Pixel P_xy ist eine solche Korrekturmatrix M_xy zugeordnet.
Zur Bestimmung der Werte der Korrekturmatrix M_xy können beispielsweise Eckpunkte eines Farbdreiecks herangezogen werden. Das Farbdreieck G, vergleiche dazu 2, wird beispielsweise durch die Eckpunkte G_r , G_g , G_b aufgespannt. Jeder dieser Eckpunkte repräsentiert eine reine Farbe. So repräsentiert der Eckpunkt G_g beispielsweise im CIE-XY-Diagramm den Farbort, der für die lichtemittierende Vorrichtung dem Farbort von reinem grünem Licht einer bestimmten dominanten Wellenlänge entsprechen soll. Die Korrekturmatrix M_xy wird so gewählt, dass die Helligkeit der roten, grünen und blauen Subpixel eines Sollwerts für jedes Pixel P_xy auf den gewünschten Wert korrigiert wird. Mit der derart berechneten Korrekturmatrix kann dann jeder Sollwert auf einen entsprechenden Istwert umgerechnet werden gemäß der Formel: ${(\begin{matrix} r \\ g \\ b \end{matrix})}_{i s t, x y} = M_{x y} {(\begin{matrix} r \\ g \\ b \end{matrix})}_{s o l l, x y,}$
wobei gilt: $M_{x y} = {(\begin{matrix} r_{k 1} & r_{k 2} & r_{k 3} \\ g_{k 1} & g_{k 2} & g_{k 3} \\ b_{k 1} & b_{k 2} & b_{k 3} \end{matrix})}_{x y}$
Die Einträge r_K1, r_K2... in der Korrekturmatrix M_xy sind dann die Korrekturwerte für jedes Pixel P_xy. Ohne eine weitere Korrektur der Helligkeit ergibt sich die Stromstärke I_r, I_g, I_b für jedes Subpixel r, g, b dann zu ${(\begin{matrix} I_{r} \\ I_{g} \\ I_{b} \end{matrix})}_{x y} = \overset{⇀}{f} {(\begin{matrix} r \\ g \\ b \end{matrix})}_{i s t, x y}$
Dabei ist „f“ eine Funktion, die aus der Strom-Helligkeits-Kennlinie für jedes Subpixel ermittelt werden kann.
Das Innendreieck G kann dabei von außen vorgegeben werden und zum Beispiel entsprechend einer bekannten Produktionsschwankung bei der Herstellung der Halbleiterbauelemente, welche die Pixel oder die Subpixel bilden, ausgewählt werden.
Es ist jedoch auch möglich, dass zur Bestimmung des Innendreiecks G die einzelnen Pixel der lichtemittierenden Vorrichtung vermessen werden. Dazu werden beispielsweise die dominanten Wellenlängen λ_r,g,b,xy jedes Subpixels bestimmt. In der 2 sind die dominanten Wellenlängen für die Subpixel der Pixel P11 und P12 beispielhaft in das CIE-XY-Diagramm eingetragen. Die Punkte, welche die dominanten Wellenlängen repräsentieren, sind zu Farbdreiecken T_xy verbunden. Der Schnittpunkt der Farbdreiecke bildet das Innendreieck G. Dieses Verfahren kann für sämtliche Pixel P_xy der lichtemittierenden Vorrichtung durchgeführt werden und das flächenmäßig größte Innendreieck G zur Bestimmung der Korrekturmatrix ausgewählt werden. Dabei ist es auch möglich, dass nicht sämtliche Pixel betrachtet werden, sondern beschädigte Pixel oder Pixel, deren dominante Wellenlängen gegenüber den restlichen Pixeln deutlich verschoben sind, zur Bestimmung des größten Innendreiecks G nicht herangezogen werden.
Die nominell gleichen Subpixel der einzelnen Pixel P_xy der lichtemittierenden Vorrichtung, also zum Beispiel alle roten Subpixel der Pixel, können sich jedoch nicht nur hinsichtlich der dominanten Wellenlänge voneinander unterscheiden, sondern auch hinsichtlich ihrer Helligkeit beim Betrieb mit einer bestimmten Stromstärke. Bei dem hier beschriebenen Verfahren kann daher auch eine Helligkeitskorrektur erfolgen, wobei vereinfachend davon ausgegangen wird, dass die dominante Wellenlänge des von einem Subpixel erzeugten Lichts unabhängig von der Stromstärke ist, mit der das Subpixel betrieben wird.
Zur Korrektur der Helligkeit werden zunächst Einfarbenbilder bei bestimmten, unterschiedlichen Stromwerten bestimmt und Grauwerte für jedes Subpixel und die jeweilige Stromstärke erzeugt. Der Grauwert wird dabei zur Beurteilung der Helligkeit herangezogen und ist unabhängig von der Wellenlänge. Ein Mediangrauwert für alle Subpixel einer bestimmten Farbe wird auf 1 gesetzt und es wird ein Korrekturvektor C_xy für jedes Pixel bereitgestellt, bei dem gilt: ${\overset{⇀}{c}}_{x y} = {(\begin{matrix} c_{r} \\ c_{g} \\ c_{b} \end{matrix})}_{x y}$
Der Einfachheit wegen wird angenommen, dass der Korrekturwert für alle relevanten Betriebsströme gleich ist. Anderfalls muss der Korrekturwert leistungsabhängig betrachtet werden.
Die Einträge des Korrekturvektors sind dabei: $c_{i, x y} = \frac{m_{i}}{G w_{i, x y}}; i = r, g, b$
Dabei ist m_i der Medianwert für alle roten Subpixel i=r, alle grünen Subpixel i=g oder alle blauen Subpixel i=b und Gw_i,xy ist der gemessene Grauwert für das jeweilige Subpixel bei der betrachteten Stromstärke.
Die Stromstärke für jedes Pixel P_xy ergibt sich dann zu_: ${(\begin{matrix} I_{r} \\ I_{g} \\ I_{b} \end{matrix})}_{x y} = {\overset{⇀}{C}}_{x y} \overset{⇀}{f} {(\begin{matrix} r \\ g \\ b \end{matrix})}_{i s t, x y}$
Dabei ist zum Beispiel I_r die Stromstärke für das rote Subpixel. Wie in 1 dargestellt, kann weiter eine Ausfallkompensation für jedes Subpixel durchgeführt werden. Dafür wird für jedes Subpixel zunächst die Anzahl der Nachbarn bestimmt, die defekt sind. Dabei kann das Kriterium, wann ein Subpixel als defekt gilt, frei gewählt werden. Beispielsweise gilt ein Subpixel als defekt, wenn es bei einer bestimmten Stromstärke nur 50 % oder weniger der Sollleistung liefert.
Bei den benachbarten Subpixeln kann es sich dabei, wie in 1 dargestellt, um die nächsten Nachbarn handeln. Beispielhaft ist dies in Figur 1 für das Subpixel r₃₃ gezeigt, dessen nächste Nachbarn die Subpixel r₂₄, r₃₄, r₄₄, r₄₃, r₄₂, r₃₂, r₂₂ sowie r₂₃ sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können auch noch die übernächsten Nachbarn des Subpixels herangezogen werden.
Bei dem Verfahren wird zunächst die Anzahl N_D der defekten Nachbarn eines Subpixels bestimmt. Für die Subpixel mit N_D> 0 müssen die benachbarten Subpixel mitkompensieren. Dazu wird für jeden defekten Subpixel die Anzahl der unbeschädigten Subpixel bestimmt. Bei acht nächsten Nachbarn wären das 8 - N_D, wobei N_D die Anzahl der defekten Nachbarn des defekten Subpixels ist. Die Solleistung eines jeden nicht defekten Subpixels wird dann um (Solleistung des defekten Subpixels) / (8 - N_D) erhöht, wobei über die benachbarten Subpixel summiert wird.
Für die derart geänderte Solleistung p_neu des nicht defekten Subpixels gilt dann: $p_{n e u} = p_{s o l l} + \sum_{i = 1}^{N_{D}} p_{s o l l, i} * (\frac{1}{8 - N_{D, i}})$
Dieses Verfahren wird für alle Subpixel eines Pixels und alle Pixel durchgeführt.
Mit anderen Worten wird ein unbeschädigtes Subpixel mit einer Stromstärke betrieben, die umso größer ist, je größer die Anzahl seiner beschädigten benachbarten Subpixel gleicher Farbe ist, um den Leistungsverlust durch die beschädigten Subpixel zu kompensieren.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren können Wellenlängeninhomogenitäten kompensiert werden und diese führen nicht zu einer Qualitätsminderung des von der lichtemittierenden Vorrichtung abgestrahlten Lichts. Es kann auf ein teures Vormessen und Sortieren der Chips verzichtet werden und damit ein besonders großer Teil der gefertigten Halbleiterbauelemente zur Bildung der Pixel oder Subpixel in der lichtemittierenden Vorrichtung genutzt werden. Das heißt, aufgrund des beschriebenen Betriebsverfahrens kann der Ausschuss nicht benutzbarer lichtemittierender Halbleiterbauelemente stark reduziert werden. Mit dem beschriebenen Verfahren können auch Segmente größerer lichtemittierender Vorrichtungen, zum Beispiel Segmente von Anzeigevorrichtungen, vorkalibriert werden auf die Eckpunkte eines gemeinsamen Innendreiecks G und zu einer größeren lichtemittierenden Vorrichtung zusammengefügt werden, ohne dass zwischen den kombinierten Segmenten unerwünschte Farbunterschiede oder Farbverläufe auftreten.
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: lichtemittierende Vorrichtung
P: Pixel
r, g, b: Subpixel dominante Wellenlänge
λ_r, λ_g, λ_b: dominante Wellenlänge
T: Farbdreieck
G: Innendreieck Eckpunkte
G_r, G_g, G_b: Eckpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8358219 B2 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer lichtemittierenden Vorrichtung (1), wobei - die lichtemittierende Vorrichtung (1) eine Vielzahl von Pixel (P) umfasst, - jedes Pixel (P) zumindest drei Subpixel (r, g, b) umfasst, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren, - zumindest für manche Pixel (P) zur Darstellung einer reinen Farbe, welche der dominanten Wellenlänge eines ausgewählten Subpixels (r, g, b) des Pixels (P) entspricht, das ausgewählte Subpixel (r, g, b) und zumindest ein weiteres Subpixel (r, g, b) des Pixels (P), das dazu eingerichtet ist, Licht einer andere Farbe zu emittieren, betrieben werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zumindest für manche Pixel (P) zur Darstellung jeder vorgegebenen Farbe alle Subpixel (r, g, b) betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest für manche Pixel (P) eine dem Pixel (P) zugeordnete Korrekturmatrix bereitgestellt wird, mit der die Helligkeit der Subpixel (r, g, b) des Pixels (P) einstellbar ist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zur Bereitstellung der Korrekturmatrix die Helligkeit jedes Subpixels (r, g, b) des Pixel (P) ermittelt wird, die notwendig ist, um Licht mit einer vorgegeben Farbe zu emittieren.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei - jedes Pixel (P) genau drei Subpixel (r, g, b) umfasst, die dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren, - zumindest für manche Pixel (P) die dominante Wellenlänge (λ_r, λ_g, λ_b) jedes Subpixels (r, g, b) bestimmt wird, - die dominanten Wellenlängen (λ_r, λ_g, λ_b) jedes Subpixels (r, g, b) im CIE-XY Farbraum aufgetragen und zu Farbdreiecken (T) verbunden werden, - paarweise das Innendreieck (G) der Farbdreiecke (T) bestimmt wird, und - die Eckpunkte (G_r, G_g, G_b) im CIE-XY Farbraum des Innendreiecks (G) mit der größten Fläche die vorgegebenen Farben bilden.
Verfahren nach einem der drei vorherigen Ansprüche, wobei die Stromstärke, mit der jeder Subpixel (r, g, b) betrieben wird, abhängig von Einträgen in der Korrekturmatrix ist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zur Bestimmung der Stromstärke, mit der Subpixel (r, g, b) betrieben werden, eine Helligkeitskorrektur durchgeführt wird, bei der für zumindest manche der Pixel (P) die Helligkeit der Subpixel (r, g, b) auf einen Medianwert normiert wird.
Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Stromstärke, mit der ein Subpixel (r, g, b) betrieben wird, die Beschädigung von benachbarten Subpixel (r, g, b) der gleichen Farbe berücksichtigt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei - für zumindest manche der Pixel (P) für jedes Subpixel (r, g, b) die Anzahl der beschädigten benachbarten Subpixel der gleichen Farbe bestimmt wird, und - ein unbeschädigtes Subpixel (r, g, b) mit einer Stromstärke betrieben wird, die umso größer ist, je größer die Anzahl seiner beschädigten benachbarten Subpixel (r, g, b) gleicher Farbe ist.