DE102017104908A1

DE102017104908A1 - Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente, Verfahren zur Herstellung der Anordnung und Ausgleichsstruktur

Info

Publication number: DE102017104908A1
Application number: DE102017104908.8A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Frank Baumheinrich
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13
Also published as: EP3593596B1; EP3593596A1; US20200066204A1; US11056045B2; WO2018162579A1

Abstract

Es wird eine Anordnung (200) mit einer Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente (212a, 212b, 212c, 212n) angegeben, die jeweils eine vorgegebene erste Kapazität (214a, 214b, 214c, 214n) aufweisen. Die Anordnung umfasst ferner eine Treiberschaltung (230) zur Versorgung der einzelnen Bauelemente mit elektrischer Energie, und eine Ausgleichsstruktur (220), die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität (224a, 224b, 224c, 224n) sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist. Die Ausgleichsstruktur ist dabei derart mit den Bauelementen verschaltet, dass eine einem Bauelement zugeordnete und von der ersten Kapazität abhängige Gesamtkapazität mittels der zweiten Kapazität einstellbar ist. Es werden überdies ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung sowie eine Ausgleichsstruktur angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente, ein korrespondierendes Herstellungsverfahren der Anordnung, sowie eine Ausgleichsstruktur für eine solche Anordnung.
Strahlungsemittierende Bauelemente wie LEDs können fertigungsbedingt parasitäre Kapazitäten aufweisen, welche sich beispielsweise Lot-zu-Lot oder auch innerhalb eines Lots stark unterscheiden. Dies kann sowohl das Zeitverhalten der einzelnen LEDs sowie das Ansteuerverhalten korrespondierender Treiber beeinflussen, so dass insbesondere bei größeren Anordnungen verschiedenfarbiger LEDs Abgleiche wie Weißabgleich oder Farbabweichungen erschwert sind, und Artefakte bei schnellen Kontrastwechseln auftreten.
Um dieses Problem zu umgehen können LEDs beispielsweise nach Kapazität sortiert verbaut werden (sog. „Binning“). Alternativ kann eine Anpassung der Treiberleistung oder der Ansteuerrate (sog. „Refresh-rates“) vorgenommen werden, hierbei müssen jedoch eine Kontrastverschiebung bzw. langsame Ansteuerraten hingenommen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente, ein korrespondierendes Herstellungsverfahren der Anordnung, sowie eine Ausgleichsstruktur für eine solche Anordnung zu schaffen, die einen unbeeinträchtigten Betrieb der Bauelemente ermöglichen und ohne aufwendige Sortierverfahren auskommen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente, welche eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente umfasst. Bei den Bauelementen handelt es sich beispielsweise um lichtemittierende Dioden (LED). Die Bauelemente können zur Emission verschiedenfarbigen Lichts ausgebildet sein, so zum Beispiel als rote (R) LED, blaue (B) LED, grüne (G) LED oder weiße (W) LED.
Die Bauelemente können beispielsweise zeilen- bzw. spaltenartig (als sog. „1D Array“) oder matrixartig (als sog. „2D Array“) angeordnet sein. Insbesondere können mehrere verschiedenfarbig strahlungsemittierende Bauelemente zu Einheiten zusammengefasst sein, so zum Beispiel als RGB-Element oder als RGBW-Element. Die Anordnung ist beispielhaft ausgelegt für einen Einsatz in einer Anzeigevorrichtung wie einem Aktiv-Matrix-Display oder einem Passiv-Matrix-Display. Die zusammengefassten Einheiten können dann beispielsweise einzelne Bildpunkte der Anzeigevorrichtung bilden.
Die Bauelemente weisen jeweils eine erste Kapazität auf. Die ersten Kapazitäten können insbesondere parasitäre Kapazitäten der Bauelemente sein. Die erste Kapazität kann beispielsweise herstellungsbedingt von Bauelement zu Bauelement stark schwanken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung eine Treiberschaltung zur Versorgung der einzelnen Bauelemente mit elektrischer Energie. Bei der Treiberschaltung handelt es sich beispielsweise um einen integrierten Schaltkreis, der mit den strahlungsemittierenden Bauelementen elektrisch gekoppelt ist. Die Treiberschaltung umfasst zumindest eine Stromquelle und/oder zumindest eine Spannungsquelle. Die Treiberschaltung ist insbesondere ausgelegt, einen strahlungsemittierenden Betrieb der einzelnen Bauelemente zu steuern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung eine Ausgleichsstruktur, die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist. Die Ausgleichsstruktur ist dabei derart mit den Bauelementen verschaltet, dass eine einem Bauelement zugeordnete und von der ersten Kapazität abhängige Gesamtkapazität mittels der zweiten Kapazität einstellbar ist.
„Korrespondierend zu jedem Bauelement“ ist hier und im Folgenden nicht als Einschränkung zu verstehen, dass die Anordnung ausschließlich Bauelemente mit einer korrespondierenden variablen zweiten Kapazität aufweist. Mit anderen Worten kann die Anordnung auch als Untereinheit einer Vorrichtung ausgebildet sein, die weitere, nicht mit einer korrespondierenden variablen Kapazität verbundene Bauelemente aufweist.
Bei der Ausgleichsstruktur kann es sich insbesondere um eine nachfolgend beschriebene Ausgleichsstruktur gemäß dem dritten Aspekt handeln.
Unter der variablen zweiten Kapazität wird hier und im Folgenden eine jeweilige Kapazität der Ausgleichsstruktur verstanden, die im Betrieb der Anordnung oder vor Inbetriebnahme aber nach der physischen Fertigstellung der Anordnung jeweils veränderbar einstellbar ist. Beispielsweise umfasst die Anordnung in diesem Zusammenhang eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfang eines Stellsignals zur Einstellung der jeweiligen Kapazität.
Unter der einem jeweiligen Bauelement zugeordneten Gesamtkapazität wird hier und im Folgenden eine jeweilige Kapazität der Anordnung verstanden, welche den strahlungsemittierenden Betrieb des jeweiligen Bauelements beeinflusst. Dies schließt insbesondere eine Kapazität verbauter Kondensatoren, die mit dem jeweiligen Bauelement gekoppelt sind, sowie parasitäre Kapazitäten ein. Die dem jeweiligen Bauelement zugeordnete Gesamtkapazität kann auch als an dem Bauelement anliegende Gesamtkapazität bezeichnet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst die Anordnung eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente, die jeweils eine erste Kapazität aufweisen, eine Treiberschaltung zur Versorgung der einzelnen Bauelemente mit elektrischer Energie, und eine Ausgleichsstruktur, die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist. Die Ausgleichsstruktur ist derart mit den Bauelementen verschaltet, dass eine einem Bauelement zugeordnete und von der ersten Kapazität abhängige Gesamtkapazität mittels der zweiten Kapazität einstellbar ist.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine Angleichung der einem jeweiligen Bauelement zugeordneten Gesamtkapazität. Mit Vorteil kann so auf ein nach Kapazität sortiertes Verbauen der Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente verzichtet werden. Stattdessen kann ein Toleranzbereich bezüglich der jeweiligen ersten Kapazität der Bauelemente besonders hoch gewählt werden, so dass ein Ausschuss an in einer Anordnung zu verbauenden, gefertigten Bauelementen gering gehalten werden kann.
Durch Angleichung der einem jeweiligen Bauelement zugeordneten Gesamtkapazität wird überdies ermöglicht, eine an der Treiberschaltung je Bauelement anliegende Impedanz anzugleichen. In vorteilhafter Weise kann so auf eine Anpassung der Treiberleistung verzichtet werden, so dass ein einfacher Weißabgleich erzielt werden kann. Darüber hinaus erübrigt sich auch ein Herabsetzen der Ansteuerrate. Die vorgenannten Maßnahmen können als lediglich optional betrachtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Ausgleichsstruktur derart mit den Bauelementen verschaltet, dass sich die jeweilige erste Kapazität und die jeweilige zweite Kapazität zu einer jeweiligen an dem Bauelement anliegenden Gesamtkapazität addieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist zumindest bei einigen der Bauelemente die Gesamtkapazität derart einstellbar, dass eine Abweichung der Gesamtkapazitäten von einem vorgegebenen Sollwert verringert ist. Vorzugsweise ist die Gesamtkapazität bei jedem der Bauelemente derart einstellbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Ausgleichsstruktur korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils ein Ausgleichselement mit der jeweiligen variablen zweiten Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität auf. Das Ausgleichselement ist mit dem korrespondierenden Bauelement parallel geschaltet.
Durch Parallelschalten des jeweiligen Ausgleichselements mit dem jeweiligen Bauelement ergibt sich die dem jeweiligen Bauelement zugeordnete Gesamtkapazität aus der Summe aus der ersten Kapazität des jeweiligen Bauelements sowie der variablen zweiten Kapazität des jeweiligen Ausgleichselements. Je Bauelement kann so durch das Parallelschalten ein einfacher Ausgleich der ersten Kapazität des jeweiligen Bauelements vorgenommen werden.
Das jeweilige Ausgleichselement ist bevorzugt derart ausgebildet, dass ein Wertebereich der variablen, zweiten Kapazität einen zu erwartenden Wertebereich der ersten Kapazität des jeweiligen Bauelements abdeckt. In anderen Worten ist das jeweilige Ausgleichselement ausgelegt, eine erste Kapazität eines jeweiligen Bauelements, welche innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, mittels der jeweiligen variablen, zweiten Kapazität auf eine Gesamtkapazität bezüglich des jeweiligen Bauelements auszugleichen, wobei die variable, zweite Kapazität insbesondere so ausgelegt ist, dass ein vordefinierter Wert der Gesamtkapazität durch alle Bauelemente mit einer ersten Kapazität innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs erreicht werden kann. Beispielsweise weist der Wertebereich der variablen, zweiten Kapazität in diesem Zusammenhang eine selbe untere Grenze wie der Toleranzbereich sowie einen doppelt so hohen Wert als obere Grenze wie der Toleranzbereich auf. Der Toleranzbereich entspricht beispielhaft dem zu erwartenden Wertebereich der ersten Kapazität. Der zu erwartende Wertebereich der ersten Kapazität beträgt beispielsweise zwischen 0nF und 1000nF.
Das Ausgleichselement umfasst beispielsweise einen digital einstellbaren, variablen Kondensator. Das Ausgleichselement ist insbesondere ausgebildet, die variable zweite Kapazität abhängig von einem Stellsignal einzustellen. Das Ausgleichselement ist bevorzugt eingerichtet, eine derart eingestellte, zweite Kapazität auch für einen Betriebszustand der Anordnung zu halten, in dem kein Stellsignal empfangen wird bzw. anliegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Treiberschaltung korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils einen Ausgang zur Versorgung des jeweiligen Bauelements mit einem vorgegebenen Strom und/oder mit einer vorgegebenen Spannung auf. Das Ausgleichselement ist mit dem korrespondierenden Ausgang der Treiberschaltung parallel geschaltet.
Der Ausgang der Treiberschaltung kann auch als Treiberkanal bezeichnet werden. Die Treiberschaltung ist insbesondere ausgebildet, den jeweiligen Ausgang separat von anderen Ausgängen der Treiberschaltung mit elektrischer Energie zu versorgen, so dass ein strahlungsemittierender Betrieb der Bauelemente individuell gesteuert werden kann. Der Ausgang kann je Bauelement auch als individuelle Strom- bzw. Spannungsquelle betrachtet werden.
Insbesondere bilden das jeweilige Ausgleichselement, das jeweilige Bauelement und der jeweilige Ausgang eine Parallelschaltung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt bildet die Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente mit der Ausgleichsstruktur eine Baueinheit.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies den Einsatz der Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente ohne zusätzliche Maßnahmen zum Betreiben der Bauelemente vorsehen zu müssen. Die Baueinheit kann beispielsweise ein abgeschlossenes System bilden, welches anpassungsfrei verbaut werden kann. Die Anordnung kann insbesondere ohne vorgenannte Anpassung der Treiberschaltung verbaut werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt bildet die Treiberschaltung mit der Ausgleichsstruktur eine Baueinheit.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt. Bei dem Verfahren wird

a) eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente bereitgestellt, wobei die Bauelemente jeweils eine erste Kapazität aufweisen;
b) die jeweilige erste Kapazität der Bauelemente gemessen;
c) eine Ausgleichsstruktur bereitgestellt, die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist; und
d) die Ausgleichsstruktur angesteuert, die jeweilige zweite Kapazität abhängig von der jeweiligen gemessenen ersten Kapazität einzustellen, derart, dass zumindest bei einigen der Bauelemente, vorzugsweise bei jedem der Bauelemente eine Abweichung einer dem jeweiligen Bauelement zugeordneten Gesamtkapazität von einem Sollwert verringert wird.

Die in Schritt a) bereitgestellte Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente kann in dem Schritt b) beispielsweise einzeln vermessen werden. Alternativ können die in Schritt b) vermessenen Bauelemente bereits in einem Verbund, z.B. matrixartig angeordnet sein und zumindest teilweise parallel vermessen werden.
Der vorgegebene Wert kann beispielhaft von einem Maximalwert der ersten Kapazität eines Bauelements der Anordnung abhängen. Die Ansteuerung der Ausgleichsstruktur kann insbesondere durch ein externes Stellsignal erfolgen.
Die Ansteuerung der Ausgleichsstruktur kann beispielsweise das Zu- oder Abschalten von Sub-Kondensatoren beinhalten, welche einem jeweiligen Ausgleichselement zugeordnet sind. Beispielhaft erfolgt das Zu- oder Abschalten binär gestaffelt: So können dem jeweiligen Ausgleichselement mehrere Gruppen an Sub-Kondensatoren derselben Kapazität oder aber Sub-Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität zugeordnet sein, wobei die Kapazität der Gruppen bzw. der unterschiedlichen Sub-Kondensatoren in der Form Grundkapazität mal {2⁰, 2¹, 2², 2³, ...} gestaffelt ist. Das jeweilige Ausgleichselement ist bevorzugt derart ausgebildet, dass eine auf diese Weise abgestuft einstellbare variable, zweite Kapazität maximal 5% von einem einzustellenden Wert abweicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt wird die Ausgleichsstruktur derart angesteuert, dass die den Bauelementen zugeordnete jeweilige Gesamtkapazität für jedes Bauelement einen selben vorgegebenen Wert oder einen im Wesentlichen selben vorgegebenen Wert aufweist.
Hier und im Folgenden wird davon ausgegangen, dass ein Wert der einem Bauelement zugeordneten jeweiligen Gesamtkapazität im Wesentlichen demselben vorgegebenen Wert entspricht, wenn er weniger als 5% von diesem abweicht. Bei dem vorgegebenen Wert handelt es sich insbesondere um den Sollwert.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Ausgleichsstruktur. Die Ausgleichsstruktur umfasst eine Mehrzahl von Ausgleichselementen, die jeweils eine variable Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen Kapazität aufweisen. Überdies umfasst die Ausgleichsstruktur eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfang eines Stellsignals zur Einstellung der jeweiligen Kapazität, sowie einen Ein- und einen Ausgang je Ausgleichselement zur Kopplung der jeweiligen Kapazität mit einer externen Schaltung.
Die Ausgleichselemente sind beispielsweise auf einer integrierten Schaltung integriert. Insbesondere ist die Ausgleichsstruktur eingerichtet, selektiv eine konfigurierbare Kapazität an dem jeweiligen Ein- und Ausgang der Ausgleichselemente bereitzustellen. Die Ausgleichsstruktur ist besonders geeignet für einen Einsatz in der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt; alle im Zusammenhang mit dem ersten oder zweiten Aspekt offenbarten Merkmale gelten damit auch für den dritten Aspekt und umgekehrt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt umfasst jedes der Ausgleichselemente zumindest einen ersten Schalter, sowie zumindest einen Kondensator mit einer ersten und einer zweiten Elektrode. Je Ausgleichselement ist die jeweilige erste Elektrode des zumindest einen Kondensators mit dem zumindest einen ersten Schalter gekoppelt. Darüber hinaus ist je Ausgleichselement der zumindest eine erste Schalter zur Kopplung der jeweiligen Kapazität des zumindest einen Kondensators mit der externen Schaltung ausgebildet, den jeweiligen zumindest einen Kondensator abhängig von dem Stellsignal mit dem Ein- und/oder Ausgang des jeweiligen Ausgleichselements zu koppeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt umfasst jedes der Ausgleichselemente zumindest einen zweiten Schalter. Je Ausgleichselement ist die jeweilige zweite Elektrode des zumindest einen Kondensators mit dem zumindest einen zweiten Schalter gekoppelt. Darüber hinaus ist je Ausgleichselement der zumindest eine zweite Schalter zur Kopplung der jeweiligen Kapazität des zumindest einen Kondensators mit der externen Schaltung ausgebildet, den jeweiligen zumindest einen Kondensator abhängig von dem Stellsignal mit dem Ein- und/oder Ausgang des jeweiligen Ausgleichselements zu koppeln. Der zumindest eine erste Schalter bildet dabei zusammen mit dem zumindest einen zweiten Schalter jeweils ein Transmissionsgatter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt sind die Ausgleichselemente matrixartig angeordnet.
Insbesondere können die Ausgleichselemente korrespondierend zu der externen Schaltung angeordnet sein, so dass der Ein- und Ausgang des jeweiligen Ausgleichselements jeweils korrespondierend zu einzelnen, mit dem jeweiligen Ausgleichselement zu koppelnden Elementen der externen Schaltung angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt sind die Ausgleichselemente als digital einstellbare, variable Kondensatoren ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt umfassen die digital einstellbaren variablen Kondensatoren jeweils mehrere Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren, welche jeweils eine vorgenannte erste und zweite Elektrode aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem dritten Aspekt sind die Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren zwischen dem zumindest einen ersten und zweiten Schalter angeordnet, wobei die erste und zweite Elektrode der Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren jeweils mittels eines Vias mit dem zumindest einen ersten bzw. zweiten Schalter gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente,
2 ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Anordnung zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente,
3 eine Detailansicht eines Ausgleichselements der Anordnung gemäß 2,
4 ein Ablaufdiagramm zur Herstellung der Anordnung gemäß 2,
5 eine Ausführungsvariante eines Ausgleichselements der Anordnung gemäß 2,
6 eine beispielhafte Schalteranordnung eines Ausgleichselements der Anordnung gemäß 2, und
7 ein beispielhafter Aufbau eines Ausgleichselements der Anordnung gemäß 2.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Anhand der 1 bis 3 sind schematische Schaltbilder dargestellt, die als nicht vollständig zu betrachten sind.
1 zeigt eine Anordnung 100 zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente. Bei den Bauelementen kann es sich um LEDs 112a, 112b, 112c, und 112n handeln, die beispielsweise in einem oder mehreren Arrays angeordnet sind und für einen lichtemittierenden Einsatz in einem aktiven oder passiven Matrix Display ausgebildet sind. Beispielhaft ist jede der LEDs 112a...112n hierzu einem Farbbereich sowie einem Bildpunkt des Displays zugeordnet. Vorliegend sind beispielsweise LED 112a einem roten Farbbereich eines Bildpunkts, LED 112b einem grünen Farbbereich desselben Bildpunkts, LED 112c einem blauen Farbbereich desselben Bildpunkts, und LED 112n einem weißen Farbbereich desselben Bildpunkts zugeordnet. Die LEDs 112a ... 112n weisen beispielsweise fertigungsbedingt eine zwischen den LEDs 112a ... 112n stark streuende parasitäre Kapazität 114a, 114b, 114c bzw. 114n auf (hier schematisch als Kondensator dargestellt).
Um daraus resultierende Unterschiede im Zeitverhalten der einzelnen Farben des Bildpunkts zu umgehen, sind mit den LEDs 112a ... 112n gekoppelte Stromquellen 132a, 132b, 132c, 132n einer Treiberschaltung 130 dazu eingerichtet, jeweils eine Anpassung der Leistung und/oder der Ansteuerrate vorzunehmen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Anordnung 200 zum Betreiben von LEDs 212a, 212b, 212c, 212n mit parasitären Kapazitäten 214a, 214b, 214c, bzw. 214n und Stromquellen 232a, 232b, 232c, bzw. 232n einer Treiberschaltung 230, die sich von der Anordnung 100 durch eine zusätzliche Ausgleichsstruktur 220 unterscheidet.
Die Ausgleichsstruktur 220 weist je LED 212a...212n ein Ausgleichselement 222a, 222b, 222c, 222n mit einer jeweils variabel einstellbaren Kapazität 224a, 224b, 224c, 224n auf, die parallel zu der jeweiligen parasitären Kapazität 214a...214n geschaltet ist.
Durch Parallelschalten der Kapazitäten 214a...214n und 224a...224n ergibt sich eine jeweilige Gesamtkapazität, die an den einzelnen LEDs 212a...212n anliegt, jeweils aus der Summe der Kapazitäten 214a und 224a, 214b und 224b, 214c und 224c, bzw. 214n und 224n.
Im Resultat kann durch die selektive Hinzuschaltung von konfigurierbaren Kapazitäten 224a...224n in den einzelnen Treiberkanälen eine Angleichung der an einer jeweiligen Anode/Kathode anliegenden Gesamtkapazität jeder der LEDs 212a...212n erreicht werden. Damit entfällt die Notwendigkeit, die LEDs 212a...212n nach Kapazität 214a...214n zu binnen und es kann ein breiter Bereich an gefertigten LEDs 212a...212n verbaut werden. Elektrisch werden dadurch die für die einzelnen Treiber 232a...232n anzusteuernden Lasten angeglichen. Damit lassen sich deutlich höhere Refresh-Rates erzielen, sowie ein verbesserter Weißabgleich.
3 zeigt ein beispielhaftes Ausgleichselement 222 der Anordnung 200 gemäß 2, welches einer LED 212 zugeordnet ist. Die LED 212 weist eine parasitäre Kapazität 214 auf und ist elektrisch mit einer Stromquelle 232 gekoppelt.
Das Ausgleichselement 222 umfasst mehrere Kondensatoren 222-1, 222-2, 222-3, 222-4, 222-5, welche jeweils über einen Schalter 226-1, 226-2, 226-3, 226-4, 226-5 dem Ausgleichselement 222 zugeschaltet bzw. von diesem entkoppelt werden können. Bei geöffneten Schaltern 226-1...226-4 und geschlossenem Schalter 226-5 ergibt sich so beispielhaft die an der LED 212 anliegende Gesamtkapazität als Summe aus den Kapazitäten 214 und 222-5.
Durch geeignete Dimensionierung der einzelnen Kondensatoren 222-1...222-5 und geeigneter Ansteuerung der einzelnen Schalter 226-1...226-5 kann damit je LED 212a...212n eine Gesamtkapazität erreicht werden, die LED-übergreifend jeweils einen im Wesentlichen selben Wert aufweist. Insbesondere sind die Kondensatoren 222-1...222-5 und die Ansteuerung in diesem Zusammenhang ausgelegt, eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert der Gesamtkapazität je LED 212 zu minimieren.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung der Anordnung 200 gemäß 2.
In einem Schritt a) werden die LEDs 212a...212n bereitgestellt und in einem Schritt b) ihre jeweilige parasitäre Kapazität 214a...214n gemessen. Die Verteilung der Kapazitäten 214a...214n wird dabei durch geeignete Maßnahmen derart gemessen, sodass die Werte der parasitären Kapazitäten 214a...214n aller einzelnen LEDs 212a...212n bekannt sind, also für RGB und ggf. W pro Bildpunkt.
In einem anschließenden Schritt c) wird die Ausgleichsstruktur 220 bereitgestellt, die korrespondierend zu jeder LED 212a...212n jeweils die variable Kapazität 224a...224n aufweist, welche in einem Schritt d) durch Ansteuerung der Ausgleichsstruktur 220 als Funktion der jeweiligen gemessenen parasitären Kapazität 214a...214n derart eingestellt wird, dass jede LED 212a...212n einen im Wesentlichen selben Wert der Gesamtkapazität aufweist, sodass eine Verteilung der parasitären Kapazität 214a...214n abgeglichen wird.
Eine mechanische und elektrische Kopplung der Ausgleichsstruktur 220 mit den LEDs 212a...212n kann beispielsweise in dem Schritt c) durchgeführt werden. Beispielsweise werden die Kondensatoren 226-1...226-5 der Ausgleichselemente 222a...222n parallel zu den Stromquellen 232a...232n auf einer integrierten Schaltung integriert und bilden zusammen mit den LEDs 212a...212n eine Baueinheit. Die Ansteuerung der Ausgleichsstruktur 220 kann dabei vor oder nach dem Schritt c) durchgeführt werden.
Beispielsweise wird hierzu ein Stellsignal an einer Kommunikationsschnittstelle (nicht dargestellt) der Anordnung 200, insbesondere der Ausgleichsstruktur 220, wie z.B. einem SPI- oder I2C-BUS, angelegt. Das Stellsignal weist beispielhaft einen Binärcode mit einem Zeichen für zumindest jeden der Schalter 226-1...226-5 auf.
Die Kondensatoren 222-1...222-5 können in einer ersten Ausführungsvariante beispielsweise eine jeweils gleiche Grundkapazität 224 aufweisen. 5 zeigt alternativ hierzu eine zweite Ausführungsvariante des Ausgleichselements 222 gemäß 2, bei dem die Kapazität der Kondensatoren 222-1...222-4 jeweils ein 2^x-faches der Grundkapazität 224 beträgt, also 2⁰ * Grundkapazität 224 für den Kondensator 222-1, 2¹ * Grundkapazität 224 für den Kondensator 222-2, 2² * Grundkapazität 224 für den Kondensator 222-3, und 2³ * Grundkapazität 224 für den Kondensator 222-4. Die Kondensatoren 222-1...222-4 sind wiederum mit einem Schalter 226-1...226-4 gekoppelt. In einer nicht dargestellten dritten Ausführungsvariante des Ausgleichselements 222 gemäß 2 ist auch denkbar, mehrere Kondensatoren 222-1...222-5 derselben Grundkapazität 224 parallel in Gruppen analog zu der in 5 dargestellten Ausführungsvariante zu verschalten und lediglich die Gruppen mit den Schaltern 226-1...226-4 zu schalten.
In vorteilhafter Weise ermöglicht ein derartiger Aufbau gemäß der zweiten und dritten Ausführungsvariante einen hochauflösenden und zugleich großen Bereich, der durch das Ausgleichselement 222 abgedeckt werden kann.
Die in 5 dargestellte zweite Ausführungsvariante des Ausgleichselements 222 kann alternativ oder ergänzend zu den Schaltern 226-1...226-4 jeweils einen weiteren Schalter 226-1', 226-2', 226-3', 226-4' aufweisen, welcher steuerbar ist, eine bzgl. den Schaltern 226-1...226-4 weitere Elektrode der Kondensatoren 222-1...222-4 dem Ausgleichselement 222 zuzuschalten bzw. von dem Ausgleichselement 222 zu entkoppeln.
Die Schalter 226-1...226-4, 226-1'...226-4' können beispielsweise jeweils einen n-Kanal-MOSFET und/oder einen p-Kanal-MOSFET aufweisen. Insbesondere können die Schalter 226-1 und 226-1', 226-2 und 226-2', 226-3 und 226-3', sowie 226-4 und 226-4' als Transmissionsgatter ausgebildet sein. Eine beispielhafte Schalteranordnung ist in diesem Zusammenhang anhand 6 dargestellt, wobei die Kondensatoren 222-1...222-4 jeweils mit einer Elektrode an einen gemeinsamen Knoten angeschlossen sind, z.B. mit Masse.
7 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Ausgleichselements 222 der Ausgleichsstruktur 220 gemäß 2. Das Ausgleichselement 222 weist beispielhaft drei Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren als Kondensatoren 222-1, 222-2, 222-3 auf, die vertikal übereinander gestapelt sind und jeweils eine erste Elektrode 222-1-1, 222-2-1, bzw. 222-3-1 sowie eine zweite Elektrode 222-1-2, 222-2-2, bzw. 222-3-2 umfassen. Die erste Elektrode 222-1-1...222-3-1 der Kondensatoren 222-1...222-3 ist jeweils separat mittels eines Vias 228 an einen jeweiligen der Schalter 226-1...2226-3 gekoppelt.
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

100, 200: Anordnung
212, 112a ... 112n, 212a...212n: lichtemittierendes Bauelement
214, 114a ... 114n, 214c...214n: erste Kapazität
230, 130, 230: Treiberschaltung
232, 132a ... 132n, 232a...232n: Stromquelle
220: Ausgleichsstruktur
222, 222a...222n: Ausgleichselement
222-1...222-5: Kondensator
222-1-1, 222-1-2: Elektroden
224 224a...224n: zweite Kapazität
226-1...226-5 226-1'...226-4': Schalter
240: Masse
228: Via

Claims

Anordnung (200) zum Betreiben strahlungsemittierender Bauelemente, umfassend - eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente (212a, 212b, 212c, 212n), wobei die Bauelemente jeweils eine erste Kapazität (214a, 214b, 214c, 214n) aufweisen, - eine Treiberschaltung (230) zur Versorgung der einzelnen Bauelemente mit elektrischer Energie, und - eine Ausgleichsstruktur (220), die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität (224a, 224b, 224c, 224n) sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist, wobei die Ausgleichsstruktur derart mit den Bauelementen verschaltet ist, dass eine einem Bauelement zugeordnete und von der ersten Kapazität abhängige Gesamtkapazität mittels der zweiten Kapazität einstellbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei zumindest bei einigen der Bauelemente, vorzugsweise bei jedem der Bauelemente die Gesamtkapazität derart einstellbar ist, dass eine Abweichung der Gesamtkapazitäten von einem vorgegebenen Sollwert verringert ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei - die Ausgleichsstruktur korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils ein Ausgleichselement mit der jeweiligen variablen zweiten Kapazität sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist, und - das Ausgleichselement mit dem korrespondierenden Bauelement parallel geschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei - die Treiberschaltung korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils einen Ausgang (212a, 212b, 212c, 212n) zur Versorgung des jeweiligen Bauelements mit einem vorgegebenen Strom und/oder mit einer vorgegebenen Spannung aufweist, und - das Ausgleichselement mit dem korrespondierenden Ausgang der Treiberschaltung parallel geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente mit der Ausgleichsstruktur eine Baueinheit bildet.
Verfahren zur Herstellung der Anordnung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem a) eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente (212a, 212b, 212c, 212n) bereitgestellt wird, wobei die Bauelemente jeweils eine erste Kapazität (214a, 214b, 214c, 214n) aufweisen, b) die jeweilige erste Kapazität der Bauelemente gemessen wird, c) eine Ausgleichsstruktur (220) bereitgestellt wird, die korrespondierend zu jedem Bauelement jeweils eine variable zweite Kapazität (224a, 224b, 224c, 224n) sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen zweiten Kapazität aufweist, und d) die Ausgleichsstruktur angesteuert wird, die jeweilige zweite Kapazität abhängig von der jeweiligen gemessenen ersten Kapazität einzustellen, derart, dass zumindest bei einigen der Bauelemente, vorzugsweise bei jedem der Bauelemente eine Abweichung einer dem jeweiligen Bauelement zugeordneten Gesamtkapazität von einem Sollwert verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Ausgleichsstruktur derart angesteuert wird, dass die den Bauelementen zugeordnete jeweilige Gesamtkapazität für jedes Bauelement einen selben vorgegebenen Wert oder einen im Wesentlichen selben vorgegebenen Wert aufweist.
Ausgleichsstruktur (220), umfassend - eine Mehrzahl von Ausgleichselementen (222a, 222b, 222c, 222n), die jeweils eine variable Kapazität (224a, 224b, 224c, 224n) sowie Mittel zur Einstellung der jeweiligen Kapazität aufweisen, - eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfang eines Stellsignals zur Einstellung der Kapazitäten, sowie - je Ausgleichselement einen Eingang und einen Ausgang zur Kopplung der jeweiligen Kapazität mit einer externen Schaltung.
Ausgleichsstruktur nach Anspruch 8, wobei jedes der Ausgleichselemente zumindest einen ersten Schalter (226-1, 226-2, 226-3), sowie zumindest einen Kondensator (222-1, 222-2, 222-3) mit einer ersten Elektrode (222-1-1, 222-2-1, 222-3-1) und einer zweiten Elektrode (222-1-2, 222-2-2, 222-3-2) umfasst, wobei je Ausgleichselement - die jeweilige erste Elektrode des zumindest einen Kondensators mit dem zumindest einen ersten Schalter gekoppelt ist, und - der zumindest eine erste Schalter zur Kopplung der jeweiligen Kapazität des zumindest einen Kondensators mit der externen Schaltung ausgebildet ist, den jeweiligen zumindest einen Kondensator abhängig von dem Stellsignal mit dem Eingang und/oder Ausgang des jeweiligen Ausgleichselements zu koppeln.
Ausgleichsstruktur nach Anspruch 9, wobei jedes der Ausgleichselemente zumindest einen zweiten Schalter umfasst, wobei je Ausgleichselement - die jeweilige zweite Elektrode des zumindest einen Kondensators mit dem zumindest einen zweiten Schalter gekoppelt ist, und - der zumindest eine zweite Schalter zur Kopplung der jeweiligen Kapazität des zumindest einen Kondensators mit der externen Schaltung ausgebildet ist, den jeweiligen zumindest einen Kondensator abhängig von dem Stellsignal mit dem Eingang und/oder Ausgang des jeweiligen Ausgleichselements zu koppeln, wobei der zumindest eine erste Schalter mit dem zumindest einen zweiten Schalter jeweils ein Transmissionsgatter bildet.
Ausgleichsstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei die Ausgleichselemente matrixartig angeordnet sind.
Ausgleichsstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11, wobei die Ausgleichselemente als digital einstellbare, variable Kondensatoren ausgebildet sind.
Ausgleichsstruktur nach Anspruch 12, wobei die digital einstellbaren variablen Kondensatoren jeweils mehrere Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren umfassen, welche jeweils eine erste und zweite Elektrode nach Anspruch 9 aufweisen.
Ausgleichsstruktur nach Anspruch 13, wobei die Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren zwischen dem zumindest einen ersten und zweiten Schalter angeordnet sind, wobei die erste und zweite Elektrode der Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren jeweils mittels eines Vias (28) mit dem zumindest einen ersten bzw. zweiten Schalter gekoppelt ist.