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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Leuchtvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.
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Ansteuerschaltungen für optoelektronische Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise LEDs, die insbesondere in Displays eingesetzt werden, können eine gemeinsame Bezugspotentialleitung für den Strom des optoelektronischen Halbleiterbauelements und den Programmierstrom verwenden. Bei einer hochohmigen Bezugspotentialleitung kann diese Anordnung zu Signalstörungen, insbesondere zu sogenanntem Ground Bounce, führen, da zeitgleich der Strom durch das optoelektronische Halbleiterbauelement und die Programmierspannung anliegen und sich ein zusätzlicher - variabler - Spannungsanteil ergibt. Dieser Spannungsanteil kann die Programmierspannung verfälschen und damit die Helligkeit und Homogenität des dargestellten Inhalts in unerwünschter Weise verändern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Leuchtvorrichtung zu schaffen, mit der sich Signalstörungen vermeiden oder zumindest reduzieren lassen. Ferner soll ein Verfahren zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung angegeben werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine optoelektronische Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine jeweilige optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 7 bzw. 13 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Jedem der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ist eine jeweilige Ansteuerschaltung zugeordnet.
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Jede der Ansteuerschaltungen umfasst einen ersten Schaltungszweig, der das jeweilige optoelektronische Halbleiterbauelement und einen ersten Transistor zum Steuern des Stromflusses durch das optoelektronische Halbleiterbauelement aufweist. Darüber hinaus umfasst jede der Ansteuerschaltungen einen Kondensator zum Ansteuern des ersten Transistors mit der Kondensatorspannung.
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Eine erste Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen umfasst eine Untergruppe der optoelektronischen Halbleiterbauelemente der optoelektronischen Leuchtvorrichtung. Die ersten Schaltungszweige der Ansteuerschaltungen der ersten Gruppe sind mit einer gemeinsamen ersten Bezugspotentialleitung gekoppelt. Folglich kann ein jeweiliger Bezugspotentialanschluss der ersten Schaltungszweige mit der ersten Bezugspotentialleitung verbunden sein. Ferner sind die ersten Transistoren der Ansteuerschaltungen der ersten Gruppe mit einer gemeinsamen zweiten Bezugspotentialleitung gekoppelt. Dementsprechend kann ein jeweiliger Bezugspotentialanschluss der ersten Transistoren mit der zweiten Bezugspotentialleitung verbunden sein. Die erste und die zweite Bezugspotentialleitung sind getrennte Bezugspotentialleitungen und sind insbesondere Massepotentialleitungen.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ermöglicht es, Signalstörungen, insbesondere Ground Bounce, zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren. Weiterhin kann bei einer Verwendung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung in einem Display die Transparenz erhöht und die Ansteuerschaltungen können vereinfacht werden.
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Die von den optoelektronischen Halbleiterbauelementen emittierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV)-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können beispielsweise als Licht emittierende Dioden (light emitting diode, LED), als organische Licht emittierende Dioden (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierende Transistoren oder als organische Licht emittierende Transistoren ausgebildet sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können in verschiedenen Ausführungsformen Teil einer integrierten Schaltung sein.
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Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können insbesondere als optoelektronische Halbleiterchips realisiert sein.
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Neben den optoelektronischen Halbleiterbauelementen sowie deren Ansteuerschaltungen kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung auch weitere Halbleiterbauelemente und/oder andere Komponenten enthalten.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung kann beispielsweise eingesetzt werden in jeglicher Art von Displays, d. h. optischen Anzeigegeräten, insbesondere in variablen Verkehrsanzeigen, in industriellen oder medizinischen Anwendungen zur Darstellung von Daten, in Videowänden, in automobilen Anwendungen oder in anderen geeigneten Anwendungen.
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Innerhalb einer jeweiligen Ansteuerschaltung können das optoelektronische Halbleiterbauelement und der erste Transistor, insbesondere dessen stromführende Strecke, in Reihe geschaltet sein und mit der ersten Bezugspotentialleitung in geeigneter Weise verbunden sein. Mit Hilfe des ersten Transistors können der Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement und damit seine Leuchtstärke gesteuert werden. Ein erster Anschluss des Kondensators kann mit einem Steueranschluss des ersten Transistors verbunden sein. Der zweite Anschluss des Kondensators kann mit der zweiten Bezugspotentialleitung verbunden sein.
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Die erste Bezugspotentialleitung und/oder die zweite Bezugspotentialleitung können aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid hergestellt sein. Transparente, elektrisch leitfähige Oxide (englisch: transparent conducting oxides, TCO) sind elektrisch leitfähige Materialien mit einer vergleichsweise geringen Absorption von elektromagnetischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts. Insbesondere können die erste Bezugspotentialleitung und/oder die zweite Bezugspotentialleitung aus Indiumzinnoxid (englisch: indium tin oxide, ITO) hergestellt sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die erste Bezugspotentialleitung aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid, hergestellt und die zweite Bezugspotentialleitung ist aus einem anderen Material als einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid gefertigt. Da die erste Bezugspotentialleitung folglich im Wesentlichen transparent ist, kann sie vergleichsweise breit ausgeführt sein, während die zweite Bezugspotentialleitung, über die nur geringe Ströme fließen, vergleichsweise schmal ausgeführt sein kann, um zu möglichst wenig Transparenzverlust zu führen.
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Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können in einer Matrix, insbesondere einem Array, aus Zeilen (bzw. Reihen) und Spalten angeordnet sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente der ersten Gruppe können in der gleichen Zeile oder der gleichen Spalte angeordnet sein.
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Eine zweite Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen kann aus einer weiteren Untergruppe der optoelektronischen Halbleiterbauelemente der optoelektronischen Leuchtvorrichtung bestehen. Die ersten Schaltungszweige der Ansteuerschaltungen der zweiten Gruppe können mit einer gemeinsamen dritten Bezugspotentialleitung gekoppelt sein. Die ersten Transistoren der Ansteuerschaltungen der zweiten Gruppe können mit einer gemeinsamen vierten Bezugspotentialleitung gekoppelt sein. Falls die optoelektronischen Halbleiterbauelemente der ersten Gruppe in der gleichen Zeile angeordnet sind, können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente der zweiten Gruppe ebenfalls in einer weiteren gemeinsamen Zeile angeordnet sein. Falls die optoelektronischen Halbleiterbauelemente der ersten Gruppe in der gleichen Spalte angeordnet sind, können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente der zweiten Gruppe in einer weiteren gemeinsamen Spalte angeordnet sein.
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Die dritte und die vierte Bezugspotentialleitung sind getrennte Bezugspotentialleitungen und insbesondere Massepotentialleitungen.
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In entsprechender Weise kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung weitere Gruppen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen umfassen, die jeweils in der gleichen Zeile bzw. Spalte angeordnet sind und elektrisch an zwei getrennte Bezugspotentialleitungen gekoppelt sind.
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Jede Ansteuerschaltung kann einen zweiten Schaltungszweig aufweisen, der zum einen den Kondensator und zum anderen einen zweiten Transistor zum Ankoppeln des Kondensators an eine Programmierleitung enthält. Der zweite Transistor kann zwischen die Programmierleitung und den ersten Anschluss des Kondensators geschaltet sein. Wenn der zweite Transistor angeschaltet ist, d. h., seine stromführende Strecke niederohmig ist, ist der Kondensator mit der Programmierleitung verbunden und kann programmiert, d. h., auf eine bestimmte Spannung aufgeladen werden.
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Der erste Transistor und/oder der zweite Transistor können Dünnschichttransistoren (englisch: thin-film transistor, TFT) sein.
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Eine optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit einer jeweiligen Ansteuerschaltung.
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Jede Ansteuerschaltung weist einen ersten und einen zweiten Schaltungszweig auf. Der erste Schaltungszweig enthält das jeweilige optoelektronische Halbleiterbauelement und einen ersten Transistor zum Steuern des Stromflusses durch das optoelektronische Halbleiterbauelement. Der zweite Schaltungszweig enthält einen Kondensator zum Ansteuern des ersten Transistors mit der Kondensatorspannung und einen zweiten Transistor zum Ankoppeln des Kondensators an eine Programmierleitung.
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Weiterhin enthält der erste Schaltungszweig einen dritten Transistor.
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Der dritte Transistor sperrt einen Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement, wenn der zweite Transistor den Kondensator elektrisch an die Programmierleitung ankoppelt. D. h., der Stromfluss durch das Halbleiterbauelement ist während der Programmierung des Kondensators bzw. der Ansteuerschaltung gesperrt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der dritte Transistor einen Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement zulässt, wenn der zweite Transistor abgeschaltet ist, d. h., seine stromführende Strecke hochohmig ist und der Kondensator dadurch elektrisch von der Programmierleitung entkoppelt wird.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt ermöglicht es, Signalstörungen, insbesondere Ground Bounce, zu reduzieren oder gar zu beseitigen.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Im Unterschied zur optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt können hier jedoch die ersten und zweiten Schaltungszweige der Ansteuerschaltungen an dieselbe gemeinsame Bezugspotentialleitung gekoppelt sein.
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Weiterhin kann ein Steueranschluss des dritten Transistors mit einem Steueranschluss des zweiten Transistors verbunden sein. In diesem Fall können die beiden Transistoren so ausgeführt sein, dass der dritte Transistor sperrt, wenn der zweite Transistor einen Stromfluss durch seine stromführende Strecke zulässt, und der dritte Transistor einen Stromfluss durch seine stromführende Strecke zulässt, wenn der zweite Transistor sperrt.
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Der erste Transistor und der dritte Transistor können in Reihe geschaltet sein. Insbesondere können die stromführenden Strecken des ersten Transistors und des dritten Transistors in Reihe geschaltet sein.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die insbesondere zum Steuern des zweiten und dritten Transistors dient. Die Steuereinheit kann so ausgeführt sein, dass sie den zweiten und dritten Transistor derart steuert, dass der dritte Transistor einen Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement sperrt, wenn der zweite Transistor den Kondensator elektrisch an die Programmierleitung ankoppelt.
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Ein Verfahren gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Anmeldung dient zum Steuern einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung weist eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit einer jeweiligen Ansteuerschaltung auf. Jede der Ansteuerschaltungen umfasst einen ersten Schaltungszweig, der das jeweilige optoelektronische Halbleiterbauelement, einen ersten Transistor zum Steuern des Stromflusses durch das optoelektronische Halbleiterbauelement sowie einen dritten Transistor aufweist, und einen zweiten Schaltungszweig, der einen Kondensator zum Ansteuern des ersten Transistors mit der Kondensatorspannung und einen zweiten Transistor zum Ankoppeln des Kondensators an eine Programmierleitung aufweist.
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Das Verfahren umfasst, dass mindestens eine der Ansteuerschaltungen derart gesteuert wird, dass der zweite Transistor den Kondensator elektrisch mit der Programmierleitung koppelt und gleichzeitig der dritte Transistor einen Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement sperrt.
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Weiterhin kann mindestens eine Ansteuerschaltung derart gesteuert werden, dass der zweite Transistor den Kondensator von der Programmierleitung elektrisch entkoppelt und gleichzeitig der dritte Transistor einen Stromfluss durch das optoelektronische Halbleiterbauelement zulässt.
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Eine optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Anmeldung, die ebenfalls Signalstörungen unterbinden oder zumindest reduzieren kann, umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit einer jeweiligen Ansteuerschaltung. Jede der Ansteuerschaltungen umfasst einen ersten Schaltungszweig, der das jeweilige optoelektronische Halbleiterbauelement und einen ersten Transistor zum Steuern des Stromflusses durch das optoelektronische Halbleiterbauelement aufweist, und einen Kondensator zum Ansteuern des ersten Transistors mit der Kondensatorspannung. Jede der Ansteuerschaltungen ist elektrisch mit einer Bezugspotentialschicht gekoppelt. Folglich kann jede der Ansteuerschaltungen mit der Bezugspotentialschicht verbunden sein.
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Insbesondere ist die Bezugspotentialschicht eine Massepotentialschicht.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Im Unterschied zur optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt sind bei der optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt die ersten Schaltungszweige und die Kondensatoren der Ansteuerschaltungen elektrisch mit der Bezugspotentialschicht gekoppelt.
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Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können in einer ersten Ebene angeordnet sein. Die Bezugspotentialschicht kann sich in einer zweiten Ebene erstrecken, die parallel zur ersten Ebene verläuft. Die Bezugspotentialschicht kann großflächig ausgestaltet sein und sich über mehrere optoelektronische Halbleiterbauelemente und deren Ansteuerschaltungen erstrecken.
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Zwischen den Ansteuerschaltungen und der Bezugspotentialschicht kann eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine dielektrische Schicht, angeordnet sein. Für die elektrische Verbindung zwischen den Ansteuerschaltungen und der Bezugspotentialschicht können Durchkontaktierungen vorgesehen sein, die von den Ansteuerschaltungen durch die elektrisch isolierende Schicht zu der Bezugspotentialschicht geführt sind.
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Um Transparenzverluste zu vermeiden, kann die Bezugspotentialschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid und insbesondere aus Indiumzinnoxid hergestellt sein.
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Die Bezugspotentialschicht kann aus einer durchgehenden Schicht bestehen, kann alternativ aber auch ein engmaschiges Netz aus einer Vielzahl von Leiterbahnen oder Nanodrähten umfassen.
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Ein Display, d. h. ein optisches Anzeigegerät, gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Anmeldung kann eine oder mehrere optoelektronische Leuchtvorrichtungen nach einem der ersten, zweiten und vierten Aspekte enthalten.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:
- 1 einen Ausschnitt eines Schaltplans eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung;
- 2A bis 2C Ausschnitte von Schaltplänen eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt;
- 3 einen Ausschnitt eines Schaltplans eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt; und
- 4A und 4B Ausschnitte von Schaltplänen eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem schematischen Schaltplan einer nicht erfindungsgemäßen optoelektronischen Leuchtvorrichtung 10, die Bestandteil eines Displays ist. In 1 ist eine Zeile einer Pixel-Matrix gezeigt. Die Zeile enthält N Pixel, wobei nur die Pixel 1 und N dargestellt sind.
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Jedes der Pixel weist drei Subpixel mit einer jeweiligen LED 11, 12 bzw. 13 für die Farben rot, grün und blau auf. Jedem Subpixel ist eine Ansteuerschaltung zugeordnet, die auch als 2T1C-Pixelschaltung bezeichnet wird, da sie aus einem ersten Transistor 15, einem zweiten Transistor 16 und einem Kondensator 17 aufgebaut ist.
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Masseanschlüsse des ersten Transistors 15 und des Kondensators 17 jeder Ansteuerschaltung sind mit einer gemeinsamen Massepotentialleitung 18 verbunden.
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Die Anodenanschlüsse der Dioden 11, 12, 13 sind mit einer Versorgungsspannung V LED beaufschlagt. An die stromführenden Strecken der zweiten Transistoren 16 kann eine Programmierspannung Data ij angelegt werden, wobei i das jeweilige Pixel bezeichnet (i = 1,..., N) und j die Farbe des Subpixels, d. h. rot, grün oder blau (j = R, G, B), angibt. Weiterhin kann an die Steueranschlüsse der zweiten Transistoren 16 ein Signal LS (line select) angelegt werden, um die Kondensatoren 17 mit den Programmierspannungen Data ij beaufschlagen zu können.
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Nachteilig an der in 1 dargestellten Schaltung ist, dass der durch die LEDs 11, 12, 13 fließende Strom, der über die gemeinsame Massepotentialleitung 18 fließt, einen Spannungsverlust über die Länge der Massepotentialleitung 18 bewirkt. Beispielsweise ergibt sich bei einer Ausführung der Massepotentialleitung 18 als Leiterbahn aus Aluminium mit einer Breite von ca. 10 µm, einer Dicke von 500 nm sowie einer Länge von 10 cm (entspricht der Displaybreite) ein Widerstand von 520 Ohm. Wenn ein LED-Strom von beispielsweise 200 pA auf der Massepotentialleitung 18 fließt, führt dies zu einem Spannungshub von bis zu 1 V zwischen dem ersten Pixel und dem N. Pixel.
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Da die Kondensatoren 17 mit einem Anschluss an der gemeinsamen Massepotentialleitung 18 anliegen, verfälscht der Spannungshub über die gesamte Länge der Massepotentialleitung 18 die Gate-Source-Programmierspannung. In Abhängigkeit von der Helligkeit, dem Strom des Displays sowie dem Bildinhalt kann dies zu Signalstörungen, insbesondere störendem Flackern, sowie einer unterschiedlichen Helligkeit führen.
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2A zeigt einen Ausschnitt aus einem schematischen Schaltplan einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19, die Bestandteil eines Displays ist. Die in 2A dargestellte optoelektronische Leuchtvorrichtung 19 ist ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Anmeldung.
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In 2A ist aus Gründen der einfacheren grafischen Darstellung lediglich ein Pixel dargestellt. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 19 weist eine Matrix aus Pixeln auf, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und alle denselben Aufbau wie das in 2A gezeigte Pixel haben.
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Jedes der Pixel weist drei Subpixel mit einem jeweiligen optoelektronischen Halbleiterbauelement in Form einer LED 11, 12 bzw. 13 für die Farben rot, grün bzw. blau auf. Jedem Pixel ist eine Ansteuerschaltung 20 zugeordnet, die in weiten Teilen ähnlich zu der in 1 gezeigten Ansteuerschaltung ist. Die Ansteuerschaltungen 20 enthalten jeweils einen ersten Schaltungszweig 21 und einen zweiten Schaltungszweig 22 sowie einen ersten Transistor 15, einen zweiten Transistoren 16 und einen Kondensator 17. Die ersten und zweiten Transistoren 15, 16 sind Dünnschichttransistoren.
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In dem ersten Schaltungszweig 21 einer jeweiligen Ansteuerschaltung 20 sind die jeweilige LED 11, 12 bzw. 13 und die stromführende Strecke, d. h. die Drain-Source-Strecke, des ersten Transistors 15 in Reihe geschaltet. In dem zweiten Schaltungszweig 22 ist ein Anschluss der Drain-Source-Strecke des zweiten Transistors 16 mit einer Programmierleitung 25 und der andere Anschluss der Drain-Source-Strecke des zweiten Transistors 16 mit einem Anschluss des Kondensators 17 verbunden. Dieser Anschluss des Kondensators 17 ist außerdem mit einem Steueranschluss, d. h. dem Gate-Anschluss, des ersten Transistors 15 verbunden.
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An den Anodenanschlüssen der LEDs 11, 12 und 13 liegt während des Betriebs der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19 eine Versorgungsspannung V LED an. An die Programmierleitungen 25 kann eine Programmierspannung Data 1R, Data 1G bzw. Data 1B angelegt werden. Ferner kann ein Signal LS an die Steueranschlüsse, d. h. die Gate-Anschlüsse, der zweiten Transistoren 16 angelegt werden. Mit dem Signal LS wird eine Zeile der Pixel-Matrix ausgewählt. Folglich ist das Signal LS für alle Pixel und Subpixel einer Zeile identisch.
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Ein Bezugspotentialanschluss des ersten Schaltungszweigs 21, d. h. der von der LED 11, 12 bzw. 13 abgewandte Anschluss der Drain-Source-Strecke des ersten Transistors 15, ist mit einer gemeinsamen ersten Massepotentialleitung 26, d. h. einer gemeinsamen ersten Bezugspotentialleitung, verbunden. Weiterhin ist ein Bezugspotentialanschluss des Kondensators 17 mit einer gemeinsamen zweiten Massepotentialleitung 27, d. h. einer gemeinsamen zweiten Bezugspotentialleitung, verbunden.
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Alle Bezugspotentialanschlüsse der ersten Schaltungszweige 21 einer Zeile, d. h. einer ersten Gruppe der Pixel bzw. der LEDs, sind mit der ersten Massepotentialleitung 26 und alle Bezugspotentialanschlüsse der Kondensatoren 17 einer Zeile sind mit der zweiten Massepotentialleitung 27 verbunden. Dies ist in 2B schematisch gezeigt. Dort sind die Pixel 1 bis N einer Zeile der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19 dargestellt, die wie vorstehend beschrieben mit der ersten bzw. zweiten Massepotentialleitung 26 und 27 verbunden sind. Für jede weitere Zeile der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19 sind in entsprechender Weise zwei separate Massepotentialleitungen vorgesehen.
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Zum Programmieren der Pixel werden die zweiten Transistoren 16 einer Zeile gleichzeitig mit einer Spannung LS angesteuert, die bewirkt, dass die Drain-Source-Strecken der zweiten Transistoren 16 elektrisch leitend werden und somit die jeweilige Programmierspannung Data ij an die Kondensatoren 17 angelegt wird. Die Spannung, auf die der jeweilige Kondensator 17 durch die Programmierung aufgeladen wird, liegt an dem Gate-Anschluss des jeweiligen ersten Transistors 15 an und bestimmt die Gate-Source-Spannung des ersten Transistors 15. Durch die Gate-Source-Spannung des ersten Transistors 15 wird der Strom, der durch die jeweilige LED 11, 12 bzw. 13 fließen kann, bestimmt, wodurch wiederum die Helligkeit des von der jeweiligen LED 11, 12 bzw. 13 emittierten Lichts bestimmt wird.
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Durch die Trennung der Massepotentialleitung in eine erste Massepotentialleitung 26 und eine separate zweite Massepotentialleitung 27 wird verhindert, dass die vergleichsweise hohen über die erste Massepotentialleitung 26 fließenden Ströme die programmierten Spannungen der Kondensatoren 17 verfälschen.
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Die Spannungsverluste auf der ersten Massepotentialleitung 26 können durch eine höhere Versorgungsspannung V LED ausgeglichen werden, da die ersten Transistoren 15 in Sättigung betrieben werden und der dynamische Spannungsabfall an der Drain-Source-Strecke des jeweiligen ersten Transistors 15 abfällt. Dies hat keinen Einfluss auf den LED-Strom.
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Die erste Massepotentialleitung 26, über die der LED-Strom fließt, ist aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid, hergestellt. Da über die zweite Massepotentialleitung 27 nur geringe Ströme fließen, kann diese relativ schmal ausgeführt sein und aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein.
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In 2A ist eine sogenannte Common-Anode-Anordnung dargestellt, bei der die Versorgungsspannung V LED an die Anodenanschlüsse der LEDs 11, 12 und 13 angelegt ist. Typischerweise sind die ersten Transistoren 15 n-Kanal-TFTs mit einem Kanal aus Indium-Gallium-Zink-Oxid (IGZO). Alternativ können die LEDs 11, 12 und 13 auch in einer sogenannten Common-Cathode-Anordnung angeordnet sein.
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Eine Common-Cathode-Anordnung ist beispielhaft in 2C dargestellt. In den ersten Schaltungszweigen 21 ist die jeweilige LED 11, 12 bzw. 13 zwischen dem ersten Transistor 15 und der ersten Massepotentialleitung 26 angeordnet, d. h., die Kathodenanschlüsse der LEDs 11, 12 und 13 sind mit der ersten Massepotentialleitung 26 verbunden. Hier können die ersten Transistoren 15 p-Kanal-TFTs oder aber auch n-Kanal-TFTs sein. Ansonsten ist die Schaltung aus 2C identisch mit der Schaltung aus 2A.
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3 zeigt einen Ausschnitt aus einem schematischen Schaltplan einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 30, die Bestandteil eines Displays ist. Die in 3 dargestellte optoelektronische Leuchtvorrichtung 30 ist ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Anmeldung. Ferner wird im Folgenden ein Verfahren zum Steuern der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 30 beschrieben. Dieses Verfahren ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Anmeldung.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 30 ist bis auf die im Folgenden genannten Unterschiede identisch mit der in 2A dargestellten optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19.
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Im Unterschied zur optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19 umfasst die optoelektronische Leuchtvorrichtung 30 nicht zwei getrennte Massepotentialleitungen, sondern nur eine Massepotentialleitung 31 pro Pixel-Zeile. An die Massepotentialleitung 31 sind sowohl die Masseanschlüsse der ersten Schaltungszweige 21 als auch die Masseanschlüsse der Kondensatoren 17 geschaltet.
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Weiterhin ist in den ersten Schaltungszweigen 21 ein jeweiliger dritter Transistor 32 mit den LEDs 11, 12 bzw. 13 und den ersten Transistoren 15 in Reihe geschaltet. Die dritten Transistoren 32 können wie in 3 gezeigt zwischen der LED 11, 12 bzw. 13 und dem ersten Transistor 15 oder alternativ zwischen der Leitung für die Versorgungsspannung V LED und der LED 11, 12 bzw. 13 angeordnet sein. Die dritten Transistoren 32 können als Dünnschichttransistoren und insbesondere als p-Kanal-TFTs ausgeführt sein.
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Ferner werden die zweiten Transistoren 16 und die dritten Transistoren 32 von einer in 3 nicht dargestellten Steuereinheit angesteuert. Während der Programmierung der Subpixel sind die zweiten Transistoren 16 eingeschaltet, um ein Aufladen der Kondensatoren 17 auf die gewünschte Spannung zu ermöglichen, und die dritten Transistoren 32 sind ausgeschaltet, so dass während der Programmierung kein LED-Strom fließt. Sobald die Programmierung abgeschlossen ist, werden die zweiten Transistoren 16 abgeschaltet und die dritten Transistoren 32 angeschaltet, so dass der LED-Strom fließen kann.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Transistoren 16 als n-Kanal-TFTs und die dritten Transistoren 32 als p-Kanal-TFTs ausgeführt. Ferner sind die Gate-Anschlüsse der zweiten und dritten Transistoren 16, 32 miteinander verbunden und werden mit demselben Signal LS angesteuert. Dies bewirkt, dass die zweiten und dritten Transistoren 16, 32 wechselseitig an- bzw. ausgeschaltet sind.
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Im Ergebnis werden dadurch Signalstörungen, wie Ground Bounce, eliminiert, da während der Programmierung keine LED-Ströme und somit nur geringe Ströme über die Massepotentialleitung 31 fließen. Folglich kann eine dünne Massepotentialleitung 31 verwendet werden, wodurch die Transparenz des Displays erhöht wird.
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Die durch die LED-Ströme verursachten Spannungsverluste auf der Massepotentialleitung 31 können durch eine höhere Versorgungsspannung V LED ausgeglichen werden, da die ersten Transistoren 15 in Sättigung betrieben werden und der dynamische Spannungsabfall an der Drain-Source-Strecke des jeweiligen ersten Transistors 15 abfällt. Dies hat keinen Einfluss auf den LED-Strom.
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4A zeigt einen Ausschnitt aus einem schematischen Schaltplan einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 35, die Bestandteil eines Displays ist. Die in 4A dargestellte optoelektronische Leuchtvorrichtung 35 ist ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt der Anmeldung.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 35 ist bis auf die im Folgenden genannten Unterschiede identisch mit der in 2A dargestellten optoelektronischen Leuchtvorrichtung 19.
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Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 35 umfasst nicht zwei getrennte Massepotentialleitungen, sondern eine gemeinsame großflächige Massepotentialschicht 36, an welche die Masseanschlüsse der ersten Schaltungszweige 21 und die Masseanschlüsse der Kondensatoren 17 geschaltet sind.
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Die Massepotentialschicht 36 ist gegen die Versorgungsspannung V LED und die Steuersignale durch eine großflächige dielektrische Schicht 37 isoliert. Von den Ansteuerschaltungen 20 jedes Subpixels erstreckt sich eine jeweilige Durchkontaktierung 38 durch die dielektrische Schicht 37 zu der Massepotentialschicht 36.
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Die LEDs 11, 12 und 13 können in einer Ebene angeordnet sein, und die ersten und zweiten Transistoren 15, 16 können in einer weiteren Ebene angeordnet sein. Beide Ebenen können über eine bestimmte Dicke verfügen, um die Bauelemente in der jeweiligen Ebene unterzubringen. Die Massepotentialschicht 36 kann in einer weiteren Ebene angeordnet sein, die parallel zu den beiden erstgenannten Ebenen verläuft.
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Die Massepotentialschicht 36 kann aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid und insbesondere aus Indiumzinnoxid hergestellt sein, wodurch sich die Transparenz der Massepotentialschicht 36 erhöht.
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In 4B ist die Massepotentialschicht 36 in einer Draufsicht dargestellt. Die Massepotentialschicht 36 kann wie in 4B aus einer durchgehenden Schicht bestehen, die sich über sämtliche Pixel erstrecken kann. Der LED-Strom verteilt sich auf der gesamten Massepotentialschicht 36, wodurch geringere Spannungsabfälle entstehen.
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Alternativ kann die Massepotentialschicht 36 aus einem engmaschigen Netz aus Leiterbahnen, insbesondere aus Nanodrähten, bestehen. Dadurch wird die kapazitive Last an den Gate-Anschlüssen der zweiten Transistoren 16 und den Programmierleitungen 25 reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- optoelektronische Leuchtvorrichtung
- 11
- LED
- 12
- LED
- 13
- LED
- 15
- erster Transistor
- 16
- zweiter Transistor
- 17
- Kondensator
- 18
- Massepotentialleitung
- 19
- optoelektronische Leuchtvorrichtung
- 20
- Ansteuerschaltung
- 21
- erster Schaltungszweig
- 22
- zweiter Schaltungszweig
- 25
- Programmierleitung
- 26
- erste Massepotentialleitung
- 27
- zweite Massepotentialleitung
- 30
- optoelektronische Leuchtvorrichtung
- 31
- Massepotentialleitung
- 32
- dritter Transistor
- 35
- optoelektronische Leuchtvorrichtung
- 36
- Massepotentialschicht
- 37
- dielektrische Schicht
- 38
- Durchkontaktierung