Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa tentanmeldung Nr. 102019129212.3 in Anspruch, die am 29.Oktober 2019 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 102019129 212.3 wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine PWM gesteuerte Strom quelle, eine Pixelanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer PWM gesteuerten Stromquelle.

Schaltungen zur Pulsbreitenmodulation (PWM) werden herkömmlicher weise dazu verwendet, Verbraucher mit einstellbarem Storm zu ver sorgen. Ein typisches Beispiel sind optoelektronische Bauele mente, sogenannte Leuchtdioden, die mittels Pulsbreitenmodulation angesteuert werden, um so Licht einer durch die Modulation vorge gebenen Helligkeit zu erzeugen. Im Bereich der Displaytechnologie ist die Pulsbreitenmodulation häufig anzutreffen. Hierzu wird bei spielsweise eine schaltbare Stromquelle mit einem Verbraucher, z.B. einer Leuchtdiode in einem Pfad geschaltet. Die Helligkeit der Leuchtdiode kann dann durch die Breite des Pulses eingestellt werden. Die Frequenz der Pulsbreitenmodulation ist dabei so hoch gewählt, dass das Auge oder auch andere Sensoren den Schaltvorgang nicht bemerken.

In einigen Fällen macht man sich auch die Trägheit der Leuchtdiode zunutze, jedoch ist dieses Verhalten bei genaueren Helligkeitsab stufungen eher unerwünscht. In aktuellen Anwendungen mit modernen Displays und höheren Integrationsdichten stoßen die bislang ge nutzten Schaltungen langsam an ihre Grenzen. Zum einen werden die Anforderungen an Abstufungen die Helligkeit größer, zum anderen brauchen die Stromquellen und die PWM Schaltungen Platz, der im Bereich der sogenannten m-LEDs zunehmen kritisch wird. LED's sind optoelektronischen Bauelemente mit einer Kantenlänge im Bereich weniger gm, beispielsweise kleiner als 70gm oder auch kleiner als 20 gm. Es besteht daher das Bedürfnis nach einer PWM gesteuerten Strom quelle, welche auch bei hohen Integrationsdichten einsetzbar ist.

Diesem Bedürfnis wird mit einer Stromquelle, mit einer Pixelan ordnung sowie einem Verfahren zum Betreiben einer Stromquelle in den unabhängigen Ansprüchen Rechnung getragen. Aspekte und Wei terbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, das SRAM Konzept für eine PWM Modulation zu verwenden, in dem in geeigneter Weise, der Umschaltvorgang der SRAM Zelle ausgenutzt wird. Im Besonderen wird das so kontrollierte Ausgangssignal einer Zelle verwendet, eine Stromquelle in einen Strompfad zu schalten oder diesen von der Stromversorgung zu trennen Da das SRAM Konzept einerseits gut verstanden und zudem mit hoher Integrationsdichte realisierbar ist, kann damit eine PWM modu lierte Stromquelle realisiert werden, deren Flächengröße im Be reich weniger pm Kantenlänge liegt. Damit lässt sich das Konzept entweder direkt in einem Materialsystem realisieren, welches auch für die Herstellung eines optoelektronischen Bauelements oder ei nes anderen Verbrauchers verwendet wird. Alternativ kann die PWM gesteuerte Stromquelle in einer Technologie hergestellt werden, der Verbraucher mittels einer anderen. Diese beiden separat er zeugten Elemente können dann zusammengebracht werden.

In einem Aspekt umfasst eine PWM gesteuerte Stromquelle einen Auswahleingang und einen Modulationseingang. Es ist weiterhin eine Stromquelle vorgesehen, welche mittels eines Signals an einem Steueranschluss schaltbar ist. Ein Stromausgang der so schaltbaren Stromquelle ist zum Anschluss an einen Verbraucher ausgeführt. Die Steuerung umfasst weiterhin eine Inverterschaltung mit einem Eingangsknoten und einem Ausgang, der mit dem Steueranschluss gekoppelt ist, wobei die Inverterschaltung eine durch Elemente der Schaltung bedingte Kapazität aufweist. Dem Eingangsknoten der Inverterschaltung ist ein Signal in Abhängigkeit eines Auswahl signals am Auswahleingang zuführbar, welches die schaltbare Strom quelle über die Inverterschaltung ansteuert. Durch dieses Signal am Eingangsknoten kann so die Stromquelle angeschaltet bzw. abge- schaltet werden. „Angeschaltet" in diesem Fall bedeutet, dass ein an die Stromquelle angeschlossener Verbraucher durch die Strom quelle mit Strom versorgt wird.

Erfindungsgemäß ist weiterhin einen Spannungs-Strom Wandler vor- gesehen, der einen aus einem Modulationssignal am Modulationsein gang abgeleiteten Strom erzeugt und diesem dem Eingangsknoten zuführt, wobei der zugeführte Strom die schaltbare Stromquelle nach einer durch die bedingte Kapazität vorgegebenen Zeitdauer trennt.

Die Pulsbreitenmodulation erfolgt somit im Zusammenspiel der In verterschaltung mit dem Spannung-Strom Wandler. Hierzu werden die in der Inverterschaltung vorhandenen Kapazitäten ausgenutzt. Un ter dem Begriff „durch Elemente der Schaltung bedingte Kapazität" werden alle parasitären oder bewusst eingebrachten oder technolo gisch bedingten Kapazitäten verstanden, die einen Umschaltvorgang beeinflussen, insbesondere die zum Schalten der Inverterschaltung umgeladen werden müssen. Unter anderem werden derartige Kapazitä ten durch die Gate-Source Kapazität und die Gate-Drain Kapazität der Feldeffekttransistoren der Inverterschaltung gebildet. Jedoch zeigen auch Zuleitungen, im Eingangsknoten oder andere Strukturen parasitäre Kapazitäten. Die Größe der Kapazitäten beträgt ca. 0,1 fF bis 1 fF. Durch die geringen Kapazitäten ist auch die benötigte Strommenge nur sehr gering, wodurch ein unerwünschtes Erwärmen vermieden wird. Es lassen sich Pulslängen im Bereich von 4 bis 5 Größenordnungen realisieren, beispielsweise von 0,lps bis 10ps.

Die in der Inverterschaltung vorhandenen Kapazitäten werden durch den Strom auf- oder entladen, so dass die Inverterschaltung nach einiger Zeit sein Ausgangssignal ändert. Die Zeitdauer ist dabei von der Größe des Stromes abhängig. Dieser wird durch das Modula tionssignal bestimmt. Da das Modulationssignal eine Spannung dar stellt, deren Wert genau einstellbar ist, kann der Umschaltzeit- punkt der Inverterschaltung und damit die Pulsbreite in sehr fei nen Schritten eingestellt werden.

Das Modulationssignal kann aus einem digitalen Signalgewonnen wer den. In Aspekten kann die Breite eines solchen digitalen Signals 8, 16 oder auch 20 Bit betragen.

In einem weiteren Aspekt wird die Inverterschaltung durch eine SRAM Zelle gebildet. In einem Aspekt umfasst die Inverterschaltung einen ersten Inverter und einen zweiten Inverter, wobei ein Ein- gang des ersten Inverters mit einem Ausgang des zweiten Inverters und mit dem Eingangsknoten verbunden ist. Die beiden Inverter sind gleich aufgebaut, d.h. ihre elektrischen Parameter sind im We sentlichen gleich (oder stehen in einem bekannten Verhältnis zu einander) und lediglich durch Prozessstreuungen abweichend. In einem weiteren Aspekt ist ein Ausgang des ersten Inverters mit einem Eingang des zweiten Inverters und mit dem Steueranschluss der Stromquelle gekoppelt ist.

Ein anderer Aspekt betrifft die Ansteuerung der Inverterschaltung. In einem Aspekt umfasst das Startsignal ein differentielles Start signal, wobei ein Teilsignal dem Eingangsknoten und ein inver tiertes Teilsignal dem Steueranschluss der Stromquelle zugeführt wird. Bei einer Verwendung einer SRAM Zelle hält diese das Start- signal. Dadurch kann das Startsignal recht kurz sein, die Strom quelle aber deutlich länger durch die Inverterschaltung angesteu ert werden. Ein anderer Aspekt betrifft den Spannungs-Strom Wandler. Dieser kann eine definierte Kapazität zur Speicherung des Modulations signals umfassen. Die Kapazität speichert die Spannung des Modu lationssignals zwischen. Dies kann zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen, wodurch eine größere Flexibilität erreichbar ist. Die so gespeicherte Spannung wird dann in einen davon abgeleiteten Strom, beispielsweise einen dazu proportionalen Strom umgewan delt, welcher dem Eingangsknoten der Inverterschaltung zugeführt wird. In einem Anwendungsfall erfolgt die Spannungs-Strom Wandlung im Wandler durch eine gesteuerte Strecke, welche das Modulationssig nal oder ein davon abgeleitetes Signal in einen Strom wandelt. Dazu ist die gesteuerte Strecke zwischen Eingangsknoten und einem Referenzpotentialanschluss angeordnet. Die gesteuerte Strecke kann hierzu einen Feldeffekttransistor umfassen, der als steuer barer Widerstand arbeitet.

Zur Reduzierung des Energieverbrauchs kann der Spannungs-Strom Wandler in Abhängigkeit des Signals am Auswahleingang an- bzw. abgeschaltet werden.

Ein anderer Aspekt betrifft eine Pixelanordnung, insbesondere für ein Display. Wie eingangs erwähnt ist die Stromquelle für ver schiedene Verbraucher geeignet unter anderem für opto-elektroni- sehe Bauelemente, die Teil eines Displayarrays oder einer Dis playmatrix sind. Darunter versteht man eine reguläre in Reihen und Spalten angeordnet Anzahl von optoelektronischen Bauelemen ten, die jeweils ein Pixel bzw. Subpixel bilden. Die Pixelanord nung umfasst ein optoelektronisches Bauelement, welches in einem ersten Materialsystem gebildet ist, und auf einer Seite wenigstens eine Kontaktfläche umfasst. Des Weiteren ist die oben erläuterte PWM gesteuerte Stromquelle vorgesehen. Diese ist in einem zweiten Materialsystem ausgebildet und umfasst auf einer Seite wenigstens eine Kontaktfläche. Die Kontaktflächen der beiden Elemente sind miteinander elektrisch verbunden, so dass optoelektronisches Bau element und Stromquelle einen Strompfad bilden.

Unter dem Begriff Materialsystem wird ein Träger oder Körper ver- standen in den das jeweilige Bauelement bzw. die Stromquelle im plementiert ist. In der Halbleitertechnik umfasst das Material system im Besonderen ein Halbleitermaterial als Grundmaterial. Für optoelektronische Bauelemente kann dies beispielsweise ein III-V Material wie GaN, InGaN, AlGalnN d.h. auf Nitridbasis aber auch auf Phosphidbasis sein. Für Bauelemente mit anderen Farben eignen sich die Phosphide wie GaP, für rote Leuchtdioden kommen beispielsweise AlGaAs/GaAs System in Frage.Alternativ lassen sich die unterschiedlichen Farben ausgehen von einer blauen optischen Leuchtdiode durch Konversion mit einem Farbstoff erzeugen.

Für die Stromquelle eignet sich ein System auf Siliziumbasis, in der aus SRAM Zellen gefertigt sind. Dadurch lassen sich beide Elemente der Pixelanordnung hinsichtlich des Flächen- und Strom verbrauchs jeweils optimieren, ohne Kompromisse eingehen zu müs- sen.

Die Pixelanordnung kann wie oben beschrieben aus 2 zusammenge brachten Teilen gebildet sein, aber auch monolithisch hergestellt werden. Ebenso können eine Vielzahl von optoelektronischen Bau- elementen in Form einer Matrix gebildet sein, deren Kontaktflächen mit korrespondierenden Kontaktflächen in elektrischem Kontakt stehen. Ein weiterer Aspekt betrifft ein zum Betreiben einer PWM gesteu erten Stromquelle.Hierbei umfasst die gesteuerte Stromquelle eine schaltbare Stromquelle und eine Inverterschaltung. Die Inverter schaltung ist ausgangsseitig mit einem Steuereingang der schalt- baren Stromquelle verbunden und weist eine durch Elemente der Inverterschaltung bedingte Kapazität auf. Bei dem Verfahren wird ein gepulstes Signal mit einer ersten Pulsdauer sowie ein Modula tionssignal bereitgestellt. Sodann wird ein von dem gepulsten Signal abgeleitetes Signal () erzeugt, welches durch die Inver- terschaltung die schaltbare Stromquelle aktiviert. Das Modulati onssignal wird während der ersten Pulsdauer zwischengespeichert. Alternativ hierzu kann das Modulationssignal auch während eines Teils der ersten Pulsdauer, beispielsweise am Ende der ersten Pulsdauer zwischengespeichert werden. Es wird ein Stromsignal er- zeugt, wobei das Stromsignal von dem zwischengespeicherten Modu lationssignal abhängt. Das so erzeugte Stromsignal wird an die Inverterschaltung angelegt, so dass die Inverterschaltung nach einer zweiten Pulsdauer die Stromquelle deaktiviert. Damit werden die in einer Inverterschaltung vorhandene Kapazitäten ausgenutzt, um mittels eines Stromsignal einen oder mehrere Pulse zu erzeugen, die Pulslänge ist dabei von dem Stromsignal abhängig, da dieses die Kapazitäten umlädt und so die Inverterschaltung zum „Umschalten" bringt. Das Stromsignal kann im Bereich von wenigen nA liegen und wird aus einem Modulationssignal abgeleitet. Die Inverterschaltung kann als SRAM Zelle ausgebildet sein, wodurch sich eine bereits gut verstandene Technologie für diese neue An wendung gebrauchen lässt. In einem Beispiel wird das Stromsignal durch eine gesteuerte Stre cke erzeugt, wobei die Steuerung durch die Größe des Modulations signals bewirkt wird. Das Modulationssignal kann dazu, insbeson dere als Spannungssignal, zwischengespeichert werden. Da Span nungssignal deutlich feiner eingestellt werden können, lässt ich über den Umweg einer Zwischenspeicherung des Modulationssignals ein besonders fein abgestuftes Stromsignal bilden, welches zur Erzeugung eines Pulses verwendet wird. Der Stromverbrauch sowohl bei dem vorgeschlagenen Verfahren als auch bei der Pixelanordnung und der gesteuerten Stromquelle ist sehr gering. Der Verbrauch der Inverterschaltung ist im Wesentli chen durch die Kapazitäten der Bauelemente der Inverterschaltung bestimmt, welche zusätzlich auch zur Einstellung der Pulsdauer verwendet wird.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrere Ausführungsbeispiele in Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 ein Konzeptschaltbild nach dem vorgeschlagenen Prinzip;

Figur 2 eine Ausgestaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip mit tels einer SRAM-Zelle;

Figur 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 eine alternative Ausführungsform der Darstellung der Fi gur 3;

Frgur 5 ein Zeit-Signal in Diagramm zur Darstellung des zeitli chen Verlaufs verschiedener Signale nach der Ausfüh rungsform der Figur 2;

Figur 6 eine Ausführungsform einer Pixelanordnung nach dem vorge schlagenen Prinzip.

Die folgenden Ausführungen und Aspekte des vorgeschlagenen Prin zips bilden verschiedene Gesichtspunkte für eine Ansteuerung eines Verbrauchers und insbesondere eines optischen Bauelementes mit einer Pulsweitenmodulation. Dabei können die einzelnen Aspekte untereinander vertauscht, miteinander kombiniert oder auch zum Teil weggelassen werden, ohne dem erfindungsgemäßen Prinzip zu widersprechen. Die einzelnen Darstellungen sind mit Feldeffekt transistoren verschiedenen Leitungstyps realisiert. Dem Fachmann ist bewusst, den Leitungstyp dieser Transistoren zu vertauschen, bzw. da wo erforderlich auch andere Transistortypen wie MIS oder auch BJT Transistoren einzusetzen.

Figur 1 zeigt ein Konzeptschaltbild des vorgeschlagenen Prinzips einer pulsweitenmodulierten Stromquelle, bei der die Modulation durch eine SRAM-Zelle bzw. eines Teils davon erfolgt. Die Techno logie und Funktionalität einer SRAM-Zelle ist gut bekannt, sodass diese mit einem nur sehr geringen Platzverbrauch in einem Halb leiterkörper realisierbar ist. Eine derartige Realisierung ist somit auch für sehr kleine Bauelemente wie pLED geeignet.

Die PWM gesteuerte Stromquelle 10 umfasst einen Strompfad, der zwischen einem Versorgungspotenzial VDD und einem Bezugspotenzial GND angeordnet ist. Das Bezugspotential kann ein Massepotential oder ein anderes Potential sein. Der Strompfad enthält eine in Reihe geschaltete schaltbare Stromquelle 11 sowie ein optoelekt ronisches Bauelement 20. Anstatt des optoelektronischen Bauele ments 20 kann auch ein anderes Bauelement bzw. eine Schaltung verwendet werden. Die schaltbare Stromquelle 11 besitzt einen Stromausgang 13 sowie einen Steuereingang 12, an dem ein Signal zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der schaltbaren Stromquelle anliegt. Mit anderen Worten wird mit dem Signal an ihrem Steuer eingang 12 der Ausgang 13 der schaltbaren Stromquelle aktiviert bzw. deaktiviert.

Zur Ansteuerung der Stromquelle ist eine in Inverterschaltung 30 vorgesehen, dessen Ausgangsknoten 32 mit dem Steuereingang 12 verbunden ist. Die Inverterschaltung umfasst zusätzlich einen Ein gangsknoten 31 sowie 2 Inverter 33 und 34. Im Einzelnen ist ein erster Inverter 33 eingangsseitig mit dem Eingangsknoten 31 und ausgangsseitig mit dem Ausgangknoten 32 verbunden. Ein zweiter Inverter 34 ist mit seinem Ausgang an den Eingangsknoten 31 und mit seinem Eingang an den Ausgangsknoten 32 der Inverterschaltung angeschlossen. Somit sind die beiden einzelnen Inverter 33 und 34 gegeneinander geschaltet.

Der Eingangsknoten 31 ist über einen Schalter mit einem Startsig naleingang 17 zu Zuführung eines Startsignals verbunden. Der Schalter lässt sich über ein Signal an einem Auswahleingang 15 steuern. Schließlich ist ein Spannung-Stromwandler 40 vorgesehen, der ausgangsseitig mit dem Eingangsknoten 31 verbunden ist. Der Spannung-Stromwandler 40 erzeugt abhängig von einem Modulations signal V Analog an seinem Modulationseingang 14 ein Stromsignal, welches dem Eingangsknoten 31 zugeführt wird. Die in der Figur 1 gezeigte Konzeptionsdarstellung einer PWM ge steuerten Stromquelle funktioniert nun wie folgt. Zu einem ersten Zeitpunkt wird über ein Auswahlsignal COL am Auswahleingang 15 das Startsignal am Anschluss 17 auf den Eingangsknoten 31 der Inverterschaltung 30 gelegt. Dieses Signal (logisch „1" oder „high") erzeugt am Ausgang 32 der Inverterschaltung eine logische „0", also einen niedrigen Pegel, wodurch die Stromquelle abge schaltet ist. Zu einem zweiten Zeitpunkt wird dem Eingang 17 nun ein Startsignal zugeführt, beispielsweise ein kurzzeitiger Puls von logisch „1" auf logisch „0". Dadurch schaltet die Inverter- _S chaltung des Ausgangsknoten 32 auf ein hohes Potenzial und akti viert so die Stromschaltung, sodass im Strompfad durch den Ver braucher 20 ein Strom fließen kann. Kurz nach dem umschalten der Inverterschaltung erfolgt ebenso durch das Auswahlsignal COL am Auswahleingang 15 ein Öffnen des Schalters, sodass die Inverter- schaltung30 nun sein Ausgangssignal temporär beibehält.

Zum gleichen Zeitpunkt wird über das analoge Spannungssignal V Analog der Spannung-Stromwandler 40 aktiv geschaltet und führt ein zu dem analogen Spannungssignal V Analog proportionales Strom signal dem Eingangsknoten 31 zu.

Die verschiedenen Kapazitäten der Inverterschaltung 30, bei- spielsweise die Gate-Source- oder Gate-Drain-Kapazitäten am Ein gang des Inverter 33 aber auch parasitäre Kapazitäten in den Zu leitungen sind durch das vorangegangene Startsignal, d. h. den niedrigen Puls im Wesentlichen entladen. Sie werden dann durch das Stromsignal des Spannung-Strom Wandlers 40 am Knoten 31 lang- sam wieder aufgeladen, wobei die Stromstärke von dem analogen Modulationssignal abhängig ist. Der zugeführte Strom führt so zu einem Spannungsanstieg an den Gates des Inverters 33, wodurch dieser nach einem durch die Größe seiner Kapazitäten bestimmten definierten Zeitraum umschaltet und das Ausgangssignal am Aus- gangspunkten 32 von logisch 1 auf logisch 0 zurückfällt. Dadurch wird die Stromquelle wieder deaktiviert.

Durch das vom Spannung-Stromwandler erzeugte Stromsignal werden die verschiedenen Eingangskapazitäten der Inverterschaltung gela- den und so eine Spannung am Eingang der Inverterschaltung 33 auf- gebaut. Erreicht diese die von der Inverterschaltung vorgegebene Thresholdspannung schaltet die Inverterschaltung um und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Durch die Wahl und Einstellung der Größe des Stromsignals, lässt sich somit eine sehr geringe Pulsdauer erzeugen.

Figur 2 zeigt eine konkrete Ausgestaltung einer durch ein PWM- Signal gesteuerten Stromquelle, bei dem dieses durch eine SRAM Zelle erzeugt wird. Auch hier ist die schaltbare Stromquelle Teil eines Strompfades, welcher zwischen ein Versorgungspotenzial VDD und ein Bezugspotenzial GND geschaltet ist. Die Stromquelle 11 umfasst einen ersten Feldeffekttransistor, dessen Gate ein Refe renzsignal V _Ref zugeführt wird. Dieses stellt den Stromfluss durch den Feldeffekttransistor ein. Darüber hinaus umfasst die Stromquelle 11 einen Steueranschluss 12, der ebenfalls an ein Gate eines zweiten in Reihe geschalteten Feldeffekttransistors 11B angeschlossen ist. Der Transistor 11B unterbricht bzw. schaltet den kompletten Strompfad. An den An schluss des Transistor 11B, welcher gleichzeitig den Ausgang der schaltbaren Stromquelle 13 bildet, ist der Verbraucher in Form einer Leuchtdiode 20 angeschlossen. Mit einem Steuersignal am Steuereingang 12, das durch das Gate des Transistors 11B gebildet ist, wird der Verbraucher somit mit einem Strom versorgt. Der durch den Verbraucher 20 fließende Strom ist durch das Referenz signal V _Ref festgesetzt.

Mit dem Steuersignalanschluss 12 ist ein Ausgangsknoten 32 einer in Werteschaltung 30 gebunden. Die Inverterschaltung 30 umfasst einen ersten Inverter 33 sowie einen zweiten Inverter 34. Beide Inverter sind zueinander gegenläufig verschaltet, d. h. der Aus gang des Inverters 34 ist mit dem Eingang des Inverters 32 ver bunden, der Ausgang des Inverters 33 mit dem Eingang des Inverters 34. Jeder der Inverter 33 und 34 umfasst zwei in Reihe geschaltete

Feldeffekttransistoren unterschiedlichen Leitungstyps. Im Beson deren ist ein Feldeffekttransistor 332 bzw. 342 vom P-Typ mit einem Versorgungspotenzial Anschluss VDD verbunden. Der jeweils in Reihe geschaltete zweite Feldeffekttransistor vom n-Typ 331 und 341 ist an den Massepotenzialanschluss angeschlossen.

Der Eingangsknoten 31 der Inverterschaltung ist nun über einen als Schalter arbeitenden Feldeffekttransistor 15A mit einem Sig nalanschluss 17 gekoppelt. Der Feldeffekttransistor 15A dient zur Auswahl des Startsignals row n und ist dazu mit dem Auswahleingang 15 zu Zuführung des Auswahlsignals COL gekoppelt. In ähnlicher Weise ist auch der Ausgangsknoten 32 der Inverterschaltung 30 über einen weiteren Feldeffekttransistor 15B an einen Signalanschluss 17 angeschlossen. An diesem Signalanschluss ist jedoch ein diffe- renzielle, d. h. invertiertes Start- bzw. Schaltsignal row ange legt. Der Auswahltransistor 15B ist wiederum mit dem Auswahlein gang verbunden, dessen Gate mit dem Auswahleingang 15 verbunden. Schließlich umfasst der Eingangsknoten 31 einen Anschluss für den Spannung-Stromwandler 40. Der Spannung-Stromwandler 40 umfasst einen Kondensator 41 vorgegebener Kapazität, dem über einen schaltbaren Feldeffekttransistor 43 das analoge Modulationssignal V Analog am Modulationseingang 14 geführt wird. Der Transistor 43 ist mit seinem Steueranschluss an den Auswahleingang zu Zuführung des Auswahlsignals COL angeschlossen. Zwischen dem Feldeffekt transistor 43 und dem Kondensator 41 ist ein Knoten vorgesehen, der an einen Steueranschluss einer gesteuerten Strecke 42 führt. Die gesteuerte Strecke 42 ist ebenfalls als Feldeffekttransistor ausgeführt und bildet einen veränderbaren Widerstand zur Spannung- Stromwandlung. Ein Ausgang der gesteuerten Strecke 42 ist mit dem Knoten 31, ein Eingang der gesteuerten Strecke 42 mit einem Refe renzspannungseingang 16 für das Referenzsignal VDD verbunden. Figur 5 zeigt nun verschiedene Signale für den Betrieb der Schal tung gemäß Figur 2 zu verschiedenen Zeitpunkten. Als Start- bzw. Schaltsignale kommt das differenzielle Reihensignal row und row n zum Einsatz. Hierbei wird das Signal row n über das Auswahlsignal COL dem Eingangsknoten zugeführt, das differenzielle und inver- tierte Startsignal row in Abhängigkeit des Auswahlsignals COL dem Ausgangsknoten 32 und dem Steueranschluss 12.

Das Auswahlsignal COL steuert einerseits die Startsignale für die Inverterschaltung und dient zusätzlich zur Zwischenspeicherung des analogen Modulationssignals V Analog. In den letzten beiden Reihen der Figur 5 sind die Signale an den Punkten A und B darge stellt, also im Wesentlichen die Spannungssignale an dem Eingangs knoten 31 und dem Ausgang 32 der Inverterschaltung. Zum Zeitpunkt tO ist das Spannungssignal row n auf einem hohen Pegel, in gleicher Weise ist das differenzielle Startsignal row invertiert und auf einem niedrigen Pegel. Es sei gleichzeitig das Auswahlsignal COL auf einem logisch hohen Pegel. Dadurch schaltet der Feldeffekttransistor 15A für das Startsignal row n durch, so dass am Knoten 31 ebenfalls ein hoher Pegel anliegt. Dies ist in der Linie A gekennzeichnet. Der Ausgangsknoten 32 der Inverter schaltung ist dementsprechend auf einem logisch niedrigen Pegel. Dieser Pegel wird sowohl durch das Ausgangssignal des Inverters selbst als auch durch das differenzielle Startsignal row und den Schalttransistor 15B gewährleistet. Damit sperrt die schaltbare Stromquelle und der Verbraucher, in diesem Fall die Leuchtdiode ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt tl schaltet das Auswahlsignale COL auf einen nied rigen Pegel. Dadurch werden die Transistoren 15A und 15B gesperrt, sodass die Inverterschaltung 30 unabhängig von dem differenziellen Startsignal ihr jeweiliges Ausgangssignal, in diesem Fall logisch niedrig aufrechterhält. In dieser Funktionsweise erhält somit die SRAM Zelle aus den beiden Invertern ihren letzten Zustand auf recht. Die Stromquelle 11 bleibt weiterhin gesperrt.

Zum Zeitpunkt t2 wird das Auswahlsignal COL am Auswahleingang 15 wieder aktiviert und schaltet die beiden Transistoren 15A und 15B. Entsprechend liegt auch dann am Ausgang 32 der Inverterschaltung weiterhin ein logisch niedriger Pegel an, wodurch die Stromquelle ebenfalls weiterhin gesperrt ist. Nun soll die Stromquelle einge schaltet werden. Dazu wird zum Zeitpunkt t3 durch das differenzi- elle Startsignal row n und row ein kurzer Puls erzeugt. Dieser wird gebildet, indem das differenzielle Startsignal row n von logisch hohen Pegel auf logisch niedrigen Pegel fällt. Das inver tierte Startsignal row am Ausgang des Inverters gibt einen kurzen Puls ab. Entsprechend erzeugte die Inverterschaltung am Ausgang einen logisch hohen Pegel und der Verbraucher 20 wird mit Strom versorgt. Während des Zeitraums T3 bis T4 werden auch die Ein gangskapazitäten des Inverters 33, sowie die parasitären Kapazi täten entladen, da der Knoten 31 im Wesentlichen auf niedrigen Pegel, z.b. auf das Massepotential gezogen ist. Davon unabhängig wird durch das Auswahlsignal COL auch der Span- nungs-Stromwandler aktiviert. Hier wird ab dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t4 der Schalttransistor 43 geschlossen und so das Modulationssignal V Analog an den Kondensator 41 angelegt. Diese wird im Kondensator gespeichert. Gleichzeitig wird der Knoten an das Gate der gesteuerten Strecke 42 mit dem Modulationssignal V Analog beaufschlagt. Die gesteuerte Strecke erzeugt so einen Strom Iana, der dem Eingangsknoten 41 zugeführt wird. Die Größe des Stroms Iana ist dabei von dem Referenzpotenzial VDD und dem analogen Modulationssignal am Modulationseingang 14 abhängig. In einem linearen Bereich der gesteuerten Strecke wird so aus dem Modulationssignal ein proportionales Stromsignal erzeugt.

Dieses Stromsignal wird der Inverterschaltung ab dem Zeitpunkt T2 zugeführt und überlagert sich mit dem Startsignal row n während des Zeitraums t2 bis t3. Zum Zeitpunkt t3 wird der Eingangsknoten 31 durch das differenzielle Startsignal row n und der Eingang des Inverters 34 auf einen logisch niedrigen Pegel gezogen und dies unabhängig von dem zugeführten Strom. Grund hierfür ist, dass der zugeführte Strom Iana sehr klein ist und durchgeschaltete Tran sistor 341 nur einen sehr kleinen Widerstand gegenüber dem Masse potenzial aufweist. Dadurch kann sich keine Spannung über dem Gate der Transistoren 331 und 332 aufbauen. Zum Zeitpunkt t4 wird das Auswahlsignal COL abgeschaltet und die Transistoren 15A und 15B sperren. Ebenso sperrt auch der Transis tor 43 des Spannungs-Stromwandlers. Damit wird die über den Kon densator 41 eingeprägte Spannung V Analog zwischengespeichert. Der Kondensator 41 erzeugt weiterhin eine Spannung am Gate der gesteuerten Strecke 42 und verursacht so ein proportionales Strom signal. Das Stromsignal, dem Knoten 31 zugeführt, lädt nun die Kapazitäten der Inverterschaltung 33 wieder auf. Dadurch steigt die Gate-Source Spannung der beiden Transistoren 331 bzw. 332 langsam an, bis der Umschaltzeitpunkt t _T H erreicht ist. Dieser Umschaltzeitpunkt liegt unterhalb des logisch hohen Pegels, bei spielsweise bei über 50 % des logisch hohen Pegels, beispielsweise bei 55 % bis 60 %. Die Inverter können eine eingebaute Hysterese aufweisen, damit leichte Schwankungen nicht zu Störungen führen. Zu diesem Zeitpunkt schaltet auch die Inverterschaltung wieder von einem logisch hohen Pegel am Ausgangssignal 32 auf einen lo gisch niedrigen Pegel und die Stromquelle sperrt wieder.

Die in Zeile A dargestellte Steigung des Signals wird durch die Größe des Stroms und die Kapazitäten der Inverterschaltung be stimmt. Je nach vorbestimmter Kapazität und eingestelltem Strom lassen sich so Pulszeiten im Bereich von 10 ns bis 1 ps realisie ren. Die Kapazitäten liegen dabei in einem Bereich von 0,1 fF bis ca. 10 fF. Entsprechend ergeben sich Stromstärken im Bereich von wenigen Nanoampere bis ca. ImA.

Zur weiteren Stabilisierung der Ausführungsform der Figur 2 kann es unter Umständen sinnvoll sein, im Rückkopplungspfad der Inver terschaltung, d. h. vom Inverter 34 zum Eingangsknoten 31 einen zusätzlichen Schalter aus zwei parallel angeordneten Feldeffekt transistoren unterschiedlichen Leitungstyps vorzusehen. Diese sind so gesteuert, dass sie während des Zeitraums t4 bis zum Umschaltzeitpunkt t _T H offen sind, sodass hier der über den Span- nung-Stromwandler 40 eingeprägte Strom lediglich die Kapazitäten des Transistors 33 auflädt. Durch die Trennung des Ausgangs des Inverters 34 vom Eingangsknoten durch diese zusätzliche Maßnahme wird ein unerwünschter Stromfluss zur Masse hin verhindert. Zu den anderen Zeitpunkten ist der Schalter geschlossen und führt den Ausgang des 43 auf den Eingangsknoten 31 bzw. den Eingang des Inverters 33.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des vorgeschlagenen Prinzips. Der Strompfad ist in dieser Ausführungsform in ähnlicher Weise gestaltet mit einer Stromquelle 11, sowie einem durch einen Feldeffekttransistor gebildeten Schalter 12. An diesem wird das Pulsbreitenmodulierte Signal angelegt, sodass die Stromquelle in den Strompfad geschaltet wird. Mit dem Steuereingang 12 und dem Gate des Feldeffekttransistors ist der Ausgangsknoten 32 einer Inverterschaltung 30 verbunden. Diese Inverterschaltung umfasst neben dem Ausgangsknoten 32 ein Eingangsknoten 31, einen Inverter 33 und eine Ausgangsstufe 36. Der Inverter 33 in ähnlicher Weise wie der korrespondierende Inverter der Figur 2 ausgeführt. Die Ausgangsstufe 36 umfasst einen Feldeffekttransistor des N-Typs, der einerseits mit dem Massepotenzial und verbunden ist und ande rerseits den Ausgangsknoten 32 bildet. Der Steueranschluss des Feldeffekttransistors der Ausgangsstufe 36 ist mit dem Ausgang des Inverters 33 verbunden.

Eingangsseitig ist der Knoten 31 zwischen zwei Feldeffekttransis toren 51 und 52 geschaltet. Der erste Feldeffekttransistor 51 vom N-Typ ist zwischen Massepotenzial und Eingangsknoten 31 angeord net, der zweite Feldeffekttransistor 52 vom P-Typ zwischen dem Versorgungspotenzial VDD und dem Eingangsknoten 31 angeordnet. Der Transistor 51 bildet gleichzeitig die gesteuerte Strecke für den Spannung-Stromwandler 40. Dieser umfasst den Modulationsein gang 14, einen Schalttransistor 43 sowie einen Speicherkondensator 41.

Das Gate der gesteuerten Strecke 51 ist an einen Knoten zwischen dem Schalter 43 und Kondensator 41 angeschlossen. Den Transistoren 15B, 52 und dem Schalttransistor 43 werden verschiedene oder glei che Auswahlsignale COLI bis COL3 zugeführt. Ist das Auswahlsignal COL3 auf einem logisch niedrigen Pegel, ist der Knoten 30 der Inverterschaltung 33 auf logisch hohen Pegel, der Ausgangsknoten auf einem logisch niedrigen Pegel. Dadurch sperrt der Ausgangs transistor 36 und am Ausgangsknoten 32 liegt ein vom Auswahlsignal COLI abhängiger Pegel an. Diese Pegel ist im Wesentlichen abhängig vom Zustand des Ausgangssignals COLI.Wenn das Ausgangssignal COLI auf einem niedrigen Pegel ist, wird der Steueranschluss der Strom quelle mit dem Signal V Data Signal beaufschlagt.Andernfalls wird der vorangegangene Wert im Knoten 32 gehalten.

Die folgende Tabelle beschreibt die verschiedenen Schaltungszu stände der Auswahlsignale COLI bis COL3 sowie die daraus resul tierenden Zustände an den Knoten 31, 38 und 32.

Dabei bedeutet „LOW" einen niedrigen Pegel, der die Feldeffekt transistoren 43, 52 und 15B anschaltet. Der niedrige Pegel von

COL2 schaltet einerseits die gesteuerte Strecke und lädt anderer seits den Kondensator 41. Der Knoten 31 bleibt dabei auf einem hohen Pegel, wenn gleichzeitig COL3 auf „LOW" ist. Dadurch werden auch die internen Kapazitäten, die mit diesem Knoten verbunden sind geladen. Das Auswahlsignal COLI steuert den Anschluss 12 und lädt somit die Schaltung mit dem Datensignal V DATA. Wenn Tran sistor 36 sperrt, wird die Stromquelle abhängig vom Datensignal an- bzw. ausgeschaltet. Im Fall, dass das Auswahlsignal COL3 auf „LOW" steht, ist der Knoten 38 ebenfalls auf niedrigem Pegel, der Transistor 36 sperrt.

Im weiteren Betriebsfall werden die Auswahlsignale COLI, COL2, COL3 auf einen hohen Pegel HIGH gelegt, wodurch die Transistoren 43, 52 und 165B sperren. Da der Kondensator 41 die Ladung zwi schenspeichert, wird weiterhin die gesteuerte Strecke 51 ange- steuert, und es fließt ein Strom in den Knoten 31. Dieser entlädt die Kapazitäten des Knotens und die Eingangskapazitäten des In verters 33, also beispielweise die Gate-Source Kapazität. Dadurch sinkt die Spannung am Knoten 31 gegenüber Masse langsam ab, wobei die Abnahme durch den Widerstand der Strecke 51 und damit durch das Modulationssignal V ana abhängt. Wenn der Umschaltzeitpunkt erreicht ist, schaltet der Inverter ausgangsseitig von einem nied rigen auf einen hohen Pegel und die Ausgangsstufe 36 öffnet und verbindet den Masseanschluss mit dem Ausgangsknoten 32. Dadurch wird der Steuerausschuss 12 auf Maße gezogen und die Stromquelle sperrt.

Somit ergibt sich durch das Datensignal und das Modulationssignal ein Puls am Steueranschluss der Stromquelle, dessen Breite durch das Modulationssignal vorgegeben ist. Der Strom selbst beträgt nur wenige nA, und der Puls kann von 10 ns bis ca. lps gewählt werden.

In der obengenannten Darstellung gibt es mehrere extern zugeführte Signale. Neben der Versorgung VDD und dem Datensignal V DATA sind das die Masse GND, das Referenzsignal BIAS für die Stromquelle und die verschiedenen Auswahlsignale COL! Bis COL3. Wie oben er kennbar, können die letzteren jedoch zu einem Auswahlsignal zu sammengefasst werden, an dieser Stelle ist lediglich darauf zu achten, dass die Umschaltzeitpunkte geeignet gewählt sind, um unerwünschte oder Undefinierte Zustände der Schaltung zu errei chen. Dies kann beispielsweise durch leicht unterschiedliche Lauf zeiten bis an den jeweiligen Steueranschluss vermieden werden. Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform. Im Gegensatz zu dem Beispiel der Figur 3 ist der Kondensator 41 durch eine para sitäre Kapazität, beispielsweise durch die Gate-Kapazität des Transistors 51 gebildet. Ebenso können Leitungen eine Kapazität aufweisen, in der das analoge Modulationssignal gespeichert werden kann. Durch geeignete Fertigung und Auswahl der Transistordimen sion kann die gewünschte Kapazität erreicht werden. Ebenso kann eine parasitäre Kapazität im Eingangsknoten 31 und auch im Aus gangsknoten 32 angegeben werden. Diese beeinflussen ebenfalls die Pulslänge und müssen beim Umschaltvorgang ebenfalls umgeladen wer- den, wodurch sich eine gewisse Anstiegszeit bzw. Abfallzeit und damit eine minimale Pulsbreite ergibt.

Die Verwendung des Prinzips einer SRAM-Zelle zusammen mit einem spannungs-Stromwandlers zur Erzeugung eines PWM-modulierten Sig- nal für die Steuerung der Stromquelle erlaubt es diese, hochinte griert mit dazu geeigneten Technologien zu fertigen. Dabei kann der durch den Verbraucher und die Stromquelle gebildete Strompfad separat in verschiedenen Technologien gefertigt werden. Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer solchen Pixelanordnung. Dies ist Teil einer größeren Displaymatrix, bei der eine Vielzahl von Pi- xeln 20 in Spalten und Reihen angeordnet sind. Die Pixel als optoelektronische Bauelemente sind als pLED's ausgeführt, deren Kantenlänge nur wenige pm beträgt. Die pLED's sind in einem ersten Materialsystem 200 gefertigt. Das Materialsystem 200 ist dabei passend zur gewünschten Wellenlänge der pLED's gewählt. Beispiels weise sind die pLED's 20 der Pixelanordnung ausgeführt, im Betrieb blaues Licht zu erzeugen. Hierzu eignet sich ein Materialsystem auf GaN Basis. In einem Halbleiter aus GaN werden verschieden dotierte Schichte aufgebracht oder anderweitig gefertigt, so dass sich zwischen den verschieden dotierten Schichten eine aktive Schicht ausbildet, in der Ladungsträger unter Emission von blauem Licht rekombinieren. Als aktive Schicht können auch Quantenwells verwendet werden. Die verschieden dotierten Schichten werden kontaktiert. In Figur 5 ist dies durch einen ersten Kontakt 202 und einen zweiten Kontakt 201 bewirkt, die beide auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers aus dem ersten Materialsystem 200 angeordnet sind. Der Kontakt 201 kontaktiert dabei eine der beiden verschieden dotierten Schichten, beispielsweise die n-dotierte Schicht. Der andere Kon takt 202 ist mittels Via isoliert durch den Halbleiterkörper ge führt und kontaktiert über eine strukturierte transparente lei tende Schicht die zweite Schicht des Halbleiterkörpers. Die trans parente leitende Schicht enthält beispielsweise ITO, sie ist strukturiert, um die Abstrahlung aus dem Halbleiterkörper zu ver bessern. Wie dargestellt, kann der Kontakt 202 als ein gemeinsamer kontakt für mehrere optoelektronische Bauelemente bzw. pLEDs vor gesehen sein.

Auf dem Halbleiterkörper und über den einzelnen pLEDs können zur Strahl- und Lichtführung weitere optische Elemente vorgesehen wer den. Im Beispiel der Figur 5 sind die p-Linsen, die eine gerichtete Abstrahlung im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Halb leiterkörpers bewirken.

Der Halbleiterkörper aus dem zweiten Materialsystem und insb. Die Kontakte sind auf korrespondierenden Kontaktflächen eines weite ren Halbleiterkörpers aufgebracht. Dieser umfasst die Ansteue rungselektronik und die Stromquelle und ist aus einem anderem Materialsystem 100 gefertigt. Die Stromquelle ist wie dargestellt mit dem Kontakt 101 auf der Oberfläche verbunden, um so gemeinsam mit dem optoelektronischem Bauelement den Strompfad zu bilden. Das Materialsystem 100 ist unterschiedlich zu dem Materialsystem 200 und umfasst beispielsweise Silizium. Für die Herstellung der Schaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip eignet sich Silizium, da es eine hohe Integrationsdichte mit nur geringem Platzverbrauch erlaubt. Entsprechend umfasst der Halbleiterkörper 100 auf seiner Oberfläche mehrere Kontaktpads, welche elektrisch leitend mit den Kontakten des Halbleiterkörpers mit dem Materialsystem 200 ver bunden sind. Dazu werden beide Körper zueinander ausgerichtet und dann mittels Bond- oder anderer Verfahren die Verbindung durchge führt.

Die Fertigung in zwei verschiedenen Materialsystemen ermöglicht es, beide Komponenten, d.h. pLED und Ansteuerung und Versorgung getrennt in der für die jeweilige Anwendung optimalen Technologie separat zu fertigen. Anschließend können beide zusammengebracht werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 PWM gesteuerte Stromquelle

11 schaltbare Stromquelle 12 Steueranschluss

13 Stromausgang

14 Modulationseingang

15 Auswähleingang

16 Referenzspannungseingang 17

20 optoelektronisches Bauelement

30 Inverter _S chaltung

31 Eingangsknoten

32 Ausgang 33, 34 Inverter

40 Spannungs-Strom Wandler COL Auswählsignal row n, row Startsignal