CN115917631A - 发光二极管和发光二极管显示器的有源控制 - Google Patents

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Abstract

为LED显示器中的发光二极管(LED)像素提供同步，使得所有LED像素的一个或多个动作能够同时或在一毫秒内启动。LED显示器和相应的系统可以包括控制器，控制器被配置为向一个或多个LED像素串发送通信信号。每个LED像素内的有源电气元件可以被配置为接收通信信号，生成相应的同步信号，并且以与特定LED显示器中的所有其他LED像素相协调的方式进行响应。提供了LED串内LED像素故障的故障缓解，其中，控制器配置有用于与LED串通信的双向通信端口。在故障缓解处理中，双向通信端口可以切换方向，以向LED串的两侧提供通信信号。

Description

发光二极管和发光二极管显示器的有源控制
技术领域
本公开涉及包括发光二极管器件和发光二极管显示器的固态照明装置。
背景技术
发光二极管(LED)是将电能转换成光的固态装置，且通常包括一个或多个半导体材料有源层(或有源区域)，该有源层设置在相反掺杂的n型层和p型层之间。当在掺杂层上施加偏压时，空穴和电子被注入到一个或多个有源层中，并在有源层中重新结合，以产生发射，例如，可见光或紫外线发射。LED芯片通常包括有源区域，其可以由例如碳化硅、氮化镓、氮化铝镓、氮化铟、磷化镓、氮化铝、砷化镓基材料的外延层和/或有机半导体材料制成。
在各种照明环境中广泛采用LED，用于液晶显示(LCD)系统的背光照明(例如，作为冷阴极荧光灯的替代品)和用于直视LED显示器。利用LED阵列的应用包括车辆前照灯、道路照明、灯具以及各种室内、室外和专业环境。LED装置的理想特性包括高发光效率、长寿命和宽色域。
传统的LCD系统需要偏振器和滤色器(例如，红、绿和蓝)，这固有地降低了光的利用效率。直视LED显示器利用自发光LED，无需背光源、偏振器和滤色器，提高了光的利用效率。
大尺寸多色直视LED显示器(包括全彩色LED视频屏幕)通常包括许多单独的LED面板、封装件和/或组件，提供由相邻像素之间的距离或“像素间距”确定的图像分辨率。直视LED显示器包括三色显示器和双色显示器，三色显示器采用红、绿、蓝(RGB)LED阵列，双色显示器采用红、绿(RG)LED阵列。可以使用其他颜色和颜色的组合。用于远距离观看的大尺寸显示器(例如，电子广告牌和体育场显示器)通常具有相对大的像素间距，并且通常包括具有多色(例如，红、绿和蓝)LED的离散LED阵列，这些LED可以独立地操作以形成观看者看起来是全色像素的事物。具有相对较小的观看距离的中型显示器需要较短的像素间距(例如，3毫米或更小)，并且可以包括安装在单个电子装置上的具有红色、绿色和蓝色的阵列LED组件的面板，电子装置附接到控制LED的驱动器印刷电路板。驱动器印刷电路板通常密集地布满用于驱动显示器的像素的电气装置，包括电容器、场效应晶体管(FET)、解码器、微控制器等。随着对于更高分辨率的显示器，像素间距继续减小，对于给定的面板区域，这种电子装置的密度对应于增加的像素数量而变得更高。这往往会增加用于显示应用的LED面板的更高复杂性和成本，以及增加驱动器电子装置间隔更近的区域中的热拥挤。
本领域继续寻求具有小像素间距的改进的LED阵列装置，同时克服与传统装置和生产方法相关的限制。
发明内容
本公开涉及发光二极管、LED封装件和相关的LED显示器，并且更具体地涉及LED显示器内的LED的有源控制。LED显示器可以包括形成LED像素阵列的LED二极管的行和列。特定LED像素可以包括相同颜色或多种颜色的LED芯片的集群，其中示例性LED像素包括红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片。在某些实施例中，LED封装件包括形成至少一个LED像素的多个LED芯片，并且可以将多个这样的LED封装件布置成形成用于LED显示器的LED像素阵列。每个LED封装件可以包括有源电气元件，该有源电气元件被配置为接收控制信号并在寻址其他LED封装件时主动保持用于LED封装件的LED芯片的工作状态，例如亮度或灰度级或颜色选择信号。在某些实施例中，有源电气元件可以包括有源电路，该有源电路包括驱动器装置、信号调节或变换装置、存储器装置、解码器装置、静电放电(ESD)保护装置、热管理装置和检测装置等中的一个或多个。就这一点而言，LED显示器的每个LED像素可以被配置为以有源矩阵寻址的方式进行操作。有源电气元件可以被配置为接收模拟控制信号、编码模拟控制信号、数字控制信号和编码数字控制信号中的一个或多个。公开了一种显示面板，其包括在面板的第一面上的这样LED像素的阵列和在面板的背面上的控制电路，该控制电路被配置为与LED像素的每个有源电气元件通信。
根据本公开的方面，为LED显示器中的LED像素提供同步，使得所有LED像素的一个或多个动作能够同时或在毫秒内启动。LED显示器和相应的系统可以包括控制器，该控制器被配置为向一个或多个LED像素串发送通信信号。每个LED像素内的有源电气元件可以被配置为接收通信信号，生成相应的同步信号，并且以与特定LED显示器中的所有其他LED像素相协调的方式进行响应。本公开的其他方面包括LED串内LED像素故障的故障缓解，其中，控制器配置有用于与LED串通信的双向通信端口。在故障缓解过程中，双向通信端口可以切换方向，以向LED串的两侧提供通信信号。
在一个方面，一种LED封装件包括：至少一个LED芯片；以及有源电气元件，该有源电气元件电连接到至少一个LED芯片，有源电气元件被配置为从数据流接收串行通信，并确定与数据流内的数据的循环(recurring)模式相关的同步信号。在某些实施例中，有源电气元件包括计数器，计数器被配置为对同步信号进行计数。在某些实施例中，计数器被配置为从对应于有源电气元件的位置的计数器起始值开始递减计数。在某些实施例中，有源电气元件被配置为当计数达到第一预定值时启动事件信号。在某些实施例中，基于有源电气元件的位置来确定第一预定值，并且在有源电气元件中发起的事件信号与被布置成接收数据流的其他有源元件同步。在某些实施例中，事件信号包括启动至少一个LED芯片、关闭至少一个LED芯片以及将至少一个LED芯片保持在操作状态中的一项或多项。在某些实施例中，有源电气元件被配置为当计数达到第二预定值时启动第二事件信号。在某些实施例中，第二事件信号包括启动至少一个LED芯片、关闭至少一个LED芯片以及将至少一个LED芯片保持在操作状态中的一项或多项。在某些实施例中，计数器的输出结果被提供给有源电气元件的处理单元。在某些实施例中，有源电气元件包括溢出寄存器，溢出寄存器被配置为向处理单元提供溢出位。在某些实施例中，计数器被配置为当有源电气元件接收到来自数据流的一个或多个预定命令时重置。在某些实施例中，一个或多个预定命令包括帧结束命令。
在控制LED显示器的另一方面，包括：提供包括多个第一LED像素的第一LED串，其中，多个第一LED像素的每个第一LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；基于第一LED串中每个第一LED像素的位置，将不同的计数器值加载到每个第一LED像素的有源电气元件；以及基于不同的计数值同步每个第一LED像素的操作状态。在某些实施例中，由连接到第一LED串的控制器执行不同计数器值的加载。在某些实施例中，该方法还包括：提供包括多个第二LED像素的第二LED串，其中，多个第二LED像素的每个第二LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；基于第二LED串中每个第二LED像素的位置，将不同的计数器值加载到每个第二LED像素的有源电气元件；以及基于计数器值同步多个第一LED像素和多个第二LED像素的操作状态。在某些实施例中，同步多个第一LED像素和多个第二LED像素的操作状态包括启动或关闭多个第一LED像素和多个第二LED像素。在某些实施例中，同步每个第一LED像素的操作状态提供了多个第一LED像素全部关闭的时间帧。在某些实施例中，LED显示器是三维(3D)LED显示器，该显示器要求观看者佩戴3D快门眼镜，并且时间帧被确定为允许3D快门眼镜在多个第一LED像素关闭时从一种观看状态转换到另一种观看状态。
在一个方面，一种LED封装件包括：至少一个LED芯片；以及有源电气元件，有源电气元件电连接到至少一个LED芯片，有源电气元件被配置为：向至少一个LED芯片提供脉宽调制(PWM)信号，其中，PWM信号包括PWM周期和PWM占空比；在PWM周期的一部分暂停PWM信号；以及从暂停的PWM周期的该部分重新开始PWM信号。在某些实施例中，有源电气元件被配置为：接收来自数据流的串行通信，并确定与数据流内数据的循环模式相关的同步信号；从对应于至少一个LED芯片的位置的计数器起始值开始递减计数同步信号；以及当计数达到预定值时，启动第一事件信号，以暂停PWM信号。在某些实施例中，有源电气元件还被配置为当计数达到第二预定值时，启动第二事件信号，以重新开始PWM信号。
在另一方面，一种LED封装件包括：至少一个LED芯片；以及有源电气元件，有源电气元件电连接到至少一个LED芯片，有源电气元件被配置为：在通信方向上从数据流接收数据；以及通过反转数据流的通信方向来响应于数据流中的命令。在某些实施例中，有源电气元件被配置为在反转通信方向之前在通信方向上传输命令。在某些实施例中，有源电气元件被配置为在反转通信方向之后向数据流提供返回数据。在某些实施例中，返回数据包括脉冲，脉冲被配置为由LED封装件的控制器计数。LED封装件还可以包括至少一个双向通信端口，至少一个双向通信端口被配置为接收命令，然后反转至少一个双向通信端口的方向，以响应于命令。
在另一方面，一种LED显示器包括：至少一个LED串，至少一个LED串包括多个LED像素，其中，多个LED像素的每个LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；以及控制器，控制器连接到至少一个LED串，其中，控制器被配置为提供故障缓解过程，故障缓解过程识别LED串的一个或多个运行的LED像素和LED串的至少一个不运行的LED像素，故障缓解模式包括：向至少一个LED串发送通信，其中，一个或多个运行的LED像素的有源电气元件向控制器发送返回通信，并且至少一个不运行的LED像素不对通信做出响应。在某些实施例中，所述通信是轮询通信，返回通信是返回轮询通信。在某些实施例中，返回通信包括来自一个或多个运行的LED像素中的每一个的ping或脉冲。在某些实施例中，控制器被配置为对每个ping或脉冲进行计数，以确定一个或多个运行的LED像素的数量。在某些实施例中，控制器包括联接到至少一个LED串的相对端的第一双向通信端口和第二双向通信端口。在某些实施例中，反转第一和第二双向通信端口之一的通信方向，以接收返回轮询通信。LED显示器还可以包括连接在至少一个LED串中的多个LED像素的至少一对相邻LED像素之间的数据线分接头。在某些实施例中，在故障缓解过程中启动通过数据线分接头的通信。在某些实施例中，多个LED像素中的每个LED像素包括至少一个双向通信端口，至少一个双向通信端口被配置为接收轮询通信，然后反转至少一个双向通信端口的通信方向，以向控制器发送返回轮询通信。某些实施例中，至少一个LED串中的多个LED像素中的10至100个LED像素沿着LED显示器的周边边缘排列。
在另一方面，任何前述方面和/或如本文的各种单独的方面和特征可以组合，以获得额外的优点。本文公开的各种特征和元件中的任何一个可以与一个或多个其他公开的特征和元件组合，除非本文有相反的指示。
本领域技术人员在结合附图阅读以下优选实施例的详细描述后，将理解本公开的范围并认识到其额外方面。
附图说明
包含在本说明书中并形成其一部分的附图示出了本公开的几个方面，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1A是用于包括多个有源LED像素的发光二极管(LED)显示器的代表性显示面板的正面的顶视图。
图1B是图1A的代表性显示面板的背面的底视图。
图2A是处于特定制造状态的LED封装件的底视图，其中多个LED和有源电气元件安装在基板上。
图2B是沿图2A的剖面线A-A截取的横截面图。
图2C是图2A的LED封装件在随后的制造状态下的底视图，其中已经形成了密封剂层和多个导电迹线。
图2D是沿图2C的剖面线B-B截取的横截面图。
图2E是图2C的LED封装件在随后的制造状态下的底视图，其中已经形成了附加的密封剂层和多个封装接合焊盘。
图2F是沿图2E的剖面线C-C截取的横截面图。
图2G是沿图2E的剖面线D-D截取的横截面图。
图2H是图2E的LED封装件的简化顶视图。
图2I是图2E的LED封装件的简化底视图。
图3A是包括多个导电迹线的代表性LED封装件的底视图，其中某些导电迹线的部分形成用于LED封装件的封装接合焊盘。
图3B是沿图3A的剖面线E-E截取的横截面图。
图4是示出沿着同一水平面安装一个或多个LED芯片和有源电气元件的配置的LED封装件的横截面图。
图5是示出沿着第一水平面安装一个或多个LED芯片并且沿着不同于第一水平面的第二水平面安装有源电气元件的配置的LED封装件的横截面图。
图6是示出一个或多个LED芯片和有源电气元件安装到基板的相对面上的配置的LED封装件的横截面图。
图7是根据本文公开的实施例的包括多个LED像素的LED封装件的底视图。
图8是示意性示出根据本文公开的实施例的有源电气元件的组件的框图。
图9是示意性示出根据本文公开的实施例的有源电气元件的组件的框图。
图10是示出根据本文公开的实施例的可以包括在有源电气元件内的易失性存储器元件的示例性结构的示意图。
图11A是示出包括电压控制电流源电路的驱动器元件的示意图。
图11B是示出包括以有源级联配置布置的跨导放大器的驱动器元件的示意图。
图11C是示出包括添加到图11B的驱动器元件的输入放大器的驱动器元件的示意图。
图11D是示出类似于图11C的驱动器元件但具有翻转极性连接的驱动器元件的示意图。
图11E是示出包括Howland电流泵的驱动器元件的示意图。
图11F是示出类似于图11E的驱动器元件并增加了分压器和附加运算放大器的驱动器元件的示意图。
图12A是示意性示出包括检测器元件的有源电气元件的实施例的框图。
图12B是根据本文公开的实施例的包括光电二极管的LED封装件的底视图。
图13是示意性示出根据本文公开的实施例的可以包括在用于LED显示面板的系统级控制方案中的各种组件的框图。
图14是表示一种配置的示意图，在该配置中，对应于特定LED像素的有源电气元件被配置为接收行选择信号线以及包括在LED像素内的每个红色、绿色和蓝色LED芯片的独立控制信号。
图15是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件被配置为接收用于LED像素的每个LED芯片的单独行选择信号线和用于LED像素内的所有LED芯片的单颜色等级信号线。
图16是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件被配置为接收用于LED像素的每个LED芯片的编码行选择信号和用于LED像素内的所有LED芯片的单颜色等级信号线。
图17是表示一种配置的示意图，在该配置中，特定LED封装件的有源电气元件被配置为接收包括在LED封装件内的红色、绿色和蓝色LED芯片的行选择信号、颜色等级信号和一个或多个颜色选择信号。
图18是表示类似于图16和图17的配置的独立符号配置的示意图。
图19是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件被配置为接收用于LED像素的所有LED芯片的单个行选择信号线和单个颜色等级信号线。
图20是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件被配置为接收用于LED像素的所有LED芯片的单个行选择信号线和单个颜色等级信号线。
图21是示意性示出根据图20的实施例的用于LED显示面板的系统级控制方案的框图，在LED显示面板中，LED像素阵列的每个有源电气元件被配置为接收信号线。
图22是示出被配置用于根据图20和图21的配置操作的LED显示面板的路径配置的局部平面图。
图23是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件被配置为接收行、列和/或颜色选择信号的全数字通信。
图24是示意性示出根据图23的实施例的用于LED显示面板的系统级控制方案的框图，在该LED显示面板中，LED像素阵列的每个有源电气元件被配置为接收信号线。
图25是示出被配置用于根据图23的配置的操作的LED显示面板的路径配置的局部平面图。
图26A和图26B是示出根据本文公开的实施例的示例性数据包的布置的示意图。
图27是示出根据本文公开的实施例的数据包从控制元件到多个LED封装件的级联流的示意图。
图28是示出根据本文公开的实施例的数据包从控制元件到多个LED封装件的级联流和一个或多个对讲数据包到控制元件的流的示意图。
图29是示出根据本文公开的实施例的来自控制元件的数据包的级联流的示意图，该级联流另外包括被配置为向所有LED封装件提供信息的数据包。
图30是示出根据本文公开的实施例的来自控制元件的数据包的级联流的示意图，该级联流额外包括被配置为向至少一个LED封装件提供附加信息的一个或多个连续数据包。
图31是示出根据本文公开的实施例被配置用于操作的LED面板的路径配置的局部平面图。
图32是示出根据本文公开的实施例的包括具有可选择性地分配通信端口的LED封装件的LED面板的路径配置的局部平面图。
图33是示出根据本文公开的实施例的包括具有可选择性地分配通信端口的LED封装件的LED面板的另一路径配置的局部平面图。
图34是示出根据本文公开的实施例的图33的LED面板的路径配置的局部平面图，其中增加了电压线和接地线。
图35是示出根据本文公开的实施例的用于有源电气元件的各种输入和相应动作的示意图。
图36是示出根据本文公开的实施例的包括有限状态机的有源电气元件的示意图。
图37是示出根据本文公开的实施例的其中有源电气元件被配置为检测至少一个LED的正常或不良操作条件的实施例的示意图。
图38是示出根据本文公开的实施例的其中有源电气元件被配置为向至少一个LED提供正向和反向偏置状态的实施例的示意图。
图39是示出根据本文公开的实施例的其中用电流源替换图38的电阻器网络和相应选择开关的实施例的示意图。
图40是示出与图39的示意图类似的多个LED实施例的示意图。
图41是示出根据本文公开的实施例的配置有多个端口的图40的有源电气元件的示意图，该多个端口包括电源电压、接地和双向通信端口。
图42是示出根据本文公开的实施例的配置有极性不可知输入能力的图41的有源电气元件的示意图。
图43是示出可用于向图42的开关网络提供初始功率的四输入整流器的示意图。
图44A是示出其中有源电气元件被配置为分段用于一个或多个LED的脉冲宽度调制(PWM)控制的工作周期的实施例的示意图。
图44B是示出其中计数器变换装置被配置为在多个LED之间共享以分段LED的相应工作周期的实施例的示意图。
图45表示用于为一个或多个LED的PWM控制提供顺序排序计数器的表格示图。
图46表示用于根据用于一个或多个LED的PWM控制的位反转序列提供非顺序排序计数器的表格示图。
图47表示用于根据用于一个或多个LED的PWM控制的部分位反转序列提供非顺序排序计数器的表格示图。
图48表示用于根据用于一个或多个LED的PWM控制的两段排序提供非顺序排序计数器的表格示图。
图49表示用于根据用于一个或多个LED的PWM控制的四段排序提供非顺序排序计数器的表格示图。
图50表示用于根据用于一个或多个LED的PWM控制的八段排序提供非顺序排序计数器的表格示图。
图51A示出了可以提供给有源电气元件的归零(RZ)格式的数据流。
图51B示出了RZ格式的数据流，其包括可以提供给有源电气元件的复位信号。
图52是根据本公开的同步原理的LED显示面板的系统级控制方案的示意框图。
图53是根据本公开的同步原理的图52的子控制器的示意性处理流程。
图54是连接至图53的子控制器的每个LED像素的有源电气元件内的计数器逻辑的示例性过程的示意性处理流程。
图55是图54的有源电气元件内的处理单元的示例性处理的示意性处理流程。
图56是根据本公开的故障缓解原理的LED显示面板的系统级控制方案的示意框图。
图57示出了沿LED显示器的一个或多个LED串设置数据线分接头的实施例的LED显示器的一部分的俯视布局。
具体实施方式
下面阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践这些实施例的必要信息，并且示出了实践这些实施例的最佳模式。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的构思，并且将认识到本文没有特别提及的这些构思的应用。应当理解，这些构思和应用落在本公开和所附权利要求的范围内。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件并不受这些术语的限制。这些术语只是用来区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
应当理解，当诸如层、区域或衬底等元件称为在另一元件上或延伸到另一元件上时，可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。同样，应该理解，当诸如层、区域或衬底等元件称为在另一元件“之上”或在另一元件“之上”延伸时，可以直接在另一元件之上或直接在另一元件之上延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接在”另一元件之上或“直接在”另一元件之上延伸时，不存在中间元件。还应当理解，当一个元件称为“连接”或“耦接”到另一元件时，可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。
诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”或“顶部”或“底部”或“行”或“列”等相关术语在本文中可以用来描述一个元件、层、表面或区域与图中所示的另一元件、层、表面或区域的关系。应当理解，这些术语和上面讨论的那些术语旨在包括除了附图中描绘的方位之外的装置的不同方位。例如，如果在特定图中的装置是翻转的，则被描述为“上方”的元元件、层、表面或区域现在将被定向为“下方”。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解，当在本文使用时，术语“包括(comprises)”、“包含(comprising)”、“含有(includes)”和/或“具有(including)”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还应当理解，本文使用的术语应当被解释为具有与它们在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文明确定义，否则不会被解释为理想化或过于正式的含义。
本公开涉及发光二极管(LED)、LED封装件和相关的LED显示器，并且更具体地涉及LED显示器内的LED的有源控制。LED显示器可以包括形成LED像素阵列的LED行和列。特定LED像素可以包括相同颜色或多种颜色的LED芯片的集群，其中示例性LED像素包括红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片。在某些实施例中，LED封装件包括形成至少一个LED像素的多个LED芯片，并且可以将多个这样的LED封装件布置成形成用于LED显示器的LED像素阵列。每个LED封装件可以包括有源电气元件，该有源电气元件被配置为接收控制信号并在寻址其他LED封装件时主动保持LED封装件的LED芯片的工作状态，例如亮度或灰度级或颜色选择信号。在某些实施例中，有源电气元件可以包括有源电路，该有源电路包括驱动器装置、信号调节或变换装置、存储器装置、解码器装置、静电放电(ESD)保护装置、热管理装置和检测装置等中的一个或多个。就这一点而言，LED显示器的每个LED像素可以被配置为以有源矩阵寻址的方式操作。有源电气元件可以被配置为接收模拟控制信号、编码模拟控制信号、数字控制信号和编码数字控制信号中的一个或多个。公开了一种显示面板，其包括在面板的第一面上的这样的LED像素的阵列和在面板的背面上的控制电路，该控制电路被配置为与LED像素的每个有源电气元件通信。
本公开涉及通过脉冲宽度调制(PWM)对LED、LED封装件和相关LED显示器的有源控制。在某些实施例中，通过分段工作周期提高LED的有效PWM频率，其中LED在单独的PWM周期内被电激活。在PWM周期内分段工作周期可以通过变换或重新排序序列来实现，在该序列中，比较器向操作LED的驱动器输出控制信号。以这种方式，每个PWM周期内的工作周期可以在一系列脉冲上分段，这些脉冲在每个PWM周期内多次电激活和断开每个LED，而不是在工作周期的持续时间内连续地将LED保持在电激活状态。在某些实施例中，并入LED显示器的一个或多个LED封装件中的有源电气元件能够分段一个或多个LED的工作周期。在某些实施例中，公开了有源电气元件，其能够从数据流接收复位信号，以发起复位动作或将复位信号传递到显示器的其他有源电气元件。
根据本公开的方面，为LED显示器中的LED像素提供同步，使得所有LED像素的一个或多个动作能够同时或在毫秒内启动。LED显示器和相应的系统可以包括控制器，控制器被配置为向一个或多个LED像素串发送通信信号。每个LED像素内的有源电气元件可以被配置为接收通信信号，生成相应的同步信号，并且以与特定LED显示器中的所有其他LED像素相协调的方式进行响应。本公开的其他方面包括LED串内LED像素故障的故障缓解，其中，控制器配置有用于LED串通信的双向通信端口。在故障缓解过程中，双向通信端口可以切换方向，以向LED串的两侧提供通信信号。
LED芯片通常包括有源LED结构或区域，其可以具有以不同方式排列的许多不同的半导体层。LED及其有源结构的制造和操作在本领域中是公知的，在此仅作简要讨论。有源LED结构的层可以使用已知的工艺来制造，合适的工艺是使用金属有机化学气相沉积的制造。有源LED结构的层可以包括许多不同的层，并且通常包括夹在n型和p型相反掺杂外延层之间的有源层，所有这些都相继形成在生长衬底上。应当理解，有源LED结构中还可以包括额外的层和元件，包括但不限于：缓冲层、成核层、超晶格结构、未掺杂层、包覆层、接触层、电流扩散层以及光提取层和元件。有源层可以包括单量子阱、多量子阱、双异质结构或超晶格结构。
有源LED结构可以由不同的材料系制成，一些材料系是第三族氮化物基材料系。第三族氮化物是指在氮和元素周期表的第三族元素之间形成的这些半导体化合物，通常是铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)。氮化镓(GaN)是一种常见的二元化合物。第三族氮化物还指三元和四元化合物，例如，铝镓氮化物(AlGaN)、铟镓氮化物(InGaN)和铝铟镓氮化物(AlInGaN)。对于第三族氮化物，硅(Si)是常见的n型掺杂剂，镁(Mg)是常见的p型掺杂剂。因此，对于基于第三族氮化物的材料系，有源层、n型层和p型层可以包括未掺杂或掺杂有硅或镁的GaN、AIGaN、InGaN和AlInGaN中的一层或多层。其他材料系包括碳化硅(SiC)、有机半导体材料和其他第III-V族系，例如，磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)和相关化合物。
有源LED结构可以在生长衬底上生长，该生长衬底可以包括许多材料，例如，蓝宝石、SiC、氮化铝(AIN)、GaN，合适的衬底是4H多型SiC，但也可以使用其他SiC多型，包括3C、6H和15R多型。SiC具有某些优点，例如，与其它衬底相比，与第三族氮化物的晶格匹配更紧密，并产生高质量的第三族氮化物膜。SiC还具有非常高的热导率，因此SiC上的第三族氮化物装置的总输出功率不受衬底散热的限制。蓝宝石是第三族氮化物的另一种常见衬底，并且也具有某些优点，包括较低的成本、已建立的制造工艺以及良好的透光光学特性。
根据有源层以及n型和p型层的组成，有源LED结构的不同实施例可以发射不同波长的光。例如，各种LED的有源LED结构可发射峰值波长范围约为430纳米(nm)至480nm的蓝光，峰值波长范围为500nm至570nm的绿光，或峰值波长范围为600nm至650nm的红光。LED芯片还可以覆盖有一个或多个发光磷光体或其他转换材料，例如，磷光体，使得来自LED芯片的至少一些光被一种或多种磷光体吸收，并根据来自一种或多种磷光体的特征发射转换成一个或多个不同波长光谱。在一些实施例中，LED芯片和一种或多种磷光体的组合发射通常为光的白色组合。一种或多种磷光体可以包括发射黄色(例如，YAG：Ce)、绿色(例如，LuAg：Ce)和红色(例如，Cai-x-ySrxEuyAISiN3)的磷光体及其组合。本文所述的发光材料可以是或包括磷光体、闪烁体、发光油墨、量子点材料、日光灯带等中的一种或多种。发光材料可以通过任何合适的方式提供，例如，直接涂覆在LED的一个或多个表面上，分散在被配置为覆盖一个或多个LED的密封剂材料中，和/或涂覆在一个或多个光学或支撑元件上(例如，通过粉末涂覆、喷墨印刷等)。在某些实施例中，发光材料可以进行下变频或上变频，并且可以提供下变频和上变频材料的组合。在某些实施例中，被设置为产生不同峰值波长的多种不同(例如，组成不同)发光材料可以被设置为接收来自一个或多个LED芯片的发射。
由LED芯片的有源层或区域发射的光通常具有朗伯发射模式。对于定向应用，可以使用内部反射镜或外部反射表面来将尽可能多的光重定向到期望的发射方向。内部反射镜可以包括单层或多层。一些多层反射镜包括金属反射层和电介质反射层，其中，电介质反射层设置在金属反射层和多个半导体层之间。钝化层可以设置在金属反射层与第一和第二电接触之间，其中，第一电接触设置为与第一半导体层导电连通，第二电接触设置为与第二半导体层导电连通。在一些实施例中，第一和第二电接触本身可以被配置为反射镜层。对于包括反射率小于100％的表面的单层或多层反射镜，一些光可能被反射镜吸收。此外，通过有源LED结构重定向的光可能被LED芯片内的其他层或元件吸收。
如本文所使用的，当入射到层或区域上的发射辐射的至少80％通过层或区域射出时，发光装置的层或区域可以被认为是“透明的”。此外，如本文所使用的，当入射到层或区域上的发射辐射的至少80％被反射时，LED的层或区域被认为是“反射的”或体现为“反射镜”或“反射器”。在一些实施例中，发射的辐射包括可见光，例如，带有或没有发光材料的蓝色和/或绿色LED。在其他实施例中，发射的辐射可以包括不可见光。例如，在GaN基蓝色和/或绿色LED的情况下，银(例如，至少80％反射性)可以被认为是反射材料。在紫外(UV)LED的情况下，可以选择合适的材料来提供期望的反射率，在一些实施例中提供高反射率；和/或期望的吸收，在一些实施例中提供低吸收。在某些实施例中，“透光”材料可以被配置为透射期望波长的发射辐射的至少50％。在某些实施例中，通过添加一种或多种吸光材料(例如不透明或非反射材料，包括灰色、深色或黑色粒子或材料)，初始“透光”材料可以变为透射期望波长的小于50％的发射辐射的“吸光材料”。
本公开可用于具有多种几何形状的LED芯片，例如，垂直几何形状或横向几何形状。垂直几何形状的LED芯片通常在LED芯片的相对侧包括阳极和阴极连接。横向几何形状的LED芯片通常在LED芯片的同一侧包括阳极和阴极连接，该LED芯片与衬底(例如，生长衬底)相对。本文公开的某些实施例涉及倒装芯片LED装置的使用，其中透光衬底表示暴露的发光表面。
LED芯片或包括一个或多个LED芯片的LED封装件可以布置在许多不同的应用中，以提供物体、表面或区域的照明。在某些应用中，不同颜色的LED芯片或LED封装件的集群可以被布置为用于LED显示器应用的像素，包括视频显示器。例如，红色、绿色和蓝色LED芯片的单独集群可以形成较大LED显示器的LED像素。在某些应用中，每个像素的红色、绿色和蓝色LED芯片可以封装在一起作为多LED封装件，并且当这种多LED封装件的阵列布置在一起时形成LED显示器。就这一点而言，每个像素可以包括单个LED封装件，其包括红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片。在其他实施例中，红色、绿色和蓝色LED芯片可以单独地封装或布置在板上芯片配置中。在某些LED显示器应用中，LED像素阵列布置在面板上，面板也可以称为铺片或LED模块，并且这种面板的阵列被布置在一起以形成更大的LED显示器。根据应用，LED显示器的每个面板可以包括不同数量的LED像素。在某些应用中，LED显示器的每个面板可以包括由64行乘64列LED像素或更多形成的阵列。在某些实施例中，LED显示器的每个面板可以被配置为具有大约4,000个LED像素的水平显示分辨率，或4K分辨率。对于要求LED显示器具有更高屏幕分辨率的应用，每个面板可以包括彼此间隔更近的LED像素的更多行和列。取决于所需的屏幕分辨率，像素间距可以是约3毫米(mm)，或约2.5mm，或约1.6mm，或在约1.5mm至约3mm的范围内，或在约1.6mm至约3mm的范围内，或在约1.5mm至约2.5mm的范围内。此外，对于某些实施例，对于具有更高屏幕分辨率的细间距LED显示器，像素间距可以被配置为小于1mm，或小于0.8mm，或在约0.5mm至约1mm的范围内，或约0.7mm。
在传统的视频显示应用中，LED像素通常被配置为用于无源矩阵寻址。就这一点而言，LED像素可被布置成耦接到无源接口元件，该无源接口元件提供到单独的驱动器或控制器的电连接。例如，正交布置(例如，垂直和水平)的导体以网格图案形成行和列，由此每个LED像素的单独的LED芯片由行和列的每个交点限定。可以使用多路排序来允许单独控制阵列的每个LED芯片，同时采用比阵列中的LED芯片数量更少的导体，或者通过使用共行阳极或共行阴极矩阵布置，并且可以通过脉冲宽度调制来提供亮度控制。以这种方式，用于行或列的导体在许多LED像素之间共享，并且采用时分复用来寻址每个单独的LED像素。由于它们的无源配置，每个LED像素只在其各自的通信时间内发光。用于控制显示器的独立驱动器通常远离显示器的像素布置，例如在独立的板或模块上，或在附接或以其他方式安装到每个面板背面的印刷电路板(PCB)上，或在正面包括像素阵列的公共PCB的背面上。如前所述，PCB通常密集地布满了用于驱动特定面板上的每个像素的电气装置，包括电容器、场效应晶体管(FET)、解码器、微控制器等。对于更高分辨率的显示器，这种电气装置的密度对应于每个面板上增加的像素数而变得更高。如前所述，这会增加用于显示应用的LED面板的更高复杂性和成本，以及在驱动器电子装置间隔更近的区域增加热拥挤。对于无源矩阵寻址，LED像素通常由脉冲信号序列驱动。就这一点而言，LED像素可根据显示扫描速率以某些频率快速脉冲，例如60赫兹(Hz)或120Hz。虽然视频显示器对人眼来说可能看起来不是快速脉冲，但它可以通过图像捕获装置来检测，并且在一些情况下，在视频显示器和其他脉冲显示器或与视频显示器邻近的光源之间可能存在干扰跳动。
根据本文公开的实施例，LED显示器的每个LED像素可以被配置为以有源矩阵寻址的方式操作。对于有源矩阵寻址，每个LED像素被配置为在其他LED像素被寻址的同时主动地保持工作或驱动状态，例如亮度或灰度级，或颜色选择，从而允许每个LED像素根据驱动配置以减小的脉冲或无脉冲保持其驱动状态。因此，每个LED像素可以被配置为通过连续驱动信号而不是通过与无源矩阵寻址相关联的脉冲信号来保持其各自的工作状态。就这一点而言，每个LED像素可以包括有源电气芯片或有源电气元件，其可以包括存储器装置和基于来自存储器装置的存储内容改变LED像素的驱动条件或驱动器条件的能力。在某些实施例中，连续驱动信号是恒定的模拟驱动电流，并且在亮度等级可以通过诸如脉冲宽度调制(PWM)的脉冲方法来控制的其他实施例中，连续驱动信号可以指不会被阵列内或子阵列内的其他LED像素的扫描中断的PWM信号。在某些实施例中，有源电气芯片可以包括有源电路，该有源电路包括驱动器装置、信号调节或变换装置、存储器装置、解码器装置、ESD保护装置、热管理装置和检测装置等中的一个或多个。如本文所使用的，术语“有源电气芯片”、“有源电气元件”或“有源电气组件”包括能够基于存储内容(memory)或可存储在芯片或组件内的其他信息来改变LED的驱动条件的任何芯片或组件。如本文所使用的，术语“有源LED像素”包括形成如上所述的像素和有源电气芯片的一个或多个LED装置。在某些实施例中，每个LED像素可以包括单个LED封装件，该单个LED封装件被配置为包括如上所述的多个LED芯片和有源电气元件的有源LED封装件。以这种方式，可以减少LED显示器所需的单独电气装置的数量，例如，如前所述，位于LED显示器的LED面板的背面上的单独的电气装置。此外，可以降低运行LED面板所需的总体工作功率。
图1A是用于包括多个有源LED像素12的LED显示器的代表性显示面板10的正面的顶视图。如图所示，多个有源LED像素12可以按行和列排列，以形成横跨显示面板10的正面的有源LED像素12阵列。在某些实施例中，每个有源LED像素12配置有有源电气元件，该有源电气元件包括接收输入信号、基于输入信号存储存储内容、基于存储的存储内容改变每个有源LED像素12内的LED的驱动条件以及每次通过输入信号更新存储内容时更新驱动条件的能力。在某些实施例中，每个有源LED像素12包括LED封装件，该LED封装件包括形成LED像素的多个LED芯片和有源电气元件。图1B是图1A的代表性显示面板10的背面的底视图。全部示出，显示面板10可以包括附加的无源或有源元件，其被配置为接收、处理信号并将信号分发到有源LED像素(图1A的12)。例如，显示面板10可以包括输入信号连接器14和输出信号连接器16，其中每一个可以被配置为视频源连接器，包括视频图形阵列(VGA)连接器、数字可视接口(DVI)连接器、高清多媒体接口(HDMI)连接器或显示端口连接器等。显示面板10可以包括控制元件18，其包括控制电路，例如半导体控制元件。控制元件18可以被配置为经由输入信号连接器14接收输入信号并输出用于有源LED像素的控制信号。如稍后将更详细地描述的，每个LED像素的有源电气元件被配置为响应于从控制元件18输出的控制信号独立地改变LED像素内的每个LED芯片的驱动条件。在某些实施例中，控制元件18包括集成电路，例如专用集成电路(ASIC)、微控制器、可编程控制元件和现场可编程门阵列(FPGA)中的一个或多个。在某些实施例中，多个控制元件18可以被配置在每个显示面板10上或记录到每个显示面板10上。解码器元件20可以被配置为接收来自控制元件18的控制信号并将其路径到用于有源LED像素(图1A的12)的多条信号线。在某些实施例中，可以提供一个或多个数模转换器(DAC)22以在到达有源LED像素(图1A的12)之前转换来自控制元件18和解码器元件20的数字信号。显示面板10还可以包括其它无源或有源元件24，其可以包括用于视频显示的附加解码器、电阻器、电容器或其它电气元件或电路。以这种方式，信号连接器14和16、控制元件18、解码器元件20、DAC 22和其他无源或有源元件24记录于显示面板10。在替代实施例中，显示面板10的背面可以包括形成另一LED像素阵列的另外多个LED封装件。就这一点而言，显示面板10可以被配置为用于双面显示应用。在这样的实施例中，信号连接器14和16、控制元件18、解码器元件20、DAC 22和其他无源或有源元件24中的至少一些可以在配置中记录于显示面板10的除了背面以外的位置，以提供来自显示面板10的一个或多个边缘的控制信号。
图2A-图2I示出了根据本文公开的实施例的包括多个LED 28-1至28-3和有源电气元件30的LED封装件26的各种制造状态。在某些实施例中，独立的LED封装件26可以被配置为在显示面板(图1A的10)中形成每个有源LED像素(图1A的12)。有源电气元件30也可称为有源电气芯片或有源电气组件。图2A是处于特定制造状态的LED封装件26的底视图，在该状态中，多个LED 28-1至28-3和有源电气元件30安装在基板32上。具体地，多个LED 28-1至28-3和有源电气元件30可以安装在基板32的第一面32'上。可以在多个LED 28-1至28-3与基板32之间布置透光管芯附接材料，以便于安装。多个LED 28-1至28-3中的每一个可以包括对应的阴极接触34-1至34-3(例如，N型接触垫)和对应的阳极接触36-1至36-3(例如，P型接触垫)。在某些实施例中，多个LED 28-1至28-3包括生成不同主导波长光的单独LED芯片。例如，LED 28-1可以被配置为主要生成绿色发射，LED 28-2可以被配置为主要生成蓝色发射，并且LED 28-3可以被配置为主要生成红色发射。因此，多个LED 28-1至28-3可以包括绿色LED芯片、蓝色LED芯片和红色LED芯片。在其它实施例中，LED的颜色和数量的不同组合是可能的。在又进一步实施例中，多个LED 28-1至28-3中的每一个可以被配置为生成主要彼此相同的光发射。在其它实施例中，多个LED 28-1至28-3可以包括微LED结构，其中公共有源LED结构被分离成多个有源LED结构部分，以形成彼此独立可寻址的多个LED 28-1至28-3。
在某些实施例中，有源电气元件30被配置为接收信号或多个信号，并且独立地驱动多个LED 28-1至28-3中的每个LED。在某些实施例中，有源电气元件30包括存储器元件、芯片或组件，其被配置为存储从外部源接收的有关多个LED 28-1至28-3的一个或多个工作状态，例如控制元件(图1B的18)。有源电气元件30可进一步被配置为基于所存储的一个或多个工作状态来改变多个LED 28-1至28-3的一个或多个驱动条件。在某些实施例中，有源电气元件30被配置为基于由存储器元件存储的多个工作状态独立地改变多个LED 28-1至28-3中的每个LED的驱动条件。就这一点而言，有源电气元件30可以被配置为接收和存储一个或多个工作状态，并且根据一个或多个工作状态独立地驱动多个LED 28-1至28-3中的每个LED。有源电气元件30可以继续驱动并保持多个LED 28-1至28-3中的每个LED的工作状态，直到有源电气元件30接收到与更新的工作状态相对应的刷新或更新的信号。以这种方式，有源电气元件30可以被配置为根据存储器元件的临时存储的工作状态来改变多个LED28-1至28-3的驱动条件。因此，多个LED 28-1到28-3可以被配置用于如前所述的有源矩阵寻址。为了快速接收多个LED 28-1至28-3的一个或多个工作状态，有源电气元件30可以包括多个接触垫38。在某些实施例中，多个接触垫38中的某些接触垫被配置为接收一个或多个信号，并且多个接触垫38中的其他接触垫被配置为发送信号，以独立地驱动或寻址多个LED28-1至28-3。在某些实施例中，有源电气元件30包括集成电路芯片、ASIC、微控制器或FPGA中的一个或多个。在某些实施例中，有源电气元件30可以被配置为在通过结合在有源电气元件30内的各种存储器元件和逻辑被制造之后是可编程或可重编程的。就这一点而言，对于有源电气元件30不包括完整FPGA的实施例，有源电气元件30可以被认为是可编程的。
基板32可以由许多不同的材料形成，其中优选的材料是电绝缘的。合适的材料包括但不限于陶瓷材料(例如氧化铝或矾土)、AIN，或有机绝缘体(例如聚酰亚胺(PI)和聚邻苯二甲酰胺(PPA))。在其他实施例中，基板32可以包括PCB、蓝宝石、Si或任何其他合适的材料。对于PCB实施例，可以使用不同的PCB类型，例如标准FR-4PCB、双马来酰亚胺-三嗪(BT)或相关材料、金属芯PCB或任何其他类型的PCB。在某些实施例中，基板32包括透光材料，使得来自多个LED 28-1至28-3的光发射可以穿过基板32。就这一点而言，多个LED 28-1至28-3中的每一个的发光面可以安装到基板32。用于基板32的合适的透光材料包括玻璃、蓝宝石、环氧树脂和硅树脂。在基板32是透光基板的某些实施例中，基板32可被称为覆板。本文使用术语“覆板”部分地是为了避免与可能是半导体发光装置的一部分的其他衬底混淆，例如LED芯片的生长或载体衬底或用于LED封装件26的不同基板。术语“覆板”并不旨在限制其所描述的结构的取向、位置和/或组成。在某些实施例中，基板32可以包括透光覆板，并且LED封装件26可没有另一基板。在其它实施例中，基板32可以包括透光覆板，并且LED封装件26包括附加基板，其中多个LED 28-1至28-3布置在基板32和附加基板之间。
图2B是沿图2A的剖面线A-A截取的横截面图。如图所示，LED 28-1安装到基板32的第一面32'上。因此，来自LED 28-1的发射可以被配置为穿过基板32，使得基板32的第二面32″被配置为LED封装件26的主发射面。值得注意的是，LED 28-1的阳极接触36-1和阴极接触(34-1)相对于基板32布置在LED 28-1的相对侧上。就这一点而言，来自LED 28-1的光发射可以穿过基板并离开相对面32″而不相互作用或被阳极接触36-1和阴极接触(34-1)吸收。图2B中的横截面视图的方向旨在说明基板32的第二面32″将被配置为主发光面；然而，在中间制造步骤期间，图2B的方向和随后的横截面制造视图可以旋转180度，使得LED 28-1顺序地组装在基板32上方。
图2C是图2A的LED封装件26在随后的制造状态下的底视图，其中已经形成了密封剂层40和多个导电迹线42-1至42-7。图2D是沿图2C的剖面线B-B截取的横截面图，其中电连接器44是可见的。在形成密封剂层40和多个导电迹线42-1至42-7之前，可以在多个LED 28-1至28-3中的每一个的阴极接触34-1至34-3和阳极接触36-1至36-3上形成多个电连接器44。多个电连接器44还可以形成在有源电气元件30的多个接触垫38上。在某些实施例中，多个电连接器44可以包括金属凸块接合、金属焊盘、金属布线、金属互连和金属基座等中的至少一个。多个电连接器44可以通过各种方法形成，包括但不限于布线凸块接合、焊料凸块、电镀、随后填充有金属的通孔的激光钻孔或其他金属化形成技术。电连接器44可以在晶片级形成，在组件组装之前，在LED 28-1至28-3的管芯附接之后，或者在其他制造步骤中形成，这取决于各种工艺配置。在形成多个电连接器44之后，密封剂层40可以被覆盖沉积以覆盖多个LED 28-1至28-3和有源电气元件30。在某些实施例中，密封剂层40可进一步覆盖多个电连接器44。密封剂层40可以被配置为围绕多个LED 28-1-28-3中的每个LED的周边或侧部边缘。如图2D所示，密封剂层40可以覆盖多个LED28-1至28-3中的每个LED的底表面的至少一部分。密封剂层40还可以被配置为围绕有源电气元件30的周边或侧部边缘。在这样的实施例中，可随后将移除步骤应用到密封剂层40，从而移除密封剂层40的一部分以形成多个电连接器44的暴露表面。移除步骤可以包括平坦化工艺，例如碾磨、研磨或抛光密封剂层40，以暴露多个电连接器44。对于其中多个电连接器44包括激光钻孔通孔或微通孔的实施例，可能不需要移除步骤。
密封剂层40可以通过涂覆或分配工艺来涂布或沉积。在某些实施例中，密封剂层40可以包括硅树脂、环氧树脂和热塑性塑料(例如聚碳酸酯、脂肪族氨基甲酸酯或聚酯)等中的一种或多种。密封剂层40可以被配置为改变或控制来自多个LED 28-1至28-3的光输出。例如，密封剂层40可以包括不透明或非反射材料，例如灰色、深色或黑色材料，其可吸收在多个LED 28-1至28-3之间传播的一些光，从而改善穿过基板32的多个LED 28-1至28-3的发射之间的对比度。在某些实施例中，密封剂层40可以包括悬浮在粘合剂(例如，硅树脂或环氧树脂)中的吸光粒子。吸光粒子可以包括碳、硅或金属粒子或纳米粒子中的至少一种。在某些实施例中，吸光粒子包括主要为黑色的颜色，当悬浮在粘合剂中时，该颜色为密封剂层40提供主要为黑色或深色的颜色。取决于所需的应用，密封剂层40可以被配置为透明或透光，或者密封剂层40可以包括光反射或光重定向材料，例如熔融二氧化硅、气相二氧化硅或二氧化钛(TiO2)粒子，其形成主要为白色的密封剂层40。其他粒子或填料可用于增强密封剂层40的机械、热、光学或电性能。在某些实施例中，密封剂层40可以包括具有变化的机械、热、光学或电性能的多个层。
在电连接器44的表面通过密封剂层40暴露之后，多个导电迹线42-1至42-7形成在密封剂层40上(例如，对于图2D所示的取向，在密封剂层40的底表面上)，并且导电迹线42-4至42-7中的某些迹线通过某些电连接器44的暴露表面电连接到多个LED 28-1至28-3。多个导电迹线42-1至42-7中的某些导电迹线可以被配置为在有源电气元件30的多个接触垫38与每个LED 28-1-28-3的阴极接触34-1至34-3和阳极接触36-1至36-3之间提供导电路径。如图2C所示，导电迹线42-1、42-2和42-3电连接到有源电气元件30，但不电连接到多个LED28-1到28-3中的任何一个。就这一点而言，导电迹线42-1、42-2和42-3可以被配置为从外部源(例如图1B的控制元件18)向有源电气元件30提供信号。值得注意的是，图2C中的导电迹线42-7被配置为在有源电气元件30和多个LED 28-1至28-3中的每一个的阳极接触36-1至36-3之间提供导电路径。就这一点而言，多个LED 28-1至28-3可以被配置为用于共阳极控制。在其他实施例中，多个导电迹线42-1至42-7和多个LED 28-1至28-3可以被配置用于共阴极控制。
图2E是图2C的LED封装件26在随后的制造状态下的底视图，在该状态下，已经形成了附加的密封剂层46和多个封装接合焊盘48-1至48-4。图2F是沿图2E的剖面线C-C截取的横截面图。图2G是沿图2E的剖面线D-D截取的横截面图，其中附加电连接器50是可见的。在形成附加密封剂层46和多个封装接合焊盘48-1至48-4之前，可以在导电迹线42-1、42-2、42-3和42-7上形成多个附加电连接器50并与之电连接。附加电连接器50可以以与前面描述的电连接器44类似的方式配置和形成。在某些实施例中，附加电连接器50可以形成在电连接器44上，而没有介入的导电迹线。可替代地，可以首先涂布附加密封剂层46，随后可以通过选择性移除步骤(例如激光钻孔)形成用于附加电连接器50的通孔或开口。以类似的方式，选择性移除步骤也可用于形成用于前面描述的电连接器44的开口。然后，附加密封剂层46可以被覆盖沉积以覆盖多个导电迹线42-1至42-7的底表面以及附加电连接器50。附加密封剂层46可以以与前面描述的密封剂层40类似的方式配置和形成。值得注意的是，附加密封剂层46也可以形成在密封剂层40的未被多个导电迹线42-1至42-7覆盖的部分上。就这一点而言，密封剂层40和附加密封剂层46可以一起形成连续的密封剂层40、46，使得多个导电迹线42-1至42-7的至少一些部分嵌入密封剂层40、46内。在形成附加密封剂层46之后，可以应用如前所述的移除步骤(例如，平坦化)来形成多个附加电连接器50的暴露表面。然后，多个封装接合焊盘48-1至48-4可以形成在附加密封剂层46的底表面上并与附加电连接器50电连通。就这一点而言，封装接合焊盘48-1至48-4被配置为接收LED封装件26外部的信号。在某些实施例中，封装接合焊盘48-1至48-4被配置为安装并接合到另一表面(例如，包括电迹线或其他类型的信号线的LED面板的安装表面)以接收外部信号(例如，来自图1B的控制元件18)。如图所示，封装接合焊盘48-4通过电路径电连接到有源电气元件30，该电路径包括某个附加电连接器50和导电迹线42-1。以类似的方式，封装接合焊盘48-3通过不同的电路径电连接到有源电气元件30，该电路径包括不同的附加电连接器50和导电迹线42-2。封装接合焊盘48-2通过不同的电路径电连接到有源电气元件30，该电路径包括不同的附加电连接器50和导电迹线42-3。值得注意的是，封装接合焊盘48-1通过不同的附加电连接器50和导电迹线42-7电连接到LED 28-1至28-3中的每一个的阳极接触36-1至36-3以用于共阳极控制的配置。如前所述，LED封装件26可以被配置为用于重新布置多个导电迹线42-1至42-7的路径的共阴极控制。附加层，例如焊料掩模或其他绝缘层或材料，可涂布在附加密封剂层46和封装接合焊盘48-1至48-4的选定区域上，以进一步描绘封装接合焊盘48-1至48-4的印迹，并防止组装或安装在PCB上时焊料材料短路。在某些实施例中，可以在形成封装接合焊盘48-1至48-4之前以类似的方式形成多个附加密封剂层46和至少一个附加电迹线。以这种方式，附加电迹线层可与多个附加密封剂层46层叠或交替，以为LED封装件26提供更多的导电路径和连接。
图2H是图2E的LED封装件26的简化顶视图。在操作中，图2H所示的视图表示LED封装件26的主发射面52。因此，多个LED 28-1至28-3被配置在基板32的下方，以提供穿过基板32(例如，透光基板或透光覆板)的光发射。有源电气元件30还配置在基板32的下方，并且如前所述的所有电连接和导电路径相应地相对于主发射面52布置在有源电气元件30的下方和多个LED 28-1至28-3的下方。因此，从多个LED 28-1至28-3生成的光可以穿过基板32并离开主发射面52，同时降低了LED封装件26内的电连接、导电路径或其他元件的损耗或吸收。在某些实施例中，多个LED 28-1至28-3形成用于LED封装件26的LED像素，该LED封装件26可与其他LED封装件组合以形成用于视频显示应用的LED像素阵列。
图2I是图2E的LED封装件26的简化底视图。在操作中，图2I所示的底视图表示LED封装件26的主安装面54。就这一点而言，LED封装件26被配置为安装到外表面(例如，视频显示器的面板或PCB)上，使得封装接合焊盘48-1至48-4被接合或焊接到设置在外表面上的电连通线上。在某些实施例中，至少一个封装接合焊盘48-1可以包括标识符56，例如凹口、不同形状或其他形式的标识符，其被配置为在外表面上传达LED封装件26的极性和安装位置。
图3A是包括多个导电迹线60-1至60-7的代表性LED封装件58的底视图，其中导电迹线60-1至60-4的部分形成用于LED封装件58的封装接合焊盘62-1至62-4。图3B是沿图3A的剖面线E-E截取的横截面图。LED封装件58可以包括如前所述的基板32、密封剂层40、具有阴极接触34-1至34-3和阳极接触36-1至36-3的多个LED 28-1至28-3、以及具有接触垫38的有源电气元件30。如前所述，在平坦化密封剂层40以暴露阴极接触34-1至34-3、阳极接触36-1至36-3和接触垫38之后，以与图2C的多个导电迹线42-1至42-7类似的方式在密封剂层40上形成多个导电迹线60-1至60-7。如图3A所示，某些导电迹线60-1至60-4的部分被配置为具有跨LED封装件58的更宽区域。然后在导电迹线60-1至60-7的部分上方形成绝缘材料64，例如焊料掩模。值得注意的是，绝缘材料64并不完全延伸到所有导电迹线60-1至60-7上。具体地，导电迹线60-1至60-4的部分未被绝缘材料64所覆盖，以形成LED封装件58的封装接合焊盘62-1至62-4。就这一点而言，封装接合焊盘62-1至62-4可以接合或焊接到另一表面，并且绝缘材料64可以防止导电迹线60-1至60-7中的不同迹线之间的电短路。
图4是示出沿着LED封装件66的第一水平面P1安装一个或多个LED 28-1和有源电气元件30的配置的LED封装件66的横截面图。在图4中，仅示出了LED 28-1，但是应当理解，LED封装件66可以包括以与图4的LED 28-1类似的方式安装的多个LED。如图所示，LED 28-1和有源电气元件30沿着由基板32的安装表面限定的第一水平面P1安装或接合。在一些实施例中，LED 28-1和有源电气元件30可以包括不同的尺寸，例如相对于基板32的不同厚度或高度。另外，可以提供不同厚度的接合层以分别将LED 28-1和有源电气元件30接合到基板32。在沿着第一水平面P1接合LED 28-1和有源电气元件30之后，可以如前所述形成电连接器44、密封剂层40、附加电连接器50、导电迹线42-1至42-3、附加密封剂层46和封装接合焊盘48-1。
图5是示出沿着第一水平面P1安装一个或多个LED 28-1并且沿着不同于LED封装件68的第一水平面P1的第二水平面P2安装有源电气元件30的配置的LED封装件68的横截面图。在图5中，仅示出了LED 28-1，但是应当理解，LED封装件68可以包括以与图5的LED 28-1类似的方式安装的多个LED。如图所示，LED 28-1沿着由基板32的安装表面限定的第一水平面P1安装或接合。然后如前所述形成电连接器44、密封剂层40和多个导电迹线42-1至42-3。然后，沿着由多个导电迹线42-1至42-3的与LED 28-1相对的面限定的第二水平面P2安装有源电气元件30。以这种方式，多个导电迹线42-1至42-2由此布置在LED 28-1和有源电气元件30之间。附加电连接器50、附加密封剂层46和封装接合焊盘48-1可随后如先前所描述的形成。值得注意的是，在该配置中，有源电气元件30可以至少部分地嵌入附加密封剂层46中。因此，附加密封剂层46和至少一个附加电连接器50可以包括比先前描述的实施例中更大的厚度。在某些实施例中，附加密封剂层46可以包括第二基板，并且有源电气元件30嵌入第二基板内或安装到第二基板上。这种布置可称为芯片规模配置。
图6是示出一个或多个LED 28-1和有源电气元件30安装到基板32的相对面上的配置的LED封装件70的横截面图。在图6中，仅示出了LED 28-1，但是应当理解，LED封装件70可以包括以与图6的LED 28-1类似的方式安装的多个LED。如图所示，多个导电迹线42-1、42-2形成在基板32的第二面32”上，并且附加的电迹线71-1、71-2形成在基板32的第一面32'上。LED 28-1通过电连接器44安装或接合到导电迹线42-1、42-2，并且有源电气元件30通过附加电连接器50安装或接合到附加电迹线71-1、71-2。密封剂层40形成在LED 28-1和基板32的第二面32”之上。在某些实施例中，密封剂层40的部分形成LED封装件70的主发射面52。如前所述，密封剂层40可以包括黑色材料，以在LED 28-1与可安装在LED封装件70中的其他LED之间提供改善的对比度。在某些实施例中，密封剂层40的另一层或延伸部分可以延伸到LED 28-1上方，以为LED 28-1提供密封。在这样的实施例中，LED 28-1上方的密封剂层40的另一层或延伸部分可以包括透光材料、附加层或纹理。附加密封剂层46可形成在基板32的第一面32'上，以提供对有源电气元件30的密封。就这一点而言，附加密封剂层46可以延伸或可以不延伸在基板32的整个第一面32'上。值得注意的是，如前面所描述的，附加导电迹线71-2的未被附加密封剂层46覆盖的部分可以形成封装接合焊盘48。为了便于接合到外表面，导电接合材料72可以包括相对于基板32的厚度，该厚度大于或几乎等于有源电气元件30和附加密封材料46的厚度。为了在导电迹线42-2和附加导电迹线71-1之间提供电连通，可以提供通过如图6所示的基板32的一个或多个导电互连73，例如金属嵌片、通孔或迹线，或者导电互连73可以环绕基板32的侧部边缘缠绕。
图7是根据本文公开的实施例的包括多个LED像素的LED封装件74的底视图。LED封装件74类似于图2E的LED封装件26，但包括多个LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3、78-1至78-3，它们分别形成彼此间隔开并一起封装在同一LED封装件74中的多个LED像素。如图所示，LED芯片75-1至75-3形成第一LED像素，LED芯片76-1至76-3形成第二LED像素，LED芯片77-1至77-3形成第三LED像素，以及LED芯片78-1至78-3形成第四LED像素。在某些实施例中，每个LED像素包括红色LED芯片、蓝色LED芯片和绿色LED芯片。LED封装件74进一步包括有源电气元件30'，其被配置为与如前所描述的多个像素、多个导电迹线42-1至42-16以及多个封装接合焊盘48-1至48-4电连接。值得注意的是，LED封装件74可以配置有与先前针对单像素LED封装件(例如，图2H的LED封装件26)所描述的相同数量的封装接合焊盘48-1至48-4。如图所示，LED封装件74包括四个封装接合焊盘48-1至48-4，其被配置为接收输入信号或连接的各种组合，如稍后将更详细地描述的，例如电源电压(Vdd)、地(Vss)、颜色选择信号、亮度等级(或灰度级)信号、模拟信号、编码颜色选择信号、编码亮度等级选择信号、数字信号、时钟信号和异步数据信号。因此，有源电气元件30'包括四个输入/输出和电源连接；然而，如稍后将描述的，有源电气元件30'被配置为独立地改变多个LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3、78-1至78-3中的每个LED芯片的驱动条件。值得注意的是，导电迹线42-1可以电连接到LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3中的每一个的阳极，用于共阳极控制。导电迹线42-1还电连接在封装接合焊盘48-1和有源电气元件30'之间。导电迹线42-2电连接在封装接合焊盘48-4和有源电气元件30'之间，导电迹线42-9电连接在封装接合焊盘48-3和有源电气元件30'之间，并且导电迹线42-10电连接在封装接合焊盘48-2和有源电气元件30'之间。在其他实施例中，LED封装件74可以被配置用于如前所描述的共阴极控制。为了提供与LED封装件74内增加数量的LED像素的电连通，有源电气元件30'可以包括增加数量的接触垫38，用于与增加数量的导电迹线42-1至42-16连通。如上所述，四个接触垫38电连接到封装接合焊盘48-1至48-4，并且其余的接触垫38电连接到LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3中的不同的芯片。为了使LED封装件74以减少数量的输入信号连接控制多个LED像素，有源电气元件30可以包括电路，该电路被配置为接收输入通信信号并执行子像素选择功能，以独立地将工作状态单独地传送到每个LED像素的每个LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3。就这一点而言，当多个LED封装件74布置在一起以形成用于显示器应用的LED像素阵列时，与其中每个LED封装件仅包括单个LED像素的类似尺寸的显示器相比，所得到的显示器将具有减少数量的LED封装件74。就这一点而言，可以减少外部源(例如，图1B的控制元件18)和LED像素之间的通信信号的总数。与单像素实施例(例如，图2E)一样，用于通信信号的路线的几乎无限的组合在本公开的范围内，包括简单的变化，其中一个或多个金属迹线沿着先前针对图3A和图3B描述的相同平面配置。
图8是示意性示出根据本文公开的实施例的有源电气元件30(或图7的有源电气元件30')的组件的框图。如前所述，有源电气元件30可以结合到LED封装件中，以实现用于对应LED显示器的有源矩阵寻址。有源电气元件30被配置为从外部源(例如，图1B的控制元件18)接收输入信号，并独立地保持和/或改变LED封装件内的一个或多个LED的驱动条件。如后面将更详细地描述的，输入信号可以包括模拟、数字或模拟和数字格式的组合的单个通信线路或多个通信线路。在某些实施例中，有源电气元件30包括存储器元件80，其可以包括易失性和非易失性存储器元件中的一个或多个。存储器元件80可以包括双极晶体管、场效应晶体管、反相器、逻辑门、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、运算放大器、电容器和查找表等中的一个或多个。在某些实施例中，存储器元件80包括采样和保持电路、锁存电路和触发器电路中的至少一个。在某些实施例中，存储器元件80包括易失性存储器元件，其被配置为基于输入信号存储一个或多个LED的工作状态。在工作中，每当有源电气元件30接收到更新的输入信号时，易失性存储器元件就更新为一个或多个LED的新的工作状态，并且根据新的工作状态相应地激活和保持一个或多个LED。就这一点而言，易失性存储器元件可以被配置为存储临时工作状态，并且有源电气元件30由此被配置为根据临时存储的工作状态来改变一个或多个LED的驱动条件。在某些实施例中，易失性存储器元件可以额外被配置为存储可能不被认为是暂时的其他状态或条件，例如校准因子，或例如增益的电子传递函数。就这一点而言，临时工作状态和非临时状态或条件中的一个或多个可共同用于产生用于一个或多个LED的驱动条件。在某些实施例中，存储器元件80包括非易失性存储器元件，该非易失性存储器元件被配置为存储预设数据或信息，预设数据或信息也可用于改变一个或多个LED的工作状态。可以提供非易失性存储器元件(例如，查找表或哈希表)以基于LED封装件的操作条件或环境来改变工作状态。例如，如图8所示的热管理元件可以结合在有源电气元件30内，其监测LED封装件的工作温度，并且可以相应地基于工作温度与由非易失性存储器元件存储的值的比较来调整一个或多个LED的工作状态。在某些实施例中，热管理元件包括温度传感器或来自外部温度传感器的温度传感器输入。在其他实施例中，来自光传感器的环境光级信息可以与存储在非易失性存储器元件中的值进行比较，以改变一个或多个LED的亮度等级。在进一步实施例中，非易失性存储器元件可被编程为存储用于显示器的LED或LED像素的位置设置数据，包括预定的位置设置数据或稍后编程的位置设置数据。位置设置可以在安装LED显示器之前或之后被编程。位置设置可以包括用于单独LED芯片、包括LED像素的单独LED封装件以及可共同形成LED显示器的单独LED面板的位置设置。就这一点而言，公共控制线可以连接到多于一个的LED、LED像素或LED封装件，并且位置设置可以用于解释输入信号并仅驱动通过公共控制线连接的预期LED。
有源电气元件30可以额外包括一个或多个ESD保护元件，其被配置在输入信号和有源电气元件30内的其他组件之间。在某些实施例中，解码器或控制逻辑元件设置在有源电气元件30内，以接收一个或多个输入信号并将其转换成输出信号的唯一组合，该输出信号又用于改变一个或多个LED的不同工作状态。具体地，解码器或控制逻辑元件可以输出输出信号的组合，该输出信号可以在易失性存储器元件中存储和周期性地更新。每次更新易失性存储器元件时，通过驱动器元件82改变或更新一个或多个LED的工作状态。在某些实施例中，解码器元件被配置为为一个或多个LED提供行或列选择信息，或者为每个LED提供亮度或灰度级。对于包括多个LED像素的LED封装件配置，解码器元件可以被配置为向存储器元件80提供LED封装件内的像素或子像素选择。解码器元件可以被配置为向存储器元件80提供编程、设定点信息或校准信息。在某些实施例中，解码器元件可以被配置为通过解码共享控制线上某些像素的预定位置设置来选择共享控制线的某些像素，从而只有特定像素将响应于控制信号。预定位置设置可以被编程并存储在存储器元件80中，例如非易失性存储器元件。在某些实施例中，驱动器元件82(或缓冲器元件)包括源极驱动器元件、下沉式驱动器元件或源极驱动器元件和下沉式驱动器元件两者。源极驱动器元件通常在LED被配置为共阴极控制时使用，而下沉式驱动器通常在LED被配置为共阳极控制时使用。在某些实施例中，源极驱动器和下沉式驱动器可以包括在有源电气元件30内，并且因此，源极驱动器和下沉式驱动器可以被配置为提供差分电压输出以控制一个或多个LED。在某些实施例中，有源电气元件30还可以包括一个或多个信号调节元件，信号调节元件被配置为在控制信号被源极驱动器或下沉式驱动器接收之前对其进行转换、操纵或以其他方式变换。信号调节元件可以被配置为变换模拟信号或数字信号以用于诸如伽马校正之类的应用，或者应用其他非线性传递函数。在某些实施例中，解码器/控制逻辑直接与信号调节元件通信，而在其他实施例中，解码器/控制逻辑在数字域中承担信号调节元件的任务或功能。在这样的实施例中，当解码器/控制逻辑承担任务时，信号调节元件可以简单地包括布线。信号调节元件可以被配置或电连接在存储器元件80和驱动器元件82之间，使得离开存储器元件80的信号可以在到达驱动器元件82之前被转换或操纵。信号调节元件可以被配置或电连接在输入信号和存储器元件80之间，使得输入信号可以在到达存储器元件80之前被转换或操纵。由于有源电元件30的各种元件的划分可以以其他方式进行，考虑各种其他布置。例如，可以将解码器/控制逻辑与信号调节和存储器元件一起视为单个处理器单元。此外，取决于具体应用，有源电气元件30可以包括多个ESD元件、和/或多个解码器/控制逻辑元件、和/或多个存储器元件80、和/或多个信号调节元件、和/或多个热管理元件和/或多个驱动器元件82。解码器/控制逻辑元件、存储器元件80、信号调节元件、热管理元件和驱动器元件中的每一个可以被配置为模拟元件、数字元件以及模拟和数字元件的组合，包括软件和固件等。
图9是示意性示出根据本文公开的实施例的有源电气元件30的组件的框图。在图9中，有源电气元件30可以包括许多与先前针对图8所描述的相同的组件，包括ESD保护元件、解码器/控制逻辑、易失性存储器元件、非易失性存储器元件和热管理元件。如图9中进一步所示，对于每个LED(LED 1至LED 3)，易失性存储器元件的输出可以分离成单独的信号线84-1至84-3。每个单独的信号线84-1至84-3可以包括前面描述的信号调节元件、源极驱动器元件和下沉式驱动器元件中的不同的一个。就这一点而言，每个LED(LED 1至LED 3)可以基于进入有源电气元件30的一个或多个控制信号被独立地驱动和改变。此外，在不同颜色的LED的情况下，可能需要将不同的LED配置在不同的电源线或电源电压输入V1、V2上。例如，与蓝色或绿色LED(例如，3-3.3V)相比，红色LED通常具有较低的开启或正向电压(例如，1.8-2.4伏(V)，这是由于与蓝色或绿色LED(例如，GaN基)相比，通常用于形成红色LED(例如，GaAs、AIGalnP、GaP基)的不同材料系的带隙较低。就这一点而言，有源控制元件30可以配置有单独的连接(例如，图2A的接触垫38)，其被配置为接收用于红色LED的单独的电源线或输入(例如，介于约1.8-2.4V之间的V1)和用于蓝色LED和绿色LED两者的公共电源线或输入(例如，介于约3-3.3V之间的V2)。
除了各种数字存储器元件之外，还可以使用模拟存储器元件。图10是示出根据本文公开的实施例的包括可以包括在有源电气元件内的模拟易失性存储器元件的示例性结构的示意图。在图10中，示出了示例性采样和保持电路86，其包括开关装置88、电容器90、运算放大器92和在输入端和电容器90之间的可选地运算放大器缓冲器94。为了对输入信号进行采样，开关装置88通过运算放大器缓冲器94将输入信号连接到电容器90，并且电容器90存储电荷。在对输入信号进行采样之后，开关装置88断开电容器90，并且电容器90的存储电荷通过运算放大器92放电，以提供特定LED的工作状态，该工作状态一直保持到再次对输入信号进行采样为止。以这种方式，可选的运算放大器缓冲器94和开关装置88可以被认为是解码器/控制逻辑的组件(图8和图9)，电容器90可以被认为是存储器元件的组件(图8和图9)，并且运算放大器92可以被认为是信号调节元件的组件(图8和图9)，其可以是线性的或非线性的，这取决于系统配置。
图11A-图11F是示出根据本文公开的实施例的可以包括在有源电气元件内的驱动器元件的示例性结构的示意图。对于视频显示应用，可能需要驱动器元件包括非反相电路，该非反相电路被配置为以线性方式从大约0微安(uA)或大约0V的完全关闭状态到大约1毫安(mA)或大约3V的低功耗驱动每个LED。图11A表示其中驱动器元件96包括电压控制电流源电路(例如跨导放大器)的实施例。对于跨导放大器，差分输入电压被转换为输出电流以驱动LED。在图11A的简化示意图中，驱动器元件96包括非反相电路，但是驱动器元件96需要连接到LED的两个端子以用于操作，从而导致更复杂的装置布局。因此，驱动器元件96不是用于共阳极控制的下沉式驱动器元件或用于共阴极控制的源极驱动器元件。此外，电阻器R1需要大到降低输入电压灵敏度，这会降低驱动器元件96的效率。此外，当LED需要关闭时，输出电流可能难以达到足够低的值(0uA)以实现关闭。图11B表示其中驱动器元件98包括跨导放大器的实施例，该跨导放大器布置有有源共源共栅配置，该有源共源共栅配置包括晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)M1和附加电阻器R2，其可以促进LED的完全关闭。如先前针对图11A所描述的，驱动器元件98的电压灵敏度可能太高。在LED完全开启时，或大约1mA，驱动器元件98可导致低电压输入，例如大约0.05V，因此，有源共源共栅配置可能经历不希望的信噪比。
图11C表示驱动器元件100的实施例，驱动器元件向驱动器元件98添加输入放大器，该驱动器元件包括具有图11B的有源共源共栅配置的跨导放大器。添加的输入放大器可用于对电压进行去放大以获得较低的信号灵敏度，并提供改进的信噪比。此外，驱动器元件100为LED提供漏型(sinking)或共阳极配置；然而，输入电压变为反相。图11D表示驱动器元件102的实施例，其类似于图11C的实施例，但具有反转极性连接。就这一点而言，驱动器元件102包括在输入电压和驱动器元件98'之间的输入放大器，驱动器元件98'是驱动器元件98的反转极性版本，其包括具有图11B的有源共源共栅配置的跨导放大器。如图所示，图11D中表示的驱动器元件102提供了非反相的优点；然而，它确实会导致LED的源极或共阴极配置。其他驱动器元件布置也是可能的，例如图11E和图11F中所示的Howland电流泵配置104、106。在图11E中，Howland电流泵104包括被配置为驱动LED的运算放大器和电阻器桥。在图11F中，Howland电流泵106额外包括分压器，该分压器包括电阻器R5和R6，被添加到图11E的Howland电流泵104以在很小到没有电流流动时改善性能。另外，在电压输入端提供附加运算放大器，以形成非反相电压跟随器(例如前置放大器)，以提供采样和保持电路的输出缓冲器所需的高输入电阻，以确保足够的保持时间。
当如本文公开的多个LED封装件被布置成形成用于LED显示应用的LED像素阵列时，如果每个LED封装件的相应有源电气元件内每个单独的LED封装件的位置是已知的，或者每个LED封装件具有与其相关联的特定地址，则可能是有利的。在某些实施例中，每个LED封装件内的每个有源电气元件被配置为存储位置或地址特定信息，例如LED封装件记录在其中的特定行和列。就这一点而言，显示控制单元可以跨LED像素阵列发送针对LED像素阵列内的特定位置编码的信号，并且每个单独LED封装件的每个有源电气元件由此被配置为解释信号并基于位置或地址信息确定是响应还是忽略特定信号。在某些实施例中，每个LED封装件的有源电气元件包括检测器元件，该检测器元件被配置为检测显示器中LED封装件阵列中LED封装件的位置，并与主控制器(例如，图1B的控制元件18以及其他硬件/软件配置)协同工作，将该信息中继以用于存储在有源电气元件内的存储器。该任务可以在PCB组装之后执行，此时运行特定的配置程序以将地址和校准信息正确地设置并存储到有源电气元件的非易失性存储器中、一个或多个远程存储器装置中、或在有源电气元件和一个或多个远程存储器装置两者中。
图12A是示意性示出包括检测器/信号调节元件的有源电气元件30的实施例的框图。如前所述，有源电气元件30可以结合到LED封装件中，以实现被配置为有源矩阵寻址的LED显示器。有源电气元件30被配置为从外部源(例如，图1B的控制元件18)接收输入信号，并独立地改变LED封装件内的一个或多个LED的驱动条件。图12A的框图类似于图8的框图，并且包括如前所述的存储器元件80和驱动器元件82。如图所示，如前所述，也可以包括ESD保护元件、解码器/控制逻辑元件、热管理元件和信号调节元件。在某些实施例中，一个或多个LED可用作光检测器以生成由检测器/信号调节元件接收的信号。例如，在LED像素阵列中安装多个LED封装件后，连接到公共数据总线的所有LED封装件可能缺乏单独的唯一地址。就这一点而言，可以执行初始设置过程(或位置设置过程)，其中可以用光束扫描每个LED封装件，并且每个LED封装件内的至少一个LED可以用作光电二极管，其提供对应于LED封装件的特定位置的对应电压和/或电流信号。以这种方式，在初始设置过程期间，LED中的至少一个可以在光伏模式或光导模式下操作。由光束产生的信号与通过数据总线从主控制器(例如，图1B的控制元件18以及其他硬件/软件配置)提供的的电信号结合使用，以使组件记录其地址。当针对每个像素位置的编码信号跨LED像素阵列发送时，每个LED封装件因此可以被配置为知道LED封装件应该响应哪个信号。对于这样的实施例，LED驱动器元件82可以配置有高阻抗输出，以在初始设置过程期间支持一个或多个LED的光检测器模式。在某些实施例中，检测器/信号调节元件可以包括电压检测器、电流传感器、或甚至将位置信号传送到解码器/控制逻辑元件的布线。以这种方式，有源电气元件30可以被配置为被寻址，并且至少一个LED的工作状态可以以依赖于诸如存储在本地存储器中的地址之类的信息的方式改变。在某些实施例中，不是LED封装件内的LED之一的单独的光电二极管可以被配置在LED封装件内，以向有源电气元件30提供位置信号。在某些实施例中，检测器/信号调节元件可以被配置为监测LED的工作电压或电流，并将这样的信息存储在存储器元件中。就这一点而言，有源电气元件30被配置为存储监测信息，该监测信息包括来自热管理元件的工作温度、位置信息或经由检测器/信号调节元件来自LED的电压或电流信息。在某些实施例中，有源电气元件30可以被配置为与外部源(例如，图1B的控制元件18或单独的装置)通信这种监测信息，以使LED显示器可以被配置为自监测各种操作条件，并且如果所监测的操作条件中的任何一个在目标窗口之外，则生成报告或可视指示。就这一点而言，有源电气元件30可以被配置为用于与外部源进行双向通信。
图12B是根据本文公开的实施例的包括光电二极管110的LED封装件108的底视图。LED封装件108类似于图7的LED封装件74，并且包括多个LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3、78-1至78-3，它们分别形成如前所述的多个LED像素和有源电气元件30'。LED封装件108还可以包括封装接合焊盘48-1至48-4和导电迹线(图7的42-1至42-16)。如图所示，LED封装件108包括光电二极管110，其被配置为检测光信号并将光信号传送到如图12A中所述的有源电气元件30'的其他组件。在某些实施例中，有源电气元件30'包括光电二极管110。在某些实施例中，光电二极管110布置在有源电气元件30上。在其它实施例中，光电二极管110布置在有源电气元件30'的外部。例如，在某些实施例中，LED封装件108包括黑色密封材料，该黑色密封材料覆盖LED封装件108，除了登记有每个LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3的区域。就这一点而言，光电二极管110可以布置成邻近LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3中的一个，使得足够量的光信号可到达光电二极管110，而不被黑色密封材料吸收。在其他实施例中，光电二极管可以结合于其他LED封装件内，包括图2H的LED封装件26、图3A的LED封装件58、图4的LED封装件66、图5的LED封装件68和图6的LED封装件70等。如前所述，在某些实施例中可以省略光电二极管110，并且当在初始设置过程中用光束扫描时，LED芯片75-1至75-3、76-1至76-3、77-1至77-3和78-1至78-3中的一个或多个可以用作光电二极管。
图13是示意性示出根据本文公开的实施例的可以包括在用于LED显示面板的系统级控制方案中的各种组件的框图。在某些实施例中，系统级控制方案的组件可以包括在显示面板的背面，如先前在图1B中所示。在操作中，LED显示面板从外部视频源接收输入信号。如前所述，通过适当的电连接器提供视频源，例如VGA、DVI、HDMI、HUB75、USB等。信号解码器，例如DVI/HDMI解码器，可以被配置为提供输入信号到其他格式的转换，例如24位晶体管到晶体管逻辑(TTL)或互补金属氧化物半导体(CMOS)彩色像素数据。例如，信号解码器可以将输入信号与其它控制信号一起转换成24线数据总线，其它控制信号例如像素时钟、垂直同步和水平同步，其然后被路径到控制元件。如前所述，控制元件可以包括ASIC、微控制器、可编程控制元件和现场可编程门阵列FPGA中的一个或多个。例如，控制元件可以包括FPGA，其被编程为缩放、偏移或以其他方式变换来自信号解码器的转换数据，并为控制线提供数据缓冲，控制线最终将各种信号传送到LED封装件和LED显示面板的相应LED像素。在某些实施例中，控制元件还被配置为接收用于变换输入信号的附加输入。例如，附加输入可以包括较大LED显示器内的LED显示面板的水平和垂直面板位置信息。当多个LED显示面板组装在一起以形成较大的LED显示器时，每个LED显示面板可以配置有唯一的位置标识符，该位置标识符被中继到控制元件。可以在安装之前或期间预先分配唯一标识符，例如序列号或位置坐标，或者可以简单地根据在组装LED显示面板时它们连接的顺序分配唯一标识符。在后一种配置中，每个LED显示面板可以被配置为经由移位寄存器等彼此通信，使得在安装期间，由于LED显示面板以菊花链配置彼此相邻地布置时，位置信息以与HUB75兼容面板类似的方式按照安装顺序从一个LED显示面板中继到下一个LED显示面板。附加输入还可以包括校准表，例如哈希表，其提供信息，使得控制元件可以以补偿LED显示面板的LED芯片之间的任何不均匀性能特性的方式变换输入信号。例如，在组装LED显示面板之后，可以测量每个LED像素的强度，然后可以将校准表配置为向控制元件提供信息，以基于不同的LED像素的初始测量亮度等级来对驱动信号进行不同的缩放。
由此，控制元件可以被配置为经由信号解码器接收输入信号以及包括面板位置或校准信息的附加输入。如前所述，控制元件可以包括一个或多个各种类型的集成电路。在某些实施例中，控制元件包括预配置用于在LED显示面板中应用的ASIC。在其它实施例中，控制元件包括提供在安装后被编程和重新编程的能力的FPGA。因此，暗示了其他支持装置，例如电源输入和调节器、编程接口、易失性和非易失性存储器元件等。控制元件被配置为处理输入信号以及发送到每个LED像素的有源电气元件的任何附加输入和输出控制信号。在某些实施例中，多个DAC可被布置成在将信号路径到LED像素之前转换来自控制元件的信号。控制元件还可以被配置为向LED像素输出列、行和LED颜色选择信息，该信息确定每个LED像素和每个LED像素内的每个LED芯片何时响应来自多个DAC的控制信号。在某些实施例中，一个或多个列、行或颜色选择解码器可以被配置为在路径到LED像素之前从控制元件接收和变换输出的列、行和/或LED颜色选择信息。例如，控制元件可以包括FPGA，其输出用于列、行或颜色选择信息的0和1的数字信号码。接着，列、行或颜色选择解码器可以被配置为接收和解码数字信号，以便可以激活LED显示面板内的特定LED像素的有源控制元件。
对于显示应用，LED显示面板可以包括布置成列和行以形成LED像素阵列的多个LED封装件。每个LED封装件可以包括一个或多个LED像素，其包括第一LED芯片(例如，红色LED芯片)、第二LED芯片(例如，蓝色LED芯片)和第三LED芯片(例如，绿色LED芯片)以及如前所述的有源电气元件。根据控制元件和LED封装件之间的驱动配置，控制元件和每个LED封装件之间连接的控制线的数量和行、列、颜色选择线的数量可以改变。
图14是表示一种配置的示意图，在该配置中，对应于特定LED像素的有源电气元件30被配置为接收行选择信号线以及包括在LED像素内的红色、绿色和蓝色LED芯片中的每个的单独控制信号。就这一点而言，行选择信号激活特定行LED像素的每个有源电气元件30，并且每列LED像素被配置为接收针对红色、绿色和蓝色LED芯片中的每一个的三个单独的控制信号。三个单独的控制信号可以对应于每列三个单独的DAC，或者模拟控制信号。控制信号可以控制特定LED像素内的红色、绿色和蓝色LED芯片中的每一个的亮度等级或灰度级。因此，当控制信号沿特定列传递时，行选择信号确定哪个LED像素响应于该信号。如前所述，对应于每个LED像素的有源电气元件30被配置为存储红色、绿色和蓝色等级信号信息，并且相应地以恒定的方式驱动LED芯片，直到下一次有源电气元件30被激活以刷新或更新信号信息。因此，对于图14的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接以接收四个不同信号线(行选择、红色等级、绿颜色等级等级、蓝色等级)。因此，这种配置需要至少六个连接，增加了PCB路径复杂度。在某些实施例中，可能希望具有较少的连接，例如在前面的实施例中示出的4连接实施例(例如，图2E)。
图15是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件30被配置为接收用于LED像素的每个LED芯片的单独行选择信号线和用于LED像素内的所有LED芯片的单颜色等级信号线。在图15中，三个单独的行选择信号(红色行选择、绿色行选择、蓝色行选择)分别激活LED像素内的红色、绿色、蓝色LED芯片中的每一个。因此，可以为LED像素内的红色、绿色和蓝色LED芯片中的每一个提供单个颜色等级(例如，亮度级或灰度级)。就这一点而言，每个列可以被配置有如前所述的单个DAC。在其他实施例中，有源电气元件30可以被配置为接收可选列选择线，从而允许单个DAC为多列LED像素提供颜色等级信号。在操作中，特定的行选择信号激活特定的LED芯片以响应特定时间的颜色等级信号。与前面的实施例一样，有源电气元件30被配置为存储颜色等级信号信息，并且相应地驱动每个LED芯片，直到下一次有源电气元件30被激活以刷新或更新颜色等级信息。因此，对于图15的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接以接收四至五个不同信号线(红行选择、蓝行选择、绿行选择、颜色等级和可选列选择)。尽管通过减少DAC降低了整个系统复杂度，但对于某些应用来说，至少需要六个连接可能是不合需要的。
图16是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件30被配置为接收用于LED像素的每个LED芯片的编码行选择信号和用于LED像素内的所有LED芯片的单颜色等级信号线。在图16中，颜色等级和可选列选择线可以被配置为与先前对图15所描述的相同；然而，行选择信号被减少到两个行选择线(行选择RS0，行选择RS1)。就这一点而言，行选择线被配置为提供编码数字信号(0和1的组合)，该编码数字信号确定哪个LED芯片应该响应于特定颜色等级信号。作为非限制性示例，两个行选择线可以提供对应于没有LED芯片应该响应的工作状态的“00”数字信号、对应于红色LED芯片的激活的“01”数字信号、对应于蓝色LED芯片的激活的“10”信号和对应于绿色LED芯片的激活的“11”信号。与前面的实施例一样，有源电气元件30被配置为存储颜色等级信号信息，并且相应地以恒定的方式驱动每个LED芯片，直到下一次有源电气元件30被激活以刷新或更新颜色等级信息。因此，对于图16的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接以接收三至四个不同信号线(行选择RS0、行选择RS1、颜色等级和可选列选择)。因此，与图14和图15的实施例相比，至少一个连接的减少表示PCB复杂性降低的改进。
图17是表示一种配置的示意图，在该配置中，特定LED像素的有源电气元件30被配置为接收包括在LED像素内的红色、绿色和蓝色LED芯片的行选择信号、颜色等级信号和一个或多个颜色选择信号。在图17中，行选择信号被配置为与图14的配置相同；然而，每个LED芯片的颜色等级(例如，亮度或灰度级)的信号由单个信号线控制。就这一点而言，每个列可以被配置有如前所述的单个DAC。在其他实施例中，单个DAC可以被配置为向多列LED像素提供有关颜色等级的信号。为了确定LED像素内的哪个LED芯片应该响应于特定颜色等级信号，两个颜色选择线(颜色选择0、颜色选择1)被配置为提供编码数字信号(0和1的组合)，该编码数字信号确定哪个LED芯片应该响应于特定颜色等级信号。作为非限制性示例，两个颜色选择线可以提供对应于没有LED芯片应该响应的工作状态的“00”数字信号、对应于红色LED芯片的激活的“01”数字信号、对应于蓝色LED芯片的激活的“10”信号和对应于绿色LED芯片的激活的“11”信号。因此，对于图17的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接以接收四个不同信号线(行选择、颜色等级、颜色选择0、颜色选择1)。
图18是表示类似于图16和图17的配置的配置的示意图。具体地，图18表示可以表示图16或图17的配置中的任一个的独立符号配置。在图18中，有源电气元件30包括与图16和图17中的颜色等级线相同的颜色等级线。图18的有源电气元件30额外包括装置选择(DS)线和两个颜色选择线(CS0和CS1)。DS线被配置为提供装置选择信号，该装置选择信号可以包括行选择信号和列选择信号中的至少一个。CS0和CS1线被配置为提供可以对应于图16的行选择RS0线和行选择RS1线或图17的颜色选择0线和颜色选择1线的编码信号。就这一点而言，有源电气元件30可以被配置为用少量连接来控制一定数量的操作条件。DS线对应于图16的列选择线或图17的行选择线。
图19是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件30被配置为接收用于LED像素的所有LED芯片的单个行选择信号线和单个颜色等级信号线。在图19中，颜色等级和可选列选择线可以被配置为与先前对图15所描述的相同；然而，行选择信号被组合成信号行选择线。就这一点而言，单个行选择线可以被配置为发送单独对应于LED像素内的每个LED芯片的编码信号。编码信号可以包括模拟信号，该模拟信号包括可变幅度信号、可变频率信号或可变相位信号中的至少一个。编码信号还可以包括多路复用或多电平逻辑信号。在某些实施例中，行选择线可以被配置为提供具有对应于不同LED芯片的不同电压状态的信号。例如，行选择线可以被配置为四电平信号线，其中四个信号电平中的每一个对应于以下操作条件中的一个：未选择LED芯片、选择红色LED、选择蓝色LED和选择绿色LED。在某些实施例中，可以提供附加有源电气元件以进一步促进四电平信号线的处理。附加有源电气元件可以设置在每个LED封装件内或与每个LED封装件分开。与前面的实施例一样，有源电气元件30被配置为存储颜色等级信号信息，并且相应地以恒定的方式驱动每个LED芯片，直到下一次有源电气元件30被激活以刷新或更新颜色等级信息。因此，对于图19的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接以接收二至三个不同信号线(行选择(多电平)、颜色等级和可选列选择)。该配置对于具有降低复杂性的应用，例如先前描述的4连接配置(例如，图2E)是期望的。
图20是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件30被配置为接收用于LED像素的所有LED芯片的单个行选择信号线和单个颜色等级信号线。图20类似于图19的配置，并且包括如前所述的颜色等级和可选列选择线。在图20中，行选择信号线可以被配置为发送编码信号，例如异步的编码数字信号，其部分分别对应于LED像素内的每个LED芯片。在某些实施例中，编码信号包括对应于红色LED选择、蓝色LED选择、绿色LED选择和无LED选择操作条件中的每一个的不同脉冲。其他工作状态也可以通过扩展编码方案来解决。以这种方式，有源电气元件30可以包括移位寄存器，该移位寄存器利用编码信号的每个脉冲依次循环通过每个工作状态(例如，无选择、红色选择、蓝色选择、绿色选择)。为了防止移位寄存器不同步，编码信号还可以包括在每个周期结束时的脉冲码，以将移位寄存器复位到下一个周期的开始。除了顺序脉冲之外，行选择线可以包括识别和对应于上述四个或更多个工作状态中的不同状态的其他编码信号。因此，对于图20的配置，除了接地和电压输入连接之外，有源电气元件30被配置有连接(例如，图2A的接触垫38)以接收二至三个不同信号线(行选择(编码)、颜色等级和可选列选择)。与图19的配置一样，图20的配置对于具有降低复杂性的应用，例如先前描述的4连接配置(例如，图2E)是期望的。
图21是示意性示出根据图20的实施例的用于LED显示面板的系统级控制方案的框图，其中LED像素阵列的每个有源电气元件被配置为接收信号线。在图21中，可以提供输入信号、信号解码器、控制元件、行/列解码器、面板位置输入、校准表输入和多个DAC，如先前针对图13所述的。在图21中，不包括列选择线，并且可选的DAC解码器元件被布置成允许选择适当的DAC元件以接收由公共数据总线提供的数据。在其他实施例中，控制元件可以被配置为包括DAC解码能力，因此，可不需要DAC解码器元件。取决于特定FPGA或其他控制元件上可用的输出引脚的数量，也可能不需要单独的行/颜色解码器。
图22是示出被配置用于根据图20和图21的配置操作的LED面板112的路径配置的局部平面图。在图22中，多个LED封装件26以行和列布置以形成LED像素阵列。每个LED封装件26可以包括如前所述的形成LED像素的多个LED(例如，图2的28-1至28-3)、有源电气元件(图2的30)以及多个封装接合焊盘48-1至48-4。如图22所示，多个LED封装件26连接到对应于图20的颜色等级选择线的多个颜色等级控制线114-1至114-4和对应于图20的行选择线的多个行选择控制线116-1至116-3。对于在图22中标记的LED封装件26，封装接合焊盘48-1连接到颜色等级控制线114-1，并且封装接合焊盘48-3连接到行选择控制线116-3。封装接合焊盘48-2连接到多个电压输入线118-1至118-4中的电压输入线118-1，并且封装接合焊盘48-4连接到接地平面(未示出)。在某些实施例中，多个颜色等级控制线114-1至114-4和多个行选择控制线116-1至116-3可以布置在多层连接器接口的不同层级或平面上，其中在多层连接器接口之间布置了一个或多个介电层以用于电绝缘。例如，行选择控制线116-1至116-3可以沿着最靠近多个LED封装件26的第一平面布置。多个颜色等级控制线114-1至114-4和多个电压输入线118-1至118-4可以沿距离多个LED封装件26更大距离的不同平面布置。最后，接地连接平面(未示出)可以沿着另一不同平面布置，另一不同平面比多个颜色等级控制线114-1至114-4和多个电压输入线118-1至118-4距离多个LED封装件26更远。多个通孔120可以布置为穿过多层连接器接口，以提供与封装接合焊盘48-1至48-4的对应连接。图22仅示出了用于LED面板112的路径配置的许多配置中的一种。在其他实施例中，各种线114-1至114-4、116-1至116-3和118-1至118-4可以以垂直和水平配置的不同布置提供，包括但不限于所有垂直和所有水平配置。
图23是表示一种配置的示意图，在该配置中，与特定LED像素对应的有源电气元件30被配置为接收行、列和/或颜色选择信号的全数字通信。此外，可以通过许多标准或定制协议中之一实现双向通信。因此，启用了许多附加任务，例如通信握手、寻址、状态报告和更广泛的命令结构。换句话说，有源电气元件包括串行通信元件。以这种方式，串行输入/输出线被配置为根据各种串行通信链路技术中之一向有源电气元件30提供数字信号。串行通信技术通常涉及随着时间的推移以单个比特顺序发送或流式传输数据。可选的时钟输入可以被配置为接收时钟信号，该时钟信号为LED像素提供循环信息。在某些实施例中，串行通信(例如，发送或接收)可以包括具有差分信令的高比特率，包括但不限于低电压差分信令(LVDS)、最小转换差分信令(TDMS)、电流模式逻辑(CML)和源耦接逻辑(SCL)。就这一点而言，有源电气元件30可以被配置为接收可选差分输入/输出线和可选时钟差分输入/输出线。某些串行通信技术可以配置有自时钟配置或用于接收自时钟信号的配置，并且因此，可以不需要时钟输入。这种自时钟配置可以包括在有源电气元件内的解码器元件，该解码器元件包括用于时钟恢复的各种解码能力，例如8b/10b编码、曼彻斯特编码、相位编码、带有或不带有定时复位的脉冲计数、等时信号编码或非等时信号编码。其他通信技术可以包括集成电路间(I2C)协议，I3C协议，串行外围接口(SPI)，以太网，光纤信道(FC)，通用串行总线(USB)，IEEE1394或火线，超传输(HT)、无限带宽(IB)、数字多路复用(DMX)、DC-BUS或其他电力线通信协议、航空电子数字视频总线(ADVB)、串行输入/输出(SIO)、控制器局域网(CAN)、ccTalk协议、CoaXPress(CXP)、乐器数字接口(MIDI)、MIL-STD-1553、外围组件互连高速(PCIexpress)、现场总线、RS-232、RS-422、RS-423、RS-485、串行数字接口(SDI)、串行AT附接(串行ATA)、串行附接SCSI(SAS)、同步光学网络(SONET)、同步数字体系(SDFI)、空间线(SpaceWire)、UNI/O总线和1-线等。对于一些配置，有源控制元件30被配置为使用与上述协议中之一兼容的至少一个信号子集操作(例如，发送或接收)，包括但不限于I2C协议。当被布置用于全数字通信时，有源电气元件30被配置为锁存输入数据，实现其他逻辑，以及向显示器的LED像素提供颜色等级或灰度级。在某些实施例中，有源电气元件30可以包括DAC控制的电流驱动器，其中一个或多个DAC包括在有源电气元件30内，具有电流驱动输出。在某些实施例中，有源电气元件30包括PWM驱动器或电流源，其被配置为基于数字输入信号独立地驱动LED像素的每个LED。当有源电气元件30被布置成用于所有数字通信时，可以简化用于LED像素阵列的路径。就这一点而言，在某些实施例中，每个有源电气元件30可以只需要被配置为接收尽可能少的一条通信或信号线，例如图23所示的串行输入/输出线。
图24是示意性示出根据图23的实施例的用于LED显示面板的系统级控制方案的框图，其中LED像素阵列的每个有源电气元件被配置为接收信号线。在图24中，可以提供输入信号、信号解码器、面板位置输入和校准表输入，如前面针对图13所描述的。在某些实施例中，控制元件包括如前面描述的一个或多个串行通信接口或串行通信元件。因此，不需要DAC元件，从而提供了与图21的框图相比简化的配置。取决于特定FPGA或其他控制元件上可用的输出引脚的数量，也可能不需要单独的行/颜色解码器。如图所示，控制元件的输出可以直接与LED阵列通信，其中多个串行输出与多个串行线或LED阵列的LED串通信。在图24中，为了说明的目的，每个LED串被示为具有两列。在实践中，LED串可以布置成不同大小和数量的行和列，或者每个串的电连接可能不遵循所示的行和列。
图25是示出被配置用于根据图23的配置操作的LED面板的路径配置的局部平面图。在图25中，多个LED封装件26以行和列布置以形成LED像素阵列。每个LED封装件26可以包括如前所述的形成LED像素的多个LED(例如，图2的28-1至28-3)、有源电气元件(例如，图2的30)以及多个封装接合焊盘48-1至48-4。在该配置中，控制线116-1至116-4对应于图23的串行输入/输出线、第一和第二电压输入线118-1至118-4和120-1至120-4以及所示的接地连接线122-1至122-4。如图所示，不需要来自DAC(例如，图22的114-1至114-4)的颜色等级控制线，从而提供简化的PCB路径配置。在图25中，包括控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4、以及接地线122-1至122-4的输入电连接全部沿着LED面板的同一平面或层布置。这种配置提供了更简单的结构和制造工艺，以及降低的成本。在其它实施例中，控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4、以及接地线122-1至122-4可以被配置在不同平面上，该不同平面具有不同介电层和通孔布置，以形成到每个LED封装件26的各种连接。在图25中，控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4和接地线122-1至122-4以横跨LED面板的长线性段示出。在某些实施例中，控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4、以及接地线122-1至122-4可以布置成其他配置，例如梳状布线或可以减少各种线之间串扰的其他链式配置。在某些实施例中，控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4、以及接地线122-1至122-4可以不登记于LED封装件26的特定行和列。例如，控制线116-1至116-4、电压线118-1至118-4、120-1至120-4、以及接地线122-1至122-4可以被配置为与横跨LED面板布置成块或其他形状的LED封装件26的子组连接和通信。
在某些实施例中，控制元件和LED显示器的LED封装件之间的信号通信可以包括从控制元件发送包括多个数据包的控制信号。特定数据包可以包括控制信息，例如用于阵列的单独LED封装件的颜色选择数据和亮度等级数据。在某些实施例中，数据包可以包括文件大小，该文件大小包括从低至单比特的数据到非常大的文件大小(例如，大视频文件)的范围。每个数据包还可以包括命令码，该命令码被配置为标识符或一系列标识符，该标识符使阵列的每个LED封装件能够接收命令码并响应数据包或将数据包传递到下一个LED封装件。以这种方式，LED封装件可以被布置成以级联方式从控制信号接收不同数据包。
图26A和图26B是示出根据本文公开的实施例的示例性数据包124的布置的示意图。数据包124包括在数据流126中，该数据流经由控制线从控制元件18发送到LED封装件26的有源电气元件30。在某些实施例中，数据流126可以包括多个数据流，包括其中数据流126包括多个子数据流的级联方法。在某些实施例中，LED封装件26形成如前所述的一个或多个像素(例如，图1A的12)。可能存在布置在LED封装件26之前或之后的附加LED封装件，其被配置为接收数据流126。以这种方式，LED封装件26可以直接从控制元件18接收数据包124，或者通过布置在数据流126中并且在控制元件18和LED封装件26之间的另一LED封装件接收数据包124。数据包124可以包括用于选择和操作LED封装件26的一个或多个LED芯片的信息或数据部分(指示为“数据”)，包括布置在LED封装件26内的每个LED芯片的单独颜色选择和亮度等级数据。该信息或数据还可以包括设置数据、校准数据、温度补偿数据和选项选择数据等。另外，数据包124可以包括用于打开或关闭LED封装件26的一个或多个LED芯片的指令。在某些实施例中，来自数据包124的信息或数据中的至少一些可以存储在LED封装件26内的寄存器中以供以后使用。对于其中LED封装件26形成包括多个LED芯片(例如，红色、绿色和蓝色LED芯片)的一个或多个LED像素的应用，信息或数据可以包括对应于LED芯片中的单个芯片的数据子集。数据包124还可以包括包括命令码(指示为“命令”)的部分，该命令码被配置为数据包124的标识符或一系列标识符，该标识符标识有源电气元件30应该如何响应数据包124。具体地，命令码被配置为标识有源电气元件30要采取的动作。在某些实施例中，该动作包括通过LED封装件26传递数据包124，或者通过LED封装件26的输出端口发送或重发数据包124。在某些实施例中，该动作包括执行LED封装件26内的内部动作，例如驱动LED封装件26内的一个或多个LED芯片以及通过LED封装件26发送数据包124。如本文所使用的，对LED封装件26的内部动作可以包括针对由数据包124或给定时间帧的任何其他相关联的数据包定义的时间帧设置或改变持久状态。持久状态可以包括打开或关闭一个或多个LED芯片、改变LED芯片的颜色或亮度等级、或者设置或更新校准数据等中的一个或多个。在某些实施例中，该动作包括驱动LED封装件26内的一个或多个LED芯片，而不通过LED封装件26发送数据包124。在某些实施例中，该动作包括发送数据包124，而不执行LED封装件26内部的任何其他动作。这样的动作可以至少部分地基于LED封装件26先前接收的一个或多个其他数据包。在进一步的实施例中，由LED封装件26接收的另一数据包或第二数据包可以包括识别要采取的第二动作的第二命令码，第二动作包括通过LED封装件26发送第二数据包。在其它实施例中，第二动作包括驱动LED封装件26内的一个或多个LED芯片，以及通过LED封装件26发送第二数据包。以这种方式，数据包124配置有自我标识。在某些实施例中，数据包124可以包括被配置为提供与数据流126中的另一LED封装件的数据握手的信息。数据握手能力可以包括数据包124的分组开始部分(指示为“BOP”)和/或分组结束部分(指示为“EOP”)，使得LED封装件26可以确认数据包124的接收和/或传送。在某些实施例中，数据流126可以包括空空间部分(表示为“空间”)，该空空间部分是在数据流126中的数据包124之前或之后布置的无数据周期或空传输周期。无数据传输周期可以被配置为控制通信速度并防止用于LED封装件26的控制信号的缓冲器溢出。例如，如果具有不同通信速度或时钟配置的多个LED封装件26被布置为以级联方式从数据流126接收不同数据包，则可能发生数据溢出。因此，可以提供无数据传输周期以确保通信有效地以受控或较慢的速度运行，以避免或减少缓冲器溢出。无数据传输周期也可以被配置为信号通知复位或重启条件，或者信号通知下一帧条件。无数据传输周期可以被配置在相对于数据包124的不同位置，例如如图26A所示，在数据包124之后，或如图26B所示，在数据包124之前。在某些实施例中，数据包124可以包括其他命令，例如对应LED封装件26的基本开或关指令。
图27是示出多个数据包DP1、DP2…DPn从控制元件18到多个LED封装件26-1、26-2…26-n级联流的示意图。在某些实施例中，可以提供任何数量(n)的LED封装件以形成LED显示器。如图所示，控制元件18被配置为将沿着数据流126的多个数据包DP1、DP2…DPn发送到多个LED封装件26-1、26-2…26-n。例如，每个数据包DP1、DP2…DPn可以被配置为如对图26A或图26B的数据包124所描述的。数据包(例如，DP1、DP2…DPn的一个或多个组合)的分组可以形成多个数据集128-1、128-2…128-n中的一个，其对应于数据包DP1、DP2…DPn的特定分组，其由特定LED封装件26-1、26-2…26-n接收。例如，数据集128-1对应于数据包DP1、DP2…DPn的分组，其由第一LED封装件26-1接收，数据集128-2对应于数据包DP2…DPn的分组，其由第二LED封装件26-2接收，依此类推。在某些实施例中，特定数据包(例如，第一数据包DP1)被配置用于相对应的LED封装件(例如，第一LED封装件26-1)。这样，数据包DP1、DP2…DPn由第一LED封装件26-1接收，其被配置为基于第一数据包DP1的第一命令码采取动作，从数据流126中移除第一数据包DP1，并且通过或重发数据包DP2…DPn到相邻的LED封装件26-2。以类似的方式，LED封装件26-2被配置为采取动作并移除数据包DP2，并且通过或重发剩余的数据包DPn。该序列继续直到数据集128-n的剩余数据包DPn被剩余的LED封装件26-n接收为止。对于某些显示应用，每个LED封装件26-1、26-2…26-n将根据其相应的数据包DP1、DP2…DPn保持工作状态，直到控制元件18发送对应LED封装件26-1、26-2…26-n的新数据集128-1。在某些实施例中，控制元件18可以被配置为提供数据流126的一部分，例如位模式/码或传输延迟，其向LED封装件26-1、26-2…26-n指示之前的数据集128-1、128-2…128-n是完整的，并且寻找下一个数据集128-1、128-2…128-n。对于不同数据集128-1、128-2…128-n之间的传输延迟，时间延迟可以包括从1微秒到0.1秒的范围，该范围为LED封装件26-1、26-2…26-n提供足够的超时以开始寻找下一个数据集128-1、128-2…128-n。对于LED显示应用，每个数据集128-1、128-2…128-n可以对应于用于LED显示器的数据帧或视频帧。对于其他LED应用，每个数据集128-1、128-2…128-n可以对应于工作状态，例如一般照明色点和/或亮度等级，或者由LED封装件26-1、26-2…26-n共同提供的静态图像。在某些实施例中，为第一LED封装件26-1配置的第一数据包DP1可以包括与第二数据包DP2相同的数据长度。在其他实施例中，第一数据包DP1可以包括大于第二数据包DP2的数据长度的数据长度，以便将更多信息，例如颜色选择数据、亮度等级数据、设置数据、校准数据、温度补偿数据和/或选项选择数据传送到第一LED封装件26-1。
图28是示出多个数据包DP1、DP2…DPn从控制元件18到多个LED封装件26-1、26-2…26-n的级联流的示意图以及一个或多个对讲数据包TB1、TB2…TBn到控制元件18的流。如对图27所描述的，控制元件18和数据流126向数据集128-1、128-2…128-n提供数据包DP1、DP2…DPn到LED封装件26-1、26-2…26-n的分组。在图28中，第一LED封装件26-1被配置为接收并采取动作以从数据流126中移除第一数据包DP1，并且随后用数据集128-2中的第一对讲数据包TB1或离开第一LED封装件26-1的数据流126替换第一数据包DP1。以类似的方式，剩余的LED封装件26-2…26-n可以被配置为接收相应的数据包DP2…DPn，并且随后用相应的对讲数据包TB2…TBn替换它们。对讲数据包TB1、TB2…TBn然后可以形成数据集128-c，该数据集被配置为将关于LED封装件26-1、26-2…26-n的信息传送回控制元件18以用于监测。在某些实施例中，对讲数据包TB1、TB2…TBn被配置为传送LED封装件26-1、26-2…26-n的一个或多个状态，例如工作温度、工作电流或其他工作状态中的一个或多个，使得控制元件18可以基于一个或多个对讲数据包TB1、TB2…TBn改变或添加附加数据到后续数据集128-1、128-2…128-n。对讲数据包TB1,TB2…TBn还可以被配置为向控制元件18提供数据校验和奇偶校验或其他数据验证。在这样的实施例中，一个或多个数据包DP1、DP2…DPn的命令码可以包括被配置为引导或提示相应LED封装件26-1、26-2…26-n的有源电气元件以提供对讲数据包TB1,TB2…TBn的代码或信号。因此，一个或多个LED封装件26-1、26-2…26-n和每个LED封装件26-1、26-2…26-n内的相应的有源电气元件可以被配置为接收输入数据(例如，一个或多个数据包DP1、DP2…DPn)以及引入附加数据(例如，一个或多个对讲数据包TB1、TB2…TBn)到数据流126。
图29是示出来自控制元件18的多个数据包DP1、DP2…DPn的级联流的示意图，级联流额外包括数据包DPALL-1、DPALL-2，数据包DPALL-1、DPALL-2被配置为向接收数据流126所有的LED封装件26-1、26-2…26-n提供信息。如对图27所描述的，控制元件18和数据流126向LED封装件26-1、26-2…26-n提供数据集128-1、128-2…128-n，这些数据集包括数据包DP1、DP2…DPn的分组。在某些实施例中，数据集128-1、128-2…128-n额外包括一个或多个数据包DPALL-1、DPALL-2，数据包DPALL-1、DPALL-2被配置作为所有LED封装件26-1、26-2…26-n的公共或广播数据包。就这一点而言，第一LED封装件26-1被配置为接收和响应于数据包DPALL-1、DPALL-2，并且额外沿着数据流126传递或重传数据包DPALL-1、DPALL-2，使得剩余的LED封装件26-2…26-n也可相应地接收和响应。在某些实施例中，数据包DPALL-1、DPALL-2中的一个或多个引导所有LED封装件26-1、26-2…26-n打开或关闭，或响应于用户输入或环境光感测为所有LED封装件26-1、26-2…26-n提供亮度等级。在其他实施例中，数据包DPALL-1、DPALL-2中的一个或多个可以被配置为引导LED封装件26-1、26-2…26-n提供如图28所述的对讲数据包TB1、TB2…TBn。在某些实施例中，相同的数据集128-1、128-2…128-n可以包括第一数据包DPALL-1和第二数据包DPALL-2，每个数据包向LED封装件26-1、26-2…26-n提供不同的公共指令，如DPALL-1指示LED封装件26-1、26-2…26-n打开以及DPALL-2提供了针对LED封装件26-1、26-2…26-n的公共亮度设置。在图29中，在数据集128-1、128-2…128-n的开始和结束处示出了数据包DPALL-1、DPALL-2；然而，在其他实施例中，数据包DPALL-1、DPALL-2可以布置在数据集128-1、128-2…128-n内的任何位置。在某些实施例中，数据包DPALL-1，DPALL-2可以通过LED封装件26-n重新发送，以形成由控制元件18接收的数据集128-c。
图30是示出来自控制元件18的多个数据包DP1、DP2…DPn的级联流的示意图，级联流额外包括一个或多个连续数据包CDP2，其被配置为向LED封装件26-1、26-2…26-n中的至少一个提供附加信息。如对图27所描述的，控制元件18被配置为向LED封装件26-1、26-2…26-n提供数据集128-1、128-2…128-n，这些数据集包括数据包DP1、DP2…DPn。在某些实施例中，数据集128-1、128-2…128-n额外包括连续数据包CDP2，其被配置为向LED封装件26-1、26-2…26-n中的至少一个(例如，图30中的第二LED封装件26-2)提供附加数据或信息。就这一点而言，在数据流126的数据集128-1、128-2…128-n中，连续数据包CDP2被布置在数据包DP2之后和数据包DP3之前。此外，可以配置连续数据包CDP2的命令码，使得第一LED封装件26-1传送连续数据包CDP2，并且第二LED封装件26-2在移除并响应于数据包DP2之后移除并响应连续数据包CDP2。在某些实施例中，连续数据包CDP2包括颜色选择数据和/或亮度等级数据，其可以是从数据包DP2接收的颜色选择数据和/或亮度等级数据的补充。在某些实施例中，连续数据包CDP2包括设置数据、选项选择数据和校准数据中的至少一个。例如，在某些实施例中，LED封装件26-1、26-2…26-n中的一个或多个的有源电气元件30可以被布置成没有闪存，并且如本文所公开的连续数据包CDP2可以被配置为在复位或初始启动条件之后提供一个或多个传递函数。传递函数可以包括温度补偿信息、伽马函数等。
根据本文公开的实施例，多个LED封装件可以串行布置以接收数据包的级联流。多个LED封装件可以形成LED封装件阵列，该LED封装件阵列可以形成LED显示面板、LED标志面板或通用照明面板的至少一部分。在这样的实施例中，一个或多个LED封装件可以包括如前所述的有源电气元件，其接收一个或多个数据包并对其采取动作。在某些实施例中，LED封装件阵列可以以蛇形(serpentine，蜿蜒)排列的方式布置在面板上，蛇形排列被配置为提供数据包的级联流，同时还提供LED封装件之间电路径或迹线的减少的印迹。
图31是示出被配置用于根据本文公开的实施例操作的LED面板130的路径配置的局部平面图。在图31中，多个LED封装件26以行和列布置以形成LED像素阵列。每个LED封装件26可以包括如前所述的形成LED像素的多个LED(例如，图2的28-1至28-3)、有源电气元件(例如，图2的30)以及多个封装接合焊盘48-1至48-4。在图31中，每个LED封装件26的封装接合焊盘48-1、48-3被配置为通信端口，用于发送和接收数据流的数据包的级联流。具体地，每个封装接合焊盘48-3被预先分配为数据流的输入端口(对于数据输入表示为“DIN”)，并且每个封装接合焊盘48-1被预先分配为数据流的输出端口(对于数据输出表示为“DOUT”)。每个封装接合焊盘48-2被配置为电压端口(VDD)，并且每个封装接合焊盘48-4被配置为接地端口(GND)。以这种方式，可以在LED面板130右下角的LED封装件26的封装接合焊盘48-3处接收数据流(指定为“输入”)。然后，数据流的至少一部分可以经由封装接合焊盘48-1离开LED封装件26，以被相邻的LED封装件26接收。用于数据流的多条通信总线132-1至132-3被布置成将一个LED封装件26的封装接合焊盘48-1与下一个LED封装件26的封装接合焊盘48-3连接。在某些实施例中，通信总线132-1至132-3被布置成以蛇形方式串联连接LED封装件26。在图31中，通信总线132-1至132-3从右至左穿过LED面板130的底部行，并从左至右穿过从底部行向上的下一行，串联连接LED封装件26。对于LED面板130的每一附加行重复该序列以形成蛇形排列。取决于行与行之间串联连接的交替方向，不同的通信总线132-1至132-3可以包括不同的长度，以在串联连接的LED封装件26的封装接合焊盘48-1和48-3之间进行连接。例如，通信总线132-1可以包括较短的长度，并且与具有较长长度的通信总线132-3逐行交替。如图所示，通信总线132-2被布置成将一行连接到另一行，并且可以包括与通信总线132-1相同或类似的长度。以这种方式，所有通信总线132-1至132-3可以布置在LED面板130的同一层或平面上，同时为到LED封装件26的数据流提供串联连接。尽管未示出，但用于LED封装件26的至少一些电力连接可以布置在与通信总线132-1至132-3不同的层或平面上。
图32是示出根据本文公开的实施例的包括具有可选择性地分配或双向通信端口的多个LED封装件26的LED面板134的路径配置的局部平面图。在图32中，多个LED封装件26以行和列的蛇形方式布置和连接，以形成LED像素阵列。每个LED封装件26可以包括如前所述的形成LED像素的多个LED(例如，图2的28-1至28-3)、有源电气元件(例如，图2的30)以及多个封装接合焊盘48-1至48-4。在图32中，封装接合焊盘48-2(VDD)和封装接合焊盘48-4(GND)以与图32类似的方式配置，而每个LED封装件26的封装接合焊盘48-1(D2)、48-3(D1)被配置为用于发送和接收数据流的数据包的级联流的通信端口。如图所示，以与图31类似的方式，每个封装接合焊盘48-1布置在每个LED封装件26的左上角，并且每个封装接合焊盘48-3布置在每个LED封装件26的右下角。在图32中，封装接合焊盘48-1、48-3被配置为基于通信总线132-1至132-3如何布置以通过每个LED封装件26输入和输出数据流而可选择性地分配的通信端口。就这一点而言，通信总线132-1至132-3可以被布置成从每个LED封装件26的封装接合焊盘48-1、48-3中的任一个输入或输出数据流。在启动时或在LED面板134的复位之后，当某个LED封装件26最初接收数据流时，LED封装件26的有源电气元件由此被配置为识别从数据流接收输入信号的第一和第二通信端口中的第一个(例如封装接合焊盘48-1、48-3中的一个)，选择性地将第一和第二通信端口中的第一个分配为输入端口，并选择性地将第一和第二通信端口中的第二个(例如封装接合焊盘48-1、48-3中的另一个)分配为输出端口。以这种方式，封装接合焊盘48-1、48-3可以被配置为每个LED封装件26内的双向通信端口。因此，某些LED封装件26可以具有被分配为输入端口的封装接合焊盘48-1，而同一LED面板134中的其他LED封装件26可以具有被分配为输出端口的封装接合焊盘48-1。在某些实施例中，每个LED封装件26的有源电气元件可以包括被配置为选择性地分配输入和输出通信部分的电路。例如，有源电气元件可以包括电路，该电路包括三态缓冲器，使得当接收到输入通信信号时，有源电气元件可以在寄存器中分配输入端口和输出端口。通过提供这样的可选择性地分配的通信端口，在LED封装件26之间通信总线132-1到132-3的路径可以以减小的长度简化，从而为LED面板134提供更低的成本并实现更高的分辨率。
图33是示出根据本文公开的实施例的包括具有可选择性地分配通信端口的多个LED封装件26的LED面板136的另一路径配置的局部平面图。在图33中，多个LED封装件26以行和列的蛇形方式布置和连接，以形成LED像素阵列。每个LED封装件26可以包括如前所述的形成LED像素的多个LED(例如，图2的28-1至28-3)、有源电气元件(例如，图2的30)以及多个封装接合焊盘48-1至48-4。在图33中，封装接合焊盘48-1至48-4中的一些设置有与图32所示不同的布置。具体地，封装接合焊盘48-1被配置为图33中的接地端口(GND)，封装接合焊盘48-2保持电压端口(VDD)，并且封装接合焊盘48-3(D1)、48-4(D2)被配置为可选择性地分配的通信端口。以这种方式，可选择性地分配的通信端口在同一LED封装件26内彼此靠近地布置，并且更接近相邻LED封装件26的可选择性地分配的通信端口。因此，通信总线132-1、132-2可以通过减少LED封装件26之间的长度而进一步简化。具体地，通信总线132-1可以沿着LED面板136的每一行在相邻LED封装件26之间形成直线。较长的通信总线132-2将一行连接到另一行，并围绕LED面板136的外围布置。
图34是示出根据本文公开的实施例的图33的LED面板136的路径配置的局部平面图，其中增加了电压线118和接地线122。通过使多个LED封装件26具有一个或多个可选择性地分配的通信端口(例如，封装接合焊盘48-1至48-4中的一个或多个)，通信线132-1、132-2的简化路径布置允许用于LED面板136的电压线118和接地线122的简化路径布置。具体地，这种路径配置允许通信线132-1、132-2、电压线118和接地线122都布置在LED面板136的同一层或平面上。在某些应用中，将电压线118或接地线122中的一个或多个布置在与通信总线132-1、132-2不同的平面上可能是有益的，以改善功率分布，减小由迹线电阻引起的电压下降，并减小来自串扰和其他源引起的噪声。在某些实施例中，通信总线132-1、132-2和电压线118可以布置在LED面板136的第一层或平面上，并且接地线122可以布置在LED面板136的第二层或平面上，其中，电通孔将接地线122连接到每个LED封装件26的封装接合焊盘48-1。可以提供在LED面板136的第二层或平面上的子集分布以减少电通孔的数量。
在图31至图34中的每一个中，LED封装件26被示出具有四个封装接合焊盘48-1至48-4。应当理解，在某些实施例中，图31至图34中任何一个所示的LED封装件26可以包括额外数量的封装接合焊盘。在某些实施例中，LED封装件26可以具有至少两个附加封装接合焊盘，其被配置为提供时钟信号输入和时钟信号输出，以为LED封装件26提供同步或其他时序序列。在某些实施例中，串联连接的LED封装件26可以配置有自时钟配置或用于接收自时钟信号的配置，并且因此，可以不需要时钟输入。在某些实施例中，附加封装接合焊盘可以被配置为接收额外的电压输入以节省功率。例如，与LED封装件26内的一个或多个蓝色或绿色LED芯片相比，同一LED封装件26内的一个或多个红色LED芯片可以以不同的电压输入在较低的电压下运行。此外，有源电气元件30中的一个或多个逻辑电路布置可在具有不同电压输入的较低电压下运行。
如本文所公开的，串联连接的LED封装件26可以被配置为具有温度或其他补偿、校准、校正或传递函数能力。这种能力或技术可以包括使用一个或多个查找表、基于传递系数的计算、以及查找表与提供分段连续传递函数的传递系数计算的组合。在某些实施例中，数据包DP、连续数据包CDP或公共或广播数据包DPALL中的一个或多个可以包括命令码，该命令码被配置为提示一个或多个LED封装件26中的有源电气元件允许从这种查找表和/或传递系数计算到数据流126中的单个LED封装件26、LED封装件26的子组或所有LED封装件26的通信。
如本文所公开的，公开了包括有源电气元件的LED封装件，该有源电气元件被配置为从数据流接收数据并且至少部分地响应于所接收的数据而采取一个或多个动作。在某些实施例中，有源电气元件可以基于由从数据流接收的数据识别的命令，结合LED封装件的当前状态或有源电气元件接收的先前命令中的一个或多个，而采取一个或多个动作。
图35是示出根据本文公开的实施例的用于有源电气元件的各种输入和相应动作的示意图。如图所示，有源电气元件30被配置为接收输入数据流126A，并根据数据流126A和用于标识要采取的一个或多个相应动作140-1至140-n的各种输入和内部状态138-1至138-n而采取动作。具体地，一个或多个输入和内部状态138-1至138-n由有源电气元件30的控制逻辑141接收。一个或多个输入或内部状态138-1至138-n包括有源电气元件30(和对应的LED封装件26)的当前状态138-1、对应于从输入数据流126A的当前部分接收的命令码的当前命令138-2、对应于从输入数据流126A的先前部分接收的先前命令码的先前命令138-3，以及一个或多个附加输入(…138-n)。当前状态138-1可以包括有源电气元件30的复位或启动条件，例如将寄存器复位到初始状态。如果LED封装件26布置有双向通信端口，则初始状态可以包括复位双向通信端口以寻找输入信号。当前状态138-1还可以包括等待来自一个或多个通信端口的数据输入。在从输入数据流126A接收数据之后，当前状态138-1可以包括保持LED封装件26的操作条件，或者实施公共或广播命令以及任何对应的连续数据命令。当接收到当前命令138-2时，有源电气元件30的控制逻辑141然后可以基于控制逻辑141输入和内部状态138-1到138-n的一个或多个组合来识别要采取的一个或多个动作140-1到140-n，并且可以包括改变当前状态138-1。一个或多个动作140-1到140-n可以包括将数据140-1从输入数据流126A发送或重发到输出数据流126B，将LED数据140-2(例如对讲数据包)发送到输出数据流126B，或任何数量的其他动作140-3、140-4…140-n，包括使LED芯片或LED封装件26的其他元件通电，打开或关闭LED封装件26的输出，根据接收的输入数据流126A向校准寄存器发送数据，将LED封装件26的双向通信端口识别和分配作为输入端口和输出端口中的不同端口，根据输入或输出数据流126A/126B改变数据速率，为LED封装件26实施特定的一组选项，或改变LED封装件26的驱动条件。就这一点而言，有源电气元件30可以包括有限状态机，其被配置为基于当前或先前输入命令和LED封装件26的一个或多个有限或当前状态来识别和采取动作。
图36是示出根据本文公开的实施例的包括有限状态机142的有源电气元件30的示意图。有源电气元件30可以根据对应于图35的当前状态138-1的任意数量的状态144-1到144-4来配置。启动或复位状态144-1可以包括初始状态，用于将寄存器和通信端口复位到初始状态。在启动或复位状态144-1之后，有源电气元件30可以前进到通信端口设置状态144-2，其中有源电气元件30等待来自数据流的数据输入。在接收到数据输入后，有源电气元件30可以为相应的LED封装件分配输入端口和输出端口。根据从各种输入信号接收的命令码，有源电气元件30可以前进到命令状态144-3、144-4中之一。命令状态144-3对应于根据接收到的命令码实现和/或保持有源电气元件30的单独LED封装件的操作条件。命令状态144-4对应于实现和/或保持数据流中针对所有LED封装件的公共或广播操作条件。在正常操作中，在根据接收到的各种命令码以及诸如超时条件之类的其他条件在命令状态144-3、144-4之间前进和循环之前，有源电气元件30可以从启动或复位状态144-1前进到通信端口设置状态144-2。如图所示，所有各种状态144-1至144-4都可以循环回到自身，直到提供条件或命令以将有源电气元件30改变到各种状态144-1至144-4中的另一个。在某些实施例中，命令或条件可以将各种状态144-1至144-4中的一个改变为各种状态144-1至144-4中的不同一个，如由各种状态144-1至144-4中的不同状态之间的虚线所指示的。尽管仅示出了四个状态144-1至144-4，但根据本文公开的实施例，有源电气元件30和有限状态机142可以具有附加状态。因此，提供图36作为有源电气元件30的基本操作的高级概念图。可以理解，相同的操作可以用许多不同的方式来表示，例如将命令状态组合成一个，并将第一命令条件降级为从属状态。在某些实施例中，所有状态144-1至144-4可以被配置有一个或多个超时条件，该超时条件将特定状态144-1至144-4改变为状态144-1至144-4中的前一个，状态144-1至144-4可最终强制复位条件。就这一点而言，有源电气元件30可以避免卡在无响应状态144-1至144-4中。
在本文公开的某些实施例中，LED封装件包括有源电气元件，其被配置为检测LED封装件内的一个或多个LED的不良操作条件或相应的错误信号。在某些实施例中，有源电气元件可以被配置为向一个或多个LED提供正向和反向偏置状态并在两者之间切换。提供正向偏置状态以激活或开启一个或多个LED，并且可以向一个或多个LED单独提供反向偏置状态以用于其他能力，包括电流泄漏测量和反向偏置电压测量。在某些实施例中，有源电气元件可以被配置为提供对一个或多个LED的驱动信号的正向电压监测和相应的调整。公开了包括多个LED封装件的LED面板，该LED封装件被配置为提供正向和反向偏置状态。LED面板可以被配置为使得一个或多个LED封装件能够在启动时或在其他间隔或时间运行自检例程。这种自检例程可以包括针对每个LED封装件内的任何LED，将反向泄漏测量与反向泄漏要求进行比较，并将正向电压测量与正向电压要求进行比较。这种自检例程还可以包括对任何LED的温度评估。在某些实施例中，反向泄漏测量和正向电压测量可以被添加到或可以替换被传回控制元件(例如，图28的18)的数据。响应于不合适的反向泄漏值，特定LED封装件的有源电气元件可以在LED面板的正常操作期间关闭LED封装件内的特定LED、关闭LED封装件内的LED像素、或关闭整个LED封装件，以免从其他LED、LED像素或LED封装件汲取电流。响应于正向电压测量中的偏差，特定LED封装件的有源电气元件可以响应地调整封装件内的一个或多个LED的驱动信号，例如PWM信号。在某些实施例中，示例性自检例程可以包括循环通过每个LED以执行初始亮度测量，执行内部反向泄漏和/或正向电压测量，以及经由LED颜色或脉冲序列提供一个或多个诊断信号以供外部机器检测和解码。在某些实施例中，自检例程可以提供指示封装件内LED的通过或失败条件中的至少一个的输出信号。输出信号可以作为数字信号传送到电端口。在其他实施例中，输出信号可以作为光信号通过封装件内的一个或多个LED进行通信。在某些实施例中，自检例程可以重复步骤，其中以较慢的方式电激活LED，以便向人类观察者提供可见信号。以这种方式，光信号可以包括可以从一个或多个LED以预定颜色、持续时间和/或计数闪烁来解释的码。在某些实施例中，光信号可以首先以人类观察者无法检测或难以检测的高速传送，然后以较低的速度传送以提供用于人类检测的人类可读代码。LED封装件可以被配置为在电源启动时自动执行这样的自检例程，或者LED封装件可以被配置为在直接连接到单独的电源进行测试时执行这样的自检例程。此外，可以在通电时的高速通信和低速通信码之间提供时间延迟，低速通信码足够低而使得控制器有时间在显示或发送低速通信之前发送命令以停止自检例程。因此，当第一次通电时，显示屏可能仅根据较高速通信闪烁，并且主控制器可以在通电后几乎立即发送全关命令。以这种方式，在通电期间以较高速度的初始闪烁将很难被人类观察者检测到。
图37至图42作为一般示意图和框图提供表示与本文描述的有源电气元件相关的概念。尽管图37至图42被示为一般示意图和框图，但在各种实施例中可以存在各种配置以及附加的支持元件和电路。在图37至图42中，连接不同元件的任何线路可以包括单线或多线，这取决于应用和所传输的信号(例如，模拟或数字)的类型。同样，这些图旨在以总体的方式传达概念。为了实现所需的功能和性能，可能需要添加其他电阻、电容和有源元件。还考虑了其他布置，例如源级和/或下沉式驱动器。此外，诸如使用具有多路复用器开关的一个ADC而不是用于每个节点的单独ADC输入的其他布置被理解在本公开的范围内。同样地，单独的电压输入可以用于不同电压要求的LED(例如，与用于绿色或蓝色LED的电压输入相比，用于红色LED的单独的电压输入)。
图37是示出根据本文公开的实施例的其中有源电气元件30被配置为检测至少一个LED 146的正常或不良操作条件的实施例的示意图。如图所示，有源电气元件30的驱动器148基本上是有源电气元件30的模拟接口，并且包括设置有高电阻器值(例如，10000-100000欧姆)的上拉电阻器R6、阈值检测器150、以及具有不同电阻值的电阻器网络R1-R5，其中选择开关FET1-FET3分别与电阻器R3-R5耦接。阈值检测器150可以包括比较器/运算放大器配置，用于将错误(ERR)信号传送到控制逻辑141。这些错误信号可以包括LED1的电短路或开路状态等。控制逻辑141是有源电气元件30的数字接口，并且包括与驱动器148耦接的电阻器选择(R-Select)和PWM电路。LED 146的阴极与上拉电阻器R6、阈值检测器150和电阻器网络R1-R5耦接。在正常操作中，选择开关FET1-FET3允许选择电阻器R3-R5以提供预定电流限制，并且选择开关FET4与控制逻辑141的PWM电路耦接以提供对LED 146的亮度控制。当LED 146处于电短路状态时，将错误检测为高电压，例如高于2V或高于3V，并将相应的错误信号传送到控制逻辑141。当LED 146处于电开路状态时，取决于具体地电阻器选择，错误被检测为低电压，例如低于0.5V。虽然仅示出了LED 146，但本文描述的构思也适用于多个LED布置，其中单独的或多路复用的阈值检测器150与每个LED一起配置。与先前描述的实施例一样，如图37中配置的有源电气元件30可以与一个或多个LED(例如，LED 146)结合到相同的LED封装件中。另外，有源电气元件30可以被配置为与另一控制元件(例如，图1B的控制元件18)通信并响应来自另一控制元件的命令。
图38是示出根据本文公开的实施例的其中有源电气元件30被配置为向至少一个LED 146提供正向和反向偏置状态的实施例的示意图。在某些实施例中，控制逻辑141包括反向偏置控制输出信号，该反向偏置控制输出信号利用适当的有源元件，被配置为根据输出信号向LED 146提供近VSS或近VDD电压电平。由于术语“反向偏置”意味着控制逻辑141输出上的高电平产生反向偏置条件，因此输出信号可以简单地与驱动器148中设置的反相器152耦接。因此，取决于具体工作状态，LED 146可以是正向偏置或反向偏置。反相器152或反相器逻辑元件可以具有足够的输出特性来驱动LED 146。与其他方面一样，可能需要添加其他元件来满足所有要求。在图38中，ADC 154被配置为检测与LED 146的操作条件相关的LED146处的电压。因此，ADC 154被布置成替换图37的阈值检测器150。在某些实施例中，ADC154包括布置在驱动器148中的电阻-电容(RC)电路或模拟滤波器和布置在控制逻辑141中的数字滤波器电路中的至少一个。ADC 154可进一步包括比较器、具有数字反馈的采样元件和数字域中的附加滤波。还设想了用于模数转换的其他布置/方法。为了测量诸如LED 146的反向泄漏的操作条件，控制逻辑141可以向LED 146施加反向偏压，使得LED 146的阳极变得接近0V。在PWM电路关闭的反向偏压状态下，如果LED 146显示出适当的低反向泄漏，则耦接到上拉电阻器R6的LED 146的阴极将接近Vdd。如果LED 146在反向偏置状态下泄漏，则LED146的阴极将具有较低的电压。这可以由ADC 154或限制传感器感测，并由控制逻辑141使用以采取适当的动作，例如关闭LED 146并通过通信协议通知主控制元件18。就这一点而言，ADC 154可以形成电平传感器，其被配置为在LED 146处于反向偏置状态时提供错误信号。因此，ADC 154被配置为检测与LED 146处于反向偏置状态时LED 146的操作条件相关的电压。
在其他实施例中，控制逻辑141可以响应于检测到的反向泄漏而关闭LED封装件内的一个或多个LED，或者控制逻辑141可以关闭整个LED封装件。在其他实施例中，控制逻辑141可以响应于检测到的反向泄漏来调整到LED 146的控制信号。如图所示，驱动器148可以包括电阻器网络R1-R5和选择开关FET1-FET4，并且控制逻辑141可以包括R选择电路和PWM电路，如图37所述。如上所述，在LED 146的反向偏置状态期间，PWM电路将被关闭。在某些实施例中，有源电气元件30的这种配置可以允许调节和改进对LED 146的操作条件的控制，而不仅仅是检测电压电平和仅响应于通过(pass)和失败状态。电阻器网络R1-R5用作LED 146的限流电路，并且以这种方式，在没有主动反馈的情况下，不会响应于小的LED电压变化精确地控制LED 146的电流。这些变化通常在LED 146的使用寿命期间观察到。来自ADC 154的对LED 146的正向电压电平反馈可用作计算的一部分，以确定和/或调整LED 146的PWM工作周期。例如，如果ADC 154检测到LED 146的正向电压电平降低，则控制逻辑141可以响应地增加LED 146的PWM工作周期，以补偿否则将观察到的亮度差异。该伪电流控制可能优于其他电流控制方法，因为它需要更少的资源(例如，额外的芯片空间和功率)来实现。与LED146的正向电压电平反馈一起，传输曲线、温度补偿数据和输入亮度等级数据也可以是用于确定和调整PWM工作周期的计算的一部分。另外，由于ADC 154可以向控制逻辑141提供LED146的电压电平监测，因此还可以检测到LED 146的电短路或电开路状态。以这种方式，ADC154被配置为在LED 146处于正向偏置状态时检测与LED 146的操作条件相关的电压，例如正向电压电平。根据本文公开的实施例，ADC 154可以被配置为将测量数据(例如，反向泄漏和正向电压测量)发送到有源电气元件30，用于串行输出到主控制元件(例如，图1B的控制元件18)。虽然在图38中仅示出了LED 146，但本文描述的思想也适用于多个LED布置，其中用每个LED配置单独的ADC 154，或者开关网络(例如，多路复用器)允许一个ADC 154从多个LED进行电压测量。与先前描述的实施例一样，如图38中配置的有源电气元件30可以与一个或多个LED(例如，LED 146)结合到相同的LED封装件中。
图39是示出根据本文公开的实施例的在有源电气元件30中用电流源156替换图38的电阻器网络R1-R5和相应选择开关FET1-FET3的实施例的示意图。在图39中，如图38所述，上拉电阻器R6和反相器152与LED 146耦接。电流源156被配置为向LED 146提供可选择(例如，几个级别)或可调节(例如，许多级别)的电流。由于电流源156的示意图比图38的电阻器网络R1-R5和相应的选择开关FET1-FET3更通用，因此随后的图将使用电流源156来表示用于控制LED电流的任何方法，包括图38的电阻器网络R1-R5和相应的选择开关FET1-FET3。控制逻辑141包括电流选择电路(或图37的电阻器选择电路)，其通常用于基于LED 146的芯片尺寸等来设置最大电流或亮度等级。这样的选择通常可以在初始设置时进行，之后不一定要改变。在某些实施例中，可以省略PWM，并且LED 146可以由电流源156单独运行，如前面用图11E的Howland电流泵所描述的。在某些实施例中，电流源156配备有内置反馈，因此，可以不需要来自ADC 154的反馈。在某些实施例中，温度测量反馈可由ADC 154的一个或多个组件提供给电流源156。虽然在图39中仅示出了LED 146，但本文描述的构思也适用于多个LED布置。与先前描述的实施例一样，如图39中配置的有源电气元件30可以与一个或多个LED(例如，LED 146)结合到相同的LED封装件中。
图40是示出与图39的示意图类似的多个LED实施例的示意图。如图所示，有源电气元件30中的上拉电阻器R6-1至R6-3中的单独电阻器耦接到多个LED 146-1至146-3中的相应LED。此外，LED 146-1至146-3中的每一个与对应的ADC 154-1至154-3和对应的电流源156-1至156-3耦接。在图40中，反相器152被配置为对于LED 146-1至146-3中的每一个，从正向偏置状态改变或切换到反向偏置状态。在其他实施例中，有源电气元件30可以包括用于LED 146-1至146-3中的每一个的单独的反相器152。如前所述，单独的Vdd电压输入可用于通过在有源电气元件30内以其各自的电压电平以较少的功率耗散驱动LED 146-1至146-3来节省功率。虽然示出了电流源156-1至156-3，但电阻器网络(例如，图38的R1-R5)和选择开关(例如，图38的FET1-FET3)也可以配置用于LED 146-1至146-3中的每一个。因此，图40的有源电气元件30被配置为针对每个LED 146-1至146-3提供电开路检测、电短路检测、正向电压监测和反向泄漏监测，并响应地调节或关闭LED 146-1至146-3中的单独的LED或LED组。与先前描述的实施例一样，如图40中配置的有源电气元件30可以与LED 146-1至146-3结合到相同的LED封装件中。虽然示出了多个ADC 154-1至154-3，但是可以提供单个ADC来检测多个节点处的电压或电压电平，使得单个ADC被配置为提供多个LED 146-1至146-3的反向泄漏测量和正向电压测量中的至少一者。
图41是示出根据本文公开的实施例的配置有多个端口的图40的有源电气元件30的示意图，该多个端口包括电源电压Vdd、接地Vss和双向通信端口(输入/输出(I/O)端口1和I/O端口2)。在图41中，除了示意图左侧的Vdd、Vss、I/O端口1和I/O端口2的四个端口之外，有源电气元件30还包括示意图右侧的四个端口，它们与LED 146-1至146-3耦接。如图所示，LED 146-1至146-3与反相器152、上拉电阻器R6-1至R6-3、ADC 154-1至154-3以及电流源156-1至156-3电耦接，如前所述。在其他实施例中，电流源156-1至156-3可以用相应的电阻器网络和选择开关代替，如前所述。双向通信端口I/O端口1和I/O端口2与一个或多个I/O缓冲器158电耦接。I/O缓冲器158包括电路(例如，各种缓冲器和三态缓冲器)，其与控制逻辑141一起被配置为基于有源电气元件30在系统内的连接方式而将双向通信端口I/O端口1和I/O端口2分配为输入(数据输入)或输出(数据输出)通信端口。响应于在双向通信端口I/O端口1和I/O端口2中任一个处的输入数据连接，控制逻辑141将相应地分配输入端口方向和输出端口方向。控制逻辑141可以包括一个或多个附加元件，其在图41中总体示出，例如存储器元件、时钟或振荡器、和/或滤波器和ADC，其连接到温度传感器和电阻器-电容器以提供热管理能力。在某些实施例中，ADC 154-1至154-3中的一个或多个或单独的ADC可以被配置为通过测量由温度传感器提供的电压来提供温度测量。
图42是示出根据本文公开的实施例的配置有极性不可知或独立于极性的输入能力的图41的有源电气元件30的示意图。如图所示，开关网络160，例如有源开关网络，可以被布置为从输入端口或引脚接收多个连接(例如，端口P1-P4)或与多个连接连接，并将单独的信号线配置为Vdd、Vss、数据输入和数据输出信号线中的一个。因此，端口P1-P4形成多个极性不可知的连接端口，这些连接端口被布置成接收或发送各种信号。在某些实施例中，开关网络160包括被配置为自配置的电路，而不管端口P1-P4的连接顺序如何。用于开关网络160的示例性电路可以包括有源控制开关的网络，例如具有根据在输入上感测的电压电平偏置的栅极的多个MOSFET。在某些实施例中，开关网络160可以为图41的I/O缓冲器158提供部分功能。因此，在某些实施例中，希望将图41的I/O缓冲器158的功能组合到开关网络160中。如图42的有源开关网络160内的虚线所示，端口P1-P4中的每一个单独的端口能够连接为Vdd、Vss、数据输入和数据输出信号线中的任何一个。以这种方式，LED封装件的有源电气元件30可以包括开关网络160和一个或多个双向通信端口，使得LED封装件的封装接合焊盘(例如，图2I的48-1至48-4)形成可连接到Vdd、Vss、输入通信和输出通信中的任何一个的极性不可知的连接端口。对于输出通信，多个端口(例如，端口P1-P4)中的至少一个可以相应地配置为输出通信端口。由于开关网络160也包括电源，因此必须首先指定电源引脚并将其切换到适当的节点。这种电力输入可以通过无源电路(例如，控制FET栅极的RC网络)来实现。作为示例，图43是示出可用于向图42的开关网络160提供初始电力的四输入整流器162的一般示意图。如图所示，端口P1-P4中的每一个与诸如双极二极管、肖特基二极管等的一对低电压组件耦接。由于它们的压降(特别是对于低电压LED组件)，这种二极管可能消耗太多的功率，因此，四输入整流器162可能仅用于最初为图42的开关网络160供电，之后可使用有源元件和逻辑来进行最终的开关连接。以这种方式，图42的电源开关网络然后可以使用诸如MOSFET的低电压开关来提供电源引脚的低电阻路径，绕过二极管整流器(例如，图43的162)。在某些实施例中，MOSFET可以包括在与四输入整流器162组合使用的开关网络160的有源整流器中。在其他实施例中，通过用有源控制的开关(例如包括MOSFET和/或双极结型晶体管的晶体管)替换图43中所示的每个二极管，可以使用有源整流器来代替4输入整流器162。
如前所述，公开了一种LED封装件的有源电气元件，其被配置为从LED显示器的控制元件接收数字码，例如压缩数字码或编码信号。例如，有源电气元件可以被配置为接收编码数字信号(例如，图20)，该编码数字信号利用数据流中减少的数据位来传送更大量的命令码。就这一点而言，有源电气元件可以被配置为接收压缩数字码并随后解压缩由有源电气元件接收的数据流的数字码。因此，所接收的数字码的解压缩可以包括用于扩展所接收的数据流的任何非线性函数或算法，包括可以增加数据流的动态范围的指数逆幂函数。数字信号的动态范围可以指通常由位数描述的信号电平的范围(例如，上值和下值)。一种压缩形式仅与如何使用这些位有关。位通常用于以线性方式生成对LED的电流或功率输入。对于显示系统，这可能是位深度(例如，动态范围)的低效使用，因为人类观察者以更类似于诸如用于伽马校正的对数或幂律函数的非线性方式识别光。给定位数的动态范围可能很小(例如，8位码的最高级别是最低级别的255倍，不包括零)，但是当变换数据以匹配眼睛的非线性响应时，该动态范围可以扩展几个数量级。作为示例，代替具有8位的动态范围255，通过应用2.2的伽马，我们得到了近200000的动态范围，而仍然只使用8位。在没有压缩的情况下，需要18位来实现相同级别的动态范围。以这种方式，动态范围可以指有源电气元件的数据流的有用位数、采样或分辨率。因此，本文所公开的有源电气元件可以被配置为接收压缩数据并解压缩该数据以提供更大的观察到的和有用的动态范围。如刚才所描述的，某些实施例，压缩和解压缩方案可以遵循幂律表达式(例如，伽马校正)以增加数字图像和人类观察者感知图像之间的动态范围。在其他实施例中，压缩和解压缩方案可以包括对相邻LED像素/封装件或彼此紧密接近的LED像素/封装件进行分组。LED像素的这种分组可以适用于其中LED像素组在LED显示矩阵中的公共电气元件控制下的实施例。具体地，LED封装件可以包括两个或更多个相邻LED像素，并且压缩数据码和随后解压缩的数据码通过消除数据内可能在两个或更多个相邻LED像素的相邻像素之间预期的冗余来降低数据低效率。因此，对公共码进行解码或解压缩以提供用于两个或更多相邻LED像素或子像素的码。
如上文针对图41和图42所述，公开了一种LED封装件，能够在若干双向通信端口中的任何一个或在极性不可知的封装接合焊盘(例如图2I的48-1至48-4)中的任何一个接收压缩数字数据并解压缩这种数字数据。此外，公开了能够接收传递函数或传递函数值的LED封装件，该传递函数或传递函数值将在LED封装件内应用到多个双向通信端口中的任何一个或极性不可知的封装接合焊盘中的任何一个(例如图2I的48-1至48-4)。传递函数可以包括用于有源电气元件的一个或多个传递函数系数子集，以进行插值。以这种方式，可以在数字域中计算传递函数。在某些实施例中，传递函数可以包括分段传递函数。根据本文公开的实施例，传递函数可以被应用于将LED封装件内的一个或多个LED的温度测量或LED封装件内的一个或多个LED的亮度输出中的一个或多个引导或控制到ADC输入端(例如，图38的ADC154)、到PWM输出端(例如，图38的PWM电路)以及到有源电气元件的DAC控制的输出端。如本文所使用的，“传递函数”指的是可以以任何数量的方式实施的任何类型的函数，以将输入数据转换为输出数据，使得输出数据不同于输入数据。在某些实施例中，传递函数可以被配置为根据线性函数(例如加法、乘法等)变换数据。在某些实施例中，传递函数可以被配置为根据非线性函数(例如指数、对数、超越函数、算法函数、傅立叶变换(例如，离散傅立叶变换)等)变换数据。传递函数可以通过变换温度传感器值以生成用于LED的相应控制信号以进行温度、亮度或电压调整及其组合，而应用于温度控制。在某些实施例中，传递函数可以被配置为接收和变换来自多个源的数据值的多个输入，这些输入来自控制元件(图1B的18)，来自温度传感器的输入，以及包括LED的正向电压测量或反向泄漏测量的输入。来自LED封装件外部的控制元件的输入可以被配置为串行通信或串行输入，其包括所需的亮度、校准和传递系数等。来自温度传感器的输入，或者包括正向电压和/或反向泄漏测量的输入可以在特定LED封装件内部生成。以这种方式，本文公开了一种LED封装件，其包括被配置为接收数据值并根据传递函数变换数据值的有源电气元件。在某些实施例中，数据值包括由有源电气元件接收的压缩数据码，并且有源电气元件被配置为将压缩数据码变换为解压缩数据码。解压缩数据码可以包括用于LED封装件内的LED的亮度等级或其他控制的信号。
在本文公开的某些实施例中，LED封装件的有源电气元件被配置为从包括用户可选择颜色深度数据的数据流接收数据。颜色深度可指用于指示或表示LED或LED像素的颜色的数据位数。例如，1位颜色深度可以包括单色颜色，例如黑色和白色，并且24位颜色深度可以包括针对特定LED封装件内的红色LED、蓝色LED和绿色LED中的每一个的8位。取决于应用，用户可选择颜色深度数据可以包括从1位颜色深度到100位颜色深度的范围内的颜色深度。在某些实施例中，用户可以为LED显示器内的一个或多个LED封装件选择颜色深度，该颜色深度可从24位、30位、36位和48位颜色深度中的任何一个中选择。在某些实施例中，可以通过选择下一个较高的位深度和对与差值相关的多个最低有效位进行零填充来实现特定的位深度(例如，24位、30位、36位和48位颜色深度中的一个)。根据所选择的颜色深度，由特定LED封装件的有源电气元件接收的数据流可以根据对应于所选择颜色深度的位大小来调整。例如，当从较大的颜色深度变到较小的颜色深度时，减少了相应的位数和传输时间。以这种方式，可选择颜色深度数据的位大小是可调整的。在数据流的不同通信速度下，可以在与颜色深度、帧速率和控制链中的像素或子像素的数量相关的位大小或深度之间进行折中。
如本文所公开的，LED封装件的有源电气元件可以被配置为接收各种数据信号，包括对应于任意数量的命令码的压缩或编码信号和颜色深度数据。如前所述，命令码可以作为数据流的数据包的一部分被包括在内。在某些实施例中，特定LED或LED像素的命令码可以包括标识符信号，该标识符信号向有源电气元件指示特定LED或LED像素应如何响应命令码。例如，标识符信号可以包括：“0”数字信号，其指示命令码是用于单个LED或单个LED像素的单像素命令码；或“1”数字信号，其指示命令码是用于所有LED或所有LED像素的全像素命令码。在某些实施例中，通过接收数据的特定像素从数据流中移除单像素数据，并且可以用如前所述的对讲数据或对讲数据包来替换单像素数据。单像素命令码可以包括跳过像素、设定亮度返回电压、设定亮度返回温度和状态以及返回或对讲反向泄漏命令等中的任何一个。跳过像素命令码允许对链中的特定LED或LED像素进行寻址，而不影响上游的其他LED或LED像素。全像素命令码可以包括所有LED或LED像素的设定亮度或帧命令码结束中的任何一个。在某些实施例中，提供帧命令码结束以指示LED或LED像素应响应下一单像素命令码。在某些实施例中，单像素命令码可以沿着链发送或重发，以用于对特定LED或LED像素进行寻址。就这一点而言，响应于单像素命令码的LED封装件的有源电气元件可以响应地发送带有改变的码的单像素命令码，以指示“执行的”命令码，然后等待直到接收到帧命令码结束，然后才响应下一个单像素命令码。这种有源电气元件在级联通信中可以称为伪中继器，因为它接收和重发数据，但有时改变或替换数据，并且总是不返回与接收的数据相同的数据。
可以是单像素命令码或全像素命令码的命令码的示例(例如，对于“ALL”命令位的0或1)可以包括复位、设置选项、设置RGB校准、设置RGB传递系数、设置RGB热系数命令码、加载(load)数据和加载程序中的任何一个。加载数据和加载程序可用于向有源电气元件的存储器元件发送和/或从有源电气元件接收任何数据或程序。在某些实施例中，设置选项命令码后面可以附加数据字节，其中每一位代表以下选项之一：红色LED关闭，绿色LED关闭、蓝色LED关闭、禁用热关闭、禁用红色LED关闭、禁用绿色LED关闭、禁用蓝色LED关闭、通信速度0、通信速度1、颜色深度0、颜色深度1、关闭/开启奇偶校验失败、PWM类型0、PWM类型1、电阻器选择0、电阻器选择1、电阻器选择2、不关闭短路LED、使用热补偿、设置确认以确认电源接通复位条件已被解决，以及使用电压补偿以设置使用正向电压反馈来调整PWM工作周期的模式。通信速度0和1选项可以为输出提供多达四个通信速度，或者可以提供用于检测输入的通信速度。就这一点而言，公开了一种LED封装件，其包括有源电气元件，该有源电气元件被配置为在没有发送的时钟信号的情况下改变或适配数据的通信速度。颜色深度0和1选项可以被配置为在包括24位深度、30位深度、36位深度和48位深度的颜色深度之间切换。
如上所述，某些实施例可以包括通过诸如PWM的脉冲方法来控制LED的亮度和/或灰度级输出。在一般PWM控制下，LED可以在PWM周期的一部分或工作周期内被电激活。PWM周期可被称为PWM比率或PWM频率，并对应于完成每个PWM周期的时间长度。对于利用PWM控制的LED显示应用，通常需要更高的PWM频率。低于60Hz，人眼可能能够检测到LED的闪烁，而在60Hz至1000Hz之间，可能会发生关于其他循环(PWM或扫描)源或记录设备的跳动。就这一点而言，提供了如本文所公开的LED显示器，其能够以至少60Hz、或至少1000Hz、或至少10000Hz、或在包括60Hz和10000Hz的范围内、或在包括60Hz和1000Hz的范围内、或在包括1000Hz和10000Hz的范围内的有效PWM频率进行PWM操作。
更高的PWM频率可能会带来性能权衡，包括增加功耗和降低线性度。此外，显示应用的PWM频率可能受到显示器的颜色或位深度以及时钟或计数器速率的限制。具体地，PWM周期等于位深度除以时钟频率。就这一点而言，对于高动态范围(HDR)显示器，随着位深度的增加，PWM频率相对于时钟频率成比例地减小。因此，增加PWM频率的常规方法涉及增加时钟频率，然而，实际的时钟频率可能被限制在包括1MHz和50MHz的范围内，一些示例性显示应用以3MHz的时钟频率操作。位深度对应于用于表示显示器中特定颜色的位数。每个位具有两个可能值，0或1，因此，通过将可能值的数量(2)增加到对应于位深度的幂来计算特定位深度的总位数。以这种方式，2位深度(例如，22)对应于4的总位数，4位深度(例如，24)对应于16的总位数，16位深度(例如，216)对应于65536的总位数，以此类推。因此，对于具有越高位深度的显示应用，在可接受的时钟频率范围内可能难以实现更高的PWM频率。
根据本文公开的实施例，通过分段工作周期提高LED显示器的有效PWM频率，其中LED在每个PWM周期内被电激活。换句话说，在不改变时钟或位深度的情况下实现有效PWM频率，但仍保持相同的PWM周期(例如，PWM周期仍然等于位深度除以时钟频率，但有效PWM频率变成时钟频率乘以段数并除以位深度)。在PWM周期内分段工作周期的一种方法是变换或重新排序时钟计数器的序列，其与所需级比较，结果成为操作至少一个LED的驱动器的输出控制信号。以这种方式，每个PWM周期内的工作周期可以在一系列脉冲上分段，这些脉冲在每个PWM周期内多次电激活和断开LED，而不是连续地将LED保持在电激活状态持续工作周期的持续时间。在某些实施例中，并入LED显示器的一个或多个LED封装件中的如本文所公开的有源电气元件能够单独地分段用于一组或多组一个或多个LED的工作周期。
图44A是示出其中有源电气元件30被配置为分段用于一个或多个LED的工作周期的实施例的示意图。尽管图44A包括以下描述的组件，但有源电气元件30可以包括许多如先前描述的其它组件，出于说明性目的，这些组件在图44A中没有再现。就这一点而言，图44A可以表示潜在更复杂元件的子块的实施的示例。如前所述，有源电气元件30被配置为接收数据流并响应地向一个或多个LED发送驱动或控制信号。数据流可以由有源电气元件30接收，并可选地存储在存储器元件164或寄存器中。存储器元件164可以包括如先前对图8的存储器元件80所描述的存储器元件、寄存器元件和/或芯片中的任何一个。另外，一个或多个信号调节元件166可以被配置为在驱动信号被发送到一个或多个LED之前转换、操纵或以其他方式变换来自数据流的控制信号，如对图8的信号调节元件所描述的。可以提供单独的信号调节元件输入，以将先前描述的传递系数等引入信号调节元件166。在某些实施例中，信号调节元件166可以是可选的。在其他实施例中，信号调节元件166可以通过内置到有源电气元件30中的硬逻辑来实现，以用于特定任务。在其它实施例中，诸如微控制器的可编程装置可用于通过计算或通过程序指令的其它方式来变换数据。当存在时，比较器168被配置为借助于存储器元件164和信号调节元件166从数据流接收命令信号。比较器168还被配置为通过时钟170和计数器171接收时钟或计数器信号，并相应地基于来自数据流的命令信号与计数器信号的比较来输出控制信号。时钟170和计数器171可以包括任何先前描述的时钟配置。在图44A中，时钟170和计数器171被示出在有源电气元件30内，而在其他实施例中，时钟170可位于有源电气元件30的外部。另外，用于数据流、信号调节和计数器变换的输入被示出在有源电气元件30内，因为在实践中，外部输入可以路径通过如前面所述的有源电气元件30内的中间组件。
在操作期间，时钟170和计数器171提供对应于用于LED显示器的所需位深度的顺序计数。以这种方式，计数器171顺序地对位深度的总位数进行计数，然后复位或翻转到零。如本文所使用的，顺序计数是指以数字顺序(例如，0、1、2、3、4、…)对总位数进行计数，而非顺序计数是指根据以非数字顺序的数字序列对总位数进行排序，同时在一个PWM周期内包括所有相同的总位数。因此，比较器168将来自任何信号调节/变换之后的数据流的位与由计数器171在如下所述的任何计数器变换之后提供的计数值进行比较，并响应地向驱动器172提供控制信号。对于示例性PWM周期或循环，从数据流接收与取决于位深度的位数相对应的数据值，并将其与计数器值进行比较。当计数器值小于数据值时，比较器168可响应地向驱动器172提供控制信号以电激活相应的一个或多个LED。随着计数值的增长，比较器168可响应地向驱动器172提供控制信号，以在计数值超过数据值时电断开相应的一个或多个LED。以这种方式，向LED提供PWM控制，其中LED在PWM周期的工作周期内被电激活，并且在PWM周期的剩余部分内被电断开。驱动器172可以包括如前所述的任何驱动器装置和元件，包括如图8所述的驱动器元件82。在某些实施例中，比较器168可以被配置为执行数据值与计数器值的简单比较，例如小于、小于等于、大于、大于等于、等于和/或不等于。在其他实施例中，比较器168可以被配置为基于其他的逻辑运算执行比较。
如图44A中进一步示出的，可以提供计数器变换装置174或电路以从时钟170和计数器171接收计数器信号，并在比较器168接收计数器信号之前响应地变换计数器信号。以这种方式，计数器变换装置174可以被配置为重新排列计数器信号的顺序，使得比较器168在每个PWM周期内以非顺序序列(例如，非数字顺序)与每个数据值执行上述比较。通过以非顺序方式应用比较，比较器168的输出可以在每个PWM周期期间经历多个转换。以这种方式，取决于数据值，工作周期可以被分段成多个电激活部分，而不是单个连续工作周期，从而增加LED的有效PWM频率。在某些实施例中，计数器变换装置174可以被配置为可根据应用在每个PWM周期的数字排序序列和一个或多个非数字排序序列之间进行选择，以使有源电气元件30可选择性地在分段工作周期和单脉冲工作周期之间切换。就这一点而言，在某些应用中，相同的计数器变换装置174可以提供未从计数器171变换或改变的数字排序计数器值，同时在其他应用中也能够提供变换的和非数字排序计数器值。在某些实施例中，可以向计数器变换装置174提供单独的计数器变换输入，以提供在数字排序序列和非数字排序序列之间进行选择的能力。
图44B是示出其中图44A的计数器变换装置174被配置为在多个LED(LED 1至LED3)之间共享以分段LED(LED 1至LED 3)的相应工作周期的实施例的示意图。与图44A一样，图44B可以包括在图44B中未再现的如先前描述的许多其他组件。就这一点而言，图44B可以表示潜在更复杂元件的子块的实施的示例。在图44B中，时钟170和计数器171被配置为与图44A中相同。然而，计数器变换装置174的输出被多个LED(LED 1至LED 3)共享。以这种方式，LED(LED 1至LED 3)中的每一个包括对应的和单独的存储器元件164-1至164-3、信号调节元件166-1至166-3、比较器168-1至168-3和驱动器172-1至172-3。因此，计数器变换装置174的输出与比较器168-1至168-3中的每一个共享，用于与LED(LED 1至LED 3)中的每一个的单独数据信号进行比较。在某些实施例中，LED(LED 1至LED 3)可以包括形成由单个计数器变换装置174服务的多个子像素或子像素矩阵的任何数量的LED。
图45至图50提供了分别表示可以由图44A的计数器变换装置174提供用于PWM控制的顺序和各种非顺序或修改的计数器序列的表格示图。在某些实施例中，图44A的计数器变换装置174可以具有选择/控制输入，以允许在诸如图45至图50所示的任何数量的计数序列中进行选择。在图45至图50中的每一个中，表格的每一行表示针对特定期望的输出功率或LED亮度可以从数据流接收的数据值。这些数据值以顺序的十进制值(例如，1、2、3等)和它们对应的二进制值(例如，0000、0001、0010等)表示。对于计数器序列的每一步，每一列以二进制值表示计数器值(顺序和/或修改的)。为了说明的目的，图45至图50中所示的示例是为4位深度显示应用提供的，其中16个可能的值(例如，0、1、2、…15)针对每种颜色或灰度级提供。在实践中，图45至图50所示的实施例可扩展到用于更高分辨率显示器的更大位深度应用，包括但不限于24位深度、30位深度、36位深度和48位深度配置。这些位深度配置中的每一个将除以3，以用于每个像素的位深度(例如8、10、12或16位)。在三色或其他多子像素组成的情况下，可以在所有子像素之间共享单个计数器和变换的计数器信号，每个子像素具有其自己的数据、比较器和驱动器，如前面为图44B所描述的。
图45表示用于以数字顺序向图44A的比较器168提供计数器序列的表格示图。就这一点而言，比较器(图44A的168)将特定PWM周期的数据值与从0开始并按数字顺序依次增长到15的计数器值进行比较。由于图45表示未变换的线性计数器值，所以表的修改计数器值部分留空。当数据值大于计数器值时，提供控制信号(例如“1”)以电激活相应的LED。当数据值小于或等于计数器值时，提供控制信号(例如“0”)以电断开相应的LED。就这一点而言，数据值为0将导致相应的LED在整个PWM周期内被电断开。数据值8将导致相应的LED在计数器序列的16个总计数中的8个连续计数中被电激活，从而提供对应于PWM周期的50％的工作周期。如图所示，对于数据值0到15中的每一个，对应的LED在每个PWM周期内的工作周期持续时间内被电激活一次。换句话说，在每个PWM周期内，至多只有一个电脉冲传递到LED或至多有一个正转换和一个负转换。在低频率下，这可能导致明显的闪烁或闪现，并且可能额外地提供关于其他光源或成像源的跳动。
图46表示用于根据全位反转序列向图44A的比较器168提供非数字排序的计数器值的表格示图。不是将数据值与由图44A的计数器171提供的数字排序的计数器值进行比较，图44A的计数器变换装置174可以通过位反转来重新排序计数器值以提供修改的计数器值。例如，在计数器序列为3时，顺序计数器值0011被以相反的顺序转换为最初对应于计数器序列12的修改计数器值1100。对于全位反转，所有顺序二进制计数器值都以这种方式进行变换。这是最简单的重排方法之一，因为它可以通过以相反的顺序连接计数器的位输出来实现，并且不需要决策逻辑、计算或查找。因此，图44A的比较器168根据以以下非数字顺序排列的修改计数器值：0、8、4、12、2、10、6、14、1、9、5、13、3、11、7、15比较特定PWM周期的数据值。当数据值大于修改的计数器值时，提供控制信号(例如“1”)以电激活相应的LED。当数据值小于或等于修改的计数器值时，提供控制信号(例如“0”)以电断开相应的LED。根据特定的位深度和数据值，相应的LED可以被多次电激活和断开，以提供特定的净工作周期。例如，数据值8将导致相应的LED在16个总计数中的8个非连续计数中被电激活，从而循环(或转换)开启和关闭8次，以提供PWM周期的50％的工作周期。以这种方式，50％工作周期的有效PWM频率比图45的比率高8倍。对于0、1和15的数据值，将以图45所示的类似方式驱动相应的LED。虽然图46的位反转方法为许多数据值提供了增加的有效PWM速率，但随着LED在每个PWM周期内循环打开和关闭更多次，功耗也可能增加。如图所示，在50％数据级，全位反转PWM提供的驱动频率为时钟速率的一半，这可能比期望的高得多。此外，由于驱动器可能不准确地跟随由比较器提供的高速信号，可能会发生线性问题。
图47表示用于向图44A的比较器168提供根据部分位反转序列的修改的计数器值的表格示图。对于部分位反转，仅反转计数器位的一部分。作为示例，图47表示通过反转计数器值的前两个数字而获得的修改的计数器值。因此，对于4的计数器序列，表示十进制值4的序列计数器值0100被转换为表示十进制值8的修改的二进制计数器值1000。在本示例中，通过仅转换前两个数字，50％级的转换次数减少了全位反转次数的四分之一。因此，图44A的比较器168根据以以下非数字顺序排列的修改计数器值：0、1、2、3、8、9、10、11、4、5、6、7、12、13、14、15，比较特定PWM周期的数据值。通过应用部分位反转，对应的LED在每个PWM周期内可被电激活和断开的次数比图45的数字排序序列多，但比图46的全位反转序列少。例如，数据值8将导致相应的LED在连续的4个计数的增量中被电激活和断开，以提供50％的工作周期。因此，对应的LED将在数据值为8的每个PWM周期内循环打开和关闭(或转换)两次，从而与图45相比有效PWM频率翻倍，但与图46的较高有效PWM频率相比受益于更少的功耗。在某些实施例中，部分位反转可以包括反转顺序二进制计数器值的其他数字。在某些实施例中，从无到计数器位总数的位数可以颠倒。在某些实施例中，对要反向多少位的选择可以在系统中硬编码或硬连线。在更进一步的实施例中，可以利用自适应位反转，其允许对位反转和/或部分位反转序列的改变作为用户选项和/或设置而被接受作为输入。
如上所述，部分位反转通过提供更高的转换频率(显著高于每个PWM周期一个)，同时还提供显著低于时钟频率的转换频率，提供了比原始计数器序列更多的优点。然而，如图47中的图示所示，低于5和高于11的数据级与原始方法(例如，图45)的数据级不变。这可以通过位段交换进一步解决。前面的实施例反转所有计数器位或计数器位的一部分。利用位段交换，交换位段而不反转每个段内的位。例如，为了在PWM周期内实现y个脉冲，可以用2x＝y的剩余位交换x个最高有效位的位段。作为示例，具有位位置的8位计数器76543210可以将位位置7作为最高有效位。如果对于大多数数据值每个周期需要4个PWM脉冲，那么最高有效的两个位(76)可以移动到最低有效的位置以提供序列54321076。就这一点而言，使用该位顺序的修改计数器可以被传送到图44A的比较器168。
图48表示用于向图44A的比较器168提供通过根据两段排序的位段交换的修改的计数器值的表格示图。对于两段序列，修改的计数器值是通过将16个值重新排列到两个不同的段来获得的，例如，一个段中的所有偶数后面跟着第二段中的所有奇数。如前所述，这是通过交换计数器位的顺序来实现的，以便将最高有效位移动到最低有效位位置。因此，图44A的比较器168根据以以下非数字顺序排列的修改计数器值：0、2、4、6、8、10、12、14、1、3、5、7、9、11、13、15，比较特定PWM周期的数据值。如图所示，与图47的部分位反转序列相比，数据值的增加数量可对应于LED在每个PWM周期内被电激活和断开两次，从而为较低和较高的数据值以及大约50％的值提供更高的有效PWM频率。
图49表示用于向图44A的比较器168提供通过根据四段排序的位段交换修改的计数器值的表格示图。对于四段序列，通过将16个值重新排列成四个不同的段来获得修改的计数器值。换句话说，上两个位与下两个位交换，而不是反转每组中的位。结果，图49示出四个不同的段是通过以下方式提供的：以0开始修改的计数器值并计数4以提供修改的计数器序列的前四个数字，然后将第五个数字设置为修改的计数器值1并计数4以提供接下来的四个数字，以此类推。因此，图44A的比较器168根据以以下非数字顺序排列的修改计数器值：0、4、8、12、1、5、9、13、2、6、10、14、3、7、11、15，比较特定PWM周期的数据值。如图所示，根据数据值，相应的LED可以在每个PWM周期内在任何地方被电激活和断开一到四次。
图50表示用于向图44A的比较器168提供通过根据八段排序的位段交换修改的计数器值的表格示图。对于八段序列，通过将16个值重新排列成八个不同的段来获得修改的计数器值。换句话说，上面三个位与下面的位交换，而不是反转每组中的位。结果，图50示出多达八个不同的段是通过以下方式提供的：修改的计数器值开始为0并计数八以提供修改的计数器序列的前二个数字，然后将第三个数字设置为修改的计数器值1并计数八以提供接下来的二个数字，以此类推。因此，图44A的比较器168根据以以下非数字顺序排列的修改计数器值：0、8、1、9、2、10、3、11、4、12、5、13、6、14、7、15，比较特定PWM周期的数据值。如图所示，根据数据值，相应的LED可以在每个PWM周期内在任何地方被电激活和断开一到八次。尽管上述示例是为两段、四段和八段排序提供的，但这些实施例可扩展到用于更高分辨率显示器的更大位深度应用，包括但不限于24位深度、30位深度、36位深度和48位深度配置。对于这样的更高位深度应用，更高的段排序可以包括十六段、三十二段和六十四段排序等。
在图45至图50中的每一个中，最后一列为零，使得即使对于最高亮度等级，LED对于对应于最后一个计数器序列值的一个时钟脉冲也被断开。这是实践中图45至图50的各种实施方式的一个表示。如果希望最大等级没有转换，使得LED在整个PWM周期中保持激活，则实施方式可以省略最后一个计数器值(即最后一列)，并比先前实施方式早一个周期回滚到零。为了清楚起见，所有图45至图50都显示了最后一个可选循环，其中修改的计数器与十进制的15(或二进制的1111)的顺序值相同。
通过提供如图45至图50的示例所示的各种非数字排序和/或修改的计数序列，可以实现更高的有效PWM频率。就这一点而言，为PWM控制配置的有源电气元件可以实现有效的PWM频率，该有效的PWM频率高于通过将时钟频率除以特定应用的位深度而计算的PWM频率。通过提供更高的有效PWM频率，LED显示器可以有利地避免低频干扰效应，同时提供具有精确的高亮度和低亮度等级的更高动态范围，并保持良好的线性度，而不必增加时钟速率或牺牲功率效率。这种非数字排序和/或修改的计数序列可以提供给任何先前描述的实施例，包括具有形成像素的多个LED芯片的图2A至图2I的LED封装件26、包括形成多个像素的多组LED芯片的图7的LED封装件74和/或图12B的LED封装件108，以及如图8至图12A和图14至图35所述的任何有源电气元件结构、相关组件和相关系统级配置。在某些实施例中，本文描述的非数字排序和/或修改的计数序列适用于一体式多像素显示器，该多像素显示器包括形成在公共板上的像素组中形成的多个LED芯片，该公共板包括公共有源电气元件，例如ASIC或多个单独的ASIC。这种一体式多像素显示器可以包括玻璃上芯片(COG)、板上芯片(COB)、封装上封装(POP)、板上封装(POB)或PCB组件中的一个或多个。
由于可能发生各种错误状态，如本文所述的LED显示器有时可能需要复位。如前所述，无数据传输和/或包括复位命令码的命令码的周期可以被配置为发信号通知复位或重新启动条件。在某些实施例中，LED显示器和相应的有源电气元件可以被配置为启动复位和/或中断条件，而不需要无数据传输和/或复位命令码的周期。就这一点而言，复位和/或中断条件可以通过公共数据信号，例如串行通信信号，通过将线路状态保持在高或低位置的时间间隔长于正常操作的预期时间间隔来启动。可以发信号通知这样的复位条件，这样的复位条件被配置为复位显示器中的所有有源电气元件或显示器中的一个或多个单独的有源电气元件。对于一个或多个单独的有源电气元件，复位信号可以被提供有对应于某些有源电气元件的不同长度和或脉冲。就这一点而言，不对应于复位信号的有源电气元件可以仅将复位信号传递到下一个有源电气元件。向串内的单独的有源电气元件发出复位信号的另一种方式是将有源电气元件配置为响应“下一个硬复位”命令。以这种方式，命令可以被引导到要复位的目标有源电气元件之前的有源电气元件，并且将复位信号引导到其输出，从而避免所有先前的有源电气元件接收硬复位信号。在某些实施例中，可以有两个这样的命令：“硬复位一个”和“硬复位全部”命令。“硬复位一个”命令将发送单独的复位信号，例如两个复位信号中较短的一个。硬复位全部命令可以在输出端引导较长的脉冲，以信号通知串中随后的所有有源电气元件复位。通过在数据流中嵌入复位信号来启动复位条件的能力可以特别有利于当LED显示器和相应的有源电气元件不响应于其他复位通信时强制复位，其它复位通信包括命令码或无数据传输周期。
图51A示出了根据先前描述的实施例可以提供给有源电气元件的归零(RZ)格式的正常数据流176。图51B示出包括复位信号180的RZ格式的数据流178。如图所示，复位信号180对应于其中数据流178保持在高状态(例如“1”)的持续时间的时间周期，该持续时间长于图51A的正常数据流176的一部分。以这种方式，复位信号180所用于的有源电气元件在接收到复位信号180时可响应地复位其工作状态。此外，复位信号180未用于的任何有源电气元件可以仅将复位信号180传递到下一有源电气元件而不发起复位动作。虽然复位信号180被示为处于高状态(例如“1”)，但复位信号180可替代地保持在低状态(例如“0”)，或者复位信号180可以包括不同长度和/或多个脉冲，而不偏离本文公开的原理。在某些实施例中，数据流178可进一步包括一个或多个命令或指令，其指示在接收到复位信号180之后应该发起的复位或中断条件的类型。此外，数据流178可以包括指示在发起复位或中断条件之后要采取的下一个动作的附加命令。
如先前对图8所描述的，热管理元件可以并入LED封装件和/或LED显示器内，其监测LED封装件和/LED显示器的工作温度。因此，封装件和/或显示器内的一个或多个LED的工作状态可以基于由一个或多个热管理元件提供的监测温度来调整。在一些情况下，热管理元件的响应时间可能较慢，或者热管理元件的位置可能与特定LED间隔太远而不能提供及时的热补偿。例如，在如图2A所示的三芯片LED封装件26中，对应的热管理元件可为LED封装件26提供单个工作温度，而不识别每个单独的LED芯片28-1至28-3对总工作温度的单独贡献。在一些情况下，LED芯片中的一个(例如，28-1)可能比其他LED芯片(例如，28-2、28-3)不成比例地更热地工作。对于这种状况，积分器可以并入有源电气元件30中，其被配置为单独地确定封装件内的LED芯片28-1至28-3中的每一个的热管理补偿。例如，积分器可以将由热管理元件测量的工作温度与传递给LED芯片28-1至28-3中的每一个的一个或多个不同亮度等级以及任何校准常数进行比较，以计算LED芯片28-1至28-3中的每一个的单独热补偿调整。
LED像素能够显示的颜色空间或色域可以由形成LED像素的LED芯片的各个颜色点来定义。例如，包括红色LED芯片、绿色LED芯片和蓝色LED芯片的LED像素的颜色空间可以定义为色度图中的三角形区域，其中三角形区域的顶点对应于LED芯片的不同颜色点。在某些实施例中，输入视频源的颜色空间可以不同于由LED像素的LED芯片定义的颜色空间。结果，除非存在数据转换，否则在不同的监测器上显示的颜色可以不同。在某些应用中，在将数据信号发送到LED显示器之前，视频处理器可能会实时进行转换。LED显示器可以包括其自己的视频处理器，以根据所使用的视频技术模拟标准颜色空间或色域的一个或一个选择。例如，能够具有相对宽色域的LED显示器可以被配置为显示更窄的色域，例如基于特定视频源的模拟电视的国家电视标准委员会(NTSC)色域。这样的视频处理器需要相当快和强大，以实时做到这一点，因此，可能是相当昂贵的。在某些实施例中，如前所述的有源电气元件可以被配置用于数字信号处理，即，其通过能够接受来自一个颜色空间或色域的输入数据并将该数据变换为更准确地表示由有源电气元件控制的LED芯片的该颜色空间或色域来进行数字信号处理。由于有源电气元件仅服务于少量的子像素(典型地，对于单像素RGB为3个子像素，对于2x2像素RGB为12个子像素)，因此颜色空间转换的任务明显更简单，从而不需要高速处理器来计算显示器内所有像素的转换。
在某些实施例中，有源电气元件可以被配置为针对每个LED像素控制超过3个LED芯片。例如，有源电气元件可以被配置为对4点色域控制4个LED芯片。在这样的示例中，有源电气元件可以被配置为接收3色输入数据并将其变换以更精确地匹配预期的4点色域。在进一步示例中，用于LED显示器的控制器可以发送绿色的命令，而不是简单地仅打开绿色LED，有源电气元件可以计算到LED芯片的驱动信号的组合，以便在其相应的颜色空间内匹配源数据所期望的绿色阴影。因此，有源电气元件可将绿色输入信号转换为LED像素中所有3个或更多LED芯片的驱动信号(例如，显著更高的绿色LED发射与更少量的蓝色LED和红色LED发射相结合)。在某些实施例中，能够进行数字信号处理的有源电气元件可以包括一个或多个ASIC，该ASIC包括算术逻辑单元、微控制器、执行控制器和数字信号处理单元中的一个或多个。
本文公开的实施例可以在多个应用中实施，包括具有形成多个像素的多个LED芯片的图2A至图6的LED封装件，以及包括形成多个像素的多组LED芯片的图7的LED封装件74和/或图12B的LED封装件108。如本文所述的实施例也可适用于一体式多像素显示器，该多像素显示器包括形成在公共板上的像素组中形成的多个LED芯片，该公共板包括公共有源电气元件，例如ASIC或多个单独的ASIC。这种一体式多像素显示器可以包括玻璃上芯片(COG)、板上芯片(COB)、封装上封装(POP)、板上封装(POB)或PCB组件中的一个或多个。就这一点而言，如图8至图12A和图14至图51B中所描述的有源电气元件配置、相关组件配置和相关系统级配置中的任何一个都可适用于LED封装件和LED显示系统。
在前述实施例中，显示器内的LED像素可以被配置为在每个LED像素接收到特定命令来这样做时更新其各自的操作状态。可以在不同的时间接收每个LED像素的命令，因此，可以根据帧速率及其在串中的排列在不同的时间更新各个LED像素的操作状态。以这种方式，显示器内所有LED像素之间的同步可能具有挑战性，因为每个LED像素可能根据其自己的时钟操作，而不与其他LED像素协调。这对于帧速率高于人眼感知能力的一般用途来说是可以的，但使用高速操作的设备的一些应用可能需要同步。例如，利用三维(3D)快门眼镜的高级显示器可能需要一只眼睛用偶数帧，另一只眼睛用奇数帧，其中，在帧之间加入黑暗时间，以允许快门时间切换。在这种应用中，所有像素应该一起切换开和关。
根据本文公开的实施例，为LED显示器中的LED像素提供同步，使得所有LED像素可同时关闭，以提供协调的黑屏，和/或所有LED像素可在协调的时间开启，以提供特定的图像或视频。同步还可以包括协调LED像素的其他状态，而不仅仅是开启和关闭，例如，在一段时间内将所有LED像素保持在某一颜色和/或亮度，或者以协调的方式经历多个操作状态。LED显示器和相应的系统可以包括中央或主控制器，其被配置为向多个子控制器发送通信信号，然后每个子控制器负责向一个或多个LED像素串发送通信信号。此外，每个LED像素内的有源电气元件(例如，如前所述的LED封装件)可以被配置为接收通信信号，生成相应的同步信号，并且以与显示器内的所有LED像素相协调的方式进行响应。
图52是根据本公开的同步原理的LED显示面板的系统级控制方案的示意框图182。子控制器190被布置成控制多个LED像素194的一个或多个LED串192。图52中的子控制器190可以包含如前所述的控制元件18。以这种方式，子控制器190可以包括集成电路，例如，ASIC、微控制器、可编程控制元件和FPGA中的一个或多个。在图52中，示例性LED串192由框图中的虚线框表示。虽然仅详细提供了LED串192，但是如图所示，一个或多个其他LED串也可以与子控制器190联接。LED串192包括多个LED像素194，每个LED像素可以包括单独的一个有源电气元件30。子控制器190的数据信号out(DOUT)可以以串行方式沿着LED串192传送，并且子控制器190可以接收返回数据信号in(DIN)。在图52中，每个LED像素194具有诸如“Px1,1”等标签，其中，第一个数字表示行，第二个数字表示列。在特定的一个LED像素194内记录和容纳每个有源电气元件30，使得每个LED像素194可以包括用于对具有以上长度的上述接收的数据信号做出响应的逻辑，如上面详细描述的。每个LED像素194可以包含LED封装件26，其包括一个或多个LED芯片和如前所述的有源电气元件。子控制器190可以被配置为从较大显示器的系统级主控制器196接收一个或多个信号。主控制器196可以被配置为接收由接收器198提供的一个或多个信号。在某些应用中，接收器198可以包含被配置为接收HDMI输入信号200的HDMI/DVI数字接收器。以这种方式，从接收器198到主控制器196的一个或多个信号可以包括一个或多个颜色信号(例如，红色、蓝色、绿色)以及各种时钟信号(例如，HSYNC、VSYNC和PIXCLK)。作为参考，HYSNC是指对应于行光栅的水平时钟信号，VSYNC是指对应于帧脉冲的垂直时钟信号，PIXCLK是指像素时钟。上述一个或多个信号由主控制器196处理，并基于特定的应用被路由到一个或多个子控制器190。例如，多个子控制器190和相应的LED串192可以平铺在一起，以形成更大的显示器。在某些实施例中，例如，对于较小的显示器，主控制器196可能不是必需的。如图所示，子控制器190也可以被配置为从一个或其他元件(例如，一个或多个微控制器和存储器202)接收信号。
每个LED像素194的有源电气元件30可以包括处理单元，例如，中央处理单元、微处理器或甚至状态机，其有助于控制逻辑控制具有每个LED像素194的LED芯片的操作状态。在串行通信期间，可以在不同的时间接收每个LED像素194的命令，因此，可以根据所提供的帧速率在不同的时间更新各个LED像素194和相应的LED芯片的操作状态。根据本公开的原理，每个有源电气元件30还可以被配置为使其对应的LED像素194内的动作和/或操作状态与其他有源电气元件30所在的其他LED像素194的动作和/或操作状态同步。在第一步骤(例如，启动和/或校准)，子控制器190可以被配置为基于每个LED像素的相对位置并且根据在每个帧内何时发送相应的命令，向每个LED像素194发送不同的延迟参数。该延迟参数可以基于由存储器202处理和存储的信息。以这种方式，每个LED像素194的每个有源电气元件30可以加载有延迟参数，以帮助确定何时激活期望的响应，例如，开启或关闭。由于不同LED像素194的内部时钟频率可能非常不同，因此这种延迟命令单独可能不足以实现合适的同步。这样，可以利用与子控制器190提供的公共时钟相关的定时信号；然而，在没有单独时钟信号的无时钟通信应用中，公共时钟可能不容易再生并在每个LED像素194处可用。
根据本公开的原理，每个有源电气元件30可以被配置为提供同步信号，该同步信号基于数据流内模式的某个出现或重复出现。例如，可以基于输入比特序列、或输入字节序列、或接收的命令序列、和/或从数据流接收的数据包序列来生成同步信号。以这种方式，同步信号可以提供对应于子控制器190的公共时钟的同步脉冲，从而提供伪控制器时钟域中的操作。举例来说，每个有源电气元件30可以从数据流接收预期的命令，执行该命令，然后在数据流中发送所执行的命令，同时还以串行方式通过预期用于其他LED像素194的其他命令。每个LED像素194的有源电气元件30还可以包括同步计数器寄存器203，该同步计数器寄存器被配置为对从最后一个帧结束命令开始的所有命令(预期的和通过的)进行计数。在某些实施例中，同步计数器寄存器203可以包含递增计数到设定值的递增计数器和/或递减计数到零的递减计数器，以生成其他事件发生的期望延迟。其他事件可以包括有源电气元件30的处理单元改变LED像素194内的一个或多个LED芯片的状态，例如，开启、关闭或提供亮度水平。同步计数器寄存器203可以位于有源电气元件30内。在某些实施例中，来自子控制器190的公共时钟可以发送具有相同脉冲间隔的命令，例如，每帧相同数量的命令。在其他实施例中，子控制器190可以在某些帧中包括额外命令。当发生这种情况时，子控制器190可以进一步提供补偿命令和/或转换因子，其允许每个有源电气元件30补偿数据流内不同大小的帧。这样，有源电气元件30可以被配置为将来自子控制器190的公共时钟与周期性和非周期性帧相关联。
每个有源电气元件30内的处理单元可根据程序读取同步计数器寄存器203提供的值，以采取行动，或可以生成中断信号，当达到期望值时，该中断信号强制处理单元切换至预定例程。例如，中断信号可以触发处理单元前进到中断例程，然后确定接下来的步骤或动作，例如，以同步方式关闭所有LED像素194。在某些应用中，每个LED像素194可以在一毫秒内与由同一子控制器190控制的其他LED像素194以及由全部与显示器的主控制器196联接的其他子控制器控制的其他LED像素同步。通过使每个LED像素194与其对应的子控制器190同步，子控制器190和用于子控制器190的任何主控制器196由此可以被配置为向显示器内的所有LED像素194提供任何同步效果。在某些实施例中，可以在同步计数器寄存器203中提供溢出寄存器，以允许处理单元知道输出何时无效并且已经发生计数器中断事件，例如，子控制器190发送的数据多于自上次计数器复位以来可以计数的数据。存在其他方式使得处理单元可以知道计数器中断事件是第一次发生，并且在同步计数器寄存器203翻转(rollover)并返回到相同值之后没有产生该计数器中断事件，但是溢出寄存器可以用于提供更鲁棒的手段来保证计数器的有效性。
图53是根据本公开的同步原理的图52的子控制器190的示意性处理流程204。在启动206，子控制器190可以通过从存储器复制校准、程序和设置参数中的一个或多个并将这些信息发送到LED像素来初始化与其联接的LED像素。在某些实施例中，子控制器190可以用存储在有源电气元件30内部的寄存器中的位置特定的计数器起始值来初始化LED像素。以这种方式，每个LED像素可以基于其在LED串中的特定位置具有不同的计数器起始值。在启动206之后，子控制器190然后可以前进到运行模式208，其中，子控制器190发送包括由子控制器190控制的每个LED串的特定帧210的数据流。每个LED串的帧210可以包括数据的串行排列，该数据包括一个或多个输入位、字节、命令和/或任何其他数据包。可以提供串行排列，使得每个单独的LED像素的命令和/或数据按照与LED串中LED像素的顺序相对应的数据包顺序排列。在图53中，这被表示为带有数据包的Px1,1命令，随后是带有数据包的Px1,2命令，以此类推，以对应于图52的LED串192中的LED像素194的排列。以这种方式，第一LED像素(Px1,1)可以执行/接收来自帧210的Px1,1命令/数据包，并通过所执行的命令/数据包以及用于其他LED像素的所有其他命令/数据包。这样，帧210向每个LED像素提供对应于子控制器190的公共时钟的同步脉冲。帧210还可以包括帧结束(EOF)命令或其他预定命令，例如，重置同步计数器寄存器203的特定命令，其信令LED像素，以前进到下一帧。EOF命令也可以被视为帧的开始。为了同步的目的，如果将其用作用于重置(例如，清除、加载或预置)同步计数器寄存器203的命令，这可能是更好的解释。在一些实施例中，EOF命令可以具有双重目的，即信令有源电气元件30，以执行下一个未执行的命令以及重启同步计数器寄存器203。
图54是连接至图53的子控制器190的每个LED像素的有源电气元件30内的计数器逻辑的示例性过程的示意性处理流程212。如上面在图53中所述，子控制器190可以在启动206时用位置特定的计数器起始值初始化LED像素。如下所述，每个位置特定的计数器起始值然后用于评估每个有源电气元件30内的每个命令/数据脉冲，并确定将与LED串中的其他有源电气元件30协调的响应时间。如图54所示，在启动206之后的第一步骤214中，由有源电气元件30接收的EOF命令发出前进到下一帧的信号。在这点上，EOF命令向有源电气元件30发出信号，以响应于另一个命令。在第二步骤216中，对应于位置特定的计数器起始值的第一值被提供给同步计数器寄存器(例如，图52的203)，例如，图54所示的递减计数器。如前所述，有源电气元件30被配置为基于数据流内的模式生成模式脉冲的同步信号218。在某些实施例中，在有源电气元件30内的串行接口220中生成同步信号218。在第三步骤222中，有源电气元件30接收同步信号218，并且同步计数器寄存器(例如，图52的203)从计数器起始值开始倒计时序列。一旦在第四步骤224中同步计数器寄存器达到零，有源电气元件就可以在第五步骤226中发送中断信号。中断信号可以触发有源电气元件30的处理单元开始中断例程，该中断例程使得LED像素内的LED芯片采取行动，例如，基于其各自的倒计时序列以与显示器中的其他LED像素同步的方式开启和/或关闭。在某些实施例中，同步例程可能需要不止一个中断信号，例如，在第一个中断中关闭LED，并在随后的中断中重新开启LED。以这种方式，有源电气元件30然后可以确定先前的第五步骤226的中断信号是否是最后的事件，如第六步骤228所示。如果不是最后的事件，则该过程重复回到第二步骤216，并且递减计数器(同步计数器寄存器203)开始从第二特定位置计数器起始值开始递减计数，该第二位置特定的计数器起始值对应于有源电气元件30应该前进到第五步骤226并第二次发送中断信号的时间。在各种实施例中，基于在启动206中提供的位置特定的计数器起始值的数量，该过程可以重复任意次数。举例来说，对于观看者佩戴3D快门眼镜的3DLED显示器应用，第一中断信号可以关闭所有的LED，第二中断信号可以重新开启所有的LED，有效地在串行通信的每个帧内创建全关时间帧，允许LED快门眼镜从一种观看状态转换到另一种观看状态，例如，从一只眼睛转换到另一只眼睛。当中断信号是最后的事件时，该过程可以返回到第一步骤214的开始。在如图54所示的任何步骤期间的任何时间，帧结束信号230可以将过程返回到第一步骤214，而不管处理流程是否结束。图54的处理流程212可以与有源电气元件30内先前描述的其他处理并行操作，例如，由处理单元连同有源电气元件30的几个其他状态机运行的其他程序的执行。
图55是图54的有源电气元件30内的处理单元242的示例性处理流程的示意性处理流程240。处理单元242可以包括中央处理单元、微处理器或者甚至状态机，其有助于用于控制具有每个LED像素的LED芯片的操作状态的控制逻辑。在正常操作下，一个或多个主程序例程244可以由处理单元242执行。主程序例程244可以包括初始化例程，并以无限循环的方式运行一个或多个主程序，如针对任何前述实施例所述。一旦接收到中断信号(例如，图54的步骤226)，处理单元242可以离开主程序例程244，并启动一个或多个中断服务例程246。中断服务例程246可以包括轮询中断源，以确定中断的原因并选择适当的响应。例如，接收到的第一中断信号可以指示LED应该关闭，而接收到的下一个中断信号可以指示LED应该重新开启。在处理流程240中，各种类型的中断响应通常被指定为#1-#4，表明除了仅仅开启和关闭LED之外，更多的中断响应是可能的。一些其他中断响应可以包括将值作为信号设置给主程序例程244。实际上，其他中断响应可以是可编程的，以适应特定的应用。一旦确定并执行了预期的中断响应，处理流程返回到主程序例程244，直到发起下一个中断信号。如本文所公开的，如果有源电气元件30检测到数据流中或有源电气元件内的通信错误，也可以触发中断信号。在某些实施例中，主处理单元用PWM驱动器控制LED像素，如先前实施例中所述。对于如上所述的事件，其中，LED相对于设置帧颜色和强度的命令在不同的时间关闭和开启，可能有必要在整个黑暗期暂停PWM，而不是在PWM计数器继续的情况下关闭LED。以这种方式，处理单元可以配备有不仅设置LED(例如，RGB)强度并且暂停PWM计数以及一旦黑暗期结束就恢复的能力，从而在PWM周期和占空比中暂停PWM信号的特定位置重新开始PWM信号。
在本公开的某些方面，LED串内LED像素故障的缓解可由控制器或子控制器提供，控制器或子控制器配置有LED串的双向通信端口。在正常操作下，第一通信端口可以被配置为提供来自控制器并进入LED串的第一端的数据流，并且第二双向通信端口可以被配置为接收从LED串的相对端返回的数据流。当LED串内的LED像素出现故障时，数据流可能无法返回控制器。在这种情况下，控制器可以改变第二双向通信端口，以也提供来自控制器并进入LED串的第二端的数据流，使得故障LED像素任一侧的LED像素仍然能够从数据流接收数据。在某些实施例中，在LED像素故障期间由第二双向通信端口提供的数据流可以反转，以补偿LED像素的反转顺序。
图56是根据本公开的故障缓解原理的LED显示面板的系统级控制方案的示意框图248。示意框图248通常类似于图52的示意框图182，并且还包括如下所述的故障缓解能力。为了提供故障缓解，LED串192在两个双向通信端口(DOUT/IN和DIN/OUT)联接到子控制器190。在正常操作下，子控制器发送来自DOUT/IN端口并进入LED像素Px1,1处的LED串192的第一端的数据流。然后，数据流通过LED串192和LED像素Px m,1处的LED串192的第二端，并进入子控制器190的DIN/OUT端口。在某些故障模式下，故障的LED像素(在图56中表示为194’)可能不再响应于数据流，并且可能不能沿着LED串192传递数据流，从而阻止故障的LED像素194’下游的LED像素194接收数据流。故障的LED像素194’可能是由掉电、开路和电短路以及其他失效机制中的一个或多个引起的。在图56中，当子控制器190停止在DIN/OUT端口接收返回数据流时，子控制器190可以通过重新配置DIN/OUT端口，以在靠近LED像素Pxm,1的第二端向LED串192提供数据流，来进入故障缓解模式。以这种方式，来自反向DIN/OUT端口的数据流可以从LED像素Px m,1反向提供给LED像素Px 2,3。也就是说，在故障缓解模式下，从反向DIN/OUT端口提供的数据流可以与从DOUT/IN端口提供的数据流反向排列。因此，每个运行的LED像素194可以接收数据流的其预期部分，并且只有故障的LED像素194’将不运行。在某些实施例中，联接到子控制器190的用于所有LED串的所有通信端口可以是双向通信端口。
在某些实施例中，这对于子控制器190识别故障的LED像素194’的位置是有用的。当启动故障缓解模式时，子控制器190可以被配置为从DOUT/IN端口沿着LED串192发送轮询命令或通信。如前所述，LED串192中的每个LED像素194也可以配置有双向通信端口。在轮询通信期间，每个起作用的LED像素194(例如，Px1,1)接收轮询通信，将轮询通信重新传输到下一个LED像素194(例如，Px1,2)，并且反转LED像素194(例如，Px1,1)内的双向端口的通信方向，然后用返回轮询通信来应答轮询通信，例如，以与正常数据流相反的方向返回到子控制器190的ping、脉冲或数据。由于第一LED像素(例如，Px1,1)的双向端口反转，所以来自每个下游LED像素(例如，Px1,2至Px 2,1)的ping或其他返回数据可以通过LED像素(Px1,1)重新传输并返回到子控制器190。子控制器190可以对接收到的ping或数据进行计数，以确定在LED串192上的第一次故障之前有多少LED像素194在工作。也可以检索其他信息。在某些实施例中，接收轮询通信的LED像素194可以响应性地提供跳过命令，以在数据流的任一方向上绕过一个或多个LED像素194。当轮询过程完成时，子控制器190和LED像素194的双向通信端口可以恢复到其正常通信方向。或者，双向通信端口可以设置为初始启动状态，其中，两个双向通信端口都设置为输入，从而允许重新定义通信方向。该轮询程序也可以从DIN/OUT端口执行，以确定是单个LED像素故障还是多个LED像素故障。如果多个LED像素故障，则来自每个双向通信端口的轮询命令可以仅识别LED串192的第一个和最后一个故障LED像素，从而不提供关于其间的LED像素194的进一步信息。在某些实施例中，如下所述的数据线分接头可以布置在LED串192的一个或多个部分，以在存在多个故障时进一步细化故障LED像素位置。
图57示出了实施例的LED显示器250的一部分的俯视图布局，其中，数据线分接头沿LED显示器250的一个或多个LED串192-1至192-3设置。为了说明的目的，沿着LED显示器250绘出三个LED串192-1至192-3，并且在LED显示器250的右侧示出了子控制器190的相应通信端口(A至I)。对于LED串192-1，端口A表示从子控制器190发出的数据流，端口B表示在通过LED串192-1之后被接收回子控制器190的数据流。以类似的方式，端口C和D对应于LED串192-2，端口E和F对应于LED串192-3。端口G、H和I对应于可以连接到不同LED串(例如，图57中的192-1和192-2)的数据线分接头(分接头1至分接头3)。在某些实施例中，数据线分接头(分接头1至分接头3)联接在相邻的LED像素194之间，而不是像正常的DIN和DOUT通信端口(A-F)那样联接到特定的一个LED像素194。如图所示，LED串192-1配置有两个数据线分接头(分接头1和分接头2)，而LED串192-2配置有单个数据线分接头(分接头3)。实际上，任何数量的数据线分接头可以连接到任何数量的LED串，包括LED显示器250内的每个LED串的至少一个数据线分接头。在其他实施例中，LED显示器250的仅一些LED串可以包括数据线分接头，如图57所示。在正常操作中，数据线分接头(分接头1至分接头3)可设置为高阻抗值，因此通常关闭或不使用。在启动故障缓解程序的LED像素194故障的情况下，一个或多个数据线分接头(分接头1至分接头3)可用于在多个故障之间接入LED像素194和/或从功能正常的LED串的部分接收数据。举例来说，LED串192-2的故障缓解程序可以在端口C和D上执行如图56所述的轮询序列。如果轮询数据指示分接头I(例如，分接头3)在两次故障之间，则打开分接头3，并且经由分接头3将适当的数据发送到两次故障之间的LED像素194。如图57中进一步示出的，另一种故障缓解方法可以是在诸如PCB板等板上设计LED串192-1至192-3的布局，使得沿着板的外周边缘的LED像素194靠近LED串的端部。在处理和组装期间，沿着外周边缘的LED像素194可能更容易受到机械损坏和故障。通过将这些LED像素194朝向LED串192-1至192-3的端部布置，在正常操作下，数据流可以在到达故障LED像素194之前到达每个LED串192-1至192-3中更多运行的LED像素。此外，如果较高密度的故障LED像素194沿着LED显示器250的边缘，而不是在中间部分，则对LED显示器250的整体外观的破坏较小。在某些实施例中，LED串192-1至192-3之一中的至少5个、或至少10个、或在5至10的范围内、或在10至50的范围内、或在10至100的范围内的最后串联的LED像素194沿着LED显示器250的外周布置。换言之，在实践中，沿着LED显示器250的外周边缘布置的LED显示器250的至少一半LED像素194可以位于其各自的LED串192-1至192-3的最后25％内。此外，大多数或者甚至所有的数据线分接头(分接头1至分接头3)也可以沿着LED显示器250的外周布置，以提供到LED串192-1至192-3的更容易的连接。
在某些实施例中，任何前述方面和/或如本文所述的各种单独的方面和特征可以组合，以获得额外的优点。本文公开的各种特征和元件中的任何一个可以与一个或多个其他公开的特征和元件组合，除非本文有相反的指示。
本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为在本文公开的概念和随后的权利要求的范围内。

Claims (36)

1.一种发光二极管(LED)封装件，包括：
至少一个LED芯片；以及
有源电气元件，所述有源电气元件电连接到所述至少一个LED芯片，所述有源电气元件被配置为从数据流接收串行通信，并确定与所述数据流内的数据的循环模式相关的同步信号。
2.根据权利要求1所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件包括计数器，所述计数器被配置为对所述同步信号进行计数。
3.根据权利要求2所述的LED封装件，其中，所述计数器被配置为从对应于所述有源电气元件的位置的计数器起始值开始递减计数。
4.根据权利要求2所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件被配置为当计数达到第一预定值时启动事件信号。
5.根据权利要求4所述的LED封装件，其中，所述第一预定值基于所述有源电气元件的位置来确定，并且在所述有源电气元件中启动的所述事件信号与被布置为接收所述数据流的其他有源元件同步。
6.根据权利要求4所述的LED封装件，其中，所述事件信号包括开启所述至少一个LED芯片、关闭所述至少一个LED芯片以及将所述至少一个LED芯片保持在操作状态中的一项或多项。
7.根据权利要求6所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件被配置为当计数达到第二预定值时启动第二事件信号。
8.根据权利要求7所述的LED封装件，其中，所述第二事件信号包括开启所述至少一个LED芯片、关闭所述至少一个LED芯片以及将所述至少一个LED芯片保持在操作状态中的一项或多项。
9.根据权利要求2所述的LED封装件，其中，所述计数器的输出被提供给所述有源电气元件的处理单元。
10.根据权利要求9所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件包括溢出寄存器，所述溢出寄存器被配置为向所述处理单元提供溢出位。
11.根据权利要求2所述的LED封装件，其中，所述计数器被配置为当所述有源电气元件接收到所述数据流中的一个或多个预定命令时复位。
12.根据权利要求11所述的LED封装件，其中，所述一个或多个预定命令包括帧结束命令。
13.一种控制发光二极管(LED)显示器的方法，所述方法包括：
提供包括多个第一LED像素的第一LED串，其中，所述多个第一LED像素的每个第一LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；
基于所述第一LED串中每个第一LED像素的位置，将不同的计数器值加载到每个第一LED像素的有源电气元件；以及
基于不同的计数器值同步每个第一LED像素的操作状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，由连接到所述第一LED串的控制器执行所述不同的计数器值的加载。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
提供包括多个第二LED像素的第二LED串，其中，所述多个第二LED像素的每个第二LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；
基于所述第二LED串中每个第二LED像素的位置，将不同的计数器值加载到每个第二LED像素的有源电气元件；以及
基于所述计数器值同步所述多个第一LED像素和所述多个第二LED像素的操作状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，同步所述多个第一LED像素和所述多个第二LED像素的操作状态包括开启或关闭所述多个第一LED像素和所述多个第二LED像素。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，同步每个第一LED像素的操作状态提供了所述多个第一LED像素全部关闭的时间帧。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，LED显示器是需要观看者佩戴三维(3D)快门眼镜的3D LED显示器，并且所述时间帧被确定为允许3D快门眼镜在所述多个第一LED像素关闭时从一种观看状态转换到另一种观看状态。
19.一种发光二极管(LED)封装件，包括：
至少一个LED芯片；以及
有源电气元件，电连接到所述至少一个LED芯片，所述有源电气元件被配置为：
向所述至少一个LED芯片提供脉宽调制(PWM)信号，其中，PWM信号具有PWM周期和PWM占空比；
在所述PWM周期的一部分中暂停PWM信号；以及
从进行了暂停的所述PWM周期的所述部分重新开始所述PWM信号。
20.根据权利要求19所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件被配置为：
接收数据流中的串行通信，并确定与所述数据流内数据的循环模式相关的同步信号；
从对应于所述至少一个LED芯片的位置的计数器起始值开始递减计数所述同步信号；以及
当计数达到预定值时，启动第一事件信号，以暂停所述PWM信号。
21.根据权利要求20所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件还被配置为当所述计数达到第二预定值时，启动第二事件信号以重新开始所述PWM信号。
22.一种发光二极管(LED)封装件，包括：
至少一个LED芯片；以及
有源电气元件，电连接到所述至少一个LED芯片，所述有源电气元件被配置为：
在通信方向上接收数据流中的数据；以及
通过反转所述数据流的通信方向对所述数据流中的命令作出响应。
23.根据权利要求22所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件被配置为在反转所述通信方向之前在所述通信方向上传输所述命令。
24.根据权利要求23所述的LED封装件，其中，所述有源电气元件被配置为在反转所述通信方向之后向所述数据流提供返回数据。
25.根据权利要求24所述的LED封装件，其中，所述返回数据包括脉冲，所述脉冲被配置为由用于LED封装件的控制器计数。
26.根据权利要求22所述的LED封装件，还包括至少一个双向通信端口，所述至少一个双向通信端口被配置为接收所述命令，然后反转所述至少一个双向通信端口的方向以响应于所述命令。
27.一种发光二极管(LED)显示器，包括：
至少一个LED串，所述至少一个LED串包括多个LED像素，其中，所述多个LED像素的每个LED像素包括至少一个LED芯片和有源电气元件；以及
控制器，连接到所述至少一个LED串，其中，所述控制器被配置为提供故障缓解处理，所述故障缓解处理识别所述LED串的一个或多个运行的LED像素和所述LED串的至少一个不运行的LED像素，所述故障缓解处理包括：
向所述至少一个LED串发送通信，其中，所述一个或多个运行的LED像素的所述有源电气元件向所述控制器发送返回通信，并且所述至少一个不运行的LED像素不对所述通信作出响应。
28.根据权利要求27所述的LED显示器，其中，所述通信是轮询通信，所述返回通信是返回轮询通信。
29.根据权利要求28所述的LED显示器，其中，所述返回通信包括来自所述一个或多个运行的LED像素中的每一个的ping或脉冲。
30.根据权利要求29所述的LED显示器，其中，所述控制器被配置为对每个ping或脉冲进行计数，以确定所述一个或多个运行的LED像素的数量。
31.根据权利要求28所述的LED显示器，其中，所述控制器包括联接到所述至少一个LED串的相对端的第一双向通信端口和第二双向通信端口。
32.根据权利要求31所述的LED显示器，其中，反转所述第一双向通信端口和所述第二双向通信端口之一的通信方向，以接收所述返回轮询通信。
33.根据权利要求27所述的LED显示器，还包括连接在所述至少一个LED串中的所述多个LED像素的至少一对相邻LED像素之间的数据线分接头。
34.根据权利要求33所述的LED显示器，其中，在所述故障缓解处理中启动通过所述数据线分接头的通信。
35.根据权利要求28所述的LED显示器，其中，所述多个LED像素中的每个LED像素包括至少一个双向通信端口，所述至少一个双向通信端口被配置为接收所述轮询通信，然后反转所述至少一个双向通信端口的通信方向以向所述控制器发送所述返回轮询通信。
36.根据权利要求27所述的LED显示器，其中，所述至少一个LED串中的所述多个LED像素中的10至100个LED像素沿着所述LED显示器的外周边缘排列。
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