JP2016508231A - スマートピクセル照明及びディスプレイのマイクロコントローラ - Google Patents

Abstract

発光アセンブリが記載されている。一実施形態では、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス及び１つ以上のマイクロコントローラが、基板の同じ側に接合される。この１つ以上のマイクロコントローラは、１つ以上のＬＥＤデバイスを切り替えて駆動する。

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）マイクロコントローラに関するものである。より具体的には、本発明の実施形態は、ディスプレイ又は照明用途に使用されるＬＥＤマイクロコントローラに関する。

ＬＥＤデバイスを利用するフラットパネルディスプレイは、小型の携帯電子機器から大型の野外ディスプレイに及ぶ、電子機器の広範囲にわたって人気を得つつある。最新のコンピューターのディスプレイ、スマートフォン及びテレビジョンなどで使用される高解像度のＬＥＤディスプレイは、通常は、アクティブマトリックスディスプレイ構造を使用する。アクティブマトリックスディスプレイにおいて、アクティブ駆動回路は各ピクセル又はサブピクセルに取り付けられ、パッシブマトリックスディスプレイが欠いている個々のピクセルに関する精密な電圧切替を可能にする。精密な電圧切替は、パッシブマトリックスディスプレイと比較して、改善された画質及び応答時間を可能にする。従来のアクティブマトリックスディスプレイでは、各ピクセルにおける切換回路は、発光素子を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンを使用して実現されている。発光アクティブマトリックスディスプレイで使用される代表的なＴＦＴ切替回路は２Ｔ１Ｃ回路である。それは、２つのトランジスタと１つのコンデンサを含むが、より高度のＴＦＴ回路も可能である。

ＴＦＴバックプレーンの使用は、パッシブマトリックスディスプレイに関して改善された精細度を可能にするが、薄膜トランジスタバックプレーンの使用は、欠点がないわけではない。高品質ＴＦＴの製造はコストがかかる。最高品質のＴＦＴは、製造工程に伴う高温のために、石英基板上での製造を必要とする。より低温度の工程については、ガラス基板を用いることができる。しかし、結果として生じるトランジスタは、低キャリア移動度の欠点を有し、トランジスタの導電率を低減する。更に、電流リーク及び電力消費も問題になる可能性があり、製造工程の種々の時点で均一性の問題が発生し得る。

発光ダイオードを制御するためのスマートピクセルマイクロコントローラ（smart-pixel microcontroller）について説明する。スマートピクセルマイクロコントローラは、ＬＥＤ及び液晶ディスプレイの技術で用いられるＴＦＴバックプレーンを置き換えるために使用することができる。そして、ディスプレイにおいて切替及び駆動の素子として薄膜トランジスタを用いることによっては以前可能でなかった新しい機能を追加することができる。一実施形態では、発光アセンブリは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス及び１つ以上のＬＥＤデバイスを切り替えて駆動する１つ以上のマイクロコントローラを含む。１つ以上のＬＥＤデバイス及び１つ以上のマイクロコントローラは、基板の同じ側に接合される。一実施形態では、ＬＥＤデバイス及びマイクロコントローラは、インジウム、金、銀、銅又はそれらの合金などの材料によって、基板に接合される。

一実施形態では、スマートピクセル集積回路は、アナログ入力に関して構成され、電子回路を含む入力ブロックと出力ブロックを有する。そのような実施形態では、スマートピクセルマイクロコントローラは、アクティブマトリックスディスプレイと同様に、走査線とデータ線に印加された電圧によって制御される。アナログ形式では、スマートピクセルマイクロコントローラは、少なくとも１つのＬＥＤデバイスを制御するための少なくとも１つのアナログデータ入力を受け取ることができる。ただし、単一のマイクロコントローラによって複数のＬＥＤデバイスを制御することができる。一実施形態では、スマートピクセルマイクロコントローラは、適応リフレッシュ速度及びディスプレイ自己リフレッシュを促進するために、アナログ回路をデジタル記憶で補う。一実施形態において、容量性記憶がストレージのアナログ入力に使用される。

一実施形態では、スマートピクセルマイクロコントローラは、デジタル入力に関して構成され、デジタル論理を含む入力ブロック及び出力ブロック、並びに組込型メモリを含む記憶モジュールを有する。デジタル入力は、デジタルバス又は二地点間データリンクを経由して到来してもよい。複数のＬＥＤデバイス又はセンサデバイスは、単一のマイクロコントローラによって制御することができる。一実施形態において、適応ディスプレイの更新は、各集積回路のデータ記憶によって促進される。

一実施形態では、複数のＬＥＤデバイスは、マイクロコントローラと、基板の同じ側へ接合され、マイクロコントローラと電気的に接続される。ＬＥＤデバイスは、ディスプレイにおいて、サブピクセルとして使用することができ、赤、緑、青（ＲＧＢ）のサブピクセル配列に構成することができる。別のサブピクセル構成と方式もまた可能である。一実施形態では、発光アセンブリは、基板の同じ側に接合されたＬＥＤデバイスアレイ及びマイクロコントローラアレイを含む。マイクロコントローラアレイにおけるマイクロコントローラの数は、ＬＥＤデバイスアレイにおけるＬＥＤデバイスの数より少ない。一実施形態では、各マイクロコントローラは、各ピクセルにおける複数のＬＥＤデバイスを駆動するために、複数のピクセルと電気的に接続されている。

ディスプレイの発光素子を制御することに加えて、マイクロコントローラは、１つ以上の光、電気又は温度センサと接続することができる。あるいは、マイクロコントローラは、１つ以上のセンサを含むことができる。一実施形態では、スマートピクセルマイクロコントローラは、１つ以上の圧力センサと接続する。この圧力センサは、ディスプレイがタッチされたとき、ディスプレイに視覚的表示のフィードバックを与えるか、又はタッチディスプレイにユーザー入力があったことを送信するために使用することができる。一実施形態では、センサは、ディスプレイの白色点の経時変動を検出するために使用することができ、ディスプレイは、一貫した白色点を維持するために、適宜再調整することができる。

転写先基板、１つ以上の転写ヘッド、及び１つ以上のキャリア基板を用いたディスプレイ又は照明装置を製造する方法の一実施形態を更に説明する。照明又はディスプレイ装置は、転写先基板の上にマイクロスケールのサブピクセルアレイを載置することによって、製造することができる。なお、転写先基板には、マイクロスケールのサブピクセルアレイの部品を連結する配線が用意されている。一実施形態では、発光アセンブリを製造する方法は、複数のＬＥＤデバイスを支持する基板の上に転写ヘッドアレイを位置決めする工程と、複数のＬＥＤデバイスをピックアップする工程と、転写先基板上に複数のＬＥＤデバイスを載置する工程と、を含む。この工程は、例えば、異なる発光特性を有する別の複数のＬＥＤデバイスを支持する別個の基板について、繰り返すことができる。同じか異なる転写ヘッドアレイを用いることができる。同じか異なる転写ヘッドアレイは、続いて、複数のマイクロコントローラを支持する基板の上に位置決めされ、複数のマイクロコントローラをピックアップする。そして、転写先基板の複数のＬＥＤデバイスと同じ側に、マイクロコントローラを載置する。発明の実施形態によれば、転写ヘッドアレイは、静電の原理に従って動作することができる。複数のＬＥＤデバイス及びマイクロコントローラは、転写先基板に、更に接合することもできる。一実施形態では、接合は、対応する転写ヘッドアレイによって、複数のＬＥＤデバイス及び複数のマイクロコントローラを熱することにより実現される。接合は、転写ヘッドアレイによる熱圧着によっても実現することができる。更に、１つ以上のセンサデバイスも、静電転写ヘッドを用いて、転写先基板上に載置することができる。

上述の概要は、検討するためのすべての態様の網羅的なリストを含むというわけではない。下記で詳述することは、上記で要約された種々の態様のすべての適切な組合せから実施することができるあらゆるシステムと方法を含むことが意図されている。

実施形態は、添付図面の図において、限定ではなく例として説明する。

一実施形態に係るスマートピクセルマイクロマトリックス（smart-pixel micro-matrix）の回路図である。 一実施形態に係るスマートピクセルマイクロコントローラ構造のブロック図である。 一実施形態に係る代替のスマートピクセルマイクロコントローラ構造のブロック図である。 一実施形態に係るスマートピクセルマイクロコントローラ入力ブロックのブロック図である。 一実施形態に係る代替のスマートピクセル入力ブロックのブロック図である。 一実施形態に係る代替のスマートピクセル入力ブロックのブロック図である。 一実施形態に係る更に代替のスマートピクセル入力ブロックのブロック図である。 一実施形態に係るスマートピクセル出力ブロックを説明するブロック図である。 一実施形態に係る別のスマートピクセル出力ブロックのブロック図である。 一実施形態に係る例示的なスマートピクセルディスプレイシステムを示している図である。 一実施形態に係る例示的なピクセル更新タイミングを説明するタイミング図である。 一実施形態に係るスマートピクセルフレーム更新信号のタイミング図である。 一実施形態に係る種々の例示的なマイクロマトリックス構成を説明するブロック図である。 一実施形態に係る、センサ入力を有する代替のスマートピクセルマイクロコントローラ構造のブロック図である。 一実施形態に係る、データリレーを有する代替のスマートピクセルマイクロコントローラ構造のブロック図である。 一実施形態に係る、スマートピクセルマイクロマトリックスのディスプレイ又は照明の基板を製造する方法のフロー図である。 一実施形態に係る、マイクロデバイスのマイクロデバイス基板を転写先基板へ処理する説明図である。 一実施形態に係る、ディスプレイ又は照明の基板上に組み付けられるスマートピクセルアレイから作製されるスマートピクセルディスプレイアセンブリの説明図である。

本発明の実施形態は、発光デバイスに関する「スマートピクセル」マイクロコントローラを提示する。スマートピクセルマイクロコントローラは、ＴＦＴバックプレーンを形成するのに使用される薄膜電子回路を置き換えるために、ウエハーベースのマイクロコントローラデバイスの性能、効率及び信頼性を利用する。一実施形態では、１つ以上の発光デバイスは、スマートピクセル発光デバイスを作製するために、スマートピクセルマイクロコントローラに接続される。スマートピクセル発光デバイスの発光素子は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、１つ以上の有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）デバイス、又は１つ以上のマイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）デバイスとすることができる。ＴＦＴ製造工程がないために、スマートピクセル「マイクロマトリックス」は、基板の部類を使用して製造することができる。この基板は、ＴＦＴ製造工程を経る必要がないので、硬質、半硬質、又は屈曲性の基板、ガラス基板、プラスチック基板、又は任意の用途に好適な基板を含む。

スマートピクセルデバイスは、１つ以上のＬＥＤデバイス及び１つ以上のスマートピクセルマイクロコントローラを転写先基板の上へ転写することによって、生成することができる。この転写先基板には、各スマートピクセルマイクロコントローラを対応するＬＥＤデバイス、別のスマートピクセルコントローラ、並びに／又は外部装置及び回路に接続する配線が用意されている。スマートピクセルデバイスは、１つ以上のＬＥＤデバイスに加えて、又は、その代わりに、１つ以上のセンサも更に含むことができる。マイクロコントローラ（μＣ）、ＬＥＤデバイス、及びセンサデバイスは、基板面の同じ側に接合される。接合は、ピン、導電性パッド、導電性バンプ、及び導電性ボールなどの種々の接続を用いて行うことができるが、これらに限定はされない。ピン、パッド、バンプ又はボールを形成する導電性材料として、金属、金属合金、半田、導電性高分子又は導電性酸化物を使用することができる。一実施形態では、μＣ、ＬＥＤデバイス又はオプションのセンサデバイス上の導電性接点は、基板上の導電性パッドに熱圧着される。このように、接合は、μＣ、ＬＥＤデバイス又はセンサデバイスへの電気的接続として機能することができる。一実施形態では、接合は、導電性パッドに導電性接点を接合する合金を含む。例えば、導電性接点又は導電性パッドとしては、接合用のインジウム、金、銀、スズ又は銅などの材料が挙げられる。一実施形態では、共に接合されるとき、導電性接点と導電性パッドはインジウム−金、スズ−金、スズ−銀−銅などの合金を形成する。発明の実施形態によって利用することができる別の例示的な接合方法としては、熱接合及び超音波接合が挙げられるが、これに限定されるものではない。一実施形態では、μＣ、ＬＥＤデバイス又はセンサデバイスは、１つ以上のＬＥＤデバイスをスマートピクセルμＣに電気的に接続する基板上の配線と電気的に接続されたランディングパッドに接合される。転写先基板は、スマートピクセルマイクロマトリックスの用途に基づいて異なる可能性がある。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスＬＥＤディスプレイ装置を形成するために、ディスプレイ基板は使用される。このデバイスにおいて、スマートピクセルは、高解像度ディスプレイの画素として用いられる。

一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスは、転写先基板上に構成され、照明装置の使用に適している。スマートピクセルマイクロコントローラは、放射光線に関する精密な輝度、均一性及び色彩管理を維持するために、使用することができる。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイス用のＬＥＤバックライトとして使用される。黄、青−黄又は白の蛍光体と組合わせた青又はＵＶのＬＥＤは、液晶ディスプレイ用の白いバックライトを提供するために使用することができる。白色光は、蛍光体の使用の有無にかかわらず、単一のカラーＬＥＤデバイスの種々の組合せによっても、更に生成することができる。白色のバックライトによって可能であるよりもより広い色域及び演色評価数を提供するために、白い照明に加えて、単一のカラーＬＥＤデバイス（例えば、赤、琥珀、緑、青、等）も更に追加して使用することができる。

１つ以上のスマートピクセルマイクロコントローラも、更に結合して、マイクロコントローラネットワークを形成することができる。マイクロコントローラの間に層構成が存在するマイクロコントローラの階層構造を使用することができる。種々の用途に複数の種類のマイクロコントローラを用いることができ、それらは共通のデータバスに各々デイジーチェーン方式で結合されるか、又は、無線で通信することができる。マイクロコントローラネットワークは、耐故障性を可能にすることができ、スマートピクセルマイクロマトリックスの状態を判断するために使用される。

一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスにおいて、スマートピクセルマイクロコントローラと他のデバイスとの間で双方向通信が可能となる。１つ以上のセンサは、発光素子と共に、スマートピクセルマイクロコントローラに接続することができる。センサは、周囲光センサ、光センサ、電気センサ又は温度センサとすることができる。一実施形態では、圧力センサは、ディスプレイがタッチされたときに、ディスプレイに視覚的表示のフィードバックを与えるか、又はタッチディスプレイにユーザー入力があったことを送信するために使用することができる。スマートピクセルマイクロマトリックスディスプレイでは、センサは、ディスプレイの白色点の経時変動を検出するために使用することができ、ディスプレイは、一貫した白色点を維持するために、適宜再調整することができる。

一実施形態では、スマートピクセル素子は、マイクロスケールサブピクセルコントローラ（μＣ）デバイスとマイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）デバイスとの結合によって生成されるマイクロスケールデバイスである。「マイクロスケール」、「マイクロＬＥＤデバイス」、「μＬＥＤデバイス」、「μＣデバイス」、及び「マイクロスケールピクセルコントローラ」における「マイクロ」という用語は、すべて１〜１００μｍの大きさを指している。例えば、各μＬＥＤ又は各μＣデバイスは１〜１００μｍの最大（ｘ，ｙ）寸法を有してもよい。しかし、本明細書で説明する実施形態は、用途に基づいて、より大きなあるいはより小さな寸法の規模に適用されうることを理解されたい。一実施形態では、μＬＥＤデバイスと共に、マイクロスケールセンサデバイスが使用される。いくつかの実施形態に係るマイクロスケールマイクロコントローラデバイスとして利用することができる例示的なμＬＥＤデバイス及びマイクロチップは、米国特許出願第１３／３７１１，５５４号に記載されている。実施形態はそのようなものに限定されないが、米国特許出願第１３／３７１１，５５４号に説明されるμＬＥＤデバイス及びマイクロチップは、例示的で限定的でないことを意図している。そのようなマイクロＬＥＤデバイスは、発光が非常に効率的であり、液晶又はＯＬＥＤの発光に関する５−１０ワットと比較して、極めて小さい電力（例えば、２５．４ｃｍ（１０インチ）ディスプレイについて２５０ｍＷ）を消費することができる。一実施形態では、スマートピクセルは発光素子としてＯＬＥＤを使用して作製される。一実施形態では、スマートピクセルの発光素子として無機ＬＥＤを用いる。しかし、スマートピクセルマイクロスケールマイクロコントローラは、標準のＬＥＤとも結合することができ、用途はマイクロスケールＬＥＤに特に限定されないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、スマートピクセル中のμＬＥＤデバイス及びμＣの寸法は、ピクセルピッチの寸法及びディスプレイの解像度によって決まる。例示的なディスプレイ寸法は、下記の表１で説明する。

種々の寸法スケールにおけるディスプレイ、照明及びバックライト照明の構成を含めて、スマートピクセルデバイスの種々の方法及び構成を説明する。しかし、開示された特定の詳細のうちの１つ以上がなくても、又は別の既知の方法と構成と組合わせて、特定の実施形態を実施することができる。完全な理解を提供するために、特定の構成、寸法及び工程などの多数の特定の詳細を説明する。いくつかの例では、説明を必要以上に不明瞭にすることを避けるために、周知の技術と部品を特に詳細には説明しなかった。

本明細書を通じた「一実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」等への言及は、本実施形態と関連して述べる特定の機能、構造体、構成、又は特徴が、本発明の少なくとも一実施形態の中に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の種々の場所における語句「一実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」等の出現は必ずしも、本発明の同じ実施形態について言及するものではない。更に、特定の機構、構造、構成、又は特性は、１つ以上の実施形態の中で任意の好適な方法で組合わせることができる。

本明細書で使用される用語「〜の上方に（over）」、「〜対して（to）」、「〜間の（between）」、及び「〜上に（on）」は、他の層に対するある層の相対位置について言及する場合がある。別の層「〜の上方に」若しくは「の上に」、又は「に対して」接合された１つの層は、他方の層と直接接触している場合もあれば、１つ以上の介在層を有する場合もある。層と層「との間」の１つの層は、両方の層と直接接触している場合もあれば、１つ以上の介在層を有する場合もある。

デバイス状態に関してこの明細書で用いる用語「オン」は、デバイスのアクティブ化された状態を指し、用語「オフ」は、デバイスの非アクティブ化された状態を指している。デバイスが受信する信号に関して本明細書で使用される用語「オン」は、デバイスをアクティブ化する信号を指し、これに関連して使用される用語「オフ」は、デバイスを非アクティブ化する信号を指す。デバイスを実行する基底となる電子回路によって、デバイスは高電圧又は低電圧によってアクティブ化することができる。例えば、ＮＭＯＳトランジスタデバイスは高電圧によりアクティブ化する一方で、ＰＭＯトランジスタデバイスは低電圧によりアクティブ化する。したがって、ＰＭＯトランジスタデバイス及びＮＭＯＳトランジスタデバイスに関する「オン」電圧は、逆の（低対高）電圧レベルに対応することを理解されたい。Ｖ_dd及びＶ_ssが例示されるか説明される場合、１つ以上のＶ_dd及び／又はＶ_ssを表すこともあり得ることを理解されたい。例えば、デジタルＶ_ddは、データ入力、デジタル論理、メモリデバイスその他に使用することができる一方、別のＶ_ddは、ＬＥＤ出力ブロックを駆動するために使用される。

図１は、一実施形態に係るスマートピクセルマイクロマトリックスの回路図である。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックス１００は、従来のアクティブマトリックスディスプレイの発光素子及びＴＦＴ層をマイクロスケールスマートピクセルマイクロコントローラ（μＣ）集積回路デバイス１１０で置き換える。このデバイスは、１つ以上のＬＥＤデバイス１１５を切り替えて駆動するものである。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックス１００は、転写先基板上に製作される。この基板には、種々のμＣデバイス１１０及びＬＥＤデバイス１１５を接続する配線１２５が用意されている。一実施形態では、配線としては、１つ以上の走査ドライバＶ_selectに接続された走査線、及び、１つ以上上のデータドライバＶ_dataに接続されたデータ線が挙げられる。図示したように、ＬＥＤデバイス１１５は、共通アースに接続されるが、各々は分離したアースを有してもよい。この図及び後続の図において、各々の説明されるＬＥＤデバイス１１５は、単一のＬＥＤデバイス又は複数のＬＥＤデバイスを表してもよい。複数のＬＥＤデバイスは、同じ制御信号から駆動することができるように、直列か、並列か、又は両者の組合せで配置することができる。図１の例示的な回路は、３つの制御入力及び６つのＬＥＤ出力を例示しているが、実施形態は、そのように限定されてはいない。単一のμＣ １１０は、ディスプレイ上の複数のピクセル、又は、照明装置の複数のＬＥＤデバイス１１５のグループを制御することができる。一実施形態では、単一のμＣ １１０は、５０〜１００ピクセルを制御することができる。

一実施形態では、μＣデバイス１１０は、光の異なる色を発する１つ以上の赤、緑、青のＬＥＤデバイス１１５と接続する。赤−緑−青（ＲＧＢ）のサブピクセル構成では、各々のピクセルは、それぞれ、赤色、緑色及び青色光を放射する３つのサブピクセルを含む。ＲＧＢ構成は例示的であり、その実施形態は、そのように限定されるものではない。更なるサブピクセル構成としては、赤−緑−青−黄（ＲＧＢＹ）、赤−緑−青−黄−シアン（ＲＧＢＹＣ）、又は赤−緑−青−白（ＲＧＢＷ）が挙げられる。また、商標名ＰｅｎＴｉｌｅ（登録商標）の下で製造されるディスプレイなどの、ピクセルが異なる数のサブピクセルを有することができる、別のサブピクセルマトリックス方式が挙げられる。

一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスは、ＬＥＤ照明ソリューションにおいて、又は液晶デバイス用のＬＥＤバックライトとして使用される。光源として使用するとき、液晶ディスプレイ用の白色のバックライトを提供するために、黄又は青−黄の蛍光体と組合わせた青又はＵＶのＬＥＤを使用することができる。一実施形態では、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）ＬＥＤデバイスなどの、一つ以上の青色ＬＥＤデバイスを使用するスマートピクセルマイクロマトリックスは、セリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ³⁺）蛍光体からの黄色発光と組合わされる。一実施形態では、白色光を生成するために、赤、緑、青の蛍光体が、近紫外／紫外線（ｎＵＶ／ＵＶ）ＩｎＧａＮのＬＥＤデバイスと組合わされる。蛍光体はＬＥＤデバイスの表面に接合することができるか、又は、遠く離れた蛍光体を使うことができる。白色の発光に加えて、追加の赤、緑及び／又は、青のＬＥＤデバイスを用いると、白色のバックライトによりそれらを使用しないで可能である場合よりも、広い色域を提供することができる。

図２は、一実施形態に係るスマートピクセルμＣ構造のブロック図である。一実施形態では、スマートピクセルμＣデバイス１１０は、入力ブロック２１５及び出力ブロック２２５を有する。一実施形態では、スマートピクセルμＣデバイス１１０は、追加のデータ記憶モジュール２１０を有する。それは、１つ以上のコンデンサを有するアナログデータ記憶モジュールとすることができる。あるいは、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリからなるデジタルデータ記憶モジュールとすることができる。入力ブロック２１０は、電源Ｖ_ddの入力ピン、及び接地Ｖ_ss、並びに、Ｖ_data(1)からＶ_data(n)までの１つ以上の入力ピンと接続する。スマートピクセルμＣ １１０は、少なくとも１つの入力を受信するように構成可能である。そして、それは、少なくとも１つのＬＥＤデバイス、又は、直列であるか、並列であるか、又は両者の組合せである、１つ以上のＬＥＤデバイスなどの、少なくとも１群のＬＥＤデバイスを制御することができる。その１つ以上のＬＥＤデバイスは、白色の光源に使用することができる。一実施形態では、３つの入力制御信号が、ＲＧＢサブピクセル配置を生成するために、赤、緑、及び青の出力を有する最大３つのＬＥＤデバイス（例えば、ＬＥＤ₁、ＬＥＤ₂及びＬＥＤ₃）を制御する。一実施形態では、赤−緑−青−黄（ＲＧＢＹ）、赤−緑−青−黄−シアン（ＲＧＢＹＣ）、若しくは赤−緑−青−白（ＲＧＢＷ）、又は、ピクセルが異なる数のサブピクセルを有することができる別のサブピクセル方式などの、サブピクセル配置を可能にするために、３つを超えるＬＥＤデバイスを制御することができる。一実施形態では、スマートピクセルμＣ １１０は、行選択信号を提供するために、走査ドライバ入力と接続したＶ_select入力ピンを有する。一実施形態では、データ入力上のデータ更新信号を使用するために、明示的な行選択入力は省略される。

一実施形態では、出力ブロック２２５は、μＣ １１０に接続された種々の発光デバイスに電流を出力するように構成される従来のアナログ駆動技術を使用する構成では、入力データ線からの入力電圧信号は、接続されたサブピクセルの各々を駆動する適切な電流に変換される。例えば、Ｖ_data(1)への電圧入力は、ＬＥＤ照明装置のＬＥＤ₁出力を駆動することができる。μＣ １１０入力モジュールが、Ｖ_data(1)からＶ_data(n)までなどの複数の入力を有する場合、出力ブロック２２５は、ＬＥＤ₁からＬＥＤ_nまでの、最大ｎ個の制御線を出力することができる。直列であるか、並列であるか、又はその組合せである１つ以上のＬＥＤは、１つ以上のＬＥＤ出力に接続することができる。

一実施形態では、スマートピクセルμＣ １１０は、入力を受信するときにデータ値を保存するデータ記憶モジュール２２０を有する。データ記憶モジュール２２０は、アナログ又はデジタル記憶モジュールとすることができるが、各ディスプレイの更新と関連するデータを記憶する。一実施形態では、データ記憶モジュール２２０は、アナログ入力ブロックから着信するアナログ電圧を記憶する１つ以上のコンデンサを含む。一実施形態では、データ記憶モジュール２２０は、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）又はダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）などの、デジタル値を記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の少なくとも１つのセルを含む。一実施形態では、データ記憶モジュール２２０は、フラッシュメモリを含む。データ記憶モジュール２２０がイネーブルされるとき、スマートピクセルμＣ １１０は、各ピクセルに関する着信データを記憶し、静的データの定期的なリフレッシングがほとんど又は全く必要なく、データを連続的に表示することができる。その代りに、ピクセルは、ディスプレイコントローラが更新イベントを知らせるまで、記憶データを表示し続けることができる。更に、ピクセルデータの複数のフレームは、バーストマナーで、スマートピクセルμＣ １１０へ送信することができ、記憶モジュール２２０に記憶される。続いて、スマートピクセルμＣ １１０は、特定の更新レートで、又はディスプレイコントローラからの更新信号に基づいて、複数のフレームを巡回することができる。

図３は、一実施形態に係る代替のスマートピクセルμＣのブロック図である。一実施形態では、スマートピクセルμＣ ３１０は、入力ブロック３１５、データ記憶モジュール３２０、及び出力ブロック３２５を有する。図２に示すアナログ変形１１０のように、デジタル変形３１０は、Ｖ_dd及びＶ_ssの電圧入力、並びに、オプションの走査線又は行選択入力Ｖ_select ２０５を有する。一実施形態では、デジタルスマートピクセルμＣ ３１０の出力（例えば、ＬＥＤ₁からＬＥＤ_nまで）は、ＬＥＤ照明装置又はＬＥＤバックライトの１つ以上のＬＥＤデバイスに接続する。一実施形態では、３つ以上のＬＥＤデバイスは、赤−緑−青（ＲＧＢ）のサブピクセル配置、又はいくつかの別のサブピクセルマトリックスにおいて、スマートピクセルマイクロマトリックスディスプレイ装置で使用するために、制御することができる。入力は、デジタル入力３０５を介してであり、それはデジタルデータバス、デジタルデータリンク、又は差動信号インターフェースに接続することができる。

一実施形態では、データ記憶モジュール３２０は、出力ブロック３２５による以降の使用のために、入力ブロック３１５により受信する入力をバッファする。データ記憶モジュール３２５は、リフレッシュサイクルの間に入力データをバッファするために、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ又はフラッシュメモリなどのメモリを含むことができる。一実施形態では、表示フレームに関するすべての入力データは、バーストメッセージとして、個別に各スマートピクセルμＣ ３１０に送信され、ここで、取り付けたＬＥＤに関するピクセル又はサブピクセル情報が記憶される。出力モジュール３２５は、記憶データを読み込むことができ、標準の更新レートか、又はコンテンツに依存する更新レートで、取り付けたＬＥＤを駆動する。

図４は、一実施形態に係るスマートピクセルμＣ入力ブロックのブロック図である。一実施形態では、入力ブロック２１５は、データ入力４０５、及び行選択、即ち走査入力２０５に接続する。入力ブロック２１５は、サンプルホールド回路４０６の１つ以上の変形を利用することができる。より複雑なサンプルホールド回路を使用することもできるが、例示的なサンプルホールド回路４０６は、１つのトランジスタＴ１（４０２）及び１つのコンデンサＣｓ ４０４を有する。スイッチングトランジスタ４０２は、ｎ型又はｐ形半導体トランジスタなどの、任意の種類の絶縁ゲート型電界効果トランジスタとすることができる。この構成では、スイッチングトランジスタＴ１（４０２）は、走査入力２０５に接続されたゲート電極、及びデータ入力３０５に接続された第１のソース／ドレーン電極、及びコンデンサＣｓに接続された第２のソース／ドレーン電極を有する。一実施形態では、電圧レベル走査信号は、蓄積コンデンサＣｓ ４０４の充電を可能にし、それによって、出力モジュールに接続するＬＥＤデバイスへの電流の流れが最終的に可能となる。一実施形態では、入力モジュールは、駆動トランジスタを内蔵する出力モジュールに接続している。そのような実施形態では、μＣは、アクティブマトリックスディスプレイの２Ｔ１Ｃ回路に類似する回路を構築する。ただし、追加の回路構成は可能である。一実施形態では、入力モジュールは、記憶モジュール２２０の１つ以上のコンデンサを充電する。記憶モジュール２２０は、１つ以上のコンデンサの代わりに、又は、それに加えて、デジタル記憶を含むこともできる。そして、アナログ入力のデジタル表現を記憶するために、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）４３０が使用される。

図５Ａは、デジタル記憶に接続され、アナログデータ入力を有するスマートピクセルμＣ入力ブロックのブロック図である。一実施形態では、入力ブロック２１５は、データ入力ピンを介してデータ入力に接続し、データ記憶モジュール３２０に出力する。一実施形態では、データ同期論理５２０は、データ線上のアナログ更新信号を検出する。そして、入力データのデジタル表現をデータ記憶モジュール３２０に記憶するために、ＡＤＣ ５３０に着信データを伝達する。一実施形態では、更新信号は、データサンプリング論理に対する、ピクセル状態値を新しい値に更新することの指示標識である。

図５Ｂは、アナログデータ入力を有し、容量性記憶に接続されたスマートピクセルμＣ入力ブロックのブロック図である。一実施形態では、入力ブロック２１５は、データ入力ピンを介してデータ入力に接続し、容量性記憶を用いるデータ記憶モジュール２２０へアナログ信号を出力する。データ同期論理５２０は、データ線５０５上のアナログ更新信号を検出し、更新されたデータを容量性記憶２２０に伝達する。

図６は、一実施形態に係る例示的なスマートピクセル入力ブロックのブロック図である。デジタル入力ブロック３１５は、１つ以上のデジタル入力ピン３０５に接続され、データ記憶モジュール２２０に接続される。このモジュールは、容量性記憶を内蔵するか、及び／又はＳＲＡＭ若しくはＤＲＡＭなどのデジタルメモリ又はフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、などの１つ以上のセルを内蔵することができる。入力受信器５４０は、デジタル入力３０５に接続し、１つ以上の入力ピンからデータを受信し、受信データをデータ記憶モジュール２２０に記憶する。一実施形態では、走査線２０５は入力ブロックに接続され、これにより、走査線はデータ更新を知らせることができる。一実施形態では、デジタル入力を介して、データ更新イベントが伝達される。

図７は、一実施形態に係るスマートピクセル出力ブロックを説明するブロック図である。一実施形態では、スマートピクセルμＣデバイス１１０は、アナログ入力ブロック又は容量性記憶に接続するように構成された出力ブロック２２５を有する。出力ブロック２２５は、各ＬＥＤ出力用の電圧電流変換回路７２０の１つ以上の変形を使用することができる。例示的な電圧電流変換は、駆動トランジスタＴ２（７０２）を有する。これは、電力ソースＶ_ddに接続された第１のソース／ドレーン電極、及び１つ以上のＬＥＤデバイスに接続された第２のソース／ドレーン電極を有する。駆動トランジスタＴ２（７０２）のゲート電極に接続された蓄積コンデンサＣｓ ７０４は、入力ブロック２１５と出力ブロック２２５との間の接続回路の一部として、出力ブロックの変形において含むことができるか、又は、入力ブロック（例えば、図４のＣｓ ４０４。）において含むことができるか、又は、記憶モジュール２２０における１つ以上のコンデンサの１つであり得る。蓄積コンデンサＣｓ ７０４の第１の電極は、接地線Ｖ_ssに接続されるか、又は、それ自身のアースを有することができる。第２の電極は、駆動トランジスタＴ２（７０２）のゲート電極に接続される。蓄積コンデンサＣｓの中に記憶される電位は、駆動トランジスタＴ２（７０２）のゲートを開き、１つ以上の取り付けたＬＥＤデバイスへの電流を駆動する。各ＬＥＤデバイス（例えば、ＬＥＤ₁、ＬＥＤ₂からＬＥＤ_nまで）は、単一のＬＥＤデバイスを表すか、又は、並列か、直列か又はその組合せである１つ以上のＬＥＤデバイスを表す。電圧電流変換器２２５で使用される特定の駆動法は、説明目的のためであることに留意されたい。代替のＬＥＤ駆動回路は種々の実施形態の範囲内であり、実装がディスプレイか、照明か、又はバックライト向けであるかどうかに基づいて異なることに留意されたい。

図８は、一実施形態に係る別のスマートピクセル出力ブロックを説明するブロック図である。一実施形態では、スマートピクセル出力ブロック３２５は、データ記憶モジュール２２０のデジタルメモリから読み込むことができ、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）８４０に接続されたデジタル制御論理８３０を有する。デジタル制御論理からＤＡＣへのシリアルデータリンクは、一つ以上の取り付けたＬＥＤを制御するために用いることができる。出力ブロック３２５で使用される特定の駆動法は、説明目的のためであることに留意されたい。代替のＬＥＤ駆動回路は種々の実施形態の範囲内であり、実装がディスプレイか、照明かバックライト向けであるかどうかに基づいて異なることに留意されたい。更に、各ＬＥＤデバイス（例えば、ＬＥＤ₁、ＬＥＤ₂からＬＥＤ_nまで）は、単一のＬＥＤデバイスを表すか、又は、並列か、直列か又はその組合せである１つ以上のＬＥＤデバイスを表す。

図９は、一実施形態に係る例示的なスマートピクセルディスプレイシステムを示している。この例で、ディスプレイパネル９２０は、複合の表示モードを有する。このモードは、ビデオストリームなどの動的コンテンツ９３０がウィンドウに表示される一方で、ディスプレイの残りが、テキストのページなどの静的コンテンツ９２０を示すものである。データ入力は、スマートピクセルマイクロコントローラ（μＣ）デバイス９２２の入力ピンに接続することができる。一実施形態では、アクティブ化／無視信号９０５は、走査入力に接続され、アドレス情報を送信し、スマートピクセルマイクロコントローラへ、フレーム更新情報、又はフレームメタデータを送信するために使用される。一実施形態では、データとアドレス情報は、両者ともデータ入力９１０上を送信される。スマートピクセルマイクロマトリックス９２０は、単一のディスプレイ、又は高精細度テレビジョン又は大規模な屋外ディスプレイなどのディスプレイの一部分、に対応することができる。一実施形態では、μＣデバイス９２２は、マイクロコントローラリンク９３５により、別のマイクロコントローラに接続することができる。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックス９２０は、分割型又はモジュラー型ディスプレイの１つの構成要素とすることができる。このディスプレイは、μＣデバイス９２２を、取り付けたスマートピクセルマイクロマトリックスを有する追加のμＣデバイスに接続することによって、構築される。複数のスマートピクセルマイクロマトリックスアセンブリを接続して、各μＣデバイス９２２を連結することにより、モジュラー構成を用いて、ますますより大規模なディスプレイを構築することができる。一実施形態では、マイクロコントローラリンク９３５は、無線リンクとすることができる。一実施形態では、１つ以上のμＣデバイスは、マイクロコントローラリンク９３５ネットワークにおけるリピータデバイスとして、用いることができる。

図１０は、一実施形態に係る例示的なピクセル更新タイミングを説明するタイミング図である。図１０の例では、図９のスマートピクセルμＣデバイス９２２などの、スマートピクセルμＣデバイスの一実施形態によって制御される、サブピクセル用の新しいコンテンツ度に、新しいデータは送信される。新しいデータはμＣデバイス９２２に送信され、記憶モジュールに記憶することができる。新しいデータが、μＣデバイス９２２によって制御されるサブピクセルに利用可能となる度に、固定スケジュールに従うことなく、データは送信される。アイドル期間を示す水平線により図１０に示すように、定期的なリフレッシュ動作は必要とされない。一実施形態では、フレームデータは、予定されたディスプレイ更新レートより速く送信される。そして、ピクセルデータは、μＣデバイス記憶モジュールの一実施形態（例えば、記憶モジュール２２０、記憶モジュール３２０）に記憶される。続いて、ピクセルデータは、予定の更新間隔で記憶モジュールから読まれる。これにより、データの複数のフレームは、バースト方式で送信され、μＣデバイス９２２の入力ブロックにより受信されて、出力ブロックにより適切な間隔で記憶モジュールから読まれることが可能となる。

図１１は、一実施形態に係るスマートピクセルフレーム更新信号のタイミング図である。一実施形態では、アナログデータ入力Ｖ_data(n)は、Ｖ_dd値とＶ_ss値との間の電圧を感知する。例えば、Ｖ_ddは＋５Ｖとすることができ、Ｖ_ssは−５Ｖとすることができる。あるいは、Ｖ_ddはある正か負の電圧であり、Ｖ_ssはアースに結合される。マイクロスケールの実装では、電圧はずっと小さくすることができ、照明又は屋外ディスプレイの実装では、電圧は高くすることができる。アナログ電圧信号は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に接続されたデータ同期論理４２０により感知される。デジタルサブピクセルデータ値は、アナログ入力電圧値から導かれる。例えば、Ｖ_ssへの（電圧）降下は、データ同期論理（例えば、データ同期論理５２０）への同期標識１１１０としての機能を果たすことができる。続いて、データ同期論理５２０は、アナログ入力をデジタル値としてデータ記憶モジュール２２０に記憶するために、着信データ標識１１２０をＡＤＣ回路４３０へ伝達することができる。一実施形態では、着信データ値は、容量性記憶モジュールのデータ記憶２２０に記憶される。

図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、種々の例示的なマイクロマトリックス構成を説明するブロック図である。図１２Ａは、１つ以上のスマートピクセルμＣデバイス１２３０を含むスマートピクセルマイクロマトリックス、及びＬＥＤデバイス１２５０のマトリックスを説明する。このＬＥＤデバイス１２５０は、従来のＬＥＤデバイス、有機ＬＥＤデバイス、又はμＬＥＤデバイスとすることができる。各μＣデバイス１２３０は、単一のＬＥＤを制御することができるか、又は、単一のμＣデバイス１２３０は、マイクロマトリックス１２４０を制御することができる。一実施形態では、マイクロマトリックスは、行／列形式でアドレスされる。一実施形態では、各ＬＥＤデバイス１２５０は、別個にアドレスされる。一実施形態では、μＬＥＤは、高密度の高解像度ディスプレイを生成するために用いる。一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、当技術分野で知られているように、大規模な屋外ディスプレイ用に使用される。そして、１つ以上のμＣデバイス１２３０は、ディスプレイを制御するために、ネットワーク化することができ、これによって、種々のμＣデバイス１２３０は、ディスプレイの各セグメントに関するタイルコントローラとしての機能を果たす。一実施形態では、図９で説明するように、各セグメントは、マイクロコントローラリンク９３５上で通信することができる。一実施形態では、マイクロマトリックス１２４０は、ＬＥＤ光源であり、ＬＥＤ発光、又は、蛍光を加えた発光、のいずれかにより、白色又はカラーの光を生成する。一実施形態では、マイクロマトリックス１２４０は、液晶ディスプレイ用のＬＥＤバックライトである。

図１２Ｂは、μＣデバイスが、「パッシブ」マイクロマトリックス構成において、ＬＥＤデバイス１２５０のメッシュを制御する一実施形態を説明している。この実施形態では、ＬＥＤは行と列で配置される。ＬＥＤは、直列か、並列か、又はその組合せで、μＣデバイス１２３０の各ＬＥＤ出力ピンに接続することができる。１つ以上のμＣデバイス１２３０は、ＬＥＤデバイス用のマイクロコントローラとして用いることができる。

図１２Ｃは、実施形態に係る、μＣデバイスに対するＬＥＤの別の配置を更に示している。各ＬＥＤデバイス１２５０は、スマートピクセルμＣデバイス１２３０の単一の出力ピンに結合することができる。ＬＥＤデバイス１２５０は、遠く離れた蛍光体と共に使用して白色光を生成する、青又はＵＶのＬＥＤデバイスとすることができる。一実施形態では、ＬＥＤは、ＹＡＧ：Ｃｅ３蛍光体などの直接適用蛍光体を使用する青色ＬＥＤデバイスである。ＬＥＤデバイス１２５０は、ディスプレイ装置の一部とすることもできる。説明された４つのＬＥＤは、ＲＧＢＹサブピクセルとして構成することができる。又は、ＲＧＢＹＣ配置を構築するために、５つのＬＥＤデバイスなどの追加のＬＥＤデバイスを使用することができる。

図１３は、一実施形態に係る代替のスマートピクセルμＣのブロック図である。スマートピクセルμＣ １３１０は、光、電気、温度又は圧力センサなどの１つ以上の組込センサデバイス１３０２を有する。組込センサ１３０２は、センサデータコントローラ１３０４に接続することができる。一実施形態では、センサデータコントローラ１３０４は、チップ外センサ１３０１から追加のセンサデータを受信するために、チップ外センサ１３０１のうちの１つ以上に接続する。一実施形態では、センサ論理１３１２は、組込又は外部センサからのセンサデータを処理するために、センサデータコントローラ１３０４及びデータ記憶１３２０に接続される。センサ論理１３１２により処理されたセンサデータは、データ記憶モジュール１３２０に記憶することができる。一実施形態では、図９で説明するように、外部通信モジュール１３０６は、別のμＣデバイスとのマイクロコントローラリンク９３５を可能にする。

センサ入力のために構成されたいくつかのスマートピクセルμＣの変形も、ＬＥＤデバイスを制御することができる。一実施形態では、スマートピクセルμＣ １３１０は、入力ブロック１３１５、データ記憶モジュール１３２０及び出力ブロック１３２５を有する。一実施形態では、スマートピクセルμＣ １３１０は、図３に示すようなスマートピクセルμＣ ３１０のデジタル入力に類似したデジタル入力３０５、並びに、Ｖ_dd及びＶ_ss電圧入力を有する。一実施形態では、デジタルスマートピクセルμＣ １３１０の出力（例えば、ＬＥＤ₁からＬＥＤ_nまで）は、ＬＥＤ照明装置又はＬＥＤバックライトの１つ以上のＬＥＤデバイスに接続する。各ＬＥＤデバイス出力は、直列か、並列か、又はそれらの組合せで、１つ以上のＬＥＤデバイスに接続することができる。

図１４は、一実施形態に係る代替のスマートピクセルμＣのブロック図である。一実施形態では、デジタル入力のために構成されたスマートピクセルμＣ １４１０は、Ｖ_dd及びＶ_ss電圧入力に加えて、図３のスマートピクセルμＣ ３１０と同様に、データ記憶モジュール３２０及び出力ブロック３２５を有する。一実施形態では、スマートピクセルμＣ １４１０は、入力ブロック１４１５を更に有する。それは、追加の１つ以上のスマートピクセルμＣへ着信デジタル入力３０５を中継するか、再送信するリレー出力１４１７に接続している。一実施形態では、スマートピクセルμＣ １４１０は、１つ以上のＬＥＤデバイス（例えば、例えば、ＬＥＤ₁からＬＥＤ_nまで）への出力を駆動する。各ＬＥＤデバイス出力は、直列か、並列か、又はそれらの組合せで、１つ以上のＬＥＤデバイスに接続することができる。

図１５は、一実施形態に係るスマートピクセルディスプレイを製造する１つの方法のフローチャートである。マイクロスケールＬＥＤデバイス（μＬＥＤ）及びマイクロチップなど、マイクロ集積回路コントローラ（μＣ）など、のマイクロスケールデバイスを製造する例示的な方法が、前に本明細書で説明した米国特許出願第１３／７１１，５５４号に記載されている。μＬＥＤデバイス及びμＣは、別個のキャリア基板上に用意され、静電転写ヘッドアレイの使用によるピックアップと転写のために準備される。例えば、赤色放射μＬＥＤデバイス、青色放射μＬＥＤデバイス、及び、緑色放射μＬＥＤデバイスのアレイは、別個のキャリア基板上に用意される。同様に、μＣアレイは別個のキャリア基板上に用意される。ブロック１５０２で示されるように、静電転写ヘッドアレイは複数のμＬＥＤデバイスを支持しているキャリア基板の上に位置決めされて、キャリア基板から複数のμＬＥＤデバイスをピックアップする。ブロック１５０４で示されるように、μＬＥＤデバイスアレイは、転写先基板上の適切な位置に載置される。同じか異なる静電転写ヘッドアレイは、続いて、スマートピクセルアレイで使用される各色に関して、μＬＥＤデバイスの別個のアレイの各々をピックアップし、移動し、転写先基板の上へ位置決めするために使用される。転写先基板は、ディスプレイ基板、又は照明基板とすることができるが、これに限定されない。ブロック１５０６で示されるように、同じか異なる静電転写ヘッドアレイは、ＬＥＤ μコントローラデバイスアレイを支持するキャリア基板の上に、位置決めされる。そして、μＣキャリア基板からμコントローラデバイスアレイをピックアップする。ブロック１５０８で示されるように、各μＣデバイスはμＬＥＤデバイスのアレイと同じ転写先基板の上に移動されて、転写先基板上の適切な位置に載置される。一実施形態では、１つ以上のセンサデバイスもまた、転写先基板の上に載置される。ブロック１５１０で示されるように、μＬＥＤデバイス及びμＣ用に使用されるものと同じか異なる静電転写ヘッドアレイは、μセンサデバイスアレイを支持するキャリア基板の上に位置決めされて、μセンサデバイスのうちの１つ以上をμセンサキャリア基板からピックアップする。ブロック１５１２で示されるように、各μセンサデバイスは、μＬＥＤデバイスアレイと同じ転写先基板の上に移動されて、転写先基板上の適切な位置に載置される。

図１６は、一実施形態に係る、マイクロデバイスのマイクロデバイス基板を転写先基板へ処理する説明図である。別個のキャリア基板は、各μＬＥＤ色１６１０用、μＣ １６２０用、及び、μセンサ１６２５用に使用される。１つ以上の転写アセンブリ１６００は、マイクロ構造をピックアップして、キャリア基板（例えば、１６１０、１６２０、１６２５）から、ディスプレイ又は照明基板１６３０などの転写先基板へ移動し、スマートピクセルアレイ１６１５を形成するために使用される。一実施形態では、異なる転写アセンブリ１６００は、μＬＥＤ色１６１０の任意の組合せを移動するため、μＣ １６２０のため、及び、μセンサ１６２５のために使用される。ディスプレイ基板には、種々のμＬＥＤ及びμＣの構造を接続する配線が用意されている。複数の配線は、ランディングパッド及び相互接続構造に接続することができる。これにより、μＬＥＤデバイスとμＣデバイスを電気的に接続し、種々のμＣデバイスを相互に接続することができる。転写先基板は、マイクロディスプレイから広面積ディスプレイにわたる任意の寸法のディスプレイ基板１６３０とすることができるか、又は、ＬＥＤ照明用か、又は、液晶ディスプレイのＬＥＤバックライト用の照明基板とすることができる。μＬＥＤ及びμＣの構造は、基板面の同じ側に接合される。

接合は、ピン、導電性パッド、導電性バンプ、及び導電性ボールなどの種々の接続を用いて行うことができるが、これらに限定はされない。ピン、パッド、バンプ又はボールを形成する導電性材料として、金属、金属合金、半田、導電性高分子又は導電性酸化物を使用することができる。一実施形態では、接合を促進するために、転写ヘッドアレイから熱及び／又は圧力を伝達することができる。一実施形態では、μＣ、ＬＥＤデバイス、又はオプションのセンサデバイス上の導電性接点は、基板上の導電性パッドに熱圧着により接合される。このように、接合は、μＣ、ＬＥＤデバイス、又はセンサデバイスへの電気的接続として機能することができる。一実施形態では、接合は、導電性パッドに導電性接点を接合するインジウム合金、又は金合金を含む。発明の実施形態によって利用することができる別の例示的な接合方法としては、熱接合及び熱超音波接合が挙げられるが、これに限定されるものではない。一実施形態では、μＣ、ＬＥＤデバイス又はセンサデバイスは、１つ以上のＬＥＤデバイスをスマートピクセルμＣに電気的に接続する基板上の配線と電気的に接続されたランディングパッドに接合される。転写先基板は、スマートピクセルマイクロマトリックスの用途に基づいて異なる可能性がある。一実施形態では、スマートピクセルマイクロマトリックスＬＥＤディスプレイ装置を形成するために、ディスプレイ基板は使用される。この装置において、スマートピクセルは、高解像度ディスプレイの画素として用いられる。

図１７は、照明又はディスプレイ基板上に組み付けられるスマートピクセルアレイから作製されるスマートピクセルアセンブリの説明図である。一実施形態では、スマートピクセル転写先基板は、μＣデバイスのマイクロマトリックス及びＬＥＤを、１つ以上のコントローラに接続する配線が用意された、スマートピクセルマイクロマトリックス１７３０である。ＬＥＤスマートピクセルマイクロマトリックスは、図１６に記載された様式で、用意した基板１７３０の上に載置することができる。一実施形態では、転写先基板１７３５はディスプレイ基板であり、複数のスマートピクセルマイクロマトリックスアセンブリは、高解像度のディスプレイシステムを形成するために、互いに接続することができる。一実施形態では、転写先基板１７３５は照明基板であり、一つ以上のスマートピクセルマイクロマトリックスアセンブリは、白色の光源を形成するために、黄色の蛍光体と共に用いることができる。一実施形態では、ディスプレイの白色点の経時変動を検出するために、１つ以上のセンサを使用することができる。これらのセンサは、当技術分野で知られているようなセンサ、又は１〜１００μｍの最大（ｘ，ｙ）寸法を有するマイクロスケールセンサとすることができる。そして、ディスプレイは、一貫した白色点を維持するために、適宜再調整することができる。

オプションのシーラント材１７４０は、基板を固定して保護するために用いることができる。一実施形態では、上面発光型ＬＥＤデバイスを有するディスプレイ又は照明基板がシーラント材を通して表示できるように、シーラント材は透明となっている。一組み込みでは、底面発光型ＬＥＤデバイスの使用については、シーラント材は不透明である。一実施形態では、データドライバ１７１０及び走査ドライバ１７２０は、ディスプレイ基板上の複数のデータ及び走査線に接続する。一実施形態では、スマートピクセルデバイスの各々は、リフレッシュ及びタイミングコントローラ１７２４に接続する。リフレッシュ及びタイミングコントローラ１７２４は、各ＬＥＤデバイスを個別にアドレスすることができ、非同期又は適応的な同期ディスプレイ更新を可能にする。一実施形態では、輝度コントローラ１７２６は、マイクロマトリックス基板１７３５に接続することができ、ＬＥＤマイクロマトリックスＬＥＤ照明装置（ＬＣＤのバックライトとしても使用可能）の輝度を制御するために使用される。輝度コントローラ１７２６は、光出力の適応調整を可能にするために、一つ以上の光センサに接続することもできる。一実施形態では、スマートピクセルベースのＬＥＤ光源は、一つ以上の温度センサにより、自動的に温度出力を管理することができる。

表１は、１９２０の×１０８０ｐ及び２５６０×１６００の解像度を有する赤−緑−青（ＲＧＢ）のディスプレイを用いる種々の実施形態に係る例示的な実現例のリストを提示する。発明の実施形態は、ＲＧＢ色方式、又は、１９２０×１０８０ｐ若しくは２５６０×１６００の解像度に限定されず、特定の解像度とＲＧＢ色方式は、説明目的のためだけであることを理解されたい。

上述の例示的な実施形態では、１５．７５ピクセル／ｃｍ（４０ＰＰＩ）の画素密度は１３９．７ｃｍ（５５インチ）の１９２０×１０８０ｐ解像度テレビジョンに対応することができ、１２８．３及び１７３．２ピクセル／ｃｍ（３２６と４４０ＰＰＩ画素密度）は、網膜ディスプレイを有する携帯用デバイスに対応することができる。発明の実施形態によれば、スマートピクセル１２０用のμＬＥＤデバイス及びμＣの最大（ｘ，ｙ）寸法は、上述の割り当てられた画素ピッチ（表１に関する上述の例示的な割り当てられたピクセルピッチなど）の範囲内に適合する。例えば、一実施形態では、１７３．２ピクセル／ｃｍ（４４０ＰＰＩ）を有する１２．７ｃｍ（５インチ）ＲＧＢディスプレイは、赤色放射μＬＥＤデバイス、緑色放射μＬＥＤデバイス、及び青色放射μＬＥＤデバイス、並びにμＣデバイスを含むことができる。各色のＬＥＤデバイスは、対応する（１９μｍ，５８μｍ）のサブピクセルピッチの範囲内に適合する最大（ｘ，ｙ）寸法を有し、μＣデバイスは、（５８μｍ，５８μｍ）のピクセルピッチの範囲内に適合する。例えば、一実施形態では、１５．７５ピクセル／ｃｍ（４０ＰＰＩ）を有する１３９．７ｃｍ（５５インチ）ＲＧＢディスプレイは、赤色放射μＬＥＤデバイス、緑色放射μＬＥＤデバイス、及び青色放射μＬＥＤデバイス、並びにμＣデバイスを含むことができる。各色のＬＥＤデバイスは、対応する（２１１μｍ，６３４μｍ）のサブピクセルピッチの範囲内に適合する最大（ｘ，ｙ）寸法を有し、μＣデバイスは、（６３４μｍ，６３４μｍ）のピクセルピッチの範囲内に適合する。

本発明の種々の態様を利用するに当たって、上述のスマートピクセルの実施形態を組合わせ、又は変型することが可能であることが、当業者にとって明白となるであろう。本発明は、構造的機能及び／又は方法論的な行為に特有の言語で説明されているものの、添付の請求項に定義される発明は、必ずしも記載された特定の機能又は行為に限定されるものではないことを理解されたい。開示された特定の機能及び行為は、本発明を説明する上で有用であり、請求された発明のとりわけ適切な実施であるとして理解されよう。

Claims (46)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスと、
   前記ＬＥＤデバイスを切り替えて駆動するマイクロコントローラと、
   を備え、前記ＬＥＤデバイス及び前記マイクロコントローラは、基板の同じ側に接合される、発光アセンブリ。
2. 前記ＬＥＤデバイス及び前記マイクロコントローラは、インジウム、金、銀、銅又はそれらの合金によって、前記基板に接合される、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記マイクロコントローラはマイクロチップである、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記マイクロコントローラは、１〜１００μｍの最大長寸法を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
5. 前記マイクロコントローラは、１〜１００μｍの最大幅寸法を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
6. 前記ＬＥＤデバイスは、１〜１００μｍの最大長及び最大幅寸法を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
7. 前記マイクロコントローラと前記基板の前記同じ側に接合される複数のＬＥＤデバイスを備える、請求項１に記載のアセンブリ。
8. 前記複数のＬＥＤデバイスは、前記マイクロコントローラと電気的に接続される、請求項７に記載のアセンブリ。
9. 前記複数のＬＥＤデバイスは、前記基板の前記同じ側の上にある配線と電気的に接続されたランディングパッドに接合される、請求項８に記載のアセンブリ。
10. 前記マイクロコントローラは、１つ以上の入力回路及び少なくとも１つの出力回路を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
11. 前記マイクロコントローラは、アナログ駆動回路を含む、請求項１０に記載のアセンブリ。
12. 前記入力回路は、アナログデジタル変換器を更に含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
13. 前記入力回路の前記アナログデジタル変換器は、ランダムアクセスメモリのバンクを含むデータ記憶モジュールに接続する、請求項１２に記載のアセンブリ。
14. ランダムアクセスメモリの前記バンクは、スタティックランダムアクセスメモリを含む、請求項１３に記載のアセンブリ。
15. ランダムアクセスメモリの前記バンクは、ダイナミックランダムアクセスメモリを含む、請求項１３に記載のアセンブリ。
16. 前記入力回路は、容量性記憶モジュールに接続する、請求項１０に記載のアセンブリ。
17. 前記マイクロコントローラは、デジタル論理を含み、前記デジタル論理は、入力論理ブロックと、出力論理ブロックと、データ記憶モジュールと、を含む、請求項１６に記載のアセンブリ。
18. 前記データ記憶モジュールは、ランダムアクセスメモリの少なくとも１つのバンクを含む、請求項１７に記載のアセンブリ。
19. ランダムアクセスメモリの前記少なくとも１つのバンクは、スタティックランダムアクセスメモリを含む、請求項１８に記載のアセンブリ。
20. 前記基板の前記同じ側上に複数のマイクロコントローラを更に備え、前記複数のマイクロコントローラは、相互に及び前記複数のＬＥＤデバイスに電気的に接続される、請求項８に記載のアセンブリ。
21. データドライバと走査ドライバとを更に備え、それぞれは前記基板に接続される、請求項２０に記載のアセンブリ。
22. 前記データドライバに接続するタイミングコントローラを更に備え、前記タイミングコントローラは、前記走査ドライバに対して、ディスプレイパネルの第１の行に現在のデータフレームにおいてリフレッシュさせないように合図し、前記ディスプレイパネルの第２の行に前記現在のデータフレームにおいてリフレッシュさせるように合図することが動作可能である、請求項２１に記載のアセンブリ。
23. ＬＥＤデバイスアレイと、
    マイクロコントローラアレイと、
    を更に備え、前記ＬＥＤデバイスアレイ及び前記マイクロコントローラアレイは、前記基板の前記同じ側に接合され、
    前記マイクロコントローラアレイにおけるマイクロコントローラの数は、前記ＬＥＤデバイスアレイにおけるＬＥＤデバイスの数より少ない、請求項１に記載の発光アセンブリ。
24. 各マイクロコントローラは、複数のＬＥＤデバイスを切り替えて駆動するために、前記複数のＬＥＤデバイスと電気的に接続している、請求項２３に記載のアセンブリ。
25. 各マイクロコントローラは、各ピクセルの複数のＬＥＤデバイスを駆動するために、複数のピクセルと電気的に接続している、請求項２３に記載のアセンブリ。
26. 前記基板は照明基板である、請求項２３に記載のアセンブリ。
27. 電気センサデバイスを更に備える、請求項２３に記載のアセンブリ。
28. 温度センサデバイスを更に備える、請求項２３に記載のアセンブリ。
29. 光センサデバイスを更に備える、請求項２３に記載のアセンブリ。
30. 圧力センサデバイスを更に備える、請求項２３に記載のアセンブリ。
31. 前記マイクロコントローラアレイにおける複数のマイクロコントローラは、前記複数のマイクロコントローラ間でデータを交換する外部通信モジュールを含む、請求項２３に記載のアセンブリ。
32. 前記マイクロコントローラアレイにおける複数のマイクロコントローラは、前記複数のマイクロコントローラ間でデータを交換する外部通信モジュールを含む、請求項３１に記載のアセンブリ。
33. 複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを支持する基板の上に第１の転写ヘッドアレイを位置決めする工程と、
    前記第１の転写ヘッドアレイによって前記複数のＬＥＤデバイスをピックアップする工程と、
    前記複数のＬＥＤデバイスを転写先基板に載置する工程と、
    複数のマイクロコントローラを支持する基板の上に第２の転写ヘッドアレイを位置決めする工程と、
    前記第２の転写ヘッドアレイによって前記複数のマイクロコントローラをピックアップする工程と、
    前記転写先基板の前記複数のＬＥＤデバイスと同じ側に、前記複数のマイクロコントローラを載置する工程と、
    を含む、発光アセンブリ製造方法。
34. 前記第１及び第２の転写ヘッドアレイは、静電の原理に従って動作する、請求項３３に記載の方法。
35. 前記第１及び第２の転写ヘッドアレイは、同じ転写ヘッドアレイである、請求項３３に記載の方法。
36. 前記第１及び第２の転写ヘッドアレイは、異なる転写ヘッドアレイである、請求項３３に記載の方法。
37. 前記複数のＬＥＤデバイスのそれぞれは、１〜１００μｍの最大長又は最大幅寸法を有する、請求項３３に記載の方法。
38. 前記複数のＬＥＤデバイスを前記転写先基板に接合する工程を更に含む、請求項３３に記載の方法。
39. 前記複数のＬＥＤデバイスを前記転写先基板に接合する工程は、前記転写ヘッドアレイによって、前記複数のＬＥＤデバイスを加熱する工程を含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記転写ヘッドアレイによって前記複数のＬＥＤデバイスを加熱する工程は、熱圧着の工程を含む、請求項３８に記載の方法。
41. 前記複数のマイクロコントローラを前記転写先基板に接合する工程を更に含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記複数のマイクロコントローラを前記転写先基板に接合する工程は、前記転写ヘッドアレイによって、前記複数のＬＥＤデバイスを加熱する工程を含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記転写ヘッドアレイによって前記複数のマイクロコントローラを加熱する工程は、熱圧着の工程を含む、請求項４２に記載の方法。
44. 第３の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを支持する基板の上に第３の転写ヘッドアレイを位置決めする工程と、
    前記第３の転写ヘッドアレイによって前記第３の複数のＬＥＤデバイスをピックアップする工程と、
    前記転写先基板の前記複数のＬＥＤデバイスと前記同じ側に、前記第３の複数のＬＥＤデバイスを載置する工程と、を更に含む、請求項３３に記載の方法。
45. 前記第１及び第３の転写ヘッドアレイは、異なる転写ヘッドアレイである、請求項４４に記載の方法。
46. 前記第１及び第３の転写ヘッドアレイは、同じ転写ヘッドアレイである、請求項４４に記載の方法。

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