JP2021530003A - 高リフレッシュレートｌｅｄアレイのための動的ピクセル診断 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤコントローラは、行及び列選択信号に応答してアクティブ化されるスイッチＫ１と、パルス幅変調デューティサイクルに応答してアクティブ化されるスイッチＫ２と、Ｖｂｉａｓからの電流源を提供するスイッチＫ３とを含む。ピクセルアクティブ化は、スイッチＫ１及びＫ２の状態によって少なくとも部分的に決定される。動作において、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤピクセルはスイッチＫ１によって選択され、ＬＥＤピクセルの故障判定は、Ｖｆバス上の決定されたＶｆに基づいて行われる。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、2019年6月28日に出願された米国特許出願第16/456,868号、2019年6月28日に出願された米国特許出願第16/456,874号、2018年10月31日に出願された欧州特許出願第18203783.8号、及び2018年9月10日に出願された米国仮特許出願第62/729,244号に対する優先権の利益を主張するものであり、これらのそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、高速画像リフレッシュレートでアドレス指定可能なＬＥＤピクセルアレイをサポートすることができる外部データ画像入力を有するマイクロコントローラに関する。

サポートするＣＭＯＳ回路を有するＬＥＤのピクセルアレイが使用されてきたが、商業的使用に適した実用的な実装は、厳しい製造、電力、及びデータ管理の問題に直面し得る。数千の発光ピクセルの個々の光強度は、３０〜６０Ｈｚのリフレッシュレートで制御される必要がある場合がある。多くの用途には、高いデータリフレッシュレートが必要であり、様々な較正、試験、及び制御方法をサポートするシステムが必要である。

一実施形態では、ＬＥＤコントローラが、画像データを保持する画像バッファを含む。大きなピクセルアレイの一部を形成するＬＥＤピクセルが、画像データ、ＬＤＯ状態、及びパルス幅変調モジュール状態に応答してアクティブ化可能（activatable）である。ＬＤＯバイパスを使用するピクセル診断モードを含むロジックモジュールが、ＬＤＯ状態を修正し、画像バッファからの画像データを使用する必要なく、診断目的のためにＬＥＤピクセルの直接アドレス指定を可能にするように接続される。

一実施形態では、画像バッファは、ＬＤＯバイパスがアクティブ化される（activated）とき、ＬＥＤピクセルから効果的に切り離される。

別の実施形態では、パルス幅変調器が、画像フレームバッファとＬＥＤピクセルとの間に接続される。パルス幅変調器は、画像バッファの読み出し中にロードされるデューティサイクルを有することができる。他の実施形態では、パルス幅変調器は、ピクセル毎に設定可能なリーディングエッジ位相シフト（configurable per pixel leading edge phase shift）をサポートする。

行選択及び列選択が、ＬＤＯバイパスを使用するとき、アクティブ化（activation）のために特定のＬＥＤピクセルを選択するために使用される。ＬＥＤピクセルは、データライン、バイパスライン、ＰＷＭＯＳＣライン、Ｖ_ｂｉａｓライン、及びＶ_ｆラインを備えて供給されることができる。

別の実施形態では、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤコントローラは、行及び列選択信号に応答してアクティブ化されるスイッチＫ１と、パルス幅変調デューティサイクルに応答してアクティブ化されるスイッチＫ２と、Ｖ_ｂｉａｓからの電流源を提供するスイッチＫ３とを含む。ピクセルアクティブ化は、少なくとも部分的にスイッチＫ１及びＫ２の状態によって決定される。動作において、ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤピクセルはスイッチＫ１によって選択され、ＬＥＤピクセルの故障判定は、Ｖｆバス上の決定されたＶｆに基づいて行われる。

別の実施形態では、ＬＥＤピクセルアレイのためのＬＥＤコントローラは、行及び列選択信号を提供するロジックと、デューティサイクルを有するパルス幅変調器と、ＬＥＤピクセルアレイ内のＬＥＤピクセルであって、少なくとも部分的に、行及び列選択信号の状態並びにパルス幅変調器のデューティサイクルにしたがってアクティブ化されるＬＥＤピクセルとを含む。ＬＥＤピクセルの故障判定は、Ｖｆバス上の決定されたＶｆに基づいて行われる。

アクティブヘッドランプを用いた別個のセクタにおける道路の照明を示す図である。 静的照明モジュールに隣接して配置された動的ピクセルアドレス指定可能照明モジュールを示す。 アクティブヘッドランプを制御するための車両ヘッドランプシステムの一実施形態である。 車両処理出力への接続を有するアクティブヘッドランプを制御するための車両ヘッドランプシステムの一実施形態である。 アクティブヘッドランプコントローラの一実施形態の概略図である。 ＬＥＤピクセルアレイのためのマイクロコントローラアセンブリの図である。 ピクセル制御回路のためのＬＤＯバイパス回路を示す。 ゲートタイミング図を示す。 代替のピクセル制御回路を示す。 ゲートタイミング図を示す。 ＬＤＯバイパスをサポートする行及び列選択を備えたアクティブマトリクスピクセルアレイを示す。

発光ピクセルアレイは、光分布のきめ細かい強度（fine-grained intensity）、空間的、及び時間的制御から恩恵を受ける用途をサポートし得る。これは、ピクセルブロック又は個々のピクセルから放射された光の正確な空間パターン化を含み得るが、これに限定されない。用途に応じて、放射された光は、スペクトル的に別個であり得る、経時的に適応的であり得る、及び／又は環境に対応し得る。発光ピクセルアレイは、種々の強度、空間、又は時間パターンで予めプログラムされた光分布を提供し得る。放射される光は、少なくとも部分的に受信されたセンサデータに基づき得、光無線通信に使用され得る。関連する光学系は、ピクセル、ピクセルブロック、又はデバイスレベルで別個であり得る。例示的な発光ピクセルアレイは、関連する共通光学系を有する高強度ピクセルの共通に制御される中央ブロックを有するデバイスを含み得、一方、エッジピクセルは、個々の光学系を有し得る。発光ピクセルアレイによってサポートされる一般的な用途には、ビデオ照明、車両用ヘッドライト、建築及びエリア照明、街路照明、ならびに情報ディスプレイが含まれる。

発光ピクセルアレイは、改良された視覚表示のために建物又は領域を選択的かつ適応的に照明するために、又は照明コストを低減するために使用され得る。加えて、発光ピクセルアレイは、装飾的な動き又はビデオ効果のためにメディアファサードを投影するように使用され得る。トラッキングセンサ及び／又はカメラと共に、歩行者の周囲の領域の選択的照明が可能であり得る。スペクトル的に異なるピクセルが、照明の色温度を調節するために、また、波長特異的園芸照明をサポートするために、使用され得る。

街路照明は、発光ピクセルアレイの使用から大きな利益を得ることができる重要な用途である。単一タイプの発光アレイが、種々の街路灯のタイプを模倣するために使用され得、例えば、選択されたピクセルの適切なアクティブ化又は非アクティブ化によって、タイプＩ直線街路灯とタイプＩＶ半円街路灯との間のスイッチングを可能にする。さらに、環境条件又は使用の時間に応じて光線強度又は分布を調整することにより、街路照明のコストが低下され得る。例えば、歩行者がいない場合には、光の強さと分布の面積が減少され得る。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個である場合、光の色温度は、それぞれの昼光、夕暮れ、又は夜間の条件に従って調節され得る。

また、発光アレイは、直接又は投影ディスプレイを必要とするアプリケーションをサポートするのにも適している。例えば、警告、緊急、又は情報標識は全て、発光アレイを用いて表示又は投影され得る。これにより、例えば、色が変わる又は閃光を放つ出口標識を投影することができる。発光アレイが多数のピクセルから構成される場合、テキスト情報又は数値情報が提供され得る。方向の矢印又は類似のインジケータもまた、提供され得る。

車両用ヘッドランプは、大きいピクセル数と高いデータリフレッシュレートを必要とする発光アレイ用途である。道路の選択された部分のみを能動的に照らす自動車用ヘッドライトは、対向する運転者のグレアやまぶしさに関連する問題を軽減するために使用することができる。赤外線カメラをセンサとして用いて、発光ピクセルアレイは、道路を照明するために必要なピクセルのみをアクティブ化させ、一方、歩行者又は対向車両の運転者をまぶしくさせる可能性のあるピクセルを非アクティブ化させる。さらに、路外の歩行者、動物、又は標識を選択的に照明し、運転者の環境認識（driver environmental awareness）を向上させることができる。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に異なる（spectrally distinct）場合、光の色温度は、それぞれ昼光、夕暮れ、又は夜間の条件に従って調節され得る。幾つかのピクセルは、光ワイヤレス車々間通信に使用され得る。

発光アレイの１つの価値の高い用途は、図１に関して例示されており、これは、車両の前方の領域１２０を照明する車両のヘッドランプシステムのための潜在的な道路照明パターン１００を示す。図示のように、道路１１０は、左縁部１１２、右縁部１１４、及びセンターライン１１６を含む。この例では、２つの主要領域、すなわち、下方に向けられた静的に照明される領域１２２及び動的に照明される領域１３０が照明される。領域１３０内の光強度は、動的に制御されることができる。例えば、センターライン１１６と左縁部１１２との間を移動する対向車両（図示せず）が部分領域１３２内に移動すると、光強度を減少又は完全に遮断することができる。対向車両が部分領域１３４に向かって移動すると、一連の部分領域（図示せず）は、この場合もまた減少した光強度を有するように規定されることができ、不安全なまぶしさ又はグレアの可能性を低減する。理解されるように、他の実施形態では、道路標識又は歩行者を強調するために、又は、例えば、曲がった道路の動的光追跡を可能にするように調整された空間照明パターンを強調するために、光強度を増加させることができる。

図２は、図１に関して説明したような照明パターンを提供することができる照明モジュール２００の配置を示す。ＬＥＤ光モジュール２２２は、単独で、又はレンズ又は反射器を含む一次光学系又は二次光学系と関連して、ＬＥＤを含むことができる。全体的なデータ管理要件を低減するために、光モジュール２２２は、オン/オフ機能又は比較的少ない光強度レベル間のスイッチングに制限することができる。光強度のピクセルレベル制御は、必ずしもサポートされない。

ＬＥＤ光モジュール２２２に隣接して配置されたのは、アクティブＬＥＤアレイ２３０である。ＬＥＤアレイは、ピクセル領域２０４と二者択一的に（alternatively）選択可能なＬＥＤ領域２０６及び２０８とを有する、ＣＭＯＳダイ２０２を含む。ピクセル領域２０４は、１２．２×４．１６ミリメートルの領域にわたって分散された合計３１，６１６ピクセルに対して、１０４行及び３０４列を有することができる。選択可能なＬＥＤ領域２０６及び２０８は、異なる車両のヘッドランプ又は用途に適した異なるアスペクト比が選択されることを可能にする。例えば、一実施形態では、選択可能なＬＥＤ領域２０６は、１０．６×４ミリメートルの領域にわたって分散された合計２０，１７２ピクセルに対して、８２行及び２４６列を有する１：３のアスペクト比を有することができる。あるいは、選択可能ＬＥＤ領域２０８は、１２．１×３．２ミリメートルの領域にわたって分散された合計２０，１６４ピクセルに対して、７１行及び２８４列を有する１：４のアスペクト比を有することができる。一実施形態では、ピクセルは、１０ビット強度範囲及び、６０Ｈｚ以上の典型的な動作リフレッシュレートで、３０〜１００Ｈｚの間のリフレッシュレートを有するようにアクティブに管理することができる。

図３Ａは、車両サポート電力（vehicle supported power）（３０２）と、データバス（３０４）を含む制御システムとを含む車両ヘッドランプシステム３００の実施形態を示す。センサモジュール３０６は、環境条件（例えば、時刻、雨、霧、周囲光レベルなど）、車両条件（駐車中、動作中、速度、方向）、又は他の車両若しくは歩行者の存在／位置に関連するデータを提供するために、データバス３０４に接続されることができる。別個のヘッドランプコントローラ３３０を車両サポート電力及び制御システムに接続することができる。

車両ヘッドランプシステム３００は、電力入力フィルタ及び制御保護モジュール３１０を含むことができる。モジュール３１０は、伝導性放射を低減し、電力耐性を提供するために、種々のフィルタをサポートすることができる。静電放電（ＥＳＤ）保護、負荷ダンプ保護、交流発電機電界減衰保護（alternator field decay protection）、及び逆極性保護もまた、モジュール３１０によって提供され得る。

フィルタされた電力は、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣモジュール３１２に供給され得る。モジュール３１２は、ＬＥＤに電力を供給するためにのみ使用することができ、典型的には、公称１３．２ボルトで７〜１８ボルトの入力電圧を有する。出力電圧は、工場又はローカル較正、及び負荷、温度又は他の要因による動作条件調整によって決定されるＬＥＤアレイ最大電圧よりもわずかに高い（例えば、０．３ボルト）ように設定することができる。

フィルタされた電力はまた、マイクロコントローラ３２２又はアクティブヘッドランプ３３０、３２４内のＣＭＯＳロジックに電力を供給するために使用することができるロジックＬＤＯモジュール３１４にも供給される。

車両ヘッドランプシステム３００はまた、マイクロコントローラ３２２に接続されたバストランシーバ３２０（例えば、ＵＡＲＴ又はＳＰＩインタフェースを有する）を含むことができる。マイクロコントローラ３２２は、センサモジュール３０６からのデータに基づいて、又はそれを含む車両入力を変換することができる。変換された車両入力は、アクティブヘッドランプモジュール３２４内の画像バッファに転送可能なビデオ信号を含むことができる。加えて、マイクロコントローラ３２２は、デフォルトの画像フレームをロードし、起動中にオープン／ショートピクセルをテストすることができる。一実施形態では、ＳＰＩインタフェースは、ＣＭＯＳ内の画像バッファをロードする。画像フレームは、全フレーム、差分又は部分フレームであることができる。他のマイクロコントローラ３２２の特徴は、ダイ温度及びロジックＬＤＯ出力を含むＣＭＯＳステータスの制御インタフェースモニタを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ ＤＣ／ＤＣ出力は、ヘッドルームを最小化するように動的に制御することができる。画像フレームデータを提供することに加えて、サイドマーカ又はターンシグナルライトと組み合わせた補完的使用、及び／又はデイタイムランニングライトの作動などの他のヘッドランプ機能も制御することができる。

図３Ｂは、車両センサ入力及びコマンド、ならびにヘッドランプ又はローカルに取り付けられたセンサに基づくコマンドを受け入れることができる車両用ヘッドランプシステム３３０の種々の構成要素及びモジュールの一実施形態を示す。図３Ｂに示すように、車両搭載システム３３２は、リモートセンサ３４０と、センサ処理３４２が可能な電子処理モジュールとを含むことができる。処理されたセンサデータは、例えば周囲光レベル、時刻、車両位置、他の車両の位置、道路条件、又は気象条件のような種々のセンサ入力条件に少なくとも部分的に基づいてコマンド命令又はパターン生成をもたらす決定アルゴリズムモジュール３４４内の種々の決定アルゴリズムに入力されることができる。理解されるように、決定アルゴリズムモジュール３４４のための有用な情報は、ユーザスマートフォンへの接続、車々間無線接続、又はリモートデータ又は情報資源への接続を含む、他のソースからも提供することができる。

決定アルゴリズムモジュール３４４の結果に基づいて、画像生成モジュール３４６は、動的に調節可能であり、条件に適したアクティブ照明パターンを車両用ヘッドランプに最終的に提供する画像パターンを提供する。この生成された画像パターンは、画像コーディングモジュール３４８によってシリアル又は他の送信スキームのために符号化され、高速バス３５０を介して画像デコードモジュール３５４に送られる。いったんデコードされると、画像パターンがｕＬＥＤモジュール３８０に提供され、照明ピクセルのアクティブ化及び強度を駆動する。

いくつかの動作モードでは、ＣＡＮバス３５２を通じた決定アルゴリズムモジュール３４４の接続を介してヘッドランプ制御モジュール３７０に提供される命令を使用して、システム３３０をデフォルト又は簡略化された画像パターンで駆動することができる。例えば、車両始動時の初期パターンは、均一な低光強度パターンであり得る。いくつかの実施形態では、ヘッドランプ制御モジュールは、センサアクティブ化又は制御を含む他の機能を駆動するために使用することができる。

他の可能な動作モードでは、システム３３０は、ＣＡＮバス３５２又は高速バス３５０を介しての入力を必要としないローカルセンサ又はコマンドから導出された画像パターンで駆動することができる。例えば、ローカルセンサ３６０及びセンサ処理３６２を可能にする電子処理モジュールを使用することができる。処理されたセンサデータは、例えば周囲光レベル、時刻、車両位置、他の車両の位置、道路条件、又は気象条件のような種々のセンサ入力条件に少なくとも部分的に基づいてコマンド命令又はパターン生成をもたらす決定アルゴリズムモジュール３６４内の種々の決定アルゴリズムに入力されることができる。理解されるように、車両サポートリモートセンサ３４０のように、決定アルゴリズムモジュール３６４のための有用な情報は、ユーザスマートフォンへの接続、車々間無線接続、又はリモートデータ又は情報資源への接続を含む、他のソースからも提供することができる。

決定アルゴリズムモジュール３６４の結果に基づいて、画像生成モジュール３６６は、動的に調節可能であり、条件に適したアクティブ照明パターンを車両用ヘッドランプに最終的に提供する画像パターンを提供する。いくつかの実施形態では、この生成された画像パターンは、追加の画像コーディング／デコーディングステップを必要としないが、選択されたピクセルの照明を駆動するために、uＬＥＤモジュール３８０に直接送ることができる。

図４は、図３のアクティブヘッドランプ３３０に関して説明したようなアクティブヘッドランプシステム４００の種々の構成要素及びモジュールの一実施形態を示す。図示のように、内部モジュールは、ＬＥＤ電力分配及びモニタモジュール４１０ならびにロジック及び制御モジュール４２０を含む。

車両からの画像又は他のデータは、ＳＰＩインタフェース４１２を介して到着することができる。連続する画像又はビデオデータは、画像フレームバッファ４１４に記憶することができる。利用可能な画像データがない場合、スタンバイ画像バッファ４１６内に保持された１つ又は複数のスタンバイ画像を画像フレームバッファ４１４に送ることができる。このようなスタンバイ画像は、例えば、法的に許容される車両のロービームヘッドランプ放射パターンと一致する強度及び空間パターンを含むことができる。

動作において、画像内のピクセルは、ピクセルモジュール４３０内の対応するＬＥＤピクセルの応答を定めるために使用され、ＬＥＤピクセルの強度及び空間変調は、画像（複数可）に基づく。データレートの問題を低減するために、いくつかの実施形態では、ピクセルのグループ（例えば、５×５ブロック）を単一ブロックとして制御することができる。連続画像からのピクセル値が、６０Ｈｚが典型的である、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの間のレートで連続する画像シーケンスのフレームとしてロードされることができる、高速及び高データレート動作がサポートされる。パルス幅変調モジュール４１８と共に、ピクセルモジュール内の各ピクセルは、画像フレームバッファ４１４内に保持された画像に少なくとも部分的に依存するパターン及び強度の光を放射するように動作することができる。

一実施形態では、ロジック及び制御モジュール４２０並びにパルス幅変調モジュール４１８を使用して、各ＬＥＤピクセルに対して適切なランプ時間及びパルス幅を設定することによって、強度を別々に制御及び調整することができる。これにより、ＬＥＤピクセルアクティブ化のステージングが可能となり、電力変動を低減し、種々のピクセル診断機能を提供することができる。

図５は、ＬＥＤピクセルアレイのためのマイクロコントローラアセンブリ５００を示す。アセンブリ５００は、Ｖｄｄ及びＶｓｓピンを介してロジック電力を受け取ることができる。アクティブマトリクスは、複数のＶ_ＬＥＤピン及びＶ_{Ｃａｔｈｏｄｅ}ピンによってＬＥＤアレイ制御のための電力を受け取る。シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）は、単一のマスタを有するマスタスレーブアーキテクチャを使用して全二重モード通信を提供することができる。マスタデバイスは、読み書き用のフレームを生成する。複数のスレーブデバイスは、個々のスレーブ選択（ＳＳ）ラインによる選択を通じてサポートされる。入力ピンは、すべてＳＰＩインタフェースに接続された、マスタ出力スレーブ入力（ＭＯＳＩ）、マスタ入力スレーブ出力（ＭＩＳＯ）、チップ選択（ＳＣ）、及びクロック（ＣＬＫ）を含むことができる。

一実施形態では、ＳＰＩフレームは、２ストップビット（両方「０」）、１０データビット、ＭＳＢファースト、３ ＣＲＣビット（ｘ３＋ｘ＋ｌ）、スタート１１１ｂ、及びターゲット０００ｂを含む。タイミングは、ＳａｆｅＳＰＩ「インフレーム」標準に従って設定することができる。

ＭＯＳＩ Ｆｉｅｌｄデータは次のとおりである：

フレーム０：ヘッダ

フレーム１／２：開始列アドレス［ＳＣＯＬ］

フレーム３／４：開始行アドレス［ＳＲＯＷ］

フレーム５／６：列の数［ＮＣＯＬ］

フレーム７／８：行の数［ＮＲＯＷ］

フレーム９：強度ピクセル［ＳＣＯＬ，ＳＲＯＷ］

フレーム１０：強度ピクセル［ＳＣＯＬ＋１，ＳＲＯＷ］

フレーム９＋ＮＣＯＬ：強度ピクセル［ＳＣＯＬ＋ＮＣＯＬ，ＳＲＯＷ］

フレーム９＋ＮＣＯＬ＋１：強度ピクセル［ＳＣＯＬ，ＳＲＯＷ＋１］

フレーム９＋ＮＣＯＬ＋ＮＲＯＷ：強度ピクセル［ＳＣＯＬ＋ＮＣＯＬ，ＳＲＯＷ＋ＮＲＯＷ］

ＭＩＳＯフィールドデータは、フレームメモリのループバックを含むことができる。

６０Ｈｚ（６０フルフレーム／秒）でのフィールドリフレッシュレートがサポートされ、少なくとも１０Ｍｂｐｓ、典型的には５〜２０Ｍｂｐｓの間のビットレートである。

ＳＰＩインタフェースは、アドレス生成器、フレームバッファ、スタンバイフレームバッファに接続する。ピクセルは、コマンド及び制御モジュールによって修正される（例えば、フレームバッファへの入力前の電力ゲート、又はパルス幅変調又は電力ゲートを介したフレームバッファからの出力後の電力ゲートによって）、パラメータセット及び信号又は電力を有することができる。ＳＰＩインタフェースは、アクティブマトリクスに行とアドレス情報を提供するアドレス生成モジュールに接続されることができる。アドレス生成モジュールは、次に、フレームバッファにフレームバッファアドレスを提供することができる。

コマンド及び制御モジュールは、集積回路間（Ｉ^２Ｃ）シリアルバスを介して外部から制御されることができる。７ビットアドレス指定のデータ（ＳＤＡ）ピン及びクロック（ＳＣＬ）がサポートされる。

コマンド及び制御モジュールは、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と２つのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。これらは、接続されたアクティブマトリクスのＶ_ｂｉａｓの設定、最大Ｖ_ｆの決定、及びシステム温度の決定にそれぞれ使用される。アクティブマトリクスに対するパルス幅変調発振（ＰＷＭＯＳＣ）周波数を設定するための発振器（ＯＳＣ）も接続されている。また、バイパスラインが、診断、較正、又はテストの目的のために、アクティブマトリクス内の個々のピクセル又はピクセルブロックのアドレスを可能にするために存在する。

一実施形態では、コマンド及び制御モジュールは、以下の入出力を提供することができる：

ＣＭＯＳチップへの入力:

ＶＢＩＡＳ：ＬＤＯの電圧バイアスを設定する。

ＧＥＴ＿ＷＯＲＤ［．．．］：ＣＭＯＳからの出力を要求する。

ＴＥＳＴ＿Ｍ１：ピクセルテストを実行する:バイパスモードのＬＤＯは、内部１ｍＡソースを使用して、列、次に行を順番にアドレス指定し、ＶＦを出力する。

ＳＰＩを介して出力されるＶｆ値。

ＴＥＳＴ＿Ｍ２：ピクセルテストを実行する：バイパスモードのＬＤＯは、外部Ｉソースを使用して、列、次に行を順番にアドレス指定し、ＶＦを出力する。

ＳＰＩを介して出力されるＶｆ値

ＴＥＳＴ＿Ｍ３：バイパスモードのＬＤＯは、内部１ｍＡのソース、Ｉ２Ｃを介したＶｆ出力を使用して、Ｉ２Ｃを通してアドレス指定する。

ＴＥＳＴ＿Ｍ４：バイパスモードのＬＤＯは、外部Ｉソース、Ｉ２Ｃを介したＶ_ｆ出力を使用して、Ｉ２Ｃを通してアドレス指定する。

ＢＵＦＦＥＲ＿ＳＷＡＰ：スタンバイバッファへ／スタンバイバッファからスワップする。

ＣＯＬＵＭＮ＿ＮＵＭ：特定の行をアドレス指定する。

ＲＯＷ＿ＮＵＭ：特定の列をアドレス指定する。

ＣＭＯＳチップからの出力:

ＣＷ＿ＰＨＩＶ＿ＭＩＮ、ＣＷ＿ＰＨＩＶ＿ＡＶＧ、ＣＷ＿ＰＨＩＶ＿ＭＡＸ：工場で測定されたＥＯＬグローバル光束データ。

ＣＷ＿ＶＬＥＤ＿ＭＩＮ，ＣＷ＿ＶＬＥＤ＿ＡＶＧ，ＣＷ＿ＶＬＥＤ＿ＭＡＸ：工場で測定されたＥＯＬグローバル順方向電圧データ。

ＣＷ＿ＳＥＲＩＡＬＮＯ：トレーサビリティ目的のダイ／ＣＭＯＳコンボシリアル番号。

ＴＥＭＰ＿ＤＩＥ：ダイ温度の値。

ＶＦ：ＣＯＬＵＭＮ＿ＮＵＭ及びＲＯＷ＿ＮＵＭでアドレス指定された場合のＶｆバスの値。

ＢＵＦＦＥＲ ＳＴＡＴＵＳ：どのバッファが選択されているかを示す。

マイクロコントローラアセンブリ５００のための種々の較正及びテスト方法がサポートされる。工場較正中に、すべてのピクセルのＶ_ｆを測定することができる。アクティブ領域の最大、最小、及び平均Ｖｆは、較正フレームとして「焼き付けられる」ことができる。最大Ｖｆ及びｄＶｆ／ｄＴ較正フレームは、実際のＶ_ＬＥＤを動的に決定するために、測定されたダイ温度と共に使用することができる。典型的には、３．０Ｖ〜４．５ＶのＶ_ＬＥＤがサポートされ、実際の値は、図３に関して説明したような外部ＤＣ／ＤＣコンバータへのフィードバックループによって決定される。

図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、ピクセル制御回路６００及び関連するタイミング図６１０の一実施形態を示す。ピクセル制御回路６００は、行及び列選択、及びバイパス信号を有するロジックを含む。ＰＷＮ ＯＳＣ入力及びデータは、ロジックからの出力と共に、まず発生器に供給され、次にＰＷＭに供給される。次に、ＰＷＭは、特定のピクセルのアクティブ化を制御するデューティサイクルを有する。これは、図６Ｃのピクセル制御回路６３０の以下の説明に関して、より詳細に説明される。全てのピクセルの工場較正Ｖ_ｆは、外部電流源及びＬＤＯバイパス機能を使用して１．０μＡ及び１．０ｍＡで測定することができる。

この動作は、ＬＥＤピクセルが回路６００に示されるような低ドロップアウト（ＬＤＯ）リニアレギュレータによってサポートされる場合にバイパスされることができる。バイパス中、Ｖ_ｆは、内部１μＡ電流源又はＶ_ＬＥＤ上の外部電流源のいずれかで測定することができる。バイパスは、行及び列選択を使用してピクセルごとの操作として行うことができる。有利には、このピクセルバイパス回路は、特定のピクセルが正しく動作しているか、又は何らかの故障状態が発生しているかを判断することを可能にする。

図６Ｂに示すように、画像データ及びパルス幅変調発振クロックデータは、パルス幅変調器によって受信することができる。ロジックモジュールからの入力に基づき、パルス開始、ランプ時間、パルス持続時間／幅（デューティサイクル）を含むゲートタイミングをピクセル毎に設定することができる。例えば、デューティサイクル（δ）は、「読み取り」上のフレームバッファからロードすることができる。８ビットδの解像度をサポートすることができる。一実施形態では、パルスリーディングエッジ位相シフト（φ）は、各ピクセルに対して異なるように設定することができる。

図６Ｃは、バイパス回路をサポートしないピクセル制御回路６３０を示す。ピクセル制御回路６３０は、行及び列選択を有するロジックを含む。ロジックからの出力は、まず発生器に供給され、次にＰＷＭに供給される。次に、ＰＷＭは、以下の方法で追加の回路を使用して特定のピクセルのアクティブ化を制御するデューティサイクルを有する。ＫｌからＫ３の３つのスイッチは、ピクセルの外側の中央制御ブロックから受信した信号によって制御される。スイッチＫ３は電流源、又はＬＤＯであり、その電流はＶｂｉａｓによって制御される。Ｋ２はＰＷＭスイッチであり、これは、画像データによって決定されるＰＷＭデューティサイクルに基づいてオンとオフを切り替える。この例では、Ｋ２及びＫ３は、ＰチャネルＭＯＳＦｅｔであるが、他の任意の適切な形態のスイッチであることもできる。図６Ｃにおいて、ＰＷＭ信号はＫ２のゲートに接続され、Ｋ２のドレインノードはＫ３のゲートに接続される。その結果、ＰＷＭ信号が高（High）の場合、Ｋ２がオフ、Ｋ３がオンとなり、ＬＥＤがオンとなり、電流はＶｂｉａｓ電圧によって決定される。ＰＷＭが低（low）の場合、Ｋ２がオンとなり、Ｋ３ゲートを高にし、それをオフ上にするので、ＬＥＤはオフになる。

スイッチＫ１は、行選択及び列選択信号に基づいてオン及びオフになる。Ｋ１は、特定のピクセルの行及び列が選択されている場合にのみオンになり、そうでない場合、オフのままである。Ｋｌがオンになると、そのインピーダンスは低になり、陽極又はそのピクセルのＶａノードにおけるＬＥＤ順方向電圧がＶｆバス上に現れる。Ｖｆバスのインピーダンスはターンオン状態ではＫｌのインピーダンスよりはるかに高いので、Ｖｆ電圧はＶａノード電圧に等しい。回路やＬＥＤに異常が発生した場合、ＬＥＤ順方向電圧は正常値から外れることがある。従って、Ｖｆ電圧は、図６Ａに関して開示したような特定のピクセルバイパス回路を必要とせずに、ピクセルが正しく動作しているか又は何らかの故障状態が発生しているかを判断するために使用することができる。このようにして、動作中にピクセル状態をモニタし、報告することができるように、リアルタイム又は「オンザフライ」検出を実現することができる。

Ｖｆバスはすべてのピクセルの共有ノードであるため、Ｋ１スイッチは一度に１ピクセルのみオンにできる。故障状態を検出する最良の時間は、ＰＷＭによってピクセルがオンにされるときである。好ましくは、アプリケーションイメージによって定義されたＰＷＭ値をテストに使用することができるが、特殊なテストイメージもまたオプションであり得る。ピクセルがオフにされるとき、検出は依然として行われ得るが、ターンオン中よりも制限されたレベルで行われる。

ＰＷＭに関するＫｌスイッチング制御は、フレキシブルであることができる。検出要件に応じて、Ｋｌ周波数は、ＰＷＭ周波数よりも高くても低くてもよい。明らかに、Ｋｌ周波数が高いほど、検出は速い、すなわち、より多くのピクセルがある時間範囲内でテストされることができる。例えば、ＰＷＭ周波数が５００Ｈｚの場合、５００ＨｚのＫ１周波数で、１つのＰＷＭ周期、又は２ｍｓの間に１つのピクセルのみをテストでき、一方、５０００ＨｚのＫｌ周波数で２ｍｓの間に１０ピクセルがテストされる可能性がある。さらに、２つの周波数は同期または非同期の場合がある。

図６Ｄは、ピクセル制御回路のための例示的な制御スキームを示す。この実施形態では、Ｋｌ周波数は、ターンオン同期されたＰＷＭ周波数に近く設定される。この例は、３つのピクセルのみを示しているが、ピクセルのマトリクスアレイ全体に同様の方法で拡張することができることに留意されたい。各ピクセルについて、図はＰＷＭ信号電圧、Ｖａノード電圧及びＫｌ制御電圧を示す。通常のピクセルでは、ＰＭＭ信号が高い場合は、Ｖａノード電圧は高く、ＰＷＭが低い場合は低い。同様に、Ｋｌ制御電圧が高い場合はＫｌがオンになり、制御電圧が低い場合はオフになる。回路設計に依存して、ＰＷＭ及びＫｌの制御位相は、逆であることができる、すなわち、低い場合はそれぞれのスイッチをオンにし、高い場合はスイッチをオフにする。

ピクセル１の動作は以下のように進行する：
ｔｌ〜ｔ４：ＰＷＭ電圧が高い。ピクセルがオンになり、Ｖａノードは高い。一方、Ｋｌ制御電圧もＰＷＭのターンオンと同期してｔｌで高い。Ｋｌ制御電圧は、ピクセル２及び３については低いままである。ピクセル１のＫｌがオンになり、Ｖａノード電圧はＶｆバス上に表われるので、Ｖｆバス電圧はこのときのピクセル１のＶａ電圧と等しい。Ｋｌのターンオフの瞬間t３は、ＰＷＭのターンオフの瞬間ｔ４よりも早いので、ピクセルテストは、ピクセルがオフにされる前に完了することができる。

ピクセル２の動作は、以下のように進行する：
ｔ２において：ＰＷＭは高く、ピクセルはオンになる。ｔｌとｔ２の間のわずかな遅れは位相シフトである。この瞬間において、ピクセル１のＫｌはまだオンであるため、ピクセル２のＫｌ制御電圧は低く、ピクセル２はこのＰＷＭサイクルに対してテストされない。
ｔ５〜ｔ７：ＰＷＭは高く、ピクセルは２回目に再びオンになる。Ｋｌ制御電圧は、ｔ５のターンオンの瞬間にピクセル２と同期し、ｔ６までオンのままである。Ｋｌ制御電圧は、他の２つのピクセルについては低いままである。したがって、Ｖｆバス電圧は、ピクセル２のＶａノード電圧を反映する。この例では、期間又はサイクル時間のパーセンテージにおける伝導又はオンタイムである、ピクセル２のＰＷＭデューティサイクルは、ピクセル1のそれよりも大きい。ピクセル２のＶａ電圧は、オンになるときピクセル１のそれよりも低い。

ピクセル３の動作は以下のように進行する:
ＰＷＭは常に低い。ピクセルはオフのままであり、Ｖａノード電圧は低い。
ｔ８〜ｔ９：Ｋｌ制御電圧はピクセル３について高く、他の２つのピクセルについては低い。したがって、Ｖｆバス電圧は、この時点でピクセル３の低いＶａ電圧を表す。Ｖａノード電圧の関係は：

図７は、ＬＤＯバイパスをサポートするアクティブマトリクスアレイのブロック図６００をより詳細に示す。行及び列選択が、個々のピクセルをアドレス指定するために使用され、それらは、データライン、バイパスライン、ＰＷＭＯＳＣライン、Ｖ_ｂｉａｓライン、及びＶ_ｆラインで供給される。ゲート及びパルス幅変調器発振器（ＰＷＭＯＳＣ）のタイミング及びアクティブ化が、図６Ｂに関して図示されている。理解されるように、特定の実施形態では、ＬＤＯバイパスは必要とされず、ピクセルテストは、図６Ｃ及び６Ｄに関して説明した回路及び／又は制御スキームを使用して進行することができる。

本発明の多くの修正及び他の実施形態は、前述の説明及び関連する図面に示された教示の利点を有する当業者の心に入るであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正及び実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。また、本発明の他の実施形態は、本明細書に具体的に開示されていない要素／ステップの非存在下で実施することができることも理解される。

Claims (24)

1. ＬＥＤピクセルアレイのためのＬＥＤコントローラであって：
   行及び列選択信号に応答してアクティブ化されるスイッチＫ１と、
   パルス幅変調デューティサイクルに応答してアクティブ化されるスイッチＫ２と、
   Ｖ_ｂｉａｓからの電流源を提供するスイッチＫ３と、を有し、ピクセルアクティブ化は、少なくとも部分的に前記スイッチＫ１及びＫ２の状態によって決定され、前記ＬＥＤピクセルアレイのＬＥＤピクセルは前記スイッチＫ１によって選択され、前記ＬＥＤピクセルの故障判定は、Ｖｆバス上の決定されたＶｆに基づいて行われる、
   ＬＥＤコントローラ。
2. 前記パルス幅変調デューティサイクルは、画像データによって決定される、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
3. 前記スイッチＫ２は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴである、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
4. 前記スイッチＫ３は、ＬＤＯを制御する、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
5. 前記スイッチＫ３は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴである、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
6. 前記Ｖｆバスは、前記ＬＥＤピクセルアレイの全ての前記ＬＥＤピクセルによって共有される、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
7. 前記スイッチＫ１は、前記パルス幅変調デューティサイクルより速く切り替えられる、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
8. 前記スイッチＫ１は、前記パルス幅変調デューティサイクルに対して非同期に切り替えられる、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
9. 前記スイッチＫ１は、前記パルス幅変調デューティサイクルに対して同期して切り替えられる、
   請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
10. 前記スイッチＫ１の制御位相は、前記パルス幅変調デューティサイクルの制御位相と反対である、
    請求項１に記載のＬＥＤコントローラ。
11. ＬＥＤピクセルアレイのためのＬＥＤコントローラであって：
    行及び列選択信号を提供するロジックと、
    デューティサイクルを有するパルス幅変調器と、
    少なくとも部分的に、前記行及び列選択信号の状態並びに前記パルス幅変調器の前記デューティサイクルにしたがってアクティブ化される、前記ＬＥＤピクセルアレイ内のＬＥＤピクセルと、を有し、
    前記ＬＥＤピクセルの故障判定は、Ｖｆバス上の決定されたＶｆに基づいて行われる、
    ＬＥＤコントローラ。
12. 前記パルス幅変調器デューティサイクルは、画像データによって決定される、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
13. 前記Ｖｆバスは、前記ＬＥＤピクセルアレイの全ての前記ＬＥＤピクセルによって共有される、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
14. 前記Ｖｆバス上の前記決定されたＶｆは、前記パルス幅変調デューティサイクルより速く発生する、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
15. 前記Ｖｆバス上の前記決定されたＶｆは、前記パルス幅変調デューティサイクルに対して非同期に発生する、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
16. 前記Ｖｆバス上の前記決定されたＶｆは、前記パルス幅変調デューティサイクルに対して同期して発生する、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
17. 前記Ｖｆバス上の前記決定されたＶｆの制御位相は、前記パルス幅変調デューティサイクルの制御位相と反対である、
    請求項１１に記載のＬＥＤコントローラ。
18. 画像データを保持する画像バッファと、
    前記画像データ、ＬＤＯ状態、及びパルス幅変調モジュール状態に応答してアクティブ化可能であるＬＥＤピクセルと、
    前記ＬＤＯ状態を修正し、前記画像バッファからの前記画像データなしに前記ＬＥＤピクセルの直接アドレス指定を可能にするように接続されるＬＤＯバイパスを使用するピクセル診断モードを含むロジックモジュールと、を有する、
    ＬＥＤコントローラ。
19. 前記画像バッファは、前記ＬＤＯバイパスがアクティブ化されるとき、前記ＬＥＤピクセルから効果的に切り離される、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。
20. 前記画像フレームバッファと前記ＬＥＤピクセルとの間に接続されるパルス幅変調器をさらに有する、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。
21. 前記画像フレームバッファと前記ＬＥＤピクセルとの間に接続されるパルス幅変調器は、前記画像バッファの読み出し中にロードされるデューティサイクルを有する、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。
22. 前記画像フレームバッファと前記ＬＥＤピクセルとの間に接続されるパルス幅変調器は、ピクセル毎に設定可能なリーディングエッジ位相シフトをサポートする、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。
23. 行選択及び列選択が、前記ＬＤＯバイパスを使用するとき、アクティブ化のために前記ＬＥＤピクセルを選択するために使用される、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。
24. 前記ＬＥＤピクセルは、データライン、バイパスライン、ＰＷＭＯＳＣライン、Ｖ_ｂｉａｓライン、及びＶ_ｆラインを備えて供給される、
    請求項１８に記載のＬＥＤコントローラ。

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