JP2023504401A - 動的に制御されるマイクロｌｅｄピクセルアレイ - Google Patents

Abstract

照明システムは、複数のＬＥＤピクセル及び電力コントローラを有するＬＥＤアレイを含む。電力コントローラは、ＬＥＤアレイの１つ以上の条件に基づいてＬＥＤピクセルを給電するための供給電圧を調整する。電力コントローラは、ＬＥＤアレイのプロセスデータに基づいて、供給電圧を決定することができる。電力コントローラは、ＬＥＤピクセルの動作温度及びＬＥＤピクセルを駆動する電流の振幅に基づいて、供給電圧を調整することができる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１１月２７日に出願された米国仮出願第６２／９４１，１２３号の利益及び優先権を主張するものであり、その開示は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。

技術分野
本開示は、概して、マイクロＬＥＤ画素アレイにおける動的電源の使用及び制御に関する。

マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）アレイは、現在、照明及びディスプレイ用途に使用するために開発されている。マイクロＬＥＤ制御システムは、能動的に発光し個々に制御される数千から数百万の微小なＬＥＤピクセルのアレイをサポートすることができる。バックライトＬＥＤ技術と比較して、マイクロＬＥＤアレイは、より高い輝度及びエネルギ効率を有することができ、テレビ、自動車ヘッドライト、携帯電話、住宅用照明、商用照明、又は建築用照明などの様々な用途のために魅力的である。画像を表示するために、アレイ上の異なる位置におけるマイクロＬＥＤピクセルの電流レベルは、特定の画像、光強度、又はカラープロファイルによって個別に調整され得る。

マイクロＬＥＤ照明システムは、ｎ個のＬＥＤピクセルを有するＬＥＤアレイマトリクスを含むことができ、その各々は、直列又は並列に接続された１つ以上のＬＥＤを有する。画像を表示するために、アレイマトリクス上の異なる位置における個々のマイクロＬＥＤピクセルの電流レベルは調整される。ＬＥＤ制御システムは、調光及びカラーチューニング機能のためにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を使用することができる。ＰＷＭ制御は、特定の周波数においてピクセルをオン・オフ切り替えによって機能し、実際には、導通時間と、周期又はサイクル時間との間の比、デューティサイクルとも称される、を調整する。ピクセルを通る平均ＤＣ電流は、電流振幅とデューティサイクルとの積である。

従来のＰＷＭに基づくの画像化技術では、システム制御ユニットは、受信した画像に基づいて各ピクセルのデューティサイクル値を決定する。電流振幅は、所与の画像に対する全てのピクセルに対して同一に維持され得るが、電流振幅は、異なる画像間で変化し得る。したがって、個々のデューティサイクルは、画像のパターンを設定し、電流振幅は、アレイ全体の輝度を調整する定数又は集合変数のいずれかであり、広域の調光を提供する。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による、マイクロＬＥＤアセンブリを含む例示的な車両ヘッドランプシステムのブロック図である。 図２は、本開示のいくつかの実施形態によるマイクロＬＥＤアセンブリ及び電力システムの例を示す図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態による、マイクロＬＥＤアセンブリ及び電力システムの代替構成を示す図である。 図４は、本開示のいくつかの実施形態による、２つの例示的な画素アセンブリを示するブロック図である。 図５は、順方向電流と順方向電圧との関係の例を示すグラフである。 図６は、本開示のいくつかの実施形態による、ＬＥＤアレイの電源を動的に調整するためのプロセスを示す。

概要
本開示のシステム、方法、及びデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的な側面を有し、そのうちの１つが、本明細書に開示される望ましい属性のすべてに対して単独で責任を負うものではない。本明細書に記載されている主題の１つ以上の実装の詳細は、以下の説明及び添付の図面に記載される。

本明細書に記載されるＬＥＤピクセルアセンブリを説明する目的で、ＰＷＭ制御を有するマイクロＬＥＤアセンブリにおいて作用する可能性のある現象を理解することは有用であろう。以下の基礎的な情報は、本開示を適切に説明する根拠とみなすことができる。かかる情報は、説明の目的のためだけに提供されるものであり、したがって、本開示の範囲及びその潜在的な適用を制限するように解釈されるべきではない。

ＰＷＭ制御を使用する既存のマイクロＬＥＤアレイは、典型的には、各ピクセルにおいて、マイクロＬＥＤ、ＰＷＭスイッチ、及びマイクロＬＥＤの電流源として作用するトランジスタを含む。トランジスタは、そのゲートにおいて電流信号を受信し、電流信号は、マイクロＬＥＤの電流振幅を設定するために用いられる。マイクロＬＥＤは、マイクロＬＥＤに給電するための固定の供給電圧を受け取る。典型的なＰＷＭ制御マイクロＬＥＤアレイでは、マイクロＬＥＤの全てが同じ電流制御信号を受信し、マイクロＬＥＤの全てが同じ供給電圧を受け取る。電源電圧は一般に固定又は一定である。

しかしながら、動作において、マイクロＬＥＤアレイに対する最小必要供給電圧は一定ではない。代わりに、それはマイクロＬＥＤアレイのプロセス拡散関数であり、例えば、生産の変動によって引き起こされる、ＬＥＤ順方向電圧及び電流源電圧のプロセス拡散の関数である。さらに、ＬＥＤ順方向電圧は温度に基づいて変化する。付加的に、異なる電流源振幅が使用される場合、ＬＥＤ順方向電圧及び電流源電圧もまた、選択された電流源振幅に基づいて変化する。ＬＥＤアレイと動作条件の間のすべての変動をカバーするために、以前のマイクロＬＥＤアレイでは、動作を保証するために、電源電圧が最悪の場合の条件のために最大値に設定されていた。ただし、特定の動作条件のために実際に必要な電圧よりも高い過度に高い電源電圧を使用するには、余分な電圧を損失の形態で電流源スイッチに吸収させる必要がある。これらの損失は、システムの電力効率を低下させ、また、過熱又は他の熱問題を招く可能性がある。

本開示の実施形態は、可変電源及び電源の動的制御を提供する。電源制御ブロックは、ＬＥＤアレイの順方向電圧特性及びＬＥＤアレイの動作条件、例えば温度及び電流振幅を記述する条件データを取り出す（ｒｅｔｒｉｅｖｅｓ）。ＬＥＤアレイは、一組のベースライン試験条件下での最小供給電圧などのＬＥＤ順方向電圧及び／又は電流源電圧を記述するプロセス拡散データを取得するために、製造中に試験され得る。プロセス拡散データは、電流及び／又は温度に基づいて最小供給電圧がどのように変化するかを記述するデータをさらに含み得る。電源制御ブロックは、リアルタイムの動作条件データを受信し、動作条件に基づいてＬＥＤアレイ固有の電源電圧を決定する。電源制御ブロックは、動作条件が経時的に変化するにつれて、電源がＬＥＤアレイに供給する電源電圧を動的に調整する。これは、ＬＥＤアレイの効率を向上させ、過剰な電力損失によってもたらされるＬＥＤアレイの熱問題を回避する。

一態様では、照明システムは、ＬＥＤアレイ及び制御ブロックを有する。ＬＥＤアレイは、複数のＬＥＤピクセルを含み、各ＬＥＤピクセルは、動的に調整可能な電源電圧を生成する電源から電源電圧を受けとるように調整されている。ＬＥＤアレイはさらに、複数のＬＥＤを駆動する少なくとも１つの電流源を備える。制御ブロックは、電源に結合されるように構成されており、かつ、ＬＥＤアレイの少なくとも１つの条件に基づいて電源によって生成される電源電圧を調整するように構成されている。

他の態様では、ＬＥＤアレイのための電源電圧を設定する方法は、複数のＬＥＤピクセルを備えるＬＥＤアレイの動作条件を記述する動作条件データを受信するステップと、ＬＥＤアレイと関連するプロセスデータを取り出すステップであって、プロセスデータは、少なくとも１つの動作条件の下で、複数のＬＥＤピクセルに対する順方向電圧を記述する、ステップと、電源電圧を決定して、動作条件及びプロセスデータに基づいてＬＥＤアレイを給電する、ステップと、を含む。

さらに別の態様では、ＬＥＤアレイは、マトリクスに配置された複数のＬＥＤピクセルと、ＬＥＤアレイの温度をセンシングする少なくとも１つの温度センサと、を備える。各ＬＥＤピクセルは、供給電圧に結合された少なくとも１つのＬＥＤと、電流振幅を有する動作電流において少なくとも１つのＬＥＤを駆動する電流源と、動作電流で少なくとも１つのＬＥＤを交互に駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチと、を備える。少なくとも１つの温度センサは、複数のＬＥＤピクセルの少なくとも１つのすぐ近くに位置する。

当業者によって理解されるように、本開示の態様、特に、本明細書に記載される動的に制御される電源を有するマイクロＬＥＤピクセルアレイの態様は、種々の態様、例えば、方法、システム、コンピュータプログラム製品、又はコンピュータ可読記憶媒体として具体化され得る。したがって、本開示の態様は、完全にハードウェアの実施態様、完全にソフトウェアの実施態様（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、回路設計などを含む）、又は、本明細書で一般的に「回路」、「モジュール」又は「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェアの態様を組み合わせた実施態様の形態をとり得る。本開示に記載の機能は、１つ以上のコンピュータの１つ以上のハードウェア処理ユニット、例えば１つ以上のマイクロプロセッサによって実行されるアルゴリズムとして実装され得る。様々な実施形態では、本明細書に記載される各方法のステップの異なるステップ及び部分は、異なる処理ユニットによって実行され得る。さらに、本開示の態様は、１つ以上のコンピュータ読取可能媒体内に具現化された好ましくは非一時的な、その上に格納された、コンピュータ読取可能プログラムコードを有する、コンピュータプログラム製品の形態をとり得る。様々な実施形態では、かかるコンピュータプログラムは、例えば、既存のデバイス及びシステムにダウンロード（更新）され、又は、それらのデバイス及びシステムの製造時に保存し得る。

以下の詳細な説明では、例示的な実施の種々の態様を、当業者にその仕事の内容を他の当業者に伝えるために当業者によって一般的に使用される用語を用いて説明することができる。例えば、「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅ）」という用語は、中間デバイスを介さずに接続された物の間の直接的な電気的又は磁気的接続を意味し、一方、「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、接続された物の間の直接的な電気的又は磁気的接続、又は、１つ以上の受動又は能動中間デバイスを介した間接的な接続を意味する。用語「回路」は、所望の機能を提供するために互いに協働するように配置された１つ以上の受動的及び／又は能動的構成要素を意味する。用語「実質的に」、「ほぼ」、「約」、「近似」及び「ほとんど」は、一般に、本明細書中に記載される特定の値の文脈に基づいて、又は当技術分野で公知であるように、目標値の＋／２０％、好ましくは＋／１０％以内であることを意味する。同様に、種々の要素の配向を示す用語、例えば、「同一平面（ｃｏｐｌａｎａｒ）」、「垂直」、「直交」、「平行」、又は要素間の任意の他の角度は、一般に、本明細書に記載された特定の値の文脈に基づいて、又は当技術分野で公知であるように、目標値の＋／－５～２０％以内であることを指す。

本明細書で使用される「上方（ｏｖｅｒ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」及び「上（ｏｎ）」などの用語は、他の層又は構成要素に関する１つの材料層又は構成要素の相対的位置を指す。例えば、別の層の上方又は下方に配置された１つの層は、他の層と直接接触することができ、又は１つ以上の介在層を有することができる。さらに、２つの層の間に配置された１つの層は、２つの層のうちの１つ又は両方と直接接触することができ、又は１つ又は複数の介在層を有することができる。対照的に、第２層の「上（ｏｎ）」にあると記載された第１層は、第２層と直接接触している層を指す。
同様に、明示的に別段の記載がない限り、２つのフィーチャの間に配置される１つのフィーチャは、隣接するフィーチャと直接接触することができ、又は１つ以上の介在層を有することができる。

本開示の目的において、「Ａ及び／又はＢ」という語句は、（Ａ）、（Ｂ）又は（Ａ及びＢ）を意味する。本開示の目的において、「Ａ、Ｂ及び／又はＣ」という語句は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ａ及びＢ）、（Ａ及びＣ）、（Ｂ及びＣ）又は（Ａ、Ｂ及びＣ）を意味する。「間」という用語は、測定範囲に関連して使用される場合、測定範囲の末端を含む。本明細書で使用される場合、「Ａ／Ｂ／Ｃ」という語句は、（Ａ）、（Ｂ）、及び／又は（Ｃ）を意味する。

説明では、「一実施形態において」又は「実施形態において」という語句を使用し、各語は、同一又は異なる実施形態のうちの１つ以上を指す。さらに、用語「備える」、「含む」、「有する」などは、本開示の実施形態に関して使用される場合、同義語である。本開示は、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」、及び「側部」などの斜視ベースの説明に使用されることができ、かかる説明は、議論を容易にするために使用され、開示された実施形態の適用を制限することを意図しない。共通のオブジェクトを記述するための序数形容詞「第１」、「第２」及び「第３」等の使用は、特に指定しない限り、単に、類似のオブジェクトの異なるインスタンスが参照されていることを示し、そのように記述されたオブジェクトが、時間的に、空間的に、ランク付けにおいて、又は他の方法で、所与のシーケンスになければならないことを意味するものではない。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照し、例示として、実施可能な実施形態のいくつかを示す。図面では、同一の参照符号は、同一の又は類似の要素／材料を指すので、特に断らない限り、図面の１つの文脈で提供される所定の参照符号を有する要素／材料の説明は、同一の参照符号を有する要素／材料を図示することができる他の図面にも適用可能である。便宜上、異なる文字で指定された図面の集合体、例えば、図２Ａ～２Ｃが存在する場合、そのような集合は、例えば、「図２」のような文字なしで本明細書において参照することができる。添付の図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。さらに、特定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素を含むことができ、特定の実施形態は、図面に示される要素のサブセットを含むことができ、特定の実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせを組み込むことができることが理解されるであろう。

様々な動作は、クレームされた主題を理解するのに最も役立つ方法で、順番に複数の個別のアクション又は動作として説明することができる。しかしながら、説明の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。特に、これらの動作は、提示の順序で実行される必要はない。説明された動作は、説明された実施形態とは異なる順序で実行されても得る。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は、説明された動作が追加の実施形態において省略され得る。

本明細書で提供されるいくつかの例において、相互作用は、２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の電気的構成要素の観点から記載することができる。しかしながら、これは、明確さと例示の目的のためだけに行われてきた。ここに記載されるデバイス及びシステムは、任意の適切な方法で統合され得ることが理解されるべきである。類似の設計の代替案に沿って、添付の図面の図示された構成要素、モジュール、及び要素のいずれも、様々な可能な構成で組み合わせることができ、これらの全ては、明らかに、本開示の広範な範囲内にある。特定の場合には、限定された数の電気的要素のみを参照することによって、所与のフローのセットの１つ以上の機能を記載することがより容易であり得る。

以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提供する。しかしながら、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的又は論理的な変更を行うことができることは理解されるべきである。一般に、本明細書に記載される革新は、例えば、特許請求の範囲及び／又は選択された実施例によって定義及びカバーされるような、多数の異なる方法で具体化することができ、以下の詳細な説明は、限定的な意味では行われない。

マイクロＬＥＤアレイのためのシステムの実施例

マイクロＬＥＤアレイは、光分布の微細粒度、空間的及び時間的制御から利点を受ける用途をサポートする。例えば、マイクロＬＥＤアレイは、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形成を提供することができる。アプリケーションに応じて、放出された光は、スペクトル的に区別され、経時的に適応し（ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｖｅｒｔｉｍｅ）及び／又は環境に反応し得る。マイクロＬＥＤアレイは、種々の強度、空間的、又は時間的パターンで予めプログラムされた光分布を提供することができる。放射された光は、少なくとも部分的には、受信されたセンサデータに基づくことができる。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ることができる。例示的なマイクロＬＥＤ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た中央ブロックを有するデバイスと、個々の光学系を有するエッジピクセルとを含む。マイクロＬＥＤアレイによってサポートされるいくつかの用途には、ビデオ照明、自動車ヘッドライト、建築用照明及びエリア照明、街路照明、ならびに情報ディスプレイが含まれる。

車両のヘッドランプ又はヘッドライトは、マイクロＬＥＤアレイの用途の一例である。マイクロＬＥＤで構成される車両ヘッドランプは、多数のピクセルを含み、高いデータリフレッシュレートを有する。道路の選択された部分のみを能動的に照射する自動車ヘッドライトは、対向するドライバーのグレア又は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。たとえば、赤外線カメラをセンサとして使用すると、マイクロＬＥＤアレイは、道路を照らすのに必要なピクセルのみをアクティブにし、歩行者や対向車のドライバーを眩惑させ得るピクセルを非アクティブにすることができる。別の例として、マイクロＬＥＤアレイを使用して、オフロードの歩行者、動物又は標識を選択的に照明することができ、ドライバーの環境認識（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｗａｒｅｎｅｓｓ）を向上させる。マイクロＬＥＤ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、昼光、黄昏、又は夜のそれぞれの条件に応じて調整できる。いくつかのピクセルは、光無線の車両対車両の通信のために使用され得る。

図１は、マイクロＬＥＤアセンブリを含む例示的な車両ヘッドランプシステム１００のブロック図である。車両ヘッドランプシステム１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１０及びヘッドランプ１３０を含む。１つのヘッドランプ１３０が図１に示されているが、車両はヘッドランプ１３０に類似した２つ以上のヘッドランプを含んでおり、他のヘッドランプはヘッドランプ１３０に類似しており、同様の方法で動作することが理解されるべきである。さらに、他の車両灯（例えば、走行灯、フォグライトなど）は、図１に示されたヘッドランプ１３０と同様に構成され、同様に動作することができる。

ＥＣＵ１１０は、ヘッドランプ１３０を含む車両の電気システム又はサブシステムを制御する車両内の埋め込みシステムである。ヘッドランプの制御に加えて、ＥＣＵ１１０は、例えば、エンジン構成要素、パワートレイン構成要素、ドア、ブレーキ、テレマティクス、バッテリー管理等のための制御装置を含むことができる。ＥＣＵ１１０は、エンジンルーム内又はその近傍に配置されることができる。ＥＣＵ１１０は、例えば、異なる設定又はアプリケーションで使用される異なるヘッドランプ画像を格納するＥＣＵ１１０にアクセス可能なメモリから画像データ１０５を受信する。ＥＣＵ１１０の車両マイクロプロセッサ１１５は、ヘッドランプ１３０の画像を生成又は選択することができる。例えば、車両マイクロプロセッサ１１５は、１つ以上の環境センサからデータを受信し、センシングされた環境に基づいてヘッドランプ１３０の画像を選択し、選択された画像の画像データ１０５を取り出す。車両マイクロプロセッサ１１５は、選択された画像に基づいてヘッドランプ１３０のための制御信号を生成し、制御信号をシリアライザ１２０に送信する。シリアライザ１２０は、制御信号をシリアル化し、シールドされていないツイストペア（ＵＴＰ）又は同軸接続などのシリアル接続を介して伝送する。シリアライザ１２０は、制御信号を低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）方式に変換することができる。ＥＣＵ１１０とヘッドランプ１３０との間の物理的接続及びデータフォーマットは、制御信号が車両を通して確実に伝達されるように選択され、これは、広い温度変動、水分、ノイズ、及び他の不利な条件を経験し得る。

ヘッドランプ１３０は、制御信号を再フォーマットし、制御信号をマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に送信するデシリアライザ１３５を含む。例えば、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５に提供される制御信号は、垂直同期信号、ピクセルクロック、ピクセルイネーブル信号、及び多数のピクセルデータラインを含むことができる。マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、制御信号にしたがって画像を出力する。マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、図２及び３にさらに詳細に示され、ピクセルアセンブリの例は、図４に示される。

ヘッドランプ１３０はまた、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４５、及び電源１５０を含む。デシリアライザ１３５は、制御信号をヘッドランプマイクロプロセッサ１４０に提供し、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０からのフィードバック（例えば、エラー情報）を受信してＥＣＵ１１０に戻すことができる。この構成では、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０は、１つの出力ラインを介してＤＣ／ＤＣコンバータ１４５に、及び、第２出力ラインを介してマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に電力を供給する電源１５０を制御する。
電源１５０によってマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に供給される電圧は、Ｖ_ＬＥＤ１６０と称され、ＬＥＤピクセルに電力を供給するために使用される。ＤＣ／ＤＣコンバータに送られる電圧は、ヘッドランプ１３０の内部ロジック、例えば、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０及びマイクロＬＥＤアセンブリ１５５の内部ロジックに電力を供給するために使用される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４５は、電源から受け取った直流（ＤＣ）信号を、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０及びマイクロＬＥＤアセンブリ１５５論理回路に給電するために使用される異なる電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４５は、変換されたＤＣ電圧をヘッドランプマイクロプロセッサ１４０及びマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に分配する。また、ヘッドランプマイクロプロセッサ１４０は、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５とのインターフェースを有し、例えば、データを交換し、クロック制御を提供し、故障時にマイクロＬＥＤアセンブリ１５５から故障データを受信する。

車両ヘッドランプシステム１００は、マイクロＬＥＤアレイの一例の適用例に過ぎないことが理解されるべきである。別の用途では、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、改善された視覚的表示のために、又は照明コストを低減するために、建物又は環境を選択的かつ適応的に照明するために、照明設備において使用される。例えば、追跡センサ及び／又はカメラと共に、マイクロＬＥＤアレイを使用して、歩行者の周囲の領域を選択的に照明することができる。別の例として、マイクロＬＥＤ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ために使用される。スペクトル的に異なるピクセルを使用して、照明の色温度を調節することができ、また、波長特異的園芸照明をサポートすることができる。

街路照明は、マイクロＬＥＤアレイの使用から利益を得る別の適用例である。単一タイプの発光アレイは、種々の街路光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直線街路光とタイプＩＶ半円街路光との間のスイッチングを可能にする。街路照明のコストは、環境条件又は使用時間に応じて光ビーム強度又は分布を調整することにより、低下させることができる。例えば、歩行者がいない場合には、光の強さと分布面積が小さくなる。マイクロＬＥＤ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、昼光、黄昏、又は夜のそれぞれの条件に応じて調整できる。

マイクロＬＥＤアレイは、また、直接的又は投影的なディスプレイを必要とする用途をサポートするのにも適している。例えば、警告サイン、緊急サイン、又は情報サインの全てを、マイクロＬＥＤアレイを用いて表示又は投影することができる。これにより、例えば、色変更又はフラッシュ出口標識（ｆｌａｓｈｉｎｇ ｅｘｉｔ ｓｉｇｎｓ）を投影することができる。マイクロＬＥＤアレイが多数のピクセルから構成されている場合、テキスト情報又は数値情報が提供されることができる。方向矢印又は類似のインジケータもまた、提供され得る。

マイクロＬＥＤアレイは、単独で又はレンズ若しくはリフレクタを含む一次光学系又は二次光学系と共に使用され得る。全体的なデータ管理要件を低減するために、マイクロＬＥＤアレイ内のピクセルの一部又は全部を、オン／オフ機能又は比較的少ない光強度レベルの間のスイッチングに制限することができる。光強度のフルピクセルレベル制御は必ずしもサポートされていない。

動作において、マイクロＬＥＤアレイ内のピクセルに対応する画像データが、マイクロＬＥＤアレイ内の対応するピクセルの応答を画定するために使用され、ピクセルの強度及び空間変調は、（１つ以上の）画像に基づいている。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。例えば３０Ｈｚと１００Ｈｚとの間、例えば６０Ｈｚのレートにおいて、連続する画像からのピクセル値を画像シーケンス中の連続するフレームとしてロードすることができる、高速及び高データレート動作をサポートすることができる。パルス幅変調モジュールと共に、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内に保持された画像に少なくとも部分的に依存する強度を有するパターンの光を放射するように動作することができる。

マイクロＬＥＤアセンブリ及び電力システムの実施例

図２は、本開示のいくつかの実施形態による、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５及び電力システムの一例を示す。電力システムは、電源１５０と、電源１５０によってマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に供給される電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を設定する制御ブロックである電力コントローラ２８０とを含み、マイクロＬＥＤに給電する。
マイクロＬＥＤアセンブリ１５５及び電力システムは、車両のヘッドランプ用途、上述の他の用途のいずれか、又はＬＥＤアレイの他の潜在的用途に使用することができる。マイクロＬＥＤアセンブリ１５５、電源１５０、及び電力コントローラ２８０は、図２に示す構成とは異なる構成を有してもよい。いくつかの実施形態では、電力コントローラ２８０は、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５、例えばマイクロＬＥＤコントローラ２１０に組み込まれる。いくつかの実施形態では、電力コントローラ２８０は、電源１５０に組み込まれる。いくつかの実施形態では、電力コントローラ２８０は、図１に示すヘッドランプマイクロプロセッサ１４０の構成要素である。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、集積電源を有し、電源１５０及び電力コントローラ２８０は、両方とも、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５に含まれる。いくつかの実施形態では、メモリ２４０は、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５の外側、例えば電力コントローラ２８０内に配置される。

マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、マイクロＬＥＤコントローラ２１０のためのブロックと、ピクセルアレイ２６０とを含む。マイクロＬＥＤ制御２１０は、パルス幅変調器２２０、電流コントローラ２３０、及びメモリ２４０を含む。ピクセルアレイ２６０は、マトリクス内に配列されるピクセルアセンブリ２６５、例えばピクセルアセンブリ２６５ａ及び２６５ｂを含む。各ピクセルアセンブリ２６５は、能動的に光を放射し、マイクロＬＥＤ制御装置２１０によって個別に制御されることができる。２５の例示的なピクセルアセンブリ２６５が図２に示されているが、ピクセルアレイ２６０は、数千から数百万の微小ＬＥＤピクセルアセンブリを含むことができる。画像の表示をもたらすパターン又はシーケンス内の光を放射するために、アレイ上の異なる位置におけるピクセルアセンブリ２６５内のマイクロＬＥＤの電流レベルが、特定の画像に従って個別に調整される。これは、特定の周波数でピクセルをオン・オフするパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して達成することができる。ＰＷＭ動作中、ピクセルを通る平均ＤＣ電流は、電流振幅とＰＷＭデューティサイクルの積であり、これは伝導時間と周期又はサイクル時間との比である。

パルス幅変調器２２０は、ピクセルアレイ２６０に出力されるＰＷＭ信号２２５を生成し、ピクセルのＰＷＭデューティサイクルを制御する。いくつかの実施形態では、パルス幅変調器２２０は、ピクセルアレイ２６０内の各ピクセルについて、個々のＰＷＭ信号２２５を生成する。他の実施形態において、１つのＰＷＭ信号は、複数のピクセル、例えば、ピクセルアレイ２６０内のピクセルの特定のサブセットを制御することができる。図１に関して説明する車両のヘッドランプの例では、パルス幅変調器２２０は、デシリアライザ１３５からの画像制御信号を受信し、画像制御信号に基づいてＰＷＭ信号２２５を生成する。他の実施形態では、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５内又は別のシステム内の別の制御ブロックが、パルス幅変調器２２０にフィードされる画像データを生成することができる。

電流コントローラ２３０は、ピクセルアレイ２６０に提供される電流信号２３５を生成する。より詳細には、電流信号２３５は、各ピクセルアセンブリ２６５内のマイクロＬＥＤに対して順方向電流を生成する各ピクセルアセンブリ２６５内の電流源に供給される。各ピクセルアセンブリ２６５は、一意のＰＷＭ信号２２５を受信するが、全ピクセルアレイ２６０、又はピクセルアレイ２６０内の複数のピクセルアセンブリ２６５のブロックは、同じ電流信号２３５を受信して、ピクセルアレイ２６０にわたって、又はピクセルアセンブリ２６５の所与のブロックにわたって、同じ順方向電流を設定することができる。電流コントローラ２３０は、デシリアライザ１３５（車両ヘッドランプの例）又は他のデジタル制御インターフェース（例えば、内蔵回路インターフェース（Ｉ２Ｃ））から電流レベルを示す制御信号を受信する。ピクセルアセンブリ２６５内のマイクロＬＥＤは、電流信号２３５及びＰＷＭ信号２２５に基づいて光を放射する。ピクセルの構造及び動作は、図４に関してより詳細に説明される。

メモリ２４０は、電力コントローラ２８０によって取り出される処理データ２４５を格納する。プロセスデータ２４５は、１つ以上の動作条件下でピクセルアセンブリ２６５をオンにするのに必要な供給電圧を記述する。プロセスデータ２４５は、製造変動に基づいて、１つのピクセルアレイ２６０から別のピクセルアレイまで変化することができる。特に、最小供給電圧は、マイクロＬＥＤの順方向電圧のプロセス拡散、及び、ピクセルアセンブリ２６５内の他の回路素子にわたる電圧降下におけるプロセス拡散、例えば、各ピクセルアセンブリ２６５内の電流源にわたる電圧に基づいてアレイ毎に変化する。ピクセルアセンブリ２６５が加工された後、試験手順が、ピクセルアレイ２６０についてのプロセスデータ２４５を決定するために実行され得、このプロセスデータ２４５は、メモリ２４０内に格納される。メモリ２４０は、製造プロセス中にプログラムされた不揮発性メモリであってもよい。

最小必要電源電圧は、異なるピクセルアレイ間で変化するだけでなく、所与のピクセルアレイの異なる動作条件間でも変化する。最小要求電源電圧は、ピクセルアレイ２６０に対する電流源の振幅及びピクセルアレイ２６０の温度などの複数の変数の関数である。特に、ピクセルアセンブリ２６５内のマイクロＬＥＤの温度の変動はＬＥＤ順方向電圧に影響し、電流振幅の変動はＬＥＤ順方向電圧と電流源電圧の両方に影響する。ＬＥＤ順方向電流、ＬＥＤ順方向電圧、及び温度の間の関係を示す例示的な曲線を図５に示す。

プロセスデータ２４５は、動作条件のベースラインセット、例えば、ＬＥＤ温度２５℃及び電流振幅４ｍＡに対する最小供給電圧を決定する生産試験から得ることができる。いくつかの実施形態では、プロセスデータ２４５は、種々の異なる動作条件の下で必要とされる最小供給電圧を記述する。例えば、プロセスデータ２４５は、温度及び電流振幅の異なる組み合わせ、例えば、最大及び最小電流振幅並びに最高及び最低動作温度のための供給電圧レベルを含むことができる。いくつかの例では、プロセスデータ２４５は、温度及び／又は電流振幅に基づいて供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を計算するための１つ以上の式を含む。他の実施形態では、動作条件に基づいて供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を調整するための式は、一組のマイクロＬＥＤアセンブリ１５５にわたって同じであると仮定され、式は、電力コントローラ２８０内又は他の場所に格納されてもよい。例えば、電力コントローラ２８０は、ベースライン温度に対して温度が１℃上昇するごとに供給電圧を－２ｍＶだけ減少させるか、又はベースライン温度に対して温度が１℃低下するごとに供給電圧を＋２ｍＶ増加させるようにプログラムすることができる。

また、所与のピクセルアレイ２６０上の個々のピクセルアセンブリ２６５間にプロセス拡散があることもでき、例えば、ピクセルアセンブリ２６５ａは、別のピクセルアセンブリ２６５ｂよりも５０ ｍＶ高い最小供給電圧を有することができる。しかしながら、ピクセルアレイ２６０にわたって同じ供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０及び電流信号２３５が使用されるので、ピクセルアレイ２６０にわたる最も高い最小供給電圧（ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｕｐｐｌｙ ｖｏｌｔａｇｅ）は、一般に、ピクセルアレイ２６０に供給される供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を指示する。したがって、メモリ２４０は、ピクセルアレイ２６０にわたる最も高い最小供給電圧、すなわち、上述のように、ピクセルアセンブリ２６５の全て又はほぼ全てを、ベースラインセットの条件及び／又は他のセットの条件に対してオンにさせる供給電圧を格納することができる。他の実施形態では、プロセスデータ２４５は、各個々のピクセルアセンブリ２６５について個別化されたデータを含む。

電力コントローラ２８０は、メモリ２４０からプロセスデータ２４５を受信する。図２に示す例では、電力コントローラ２８０はまた、ピクセルアレイ２６０から動作データ２７５を受信する。他の実施形態では、例えば図３に示すように、動作データ２７５の一部又は全部をマイクロＬＥＤ制御ブロック３１０から受信することができる。動作データ２７５は、動作電流振幅、例えば、電流信号２３５によって指定される電流振幅、又はピクセルアセンブリ２６５によって生成され、ピクセルアレイ２６０上で測定される電流振幅（理想的には、生成された電流振幅は、電流信号２３５によって命令される電流振幅と同じである）を含む。

動作データ２７５は、さらに、ピクセルアレイ２６０に含まれる１つ以上の温度センサ２７０からのデータを含むことができる。温度センサ２７０は、ピクセルアレイ２６０上又はピクセルアレイ２６０の周囲の種々の位置の温度をセンシングする。図２に示されるように、２つの例示的な温度センサ２７０ａ及び２７０ｂは、ピクセルアセンブリ２６５のマトリクスのエッジ付近、特に、ピクセルアレイ２６０の対向するコーナー上に示される。第３の例示的温度センサ２７０ｃは、ピクセルアセンブリ２６５のマトリクス内に、特に、ピクセルのうちの２つの間に配置される。他の例では、追加の温度センサ２７０は、例えば、ピクセルアレイ２６０の他のコーナーに、ピクセルアレイ２６０のエッジに沿って、又はピクセルアレイ２６０内の１つ以上の追加の又は代替の位置に含まれることができる。電力コントローラ２８０は、複数の温度センサ２７０からの温度読み取り値を処理することができ、ピクセルアレイ２６０にわたる平均又は最大温度を決定し得るか、又はアレイの幾何学的形状に基づいてピクセルアレイ２６０にわたる温度を推定し得る。いくつかの実施形態において、電力コントローラ２８０は、さらに、画像データ（例えば、ＰＷＭ信号２２５又はデシリアライザ１３５からの画像データ）を受信することができ、センシングされた（１つ以上の）温度と組み合わせた画像データに基づいて、ピクセルアレイ２６０にわたる温度を推定し得る。

電力コントローラ２８０は、プロセスデータ２４５及び動作データ２７５に基づいて、電源１５０の電圧設定、すなわち、ピクセルアレイ２６０内のマイクロＬＥＤを現条件下でオンにさせるＶ_ＬＥＤ１６０を決定する。例えば、電力コントローラ２８０は、プロセスデータ２４５からピクセルアレイ２６０のためのベースライン供給電圧を取得し、動作データ２７５に基づいてベースラインからの供給電圧を調整する。電力コントローラ２８０は、電源１５０に結合され、電圧信号２８５を電源１５０に出力する。電圧信号２８５は、電源１５０に決定された電圧設定でＶ_ＬＥＤ１６０を出力するように指示する。多くの又はほとんどの条件において、決定されたＶ_ＬＥＤ１６０は、全ての動作条件下で全てのピクセルアレイにわたって作用する固定されたＶ_ＬＥＤよりも小さい。所与のピクセルアレイ２６０及び所与の動作条件のセットに対して十分大きいＶ_ＬＥＤ１６０を動的に選択することによって、電力コントローラ２８０及び可変電源１５０は、エネルギ使用量を削減し、過度に高い固定されたＶ_ＬＥＤによって引き起こされるであろう過熱を防止する。

プロセスデータ２４５が個々のピクセル２６５に対するデータを含む場合、電力コントローラ２８０は、各ピクセルに対する最小電圧を決定することができ、決定された最小電圧値を画像データ（例えば、所与の画像に対してどのピクセルがオンにされるか）と比較することができ、ピクセルアレイ２６０に対する電圧設定を決定することができる。例えば、電力コントローラ２８０は、所与の画像での回切り替えられる（ｔｕｒｎｅｄ）ピクセルの最小電圧の最大値を選択する。電力コントローラ２８０がアレイにわたる異なる位置又はピクセルについての推定温度をさらに決定する場合、電力コントローラ２８０は、各ピクセルについての推定温度を使用して、ピクセルについての最小電圧を決定することができる。

図３は、本開示のいくつかの実施形態に対するマイクロＬＥＤアセンブリ１５５及び電力システムの代替構成を示す。
電力システムは、電源１５０と、電源１５０によってマイクロＬＥＤアセンブリ１５５に供給される電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を設定する電力コントローラ３８０とを含み、マイクロＬＥＤに給電する。電力コントローラ３８０は、上述の電力コントローラ２８０と同様である。マイクロＬＥＤアセンブリ１５５は、マイクロＬＥＤ制御３１０のためのブロックと、上述のピクセルアレイ２６０と同様の、複数のピクセルアセンブリ３６５と、複数の温度センサ３７０とを含むピクセルアレイ３６０とを含む。マイクロＬＥＤ制御３１０は、上述のパルス幅変調器２２０及び電流コントローラ２３０と同様のパルス幅変調器３２０及び電流コントローラ３３０を含む。パルス幅変調器３２０はＰＷＭ信号３２５を生成し、電流コントローラ３３０は電流信号３３５を生成する。

マイクロＬＥＤ制御３１０は、さらに、ワンタイムプログラマブル（ＯＴＰ）メモリ３４０及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３５０を含む。ＯＴＰメモリ３４０は、上述のメモリ２４０の一例である。ＯＴＰメモリ３４０は、プロセスデータ３４５を格納するために、ピクセルアレイ３６０の製造中又は製造後にプログラムされる。プロセスデータ３４５は、上述のプロセスデータ２４５と同様である。プロセスデータ３４５は、一般に、その寿命を通して、ピクセルアレイ３６０に対して固定されるか、又は固定されると考えられる。

マイクロＬＥＤ制御３１０は、ピクセルアレイ３６０から動作データ３７５を受信する。動作データ３７５は、上述の動作データ２７５と同様であることができる。特に、動作データ３７５は、温度センサ３７０によってセンシングされた温度測定値と、ピクセルアセンブリ３６５に対する電流振幅とを含む。マイクロＬＥＤ制御３１０は、動作データ３７５をＲＡＭ３５０内に格納する。いくつかの実施形態では、電流信号３３５によって示され、電流コントローラ３３０又はマイクロＬＥＤコントローラ３１０の別の構成要素によって供給される電流振幅は、ＲＡＭ３５０内に動作データ３７５とともに格納されることができる。追加の電流データは、ピクセルアレイ３６０から受信されるか又は受信されないことができる。

この例では、電力コントローラ３８０は、図２に示すようにピクセルアセンブリ２６０からではなく、マイクロＬＥＤコントローラ３１０のＲＡＭ３５０から動作データ３７５にアクセスする。電力コントローラ３８０は、動作データ３７５及び処理データ３４５を処理して、図２に関して上述したようにＶ_ＬＥＤ１６０の設定を決定する。いくつかの例では、電力コントローラ３８０は、マイクロＬＥＤコントローラ２１０又は３１０からの動作データ、及びピクセルアレイ２６０又は３６０からの他の動作データを受信する。

ピクセルアセンブリの実施例

図４は、本開示のいくつかの実施形態による、２つのピクセルアセンブリの実施例を示す回路図である。図４は、図２に示す２つのピクセルアセンブリ２６５ａ及び２６５ｂの回路図の例を示しており、これらは、図３に示すピクセルアセンブリ３６５ａ及び３６５ｂの例であることもできる。マイクロＬＥＤアレイ内の付加的なピクセルアセンブリも同様に構成することができる。電気的接続はノードを使用して示されており、ノードを持たない交差は電気的に接続されていない。

各ピクセルアセンブリ２６５は、ＬＥＤ ４１０、ＰＷＭスイッチ４２０、及び電流源トランジスタ４３０を含む。ＬＥＤ４１０は、マイクロＬＥＤ又は別のタイプのＬＥＤであってもよい。この実施例では、ＬＥＤ４１０は、共通アノードＬＥＤである。他の実施形態では、ＬＥＤ４１０は、共通カソードＬＥＤであり、電流源トランジスタ４３０及びＰＷＭスイッチ４２０は、それに応じて再構成される。図４の各ピクセルアセンブリ２６５には１つのＬＥＤ４１０が示されているが、他の実施形態では、各ピクセルアセンブリ２６５は、直列及び／又は並列に接続された複数のＬＥＤ４１０を含む。ＬＥＤ４１０は、電源１５０によって供給され、電力コントローラ２８０によって調整されるＬＥＤ供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０を受けとるように構成される。ＬＥＤ電流、例えばピクセルアセンブリ１ １６５ａのＩ１、がＬＥＤ４１０ａを通過すると、ＬＥＤ４１０ａは、図４の矢印によって示されるように、光を発する。

ＰＷＭスイッチ４２０は、パルス幅変調器からＰＷＭ信号２２５を受信し、例えば、ピクセルアセンブリ１ ２６５ａ内のＰＷＭスイッチ４２０ａは、パルス幅変調器２２０によって提供されるＰＷＭ信号２２５の１つであるＰＷＭ信号１２２５ａを受信する。この例では、各ＰＷＭスイッチ４２０は、個々のＰＷＭ信号２２５を受信し、例えば、ＰＷＭスイッチ１ ４２０ａは、ＰＷＭ信号１ ２２５ａを受信し、ＰＷＭスイッチ２ ４２０ｂは、ＰＷＭ信号２ ２２５ｂを受信する。ＰＷＭスイッチ４２０は、受信したＰＷＭ信号２２５にしたがって、ＬＥＤ４１０のオンとオフを交互に切り替える。特に、ＰＷＭスイッチ４２０は、電流源トランジスタ４３０をＬＥＤ４１０に結合し、ＬＥＤ電流（例えば、ＩＩ又はＩ２）を供給してＬＥＤ４１０をオンにし、電流源トランジスタ４３０をＬＥＤ４１０から切り離してＬＥＤ４１０をオフにする。

電流源トランジスタ４３０は、ＬＥＤ４１０を駆動するためのＬＥＤ電流（例えば、Ｉ１又はＩ２）を生成する。電流源トランジスタ４３０は、電流信号２３５に結合されたゲートと、グラウンドに接続されたソースと、ＬＥＤ４１０に結合されたドレインとを有するｎ型金属酸化物半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタである。電流源トランジスタ４３０によって生成されるＬＥＤ電流の振幅は、電流信号２３５の電圧に基づいて変化する。この例では、ＰＷＭスイッチ４２０は、電流源トランジスタ４３０のドレインとＬＥＤ ４１０との間に位置するが、他の実施形態では、ＰＷＭスイッチ４２０は、電流源トランジスタ４３０のゲートと電流信号２３５との間に位置する。ＰＷＭスイッチ４４２は、ＰＷＭ信号にしたがって開閉される。

ピクセルアセンブリの実施例

図５は、３つの例示的な温度条件下でのＬＥＤ順方向電流とＬＥＤ順方向電圧との関係の例を示すグラフである。ＬＥＤ順方向電流は、電流信号２３５に基づいて電流源トランジスタ４３０によって生成される電流である。ＬＥＤ順方向電圧は、ＬＥＤ４１０がオンにされたときのＬＥＤ４１０にわたる電圧である。３つのライン５１０、５２０、及び５３０がプロットされる。一般に、ＬＥＤ順方向電流が増加するにつれて、ＬＥＤ順方向電圧は増加する。これは、ピクセルアレイ２６０に対する電流が増加するとき、より高いＶ_ＬＥＤ１６０が使用されることを意味する。例えば、ライン５１０に沿って、３ｍＡ電流は、ＬＥＤ４１０にわたって３．３Ｖの順方向電圧を有し、４ｍＡ電流は、ＬＥＤ４１０にわたって３．４Ｖの順方向電圧を有し、６ｍＡ電流は、ＬＥＤ４１０にわたって３．５Ｖの順方向電圧を有する。Ｖ_ＬＥＤ１６０は、他の回路素子、例えば、ＰＷＭスイッチ４２０及び電流源トランジスタ４３０にわたる電圧を説明するために、一般にＬＥＤ４１０の順方向電圧よりも高いことに留意されたい。また、ＰＷＭスイッチ４２０と電流源トランジスタ４３０とにわたる電圧は、電流振幅が増加するにつれて増加する、同様の方法で電流に基づいて変化し得る。

ライン５１０は、ベースライン動作温度、例えば２５℃における、順方向電圧曲線であることができる。ライン５１０の上のライン５２０は、より低い温度、例えば－４０℃の最低動作温度における、順方向電圧曲線を示す。ライン５１０の下のライン５３０は、より高い温度、例えば、８５℃の最高動作温度における、順方向電圧曲線を示す。これらの曲線によって示されるように、温度は、一般に、ＬＥＤ順方向電圧に対して負の関係を有するので、より低い動作温度では、より高いＶ_ＬＥＤ１６０が使用され、より高い動作温度では、より低いＶ_ＬＥＤ１６０が使用され得る。

電力コントローラ２８０は、Ｖ_ＬＥＤ１６０を所与の動作条件に十分な高さに設定する。例えば、動作温度が線５１０に対応する２５℃であり、電流信号２３５によって指定される順方向電流が４ｍＡに設定される場合、電力コントローラ２８０は、ＬＥＤ４１０にわたる３．４Ｖの順方向電圧を可能にするＶ_ＬＥＤ１６０を選択する。供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０は、例えば、各ピクセルアセンブリ内の他の構成要素（例えば、ＰＷＭスイッチ４２０及び電流ソーストランジスタ４３０）にわたる電圧が、４ｍＡ電流に対して０．６Ｖである場合、３．４Ｖ＋０．６Ｖ＝４．０Ｖとすることができる。別の例として、動作温度が線５３０に対応する８５℃であり、電流信号２３５によって指定される順方向電流が６ｍＡに設定される場合、電力コントローラ２８０は、ＬＥＤ４１０にわたる３．４Ｖの順方向電圧を可能にするＶ_ＬＥＤ１６０を選択する。各ピクセルアセンブリ内の他の構成要素（例えば、ＰＷＭスイッチ４２０及び電流ソーストランジスタ４３０）にわたる電圧が、６ｍＡ電流に対して０．８Ｖである場合、供給電圧Ｖ_ＬＥＤ１６０は、例えば、３．４Ｖ＋０．８Ｖ＝４．２Ｖであることができる。

動的電力制御のないシステムでは、Ｖ_ＬＥＤ１６０は、典型的には、ピクセルアレイ２６０の動作条件にわたって必要とされる最大可能電圧に設定される。この例では、最低動作温度が（ライン５２０に対応する）－４０℃であり、最大電流が６ｍＡである場合、Ｖ_ＬＥＤ１６０は、ＬＥＤ４１０にわたる３．６Ｖの順方向電圧及び他のピクセルアセンブリ構成要素にわたる電圧（例えば、０．８Ｖ）を説明するのに十分に高く、結果として、一定４．４ＶのＶ_ＬＥＤとなる。動的電力制御を提供することによって、電力システムは、マイクロＬＥＤアセンブリ１５５による電力消費を大幅に削減することができる。

電源調整プロセスの実施例

図６は、本開示のいくつかの実施形態による、ＬＥＤアレイの電源を動的に調整するためのプロセスを示す。

電力コントローラ２８０は、ＬＥＤアレイの動作条件を記述するの動作条件データを受信する６１０。特に、電力コントローラ２８０は、１つ以上の温度センサ２７０からの温度データと、ＬＥＤピクセルアセンブリ２６５を駆動する電流振幅を記述する電流データとを受信する。

電力コントローラ２８０は、ＬＥＤアレイのためのプロセスデータを取り出す（ｒｅｔｒｉｅｖｅｓ）６２０。例えば、電力コントローラ２８０は、１つ以上の条件下、例えば一組のベースライン動作条件下で、ＬＥＤ及び他の素子を通る順方向電圧を記述するデータを取り出す。

電力コントローラ２８０は、動作条件及びプロセスデータに基づいて、ピクセルアレイに対する供給電圧Ｖ_ＬＥＤを決定する６３０。例えば、プロセスデータは、生産テストに基づいて取得されるＬＥＤアレイに対するベースライン電圧設定を提供し、電力コントローラ２８０は、動作条件に基づいてベースライン電圧設定から供給電圧Ｖ_ＬＥＤを調整し、例えば、動作温度がテスト温度より高い場合には供給電圧を低下させるか、又は電流振幅がテスト振幅よりも高い場合には供給電圧を上昇させる。

電力コントローラ２８０は、電源１５０に、決定された電源電圧Ｖ_ＬＥＤを生成するように指示する６４０。電源１５０は、この電圧Ｖ_ＬＥＤをピクセルアレイに供給する。

その他の実装上の注意、変形例、適用

本明細書に記載される任意の特定の実施形態によって、必ずしもすべての目的又は利点が達成され得るわけではないことが理解されるべきである。したがって、例えば、当業者は、特定の実施形態が、本明細書で教示される１つの利点または利点のグループを達成または最適化する方法で、本明細書で教示又は示唆され得る他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、動作するように構成され得ることを認識するであろう。

添付の図面及びその教示の電気回路は、容易に拡張可能であり、多数の構成要素、ならびにより複雑／精巧な構成及び構成を収容することができることを理解されたい。したがって、提供される実施例は、無数の他のアーキテクチャに潜在的に適用される電気回路の範囲を限定したり、広範な教示を抑制したりすべきではない。

いくつかの実施形態では、添付図面の任意の数の電気回路を、関連する電子デバイスの基板上に実装することができる。基板は、電子デバイスの内部電子システムの種々の構成要素を保持し、さらに、他の周辺機器のためのコネクタを提供することができる一般的な回路基板とすることができる。より具体的には、基板は、システムの他の構成要素が電気的に通信することができる電気的接続を提供することができる。任意の適切なプロセッサ（デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、サポートチップセットなどを含む）、コンピュータ読取り可能な非一時メモリ素子などは、特定の構成ニーズ、プロセス要求、コンピュータ設計などに基づいて、基板に適切に結合することができる。外部ストレージ、追加センサ、オーディオ／ビデオ表示のためのコントローラ、及び周辺デバイスなどの他の構成要素は、プラグインカードとして、ケーブルを介して、又はボード自体に一体化してボードに取り付けることができる。種々の実施形態において、本明細書に記載の機能は、これらの機能をサポートする構造に配置された１つ以上の構成可能（例えば、プログラム可能）要素内で実行されるソフトウェア又はファームウェアとしてエミュレーション形式で実装され得る。エミュレーションを提供するソフトウェア又はファームウェアは、プロセッサがそれらの機能を実行することを可能にする命令を含む非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上に提供され得る。

いくつかの実施形態では、添付図面の電気回路は、スタンドアロンモジュール（例えば、特定のアプリケーション又は機能を実行するように構成された関連部品及び回路を有するデバイス）として実装されてもよく、又は電子デバイスの特定のハードウェアのプラグインモジュールとして実装されてもよい。本開示のいくつかの実施形態は、システムオンチップ（ＳＯＣ）パッケージに、部分的に、又は全体的に、容易に含まれ得ることに留意されたい。ＳＯＣは、コンピュータ又は他の電子システムの構成要素を単一のチップに集積する集積回路（ＩＣ）を表す。デジタル、アナログ、混合信号、及びしばしば無線周波数機能が含まれることができ、それらの全てが単一のチップ基板上に提供されてもよい。他の実施形態は、単一の電子パッケージ内に配置され、電子パッケージを介して互いに密接に相互作用するように構成された複数の別個のＩＣを備えたマルチチップモジュール（ＭＣＭ）を含み得る。

当業者には、多数の他の変更、置換、変形、改変、及び改変が確認され得、本開示は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるように、すべてのそのような変更、置換、変形、改変、及び改変を包含することが意図される。本明細書に記載される装置及びシステムのいずれかの任意の特徴は、本明細書に記載される方法又はプロセスに関して実施されてもよく、実施例の詳細は、１つ以上の実施形態のどこでも使用されてもよいことに留意されたい。

選択的実施例

実施例１は、ＬＥＤアレイ及び制御ブロックを有する照明システムを提供する。ＬＥＤアレイは、複数のＬＥＤピクセルを含み、各ＬＥＤピクセルは、動的に調整可能な電源電圧を生成する電源から電源電圧を受けとるように構成されている。ＬＥＤアレイはさらに、複数のＬＥＤを駆動する少なくとも１つの電流源を備える。制御ブロックは、電源に結合されるように構成されており、かつ、ＬＥＤアレイの少なくとも１つの条件に基づいて電源によって生成される電源電圧を調整するように構成されている。

実施例２は、実施例１による照明システムを含み、少なくとも１つの条件は動作条件を含み、制御ブロックは、ＬＥＤアレイの動作条件を示すようにデータを受けとるように、かつＬＥＤアレイの動作条件に基づいて、電源電圧を決定するように、構成されている。

実施例３は、実施例２による照明システムを含み、動作条件は温度であって、照明システムは、ＬＥＤアレイの温度をセンシングする少なくとも１つの温度センサをさらに備える。

実施例４は、実施例３又は４による照明システムを含み、動作条件は、少なくとも１つの電流源によって供給される電流の振幅である。

実施例５は、先行する実施例のいずれかによる照明システムを含み、ＬＥＤアレイのプロセスデータを格納するメモリをさらに備え、少なくとも１つの条件はプロセスデータの少なくとも一部を含む。

実施例６は、実施例５による照明システムを含み、プロセスデータは、ベースライン温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、制御ブロックは、ベースライン温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧に基づいて動作温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定し、動作温度においてＬＥＤピクセルの決定された順方向電圧に基づいて電源電圧を設定する、ように構成されている。

実施例７は、実施例５又は６による照明システムを含み、プロセスデータは、ベースライン電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、制御ブロックは、ベースライン電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧に基づいて、動作電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定し、動作電流振幅におけるＬＥＤピクセルの決定された順方向電圧に基づいて電源電圧を設定する、ように構成されている。

実施例８は、先行する実施例のいずれかによる照明システムを含み、複数のＬＥＤピクセルの各々は、ＰＷＭスイッチを備え、ＰＷＭスイッチは、ＰＷＭ信号を受けとり、ＰＷＭ信号に基づいて前記ＬＥＤを交互にオン・オフスイッチするように構成されている。

実施例９は、先行する実施例のいずれかによる照明システムを提供し、さらに、画像データを受信し、画像データに基づいて複数のＬＥＤを駆動する電流振幅を設定し、画像データに基づいて複数のＬＥＤピクセルの少なくとも一部に対するデューティサイクルを設定し、ＬＥＤアレイに対する少なくとも１つの条件は電流振幅を含む、ように構成された制御ブロックを備える。

実施例１０は、ＬＥＤアレイのための電源電圧を設定する方法を提供し、複数のＬＥＤピクセルを有するＬＥＤアレイの動作条件を記述する動作条件データを受信するステップと、ＬＥＤアレイと関連するプロセスデータを取り出すステップであって、プロセスデータは、少なくとも１つの動作条件の下で、複数のＬＥＤピクセルに対する順方向電圧を記述する、ステップと、電源電圧を決定して、動作条件及びプロセスデータに基づいて前記ＬＥＤアレイを給電する、ステップと、を含む。

実施例１１は、実施例１０による方法を提供し、さらに、ＬＥＤアレイに供給される電源を決定された電源電圧に設定するように電源に命令を伝送するステップをさらに含む。

実施例１２は、実施例１０又は１１による方法を含み、動作条件データはＬＥＤアレイの温度を含む。

実施例１３は、実施例１２による方法を含み、プロセスデータは、ベースライン温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、電源電圧を決定するステップは、ベースライン温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧に基づいて、動作温度におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定するステップと、動作温度においてＬＥＤピクセルの決定された順方向電圧に基づいて電源電圧を決定するステップと、を含む。

実施例１４は、実施例１０乃至１３のいずれかによる方法を含み、動作条件データは、複数のＬＥＤピクセルに供給される電流の振幅を含む。

実施例１５は、実施例１４による方法を含み、プロセスデータは、ベースライン電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、電源電圧を決定するステップは、ベースライン電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧に基づいて、動作電流振幅におけるＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定するステップと、動作電流振幅においてＬＥＤピクセルの決定された順方向電圧に基づいて電源電圧を決定するステップと、を含む。

実施例１６は、ＬＥＤアレイを提供し、ＬＥＤアレイは、マトリクスに配置された複数の発光ダイオードピクセル（ＬＥＤピクセル）と、ＬＥＤアレイの温度をセンシングする少なくとも１つの温度センサと、を備える。各ＬＥＤピクセルは、供給電圧に結合された少なくとも１つのＬＥＤと、電流振幅を有する動作電流において少なくとも１つのＬＥＤを駆動する電流源と、動作電流で少なくとも１つのＬＥＤを交互に駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチと、を備える。少なくとも１つの温度センサは、複数のＬＥＤピクセルの少なくとも１つのすぐ近くに位置する。

実施例１７は、実施例１６によるＬＥＤアレイを備え、ＬＥＤアレイは、各々がＬＥＤピクセルのマトリクスのエッジに沿って配置された複数の温度センサを備える。

実施例１８は、実施例１６又は１７によるＬＥＤアレイを備え、ＬＥＤアレイは、ＬＥＤピクセルのマトリクス内に位置する少なくとも１つの温度センサを備え、温度センサは、ＬＥＤピクセルの少なくとも２つの間に位置する。

実施例１９は、実施例１６乃至１８のいずれかによるＬＥＤアレイを備え、ＬＥＤアレイはさらに、動作電流の電流振幅を測定し、測定された電流振幅を電力コントローラに提供するように構成されており、電力コントローラは、測定された電流振幅に基づいて供給電圧を調整するように構成されている。

実施例２０は、実施例１６乃至１９のいずれかによるＬＥＤアレイを備え、センシングされた温度を受信し、センシングされた温度に基づいて供給電圧を調整するように構成された電力コントローラをさらに備える、

Claims (20)

1. 複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ピクセルであって、各ＬＥＤピクセルが、動的に調整可能な電源電圧を生成する電源から電源電圧を受けとるように構成されている、複数のＬＥＤピクセル、及び、前記複数のＬＥＤを駆動する少なくとも１つの電流源を備える発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ）と、
   前記電源に結合されるように構成された制御ブロックであって、前記制御ブロックは、前記ＬＥＤアレイの少なくとも１つの条件に基づいて、前記電源によって生成される前記電源電圧を調整する、制御ブロックと、
   を備える照明システム。
2. 前記少なくとも１つの条件は、動作条件を含み、
   前記制御ブロックは、
   前記ＬＥＤアレイの前記動作条件を示すデータを受信し、かつ
   前記ＬＥＤアレイの前記動作条件に基づいて、前記電源電圧を決定するように、構成されている、
   請求項１記載の照明システム。
3. 前記動作条件は温度であって、
   前記照明システムはさらに、前記ＬＥＤアレイの温度をセンシングする少なくとも１つの温度センサを備える、
   請求項２記載の照明システム。
4. 前記動作条件は、前記少なくとも１つの電流源によって供給される電流の振幅である、
   請求項２記載の照明システム。
5. 前記照明システムはさらに、前記ＬＥＤアレイのプロセスデータを格納するメモリを備え、
   前記少なくとも１つの条件は前記プロセスデータの少なくとも一部を含む、
   請求項１記載の照明システム。
6. 前記プロセスデータは、ベースライン温度における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、
   前記制御ブロックは、
   前記ベースライン温度における前記ＬＥＤピクセルの前記順方向電圧に基づいて動作温度における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定し、
   前記動作温度において前記ＬＥＤピクセルの決定された前記順方向電圧に基づいて前記電源電圧を設定する、ように構成されている、
   請求項５記載の照明システム。
7. 前記プロセスデータは、ベースライン電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、
   前記制御ブロックは、
   前記ベースライン電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの前記順方向電圧に基づいて、動作電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定し、
   前記動作電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの決定された前記順方向電圧に基づいて前記電源電圧を設定する、ように構成されている、
   請求項５記載の照明システム。
8. 複数の前記ＬＥＤピクセルの各々は、パルス幅変調スイッチ（ＰＷＭスイッチ）を備え、前記ＰＷＭスイッチは、ＰＷＭ信号を受けとり、前記ＰＷＭ信号に基づいて前記ＬＥＤを交互にオン・オフスイッチするように構成されている、
   請求項１記載の照明システム。
9. 画像データを受信し、
   前記画像データに基づいて前記複数のＬＥＤを駆動する電流振幅を設定し、
   前記画像データに基づいて前記複数のＬＥＤピクセルの少なくとも一部に対するデューティサイクルを設定する、
   ように構成された制御ブロックをさらに備え、
   前記ＬＥＤアレイに対する前記少なくとも１つの条件は前記電流振幅を含む、
   請求項１記載の照明システム。
10. 発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイのための電源電圧を設定する方法であって、
    複数のＬＥＤピクセルを備えるＬＥＤアレイの動作条件を記述する動作条件データを受信するステップと、
    ＬＥＤアレイと関連するプロセスデータを取り出すステップであって、前記プロセスデータは、少なくとも１つの動作条件の下で、複数のＬＥＤピクセルに対する順方向電圧を記述する、ステップと、
    前記動作条件及び前記プロセスデータに基づいて、電源電圧を決定して前記ＬＥＤアレイを給電する、ステップと、
    を含む方法。
11. 前記ＬＥＤアレイに供給される電源を決定された前記電源電圧に設定するように電源に命令を伝送するステップをさらに含む、
    請求項１０記載の方法。
12. 前記動作条件データは前記ＬＥＤアレイの温度を含む、
    請求項１０記載の方法。
13. 前記プロセスデータは、ベースライン温度における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、
    前記電源電圧を決定するステップは、
    前記ベースライン温度における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧に基づいて、動作温度における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定するステップと、
    前記動作温度において前記ＬＥＤピクセルの決定された前記順方向電圧に基づいて前記電源電圧を決定するステップと、を含む、
    請求項１２記載の方法。
14. 前記動作条件データは、前記複数のＬＥＤピクセルに供給される電流の振幅を含む、
    請求項１０記載の方法。
15. 前記プロセスデータは、ベースライン電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を含み、
    前記電源電圧を決定するステップは、
    前記ベースライン電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの前記順方向電圧に基づいて、動作電流振幅における前記ＬＥＤピクセルの順方向電圧を決定するステップと、
    前記動作電流振幅において前記ＬＥＤピクセルの決定された前記順方向電圧に基づいて前記電源電圧を決定するステップと、を含む
    請求項１４記載の方法。
16. 発光ダイオードアレイ（ＬＥＤアレイ）であって、
    マトリクスに配置された複数の発光ダイオードピクセル（ＬＥＤピクセル）であって、各ＬＥＤピクセルは、供給電圧に結合された少なくとも１つのＬＥＤと、電流振幅を有する動作電流において前記少なくとも１つのＬＥＤを駆動する電流源と、動作電流で前記少なくとも１つのＬＥＤを交互に駆動するパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチと、を有する、複数のＬＥＤピクセル、及び
    温度をセンシングする少なくとも１つの温度センサであって、前記複数のＬＥＤピクセルの少なくとも１つのすぐ近くに位置する少なくとも１つの温度センサ、を備える
    ＬＥＤアレイ。
17. 前記ＬＥＤアレイは、各々が前記ＬＥＤピクセルのマトリクスのエッジに沿って配置された複数の温度センサを備える、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
18. 前記ＬＥＤアレイは、前記ＬＥＤピクセルのマトリクス内に位置する少なくとも１つの温度センサを備え、
    前記温度センサは、前記ＬＥＤピクセルの少なくとも２つの間に位置する、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
19. 前記ＬＥＤアレイはさらに、前記動作電流の前記電流振幅を測定し、測定された前記電流振幅を電力コントローラに提供するように構成されており、
    前記電力コントローラは、測定された前記電流振幅に基づいて前記供給電圧を調整するように構成されている、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
20. センシングされた前記温度を受信し、センシングされた前記温度に基づいて前記供給電圧を調整するように構成された電力コントローラをさらに備える、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
    

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