JP2024513762A - マイクロ発光ダイオードディスプレイのためのベースラインおよび整形パルス駆動 - Google Patents

Abstract

マイクロＬＥＤドライバは、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するための動作駆動電力を印加するのに加えて、公称オフ（すなわち、非発光）状態のマイクロＬＥＤを事前充電するために、低ベースライン電力（すなわち、ベースライン電圧または電流）を印加する。動作駆動電力を印加する前にマイクロＬＥＤを事前充電することにより、マイクロＬＥＤドライバは、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を大幅に短縮する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、電流密度の複数の位相を有する動作駆動電力を印加して、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を短縮する。

Description

背景
ディスプレイパネルは、行と列とに配列された画素のアレイを含み、約数千、さらには約数万の行と列とを有することが典型的である。各画素は、赤、緑、青（ＲＧＢ）サブピクセルの特定の配列など、サブピクセルの行列として実現することができ、各サブピクセルは、対応する輝度で対応する色の光を発光するように制御され、光の色とその輝度との組み合わせにより、画素全体として意図された輝度および色が得られる。発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）ディスプレイは、サブピクセルを形成するＬＥＤのアレイと、画像を表示するためにＬＥＤをオフ状態とオン状態との間で変調するためのパルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を採用したドライバとを含み、変調周波数はｋＨｚの範囲にある。ＬＥＤの立ち上がり時間と立ち下がり時間とはｋＨｚ範囲の周波数に対応しており、ＰＷＭの周波数で画像を表示するのに十分な応答時間を提供する。将来のディスプレイは、横方向の寸法が５０μｍよりも小さい画素を有するマイクロＬＥＤを含むと予想される。マイクロディスプレイは、発光素子（すなわち、マイクロＬＥＤ）と、発光素子に電流パルスを供給するドライバとを含むと予想される。

本開示の目的は、本明細書で特定されるか否かにかかわらず、既知の方法に関連する１つ以上の問題を回避または軽減する、改善されたマイクロＬＥＤの駆動方法を提供することである。

概要
一般的な態様によれば、マイクロＬＥＤドライバは、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するための動作駆動電力を印加するのに加えて、公称オフ（すなわち、非発光）状態のマイクロＬＥＤを事前充電するために、低ベースライン電力（すなわち、ベースライン電圧または電流）を印加する。動作駆動電力を印加する前にマイクロＬＥＤを事前充電することにより、マイクロＬＥＤドライバは、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を大幅に短縮する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、電流密度の複数の位相を有する動作駆動電力を印加して、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を短縮する。

第１の態様によれば、ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、２０μｍよりも小さい横寸法を有し、公称オフ状態の第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）を駆動することを含む方法が提供される。方法はさらに、第１のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み、公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい。

第１のベースライン電力で第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に、第１のベースライン電力を印加することを含み得る。

公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤの駆動は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤの駆動の直前に行われ得る。

方法はさらに、ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。第２のベースライン電力は、第１のベースライン電力と異なり得る。方法はさらに、第２のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。

第１のマイクロＬＥＤと第２のマイクロＬＥＤとは、互いに異なる色の光を発光し得る。

発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む電流パルスで、第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。第１の位相は、第２の位相の直前であり得る。第１の位相は、第２の位相の電流密度の少なくとも２倍の電流密度を有し得る。

方法はさらに、発光状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。発光状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することは、相対的に高い電流密度を有する第１のマイクロＬＥＤの第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２のマイクロＬＥＤの第２の位相とを含む電流パルスで、第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。第２のマイクロＬＥＤの第１の位相は、第２のマイクロＬＥＤの第２の位相の直前であり得る。第２のマイクロＬＥＤの第１の位相は、第２のマイクロＬＥＤの第２の位相の電流密度の少なくとも２倍の電流密度を有し得る。

公称オフ状態のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量の０．１％未満であってもよく、発光状態は、少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられ得る。

公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路と異なる第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。

第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤに電力を供給することを含み得る。第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤに電力を供給することを含み得る。

第１の電力経路は、トランジスタまたは抵抗器の少なくとも１つを含み得る。
公称オフ状態と発光状態との間のターンオン時間は、５００ｎｓ未満であり得る。

さらに別の態様によれば、マイクロＬＥＤのアレイを含むディスプレイの第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）を駆動することを含む方法が提供され、アレイ内の各マイクロＬＥＤは、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有し、電流パルスが相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む発光状態にあり、電流パルスは、１マイクロ秒よりも短い持続時間を有し、発光状態は、電流パルス持続時間の少なくとも５０％に及ぶ。

第１の位相は、第２の位相の直前であり得る。
第１の位相は、第２の位相の電流密度の少なくとも２倍の電流密度を有し得る。

方法はさらに、ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。方法はさらに、第１のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含んでもよく、公称オフ状態のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい。

第１のベースライン電力で第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に第１のベースライン電力を印加することを含み得る。

公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤの駆動は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤの駆動の直前に行われ得る。

方法はさらに、ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含んでもよく、第２のベースライン電力は第１のベースライン電力と異なる。方法はさらに、第２のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。

第１のマイクロＬＥＤと第２のマイクロＬＥＤとは、互いに異なる色の光を発光し得る。

公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路と異なる第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。

第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤに電力を供給することを含み得る。第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第２の電力経路を介して第１のマイクロＬＥＤに電力を供給することを含み得る。

公称オフ状態のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量の０．１％未満であってもよく、発光状態は、少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられ得る。

さらに別の態様によれば、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有する第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、ドライバとを備えるデバイスが提供される。ドライバは、ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動し、第１のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動するように構成され、公称オフ状態のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい。

ドライバはさらに、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に、ベースライン電力を第１のマイクロＬＥＤに印加するように構成され得る。

ドライバはさらに、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動する直前に、第１のベースライン電力を第１のマイクロＬＥＤに印加するように構成され得る。

デバイスはさらに、第２のマイクロＬＥＤを備え得る。ドライバは、ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動するように構成され得る。第２のベースライン電力は、第１のベースライン電力と異なり得る。第１のマイクロＬＥＤと第２のマイクロＬＥＤとは、互いに異なる色の光を発光し得る。方法はさらに、第２のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することを含み得る。

ドライバはさらに、相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む電流パルスで、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動するように構成され得る。ドライバはさらに、所望のＬＥＤ輝度と電流パルス持続時間との間で非線形変換を適用することにより、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するように構成されていてもよい。

公称オフ状態のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、発光状態の第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量の０．１％未満であってもよく、発光状態は、少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられ得る。

ドライバは、第１のベースライン電力で、公称オフ状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動するための第１の電力経路と、発光状態の第１のマイクロＬＥＤを駆動するための、第１の電力経路と異なる第２の電力経路とを含み得る。

本開示のある態様の文脈で説明する特徴は、本開示の他の態様の特徴と組み合わせてもよいことが理解されよう。たとえば、上述した方法のうちの１つの方法の文脈で説明する特徴は、上述した他の方法の特徴と組み合わされてもよい。同様に、上述した方法のいずれかの方法の文脈で説明した特徴を、同じく上述した装置の特徴と組み合わせてもよく、その逆もまた同様である。

本開示は、添付の図面を参照することにより、よりよく理解され、その多数の特徴および利点が当業者に明らかになるであろう。異なる図面における同じ参照符号の使用は、類似または同一の項目を示す。

画素のアレイで構成されたディスプレイを示す図である。 いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤにベースライン電力と駆動電力パルスとを供給するマイクロＬＥＤドライバを含むマイクロＬＥＤディスプレイ素子を示すブロック図である。 いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤドライバがベースライン電圧でマイクロＬＥＤを事前充電するタイミング方式を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、ベースライン電圧での事前充電なしのマイクロＬＥＤからの正規化光出力と、ベースライン電圧による事前充電ありのマイクロＬＥＤからの正規化光出力との比較を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤを照明するためにパルス幅変調を適用するための第１の電力経路と、マイクロＬＥＤにベースライン電流または電圧を印加するための第２の電力経路とを備えたマイクロＬＥＤドライバを示す図である。 いくつかの実施形態に係る、バイアス電圧をマイクロＬＥＤへのベースライン電流に変換するための抵抗器を含む第２の電力経路を有するマイクロＬＥＤドライバを示す図である。 いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤにベースライン電流を印加するためのトランジスタを含む第２の電力経路を有するマイクロＬＥＤドライバを示す図である。 いくつかの実施形態に係る、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するための電流パルスの複数の位相を示す図である。 いくつかの実施形態に係る、複数の位相の電流パルスによって駆動されるマイクロＬＥＤからの正規化光出力を示す図である。

詳細な説明
以下の説明は、マイクロ発光ダイオード（ｍｉｃｒｏ－ＬＥＤ）を利用する表示システムを含む複数の具体的な実施形態および詳細を提供することによって、本開示の徹底的な理解を伝えることを意図している。しかしながら、本開示は、例示に過ぎないこれらの特定の実施形態および詳細に限定されるものではなく、本開示の範囲は、それに応じて、以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されると意図されていることが理解される。さらに、公知のシステムおよび方法に照らして、当業者であれば、特定の設計および他の必要性に応じて、任意の数の代替的な実施形態において、その意図する目的および利点のために本開示を使用することを理解するであろうことが理解される。

拡張現実／仮想現実（ＡＲ／ＶＲ）システム、プロジェクタ、電話、タブレット、ノートパソコン、テレビ、およびプラズマディスプレイなど、画素の画素アーキテクチャがマイクロＬＥＤとして実現される一部のディスプレイ用途では、従来のＬＥＤドライバのキロヘルツ帯よりも速い変調速度が要求される。場合によっては、１μｓよりも短いパルス、またはさらには１００ｎｓよりも短いパルスが、満足のいくユーザ体験のための仕様を満たすために必要である。マイクロＬＥＤは小さく、したがって静電容量も小さいが、高品質のマイクロＬＥＤが、完全オフ状態からマイクロＬＥＤが発光するオン状態に切り替わるまでの立ち上がり時間は、従来の駆動技術を使用した場合、１００ｎｓよりも大幅に長く、約数十秒～数百ナノ秒（ｎｓ）になる。

図１～図９は、マイクロＬＥＤの応答時間を短縮するために、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有するマイクロＬＥＤを駆動するための技術を示す。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバが、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するための動作駆動電力を印加することに加えて、公称オフ（すなわち、非発光）状態のマイクロＬＥＤを事前充電するための低ベースライン電力（すなわち、ベースライン電圧または電流）を印加する。動作駆動電力を印加する前に、低ベースライン電力を印加してマイクロＬＥＤを事前充電することにより、マイクロＬＥＤドライバは、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を大幅に短縮する。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、低ベースライン電力を常時印加し、他の実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、ディスプレイが特定の動作モードにある場合、ディスプレイの残りの領域が消灯している間に点灯したままであるアイコンを表示するためのディスプレイ上部のバナーといった、ディスプレイの特定の領域にのみ低ベースライン電力を常時印加することによって、電力を節約する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、画素のセットがアクティブになる少し前に低ベースライン電力を画素のセットに印加するタイミング回路を含む。マイクロＬＥＤドライバは、いくつかの実施形態において、低ベースライン電力をアクティブ画素（すなわち、非暗画素）にのみ印加する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するために動作駆動電力を供給するための一次電力経路と、動作駆動電力の印加前にマイクロＬＥＤを事前充電するためにベースライン電力を供給するための二次電力経路とを使用する。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、動作駆動電力の印加とマイクロＬＥＤからの発光の開始との間の時間を短縮するために、電流密度の複数の位相（本明細書では「整形パルス」と呼ぶ）を有する動作駆動電力を印加する。たとえば、比較的高い電流密度を有する初期位相の印可に続いて、低い電流密度を有する第２の位相を印加することにより、マイクロＬＥＤドライバは、マイクロＬＥＤの容量充電時間を短縮する。マイクロＬＥＤドライバは、いくつかの実施形態において、マイクロＬＥＤの低ベースライン電力事前充電の代わりに、またはそれに加えて、整形パルスを適用する。

さまざまな実施形態において、本明細書に記載の技術は、ＬＥＤ、より特定的にはマイクロＬＥＤディスプレイを含む光電子エミッタの時間依存駆動に適用される。パルスおよび電力パルスという用語は、本明細書では、比較的低い入力電力（すなわち、オフまたはほぼオフ）と、光が発光される間の比較的高い入力電力とを交互にする時間依存駆動方式を一般に説明するために使用される。パルスは、電流パルスであっても、電圧であっても、または電力パルスであってもよい。本明細書に開示の例では、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤについて考察している。しかしながら、技術の一部は、半導体ＬＥＤ（たとえば、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ、ＩＩＩ－Ｖ化合物、ＩＩ－ＶＩ化合物）、有機ＬＥＤ、ペロブスカイト、および当該技術分野で既知の他の材料を含む他の光電子デバイスに適用可能である。

図１は、画素１０２のような画素のアレイで構成されたディスプレイ１００を示す図である。各画素は、赤（Ｒ）サブピクセル１０５－１、緑（Ｇ）サブピクセル１０５－２、および青（Ｂ）サブピクセル１０５－３の３つのサブピクセルを含む画素回路１０５などの画素回路を含む。各サブピクセルは、マイクロＬＥＤドライバと、マイクロＬＥＤドライバがマイクロＬＥＤに電力を印加すると発光するマイクロＬＥＤとを含む。したがって、Ｒサブピクセル１０５－１は、ＲマイクロＬＥＤ１１５－１に電力を印加し、かつＲマイクロＬＥＤ１１５－１を発光させるＲマイクロＬＥＤドライバ１１０－１を含む。同様に、Ｇサブピクセル１０５－２は、ＧマイクロＬＥＤ１１５－２に電力を印加するＧマイクロＬＥＤドライバ１１０－２を含み、Ｂサブピクセル１０５－３は、ＢマイクロＬＥＤ１１５－３に電力を印加するＢマイクロＬＥＤドライバ１１０－３を含む。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１００は、フラットパネルディスプレイ、モバイルデバイスディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、または他のディスプレイ形式で使用される。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１００は数千の画素回路を含む。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ１１０－１、１１０－２、１１０－３は、マイクロＬＥＤが公称オフ状態にあるときに、ベースライン電力で対応するマイクロＬＥＤを駆動することによって、マイクロＬＥＤ１１５－１、１１５－２、１１５－３の応答時間を改善し、ベースライン電力はゼロ電力レベルよりも大きく、または、マイクロＬＥＤに整形された電流密度を有する電力パルスを印加することによって、マイクロＬＥＤ１１５－１、１１５－２、１１５－３の応答時間を改善する。これは、図２を参照すればよりよく理解できる。

図２は、いくつかの実施形態に係る、図１のサブピクセル１０５－１、１０５－２、１０５－３のうちの１つに対応するマイクロＬＥＤ表示素子２００を示すブロック図であり、マイクロＬＥＤ表示素子２００は、図１のマイクロＬＥＤ１１５－１、１１５－２、１１５－３のうちの１つに対応するマイクロＬＥＤ２１０にベースライン電力２３０および駆動電力パルス２３５を供給する、図１のマイクロＬＥＤドライバ１１０－１、１１０－２、１１０－３のうちの１つに対応するマイクロＬＥＤドライバ２０５を含む。マイクロＬＥＤ２１０は、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有し、ｎ接点２１２層およびｐ接点２２４層と、ｎ型層２１４およびｐ型層２２２と、コア領域２１６、量子井戸２１８、および電子阻止層２２０を含む活性（発光）領域２２５とを含む。マイクロＬＥＤドライバ２０５は、駆動電力パルス２３５をマイクロＬＥＤ２１０に印加して、駆動電力パルス２３５の振幅に対応した強度を有する光を、マイクロＬＥＤ２１０に発光させる。駆動電力パルス２３５の電流の一部は、面積あたりの静電容量によって特徴付けられる活性領域２２５の充電によって消費される。駆動電力パルス２３５の残りの電流は、コア領域２１６において自由キャリアとして注入され、キャリアは活性領域２２５の発光層によって取り込まれ得る。発光層に入ると、キャリアは再結合によって消費される。

しかしながら、マイクロＬＥＤ２１０の応答は、電圧または電流が印加されていないオフ状態から開始してマイクロＬＥＤ２１０の静電容量を充電するのに要する時間によって制限され、これによって発光に遅延が生じる。くわえて、マイクロＬＥＤ２１０の再結合寿命は、特にターンオン時に遅くなって、光出力の立ち上がり時間が制限されることがある。マイクロＬＥＤ２１０は、ターンオン時間τ_ｏｎによって特徴付けられ、このターンオン時間は、マイクロＬＥＤ２１０が、駆動電力パルス２３５の開始からマイクロＬＥＤ２１０が駆動電力パルス２３５に対する光出力のプラトーレベルの９０％に到達するまでに要する時間として定義される。マイクロＬＥＤ２１０はさらに、ターンオフ時間τ_ｏｆｆによって特徴付けられ、このターンオフ時間は、駆動電力パルス２３５の終了（すなわち、駆動電力パルス２３５の立ち下がりエッジの開始）後に、マイクロＬＥＤ２１０がマイクロＬＥＤ２１０の光出力プラトーレベルの１０％に到達するまでに要する時間として定義される。

いくつかの実施形態は、ターンオフ時間とターンオン時間とが実質的に異なる、非対称な時間応答によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤは電力パルスによって駆動され、ターンオン時間とターンオフ時間とによって特徴付けられ、比ｔａｕ＿ｏｎ／ｔａｕ＿ｏｆｆは、１．５（または２、５、１０）より高いか、１／１．５（または１／２、１／５、１／１０）より低い。このような非対称動作は、いくつかの実施形態の時間応答を、従来の光電子デバイスの時間応答と区別し得る。

いくつかの実施形態は、本明細書に開示されるアプローチを用いて立ち上がり時間と立ち下がり時間とを一致させることにより、時間応答の非対称性を最小化する。他の実施形態では、実質的に非対称な応答を使用する。さらに、駆動電力パルス２３５の電流密度を形成することにより、マイクロＬＥＤドライバ２０５はさらに、マイクロＬＥＤ２１０の応答時間を短縮し、ターンオフ時間τ_ｏｆｆを制御する。

マイクロＬＥＤ２１０にベースライン電力２３０を供給することにより、マイクロＬＥＤドライバ２０５はターンオン時間τ_ｏｎを短縮する。ベースライン電力２３０は、マイクロＬＥＤ２１０が発光しないと予想される公称オフ状態にあるときに印加される、ゼロよりも高い電流および／または電圧である。いくつかの実施形態では、ベースライン電力２３０の振幅は、オン（発光）状態のマイクロＬＥＤ２１０が発光する光の量と比較して、公称オフ（ベースライン）状態のマイクロＬＥＤ２１０が発光する光の量が無視できるほど小さくなるように選択される。たとえば、いくつかの実施形態では、公称オフ状態で発光される光の量は、発光状態で発光される光の量の１０％以下である。他の実施形態では、公称オフ状態で発光される光の量は、発光状態で発光される光の量の１％以下である。さらに他の実施形態では、公称オフ状態で発光される光の量は、発光状態で発光される光の量の０．１％以下である。発光状態で発光される光の量は、大きく変動する可能性がある。たとえば、マイクロＬＥＤ画素からの発光は、最大１０００ｃｄ／ｍ^２～最小０．１ｃｄ／ｍ^２に及び得る。いくつかの実施形態では、ベースライン状態で発光される光の量は、発光される最小量のせいぜい約１０％である（たとえば、０．１ｃｄ／ｍ^２が発光状態で発光される最小光である場合、ベースライン状態では、マイクロＬＥＤは０．０１ｃｄ／ｍ^２以下の発光に制限される）。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ２１０の構造は、静電容量に関連する、および／または再結合時間に関連する時間応答を含む時間応答を改善するように構成されている。いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、所定値を下回るように面積あたりの静電容量を維持するなどして、面積あたりの所望の静電容量を達成するように構成されている。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ２１０のコア領域２１６は厚さｄ（空乏厚さｄとも呼ばれる）を有し、単位面積当たりの空間電荷静電容量は、近似的にＣｓｃ＝ｅｐｓ／ｄ（ｅｐｓは材料の誘電率）で与えられる。たとえば、ＧａＮの場合、ｅｐｓはゼロバイアスで約１０＊ｅｐｓ０（ｅｐｓ０は真空誘電率）であり、順方向バイアス下の値は、Ｃ＝Ｃｓｃ＊（１－Ｖ／Ｖｏｃ）^－１／２（Ｖｏｃは開回路電圧）のように、たとえば約２倍増加する。

いくつかの実施形態では、ｄの値は、ｐ領域とｎ領域との間の非ドープ領域の厚さにほぼ等しい（すなわち、ｄ～ｔｃ）。

活性領域の構造（たとえば、量子井戸（ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＱＷ）、バリア、間隔層）を選択することにより、実施形態では、ｔｃを活性領域の厚さｔｗとは別に選択することが容易になる。これは、空乏厚さのかなりの部分にわたって再結合が起こるホモ接合ＬＥＤとは対照的である。ｔｃの値が大きいと静電容量が小さくなる一方で、ｔｗの値は適切な効率を達成するように選択することができる。いくつかの実施形態では、空乏領域の厚さは、発光層の厚さの少なくとも２倍（または５倍、１０倍、２０倍）である。

たとえば、いくつかの実施形態は、少数の薄いＱＷおよび薄いバリアしか含まないが、Ｃｓｃを低減するのに十分な値のｄを有する。このため、いくつかの実施形態では、注入効率に悪影響を与えることなくｄを増加させるために、ダミーＱＷ（すなわち、発光ＱＷよりも低い組成のＱＷであり、キャリア輸送を促進するが発光しないため、キャリアが確実に発光ＱＷに到達する）を採用している。ダミーＱＷは、発光ＱＷのｐ面、ｎ面、または両面のいずれかに配置することができ、またはそれらの間に介在させることもできる。いくつかの実施形態では、発光ＱＷおよびバリアの厚さとは無関係に、所望の静電容量を得るためにエピタキシャル層（図示せず）を構成する。いくつかの実施形態では、二重ヘテロ構造、さまざまな組成の層（階段状または傾斜状）、および／またはＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＮの合金を含む、他の活性領域設計を採用している。

いくつかの実施形態において、ｄの値は、Ｃｓｃの値を低減するように選択される。たとえば、Ｃｓｃは、１Ｅ－７Ｆ．ｃｍ－２（または５Ｅ－８、２Ｅ－８、１Ｅ－８、５Ｅ－９、１Ｅ－９Ｆ．ｃｍ－２）未満であってもよい。いくつかの実施形態では、ｄの値およびＬＥＤの面積Ａは、正味のＬＥＤ静電容量Ｃｓｃ＊Ａの値を低減するように選択される。たとえば、正味のＬＥＤ静電容量は、１Ｅ－１３Ｆ（または５Ｅ－１４、１Ｅ－１４、５Ｅ－１５、１Ｅ－１５、５Ｅ－１６、１Ｅ－１６Ｆ）未満である。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ画素またはサブピクセルは、１０ｕｍ（または５ｕｍ、３ｕｍ、２ｕｍ、１ｕｍ）未満の横寸法を有する。

いくつかの実施形態では、静電容量充電に関連する立ち上がり時間は、ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅ＝Ｖ＊Ｃｓｃ／Ｊ（Ｖは典型的な動作電圧（一般的な可視ＬＥＤでは約２．５～３Ｖ）、Ｊは電流密度）である。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＥＤの構成と動作電流密度の選択とは、共同で十分に速い立ち上がり時間をもたらす。いくつかの実施形態では、比Ｃｓｃ／Ｊは、１Ｅ－８Ｆ／Ａ（または５Ｅ－９、１Ｅ－９、５Ｅ－１０、１Ｅ－１０Ｆ／Ａ）未満である。いくつかの実施形態では、ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅは、１００ｎｓ（または５０ｎｓ、１０ｎｓ、５ｎｓ、１ｎｓ）未満である。いくつかの実施形態では、ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅはパルスの持続時間Ｔよりも短い（または、０．５＊Ｔもしくは０．２＊Ｔもしくは０．１＊Ｔよりも短い）。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ２１０のｐドープ領域およびｎドープ領域２１４、２２２におけるドーピングレベルは、空乏幅を制御するように選択される。いくつかの実施形態では、非ドープ層からドープ層への急激な遷移が形成される。いくつかの実施形態は、ｎドープ層２１４（少なくとも１Ｅ１８ｃｍ－３または１Ｅ１９ｃｍ－３のドーピングレベル）を有し、これに発光層を含む公称非ドープ領域（１Ｅ１７ｃｍ－３未満のドーピングレベル）が続き、これにｐドープ活性領域２２２（少なくとも１Ｅ１８ｃｍ－３または１Ｅ１９ｃｍ－３のドーピングレベル）が続く。このようなドーピングレベルを他のＬＥＤ特性（非ドープ領域の幅など）と組み合わせて、所望の静電容量値を得ることができる。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ２１０は、時間応答のさらなる遅延につながる可能性のある、動的抵抗の寄生容量との相互作用の回避を促進するために、所定の動的抵抗ｒｈｏ＝ｄＶ／ｄＪを得るように構成されている。いくつかの実施形態では、面積当たりの動的抵抗は、たとえば、公称オフ状態のマイクロＬＥＤ２１０にベースライン低電流を印加することによって、公称オフ状態の所望の値以下に維持される。いくつかの実施形態では、公称オフ状態の動的抵抗は、１００Ω・ｃｍ２（または１０、１、０．１Ω・ｃｍ２）未満である。

場合によっては、材料品質と応答時間との間にトレードオフが生じることもある。たとえば、欠陥のあるＬＥＤは、内部量子効率（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＩＱＥ）が低いため、非効率的な動作となるが、ＳＲＨ（Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｒｅａｄ－Ｈａｌｌ）再結合、または他の種類の欠陥関連再結合（たとえば、欠陥誘起リークまたはトンネリング）に起因して非放射再結合時間が速く、変調速度の向上につながる。いくつかの実施形態では、欠陥レベルは、所与の速度での動作を促進するように選択される。たとえば、所望の変調速度が選択され、ＬＥＤの欠陥レベルは、そのような速度を促進するように制御される。

いくつの実施形態は、オン状態が少なくとも１％（または５％、または１０％）のＩＱＥによって特徴付けられ、かつ／またはベースライン状態が０．１％未満（または０．０１％未満）のＩＱＥによって特徴付けられるような、最小ＩＱＥ（または外部量子効率（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）もしくはウォールプラグ効率（ｗａｌｌ－ｐｌｕｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＷＰＥ）などの他の関連効率指標）を達成するように設計される。したがって、実施形態は、最小ＩＱＥを達成するのに十分に低い欠陥密度で構成される。これは、活性領域の立ち上がり／立ち下がり時間の最小化につながる。したがって、実施形態は、この最小立ち上がり／立ち下がり時間よりも長いパルスで駆動される。具体的には、いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤ２１０は、低電流密度での非放射寿命ｔ＿ｌｏｗ（ＳＲＨ寿命など）を有し、その長さがｔａｕ＿ｌｏｗの少なくとも半分（またはｔａｕ＿ｌｏｗの１倍、２倍、５倍、１０倍）であるパルスで駆動される。

いくつかの実施形態では、ターンオン時間ｔ＿ｏｎは５００ｎｓ（または２００ｎｓ、１００ｎｓ、５０ｎｓ、２０ｎｓ、１０ｎｓ）未満である。いくつかの実施形態では、（活性領域を特徴付ける）ＳＲＨ寿命ｔ＿ＳＲＨは１００ｎｓより大きく、ｔ＿ｏｎは５０ｎｓ未満である。いくつかの実施形態では、ｔ＿ｏｎは、ｔ＿ＳＲＨを２（または３、５、１０）で割った値未満である。いくつかの実施形態では、充電時間ｔ＿ｃｈａｒｇｅは１０ｎｓより長く、ｔ＿ｏｎは１０ｎｓ未満である。いくつかの実施形態では、ｔ＿ｏｎは、ｔ＿ｃｈａｒｇｅを２（または３、５、１０）で割った値未満である。いくつかの実施形態では、ｔ＿ｏｎは、ｔ＿ｃｈａｒｇｅ＋ｔ＿ＳＲＨを２（または３、５、１０）で割った値未満である。いくつかの実施形態では、ＳＲＨ寿命は、本明細書で開示されるように、十分なＩＱＥ値に拘束されている。いくつかの実施形態では、ＩＱＥは少なくとも１０％であり、ｔ＿ｏｎは５００ｎｓ（または２００ｎｓ、１００ｎｓ、５０ｎｓ、２０ｎｓ、１０ｎｓ）未満である。

いくつかの実施形態では、オン状態のＬＥＤを駆動する電気パルスは、５ｕｓ（または２ｕｓ、１ｕｓ、５００ｎｓ、２００ｎｓ、１００ｎｓ、５０ｎｓ、１０ｎｓ）未満の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、オン状態の発光は、電気パルスの持続時間の少なくとも９０％（または８０％、５０％、２０％、１０％）の持続時間の間発生する。

図３は、いくつかの実施形態に係る、ベースライン電圧Ｖ_{ＢＡＳＥＬＩＮＥ}３０５として表されるベースライン電力２３０で、マイクロＬＥＤドライバ２０５がマイクロＬＥＤ２１０を事前充電するタイミング方式を示す。図２の駆動電力パルス２３５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０として表される。図３は、ベースライン電圧Ｖ_{ＢＡＳＥＬＩＮＥ}３０５、マイクロＬＥＤ２１０からの光出力を駆動する信号であるパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０、および放電電圧Ｖ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}３１５の例に対応する時間トレースを示す。時間トレースは、明確にするために、互いに垂直方向にオフセットされている。

時間Ｔ１ ３２０において、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、ベースライン電圧Ｖ_{ＢＡＳＥＬＩＮＥ}３０５をマイクロＬＥＤ２１０に時間ｔ_{ｃｈａｒｇｅ}３４０の間印加する。時間Ｔ２ ３２５において、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、ベースライン電圧Ｖ_{ＢＡＳＥＬＩＮＥ}３０５を停止し、ＰＷＭ電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０を印加する。マイクロＬＥＤドライバ２０５は、ベースライン電圧Ｖ_{ＢＡＳＥＬＩＮＥ}３０５の印加と共にマイクロＬＥＤ２１０の充電を開始して、マイクロＬＥＤドライバ２０５がＰＷＭ電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０を印加した後の容量充電時間を短縮し、その結果、ＰＷＭ電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０の印加とマイクロＬＥＤ２１０からの発光の開始との間の時間を短縮する。時間Ｔ３ ３３０において、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、ＰＷＭ電圧Ｖ_ＰＷＭ３１０の印加を中止し、マイクロＬＥＤ２１０から電荷を除去するために、放電電圧Ｖ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}３１５を期間ｔ_{ｄｉｓｃｈａｒｇｅ}３４５の間、時間Ｔ４ ３３５まで印加する。

図４は、いくつかの実施形態に係る、ベースライン電圧による事前充電なしのマイクロＬＥＤからの正規化光出力と、ベースライン電圧による事前充電ありのマイクロＬＥＤからの正規化光出力との比較を示す図である。曲線４１０は、駆動ＰＷＭ電圧に対応する駆動ＰＷＭ電流密度を時間０ｎｓで印加する前に、ベースライン電圧に対応するベースライン電流密度で事前充電されたマイクロＬＥＤ２１０からの正規化光出力を表す。曲線４２０は、ベースライン電流密度で事前充電されておらず、時間０ｎｓにおいて開始する駆動ＰＷＭ電圧に対応する駆動ＰＷＭ電流密度で駆動されたマイクロＬＥＤ２１０からの正規化光出力を表す。図示されるように、発光の開始は、ベースライン電流密度とベースライン電圧とを印可することによって、曲線４２０の約３２ｎｓから曲線４１０の約３ｎｓに減少する。図示の例では、ベースライン電流密度は０．０１Ａ／ｃｍ^２であり、これは約２．５Ｖのベースライン電圧に対応し、駆動ＰＷＭ電流密度は１０Ａ／ｃｍ^２であり、これは約２．７Ｖの駆動ＰＷＭ電圧に対応する。ベースライン（公称オフ）状態では、発光される光の強度はごくわずかであり（たとえば、オン状態で発光される光の強度の１０％未満、または場合によっては、電流の比率×ＩＱＥの比率として計算される、オン状態での光強度の約３Ｅ－５倍）、消費電力は非常に少ない（電流の比率として計算される、オン状態における電力の約１Ｅ－４倍）。いくつかの実施形態では、ベースライン状態のＩＱＥは、オン状態のＩＱＥを１０（または２０、５０、１００）で割った値よりも小さい。

いくつかの実施形態では、電圧の制御は非常に小さい電流の制御よりも容易なことがあるため、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、マイクロＬＥＤ２１０に印加される電圧を制御することによって公称オフ状態を実現し、かつ、マイクロＬＥＤ２１０に供給する電流を制御することによって、ＯＮ状態を実現する。マイクロＬＥＤドライバ２０５は、いくつかの実施形態では、電界効果トランジスタなどのトランジスタまたは抵抗器を使用して、マイクロＬＥＤ２１０へのベースライン電圧を制御する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、公称オフ状態のベースライン電圧を、２Ｖより高い電圧、および／または駆動ＰＷＭ動作電圧より１Ｖ小さい電圧に維持する。

図５は、いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤを照明するための駆動パルス幅変調を印加するためにマイクロＬＥＤに電力を供給するための第１の経路５０５（第１の電力経路５０５と呼ぶ）と、マイクロＬＥＤにベースライン電流または電圧を印加するための第２の電力経路５１０とを有するマイクロＬＥＤドライバ５００を示す図である。いくつかの実施形態では、ドライバは、ＣＭＯＳ、ＴＦＴバックボーン、または他のアーキテクチャである。第１の電力経路５０５は、ディスプレイ用の列電圧Ｖ_ＤＤ、およびコンデンサ５１５の電圧を設定するためのデジタルゲート制御電圧（行選択）Ｖ_Ｇを、マイクロＬＥＤに供給する。コンデンサ５１５は、トランジスタ５２０をオンにするアナログ電圧を蓄積して、いくつかの実施形態では、時間依存波形を有する、マイクロＬＥＤを流れる電流Ｉ_ＯＮを提供して、マイクロＬＥＤがオン状態にあるときに実質的な発光を引き起こす。その間、電力は第２の電力経路５１０に流れない。公称オフモードでは、電力は第１の電力経路５０５を流れないが、ベースライン電流Ｉ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}またはベースライン電圧Ｖ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}からなるベースライン電力が、第２の電力経路５１０を通ってマイクロＬＥＤに印加される。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ５００は、第２の電力経路５１０を含まず、その代わりに、常に低いベースライン電力（電圧または電流）で公称オフ状態のマイクロＬＥＤ（画素）を駆動する。電力を節約するために、ディスプレイの特定の領域（すなわち、アレイ内のマイクロＬＥＤのサブセット）のみが所与の動作モードで使用される場合、いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ５００は、使用されているディスプレイの特定の領域に対応するマイクロＬＥＤのサブセットのみに、常にベースライン電力を印加する。たとえば、いくつかの動作モードでは、ディスプレイの上部のバナーがアイコンを表示するために使用される一方で、ディスプレイの残りの部分はオフになっている。このような動作モードでは、マイクロＬＥＤドライバ５００は、バナーを形成するディスプレイ上部のマイクロＬＥＤのサブセットにのみ、常にベースライン電力を印可する。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ５００は、公称オフの画素が次の表示フレームでオンになる場合のみ、ベースライン電力で１つの表示フレームにおける公称オフのマイクロＬＥＤ（画素）を駆動する。このように、表示システムは、現在のフレームの駆動条件を選択する際に次のフレームを考慮する。すなわち、現在のフレームで画素が公称オフである（すなわち、暗い）が次のフレームでオン状態になる場合、マイクロＬＥＤドライバ５００は、次のフレームの応答時間を改善するために、現在のフレームにおいてベースライン電力を印可する。次のフレームを考慮すると、現在のフレームが表示可能になる前に次のフレーム情報が必要となるため、待ち時間が増加する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、表示システムは、待ち時間を短縮するために高いリフレッシュレート（たとえば、９０Ｈｚまたは１２０Ｈｚまたはそれ以上）を適用する。

図６は、いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤに供給するためにバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓをベースライン電流Ｉ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}に変換するための抵抗器６１５を含む第２の電力経路６１０を有するマイクロＬＥＤドライバ６００を示す図である。図５と同様に、第１の電力経路６０５は、マイクロＬＥＤがオン状態である場合、電圧Ｖ_ＤＤをマイクロＬＥＤに供給する。この間、電力は第２の電力経路６１０をほとんど流れないか（たとえば、マイクロＬＥＤがオン状態にあるときにＶ_ｂｉａｓがゼロにならない場合）、または第２の電力経路６１０を流れず、いくつかの実施形態では時間依存波形を有する電流Ｉ_ＯＮがマイクロＬＥＤに流れて、実質的な発光を引き起こす。公称オフモードでは、電力は第１の電力経路６０５を流れないが、抵抗器はバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓをベースライン電流Ｉ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}に変換し、この電流は、第２の電力経路６１０を通ってマイクロＬＥＤに印加される。いくつかの実施形態ではＶ_ｂｉａｓはＶ_ＤＤと等しく、他の実施形態ではＶ_ｂｉａｓはＶ_ＤＤと異なる。

図７は、いくつかの実施形態に係る、マイクロＬＥＤにベースライン電流Ｉ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}を印加するためのトランジスタ７１５を含む第２の電力経路７１０を有するマイクロＬＥＤドライバ７００を示す図である。図示の例では、トランジスタ７１５は並列駆動トランジスタである。図５および図６と同様に、マイクロＬＥＤがオン状態にあるとき、第１の電力経路７０５は、電圧Ｖ_ＤＤをマイクロＬＥＤに供給する。この間、第２の電力経路７１０には電力は流れず、いくつかの実施形態では、時間依存波形を有する電流Ｉ_ＯＮがマイクロＬＥＤに流れて、実質的な発光を引き起こす。公称オフモードでは、電力は第１の電力経路７０５を流れず、ベースライン電流Ｉ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}はトランジスタ７１５によって生成され、その電流値はＶ_ｂｉａｓで設定される。いくつかの実施形態ではＶ_ＤＤ２はＶ_ＤＤと等しく、他の実施形態ではＶ_ＤＤ２はＶ_ＤＤと異なる。Ｖ_ｂｉａｓは、いくつかの実施形態では直流（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）電圧であり、他の実施形態では時間依存電圧である。

いくつかの実施形態では、トランジスタ７１５は、光発生電流Ｉ_ｏｎがオフになると、マイクロＬＥＤから電荷を除去するための放電トランジスタとしても使用される。他の実施形態では、第２の電力経路７１０内のトランジスタ７１５は充電トランジスタとしてのみ使用され、マイクロＬＥＤドライバ７００は、放電トランジスタとして使用される別個のトランジスタ（図示せず）を含む第３の電力経路（図示せず）を含む。

図５～図７に示すドライバアーキテクチャは、マイクロＬＥＤ２１０にベースライン電力を供給するために使用できるアーキテクチャの例である。当業者であれば、図６に示すような抵抗を含む第２の電力経路と放電トランジスタを含む第３の電力経路とを組み合わせたような他のアーキテクチャを使用できることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、本明細書で論じるドライバアーキテクチャは、マイクロＬＥＤのアレイから形成されるディスプレイの画素に関係するものである。各サブピクセルは、マイクロＬＥＤおよびマイクロＬＥＤドライバに対応する。ベースライン電流または電圧は、いくつかの実施形態では、パネルごと、画素の領域ごと、画素ごと、またはサブピクセルごとに変化する。

たとえば、（ｉ）接合容量がエピ構造の詳細に依存し、色によって異なる可能性があり、（ｉｉ）再結合寿命が色に依存するため（少なくとも欠陥レベルが異なり、放射寿命が異なるため）、異なる色（Ｒ、Ｇ、Ｂなど）のＬＥＤの時間応答は異なる可能性がある。ある色の容量充電時間は、別の色の容量充電時間の少なくとも２倍であり得る。同様に、ある色の低電流再結合寿命は、別の色の低電流再結合寿命の少なくとも２倍であり得る。このように、異なる色は、同じパルス形状に応答して異なる挙動を示すことがある。したがって、いくつかの実施形態では、ベースライン電流または電圧は、異なる色（Ｒ、Ｇ、Ｂなど）のサブピクセルに対して異なる。いくつかの実施形態では、ベースライン電流または電圧は、各サブピクセルの光子電圧未満であるか（光子電圧は、電子ボルトで測定される光子エネルギーに等しいと定義される）、何らかの他の閾値電圧未満である。いくつかの実施形態では、各色の時間応答を個々に改善するために、異なる色に対して異なる形状のパルスが使用される。いくつかの実施形態では、ディスプレイは少なくとも２つの色を有し、ディスプレイは、２つの色のターンオン時間が互いの２倍以内になるように構成されている。

マイクロＬＥＤドライバは、異なるＶ_ｂｉａｓ値、または異なる電子部品（抵抗器およびトランジスタなど）によって変換された共有Ｖ_ｂｉａｓ値を使用することによって、異なるベースライン電力を達成し得る。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、ムラ補正を容易にするためにベースライン電力を印可して、ディスプレイパネルの不均一性を低減する。いくつかの実施形態では、各画素または画素群は、異なるベースライン条件を有しており、動作下で均一な光出力をもたらす。

たとえば、いくつかの実施形態では、第２の電力経路は、電流リークを促進する抵抗デバイスを含む。たとえば、アレイは、材料品質の劣る他のマイクロＬＥＤよりも低電流で発光を開始する材料品質の優れた１つまたは複数のマイクロＬＥＤを含むことができ、その結果、低電流での輝度が不均一になる。すべての画素に小さなリーク経路を追加することで、アレイのマイクロＬＥＤが低電流で点灯するのを防ぐ。抵抗は、マイクロＬＥＤの公称オン電流に比べて低いリーク電流が発生するように選択され、これにより、ディスプレイの輝度および／または応答時間を均一化することが容易になる。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、（たとえば、欠陥レベルがマイクロＬＥＤ間で異なるため）低電流非放射寿命が実質的に異なる複数のマイクロＬＥＤを有する。より多くの非放射性再結合を有するマイクロＬＥＤは、より多くの光を発光し、低電流でより迅速に応答して、不均質性につながる可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、低電流時の応答時間および／または輝度を支配するリーク経路が含まれて、不均質性が低減される。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、常にベースライン電力（電圧または電流）を印加するわけではない。その代わりに、マイクロＬＥＤドライバは、画素がオンになる前の適切な時間の間だけベースライン電力を印加する。たとえば、マイクロＬＥＤを完全オフ状態からベースライン状態まで駆動する時間τ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}がかかる場合、画素（マイクロＬＥＤ）を点灯させなければならないときにマイクロＬＥＤがベースライン状態になるように、マイクロＬＥＤドライバは、ベースライン電力を少なくともτ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}の間印加する。時間τ_{ｂａｓｅｌｉｎｅ}の間ベースライン電力を印加することにより、マイクロＬＥＤドライバは、ベースライン状態に関連する消費電力を削減する。

駆動（ＰＷＭ）電力パルス２３５を印加する前に、ベースライン電力２３０でマイクロＬＥＤ２１０を事前充電することに加えて、またはその代わりに、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、強度、または電流密度が変化するように形成された駆動電力パルス２３５を印加することによって、マイクロＬＥＤ２１０の応答時間（すなわち、発光開始までの時間）を短縮し得る。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバ２０５は、複雑な波形（すなわち、単純な矩形形状よりも複雑な形状）によって特徴付けられる駆動パルスを印加する。たとえば、電流または電圧パルスは、ピークまたはリップルを有し得る。

図８は、いくつかの実施形態に係る、発光状態のマイクロＬＥＤを駆動するための電流パルスの異なる例を示す図８００である。異なる電流パルスは、それらの違いを説明するために重ね合わされている。各パルスの合計持続時間は１００ｎｓである。電流パルス８０５は、Ｊ＝１０Ａ／ｃｍ^２の電流密度の単純な正方形プロファイルを有する。電流パルス８１０は、Ｊ＝５０Ａ／ｃｍ^２の電流密度、約１０ｎｓの持続時間の正方形プロファイルを有する第１の位相と、Ｊ＝１０Ａ／ｃｍ^２の電流密度、約９０ｎｓの持続時間の正方形プロファイルを有する第２の位相とを含む。このため、電流パルス８１０の総持続時間は、約１００ｎｓである。電流パルス８１５は、Ｊ＝６０Ａ／ｃｍ^２の電流密度、約１０ｎｓの持続時間の正方形プロファイルを有する第１の位相と、Ｊ＝１０Ａ／ｃｍ^２の電流密度、約９０ｎｓの持続時間の正方形プロファイルを有する第２の位相とを有する。このように、電流パルス８１５の総持続時間は約１００ｎｓである。電流パルス８１０、８１５の各々において、第１の位相は第２の位相の直前である。

図９は、いくつかの実施形態に係る、図８に示すような異なる電流パルス８０５、８１０、８１５によって駆動されるマイクロＬＥＤからの正規化光出力を示す図９００である。異なる電流パルスの各々から生じる正規化光出力は、それらの違いを説明するために重ね合わされている。電流パルス８０５の場合、正規化光出力は曲線９０５で示されている。電流パルス８１０の場合、正規化光出力は曲線９１０で示され、電流パルス８１５の場合、正規化光出力は曲線９１５で示されている。図示されるように、パルス８１０および８１５の第１の位相で提供されるような高い電流ピーク（電流密度）は、それぞれ曲線９１０および９１５で示されるように、マイクロＬＥＤ静電容量のより速い充電および活性領域におけるキャリアのより速い蓄積につながる。

電流ピーク（すなわち、第１の位相）の長さおよび大きさによっては、第３のパルス８１５に対応する曲線９１５について示されるように、マイクロＬＥＤ内のキャリア密度が一時的にプラトー値をオーバーシュートするため、正規化光出力がピークを示すことがある。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、そのようなオーバーシュート・ピークを回避または制限するように、パルス形状を構成する。このようなピークを回避または制限することにより、ドライバおよび／またはマイクロＬＥＤが損傷する可能性を低減し得る。いくつかの実施形態では、パルス中、電流パルスはピーク（すなわち、第１の位相）およびプラトー（すなわち、第２の位相）を有し、マイクロＬＥＤ光出力は、正規化光出力ピークが光出力プラトーの値の２倍（または１．５倍、１．１倍）未満であるように、対応するピークおよびプラトーを有する。いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバは、ＬＥＤ応答時間を改善するために複雑な形状を有するパルスを構成する。いくつかの実施形態では、電流パルスは１マイクロ秒よりも短い持続時間を有し、発光状態は電流パルス持続時間の少なくとも５０％に及ぶ。上述した波形例は、例として提供されているに過ぎない。

いくつかの実施形態では、異なる色を供給するパルスの形状は異なる。たとえば、いくつかの実施形態では、青色の画素（マイクロＬＥＤ）は、第１のピーク電流および持続時間を有する第１の波形を有し、緑色の画素（マイクロＬＥＤ）は、第２のピーク電流および持続時間を有する第２の波形を有し、赤色の画素（マイクロＬＥＤ）は、第３のピーク電流および持続時間を有する第３の波形を有し、ピーク電流および持続時間は、ターンオン遅延を同様の値に低減するように選択されている。いくつかの実施形態では、第１の色を有する第１のマイクロＬＥＤは、充電時間ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅ＿１を有し、第１のピーク値と第１の特性持続時間とを有する第１のパルスによって駆動され、第２の色を有する第２のマイクロＬＥＤは、充電時間ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅ＿２を有し、第２のピーク強度と第２の特性持続時間とを有する第２のパルスによって駆動され、ｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅ＿２はｔａｕ＿ｃｈａｒｇｅ＿１の少なくとも２（または５、１０）倍であり、第２のマイクロＬＥＤの発光前の時間遅延が第１のマイクロＬＥＤと比較して２倍（または１．５、１．２、３、５、１０）未満となるように、積（ピーク強度＊持続時間）は第２のマイクロＬＥＤの方が高い。

マイクロＬＥＤドライバは、ＬＥＤからの光出力を引き起こす電力パルス、事前充電ベースラインパルス、および放電パルスのうちの１つ以上に、パルス整形を適用する。

いくつかの実施形態では、マイクロＬＥＤドライバのコントローラ（図示せず）は、所望のＬＥＤ輝度とパルス形状（パルス形状の長さおよび／または強度および／または他の態様を含む）との間の非線形変換を使用して、時間応答に起因する非線形性を補正する。たとえば、いくつかの実施形態では、非線形変換は、所与の発光量を達成するための所与のパルス幅を規定するルックアップテーブルである。

例を表１に示す。この表は図２のマイクロＬＥＤに適用され、１０Ａ／ｃｍ^２の電流密度の単純な矩形波が駆動電力パルス２３５として適用されていると仮定している。ビット深度は８であり、最大で２５６階調レベルに対応する。非線形補正がない場合、最も短いパルスは１００ｎｓとなる。

この例では、３５ｎｓの余分なパルス長（または時間オフセット）がすべての階調レベルに適用される。この余分なパルス長によって、発光された光の総量が補正され、目標の階調レベルに比例するようになる。このような非線形補正がない場合、階調レベルは、特に低階調レベルについて、所望の値と大幅に異なる可能性がある。つまり、（上述の例では）すべてのパルスの長さを３５ｎｓ長くすることで、発光が開始する（または全値の９０％に達する）までの時間の補正が可能になる。

任意の時間オフセットをパルスに適用することは、時間オフセットが表示システムの基本クロック時間に比例しない場合、困難になる可能性がある。したがって、いくつかの実施形態は、必要な時間オフセットがクロック時間に近くなるように構成されている。たとえば、上記の例では、３３．３３３ｎｓのクロック時間は、表１の値に非常に近い時間オフセットを生成することができる（たとえば、最短パルスは３クロックサイクルではなく４クロックサイクル続く）。いくつかの実施形態では、遅延ラインなどの他のハードウェアを使用して、クロック周期によって長さが決まらない遅延を追加する。

この例では、余分なパルス長はすべての階調レベルに対して一定であり、完全なルックアップテーブルは不要である。しかしながら、他の方式では、階調レベルに依存する補正が必要になる場合がある。これは、たとえば、パルス駆動電流が階調レベルに依存する場合、またはヒステリシス効果（すなわち、対象パルスの前の画素の状態）が考慮される場合、発生する可能性がある。

ルックアップテーブルは、より細かいものであってもよいし、より細かくないものであってもよく、より多くのまたはより少ない階調レベルに対して非線形補正値を提示し得る。ルックアップテーブルのレベル間の階調レベルについては、余分なパルス長が補間されてもよい。このようなルックアップテーブルの値は、ディスプレイの要素（たとえば、異なる領域、異なる画素、異なるサブピクセル、異なるＬＥＤの色）によって異なる場合がある。個々の要素の値を設定するために、たとえば１２ビット（表示用に８ビットおよび補正用に４ビット）の追加ビットを使用してもよい。

いくつかの実施形態では、コントローラは、それ自体で非線形補正を適用するか、または本開示の他の教示と組み合わせて適用する。たとえば、マイクロＬＥＤおよび／またはマイクロＬＥＤドライバは、（たとえば、１０ｎｓまたは５０ｎｓまたは１００ｎｓまたは５００ｎｓまたは１ｕｓ程度の）おおよその所望の最小パルス長を許容するように構成されてもよく、非線形補正は、光レベルをさらに制御し、かつ残留時間応答効果を補正するために、適用されてもよい。上記の例では、マイクロＬＥＤとマイクロＬＥＤドライバとは、約１００ｎｓの最短パルスを許容するように構成され、階調レベルを正確に制御するために非線形補正を適用する。また、パルスの電流密度は、ルックアップテーブルを介して設定され得る。

表１では、所望の光量がビット深度に厳密に比例すると仮定している。しかしながら、さらにガンマ補正を施してもよい。ガンマ補正後に所望の階調レベルを達成するように、非線形補正を構成してもよい。ルックアップテーブルには、たとえば、パルス持続時間またはパルスの電流密度をどのように変更するかを決定するために、異なる持続時間の光値を測定することなど、ディスプレイに較正プロセスを適用することによって決定される値がポピュレートされてもよい。

実施形態は、所望の光量を達成するために、本明細書に開示されるような駆動方式を構成する方法を含む。この方法は、所望の出力（たとえば、ビット深度に対応する公称輝度レベル）を決定するステップと、所望の出力の所定の範囲内（たとえば、±１０％または２０％または５％または１％以内）にある実際の出力を達成するために適した駆動方式（たとえば、パルス形状および持続時間）でディスプレイを動作させるステップとを含み得る。

いくつかの実施形態において、上述した技術の特定の態様は、ソフトウェアを実行する処理システムの１つ以上のプロセッサによって実現され得る。ソフトウェアは、非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体に記憶されるか、または他の態様では非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体において具体化された１つ以上の実行可能命令のセットを含む。ソフトウェアは、１つ以上のプロセッサによって実行されると上述の技術の１つ以上の態様を実行するように１つ以上のプロセッサを操作する命令および特定のデータを含み得る。非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体は、たとえば、磁気ディスクまたは光ディスク記憶装置、フラッシュメモリなどのソリッドステート記憶装置、キャッシュ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の不揮発性メモリ装置もしくはデバイスなどを含み得る。非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体に格納される実行可能命令は、ソースコード、アセンブリ言語コード、オブジェクトコード、または１つ以上のプロセッサによって解釈されるかもしくは他の態様で実行可能な他の命令形式であってもよい。

なお、一般的な説明で上述した動作または要素のすべてが必要なわけではなく、特定の動作または装置の一部が必要でない場合もあり、また、説明したものに加えて、１つ以上のさらに別の動作が実行されたり、要素が含まれたりする場合がある。さらに、動作が列挙されている順序は、必ずしもそれらが実行される順序ではない。また、概念を特定の実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に規定される本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変更を行うことができることを理解する。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきであり、そのような変更はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

利益、他の利点、および問題の解決策を、特定の実施形態に関して上述した。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、および任意の利益、利点、もしくは解決策を生じさせるか、またはより顕著にする可能性のある任意の特徴（複数可）は、いずれかもしくはすべての特許請求の範囲の重要な特徴、必要な特徴、または必須の特徴として解釈されるべきではない。さらに、上記開示された主題は、本明細書の教示の利益を有する当業者に明らかな、異なるが等価な様式で変更および実施され得るので、上記に開示された特定の実施形態は例示に過ぎない。本明細書に示される構造または設計の詳細については、以下の特許請求の範囲に記載される以外の制限は意図されていない。したがって、上記開示された特定の実施形態は、変更または修正が可能であり、そのようなすべての変形は、開示された主題の範囲内とみなされることは明らかである。したがって、本明細書で求める保護は、以下の特許請求の範囲に記載するとおりである。

Claims (20)

1. ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有し、公称オフ状態の第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）を駆動することと、
   前記第１のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することとを含み、前記公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する光の量は、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい、方法。
2. 前記第１のベースライン電力で前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に、前記第１のベースライン電力を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
3. ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の第２のマイクロＬＥＤを駆動することをさらに含み、前記第２のベースライン電力は前記第１のベースライン電力と異なる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む電流パルスで、前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記公称オフ状態の前記マイクロＬＥＤが発光する前記光の量が、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する前記光の最小量の０．１％未満であり、前記発光状態は、少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み、
   前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、前記第１の電力経路と異なる第２の電力経路を介して前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記公称オフ状態と前記発光状態との間のターンオン時間が５００ｎｓ未満である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 方法であって、
   マイクロＬＥＤのアレイを含むディスプレイの第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）を駆動することを含み、前記アレイ内の各マイクロＬＥＤは、２０μｍよりも小さい横方向寸法を有し、電流パルスが相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む発光状態にあり、
   前記電流パルスは１マイクロ秒よりも短い持続時間を有し、前記発光状態は前記電流パルス持続時間の少なくとも５０％に及ぶ、方法。
9. 前記第１の位相は、前記第２の位相の前記電流密度の少なくとも２倍の電流密度を有する、請求項８に記載の方法。
10. ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することと、
    前記第１のベースライン電力よりも大きい電力で、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することとをさらに含み、前記公称オフ状態の前記マイクロＬＥＤが発光する光の量は、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記第１のベースライン電力で前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に、前記第１のベースライン電力を印加することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の前記アレイの第２のマイクロＬＥＤを駆動することをさらに含み、前記第２のベースライン電力は前記第１のベースライン電力と異なる、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、第１の電力経路を介して前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含み、
    前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することは、前記第１の電力経路と異なる第２の電力経路を介して前記第１のマイクロＬＥＤを駆動することを含む、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記公称オフ状態の前記マイクロＬＥＤが発光する前記光の量が、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する前記光の最小量の０．１％未満であり、前記発光状態は、少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられる、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. デバイスであって、
    横方向寸法が２０μｍよりも小さい第１のマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）と、
    ドライバとを備え、前記ドライバは、
    ゼロよりも大きい第１のベースライン電力で、公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動し、
    前記第１のベースライン電力よりも大きい電力で、発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動するように構成されており、前記公称オフ状態の前記マイクロＬＥＤが発光する光の量は、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する光の最小量と比較して、無視できるほど小さい、デバイス。
16. 前記ドライバはさらに、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動する前に、前記第１のベースライン電力を前記第１のマイクロＬＥＤに印加するように構成されている、請求項１５に記載のデバイス。
17. 第２のマイクロＬＥＤをさらに備え、前記ドライバは、ゼロよりも大きい第２のベースライン電力で、公称オフ状態の前記第２のマイクロＬＥＤを駆動するように構成され、前記第２のベースライン電力は、前記第１のベースライン電力と異なる、請求項１５または１６に記載のデバイス。
18. 前記ドライバはさらに、相対的に高い電流密度を有する第１の位相と、相対的に低い電流密度を有する第２の位相とを含む電流パルスで、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動するように構成されている、請求項１５～１７のいずれか１項に記載のデバイス。
19. 前記公称オフ状態の前記マイクロＬＥＤが発光する前記光の量が、前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤが発光する前記光の最小量の０．１％未満であり、前記発光状態は少なくとも１０％の内部量子効率によって特徴付けられる、請求項１５～１８のいずれか１項に記載のデバイス。
20. 前記ドライバは、
    前記第１のベースライン電力で、前記公称オフ状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動するための第１の電力経路と、
    前記発光状態の前記第１のマイクロＬＥＤを駆動するための、前記第１の電力経路と異なる第２の電力経路とを含む、請求項１５～１９のいずれか１項に記載のデバイス。

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