TW202135598A - 用於發光二極體像素陣列之電流控制 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種發光二極體(LED)陣列，其包含像素總成之一陣列及一脈寬調變器。該脈寬調變器產生用於控制各像素之一工作週期之脈寬調變(PWM)信號。該等像素總成各包含一LED、一切換電路及一閉環電路。該切換電路接收一PWM信號且基於該PWM信號來交替接通及切斷該LED。該閉環電路基於自該切換電路接收之一回饋信號來調節由該切換電路提供至該LED之一LED電流。一像素總成中之該閉環電路可自另一像素總成之一閉環電路接收一參考電流。

Description

用於發光二極體像素陣列之電流控制
本發明大體上係關於一種可用於微LED像素陣列中之LED脈寬調變電路。更具體言之，本發明描述一種減少脈寬調變切換期間所誘發之LED電流變動及像素間串擾之技術。
當前開發微發光二極體(微LED)用於照明及顯示應用中。微LED控制系統可支援主動發射光且個別受控之成千上萬個微小LED像素之陣列。與背光LED技術相比，微LED陣列可具有更高亮度及能源效率以使其受用於諸如電視、汽車前燈及行動電話 之各種應用青睞。為顯示一影像，可根據一特定影像、光強度或色彩分佈來個別調整一陣列上不同位置處之微LED像素之電流位準。
一微LED照明系統可包含具有n個LED模組之一LED陣列矩陣，n個LED模組之各者具有串聯或並聯連接之一或多個LED。具有連接至LED陣列矩陣之一恆定輸入電壓電源供應器之一LED控制系統可使用用於調光及色彩調諧功能之脈寬調變(PWM)控制。PWM控制藉由依一特定頻率接通及切斷像素來工作，實際上調整導電時間與週期或循環時間(亦稱為一工作週期)之間的比率。通過一像素之平均DC電流係由於電流振幅及工作週期。
根據本發明之一些實施例，提供一種LED陣列。該LED陣列包括複數個LED、一脈寬調變器及複數個控制電路。該脈寬調變器經組態以供應PWM信號至該複數個LED。該複數個控制電路之各者耦合至該複數個LED之一各自LED。各控制電路包括耦合至該LED之一電晶體及一運算放大器(op-amp)。該op-amp耦合至該電晶體且經組態以控制由該電晶體提供至該LED之電流。
根據本發明之一些實施例，提供一種一微LED陣列之像素。該微LED陣列之該像素包括一微LED、一切換電路、一電晶體及一op-amp。該切換電路耦合至該微LED且經組態以接收PWM信號且基於該等PWM信號來控制該微LED之啟動。該電晶體經組態以設定該像素之一參考電流。該op-amp具有耦合至該電晶體之一輸出之一輸入及耦合至該切換電路之一輸出。
根據本發明之一些實施例，提供一種一LED陣列之控制方法。該方法包括將複數個LED配置成一矩陣像素陣列，該複數個LED之各者連接至複數個電晶體之一各自者。該方法亦包括供應PWM信號至該複數個LED。該方法進一步包括使用複數個各自運算放大器(op-amp)來控制至該複數個LED之各者之一電流，各op-amp由該複數個電晶體之一各自者耦合至一各自LED。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2019年11月21日申請之美國臨時申請案第62/938,527號之權利及優先權，該案之揭示內容以全文引用的方式併入本文中用於所有目的。概述
本發明之系統、方法及裝置各具有若干創新態樣，其等之單一者不單獨負責本文中所揭示之所有期望屬性。下文描述及附圖中闡述本發明之一或多個實施方案之細節。
為說明本文中所描述之LED像素總成，可有用地理解可在具有PWM控制之微LED總成中起作用之現象。以下基礎資訊可被視為可自其適當解釋本發明之一基礎。此資訊僅供說明且因此絕不應被解釋為限制本發明之範疇及其潛在應用。
使用PWM控制之既有微LED陣列通常在各像素中包含一微LED、一PWM開關及充當微LED之一電流源之一電晶體。電晶體在其閘極處接收一電流控制信號；電流控制信號用於設定微LED之一電流振幅。微LED、PWM開關及電晶體串聯連接，其中微LED接收一固定輸入電壓，且電晶體之源極連接至一接地。在一微LED陣列中，所有微LED或微LED之子集接收相同電流控制信號，因此多個電晶體閘極連接至相同控制線。另外，各源極端子連接至一共同接地線。
此等微LED陣列經歷由接地路徑之非零寄生電阻引起之電流變動。此寄生電阻可包含具有支援陣列中之多個LED之啟動之多個電晶體之一積體電路(IC)中之互連電阻。實際上，接地電壓歸因於與一導電路徑相關聯之寄生電阻而係非零。因此，一電壓降在電晶體之源極端子與接地之間形成。電晶體與接地之間的電壓降隨一像素之位置變動，其中寄生電阻及集體電流值兩者可不同。因為所有像素之閘極電壓固定，所以個別電晶體之閘極源極電壓在像素之間不同以導致輸入至LED之電流變動。此效應會損害電流量值及陣列矩陣之亮度之一致性或均勻性。
與使用一微LED矩陣之PWM控制之習知電路系統相關聯之另一缺點係串擾。PWM切換會引起充電及放電之各電晶體之閘極與汲極之間的米勒(Miller)電容以影響共用閘極電壓及電流設定。因此，一像素之切換產生會影響陣列中之其他像素操作之串擾。用於解決此問題之既有解決方案通常需要額外IC接腳及昂貴外部電容器。
接地路徑電阻及串擾問題對於已面臨功率及資料管理挑戰之微LED之大矩陣像素陣列而言會特別重要。在諸多應用中，需要依30 Hz至60 Hz之更新速率控制數千個發射像素之個別光強度，且需要細粒色彩及影像控制。
本發明之實施例提供使電流控制與PWM切換解耦合之LED陣列。LED陣列之各像素包含接收PWM信號且接通及切斷LED之一切換電路及基於一電流控制信號來控制通過LED之電流振幅之一閉環電路。閉環電路包含一電晶體及一運算放大器(op-amp)。電晶體接收電流控制信號且輸出一參考電流至op-amp。op-amp之輸出耦合至切換電路中之一電晶體。切換電路中之電晶體產生驅動LED之一LED電流；LED電流係基於op-amp之輸出。切換電路亦提供一回饋信號至op-amp，且op-amp基於回饋信號來控制LED電流。儘管切換電路中之電晶體會歸因於PWM切換而經歷米勒電容，但閉環電路中之電晶體很大程度上不受影響，因為op-amp解耦合兩個電晶體以因此最小化連接至相同電流控制線之像素之間的串擾。閉環電路進一步包含兩個電阻器，各者連接至op-amp之一各自輸入且各者連接至接地。電阻器可經選擇以大幅減少由寄生電阻引起之LED之間的變動。
在一態樣中，一LED陣列包含一第一像素總成及一第二像素總成。第一像素總成包含一第一LED及一第一閉環電路，其經組態以產生一參考電流信號且基於參考電流來調節提供至第一LED之一第一LED電流。第二像素總成包含一第二LED及一第二閉環電路，其經組態以自第一像素總成接收參考電流且基於參考電流來調節提供至第二LED之一第二LED電流。
在另一態樣中，一LED包含複數個LED、一脈寬調變器、一參考電流電晶體及複數個op-amp。複數個LED至少包含一第一像素中之一第一LED及一第二像素中之一第二LED。脈寬調變器經組態以供應PWM信號至複數個LED。參考電流電晶體經組態以提供至少第一像素及第二像素之一參考電流。複數個op-amp各具有耦合至參考電流電晶體以接收參考電流之一第一輸入。
在又一態樣中，一LED陣列之一控制電路包含一第一像素控制總成及一第二像素控制總成。第一像素控制總成包含：一第一切換電路，其經組態以根據一第一PWM信號來輸出一第一LED電流；及一第一閉環電路，其經組態以產生一參考電流且基於參考電流及來自第一切換電路之回饋來調節第一LED電流。第二像素控制總成包含：一第二切換電路，其經組態以根據一第二PWM信號來輸出一第二LED電流；及一第二閉環電路，其經組態以自第一像素控制總成接收參考電流且基於參考電流及來自第二切換電路之回饋來調節第二LED電流。
熟習此技術者應瞭解，本文中所描述之本發明之態樣(特定言之，具有改良電流控制之微LED像素陣列之態樣)可依各種方式體現為(例如)一方法、一系統、一電腦程式產品或一電腦可讀儲存媒體。因此，本發明之態樣可呈一完全硬體實施例、一完全軟體實施例(其包含韌體、常駐軟體、微碼、電路設計等等)或組合軟體及硬體態樣(一般在本文中可全部指稱一「電路」、「模組」或「系統」)之一實施例之形式。本發明中所描述之功能可實施為由一或多個電腦之一或多個硬體處理單元(例如一或多個微處理器)執行之一演算法。在各種實施例中，本文中所描述之各方法之不同步驟及步驟之部分可由不同處理單元執行。此外，本發明之態樣可呈體現於具有體現(例如儲存)於其上之電腦可讀程式碼之一或多個電腦可讀媒體(較佳地非暫時性)中之一電腦程式產品之形式。在各種實施例中，此一電腦程式可(例如)下載(更新)至既有裝置及系統或在製造此等裝置及系統之後儲存。
在以下詳細描述中，使用由熟習技術者通常採用之術語來描述說明性實施方案之各種態樣以向其他熟習技術者傳達其工作要旨。例如，術語「連接」意謂所連接之事物之間的一直接電或磁性連接且無任何中間裝置，而術語「耦合」意謂所連接之事物之間的一直接電或磁性連接或透過一或多個被動或主動中間裝置之一間接連接。術語「電路」意謂經配置以彼此合作以提供一所要功能之一或多個被動及/或主動組件。基於本文中所描述或此項技術中已知之一特定值之背景，術語「實質上」、「接近」、「近似」、「近」及「約」一般係指在一目標值之+/-20%內，較佳地在一目標值之+/-10%內。類似地，基於本文中所描述或此項技術中已知之一特定值之背景，指示各種元件之定向之術語(例如「共面」、「垂直」、「正交」、「平行」或元件之間的任何其他角度)一般係指在一目標值之+/-5%至+/-20%內。
本文中所使用之諸如「上方」、「下方」、「之間」及「上」之術語係指一材料層或組件相對於其他層或組件之一相對位置。例如，安置於另一層上方或下之一層可與該另一層直接接觸或可具有一或多個介入層。此外，安置於兩個層之間的一層可與兩個層之一或兩者直接接觸或可具有一或多個介入層。相比而言，描述為「在一第二層上」之一第一層係指與該第二層直接接觸之一層。類似地，除非另有明確說明，否則安置於兩個特徵之間的一特徵可與相鄰特徵直接接觸或可具有一或多個介入層。
為了本發明，片語「A及/或B」意謂(A)、(B)或(A及B)。為了本發明，片語「A、B及/或C」意謂(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)或(A、B及C)。參考量測範圍所使用之術語「之間」包含量測範圍之端。如本文中所使用，符號「A/B/C」意謂(A)、(B)及/或(C)。
描述使用可各係指一或多個相同或不同實施例之片語「在一實施例中」或「在實施例」。此外，相對於本發明之實施例所使用之術語「包括」、「包含」、「具有」及其類似者同義。本發明可使用基於透視之描述，諸如「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」及「側」；此等描述用於促進討論且不意欲限制所揭示之實施例之應用。除非另有說明，否則使用序數形容詞「第一」、「第二」及「第三」等等來描述一共同物體僅指示參考相同物體之不同例項且不意欲暗示如此描述之物體必須時間、空間、排序或依任何其他方式呈一給定序列。
在以下詳細描述中，參考形成本發明之一部分之附圖以藉由繪示來展示可實踐之一些實施例。在圖式中，相同元件符號係指相同或類似元件/材料，使得除非另有說明，否則具有一圖式之內文中所提供之一給定元件符號之一元件/材料之說明適用於其中可繪示具有相同元件符號之元件/材料之其他圖式。為方便起見，若呈現標示有不同字母之一圖式集合(例如圖2A至圖2C)，則此一集合在本文中可無字母地指稱(例如)「圖2」。附圖未必按比例繪製。此外，應瞭解，特定實施例可包含比一圖式中所繪示之元件多之元件，特定實施例可包含一圖式中所繪示之元件之一子集，且特定實施例可併入來自兩個或更多個圖式之特徵之任何適合組合。
各種操作可依最有助於理解本發明之一方式依次描述為多個離散動作或操作。然而，描述之順序不應被解釋為暗示此等操作必須順序相依。特定言之，可不依呈現順序執行此等操作。可依不同於所描述之實施例之一順序執行所描述之操作。在額外實施例中，可執行各種額外操作及/或可省略所描述之操作。
在本文所提供之一些實例中，可依據兩個、三個、四個或更多個電組件來描述互動。然而，此僅為了清楚及例示而進行。應瞭解，本文中所描述之裝置及系統可依任何適合方式合併。沿著類似設計替代，附圖之繪示組件、模組及元件之任何者可依全部明確在本發明之寬範疇內之各種可能組態組合。在特定情況中，可更易於藉由僅參考有限數目個電元件來描述一給定流程組之一或多個功能。
以下詳細描述呈現具體特定實施例之各種描述。然而，應瞭解，可利用其他實施例，且可在不背離本發明之範疇之情況下作出結構或邏輯改變。一般而言，本文中所描述之創新可依諸多不同方式(例如，由申請專利範圍及/或精選實例所界定及涵蓋之方式)體現，且不應在一限制意義上考量以下詳細描述。
微 LED 陣列之實例性系統
微LED陣列支援受益於光分佈之細粒強度、空間及時間控制之應用。例如，微LED陣列可提供來自像素區塊或個別像素之發射光之精確空間圖案化。取決於應用，發射光可係光譜不同、隨時間調適及/或對環境回應的。微LED陣列可提供呈各種強度、空間或時間圖案之預程式化光分佈。發射光可至少部分基於所接收之感測器資料。相關聯光學器件可依一像素級、像素區塊級或裝置級不同。實例性微LED陣列包含具有含一相關聯共同光學器件之高強度像素之一共同受控中心區塊及具有個別光學器件之邊緣像素之裝置。由微LED陣列支援之一些應用包含視訊照明、汽車前燈、建築及區域照明、街燈照明及資訊顯示。
車輛頭燈或前燈係微LED陣列之一實例性應用。車輛頭燈包括包含大量像素且具有一高資料更新速率之微LED。僅主動照射一道路之選定區段之汽車前燈可用於減少與對向駕駛員之炫目或耀眼相關聯之問題。例如，使用紅外線攝影機作為感測器，微LED陣列僅啟動需要照射道路之像素，同時撤銷啟動可能使行人或對向車輛之駕駛員目眩之像素。作為另一實例，一微LED陣列可用於選擇性照射道路外行人、動物或標誌以提高駕駛員環境認知。若微LED陣列之像素光譜不同，則可根據各自白天、傍晚或夜晚狀況來調整光之色溫。一些像素可用於光學無線車輛間通信。
圖1係包含一微LED總成之一實例性車輛頭燈系統100之一方塊圖。車輛頭燈系統100包含一電子控制單元(ECU) 110及一頭燈130。儘管圖1中展示一頭燈130，但應瞭解，車輛包含類似於頭燈130之兩個或更多個頭燈；其他頭燈類似於頭燈130且依一類似方式操作。此外，其他車燈(例如車行燈、霧燈等等)可類似組態且依類似於圖1中所描繪之頭燈130之一方式操作。
ECU 110係控制包含頭燈130之車輛之電系統或子系統之一車輛內之一嵌入系統。除控制頭燈之外，ECU 110可包含用於引擎組件、動力系統組件、門、剎車、遠程資訊服務、電池管理等等之控制。ECU 110可定位於引擎室中或附近。ECU 110 (例如)自儲存用於不同設定或應用中之不同頭燈影像之ECU 110可存取之一記憶體接收影像資料105。ECU 110之一車輛微處理器115可產生或選擇頭燈130之一影像。例如，車輛微處理器115自一或多個環境感測器接收資料，基於當前環境來選擇頭燈130之一影像，且擷取選定影像之影像資料105。車輛微處理器115基於選定影像來產生頭燈130之控制信號且將控制信號傳輸至串列化器120。串列化器120串列化控制信號且透過一串列連接(諸如一非屏蔽雙鉸線(UTP))或同軸連接來傳輸控制信號。串列化器120可將控制信號轉換成一低電壓差動傳信(LVDS)格式。ECU 110與頭燈130之間的實體連接及資料格式經選擇使得透過可能經歷一寬溫度變動、濕氣、噪音及其他不利狀況之車輛來可靠傳輸控制信號。
頭燈130包含重新格式化控制信號且將控制信號傳輸至一微LED總成155之一解串列化器135。例如，提供至微LED總成155之控制信號可包含一垂直同步信號、一像素時脈、一像素啟用信號及數個像素資料線。微LED總成155依據控制信號輸出一影像。圖2中進一步詳細展示微LED總成155，且將相對於圖3至圖6來展示及描述實例性像素總成。
頭燈130亦包含一頭燈微處理器140、一DC/DC轉換器145及一電源供應器150。解串列化器135亦提供控制信號至頭燈微處理器140，且可自頭燈微處理器140接收回饋(例如錯誤資訊)以回傳至ECU 110。頭燈微處理器140控制電源供應器150，電源供應器150經由一輸出線向DC/DC轉換器145供應電力且經由一第二輸出線向微LED總成155供應電力。由電源供應器150供應至微LED總成155之電壓用於向LED像素供電。發送至DC/DC轉換器之電壓用於向頭燈130之內部邏輯(例如頭燈微處理器140及微LED總成155內之邏輯)供電。DC/DC轉換器145將自電源供應器接收之直流電(DC)信號轉換成用於向頭燈微處理器140及微LED總成155邏輯供電之一不同電壓。DC/DC轉換器145將轉換DC電壓分配給頭燈微處理器140及微LED總成155。頭燈微處理器140亦具有至微LED總成155之一介面，其用於(例如)交換資料、提供時脈信號及在存在一失效時自微LED總成155接收失效資料。
應瞭解，車輛頭燈系統100僅為一微LED陣列之一實例性應用。在另一應用中，一微LED總成155用於一照明安裝中以選擇性及自適應照射建築物或環境以改良視覺顯示或降低照明成本。例如，微LED陣列可結合追蹤感測器及/或攝影機來用於選擇性照射行人周圍之區域。作為另一實例性應用，微LED陣列用於投射媒體立面用於裝飾運動或視訊效應。光譜不同像素可用於調整照明之色溫且支援波長特定園藝照明。
街燈照明係受益於使用微LED陣列之另一實例性應用。一單一類型之發光陣列可用於模擬各種街燈類型以允許(例如)藉由適當啟動或撤銷啟動選定像素來在一I型線性街燈與一IV型半圓形街燈之間切換。可藉由根據環境狀況或使用時間調整光束強度或分佈來降低街燈照明成本。例如，可在不存在行人時降低光強度及分佈區域。若微LED陣列之像素光譜不同，則可根據各自白天、傍晚或夜晚狀況來調整光之色溫。
微LED陣列亦非常適合於支援需要直接或投射顯示之應用。例如，可使用微LED陣列來顯示或投射所有警告、緊急或資訊標誌。此允許(例如)投射色彩改變或閃光出口標誌。若一微LED陣列由大量像素組成，則可呈現文字或數字資訊。亦可提供定向箭頭或類似指示符。
一微LED陣列可單獨或結合包含透鏡或反射器之初級或次級光學器件來使用。為減少總體資料管理需求，可將微LED陣列中之一些或所有像素限制於接通/切斷功能或在相對較少光強度位準之間切換。未必支援光強度之全像素位準控制。
在操作中，對應於微LED陣列中之像素之影像資料用於界定微LED陣列中之對應像素之回應，其中像素之強度及空間調變係基於(若干)影像。在一些實施例中，為減少資料速率問題，可將像素群組(例如5x5區塊)控制為單一區塊。使用來自能夠依(例如) 30 Hz至100 Hz之間的一速率(例如依60 Hz)載入為一影像序列中之連續圖框之連續影像之像素值，可支援高速及高資料速率操作。結合一脈寬調變模組，像素模組中之各像素可經操作以發射呈一圖案且具有至少部分取決於保存於影像圖框緩衝器中之影像之強度之光。
實例性微 LED 總成
圖2繪示根據本發明之一些實施例之微LED總成155之一實例。微LED總成155可用於車輛頭燈應用、任何上述其他應用或一LED陣列之其他潛在應用中。微LED總成155包含一脈寬調變器210、一數位轉類比轉換器(DAC) 220及一像素陣列230。像素陣列230包含配置成一矩陣之像素總成235，例如像素總成235a及235b。各像素總成235主動發射光且可個別受控。儘管圖2中展示25個實例性像素總成，但像素陣列230可包含數千個至數百萬個微小LED像素總成。為發射導致顯示一影像之呈一圖案或序列之光，根據一特定影像來個別調整一陣列上不同位置處之像素總成235中之微LED之當前位準。此可使用依一特定頻率接通及切斷像素之脈寬調變(PWM)來完成。在PWM操作期間，通過一像素之平均DC電流係由於電流振幅及PWM工作週期，其係導電時間與週期或循環時間之間的比率。
脈寬調變器210產生輸出至像素陣列230以控制像素之PWM工作週期之PWM信號215。在一些實施例中，脈寬調變器210產生針對像素陣列230中之各像素之一個別PWM信號215。在其他實施例中，一PWM信號可控制多個像素，例如像素陣列230中之像素之一特定子集。在相對於圖1所描述之車輛頭燈實例中，脈寬調變器210自解串列化器135接收影像控制信號且基於影像控制信號來產生PWM信號215。在其他實施例中，微LED總成155內之另一控制區塊或另一系統中可產生饋送至脈寬調變器210之影像資料。
DAC 220產生提供至像素陣列230之一電流控制信號225。儘管各像素總成235接收一唯一PWM信號215，但全像素陣列230或像素陣列230內之多個像素總成235之區塊可接收相同電流控制信號225。DAC 220自解串列化器135 (車輛頭燈實例中)或另一數位控制介面(例如一積體電路間(I2C)介面)接收指示待提供之電流位準之一控制信號。
實例性像素總成
圖3係繪示根據本發明之一些實施例之兩個例示性像素總成的一方塊圖。圖3中所展示之兩個像素總成310a及310b係圖2中所展示之像素總成235a及235b之實例。一微LED陣列中之額外像素總成可類似組態。在圖3至圖6中，使用節點(諸如節點390)來展示電連接；不具有一節點390之交叉未電連接。
各像素總成310包含一LED 320、一閉環電路330及一切換電路340。LED 320可為一微LED或另一類型之LED。在此實例中，LED 320係一共同陽極LED。在其他實施例中，LED 320係一共同陰極LED；圖6中展示具有共同陰極LED之實例性像素總成。儘管圖3中展示一LED 320，但在其他實施例中，像素總成310包含串聯及/或並聯連接之多個LED 320。LED 320連接至一輸入電壓Vin 360，其係向像素總成310供電之一輸入電壓。在圖1所展示之頭燈實例中，Vin 360由電源供應器150提供。當像素總成1 310中之一LED電流(例如I1)通過LED 320a時，LED 320a發射光，如由圖3中之箭頭所指示。
切換電路340接收來自一脈寬調變器之一PWM信號380，例如由脈寬調變器210提供之PWM信號215之一者。在此實例中，各切換電路340接收一個別PWM信號380，例如切換電路1 340a接收PWM信號1 380a，且切換電路2 340b接收PWM信號2 380b。切換電路340根據所接收之PWM信號380來交替接通及切斷LED 320。特定言之，切換電路340供應一LED電流(例如I1或I2)至LED 320以接通LED 320及不供應LED電流至LED 320以切斷LED 320。
當LED 320接通(如由PWM信號380所控制)時，閉環電路330調節由切換電路340供應至LED 320之LED電流。閉環電路330接收一電流控制信號370 (例如由DAC 220提供之電流控制信號225)，其用於設定用於驅動LED 320之電流位準。閉環電路330經由一電流調節連接350來耦合至切換電路340。閉環電路330自一回饋連接355接收來自切換電路340之回饋。閉環電路330基於回饋來調節LED電流。更具體言之，閉環電路330透過電流調節連接350來輸出一電壓至切換電路340，其中電壓由閉環電路330調諧使得切換電路340依由電流控制信號370指示之一電流位準驅動LED 320。閉環電路330基於來自切換電路340之回饋來調整其輸出電壓。
閉環電路330由輸入電壓Vin 360供電。如圖1中所展示，兩個線連接至Vin 360：連接至閉環電路330a及330b之一第一電源線及連接至LED 320a及320b之一第二電源線。在跨越像素陣列或像素陣列之部分之兩個分離線之間分割Vin 360防止驅動閉環電路330之電源線上之寄生電阻影響驅動LED 320之電源線。
實例性像素總成電路圖
圖4係展示根據本發明之一些實施例之兩個像素總成之一實例性實施方案的一電路圖。圖4繪示兩個像素總成410a及410b (其係圖3中所展示之像素總成310a及310b之實例)之實例性電路圖。一微LED陣列中之額外像素總成可類似組態。
各像素總成410包含一LED 420，其類似於上述LED 320。實例性像素總成410包含一閉環電路430 (其係閉環電路330之一實例性實施方案)及一切換電路440 (其係切換電路340之一實例性實施方案)。像素總成410接收一輸入電壓Vin 460，其類似於輸入電壓Vin 360且如圖3中之輸入電壓Vin 360般提供於兩個電源線462及464上。像素總成410亦接收類似於電流控制信號370之一電流控制信號470。各像素總成410亦接收一各自PWM信號(圖4中未展示)，其類似於圖3中所展示之PWM信號380。
閉環電路430包含一參考電流電晶體432、一op-amp 434、一第一電阻器436及一第二電阻器438。op-amp 434具有兩個輸入：一非反相輸入(由+符號表示)及一反相輸入(由-符號表示)。op-amp 434之非反相輸入耦合至參考電流電晶體432。參考電流電晶體432係一p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體，其具有連接至電流控制信號470之一閘極、連接至輸入電壓Vin 460之一源極及連接至op-amp 434之一非反相輸入之一汲極。參考電流電晶體432基於電流控制信號470來產生像素總成410之一參考電流。
op-amp 434之反相輸入耦合至切換電路440以接收回饋信號。特定言之，op-amp 434之反相輸入耦合至包含於切換電路440中之一切換電路電晶體444之一源極。op-amp 434之輸出耦合至切換電路440之一輸入。在此實例中，op-amp 434之輸出連接至切換電路電晶體444之閘極。op-amp 434之輸出設定切換電路電晶體444之閘極電壓。
切換電路電晶體444係一n型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體，其具有連接至op-amp 434之一閘極、連接至第二電阻器438之一源極及耦合至LED 420之一汲極。在此實例中，一PWM開關442設定切換電路電晶體444與LED 420之間的汲極；PWM開關442根據一PWM信號來打開及閉合。切換電路電晶體444基於op-amp 434之電壓輸出來產生用於驅動LED 420之一LED電流。
第一電阻器436耦合至op-amp 434之非反相輸入，且第二電阻器438耦合至op-amp之反相輸入。電阻器436a、436b、438a及438b之各者亦連接至一共同接地490。第一電阻器436及第二電阻器438之各者具有一各自電阻R1及R2。第一電阻器感測來自參考電流電晶體432之參考電流。第二電晶體438與LED 420、PWM開關442及切換電路電晶體444串聯連接。第二電阻器438感測由切換電路電晶體444產生且驅動LED 420之LED電流。
在操作中，跨第一電阻器436之電壓降與跨第二電阻器438之電壓降之間的差異由op-amp 434放大以調整切換電路電晶體444之閘極電壓。因此，LED電流變動，使得跨第二電阻器438之電壓降改變以變得更接近跨第一電阻器436之電壓降。由於閉環操作，跨第一電阻器436及第二電阻器438之電壓降變成在穩態中相等。由切換電路電晶體444產生且驅動LED 420之LED電流由以下方程式判定：
Figure 02_image001
其中ILED 係LED電流，IREF 係參考電流，R1係第一電阻器436之電阻，且R2係第二電晶體438之電阻。
在操作期間，導電路徑之寄生電阻存在於電源供應線462及464之兩個軌條中。以第一像素總成410a為例，電阻器436a及438a之接地點位於相同像素中且可被視為相同，因此幾乎不存在寄生影響。然而，Vin 460處之寄生電阻散佈於整個陣列上，且會影響參考電流電晶體432之源極電壓。因此，參考電流及LED電流兩者可變動，因為參考電流電晶體432處之閘極電壓(即，電流控制信號470)固定。為解決此問題，將Vin 460之路徑分割成用於LED 420之一第一線462及用於參考電流電晶體432之一第二線464。根據上述ILED 之方程式，可藉由選擇一大R1與R2比率來將參考電流設計為小於LED電流。例如，R1可為R2之電阻之5倍至50倍。藉由選擇一大R1與R2比率，顯著減小Vin線464處之寄生電阻上之電壓降且最小化對電流變動之影響。因此，使用兩個電源線減小或消除較高寄生電壓降對驅動LED 420之電源線462之影響。
圖4中所展示之電路歸因於op-amp 434之解耦合效應而具有減少串擾之一進一步優點。儘管切換電路電晶體444之閘極在PWM開關442之切換期間仍藉由米勒電容來充電及放電，但米勒電容幾乎不影響參考電流電晶體432，因為op-amp 434分隔開兩個電晶體432及444。
圖5繪示展示根據本發明之一些實施例之切換電路之一第二實例性實施方案之一電路圖。圖5繪示兩個像素總成510a及510b (其係圖3中所展示之像素總成310a及310b之實例)之實例性電路圖。一微LED陣列中之額外像素總成可類似組態。
各像素總成510包含一LED 520，其類似於上述LED 320。各像素總成510包含一閉環電路530 (其係閉環電路330之一實例)及一切換電路540 (其係切換電路340之一實例)。閉環電路530之組件(即，參考電流電晶體532、op-amp 534及第一電阻器536及第二電阻器538)對應於相對於圖4所描述之閉環電路430之組件432至438，且閉環電路530具有相同於閉環電路430之配置。此外，像素總成510接收一輸入電壓Vin 560，其類似於輸入電壓360及460且如圖3及圖4中之輸入電壓般提供於兩個電源線562及564上。像素總成510亦接收一電流控制信號570，其類似於電流控制信號370及470。各像素總成510亦接收一各自PWM信號(圖5中未展示)，其類似於圖3中所展示之PWM信號380。
在圖5中，切換電路540具有一PWM開關542及一切換電路電晶體544。如同圖4，op-amp 534之反相輸入耦合至一切換電路電晶體544之一源極。op-amp 534之輸出耦合至切換電路540之一輸入。在此實例中，PWM開關542位於切換電路540之輸入處，且PWM開關542連接至切換電路電晶體544之閘極。當PWM開關542閉合時，op-amp 534之輸出耦合至切換電路電晶體544且設定切換電路電晶體544之閘極電壓。此配置可具有比圖4中所展示之電路配置高之效率，因為切換電路電晶體544之閘極端子在PWM切換期間僅消耗一小電流來蓄積及釋放寄生電容。額外電路特性及優點類似於上文(例如)相對於圖3及圖4所描述之電路特性及優點。
圖6繪示展示根據本發明之一些實施例之其中LED組態為共同陰極而非共同陽極之兩個像素總成之另一實例性實施方案之一電路圖。圖6繪示兩個像素總成610a及610b (其係圖2中所展示之像素總成235a及235b之實例)之實例性電路圖。一微LED陣列中之額外像素總成可類似組態。
在圖6所展示之實例中，LED 620組態為共同陰極而非如圖3至圖5般連接之共同陽極。電路相對於圖4及圖5中所展示之電路反向，使得LED 620及參考電流電晶體632連接至接地690而非Vin 660。另外，op-amp 634及電阻器636及638連接至Vin 660而非接地690。在此實例中，接地線690分割成兩個軌條，其中一線694連接至LED 620且另一線692連接至參考電流電晶體632。切換電路640可具有圖4或圖5中所展示之切換電路設計，或可使用另一切換電路組態。電流控制信號670類似於上述電流控制信號370及470。圖6中所展示之電路之操作特性及優點類似於上文(例如)相對於圖3至圖5所描述之特性及優點。
具有共用電路元件之實例性像素總成
在圖4至圖6所展示之實例性電路圖中，各閉環電路包含接收一電流控制信號且產生參考電流之一參考電流電晶體。在一替代實施方案中，產生於一第一像素處之一參考電流提供至一或多個額外像素，且可自額外像素省略參考電流電晶體。圖7、圖8及圖9中展示其中一些電路元件共用於多個像素之間的三個實例性實施方案。
圖7繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件之兩個像素總成710a及710b之一實例性實施方案之一電路圖。各像素總成710包含一LED 720，其類似於上述LED 320。各像素總成710包含一閉環電路730 (其係閉環電路330之一實例)及一切換電路740 (其係切換電路340之一實例)。切換電路740可具有圖4或圖5中所展示之切換電路設計，或可使用另一切換電路組態。各切換電路740a及740b接收一各自PWM信號(圖7中未展示)，例如圖2中所展示之PWM信號215及圖3中所展示之PWM信號380a及380b。PWM信號由一脈寬調變器(例如圖2中所展示之脈寬調變器210)產生。切換電路740 (例如PWM開關442或542)各接收一各自PWM信號且根據PWM信號來交替接通及切斷其各自LED 720。切換電路740亦各包含用於產生一LED電流之一切換電路電晶體(例如切換電路電晶體444或544)，如相對於圖4及圖5所描述。像素總成710接收一輸入電壓Vin 760，其類似於輸入電壓360及460且如圖3及圖4中之輸入電壓般提供於兩個電源線762及764上。
第一像素總成710a中之第一閉環電路730a包含一參考電流電晶體732、一第一op-amp 734a、一第一電阻器736及一第二電阻器738a，其等對應於相對於圖4所描述之閉環電路430a之組件432a、434a、436a及438a。一電流控制信號770耦合至參考電流電晶體732之閘極，參考電流電晶體732基於電流控制信號770來產生一參考電流。在此實例中，參考電流電晶體732係一PMOS電晶體，其具有連接至電流控制信號770之一閘極、連接至輸入電壓Vin 760之一源極及連接至第一op-amp 734a之一非反相輸入之一汲極。第一op-amp 734a之反相輸入耦合至切換電路740a以自切換電路740a接收一回饋信號，且第一op-amp 734a之輸出耦合至切換電路740a之一輸入以調節由切換電路740a產生之LED電流。
第一電阻器736耦合至第一op-amp 734a之非反相輸入，且第二電阻器738a耦合至第一op-amp 734a之反相輸入。電阻器736及738a亦連接至接地790。第一閉環電路730a中之第一電阻器736及第二電阻器738a之各者具有一各自電阻R1及R2。第一電阻器736感測來自參考電流電晶體732之參考電流。第二電阻器738a與LED 720a及切換電路740a串聯連接。第二電阻器738a感測由切換電路740a產生且驅動LED 720a之LED電流。
第二閉環電路730b包含一第二op-amp 734b及一第三電阻器738b，其等類似於包含於第一閉環電路730a中之第一op-amp 734a及第二電阻器738a。不同於第一閉環電路730a，第二閉環電路730b不包含一參考電流電晶體或耦合至參考電流電晶體之一電阻器。第二閉環電路730不產生一參考電流，而是自第一像素710a接收參考電流，且特定言之，自閉環電路730a。第二閉環電路730b基於自第一像素710a接收之參考電流來調節提供至第二LED 720b之LED電流。
更具體言之，第二op-amp 734b之非反相輸入耦合至參考電流電晶體732之汲極及第一電阻器736。第二op-amp 734b之反相輸入耦合至第二切換電路740b以接收一回饋信號，且第二op-amp 734b之輸出耦合至第二切換電路740b之一輸入以調節由切換電路740b產生之LED電流。第三電阻器738b亦耦合至第二op-amp 734b之反相輸入及接地790。第三電阻器738b具有一電阻R3，其在一些實施例中相同於第二電阻器738a之電阻R2。第三電阻器738b與LED 720b及切換電路740b串聯連接。第三電阻器738b感測由切換電路740b產生且驅動LED 720b之LED電流。
閉環電路730a及730b及切換電路740a及740b之操作類似於相對於圖4至圖6所描述之閉環電路及切換電路之操作。當切換電路740中之PWM開關閉合時，op-amp 734經由切換電路740來耦合至LED 720，且op-amp 734調節驅動LED 720之電流。更特定言之，切換電路740之各者基於由各自閉環電路730輸出(即，來自op-amp 734之輸出)之一電流調節電壓來產生用於驅動耦合至切換電路740之LED 720之一各自LED電流。閉環電路730各經組態以自各自切換電路740接收一回饋信號且基於回饋信號來調整電流調節電壓。除上述優點之外，使用一單一參考電流電晶體732a及電阻器736來提供一參考電流至多個像素可提供額外優點，其包含降低參考電流之損耗及改良像素之間的參考電流之匹配。
由第一切換電路740產生且驅動第一LED 720a之LED電流由以下方程式判定：
Figure 02_image003
其中ILED1 係LED電流，IREF 係參考電流，R1係第一電阻器736之電阻，且R2係第二電阻器738a之電阻。
由第二切換電路740b產生且驅動第二LED 720b之LED電流由以下方程式判定：
Figure 02_image005
其中ILED2 係LED電流，IREF 係參考電流，R1係第一電阻器736之電阻，且R3係第三電阻器738b之電阻。若R2=R3，則LED電流ILED1 及ILED2 相等。
儘管參考電流電晶體732及第一電阻器736在圖7中展示為第一閉環電路730a部分，但在其中實例中，參考電流電晶體732及/或第一電阻器736可被視為定位於閉環電路730a外之一分離電路元件(例如一參考電流電路)。此外，在一些實施例中，參考電流電晶體732及/或第一電阻器736可定位於像素總成710a外，例如在一不同像素總成(例如710b)中或在與像素總成710分離之一電路區塊中。儘管圖7中展示兩個實例性像素，但類似於第二像素710b之額外像素可依一類似方式自第一像素710a接收相同參考電流。
圖8繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件之兩個像素總成810a及810b之一第二實例性實施方案之一電路圖。像素總成810a及810b之各者包含對應於相對於圖7所描述之像素總成710a及710b且在圖8中類似編號之電路組件。
除圖7中所展示之組件之外，第二閉環電路830b包含與第一電阻器836串聯連接之一第四電阻器880，其對應於第一電阻器736但可具有一不同電阻。例如，第一電阻器736之電阻可分割成兩個電阻器：第一電阻器836及第四電阻器880，其等各放置於一各自像素中，即，第一電阻器836放置於第一像素810a中，且第四電阻器880放置於第二像素810b中。第一電阻器836及第四電阻器880之總電阻可由ILED1 及ILED2 之上述方程式中之R1表示。此配置可進一步改良像素之間的電流匹配。另外，使用多個電阻器來產生上述方程式中之參考電阻R1可允許一更高電阻R1，其增大R1與LED電流感測電阻器838a及838b之電阻(即，R2及R3)之間的比率以進一步減少參考電流及相關聯損耗。
圖9繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件及一電流控制區塊之兩個像素總成910a及910b之一實施方案之一電路圖。像素總成910a及910b之各者包含對應於相對於圖7所描述之像素總成910a及910b且在圖9中類似編號之電路組件。圖9中所展示之電路圖進一步包含一電流控制區塊980，其包含一電流源982及一電流控制電晶體984。電流控制電晶體984係一PMOS電晶體，其藉由使其汲極及閘極短路來連接為二極體。電流控制電晶體984之閘極連接至參考電晶體932之閘極以形成用於設定像素910a及910b中之參考電流之一電流鏡。作為一實例，若由電流源982產生之電流係1 mA，則984及932之電晶體對可經設定尺寸以達成1 mA/50 μA=20:1之一鏡比率。電阻器比率R1：R2及R1：R3亦可為20：1 (例如若R1=2 kΩ，且R2=R3=100 Ω)以導致LED 920a及LED 920b兩者中1 mA之一電流。類似於電流控制區塊980之一電流控制區塊可包含於上述其他像素總成之任何者中。
圖7至圖9中所展示之電路設計之額外電路特性及優點類似於上文相對於圖3至圖6所描述之電路特性及優點。儘管LED 720、820及920展示為共同陽極LED，但在其他實施例中，LED 720、820或920可為共同陰極LED，且電路可依類似於圖6中所展示之共同陰極組態之一方式反向。
其他實施方案說明、變動及應用
應瞭解，未必根據本文中所描述之任何特定實施例來達成所有目的及優點。因此，例如，熟習技術者將辨識，特定實施例可經組態以依達成或最佳化本文中所教示之一優點或優點群組之一方式操作且未必達成本文中可教示或暗示之其他目的或優點。
應瞭解，附圖之電路及其教示可易於縮放且可適應諸多組件及更複雜/高級配置及組態。因此，所提供之實例不應限制可應用於各種其他架構之電路之範疇或妨礙其廣泛教示。
在一些實施例中，附圖之任何數目個電路可實施於一相關聯電子裝置之一板上。板可為可保持電子裝置之內部電子系統之各種組件且另外提供其他周邊設備之連接器之一般電路板。更具體言之，板可提供系統之其他組件可藉由其來電通信之電連接。任何適合處理器(其包含數位信號處理器、微處理器、支援晶片組等等)、電腦可讀非暫時性記憶體元件等等可基於特定組態需要、處理需求、電腦設計等等來適當耦合至板。其他組件(諸如外部儲存器、用於音訊/視訊顯示之額外感測器、控制器及周邊裝置)可經由纜線作為插入卡附接至板或整合至板本身中。在各種實施例中，本文中所描述之功能可依模擬形式實施為運行於配置成支援此等功能之一結構之一或多個可組態(例如可程式化)元件內之軟體或韌體。提供模擬之軟體或韌體可提供於包括允許一處理器實施該等功能之指令之非暫時性電腦可讀儲存媒體上。
在一些實施例中，附圖之電路可實施為獨立模組(例如具有經組態以執行一特定應用或功能之相關聯組件及電路系統之一裝置)或實施為至電子裝置之專用硬體中之插入式模組。應注意，本發明之實例可易於部分或全部包含於一單晶片系統(SOC)封裝中。一SOC表示將一電腦或其他電子系統之組件整合至一單晶片中之一積體電路(IC)。其可含有數位、類比、混合信號及通常射頻功能：其等全部可提供於一單晶片基板上。其他實施例可包含一多晶片模組(MCM)，其具有定位於一單一電子封裝內且經組態以透過電子封裝來彼此密切互動之複數個分離IC。
熟習技術者可確定諸多其他改變、替代、變動、更改及修改，且本發明意欲涵蓋落於隨附申請專利範圍之範疇內之所有此等改變、替代、變動、更改及修改。應注意，亦可相對於本文中所描述之方法或程序來實施本文中所描述之裝置及系統之任何者之所有選用特徵，且實例中之具體細節可用於一或多個實施例中之任何位置。
精選實例
實例1提供一種包含一第一像素總成及一第二像素總成之LED陣列。該第一像素總成包含一第一LED及一第一閉環電路，其經組態以產生一參考電流且基於該參考電流來調節提供至該第一LED之一第一LED電流。該第二像素總成包含一第二LED及一第二閉環電路，其經組態以自該第一像素總成接收該參考電流且基於該參考電流來調節提供至該第二LED之一第二LED電流。
實例2包含實例實例1之LED陣列，其中該第一像素總成進一步包含經組態以接收一第一PWM信號且根據該第一PWM信號來交替接通及切斷該第一LED之一第一切換電路，且該第二像素總成進一步包含經組態以接收一第二PWM信號且根據該第二PWM信號來交替接通及切斷該第二LED之一第二切換電路。
實例3包含實例2之LED陣列，其進一步包含經組態以產生該第一PWM信號及該第二PWM信號之一脈寬調變器。
實例4包含實例2或3之LED陣列，其中該第一切換電路基於來自該第一閉環電路之一第一電流調節電壓來產生該第一LED電流，且該第二切換電路基於來自該第二閉環電路之一第二電流調節電壓來產生該第二LED電流。
實例5包含實例4之LED陣列，其中該第一閉環電路經組態以自該第一切換電路接收一第一回饋信號且基於該第一回饋信號來調整該第一電流調節電壓，且該第二閉環電路經組態以自該第二切換電路接收一第二回饋信號且基於該第二回饋信號來調整該第二電流調節電壓。
實例6包含實例1至5中任一項之LED陣列，其中該第一閉環電路包含具有一第一輸入及一第二輸入之一第一op-amp，該第一輸入耦合至經組態以產生該參考電流之一參考電流電晶體，且該第二輸入經組態以接收一第一回饋信號。
實例7包含實例6之LED陣列，其中該第二閉環電路包含具有一第一輸入及一第二輸入之一第二op-amp，該第二op-amp之該第一輸入耦合至該第一閉環電路之該參考電流電晶體，且該第二op-amp之該第二輸入經組態以接收一第二回饋信號。
實例8包含實例7之LED陣列，其中該第一閉環電路進一步包含耦合至該第一op-amp之該第一輸入之一第一電阻器及耦合至該第一op-amp之該第二輸入之一第二電阻器，該第一電阻器具有一第一電阻，該第二電阻器具有一第二電阻；且該第二閉環電路進一步包含耦合至該第二op-amp之該第二輸入之一第三電阻器，該第三電阻器具有一第三電阻。
實例9提供實例8之LED陣列，其中該第二閉環電路進一步包含與該第一電阻器串聯連接之一第四電阻器。
實例10包含實例8之LED陣列，其中驅動該第一LED之該第一LED電流等於該參考電流乘以該第一電阻與該第二電阻之一比率，且驅動該第二LED之該第二LED電流等於該參考電流乘以該第一電阻與該第三電阻之一比率。
實例11提供一種LED陣列，其包含：複數個LED，其至少包含一第一像素中之一第一LED及一第二像素中之一第二LED；一脈寬調變器，其經組態以供應PWM信號至該複數個LED；一參考電流電晶體，其經組態以提供至少該第一像素及該第二像素之一參考電流；及複數個op-amp，各者具有耦合至該參考電流電晶體以接收該參考電流之一第一輸入。
實例12包含實例11之LED陣列，其中該複數個op-amp之各者耦合至該複數個LED之一各自者，且該複數個op-amp之各者經組態以調節驅動該各自LED之一LED電流。
實例13包含實例11或12之LED陣列，其中該複數個op-amp包含一第一op-amp，其處於該第一像素中，該第一op-amp耦合至該第一LED；及一第二op-amp，其處於該第二像素中，該第二op-amp耦合至該第二LED。
實例14包含實例13之LED陣列，其中該第一像素進一步包含耦合至該第一op-amp之該第一輸入之一第一電阻器及耦合至該第一op-amp之一第二輸入之一第二電阻器，該第一電阻器具有一第一電阻，該第二電阻器具有一第二電阻；且該第二像素進一步包含耦合至該第二op-amp之一第二輸入之一第三電阻器，該第三電阻器具有一第三電阻。
實例15包含實例14之LED陣列，其中該第二像素進一步包含與該第一電阻器串聯連接之一第四電阻器。
實例16包含實例11至15中任一項之LED陣列，其進一步包含：複數個PWM開關，各PWM開關經組態以根據該等PWM信號之一對應者來交替接通及切斷該複數個LED之一對應者；及複數個電晶體，各電晶體經組態以基於來自該複數個op-amp之一對應者之一電壓信號來產生該複數個LED之一各自者之一LED電流。
實例17提供一種一LED陣列之控制電路，其包含一第一像素控制總成及一第二像素控制總成。該第一像素控制總成包含：一第一切換電路，其經組態以根據一第一PWM信號來輸出一第一LED電流；及一第一閉環電路，其經組態以產生一參考電流且基於該參考電流及來自該第一切換電路之回饋來調節該第一LED電流。該第二像素控制總成包含：一第二切換電路，其經組態以根據一第二PWM信號來輸出一第二LED電流；及一第二閉環電路，其經組態以自該第一像素控制總成接收該參考電流且基於該參考電流及來自該第二切換電路之回饋來調節該第二LED電流。
實例18包含實例17之控制電路，其進一步包含經組態以產生該第一PWM信號及該第二PWM信號之一脈寬調變器。
實例19包含實例17或18之控制電路，其中該第一切換電路基於來自該第一閉環電路之一第一電流調節電壓來產生該第一LED電流，且該第二切換電路基於來自該第二閉環電路之一第二電流調節電壓來產生該第二LED電流。
實例20包含實例17至19中任一項之控制電路，其中該第一閉環電路包含具有一第一輸入、一第二輸入及一輸出之一第一op-amp，該第一輸入耦合至經組態以產生該參考電流之一參考電流電晶體，該第二輸入經組態以自該第一切換電路接收該回饋，且該輸出耦合至該第一切換電路。
實例21提供一種LED陣列，其包含：複數個LED；一脈寬調變器，其經組態以供應PWM信號至該複數個LED；及複數個控制電路，各者耦合至該複數個LED之一各自LED。該等控制電路之各者包含耦合至該LED之一電晶體及耦合至該電晶體且經組態以控制由該電晶體提供至該LED之一電流之一op-amp。
實例22包含實例21之LED陣列，其中該複數個控制電路之各者包含耦合至該op-amp之一輸入且經組態以設定該LED之一參考電流之一第二電晶體。
實例23包含實例22之LED陣列，其中該第二電晶體係一PMOS電晶體。
實例24包含實例21至23中任一項之LED陣列，其中該電晶體係一NMOS電晶體。
實例25包含實例21至24中任一項之LED陣列，其中該等控制電路之各者進一步包含一PWM開關及一電阻器，其中該LED與該PWM開關、該電晶體及該電阻器串聯連接，該電阻器經組態以感測由該電晶體提供至該LED之該電流。
實例26包含實例21至25中任一項之LED陣列，其中該複數個LED之各者係一共同陽極LED。
實例27包含實例21至25中任一項之LED陣列，其中該複數個LED之各者係一共同陰極LED。
實例28包含包含實例21至27中任一項之LED陣列，其中該等控制電路之各者進一步包含一電阻器及一PWM開關，該PWM開關連接於該電晶體與該op-amp之間，其中該LED串聯連接至該電晶體及該電阻器，該電阻器經組態以感測由該電晶體提供至該LED之該電流。
實例29提供一種一微LED陣列之像素，其包含一微LED、耦合至該微LED之一切換電路、一電晶體及一op-amp。該切換電路經組態以接收PWM信號且基於該等PWM信號來控制該微LED之啟動。該電晶體經組態以設定該像素之一參考電流。該op-amp具有耦合至該電晶體之一輸出之一輸入及耦合至該切換電路之一輸出。
實例30包含實例29之像素，其中該電晶體係一PMOS電晶體。
實例31包含實例29或30之像素，其中該切換電路包含一NMOS電晶體。
實例32包含實例29至31中任一項之像素，其中該微LED串聯連接至一PWM開關、該電晶體及一電阻器，該電阻器經組態以感測通過該微LED之一電流。
實例33包含實例29至32中任一項之像素，其中該微LED係一矩陣像素陣列之一像素。
實例34包含實例29至33中任一項之像素，其中該微LED係一共同陽極LED。
實例35包含實例29至33中任一項之像素，其中該微LED係一共同陰極LED。
實例36包含實例29至35中任一項之像素，其進一步包含連接於該電晶體與該op-amp之間的一PWM開關，其中該微LED串聯連接至該電晶體及一電阻器，該電阻器經組態以感測通過該微LED之一電流。
實例37提供一種用於一LED陣列之控制方法，其包含：將複數個LED配置成一矩陣像素陣列，該複數個LED之各者連接至複數個電晶體之一各自者；將PWM信號供應至該複數個LED；及使用複數個各自op-amp來控制至該複數個LED之各者之一電流，各op-amp由該複數個電晶體之一各自者耦合至一各自LED。
實例38包含實例37之控制方法，其中第二複數個電晶體設定用於該複數個LED之一各自者之一參考電流，該第二複數個電晶體各耦合至該複數個op-amp之一各自者之一輸入。
實例39包含實例38之控制方法，其中該第一複數個電晶體係NMOS電晶體，且該第二複數個電晶體係PMOS電晶體。
實例40包含實例37至39中任一項之控制方法，其中該複數個LED之各者串聯連接至經組態以接收該等PWM信號之一者之一PWM開關、該複數個電晶體之該各自者及一電阻器，且該電阻器感測施加於該LED之該電流。
100:車輛頭燈系統 105:影像資料 110:電子控制單元(ECU) 115:車輛微處理器 120:串列化器 130:頭燈 135:解串列化器 140:頭燈微處理器 145:DC/DC轉換器 150:電源供應器 155:微LED總成 210:脈寬調變器 215:脈寬調變(PWM)信號 220:數位轉類比轉換器(DAC) 225:電流控制信號 230:像素陣列 235a:像素總成 235b:像素總成 310a:像素總成 310b:像素總成 320a:發光二極體(LED) 320b:LED 330a:閉環電路 330b:閉環電路 340a:切換電路1 340b:切換電路2 350a:電流調節連接 350b:電流調節連接 355a:回饋連接 355b:回饋連接 360:輸入電壓Vin 370:電流控制信號 380a:PWM信號1 380b:PWM信號2 390:節點 410a:像素總成 410b:像素總成 420a:LED 420b:LED 430a:閉環電路 430b:閉環電路 432a:參考電流電晶體 432b:參考電流電晶體 434a:運算放大器(op-amp) 434b:運算放大器(op-amp) 436a:第一電阻器 436b:第一電阻器 438a:第二電阻器 438b:第二電阻器 440a:切換電路 440b:切換電路 460:輸入電壓 462:電源線 464:電源線 470:電流控制信號 490:接地 510a:像素總成 510b:像素總成 520a:LED 520b:LED 530a:閉環電路 530b:閉環電路 532a:參考電流電晶體 532b:參考電流電晶體 534a:op-amp 534b:op-amp 536a:第一電阻器 536b:第一電阻器 538a:第二電阻器 538b:第二電阻器 540a:切換電路 540b:切換電路 542a:PWM開關 542b:PWM開關 544a:切換電路電晶體 544b:切換電路電晶體 560:輸入電壓 562:電源線 564:電源線 570:電流控制信號 610a:像素總成 610b:像素總成 620a:LED 620b:LED 632a:參考電流電晶體 632b:參考電流電晶體 634a:op-amp 634b:op-amp 636a:電阻器 636b:電阻器 638a:電阻器 638b:電阻器 640a:切換電路 640b:切換電路 660:Vin 670:電流控制信號 690:接地/接地線 692:線 694:線 710a:像素總成/第一像素 710b:像素總成/第二像素 720a:LED 720b:LED 730a:第一閉環電路 730b:第二閉環電路 732:參考電流電晶體 734a:第一op-amp 734b:第二op-amp 736:第一電阻器 738a:第二電阻器 738b:第三電阻器 740a:第一切換電路 740b:第二切換電路 760:輸入電壓Vin 762:電源線 764:電源線 770:電流控制信號 790:接地 810a:像素總成/第一像素 810b:像素總成/第二像素 820a:LED 820b:LED 830a:閉環電路 830b:第二閉環電路 836:第一電阻器 838a:LED電流感測電阻器 838b:LED電流感測電阻器 840a:切換電路 840b:切換電路 860:Vin 870:電流控制 880:第四電阻器 910a:像素總成 910b:像素總成 920a:LED 920b:LED 932:參考電晶體 940a:切換電路 940b:切換電路 960:Vin 980:電流控制區塊 982:電流源 984:電流控制電晶體 I1:LED電流 I2:LED電流
圖1係根據本發明之一些實施例之包含一微LED總成之一實例性車輛頭燈系統之一方塊圖；
圖2繪示根據本發明之一些實施例之一實例性微LED總成；
圖3係繪示根據本發明之一些實施例之兩個例示性像素總成的一方塊圖；
圖4係展示根據本發明之一些實施例之兩個像素總成之一實例性實施方案的一電路圖；
圖5繪示展示根據本發明之一些實施例之切換電路之一第二實例性實施方案之一電路圖；
圖6繪示展示根據本發明之一些實施例之其中LED組態為共同陰極而非共同陽極之兩個像素總成之另一實例性實施方案之一電路圖；
圖7繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件之兩個像素總成之一實例性實施方案之一電路圖；
圖8繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件之兩個像素總成之一第二實例性實施方案之一電路圖；
圖9繪示展示根據本發明之一些實施例之具有共用電路元件及一電流控制區塊之兩個像素總成之一實施方案之一電路圖。
310a:像素總成
310b:像素總成
320a:發光二極體(LED)
320b:LED
330a:閉環電路
330b:閉環電路
340a:切換電路1
340b:切換電路2
350a:電流調節連接
350b:電流調節連接
355a:回饋連接
355b:回饋連接
360:輸入電壓(Vin)
370:電流控制信號
380a:脈寬調變(PWM)信號1
380b:PWM信號2
390:節點
I1:LED電流
I2:LED電流

Claims (20)

  1. 一種發光二極體(LED)陣列，其包括： 複數個LED； 一脈寬調變器，其經組態以供應脈寬調變(PWM)信號至該複數個LED；及 複數個控制電路，其各者耦合至該複數個LED之一各自LED，各控制電路包括： 一電晶體，其耦合至該LED；及 一運算放大器(op-amp)，其耦合至該電晶體且經組態以控制由該電晶體提供至該LED之一電流。
  2. 如請求項1之LED陣列，該複數個控制電路之各者包括耦合至該op-amp之一輸入且經組態以設定該LED之一參考電流之一第二電晶體。
  3. 如請求項2之LED陣列，其中該第二電晶體係一p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體。
  4. 如請求項1之LED陣列，其中該電晶體係一n型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體。
  5. 如請求項1之LED陣列，其中該等控制電路之各者進一步包括一PWM開關及一電阻器，其中該LED與該PWM開關、該電晶體及該電阻器串聯連接，該電阻器經組態以感測由該電晶體提供至該LED之該電流。
  6. 如請求項1之LED陣列，其中該複數個LED之各者係一共同陽極LED。
  7. 如請求項1之LED陣列，其中該複數個LED之各者係一共同陰極LED。
  8. 如請求項1之LED陣列，其中該等控制電路之各者進一步包括一電阻器及一PWM開關，該PWM開關連接於該電晶體與該op-amp之間，其中該LED串聯連接至該電晶體及該電阻器，該電阻器經組態以感測由該電晶體提供至該LED之該電流。
  9. 一種一微發光二極體(微LED)陣列之像素，其包括： 一微LED； 一切換電路，其耦合至該微LED，該切換電路經組態以接收脈寬調變(PWM)信號且基於該等PWM信號來控制該微LED之啟動； 一電晶體，其經組態以設定該像素之一參考電流；及 一運算放大器(op-amp)，其具有耦合至該電晶體之一輸出之一輸入及耦合至該切換電路之一輸出。
  10. 如請求項9之像素，其中該切換電路包括一n型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體。
  11. 如請求項9之像素，其中該電晶體係一p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體。
  12. 如請求項9之像素，其中該微LED串聯連接至一PWM開關、該電晶體及一電阻器，該電阻器經組態以感測通過該微LED之一電流。
  13. 如請求項9之像素，其中該像素係一矩陣像素陣列之一像素。
  14. 如請求項9之像素，其中該微LED係一共同陽極LED。
  15. 如請求項9之像素，其中該微LED係一共同陰極LED。
  16. 如請求項9之像素，其進一步包括連接於該電晶體與該op-amp之間的一PWM開關，其中該微LED串聯連接至該電晶體及一電阻器，該電阻器經組態以感測通過該微LED之一電流。
  17. 一種用於一LED陣列之控制方法，其包括： 將複數個LED配置成一矩陣像素陣列，該複數個LED之各者連接至複數個電晶體之一各自者； 將脈寬調變(PWM)信號供應至該複數個LED；及 使用複數個各自運算放大器(op-amp)來控制至該複數個LED之各者之一電流，各op-amp由該複數個電晶體之一各自者耦合至一各自LED。
  18. 如請求項17之控制方法，其中第二複數個電晶體設定用於該複數個LED之一各自者之一參考電流，該第二複數個電晶體各耦合至該複數個op-amp之一各自者之一輸入。
  19. 如請求項18之控制方法，其中該複數個電晶體係n型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體，且該第二複數個電晶體係p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體。
  20. 如請求項17之控制方法，其中該複數個LED之各者串聯連接至經組態以接收該等PWM信號之一者之一PWM開關、該複數個電晶體之該各自者及一電阻器，且該電阻器感測施加於該LED之該電流。
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