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Micro-LED

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月01日）由于分辨率，尺寸，效率，以及耐燒屏方面的優(yōu)勢，Micro-LED正在成為AR/VR頭顯廠商關(guān)注的一個重要領(lǐng)域。實際上，微軟同樣有所關(guān)注，并已申請了名為“Micro-led display”的專利。

微軟指出，Micro-LED顯示器可以以提供優(yōu)于其他類型的顯示技術(shù)的各種性能優(yōu)勢。例如，與LCD相比，Micro-LED顯示屏具有更高的亮度、更低的延遲、更高的對比度、更高的色彩飽和度、固有的自照明和更好的效率。

另外，由于Micro-LED顯示屏的背板襯底的尺寸和配置，Micro-LED顯示屏的物理占用空間不會制造得更小。特別地，背板襯底包括用于控制Micro-LED陣列的邏輯硬件，而Micro-LED陣列通常圍繞Micro-LED陣列外圍布置。換句話說，邏輯硬件在背板基板的位置有助于Micro-LED顯示屏的物理占地面積的總體增加。

同時，Micro-LED顯示屏配置的顯示性能可能受到背板邏輯硬件的外圍布置限制。特別是，存儲用于驅(qū)動陣列的單個Micro-LED的強度值的邏輯硬件的存儲元件在物理上與Micro-LED分開。這種不期望的間距是由于邏輯硬件安排在Micro-LED陣列的外圍。在這種布置中，由于驅(qū)動信號必須從像素的外圍存儲器元件傳輸?shù)疥嚵袃?nèi)相應的Micro-LED的物理距離，Micro-LED的頻率調(diào)制受到限制。

微軟介紹的發(fā)明主要是針對包括改進的顯示基板和背板基板的顯示器件。所述顯示基板包括形成單個像素的Micro-LED陣列。所述背板襯底包括多個像素邏輯硬件模塊。

每個像素邏輯硬件模塊包括配置為存儲用于圖像幀的相應Micro-LED的多位像素強度值的本地存儲器元件。所述背板基板粘接到所述顯示基板的背面，使得所述像素邏輯硬件模塊在Micro-LED陣列后面物理地對齊，并且每個像素邏輯硬件模塊電連接到所述相應像素的Micro-LED。

通過將像素邏輯硬件模塊定位在Micro-LED陣列后面（或下面）的物理對齊中，多個像素邏輯硬件模塊適合于Micro-LED陣列的物理占用空間。這樣的布置允許相對于在背板襯底上的Micro-LED陣列的外圍周圍布置像素邏輯硬件的配置減小顯示襯底和背板襯底的總體占用面積。

另外，由于多比特像素強度值本地存儲在靠近Micro-LED的本地存儲器元件中，因此驅(qū)動信號從像素邏輯硬件模塊傳輸?shù)組icro-LED的物理距離相對于外設(shè)配置減少了。這種減少的傳播距離使顯示設(shè)備能夠用高頻調(diào)制驅(qū)動方案進行控制，從而提供了優(yōu)于以較低調(diào)制頻率操作的其他顯示設(shè)備的優(yōu)點。

例如，根據(jù)這種高頻調(diào)制驅(qū)動方案操作Micro-LED，會使顯示設(shè)備在視覺上呈現(xiàn)的圖像幀感知為平滑，因為頻率調(diào)制適當高到足以使人眼不感知任何閃爍效果。

同時，根據(jù)高頻調(diào)制驅(qū)動方案操作Micro-LED，使得由所述顯示設(shè)備視覺呈現(xiàn)的圖像幀相對于以較低調(diào)制頻率操作的顯示設(shè)備具有減少的模糊。另外，所述顯示設(shè)備配置和所述高頻調(diào)制驅(qū)動方案共同允許相對于其他顯示設(shè)備配置實現(xiàn)顯示分辨率的增加。

不僅只是這樣，這樣的配置可以允許調(diào)制時序被控制為非線性編碼像素信息，使得更多的比特集中在眼睛對強度變化更敏感的區(qū)域中。

圖1示出由用戶102佩戴的示例近眼顯示設(shè)備100。所述近眼顯示設(shè)備100包括Micro-LED顯示器104。Micro-LED顯示屏包括顯示基板，其包括形成Micro-LED顯示屏104的單個像素的Micro-LED陣列。

Micro-LED顯示器104同時包括包括多個像素邏輯硬件模塊的背板襯底。所述背板基板粘接到所述顯示基板的背面，使得所述像素邏輯硬件模塊在Micro-LED陣列的后面(或下面)物理地對齊。

在一個實施例中，Micro-LED顯示器104可以至少部分透明，例如在MR/AR設(shè)備的情況下。在其他實施例中，Micro-LED顯示器104可以是不透明的，例如在VR設(shè)備的情況下。

顯示設(shè)備包括具有連接到顯示基板背面的背板基板的Micro-LED顯示器，使得多個像素邏輯硬件模塊物理地排列在Micro-LED陣列后面或下面。這種Micro-LED顯示配置的示例實施例可以在任何合適類型的顯示設(shè)備中實施，包括可穿戴顯示設(shè)備。

圖2-4顯示例子Micro-LED顯示屏200。例如，Micro-LED顯示屏可以代表圖1所示的近眼顯示設(shè)備100的Micro-LED顯示屏104。

Micro-LED顯示器200包括顯示襯底202和背板襯底204。所述顯示襯底202包括形成所述Micro-LED顯示器200的單個像素的Micro-LED 206陣列。

所述背板襯底204包括控制邏輯208和多個像素邏輯硬件模塊210?？刂七壿?08控制Micro-LED陣列206的操作。例如，控制邏輯208可以控制Micro-LED 206的陣列以直觀地呈現(xiàn)形成視頻的圖像幀或圖像幀序列。

控制邏輯208包括各種功能邏輯模塊以提供不同的功能。例如，控制邏輯208可以包括邏輯時鐘、列驅(qū)動器和行驅(qū)動器中的一個或多個，所述邏輯時鐘、列驅(qū)動器和行驅(qū)動器被配置為同步更新陣列206的每個Micro-LED的顯示狀態(tài)，以根據(jù)指定的更新模式視化地呈現(xiàn)圖像幀。

基于從控制邏輯208接收的邏輯信號，多個像素邏輯硬件模塊210中的每一個控制對應于該像素邏輯硬件模塊的單個Micro-LED的操作。為此，多個像素邏輯硬件模塊210中的每一個電連接到陣列206的相應Micro-LED。

如圖3所示，背板襯底204粘接到顯示襯底202的背面300。在所示實施例中，背板襯底204通過多個微凸點302與顯示襯底202結(jié)合。背板襯底204可以使用任何合適的粘合技術(shù)粘合到顯示襯底202。

多個像素邏輯硬件模塊210設(shè)置在背板襯底204上，使得當背板襯底204粘合到顯示襯底202的背面300時，像素邏輯硬件模塊210物理地對齊在Micro-LED陣列206的后面或下面。

特別地，如圖4所示，Micro-LED陣列定義了物理占用空間400（由虛線表示），并且多個像素邏輯硬件模塊210的大小適合于與Micro-LED陣列206的物理占用空間400相同的物理占用空間402。

在所示的實施例中，與陣列206的Micro-LED相對應的每個像素定義了物理占用空間，并且多個像素邏輯硬件模塊210中的每個都調(diào)整為適合于相應像素的物理占用空間。

例如，Micro-LED像素具有物理占用空間406，相應的像素邏輯硬件模塊具有與物理占用空間406相同大小的物理占用空間408。在這種情況下，多個像素邏輯硬件模塊210被布置在與Micro-LED 206陣列類似大小的陣列中。

在其他實施例中，控制相應的多個Micro-LED的多個像素邏輯硬件模塊可以聚集在一個公共硬件模塊中，并且公共硬件模塊的大小可以適合于由與多個Micro-LED相對應的像素共同形成的物理占用空間。

在一個示例中，配置為控制四個相應的Micro-LED的四個像素邏輯硬件模塊可以聚集在公共硬件模塊中。公共硬件模塊適合于與四個Micro-LED對應的四個像素的物理占用空間。

在另一個實施例中，多個像素邏輯硬件模塊210可以以不同的空間模式布置。多個像素邏輯硬件模塊210可以以任何合適的方式布置，以容納與Micro-LED 206陣列的電氣連接，同時依然適合于Micro-LED 206陣列的物理足跡內(nèi)。

顯示基板202和背板基板204在垂直堆疊中粘結(jié)，并且這種布置的設(shè)計要求規(guī)定兩個基板具有相同的物理占地面積。相對于這樣一種配置，垂直堆疊中基板的物理占用空間的大小可以減小。其中，可以將多個像素邏輯硬件模塊210對準垂直堆疊中的Micro-LED陣列206后面/下面的多個像素邏輯硬件模塊210圍繞Micro-LED陣列的外圍布置。

所示的實施例可以基于12納米場效應晶體管FET的制造工藝。在使用較小尺寸制造工藝的其他實施例中，Micro-LED和像素邏輯硬件模塊可以在相同的襯底上制造，并且像素邏輯硬件模塊定位在接近相應的Micro-LED的位置。例如，在空間允許的情況下，像素邏輯硬件模塊可以放置在Micro-LED顯示屏的像素之間。

在另一個實施例中，三個基板可以在垂直堆疊中粘合。所述三個基板可包括包括Micro-LED陣列的顯示基板、包括多個像素邏輯硬件模塊的背板基板和包括配置為生成圖像幀并將所述圖像幀存儲在存儲器中的存儲器/顯示邏輯的存儲器基板。

如上所述，每個像素邏輯硬件模塊210控制陣列中單個Micro-LED的操作。圖5示出電連接到Micro-LED 502的示例像素邏輯硬件模塊500的框圖。像素邏輯硬件模塊可以是圖5中所示的多個像素邏輯硬件模塊210中的每一個的代表。像素邏輯硬件模塊500包括幀輸入/輸出(I/O)電路504、本地存儲器元件506和像素驅(qū)動電路508。

幀I/O電路504包括像素邏輯硬件模塊500的電子元件與控制邏輯208之間的多個電氣連接。幀I/O電路504配置為允許像素邏輯硬件模塊500接收各種數(shù)字邏輯信號，所述數(shù)字邏輯信號配置為控制Micro-LED 502的操作。

所述數(shù)字邏輯信號可以包括但不限于時鐘信號、數(shù)據(jù)信號、使能信號、測試和修復信號以及其他類型的數(shù)字邏輯信號。另外，幀I/O電路504接收可用于控制Micro-LED 502的操作的模擬信號。例如，可以將幀I/O電路504配置為接收來自電流鏡像電路的偏置電流，以控制可用于粗低頻強度調(diào)節(jié)的Micro-LED 502的基線強度值。

本地存儲器元件506從控制邏輯208接收圖像幀的多位像素強度值510。本地存儲器元件506在靠近Micro-LED 502的位置本地存儲所述多位像素強度值510，使得所述Micro-LED 502可由基于所述多位像素強度值510根據(jù)高頻調(diào)制驅(qū)動方案調(diào)制的驅(qū)動信號驅(qū)動。

本地存儲器元件506可以包括任何適當類型的電子元件，所述電子元件配置成維持/存儲二進制信息的位，直到它被設(shè)置/重置過程改變。在一個示例中，本地存儲器元件506包括靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM元件。SRAM元件可以包括任何合適數(shù)量的存儲單元以存儲多比特像素強度值510。

在其他示例中，本地存儲器元件506可包括多個寄存器、鎖存器、另一類型的存儲器組件或其組合，其配置為存儲多比特像素強度值510。

本地存儲器元件506可以配置為存儲具有任何合適位深度的多比特像素強度值。在一個示例中，本地存儲器元件506存儲12位像素強度值。

將本地存儲器元件506放置在靠近Micro-LED 502的位置，相對于存儲器元件位于Micro-LED陣列外圍周圍的顯示配置，可以減少時鐘邏輯和I/O線。時鐘邏輯和I/O線路的這種減少提供了計算資源消耗的總體減少，例如成本、功耗。

在一個實施例中，像素邏輯硬件模塊500可以包括另外的本地存儲器元件512，其配置為存儲用于在當前圖像幀之后視覺呈現(xiàn)的下一圖像幀的像素強度值514。附加本地存儲器元件512可以以與本地存儲器元件506相同的方式配置。

在一個示例中，可以將附加的本地存儲器元件512配置為存儲12位像素強度值。在這樣的示例中，像素邏輯硬件模塊500將具有24位本地內(nèi)存，并用于為當前圖像幀和下一個圖像幀之間的像素強度值分配特定的Micro-LED。

通過將本地存儲器元件506和512放置在靠近Micro-LED 502的位置，可以減小Micro-LED陣列外的面積和整個硅面積。

另外，通過將本地存儲器元件506和512放置在Micro-LED陣列的后面或下面，可能有足夠的空間來允許額外的本地存儲器元件，使得像素強度值的位深度相對于位于顯示器外圍周圍的幀緩沖區(qū)的其他顯示配置而增加。與其他顯示配置相比，這種增加的位深度提供了更高的分辨率和更高的顯示質(zhì)量。

像素驅(qū)動電路508根據(jù)存儲在本地存儲器元件506中的多位像素強度值510，為當前圖像幀生成驅(qū)動信號516。Micro-LED 502由驅(qū)動信號516驅(qū)動，以控制Micro-LED 502發(fā)出的用于當前圖像幀的光的強度。

所述Micro-LED 502配置成以電流模式工作，其中所述驅(qū)動信號516的電流變化導致所述Micro-LED 502的強度線性變化。通過在電流模式下控制Micro-LED 502，可以簡單地通過改變像素驅(qū)動電路508的電流源的偏置電流來改變Micro-LED的基線強度。

這樣的功能允許Micro-LED 502發(fā)出的強度范圍很廣，可以根據(jù)環(huán)境的環(huán)境照明或基于其他操作條件進行調(diào)整。

圖6示出示例像素邏輯硬件模塊600的電路圖。像素邏輯硬件模塊600電連接到Micro-LED 602。例如，Micro-LED 602可以代表圖5所示的Micro-LED 502。像素邏輯硬件模塊600包括電連接到像素驅(qū)動電路606的本地存儲器元件604。

本地存儲器元件604包括多個存儲器單元608，每個存儲器單元608配置為存儲多比特像素強度值的不同位。本地存儲元件604可以包括任何合適數(shù)量的存儲單元608。在一個示例中，本地存儲器元件604包括12個存儲器單元，并且配置為存儲12位像素強度值。

在所示的實施例中，本地存儲器元件604配置為包括多個SRAM存儲器單元的SRAM元件。在其他實現(xiàn)中，本地存儲器元件604可以采用不同的形式。

多個存儲單元608中的每一個以串行方式電連接。本地存儲元件604包括選擇器電路610，其配置為選擇多個存儲單元中的一個存儲單元，以便向其寫入多位像素強度值的指定數(shù)據(jù)位612。

盡管串行存儲器單元配置相對于并行存儲器單元配置可能需要更長的時間來本地存儲多比特像素強度值，但可以串行連接多個存儲器單元608，以便減少本地存儲器元件604和控制邏輯208之間的I/O連接的數(shù)量。

在一個實施例中，像素邏輯硬件模塊600可以包括以與本地存儲器元件604相同的方式配置的附加本地存儲器元件614，并且配置為存儲用于下一圖像幀的多比特像素強度值。

像素驅(qū)動電路606包括第一多個晶體管616，每個晶體管616電連接到多個存儲單元608的不同存儲單元的數(shù)據(jù)輸出線。第二多個晶體管618各與第一多個晶體管616的相應晶體管串聯(lián)連接。第二多個晶體管618中的每一個由單個時鐘信號控制。

第一多個晶體管616和第二多個晶體管618共同構(gòu)成驅(qū)動開關(guān)，被配置成產(chǎn)生驅(qū)動信號620以驅(qū)動Micro-LED 602。通過改變開關(guān)打開的時間，發(fā)送給Micro-LED 602的驅(qū)動信號620的電流將發(fā)生變化，導致Micro-LED 602的強度發(fā)生線性變化。

像素驅(qū)動電路606包括配置為改變驅(qū)動信號620的偏置電流的偏置晶體管622?？梢哉{(diào)整偏置電流以調(diào)整Micro-LED 602的基線強度，以考慮變化的操作條件，例如環(huán)境照明的變化。

相關(guān)專利：Microsoft Patent | Micro-led display

https://patent.nweon.com/29166

名為“Micro-led display”的微軟專利申請最初在2021年12月提交，并在日前由美國專利商標局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/111004