CN115669222A - 自发光元件面板、led面板以及使用它们的天象仪 - Google Patents

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Abstract

LED面板具备排列的多个LED像素单元，多个LED像素单元分别具备：通常元件，包括红色LED元件、绿色LED元件以及蓝色LED元件；以及低亮度元件，用于进行亮度比通常元件的最低亮度低的输出。

Description

自发光元件面板、LED面板以及使用它们的天象仪
技术领域
本发明涉及自发光元件面板、LED面板以及使用它们的天象仪，更详细而言，涉及具有高动态范围的自发光元件面板、LED面板以及使用它们的天象仪。
背景技术
在以往的天象仪中，天体等的像由投影仪投影到圆顶状的屏幕上。近年来，LED(Light Emitting Diode：发光二极管)已经开始不断被用作投影仪的光源，取代了以往的灯泡、放电灯。
此外，在天象仪中，除了投影仪对天体的投影以外，还进行观众的进退场时的场内照明、白天和夜间的场景等的照明。特别是，通过使照明的明亮度逐渐地变化，从而演出从傍晚向夜间转变的明亮度的微妙的变化。
而且，这些照明的光源也开始不断使用LED。LED通常通过PWM(pulse widthmodulation，脉冲宽度控制)控制进行调光。在PWM控制中，LED的明亮度由数字电路的PWM信号的脉冲宽度指定。
然而，与白炽灯不同，LED的明亮度与PWM信号的脉冲宽度准确成比例。因此，当通过PWM控制对LED进行调光时，特别是在低亮度时，存在能看到LED的明亮度阶段性地变化的问题。例如，在12比特分辨率的PWM信号中，最小的明亮度时的脉冲宽度为1/4096。而且，比其明亮一级时的脉冲宽度为2/4096，明亮度为2倍。其结果，在低光量的区域中，能看到明亮度阶段性地变化。
进而，由于人眼即使是最小脉冲宽度时的明亮度也能够充分地识别，所以在淡出时，存在照明从最小脉冲宽度时的明亮度突然消失的问题。
针对上述问题，考虑增大PWM信号的比特分辨率。但是，若增大比特分辨率，则为了应对小的脉冲宽度，需要高速地开关电流。其结果，不仅容易产生噪声，还容易受到外部噪声的影响。特别是，在低光量区域中，有时会因外部噪声而产生闪烁，或者明亮度发生变化。
因而，在日本特开2015-088412号公报中，为了使LED的光量平滑地变化，将驱动电路与LED连接，在低光量区域中主要控制电流设定值小的电路的脉冲宽度，在高光量区域中主要控制电流设定值大的电路的脉冲宽度，其中该驱动电路具有多个分别流过的电流成为给定的各自不同的电流设定值的电流限制电路和脉冲宽度调制电路。
发明内容
在以往的天象仪中，通过投影仪将天体像投影到圆顶状的屏幕上。对于此，提出了使在圆顶的内表面遍布地配置的LED面板显示天体的天象仪。
在对天体像进行投影的天象仪中，观众对投影到圆顶状的屏幕上的光在屏幕表面漫反射的天体像进行目视，与此相对，在配置有LED面板的天象仪中，观众对显示天体像的LED元件进行直接目视。由此，配置有LED面板的天象仪能够显示非常清晰的天体像。
另一方面，在实际的夜空中，存在从月亮以及恒星这样的明亮的天体到银河这样的暗的天体。银河那样的暗的天体的亮度仅是明亮的天体的亮度的几百万分之一左右。因此，若想要通过天象仪忠实地再现夜空，则在LED面板中需要比显示通常的电视图像等的LED面板所要求的动态范围相差悬殊高的动态范围。
然而，由12比特分辨率的PWM信号实现的LED面板的亮度仅是4096灰度，即使是16比特分解也只是65536灰度。因此，在仅将以往的LED面板遍布地配置在圆顶的内表面的情况下，难以真实地从像行星那样的明亮的天体显示到银河那样的暗的天体。特别是，与投影式的天象仪不同，观众对LED面板进行直视，因此即使是LED元件的最低亮度也过亮，难以真实地显示暗的天体。
并不局限于LED，即使是使用有机EL元件等其他自发光元件的显示面板也是同样的。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种具有高动态范围的自发光元件面板、LED面板以及使用它们的天象仪。
本发明的自发光元件面板具备排列的多个自发光像素单元，所述多个自发光像素单元分别具备：通常元件，包括基于自发光元件的红色元件、基于自发光元件的绿色元件以及基于自发光元件的蓝色元件；和低亮度元件，用于进行亮度比所述通常元件的最低亮度低的输出。
此外，在本发明的天象仪中，本发明的自发光元件面板或者LED面板在圆顶的内表面遍布地配置。
这样，根据本发明的自发光元件面板、LED面板以及天象仪，在构成面板的各像素单元中，除了通常元件以外，还设置有低亮度元件。
进而，着眼于人眼对于明亮度的动态范围极广，但人在低照度下几乎无法感知颜色，也可以由白色元件构成低亮度元件。由此，能够用单一种类的白色元件实现低亮度元件。其结果，与由三原色的各色的元件构成低亮度元件的情况相比，能够减少面板的成本。
根据本发明，能够提供一种具有高动态范围的自发光元件面板、LED面板以及使用它们的天象仪。
附图说明
图1是从下方仰视本发明的实施方式的天象仪的圆顶内的示意图。
图2是表示本发明的实施方式的LED面板中的LED元件的排列图案例的示意图。
图3是表示LED面板的驱动电路的一例的电路图。
图4是表示针对调光指令值的PWM控制信号的脉冲宽度的例子的图表。
图5A是构成LED面板的LED像素单元的例子，是LED像素单元的俯视图。
图5B是构成LED面板的LED像素单元的例子，是沿着图5A的A-A线的剖视图。
图6A是构成LED面板的LED像素单元的另一例，是LED像素单元的俯视图。
图6B是构成LED面板的LED像素单元的另一例，是沿着图6A的B-B线的剖视图。
图7是表示本发明的另一实施方式的LED面板中的LED元件的排列图案例的示意图。
图8是示意性地表示LED面板的其他结构例的分解立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式的LED面板以及天象仪进行说明。
在图1中示出本发明的实施方式的天象仪的概略图。在本实施方式的天象仪中，在圆顶2内的中央部不存在光学式恒星投影仪，在圆顶2的内表面遍布地配置的LED面板1。LED面板1各自由LED驱动电路3驱动。
另外，在图1中，示意性地示出将LED面板1沿着经线和纬线配置成格子状的例子，但LED面板1的形状以及配置并不限定于此。此外，各个LED面板1的表面可以是平面，但优选与圆顶2的曲率相匹配地弯曲。
图2表示LED面板1中的LED元件的排列图案例。如该图所示，在LED面板1上排列有多个LED像素单元。多个LED像素单元分别具备：通常元件10，包括红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13；以及低亮度元件20，用于进行亮度比通常元件10的最低亮度低的输出。而且，低亮度元件20由白色LED元件21构成。
在图2中，用标注横线的圆圈示意性地表示红色LED元件11，用标注纵线的圆圈示意性地表示绿色LED元件12，用标注斜线的圆圈示意性地表示蓝色LED元件13，进而，用白色的圆圈示意性地表示白色LED元件21。此外，在图2中，各个低亮度元件20显示得比各个通常元件10小，但低亮度元件20的大小并不限定于此。
此外，在图2中，在排列成矩阵状的通常元件(11、12、13)之间配置有低亮度元件20。更详细而言，沿着附图倾斜方向，通常元件(11、12、13)的任意颜色的LED元件和低亮度元件20的白色LED元件21交替排列，并且，沿着附图纵向以及横向，通常元件(11、12、13)的任意颜色的LED元件的列与白色LED元件21的列交替配置。
另外，在图2中，示出了通常元件10配置为格子状且通常元件10与低亮度元件20交替配置的例子，但通常元件10和低亮度元件20的配置图案并不限定于此。此外，通常元件10不仅包括红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13，还可以包括例如白色的元件、黄色的元件等其他颜色的元件。
构成低亮度元件20的各个白色LED元件21的最低亮度优选为构成通常元件10的各个红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13的最低亮度的1/100以下。由此，即使在天象仪中，银河那样的暗的天体也能够由LED面板1真实地表现。
这样，在构成LED面板1的各LED像素单元中，除了通常元件10(11、12、13)以外，还设置有低亮度元件20(21)。
在此，由单一种类的白色LED元件21构成低亮度元件20。这是因为虽然人的眼睛相对于明亮度的动态范围非常宽，但人的视觉在低照度下几乎无法感知色彩。例如，银河实际上是各种颜色的天体的集合，但人眼看起来发白。因而，通过由单一种类的白色LED21构成低亮度元件20，与由三原色的各色的LED元件构成低亮度元件20的情况相比，能够减少LED面板的成本。
图3表示LED面板1的驱动电路的一例。如该图所示，驱动电路具备通常元件10用的第一PWM信号发生器31a和低亮度元件20用的第二PWM信号发生器31b。
从第一PWM信号发生器31a输出的PWM信号对与通常元件10串联连接的开关元件32a进行开关。另一方面，从第二PWM信号发生器31b输出的PWM信号对与低亮度元件20串联连接的开关元件32b进行开关。在图3所示的例子中，开关元件32a以及32b由PNP晶体管构成。另外，开关元件32a以及32b并不限定于PNP晶体管，例如，也可以由TFT构成。
驱动电路还具备与通常元件10串联连接的限制电阻33a和与低亮度元件20串联连接的限制电阻33b。若将与低亮度元件20串联连接的限制电阻33b的电阻值设为与通常元件10串联连接的限制电阻33a的电阻值的例如1000倍，则针对PWM控制信号的相同的脉冲宽度，能够使流过低亮度元件20的驱动电流成为流过通常元件10的驱动电流的1/1000。其结果，能够使低亮度元件20的亮度远比通常元件10的亮度小。
进而，低亮度元件20用的第二PWM信号发生器31b特别是在低亮度区域中，针对相同的调光指令值，输出具有比第一PWM信号发生器31a所输出的PWM控制信号的脉冲宽度小的脉冲宽度的PWM控制信号。
在此，在图4的图表中示出针对调光信号的输入电平而第一以及第二PWM信号发生器31a以及31b所输出的PWM控制信号的占空比(duty)的例子。图4的图表的横轴表示将最大值设为1.0的输入电平，纵轴表示PWM控制信号的duty。图4的图表中的曲线I表示第二PWM信号发生器31b针对调光信号的输入电平而输出的PWM控制信号的duty，曲线II表示第一PWM信号发生器31a针对调光信号的输入电平而输出的PWM控制信号的duty。
在低光量区域(例如，输入电平为0.35以下)中，如曲线I所示，随着输入电平从0变大，首先，从低亮度元件20用的第二PWM信号发生器31b输出的PWM信号的duty从0上升至1.0。这样在低光量区域中，保持通常元件10熄灭不变，仅对低亮度元件20进行调光，因此在图表中以曲线III示意性地示出的那样，低光量区域的调光顺利地进行。
接着，若该duty成为1.0，低亮度元件20成为最大亮度，则这次如曲线II所示，随着输入电平的进一步增大，从通常元件10用的第一PWM信号发生器31a输出的PWM信号的duty上升。由此，如图表中以曲线III示意性地表示的那样，从低光量区域到最大亮度，平滑地进行LED面板的调光。
这样，通过由不同的PWM信号发生器31a以及31b分别驱动通常元件10和低亮度元件20，低亮度元件20的亮度变得远比通常元件10的亮度小。其结果，能够提供具有高动态范围的LED面板、以及使用了该LED面板的天象仪。
在图2以及图3所示的例子中，通过使低亮度元件20的驱动电流比通常元件10的驱动电流小，来减小低亮度元件20的元件的亮度。在这种情况下，由于低亮度元件20的驱动电流极其微弱，因此对电路基板要求高绝缘性，此外，容易受到由绝缘的经年劣化引起的电流泄漏的影响。
因而，对不使低亮度元件20的驱动电流微弱地减小低亮度元件20的元件的亮度的例子进行说明。
图5A以及图5B表示构成LED面板1的LED像素单元1b的一例。如图5A所示，LED像素单元1b在矩形的基板40上将构成通常元件10的红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13和低亮度元件20各配置一个。另外，LED像素单元1b的轮廓并不限定于矩形。此外，各LED元件11～13以及低亮度元件20的配置关系以及各元件的轮廓形状也不限定于此。此外，构成LED像素单元的各颜色的LED元件的数量并不限定于一个。此外，各色的LED元件的数量的比例也不限定于此。对于图6A以及图6B所示的例子也是同样的。
如图5B所示，在LED像素单元1b中，低亮度元件20具备白色LED元件21、配置在白色LED元件21上的针孔洞板22、以及覆盖针孔洞板22的针孔洞22a的扩散板23。另外，在图5A中，省略了扩散板23的图示。
通过利用针孔洞板22使低亮度元件20减光，即使以与通常元件10的红色LED元件11、绿色LED元件12及蓝色LED元件13的驱动电流同等水平的驱动电流驱动白色LED元件21，也能够充分地减小低亮度元件20的亮度。由此，能够在不使低亮度元件20的驱动电流微弱的情况下实现高动态范围。
进而，在图6A以及图6B中，示出构成LED面板1的LED像素单元1c的另一例。如图6A所示，LED像素单元1c在矩形的基板40上分别配置有构成通常元件10的红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13和低亮度元件20。
如图6B所示，在LED像素单元1c中，低亮度元件20具备白色LED元件21和配置在白色LED元件21上的减光滤光膜24。另外，也可以用局部地设置有减光部分的滤光片覆盖LED像素单元1c整体，以使得减光部分位于低亮度元件20的白色LED元件21上。
通过利用减光滤光膜24使低亮度元件20减光，即使以与通常元件10的红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13的驱动电流同等水平的驱动电流驱动白色LED元件21，也能够充分地减小低亮度元件20的亮度。由此，能够在不使低亮度元件20的驱动电流微弱的情况下实现高动态范围。
另外，也可以同时采用参照图5A以及图5B说明的针孔洞板22、参照图6A以及图6B说明的减光滤光膜24那样的减光单元、和参照图3说明的减小驱动电流的驱动电路。
进而，在上述的实施方式中，示出了在低亮度元件20中使用白色LED元件21的例子，但并不限于此。低亮度元件20可以也具有3原色的LED元件。即，如图7所示，低亮度元件20也可以包括红色低亮度LED元件25、绿色低亮度LED元件26以及蓝色低亮度LED元件27。这样，通过低亮度元件20也具有3原色，即使在低亮度的显示中也能够实现高的颜色再现性。此外，低亮度元件20可以不仅包括红色低亮度LED元件25、绿色低亮度LED元件26以及蓝色低亮度LED元件27，还包括例如白色的元件、黄色的元件等其他颜色的元件。
红色低亮度LED元件25、绿色低亮度LED元件26以及蓝色低亮度LED元件27分别例如与上述的实施方式的情况相同，能够通过参照图3说明的电路来驱动。
此外，在低亮度元件20包括3颜色的低亮度用的LED元件的情况下，也可以如参照图6A以及图6B说明的那样，是在低亮度元件20设置减光滤光膜的结构。即，LED面板也可以具有例如图8所示的结构。在基板40上交替地设置有高亮度列46和低亮度列47，在高亮度列46上排列有红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13，在低亮度列47上排列有低亮度用红色LED元件41、低亮度用绿色LED元件42以及低亮度用蓝色LED元件43。这样，红色LED元件11以及低亮度用红色LED元件41、绿色LED元件12以及低亮度用绿色LED元件42、蓝色LED元件13以及低亮度用蓝色LED元件43分别形成一个组45而排列配置。设置有滤光片50，以使得覆盖这些LED元件。滤光片50在与高亮度列46对应的部位设置有透明膜51，在与低亮度列47对应的部位设置有减光滤光膜52。
这样，例如，构成为红色LED元件11、绿色LED元件12以及蓝色LED元件13与低亮度用红色LED元件41、低亮度用绿色LED元件42以及低亮度用蓝色LED元件43以同等的亮度发光，可以通过设置减光滤光膜52来实现低亮度元件20。另外，图8所示的各元件的配置是一个例子，其配置可以适当地变更。
此外，在低亮度用红色LED元件41、低亮度用绿色LED元件42以及低亮度用蓝色LED元件43的驱动中，也可以通过利用了如参照图3说明那样的具有高电阻值的电流设定用电阻器的驱动电路，来使元件的发光亮度降低，并且进一步通过减光滤光膜52减光，由此实现低亮度元件20。
此外，也可以取代减光滤光膜52，如参照图5A以及图5B说明的那样，使用针孔洞进行减光。
以上，示出了优选的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不仅限定于前述的实施方式，当然能够在本发明的范围内实施各种变更。
例如，在上述的实施方式中，以使用了LED元件的LED面板为例进行了说明，但上述的技术除了LED元件以外，也能够同样地应用于有机EL(organic electro-luminescence，电致发光)元件(OLED元件)等广泛使用了自发光元件的自发光元件面板。例如，在使用了有机EL元件的有机EL元件面板中，包括红色元件、绿色元件以及蓝色元件的通常元件也可以分别使用红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层这样的发光颜色相互不同的发光层来形成。此外，通常元件也可以使用白色发光层和滤色器来形成。此外，在用于进行比通常元件的最低亮度低的亮度的输出的低亮度元件中，也可以分别使用红色发光层、绿色发光层、蓝色发光层这样的发光颜色相互不同的发光层，也可以使用作为白色自发光元件的白色有机EL元件。
此外，在上述的实施方式中，说明了在天象仪的圆顶的内表面遍布地配置的LED面板的例子，但本发明的自发光元件面板或者LED面板的用途并不限定于天象仪，例如，也能够应用于用于进行其他显示的系统。即，显示面不需要设置于圆顶2的内表面，显示面可以是平面等。此外，所显示的影像并不限定于星空等，可以是任意的影像。例如，也可以在显示面为平面状且在在其中显示广告等的大型的指示牌显示器等中使用这些面板。

Claims (8)

1.一种自发光元件面板，具备排列的多个自发光像素单元，
所述多个自发光像素单元分别具备：
通常元件，包括基于自发光元件的红色元件、基于自发光元件的绿色元件以及基于自发光元件的蓝色元件；以及
低亮度元件，用于进行亮度比所述通常元件的最低亮度低的输出。
2.一种LED面板，具备排列的多个LED像素单元，
所述多个LED像素单元分别具备：
通常元件，包括红色LED元件、绿色LED元件以及蓝色LED元件；以及
低亮度元件，用于进行亮度比所述通常元件的最低亮度低的输出。
3.根据权利要求2所述的LED面板，其中，
所述低亮度元件包括白色LED元件。
4.根据权利要求2所述的LED面板，其中，
所述低亮度元件包括红色LED元件、绿色LED元件以及蓝色LED元件。
5.根据权利要求2～4中的任一项所述的LED面板，其中，
所述低亮度元件针对与对所述通常元件施加的驱动电流相同大小的驱动电流，进行亮度比所述通常元件低的输出。
6.根据权利要求2～5中的任一项所述的LED面板，其中，
所述低亮度元件具备减光单元。
7.根据权利要求2～6中的任一项所述的LED面板，其中，
所述低亮度元件的最低亮度为所述通常元件的最低亮度的1/100以下。
8.一种天象仪，权利要求1所述的自发光元件面板或者权利要求2～7中的任一项所述的LED面板在圆顶的内表面遍布地配置。
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