JP2002328652A - Ledユニットの点灯制御方法及びled表示装置 - Google Patents
Ledユニットの点灯制御方法及びled表示装置Info
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Abstract
Dユニットの消費電力を低減する。 【解決手段】RGBの3色のLEDランプ2R,2G,
2Bによって構成されるドットがマトリクス状に配列さ
れたLEDユニット1において、ドットを構成するRG
BのLEDランプ2R,2G,2Bを色別にダイナミッ
ク点灯し、緑色のLEDランプ2Gの点灯時間を、赤色
・青色のLEDランプ2R,2Bの点灯時間よりも長く
することにより、1表示サイクル内での緑色のLEDラ
ンプ2Gの光量(トータル量)を多くする。
Description
映像表示装置などに用いられるフルカラー方式のLED
ユニットの点灯制御方法及びLED表示装置に関する。
は、RGBの各色のLEDランプをマトリクス状に配列
してユニット化をはかり、更にそのLEDユニットをマ
トリクス状に配列して大画面の表示部を構築し、その表
示部に制御部から表示データを送出して、表示部の多数
個のLEDランプを点灯あるいは点滅することによっ
て、各種の映像をカラー表示する構造のものがある。
ユニットにおいて、LEDランプの配列は、従来、図9
に示すように、RGBの各色のLEDランプ102R、
102G、102B(各色のピクセル)を1つの集合体
として考え、それらの構成を1ドットとしているのが一
般的である。LEDランプとしては、例えば、赤色には
AlInGaP系のLEDランプが使用され、緑色及び
青色にはInGaN系のLEDランプが使用されてい
る。
来、マトリクス状に配列したLEDランプを、RGBの
各色別にマトリクス結線し、ドット配列の行方向または
列方向を所定のデューティ比(例えば1/16または1
/8デューティ)でスキャンするダイナミック点灯方式
が採用されている。
ドットを構成した場合、これら3色の混合色である白色
の発光色を得るには、緑色のLEDランプの発光量を、
他の赤色・青色に比べて多くする必要がある。例えば各
色の混合比を赤色:緑色:青色=2:7:1とする必要
があり、前記したダイナミック点灯方式においては、各
色の混合比を考慮して、赤色のLEDランプの電流値、
緑色のLEDランプの電流値、及び青色のLEDランプ
の電流値を決定している。
を赤色に使用し、InGaN系のLEDランプを緑色・
青色に使用して、1/8デューティのダイナミック点灯
を行う場合、従来、各色の電流値を赤色:40mA、緑
色:80mA、青色:35mAとしている。なお、各電
流値は、フルカラーLEDユニットの正面輝度が屋外用
で4000〜5000cd/m2 必要であること、及び
3色の混色時の色味が白色であることの2つの条件から
算出されている。
イナミック点灯方式によれば、緑色のLEDランプを高
電流領域で使用しているので、消費電力が大きいという
問題がある。
されるInGaN系のLEDランプは、図8に示すよう
に、LED電流値が0〜40mAの範囲内にある場合、
輝度(発光量)がLED電流値に対してほぼ直線的に変
化するが、LED電流値が40mAを超える高電流領域
ではリニアリティ性がなくなって輝度の変化が緩やかと
なる。このような特性から、緑色の輝度を出すために、
前記したように緑色のLEDランプ(InGaN系のL
EDランプ)を80mAという高電流領域で使用する
と、発光効率が悪くなり、LEDユニットの消費電力が
大きくなってしまう。
用したフルカラーLED表示装置によれば、マトリクス
状に配列したLEDランプをRGBの各色別にマトリク
ス結線しているので、データ転送をRGBの各色別に送
る必要があってデータ信号線の本数がどうしても多くな
ってしまう。
示板等を製作する場合、筐体設計時に排熱の工夫(例え
ばエアキッカー、熱交換機、筐体内の温度を一定に保持
するファンの設置)が行われている。エアキッカーや熱
交換機等に使用する電力は、LEDユニットの点灯に消
費する電力の約1/10〜1/5を占めていることが多
く、このため、LEDユニットの消費電力が大きくなれ
ば、これに伴って、エアキッカーや熱交換機等に使用す
る電力も大きくなるという問題があり、このような点か
らも消費電力の低減化が求められる。
系のLEDランプ(緑色・青色)とAlInGaP系の
LEDランプ(赤色)のほか、これらと同じ傾向の電流
−光量特性を持つ物質によるLEDランプを用いてLE
Dユニットを構成する場合にも同様なことが言える。
もので、LEDユニットの消費電力を低く抑えることが
可能な点灯制御方法を提供すること、及び、LEDユニ
ットの消費電力を低く抑えることができ、しかもLED
ユニットの接続線の本数が少ない構造のLED表示装置
を提供することを目的とする。
は、RGBの3色のLEDランプによって構成されるド
ットがマトリクス状に配列されたLEDユニットにおい
て、ドットを構成するRGBのLEDランプを色別にダ
イナミック点灯することを特徴としており、より具体的
には、RGBの各色のLEDランプを互いに異なる点灯
時間で色別点灯し、さらに緑色のLEDランプの点灯時
間を、赤色及び青色のLEDランプの点灯時間よりも長
くすることによって特徴づけられる。
構成するRGBのLEDランプを色別にダイナミック点
灯し、緑色のLEDランプの点灯時間を、赤色・青色の
LEDランプの点灯時間よりも長くすることにより、1
表示サイクル内での緑色のLEDランプの光量(トータ
ル量)を多くしているので、輝度向上のために緑色のL
EDランプに高電流を流す必要がなくなり、緑色のLE
Dランプを、効率が良好な電流領域(例えば40mA以
下)で使用することが可能になる。
が、従来と比べて小さくなるので、LEDランプ実装基
板やLED駆動基板のパターン(銅箔)の幅を半分にす
ることが可能となり、これによりパターンの引き回しが
簡単になり、基板面積の減少によるコストダウンを達成
できるとともに、基板設計時の自由度が高くなる。
イクルを1ドット分のLEDランプで構成した場合、1
/3デューティのダイナミック点灯を行うことができ
る。また、1表示サイクルを2ドット分あるいは4ドッ
ト分のLEDランプで構成した場合、1/6デューティ
または1/12デューティのダイナミック点灯を行うこ
とができる。
するRGBの各色のLEDランプ(3個)を、1表示サ
イクルにおいて色別に順次点灯(例えば赤色→緑色→青
色)してゆく方式を「1/3デューティのダイナミック
点灯」と定義する。
LEDランプ(3×2=6個)を、1表示サイクルにお
いて色別に順次点灯(例えば赤色→緑色→青色→赤色→
緑色→青色)してゆく方式を「1/6デューティのダイ
ナミック点灯」と定義し、さらに、4ドットを構成する
RGBの各色のLEDランプ(3×4=12個)を、1
表示サイクルにおいて色別に順次点灯(例えば赤色→緑
色→青色→赤色→緑色→青色・・・・赤色→緑色→青色)し
てゆく方式を「1/12デューティのダイナミック点
灯」と定義する。
LEDランプの点灯時間比[赤色:緑色:青色]は、各
色のLEDランプへの電流値及び良好な白色の発光色を
得ること等を考慮すると、[1:2〜13:2〜3]の
範囲が適当である。
と、1/3デューティのダイナミック点灯の場合、点灯
時間比[赤色:緑色:青色]を[1:10〜13:2〜
3]とすることが好ましい。また、1/6デューティの
ダイナミック点灯の場合、点灯時間比[赤色:緑色:青
色]を[1:3〜6:2〜3]とすることが好ましく、
1/12デューティのダイナミック点灯の場合、点灯時
間比[赤色:緑色:青色]を[1:2〜4:2〜3]と
することが好ましい。
るLEDランプの寿命が短くならないように配慮する
と、LEDランプの電流値を100mA以下に抑えるこ
とが好ましい。特に、緑色・青色のLEDランプについ
ては電流値を40mA以下に抑えることが好ましい。
のLEDランプによって構成されるドットがマトリクス
状に配列されたLEDユニットと、各LEDランプの点
灯を制御する表示制御回路とを備え、各ドットを構成す
るRGBのLEDランプが表示制御回路に並列に接続さ
れているとともに、各ドットを構成するRGBのLED
ランプを色別にダイナミック点灯するように構成されて
いることによって特徴づけられる。
を構成するRGBのLEDランプを色別にダイナミック
点灯しているので、緑色のLEDランプの点灯時間を、
赤色・青色のLEDランプの点灯時間よりも長くするこ
とにより、1表示サイクル内での緑色のLEDランプの
光量(トータル量)を多くすることができる。従って、
輝度向上のために緑色のLEDランプに高電流を流す必
要がなくなり、緑色のLEDランプを、効率が良好な電
流領域(例えば40mA以下)で使用することができ
る。
ランプ(3個、6個または12個のLEDランプ)を表
示制御回路に並列に接続しているので、LEDユニット
と制御回路(制御基板)との間のデータ信号線の本数を
従来よりも少なくすることができる。
基づいて説明する。
正面図である。図2及び図3はそのLEDユニットの縦
断面図及び水平断面図である。
ニット本体1Aと、このユニット本体1A内に収容され
るLEDランプアレイ2によって構成されている。
LEDランプ2R・・2R、2G・・2G、2B・・2Bを基
板2a上に、それぞれ、横16個(8個×2行)×縦1
6個ずつ実装したドットマトリクス構造(16×16ド
ット)となっている。赤色のLEDランプ2RにはAl
InGaP系のLEDランプが使用されており、緑色・
青色のLEDランプ2G,2BにはInGaN系のLE
Dランプが使用されている。
ニット縦方向の配列ピッチは基本ピッチ(例えば10m
m)、ユニット横方向の配列ピッチは基本ピッチの2倍
のピッチ(例えば20mm)となっている。基板2aの
4辺は、後述する立上り壁1a〜1dの内面形状に合わ
せた波形形状に加工されている。
正面略矩形状に加工されており、その4辺の全周に一定
高さで延びる立上り壁1a〜1dが一体形成されてい
る。立上り壁1a〜1dは、LEDランプアレイ2の縁
部に並ぶLEDランプ2B・・2B、2R・・2R(縦方
向)、またはLEDランプ2R、2G、2B(横方向)
に沿って波打った形状(波形)に加工されている。
ち、ユニット縦方向の1辺の立上り壁1aとその対向辺
の立上り壁1cの波形とが互いに対称な形状となってい
る。
bとその対向辺の立上り壁1dの波形とが互いに対称な
形状となっており、図4に示すように、1つのLEDユ
ニット1の各辺1a〜1dに、他のLEDユニット1の
対向辺を嵌め込むことができる。
め合わせた状態で、各LEDユニット1の縦・横の各方
向におけるLEDランプ2R、2G、2Bの配列方向が
互いに一致する。また、ユニット繋ぎ部分でのLEDラ
ンプ2R、2G、2B間の距離が、基本ピッチとその2
倍のピッチとなっているので、ユニット繋ぎ部分におい
て画像ずれが生じることがなく、配光特性が悪くなるこ
ともない。
明の実施形態)を図5及び図6を参照しながら説明す
る。
すブロック図である。図6はLEDユニット1における
LEDランプの結線図である。
うに、RGBの3つのLEDランプ2R,2G,2Bに
て1つのドットが構成されており、そのドットがマトリ
クス状に配置されている。各ドットを構成するRGBの
3つのLEDランプ2R,2G,2Bのカソードは、後
述するLEDドライバ12(表示制御回路11)に並列
に接続されている。
R,2G,2Bのアノードはそれぞれ色別に走査ライン
21,22,23に接続されている。各行の赤色の走査
ライン21・・21は電源スイッチ13Rを介してR表示
電源に接続されている。各行の緑色の走査ライン22・・
22は電源スイッチ13Gを介してG表示電源に接続さ
れている。各行の青色の走査ライン23・・23は電源ス
イッチ13Bを介してB表示電源に接続されている。
示制御回路11、LEDドライバ12、電源スイッチ1
3R,13G,13B、電流値切替スイッチ14、及び
電流値設定部15などを備えている。表示制御回路11
にはシフトレジスタ16が接続されており、このシフト
レジスタ16の入力側と出力側にそれぞれ入力バッファ
17と出力バッファ18が接続されている。
ず)から送り出された表示データ及び色信号を制御信号
(ラッチ信号)に同期して採り込む。また、それら表示
データ、色信号及び制御信号を次のLEDユニット1に
送り出す。
EDドライバ12を介して接続されている。LEDユニ
ット1の各LEDランプ2R,2G,2BとLEDドラ
イバ12との接続形態は図6に示した通りである。
にて採り込まれた表示データ(シリアルデータ)及び色
データに基づいてLEDユニット1の各LEDランプ2
R,2G,2Bの点灯を制御する。
5が電流値切替スイッチ14を介して接続されている。
電流値設定部15は、RGBの各色のLEDランプ2
R,2G,2Bの電流値を設定するための可変抵抗器1
5R,15G,15Bを備えている。
15の3つの可変抵抗器15R,15G,15Bのう
ち、いずれか1つを選択的にLEDドライバ12に接続
する。電流値切替スイッチ14の切替動作は後述する色
信号にて制御される。
LEDユニット1の各LEDランプ2R,2G,2Bに
図6に示す形態で接続されている。これら電源スイッチ
13R,13G,13Bの開閉動作は後述する色信号に
て制御される。
号には、赤色・緑色・青色に関するデータと、LEDユ
ニット1のRGBの各LEDランプ2R,2G,2Bの
点灯時間比に関するデータが含まれており、その点灯時
間比データに応じて電源スイッチ13R,13G,13
Bが開閉制御される。また、色信号の点灯時間比データ
に応じて電流切替スイッチ14が切替制御される。
号に各色の点灯時間比データ(赤色:1/16,緑色:
37/48,青色:1/6)が含まれており、1表示サ
イクルのうち、1/16期間だけ赤色の電源スイッチ1
3RがONとなり、これと同時に電流値切替スイッチ1
4がR端子14Rに1/16期間だけ接続されて赤色の
LEDランプ2Rのみが点灯する。次に、緑色の電源ス
イッチ13GのみがONとなると同時に、電流値切替ス
イッチ14の接続がG端子14Gに切り替わって緑色の
LEDランプ2Gが1表示サイクルの37/48期間分
だけ点灯する。さらに青色の電源スイッチ13Bのみが
ONとなると同時に、電流値切替スイッチ14の接続が
B端子14Bに切り替わって青色のLEDランプ2Bが
1表示サイクルの1/6期間分だけ点灯する、という動
作を順次繰り返してゆく。
内のLEDランプ2R,2G,2Bが、色別にダイナミ
ック点灯(1/3デューティ)される。
スイッチ13RがONで電流値切替スイッチ14がR端
子14Rに接続されているときに、R表示電源及び電流
値設定部15の可変抵抗器15Rによって赤色のLED
ランプ2Rに例えば74mAの電流が供給される。また
緑色の電源スイッチ13GがONで電流値切替スイッチ
14がG端子14Gに接続されているときに、G表示電
源及び電流値設定部15の可変抵抗器15Gによって緑
色のLEDランプ2Gに例えば7mAの電流が供給さ
れ、さらに青色の電源スイッチ13BがONで電流値切
替スイッチ14がB端子14Bに接続されているとき
に、B表示電源及び電流値設定部15の可変抵抗器15
Bによって青色のLEDランプ2Bに例えば24mAの
電流が供給されるようになっている。
の3つのLEDランプ2R,2G,2Bを1表示サイク
ルにおいて色別で順次点灯するというダイナミック点灯
(1/3デューティ)を行っており、しかも緑色のLE
Dランプ2Gの点灯時間を、赤色・青色のLEDランプ
2R,2Bの点灯時間よりも長くしているので、緑色の
LEDランプ2Gに流す電流値を低く抑えても、白色の
発光色を得るのに必要な緑色の光量を確保することがで
きる。従って、緑色のLEDランプ2Gを、効率が良好
な電流領域(例えば40mA以下)で使用することがで
き、LEDユニット1の消費電力の低減化をはかること
ができる。
成する3つのLEDランプ2R,2G,2BをLEDド
ライバ12(表示制御回路11)に並列に接続し、LE
Dユニット1と表示制御回路11(制御基板)との間の
信号伝達をパラレル伝達としているので、データ信号線
の本数が従来よりも少なくすることができ、コストダウ
ンを達成できる。
来の点灯制御方式の場合、RGBの各色別にデータを転
送する必要があるので、データ信号線の本数は3×10
=30(本)となる。これに対し、図6に示すような結
線を行うことにより、データ信号線の本数は10本で済
む。
ことにより、付随するコネクタのサイズ(大きさ)も小
さくなるので、コネクタの実装面積も減少し、基板設計
時の自由度が高くなる。
に流れる平均電流値を、従来と比べて小さくすることが
できるので、LEDランプ実装基板やLED駆動基板の
パターン(銅箔)の幅を半分にすることが可能となり、
これによりパターンの引き回しが簡単になり、基板面積
の減少によるコストダウンを達成できるとともに、基板
設計時の自由度が高くなる。
ダイナミック点灯方式の例を示したが、本発明はこれに
限られることなく、1/6デューティ、1/12デュー
ティあるいは1/24デューティ等のダイナミック点灯
方式を実現することも可能である。
を行う場合のLEDランプの結線の例を図7に示す。
列上に並ぶ2ドット分(例えば1行目と2行目の2ドッ
ト、3行目と4行目の2ドット・・・・)を、1表示サイク
ル分とし、その2ドット内に配置の6個のLEDランプ
2R,2G,2B(赤色2個、緑色2個、青色2個)の
カソードをLEDドライバ12(表示制御回路11)に
並列に接続している。
プ2R,2G,2Bのアノードについては、1/3デュ
ーティの場合と同様に各色ごとに走査ラインに接続する
が、奇数行の走査ライン21A,22A,23Aと、偶
数行の走査ライン21B,22B,23Bとは別系統と
して、それぞれ電源スイッチ13R,13G,13Bを
介してRGBの各表示電源に接続している。
スイッチ13R,13G,13Bの開閉を制御して、1
表示サイクル内において、まず、奇数行のドットを構成
するRGBのLEDランプ2R,2G,2Bをそれぞれ
異なる点灯時間で色別点灯し、次いで偶数行のドットを
構成するRGBのLEDランプ2R,2G,2Bをそれ
ぞれ異なる点灯時間で色別点灯することによって、1/
6デューティのダイナミック点灯を実現することができ
る。
配列上に並ぶ4ドット分を1表示サイクルとして色別点
灯を行うことにより、1/12デューティのダイナミッ
ク点灯を実現できる。さらに1/24デューティのダイ
ナミック点灯も可能になる。
EDユニットに限られることなく、例えばRGBの各L
EDランプを図9に示すような配置で実装したLEDユ
ニット等にも適用できる。
する。
ト、結線方法:図6 ・点灯方法;1/3デューティのダイナミック点灯 ・正面輝度;赤色:1200cd/m2 、緑色:260
0cd/m2 、青色:400cd/m2 (3色の混合時
の色味が白色) ・LEDランプの電流値(点灯期間);赤色:74mA
(1/16)、緑色:7mA(37/48)、青色:2
4mA(1/6)、赤色:緑色:青色の点灯時間比=
1:12.3:2.7 以上の条件で、1ユニット当たりの消費電力を求めた。
その結果を下記の表1に示す。
ト、結線方法:図7 ・点灯方法;1/6デューティのダイナミック点灯 ・正面輝度;赤色:1200cd/m2 、緑色:260
0cd/m2 、青色:400cd/m2 (3色の混合時
の色味が白色) ・LEDランプの電流値(点灯期間);赤色:74mA
(1/16)、緑色:25mA(13/48)、青色:
24mA(1/6)、赤色:緑色:青色の点灯時間比=
1:4.3:2.7 以上の条件で、1ユニット当たりの消費電力を求めた。
その結果を下記の表1に示す。
ト、結線方法:各色別のマトリクス結線 ・点灯方法;1/8デューティのダイナミック点灯(従
来の点灯方式) ・正面輝度;赤色:1200cd/m2 、緑色:260
0cd/m2 、青色:400cd/m2 (3色の混合時
の色味が白色) ・LEDランプの電流値;赤色:40mA、緑色:80
mA、青色:35mA 以上の条件で、1ユニット当たりの消費電力を求めた。
その結果を下記の表1に示す。
輝度を出す場合、1ユニット当たりの消費電力は、従来
実施されている1/8デューティのダイナミック点灯の
場合に対して、本発明による1/3デューティでは70
%(実施例1)、1/6デューティでは77.8%(実
施例2)に減少することが確認できた。
のダイナミック点灯を採用した場合、緑色・青色のLE
Dランプの電流値を40mA以下(7mA,25mA)
に抑えても、緑色の点灯時間を長くすることにより、従
来の点灯方式(緑色:80mA)と同じ輝度が得られる
ことが判る。
ドットを構成するRGBのLEDランプを色別にダイナ
ミック点灯し、緑色のLEDランプの点灯時間を、赤色
・青色のLEDランプの点灯時間よりも長くすることに
より、1表示サイクル内での緑色のLEDランプの光量
(トータル量)を多くしているので、輝度向上のために
緑色のLEDランプに高電流を流す必要がなくなり、緑
色のLEDランプを、効率が良好な電流領域で使用する
ことが可能となる。その結果として、LEDユニットの
消費電力の低減化を達成できる。
る。
である。
ロック図である。
いるLEDユニットの結線図である。
いるLEDユニットの結線図である。
を示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 RGBの3色のLEDランプによって構
成されるドットがマトリクス状に配列されたLEDユニ
ットにおいて、ドットを構成するRGBのLEDランプ
を色別にダイナミック点灯することを特徴とするLED
ユニットの点灯制御方法。 - 【請求項2】 RGBの各色のLEDランプを互いに異
なる点灯時間で色別点灯することを特徴とするLEDユ
ニットの点灯制御方法。 - 【請求項3】 緑色のLEDランプの点灯時間を、赤色
及び青色のLEDランプの点灯時間よりも長くすること
を特徴とする請求項1または2記載のLEDユニットの
点灯制御方法。 - 【請求項4】 RGBのLEDランプの点灯時間比[赤
色:緑色:青色]を、[1:2〜13:2〜3]の範囲
とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
のLEDユニットの点灯制御方法。 - 【請求項5】 RGBの3色のLEDランプによって構
成されるドットがマトリクス状に配列されたLEDユニ
ットと、各LEDランプの点灯を制御する表示制御回路
とを備え、各ドットを構成するRGBのLEDランプが
表示制御回路に並列に接続されているとともに、各ドッ
トを構成するRGBのLEDランプを色別にダイナミッ
ク点灯するように構成されていることを特徴とするLE
D表示装置。
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