JP2005070081A - Light emitting diode module using multiplication slot system - Google Patents

Light emitting diode module using multiplication slot system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in a conventional full color light-emitting diode (LED) display system wherein, since an independent control circuit is required for each of three primary color LED lamps, many signal lines are required and lighting efficiency is low also. <P>SOLUTION: The lighting efficiency is optimized by sharing signal lines between a shift register for sending out lighting control data to each LED lamp and a shift register for realizing time division drive, and by optimizing time division lighting control among three primary color LED lamps. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、LEDによる大形映像表示システム、電飾システムを構成するLEDモジュールの構成、制御方式に関する。
【0002】
【従来技術】
一般にLEDランプの輝度のディジタル制御は、フレーム周期を分割することによりフレーム周期内に複数個の時間帯を設け、これらの時間帯を各LEDランプに選択的に割り当て、割り当てられた時間帯での点灯、非点灯の時間割合をフレーム周期毎に与えられる輝度データに基づいて調整することで行われる(以下、フレーム周期内での時間位置、時間幅幅を定めることで設定され、輝度調整のため各LEDランプに割り当てられる上記時間帯を「点灯制御スロット」と呼ぶ)。各フレーム周期内での点灯時間割合を調整する方法の第1は、各LEDランプに1個の点灯制御スロットを割り当て、割り当てられた点灯制御スロット内で、与えられた輝度データに比例する時間幅パルスを発生させ、LEDランプを駆動する方法である。この方法の難点は、基本的に各LEDランプ毎にパルス幅変換回路を必要とすることである。 第2の方法は、各LEDランプに対して時間幅が逓倍となるような複数個の点灯制御スロットを割り当て、各スロット内での点灯、非点灯を制御する方式である。この方式では、割り当てる点灯制御スロット数を輝度データのビット数と同数にしておくことにより、各点灯制御スロットと輝度データの各ビットを1対1に対応させることができ、単に輝度データの各ビットを読み出し、対応する点灯制御スロットでの点灯、非点灯を制御すればよいことになる。以下、上記の第1の駆動方式をパルス幅変調方式、第2の駆動方式を逓倍スロット方式と呼ぶ。 図1、図2は上記の両方式の違いを図示したものである。両図共輝度データは4ビットに設定されており、従って、0〜15段階に渡って輝度制御される。パルス幅変調方式である図1では時間幅15の点灯制御スロット内において、輝度データ値10(2進表示/1010)に対応して時間幅10のパルスが生成される。一方逓倍スロット方式の図2では、時間幅がそれぞれ1,2,4,8の4個の点灯制御スロットS0〜S3が設定されており、同じ輝度データ10(2進表示/1010)に対して、点灯制御スロットS1とS3でオンとなるパルスが生成される。
【0003】
逓倍スロット方式は非均等スロット型LEDモジュール(特許参考文献1)と称される連珠状LEDモジュールの構成方法として用いられている。この連珠状LEDモジュールは、LEDランプをマトリックス状に配した表示部を備えているLEDモジュールに代わり、LEDランプを一本の連珠状に連ねた表示部を採用することで、LEDランプ間のマトリックス状(2次元的)配線、立体的配線の必要性を廃し、線状(1次元的)配線のみとし、LEDランプによる各種大形表示システムの構成の簡略化、コスト削減、保守性の向上、超大型化、平面、矩形以外の画面形状へ対応、軽量化を目指すLEDモジュールである。この連珠状LEDモジュールでは、図3に示されるように各LEDランプごとに、ごく簡単な制御回路(ランプユニット)を配置し、隣接しているランプユニット相互間を必要な信号線で結ぶことにより、それらのランプユニットを一本の紐状に連ね、その一端を制御ユニットに接続することでこの目標を達成しようとしている。 連珠状LEDモジュールに関しても逓倍スロット方式を採用することにより、上記ランプユニット回路の簡単化、均一化を実現すると同時に、ランプユニット相互間を結ぶ信号線での転送データ量を大幅に低下させることができる。この逓倍スロット方式を採用した連珠状LEDモジュールは本発明によるLEDモジュールの前身に位置づけられることから、以下、上記LEDモジュールを単に従来型モジュールと呼び、その回路構成、動作原理について説明することとする。
【0004】
説明対象の従来モジュールは256個のLEDランプから構成され、各ランプの輝度を256段階(8ビット)に渡って制御できるLEDモジュールである。この従来モジュールでは、図4に示されるように、連珠状に連ねられた256個のLEDランプ、および各LEDランプに付加されているランプユニットは、制御ユニットが接続されている端から16個ずつに区切り、グループ(ユニットグループと呼ぶ)分けされ、iをユニットグループ番号、jをユニットグループ内での配置の順番を表す番号とし、Li、j、LMi、j(i=0・・・15,j=0・・・15)のユニット番号付けがなされる(以下、個々のランプユニットの信号線、回路要素にもユニット番号を表記する必要があるときは、PDi、j,PCOi、j・・・等のごとく、回路要素、信号線を表す記号にランプユニット番号を付加して表記することとする)。 一般に、LEDランプの輝度制御は、画像生成装置等より各フレーム周期(1/30秒)毎に各ランプに対して供給される輝度データ(8ビット)により、各フレーム周期における点灯時間の割合を制御することで行われる。また、通常、発光効率を高めるため、制御対象となる複数個のLEDランプは、いくつかの均等な数のLEDランプから成るグループに分割され、各グループ毎に時分割駆動される(このグループを時分割グループという)。
【0005】
後述するように、従来モジュールでは、上記各ユニットグループ内で同一配置順序番号をもつLEDランプ同士(各16個)が1つの時分割グループを形成し同時に駆動されている。また、各時分割グループには、配置順序番号と同じ0,1,・・・15の番号付けがなされている。即ち、各時分割グループ構成は次のようになる。
時分割グループ 0 L0,01,0 2,0 ・・・・・・L15,0
時分割グループ 1 L0,11,1 2,1 ・・・・・・L15,1
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
時分割グループ 15 L0,151,15 2,15 ・・・・・・L15,15
【0006】
図5にはランプユニットの回路図が示されている。図5においてユニットの右側の信号線はランプユニットに対する入力信号線であり、ユニットの左側の信号線はそれぞれの入力線に対応する出力線である。隣接するランプユニット同士で、各出力線が隣の対応する入力線へ接続され、かつ最端のランプユニットの入力信号線は、制御ユニットの対応する出力線へと結線されている。ランプユニットの主たる回路要素(図5参照)は、LEDランプLと、点灯制御レジスタPと点灯制御レジスタの出力をラッチするレジスタQ(以下点灯制御データ保持レジスタと呼ぶ)および選択レジスタSである。これら3個のラッチレジスタはいずれもクロックcの立ち上がりで入力dを内部状態としてラッチし、新しい内部状態は出力qに反映される。
【0007】
先に述べたとおり、点灯制御レジスタP、選択レジスタSの 入力、出力が相互に接続されていることにより、図6に示されているように制御ユニットからのクロック信号PC、SCでシフトされる2組のシフトレジスタ、即ち、先述の点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタが構成されている。制御ユニットの出力信号PD、SDは上記それぞれのシフトレジスタに対するデータ入力信号であり、上記2つのシフトレジスタに対して、それぞれのクロックPC、SCと同期させ、制御ユニットから必要データをシフトインし、各ランプユニットのラッチレジスタPi、jあるいはSi、jの内部状態を所定の値にセットする役割を果たす。
【0008】
次に、この回路の輝度制御動作について説明する。 図7は従来型モジュールの1フレーム分のタイムチャートである。1フレーム周期内には最小60μsecを最小時間幅とし、順次時間幅がその逓倍となっている番号0〜7の8個の点灯制御サイクルが設定されている。即ち、点灯制御サイクルkの時間幅をtとするならば;
=60x2μsecとなる。
点灯制御サイクルk(k=0,1,・・・7)はさらに16個の等間隔の点灯制御スロットRk、0,Rk、1,・・・Rk、15に区分けされ、各点灯制御サイクルk内での点灯制御スロットRk、iでは、上記の時分割グループiが選択され時分割駆動される仕組みとなっている。各点灯制御サイクル内での回路動作は、時間的に同期し、同時並行的に動作する▲1▼点灯制御データ更新動作と、▲2▼時分割駆動動作とに分けられる。
【0009】
▲1▼点灯制御データ更新動作
各点灯制御サイクルにおいて、点灯制御シフトレジスタの内容を更新する動作である。逓倍スロット方式LEDモジュールの特徴は、時間幅の異なる各点灯制御スロットが輝度データのビット位置に対応していることであり、点灯制御サイクルkでは、各LEDランプの輝度データのビット位置kのビットで点灯制御シフトレジスタが更新される。すなわち、1フレーム周期における256個のLEDランプLi、jの8ビット輝度データを;
i、j、0,ci、j、1,ci、j、2 ・・・ci、j、7
(i=0・・・15,j=0・・・15、ci、j、0が最下位ビット、ci、j、7が最上位ビット)
で表すならば、点灯制御サイクル0,1,・・・、7で点灯制御シフトレジスタにシフトインされる点灯制御データ(各256ビット)は次のように表せる。
サイクル0(c15、15、0 ,c15,14、0 ,・・・・c0、1、0,c0、0、0
サイクル1(c15、15、1 ,c15,14、1 ,・・・・c0、1、1,c0、0、1
・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
サイクル7(c15、15、7 ,c15,14、7 ,・・・・c0、1、7,c0、0、7
上記各点灯制御データは、輝度データを、ビット単位で分解し、点灯制御サイクル順(=ビット位置順)かつ、LEDランプの配置順に、ビット単位で並べ替え編集することにより生成される。図8は、1フレーム周期分の点灯制御データの構成を示したものであり、1フレーム周期に渡って連続的に点灯制御シフトレジスタにシフトインされる。図9は1つの点灯制御サイクル(番号k)でのタイムチャートである。同図に示されているように点灯制御サイクルkでは、点灯制御データ;c15,15,k ・・・c0,2,k 、c0,1,k、c0,0,k が制御ユニット出力信号PDよりクロック信号PCに同期して点灯制御シフトレジスタに連続的に点灯制御シフトレジスタにシフトインされる。結果として、点灯制御サイクルkの終了時点では、256個の全点灯制御レジスタPi、j(i=0・・・15,j=0・・・15)は対応する点灯制御データci、j、kで更新されることになる。そして、同じく図9に示されるように更新された点灯制御レジスタPi、jの内容は、各点灯制御サイクルの開始時点でQC信号により、点灯制御データ保持レジスタQi、jにラッチされ、点灯制御サイクル終了時点まで保持される。 なお、点灯制御サイクルkの時間幅tはt=60x2μsecで与えられ、各点灯制御サイクル内でのクロック信号PCの周期はt /256 であることから、各点灯制御サイクルのクロックPCの周期も最小周期60/256μsec の逓倍となるよう設定される。
【0010】
▲2▼時分割駆動動作
各点灯制御サイクルにおいて、時分割グループを順に選択し、時分割駆動する動作である。回路上ではこの時分割グループの選択は、対応する選択レジスタを選択的にオンとすることで実現されている。そのためシステム立ち上がり時には、選択制御シフトレジスタは、各ユニットグループの15番目の選択レジスタ、即ち時分割グループ15の16個の選択レジスタSk、15(k=0,1,・・・15)のみがオン、その他の全ての選択レジスタはオフ状態(以下初期設定状態という)に初期設定される。この初期設定は、システム立ち上がり時に、所定のビットパターンを選択制御シフトレジスタにシフトインすることにより実現されている。図10には16個のLEDランプ、ランプユニットからなる1つのユニットグループ(ユニットグループ番号i)の点灯制御サイクルkでのタイムチャートが示されている。。シフトクロック信号SCはクロック信号PCを1/16に分周した信号であり、各点灯制御サイクルを実質的に16個の点灯制御スロットに分割する役割を果たしている。選択制御シフトレジスタへの入力データ信号SDはクロックSCの16クロック毎、即ち各点灯制御サイクルの開始時点で、制御ユニット内でオンに設定される。結果として、常に16クロックサイクル後、即ち次の点灯制御サイクル開始時点では選択制御シフトレジスタは初期設定状態に戻る仕組みとなっている。また、 先に▲1▼点灯制御データ更新動作で述べたように、各点灯制御データ保持レジスタQi、15,Qi、14・・・Qi、0は点灯制御サイクル開始時点から終了時点までそれぞれに対応するLEDランプの点灯制御データを保持している。一方、上述の選択制御シフトレジスタの動作を反映し、ここで示されているユニットグループiの選択レジスタSi、0、Si、1・・・Si、15においても、クロックSCに同期して、オンデータがシフトされていく。即ち、点灯制御サイクル内で各LEDランプの選択レジスタは、シフトクロックSCの1サイクル分ずつオンとなる仕組みが実現される。一方、選択レジスタSi、jがオンである期間では、対応するLEDランプLi、jは、保持レジスタQi、jの内容に従って点灯制御され、選択レジスタSi、jがオフのときには対応するLEDランプLi、jは非点灯とされるので、結果として各点灯制御サイクルを1/16分割した時間幅の点灯制御スロットが各LEDランプに順次割り当てられることになる。LEDモジュール全体としても、全てのユニットグループについて選択レジスタが同様に作用することから、各点灯制御スロット毎に1/16デューティでの時分割駆動が実現されている。
以上述べた回路動作により、各LEDランプLi、j は対応する輝度データ(ci、j、0,ci、j、1,ci、j、2 ・・・ci、j、7 )により1フレーム当たり
(ci、j、0・2+ci、j、1・2+・・・+ci、j、7・2)x60 /16μsec の時間幅で点灯、輝度制御される仕組みが実現されている。
【0011】
【特許文献1】特願2002−232188 (第16頁)
【0012】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は以下の通りである。
【00013】
▲1▼従来システムを用いて連珠状LEDモジュールのフルカラー化を実現しようとする場合には、基本的に、各3原色に対応する従来モジュールの回路3組を用いることになる。従って従来システムを用いたフルカラー表示システムの場合、ランプユニット、制御ユニットも3組必要とされる。また、3原色LEDランプをフルカラー表示システムとして輝度制御するについては、各色の輝度のいわゆるホワイトバランスを確保する必要がある。このハワイトバランスの確保は、同じ輝度データ値に対しての緑色、赤色、青色LEDランプそれぞれの実効点灯時間幅をおよそ3:2:1の割合に保つことで実現される(正確な比率は、実際に採用されている各色LEDランプの特性、発光効率等によって異なる)。この3原色間での点灯時間幅比率は、赤色、青色の点灯制御スロットの時間幅を緑色の点灯制御スロットのそれぞれ2/3、1/3に圧縮することで実現される。従来システムでは、この点灯制御スロットの時間幅の圧縮に伴い、赤色、青色モジュールの点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタのシフトクロック、あるいはラッチ信号QCの周期もそれぞれ緑の場合の2/3、1/3に短縮されることになる。従って、従来システムではクロック等のタイミング信号の周期は各色間で異ったものが要求され、また、実際には採用する各色ランプの特性に合わせて調整する機能も必要であるため、従来モジュールを用いてフルカラー化を計ろうとする場合には3原色の各モジュール間でのクロック等の信号の共用化は困難であり、結果として、各ランプユニット間を渡る信号線の本数も3倍に増大することとなる。表示システムのコスト削減、簡素化、軽量化の観点から、ランプユニット間を渡るこの信号線の数はできるだけ削減することが望まれる。
【0014】
▲2▼従来モジュールでは、各点灯制御サイクル毎に、全LEDランプに対する点灯制御データの転送が完了することが前提になっている。逓倍スロット方式の場合、この点灯制御サイクルの最小時間幅は、全フレーム周期が有効点灯制御時間幅となっている緑色モジュールでは約60μsecであるが、先に述べたようにホワイトバランスを確保するため、青色モジュールではその1/3、約20μsecとなり、必要とされる点灯制御データの転送クロック周波数は10MHzを越える。さらに複雑な形状の表示システムを構成するにはモジュールに収納可能なLEDランプの個数が多ければ多いほど有利となり、低コスト化できることになるものの、従来モジュールではLEDランプ個数が256個以上に増大するにつれ、さらに高い転送速度が要求されることになる。
【0015】
▲3▼ホワイトバランス確保のために、赤色、青色の点灯制御データ更新スロット幅が圧縮され、そのため有効効点灯制御時間幅が全フレーム周期の2/3、1/3にとどまることは、表示システムとしての発光効率の低下(最大消費電力に対する最大輝度の低下)を意味し、ホワイトバランスを確保でき、かつ無効となる時間帯がより少ない輝度制御方式が望まれる。
【0016】
【問題解決の手段】
以上述べた課題に対応した本発明の問題解決手段について説明する。
【0017】
従来LEDモジュールの問題解決するための主な手段は次の通りである。
▲1▼各ピクセルは緑、赤、青の3個のランプで構成する一方で、回路的には、これら3原色全てのランプ(3x256=768個)を直列的に連ね一個のモジュールとする。即ち、3原色全てのLEDランプに対して点灯制御レジスタ、選択レジスタを設け、それらのレジスタの入出力を相互に接続することにより点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタを構成し、1個の制御ユニットで制御する。
【0018】
▲2▼各点灯制御サイクル内に時間的に独立した(点灯制御スロットとは重畳しない)点灯制御データ更新スロットを設ける。これにより、3原色全てのランプ(768個)を直列に接続することから生じる点灯制御データ転送速度の高速化への必要性を解消すと同時に、3原色LED間での点灯制御シフトレジスタ、時分割制御シフトレジスタの2つのシフトレジスタのクロック信号、データ入出力信号の共用化を計る。
【0019】
▲3▼従来モジュール同様、時分割グループを形成し、各点灯制御スロットで時分割グループ毎に時分割駆動する一方で、ホワイトバランスを確保するため、1つの時分割グループは同色のランプのみで構成されるようグループ化を行い、各点灯制御スロットの時間幅をホワイトバランス確保に必要な割合で区分けし、各色に割り当てる。
【0020】
【実施例】
本発明による回路、動作方式を用いてフルカラー連珠状LEDモジュールを構成した場合の実施例を以下に示す。本実施例のLEDモジュールは各ピクセル(画素)を緑、赤、青の3個のランプで構成し、256個のピクセルそれぞれにはピクセルユニットが割り当てられている(図11)。図12は上記ピクセルユニットの回路である。従来システム同様、ピクセルを構成する3原色LEDランプ:L、L、Lそれぞれに対して点灯制御レジスタ;P、P、G、選択レジスタ;S、S、Sが設けられている。各ピクセルユニットの出力信号DSO、CLO、DDOはそれぞれに対応する入力信号DSI、CLI、DDIと対を成し、これらの入出力信号は、各ピクセルユニット内の点灯制御レジスタ、選択レジスタが、後述するように、表示選択信号DSに従って、共用データ入力信号DDを共用クロック信号CLでシフトする2つの768ビットのシフトレジスタ、即ち、点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタを構成するよう、隣接する各ピクセルユニット間で対応する入出力信号どうしで接続されている。
【0021】
また、 図11において、表示制御信号DS(及び各ピクセルのDSI)は上記の2つのシフトレジスタの選択と全ランプの点灯、非点灯を制御する信号である。即ち、2つのシフトレジスタの入力信号、出力信号、及びクロックは共用化されているが、表示制御信号DSにより別々に選択駆動される仕組みとなっており、表示制御信号DSがオンのときは、選択制御シフトレジスタが選択され、共用クロック信号CLに従って共用データ入力信号DDよりの入力データがシフトされ、表示制御信号がオフのときは、全ランプはANDゲートG、G、Gにより非点灯にセットされると同時に、点灯制御シフトレジスタが選択され、共用クロック信号CLに従って入力データがシフトされる。
【0022】
また、図11に示されるように、従来システム同様、これらのLEDランプは制御ユニットが接続されている端から、12個ずつ(4個のピクセルユニットずつ)のユニットグループに区分され、iをユニットグループ番号、jをユニットグループ内での配置順序を表す番号とし Li、j のごとく通し番号がつけられている。この番号付けでは、3原色ランプの配列を反映し、各ユニットグループにおいて、j=0,3,6、9は緑色LEDランプ、j=1,4,7、10は赤色LEDランプ、j=2,5,8、11 は青色LEDランプとなっている。 また、後述するように、本モジュールにおいても、各ユニットグループにおいて同一の配置番号持つLEDランプ同士(768/12=64個)で12個の時分割グループを形成している。すなわち、各時分割グループのランプ構成は次のようになる。
時分割グループ 0 L0,01,0 2,0 ・・・・・・L64,0
時分割グループ 1 L0,11,1 2,1 ・・・・・・L64,1
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
時分割グループ 11 L0,111,11 2,11 ・・・・・・L64,11
この時分割グループの構成では、1ユニットグループに含まれるLEDランプの個数が3(緑、赤、青)の倍数であることを反映し、同一時分割グループには同色のLEDランプのみが属することになり、時分割グループ0,3,6,9は緑色LEDランプグループ、時分割グループ1,4,7,10は赤色LEDランプグループ、時分割グループ2,5,8,11は青色LEDランプグループとなる。
【0023】
図13に示されるように本LEDモジュールの1フレーム周期は、それぞれ時間幅が異なり、0,1,・・・,7の番号が付されている8個の点灯制御サイクルに分割されている。また、各点灯制御サイクルは、1つの点灯制御データ更新スロットとそれぞれが各時分割グループに対応する12個の点灯制御スロットにより構成されている。これらの点灯制御スロットの時間幅は、点灯制御サイクル0に含まれる点灯制御スロットの時間幅を最小時間幅とし、各点灯制御サイクル毎に順次逓倍となるよう設定されている。
【0024】
各点灯制御サイクルにおけるモジュール全体の動作は、▲1▼上記点灯制御データ更新動作、および、12個の点灯制御スロットにおける▲2▼時分割駆動動作、の2つの基本動作に分けられる。
従来システムでは、これらの2つの動作は、時間的に重畳した平行動作であったが、本モジュールでは時間的に独立した動作として設定されている。以下それぞれの基本動作について説明する。
【0025】
▲1▼点灯制御データ更新動作
図14は1つの点灯制御サイクル(点灯制御サイクルi)でのタイムチャートである。同図にも示されているように、点灯制御データ更新動作期間中は表示制御信号DSはオフに保たれ、モジュールの全ランプは消灯される。同時に2つのシフトレジスタのうち、点灯制御シフトレジスタが選択され、制御ユニットはクロックCLに同期させ、点灯制御データを同シフトレジスタにシフトインし、全ての点灯制御レジスタを更新する。先に図10に示した従来システムの点灯制御データ同様、点灯制御シフトレジスタを更新するのはLEDランプ毎の輝度データをビット位置とLEDランプの配置順で並べ替え編集した点灯制御データである。すなわち、1フレーム周期における768個のLEDランプLi、jの8ビット輝度データを
(ci、j、0,ci、j、1,ci、j、2 ・・・ci、j、7
(i=0・・・63,j=0・・・11、ci、j、0が最下位ビット、ci、j、7、が最上位ビット)
で表すならば、各点灯制御サイクル0,1,・・・7で点灯制御データ更新スロットにおいてシフトレジスタにシフトインされる点灯制御データ(各768ビット)は次の通りである。
点灯制御サイクル0(c63、11、0 ,c63,10、0 ,・・・c0、1、0 ,c0、0、0
点灯制御サイクル1(c63、11、1 ,c63,10、1 ,・・・c0、1、1 ,c0、0、1
・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
点灯制御サイクル7(c63、11、7 ,c63,10、7 ,・・・c0、1、7 ,c0、0、7
従来システム同様、点灯制御サイクルkでの点灯制御データ更新スロットでは、対応するLEDランプの番号順に点灯制御データ;
63,11,k ・・・c0,2,k 、c0,1,k、c0,0,k
が制御ユニット出力信号DDよりクロック信号CLに同期して点灯制御シフトレジスタに連続的にシフトインされる。結果として、点灯制御データ更新スロット終了時点では、768個の全点灯制御レジスタPi、j (i=0・・・64,j=0・・・11)は対応する点灯制御データci、j、kで更新されることになる。一回の更新においてシフトインされる点灯制御データは全LEDランプの数、即ち768ビットであり、更新に要する時間は、768クロック、クロック周波数が10MHzのとき76.8μsecとなる。
【0026】
▲2▼時分割駆動動作
先にも述べたように各点灯制御サイクルには、各時分割グループに対応する12個の点灯制御スロットが設けられており、点灯制御スロットkでは時分割グループkが選択駆動される。 各点灯制御スロットにおける時分割駆動の回路の基本動作も従来システムとほぼ同様である。各点灯制御スロットでは、表示制御信号DSはオンに保持され、これによりシフトレジスタとして選択制御シフトレジスタが選択され、各時分割グループに対応する選択レジスタを選択的にオンとすることで時分割グループが順に選択され、時分割駆動される。即ち;
・システム立ち上がり時には、選択制御シフトレジスタは、時分割グループ11のLEDランプに対応する64個の選択レジスタSk、11(k=0,1,・・・63)のみがオン、その他の全ての選択レジスタはオフ状態に初期設定される。
・入力データ信号DDは各点灯制御サイクルにおいて、選択シフトレジスタへの最初のクロック信号CLの立ち上がりに先立ち制御ユニット内でオンに設定され、クロック信号CLの最初の立ち上がりで選択シフトレジスタにこのオン信号がシフトインされた後、オフにセットされる。
・シフトインされた選択シフトレジスタのオン信号は以後、クロック信号CLの11サイクルに渡って、選択シフトレジスタ内で順次シフトされる。
一方、表示制御信号DSはオンに設定されているので、各ランプは対応する点灯制御レジスタ、選択レジスタの内容に従って点灯されることになる。
【0027】
各時分割グループは同一色のランプのみを含むように構成され、各時分割グループに対応する点灯制御スロットの時間幅は、ホワイトバランスが確保できるよう、時分割グループのランプ色によって異った時間幅が設定される。設定される点灯制御スロットの時間幅は、3原色の各色に対応した3種類に設定される。それぞれの時間幅の比はおよそ3:2:1(緑:赤:青)である。
【0028】
上記各点灯制御スロットの時間幅の設定は、選択制御シフトレジスタへのクロック信号の1サイクルの時間幅を調整することで行われる。すなわち、図14に示されるように選択制御シフトレジスタ・クロックサイクルjの周期をτとするならば、選択レジスタSi、j(i=0,1,2,・・・63)はτ 時間だけ選択的にオンにセットされ、その期間だけ時分割グループjを選択駆動することになる。 従って、ホワイトバランスを確保するため、選択制御シフトレジスタ・クロックサイクルは、それぞれの時間幅の割合がおよそ3:2:1である緑サイクル、赤サイクル、青サイクルの3種類の時間幅のサイクルから構成され、 先にも示したように、0−11の時分割グループのうち、0,3,6,9は緑、1,4,7,10は赤、2,5,8,11は青の時分割グループであることを反映し、j=0,3,6,9 は緑サイクル、1,4,7,10は赤サイクル2,5,8,11は青サイクルであるようそれぞれの時間幅が設定されている。
【0029】
なお、制御ユニットは、パソコン等の映像生成システムの映像データを受けて映像表示する場合は、輝度データから点灯制御データへのビット単位での編集機能が必須であるが、予めROM(読み出し専用メモリ)等に輝度データを記憶させ、同一表示内容を繰り返し表示させる場合などでは、予め点灯制御ビットストリーム形式に編集済みのデータをROMに記憶させることにより、メモリ内容をアドレス順に読み出し、シリアル化するだけの単純化された機能のみで上記のビット編集機能を省くことができる。
【0030】
また、本実施例では、各LEDランプに対する点灯制御データは、各点灯制御サイクル毎に制御ユニットから点灯制御レジスタに転送される方式となっているが、例えば各ピクセルユニットに1フレーム分の点灯制御データ(=輝度データ)を保持するバッファレジスタを備えることで、各フレーム毎に制御ユニットから1フレーム分の点灯制御データを一括して(シフト&ラッチ方式により)上記バッファレジスタに転送することも可能である。この場合でも、各LEDランプは点灯制御サイクルの開始時に上記バッファレジスタから、その点灯制御サイクルでの点灯制御データを対応する点灯制御レジスタに読み出すことで、本実施例と同様な輝度制御を実現することができる。各ピクセルに上記バッファレジスタを備えることは、ピクセルユニット回路の増大に繋がるものの、先述の制御ユニットでのビット編集機能を省くことができ、制御ユニット回路の簡単化を実現できるという利点がある。
【0031】
以上述べた、本発明によるLEDモジュールの利点は
▲1▼簡単なピクセルユニット回路と、それらを結ぶ3本の信号線でフルカラー連珠状LEDモジュールが実現できる。従って、システムの大幅な簡略化、軽量化が計れ、柔軟性も増すことから、表示面を様々な立体形状へ加工することも容易となる。
▲2▼各フレーム周期において、点灯制御の対象とならない時間帯(非点灯時間帯)は点灯制御データ更新スロット(8個)のみである。先に示したように各点灯制御データ更新スロットの時間幅は76.8μsec(10MHz)であることから、非点灯時間帯の総時間幅は8x76.8=614.4μsecであり、これはフレーム周期の約2%に過ぎない。即ちホワイトバランスを保ちつつ高い発光効率を実現している。さらに、1モジュールに収納されるLEDランプの個数が増えても、従来システムのような点灯制御シフトレジスタ更新のクロック速度に関わる問題が生じることはないことも大きな利点である。例えば、1024ピクセル(ランプ個数3072)を収容するモジュールでも、上記の非点灯時間帯が8%と若干増加するものの、本実施例で述べたものと同一の制御方式、回路でモジュールを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パルス幅変調方式を図示したものである。
【図2】逓倍スロット方式を図示したものである。
【図3】連珠状LEDモジュールの構成を図示したものである。
【図4】従来モジュールのユニット番号付けの方法を図示したものである。
【図5】従来モジュールのランプユニット回路を図示したものである。
【図6】従来モジュールの点灯制御シフトレジスタ及び選択制御シフトレジスタを図示したものである。
【図7】従来モジュールの1フレーム周期分のタイムチャートである。
【図8】従来モジュールの点灯制御データ構成を図示したものである。
【図9】従来モジュールの点灯制御データ更新動作を図示したものである。
【図10】従来モジュールの時分割駆動動作を図示したものである。
【図11】実施例のシステム構成を図示したものである。
【図12】実施例のピクセルユニット回路図である。
【図13】実施例の1フレーム周期分のタイムチャートである。
【図14】実施例の点灯制御データ更新動作、時分割駆動動作を図示したものである。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a large-sized video display system using LEDs and a configuration and control method of an LED module constituting an electrical decoration system.
[0002]
[Prior art]
In general, the digital control of the brightness of LED lamps provides a plurality of time zones within a frame cycle by dividing the frame cycle, and selectively assigns these time zones to each LED lamp. It is done by adjusting the lighting / non-lighting time ratio based on the luminance data given for each frame period (hereinafter, set by determining the time position and time width within the frame period, for luminance adjustment) The time zone assigned to each LED lamp is called a “lighting control slot”). A first method for adjusting the lighting time ratio within each frame period is to assign one lighting control slot to each LED lamp, and within the assigned lighting control slot, a time width proportional to given luminance data. In this method, pulses are generated to drive an LED lamp. The difficulty of this method is that it basically requires a pulse width conversion circuit for each LED lamp. The second method is a method of assigning a plurality of lighting control slots such that the time width is doubled for each LED lamp, and controlling lighting and non-lighting in each slot. In this method, the number of lighting control slots to be assigned is the same as the number of bits of luminance data, so that each lighting control slot and each bit of luminance data can be made to correspond one-to-one. Thus, it is sufficient to control lighting and non-lighting in the corresponding lighting control slot. Hereinafter, the first driving method is referred to as a pulse width modulation method, and the second driving method is referred to as a multiplication slot method. 1 and 2 illustrate the difference between the above two systems. In both figures, the luminance data is set to 4 bits, and accordingly, the luminance is controlled over 0 to 15 stages. In FIG. 1, which is a pulse width modulation method, a pulse having a time width of 10 is generated in a lighting control slot having a time width of 15 corresponding to a luminance data value of 10 (binary display / 1010). On the other hand, in FIG. 2 of the multiplying slot method, four lighting control slots S0 to S3 having time widths 1, 2, 4, and 8 are set, respectively, and the same luminance data 10 (binary display / 1010) is set. A pulse that is turned on in the lighting control slots S1 and S3 is generated.
[0003]
The multiplying slot method is used as a configuration method of a continuous bead-shaped LED module called a non-uniform slot type LED module (Patent Reference 1). This continuous bead-shaped LED module uses a display unit in which LED lamps are arranged in a single bead instead of an LED module having a display unit in which LED lamps are arranged in a matrix. (2D) wiring and three-dimensional wiring are eliminated, only linear (1D) wiring is used, the configuration of various large display systems using LED lamps is simplified, costs are reduced, and maintainability is improved. It is an LED module aiming at ultra-large size, flat screen, and screen shapes other than rectangles, and weight reduction. In this tandem LED module, as shown in FIG. 3, a very simple control circuit (lamp unit) is arranged for each LED lamp, and adjacent lamp units are connected by a necessary signal line. These lamp units are connected in a single string, and one end of the lamp units is connected to the control unit to achieve this goal. By adopting the multiplying slot method for the LED array modules, the lamp unit circuit can be simplified and made uniform, and at the same time, the amount of data transferred on the signal lines connecting the lamp units can be greatly reduced. it can. Since the tandem LED module adopting this multiplying slot method is positioned as the predecessor of the LED module according to the present invention, the LED module will be simply referred to as a conventional module, and its circuit configuration and operating principle will be described below. .
[0004]
The conventional module to be described is composed of 256 LED lamps, and can control the luminance of each lamp in 256 steps (8 bits). In this conventional module, as shown in FIG. 4, 256 LED lamps connected in a tandem shape, and 16 lamp units added to each LED lamp are 16 pieces from the end to which the control unit is connected. Are divided into groups (called unit groups), i is a unit group number, j is a number indicating the order of arrangement within the unit group, and Li, j, LMi, j(I = 0... 15, j = 0... 15) unit numbering is performed (hereinafter, when it is necessary to indicate unit numbers on signal lines and circuit elements of individual lamp units, PDi, j, PCOi, j... Etc., and the lamp unit number is added to the symbols representing circuit elements and signal lines. In general, the luminance control of the LED lamp is performed by setting the ratio of the lighting time in each frame period based on the luminance data (8 bits) supplied to each lamp every frame period (1/30 second) from an image generation device or the like. It is done by controlling. In general, in order to increase luminous efficiency, a plurality of LED lamps to be controlled are divided into groups each composed of several equal numbers of LED lamps, and each group is driven in a time-sharing manner (this group is divided into two groups). Called a time-sharing group).
[0005]
As will be described later, in the conventional module, LED lamps (16 each) having the same arrangement sequence number in each unit group form one time division group and are driven simultaneously. Also, each time division group is numbered 0, 1,... 15 which is the same as the arrangement order number. That is, each time division group configuration is as follows.
Time division group 0 L0,0    L1, 0L2,0  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L15.0
Time division group 1 L0, 1    L1,1L2,1  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L15,1
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
Time division group 15 L0,15  L1,15L2,15  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L15, 15
[0006]
FIG. 5 shows a circuit diagram of the lamp unit. In FIG. 5, the signal line on the right side of the unit is an input signal line for the lamp unit, and the signal line on the left side of the unit is an output line corresponding to each input line. In adjacent lamp units, each output line is connected to a corresponding input line adjacent thereto, and an input signal line of the outermost lamp unit is connected to a corresponding output line of the control unit. The main circuit elements of the lamp unit (see FIG. 5) are an LED lamp L, a lighting control register P, a register Q (hereinafter referred to as a lighting control data holding register) that latches the output of the lighting control register, and a selection register S. All of these three latch registers latch the input d as an internal state at the rising edge of the clock c, and the new internal state is reflected in the output q.
[0007]
As described above, since the input and output of the lighting control register P and the selection register S are connected to each other, they are shifted by the clock signals PC and SC from the control unit as shown in FIG. Two sets of shift registers, that is, the above-described lighting control shift register and selection control shift register are configured. The output signals PD and SD of the control unit are data input signals to the respective shift registers. The two shift registers are synchronized with the respective clocks PC and SC, and necessary data is shifted in from the control unit. Latch register P of each lamp uniti, jOr Si, jIt serves to set the internal state of the to a predetermined value.
[0008]
Next, the luminance control operation of this circuit will be described. FIG. 7 is a time chart for one frame of the conventional module. Within one frame period, eight lighting control cycles of Nos. 0 to 7 having a minimum time width of 60 μsec and sequentially multiplying the time width are set. That is, the time width of the lighting control cycle k is tkIf so:
tk= 60x2kμsec.
The lighting control cycle k (k = 0, 1,... 7) further includes 16 equally spaced lighting control slots R.k, 0, Rk, 1, ... Rk, 15And a lighting control slot R within each lighting control cycle k.k, iThen, the time division group i is selected and the time division driving is performed. The circuit operation in each lighting control cycle is divided into (1) lighting control data update operation and (2) time-division driving operation that are synchronized in time and operate in parallel.
[0009]
(1) Lighting control data update operation
In each lighting control cycle, the content of the lighting control shift register is updated. A feature of the multiplication slot type LED module is that each lighting control slot having a different time width corresponds to the bit position of the luminance data, and in the lighting control cycle k, the bit at the bit position k of the luminance data of each LED lamp. As a result, the lighting control shift register is updated. That is, 256 LED lamps L in one frame periodi, j8-bit luminance data;
ci, j, 0, Ci, j, 1, Ci, j, 2  ... ci, j, 7
(I = 0 ... 15, j = 0 ... 15, ci, j, 0Is the least significant bit, ci, j, 7Is the most significant bit)
, The lighting control data (256 bits each) shifted into the lighting control shift register in the lighting control cycles 0, 1,..., 7 can be expressed as follows.
Cycle 0 (c15, 15, 0, C15, 14, 0, ... c0, 1, 0, C0, 0, 0)
Cycle 1 (c15, 15, 1, C15, 14, 1, ... c0, 1, 1, C0, 0, 1)
...
Cycle 7 (c15, 15, 7, C15, 14, 7, ... c0, 1, 7, C0, 0, 7)
Each of the lighting control data is generated by decomposing luminance data in bit units, rearranging and editing the data in bit units in the order of lighting control cycles (= bit position order) and the order of LED lamp arrangement. FIG. 8 shows the structure of the lighting control data for one frame period, and it is continuously shifted into the lighting control shift register over one frame period. FIG. 9 is a time chart in one lighting control cycle (number k). As shown in the figure, in the lighting control cycle k, the lighting control data; c15, 15, k  ... c0,2, k  , C0,1, k, C0, 0, k  Are successively shifted into the lighting control shift register in synchronization with the clock signal PC from the control unit output signal PD. As a result, at the end of the lighting control cycle k, 256 all lighting control registers Pi, j(I = 0 ... 15, j = 0 ... 15) is the corresponding lighting control data ci, j, kWill be updated. The lighting control register P updated as shown in FIG.i, jIs stored in the lighting control data holding register Q by the QC signal at the start of each lighting control cycle.i, jAnd is held until the end of the lighting control cycle. The time width t of the lighting control cycle kkIs tk= 60x2kThe period of the clock signal PC in each lighting control cycle is t.k  Therefore, the period of the clock PC of each lighting control cycle is also set to be a multiple of the minimum period 60/256 μsec.
[0010]
(2) Time-division drive operation
In each lighting control cycle, a time division group is selected in order, and time division driving is performed. On the circuit, the selection of the time division group is realized by selectively turning on the corresponding selection register. Therefore, at the time of system startup, the selection control shift register is the 15th selection register of each unit group, that is, the 16 selection registers S of the time division group 15.k, 15Only (k = 0, 1,... 15) is on, and all other selection registers are initially set to an off state (hereinafter referred to as an initial setting state). This initial setting is realized by shifting a predetermined bit pattern into the selection control shift register when the system starts up. FIG. 10 shows a time chart in the lighting control cycle k of one unit group (unit group number i) composed of 16 LED lamps and lamp units. . The shift clock signal SC is a signal obtained by dividing the clock signal PC by 1/16, and plays a role of substantially dividing each lighting control cycle into 16 lighting control slots. The input data signal SD to the selection control shift register is turned on in the control unit every 16 clocks of the clock SC, that is, at the start of each lighting control cycle. As a result, the selection control shift register always returns to the initial setting state after 16 clock cycles, that is, at the start of the next lighting control cycle. Further, as described above in (1) lighting control data update operation, each lighting control data holding register Qi, 15, Qi, 14... Qi, 0Holds the lighting control data of the LED lamp corresponding to each from the lighting control cycle start point to the end point. On the other hand, the selection register S of the unit group i shown here reflects the operation of the selection control shift register described above.i, 0, Si, 1... Si, 15Also, the on-data is shifted in synchronization with the clock SC. That is, a mechanism is realized in which the selection register of each LED lamp is turned on by one cycle of the shift clock SC within the lighting control cycle. On the other hand, the selection register Si, jIn the period when is on, the corresponding LED lamp Li, jIs the holding register Qi, jThe lighting is controlled according to the contents of the selection register Si, jWhen LED is off, the corresponding LED lamp Li, jIs turned off. As a result, a lighting control slot having a time width obtained by dividing each lighting control cycle by 1/16 is sequentially assigned to each LED lamp. In the LED module as a whole, the selection register works in the same way for all unit groups, so that time-division driving with 1/16 duty is realized for each lighting control slot.
By the circuit operation described above, each LED lamp Li, jIs the corresponding luminance data (ci, j, 0, Ci, j, 1, Ci, j, 2  ... ci, j, 7  ) Per frame
(Ci, j, 0・ 20+ Ci, j, 1・ 21+ ... + ci, j, 7・ 27) A mechanism for lighting and luminance control in a time width of x60 / 16 μsec is realized.
[0011]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application No. 2002-232188 (page 16)
[0012]
[Problems to be solved by the present invention]
The problems to be solved by the present invention are as follows.
[00013]
{Circle around (1)} When a conventional system is used to realize a full color of a tan LED module, basically three sets of conventional module circuits corresponding to the three primary colors are used. Therefore, in the case of a full color display system using a conventional system, three sets of lamp units and control units are required. Further, in order to control the luminance of the three primary color LED lamps as a full-color display system, it is necessary to ensure a so-called white balance of the luminance of each color. This Hawaiian balance is ensured by maintaining the effective lighting time width of each of the green, red, and blue LED lamps at a ratio of about 3: 2: 1 for the same luminance data value (the exact ratio is Depending on the characteristics of each color LED lamp actually employed, luminous efficiency, etc.). The lighting time width ratio among the three primary colors is realized by compressing the time width of the red and blue lighting control slots to 2/3 and 1/3 of the green lighting control slot, respectively. In the conventional system, with the reduction of the time width of the lighting control slot, the lighting control shift register of the red and blue modules, the shift clock of the selection control shift register, or the period of the latch signal QC is 2/3 of the case where each is green, It will be shortened to 1/3. Therefore, in the conventional system, the period of the timing signal such as a clock is required to be different for each color, and the function to adjust to the characteristics of each color lamp to be used is actually required. When trying to achieve full color using it, it is difficult to share signals such as clocks among the three primary color modules, and as a result, the number of signal lines crossing between the lamp units also increases three times. It will be. From the viewpoint of cost reduction, simplification, and weight reduction of the display system, it is desirable to reduce the number of signal lines that cross between the lamp units as much as possible.
[0014]
(2) In the conventional module, it is assumed that the transfer of lighting control data to all LED lamps is completed in each lighting control cycle. In the case of the multiplying slot method, the minimum time width of this lighting control cycle is about 60 μsec in the green module in which the entire frame period is the effective lighting control time width, but in order to ensure white balance as described above. In the blue module, it becomes 1/3 of that, approximately 20 μsec, and the required transfer clock frequency of the lighting control data exceeds 10 MHz. In order to construct a display system having a more complicated shape, the more LED lamps that can be accommodated in the module, the more advantageous and the cost can be reduced. However, in the conventional module, the number of LED lamps increases to 256 or more. As a result, higher transfer rates are required.
[0015]
(3) In order to ensure white balance, the red and blue lighting control data update slot widths are compressed, so that the effective lighting control time width remains 2/3 and 1/3 of the entire frame period. Therefore, a luminance control method that can secure white balance and has less time zone to be ineffective is desired.
[0016]
[Means for solving problems]
The problem solving means of the present invention corresponding to the above-described problems will be described.
[0017]
The main means for solving the problems of the conventional LED module are as follows.
(1) Each pixel is composed of three lamps of green, red, and blue. On the circuit side, all three primary color lamps (3 × 256 = 768) are connected in series to form one module. In other words, a lighting control register and a selection register are provided for all three primary color LED lamps, and the lighting control shift register and the selection control shift register are configured by mutually connecting the input and output of these registers. Control by unit.
[0018]
(2) A lighting control data update slot that is temporally independent (not superimposed on the lighting control slot) is provided in each lighting control cycle. This eliminates the need to increase the lighting control data transfer rate resulting from connecting all three primary color lamps (768) in series, and at the same time, a lighting control shift register between the three primary color LEDs. The sharing of clock signals and data input / output signals of the two shift registers of the division control shift register is planned.
[0019]
(3) Like the conventional module, a time division group is formed, and each lighting control slot is time-division driven for each time division group. On the other hand, in order to ensure white balance, one time division group is composed only of lamps of the same color. Are grouped so that the time width of each lighting control slot is divided at a ratio necessary for ensuring white balance and assigned to each color.
[0020]
【Example】
Examples in the case where a full-color tandem LED module is configured using the circuit and operation method according to the present invention are shown below. In the LED module of this embodiment, each pixel (pixel) is composed of three lamps of green, red, and blue, and a pixel unit is assigned to each of the 256 pixels (FIG. 11). FIG. 12 shows a circuit of the pixel unit. Like the conventional system, the three primary color LED lamps constituting the pixel: Lg, Lr, LbLighting control register for each; Pg, Pr, Gb, Selection register; Sg, Sr, SbIs provided. The output signals DSO, CLO, DDO of each pixel unit make a pair with the corresponding input signals DSI, CLI, DDI, and these input / output signals are connected to a lighting control register and a selection register in each pixel unit. Each of the adjacent 768-bit shift registers for shifting the shared data input signal DD by the shared clock signal CL in accordance with the display selection signal DS, ie, a lighting control shift register and a selection control shift register. The corresponding input / output signals are connected between the pixel units.
[0021]
In FIG. 11, the display control signal DS (and the DSI of each pixel) is a signal for controlling the selection of the two shift registers and the lighting and non-lighting of all the lamps. That is, the input signal, output signal, and clock of the two shift registers are shared, but they are selectively driven by the display control signal DS. When the display control signal DS is on, When the selection control shift register is selected, the input data from the shared data input signal DD is shifted according to the shared clock signal CL, and when the display control signal is OFF, all the lamps are AND gates Gg, Gr, GbAt the same time, the lighting control shift register is selected and the input data is shifted according to the shared clock signal CL.
[0022]
As shown in FIG. 11, as in the conventional system, these LED lamps are divided into unit groups of 12 units (4 pixel units) from the end to which the control unit is connected. Group number, j is a number indicating the arrangement order in the unit group Li, j  A serial number is assigned as follows. In this numbering, the arrangement of the three primary color lamps is reflected. In each unit group, j = 0, 3, 6, and 9 are green LED lamps, j = 1, 4, 7, and 10 are red LED lamps, and j = 2. , 5, 8 and 11 are blue LED lamps. Further, as will be described later, in this module, 12 time-division groups are formed by LED lamps having the same arrangement number (768/12 = 64) in each unit group. That is, the lamp configuration of each time division group is as follows.
Time division group 0 L0,0    L1, 0L2,0  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L64,0
Time division group 1 L0, 1    L1,1L2,1  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L64,1
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
Time division group 11 L0,11  L1,11L2,11  ・ ・ ・ ・ ・ ・ L64,11
This time division group configuration reflects that the number of LED lamps included in one unit group is a multiple of 3 (green, red, blue), and only the same color LED lamps belong to the same time division group. The time division groups 0, 3, 6, and 9 are green LED lamp groups, the time division groups 1, 4, 7, and 10 are red LED lamp groups, and the time division groups 2, 5, 8, and 11 are blue LED lamp groups. It becomes.
[0023]
As shown in FIG. 13, one frame period of the LED module is divided into eight lighting control cycles having different time widths and numbered 0, 1,. Each lighting control cycle is composed of one lighting control data update slot and twelve lighting control slots each corresponding to each time division group. The time widths of these lighting control slots are set so that the time widths of the lighting control slots included in the lighting control cycle 0 are set to the minimum time width and are sequentially multiplied for each lighting control cycle.
[0024]
The operation of the entire module in each lighting control cycle is divided into two basic operations: (1) the above-mentioned lighting control data update operation and (2) time-division driving operation in 12 lighting control slots.
In the conventional system, these two operations are parallel operations that are temporally superimposed, but in this module, they are set as operations that are temporally independent. Each basic operation will be described below.
[0025]
(1) Lighting control data update operation
FIG. 14 is a time chart in one lighting control cycle (lighting control cycle i). As shown in the figure, during the lighting control data update operation period, the display control signal DS is kept off and all the lamps of the module are turned off. At the same time, the lighting control shift register is selected from the two shift registers, and the control unit synchronizes with the clock CL, shifts the lighting control data into the shift register, and updates all the lighting control registers. Like the lighting control data of the conventional system shown in FIG. 10, the lighting control shift register is updated by lighting control data obtained by rearranging and editing the luminance data for each LED lamp in the order of bit position and LED lamp arrangement. That is, 768 LED lamps L in one frame periodi, j8-bit luminance data
(Ci, j, 0, Ci, j, 1, Ci, j, 2  ... ci, j, 7  )
(I = 0 ... 63, j = 0 ... 11, ci, j, 0Is the least significant bit, ci, j, 7, Is the most significant bit)
In the lighting control cycles 0, 1,..., The lighting control data (768 bits each) shifted into the shift register in the lighting control data update slot is as follows.
Lighting control cycle 0 (c63, 11, 0, C63, 10, 0, ... c0, 1, 0  , C0, 0, 0)
Lighting control cycle 1 (c63, 11, 1, C63, 10, 1, ... c0, 1, 1  , C0, 0, 1)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
Lighting control cycle 7 (c63, 11, 7, C63, 10, 7, ... c0, 1, 7  , C0, 0, 7)
As in the conventional system, in the lighting control data update slot in the lighting control cycle k, the lighting control data in the order of the numbers of the corresponding LED lamps;
c63, 11, k  ... c0,2, k  , C0,1, k, C0, 0, k
Are continuously shifted into the lighting control shift register in synchronization with the clock signal CL from the control unit output signal DD. As a result, at the end of the lighting control data update slot, 768 all lighting control registers Pi, j  (I = 0... 64, j = 0... 11) is the corresponding lighting control data c.i, j, kWill be updated. The lighting control data shifted in in one update is the number of all LED lamps, that is, 768 bits, and the time required for the update is 76.8 μsec when the clock frequency is 10 MHz.
[0026]
(2) Time-division drive operation
As described above, each lighting control cycle is provided with twelve lighting control slots corresponding to each time division group, and the time division group k is selectively driven in the lighting control slot k. The basic operation of the time-division driving circuit in each lighting control slot is almost the same as that of the conventional system. In each lighting control slot, the display control signal DS is held on, whereby the selection control shift register is selected as the shift register, and the time-division group is selected by selectively turning on the selection register corresponding to each time-division group. Are sequentially selected and time-division driven. Ie;
At the start of the system, the selection control shift register has 64 selection registers S corresponding to the LED lamps of the time division group 11k, 11Only (k = 0, 1,... 63) is on, and all other selection registers are initially set to an off state.
In each lighting control cycle, the input data signal DD is turned on in the control unit prior to the rise of the first clock signal CL to the selected shift register, and this on signal is sent to the selected shift register at the first rise of the clock signal CL. Is set off after is shifted in.
The ON signal of the selected shift register that has been shifted in is sequentially shifted in the selected shift register over 11 cycles of the clock signal CL.
On the other hand, since the display control signal DS is set to ON, each lamp is lit according to the contents of the corresponding lighting control register and selection register.
[0027]
Each time division group is configured to include only lamps of the same color, and the time width of the lighting control slot corresponding to each time division group varies depending on the lamp color of the time division group to ensure white balance. The width is set. The time width of the lighting control slot to be set is set to three types corresponding to the three primary colors. The ratio of each time width is about 3: 2: 1 (green: red: blue).
[0028]
The time width of each lighting control slot is set by adjusting the time width of one cycle of the clock signal to the selection control shift register. That is, as shown in FIG. 14, the period of the selection control shift register clock cycle j is set to τjIf so, select register Si, j(I = 0, 1, 2,... 63) is τj  The time-division group j is selectively driven only during the time period. Therefore, in order to ensure white balance, the selection control shift register / clock cycle is divided into three time width cycles, ie, a green cycle, a red cycle, and a blue cycle, in which the ratio of the respective time widths is approximately 3: 2: 1. As shown above, among 0-11 time division groups, 0, 3, 6, and 9 are green, 1, 4, 7, and 10 are red, and 2, 5, 8, and 11 are blue Reflecting that it is a time-sharing group, j = 0, 3, 6, and 9 are green cycles, 1, 4, 7, and 10 are red cycles 2, 5, 8, and 11 are blue cycles. The width is set.
[0029]
When the control unit receives video data from a video generation system such as a personal computer and displays the video, an editing function in units of bits from luminance data to lighting control data is indispensable. ) Etc., and when the same display contents are repeatedly displayed, the data edited in advance in the lighting control bit stream format is stored in the ROM, so that the memory contents are read in the order of addresses and serialized. The above bit editing function can be omitted with only the simplified function.
[0030]
In this embodiment, lighting control data for each LED lamp is transferred from the control unit to the lighting control register every lighting control cycle. For example, lighting control for one frame is performed for each pixel unit. By providing a buffer register that holds data (= luminance data), it is also possible to transfer lighting control data for one frame from the control unit for each frame in a batch (by the shift and latch method) to the buffer register. It is. Even in this case, each LED lamp reads the lighting control data in the lighting control cycle from the buffer register to the corresponding lighting control register at the start of the lighting control cycle, thereby realizing the same brightness control as in this embodiment. be able to. The provision of the buffer register in each pixel leads to an increase in the pixel unit circuit, but there is an advantage that the bit editing function in the control unit described above can be omitted and the control unit circuit can be simplified.
[0031]
The advantages of the LED module according to the present invention described above are as follows.
(1) A full color tandem LED module can be realized with a simple pixel unit circuit and three signal lines connecting them. Accordingly, the system can be greatly simplified and reduced in weight, and the flexibility can be increased, so that the display surface can be easily processed into various three-dimensional shapes.
(2) In each frame period, only the lighting control data update slot (eight) is the time zone (non-lighting time zone) that is not subject to lighting control. Since the time width of each lighting control data update slot is 76.8 μsec (10 MHz) as described above, the total time width of the non-lighting time zone is 8 × 76.8 = 614.4 μsec, which is the frame period. It is only about 2%. That is, high luminous efficiency is achieved while maintaining white balance. Furthermore, even if the number of LED lamps housed in one module is increased, it is a great advantage that the problem related to the clock speed of the lighting control shift register update as in the conventional system does not occur. For example, even in a module accommodating 1024 pixels (the number of lamps 3072), the non-lighting time zone is slightly increased to 8%, but the module is realized with the same control method and circuit as described in this embodiment. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a pulse width modulation method.
FIG. 2 illustrates a multiplication slot method.
FIG. 3 illustrates the configuration of a continuous bead-shaped LED module.
FIG. 4 illustrates a unit numbering method for a conventional module.
FIG. 5 illustrates a lamp unit circuit of a conventional module.
FIG. 6 illustrates a lighting control shift register and a selection control shift register of a conventional module.
FIG. 7 is a time chart for one frame period of a conventional module.
FIG. 8 illustrates a lighting control data configuration of a conventional module.
FIG. 9 illustrates a lighting control data update operation of a conventional module.
FIG. 10 illustrates a time-division driving operation of a conventional module.
FIG. 11 illustrates a system configuration of an embodiment.
FIG. 12 is a circuit diagram of a pixel unit according to an embodiment.
FIG. 13 is a time chart for one frame period of the embodiment.
FIG. 14 illustrates a lighting control data update operation and a time-division driving operation according to the embodiment.

Claims (3)

フレーム周期内には複数個の点灯制御スロットが設けられ、LEDランプそれぞれには、それらの点灯制御スロットの中から予め選定された複数個の点灯制御スロットが割り当てられており、
各LEDランプに対して、フレーム周期毎に与えられる輝度データに基づき、割り当てられた各点灯制御スロットにおいての点灯時間幅を制御するための点灯制御データが生成され、
LEDランプそれぞれに付随して点灯制御レジスタが設けられ、
それらの点灯制御レジスタの入、出力を相互に接続することにより構成され、共通シフトクロックで動作するシフトレジスタを介して、前記各点灯制御データを対応するLEDランプに付随する点灯制御レジスタに転送する回路を備え、
LEDランプそれぞれに付随して選択レジスタが設けられ、
それらの選択レジスタの入、出力を相互に接続することにより、共通のシフトクロックで動作するシフトレジスタが構成され、前記フレーム周期内に設定された各点灯制御スロットにおいて、LEDランプそれぞれが、付随する選択レジスタの内部状態により、自身に予め割り当てられている点灯制御スロットであるか否かが判別できるよう、前記シフトレジスタへの入力データと共通シフトクロックが制御され、
LEDランプそれぞれは、前記フレーム周期内の各点灯制御スロット毎に、各LEDランプに付随する前記選択レジスタ及び点灯制御レジスタの内部状態を受けて、対応する前記点灯制御データに基づく時間幅で点灯するか、あるいは非点灯とするかのいずれかであるよう制御され、
かつ前記点灯制御レジスタにより構成されるシフトレジスタ、及び前記選択レジスタにより構成されるシフトレジスタの両シフトレジスタにおいて、それぞれのシフトレジスタを構成する点灯制御レジスタ、選択レジスタの入、出力信号線、及び共通シフトクロック信号線の全て、あるいはそれらの一部を、両者で時分割使用することにより共用していることを特徴とするLEDモジュール。
A plurality of lighting control slots are provided in the frame period, and each of the LED lamps is assigned a plurality of lighting control slots preselected from the lighting control slots,
For each LED lamp, lighting control data for controlling the lighting time width in each lighting control slot assigned is generated based on the luminance data given for each frame period,
A lighting control register is provided for each LED lamp,
The lighting control registers are connected to each other and connected to each other, and each lighting control data is transferred to a lighting control register associated with the corresponding LED lamp via a shift register operating with a common shift clock. With a circuit,
A selection register is provided with each LED lamp,
By connecting the inputs and outputs of these selection registers to each other, a shift register that operates with a common shift clock is configured, and each LED lamp is associated with each lighting control slot set within the frame period. The input data to the shift register and the common shift clock are controlled so that it can be determined whether or not it is a lighting control slot pre-assigned to itself according to the internal state of the selection register,
Each LED lamp is lit in a time width based on the corresponding lighting control data in response to the internal state of the selection register and lighting control register associated with each LED lamp for each lighting control slot in the frame period. Or controlled to be off,
In addition, in both shift registers of the shift register configured by the lighting control register and the shift register configured by the selection register, the lighting control register configuring the respective shift registers, the input of the selection register, the output signal line, and the common An LED module characterized in that all or part of a shift clock signal line is shared by using both in a time-sharing manner.
表示画面を構成する各画素は赤、青、緑の3原色LEDランプより構成され、フレーム周期内にはそれぞれが3原色に対応する3つのグループに区分けされる複数個の点灯制御スロットが設けられ、
LEDランプそれぞれには、そのLEDランプの発光色に対応したグループの点灯制御スロットの中から選定された複数個の点灯制御スロットが割り当てられ、各LEDランプに対して、フレーム周期毎に与えられる輝度データに基づき、割り当てられた各点灯制御スロットにおいて、それぞれの点灯制御スロット時間幅に対する点灯時間幅の割合を制御するための点灯制御データが生成され、
LEDランプそれぞれに付随して点灯制御レジスタが設けられ、 それらの点灯制御レジスタの入、出力を相互に接続することにより構成され、共通シフトクロックで動作するシフトレジスタを介して、前記各点灯制御データを対応するLEDランプに付随する点灯制御レジスタに転送する回路を備え、
LEDランプそれぞれは、前記フレーム周期内で割り当てられた各点灯制御スロット毎に、そのLEDランプに付随する点灯制御レジスタに転送された点灯制御データを受けて、点灯時間幅が制御され、
かつ、各色LEDランプの発光特性に従い前記3原色に対応する点灯制御スロットのグループ毎に点灯制御スロットの時間幅を調整することにより、各画素においてのホワイトバランスを確保していることを特徴とするLEDモジュール。
Each pixel constituting the display screen is composed of three primary color LED lamps of red, blue, and green, and a plurality of lighting control slots that are divided into three groups corresponding to the three primary colors are provided in the frame period. ,
Each LED lamp is assigned a plurality of lighting control slots selected from among the lighting control slots of the group corresponding to the emission color of the LED lamp, and the luminance given to each LED lamp for each frame period. Based on the data, in each assigned lighting control slot, lighting control data for controlling the ratio of the lighting time width to the respective lighting control slot time width is generated,
Each of the LED lamps is provided with a lighting control register, and is configured by connecting the input and output of these lighting control registers to each other, and each of the lighting control data via a shift register that operates with a common shift clock. And a circuit for transferring the light to the lighting control register associated with the corresponding LED lamp,
Each LED lamp receives lighting control data transferred to a lighting control register associated with the LED lamp for each lighting control slot assigned within the frame period, and the lighting time width is controlled.
In addition, the white balance in each pixel is ensured by adjusting the time width of the lighting control slot for each group of lighting control slots corresponding to the three primary colors according to the light emission characteristics of each color LED lamp. LED module.
LEDランプそれぞれに付随して選択レジスタが設けられ、
それらの選択レジスタの入出力を、 各画素を構成する3原色ランプのそれぞれに付随する選択レジスタの接続が全画素を通して同一接続順となるよう、相互に接続することにより、共通のシフトクロックで動作するシフトレジスタを構成し、
かつ、このシフトレジスタへの入力データと前記共通シフトクロックを制御することにより、各LEDランプに関して、割り当てられている点灯制御スロット内では付随する選択レジスタはオン、そうでないときはオフに設定されることを特徴とする「請求項2」記載のLEDモジュール。
A selection register is provided with each LED lamp,
Operate with a common shift clock by connecting the input and output of these selection registers to each other so that the connection of the selection registers associated with each of the three primary color lamps constituting each pixel is in the same connection order through all the pixels. Configure the shift register
In addition, by controlling the input data to the shift register and the common shift clock, for each LED lamp, the associated selection register is turned on in the assigned lighting control slot, and is turned off otherwise. The LED module according to claim 2, wherein
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