JP2019219511A - Led表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LED表示装置の運用中の温度変化に伴うLED実装基板の伸縮により、隣接するLED表示ユニットの間および隣接するLED表示モジュールの間に白線または黒線が発生することを抑制し、映像品位の劣化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】LED表示装置100は、LED表示モジュール15の温度を検出する温度検出部22と、予め定められた基準温度を記憶する温度記憶部14と、温度記憶部14に記憶された基準温度と温度検出部22により検出された温度との差異により生じる、隣接するLED表示モジュール15の間の距離の変化および隣接するLED表示ユニット13の間の距離の変化を補正するように、複数のLED1の明るさを補正する補正係数を演算する補正係数演算部12と、補正係数演算部12により演算された補正係数に基づいて、複数のLED1の明るさを補正する輝度補正回路4とを備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、複数のLEDをマトリクス状に配置し、個々のLEDに対する点灯制御により映像を表示するLED表示装置の輝度制御に関するものである。
LEDなどの表示素子を複数用いて構成されるLED表示装置は、表示素子の技術発展と低コスト化のおかげで、屋外および屋内の広告表示等に多く使用されている。LED表示装置は、これまで自然画およびアニメーションの動画像の表示等に用いられることが主流であった。しかし、屋内用途として、画素ピッチの狭ピッチ化に伴い視認距離が短くなることから、LED表示装置は、会議室および監視用途などのパソコンの画像表示用にも近年使用されるようになってきた。特に、監視用途においては、静止画に近いパソコン画像を表示することが多くなっている。
また、LED表示装置では、セラミックまたは樹脂などで成型されたキャビティの内部にLEDを実装し、これを封止樹脂で固めることで形成された小さなLED表示モジュールを基板に実装したSMD(Surface Mount Device:表面実装部品)型が主流である。SMD型の表示装置は、これまで画素ピッチが3mm以上の大型映像表示装置として使用されてきた。
しかし、近年では、LEDの低コスト化と高精細化を背景に、画素ピッチが1〜2mm等の高密度実装品にて構成されたLED表示装置をタイル状に複数並べて構成した大型映像表示装置が市場に導入されている。
例えば特許文献1および特許文献2には、LED表示装置の構成要素とその保持方法が開示されている。
特許文献1では、大型映像表示装置は、複数のLED表示タイルから構成されたマルチディスプレイシステムにより構成されている。小さなLED表示モジュール基板上に、R,G,BのLEDがモジュール基板の周縁部の近傍まで実装されている。複数のLED表示モジュール基板が正方配列状に配置されて第1のLED表示タイルを形成するために、複数のLED表示モジュール基板がサポート構造に組み立てられている。第2のLED表示タイルも、第1のLED表示タイルと同様にサポート構造に組み立てられている。第1のLED表示タイルと第2のLED表示タイルは、非常に小さな隙間を維持して互いにほぼ密着した状態でサポート構造に組み立てられている。この非常に小さな隙間に対して、画素ピッチと同じ寸法が要求されている。
また、特許文献1および特許文献2には、LED表示タイルの側面の形状は平面形状に加工されている。これらのLED表示タイルを複数組み合わせて、マルチディスプレイシステムによる大画面映像表示装置を構成する場合、各LED表示タイルの側面がほぼ密着するように連結される。
通常、製品の画素ピッチとして、複数のLEDをLED実装基板に実装する際に任意のピッチが定められる。しかし、LED表示モジュールおよびLED表示ユニットを構成する金属筐体の構造部品の加工寸法バラツキ、LED実装基板の反り、LED表示モジュールの取付精度のバラツキ、およびLED表示ユニットの設置精度のバラツキに伴い、隣接するLED表示モジュールの間および隣接するLED表示ユニットの間に上下方向および左右方向の隙間が発生するという問題がある。
その結果、隣接するLED表示モジュールの間および隣接するLED表示ユニットの間の画素ピッチが任意のピッチより広くなったり狭くなる。通常、このような画素ピッチのズレは、10μm以上100μm以下程度であり、LEDの非点灯時に目視では認識することはできない。
しかし、LEDの点灯時(全白信号を表示した際)、画素ピッチが広い場合は、隣接するLED表示モジュールの間および隣接するLED表示ユニットの間に黒線(暗線)が発生する。また、画素ピッチが狭い場合は、隣接するLED表示モジュールの間および隣接するLED表示ユニットの間に白線(輝線)が発生する。このように、黒線または白線が発生することで、映像の品位が劣化する要因となる。
また、LED表示装置の運用中の温度変化に伴いLED実装基板の寸法が変化する。すなわち、LED表示モジュールの寸法が変化することで、隣接するLED表示ユニットの間および隣接するLED表示モジュールの間の距離が変化する。その結果、隣接するLED表示ユニットの間および隣接するLED表示モジュールの間に白線または黒線が発生することで、映像の品位が劣化する要因となっていた。
そこで、本発明は、LED表示装置の運用中の温度変化に伴うLED実装基板の伸縮により、隣接するLED表示ユニットの間および隣接するLED表示モジュールの間に白線および黒線が発生することを抑制し、映像品位の劣化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係るLED表示装置は、複数のLEDにより構成されたLED表示モジュールを複数組み合わせたLED表示ユニットを複数組み合わせて大画面を構成し、画像を表示するLED表示装置であって、前記LED表示モジュールの温度を検出する温度検出部と、予め定められた基準温度を記憶する温度記憶部と、前記温度記憶部に記憶された前記基準温度と前記温度検出部により検出された前記温度との差異により生じる、隣接する前記LED表示モジュールの間の距離の変化および隣接する前記LED表示ユニットの間の距離の変化を補正するように、複数の前記LEDの輝度を補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、前記補正係数演算部により演算された前記補正係数に基づいて、複数の前記LEDの輝度を補正する輝度補正回路とを備えたものである。
本発明によれば、補正係数演算部は、温度記憶部に記憶された基準温度と温度検出部により検出された温度との差異により生じる、隣接するLED表示モジュールの間の距離の変化および隣接するLED表示ユニットの間の距離の変化を補正するように、複数のLEDの輝度を補正する補正係数を演算し、輝度補正回路は、補正係数演算部により演算された補正係数に基づいて、複数のLEDの輝度を補正する。
したがって、LED表示装置の運用中の温度変化に伴うLED実装基板の伸縮により、隣接するLED表示ユニットの間および隣接するLED表示モジュールの間に白線および黒線が発生することを抑制し、映像品位の劣化を抑制することができる。
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係るLED表示装置100のブロック図である。図2は、LED表示装置100が備えるLED表示ユニット13のブロック図である。
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係るLED表示装置100のブロック図である。図2は、LED表示装置100が備えるLED表示ユニット13のブロック図である。
図1に示すように、LED表示装置100は、複数(図には2×4=8台を例示)のLED表示ユニット13、映像信号の入力端子2、映像信号処理回路3、輝度補正回路4、補正係数演算部12、および温度記憶部14を備えている。ここで、映像信号処理回路3、輝度補正回路4、補正係数演算部12、および温度記憶部14は制御部8を構成している。
最初に、LED表示ユニット13について説明する。図2に示すように、LED表示ユニット13は、複数のLED表示モジュール15、駆動部5、および複数の温度検出部22を備えている。なお、図2ではLED表示モジュール15および温度検出部22は1つずつ示されている。
LED表示モジュール15は、各色ごとに同じ特性を持つLED組よりなる複数のLED1、および複数のLED1を実装するためのLED実装基板10を備えている。駆動部5は、LED実装基板10に実装された複数のLED1を駆動する。ここで、各色とは、例えば、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)である。また、LED組として、図2において4×4=16組が例示され、LED組は、1組あたり赤(R)、緑(G)および青(B)3個のLEDからなる。
複数の温度検出部22は、LED実装基板10におけるLED1が実装される前面とは反対側の背面に配置されている。複数の温度検出部22は、例えばLED実装基板10の背面における上下端部および左右端部に配置されている。これにより、LED実装基板10における複数箇所の温度を検出することが可能となる。なお、温度検出部22は、各LED実装基板10に対して4つ配置されているとして説明するがこれに限定されない。温度検出部22は、各LED実装基板10に対して1つ配置されていてもよいし、3つまたは5つ以上配置されていてもよい。
次に、LED表示ユニット13以外の構成について説明する。図1に示すように、映像信号処理回路3は、入力端子2から入力される映像信号をLED表示ユニット13上に表示させるために、拡大縮小処理およびガンマ補正などの映像信号処理を行う。輝度補正回路4は、映像信号処理回路3の出力信号の輝度を補正する。温度記憶部14は、予め定められた基準温度を予め記憶しており、かつ、温度検出部22により検出された温度を記憶する。ここで、温度記憶部14は、例えばRAMなどの半導体メモリである。
輝度補正回路4が出力する映像信号は、LED表示ユニット13に入力される。図2に示すように、LED表示ユニット13は、輝度補正回路4の出力が後段のLED表示ユニット13にデイジーアウトされると同時に駆動部5に入力される。駆動部5は、入力される映像信号から表示に必要な領域を選択し、複数のLED1で構成されたLED表示モジュール15を駆動する。
補正係数演算部12は、温度記憶部14に記憶された基準温度と温度検出部22により検出された温度との差異により生じる、隣接するLED表示モジュール15の間の距離の変化および隣接するLED表示ユニット13の間の距離の変化を補正するように、複数のLED1の輝度を補正する補正係数を演算する。
輝度補正回路4は、補正係数演算部12により演算された補正係数に基づいて、映像信号処理回路3の出力信号の輝度を補正することで、複数のLED1の輝度を補正する。
次に、LED表示装置100のハードウェア構成について説明する。図3は、LED表示装置100のハードウェア構成図である。図3に示すように、LED表示装置100は、プロセッサ30とメモリ31を備えている。なお、図3は、LED表示装置100のソフトウェア機能を説明するための図であり、それ以外の構成は省略している。
LED表示装置100において、補正係数演算部12は、例えば図3のプロセッサ30がメモリ31等に記憶されたプログラムを実行することにより、当該プロセッサ30の機能として実現される。ただし、これらは、例えば複数のプロセッサ30が連携して実現されてもよい。
次に、LED表示モジュール15の温度変化と補正係数との関係について説明する。図4は、LED表示モジュール15の温度変化と補正係数との関係を示す図である。図5は、LED表示装置100の正面図である。図6は、図5の領域Aの拡大図であり、より具体的には、隣接するLED表示ユニット13の間に発生する黒線6を示す図である。図7は、図5の領域Aの拡大図であり、より具体的には、隣接するLED表示ユニット13の間に発生する白線7を示す図である。
図4に示すように、LED1の各色の輝度を補正する補正係数は、温度変化Δtを関数としてそれぞれ、αr(Δt)、αg(Δt)、αb(Δt)で示される。図5と図7に示すように、Δtがプラスの場合、すなわち、LED表示モジュール15の温度が基準温度よりも高い場合、LED実装基板10が伸びることにより、隣接するLED表示ユニット13の間および隣接するLED表示モジュール15の間の距離が狭くなる。この狭くなった目地部分に白線7が発生するため、LED1の輝度を暗くする補正係数が採用される。
ここで、基準温度とは、例えば常温でのLED表示装置100の運用開始前のLED表示モジュール15の温度である。
図5と図6に示すように、Δtがマイナスの場合、すなわち、LED表示モジュール15の温度が基準温度よりも低い場合、LED実装基板10が縮むことにより、隣接するLED表示ユニット13の間および隣接するLED表示モジュール15の間の距離が広くなる。この広くなった目地部分に黒線6が発生するため、LED1の輝度を明るくする補正係数が採用される。
例えば、図4に示すLED表示モジュール15の温度変化と補正係数との関係を示すテーブルがメモリ31に記憶されている。複数の温度検出部22は、LED実装基板10の背面における上下端部および左右端部の4箇所の温度を検出する。補正係数演算部12は、LED実装基板における4箇所の温度を用いる。より具体的には、補正係数演算部12は、4箇所の温度の平均値を演算し、基準温度に対するLED表示モジュール15の温度変化を演算する。そして、補正係数演算部12は、メモリ31に記憶されたテーブルを参照して、基準温度に対するLED表示モジュール15の温度変化から補正係数を演算する。
これにより、LED実装基板における1箇所の温度を用いた場合よりも、隣接するLED表示モジュール15の間の距離の変化および隣接するLED表示ユニット13の間の距離の変化を精度良く補正することが可能となる。
LED1の各色R,G,Bの初期の輝度をそれぞれR0,G0,B0、それぞれの温度変化Δtにおける各色の補正係数をαr(Δt),αg(Δt),αb(Δt)とすると、補正後のLED1の各色R,G,Bのそれぞれ輝度Rcomp、Gcomp、Bcompは次式で示される。
LED1の補正後のWの輝度Wcompは次式で示される。
上記のように複数のLED1の輝度を補正することで、LED表示装置100の運用中の温度変化に伴うLED実装基板10の伸縮により発生する、隣接するLED表示ユニット13の間および隣接するLED表示モジュール15の間の白線7および黒線6を補正し、映像品位の劣化を抑制することが可能となる。
LED表示装置100を運用する環境によっては、温度変化に閾値を設定せずに、LED1の輝度を補正することが可能である。24時間運用を主とした、常に環境が一定に保たれている場合は、温度変化に閾値を設定し、ある閾値以上の温度変化があったときのみ、LED1の輝度を補正することも可能である。
また、温度変化Δtにおける各色の補正係数は、便宜上、αr(Δt)=αg(Δt)=αb(Δt)としたが、必ずしも同じである必要はない。
また、図4では、温度変化Δtにおける補正係数は、LED表示モジュール15の温度が基準温度よりも高くなった場合に補正係数がマイナス、LED表示モジュール15の温度が基準温度よりも低くなった場合に補正係数がプラスとなるようなグラフを図示した。しかし、LED実装基板10とその取付部材とで線膨張係数に差がある場合は、LED表示モジュール15の温度変化と補正係数との関係が図4とは逆になる場合もあるため、このことを踏まえて補正係数を設定する必要がある。
LED1の輝度調整では、PWM(Pulse Width Modulation)方式が使用される。図8は、PWM駆動の一例を示す図である。(a)はPWMの基本周期であり、映像信号の1フレーム期間以下となる。(b)はパルス幅のデューティ比が例えば85%の場合を示し、(c)はパルス幅のデューティ比が例えば80%の場合を示している。このように、パルス幅のデューティ比を変えることでLED1の輝度を調整することができる。LED1の輝度の補正においてもパルス幅のデューティ比を変化させることで輝度調整が可能である。
以上のように、実施の形態1に係るLED表示装置100では、補正係数演算部12は、温度記憶部14に記憶された基準温度と温度検出部22により検出された温度との差異により生じる、隣接するLED表示モジュール15の間の距離の変化および隣接するLED表示ユニット13の間の距離の変化を補正するように、複数のLED1の明るさを補正する補正係数を演算し、輝度補正回路4は、補正係数演算部12により演算された補正係数に基づいて、複数のLED1の明るさを補正する。
したがって、LED表示装置100の運用中の温度変化に伴うLED実装基板10の伸縮により、隣接するLED表示ユニット13の間および隣接するLED表示モジュール15の間に白線7および黒線6が発生することを抑制し、映像品位の劣化を抑制することができる。
LED表示モジュール15は、複数のLED1を実装するためのLED実装基板10を備え、温度検出部22は、LED実装基板10に複数配置され、複数の温度検出部22は、LED実装基板10における複数箇所の温度を検出し、補正係数演算部12は、LED実装基板10における複数箇所の温度を用いる。
したがって、LED実装基板10における1箇所の温度を検出した場合よりも正確な温度を検出することができるため、映像品位の劣化を一層抑制できる。
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係るLED表示装置100について説明する。図9は、実施の形態2に係るLED表示装置100が備えるLED表示ユニット13の斜視図である。図10は、LED表示ユニット13において1つのLED表示モジュール15を取り外した状態を示す斜視図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
次に、実施の形態2に係るLED表示装置100について説明する。図9は、実施の形態2に係るLED表示装置100が備えるLED表示ユニット13の斜視図である。図10は、LED表示ユニット13において1つのLED表示モジュール15を取り外した状態を示す斜視図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
図9に示すように、通常、LED表示ユニット13は、複数のLED表示モジュール15で構成されており、メインテナンス時に作業者がLED表示モジュール15を交換する。近年、LED1の低コスト化と高精細化を背景に、画素ピッチ2mm以下の高密度実装品にて構成されたLED表示ユニット13が主流になっている。そのため、図10に示すように、LED表示モジュール15の交換時に、LED表示モジュール15が隣接する良品のLED表示モジュール15に接触することで、良品のLED表示モジュール15を破損させる可能性がある。
図11は、実施の形態2に係るLED表示装置100の正面図である。図12は、図11の領域Bの拡大図であり、より具体的には、隣接するLED表示ユニット13の間の距離が広い場合を示す図である。図13は、図11の領域Bの拡大図であり、より具体的には、隣接するLED表示ユニット13の間の距離が標準の場合を示す図である。図14は、図11の領域Bの拡大図であり、より具体的には、隣接するLED表示ユニット13の間の距離が狭い場合を示す図である。
図12に示す隣接するLED表示ユニット13の間の距離が広い場合は目地部分に黒線6が発生し、図14に示すLED表示ユニット13の間の距離が狭い場合は目地部分に白線7が発生する。また、図13に示すLED表示ユニット13の間の距離が標準の場合は目地部分に黒線6および白線7は発生しない。
実施の形態2では、LED表示モジュール15の交換時に、LED表示モジュール15が隣接する良品のLED表示モジュール15に接触することを抑制するために、図11と図12に示すように、複数のLED表示モジュール15と複数のLED表示ユニット13は、隣接するLED表示モジュール15における対向する部分の画素ピッチと、隣接するLED表示ユニット13における対向する部分の画素ピッチがLED表示装置100の平均画素ピッチよりも広くなるように配置されている。
より具体的には、LED表示ユニット13とLED表示モジュール15は、隣接するLED表示ユニット13の間および隣接するLED表示モジュール15の間の距離が標準よりも広めになるように配置されている。
ただし、隣接するLED表示ユニット13および隣接するLED表示モジュール15の間の距離が広くなることで目地部分に黒線6が発生するため、予めLEDの輝度を補正しておく必要がある。そのため、補正係数演算部12は、隣接するLED表示モジュール15における対向する部分に配置されたLED1を、対向しない部分に配置されたLED1よりも明るい輝度に補正するように補正係数を演算する。さらに、補正係数演算部12は、隣接するLED表示ユニット13における対向する部分に配置されたLED1を、対向しない部分に配置されたLED1よりも明るい輝度に補正するように補正係数を演算する。
より具体的には、補正係数演算部12は、LED表示モジュール15の周縁部およびLED表示ユニット13の周縁部に位置するLED1について、それ以外のLED1よりも明るい輝度になるように補正係数を演算する。
実施の形態1で説明した通り、LED1の各色R,G,Bの初期の輝度をそれぞれのR0、G0、B0、それぞれの温度変化Δtにおける各色の輝度補正係数をαr(Δt)、αg(Δt)、αb(Δt)とすると、補正後のLED1の各色R,G,Bのそれぞれの輝度Rcomp、Gcomp、Bcompは数1で示される。
LED1の補正後のWの輝度Wcompは数2で示される。
これに対し、設置時に、複数のLED表示モジュール15と複数のLED表示ユニット13は、隣接するLED表示モジュール15における対向する部分の画素ピッチと、隣接するLED表示ユニット13における対向する部分の画素ピッチがLED表示装置100の平均画素ピッチよりも広くなるように配置される。これにより発生する目地部分の黒線6を補正するための各色R,G,Bの補正係数をβr,βg,βbとすると、補正後のLED1の各色R,G,Bのそれぞれの輝度Rcomp,Gcomp,Bcompは次式で示される。
設置時はΔt=0となるため、αr(Δt)=αg(Δt)=αb(Δt)=0となり、設置時のLED1の各色R,G,Bのそれぞれの輝度Rcomp,Gcomp,Bcompは、次式で示される。
設置時におけるLED1のWの輝度Wcompは数2で示される。
このように、LED表示ユニット13を設置する際に、予め、補正係数βr,βg,βbを用いて、LED表示モジュール15の周縁部およびLED表示ユニット13の周縁部に位置するLED1の輝度を補正することで、隣接するLED表示ユニット13の間およびLED表示モジュール15の間をLED表示装置100の平均画素ピッチより、広くすることが可能となる。
なお、設置時の補正係数βr,βg,βbについては固定値としたが、使用するLED1のサイズおよびLED表示装置100の平均画素ピッチに応じて補正係数が異なってくるため、LED表示装置100の開発時に最適な補正係数を算出する必要がある。
以上のように、実施の形態2に係るLED表示装置100では、複数のLED表示モジュール15と複数のLED表示ユニット13は、隣接するLED表示モジュール15における対向する部分の画素ピッチと、隣接するLED表示ユニット13における対向する部分の画素ピッチがLED表示装置100の平均画素ピッチよりも広くなるように配置される。補正係数演算部12は、隣接するLED表示モジュール15における対向する部分に配置されたLED1を、対向しない部分に配置されたLED1よりも明るい輝度に補正するように補正係数を演算するとともに、隣接するLED表示ユニット13における対向する部分に配置されたLED1を、対向しない部分に配置されたLED1よりも明るい輝度に補正するように補正係数を演算する。
したがって、メインテナンス時、作業者がLED表示ユニット13およびLED表示モジュール15を交換する際に、良品のLED表示ユニット13およびLED表示モジュール15を破損させることなく、交換することが可能となる。
また、上記のように、LED表示ユニット13とLED表示モジュール15は、隣接するLED表示ユニット13の間の距離および隣接するLED表示モジュール15の間の距離が広めになるように配置される。したがって、LED表示装置100の運用時の温度変化に伴うLED実装基板10の伸縮による、隣接するLED表示ユニット13および隣接するLED表示モジュール15の接触により生じるLED実装基板10の破損および反りを抑制することが可能となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 LED、4 輝度補正回路、10 LED実装基板、12 補正係数演算部、13 LED表示ユニット、14 温度記憶部、15 LED表示モジュール、22 温度検出部、100 LED表示装置。
Claims (3)
- 複数のLEDにより構成されたLED表示モジュールを複数組み合わせたLED表示ユニットを複数組み合わせて大画面を構成し、画像を表示するLED表示装置であって、
前記LED表示モジュールの温度を検出する温度検出部と、
予め定められた基準温度を記憶する温度記憶部と、
前記温度記憶部に記憶された前記基準温度と前記温度検出部により検出された前記温度との差異により生じる、隣接する前記LED表示モジュールの間の距離の変化および隣接する前記LED表示ユニットの間の距離の変化を補正するように、複数の前記LEDの輝度を補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、
前記補正係数演算部により演算された前記補正係数に基づいて、複数の前記LEDの輝度を補正する輝度補正回路と、
を備えた、LED表示装置。 - 前記LED表示モジュールは、複数の前記LEDを実装するためのLED実装基板を備え、
前記温度検出部は、前記LED実装基板に複数配置され、
複数の前記温度検出部は、前記LED実装基板における複数箇所の温度を検出し、
前記補正係数演算部は、前記LED実装基板における複数箇所の前記温度を用いる、請求項1記載のLED表示装置。 - 複数の前記LED表示モジュールと複数の前記LED表示ユニットは、隣接する前記LED表示モジュールにおける対向する部分の画素ピッチと、隣接する前記LED表示ユニットにおける対向する部分の画素ピッチが前記LED表示装置の平均画素ピッチよりも広くなるように配置され、
前記補正係数演算部は、隣接する前記LED表示モジュールにおける対向する部分に配置された前記LEDを、対向しない部分に配置された前記LEDよりも明るい輝度に補正するように前記補正係数を演算するとともに、隣接する前記LED表示ユニットにおける対向する部分に配置された前記LEDを、対向しない部分に配置された前記LEDよりも明るい輝度に補正するように前記補正係数を演算する、請求項1または請求項2記載のLED表示装置。
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