JP2023037607A - Ｌｅｄのマトリックスを駆動するためのデューティサイクルプロトコル - Google Patents

Abstract

【課題】マトリックス状に配置されたＬＥＤを駆動するための方法を提供する。【解決手段】ＬＥＤは、ＲＧＢ ＬＥＤとして設計され、デューティサイクル制御プロトコルによって駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の特徴による、ＬＥＤを駆動するための方法に関する。

従来のＬＥＤの応用例では、複数の集積回路（ＩＣ）が使用されている。電子回路が半導体材料の小片上に形成され、ディスクリート部品で作られたより大きな回路と同じ機能を果たす。

各ＩＣは、最大２４個の個別のＬＥＤを駆動することができる。

当技術分野で知られているさらなる応用例は、ＬＥＤのマトリックスを制御するために少なくとも２つのドライバを使用する。

ＬＥＤは、自動車産業から基本的な実用機器まで、複数の機器において一般的に使用されている。

本発明の１つの目的は、ＬＥＤシステムの回路全体を最適化し、ＬＥＤドライバの能力を拡張することである。

本発明の別の目的は、ＬＥＤ自体の効率を高めることである。

ＬＥＤシステムの費用対効果と電力要件の両方も改善する必要がある。

さらに、ＬＥＤシステムの管理しやすさをより高いレベルに設定する必要がある。

上記の目的は、ＬＥＤを駆動するための方法によって達成される。ＬＥＤはマトリックス状に配置される。

ＬＥＤはＲＧＢ ＬＥＤとして設計される。

また、ＬＥＤはデューティサイクル制御プロトコルによって駆動される。

＜ＬＥＤ（発光ダイオード）＞
以下、発光ダイオードをＬＥＤと呼ぶ。ＬＥＤは半導体光源であり、半導体に電流が流れると発光する。

半導体内の電子が正孔と再結合し、エネルギーを光子の形で放出する。

ＬＥＤ光の色は、光子のエネルギーに対応する。

言い換えれば、ＬＥＤの光の色は、電子が半導体のバンドギャップを越えるために必要なエネルギーによって決定される。

一例として、白色光は、複数の半導体、または、半導体デバイス上の発光蛍光体の層が使用される場合に得られる。

最新のＬＥＤは、可視光、紫外線、および／または赤外線の波長にわたって利用でき、高い光出力を実現する。

高出力の白色光を生成するＬＥＤは、屋内および／または屋外の照明に使用できる。

最新のＬＥＤは、航空照明、電飾、自動ヘッドランプなど、さまざまな用途で使用されている。

最新のＬＥＤは、広告目的および／または一般照明にも使用されている。

ＬＥＤは、信号機またはカメラのフラッシュに活用できる。ＬＥＤがさらにさまざまな用途にも使用できることは言うまでもない。

＜ＬＥＤのデューティサイクル制御プロトコル＞
ＬＥＤのデューティサイクルまたはパワーサイクルは、１周期におけるＬＥＤがアクティブな期間の割合を表す。周期とは、ＬＥＤの信号がオンとオフのサイクルを完了するのにかかる時間である。

例：６０％のデューティサイクルの「オンタイム」は、１秒の何分の１か、および／または１日の何分の１か、および／または１週間の何分の１かであり得る。明らかに、割合は周期の長さ（秒、時間、日、週）に依存する。

したがって、ＬＥＤのデューティサイクルを使用して、ＬＥＤにおけるアクティブな信号の時間の割合を表すことができる。

制御プロトコルとは、通信規格のことである。これにより、（つまり、）アプリケーションプログラムおよび／またはコンピューティングデバイスがＬＥＤの制御プロトコル上でメッセージを交換できるようになる。

＜ＲＧＢ ＬＥＤ＞
ＲＧＢ ＬＥＤという用語は、１つのパッケージに３つのＬＥＤを組み合わせたものを意味する。

ＲＧＢ ＬＥＤは、赤色ＬＥＤ１つと緑色ＬＥＤ１つと青色ＬＥＤ１つを組み合わせた光源である。

一組のＲ、Ｇ、およびＢのＬＥＤを使用することで、ほぼすべての色の光を生成できる。

Ｒ、Ｇ、およびＢのＬＥＤを使用して、個々の赤色光、個々の緑色光、または個々の青色光を作ることができる。

各ＬＥＤ（赤、緑、青）の強度を設定すると、他のほぼすべての色も生成できる。

例：純粋な青色の光色が必要な場合、青色ＬＥＤがその最高強度で選択される。さらに、緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤが、それらの最低強度で追加される。

白色を生成するには、Ｒ、Ｇ、およびＢの３つのＬＥＤのすべてをほぼ同じ強度に設定する必要がある。

つまり、赤、青、または緑以外の色を作るには、利用可能なＲ、Ｇ、およびＢのＬＥＤ（赤、緑、青）を組み合わせて、それぞれの色（赤、緑、青）を異なる強度で使用する。

Ｒ、Ｇ、およびＢの各ＬＥＤの強度は、いわゆるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して調整できることは言うまでもない。ＰＷＭは、デジタル信号の一種を表す。ＰＷＭは、高度な制御回路を含むさまざまな用途で使用される。ＰＷＭ信号は、Ｒ、Ｇ、およびＢのＬＥＤの調光を制御するために一般的に使用される。

Ｒ、Ｇ、およびＢのＬＥＤが互いに非常に接近しているため、人間の目には、個々のＲ、Ｇ、およびＢのＬＥＤ（赤、緑、青）自体ではなく、Ｒ、Ｇ、およびＢのＬＥＤの組み合わせの結果が見える。

＜流体アニメーション＞
流体アニメーションという用語は、流体のリアルなアニメーションを生成するためのコンピュータグラフィック技術を指す。

流体のリアルなアニメーションは、水および／または煙を指す場合がある。

通常、流体アニメーションは、流体の質的な視覚的挙動を模倣することに重点を置いている。

厳密に正しい物理的結果はあまり重視されない。流体アニメーションは、さまざまなレベルの複雑さで実行できる。

複雑さのレベルは、映画（films and/or movies）または視覚効果のための高品質のアニメーションから、コンピュータゲームなどのリアルタイムアニメーションのための単純で高速なアニメーションまでさまざまである。

流体アニメーションは数値流体力学にも使用できることは言うまでもない。ここでは、流体アニメーションは主に視覚効果に使用される。

数値流体力学は、流体自体の研究を改善するための科学的な目的に使用することができる。

＜発明の実施形態＞
本発明の一実施形態によれば、ＬＥＤは、流体アニメーションの効果を得るためにマトリックス状に配置される。

本発明の別の実施形態によれば、ＬＥＤのマトリックスは、少なくとも２つのＬＥＤを含む。

本発明のさらなる実施形態によれば、ＬＥＤは、少なくとも２つのＬＥＤからなる帯として配置される。

本発明の別の実施形態では、ＬＥＤはプログラマブルＩＣによって駆動される。ＬＥＤは、複数のＩＣによって駆動することもできる。

本発明の別の実施形態によれば、ＬＥＤのドライバは、マイクロコントローラによって制御される。

本発明によれば、少なくとも２つの個々のＲＧＢ ＬＥＤからなるマトリックスを使用することができる。

これにより、ＲＧＢ ＬＥＤの数は、６４個のＲＧＢ ＬＥＤを含むマトリックスまで増やすことができる。

これらのＲＧＢ ＬＥＤを制御および／または操作するには、少なくとも１つのプログラマブルＩＣで十分である。

また、これらのＲＧＢ ＬＥＤのドライバの制御にマイクロコントローラを適用することもできる。

ＲＧＢ ＬＥＤのマトリックスは、流体アニメーションの効果を提供する。デューティサイクル制御プロトコルを使用してＲＧＢ ＬＥＤを制御すると、ＬＥＤシステムの従来の利点が維持される。

デューティサイクル制御プロトコルは、少なくとも２つのＲＧＢ ＬＥＤを個別に管理および／または制御する。

また、トランシーバーを使用してマスターモジュールと通信することもできる。

本発明を、概略回路図を用いてより詳細に説明する。
８つのＬＥＤの回路の概略図を示す。 ３つのＬＥＤの回路の概略図を示す。 ２つ以上のＬＥＤパッケージを含む概略図を示す。

図１では、ＬＥＤ１が、８つのＬＥＤ１のマトリックス２で示されている。

ＬＥＤ１は互いに並列３に配置されている。

コントローラ４はバッテリ５と通信する。コントローラ４は参照符号６で接地されている。

ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）は、参照符号７で示される。

各ＬＥＤ１は、いわゆるＭＯＳＦＥＴスイッチ８にそれぞれ接続されている。ＭＯＳＦＥＴスイッチ８は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。他のスイッチも使用できることは言うまでもない。

各ＭＯＳＦＥＴスイッチ８は、バッテリ５から電気エネルギーを引き出す。

さらに、各ＭＯＳＦＥＴスイッチ８はコントローラ４に接続されている。

図１では、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）７がコントローラ４に接続されている。

図２では、３つのＬＥＤ１が、ＬＥＤ１の２つの組９および１０のパッケージにおいて直列１１に配置されている。組９は１つのＬＥＤ１を含んでおり、組１０は２つのＬＥＤ１を示している。

図２は、コントローラ４がバッテリ５と通信することを示している。また、コントローラ４は参照符号６で接地されている。

ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）は、参照符号７で示されている。

図２では、ＬＥＤ１はＭＯＳＦＥＴスイッチ８に接続されている。しかしながら、上記ＬＥＤの組９（単一のＬＥＤ１を含む）では、単一のＬＥＤ１がＭＯＳＦＥＴスイッチ８に個別に接続されている。

上記ＬＥＤの組１０（一対の２つのＬＥＤ１を含む）において、２つのＬＥＤ１は、一対として１つのＭＯＳＦＥＴスイッチ８に接続されている。

図３は、ＬＥＤ１の２～ｎ個のパッケージ１３、１４が並列３に配置されている図を示す。

例として、図３は２つのパッケージ１３および１４を示し、各パッケージ１３、１４はそれぞれ個別のＬＥＤ１を含む。

例として、各パッケージ１３、１４は、１９２個のＬＥＤ１を含むことができる。パッケージ１３、１４ごとに別の数のＬＥＤ１を配置することもできることは言うまでもない。

図３の例では、ＬＥＤ１のパッケージ１３および１４は、並列３に配置されている。各パッケージ１３、１４は、それぞれ、８つのＬＥＤ１からなる縦の列１６を８列備えている。

ＬＥＤ１の各パッケージ１３、１４は、それぞれ、８つのＬＥＤ１からなる横の列１５を８列備えている。

多目的コネクタ１２は、バッテリ５からＭＯＳＦＥＴスイッチ８に電気エネルギーを供給する。

ＭＯＳＦＥＴスイッチ８は、バッテリ５から電気エネルギーを引き出し、いわゆる降圧レギュレータ１７が、ＭＯＳＦＥＴスイッチ８と多目的コネクタ１２との間に配置されている。

降圧レギュレータ１７は、ＤＣ（直流）からＤＣへの電力変換器であることが好ましい。降圧レギュレータ１７は、その入力（給電）からその出力（負荷）まで電圧値を降下させる。降圧レギュレータ１７は、ＬＥＤ１のパッケージ１３とＬＥＤ１のパッケージ１４との両方に使用される。

図３では、パッケージ１４をパッケージｎともいう。これにより、パッケージ１３とパッケージ１４（パッケージｎ）との間に、任意の数の追加のパッケージ１３、１４、…ｎを実装することができる。

多目的コネクタ１２は、参照符号６で接地される。

図３では、コントローラ相互接続ネットワーク（ＬＩＮ）１８が多目的コネクタ１２を２つのマイクロコントローラ１９に接続し、１つのマイクロコントローラ１９がＬＥＤ１のパッケージ１３、１４、…ｎごとに配置される。

各マイクロコントローラ１９は、汎用入出力（ＧＰＩＯ）２０を介して、それぞれのマイクロコントローラ１９がリンク２１によって割り当てられるパッケージ１３、１４のＭＯＳＦＥＴ８に接続される。

図３の例では、いくつかのリンク２１が、マイクロコントローラ１９をＬＥＤ１のそれぞれのパッケージ１３、１４、…、ｎにリンクする。

１ ＬＥＤ
２ マトリックス
３ 並列
４ コントローラ
５ バッテリ
６ 接地
７ ＬＩＮ
８ ＭＯＳＦＥＴ
９ ＬＥＤの組
１０ ＬＥＤの組
１１ 直列
１２ 多目的コネクタ
１３ ＬＥＤのパッケージ
１４ ＬＥＤのパッケージ
１５ ＬＥＤの横の列
１６ ＬＥＤの縦の列
１７ 降圧レギュレータ
１８ ＬＩＮ
１９ マイクロコントローラ
２０ 汎用入出力
２１ リンク

Claims (7)

1. ＬＥＤを駆動するための方法であって、
   前記ＬＥＤがマトリックス状に配置され、
   前記ＬＥＤがＲＧＢ ＬＥＤであり得、
   前記ＬＥＤがデューティサイクル制御プロトコルによって駆動される、方法。
2. 流体アニメーションの効果を得るために前記ＬＥＤがマトリックス状に配置される、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。
3. 前記ＬＥＤのマトリックスが少なくとも２つのＬＥＤを含む、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。
4. 前記ＬＥＤが、少なくとも、少なくとも２つのＬＥＤからなる１本の帯として、配置される、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。
5. 前記ＬＥＤがプログラマブルＩＣによって駆動される、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。
6. 前記ＬＥＤが複数のＩＣによって駆動される、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。
7. 前記ＬＥＤのドライバがマイクロコントローラによって制御される、請求項１に記載のＬＥＤを駆動するための方法。

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