JP2917814B2 - マルチカラーのｌｅｄディスプレイユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異なる発光色のＬＥＤ
を組み合わせ、各ＬＥＤの発光出力を調整して、マルチ
カラーを表示するＬＥＤディスプレイユニットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】赤、青、緑のＬＥＤを使用して、フルカ
ラーのＬＥＤディスプレイユニットを実現できる。この
ＬＥＤディスプレイユニットは、発光色を赤、青、緑と
する３種のＬＥＤを互いに接近して配列して１ドットを
表示する。この構造のＬＥＤディスプレイユニットは、
赤、青、緑のＬＥＤの発光輝度を調整して、発光色を変
更している。

【０００３】この構造のマルチカラーのＬＥＤディスプ
レイユニットは、ＬＥＤを一定の周期で点滅させる点灯
回路を備える。点灯回路がＬＥＤを点滅する周期は、ち
らつきを防止するために４０Ｈｚよりも高く、たとえば
約１００Ｈｚに調整される。点滅周期を１００Ｈｚとす
ると、ＬＥＤは１秒に１００回点滅される。この点灯回
路は、ＬＥＤを点灯する時間を調整して発光輝度を調整
できる。ＬＥＤの１回の点灯時間を長くすると目には明
るく感じられ、点灯時間を短くすると暗く感じられる。

【０００４】点灯回路は入力される階調データにしたが
ってＬＥＤの点灯時間を決定する。ＬＥＤの点灯時間を
特定するために、点灯回路は、入力される階調データに
相当するパルスを出力するパルス幅変調回路を備える。
パルス幅変調回路の出力パルスは、ＬＥＤを点灯するＬ
ＥＤ駆動回路に入力され、ＬＥＤ駆動回路がスイッチン
グしてＬＥＤを点滅させる。パルス幅変調回路に入力さ
れる階調データは、ＬＥＤの発光出力を特定するための
データである。パルス幅変調回路は、入力される階調デ
ータに対応して出力パルス幅を変調する。パルス幅変調
回路は、入力される階調データに比例した時間幅のパル
スを出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この構造のマルチカラ
ーのＬＥＤディスプレイユニットは、点灯回路が各ＬＥ
Ｄの発光時間を調整して、目に感じる発光色と発光輝度
とを調整できる。したがって、発光色を赤、青、緑とす
るＬＥＤで１ドットを表示し、各ＬＥＤの発光時間を調
整してフルカラーの表示ができる。

【０００６】しかしながら、この構造のマルチカラーの
ＬＥＤディスプレイユニットは、入力される階調データ
に対応した時間でＬＥＤを発光させるにもかかわらず、
良好なグレースケールとすることができず、あるいはＬ
ＥＤを明るく点灯させる状態で目に感じる輝度が飽和し
てしまう欠点がある。人間の視覚は、聴覚や臭覚などの
他の感覚器官と同様に指数関数的な知覚機能を有するこ
とが理由である。この弊害を防止するためには、パルス
幅変調回路から出力されるパルスを、さらに変調して視
覚補正することによって解消できる。たとえば、パルス
幅変調回路の出力パルスを、振幅変調回路で振幅変調
し、ＬＥＤを点灯するときの電流を調整することによっ
て解消できる。振幅変調回路は、入力されるパルスの時
間幅が狭いときに振幅を小さく、大きいときに振幅が大
きくなるように変調する。このように、階調データでパ
ルスを幅変調し、さらにパルス幅で振幅変調することに
よって、良好なグレースケールとすることができる。し
かしながら、このことを実現する点灯回路は、回路構成
が複雑になって部品コストと組立コストとが高くなる欠
点がある。

【０００７】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡
単な回路構成で目に感じる輝度飽和を解消し、さらに好
ましいグレースケールを実現することも可能であるマル
チカラーのＬＥＤディスプレイユニットを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のマルチカラーの
ＬＥＤディスプレイユニットは、前述の目的を達成する
ために下記の構成を備える。ＬＥＤディスプレイユニッ
トは、複数のカラー表示をするために、互いに接近して
配設されている発光色の異なる複数個のＬＥＤと、各Ｌ
ＥＤを点滅させて発光色と明るさとを調整するＬＥＤの
点灯回路とを備える。

【０００９】ＬＥＤの点灯回路は、入力される階調デー
タに相当するパルスを出力するパルス幅変調回路と、こ
のパルス幅変調回路の出力パルスでＬＥＤを点灯するＬ
ＥＤ駆動回路とを備える。パルス幅変調回路は、入力さ
れる階調データに対して出力パルス幅を非線形に変調す
る。

【００１０】パルス幅変調回路は、好ましくは図１に示
すように、階調データが小さい領域ではパルス幅を狭
く、階調データが大きい領域では広く補正する。図１に
おいて、階調データをｘ、パルス幅をｙとするとき、階
調データｘに対するパルス幅ｙは、ｙ＝ａｘⁿの関数で
現されるように決定される。ただし、この式においてｎ
の値は１．５〜３．５、好ましくは２〜３、さらに好ま
しくは約２．２に決定される。

【００１１】 特に、本発明のＬＥＤディスプレイユニ
ットは、パルス幅変調回路を、計数値に応じて複数の周
期のパルスから１つのパルスを選択して計数する非線形
カウンターと、この非線形カウンターから出力される信
号を階調データに比較して出力を反転させてパルスを出
力するコンパレータとで構成する。この構成のパルス幅
変調回路は、コンパレータを反転させるまでの時間、す
なわちパルス幅を階調データで変調する。非線形カウン
ターは計数値に応じて複数の周期のパルスから１つのパ
ルスを選択してノンリニアにカウントするので、コンパ
レータが出力するパルス幅は、階調データに対して非線
形となる。

【００１２】

【作用】本発明のマルチカラーのＬＥＤディスプレイユ
ニットは、入力される階調データをパルス幅変調回路で
もって非線形なパルス幅のパルスに変換する。パルス幅
変調回路の出力パルスは、ＬＥＤ駆動回路に入力され
る。ＬＥＤ駆動回路は入力されるパルスでスイッチング
されてＬＥＤを点滅させる。ＬＥＤ駆動回路はパルスが
入力されたときにオン状態となってＬＥＤを点灯する。
したがって、パルス幅が広くなるとＬＥＤの点灯時間が
長くなり、反対にパルス幅が狭くなるとＬＥＤの点灯時
間が短くなる。パルス幅変調回路は、入力される階調デ
ータに比例して、すなわちリニアにパルス幅を変調しな
い。入力される階調データに対して非線形、すなわちノ
ンリニアにパルス幅を変調する。パルス幅変調回路は、
図１の実線で示すように階調データが小さいときには、
破線で示すリニアな状態よりもパルス幅を小さく、階調
データが大きいときにリニアな状態よりもパルス幅を大
きくする。刺激値の変化量が、暗いときに高く、明るく
なると低下するからである。本発明のマルチカラーのＬ
ＥＤディスプレイユニットは、以上のように、パルス幅
変調回路で入力される階調データを非線形に変調して、
視感度に最適な状態に補正でき、しかもグレースケール
とすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するためのＬＥＤディスプレイユニットを例示
するものであって、本発明はＬＥＤディスプレイユニッ
トを下記のものに特定しない。

【００１４】図２に示すマルチカラーのＬＥＤディスプ
レイユニットは、互いに接近して配設される赤、青、緑
の発光色のＬＥＤと、各ＬＥＤを点滅して発光色と明る
さとを調整するＬＥＤの点灯回路とを備える。ＬＥＤ
は、発光色を赤、青、緑とする３個を互いに接近して配
設している。このＬＥＤディスプレイユニットは、赤、
青、緑に発光する３個のＬＥＤの発光時間、すなわち発
光輝度を調整してフルカラーに１ドットを表示する。多
数のＬＥＤは図３に示すようにマトリクスに接続されて
いる。

【００１５】点灯回路は、入力される階調データに相当
するパルスを出力するパルス幅変調回路２と、このパル
ス幅変調回路２の出力パルスでＬＥＤを点灯するＬＥＤ
駆動回路３とを備える。ＬＥＤ駆動回路３は、ＬＥＤを
横に接続しているコモンラインを一定の周期で切り替え
る走査ドライバー３ａと、パルス幅変調回路２に制御さ
れて縦に接続したＬＥＤを、階調データに対応したパル
ス幅で点灯する階調ドライバー３ｂとを備える。図３に
示すＬＥＤディスプレイユニットは、走査ドライバー３
ａと階調ドライバー３ｂの両方を電源８に接続してＬＥ
Ｄを点灯する。

【００１６】走査ドライバー３ａは、各列のＬＥＤを順
番に切り替えて電源に接続する。走査ドライバー３ａ
は、点滅させるＬＥＤのちらつきを防止するために、図
に示すように、４列のコモンラインを例えば１００Ｈｚ
の周期で切り替える。１００Ｈｚで４列のコモンライン
を切り替える切換回路は、１列の点灯時間が２．５ｍ秒
となる。

【００１７】階調ドライバー３ｂは、複数のスイッチン
グ素子３ｓを内蔵している。スイッチング素子３ｓがオ
ンになると、コモンラインを電源に接続している列のＬ
ＥＤを点灯させる。スイッチング素子３ｓのオン時間
は、ＬＥＤの明るさを調整する。スイッチング素子３ｓ
がオンになると、ＬＥＤは一定の電流が流されて発光す
る。ＬＥＤを暗く発光させるには、スイッチング素子３
ｓのオン時間を短くして点灯時間を短くし、明るく発光
させるにはスイッチング素子３ｓのオン時間を長くして
点灯時間を長くする。

【００１８】階調ドライバー３ｂは、パルス幅変調回路
２の出力で、それぞれのスイッチング素子３ｓのオン時
間を制御して、発光させるＬＥＤの明るさを調整する。
スイッチング素子３ｓをオンオフするために、パルス幅
変調回路２は所定の時間幅のパルスを出力する。複数の
スイッチング素子３ｓは、パルス幅変調回路２の出力で
並列処理される。したがって、各行に接続されたスイッ
チング素子３ｓは、パルス幅変調回路２から出力される
パルス信号で、オンになる時間が調整される。

【００１９】階調ドライバー３ｂは、走査ドライバー３
ａで電源に接続された列のＬＥＤを、階調データに相当
する時間点灯し、走査ドライバー３ａが次の列に切り替
えられると、次々と各列のＬＥＤを所定時間点灯する。
したがって、階調ドライバー３ｂは、走査ドライバー３
ａに同期してスイッチング素子３ｓをオンオフし、次々
と全てのＬＥＤを決められた時間点灯して所定の輝度で
発光させる。

【００２０】このように、走査ドライバー３ａと階調ド
ライバー３ｂとで各色のＬＥＤを入力される階調データ
に応じた時間発光させて、ＬＥＤの明暗を生じさせる
と、その積数だけの色表現が可能になる。

【００２１】パルス変調回路２は、入力される階調デー
タを所定の時間幅のパルスに変換する。パルス変調回路
２は、入力される階調データを一次的に記憶する記憶回
路１を入力側に接続している。記憶回路１は、ＬＥＤデ
ィスプレイユニットの外部より、そのつど階調データが
入力される。パルス幅変調回路２は、記憶回路１から入
力される階調データに応じて、パルス幅をノンリニアに
変調する非線形のパルス幅変調回路である。

【００２２】図４は記憶回路１と、非線形のパルス変調
回路２と、ＬＥＤ駆動回路３とを示す。この図に示す記
憶回路１は、ＬＥＤディスプレイコントローラー等の外
部装置より順次送り込まれる８ビット階調データを所定
の列アドレスに格納し、ラッチすることができる。図に
おいて４は、そのためのメモリであり、８ビット×１６
で構成されている。５は、１行分１６ドットの階調デー
タを、パラレル同時に非線形のパルス幅変調回路に出力
するためのバッファメモリ５である。メモリ４及びバッ
ファメモリ５で構成される記憶回路は、８ビット１６ド
ット分のシフトレジスタ及びラッチ回路によっても同様
に構成することができる。この記憶回路は、順番に入力
される階調データを一時的にメモリ４に記憶する。メモ
リ４の記憶値はバッファメモリ５に出力され、バッファ
メモリ５は記憶する階調データを同時に非線形のパルス
幅変調回路に出力する。

【００２３】２は、非線形のパルス幅変調回路であり、
非線形カウンター６と、デジタルコンパレータ７により
構成されるデジタルモノマルチである。非線形カウンタ
ー６は、８ビットのバイナリーカウンターであり、行ラ
ッチパルスにより、リセットが解除され、計数をスター
トさせる。デジタルコンパレータ７は８ビットのマグニ
チュードコンパレータであり、１６ビット分用意されて
いる。

【００２４】全てのデジタルコンパレータ７の一方の入
力側には、非線形カウンター６の計数値である８ビット
バイナリー信号が入力されている。コンパレータのもう
一方の入力側には、バッファメモリ５より、１６ドット
分の８ビット階調データが各々入力される。各々のデジ
タルコンパレータ７は、非線形カウンター６から入力さ
れる計数値を、バッファメモリから入力される階調デー
タに比較する。非線形カウンターから出力される計数値
は、時間が経過するにしたがって大きくなる。デジタル
コンパレータ７は、非線形カウンター６からの出力をバ
ッファメモリの出力である階調データに比較し、両者が
一致したところで、計数をスタートさせた時点でセット
されていた出力を反転させてパルスを出力する。デジタ
ルコンパレータ７から出力されるパルスの時間幅は、階
調データが大きいほど長くなる。非線形カウンター６か
ら出力される計数値が大きくならないと、デジタルコン
パレータ７の出力が反転しないからである。

【００２５】非線形カウンター６は、時間に対してリニ
アには計数せず、非直線的にカウントする。非線形カウ
ンターは、カウントを開始した最初には早く、時間が経
過するにしたがって、カウントするのが遅くなる。デジ
タルコンパレータ７が階調データを非線形のパルス幅に
変調するためである。デジタルコンパレータは、時間に
対してリニアにカウントするカウンターから計数値が入
力されると、入力される階調データに対して直線的にパ
ルスを幅変調する。これに対して、非線形カウンター６
からノンリニアな計数値が入力されと、デジタルコンパ
レータ７は階調データを非直線的にパルスを幅変調す
る。

【００２６】図５の実線は、時間に対してノンリニアに
カウントする非線形カウンターの計数値を示し、破線は
時間に対してリニアにカウントするカウンターの計数値
を示す。この図において、計数値がＡ１となる時間は、
非線形カウンターが時間Ｔ１、線形カウンターはＴ２と
なる。すなわち、非線形カウンターは線形カウンターよ
りも時間が短い。デジタルコンパレータは、非線形カウ
ンターと階調データとを比較して、両者が同じになった
ときに出力を反転する。すなわち、リセットされてから
両入力が同じになるまでの時間幅のパルスを出力する。
たとえば、デジタルコンパレータにレベルがＡ１である
階調データが入力されると、非線形カウンターを接続し
た非線形のパルス幅変調回路は時間Ｔ１のパルスを出力
し、線形カウンターを接続したパルス幅変調回路は時間
Ｔ２のパルスを出力する。非線形カウンターを接続した
非線形のパルス幅変調回路は、時間幅の短いパルスを出
力する。

【００２７】しかしながら、非線形のパルス幅変調回路
に、大レベルのＡ２の階調データが入力されると、非線
形カウンターの計数値がこのレベルになるまでは、リニ
アにカウントするよりも時間がかかり、時間幅の広いパ
ルスを出力する。すなわち、図５に示すように、最初に
速くカウントし、次第にカウントを遅くする非線形カウ
ンターを接続したデジタルコンパレータは、図１に示す
ように、階調データに対して出力パルスの時間幅を非線
形に変調して出力する。

【００２８】デジタルコンパレータ７から出力されるパ
ルス信号は、ＬＥＤ駆動回路３である階調ドライバー３
ｂに入力される。ＬＥＤ駆動回路３は、非線形のパルス
幅変調回路２から出力されるパルスが入力されて、ＬＥ
Ｄを点滅させるためにエネーブル端子を備えている。

【００２９】図６は、時間に対して非直線的にカウント
する非線形カウンターの具体的なブロック線図である。
この図の非線形カウンター６は、パルスジェネレータ９
により、Ｐ₀〜Ｐ₁₅の計１６種類のカウントパルスが用
意されている。４→１６デコーダー１１は、１２バイナ
リーカウンターの上位４ビットから前記１６種類のカウ
ントパルスを選択する選択信号を発生するためのデコー
ダー回路である。

【００３０】１０は前記選択信号により、１６種類のカ
ウントパルスから１つをセレクトして１２バイナーカウ
ンターに入力する選択回路である。

【００３１】この図の非線形カウンター６はノンリニア
にカウントして計数値をデジタルコンパレータに出力す
る。この図の非線形カウンターを接続したデジタルコン
パレータは、図１の破線で示すように、階調データｘに
対するパルス幅ｙのパルスを出力する。この図の破線で
示す曲線は、実線で示すｙ＝ｎ^2.2を１６本の折れ線で
近似することができる。

【００３２】図７は、別の回路構成の非線形のパルス幅
変調回路の実施例である。この図において、１４は２５
６×１６のＲＡＭより構成されており、１×２５６ビッ
トのメモリに、２５６階調の１ドット分の階調パルスの
形状が書き込まれており、１５のリードアドレスカウン
ターにより、シリアルに読み出すことにより、変調パル
スを出力する。１５のリードアドレスカウンターは、非
線形カウンターで構成されている。パルス形状は０番地
より、階調データに応じたアドレスまで１が続き、残り
は、０にセットさせている。この回路は、アドレスカウ
ンターのカウントパルス幅がアドレス値に対して非線形
であるので、読み出されたパルス幅も階調データに対し
て、非線形に変化することになる。

【００３３】図３のＬＥＤディスプレイユニットは、
赤、青、緑のＬＥＤを単一の非線形のパルス幅変調回路
で順番に切り替えて点滅しているので回路を簡単にでき
る特長がある。ただ、マルチカラーのＬＥＤディスプレ
イユニットは、図８に示すように、非線形のパルス幅変
調回路２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを、赤、緑、青の各色ＬＥＤに
専用回路とすることもできる。赤、青、緑に専用の非線
形のパルス幅変調回路は、単一の非線形カウンター６か
ら計数値を入力することができる。３色ＬＥＤドットマ
トリックスのドット数が多くなっても、非線形カウンタ
ー６は、計数値の出力ファンアウト数だけのテジタルコ
ンパレータを接続できる。

【００３４】以上のように、非線形カウンターを用いた
非線形パルス幅変調回路は、簡単な回路として、ＬＥＤ
を視覚的に連続して明るさを変化してカラー表示できる
特長がある。

【００３５】特に、３色ＬＥＤチップを１ドットとした
マルチカラーＬＥＤドットマトリックスの場合、各ドッ
トの階調データを８ビットとし、共通のデジタルモノマ
ルチのカウンターやアドレスカウンター部で非線形回路
を構成して、箇々の回路を増加させることなく、全てを
デジタル回路で構成して簡単にＩＣ化が可能となる。ま
た、図３に示すようにダイナミック駆動回路と併用し
て、マルチカラードットマトリックスユニットのＬＥＤ
駆動回路３を小型化できる。

【００３６】さらに、非線形カウンターを使用する非線
形のパルス幅変調回路は、非線形カーブをパルスジュネ
レータの各パルス幅の設定により変更することが可能で
あり、パルスジェネレータをプログラマブルカウンター
にしておけば、外部によりその設定値を最適化すること
も可能である。

【００３７】さらに、非線形カウンターは、各色ＬＥＤ
毎に設け、色混合比を最適に設定することも可能であ
る。

【００３８】さらにまた、図１の破線で示すように、非
線形カーブを近似させる折れ線の数は、必要に応じてカ
ウントパルスの数で決めればよい。例えば、４本でよけ
れば４種類のカウントパレスを用意するだけでよく、非
線形カウンター回路の規模を節約することができる。

【００３９】さらに本実施例では、階調データを８ビッ
トとしたが、４ビットあるいはそれ以外でもよく、ビッ
ト数が少ない程、回路規模を節約することが可能であ
る。

【００４０】しかし、本発明によれば映像表現に十分と
言われる８ビット階調を簡単に、しかも忠実に再現する
ことが可能であり、ＬＥＤディスプレイのフルカラー化
に大きく寄与することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明のマルチカラーのＬＥＤディスプ
レイユニットは、非線形のパルス幅変調回路で階調デー
タを非線形的にパルス幅変調しているので、簡単な回路
でＬＥＤを視覚的に連続する明るさに点灯させて輝度飽
和を効果的に防止でき、しかも良好なグレースケールと
することができる特長がある。とくに、本発明のマルチ
カラーのＬＥＤディスプレイユニットは、非線形のパル
ス幅変調回路で階調データを非線形にパルス変調し、非
線形のパルス幅変調回路から出力されるパルスでＬＥＤ
の点灯時間を制御して目に感じる明るさを補正するの
で、極めて簡単な回路で、ＬＥＤの明るさを視感度に最
適な状態に補正して、良好なグレースケールとすること
ができる特長を実現する。

【００４２】 また、階調データに対してパルス幅を非
線形に変調するパルス幅変調回路を、計数値に応じて複
数の周期のパルスから１つのパルスを選択して計数する
非線形カウンターと、この非線形カウンターからの出力
を階調データに比較して出力を反転させるコンパレータ
とで構成するので、非線形のパルス幅変調回路を簡単な
回路構成とすることができる特長がある。さらに、非線
形カウンターのカウント時間を変更して、階調データの
変調ゲインを簡単に最適値に調整できる特長もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＥＤディスプレイユニットに装備さ
れる非線形のパルス幅変調回路が階調データをパルス幅
に変調する関係を示すグラフ

【図２】本発明の実施例にかかるＬＥＤディスプレイユ
ニットのＬＥＤの配列を示す正面図

【図３】図２に示すＬＥＤディスプレイユニットの点灯
回路を示すブロック線図

【図４】図３に示す点灯回路のブロック線図

【図５】図４に示す非線形カウンターの時間に対する計
数値を示すグラフ

【図６】図４に示す非線形カウンターのブロック線図

【図７】本発明の他の実施例にかかる非線形のパルス幅
変調回路のブロック線図

【図８】本発明の他の実施例にかかる点灯回路のブロッ
ク線図

【符号の説明】

１…記憶回路 ２…パルス幅変調回路 ３…ＬＥＤ駆動回路 ３ａ…走査ドライバー ３ｂ…
階調ドライバー ３ｓ…スイッチング素子 ４…メモリ ５…バッファメモリ ６…非線形カウンター ７…デジタルコンパレータ ８…電源 ９…パルスゼネレータ １０…選択回路 １１…４→１６デコーダー １２…バイナリーカウンター １３…記憶回路 １４…ＲＡＭ １５…リードアドレスカウンター

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに接近して配設される発光色の異な
   る複数個のＬＥＤと、各ＬＥＤを点滅して発光色と明る
   さとを調整するＬＥＤの点灯回路とを備えるマルチカラ
   ーのＬＥＤディスプレイユニットにおいて、 ＬＥＤの点灯回路が、入力される階調デー夕に相当する
   パルスを出力するパルス幅変調回路と、このパルス幅変
   調回路の出力パルスでＬＥＤを点灯するＬＥＤ駆動回路
   とを備え、パルス幅変調回路は、計数値に応じて複数の
   周期のパルスから１つのパルスを選択して計数する非線
   形カウンターと、この非線形カウンターから出力される
   信号を階調データに比較して出力を反転させてパルスを
   出力するコンパレータとを備え、パルス幅変調回路が入
   力される階調データに対して出力パルス幅を非線形に変
   調することを特徴とするマルチカラーのＬＥＤデイスプ
   レイユニット。