JP4040747B2 - 発光輝度制御系に特徴を有する表示装置およびランプユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数のランプが配列されているランプユニットを多数ならべて表示画面を構成するタイプの表示装置に関し、とくに、各ランプの発光輝度を可変制御する回路技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
多数のLEDランプを行列配置したドットマトリクス型の表示装置が普及している。この種の表示装置のほとんどはダイナミック駆動方式を採用している。多数のLEDランプはいくつかのグループに区分され、各グループのLEDランプが順番に時分割駆動される。ある瞬間でみると、画面を構成する全部のドットのLEDランプが駆動されているわけではなく、あるグループに属するLEDランプのみが駆動されている。人間の目の残像効果に比して十分に高速に時分割駆動することで、画面全体が点灯しているように見える。
【0003】
また各LEDランプの輝度変化はいわゆるデューティ制御方式によっている。ランプ駆動回路は、十分に高い周波数の点滅パルス信号に同期して十分に短い周期でLEDランプを点滅駆動する。表示装置の輝度制御系は、点滅パルス信号のデューティ比を可変制御することで、LEDランプの発光輝度を変化させる。 ダイナミック駆動方式のドットマトリクス型の表示装置において、同時に点灯されるLEDランプの数をN個とすると、このN個のランプは共通の点滅パルス信号によって点灯駆動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、N個のランプが共通の点滅パルス信号によって同時に点灯駆動されるので、当然ながら、それに見合った容量の電源装置が必要になる。N個のランプを駆動するパルス電流が重畳されて電源装置に流れるので、きわめて振幅の大きな方形波パルスとなる。そのため電源装置から高レベルの高周波雑音が生じることとなり、有害な雑音を外部に漏洩しないための十分な対策が必要となる。
【0005】
この発明の目的は、多数のランプを同時に点灯駆動するとともにデューティ制御方式でランプの発光輝度を調整する表示装置において、ランプ駆動電力を時間的に平均化し、そのピーク値およびピーク持続時間をできるだけ低減するとともに、ランプを駆動する点滅パルス信号に起因する高周波雑音の輻射を低減することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る表示装置は、制御ユニットと、複数のランプユニットを備えた表示装置であって、制御ユニットは、ランプ発光輝度に対応するデューティ比に設定した高周波の指標パルス信号を生成して各ランプユニットに送信し、ランプユニットは、受信した指標パルス信号の周期をN/M倍に変換した高周波の点滅パルス信号を生成する分周逓倍回路と、この点滅パルス信号によりランプを点滅駆動させて指標パルス信号のデューティ比に対応したランプ発光輝度とするランプ駆動回路と、分周逓倍回路の分周逓倍値(N/M)をランプユニットごとに可変設定する手段を備えたことを特徴とする。
【0007】
第2発明に係る表示装置は、制御ユニットと、複数のランプユニットを備えた表示装置であって、制御ユニットは、ランプ発光輝度に対応する直流アナログ電圧値に設定した指標電圧信号を生成して各ランプユニットに送信し、ランプユニットは、振幅がほぼ一定の非方形波でランダムに周波数が変化する高周波ノイズ信号を発生するノイズ発生回路と、受信した指標電圧信号と高周波ノイズ信号とを電圧比較して指標電圧信号の電圧値に対応したデューティ比の高周波の点滅パルス信号を出力する電圧比較回路と、この点滅パルス信号によりランプを点滅駆動させて指標電圧信号の電圧値に対応したランプ発光輝度とするランプ駆動回路を備えたことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
===ランプユニットと表示画面===
図1(a)に示すように、細長いポール型ハウジングに沿って16個の高輝度LEDランプL1〜L16を密な間隔で直線状に配列して1本のポール型ランプユニットBiを構成する。図示の例では、32本のランプユニットB1〜B32を用意し、これらを疎な間隔でほぼ平行に配設する。32本のランプユニットB1〜B32からなる飛び飛びの縦列が横に帯状に連なり、密な16ドットの縦の並びと、疎な32ドットの横の並びによる(16×32)ドット構成の飛び飛びドット列の物理的画面を構成する。この実施例での32本のランプユニットB1〜B32の配列間隔は、1本のランプユニットBiにおける各LEDランプの縦の間隔の約4倍としている。
【0009】
図1(a)に示した飛び飛びドット列の物理的画面について、図1(b)に示すように、疎な32列の並びの列間隔部分にも各3本のドット列を仮想的に配置して、密な16ドットの縦方向の並びとほぼ同等なドット密度とした(16×125)ドット構成の均一的ドット分布の仮想的画面を想定する。つまり、隣り合う2本のランプユニットの間隔部分に3本のランプユニットが等間隔で並んでいるように仮定した画面のことを仮想的画面と称する。
【0010】
===スクロール表示の原理的動作===
(16×32)ドット構成の飛び飛びドット列の物理的画面と、(16×125)ドット構成の均一的ドット分布の仮想的画面と、この画面にスクロール表示しようとするビットマップ画像データの関係を図1(c)に示している。図1(c)の例では、「あいうえお」という5文字の画像を適当なスペースをあけて横方向にスクロール表示しようとしている。この例の文字フォントは(16×16)ドット構成である。
【0011】
表示しようとする5文字分の画像データが文字間のスペースも含めて、1列が16ドットで1行が125ドットのビットマップデータであるとする。この(16×125)ドットの画像データを、図1(c)に示すように、(16×125)ドット構成の均一的ドット分布の仮想的画面に展開して表示するものとする。実際の表示制御としては、125列分の画像データの中から飛び飛びに選択した32列分の画像データを32本のランプユニットB1〜B32に分配して、各列16ドットのデータに従って各ランプユニットBiにおける16個のランプL1〜L16を制御駆動する。
【0012】
125列分の画像データの中から32列分の画像データを飛び飛びに選択して32本のランプユニットB1〜B32に分配する制御において、飛び飛び選択の列間隔は、前記仮想的画面に分散配列されている各ランプユニットB1〜B32の配列間隔に対応して決まる。つまり図1の例では、画像データ中の4列ごとに1列を抽出して各ランプユニットB1〜B32に分配する。
【0013】
そして仮想的画面に展開するビットマップ画像データを行方向に移動させながら、前記のように飛び飛びに選択した画像データに従って各ランプユニットB1〜B32の各ランプL1〜L16を制御駆動するデータ処理を繰り返すことで、図1(c)に例示するように、仮想的画面を観察する人の視覚残像効果により1列が16ドットで1行が125ドットの密度のスクロールする画像を視認させる。
【0014】
===表示制御系の概要===
この発明のシステムのデータ処理系の全体的な概要を図2に示している。システムの中枢となるコンピュータ1としては一般的なパソコンを利用できる。コンピュータ1の拡張バスに専用のデータ転送回路2を結合している。このデータ転送回路2と32本のランプユニットB1〜B32が伝送ケーブル3でデイジーチエーン接続されている。コンピュータ1のメインメモリ上にスクロール表示処理のための画像メモリ11と転送バッファ12が設定される。また、コンピュータ1のハードディスク装置13にはスクロール表示の対象となる多数の画像データが蓄積されている。このコンピュータ1およびデータ転送回路2が前述の制御ユニットに相当する。また、図2では前述した電源ユニットについては表現を省略している。
【0015】
ランプユニットBiは、16ドット分のランプL1〜L16を駆動するランプ駆動回路4と、コンピュータ1からの画像データを中継転送するとともに自分宛の画像データを取り込んでランプ駆動回路4に供給するデータ処理回路5とを備える。データ処理回路5には入力端コネクタINと出力端コネクタOUTがあり、伝送ケーブル3のプラグがこのコネクタにはめ込まれて、各要素がデイジーチエーン接続される。
【0016】
===データ転送回路2から送出される信号===
ランプユニットBiにおけるランプ駆動回路4とデータ処理回路5の詳細を図3に示し、コンピュータ1のデータ転送回路2からデイジーチエーン接続された各ランプユニットB1〜B32に流される画像データおよび同期信号のタイミング関係を図4に示している。
1つのランプユニットBiに含まれる16個のランプL1〜L16はそれぞれRGBの集合ランプからなる多色発光可能なものである。この実施例では、RGB各1ビットの合計3ビットのデータで1つのランプを駆動するものとする。RGBの3ビットのセットが1ドット分の画像データである。
【0017】
データ転送回路2からは、点滅パルス信号BCKと、画像データと、ドット同期信号DCKと、ユニット同期信号UCKと、フレーム同期信号FCKとが送出される。ドット同期信号DCKの各クロックに同期して、1ドット分の3ビット並列の画像データが直列出力される。点滅パルス信号BCKは、たとえば100KHz程度の十分に高い周波数の方形波パルス信号であり、コンピュータ1のプログラム処理により点滅パルス信号BCKのデューティ比を可変制御することで、本表示装置の各ランプの発光輝度を調整する。
【0018】
ランプユニットBiに分配すべき16ドット分の画像データは連続して出力される。最初の16ドット分の画像データが第1のランプユニットB1宛てのデータであり、続く16ドット分の画像データが第2のランプユニットB2宛てのデータであり、さらに続く16ドット分の画像データが第3のランプユニットB3宛てのデータである、という具合に順次画像データとドット同期信号DCKが出力される。
【0019】
ドット同期信号DCKの16クロックごとにユニット同期信号UCKの1クロックが出力される。つまりユニット同期信号UCKは、直列出力される画像データの1ユニット分=16ドット分の区切りに同期したクロックである。
この実施例では32本のランプユニットB1〜B32で物理的画面を構成している。データ転送回路2からは、32本のランプユニットB1〜B32に分配すべき1画面分=32ユニット分の画像データを出力開始するときに、フレーム同期信号FCKの1クロックが出力される。つまりフレーム同期信号FCKは、直列出力される画像データの1画面分=32ユニット分の区切りに同期したクロックである。
【0020】
===ランプユニットBiにおける制御系===
図3に示すように、ランプユニットBiのランプ駆動回路4としては、16個のランプL1〜L16のそれぞれをRGBの3ビットのデータで駆動するドライバ41と、ドライバ41に16ドット分の画像データを与えるラッチ回路42と、直列転送されてきた16ドット分の画像データを取り込んで並列にしてラッチ回路42に与えるシフトレジスタ43とを備えている。
【0021】
また図3に詳しく示す回路構成により、ランプユニットBiのデータ処理回路5は、コンピュータ1からの画像データを中継転送するとともに自分宛の画像データを取り込む。
前段から入力される画像データは遅延回路51で若干遅延され、ドット同期信号DCKのタイミングでラッチ回路52にサンプリングされることで波形整形とタイミング調整が施され、ランプ駆動回路4のシフトレジスタ43のデータ入力となるとともに、後段に向けて出力される。
前段から入力されるドット同期信号DCKとフレーム同期信号FCKは、それぞれバッファ58とバッファ59を経て後段に向けて出力される。前段から入力されるユニット同期信号UCKは遅延回路61で若干遅延され、ドット同期信号DCKのタイミングでラッチ回路62にサンプリングされることで波形整形とタイミング調整が施され、この回路61と62を経たユニット同期信号UCKがアンドゲート55を経て後段に向けて出力される。
【0022】
前段からのフレーム同期信号FCKの立上りで2つのフリップフロップ53と54がリセットされる。前段からのユニット同期信号UCKの立上りで、2つのフリップフロップ53と54はそれぞれのD入力を読み込む。1段目のフリップフロップ53のD入力は常時“1”であり、これのQ出力が2段目のフリップフロップ54のD入力となっている。
したがって、フレーム同期信号FCKでリセットされてから、最初のユニット同期信号UCKが入力された時点で、フリップフロップ53はセットされ(Q出力が“1”となる)、フリップフロップ54はリセットのままである。
続いて2発目のユニット同期信号UCKが入力されると、フリップフロップ54もセットされて、そのQ出力が“1”となる。フリップフロップ53と54は一度セットされると、つぎのフレーム同期信号FCKが入力されるまでセットされたままである。
【0023】
前段からのユニット同期信号UCKは、アンドゲート55を経て後段に出力される。このアンドゲート55にはフリップフロップ54のQ出力がゲート信号として印加されている。フリップフロップ54は、前記のように、フレーム同期信号FCKの入力後の1発目のユニット同期信号UCKの入力時点ではリセットされたままであり、2発目のユニット同期信号UCKの立上りでセットされる。したがって、1発目のユニット同期信号UCKはアンドゲート55を通過せず、2発目以降のユニット同期信号UCKがアンドゲート55を通過して後段に出力される。
【0024】
また、フリップフロップ53のQ出力とフリップフロップ54の反転Q出力とがアンドゲート56で論理積をとられる。したがって、フレーム同期信号FCKの入力後の最初のユニット同期信号UCKの立上り時点から2発目の立上り時点までの期間だけ、アンドゲート56の出力が“1”となる。アンドゲート56の出力が“1”になると、前段からのドット同期信号DCKがアンドゲート57を通過してシフトレジスタ43のクロック入力端に印加される。このときのクロック入力に同期してラッチ回路52を経た画像データがシフトレジスタ43にシフト入力される。
【0025】
もう一度整理して説明する。前段からフレーム同期信号FCKが入力された後、前段から入力される最初のユニット同期信号UCKの立上り時点から2発目の立上り時点までの期間だけ、前段からのドット同期信号DCKがシフトレジスタ43に印加され、そのクロックに同期して前段からの画像データがシフトレジスタ43にシフト入力される。この期間には、ドット同期信号DCKの16クロックに同期して16ドット分=1ユニット分の画像データが前段から入ってきている。この1ユニット分の画像データがシフトレジスタ43に読み込まれる。
【0026】
ここで、コンピュータ1が発するフレーム同期信号FCKの間隔期間をフレームサイクルと呼ぶ。フレームサイクルにコンピュータ1から発せられる32発のユニット同期信号UCKについて、発生順にUCK1、UCK2、UCK3、……UCK32と呼ぶ。
コンピュータ1に一番近い1段目のランプユニットB1には、32発のユニット同期信号UCK1、UCK2、UCK3、……UCK32がすべて入力され、UCK1〜UCK2の期間に入力された1ユニット分の画像データがランプユニットB1のシフトレジスタ43に取り込まれる。
2段目のランプユニットB2に対しては、UCK1は伝達されず、UCK2、UCK3、UCK4、……UCK32が入力され、UCK2〜UCK3の期間に入力された1ユニット分の画像データがランプユニットB2のシフトレジスタ43に取り込まれる。
3段目のランプユニットB3に対しては、UCK2も伝達されず、UCK3、UCK4、UCK5、……UCK32が入力され、UCK3〜UCK4の期間に入力された1ユニット分の画像データがランプユニットB3のシフトレジスタ43に取り込まれる。
そして最終段のランプユニットB32に対しては、UCK32しか入力されず、UCK32の入力時点からつぎのフレームサイクルの冒頭のフレーム同期信号FCKの入力時点までの期間に入力された1ユニット分の画像データがランプユニット32のシフトレジスタ43に取り込まれる。
【0027】
以上のようにして、1フレームサイクル中にコンピュータ1から直列出力された1画面分=32ユニット分の画像データが、32本のランプユニットB1〜B32に順番に分配されて、それぞれのシフトレジスタ43に取り込まれる。そして、つぎのフレームサイクルの開始を告げるフレーム同期信号FCKがコンピュータ1から出力されると、全ランプユニットB1〜B32において、そのフレーム同期信号FCKがラッチ回路42のストローブ信号となり、シフトレジスタ43の画像データがラッチ回路42に読み込まれる。同時に、ランプL1〜L16はラッチ回路42に読み込まれた画像データに従って発光駆動される。
以上のフレームサイクルのデータ処理を高速で繰り返すことで、32本のランプユニットB1〜B32で構成された飛び飛びドット列の画面に、追跡補間式のスクロール表示が具現化する。
【0028】
図3の実施例においては、前段からの画像データを遅延回路51により若干遅延させ、ラッチ回路52によりドット同期信号DCKに合せてサンプリングすることで波形整形とタイミング調整を行っている。これにより多数のランプユニットをデイジーチエーン接続してシステムを構成しても、各ユニットによりデータが正しく中継転送されるとともに、各ユニットにて自分向けのデータを正しく受け取ることができる。
【0029】
===発光輝度制御系の参考例===
図2と図3に示すように、データ転送回路2から送出される点滅パルス信号BCKは、まずランプユニットB1に導入され、ユニットB1内の遅延回路65で1周期以下の適当な位相角分だけ遅延されて送出され、つぎのランプユニットB2に導入され、ユニットB2内の遅延回路65で同様に遅延されて送出され、つぎのランプユニットB3に導入される。このように全ランプユニットに対して少しずつ作為的に位相角を遅らせながら点滅パルス信号BCKを直列転送するシステム構成になっている。
【0030】
各ランプユニットBiにおいては、遅延回路65で遅延する前の点滅パルス信号BCKをドライバ41のイネーブル端子Enbに入力する。これで当該ユニットBiの16個のランプL1〜L16は、イネーブル端子Enbの入力される点滅パルス信号BCK(たとえは100KHz程度の方形波パルス)に同期して十分に短い周期で点滅駆動される。そしてコンピュータ1の制御により点滅パルス信号BCKのデューティ比を可変することで、各ランプユニットBiの発光輝度を適宜に調整できる。たとえば夜間と昼間とで表示輝度を変更するような操作を行う。
【0031】
この実施例の特徴は、各ランプユニット内の遅延回路65により少しずつ作為的に位相角を遅らせながら点滅パルス信号BCKを直列転送するシステム構成になっている点にある。これにより、32本の各ランプユニットBiにてランプ駆動に利用される点滅パルス信号BCKの位相角がユニット間でランダムに異なってくる。したがって、全ランプの駆動電流が一斉に流れる期間があっても、それは点滅パルス信号BCKの1パルス幅の中のごく僅かな時間となり、駆動電流の合計値は平均化される。そのため、ランプ駆動電流のピーク値およびピーク持続時間はともに小さくなり、電源ユニット(図示省略)の容量を小さくすることができ、またランプ駆動電流パルスに起因する高周波雑音の輻射を低減できる。
【0032】
点滅パルス信号BCKを適当に位相遅延するための遅延回路65は、図5(a)の例のように抵抗やコンデンサを遅延要素とするアナログ回路に波形整形用のコンパレータを組み合わせた構成や、図5(b)の例のように発振回路とフリップフロップを組み合わせたデジタル回路の構成など、いろいろに実施できる。
【0033】
===この発明の実施例===
この発明の1つの実施例の要点だけを図6に示している。この実施例においては、制御ユニットからは前記デューティ規定信号としてデューティ比を任意に可変設定した指標パルス信号Pdが送出される。各ランプユニットにはこの指標パルス信号Pdが共通に入力される。個々のランプユニットにおいては、入力された指標パルス信号Pdの周期を分周逓倍回路でN/M倍に変換し、その変換した信号を自ユニットの点滅パルス信号として前記ドライバのイネーブル端子に入力する。分周逓倍回路における整数値NおよびMはプログラマブルであり、各ユニットにて適当な値を設定する。そうすることで、各ランプユニットでランプ駆動に利用される点滅パルス信号の周期および位相がばらばらになり、ランプ駆動電力が平均化される効果は先の実施例と同じである。制御ユニットが指標パルス信号Pdのデューティ比を変えれば、これの周期をN/M倍に変換した点滅パルス信号のデューティ比も同じに変わるので、デューティ制御により表示輝度を調整する機能は同じである。
【0034】
別の実施例の要点だけを図7に示している。この実施例においては、制御ユニットからは前記デューティ規定信号として直流アナログ電圧でデューティ比を表現した指標電圧信号Vdが送出される。あるランプユニットに入力された指標電圧信号Vdはバッファを介して次段のランプユニットに向けて出力されるとともに、電圧比較回路にも入力される。この電圧比較回路の他方の入力にはノイズ発生回路の出力が印加される。ノイズ発生回路は、所定範囲内でランダムに周波数が変化するほぼ一定振幅の非方形波信号(ノイズ波形とする)を出力する。電圧比較回路は、このノイズ波形を指標電圧信号Vdをしきい値として2値化し、ランダムに周期が変化する方形波信号で、かつデューティ比が指標電圧信号Vdに比例する方形波信号が出力される。この方形波信号が自ユニットの点滅パルス信号となり、自ユニットのランプ駆動に利用される。各ランプユニットにてランダムに周期変化する点滅パルス信号が生成されるので、全体としてのランプ駆動電力が平均化されるし、有害な不要輻射も大幅に低減する。もちろん指標電圧信号Vdの値を変えることで各ランプユニットにおける点滅パルス信号のデューティ比が変わるので、デューティ制御により表示輝度を調整する機能は同じである。
【0035】
【発明の効果】
この発明によれば、多数の各ランプユニットにてランプ駆動に利用される点滅パルス信号の位相角や周期がユニット間でランダムに異なってくる。したがって、全ランプの駆動電流が一斉に流れる期間があっても、それは点滅パルス信号の1パルス幅の中のごく僅かな時間となり、駆動電流の合計値は平均化される。そのため、ランプ駆動電流のピーク値およびピーク持続時間はともに小さくなり、電源ユニット(図示省略)の容量を小さくすることができ、またランプ駆動電流パルスに起因する高周波雑音の輻射を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例における物理的画面(a)と仮想的画面(b)とスクロール表示画面(c)の模式図である。
【図2】 この発明の一実施例システムのデータ処理系の全体的な概要を示す図である。
【図3】 この発明の一実施例による1本のランプユニットの回路構成を示す図である。
【図4】 同上実施例においてデータ転送回路からデイジーチエーン接続されたランプユニットに向けて出力される信号のタイミングチャートである。
【図5】 同上実施例における遅延回路65の2つの構成例を示す図である(参考例)。
【図6】 第1発明の実施例の要点だけを示す図である。
【図7】 第2発明の実施例の要点だけを示す図である。
【符号の説明】
L1〜L16 LED集合ランプ
Bi、B1〜B32 ポール型ランプユニット
Claims (1)
- 制御ユニットと、複数のランプユニットを備えた表示装置であって、
制御ユニットは、ランプ発光輝度に対応するデューティ比に設定した高周波の指標パルス信号を生成して各ランプユニットに送信し、
ランプユニットは、受信した指標パルス信号の周期をN/M倍に変換した高周波の点滅パルス信号を生成する分周逓倍回路と、この点滅パルス信号によりランプを点滅駆動させて指標パルス信号のデューティ比に対応したランプ発光輝度とするランプ駆動回路と、分周逓倍回路の分周逓倍値(N/M)をランプユニットごとに可変設定する手段を備えた
表示装置。
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