JP4366368B2

JP4366368B2 - 発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造及び方法

Info

Publication number: JP4366368B2
Application number: JP2006065122A
Authority: JP
Inventors: 士庭張
Original assignee: 盛群半導体股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007242979A

Description

本発明は一種の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造及び方法に関する。特に、使用者が定義する振幅調節（Amplitude Modulation、AM）のパルス幅調節（Pulse Width Modulation、PWM）を利用した発光ダイオードのグレイスケール（Grey scale)表示、即ち、絵素が連続的に変化可能な表示機能を向上させる構造及び方法に係る。

電子産業の進歩に連れて多くの警告表示、動画或いは広告製品に発光ダイオード（LED）が応用され、製造されるようになっている。新たな動画を具えた信号機、大型LEDにより構成する広告看板などは発光ダイオードの応用に適した分野で、高輝度、長寿命、超大型の看板を製作可能等の長所があるため、広く応用され、開発が行われている。
伝統的なネオン板（Electro Luminescence、EL）の絵素が連続的に変化可能であるグレイスケール(Grey scale)制御技術において、パルス幅調節（Pulse Width Modulation、PWM）は最も歓迎され、かつ広く見られる方法である。その原因はパルス幅調節の制御方法がデジタル制御であり、制御の精度において、電流アナログを利用する調節方法に比べ優れており、かつ該パルス幅調節技術の成熟に連れて、該制御方法に必要な費用も低廉化しているからである。
図１の公知のパルス幅調節技術方法の発光ダイオードの制御電流に対する理想出力図に示すように、該図形の横座標は時間で、かつ縱座標は電流値ある。該パルス幅調節の方法は多くはリニアの制御方法で、それはN個のグレイスケールシステムを利用し、点灯（Light On）の区域をN-1等分に分割する。グレイスケールの設定が1時（第一区域10）である時、一段階（Step）時間の電流を出力する。但し、実際の作動においては、電気特性の反応は図１に表示するようには完璧ではない。

続いて、図２の公知のパルス幅調節技術方法の発光ダイオードの制御電流に対する実際の出力図に示すように、固定電流源（Constant Current Source）は初期段階では、ネオン板充電に対して上昇時間（Rising Time）を生じる。該上昇時間はグレイスケール設定中に形成され、本来は均等面積であるべき第一区域21及び第二区域23は異なる位置の状況を生じる。その第一グレイスケール曲線22は該第一区域21の面積を縮小させ、この問題はグレイスケール設定が2段階である時の通電量に影響を及ぼし、1段階の2倍とはならない。これでは、グレイスケール設定のリニアは失われてしまい、該第一区域21の上昇時間はネオン板の静電容量値及び抵抗値により決定され、さらには各異なるネオン板は皆異なるグレイスケール状態を呈するため、効能に対する制御は非常に困難となる。
さらに、図３の公知の予め充電する方法を利用し発光ダイオードに対して制御する電流出力図に示すように、上述の問題を改善するために、予め充電（Pre-Charge）する方式により解決する方法が開発されたが、その具体的な方法は比較的高電圧を利用し予め充電する方法で、第一グレイスケール曲線33は上昇時間が短縮される。この方法は第一区域31及び第二区域32の面積接近を解決することにより、上昇時間が生み出す問題を解決することはできるが、過度に高いプレ充電方法はELの点灯を早くしてしまう。これによりグレイスケールが1段階である時、点灯してしまう程度は第一区域31だけでなく、第三区域34に第一区域31も加わり、第1段階のグレイスケール曲線33が形成する輝度は明るすぎる状況を生じる。
特許第２９３８９５６号公報

公知構造には以下の欠点があった。
すなわち、公知のグレイスケール制御技術の内最も普及しているパルス幅調節方法では点灯初期の上昇時間はネオン板の静電容量値及び抵抗値により決定され、さらに各ネオン板はそれぞれ異なるグレイスケール状態を呈するため、効能に対する制御が非常に困難である。
また、別の公知技術であるプレ充電の方法では過度に高いプレ充電方法がELの点灯を早くしてしまい、点灯初期のグレイスケール曲線が形成する輝度は明る過ぎてしまう。
本発明は、上記構造の問題点を鑑みてなされたもので、公知のPWM技術方法が発光ダイオードの制御電流が初期段階において理想的ではないという問題を解決可能する発光ダイオードのグレイスケール（Grey scale)、即ち、連続的なトーンの表示機能を向上させる構造及び方法を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、主に発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造及び方法を提供し、使用者が定義する振幅調節（Amplitude Modulation、AM）のパルス幅調節（Pulse Width Modulation、PWM）を利用し、公知のPWM技術方法の発光ダイオードの制御電流が初期段階において理想的ではないという問題を解決するものである。
すなわち、本発明の構造は、一種の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる基本設計で、電流源、振幅調節、電流設定一時保存器、タイマー設定一時保存器から構成され、該電流源は電流を発光ダイオードに提供し、該振幅調節一時保存器は使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を保存でき、該電流設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、かつ電流源に出力し、該タイマー設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御することを特徴とする発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造である。
また、本発明は一種の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法で、以下のステップ、すなわち、使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を該振幅調節一時保存器に保存し、該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、該電流設定一時保存器を利用し電流源に出力し、該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該タイマー設定一時保存器を利用し該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御し、該電流源は該振幅調節一時保存器が伝送する電流及びカウント数値を受領し、発光ダイオードに提供し、該振幅調節電流の機能が完成後、該正常電流設定一時保存器は該正常電流モードに即切替えられるステップからなることを特徴とする発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法である。

更に詳しくは、請求項１の発明が、発光ダイオードのＰＷＭを用いたグレイスケール表示機能を向上させるために電流源、振幅調節一時保存器、電流設定一時保存器、タイマー設定一時保存器、正常電流設定一時保存器からなる構成であって、
前記電流源は電流を発光ダイオードに提供し、
前記振幅調節一時保存器は使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を保存でき、
前記電流設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、かつ電流源に出力し、
前記タイマー設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御し、
前記電流設定一時保存器とタイマー設定一時保存器の２組の一時保存器により前記発光ダイオードへの初期立ち上がりの電流値を理想値に近づけ、
前記正常電流設定一時保存器は該振幅調節電流の機能が完成後、該正常電流モードに即切替えることを特徴とする発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造である。
請求項２の発明は、前記発光ダイオードはネオン板であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造である。
請求項３の発明は、前記振幅調節一時保存器の使用者が定義する供給電流数値は一般正常電流設定一時保存器より大きくなければならないことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造である。

請求項４の発明は、請求項１に記載の発光ダイオードのＰＷＭを用いたグレイスケール表示機能を向上させる構造において、次の（Ａ）から（Ｅ）ステップを順次に実行して発光ダイオードに電流を出力して発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法である。
（Ａ）使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を前記振幅調節一時保存器に保存するステップ。
（Ｂ）該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、該電流設定一時保存器を利用し電流源に出力するステップ。
（Ｃ）該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該タイマー設定一時保存器を利用し該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御するステップ。
（Ｄ）前記電流源は振幅調節一時保存器が伝送する電流及びカウント数値を受領し、前記発光ダイオードへの初期立ち上がりの電流値を理想値に近づけるステップ。
（Ｅ）振幅調節電流の機能が完成後、該正常電流設定一時保存器は該正常電流モードに即切替えられるステップを順次実行する。

上記のような本発明によれば、初期段階である最初の第1段階のグレイスケールが明るすぎたり暗すぎたりせず、理想に近い明るさにすることができ、最良のグレイスケール特性を達成可能とする。

図４に示すように、本発明の発光ダイオードのグレイスケール表示効能を向上させる基本構成は電流源44、振幅調節一時保存器41、電流設定一時保存器42、タイマー設定一時保存器43、正常電流設定一時保存器45から構成されている。
前記電流源44は電流を発光ダイオードに提供し、該発光ダイオードは、夜でも輝いて人目を引く電飾広告板のようなネオン板（Electro Luminescence）46に適用したものである。該ネオン板46は、複数の発光ダイオードの列（ＬＥＤbar）から構成され、さらに、その列は順に、第一区域、第二区域、第三区域・・第Ｎ区域のように複数の区域に分割され、各区域には単体或いは複数の発光ダイオードが設けられている。
前記振幅調節一時保存器41は使用者が設定し定義する供給電流数値及びタイマー数値を保存できる。
前記電流設定一時保存器42は該振幅調節一時保存器41が定義する電流数値に基づき、かつ電流源44に出力する。
前記タイマー設定一時保存器43は該振幅調節一時保存器41が定義するタイマー数値に基づき、該電流設定一時保存器42が出力する電流数値の維持時間を保存する。該正常電流設定一時保存器45は、電流の振幅調節機能が完成後、該正常電流モードに即切替える。

次に、図５、６に示すように、図４での前記振幅調節一時保存器（Amplitude Modulation）41の部分は電流源（Current Source）44の点灯の初期において、使用者が自身で設定し定義することができる比較的大きな電流を提供し、同時に上昇時間の効能を低下可能であるが、変調メカニズムは電流設定一時保存器（Current Setting Register）42とタイマー設定一時保存器（Timing Setting Register）43の２組の一時保存器を提供し、その内の前記振幅調節一時保存器（Amplitude Modulation Register）41が表すものは、電流オン（Current On）起動後に使用する電流設定値51で、この電流値は一般の正常に使用する電流値よりいくらか大きい。
前記タイマー設定一時保存器43は該大電流が継続する時間を提供し（図５の「設定した時間」）、該振幅調整作業の完成後は再び正常電流設定値52に戻る。
このように振幅調節の調整後、その発光ダイオード或いはネオン板46のグレイスケール波形全体はより一層完璧な状態となり、図６に示すように、その改良の效果は改良後の第一グレイスケール曲線61と改良前の第一グレイスケール曲線62の対照比較により、明らかに、初期立ち上がりの電流値の曲線は理想値（図１）により近づいている。

さらに、図４が示す基本設計の動作発生方法のフローチャートである図７に示すように、前記発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法は、以下のステップ７１からステップ７５の順で実行される。
ステップ71：使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を振幅調節一時保存器に保存する。
ステップ72：振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、電流設定一時保存器を利用し電流源に出力する。
ステップ73：振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、タイマー設定一時保存器を利用し該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御する。
ステップ74：電流源は振幅調節一時保存器が伝送する電流及びカウント数値を受領し、発光ダイオードに提供する。
ステップ75：振幅調節電流の機能が完成後、正常電流設定一時保存器は該正常電流モードに即切替えられる。
図４〜７により、本発明の主要な目的が使用者が定義する振幅調節（Amplitude Modulation、AM）のパルス幅調節（Pulse Width Modulation、PWM）を利用し、公知のPWM技術方法が発光ダイオードの制御電流が初期段階において理想的ではないという問題店を解決可能であることは明らかである。

公知のパルス幅調節技術方法の発光ダイオードの制御電流に対する理想出力図である。公知のパルス幅調節技術方法の発光ダイオードの制御電流に対する実際出力図である。公知の予め充電する方法を利用した発光ダイオードの制御電流に対する出力図である。本発明の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる基本設計の機能ブロックチャートである。本発明の電流設定機制により発光ダイオードが必要とする初期起動電流を高める指示図である。本発明がパルス幅調節技術により表示する完璧に近い波形の指示図である。図４に示す基本構成の動作に基づき生じる方法のフローチャートである。

符号の説明

10 第一区域
21 第一区域
22 第一グレイスケール曲線
23 第二区域
31 第一区域
32 第二区域
33 第一グレイスケール曲線
34 第三区域
41 振幅調節一時保存器
42 電流設定一時保存器
43 タイマー設定一時保存器
44 電流源
45 正常電流設定一時保存器
46 ネオン板
51 電流設定?
52 正常電流設定?
61 改良後の第一グレイスケール曲線
62 改良前の第一グレイスケール曲線
71 ステップ７１：使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を振幅調節一時保存器に保存する
72 ステップ７２：振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、電流設定一時保存器を利用し電流源に出力する
73 ステップ７３：振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、タイマー設定一時保存器を利用し該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御する
74 ステップ７４：電流源は振幅調節一時保存器が伝送する電流及びカウント数値を受領し、発光ダイオードに提供する
75 ステップ７５：振幅調節電流の機能が完成後、正常電流設定一時保存器は該正常電流モードに即切替えられる

Claims

発光ダイオードのＰＷＭを用いたグレイスケール表示機能を向上させるために電流源、振幅調節一時保存器、電流設定一時保存器、タイマー設定一時保存器、正常電流設定一時保存器からなる構成であって、
前記電流源は電流を発光ダイオードに提供し、
前記振幅調節一時保存器は使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を保存でき、
前記電流設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、かつ電流源に出力し、
前記タイマー設定一時保存器は該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御し、
前記電流設定一時保存器とタイマー設定一時保存器の２組の一時保存器により前記発光ダイオードへの初期立ち上がりの電流値を理想値に近づけ、
前記正常電流設定一時保存器は該振幅調節電流の機能が完成後、該正常電流モードに即切替えることを特徴とする発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造。
前記発光ダイオードはネオン板であることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造。
前記振幅調節一時保存器の使用者が定義する供給電流数値は一般正常電流設定一時保存器より大きくなければならないことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造。
請求項１に記載の発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる構造において、
次の（Ａ）から（Ｅ）ステップを順次に実行して発光ダイオードに電流を出力して発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法。
（Ａ）使用者が定義する供給電流数値及びタイマー数値を前記振幅調節一時保存器に保存するステップ。
（Ｂ）該振幅調節一時保存器が定義する電流数値に基づき、該電流設定一時保存器を利用し電流源に出力するステップ。
（Ｃ）該振幅調節一時保存器が定義するタイマー数値に基づき、該タイマー設定一時保存器を利用し該電流設定一時保存器が出力する電流数値の維持時間を制御するステップ。
（Ｄ）前記電流源は振幅調節一時保存器が伝送する電流及びカウント数値を受領し、前記発光ダイオードへの初期立ち上がりの電流値を理想値に近づけるステップ。
（Ｅ）振幅調節電流の機能が完成後、該正常電流設定一時保存器は該正常電流モードに即切替えられるステップを順次実行することを特徴とする発光ダイオードのグレイスケール表示機能を向上させる方法。