JP4755799B2

JP4755799B2 - 連珠状ｌｅｄ表示システム

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Publication number: JP4755799B2
Application number: JP2002232188A
Authority: JP
Inventors: 真也石田
Original assignee: 真也石田
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004070179A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、個々に輝度制御可能なＬＥＤランプを連珠状に連ねたＬＥＤモジュールに関し、特にその輝度制御、時分割駆動方式、及び、それらを用いた大形表示装置、電飾装置を実現する際の実装方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より輝度制御可能なＬＥＤランプを表示部とするＬＥＤ表示装置としては図１に示すもっぱら屋外で用いられる大型映像表示装置が良く知られている。このフルカラーＬＥＤランプによる映像表示装置（ＴＶ）は、通常、各画素（ピクセル）は、３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）それぞれを発光する３個のＬＥＤランプが配されており、それらのＬＥＤランプ個々の輝度をＴＶ、画像生成装置等からフレーム周期毎に受け取る輝度データに基づき制御することにより映像表示が実現されている。フレーム周期はＴＶでは通常１／３０秒程度であるが、ＬＥＤ表示システムの場合、ちらつきを防止するためその半分程度（１／６０秒）に設定される場合もある（この場合、一般には、同一輝度データで２フレームが繰り返し表示される）。図１の表示装置の表示パネル１ａはたとえば１モジュールあたり１６（行）ｘ１６（列）のピクセル１ｃを搭載する複数枚のＬＥＤモジュール１ｂにより分割構成されている。
【０００３】
図２はこのような１６ｘ１６のマトリックス状に組み上げられた従来のＬＥＤモジュールの３原色中の１つの色についての回路のブロックダイヤグラムである。実際には他の２色についても同様の回路が設けられている。モジュール上のＬＥＤランプは、発光効率の最適化と駆動ドライバの数の節減のため行毎にグループ分けされ、各行グループ別に選択、時分割駆動される（以下、選択、時分割駆動に際して、同時に駆動されるＬＥＤランプグループを時分割グループと呼ぶ）。各時分割グループは行番号と同じ順番に０，１，・・・１５と番号付けされている。すなわち、ランプユニット２ｂは行毎の時分割グループに分割され、０．．．１５のアドレスが付された１６個の行、列ドライバ；Ｃ０，Ｃ１，・・・Ｃ１５，Ｄ０，Ｄ１，・・・Ｄ１５により駆動される（ランプユニット２ｂのｉ行、ｊ列のＬＥＤランプはｉ行、ｊ列のドライバＣｉ、Ｄｊによりプッシュ・プル方式により駆動されている）。
【０００４】
フレーム周期内には上記時分割グループに対応した駆動時間帯（以下、時分割スロットと呼ぶ）が設けられている。時分割スロットは時分割グループと１対１対応しているので、対応している時分割グループと同じ番号が付される。また、回路的には、時分割スロットｉでは、行ドライバＣｉをオンに保持されることにより、ｉ行の時分割グループが選択される仕組みとなっている。各時分割スロット内で選択された時分割グループに対する点灯制御は対応する時分割スロット内においての、点灯時間と非点等時間の比率により制御される。上記の点灯時間比率制御は、各ＬＥＤランプに対応する前記輝度データに基づいて実施される。輝度データは、画像生成装置等より各フレーム周期毎に供給される８ビットのデータであり、基本的には対応する時分割スロットにおける点灯時間の割合を示す数値データである。この輝度データ数値と点灯時間比率の対応関係は、点灯時間比率と実際の視覚輝度の非線形的関係を反映し、単純な比例関係に設定されない場合もある。この場合でも、視覚輝度に関する補正（いわゆるγ補正）により新たに単純に点灯時間幅を２進数値として表すデータが生成されるので、以下の記述では、この場合は、新たに生成されたデータを輝度データと読み替えることとする。即ち輝度データは０は消灯、２５５が最大輝度に対応し、それぞれ時分割スロット時間幅に対する点灯時間の割合が０％、１００％となる点灯時間幅を表す２進数値であるとする。
また、表示システムの表示性能は輝度データのダイナミックレンジ（輝度制御の段階数、上記の例では２５５段階）と大きく関係し、以下、上記輝度データのダイナミックレンジを輝度解像度と呼ぶ。
【０００５】
図２の２ａは１フレーム、ＬＥＤランプ１行分の輝度データを記憶する行バッファメモリである。同図に示されているように、行バッファメモリは、各行を構成する１６個のＬＥＤランプの輝度データを保持する（８ビット幅）１６個のレジスタから構成されている。行バッファメモリを構成する各レジスタへの輝度データの転送はシフト＆ラッチ方式により行われる。即ち上記各レジスタの入、出力は相互に接続され、共通クロックで記憶内容が次段にシフトされる８ビット幅、１６段のシフトレジスタが構成されている。１６個のレジスタにそれぞれに対応する対応する１６個の輝度データは、上記シフトレジスタの入力端２ｃから上記共通クロックによりレジスタの深さ順に順次シフトインされ、全段に所定のデータがセットされたタイミングでラッチされ固定される仕組みとなっている。また、各行バッファの出力端２ｄは次に隣接するモジュールの行バッファメモリの入力端に接続され、表示画面全体としても行バッファメモリ全体で１個のシフトレジスタが構成されている。即ち、表示画面を構成する複数個のＬＥＤモジュール間でも一個のシフトレジスタを構成するよう隣接するモジュール間で入、出力が相互接続され、その入力端から表示画面を構成する全てのＬＥＤモジュールの行バッファメモリにシフト＆ラッチ方式で輝度データを転送、セットできる仕組みとなっている。行バッファメモリを構成し、各ＬＥＤランプの輝度データをシフト＆ラッチ方式で受信記憶する１６個の上記レジスタは、記憶保持されている輝度データに基づき、対応するＬＥＤランプのフレーム周期内での点灯、非点灯の割合を制御することから、以下点灯制御レジスタと呼ぶ。
【０００６】
回路的には各時分割スロット内における点灯時間幅制御は、ＬＥＤモジュール内の点灯時間制御ユニット２ｅにより行われる。この点灯制御ユニットの主たる回路要素は１個のカウンタ回路２ｆと１６個の比較器である。カウンタ回路２ｆは、基準クロックに基づき０から２５５まで順番に時間幅番号を発生させてゆく。１６個の比較器それぞれの出力は各行ドライバに接続されており、行バッファメモリから各ＬＥＤランプに対応する１６個の輝度データを読み出し、カウンタ回路２ｆからの時間幅番号と比較し、双方が一致するまでそれぞれの出力をオンに保持する。フレーム周期内では行選択回路２ｇが各行を順次選択し、以上述べた１つの時分割スロット内での動作は選択対象を変えながら１６回繰り返される。すなわち、従来方式のＬＥＤモジュールでは回路構成要素のうち、上記行バッファメモリ２ａ、点灯制御ユニット２ｅは各行で共用されている。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来システムでは、ＬＥＤランプを最終的に駆動するのは点灯時間制御ユニット２ｅと行バッファメモリ２ａである。これらの回路は各行の複数ＬＥＤランプの点灯制御を行い、かつ、複数行のＬＥＤランプ間で共用されている。すなわち、従来システムでは、コスト節減のため、行に対応する各種の制御機能を時分割グループ間で共用する必要があり、表示器全体のピクセルを行、列として捉えた場合、各ピクセルは隣接する行相互間で配線的に密接に結合している一方で、モジュール毎に搭載されている行バッファメモリをシフト＆ラッチ方式で更新するため、列方向にも相互間の結線を必要としている。従来システムではこのような上下左右の配線関係と配線の距離的制約を同時に満たすため、画面全体をマトリックス状にモジュール単位で切り分け、各モジュール毎に点灯時間制御ユニット、行バッファメモリ等の制御回路を画面全体に分散配置し、かつ、それらのモジュールの制御回路は、表示面の裏側に張り付けられている。つまり、従来のＬＥＤ表示装置は画面全体がモジュール毎に平面的に細かく分割されているだけでなく、表側の表示部と裏側の制御回路層に分割されている。従って、先述のように、輝度データをシフト＆ラッチ方式で転送し、かつ、点灯時間制御ユニットを行間で共用するため、縦方向、横方向に多数の信号線でつながるだけでなく、各モジュール内では表側のＬＥＤランプ層と裏側の制御回路層が多数の信号線で結合されている。即ち、従来のＬＥＤモジュールを用いた表示装置での最大の問題点は、各ＬＥＤランプと種々の制御回路間に多数の配線を上下、左右、表裏に切れ目なく網目上に施す必要があることであり、このことが以下に述べる種々の問題の共通要因となっている。
【０００８】
第１の問題は、各ＬＥＤモジュールの保守、取り替えを考慮に入れての表示面の設計組み立てが非常に困難になることである。即ち、従来モジュールでは、その複雑な配線に起因し、ＬＥＤモジュールは、制御回路と周辺のＬＥＤランプをプリント基板上で一体的に組み上げる必要があり、さらにそれらを隙間なく並べ、かつ隣接するＬＥＤモジュール間も多数の信号線で結ぶ必要性がある。
多数のモジュールを隙間なく並べるためには、それらの各モジュールを並べ固定するためのフレームが必要である。前面はＬＥＤランプが装着されている表示面であるため、それらのフレームは背後に設置することになる。フレームは強度的にかなりの大きさを必要とし、必然的に背後に走っている信号線を覆い隠す結果となり、モジュール取り替えに際しての信号線コネクタ等の取り外し作業を非常に困難なものとしてしまう。また、モジュール後部にフレームが設置されていることから、モジュールの抜き出しは全面からとならざるを得ず、保守時には前面、背面の両面から足場等でのアクセス手段を確保する必要がある。全面、背面での足場の確保の必要性は、例えばビル壁面に取り付けられ、縦横の長さが１０ｍ前後に達する大型の表示装置では、表示器の背後壁面に穴をあけ保守用の部屋を特別に設けると同時に、前面にはゴンドラ等のアクセス手段を確保する必要があり、コスト的にも大きな問題となる。
【０００９】
また、ＬＥＤランプ本体、あるいは表示面背後に分散設置されている制御回路を風雨から守るための防護対策も困難を極める。通常、画面全体をガラスで覆う手法がとられるが、そうした大型ガラスは非常に高価であり、またガラスのような脆弱かつ重量物を開け閉めするためのフレームその他の機構はそれ自体強度、重量を必要とし、大変大掛かりなものとなる。そこでモジュール単位で、例えばその表示面を透明シリコン樹脂等で覆い背後の制御回路の防水を兼ねさせる等の手段も講じられるが、その場合でもモジュール相互間の間隙を防水シールするなどの別途の防水対策が必要であり、コスト高を招くと同時に、モジュールの引き抜き、交換、再シール作業等をいっそう困難なものとしている。
【００１０】
第２の問題は、表示画面構成に関する柔軟性に欠けることである。
即ち、前述のＬＥＤランプをマトリックス状に固定的に配置する従来のＬＥＤモジュールで画面を構成する大型映像表示装置は、表示画面は基本的に平面かつ矩形に限り、かつ、組み立ては強固なフレーム上に固定することが前提になっている。従って、ランプの空間的配置・展開の柔軟性に欠け、表示部が矩形かつマトリックス状に組み上げられたピクセル以外の形状、例えば表示部がミラーボールのような球形、クリスマスツリーのような樹枝状形状、あるいは起伏のある帯状など種々の立体形状の場合には対応することが非常に困難となる。
【００１１】
第３の問題は表示装置の大型化に対応しにくいことである。
行バッファ、点灯時間制御ユニット等の種々の制御回路が、モジュール毎に設置されている従来の表示装置では、そうした制御回路とＬＥＤランプ間の配線距離の制約により、ＬＥＤランプの配置のピッチを一定以下に納める必要があり、この種の表示装置の大型化に対する大きな障害となっている。
【００１２】
本発明は、ＬＥＤランプをマトリックス状に配した表示部を備えているＬＥＤモジュールに代わり、ＬＥＤランプを一本の連珠状に連ねた表示部を採用することで、上述の諸問題を解決しようとするものである。このような連珠状の表示部を備えたＬＥＤモジュールを実現するについては、従来の駆動回路では種々の問題を生じる。例えば、図３は先に図２に示した従来のＬＥＤモジュールの駆動回路はそのままにして、表示部の配置を各行のＬＥＤランプを線状に単純に並べ替え並べることにより、この連珠状ＬＥＤモジュールを実現しようとしたものである。この場合の問題点の第１は、行バッファユニット、点灯時間制御ユニット３ａ、行選択回路３ｂ等の制御装置から各ＬＥＤランプ間の距離が非常に長くなることである。例えば、４ｃｍピッチで２５６個のランプを連ねた連珠状ＬＥＤモジュールの長さは約１０ｍであるが、図３の従来の駆動方式では、ドライバ、ＬＥＤランプ間の配線の最大長はこの長さ（１０ｍ）となり、単純に駆動できる長さの限界を超えている。また、これらの制御装置から表示部への配線数は少なくとも３２本必要で、３原色表示の場合はその３倍に達し、配線の太さ、配線の複雑さも大きな障害となる。
【００１３】
また、各ＬＥＤランプは、それぞれに定められた特定の行、列ドライバに接続する必要がある。言い換えるならば、各ＬＥＤランプには特定のアドレスが付されており、そのアドレスを常に意識しつつ配線処理する必要がある。その意味合いで従来システムは配線的に不均一な構造となっている。「実施例４」で後述するように、こうした連珠状ＬＥＤモジュールを小さなセグメントに分割し、それらを自由に選択、つなぎ合わせ、バラエティ豊かな形状に仕立て上げられるという機能は実用面上非常に重要な機能であるが、従来システムでは、常に上述の配線構造上の制約を守る必要があり、そのことがセグメント化、及び、セグメント接続、組み合わせに関する自由度を損ねている。
【００１４】
なお、発光素子を連珠状に連ねた表示装置は例えば、多数のカラー豆電球、ＬＥＤランプ等をひも状に連ねた電飾装置がルミチューブの呼び名で良く知られている。このルミチューブは設置場所、設置形状に柔軟性があるため、例えば立木にクリスマスツリー状に絡ませる、ビル、アーケード等の建築物に沿って設置する、あるいは舞台の装飾の一部として設置するなど汎用性のある電飾システムとして広く用いられている。しかし、ルミチューブに代表される従来の連珠状発光部を採用する表示装置は全体を様々な形状に仕立て上げることができる反面、表示内容は、基本的に、定められた一定のスケジュールに従って点滅を繰り返す等の単純な表示内容に限られ、例えばＴＶカメラ映像、パソコン画面等の映像生成装置からの映像を映し出すことはできない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
先に述べたように本発明は、ＬＥＤランプを連珠状に連ねた表示部を備えたＬＥＤモジュールを実現することにより、大形表示装置のコスト削減、ピクセル配置の自由度と高度な映像表示機能を兼ね備えたＬＥＤ表示システムの実現を目指している。そのためには、従来のＬＥＤモジュールでボトルネックとなっているＬＥＤランプ間のマトリックス状（２次元的）配線、立体的配線の必要性を廃し、線状（１次元的）配線のみとし、かつその必要配線数をできる限り少数に押さえる必要があり、本発明では、図４に示されるように各ピクセルごと（各ＬＥＤランプごと）にも、ごく簡単な制御回路（以下ランプユニットと呼ぶ）を配置し、隣接しているランプユニット相互間を必要な信号線で結ぶことにより、それらのランプユニットを一本の紐状に連ね、その一端を制御ユニットに接続することでこの目標を達成しようとしている。別の表現をするならば、本発明の主たる目的は、表示性能を落とさず、上記ランプユニット回路をできるだけ簡単化、均一化し、かつランプユニット相互間を結ぶ信号線の数をできるだけ少なくし、なおかつ、モジュール間での必要伝送容量、速度をできるだけ低下させることにある。
以下、上記の目的を達成させるための本発明の課題解決手段を、基本的手法である「課題解決手段１」とそれをさらに発展させた「課題解決手段２」とに分けて説明する。
【００１６】
「課題解決手段１」
「課題解決手段１」は次の▲１▼〜▲４▼の基本手法により実現されている。
【００１７】
▲１▼従来システムでは、先述の通り、表示面を構成する各行は、左右に一体的に連結されたシフトレジスタを構成する一方で、行間にまたがる時分割駆動を実現するため、異なる行間で行バッファメモリ等を共有し、各行相互間でも回路的に密接な関係が構築されている。すなわち、シフト＆ラッチ方式での転送のため相互に結合されているピクセルグループと、時分割駆動を実現し、行バッファ、点灯時間制御ユニットを共用しているピクセルグループとはグループとして一致していない。本発明では、行間を渡る上下配線を廃するため、シフト＆ラッチ方式のため相互に接続されているピクセルグループ自身が時分割駆動グループに分割され、時分割駆動される。即ち、シフト＆ラッチ方式の転送のため配線結合されるピクセルグループと時分割駆動のため配線結合されるピクセルグループとを一致させている。上記時分割駆動は、各ＬＥＤランプに対応して、ランプユニット上に１個のレジスタ（以下その役割を反映させ選択レジスタと呼ぶ）を設けることで実現されている。この選択レジスタは点灯制御レジスタ同様、入、出力を相互に接続することで共通のクロックでシフトされるシフトレジスタ（以下選択制御シフトレジスタと呼ぶ）を構成し、選択制御シフトレジスタの一端から制御ユニットにより入力、シフトされる更新データにより上記の各選択レジスタが更新され、更新された内容に基づき、各ランプユニット毎に時分割信号が生成される仕組みとなっている（詳細後述）。
【００１８】
▲２▼従来システムでは各ＬＥＤランプに対応する点灯制御レジスタは、モジュール単位で行バッファメモリとしてまとめて設置されていた。これに対して、本発明では、点灯制御レジスタは、前述のランプユニット内回路の一部として、ＬＥＤランプ毎に独立して配置される。従来方式と同様、これらの点灯制御レジスタは、共通クロックでシフトされるシフトレジスタ（以下点灯制御シフトレジスタと呼ぶ）を構成し、入力端からシフト＆ラッチ方式により各点灯制御レジスタを更新できる仕組みとなっている。このように点灯制御レジスタをランプユニット上に分散配置することにより、ランプユニット間、従って各ＬＥＤランプ間の距離を伸ばすことができると同時に、ランプユニット間を結ぶ信号線をフレキシブルなものとすることにより、より柔軟なＬＥＤランプ配置を実現することが可能となる。
【００１９】
▲３▼従来システムにおいては、点灯制御レジスタは１フレーム周期毎に輝度データにより更新され、点灯時間制御ユニットがフレーム周期単位での、点灯時間制御を行っていた。
本発明では、点灯制御レジスタの簡略化、点灯時間制御ユニットの省略のため、各ＬＥＤランプに対応し、１フレーム周期内に複数個の点灯制御時間帯（以下点灯制御スロットと呼ぶ）が設けられ、ＬＥＤランプの点灯時間制御は前記点灯制御スロット単位で行われる。このため本発明では制御ユニットがフレーム単位で受け取る輝度データに基づき、前記点灯制御スロット単位での点灯制御を行うための制御データ（以下、この制御データを輝度データと区別する意味も含め点灯制御データと呼ぶ）を生成する役割を担っている。点灯制御データの点灯制御スロットにおける役割は、従来システムにおけるフレーム周期に対する輝度データの関係と同様、点灯制御スロット内での点灯時間の割合を制御することにある。従って、上記点灯制御スロットに関しては、従来システムは、各ＬＥＤランプに対して点灯制御スロット（＝時分割スロット）がフレーム周期内で一個のみしか設定されていないシステムであるとみなすことができる。
【００２０】
▲４▼さらに、本発明では、原則として、フレーム周期内に上記点灯制御スロットは必要とする輝度解像度と同じ数だけ設定されるので、点灯制御データは単に各点灯制御スロットでの点灯、非点灯を指示する１ビットデータに圧縮されている。従って、本発明では、各点灯制御スロットにおいて対応する点灯制御データを記憶保持する点灯制御レジスタも１ビットのレジスタとなり、さらに、個々のランプユニット内では点灯時間制御ユニットは不要となる。
【００２１】
図５は以上述べた本発明の基本手法を具体的に実現したランプユニットの基本回路である。図５においてユニットの右側の信号線はランプユニットに対する入力信号線であり、ユニットの左側の信号線はそれぞれの入力線に対応する出力線である。また、図６に示されるように、ランプユニットには制御ユニットが接続されている側から順にＬＭ_０，ＬＭ_１，ＬＭ_２，・・・と記号が付されており（以下、個々のランプユニットの信号線、回路要素にもユニット番号を表記する必要があるときは、Ｌ_ｉ，PCO_ｉ・・・等のごとく、回路要素、信号線を表す記号にランプユニット番号を付加して表記することとする）、隣接するランプユニット同士で、各出力線が隣の対応する入力線へ接続され、かつ最端のランプユニットの入力信号線は、制御ユニットの対応する出力線へと結線されている。ランプユニットの主たる回路要素（図５参照）は、ＬＥＤランプＬと、点灯制御レジスタＰと点灯制御レジスタの出力をラッチするレジスタＱ（以下点灯制御データ保持レジスタと呼ぶ）および選択レジスタＳである。これら３個のラッチレジスタはいづれもクロックｃの立ち上がりで入力ｄを内部状態としてラッチし、新しい内部状態は出力ｑに反映される。先に述べたとおり、点灯制御レジスタＰ、選択レジスタＳについては、各ランプユニットにおいて入力、出力が相互に接続されていることにより、クロックが共通化され、図７に示されているように制御ユニットからのそれぞれのクロック信号PC、ＳＣでシフトされる２組のシフトレジスタ、即ち、先述の点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタが構成されている。制御ユニットの出力信号ＰＤ、ＳＤは上記それぞれのシフトレジスタに対するデータ入力信号であり、上記２つのシフトレジスタに対して、それぞれのクロックＰＣ、ＳＣと同期させ、制御ユニットから必要データをシフトインし、各ランプユニットのラッチレジスタＰ_ｉあるいはＳ_ｉの内部状態を所定の値にセットする役割を果たす。
【００２２】
次に、上記ランプユニット、制御ユニットの基本動作を説明する。以下の説明は説明目的だけのためにごく単純化されたＬＥＤモジュール仕様を設定することにより行われる。即ち、この説明用に単純化されたＬＥＤモジュールでは、４個のＬＥＤランプから構成され、フレーム周期に４個の点灯制御スロットが設定され、かつ、各ＬＥＤランプは１／４デューティ比で時分割駆動されている。
【００２３】
図８は上記説明用として設定されたＬＥＤモジュールを上記ランプユニット、制御ユニットを用いて実現した場合のシステム構成図である。即ち、ＬＥＤモジュールは、４個のＬＥＤランプとそれぞれのＬＥＤランプに付加されているランプユニット、及び１個の制御ユニットから構成され、先に述べたように、これらのＬＥＤランプ及びランプユニットには制御ユニットが接続されている端から順番にそれぞれＬ_０，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３、ＬＭ_０，ＬＭ_１，ＬＭ_２，ＬＭ_３と番号付けされている。
【００２４】
また、図９は「課題解決手段１」によるＬＥＤモジュールの１フレーム周期分タイムチャートである。同図に示されているように、従来方式とは異なり、各フレーム周期はまず点灯制御スロットに分割され、各点灯制御スロット内に時分割スロットが設けられている。点灯制御スロットの数は先に述べた通り、設定されている輝度解像度に対応して４スロットであり、図９ではＲ_０，Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３と記号が付されている。また、各々の点灯制御スロットＲ_ｉ内に設けられた各時分割グループ（本システム例では各１個のＬＥＤランプ）に対応した各４個の時分割スロットにはｒ_ｉ０，ｒ_ｉ１，ｒ_ｉ２，ｒ_ｉ３の記号が付されている。
【００２５】
先に述べたとおり、制御ユニットは外部より与えられた輝度データより各ＬＥＤランプの各点灯制御スロットに対する点灯制御データを生成する。表１は生成された点灯制御データｂ_ｉｊ（ｉ＝０，１，２，３、ｊ＝０，１，２，３）を示し、ＬＥＤランプＬｉは点灯制御制御スロットｊにおいてビットｂ_ｉｊにより点灯、非点灯が制御されることを示す。
【００２６】
回路動作は、以下に述べる、相互に同期しつつ同時進行する▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作と▲２▼時分割駆動動作の２つの動作に分けることができる。
【００２７】
▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作
先に表１で示した従来ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤランプに対する点灯制御データ；
（ｂ_００，ｂ_０１、ｂ_０２，ｂ_０３）、（ｂ_１０，ｂ_１１、ｂ_１２，ｂ_１３）、（ｂ_２０，ｂ_２１、ｂ_２２，ｂ_２３）、（ｂ_３０，ｂ_３１、ｂ_３２，ｂ_３３）は、まず制御ユニット内で点灯制御スロット番号をキーとして（ｂ_３０ｂ_２０ｂ_１０ｂ_００）、（ｂ_３１ｂ_２１ｂ_１１ｂ_０１）、（ｂ_３２ｂ_２２ｂ_１２ｂ_０２）、（ｂ_３３ｂ_２３ｂ_１３ｂ_０３）のように並べ替えられる。このように並べ替えられた点灯制御データは図９に示されるようにクロック信号ＰＣ（１６クロック／フレーム周期）と同期して信号線ＰＤより点灯制御シフトレジスタに連続的にシフトインされる。同図におけるＰ_０，Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３は前記シフトイン動作に伴うそれぞれの点灯制御レジスタの内部状態の変化を表し、点灯制御レジスタＰ_ｉ（ｉ＝０，１，２，３）には、信号線ＰＤよりシフトインされる点灯制御データがｉ＋１クロック遅れて内部状態として順次セットされていくことを表している。同図の４つ斜線部分は、各点灯制御スロット開始時に、点灯制御レジスタＰ_ｉ（ｉ＝０，１，２，３）にＬＥＤランプＬ_ｉ自身の点灯制御データｂ_ｉｊ、ｂ_ｉｊ、ｂ_ｉｊ、ｂ_ｉｊ（ｊ＝０，１，２，３）が内部状態としてセットされていることを表す。同図に示されているように制御ユニットの出力信号ＱＣは各点灯制御スロットの開始時にあわせてオンにセットされ、このタイミングでの点灯制御レジスタＰ_ｉの内部状態を点灯制御データ保持レジスタＱ_ｉにラッチ保持する。図９のＱ_０〜Ｑ_３には各点灯制御スロットにおいて上記点灯制御保持レジスタが点灯制御データの内容を（各点灯制御スロットの開始時点から終了時点まで）保持している様子を示している。以上述べたシフト＆ラッチ動作により、点灯制御スロットＲ_ｊの間、点灯制御データ保持レジスタＱ_ｉには点灯制御データｂ_ｉｊが保持されることになる。
【００２８】
▲２▼時分割駆動動作
時分割駆動動作は選択レジスタＳ_ｉに関する動作であり、各点灯制御スロット毎に同じ動作が繰り返される。簡略化された説明用ＬＥＤモジュールでは、信号ＳＤとして信号ＱＣが、また、クロックＳＣとしてはクロックＰＣがそのまま用いられ（後述の実施例では別々の信号が必要）、図８に示されるように信号線ＳＤは信号線ＱＣに、信号線ＳＣは信号線ＰＣにそれぞれ結線されている。
図１０に示されるように、この結線により、各点灯制御スロットの開始時点でまず、Ｓ_０がオンにセットされ、以後、クロックＳＣ（＝ＰＣ）に同期しＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３へとその内部状態（オン）がシフトされていく。すなわち、各点灯制御スロットにおいて、選択レジスタＳ_ｉの出力は各時分割スロットに対応するクロックＰＣの１サイクル分オンにセットされる。一方、各ＬＥＤランプＬ_ｉは、点灯制御データ保持レジスタＱ_ｉの出力とラッチレジスタＳ_ｉのＡＮＤ出力で駆動されているので、各点灯制御スロットにおいてＬＥＤランプＬ_ｉは選択レジスタＳ_ｉのオン期間中（即ち、点灯制御スロット時間幅の１／４時間）選択的に点灯されることになる。
【００２９】
以上述べた▲１▼、▲２▼の動作の組み合わせにより、各点灯制御スロット内に於いて、点灯制御データ保持レジスタにラッチされた点灯制御データに基づき、１／４デューティに時分割された点灯制御が実現される。
【００３０】
「課題解決手段２」
「課題解決手段２」においても「課題解決手段１」で述べた諸手法が全面的に採用されるが、「課題解決手段１」あるいは従来システムと異なるのは、各ＬＥＤランプに対応する複数点灯制御スロットの組において、各点灯制御スロットそれぞれの時間幅が最小時間幅をもつ点灯制御スロットの時間幅の逓倍となるよう設定されていることである。この場合、各点灯制御スロットでの点灯、非点灯を決定する１ビットの点灯制御データは、点灯制御スロットそれぞれの時間幅に応じて２進法的に重み付けされていると見なすことができる。即ち、各ＬＥＤランプのフレーム周期内での点灯時間の時間幅合計値は、対応する点灯制御データが示す２進数値と上記最小時間幅の積として与えられることになる。一方、輝度データの２進数値は単純にフレーム周期内の点灯時間幅に対応しているので、２進数値として与えられる輝度データに何ら手を加えることなく、各ビットをそのまま時間幅が逓倍に設定されている各点灯制御スロットに対応させた点灯制御データとして用いることができる。即ち、「課題解決手段２」においては、ランプユニットのみならず、制御ユニットにおいても、点灯時間制御ユニットを省くことが可能となる。
【００３１】
なお、「課題解決手段１」の場合のように点灯制御スロットの時間幅が全て均等である場合には、オンとなっている点灯制御スロットの”合計数”のみが点灯時間幅制御の対象であり、オンに選択される点灯制御スロットの個々の”組み合わせ”は制御対象とされない。「課題解決手段２」では、各ＬＥＤランプに対応する点灯制御データの各ビットの１，０の組み合わせの全てが対応する時間幅の異なる点灯制御スロットの点灯、非点灯の組み合わせと対応し、点灯制御データの０，１の”組み合わせ”自体が点灯時間幅を決定し制御対象とされる。
【００３２】
以下、「課題解決手段２」について前記の説明用に簡略化されたＬＥＤモジュール仕様（４個のＬＥＤランプ、フレーム周期内の点灯制御スロット数４、１／４時分割駆動）を用いて詳細を説明する。「課題解決手段２」を用いて構成される説明用ＬＥＤモジュールのハードウエア構成は課題解決手段の場合と同一であるため、システム構成（図８）、ランプユニット回路（図５）に関しては記号表記を含めてそれらをそのまま引用することとする。
【００３３】
図１１は「課題解決手段２」による上記説明用ＬＥＤモジュールの１フレーム周期のタイムチャートである。同図に示されるように、１フレーム周期は、４ビットの点灯制御データに対応する４個の点灯制御スロットＵ_０，Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３に区分され、各点灯制御スロット毎に４個の時分割スロットが設けられている。先述のように、点灯制御スロットＵ_０，Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３の時間幅はスロットＵ_０を最小時間幅とし、順次逓倍となるよう設定されている。すなわち、点灯制御スロットＵ_０，Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３それぞれの時間幅をｔ_０，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３とするとｔ_１＝２^１・ｔ_０、ｔ_２＝２^２・ｔ_０，ｔ_３＝２^３・ｔ_０となるよう時間設定されている。また、各点灯制御スロット内に設けられ時分割スロットの時間幅は、点灯制御スロット時間幅の１／４に設定されており、結果として、時分割スロットの時間幅も、各点灯制御スロット毎に異なったものとなっている。点灯制御スロットのこのような時間幅設定方法に対応し、それぞれの点灯制御スロットでの点灯、非点灯を制御する点灯制御データも、各ビット位置に対応する点灯制御スロットの時間幅に応じた重み付けがなされている。すなわち、各ＬＥＤランプＬ_ｉ（ｉ＝０，１，２，３）に対して、点灯制御スロットＲ_ｊ（ｊ＝０，１，２，３）での点灯、非点灯を決定する点灯制御データをｃ_ｉｊで表すと、ＬＥＤランプＬｉの１フレーム周期内の総点灯時間幅は、各点灯制御スロット内では１／４デューティの時分割駆動されることを考慮し；
（ｃ_ｉ０・２^０＋ｃ_ｉ１・２^１＋ｃ_ｉ２・２^２＋ｃ_ｉ３・２^３）ｔ_０／４
で与えられる。先述のように、このように重み付けされた点灯制御データｃ_ｉｊは２進数として与えられる輝度データの各ビットをそのまま用いることができる。
【００３４】
図５、図８として示したハードウエア回路では、フレーム周期内で設定されている点灯制御スロットの時間幅（及び、その内部に設定されてる時分割スロット）はクロック信号ＰＣのクロック周期により決定されている。従って、時間幅の異なる上記点灯制御スロット、及びその時間幅に対応した重み付けされている点灯制御データを採用したＬＥＤモジュール（以下非均等スロット型ＬＥＤモジュールと呼ぶ）を実現する最も簡便な方法は、ハードウエアシステムとしては図５、図８をそのまま用い、制御ユニットから供給されるクロック信号ＰＣの周期を図１１に示されるように、各点灯制御スロット毎に、その設定時間幅に応じて変えることである。この場合、「課題解決手段１」で示されたのと同様、上記各ＬＥＤランプに対する重み付けされた点灯制御データ；
（ｃ_００，ｃ_０１、ｃ_０２，ｃ_０３）、（ｃ_１０，ｃ_１１、ｃ_１２，ｃ_１３）、（ｃ_２０，ｃ_２１、ｃ_２２，ｃ_２３）、（ｃ_３０，ｃ_３１、ｃ_３２，ｃ_３３）
は、点灯制御スロット番号をキーとして；
（ｃ_００，ｃ_１０、ｃ_２０，ｃ_３０）、（ｃ_０１，ｃ_１１、ｃ_２１，ｃ_３１）、（ｃ_０２，ｃ_１２、ｃ_２２，ｃ_３２）、（ｃ_０３，ｃ_１３、ｃ_２３，ｃ_３３）
のように並べ替えられ、点灯制御シフトレジスタに信号線ＰＤよりクロック信号ＰＣに同期させ連続的にシフトインされる。
【００３５】
なお、上記非均等スロット型ＬＥＤモジュールの点灯制御スロットの個数（及び各ＬＥＤランプに対応する点灯制御データのビット数）は「課題解決手段１」の説明用ＬＥＤモジュールと同様４であるが、時間幅に重み付けがなされているため、総時間幅は１５段階に調整でき、輝度解像度は１５となる。この点灯制御スロット時間幅の重み付け効果は、必要とする輝度解像度が大きくなるにつれ、顕著なものとなる。例えば、輝度データ８ビットの各ビットをそのまま点灯制御データとして用いることにより、輝度解像度２５５段階の輝度解像度が点灯時間制御ユニットなしで逓倍時間幅に設定されている８個の点灯制御スロットのみで実現できることになる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
「実施例１」
「実施例１」は「課題解決手段１」の手法を用いて、２５６個のＬＥＤランプ、輝度解像度２５５段階、１／１６デューティ比で時分割駆動されるＬＥＤモジュールを実現している実施例である。図１２は本実施例のシステムブロック図である。各ランプに付加されているランプユニットは先に「課題解決手段１」において示されたランプユニット回路（図５）と同じものが使用されている。また、連珠状に連ねられた２５６個のＬＥＤランプ、および各ＬＥＤランプに付加されているランプユニットは制御ユニットが接続されている端から１６個ずつのグループの区分され、ｉをグループ番号、ｊをグループ内での配置の順番を表す番号とし、Ｌ_ｉ、ｊ、ＬＭ_ｉ、ｊ（ｉ＝０・・・１５，ｊ＝０・・・１５）の番号付けがなされている（ランプユニット内の信号、レジスタ等にも同様に番号付けされている）。また、ランプユニット相互間の結線も「課題解決手段１」の場合と同様であり、隣接するランプユニット間で、それらの入力、出力を相互に接続することにより、点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタが構成され、制御ユニットから供給されるクロックに同期してこれらのシフトレジスタにデータがシフトインされる。
【００３７】
また、「課題解決手段１」の手法と同様、フレーム周期全体は、まず、点灯制御データのビット数に応じた数（２５５個）の均等時間幅の点灯制御スロットに分割され、各々の点灯制御スロット内に時分割スロット（１６個）が設けられ、時間的に同期し、同時並行的に動作する２つの回路動作▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作、▲２▼時分割駆動動作、により全体が制御されている。以下、本実施例におけるこれら２つの回路動作について述べる。なお、以下の記述において、ＬＥＤランプＬ_ｉ、ｊに対する２５５ビットの点灯制御データをｂ_{ｉ、ｊ、０}，ｂ_{ｉ、ｊ、１}、ｂ_{ｉ、ｊ、２}・・・ｂ_{ｉ、ｊ、２５５} で表わす。この点灯制御データの各ビットは各点灯制御スロットに対応する。本実施例では「課題解決手段１」と同様、全ＬＥＤランプに対する１フレーム周期分の点灯制御データ（２５６ｘ２５５ビット）は、まず点灯制御スロットの番号順に、そして同一点灯制御スロット内では対応するＬＥＤランプ番号順に並べ替えられる。図１３はこのように並び変えられた点灯制御データの構成を示す。１フレーム分の点灯制御データ１３ａは１３ｂのように点灯制御スロット番号順に並べられており、各点灯制御スロットでは、対応するＬＥＤランプのグループ番号順（１３ｃ）同一グループ内では対応するＬＥＤランプの配置番号順（１３ｄ）に並べられている。
【００３８】
▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作
上記のように並び変えられた点灯制御データは１フレーム周期に渡って連続的に点灯制御シフトレジスタにシフトインされる。図１４は１つの点灯制御スロット（点灯制御スロットｋ）でのタイムチャートである。同図に示されているように点灯スロットｋでは、対応するＬＥＤランプの番号順に点灯制御データｂ_{１５，１５，ｋ} ・・・ｂ_{２，０，ｋ} 、ｂ_{１，０，ｋ}、ｂ_{０，０，ｋ} が制御ユニット出力信号ＰＤよりクロック信号ＰＣに同期して点灯制御シフトレジスタに連続的に点灯制御シフトレジスタにシフトインされる。結果として、点灯制御スロットｋの終了時点では、２５６個の全点灯制御レジスタＰ_ｉ、ｊ（ｉ＝１・・・１５，ｊ＝１・・・１５）は対応する点灯制御データｂ_{ｉ、ｊ、ｋ}で更新されることになる。そして、同図に示されるように更新された点灯制御レジスタＰ_ｉ、ｊの内容は、各点灯制御スロットの開始時点でＱＣ信号により、点灯制御データ保持レジスタＱ_ｉ、ｊにラッチされ、点灯制御スロット終了時点まで保持される。
【００３９】
▲２▼時分割駆動動作
図１５は制御ユニットから選択制御シフトレジスタへの入力データ信号ＳＤ、及びそのシフトクロック信号ＳＣの波形である。シフトクロック信号ＳＣはクロック信号ＰＣを１／１６に分周した信号であり、入力データ信号ＳＤはクロックＳＣの１６クロック毎、即ち各点灯制御スロットの開始時点で、制御ユニット内でオンに設定される。結果として、Ｓ_０、０・・・Ｓ_{１５，１５} の２５６ビットの選択制御シフトレジスタ内には常に１５ビットおきにオンに設定されたデータパターンがＳＣに同期してシフトされていくことになる。
また、図１６には１６個のＬＥＤランプ、ランプユニットからなる１つのグループ（グループ番号ｉ）の１点灯制御スロット（スロット番号ｋ）分のタイムチャートが示されている。
【００４０】
先に▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作で述べたように、各点灯制御データ保持レジスタＱ_ｉ、１５，Ｑ_ｉ、１４・・・Ｑ_ｉ、０は点灯制御スロットの開始時点から終了時点までそれぞれの点灯制御データを保持している。一方、上述の選択制御シフトレジスタの動作を反映し、ここで示されているグループｉの選択レジスタＳ_ｉ、０、Ｓ_ｉ、１・・・Ｓ_ｉ、１５においても、クロックＳＣに同期して、オンデータがシフトされていく。即ち、点灯制御スロット内で各ＬＥＤランプの選択レジスタは、シフトクロックＳＣの１サイクル分ずつオンとなる仕組みが実現される。結果として点灯制御スロット内で１／１６の時分割駆動が実現されることになる。ＬＥＤモジュール全体としても、全てのグループについて選択レジスタが同様に作用することから、各点灯制御スロット毎に１／１６デューティでの時分割駆動が実現されることになる。
【００４１】
なお、上記選択制御シフトレジスタのシフトパターンとしては、全体２５６ビット中の１６ビットがオン、残り２４０ビットがオフでありさえすれば、そのシフトパターンを各点灯制御スロットにおいて擬似的にリングシフトすることにより同様の効果を得ることができる。しかしながら、上述のシフトパターンは、次の２点において優れた特性を有する。
▲１▼制御ユニットより１６ビットに一度オンデータをシフトインし続けるだけでこの擬似的リングシフトを簡単に実現できる。
▲２▼各点灯制御スロットにおいて、同時に選択点灯されるＬＥＤランプ（時分割グループ）は、各グループ毎に一個のみであり、結果として選択点灯されるＬＥＤランプは常にＬＥＤモジュール全体に均等に分散しているため、電源負荷変動が少ない。
【００４２】
「実施例２」
実施例２は「課題解決手段２」の手法、即ち非均等点灯制御スロット方式を用いている実施例である。本実施例においてもハードウエア構成は「実施例１」と同一であり、以下の記述においてはシステム構成、ランプユニット回路は記号表記を含め図１２、図５をそのまま用いる。また、先に「課題解決手段２」で述べたように、非均等点灯制御スロット方式を実現する最も簡単な方法は、各点灯制御スロットでの基本クロックＰＣをその設定時間幅に対応して変化させることであり、本実施例においてもその方法を採用している。図１７に示されるように、１フレーム周期内には最小６０μｓｅｃを最小時間幅スロットとし、順次時間幅がその逓倍となっている番号０〜７の８個の点灯制御スロットが設定され、それぞれの点灯制御スロットは１／１６デューティで時分割駆動されている。このような点灯制御スロットの時間幅設定に対応し、各ＬＥＤランプＬ_ｉ、ｊの８ビットの点灯制御データ；
ｃ_{ｉ、ｊ、０}，ｃ_{ｉ、ｊ、１}，ｃ_{ｉ、ｊ、２} ・・・ｃ_{ｉ、ｊ、７}
では、各ビットｃ_{ｉ、ｊ、ｋ}について６０・２^ｋμｓｅｃ（ｋ＝０，１，２，・・・７）の重み付けされ、結果として、８ビットの点灯制御データで２５５段階の輝度解像度を実現している。これらの点灯制御データは、図１８に示されるように点灯制御スロットをキーとして並べ替えられ、制御ユニットよりクロックＰＣと同期し信号線ＰＤから点灯制御シフトレジスタに連続的にシフトインされる。
【００４３】
「実施例２」についても全体の回路動作は、「実施例１」と同様、図１９に示される▲１▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作と、図２０に示される▲２▼時分割駆動動作とに分けられる。これらの回路動作は、点灯制御スロットの数が８個に削減されていることと、各点灯制御スロットでのクロック信号ＰＣが変動することを除いては、先に「実施例１」で示された回路動作と基本的に同じものとなっている。
【００４４】
「実施例３」
「実施例３」が実現しているＬＥＤモジュール仕様は「実施例１」の場合と同様（２５６個のＬＥＤランプ、１／１６デューティ比の時分割駆動、２５５輝度解像度）であるが、実施例１，２はいずれもフレーム周期をまず点灯制御スロットに分割し、それらの内部に時分割スロットを設けていたのに対して本実施例では従来ＬＥＤモジュール同様、１フレーム周期をまず時分割スロットに分割し、各時分割スロット内に点灯制御スロットを設けていることを特徴としている。ハードウエア構成は、実施例１のランプユニット（図５）に対して、図２１に示すように信号ＤＳＩのオン条件がＬＥＤランプオン条件に加えられ、選択制御シフトレジスタはＤＳＩオフ期間にクロック信号ＰＣによりシフトされる（従って制御ユニットからのＳＣ信号は使用されない）こと以外は「実施例１」と同様なランプユニット回路、制御ユニットが採用され、それらの入出力が相互に結線され、点灯制御シフトレジスタ、選択制御シフトレジスタが構成されている等も同様である（従って混乱が生じない範囲で、回路に関する記号表記等も「実施例１」と同じものを使用する）。また、「実施例３」においても、連珠状に連ねられた２５６個のＬＥＤランプは端から１６個ずつのグループに区切られ、先に図１２に示されたのと同様、各ランプユニットには、この１６個ずつのグループの区分に対応し、ｉをグループ番号、ｊをグループ内での配置の順番を表す番号とし、ＬＭ_ｉ、ｊ（ｉ＝０・・・１５，ｊ＝０、１，２・・・１５）の記号が付されている。実施例１、２とは異なり、本実施例の場合、これらの各グループは時分割グループを構成している。即ち、１フレーム周期内の１６個の時分割スロットそれぞれは上記１６個のグループをそれぞれの時分割グループとしている。また、各ＬＥＤランプに対する点灯制御データは２５５ビットから構成され、従って、各時分割スロットには２５５個の点灯制御スロットが設定されている。時分割スロット内における点灯時間制御はこの点灯制御スロット単位で点灯、非点灯を制御することで行われ、以下、ＬＥＤランプＬ_ｉ、ｊに対する２５５ビットの点灯制御データを「実施例１」の場合と同じ記号表記を用い、ｂ_{ｉ、ｊ、０}，ｂ_{ｉ、ｊ、１}、ｂ_{ｉ、ｊ、２}・・・ｂ_{ｉ、ｊ、２５５} で表わす。本実施例についても、回路動作は、以下に述べるように、相互に同期しつつ、時間的に平行して進行する点灯制御レジスタを主体とする点灯制御データラッチ動作と選択レジスタを中心とする時分割駆動動作とに分けることができる。
【００４５】
▲１▼時分割駆動動作
各時分割スロットは、対応する時分割グループの（１６個の）選択レジスタを選択的にオンとすることで実現されている。図２２は１つの時分割スロットｉのタイムチャートである。同図に示されるように時分割スロットの時間幅は、１個の時分割グループに対応する点灯制御データの長さ、即ち、クロック信号ＰＣの１６ｘ２５５クロック分である。また各時分割スロットの前には、クロック信号ＰＣの１６クロック時間幅のシフトフェーズが設けられている。シフトフェーズでは、信号ＤＳはオフに保たれ、選択制御シフトレジスタ全体が、１６ビット、即ち１時分割グループ分シフトされ、時分割グループ（ｉ−１）の１６個の選択レジスタの内容がそのまま時分割グループｉの１６個の選択レジスタへと移される。一方、各フレーム周期の最初のシフトフェーズ（１６PCクロック）ではＳＤがオンに保たれ、時分割グループ０の１６個の選択レジスタをオンに初期セットするので、全フレーム周期に渡って、各時分割スロットでは対応する時分割グループの１６個の選択レジスタがオンに（その他の選択レジスタは全てオフに）セットされる仕組みが実現されている。図２３には、時分割スロットｉ−１では、対応する時分割グループの１６個の選択レジスタＳ_{ｉ−１，０}，Ｓ_{ｉ−１，１}・・・Ｓ_{ｉ−１，１５} がオンにセットされ、次の時分割スロットｉではＳ_ｉ，０，Ｓ_ｉ，１・・・Ｓ_ｉ，１５にオンがセットされていることが図示されている。また、図２２に示されるように時分割スロットｉはクロック信号ＰＣのクロック（１６＋２５５ｘ１６）・ｉ＋１６から始まり、この開始のタイミングは次に述べる時分割グループｉの点灯制御データラッチ動作開始のタイミングと一致している。
【００４６】
▲２▼点灯制御データシフト＆ラッチ動作
図２４は本実施例において、制御ユニット出力信号ＰＤよりクロック信号ＰＣに同期して点灯制御シフトレジスタに制御ユニットの出力信号ＰＤより、連続的にシフトインされる点灯制御データの構成を表す。同図に示されるように、点灯制御データ全体は１６個の時分割グループに対応して１６分割されており、分割されたそれぞれのデータは各点灯制御スロットに対応し、さらに２５５個に分割されている。そして、各点灯制御スロットに対応したそれらのデータは対応する時分割グループの１６個のＬＥＤランプ（各１ビットが対応）に対応した１６ビットのデータから構成されている。また、図のｂ_{ｉ、ｊ、ｋ} は時分割グループｉのｊ番目に位置するＬＥＤランプに対するｋ番目の点灯制御スロットに対する１ビットの点灯制御データを表す。すなわち、時分割スロットｉ、点灯制御スロットｊに対応する点灯制御データは、時分割スロットｉに対応する時分割グループｉに属する１６個のＬＥＤランプに対する１６ビットの点灯制御データ、ｂ_{ｉ、０、ｊ} 、ｂ_{ｉ、１、ｊ} 、ｂ_{ｉ、２、ｊ} ・・・・・ｂ_{ｉ、１５、ｊ} より構成されている。また、時分割グループｉの１６個の点灯制御レジスタＰ_ｉ、０，Ｐ_ｉ、１，Ｐ_ｉ、３・・・Ｐ_ｉ、１５に対応する最初の点灯制御データｂ_{ｉ、０、０}，ｂ_{ｉ、１、０} 、ｂ_{ｉ、２、０}・・・ｂ_{ｉ、１５，０} がセットされるのは、点灯制御データの先頭から上記データまでの長さ１６ｘ２５５・ｉ＋１６と時分割グループ０から時分割グループｉに至る点灯制御シフトレジスタの段数（ビット数）による遅れ、１６・ｉの和（１６＋２５５ｘ１６）・ｉ＋１６ＰＣクロックとなり、先に示した時分割スロットｉの開始タイミングと一致する。また、時分割スロットｉの点灯制御スロットｊの先頭では、時分割グループｉの点灯制御レジスタＰ_ｉ、０，Ｐ_ｉ、１，Ｐ_ｉ、３・・・Ｐ_ｉ、１５にはそれぞれ点灯制御データｂ_{ｉ、０、ｊ}，ｂ_{ｉ、１、ｊ} 、ｂ_{ｉ、２、ｊ}・・・ｂ_{ｉ、１５，ｊ}のがシフトインされており、一方ＱＣも各点灯制御スロットの先頭でオンにセットされる。即ち、選択されている時分割グループに関して１６ＰＣクロック毎に点灯制御データの点灯制御データ保持レジスタへのラッチ動作が点灯制御スロットの数（２５５個）だけ繰り返され、結果としてＬＥＤランプＬ_{ｉ、ｋ、ｊ}は時分割スロットｉ内の点灯制御スロットｊでは、点灯制御データｂ_{ｉ、ｋ、ｊ}により点灯、非点灯が制御されることになる。
【００４７】
以上の▲１▼、▲２▼の２つのプロセスにより、各時分割スロットでは、対応する時分割グループが、該グループに属する全て（１６個）のランプユニットの選択レジスタがオンにセットされ、その他の時分割グループの選択レジスタは全てオフに設定されることにより、回路的に選択され、かつ、上記時分割スロット内において選択された上記時分割グループの各点灯制御保持レジスタが点灯制御スロット毎に所定の点灯制御データにより更新されるという実施例３の基本動作を実現している。
【００４８】
「実施例４」
実施例１，２，３に示されたごとく、本発明によるＬＥＤモジュールでは、連珠状に連ねられるランプユニットの回路構成は全て同じであり、例えば制御ユニットからの距離に応じてアドレス等を設定する必要がない。また、ランプユニット間を結ぶ信号線の数も少ないので、柔軟性のあるものとすることができ、ランプユニットとの接続部（コネクタ）も簡単な構造とすることができる。「実施例４」は本発明のこうした利点を利用した表示システム例であり、表示部は連珠状に連ねられたＬＥＤランプユニット（以下表示セグメントと呼ぶ）を用いて構成される。これらの表示セグメントは、長さ、ピクセル間隔、形状、柔軟度の異なる各種のタイプが汎用表示部品として用意されている。
【００４９】
図２５はこれら長さの異なる表示セグメントを用いて構成される”のれん”状の表示システムである。長さの異なる表示セグメントが一定間隔で釣り下げられ、各表示セグメント間は一筆書き状となるよう信号線で相互に接続され、一端には制御ユニットが接続されている。
従来システムでは最終の表示面形状を想定しＬＥＤモジュールを制作する必要があった。これに対して、本実施例が示しているように、本発明は基本的には線状の表示部をもつＬＥＤモジュールであるが、ランプユニットは相互に互換性があるため、予め汎用部品として用意された各種の表示セグメントを信号線で接続するだけで、いろいろな形の面、立体構造に簡単に仕立て上げることができる。また、図２６は例えば表示部全体を樹枝状に仕立て上げるため、上記の表示セグメントを分岐接続した例である。図２６の２６ａは分岐セグメントのランプユニット個数分の点灯制御シフトレジスタ、及び、選択制御シフトレジスタのクロック遅延ユニットである。即ち、本発明では、ランプユニット位置としては点灯制御レジスタ、選択制御シフトレジスタのシフト＆ラッチ動作に関連する制御ユニットからの”遠さ”（シフトレジスタの深さ）のみしか認識されないため、両シフトレジスタのクロックを分岐セグメント２６ｂ相当分遅延することで、主幹セグメント２６ｃは分岐セグメント２６ｂの先に接続されているのと同等に動作させることができる。上記遅延ユニットは、遅延クロック数をダイアルで設定することができ、長さの異なる表示セグメントでも簡単に分岐接続することができる汎用部品として製作される。
【００５０】
「実施例５」
以下に述べる「実施例５」は、本発明によるＬＥＤモジュールの実装方法に関するものである。図２７に示されるように本発明によるＬＥＤモジュールにおいては、通常、各３原色に対応する３個のＬＥＤランプと前述のランプユニット回路を小プリント基板上に一体的に組み立て、それら小プリント基板を相互にフレキシブルな信号線で結び、透明管の中に収納される。前記透明管の材料として、透明塩化ビニールチューブ等柔軟性を備えた材料を採用することにより、いわゆるルミチューブ同様、設置、形状に関して非常に柔軟性のある連珠状のフルカラーＬＥＤ表示器が実現できる。また、ビル壁面等での大形ＴＶ表示器においては、従来のマトリックス型のＬＥＤモジュールに替わり、図２８に示されるように上記収納管を一定間隔で並べることにより実現される。この場合、収納管だけを予め壁面等に設置し、ＬＥＤモジュール本体は、設置されている前記収納管の一端から挿入、あるいは抜き取ることができる構造とされる。図２９に示される収納管断面は、そのための断面構造である。ガラスあるいはプラスチックで作られ、固定金具を兼ねたアルミベースで補強された収納管の内側には、上記信号線で連ねられた小プリント基板を円滑に引き込み、あるいは引き出すため、上下に２つの溝が設けられ、ＬＥＤモジュール本体は、この溝に沿って滑り、全ＬＥＤランプが正しく正面を向いて収納されるよう工夫されている。また、同図に示されるように、ＬＥＤランプ上方には、太陽光線を遮るための遮光部とＬＥＤランプの上方への光線を反射させるための鏡面加工部がアルミベースを利用して設けられている。さらに収納管の一端には換気煽が設置され、収納管内部の熱放出の効率化が計られている。
【００５１】
以上述べた構造により；
▲１▼大形保護ガラス設置の必要性がなくなる。
▲２▼メンテナンスは画面側方だけから行えるため、画面前面、後面からのアクセス機構を省くことができる。
▲３▼設置に際しては、配線を考慮することなく壁面に単純に収納管を並べればよいため、従来システムでは不可欠であった、画面、壁面間での配線作業スペース、モジュール固定のためのフレーム構造が不要である。
なお、収納管にＬＥＤモジュール本体（収納部）を引き込み収納する際のねじれを防ぐ方法としては、上記の収納管内側に溝を設置する方法以外に、収納管の断面形状を真円以外とし、ＬＥＤモジュール本体断面を前記収納部断面とかみ合うように設定する、あるいは、ＬＥＤモジュール本体を回転方向に（収納部長手回転軸方向）に剛とし、収納管の一端から、収納時のねじれを修正することができる構造とすることも有効な手法となる。なお、前記剛性のある収納部を一定の長さでモジュール化し、複数モジュールを一本の棒状に接続継ぎ足しながら順次挿入する、あるいは引き出しながら順次分解することもシステムの搬入、組み立て、修理を簡便にする上で有効な手段となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるＬＥＤモジュールでは、表示部回路、配線、制御装置が大幅に単純化でき、ＬＥＤ表示システムの大型化、形状の多様化への対応、及び、設置、メンテナンスコストの低減に効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＬＥＤ表示システムの構成を図示したものである。
【図２】従来のＬＥＤモジュール回路のブロックダイヤグラムを図示したものである。
【図３】従来のＬＥＤモジュールの回路を用いて連珠状表示部をもつＬＥＤモジュールを実現した場合のブロックダイヤグラムを図示したものである。
【図４】本発明によるＬＥＤモジュールの基本構成を図示したものである。
【図５】本発明によるランプユニットの基本回路を図示したものである。
【図６】ランプユニットの入出力線相互間の結線を図示したものである。
【図７】点灯制御シフトレジスタ及び選択制御シフトレジスタを図示したものである。
【図８】説明用ＬＥＤモジュールのシステム構成図である。
【図９】「課題解決手段１」により構成されたＬＥＤモジュールの点灯制御データシフト＆ラッチ動作を示すタイムチャートである。
【図１０】「課題解決手段１」により構成されたＬＥＤモジュールの時分割駆動動作を示すタイムチャートである。
【図１１】「課題解決手段２」により構成されたＬＥＤモジュールの１フレーム周期分のタイムチャートである。
【図１２】「実施例１」のシステム構成図である。
【図１３】「実施例１」の点灯制御データの構成図である。
【図１４】「実施例１」の点灯制御データシフト＆ラッチ動作を示すタイムチャートである。
【図１５】「実施例１」の時分割駆動動作を示すタイムチャートである。
【図１６】「実施例１」の１点灯制御スロット分のタイムチャートである。
【図１７】「実施例２」の１フレーム周期分のタイムチャートである。
【図１８】「実施例２」の点灯制御データの構成図である。
【図１９】「実施例２」の点灯制御データシフト＆ラッチ動作を示すタイムチャートである。
【図２０】「実施例２」の時分割駆動動作を示すタイムチャートである。
【図２１】「実施例３」のランプユニット回路を図示したものである。
【図２２】「実施例３」の１時分割スロット分のタイムチャートである。
【図２３】「実施例３」での選択レジスタの動作を図示したものである。
【図２４】「実施例３」の点灯制御データの構成図である。
【図２５】「実施例４」に示される”のれん”状ＬＥＤ表示システムを図示したものである。
【図２６】「実施例４」に示される表示セグメント分岐方法を図示したものである。
【図２７】透明収納管に収納された本発明によるＬＥＤモジュールを図示したものである。
【図２８】ビル壁面等に設置された収納管を図示したものである。
【図２９】収納管の断面図である。
【符号の説明】
１ａＬＥＤ表示パネル
１ｂＬＥＤモジュール
１ｃピクセル
２ａ行バッファメモリ
２ｂランプユニット
２ｃ行バッファメモリ入力端
２ｄ行バッファメモリ出力端
２ｅ点灯時間制御ユニット
２ｆ時間幅番号発生回路
３ａ行バッファメモリ、点灯時間制御ユニット
３ｂ行選択回路
１３ａ点灯制御データ
１３ｂ点灯制御データの構成
１３ｃ点灯制御スロットｉ点灯制御データ構成
１３ｄ点灯制御スロットｉ、グループｊ点灯制御データ構成
２６ａ遅延ユニット
２６ｂ分岐セグメント
２６ｃ主幹セグメント
【表１】

Claims

複数個のＬＥＤランプにより構成され、フレーム周期内にはそれらのＬＥＤランプそれぞれに対応し、時間幅が均等ではない複数個の点灯制御スロットが設けられ、フレーム周期内で、各ＬＥＤランプは対応する上記点灯制御スロットそれぞれの時間帯において点灯、非点灯されることにより輝度制御され、かつ、それらのＬＥＤランプにより構成される画素が連珠状に連ねられ一本の紐状に成形された表示部と、その表示部の一端が接続されている制御ユニットとにより構成され、
かつ、下記の用件（１）〜（９）を備えていることを特徴とするＬＥＤ表示システム。
（１）前記表示部は可塑性を備えた信号線により構成され、その形状を変化させることができる。
（２）前記制御ユニットは前記各ＬＥＤランプに対して当該ＬＥＤランプに割り当てられた前記各点灯制御スロットに対応する点灯制御データを生成する。
（３）前記制御ユニットには点灯制御データ出力端子と共通クロック出力端子が備えられている。
（４）前記制御ユニットは前記点灯制御データ出力端子から前記点灯制御データを前記共通クロック出力端子から出力される共通クロック信号に同期して出力する。
（５）前記制御ユニットは前記点灯制御スロットの開始と終了に同期するタイミング信号を出力する。
（６）前記各ＬＥＤランプに対応し、ランプユニットが設けられ、それら各ランプユニットには点灯制御レジスタ、入力データ信号線、出力データ信号線、及び共通クロック信号線が設けられている。
（７）前記各ランプユニットの入力データ信号線は当該ランプユニットと相互に異なる前記ランプユニットの出力データ信号線か、又は前記制御ユニットの点灯制御データ出力端子に接続され、かつ、前記各ランプユニットの共通クロック信号線は前記制御ユニットの共通クロック出力端子に接続されることにより、前記各ランプユニットに設けられている点灯制御レジスタは相互に接続され、前記制御ユニットの点灯制御データ出力端子を入力端子とし、前記制御ユニットの共通クロック信号出力端子から出力される共通クロック信号をシフトクロックとするシフトレジスタを構成している。
（８）前記制御ユニットの点灯制御データ出力端子から前記シフトレジスタへ前記点灯制御データが出力され、前記制御ユニットの共通クロック出力端子から出力される共通クロック信号によりシフトされることにより、前記各ランプユニットに設けられている点灯制御レジスタの内部状態は、前記各点灯制御スロット毎に、当該点灯制御スロット、および当該ランプユニットに対応するＬＥＤランプとに対応する前記点灯制御データにより当該点灯制御スロットの開始時点までに更新される。
（９）前記各ランプユニットは、当該ランプユニットの点灯制御レジスタの内部状態と、前記制御ユニットより出力されるタイミング信号に基づき、当該ランプユニットに対応するＬＥＤランプを、当該ＬＥＤランプに対応する前記各点灯制御スロットにおいて、当該ＬＥＤランプに供給される前記点灯制御データの当該点灯制御スロットに対応する点灯制御データに従って、点灯、非点灯になるよう制御する。