JP5303834B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子を備える発光装置に関し、特に文字表示等、シャープネスを強くしエッジを強調して表示する表示装置として好適な発光装置に関する。

今日、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の高輝度の発光素子が、光の三原色である赤（Red）、緑（Green）、青（Blue）のＲＧＢそれぞれにつき開発されたため、大型の自発光型フルカラーディスプレイが作製されるようになった。中でも、ＬＥＤディスプレイは軽量、薄型化が可能で、且つ高輝度・消費電力が低い等の特徴を有するので、屋外でも使用可能な大型ディスプレイとして需要が急激に増加している。サイズの大きな大型ＬＥＤディスプレイでは多数のＬＥＤが使用され、例えば縦３００×横４００ドットの場合は合計１２万ものＬＥＤ群が使用される。このような１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能なＬＥＤが開発されたことに伴って、野外において使用されるフルカラーやマルチカラー表示可能な大型ディスプレイ用途に使用されている。このような大画面ディスプレイは、ビルの壁面や野球場、競技場に設置したり、野外コンサートに設置されて活用されている。また一方で、高輝度ＬＥＤをメッセージを表示する電光表示板や看板、ビルボード、コピーベルト（電光案内板）としたり、あるいは信号機や照明用として活用する等、様々な方面での利用も進んでいる。

このようなＬＥＤ表示装置は、ＲＧＢがそれぞれ発光可能なＬＥＤを近接して配置させ、混色により１画素として利用する。各ＬＥＤは駆動ＩＣ等によって所望の時間、輝度を調整して点灯させ、各ＬＥＤの混色により所望の色表示をさせることができる。また、ＬＥＤディスプレイには、樹脂製等の筐体内に複数のＬＥＤと共に、これらを駆動する駆動回路を配置させて、それ自体で駆動可能なＬＥＤユニットを組み合わせ構成したものと、筐体内に複数のＬＥＤのみを配置したＬＥＤクラスタを組み合わせ構成し、それを外部から駆動させるものがある。例えば、各ＬＥＤユニット乃至ＬＥＤクラスタを、ビルの壁面に設けられた取付フレームに固定させ、さらに各ＬＥＤユニット乃至ＬＥＤクラスタをそれぞれ通信コネクタによって接続させることにより、１つのＬＥＤディスプレイとして構成させることができる。

複数のＬＥＤを使用した発光装置の例として、図１３にＬＥＤディスプレイを示す。このディスプレイは、ＲＧＢのＬＥＤ１１ａを一組にした１ピクセルをマトリクス状に配置し、各ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦや発光量を制御することで、文字やイメージを表示することができる。具体的には、カソード側にＬＥＤ１１ａを各々定電流駆動する定電流駆動回路３５を接続する。このようなＬＥＤの列を複数並列に並べ、各々のアノード側をコモンドライバ２Ｂを介し電源回路に接続することで、電源回路が供給する電圧Ｖにより駆動される。

ＬＥＤディスプレイの各ピクセルを構成するＬＥＤの配置例を、図１４及び図１５に示す。図１４の例では、ＲＧＢ３色のＬＥＤを三角形状に配置して１ピクセルを構成している。一方、図１５の例では、ＲＧＢ３色のＬＥＤを縦方向に配置して１ピクセルを構成している。いずれの例でも、各ピクセル間のピッチは縦横共一定値Ｌとしている。また、ＲＧＢ３つのＬＥＤは、図１４に示すようにＲＧＢ毎にパッケージ化した３個のＬＥＤを各ピクセルに近接して配置する構成や、図１５に示すようにＲＧＢのＬＥＤチップを１のパッケージ内に隣接して封入した構成が利用できる。

さらに屋外にて使用されるＬＥＤディスプレイには、図１６に示すように各画素の上方にルーバ１０がそれぞれ固定されることがある。ルーバ１０は、がらり等とも呼ばれ、発光素子への太陽からの直射日光等の外光を遮って反射によるコントラストの低下や劣化を防ぎ、また雨風の影響を緩和し素子を保護するためのものである。

このようなディスプレイに文字を表示することで、道路情報表示板等として利用できる。ＬＥＤを用いた道路情報表示板は、表示すべき文字を容易に変更できる上、文字が自発光するので運転中のドライバからも表示文字が判読し易いという利点がある。

マトリクス状に配置するＬＥＤを高密度にすると、高精細、高品質な表示が可能となる。しかしながら、使用するＬＥＤの数が増えると、コストがかかる上消費電力や発熱量も増え、さらにＬＥＤの点灯を制御するための制御回路が複雑になる。そこで、マトリクス配置したＬＥＤを一定の割合で間引いたピクセル構造とすることが行われている（例えば特許文献１）。

具体的にＬＥＤを間引いて仮想ピクセル配置とした構成例を図１７に示す。仮想ピクセルは仮想画素、倍走査制御、ダイナミックピクセルコントロール等とも呼ばれる、画素を構成するドットを間引いて表示する手法である。この例では、図１４や図１５のように、ピクセル間のピッチをＬとして配置されたＬＥＤから、Ｒ、ＢのＬＥＤを１／４、ＧのＬＥＤを１／２に間引いている。この結果、図１７に破線の枠で示すようにピッチＬで正方形上の各頂点に配置されたＲＧＢＧの４個のＬＥＤで１ピクセルを構成している。なおこの例では、１ピクセルに２個のＧのＬＥＤを使用しているが、これはホワイトバランス調整時にＧのＬＥＤに要求される輝度がＲ、Ｂに比べて一般に高い点を考慮しているためである。このような配置の場合、図１７において●で示すピクセルの中心点が仮想的なピクセル（バーチャルピクセル）となる。この場合の同色のＬＥＤ間のピッチは、縦横共２Ｌとなる。この構成であれば、図１４、図１５に示した構成と比べ、Ｌ毎にＬＥＤを１個ずつ配置するため、Ｒ，Ｂの使用量を１／４、Ｇの使用量を１／２に減らすことができる。
特許第３３１３３１２号公報

しかしながら、ＬＥＤを間引くと、画素数が低下して表示品質、特にシャープネスが悪化するという問題があった。静止した文字を表示することの多い情報表示板等では、間引いた分、エッジ部分がぼやけてしまい、漢字等の文字表示は輪郭が不鮮明になって判読性が低下する傾向にある。特に、道路情報表示板に使用される場合は、高速に移動する車内から文字を読み取らねばならず、判読性の低下は大きな問題となる。

特に上述した図１７の配置では、縦横方向いずれにおいても仮想ピクセルとなるため、例えば白色の線を表示すると線幅が広くなる。このことは、特に精細な文字表示をしようとすると、近距離からの視認性が悪化する可能性を示唆している。さらに、図１７の構成ではすべてのドットに１パッケージのＬＥＤを使用することになるため、図１５で示した１パッケージにＲＧＢ３つのＬＥＤチップを配置する構成と比較して、パッケージの個数自体はトータルで同じままである。このため、可能なコスト削減はＬＥＤチップの価格分のみとなる。

また図１７の配置では、単色点灯においてはＲ、Ｂが正方形状に配置、点灯されるのに対し、Ｇは市松状の配置、点灯状態となり、Ｒ、Ｂ単色点灯の時と点灯状態が異なり、見え方に違和感を与えるおそれもあった。

一方でルーバを設けたディスプレイの場合、正面から視認する場合は問題なく表示、判読できるが、斜め方向からの視認では、ルーバが画素の一部を遮る「けられ」が発生して、シャープネスが低下したり、ピクセルを構成するＬＥＤの配置の仕方によっては混色の割合が変わり表示品質に影響を与えることがあるといった問題が生じる。例えば背景色がＲ，Ｂ点灯（マゼンダ（Ｇの補色））で白色の文字を点灯させる場合において、斜め方向から見てＧに「けられ」が発生すると、白色文字はＧの混色率が下がることになる。その結果、白色文字の色がＲ，Ｂ方向にシフトし、文字色と背景色が似てしまうことになって文字情報の読み取りが困難になる虞が生じる。特に道路情報表示板においては、遠方からも視認しやすくするため通常高い位置に設置されるが、車が道路情報表示板に近付くにつれ、斜め下方から見上げるようにして視認されることになる。このような場合、ルーバによって画素の一部が遮られ、シャープネスが低下したり、文字色が変化して背景色との区別が付き難くなり文字が判読し難くなるという問題があった。

このように仮想ピクセルを使用したＬＥＤディスプレイにおいては、ＬＥＤの個数を少なくしたことで、上記のようなシャープネス低下の影響を受け易くなる。このことは文字表示等の表示板においては、重大な要因となる。本発明は、従来のこのような問題を解決するためになされたものである。本発明の一の目的は、使用する発光素子の数を少なくしてもシャープネスの低下を抑制可能な表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明に係る発光装置は、発光色がそれぞれ異なる複数の発光素子がマトリクス状に配置された表示部と、前記発光素子の点灯を制御する駆動回路とを備える。この発光装置では、前記表示部は、少なくとも前記マトリクスの縦横いずれかの一方向において、隣接する第１のライン及び第２のラインに配置された前記複数の発光素子を一組として光の３原色を全て含む一画素を構成しており、前記複数の発光素子は、それぞれ異なる発光色を有する第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を備えるとともに、前記マトリクスの少なくとも縦又は横方向の各ライン上で、前記第１の発光素子が前記第１のラインに配置され、一方前記前記第２の発光素子及び第３の発光素子は、前記第２のラインに配置されるとともに前記第１の発光素子に隣接して位置するよう配置されており、これら第１乃至第３の発光素子を一組として光の３原色が揃う一画素を構成しており、前記表示部は、前記マトリクスの縦又は横方向の各ラインの幅を一定としており、前記駆動回路は、前記表示部のマトリクスを構成するドットが、縦横いずれかの一方向で、実ピクセル配置、縦横いずれかの他方向で、前記駆動回路が表示させようとする前記表示部の一画面のデータを基準として、ここから該他方向において発光素子を間引いた仮想ピクセル配置となるように、前記発光素子を駆動可能であり、さらに前記駆動回路は、一画素を構成する隣接する発光素子の、光の３原色を構成する組み合わせのクラスタを、隣接する他の発光素子の組み合わせに変更可能に構成している。これにより、使用する発光素子の数を低減し駆動回路を簡素化し、かつ表示品質の低下を抑えたシャープネスの高い鮮明な表示が可能となる。

また、縦横いずれか一方向のドットピッチを仮想ピクセル配置として使用する発光素子数を低減すると共に、実ピクセル配置としてシャープネスを維持して全体としての表示品質低下を抑制することができ、コスト削減と品質維持を両立することができる。また縦方向もしくは横方向のみに仮想ピクセルで表示することで、仮想ピクセルでない方向は実ピクセル表示ができる。例えば縦方向を仮想ピクセルで表示した場合、文字表示において横方向のエッジを明瞭に表示することができる。したがって、従来の方法に比べ、高速道路を走る自動車等のような高速な移動体からでも文字の認識が容易になる。

さらに、実ピクセル配置の各ライン上には、発光素子が光の３原色をすべて含むように配置し、仮想ピクセル配置の各ライン上には、いずれかの発光色の発光素子を配置することが好ましい。

さらにまた、実ピクセル配置のラインの方向において、隣接するライン間で発光素子をオフセット配置することもできる。

さらにまた、駆動回路が、隣接する発光素子の、光の３原色を構成する組み合わせのクラスタを、表示タイミングに応じて切り替える。これにより、ハードウェア的に同一構成の発光装置でも、クラスタの設定を変更することで縦横いずれか所望の方向に実ピクセル配置での表示を実現でき、表示態様に応じて実ピクセル配置と仮想ピクセル配置を切り替えて表示品質を維持することが可能となる。

一方、他の発光装置は、前記複数の発光素子が、赤色系、緑色系、青色系のいずれか一の発光色を有する第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を含み、前記表示部が、該第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を組としたクラスタをマトリクス状に配置している。この発光装置では、前記第１の発光素子が、前記表示部のマトリクスを構成する格子点上に配置され、前記第２の発光素子と第３の発光素子が隣接して、前記第１の発光素子が配置された格子点と隣接するマトリクスの格子点上に配置されており、これら第１乃至第３の発光素子を一組として表示部のピクセルが構成される。これにより、第２の発光素子と第３の発光素子とを一のパッケージに収める等して十分に近接して配置できる上、マトリクスを構成する点のピッチ単位で、白色等の混色表示を行うことが可能となり、高精細なディスプレイ表示を維持できる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂ各単色点灯時にはどの色の場合でも、市松状の点灯をすることになり、色によって点灯状態が異なるということがないため、単色点灯の見え方に違和感がない。

また、発光素子の周囲で少なくとも一面において、表示部から突出したルーバを設けることもできる。これにより、発光素子を外光から保護し表示部での表示のコントラストを向上できる。

さらに、第２の発光素子と第３の発光素子は、マトリクスの縦横いずれかの一方向において、各ライン上では同じ姿勢で隣接して配置されてなると共に、隣接するラインに対しては、逆の姿勢で隣接して配置できる。これにより、ルーバを設けると斜め方向から視認した際に「けられ」が発生し、配光角によって色変化が生じるという従来の問題を解消し得る。すなわちルーバにより「けられ」が発生しても、交互に配置パターンを逆転させて第２の発光素子と第３の発光素子を配置しているため、「けられ」を第２の発光素子、第３の発光素子に分散させて色変化を抑制でき、文字情報の視認性の悪化等を抑制できる。

さらにまた、発光素子には発光ダイオードが好適に利用できる。

また発光装置を、文字情報表示用ディスプレイとして好適に利用できる。これにより、道路情報表示板等、文字表示に適した発光表示装置が実現できる。

さらに、光の３原色を構成する発光素子の内、発光色の異なる２つの発光素子を一つのパッケージに配置することもできる。これにより、２つのＬＥＤを１つのパッケージ内に収める等して、これらを十分に近接させた構造とすることで、白色等混色した線を細い線幅で表現することが可能となり、極めて高精度な表示が可能となる。
さらにまた、光の３原色を構成する発光素子の内、青色と緑色の発光素子を一つのパッケージに配置し、赤色の発光素子を別のパッケージに配置することもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、特許請求の範囲、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）

図１に、本発明の実施の形態１に係る発光装置１００のブロック図を示す。この図に示す発光装置１００は、複数の発光素子であるＬＥＤをｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは１以上の整数）のマトリクス状に配列してなる表示部１と、表示部１の各行に、ダイナミック点灯の場合はコモンアドレス信号に基づいてその各行を選択しながら電流を印加する水平駆動部２（コモンドライバ）と、外部コントローラ等と通信を行い、表示部１の各列に、選択された行に対応する画像表示データに基づいて、複数の電流供給ラインを介して駆動電流を供給する駆動回路である垂直駆動部３を備える。水平駆動部２及び垂直駆動部３は、表示部１の発光素子の点灯を駆動する駆動回路として機能する。本実施の形態においてはデータ・シフトクロック・ラッチで書き込まれたデータに基づき、ブランク信号をトリガとして、階調基準クロックで決まる時間分、コモンアドレスで選択されたＬＥＤの点灯を行う。
（表示部１）

表示部１は、導電性パターンが形成された基板上に、複数の発光素子で１画素を構成するクラスタをｍ行×ｎ列のマトリクス状に配列している。発光素子には、ＬＥＤ、ＬＤ等の半導体発光素子やＥＬ、ＰＤＰ等が利用される。半導体発光素子は、入力に対する出力のリニアリティが良く、効率に優れ、長寿命で安定して使用できる利点がある。実施の形態１においてはＬＥＤを使用した。ＬＥＤは、電球等に比較して球切れの心配が無く耐久性やコストの面から好ましい。ＬＥＤクラスタの配置例については、後述する。この実施の形態では、赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）がそれぞれ発光可能な各ＬＥＤを３個単位で隣接して配設したＬＥＤクラスタで、一画素（ピクセル）分を構成している。各画素毎にＲＧＢを隣接させたＬＥＤは、フルカラー表示を実現できる。なお光の３原色とは一般には上記Ｒ、Ｇ、Ｂを指すが、ＣＭＹ系又はＣＭＹＫ系を利用することもできる。

ＬＥＤ等の半導体発光素子は、液相成長法、ＨＤＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法により基板上にＺｎＳ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半導体層の材料やその混晶度の選択により、半導体発光素子の発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。特に、野外でも好適に利用することができる表示装置とするときには、高輝度発光可能な発光素子が求められる。そこで、緑色系及び青色系の高輝度な発光する発光素子の材料として、窒化物半導体を選択することが好ましい。例えば、発光層の材料として、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。また、このような発光素子と、その発光により励起され、発光素子の発光波長と異なる波長を有する光を発する種々の蛍光体と、を組み合わせた発光素子とすることもできる。赤色系の発光する発光素子の材料として、ガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジウム・ガリウム・燐系の半導体を選択することが好ましい。なお、カラー表示装置とするためには、赤色系の発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍ、緑色が４９５ｎｍから５６５ｎｍ、青色の発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍのＬＥＤチップを組み合わせることが好ましい。

発光素子は、その発光素子に電力を供給するリード電極と電気的に接続され、発光素子を外部から保護する封止部材にて被覆することによりＬＥＤとされる。発光素子は、成長基板上に半導体層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子が好適に利用できる。成長基板は、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の材料を用いることができる。また、サファイアのような絶縁性基板でなく、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることにより、ｐ電極及びｎ電極を対向して配置させることもできる。

また必要に応じて、発光素子の周囲に波長変換部材を配置し、発光素子の光の波長を変換して、異なる波長の光に変換して出力することもできる。波長変換部材は、例えば透光性樹脂に、発光素子の光で励起されて蛍光を発する蛍光体を混入することにより形成させたものである。これにより、発光素子の光をより長波長の光に変換し、発光素子の光と波長変換部材で変換された長波長の光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。

さらにＬＥＤは、種々の形状のものを用いることができる。例えば、発光素子であるＬＥＤチップをリード端子と電気的に接続させると共に、モールド樹脂等で被覆した砲弾型や、チップタイプＬＥＤ、発光素子そのものを利用する形態等が挙げられる。
（水平駆動部２）

水平駆動部２となるコモンドライバは外部コントローラ供給されるコモンアドレス信号に基づいて、デコーダ部２ａを介して制御される。通信部９によって受信したデータおよび階調基準クロックに基づいて電流駆動部３４を制御する。
（水平駆動部３）

垂直駆動部３は、通信部９と、記憶部３２と、電流駆動部３４で構成される。通信部９は、外部コントローラから表示データの受信を行う。通信部９はシフトレジスタ等で構成される。ここで受信したデータはラッチ信号によって記憶部に送られる。電流駆動部３４は階調基準クロックを受信して、通信部９から受け取った記憶部３２の画像表示データに従い、ＬＥＤを駆動する。階調基準クロックは一般に外部から供給される。ただ、垂直駆動部３側で自律生成することもできる。垂直駆動部３は、ドライバＩＣ等により構成される。

より具体的に、電流駆動部３５は発光素子群に対応した定電流駆動回路を含んでいる。各定電流駆動回路は、発光素子を定電流駆動する定電流回路と、スイッチング等により通電量を制御する制御回路とを兼用している。定電流回路として適切に制御される回路を備えた。

表示部１に供給されるコモンラインの駆動電流は、垂直駆動部３に設けられた電流駆動部３４が供給する。コモンアドレス信号を点灯制御信号に同期して、デコーダ２ａより同期された制御信号が水平駆動部２に入力され、この制御信号により選択されたコモンラインと電源が接続される。これに応じて水平駆動部３の電流駆動部３４より駆動電流が供給される。水平駆動部２により表示部１の各行毎に順次切り替えられて、点灯される。

なお、本発明の発光装置は、静止画、動画等の映像を表示するディスプレイ等の画像表示装置に限定されない。本明細書において発光装置とは、表示部に文字、数字等のテキスト情報を表示する表示板の他、表示部を光源として発光色や発光量を調整可能な照明装置も含む。特に本発明は、発光素子として高輝度のＬＥＤを使用することで、照明色や輝度等を制御可能な照明に利用することができ、発明の名称に関わらず画像を表示しない照明装置も本発明の範囲内として意図する。例えばコントローラやセンサを接続して、発光のＯＮ／ＯＦＦ、光量や発光色の調整が可能なインテリジェント照明とできる。特に、発光装置をユニット状に連結することで照明装置を構成でき、設置場所に応じて発光装置の配置パターン等を自由に変更できる。また本明細書において、制御データとは画像データ、輝度補正データ、定電流調整データ、イネーブル制御、水平同期データ等、画像表示あるいは照明用として使用する場合は点灯に必要な各種のデータを指す。本明細書においては、便宜上単にデータと呼ぶこともある。また発光装置で表示されるデータは、必ずしもフルカラーの画像データに限られるものでなく、例えば１６色、８色等の減色された表示や階調表現等にも利用可能である。さらに画像のみならず文字、図形データの表示にも利用できる。あるいは発光装置を照明として使用する場合は、照明強度の階調を変化させたり調光制御を付加することができる。
（発光素子の配置パターン）

図２に、表示部１における発光素子１１の配置パターンを示す。この図に示すように、各行にＲＧＢのＬＥＤを配置すると共に、隣接する列のＬＥＤとの間で１画素を構成する。ここで、行方向に隣接するＬＥＤ同士は、オフセット配置しており、ｎ列のＬＥＤ１個（例えばＲ）と、ｎ＋１列のＬＥＤ２個（例えばＧとＢ）で一画素を構成する。これによって、使用する発光素子の数を低減しつつ、表示品質の低下を抑制することができる。

すなわち、従来は図１４や図１５に示すように、高品質表示を行うＬＥＤディスプレイ３００、４００では各画素毎にＲＧＢのＬＥＤ１１ａを配置していたため、画素ピッチＬとする場合、Ｌ×Ｌの１枡ＭＳにＲＧＢのＬＥＤ１１ａがそれぞれ４個ずつ含まれることになる。一方、図１７に示すように各画素からＬＥＤを間引いて仮想ピクセル配置としたＬＥＤディスプレイ５００の場合、１枡ＭＳの四隅に配置するＬＥＤ１１ａを１個のみとするため、各ＬＥＤ１１ａの配置ピッチをＬとすれば図１４等の例と比較して、使用するＬＥＤの個数はＲ、Ｂを１／４、Ｇを１／２に低減することができる。しかしながらこの配置では、仮想ピクセル表示によって表示を行わせるため、シャープネスが低下する。このことは、文字等のシャープネスが要求される表示において、表示品質が低下することを示唆する。

そこで本実施の形態では、図２に示すように横方向については図１７と同様にピッチ２Ｌで仮想ピクセル配置をしつつ、縦方向についてはＬのピッチで実ピクセルを配置している。図１７の構成と比較すると、横方向はいずれも２Ｌの範囲にＬＥＤが２個位置する構成であって同じであるが、縦方向では図１７が２Ｌの範囲にＬＥＤが２個であったのに対し、３個に増やしている。したがって、ＬＥＤの使用量は図１７に比べて３／２倍となるが、その分、表示品質の低下を抑制することが可能となる。より具体的には、図２の左上の画素に着目すると、ＲのＬＥＤは、右隣の列に隣接するＧ、ＢのＬＥＤの中間位置にオフセット配置されている。これらＲＧＢで構成される画素の中心は、図２に●で示す位置となるため、横方向は仮想ピクセル表示となって表示品質が低下するものの、縦方向についてはピッチＬの実ピクセル表示であるため、より精細な表示が可能となる。

さらに、各列にＲＧＢのＬＥＤを配置することで、縦方向での混色（例えば縦の白線表示）はドットピッチのレベルで表示することができる。もちろん、縦方向と横方向を入れ替えることもできる。このように、縦方向もしくは横方向のみに仮想ピクセルで表示し、他方を実ピクセル表示とする構成とすることで、文字表示等に好適な表示品質が確保される。例えば、縦方向を仮想ピクセルで表示した場合、文字表示において横方向のエッジを明瞭に表示することができる。よって、漢字のような輪郭のシャープネス表示が求められる用途では効果的である。特に道路表示板のように、移動中の車内から観察されるような用途では、シャープネスを高めて文字を判読し易くすることは極めて重要となる。しかも、単に高精度な表示とするのでなく、一方向についてはＬＥＤの間引き数を多くして必要なＬＥＤ数を低減できるので、製造コストの低減と必要な表示品質の維持を両立できる利点が得られる。

ＬＥＤは、一パッケージに一のＬＥＤチップを搭載したタイプを使用することもできるが、隣接する異なる発光色のＬＥＤを一のパッケージにて構成することもできる。具体的には、図３に示すように隣接するＬＥＤ１１ａ（この例ではＧ、Ｂ）をＬＥＤチップで構成し、一のＬＥＤパッケージ１０に収納することで、別個のＬＥＤ素子を２個使用する場合に比べてコストを低減できる上、実装工程の簡素化や小型化にも寄与できる。図４に、このような一のＬＥＤパッケージ１０にＬＥＤ１１ａを２個収納したＬＥＤ素子の例を示す。このように一パッケージ内に複数のＬＥＤチップを搭載することで、電極や封止樹脂等を共通化でき、コストを低減できる。図３の例では、ＲのＬＥＤチップのみをパッケージしたＲ−ＬＥＤ１０ｒと、Ｇ、ＢのＬＥＤチップを１つにパッケージしたＧＢ−ＬＥＤ１０ｇｂにて、表示部１のユニット表示面を構成しており、図１４に示す従来の構成と比較すると、ＬＥＤチップの個数はＲＧＢいずれについても１／２に低減できる。

さらに、ＬＥＤチップの個数を１／２に低減することで、各ＬＥＤを駆動する駆動回路の駆動素子も半分にすることができる。例えば従来例として、図５のような１６×１６ドットの表示部３０１で、各ドットにＲＧＢのＬＥＤチップを各々配置したＬＥＤパッケージ１０ｒｇｂを使用する場合は、ダイナミック駆動のデューティ比が１／８であるとすると、駆動回路はＲＧＢ各色についてそれぞれ３２ｃｈ必要となる。一方、実施の形態１を適用して図６のような１６×１６ドットの表示部１を構成する場合は、隣接する２つのＬＥＤ１０ｒ、１０ｇｂで一画素を構成するため、実質上８×１６もしく１６×８ドットとなる。よって駆動回路は、ＲＧＢ各色について１６ｃｈあれば足りることになり、必要なメモリ容量等を低減して回路構成を簡素化できる利点が得られる。

さらにこの構成では、上下方向に隣接するＬＥＤを近接させることができ、左右に隣接するＬＥＤと同一直線上に近付けることができ混色性も向上する。これにより横方向における混色（例えば横方向の白線表示）が高められ、実ピクセル表示において、ＬＥＤ配置ピッチＬ幅での詳細表示が可能となる。

加えて、図２等の配置では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各単色点灯時にはどの色の場合でも、市松状あるいは菱形状の点灯パターンとなる。従来のＬＥＤ間引き配置では、図１７に示すようにＲ、Ｂは碁盤目状あるいは四角形状、Ｇは市松状あるいは菱形状となるため、単色点灯時にはＲ、Ｂの表示とＧの表示が異なって観察されるという問題があった。これに対し図２に示す配置では、Ｒ、Ｇ、Ｂすべての色が市松状に配置されているため、色によって点灯状態が異なるということがなく、単色点灯の見え方に違和感がないという利点も得られる。

なお、ＬＥＤの配置ピッチは、図２の例では横方向にＬ、縦方向に（２／３）Ｌとしている。ただ、この例に限られず縦方向のピッチを長く設定したり、あるいは縦横のピッチを同じに設定することも可能であることはいうまでもない。
（仮想ピクセル）

上記図２、図３等の例では、横方向に隣接するＲ及びＧＢのＬＥＤで一画素を構成する場合を説明した。この場合、仮想ピクセルは横方向に形成される。ただ、同じ配置の表示部を使用して、縦方向に仮想ピクセルを形成することもできる。この様子を、図７及び図８に基づいて説明する。図７は、上述の通り横方向に隣接するＬＥＤ１０ｒ、１０ｇｂで一画素を構成している。画素は、各ＬＥＤの点灯を制御する駆動回路によって決定される。例えば、図７において破線で示すピクセル１、ピクセル３のように一画素を構成することもできるし、これらピクセル１、３を跨ったピクセル２のように一画素を構成し各々のピクセルで表示する階調の合計を各ＬＥＤに表示させるよう駆動回路で制御する。また、倍速表示においてフレーム単位で画素の指定を変更するよう、駆動回路が点灯を制御してもよい。この場合、あるフレームでピクセル１、３を、次フレームでピクセル２を、それぞれ画素として点灯制御を切り替える。いずれの場合も、横方向が仮想ピクセル表示となり、縦方向が実ピクセル表示となって、縦方向には詳細表示が可能となる。このように駆動回路がフレーム毎にピクセルの構成を切り替える様子の一例を、図１８及び図１９に基づいて説明する。図１８（ａ）に示す表示部１では、破線で示すピクセル１１、１３、２１、２３、３１、３３のグループＧ１（図１８（ｂ））と、一点鎖線で示すピクセル１２、１４、２２、２４、３２、３４のグループＧ２（図１８（ｃ））とに分け、これらをフレーム毎に交互に切り替える。具体的には、図１９のタイミングチャートに示すように、フレームをブランク信号（BLANK）毎に切り替える倍速表示において、各フレームにおいて表示されるピクセルについて、図１８（ｂ）のグループＧ１をフレーム１、３等の奇数フレームで、図１８（ｃ）のグループＧ２をフレーム２等の偶数フレームで表示する。これによって、横方向にピクセルを切り替えて表示する仮想ピクセル表示が実現される。

一方、図８に示すように、縦方向に隣接するＬＥＤ１０ｒ、１０ｇｂで一画素を構成することもできる。この場合は上記図７と逆に、縦方向が仮想ピクセル表示となり、横方向が実ピクセル表示となって横方向の表示を高品質とすることができる。またこの場合も、図８において破線で示すように、ピクセル１、３のような画素の取り方や、これらに跨るようにピクセル２を画素とする取り方、表示の制御方法を同様に適用することができる。

これら縦方向、横方向のいずれを仮想ピクセル表示とするかは、ＬＥＤの点灯制御を駆動回路で選択することによって、容易に切り替えることができる。一画素の組み合わせ方法は、ダイナミック点灯におけるコモン駆動の方式に依存すること無く可能であり、ユニットの設置方向や表示内容に応じて、縦横いずれかの方向に仮想ピクセル構成をとることができる。例えば、横方向の解像度が優先される表示を行う場合は、縦方向仮想ピクセル構成を選択する。このように、表示される文字や図形の態様によって、適切な方向に仮想ピクセル表示を設定できる。

また、表示部をユニット状に構成し、複数のユニットを連結して大きな表示部を構成する場合においても、ユニットの配置方向に拘わらず仮想ピクセル表示の方向を任意に設定できる利点も得られる。具体的には、横長又は縦長のピクセル構成のユニット、例えば１６×４８ドットのユニットを作成して、表示システムのサイズ等の制約に合わせるため、これを縦方向にして使用する必要があるときでも、縦横いずれの方向にも仮想ピクセルを設定できる。
（実施の形態２）

さらに、上下に隣接するＬＥＤは、同一姿勢での配置とせず、１つおきに逆向きに配置することもできる。このような「てれこ配置」は、ＬＥＤにルーバ２０を設ける構成において「けられ」に対して有効となる。図９に、実施の形態２に係る発光装置２００の表示部２０１の配置例を示す。この図の発光装置２００は、マトリクス状に配置されたＬＥＤの上方に、庇状のルーバ２０を横方向に延長して設けている。この例では、横長のルーバ２０を、縦方向に一定間隔に固定している。この構成に限られず、画素毎に個別にルーバを設けてもよい。このようなルーバを設けることで、直射光や風雨からＬＥＤ素子を物理的に保護でき、また西日等の反射を低減してコントラストを向上できる。

一方で、ルーバ２０を設けた表示部２０１を正面から観察する場合はルーバ２０が邪魔にならないが、斜め下方から観察するとルーバ２０上方のＬＥＤがルーバ２０で遮られ、画素を構成する一部の発光素子が観察されない、いわゆる「けられ」が発生する。特に、道路情報表示板のような高所に配置される発光装置においては、発光装置に近付くに連れて観察方向が斜めになり、「けられ」が大きくなる。「けられ」によって画素を構成する一部のＬＥＤが遮られると、表示色によっては正しく表示されなくなる虞がある。例えば、図３のＬＥＤ配置において、背景色をマゼンダ色とし、白線を横方向に表示する例を図１０に基づいて検討する。ここでは説明のため、図１０において点灯しているＬＥＤのみを表示し、「けられ」によって遮られたＬＥＤは図示していない。また白線の幅は２画素分としている。マゼンダ色の背景色を得るために、背景部分では図１０（ａ）のようにＲ、ＢのＬＥＤを発光させ、白線部分はＲ、Ｇ、Ｂを点灯させる。この状態において、ルーバ２０によって「けられ」が発生すると、ルーバ２０の直ぐ上方に配置されたＬＥＤ、すなわち隣接するＬＥＤの内、下側に位置するＧのＬＥＤがすべての位置で遮られ、図１０（ｂ）のようになる。この状態では、ＧのＬＥＤの光が観察されない結果、白線部分でＧが欠ける結果、マゼンダ色となって観察され、背景色と同一色になって視認できない状態となる。

そこで、図９及び図１１に示すように、上下方向に隣接するＬＥＤを１つおきに逆向きに配置することで、「けられ」によって一律にＬＥＤが遮られる問題を低減することができる。すなわち、上記構成で図１０の例と同様にマゼンダ色の背景に白色を表示する例を、図１２に基づいて検討する。このとき、図１２（ａ）に示すように背景部分でＲ、Ｂが、白線部分でＲ、Ｇ、Ｂが点灯される。この状態でルーバ２０により「けられ」が発生すると、ルーバ２０の直ぐ上方のＬＥＤが遮られることとなるが、図１２（ｂ）に示すように、交互に上下逆向きになるようにＧ、ＢのＬＥＤが配置されているため、一の行（図１２において白線の上方）ではＧのＬＥＤが遮られるものの、他の行（図１２において白線の下方）ではＢのＬＥＤが遮られる。この結果、すべての画素でＧが遮られず、線を表示することが可能となり、背景色との区別も図１０と比べて付けやすくなる。

以上は説明のため特定の事例を選択したが、一般の表示においても同様のことが当てはまる。すなわち、図１１（ａ）のＬＥＤ配置パターンにおいて「けられ」が発生すると、図１１（ｂ）のようになり、ピクセルａではＢのＬＥＤが、ピクセルｂではＧのＬＥＤに対して生じる。よって図１１（ｂ）ではＢ、Ｇの輝度が図１１（ａ）に比して相対的に低下することになるが、その低下の度合いは表示部２０１全体で平均すれば同じ割合での低下になると考えられる。また単独配置されたＲのＬＥＤについても、「けられ」は発生している。その程度は、図１１（ａ）、（ｂ）のピクセルａを対比すると、ＲのＬＥＤの水平位置がＧ、Ｂのほぼ中間に位置しているため、ＢのＬＥＤよりは浅いものの、ＧのＬＥＤよりは深く「けられ」るため、全体としてはＧ、ＢのＬＥＤと同様に輝度が低下していると判断される。この結果、「けられ」の発生により表示部２０１全体として輝度は低下するが、その低下の程度がＲＧＢで一定であるため、全体としての視認性は低下しない。このように、隣接するＬＥＤをてれこ配置にすることで、斜め方向から観察した際等に「けられ」が発生しても比較的色の変化が少なく、文字情報等の視認性を悪化させずに済むという利点が得られる。したがって、ルーバを設置したＬＥＤディスプレイを文字情報表示板として道路上方に設置する場合でも、この道路を通行する自動車は、表示板の下を潜る際、斜め下方から文字情報表示板の情報の読み取りの視認性低下を低減できる。

以上のように本発明によれば、ＬＥＤの個数及びこれに伴うＬＥＤ駆動デバイス類の個数を削減し、構成を簡素化して製造コストを低減しつつ、仮想ピクセル表示を縦横いずれか一方のみで行い、他方を実ピクセル表示とすることで表示品質の低下を抑制でき、特に文字情報の表示に適した発光装置を安価に実現できる。またルーバ付き発光装置においても、斜め方向から見たときの表示品質の劣化度合いを改善できるという利点も得られる。

本発明の発光装置は、ＬＥＤを用いた道路情報表示用ディスプレイ等に好適に利用できる。

本発明の実施の形態１に係る発光装置を示すブロック図である。 表示部における発光素子の配置パターンを示す模式図である。 図２の配置パターンを実現するＬＥＤパッケージの配置例を示す模式図である。 一パッケージにＬＥＤチップを２個収納したＬＥＤ素子を示す斜視図である。 従来例に係るＬＥＤディスプレイの１６×１６ドットの表示部を示す模式図である。 実施の形態１に係るＬＥＤディスプレイの１６×１６ドットの表示部を示す模式図である。 横方向に仮想ピクセル表示を行う様子を示す模式図である。 縦方向に仮想ピクセル表示を行う様子を示す模式図である。 実施の形態２に係るルーバを備える発光装置の表示部を示す模式図である。 図３の配置パターンにおいて、背景色をマゼンダ色として横方向に白線を表示する際のＬＥＤ点灯パターンを示す模式図である。 図９のＬＥＤをてれこ配置したパターンを示す模式図である。 図１１の配置パターンにおいて、背景色をマゼンダ色として横方向に白線を表示する際のＬＥＤ点灯パターンを示す模式図である。 従来のＬＥＤディスプレイの一例を示すブロック図である。 従来のＬＥＤディスプレイの各ピクセルを構成するＬＥＤの配置例を示す模式図である。 従来のＬＥＤディスプレイの各ピクセルを構成するＬＥＤの他の配置例を示す模式図である。 ルーバを設けたＬＥＤディスプレイを示す斜視図である。 従来のＬＥＤディスプレイからＬＥＤを間引いた配置を示す模式図である。 駆動回路がフレーム毎にピクセルの構成を切り替える様子を示す模式図である。 図１８のピクセルの構成を切り替えるタイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００、２００…発光装置
３００、４００、５００…ＬＥＤディスプレイ
１、２０１、３０１…表示部
２…水平駆動部
２ａ…デコーダ部
２Ｂ…コモンドライバ
３…垂直駆動部
９…通信部
１０、１０ｒｇｂ…ＬＥＤパッケージ
１０ｒ…Ｒ−ＬＥＤ
１０ｇｂ…ＧＢ−ＬＥＤ
１１…発光素子
１１ａ…ＬＥＤ
２０…ルーバ
３２…記憶部
３４…電流駆動部
３５…定電流駆動回路
ＭＳ…１枡
Ｇ１、Ｇ２…グループ

Claims (11)

1. 発光色がそれぞれ異なる複数の発光素子がマトリクス状に配置された表示部と、
   前記発光素子の点灯を制御する駆動回路と、
   を備える発光装置であって、
   前記表示部は、少なくとも前記マトリクスの縦横いずれかの一方向において、隣接する第１のライン及び第２のラインに配置された前記複数の発光素子を一組として光の３原色を全て含む一画素を構成してなり、
   前記複数の発光素子は、それぞれ異なる発光色を有する第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を備えるとともに、前記マトリクスの少なくとも縦又は横方向の各ライン上で、前記第１の発光素子が前記第１のラインに配置され、
   一方前記前記第２の発光素子及び第３の発光素子は、前記第２のラインに配置されるとともに前記第１の発光素子に隣接して位置するよう配置されており、これら第１乃至第３の発光素子を一組として光の３原色が揃う一画素を構成しており、
   前記表示部は、前記マトリクスの縦又は横方向の各ラインの幅を一定としており、
   前記駆動回路は、前記表示部のマトリクスを構成するドットが、
   縦横いずれかの一方向で、実ピクセル配置、
   縦横いずれかの他方向で、前記駆動回路が表示させようとする前記表示部の一画面のデータを基準として、ここから該他方向において発光素子を間引いた仮想ピクセル配置となるように、前記発光素子を駆動可能であり、
   さらに前記駆動回路は、一画素を構成する隣接する発光素子の、光の３原色を構成する組み合わせのクラスタを、隣接する他の発光素子の組み合わせに変更可能に構成してなることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   実ピクセル配置の各ライン上には、発光素子が光の３原色をすべて含むように配置されており、
   仮想ピクセル配置の各ライン上には、いずれかの発光色の発光素子が配置されてなることを特徴とする発光装置。
3. 請求項２に記載の発光装置であって、
   実ピクセル配置のラインの方向において、隣接するライン間で発光素子がオフセット配置されてなることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記駆動回路が、隣接する発光素子の、光の３原色を構成する組み合わせのクラスタを、表示タイミングに応じて切り替えてなることを特徴とする発光装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記複数の発光素子が、赤色系、緑色系、青色系のいずれか一の発光色を有する第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を含み、
   前記表示部が、該第１の発光素子、第２の発光素子、第３の発光素子を組としたクラスタをマトリクス状に配置しており、
   前記第１の発光素子が、前記表示部のマトリクスを構成する格子点上に配置され、
   前記第２の発光素子と第３の発光素子が隣接して、前記第１の発光素子が配置された格子点と隣接するマトリクスの格子点上に配置されており、これら第１乃至第３の発光素子を一組として表示部のピクセルが構成されてなることを特徴とする発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置であって、
   発光素子の周囲で少なくとも一面において、前記表示部から突出したルーバを設けてなることを特徴とする発光装置。
7. 請求項６に記載の発光装置であって、
   前記第２の発光素子と第３の発光素子は、マトリクスの縦横いずれかの一方向において、各ライン上では同じ姿勢で隣接して配置されてなると共に、隣接するラインに対しては、逆の姿勢で隣接して配置されてなることを特徴とする発光装置。
8. 請求項１から７のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする発光装置。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記発光装置は、文字情報表示用ディスプレイであることを特徴とする発光装置。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の発光装置であって、
    光の３原色を構成する発光素子の内、発光色の異なる２つの発光素子が一つのパッケージに配置されていることを特徴とする発光装置。
11. 請求項１０に記載の発光装置であって、
    光の３原色を構成する発光素子の内、青色と緑色の発光素子が一つのパッケージに配置されており、赤色の発光素子が別のパッケージに配置されてなることを特徴とする発光装置。

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