JPWO2016157494A1 - デジタル表示装置の自動輝度調整回路 - Google Patents
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Abstract
Description
表示ユニットを構成する複数のセグメントLEDに印加する電圧が等しい場合、複数のセグメントLEDの順電圧にバラツキがあれば、それに伴い、複数のセグメントLEDに流れる順電流にもバラツキが生じる。このバラツキは、駆動電圧を低くすればするほど顕著に現れるため、省電力化の障害となっている。
セグメントLEDの輝度は順電流に比例するので、複数のセグメントLEDに流れる順電流にバラツキが生じると、複数のセグメントLEDの輝度にもバラツキが生じる。
そこで、表示ユニットの製造者は、一般的に、輝度選別によるランク指定を行ったり、同一ロットのセグメントLEDを使用したりすることで、表示ユニットを構成する各セグメントLED同士の輝度のバラツキを抑えるようにしている。あるいは定電流回路を付加して順電流を一定に保つ方法もあるが、構成部品が高価であったり、回路が複雑になったりする傾向がある。
特許文献1に開示されている輝度調整回路を、N個の表示ユニットが並べられている表示器に適用する場合、表示ユニットが、小数点を表すセグメントLEDを含めて8個のセグメントLEDからなる7セグメントLEDであれば、(N×8)個のセグメントLEDの輝度を同時に調整することができる。しかし、(N×8)個のセグメントLEDの電極に与えるパルスは共通であり、セグメントLED毎に輝度を調整するものではないため、N個の表示ユニットに実装されているセグメントLEDの電気的特性が異なる場合、N個の表示ユニットの間の輝度のバラツキを抑えることができないという課題があった。
図1はこの発明の実施の形態1によるデジタル表示装置を示す構成図である。
図1において、デジタル表示装置である表示器1は3個の表示ユニット11,12,13が並べられている。
表示ユニット11は、小数点を表すセグメントLED11hを含めて、8個のセグメントLED11a,11b,11c,11d,11e,11f,11g,11hから構成されている7セグメントLEDである。
表示ユニット12は、小数点を表すセグメントLED12hを含めて、8個のセグメントLED12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12hから構成されている7セグメントLEDである。
表示ユニット13は、小数点を表すセグメントLED13hを含めて、8個のセグメントLED13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hから構成されている7セグメントLEDである。
また、図1の例では、表示器1が3個の表示ユニットを備えているが、これは一例に過ぎず、2個以上の表示ユニットを備えていればよい。
なお、個々の表示ユニットを構成している8個のセグメントLEDの電気的特性は事前に揃えられているものとする。したがって、1個の表示ユニットに着目すれば、8個のセグメントLEDの輝度のバラツキは一定以内に抑えられている。
ただし、表示ユニット11,12,13の間では、実装しているセグメントLEDの電気的特性が同一であるとは限らないため、輝度のバラツキを生じることがある。
スイッチング素子であるトランジスタ22は、後述する制御器30から出力された制御信号Segにしたがって、電源電圧ライン21と抵抗23の間の接続状態を切り替える。なお、電源電圧ライン21及びトランジスタ22から電圧印加部が構成されている。
抵抗23は、トランジスタ22と表示器1の間に挿入されている電流測定用の抵抗である。
したがって、制御器30から出力された制御信号Segが、例えば、表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLED11a,12a,13aのアノードに対して電源電圧Vddを印加する旨を指示していれば、8個のトランジスタ22のうち、セグメントLED11a,12a,13aに接続されているトランジスタ22だけがON状態になり、セグメントLED11b〜11h,12b〜12h,13b〜13hに接続されているトランジスタ22はOFF状態になる。ON状態は電源電圧ライン21と抵抗23を接続する状態であり、OFF状態は電源電圧ライン21と抵抗23を非接続にする状態である。
制御器30は、点灯期間と消灯期間が繰り返される図3のダイナミック点灯パターンを参照して、点灯期間と消灯期間を特定する。
制御器30は、点灯期間中はトランジスタ22をON状態にして、電源電圧Vddが表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLEDのアノードに印加されるように制御する。
制御器30は、消灯期間中はトランジスタ22をOFF状態にして、電源電圧Vddが表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLEDのアノードに印加されないように制御する。
また、制御器30は、表示ユニット11,12,13の輝度を一定範囲内にするために、表示ユニット11,12,13毎に、当該表示ユニットを構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに順電流を流す期間を算出する。そして、制御器30は、表示ユニット11,12,13毎に、その算出した期間中、当該表示ユニットを構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに順電流が流れるように、FET24によるグランド25との接続を制御する。
図2において、点灯パターン格納部31は表示ユニット11,12,13の点灯順序及び点灯可能な期間を示すダイナミック点灯パターンを格納するRAMなどの記憶媒体である。
トランジスタ制御部32は、各ドライブの持ち時間中はトランジスタ22をON状態にして、表示ユニット11,12,13の各々において、複数のセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hの中の点灯させたいセグメントLEDのアノードに対して、電源電圧Vddが印加されるように制御する。
トランジスタ制御部32は、消灯期間中はトランジスタ22をOFF状態にして、電源電圧Vddが表示ユニット11,12,13を構成している全てのセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hのアノードに印加されないように制御する。
期間算出部34は、表示ユニット11,12,13の輝度を一定範囲内にするために、電流測定部33により測定された順電流Iと表示ユニット11,12,13に対する共通の輝度設定値Lから、表示ユニット11,12,13毎に、点灯パターンが示す当該表示ユニットの点灯可能な期間中に、当該表示ユニットを構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに順電流を流す点灯期間T(TD1,TD 2,TD3)を算出する。
選択スイッチ制御部36は点灯パターン格納部31に格納されているダイナミック点灯パターンを参照して、点灯期間と消灯期間中を特定する。
また、選択スイッチ制御部36は表示ユニット11,12,13毎に、期間格納部35に格納されている点灯期間Tの間、当該表示ユニットを構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに順電流が流れるように、FET24によるグランド25との接続を制御する。
ここでは、期間格納部35が設けられている例を示しているが、期間格納部35が設けられていない場合、選択スイッチ制御部36が期間算出部34により算出されたセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに順電流を流す点灯期間Tを取得して保持するようにしてもよい。
図3の例では、点灯周期が16msecのダイナミック点灯パターンを示しており、Drv0は表示ユニット11,12,13を2msecの間、消灯する期間である。
Drv1は表示ユニット11の点灯可能な期間(4msec)を示しており、表示ユニット11を1〜4msecの間点灯して、表示ユニット11を3〜0msecの間消灯する旨を示している。
Drv2は表示ユニット12の点灯可能な期間(4msec)を示しており、表示ユニット12を1〜4msecの間点灯して、表示ユニット12を3〜0msecの間消灯する旨を示している。
Drv3は表示ユニット13の点灯可能な期間(4msec)を示しており、表示ユニット13を1〜4msecの間点灯して、表示ユニット13を3〜0msecの間消灯する旨を示している。
なお、Drv1,Drv2,Drv3の前後の「消灯」は、表示ユニット11,12,13を0.5msecの期間中消灯することを意味している。
「消灯」の期間を設けることで、表示ユニット11,12,13の間の制御信号Drvの切り替え遅れによる干渉を防止してチラツキを防ぐことができる。
なお、図3の例では、ダイナミック点灯パターンの点灯周期が16msecとなっているが、一般的に、点灯周期が20msec以下であれば、表示ユニット11,12,13の点灯が断続的であっても、人間の目には連続的に点灯しているように感じられるため、それ以下の値かつ表示ユニット数からダイナミック点灯パターンの点灯周期を16msecとしている。
表示ユニット11を構成している8個のセグメントLED11a〜11hの電気的特性は揃えられているため、8個のセグメントLED11a〜11hのうち、いずれか1個のセグメントLED(例えば11a)の輝度が分かれば、他の7個のセグメントLED(例えば11b〜11h)の輝度も同様であることが分かる。
表示ユニット12,13についても、いずれか1個のセグメントLEDの輝度が分かれば、他の7個のセグメントLEDの輝度も同様であることが分かる。
セグメントLEDが短い周期で点灯と消灯を繰り返すと、人間の目では点灯状態が継続しているように感じられ、また、セグメントLEDの輝度は、順電流が流れている時間及び電流量に比例し、単位時間当りに換算した電流量が同じであれば、LEDの輝度は同一になる。
そこで、この実施の形態1では、表示ユニット11,12,13において、いずれか1個のセグメントLEDに流れる順電流をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて、各セグメントLEDに流れる単位時間当りに換算した電流量が同じになるようにセグメントLEDの点灯時間を調整することで、表示ユニット11,12,13の間の輝度のバラツキを抑えるようにする。
具体的には、以下の通りである。
制御器30のトランジスタ制御部32は、点灯パターン格納部31に格納されているダイナミック点灯パターンを参照して、点灯可能な期間であるDrv1,Drv2,Drv3の期間中、トランジスタ22をON状態にして、電源電圧Vddが表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLEDのアノードに印加されるように制御する。
上述したように、個々の表示ユニット11,12,13を構成している8個のセグメントLEDの電気的特性は、製造者によって事前に揃えられている。このため、表示ユニット11,12,13のそれぞれにおいて、いずれか1個のセグメントLED(例えば11a)の輝度が分かれば、他のセグメントLED(例えば11b〜11h)の輝度も同程度であると判断できる。
このため、この実施の形態1では、説明の便宜上、トランジスタ制御部32が、表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hのうち、セグメントLED11a,12a,13aのアノードに対して、電源電圧Vddが印加されるように制御する。
また、トランジスタ制御部32は、消灯期間であるDrv1,Drv2,Drv3以外の期間中、トランジスタ22をOFF状態にして、電源電圧Vddが表示ユニット11,12,13を構成しているセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hのアノードに印加されないように制御する。
この実施の形態1では、電源電圧VddがセグメントLED11a,12a,13aのアノードに印加されているので、選択スイッチ制御部36は、その選択した表示ユニット11を構成しているセグメントLED11aのカソードをグランド25に接続する旨を示す制御信号DrvをFET24に出力する。
制御器30の選択スイッチ制御部36は、Drv3内の点灯期間(1〜4msec)中は、表示ユニット11,12,13の中から、表示ユニット13を選択し、その選択した表示ユニット13を構成しているセグメントLED13aのカソードをグランド25に接続する旨を示す制御信号DrvをFET24に出力する。
電流測定部33は、Drv1内の点灯期間中、電圧V1−D1,V2−D1を測定すると、その電圧V1−D1と電圧V2−D1の電位差ΔVD1を抵抗23の抵抗値Rで除算することで、表示ユニット11を構成しているセグメントLED11aに流れている順電流ID1を算出する。
電流測定部33は、Drv2内の点灯期間中、電圧V1−D2,V2−D2を測定すると、その電圧V1−D2と電圧V2−D2の電位差ΔVD2を抵抗23の抵抗値Rで除算することで、表示ユニット12を構成しているセグメントLED12aに流れている順電流ID2を算出する。
電流測定部33は、Drv3内の点灯期間中、電圧V1−D3,V2−D3を測定すると、その電圧V1−D3と電圧V2−D3の電位差ΔVD3を抵抗23の抵抗値Rで除算することで、表示ユニット13を構成しているセグメントLED13aに流れている順電流ID3を算出する。
TD1=50/20=2.5msec
TD2=50/18=2.77msec
TD3=50/16=3.12msec
期間格納部35は不揮発性メモリで構成されているため、図1のデジタル表示装置の電源が切れている状態でも、点灯期間TD1,TD2,TD3の記憶は保持される。
これにより、図1のデジタル表示装置を出荷する際の処理が完了する。
制御器30の選択スイッチ制御部36は、電源の投入が行われると、期間格納部35に格納されている点灯期間TD1,TD2,TD3を取得する。
選択スイッチ制御部36は、点灯期間TD1,TD2,TD3を取得すると、点灯パターン格納部31に格納されているダイナミック点灯パターンを参照して、Drv1,Drv2,Drv3の期間(点灯と消灯の合計期間)を特定する。例えば、内部クロックのタイムアップ時間をダイナミック点灯パターンが示す点灯周期(16msec)に設定し、内部クロックがタイムアップする毎に、ダイナミック点灯パターンが示すDrv0の消灯の時間(2msec)→消灯の時間(0.5msec)→Drv1の時間(4msec)→消灯の時間(0.5msec)→Drv2の時間(4msec)→消灯の時間(0.5msec)→Drv3の時間(4msec)→消灯の時間(0.5msec)をカウントすることで、Drv1,Drv2,Drv3の期間を特定する。
即ち、選択スイッチ制御部36は、内部クロックがタイムアップした後、2.5〜6.5msecの間の4msecの期間が、Drv1の期間であると特定し、内部クロックがタイムアップした後、7〜11msecの間の4msecの期間が、Drv2の期間であると特定する。
また、選択スイッチ制御部36は、内部クロックがタイムアップした後、11.5〜15.5msecの間の4msecの期間が、Drv3の期間であると特定する。
ただし、表示ユニット11に表示する文字によって、グランド25と接続するセグメントLEDが変化する。具体的には、表示ユニット11に表示する文字が数字の「8」であれば、表示ユニット11を構成しているセグメントLED11a〜11gに順電流が流れるように、セグメントLED11a〜11gをグランド25と接続する旨を示す制御信号DrvD1をFET24に出力するが、例えば、表示ユニット11に表示する文字が数字の「1」であれば、右端の縦ラインを構成する2個のセグメントLED11b,11cだけに順電流が流れるように、右端の縦ラインを構成する2個のセグメントLED11b,11cをグランド25と接続する旨を示す制御信号DrvD1をFET24に出力する。
また、選択スイッチ制御部36は、特定したDrv3の期間内の点灯期間であるTD3の間、表示ユニット13を構成しているセグメントLEDに順電流が流れるように、表示ユニット13を構成しているセグメントLEDをグランド25と接続する旨を示す制御信号DrvD3をFET24に出力する。
Drv2,Drv3の期間においても、Drv1の期間と同様に、表示ユニット12,13に表示する文字によって、グランド25と接続するセグメントLEDが変化する。
これにより、期間算出部34により算出された点灯期間TD1,TD2,TD3の間だけ、表示ユニット11,12,13を構成している各セグメントLEDに順電流が流れるため、表示ユニット11,12,13を構成している各セグメントLEDに流れる単位時間当りに換算した電流量が一定になり、表示ユニット11,12,13の間の輝度が均一になる。
また、表示ユニット11,12,13を備えている表示器1が複数個並んでいる場合には、複数の表示器1の輝度の均一化を図ることができる。
近年、電源電圧Vddの低電圧化が進んでおり、セグメントLEDの駆動電圧を下げて使用することがあるが、このようにセグメントLEDの駆動電圧を下げて使用する環境下では、複数のセグメントLEDの輝度のバラツキが顕在化することがある。
この実施の形態1では、表示ユニット11,12,13を構成している複数のセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hに流れる単位時間当りに換算した電流量が一定になるように制御されるため、セグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hの駆動電圧を下げて使用する環境下において、複数のセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hの輝度のバラツキが顕在化している場合でも、複数のセグメントLED11a〜11h,12a〜12h,13a〜13hの輝度のバラツキを抑えることができる。
Claims (3)
- 複数のセグメントLEDから各々構成されている複数の表示ユニットと、
前記複数の表示ユニットの各々において、前記複数のセグメントLEDに対して電源電圧を印加する電圧印加部と、
前記複数の表示ユニットの中から、点灯対象の表示ユニットを順番に選択し、その選択した表示ユニットを構成している複数のセグメントLEDの中で、前記電圧印加部により電源電圧が印加されているセグメントLEDをグランドに接続することで、当該セグメントLEDに順電流が流れるようにする選択スイッチと、
前記表示ユニット毎に、前記選択スイッチによりグランドに接続されたセグメントLEDに流れる順電流を測定する電流測定部と、
前記複数の表示ユニットの輝度を一定範囲内にするために、前記電流測定部により測定された順電流と前記複数の表示ユニットに対する共通の輝度設定値から、前記表示ユニット毎に、当該表示ユニットを構成しているセグメントLEDに順電流を流す期間を算出する期間算出部と、
前記表示ユニット毎に、前記期間算出部により算出された期間中、当該表示ユニットを構成しているセグメントLEDに順電流が流れるように、前記選択スイッチによる前記グランドとの接続を制御する選択スイッチ制御部と
を備えたデジタル表示装置の自動輝度調整回路。 - 前記複数の表示ユニットの点灯可能な期間を示す点灯パターンを格納している点灯パターン格納部を設け、
前記期間算出部は、前記複数の表示ユニットの輝度を一定範囲内にするために、前記電流測定部により測定された順電流と前記複数の表示ユニットに対する共通の輝度設定値から、前記表示ユニット毎に、前記点灯パターンが示す当該表示ユニットの点灯可能な期間中に、当該表示ユニットを構成しているセグメントLEDに順電流を流す期間を算出することを特徴とする請求項1記載のデジタル表示装置の自動輝度調整回路。 - 前記点灯パターン格納部に格納されている点灯パターンには、全ての表示ユニットの消灯期間が、各表示ユニットの点灯可能な期間の前後に示されており、
前記選択スイッチ制御部は、前記点灯パターンが示す消灯期間中に、前記複数の表示ユニットを構成しているセグメントLEDに干渉して順電流が流れないように、前記選択スイッチによる前記グランドとの接続を制御することを特徴とする請求項2記載のデジタル表示装置の自動輝度調整回路。
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