JP3344080B2

JP3344080B2 - マルチカラーのｌｅｄディスプレイユニット

Info

Publication number: JP3344080B2
Application number: JP13111094A
Authority: JP
Inventors: 芳文永井
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH07319427A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光色が異なる複数の
ＬＥＤを組み合わせ、各ＬＥＤの発光出力を調整して、
発光色と明るさとを調整するマルチカラーのＬＥＤディ
スプレイユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】赤、青、緑のＬＥＤを使用して、フルカ
ラーのＬＥＤディスプレイユニットを実現できる。この
ＬＥＤディスプレイユニットは、発光色を赤、青、緑と
する３種のＬＥＤでフルカラーの１ドットを表示する。
１ドットの３色ＬＥＤは互いに接近して配列される。こ
の構造のＬＥＤディスプレイユニットは、赤、青、緑の
ＬＥＤの明るさを調整して、発光色を変更することがで
きる。たとえば、全てのＬＥＤを点灯させると白にな
り、赤と青のＬＥＤを点灯するとマゼンタ、赤と緑でイ
エロー、緑と青でシアンとなる。さらに、各ＬＥＤの明
るさを調整して、種々の発光色とすることができる。

【０００３】ＬＥＤディスプレイユニットは、点灯回路
でもって、一定の周期でそれぞれのＬＥＤを点滅させて
いる。点灯回路が、ＬＥＤを点灯する時間を調整する
と、目に感じる明るさ、すなわちＬＥＤの実質的な発光
輝度を調整できる。ＬＥＤの１回の点灯時間を長くする
と目には明るく感じられる。点灯時間を短くすると暗く
感じられる。点灯回路がＬＥＤを点滅する周期は、ちら
つきを防止するために４０Ｈｚよりも高く、たとえば約
１００Ｈｚに調整される。点滅周期を１００Ｈｚとする
と、ＬＥＤは１秒に１００回点滅される。

【０００４】点灯回路は、入力される階調データでＬＥ
Ｄの点灯時間を演算する。ＬＥＤの点灯時間を特定する
ために、点灯回路は、入力される階調データに相当する
時間幅のパルスを出力するパルス幅変調回路を備える。
パルス幅変調回路の出力パルスは、ＬＥＤを点灯するＬ
ＥＤ駆動回路に入力され、このパルス信号で、ＬＥＤ駆
動回路がスイッチングしてＬＥＤを点滅させる。たとえ
ば、ＬＥＤ駆動回路は、入力されるパルスが”Ｈｉｇ
ｈ”のときにＬＥＤを点灯し、”Ｌｏｗ”のときに消灯
する。

【０００５】パルス幅変調回路に入力される階調データ
は、ＬＥＤの明るさを決定するための情報である。パル
ス幅変調回路は、入力される階調データに対応して、出
力するパルスの時間幅を変調する。パルス幅変調回路
は、入力される階調データが明るくなるにしたがって、
出力するパルスの時間幅を広くする。図１は、パルス幅
変調回路に入力される階調データに対する出力パルスの
時間幅を示すグラフである。この図に示すように、階調
データに比例して出力パルスの時間幅を広くすると、階
調データに比例してＬＥＤの点灯時間を長くすることが
できる。点灯時間が長いＬＥＤは、目に明るく感じるの
で、階調データに比例してＬＥＤを明るく点灯できる。
赤、青、緑のＬＥＤは、入力される階調データに比例し
て明るさが調整される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、階調デー
タに比例して赤、青、緑のＬＥＤの明るさを調整するＬ
ＥＤディスプレイユニットは、フルカラーの表示ができ
る。しかしながら、この構造のＬＥＤディスプレイユニ
ットは、各発光色のＬＥＤユニット間の輝度のばらつき
が大きな問題となる。ＬＥＤユニット間に発光輝度のば
らつきがあると、タイル状の輝度ムラが識別されて、デ
ィスプレイの品質を大きく低下させる。この弊害を防止
するために、各発光色のＬＥＤを輝度別にレベル選別し
ている。しかしながら、識別したＬＥＤを使用しても、
これを階調データにより明るさを細かく調整すると、よ
り輝度むらが目だつようになり、さらに細かいレベルで
ＬＥＤを選別する必要が生じる。このため、ＬＥＤの歩
留まりが著しく低下してしまう欠点がある。

【０００７】この欠点を防止するために、本発明者は、
入力される階調データをパルス幅変調するときの変調ゲ
インを補正する技術を開発した。この技術は、暗いＬＥ
Ｄの変調ゲインを大きくして輝度変調パルスの時間幅を
長く補正し、明るいＬＥＤは変調ゲインを小さくして輝
度変調パルスの時間幅を短く補正する。この技術によっ
て、明るいＬＥＤと暗いＬＥＤの輝度むらを解消して点
灯することに成功した。

【０００８】しかしながら、この構造のＬＥＤディスプ
レイユニットは、階調データのビット数を多くして、発
光色を細かく調整すると、色ずれが発生した。階調デー
タを細かくすると、ＬＥＤはカットオフぎりぎりまで動
作範囲が広がるために、発光開始点のばらつきが問題と
なるからである。ＬＥＤは、図２に示すカットオフ特性
を示す。ＬＥＤは電流を増加させると発光輝度が高くな
る。ただ、発光を開始する電流値は個々のＬＥＤによっ
て多少異なる。ＬＥＤの電流が大きい状態では、カット
オフ電流の相違による輝度むらはほとんど無視できる。
しかしながら、ＬＥＤの電流値が小さい領域では、発光
輝度に大きな差ができてしまう。たとえば、カットオフ
特性が図のＡ、Ｂ、ＣであるＬＥＤに、電流Ｉ2を流す
とき、Ａ特性のＬＥＤは発光するが、Ｂ特性のＬＥＤは
ほとんど発光せず、Ｃ特性のＬＥＤは全く発光しない。
この為、カットオフ特性の違いで、３つのＬＥＤは微小
電流領域で発光輝度に大きな差ができてしまう。この特
性はマルチカラーのＬＥＤディスプレイユニットにおい
て、ＬＥＤを暗く発光させる領域において色バランスの
ずれの原因となり、さらに、各ＬＥＤの明るさにばらつ
きを発生させる。

【０００９】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、Ｌ
ＥＤのカットオフ電流のばらつきに起因する輝度むらを
解消して高品質なカラー表示を可能とするマルチカラー
のＬＥＤディスプレイユニットを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＬＥＤディスプ
レイユニットは、前述の目的を達成するために下記の構
成を備える。ＬＥＤディスプレイユニットは、複数のカ
ラー表示をするために、発光色の異なる複数個のＬＥＤ
と、各ＬＥＤを点滅させて発光色と明るさとを調整する
ＬＥＤの点灯回路とを備える。

【００１１】ＬＥＤの点灯回路は、入力される階調デー
タに相当する時間幅の輝度変調パルスを出力するパルス
幅変調回路と、パルス幅変調回路から出力される輝度変
調パルスに合成して、各ＬＥＤのカットオフ特性を補正
するカットオフ調整パルスを出力するカットオフパルス
発生手段と、カットオフ調整パルス及び輝度変調パルス
でＬＥＤを点灯するＬＥＤ駆動回路とを備える。

【００１２】点灯回路は、パルス幅変調回路から出力さ
れる輝度変調パルスと、カットオフパルス発生手段から
出力されるカットオフ調整パルスとで時分割にＬＥＤに
通電して点灯する。カットオフ調整パルスは、各ＬＥＤ
のカットオフ電流を補正する。輝度変調パルスは輝度レ
ベルにかかわらず、始点が共通しており、輝度レベルに
より終点が異なるように形成されているので、始点側か
らカットオフ調整パルス分を消灯することにより暗い側
へ調整することができる。また、輝度変調パルスとカッ
トオフ調整パルスとを時分割してＬＥＤ駆動回路に入力
すれば、明るい側への調整を行うことができる。例えば
図５（ａ）は最初にＬＥＤを輝度変調パルスで点灯し、
この輝度変調パルスに続いてカットオフ変調パルスでＬ
ＥＤを点灯させるように構成されており、図５（ｂ）
は、暗い側から明るい側まで調整するために、輝度変調
パルスの始点の前後で、カットオフ変調パルスが加算か
ら減算まで作用するように構成されている。

【００１３】さらに、本発明の請求項２に記載されるＬ
ＥＤディスプレイユニットは、カットオフパルス発生手
段を、各ＬＥＤのカットオフ補正データの記憶手段と、
この記憶手段に記憶されるカットオフ補正データをカッ
トオフ調整パルスに変換する補正パルス発生回路とで構
成する。

【００１４】さらにまた、本発明のＬＥＤディスプレイ
ユニットは、階調データを輝度変調パルスに変換するパ
ルス幅変調回路を特定するものではないが、好ましく
は、パルス幅変調回路には、発光色によって、あるいは
個々のＬＥＤによって、階調データに対するパルス幅変
調ゲインを調整するゲイン調整手段を内蔵させる。ゲイ
ン調整手段は、発光色又は個々のＬＥＤによって階調デ
ータに対するパルス幅を補正して、ＬＥＤの発光輝度を
補正する。

【００１５】ゲイン調整手段は、各発光色のＬＥＤユニ
ットの輝度むらを補正し、あるいは、箇々のＬＥＤユニ
ットの輝度むらを補正する。図３は、発光色の異なるＬ
ＥＤユニットの輝度むらを補正する状態を示している。
この図に示すＬＥＤディスプレイユニットは、長い順に
緑、赤、青の順番で、同一の階調データに対するＬＥＤ
の点灯時間を長くして明るくなるように補正している。
各発光色のＬＥＤユニットは、同一の階調データのとき
に、ホワイトバランスがとれるように変調ゲインを調整
している。ゲイン調整手段は、入力される階調データを
補正して、図３に示す発光輝度となるように、パルス幅
変調する。したがって、赤、青、緑の階調データが同一
であっても、出力されるパルス幅が補正されて同じパル
ス幅とならない。同じ階調データが入力されても、広い
順で緑、赤、青の順番にパルス幅が広く補正される。ゲ
イン調整手段は、階調データの入力レベルが変更されて
も、緑、赤、青のＬＥＤを点灯するパルスを同じ比率で
補正する。したがって、入力される階調データのレベル
が変化しても、赤、青、緑のＬＥＤはホワイトバランス
が狂うことがない。

【００１６】さらに、ゲイン調整手段は、個々のＬＥＤ
の発光輝度を補正することもできる。このことを実現す
るゲイン調整手段は、同じ階調データが入力されるとき
に、個々のＬＥＤの駆動パルスを所定の幅に補正して、
同じ明るさに補正する。

【００１７】

【作用】本発明のＬＥＤディスプレイユニットは、図５
に示すように、輝度変調パルスとカットオフ調整パルス
の両方を合成してＬＥＤを駆動する。ＬＥＤは、輝度変
調パルスとカットオフ調整パルスの合成値で発光され
る。輝度変調パルスは、階調データをパルス幅変調した
もので、階調データに相当する明るさでＬＥＤを発光さ
せる。カットオフ調整パルスは、各ＬＥＤのカットオフ
特性を補正する。

【００１８】たとえば、図２のＡ、Ｂ、Ｃで示すカット
オフ特性のＬＥＤは、下記のカットオフ調整電流を流す
ことで、同じカットオフ特性に補正できる。ＡのＬＥＤ………………カットオフ調整電流Ｉ1 ＢのＬＥＤ………………カットオフ調整電流Ｉ2 ＣのＬＥＤ………………カットオフ調整電流Ｉ3 以上の値に各ＬＥＤのカットオフ調整電流を設定する
と、それぞれのＬＥＤは、同じパルス幅の輝度変調パル
スで同じ明るさに発光される。

【００１９】複数のＬＥＤを備えるＬＥＤディスプレイ
ユニットは、カットオフ特性の異なるＬＥＤを備える。
各ＬＥＤのカットオフ特性を補正するカットオフ調整パ
ルスは、カットオフパルス発生手段で発生される。カッ
トオフパルス発生手段は、各ＬＥＤのカットオフ特性の
補正値を記憶しており、記憶値から各ＬＥＤのカットオ
フ調整パルスを発生し、これを輝度変調パルスに対して
合成して各ＬＥＤに加える。

【００２０】パルス幅変調回路から出力される輝度変調
パルスと、カットオフパルス発生手段から出力されるカ
ットオフ調整パルスとは、時分割にＬＥＤ駆動回路に入
力され、ＬＥＤ駆動回路は入力される輝度変調パルスと
カットオフ調整パルスとでＬＥＤを点滅させる。ＬＥＤ
駆動回路はパルスが入力されたときにオン状態となって
ＬＥＤを点灯する。したがって、パルス幅が広くなると
ＬＥＤの点灯時間が長くなり、反対にパルス幅が狭くな
るとＬＥＤの点灯時間が短くなる。

【００２１】輝度変調パルスを発生するパルス幅変調回
路は、入力される階調データに対応してパルスを幅変調
する。好ましくは、パルス幅変調回路は、入力される階
調データに対して非線形に、すなわちノンリニアにパル
スを幅変調する。パルス幅変調回路は、図４で示すよう
に階調データが小さいときには、リニアな状態よりもパ
ルス幅を小さく、階調データが大きいときにリニアな状
態よりもパルス幅を大きくする。刺激値の変化量が、暗
いときに高く、明るくなると低下するからである。

【００２２】さらに、パルス幅変調回路は、好ましくは
ゲイン調整手段で変調ゲインを制御する。ゲイン調整手
段は、図４に示すように、入力される階調データのパル
ス幅変調するゲインを補正する。すなわち、明るく点灯
する必要のあるＬＥＤは、図の折線Ａで示すようにパル
ス幅を広く補正し、暗く点灯するＬＥＤは、図の折線Ｃ
で示すようにパルス幅を狭く補正する。ゲイン調整手段
は、階調データに対して常時同じゲインでパルス幅を補
正する。したがって、階調データの入力レベルが変動し
ても、図の折線Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、同じ比率でパ
ルス幅が補正される。

【００２３】図４に示すように、ゲイン調整手段でパル
ス幅の変調をするゲインを補正すると、図３に示すよう
に、ＬＥＤの発光輝度を補正することができる。図４に
おいて、折線Ａ、Ｂ、Ｃを、順番に緑、赤、青のＬＥＤ
の発光輝度を補正する特性とすると、点灯されるＬＥＤ
の輝度は、図３に示すように、高い順に緑、赤、青が明
るく点灯される。パルス幅が広くなるとＬＥＤが明るく
なるからである。図３に示すように発光輝度を補正し
て、ホワイトバランスが良好となるように補正すると、
発光輝度の異なる赤、青、緑のＬＥＤを使用して、ホワ
イトバランスをとることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するためのＬＥＤディスプレイユニットを例示
するものであって、本発明はＬＥＤディスプレイユニッ
トを下記のものに特定しない。

【００２５】図６と図７に示すマルチカラーのＬＥＤデ
ィスプレイユニットは、互いに接近して配設される赤、
青、緑の発光色のＬＥＤと、各発光色のＬＥＤを点滅す
るＬＥＤの点灯回路とを備える。ＬＥＤは、発光色を
赤、青、緑とする３個を互いに接近して配設している。
このＬＥＤディスプレイユニットは、赤、青、緑に発光
する３個のＬＥＤの発光時間で明るさを調整してフルカ
ラーの１ドットを表示する。多数のＬＥＤは図６に示す
ようにマトリクスに接続されている。

【００２６】点灯回路は、ＬＥＤのカットオフ特性を補
正するカットオフ調整パルスを出力するカットオフパル
ス発生手段１と、入力される階調データに相当する輝度
変調パルスを出力するパルス幅変調回路２と、輝度変調
パルスとカットオフ調整パルスとでＬＥＤを点灯するＬ
ＥＤ駆動回路３とを備える。

【００２７】カットオフパルス発生手段１は、図８に示
すように、各々のＬＥＤのカットオフ補正データを記憶
しているカットオフ補正データの記憶手段４と、この記
憶手段４に記憶されるカットオフ補正データでパルスを
幅変調して、カットオフ調整パルスを出力する補正パル
ス発生回路５とを備える。

【００２８】カットオフ補正データの記憶手段４は、電
源投入時等にディスプレイコントローラー等の外部装置
から送り込まれる各々のＬＥＤ毎のカットオフ補正デー
タを所定のアドレスに格納し、列毎にバッファーメモリ
ーにラッチすることができるようになっている。記憶手
段４は、図９に示すように、４ビット１６×１６構成の
メモリ６と、１行分１６ドットのカットオフ補正データ
をパラレル同時に補正パルス発生回路５に出力するため
のバッファメモリ７とを備える。

【００２９】補正パルス発生回路５は、カウンター８と
デジタルコンパレータ９により構成されるデジタルモノ
マルチである。カウンター８は４ビットのバイナリーカ
ウンターであり、補正ラッチパルスにより、リセットが
解除され、カウントをスタートさせる。テジタルコンパ
レータ９は４ビットのマグニチュードコンパレータであ
り、１６ドット分用意されている。デジタルコンパレー
タ９の一方には、カウンター８の計数値である４ビット
バイナリー信号が入力されている。デジタルコンパレー
タ９のもう一方の入力には、カットオフ補正データの記
憶手段４のバッファメモリー７より、１６ドット分の４
ビットカットオフ補正データが各々入力されている。

【００３０】デジタルコンパレータ９は、カウンター８
の計数値とカットオフ補正データの値の大小比較を行
い、一致したところで計数スタート時にセットされた出
力を反転してカットオフ調整パルスを出力するように構
成している。

【００３１】補正パルス発生回路５であるデジタルコン
パレータ９の出力であるカットオフ調整パルスは、加算
回路で輝度変調パルスに加算されてＬＥＤ駆動回路３に
入力される。加算回路は、図５に示すように、時分割に
出力される輝度変調パルスとカットオフ調整パルスとを
加算してＬＥＤ駆動回路３に出力する。カットオフ調整
パルスは、輝度変調パルスに続いて加算回路に入力され
る。カットオフ調整パルスは、もっとも時間幅の広い、
すなわちもっとも明るい輝度変調パルスに重ならないよ
うに時間をずらせて輝度変調パルスに時分割に加算され
る。図５は、輝度変調パルスに続いてカットオフ調整パ
ルスを加算するが、反対にカットオフ調整パルスに続い
て輝度変調パルスを加算することもできるのはいうまで
もない。図１０に示す加算回路は、２入力ＡＮＤゲート
×１６で構成され、一ライン期間内に、時系列で生成さ
れる輝度変調パルスとカットオフ調整パルスＬＥＤ駆動
回路３へ出力する。ここではカットオフ調整パルスを時
分割で輝度変調パルスに加算する事例を述べたが、前述
したように、輝度のばらつきを補正するためには、カッ
トオフ調整パルスを減算しても、また減算から加算まで
行っても、いずれの方法においても目的を達成できるこ
とはいうまでもない。

【００３２】パルス幅変調回路２は、階調データをパル
ス幅変調して加算回路に入力する。図６及び図７のＬＥ
Ｄディスプレイユニットは、赤、青、緑に専用の３組の
パルス幅変調回路２を備える。各色の階調データで、
赤、青、緑のＬＥＤを独立して点滅させるためである。
３組のパルス幅変調回路２は、入力される階調データ
を、ゲイン調整手段１０で補正してパルス幅変調する。

【００３３】ゲイン調整手段１０は、図１１に示すよう
に、３組の非線形カウンター１１と、この非線形カウン
ター１１のカウント時間を制御する基準クロック周波数
可変回路１２とで構成される。非線形カウンター１１が
カウントする時間は、基準クロック周波数可変回路１２
で制御される。非線形カウンター１１は、カウントする
時間で、すなわちカウント周波数で赤、青、緑のパルス
幅変調回路２の変調ゲインを補正する。赤、青、緑のパ
ルス幅変調回路２は、ゲイン調整手段１０によって、図
４３の折線Ａ、Ｂ、Ｃで示すように出力パルスの変調ゲ
インを補正する。図４の折線は、緑、赤、青の順番で、
パルス幅変調回路２の変調ゲインを高くしている。

【００３４】非線形カウンター１１のカウント時間が、
パルス幅変調回路２の変調ゲインを調整することを説明
するために、パルス幅変調回路２の動作をさきに説明す
る。

【００３５】赤、青、緑のパルス変調回路２は、入力さ
れる赤、青、緑の階調データを所定の時間幅のパルスに
変換する。赤のパルス幅変調回路２は、赤の階調データ
を、青のパルス幅変調回路は青の階調データを、緑のパ
ルス幅変調回路は緑の階調データをそれぞれ、赤、青、
緑のＬＥＤを点灯するパルスに幅変調する。

【００３６】図１２は赤のパルス幅変調回路２とカット
オフパルス発生手段１とを示す。青と緑のパルス幅変調
回路も同じ回路で実現できる。この図に示すパルス幅変
調回路２は、図３と図４とに示すように、各発光色のＬ
ＥＤを、発光色によって変調ゲインを補正することに加
えて、階調データを非線形に変調している。階調データ
の非線形な変調は、階調データのレベルが小さいとき、
ＬＥＤの輝度をリニアな状態よりも暗くし、階調データ
のレベルが大きくなると非線形な状態よりも明るくす
る。このことを実現するために、パルス幅変調回路に非
線形カウンター１１を接続している。さらに、入力され
る赤の階調データを一次的に記憶する記憶回路１３を、
パルス幅変調回路２の入力側に接続している。記憶回路
１３は、ＬＥＤディスプレイユニットの外部より、その
つど赤の階調データが入力される。この図に示すよう
に、非線形カウンター１１を接続するパルス幅変調回路
２は、記憶回路１３から入力される階調データに応じ
て、パルス幅をノンリニアに変調する非線形のパルス幅
変調回路となる。

【００３７】図１２に示す記憶回路１３は、ＬＥＤディ
スプレイコントローラー等の外部装置より順次送り込ま
れる８ビット階調データを所定の列アドレスに格納し、
ラッチすることができる。図においてメモリ１４は、そ
のためのメモリであり、８ビット×１６で構成されてい
る。バッファメモリ１５は、１行分１６ドットの階調デ
ータを、パラレル同時に非線形のパルス幅変調回路に出
力するためものである。メモリ１４及びバッファメモリ
１５で構成される記憶回路１３は、８ビット１６ドット
分のシフトレジスタ及びラッチ回路によっても同様に構
成することができる。この記憶回路１３は、順番に入力
される階調データを一時的にメモリ１４に記憶する。メ
モリ１４の記憶値はバッファメモリ１５に出力され、バ
ッファメモリ１５は記憶する階調データを同時に非線形
のパルス幅変調回路２に出力する。

【００３８】パルス幅変調回路２は階調データを非線形
に変調するパルス幅変調回路であり、非線形カウンター
１１からの出力で、出力信号を反転させるデジタルコン
パレータ１６で構成されるデジタルモノマルチである。
非線形カウンター１１は、８ビットのバイナリーカウン
ターであり、行ラッチパルスにより、リセットが解除さ
れ、計数をスタートさせる。デジタルコンパレータ１６
は８ビットのマグニチュードコンパレータであり、１６
ビット分用意されている。

【００３９】デジタルコンパレータ１６の一方の入力側
には、非線形カウンター１１の計数値である８ビットバ
イナリー信号が入力されている。デジタルコンパレータ
１６のもう一方の入力側には、バッファメモリ１５よ
り、１６ドット分の８ビット階調データが各々入力され
る。各々のデジタルコンパレータ１６は、非線形カウン
ター１１から入力される計数値を、バッファメモリから
入力される階調データに比較する。非線形カウンター１
１から出力される計数値は、時間が経過するにしたがっ
て大きくなる。デジタルコンパレータ１６は、非線形カ
ウンター１１からの出力をバッファメモリ１５の出力で
ある階調データに比較し、両者が一致したところで、計
数をスタートさせた時点でセットされていた出力を反転
させてパルスを出力する。デジタルコンパレータ１６か
ら出力されるパルスの時間幅は、階調データが大きいほ
ど長くなる。非線形カウンター１１から出力される計数
値が大きくならないと、デジタルコンパレータ１６の出
力が反転しないからである。

【００４０】非線形カウンター１１は、時間に対してリ
ニアには計数せず、非直線的にカウントする。非線形カ
ウンター１１は、カウントを開始した最初には早く、時
間が経過するにしたがって、カウントするのが遅くな
る。デジタルコンパレータ１６が階調データを非線形の
パルス幅に変調するためである。デジタルコンパレータ
１６は、時間に対してリニアにカウントするカウンター
から計数値が入力されると、入力される階調データに対
して直線的にパルスを幅変調する。これに対して、非線
形カウンター１１からノンリニアな計数値が入力され
と、デジタルコンパレータ１６は階調データを非直線的
にパルスを幅変調する。

【００４１】図１３の実線は、時間に対してノンリニア
にカウントする非線形カウンター１１の計数値を示し、
破線は時間に対してリニアにカウントする線形カウンタ
ーの計数値を示す。この図において、計数値がＡ１とな
る時間は、非線形カウンターが時間Ｔ１、線形カウンタ
ーはＴ２となる。すなわち、非線形カウンターは線形カ
ウンターよりも時間が短い。デジタルコンパレータ１６
は、非線形カウンター１１の計数値と階調データとを比
較して、両者が同じになったときに出力を反転する。す
なわち、リセットされてから両入力が同じになるまでの
時間幅のパルスを出力する。たとえば、デジタルコンパ
レータ１６にレベルがＡ１である階調データが入力され
ると、非線形カウンター１１を接続した非線形のパルス
幅変調回路２は時間Ｔ１のパルスを出力し、線形カウン
ターを接続したパルス幅変調回路は時間Ｔ２のパルスを
出力する。非線形カウンターを接続した非線形のパルス
幅変調回路は、線形カウンターを接続したパルス幅変調
回路に比べ時間幅の短いパルスを出力する。

【００４２】しかしながら、非線形のパルス幅変調回路
に、大レベルのＡ２の階調データが入力されると、非線
形カウンターの計数値がこのレベルになるまでは、リニ
アにカウントするよりも時間がかかり、時間幅の広い時
間Ｔ４に相当するパルスを出力する。すなわち、図１３
に示すように、最初に速くカウントし、次第にカウント
を遅くする非線形カウンター１１を接続したデジタルコ
ンパレータ１６は、図４に示すように、階調データに対
して出力パルスの時間幅を非線形に変調して出力する。

【００４３】デジタルコンパレータ１６から出力される
パルス信号は、ＬＥＤ駆動回路３に入力される。ＬＥＤ
駆動回路３は、非線形のパルス幅変調回路２から出力さ
れるパルスが入力され、ＬＥＤを点滅させるためにエネ
ーブル端子を備えている。

【００４４】図１４は、時間に対して非直線的にカウン
トする非線形カウンターの具体的なブロック線図であ
る。この図の非線形カウンター１１は、基準クロック周
波数可変回路１２により、Ｐ₀〜Ｐ₁₅の計１６種類のカ
ウントパルスが用意されている。４→１６デコーダー１
７は、バイナリーカウンター１８の上位４ビットから前
記１６種類のカウントパルスを選択する選択信号を発生
するためのデコーダー回路である。

【００４５】選択回路１９は前記選択信号により、１６
種類のカウントパルスから１つをセレクトしてバイナリ
ーカウンター１８に入力する選択回路である。４→１６
デコーダー１７と選択回路１９は、プログラマブル分周
器を用いて構成しても良く、またそれ以外の方法で実現
することも可能である。

【００４６】この図の非線形カウンター１１はノンリニ
アにカウントして計数値をデジタルコンパレータ１６に
出力する。この図の非線形カウンター１１を接続したデ
ジタルコンパレータ１６は、図１５の破線で示すよう
に、階調データｘに対するパルス幅ｙのパルスを出力す
る。この図の破線で示す折線は、実線で示す曲線ｙ＝ａ
ｘⁿ（ｎ＝２．２）を５本の折線で近似することができ
る。この式において、ｎは非直線性を決定する定数であ
る。ｎ＝１とするとき、階調データはリニアにパルス幅
変調されることになる。

【００４７】さらに、関数ｙ＝ａｘⁿの式において、定
数ａは、パルス幅変調回路２の変調ゲインを特定する。
ａの値が大きいと、図１５において曲線の傾きが大きく
なって変調ゲインが大きくなる。反対にａの値を小さく
すると、変調ゲインが小さくなって曲線の勾配が緩くな
る。パルス幅変調回路２の変調ゲイン、すなわち、図１
５の曲線の傾きは、基準クロック周波数可変回路１２か
ら非線形カウンター１１に出力されるクロックパルスの
周期、すなわち周波数で調整できる。

【００４８】基準クロック周波数可変回路１２の周波数
が高くなって、クロックパルスの周期が短くなると、単
位時間に非線形カウンター１１に入力されるパルスの数
が多くなる。すなわち、非線形カウンター１１のカウン
ト数が多くなる。言い替えると、一定のカウント数にな
るまでの時間が短くなる。デジタルコンパレータ１６
は、階調データを非線形カウンター１１から入力される
計数値に比較しているので、非線形カウンター１１から
デジタルコンパレータ１６に出力されるカウント値が、
階調データと同じになる時間が短くなる。したがって、
デジタルコンパレータ１６が判定する時間が短くなり、
出力パルスの時間幅が短くなる。このため、基準クロッ
ク周波数可変回路１２の周波数を高くすると、パルス幅
変調回路２の変調ゲインが低く調整される。入力される
階調データに対してパルス幅が狭く補正されるからであ
る。

【００４９】図１６は基準クロック周波数可変回路１２
から、赤、青、緑の非線形カウンター１１に出力される
クロックパルスを示す。この図は、図４に示すように、
大きい順に緑、赤、青の順番で変調ゲインを大きく調整
するものである。クロックパルスの周波数が高いと、変
調ゲインが小さくなるので、基準クロック周波数可変回
路１２から非線形カウンター１１に出力するクロックパ
ルスは、高い順に緑、赤、青の順番に高くなっている。

【００５０】基準クロック周波数可変回路１２は、赤、
青、緑の非線形カウンター１１に出力するクロックパル
スの周期を調整するために、それぞれのクロックパルス
の周波数を制御するゲイン信号が入力される。この基準
クロック周波数可変回路１２は、図１７に示すように、
入力される基準クロックパルスを分周するプログラマブ
ルカウンターと、プログラマブルカウンターの分周比
を、入力されるゲイン信号で設定するメモリであるＰＲ
ＯＭで実現できる。

【００５１】各発光色のＬＥＤユニットは、図１８に示
すように、各発光色のＬＥＤユニット毎に、輝度ランク
Ａ〜Ｈに選別されて、ドットマトリックスユニットに実
装されている。たとえば、ランクＣの暗い緑ＬＥＤユニ
ットと、ランクＥの赤ＬＥＤユニットと、ランクＧの明
るい青ＬＥＤユニットとを組み合わせて使用するとき
は、高い順に緑、赤、青の順番に変調ゲインを高くし
て、各発光色のＬＥＤユニットのホワイトバランスを調
整する。

【００５２】図１８に示すように、Ａ〜Ｈのランク別に
選別されたＬＥＤユニットを使用するＬＥＤディスプレ
イユニットの基準クロック周波数可変回路１２を図１９
に示す。この図に示す基準クロック周波数可変回路１２
は、ＰA〜ＰHの基準周波数のクロックパルスを得るため
の分周回路２０と、ＰA〜ＰHの基準周波数のクロックパ
ルスを選択するゲート回路２１より構成されている。ゲ
ート回路２１には、各ＬＥＤユニットの明るさのランク
に応じて、選択信号としてゲイン信号が入力される。

【００５３】以上の実施例は、階調データを８ビットと
し、ＬＥＤの発光色を赤、青、緑としている。ただ、本
発明のＬＥＤディスプレイユニットは、階調データを４
ビットあるいはそれ以外とすることもできる。階調デー
タのビット数を少なくすると、表現できる色は少なくな
るが、回路規模を簡素化できる。さらに、ＬＥＤの発光
色も赤、青、緑の３色にするフルカラーの表示が可能で
あるが、２色の発光色ＬＥＤを使用することも可能であ
るのは言うまでもない。

【００５４】さらに、以上の実施例のＬＥＤディスプレ
イユニットは、各発光色のＬＥＤユニットの変調ゲイン
を調整したが、個々のＬＥＤの変調ゲインを調整するこ
ともできる。このことを実現するＬＥＤディスプレイユ
ニットは、個々のＬＥＤの明るさをランクに区別し、各
ＬＥＤの明るさのランクで入力される階調データの変調
ゲインを調整する。

【００５５】図６に示すように、ＬＥＤ駆動回路３は、
ＬＥＤを横に接続しているコモンラインを一定の周期で
切り替える走査ドライバー３ａと、パルス幅変調回路２
に制御されて縦に接続したＬＥＤを、階調データに対応
したパルス幅で点灯する階調ドライバー３ｂとを備え
る。図７に示すＬＥＤディスプレイユニットは、走査ド
ライバー３ａと階調ドライバー３ｂの両方を電源２２に
接続してＬＥＤを点灯する。

【００５６】走査ドライバー３ａは、各列のＬＥＤを順
番に切り替えて電源２２に接続する。走査ドライバー３
ａは、点滅させるＬＥＤのちらつきを防止するために、
図に示すように、４列のコモンラインを例えば１００Ｈ
ｚの周期で切り替える。１００Ｈｚで４列のコモンライ
ンを切り替える切換回路２３は、１列の点灯時間が２．
５ｍ秒となる。

【００５７】階調ドライバー３ｂは、複数のスイッチン
グ素子３ｓを内蔵している。スイッチング素子３ｓがオ
ンになると、コモンラインを電源２２に接続している行
のＬＥＤを点灯させる。スイッチング素子３ｓのオン時
間は、ＬＥＤの明るさを調整する。スイッチング素子３
ｓがオンになると、ＬＥＤは一定の電流が流されて発光
する。ＬＥＤを暗く発光させるには、スイッチング素子
３ｓのオン時間を短くして点灯時間を短くし、明るく発
光させるにはスイッチング素子３ｓのオン時間を長くし
て点灯時間を長くする。

【００５８】階調ドライバー３ｂは、パルス幅変調回路
２の出力で、それぞれのスイッチング素子３ｓのオン時
間を制御して、発光させるＬＥＤの明るさを調整する。
スイッチング素子３ｓをオンオフするために、パルス幅
変調回路２は所定の時間幅のパルスを出力する。複数の
スイッチング素子３ｓは、パルス幅変調回路２の出力で
並列処理される。したがって、各列に接続されたスイッ
チング素子３ｓは、パルス幅変調回路２から出力される
パルス信号で、オンになる時間が調整される。

【００５９】階調ドライバー３ｂは、走査ドライバー３
ａで電源２２に接続された行のＬＥＤを、階調データに
相当する時間点灯し、走査ドライバー３ａが次の行に切
り替えられると、次々と各列のＬＥＤを所定時間点灯す
る。したがって、階調ドライバー３ｂは、走査ドライバ
ー３ａに同期してスイッチング素子３ｓをオン、オフ
し、次々と全てのＬＥＤを決められた時間点灯して所定
の輝度で発光させる。

【００６０】このように、走査ドライバー３ａと階調ド
ライバー３ｂとで各色のＬＥＤを入力される階調データ
に応じた時間発光させて、ＬＥＤの明暗を生じさせる
と、その積数だけの色表現が可能になる。

【００６１】

【発明の効果】本発明のＬＥＤディスプレイユニット
は、下記の優れた特長がある。 (1) 電流−輝度特性の異なる多数のＬＥＤを使用し
て、各ＬＥＤのカットオフ近傍における明るさのばらつ
きを少なくして、高品質な表示ができる優れた特長があ
る。このため、本発明のマルチカラーのＬＥＤディスプ
レイユニットは、階調データのビット数を多くして発光
色を細かくしても、カットオフぎりぎりの領域において
各ＬＥＤの明るさを正確に制御できる特長がある。それ
は本発明のディスプレイユニットが、ユニットの色毎に
ゲイン調整を行って、ユニット間の輝度補正とバランス
補正を行うと共に、個々のＬＥＤ素子のばらつきをカッ
トオフ調整パルスで一時的に点滅して、カットオフ特性
の違いをさらに細かく補正しているからである。

【００６２】(2) さらに、本発明のＬＥＤディスプレ
イユニットは、階調データをパルス幅変調した輝度変調
パルスと、ＬＥＤのカットオフ特性を補正するカットオ
フ調整パルスとの合成値でＬＥＤを点滅している。この
ため、各ＬＥＤのカットオフ特性を補正するために、Ｌ
ＥＤの電流を制御する複雑な回路を必要とせず、輝度変
調パルスでスイッチングしてＬＥＤを所定の時間点灯
し、さらに、これに続いて、あるいはこの前にカットオ
フ調整パルスでスイッチングしてＬＥＤを所定の時間点
滅してカットオフ特性を補正できる。このため、カット
オフ特性のばらつきを簡単な回路で正確に補正できる特
長がある。

【００６３】(3) さらにまた、本発明のＬＥＤディス
プレイユニットは、カットオフ特性を補正するためにＬ
ＥＤを点灯するが、このことが、階調データに対するＬ
ＥＤの明るさのずれの原因とならない特長も備える。そ
れは、ＬＥＤのカットオフ特性を補正するための点灯時
間が極めて短いために、ＬＥＤを明るく点灯する輝度変
調パルスの時間に比較して十分に小さいからである。す
なわち、カットオフ調整パルスは、ＬＥＤのカットオフ
付近では、各ＬＥＤのカットオフ特性のばらつきを補正
するが、ＬＥＤを明るく点灯するときには、輝度変調パ
ルスに対して十分に短い時間となって、階調データに対
するＬＥＤの明るさに大きくは影響しない。このため、
本発明のＬＥＤディスプレイユニットは、カットオフ調
整パルスを階調データで変調する必要がなく、簡単な回
路で多数のＬＥＤのカットオフ特性のばらつきを補正し
て、発光色と明るさを正確に制御できる特長がある。と
くに、バランスのずれが明確になりやすい、カットオフ
近傍での発光色と明るさを正確に制御して、高品質な画
像とすることができる優れた特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】階調データでリニアに変調されたパルス幅を示
すグラフ

【図２】ＬＥＤの電流値に対する発光輝度のカットオフ
特性を示すグラフ

【図３】本発明のＬＥＤディスプレイユニットに装着さ
れる非線形のパルス幅変調回路が階調データをゲイン調
整してＬＥＤの発光輝度に変調する関係を示すグラフ

【図４】本発明のＬＥＤディスプレイユニットに装着さ
れる非線形のパルス幅変調回路が階調データをゲイン調
整してパルス幅に変調する関係を示すグラフ

【図５】ＬＥＤ駆動回路に時分割されて入力されるパル
スの加算値の波形

【図６】本発明の実施例にかかるＬＥＤディスプレイユ
ニットのＬＥＤの配列を示す正面図

【図７】図６に示すＬＥＤディスプレイユニットの点灯
回路を示すブロック線図

【図８】ＬＥＤディスプレイユニットの点灯回路のブロ
ック線図

【図９】図８に示す点灯回路のカットオフパルス発生手
段のブロック線図

【図１０】ＬＥＤディスプレイユニットのＬＥＤ駆動回
路に入力されるパルスを演算する加算回路のブロック線
図

【図１１】ＬＥＤディスプレイユニットの点灯回路のブ
ロック線図

【図１２】ＬＥＤディスプレイユニットの点灯回路のブ
ロック線図

【図１３】非線形カウンターの時間に対する計数値を示
すグラフ

【図１４】非線形カウンターのブロック線図

【図１５】パルス幅変調回路が階調データをパルス幅変
調する特性を示すグラフ

【図１６】基準クロック周波数可変回路が赤、青、緑の
非線形カウンターに出力するクロックパルスを示すグラ
フ

【図１７】基準クロック周波数可変回路の一例を示すブ
ロック線図

【図１８】各発光色のＬＥＤユニットの輝度ランクＡ〜
Ｈを示すグラフ

【図１９】図１８に示すＡ〜Ｈのランク別に選別された
ＬＥＤユニットを使用するＬＥＤディスプレイユニット
の基準クロック周波数可変回路のブロック線図

【符号の説明】

１…カットオフパルス発生手段２…パルス幅変調回路３…ＬＥＤ駆動回路３ａ…走査ドライバー３ｂ…
階調ドライバー３ｓ…スイッチング素子４…（カットオフ補正データの）記憶手段５…補正パルス発生回路６…メモリ７…バッファメモリ８…カウンター９…デジタルコンパレータ１０…ゲイン調整手段１１…非線形カウンター１２…基準クロック周波数可変回路１３…記憶回路１４…メモリ１５…バッファメモリ１６…デジタルコンパレータ１７…４→１６デコーダー１８…バイナリーカウンター１９…選択回路２０…分周回路２１…ゲート回路２２…電源２３…切換回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｊ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 3/00 - 3/38 H01L 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光色が異なる複数個のＬＥＤと、各Ｌ
ＥＤの点灯時間を制御して明るさを調整するＬＥＤの点
灯回路とを備えるＬＥＤディスプレイユニットにおい
て、ＬＥＤの点灯回路が、入力される階調データに相当する
時間幅の輝度変調パルスを出力するパルス幅変調回路
と、パルス幅変調回路から出力される輝度変調パルスに
合成して、各ＬＥＤのカットオフ点を補正するカットオ
フ調整パルスを出力するカットオフパルス発生手段と、
カットオフ調整パルス及び輝度変調パルスでＬＥＤを点
灯するＬＥＤ駆動回路とを備え、パルス幅変調回路から出力される輝度変調パルスと、カ
ットオフパルス発生手段から出力されるカットオフ調整
パルスの合成パルスをＬＥＤに通電して点灯し、カット
オフ調整パルスでもって各ＬＥＤのカットオフ特性の相
違を補正して点灯されるように構成されてなることを特
徴とするマルチカラーのＬＥＤディスプレイユニット。
【請求項２】カットオフパルス発生手段が、各ＬＥＤ
のカットオフ補正データの記憶手段と、この記憶手段に
記憶されるカットオフ補正データをカットオフ調整パル
スに変換する補正パルス発生回路とを備える請求項１記
載のマルチカラーのＬＥＤディスプレイユニット。