(57)【要約】【課題】表示する内容によらず消費電力を設計値以下に抑えることが可能な簡素で安価なＬＥＤ表示装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ表示装置（１）は、マトリクス状に配列されたＬＥＤより成るＬＥＤドットマトリクスユニット（１０）、電源部（２０）、および、ＬＥＤの点灯を制御する点灯制御部（３０）に加え、電源部（２０）からＬＥＤユニット（１０）に供給される電流値を測定する電流測定部（４０）を備える。点灯制御部（３０）は、電流測定部（４０）によって測定された電流値からＬＥＤの平均点灯率を求めて、平均点灯率に応じてＬＥＤに供給する電流値またはＬＥＤの点灯時間を制御して、ＬＥＤユニット（１０）の消費電力が設計値を超えないように調整する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された複数のＬＥＤより成る表示部と、表示部のＬＥＤの点灯を個別に制御する制御手段とを備え、制御手段が選択的にＬＥＤを点灯させることにより、点灯したＬＥＤの集合によって情報を表すＬＥＤ表示装置において、
表示部に供給される電流値を測定する測定手段と、
測定手段によって測定された電流値に基づいて表示部のＬＥＤの点灯率を判定する判定手段とを備え、
制御手段が、判定手段によって判定された点灯率に応じて、表示部の消費電力を調整することを特徴とするＬＥＤ表示装置。
【請求項２】
判定手段が所定時間にわたる平均の点灯率を求め、制御手段が平均の点灯率に応じて表示部の消費電力を調整することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項３】
測定手段が測定した電流値を電圧値に変換して積分し、電流値の平均を求めることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項４】
測定手段が測定した電流値を電圧値に変換してデジタル化し、制御手段がデジタル信号を取り扱うデジタル回路より成るとともに、判定手段を兼ねて、デジタル化された電圧値を平均して電流値の平均を求めることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項５】
制御手段が、ＬＥＤに供給する電流値を変化させることにより、表示部の消費電力を調整することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項６】
制御手段が、ＬＥＤを点灯させる時間と消灯させる時間を交互に設けて、点灯させる時間と消灯させる時間の和を一定として、点灯させる時間と消灯させる時間を変化させることにより、表示部の消費電力を調整することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項７】
制御手段が、ＬＥＤを点灯させる時間と消灯させる時間を交互に設けて、点灯させる時間を一定とし、消灯させる時間を変化させることにより、表示部の消費電力を調整することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項８】
制御手段が、表示部の消費電力を調整しているときに、消費電力を調整していることを示すことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【請求項９】
制御手段が、表示部の消費電力を調整しているときに、消費電力の調整の程度を示すことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリクス状に配列されたＬＥＤから成り、点灯したＬＥＤの集合によって情報を表すＬＥＤ表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤ（発光ダイオード）表示装置は、情報伝達、広告等の用途で、公共機関から一般商店まで広く使用されている。使用者は、文字、グラフィックイメージ等の伝達したい情報を表示データとして入力して、ＬＥＤ表示装置に表示させる。
【０００３】
ＬＥＤ表示装置では、マトリクス状に配置されている個々のＬＥＤのうちの必要なものだけを、つまり、表示すべき情報の構成要素となるものだけを、選択的に点灯させる。ここで、表示装置の全てのＬＥＤの数に対する瞬間に同時に点灯しているＬＥＤの数（点灯ＬＥＤ数／全ＬＥＤ数）を点灯率と呼ぶ。一般の情報を表示する場合の点灯率は、瞬間では１００％に近い場合もあるが、平均すると３０％程度以下であることが多い。そのため、ＬＥＤ表示装置は、コスト、形状、個々の部品定格等の関係から、電源、冷却機構、個々の部品定格を、１００％の点灯率に対応した設計ではなく、実際の使用状態である３０％程度の点灯率に対応した設計とすることが多い。
【０００４】
しかし、使用者の使用状態によっては、この設計上の点灯率を超えることがある。このような場合、電源や個々の部品が定格を超える使用によって劣化し易い上、電源や個々の部品の発熱が冷却機構の能力を上回って内部温度が上昇し、電源や部品の劣化を促進することになる。したがって、定格を超える使用が長時間続けば、故障が発生したり、ＬＥＤの輝度が低下したりするおそれが多い。また、電源、部品等の保護、安全の確保等を目的として設けてあるサーモスタット等の温度保護装置が働いて、表示装置が動作を停止することもある。
【０００５】
この問題に対して、特開平７−５６５３０号や特開平７−２１０１１４号では、表示データを作成する段階でその表示データでの点灯率を判定して、判定した点灯率を示すことや、点灯率が限度内に収まるように表示データを修正することが提案されている。また、特開２０００−１８１３８２号では、ＬＥＤ表示装置のコントローラで文字を表す表示データの点灯率の判定を行い、点灯率に応じてＬＥＤの点灯時間を調整することが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５６５３０号公報
【特許文献２】特開平７−２１０１１４号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１３８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−５６５３０号や特開平７−２１０１１４号の方法では、ＬＥＤ表示装置とは別に、点灯率の判定を行うデータ作成装置が必要であり、データ作成装置で作成した表示データ以外については点灯率を判定することができない。例えば、ニュース等のデータを配信する外部の業者から得た表示データを表示する場合や、映像データ等を単純に表示データに変換して表示を行うような用途には、適用できない。
【０００８】
特開２０００−１８１３８２号の方法は、外部業者から得た文字を表す表示データを表示する場合にも適用可能である。しかし、点灯させるべきＬＥＤの数を文字ごとにあらかじめ定めているため、文字以外の表示データを表示する場合には利用することができず、文字を表す表示データであっても、種々の大きさの文字が含まれる場合は、やはり適用することができない。
【０００９】
このような不都合は、ＬＥＤ表示装置に、表示データをＬＥＤの配列に対応するビットマップに展開して、点灯すべきＬＥＤに相当するオンビットを計数する機能をもたせることで、解消することができる。しかしながら、そのためには、高速で処理を行う演算回路が必要であり、ＬＥＤ表示装置のコストの大幅な増大が避けられない。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、表示する内容によらず消費電力を設計値以下に抑えることが可能な簡素で安価なＬＥＤ表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、マトリクス状に配列された複数のＬＥＤより成る表示部と、表示部のＬＥＤの点灯を個別に制御する制御手段とを備え、制御手段が選択的にＬＥＤを点灯させることにより、点灯したＬＥＤの集合によって情報を表すＬＥＤ表示装置において、表示部に供給される電流値を測定する測定手段と、測定手段によって測定された電流値に基づいて表示部のＬＥＤの点灯率を判定する判定手段とを備え、制御手段が、判定手段によって判定された点灯率に応じて、表示部の消費電力を調整するものとする。
【００１２】
このＬＥＤ表示装置では、表示データではなく、実際の表示に際して表示部に供給される電流（消費されつつある電流）に基づいて、点灯率を判定する。したがって、表示データが表す内容にかかわらず、また、表示データが刻々と変化しても、確実に点灯率を求めて表示部の電力消費を調整することが可能である。電流値の測定や電流値に基づく点灯率の判定は、簡素な構成によって行うことができるため、コスト増も抑えられる。
【００１３】
判定手段が所定時間にわたる平均の点灯率を求め、制御手段が平均の点灯率に応じて表示部の消費電力を調整するようにするとよい。表示データが変化すると点灯率も変化するが、点灯率が変化するごとに消費電力を調整したのでは、表示の明るさが短時間で変動して、使用者にフリッカとして認識され易い。ある程度の時間の平均の点灯率に基づいて消費電力を調整することで、フリッカを抑えることができる。
【００１４】
ここで、測定手段が測定した電流値を電圧値に変換して積分し、電流値の平均を求める構成とすることができる。電流値の電圧値への変換は抵抗、トランス等で容易に行うことが可能であり、電圧値の積分も積分回路で容易に行うことができる。
【００１５】
測定手段が測定した電流値を電圧値に変換してデジタル化し、制御手段がデジタル信号を取り扱うデジタル回路より成るとともに、判定手段を兼ねて、デジタル化された電圧値を平均して電流値の平均を求める構成とすることもできる。一般に、ＬＥＤの点灯を制御する制御手段は、デジタル化された（２値の）表示データを与えられ、また、ＬＥＤへの電力の供給と停止を指示する２値の制御信号を出力するため、デジタル回路とされる。このような制御手段であっても、測定手段からデジタル化した電圧値を与えるようにすることで、平均を求める判別手段の機能を兼ねる構成とすることが可能である。測定手段には、電流値を電圧値に変換する抵抗やトランスに加えて、Ａ／Ｄコンバータを備えればよい。
【００１６】
表示部の消費電力を調整するための具体的な方法としては、制御手段が、ＬＥＤに供給する電流値を変化させること、ＬＥＤを点灯させる時間と消灯させる時間を交互に設けて、点灯させる時間と消灯させる時間の和を一定として、点灯させる時間と消灯させる時間を変化させること、および、ＬＥＤを点灯させる時間と消灯させる時間を交互に設けて、点灯させる時間を一定とし、消灯させる時間を変化させることの、いずれを採用することもできる。
【００１７】
制御手段が、表示部の消費電力を調整しているときに、消費電力を調整していることや、消費電力の調整の程度を示すようにするとよい。このようにすると、本来の表示輝度よりも低い表示輝度で装置が動作していることを使用者が把握でき、本来の輝度で動作することが望ましい場合は、表示内容の変更につなげることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＬＥＤ表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態のＬＥＤ表示装置１の外観を図１に模式的に示す。ＬＥＤ表示装置１は、ＬＥＤが縦方向に１６個、横方向に６４個、マトリクス状に配置されたＬＥＤドットマトリクスユニット１０を有する。これらのＬＥＤのうち点灯したものが表示内容の構成要素となり、点灯したＬＥＤの集合によって文字、記号、画像等の情報が表される。
【００１９】
ＬＥＤ表示装置１の回路構成を模式的に図２に示す。表示装置１は、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０のほか、電源部２０、点灯制御部３０、および電流測定部４０を有する。電源部２０は、商用電源からのＡＣ１００Ｖを、ＤＣ５Ｖに変換して、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０および点灯制御部３０に供給する。点灯制御部３０は、外部から入力された表示データに従って、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０を動作させる表示信号を出力して、各ＬＥＤへの電流供給を個別に制御して、ＬＥＤを選択的に点灯させる。
【００２０】
電流測定部４０は、電源部２０からＬＥＤドットマトリクスユニット１０への電流供給路上に設けられられており、電源部２０から供給される電流値、すなわちＬＥＤドットマトリクスユニット１０によって消費されつつある電流値を測定する。電流測定部４０は、電流検出用の抵抗、電流検出用のトランス、または電流により発生する磁界を検出するホール素子を備えており、電流値を電圧値に変換して測定する。電流測定部４０は、また、Ａ／Ｄコンバータを備えており、測定した電流値（電圧値に変換されている）をアナログ信号からデジタル信号に変換して、点灯制御部３０に出力する。
【００２１】
ＬＥＤ表示装置１の各部品の定格とＬＥＤ表示装置１の点灯率に関する設計、動作について説明する。ＬＥＤドットマトリクスユニット１０は、全ＬＥＤ点灯時の消費電流は１０Ａである。また、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０について信頼性よく使用できる推奨のＬＥＤ平均点灯率は４０％であり、その時の消費電流は４Ａである。電源部２０は、最大定格１０Ａで、この電源を信頼性よく使用できる推奨の平均電流は、最大定格の４０％の４Ａである。
【００２２】
このような部品を使用したＬＥＤ表示装置１は、使用時のＬＥＤ平均点灯率を４０％以下として使用することが信頼性上望ましく、平均点灯率４０％がこの表示装置の限界点灯率となる。一般の使用状態においては、ＬＥＤ平均点灯率は３０％程度であり、問題は発生しない。ただし、使用者により平均点灯率が４０％を超えるデータが入力されたり、配信されたりした場合は、信頼性上の問題が生じたり、温度上昇により電源部２０内に安全のため設けてあるサーモスタット等が動作して、表示装置が動作しなくなったりする可能性がある。
【００２３】
この可能性をなくすために、ＬＥＤ表示装置１では、電流測定部４０が測定した電流値を点灯制御部３０に入力して、点灯制御部３０に設定してあるＬＥＤ全点灯時の電流との比を取ることによりＬＥＤドットマトリクスユニット１０の点灯率を判定し、点灯率が所定値を超えるときは、点灯制御ボード３から出力する表示信号を変えてＬＥＤドットマトリクスユニット１０の消費電力を調整する。
【００２４】
また、点灯制御部３０に時間とともに変化する表示データが与えられることもあり、そのときは点灯するＬＥＤの数が変化して点灯率が大きく変動する。点灯率が変化するごとに消費電力を調整すると、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の輝度がその都度変化してフリッカとなり、見るものに違和感を与える結果となる。そのため、消費電力の調整は、瞬間の点灯率ではなく、ある一定時間の平均値である平均点灯率に基づいて調整する。
【００２５】
ここでは、点灯制御部３０に、電流測定部４０から与えられるデジタル化された電流値（電圧値）の平均を求める平均化部３１を設けて、点灯制御部３０自体で平均の電流値を求めて、平均電流値より平均点灯率を得るようにしている。平均点灯率を求める一定時間は、例えば５分間程度に固定してもよいし、点灯制御部３０に入力される表示データの１サイクルの表示時間としてもよい。
【００２６】
このように電流値から点灯率を求める方法は、特に時間とともに変化する平均点灯率を求める場合に、ソフト上の処理で表示データの点灯ドット数を把握し瞬間の点灯率を計算し、時間平均を求める方法と比較して、処理が簡単であり構成も簡素であるため、容易にかつ安価に実現することができる。
【００２７】
第２の実施形態のＬＥＤ表示装置について説明する。本実施形態のＬＥＤ表示装置２の回路構成を図３に模式的に示す。ＬＥＤ表示装置２は、電流値の平均を点灯制御部３０ではなく、電流測定部４０で求める点で、第１の実施形態のＬＥＤ表示装置１と相違する。外観や他の構成はＬＥＤ表示装置１と同様なので、重複する説明は省略する。
【００２８】
電流測定部４０は、積分回路を含む平均化部４１を備えており、電圧値に変換して測定した電流値を積分回路によって積分することにより、平均電流値を求める。そして、平均電流値をＡ／Ｄコンバータによってデジタル信号として、点灯制御部３０に出力する。
【００２９】
点灯制御部３０は、電流測定部４０から入力された平均電流値をＬＥＤ全点灯時の電流値で除して平均点灯率を求め、平均点灯率が所定値を超えるときは、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の消費電力を調整する。
【００３０】
第１、第２の実施形態のＬＥＤ表示装置１、２における、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の消費電力の調整について説明する。上記のようにして求めたＬＥＤの平均点灯率をもとに、以下の式によりＬＥＤ表示装置の消費電力を調整する調整値を算出して、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０への表示信号に反映させる。
調整値＝（限界点灯率またはそれ以下の値）／（求めた平均点灯率）×（現在の調整値）
【００３１】
この式で最後に現在の調整値を乗算している理由は、消費電力の調整処理を行った後の電流値より求めた点灯率に対して、調整値を考慮しないでさらに調整値を求める処理を行うと、必要な処理ができなくなるからである。
【００３２】
ここで、求めた平均点灯率が５０％、限界点灯率が４０％、現在の調整値が初期で１の場合、上記の式は次のようになり、調整値は０．８となる。
調整値＝４０／５０×１＝０．８
なお、調整値は、連続的な値としてもよいし、０．１刻み、０．０５刻み等の段階的な値としてもよい。
【００３３】
各実施形態のＬＥＤ表示装置１、２では、調整値をＬＥＤドットマトリクスユニット１０の消費電力に反映させる方法として、以下の３つの方法を用いている。
【００３４】
（１）ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の個々のＬＥＤの電流値を調整する。例えば、調整を行わないときに個々のＬＥＤに流す電流値が１０ｍＡの場合は、上記調整値の例では、電流値を８ｍＡとする。電流値の調整は、個々のＬＥＤの点灯を制御している定電流機能つきのＬＥＤドライバーＩＣの電流値を決定している抵抗値を電子ボリューム等にして、その抵抗値をコントロールする信号を点灯制御部３０より送ればよい。
【００３５】
（２）ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の個々のＬＥＤの点灯時間を調整する。例えば、調整を行わないときの点灯時間が１ｍｓである場合は、上記調整値の例では、点灯時間を０．８ｍｓとする。点灯時間の調整は、表示信号のうちのＬＥＤの点灯時間を指定するイネーブル信号のパルス幅を、上記値にすることで行う。
【００３６】
（３）１つの表示データの表示が終了した後、次の表示データの表示を開始する前に、休止（消灯）期間を設ける。例えば、１つの表示データの表示時間が６０秒であった場合、上記調整値の例では、１５秒の休止期間を設ける。この方法を行うためには、点灯制御部３０で、１つの表示データの表示時間を把握して、その時間を調整値で除算した値をトータルの表示時間とするために、表示休止時間を挿入したデータとする処理を行えばよい。
【００３７】
上記の各方法（１）〜（３）での時間経過とＬＥＤに供給する電流の関係を図４〜図６にそれぞれ示す。これらの図において、Ａは調整を行わない期間、Ｂは調整値０．７５で調整を行う期間、Ｃは調整値０．５で調整を行う期間である。図４に示す方法（１）では、調整を行うか否かにかかわらず、１つの表示データに相当する時間ｔ０全体にわたって、ＬＥＤに電流を供給する。図５に示す方法（２）では、１つの表示データに相当する時間ｔ０は一定であるものの、調整時には、時間ｔ０の中にＬＥＤに電流を供給する時間ｔ１と供給しない時間ｔ２が存在する。図６に示す方法（３）では、調整時には、休止（消灯）時間ｔ３を挿入することにより、１つの表示データに相当する時間が非調整時の時間ｔ０に比べて長くなる。
【００３８】
ところで、消費電力の調整を行うと、点灯時間の短縮や、電流値の削減等で、調整を行わないときよりも輝度が低下しており、状況によっては表示データ自体の点灯率を下げて、調整を行う必要のない状態にする方が好ましい場合がある。この場合、消費電力の調整が行われている状態か否か、また、調整が行われているときは調整の程度が使用者に判れば、表示データ修正の必要性の有無、修正の程度等が把握できて便利である。
【００３９】
そこで、ＬＥＤ表示装置１、２では、消費電力の調整を行うときには、点灯制御部３０が、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０の周辺部のＬＥＤを点灯させることで、調整を行なっていることを表示するようにしている。また、その際、点灯させるＬＥＤの数を調整値に応じて設定し、これによって調整の程度を表すようにしている。なお、ＬＥＤドットマトリクスユニット１０のＬＥＤを点灯させることに代えて、点灯制御部３０にインジケータランプを設け、その点灯で調整の有無および程度を表すようにしてもよい。
【００４０】
このように構成されたＬＥＤ表示装置１、２は、表示内容を使用者が随時変更することを可能としながら、長期間にわたって安定して動作するものとなっており、交通機関の行き先表示案内のように、文字や記号のみからなる情報を表示する用途はもちろん、店頭の広告のように、画像を含む情報を表示する用途にも好適である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のＬＥＤ表示装置によれば、表示データが表す内容にかかわらず、また、表示データが刻々と変化しても、確実に点灯率を求めて表示部の電力消費を調整することが可能である。したがって、使用態様によらず、長期にわたって安定して動作する信頼性の高い装置となる。また、簡素な構成であり、製造コストも低く抑えられる。
【００４２】
特に、所定時間にわたる平均の点灯率に基づいて消費電力を制御するようにすると、フリッカのない表示を行うことができる。また、消費電力を調整していることや、消費電力の調整の程度を示すようにすると、本来の表示輝度よりも低い表示輝度で装置が動作していることを使用者が把握でき、本来の輝度で動作することが望ましい場合は、表示内容を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２の実施形態のＬＥＤ表示装置の外観を模式的に示す斜視図。
【図２】第１の実施形態のＬＥＤ表示装置の回路構成を模式的に示すブロック図。
【図３】第２の実施形態のＬＥＤ表示装置の回路構成を模式的に示すブロック図。
【図４】第１、第２の実施形態のＬＥＤ表示装置における消費電力の調整方法の例を示す図。
【図５】第１、第２の実施形態のＬＥＤ表示装置における消費電力の調整方法の別の例を示す図。
【図６】第１、第２の実施形態のＬＥＤ表示装置における消費電力の調整方法のさらに別の例を示す図。
【符号の説明】
１、２  ＬＥＤ表示装置
１０    ＬＥＤドットマトリクスユニット
２０    電源部
３０    点灯制御部
３１    平均化部
４０    電流測定部
４１    平均化部
【図１】
2004341434.tif 000003
【図２】
2004341434.tif 000004
【図３】
2004341434.tif 000005
【図４】
2004341434.tif 000006
【図５】
2004341434.tif 000007
【図６】
2004341434.tif 000008