JP2002354823A - Ｐｗｍ方式インバータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビート不良の発生を抑制することが可能なＰ
ＷＭ調光方式を提供することである。 【解決手段】 液晶表示装置において光源となる多灯式
バックライトを駆動するＰＷＭ調光方式インバータ回路
において、当該多灯式バックライトの各ランプに対応し
た各インバータ出力のＯＮ／ＯＦＦを互いに位相をずら
して実行することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置用の
ＰＷＭ方式インバータ回路に関する。さらに詳しくは、
液晶表示装置用の調光方式インバータ回路のインバータ
のＰＷＭ制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示装置には光源としてバッ
クライトが用いられ、高輝度を必要とする場合には複数
のランプが用いられる。

【０００３】調光方式には、ランプ電流をリニアに変化
させる、たとえば調光最大時にランプ電流を５ｍＡ、調
光最小時にランプ電流を３ｍＡとする電流調光方式と、
点灯時のランプ電流は一定としてランプを間欠点灯（点
灯、消灯を繰り返す）して時間的平均輝度を調整するＰ
ＷＭ調光方式があり、後者のＰＷＭ調光方式ではランプ
点灯時と消灯時での輝度比は１００％：０％となってい
る。近年では調光範囲を広くできることから、ＰＷＭ調
光方式が主流となりつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置は、たと
えばＴＦＴ液晶パネルでは表示素子の保持容量に１フレ
ーム（フレーム周期＝約６０Ｈｚ）で所望の電位を書き
込んだあと、次のフレームで書き込むまでのあいだに保
持容量の電荷は徐々に放電され、液晶表示素子のパネル
透過率は１フレーム内で徐々に変化する。バックライト
を光源とした液晶表示装置では、パネル輝度は、バック
ライト輝度にパネル透過率を乗じて得られ（すなわち、
［パネル輝度］＝［バックライト輝度］×［パネル透過
率］）、当然ながらパネル輝度も１フレーム内で徐々に
変化する。このパネル透過率変化、パネル輝度変化の周
波数はフレーム周波数（すなわち、約６０Ｈｚ）となる
ため、人の目で視認されることはない。

【０００５】上記の電流調光方式インバータでは、ラン
プ電流を下げて輝度を下げた場合、上述のバックライト
輝度が変化するだけであり、図７の（ａ）および（ｂ）
に示すように、単純に６０Ｈｚの輝度変化の振幅が減少
し、電流調光で輝度を下げた場合にも視認されることは
ない。なお、図７は従来技術におけるノーマリホワイト
ＬＣＤでのフレーム毎の輝度変化を示したグラフであ
る。図中参照符号ａはＰＷＭ調光（ＯＮ時ランプ電流が
ＩＬ）時のＰＷＭのＯＮ毎の輝度変化を示しており、変
動周波数は１５０Ｈｚ（ＰＷＭ周波数）である。参照符
号ｂはＰＷＭ調光（ＯＮ時ランプ電流がＩＬ）時の１フ
レーム内平均輝度のフレーム毎の変化を示しており、変
動周波数は３０Ｈｚ（１／２フレーム周波数）以下で、
ＰＷＭ周波数は１５０Ｈｚである。参照符号ｃは電流調
光（ランプ電流がＩＬ）時のフレーム毎の輝度変化を示
しており、変動周波数は６０Ｈｚ（フレーム周波数）で
ある。参照符号ｄは電流調光（ランプ電流が（１／２）
ＩＬ）時のフレーム毎の変化を示しており、変動周波数
は６０Ｈｚ（フレーム周波数）である。また、Ｆはｎフ
レーム、Ｆ１は（ｎ＋１）フレーム、Ｆ２は（ｎ＋２）
フレーム、Ｆ３は（ｎ＋３）フレーム、Ｆ４は（ｎ＋
４）フレーム、Ｆ５は（ｎ＋５）フレーム、Ｆ６は（ｎ
＋６）フレームをそれぞれ示している。

【０００６】しかし、ＰＷＭ調光方式インバータは点
灯、消灯をＰＷＭ周波数で繰り返すため、観察者はＴＦ
Ｔ液晶表示素子の１フレーム毎のパネル輝度変化をＰＷ
Ｍ周波数でサンプリングしたものを見ることとなる。Ｐ
ＷＭ周波数は、通常、１００Ｈｚ以上とするため、それ
自体が視認されることはないが、フレーム周波数とＰＷ
Ｍ周波数の干渉により、図７に示すように１フレーム内
の平均輝度はフレーム周波数の１／２以下、つまり３０
Ｈｚ以下となり人の目に視認されることとなる。

【０００７】このように、１フレーム毎に書き込み、保
持を行なうホールド型表示素子とＰＷＭ調光方式のイン
バータの組み合せでは、本質的に１／２フレーム周波数
以下の成分が発生し、時間変動を垂直操作方向に空間展
開すると３０Ｈｚ以下の波状の輝度変化が発生し、輝度
変化の振幅が人の目の感度以上となる場合には、一般に
ビートと呼ばれる現象が発生し、表示不良を惹起するこ
ととなる。

【０００８】この現象は、すでに述べたパネル輝度と、
バックライト輝度およびパネル透過率との関係（すなわ
ち、［パネル輝度］＝［バックライト輝度］×［パネル
透過率］）からもわかるように、パネル透過率が等しく
ても、図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、多灯式
でバックライト輝度が高いほどパネル輝度の変化が大き
くなり、ビート不良がより視認されやすくなる。なお、
図８は従来技術のＰＷＭ調光方式においてランプ数が異
なった場合の平均輝度の違いを示すグラフである。な
お、図中参照符号ｅはＰＷＭ調光（ランプ数＝Ｎ×２）
時のＰＷＭのＯＮ毎の輝度変化を示しており、参照符号
ｆはＰＷＭ調光（ランプ数＝Ｎ×２）時の１フレーム内
平均輝度のフレーム毎の変化を示しており、振幅＝Ａｂ
×２、変動周波数は３０Ｈｚ（１／２フレーム周波数）
以下で、ＰＷＭ周波数は１５０Ｈｚである。参照符号ｇ
はＰＷＭ調光（ランプ数＝Ｎ）時のＰＷＭのＯＮ時の輝
度変化を示しており、変動周波数は１５０Ｈｚ（ＰＷＭ
周波数）である。参照符号ｈは電流調光（ランプ数＝
Ｎ）時の１フレーム内平均輝度のフレーム毎の変化を示
しており、振幅＝Ａｂ、変動周波数は３０Ｈｚ（１／２
フレーム周波数）以下で、ＰＷＭ周波数は１５０Ｈｚで
ある。

【０００９】特開平７−３２５２８６号公報には、バッ
クライト用の光源を液晶表示パネルのｎ垂直期間（２以
上の整数）にｍ回（ｍ＞ｎを満足するｎの倍数以外の整
数）点滅させるようにインバータ回路を制御することに
よりフリッカの発生を防止している液晶表示装置が開示
されている。

【００１０】また、特開平６−３３３６９５号公報に
は、液晶表示装置のバックライトの蛍光灯点灯用発信周
波数および調光用チョッパ周波数のビートが生じる周波
数の組み合わせを予め実験的に求めて記憶させておき、
該ビートが生じる周波数関係になったときに、蛍光灯点
灯用発信周波数をシフトさせる制御方法が開示されてい
る。

【００１１】しかしながら、叙上の公報に開示されたも
のを含め、従来の多灯式バックライト用ＰＷＭ調光方式
インバータはすべてのランプをＰＷＭ周波数で同時にＯ
Ｎ／ＯＦＦしている。

【００１２】このため、ＰＷＭ周波数での輝度変化は１
００％：０％であり、高輝度であるほど（すなわち、多
灯であるほど）、ビート不良が視認されやすい。

【００１３】現在、液晶表示装置は高輝度化の傾向にあ
り、今後、この問題が顕在化することが懸念される。

【００１４】本発明は、このようなホールド型表示素子
に高輝度バックライトとＰＷＭ調光方式インバータを組
み合わせたときに発生する問題を解決し、ビート不良の
発生を抑制することが可能なＰＷＭ調光方式の提供を目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様にかかわ
るＰＷＭ方式インバータ回路は、液晶表示装置において
光源となる多灯式バックライトを駆動するＰＷＭ調光方
式インバータ回路において、当該多灯式バックライトの
各ランプに対応した各インバータ出力のＯＮ／ＯＦＦを
互いに位相をずらして実行することを特徴とするもので
ある。

【００１６】本発明の他の態様にかかわるＰＷＭ方式イ
ンバータ回路は、液晶表示装置において光源となる多灯
式バックライトを駆動するＰＷＭ調光方式インバータ回
路において、当該多灯式バックライトの各ランプに対応
した各インバータ出力のＯＮ／ＯＦＦをインバータの１
周期内でＯＮのタイミングを均等に分散させることを特
徴とするものである。

【００１７】本発明に関わるＰＷＭ調光方式インバータ
のインバータ回路としては、ロイヤー回路に代表される
自励式インバータにも、他励式インバータにも適用が可
能である。

【００１８】従来技術の多灯式バックライト用ＰＷＭ調
光方式インバータは、バックライトのすべてのランプを
同時にＯＮ／ＯＦＦするため、たとえばランプ数を２倍
にしてバックライト輝度を２倍とした場合には、図８に
示すように、１フレーム内でのパネル輝度変化にも２倍
となるため、１フレーム内平均輝度のフレーム毎のパネ
ル変化振幅も２倍となり、ビート不良がより視認されや
すくなる。

【００１９】説明を簡素化するため、１灯式と２灯式バ
ックライトを例に説明する。

【００２０】図１〜３に従来技術と本発明のＰＷＭ調光
方式でのランプ点灯シーケンスを示す。なお、図１の
（ａ）、図２の（ａ）および図３の（ａ）は、従来技術
のランプ点灯シーケンスを示しており、図１の（ｂ）、
図２の（ｂ）および図３の（ｂ）は、本発明のランプ点
灯シーケンスを示している。

【００２１】従来技術では、２灯式バックライトの場
合、図１の（ａ）、図２の（ａ）および図３の（ａ）に
示されるように、２本のランプ（すなわち、ランプ１お
よびランプ２）を同時にＯＮ／ＯＦＦするため、バック
ライト輝度変化（ＯＮ時とＯＦＦ時の輝度差）は１灯式
の輝度の２倍となる。なお、図１の（ａ）はデューティ
ー率７０％の場合を示しており、図２の（ａ）はデュー
ティー率５０％の場合を示しており、図３の（ａ）はデ
ューティー率２０％の場合を示している。

【００２２】それに対し本発明の点灯シーケンスでは、
２本のランプ（すなわち、ランプ１およびランプ２）を
同時ＯＮ、ＯＦＦせず、従来より公知の遅延回路を用い
て位相をずらすことによって、インバータの１周期内で
ＯＮのタイミングを均等に分散させているため、バック
ライト輝度変化は１灯式と同等のランプ１本分となる。

【００２３】このように、多灯式バックライトにＰＷＭ
調光方式インバータを使用する場合に、各ランプの点灯
シーケンスを同時ＯＮ／ＯＦＦせず、位相をずらしてＯ
Ｎ／ＯＦＦすることにより、バックライト輝度変化をラ
ンプ１灯時と同じにすることができ、多灯式バックライ
トにおいてもパネル輝度変化を増加させないことが可能
となり、ビート不良を防止することができる。とくに、
図１の（ｂ）および図３の（ｂ）に示されるように、イ
ンバータの１周期Ｔ内でＯＮのタイミングを均等に分散
させるようにすると、パネル輝度が０にならないように
変化させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 図４〜６は本発明の実施の形態にかかわるＰＷＭ点灯シ
ーケンスである。いずれもバックライトのランプ数が４
本の場合を例にしている。

【００２５】図４の（ａ）はデューティー率が１００％
場合、図４の（ｂ）はデューティー率が９０％場合、図
４の（ｃ）はデューティー率が８０％場合、図４の
（ｄ）はデューティー率が７０％場合、図５の（ａ）は
デューティー率が６０％場合、図５の（ｂ）はデューテ
ィー率が５０％場合、図５の（ｃ）はデューティー率が
４０％場合、図５の（ｄ）はデューティー率が３０％場
合、図６の（ａ）はデューティー率が２０％場合、図６
の（ｂ）はデューティー率が１０％場合をそれぞれ示し
ている。図４から６の上段は、輝度の変化を示す波形図
を示しており、下段はランプ１〜４の点灯または消灯の
状態を示すグラフである。

【００２６】図４の（ａ）の場合（デューティー率が１
００％）、輝度は、ランプ１、ランプ２、ランプ３およ
びランプ４の輝度の和になり、かつ輝度変化は０であ
る。

【００２７】図４の（ｂ）の場合（デューティー率が９
０％）、時間軸の一目盛をｔ１（秒）とすると、インバ
ータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。ランプ１は１周期
Ｔ（秒）のあいだで０．５ｔ１（秒）間の消灯状態のの
ち、４．５ｔ１（秒）間点灯する。ランプ２は１周期Ｔ
（秒）のあいだで、まず０．５ｔ１（秒）間点灯したの
ち、０．５ｔ１（秒）間消灯し、４ｔ１（秒）間点灯す
る。ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１
（秒）間点灯したのち、０．５ｔ１（秒）間消灯し、
３．５ｔ１（秒）間点灯する。ランプ４は１周期Ｔ
（秒）のあいだで、まず１．５ｔ１（秒）間点灯したの
ち、０．５ｔ１（秒）間消灯し、３ｔ１（秒）間点灯す
る。

【００２８】図４の（ｃ）の場合（デューティー率が８
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだでｔ１（秒）間の消
灯状態ののち、４ｔ１（秒）間点灯する。ランプ２は１
周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１（秒）間点灯したの
ち、ｔ１（秒）間消灯し、３ｔ１（秒）間点灯する。ラ
ンプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２ｔ１（秒）
間点灯したのち、ｔ１（秒）間消灯し、２ｔ１（秒）間
点灯する。ランプ４は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず
３ｔ１（秒）間点灯したのち、ｔ１（秒）間消灯し、ｔ
１（秒）間点灯する。

【００２９】図４の（ｄ）の場合（デューティー率が７
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで１．５ｔ１（秒）
間の消灯状態ののち、３．５ｔ１（秒）間点灯する。ラ
ンプ２は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず１．５ｔ１
（秒）間点灯したのち、１．５ｔ１（秒）間消灯し、２
ｔ１（秒）間点灯する。ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあ
いだで、まず３ｔ１（秒）間点灯したのち、１．５ｔ１
（秒）間消灯し、０．５ｔ１（秒）間点灯する。ランプ
４は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１（秒）間消灯
したのち、３．５ｔ１（秒）間点灯し、０．５ｔ１
（秒）間消灯する。

【００３０】図５の（ａ）の場合（デューティー率が６
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで２ｔ１（秒）間の
消灯状態ののち、３ｔ１（秒）間点灯する。ランプ２は
１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２ｔ１（秒）間点灯し
たのち、２ｔ１（秒）間消灯し、ｔ１（秒）間点灯す
る。ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１
（秒）間点灯したのち、３ｔ１（秒）間消灯し、ｔ１
（秒）間点灯する。ランプ４は１周期Ｔ（秒）のあいだ
で、まずｔ１（秒）間点灯したのち、２ｔ１（秒）間消
灯し、２ｔ１（秒）間消灯する。

【００３１】図５の（ｂ）の場合（デューティー率が５
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで２．５ｔ１（秒）
間の消灯状態ののち、２．５ｔ１（秒）間点灯する。ラ
ンプ２は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２．５ｔ１
（秒）間点灯したのち、２．５ｔ１（秒）間消灯する。
ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２．５ｔ１
（秒）間消灯したのち、２．５ｔ１（秒）間点灯する。
ランプ４は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２．５ｔ１
（秒）間点灯したのち、２．５ｔ１（秒）間消灯する。

【００３２】図５の（ｃ）の場合（デューティー率が４
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで３ｔ１（秒）間の
消灯状態ののち、２ｔ１（秒）間点灯する。ランプ２は
１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１（秒）間消灯した
のち、２ｔ１（秒）間点灯し、２ｔ１秒間消灯する。ラ
ンプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１（秒）間
点灯したのち、３ｔ１（秒）間消灯し、ｔ１（秒）間点
灯する。ランプ４は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２
ｔ１（秒）間消灯したのち、２ｔ１（秒）間点灯し、ｔ
１（秒）間消灯する。

【００３３】図５の（ｄ）の場合（デューティー率が３
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで３．５ｔ１（秒）
間の消灯状態ののち、１．５ｔ１（秒）間点灯する。ラ
ンプ２は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２ｔ１（秒）
間消灯したのち、１．５ｔ１（秒）間点灯し、１．５ｔ
１秒間消灯する。ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだ
で、まず０．５ｔ１（秒）間消灯したのち、１．５ｔ１
（秒）間点灯し、３ｔ１（秒）間点灯する。ランプ４は
１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず０．５ｔ１（秒）間点
灯したのち、３．５ｔ１（秒）間消灯し、１．５ｔ１
（秒）間点灯する。

【００３４】図６の（ａ）の場合（デューティー率が２
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで４ｔ１（秒）間の
消灯状態ののち、ｔ１（秒）間点灯する。ランプ２は１
周期Ｔ（秒）のあいだで、まず３ｔ１（秒）間消灯した
のち、ｔ１（秒）間点灯し、ｔ１秒間消灯する。ランプ
３は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず２ｔ１（秒）間消
灯したのち、ｔ１（秒）間点灯し、２ｔ１（秒）間点灯
する。ランプ４は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まずｔ１
（秒）間消灯したのち、ｔ１（秒）間点灯し、３ｔ１
（秒）間消灯する。

【００３５】図６の（ｂ）の場合（デューティー率が１
０％）も、インバータの周期Ｔは５ｔ１（秒）である。
ランプ１は１周期Ｔ（秒）のあいだで４．５ｔ１（秒）
間の消灯状態ののち、０．５ｔ１（秒）間点灯する。ラ
ンプ２は１周期Ｔ（秒）のあいだで、まず４ｔ１（秒）
間消灯したのち、０．５ｔ１（秒）間点灯し、０．５ｔ
１秒間消灯する。ランプ３は１周期Ｔ（秒）のあいだ
で、まず３．５ｔ１（秒）間消灯したのち、０．５ｔ１
（秒）間点灯し、ｔ１（秒）間点灯する。ランプ４は１
周期Ｔ（秒）のあいだで、まず３ｔ１（秒）間消灯した
のち、０．５ｔ１（秒）間点灯し、１．５ｔ１（秒）間
消灯する。

【００３６】図４〜６の例に示すように、ＰＷＭのＯＦ
Ｆ期間を順次走査制御することにより輝度変化をランプ
１本分とすることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の請求項１にかかわるＰＷＭ調光
方式インバータは、各ランプに対応した各インバータ出
力のＯＮ／ＯＦＦを互いに位相をずらしているため、多
灯式バックライトを使用する場合でも、輝度変化をラン
プ１本分とすることができ、パネル輝度変化もランプ１
本分とすることができるので、高輝度変化に伴なうビー
ト不良の発生を防止することができる。

【００３８】また、本発明の請求項２にかかわるＰＷＭ
調光方式インバータは、各ランプに対応した各インバー
タ出力のＯＮ／ＯＦＦをインバータの１周期内でＯＮの
タイミングを均等に分散させているので、輝度が０にな
ることがなく、そのうえ多灯式バックライトを使用する
場合でも、輝度変化をランプ１本分とすることができ、
パネル輝度変化もランプ１本分とすることができるの
で、高輝度変化に伴なうビート不良の発生を一層効果的
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のＰＷＭ調光方式インバータと本発明
のＰＷＭ調光方式インバータの輝度変化の違いを示した
図である。

【図２】従来技術のＰＷＭ調光方式インバータと本発明
のＰＷＭ調光方式インバータの輝度変化の違いを示した
図である。

【図３】従来技術のＰＷＭ調光方式インバータと本発明
のＰＷＭ調光方式インバータの輝度変化の違いを示した
図である。

【図４】本発明のＰＷＭ調光方式インバータのＰＷＭ点
灯シーケンスの実施例を示した図である。

【図５】本発明のＰＷＭ調光方式インバータのＰＷＭ点
灯シーケンスの実施例を示した図である。

【図６】本発明のＰＷＭ調光方式インバータのＰＷＭ点
灯シーケンスの実施例を示した図である。

【図７】ノーマルリホワイトＬＣＤで電流調光方式イン
バータと従来技術のＰＷＭ調光方式インバータを使用し
た場合のフレーム毎の輝度変化を示す図である。

【図８】従来技術のＰＷＭ調光方式インバータを使用
し、バックライトのランプ数を２倍にした場合の輝度変
化の違いを示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示装置において光源となる多灯式
   バックライトを駆動するＰＷＭ調光方式インバータ回路
   において、当該多灯式バックライトの各ランプに対応し
   た各インバータ出力のＯＮ／ＯＦＦを互いに位相をずら
   して実行することを特徴とするＰＷＭ方式インバータ回
   路。
2. 【請求項２】 液晶表示装置において光源となる多灯式
   バックライトを駆動するＰＷＭ調光方式インバータ回路
   において、当該多灯式バックライトの各ランプに対応し
   た各インバータ出力のＯＮ／ＯＦＦをインバータの１周
   期内でＯＮのタイミングを均等に分散させることを特徴
   とするＰＷＭ方式インバータ回路。