JP2005353479A - バックライトユニット及び液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バックライトに用いる複数の光源(蛍光管など)の駆動電力を均一に制御することにより、各光源の輝度差を解消して画面全体の輝度を均一化できるようにする。
【解決手段】バックライトユニットは、互いに略平行に配置された複数の蛍光管21、各蛍光管21に電力を供給して各蛍光管21を点灯駆動させるインバータ回路28、インバータ回路28により点灯駆動された各蛍光管21から出力される管電流を検出し、検出した各蛍光管21の管電流を平均化して平均管電流を算出する平均管電流算出手段6、算出した平均管電流に応じてインバータ回路28の出力電力を制御するための電力制御手段7を備える。各蛍光管21の管電流は、各蛍光管21と直列接続されたインピーダンスとの間で分圧された電圧値を元に算出された電圧値であって、平均管電流算出手段6は、各蛍光管21から分圧された電圧値に対して、平均化した電圧値を算出する。
【選択図】図2

Description

本発明は、バックライトユニット及び液晶表示装置、より詳細には、バックライトに用いる複数の光源の駆動電力を均一に制御することにより、各光源の輝度を均一化できるようにしたバックライトユニット及び液晶表示装置に関する。
従来、バックライトに用いる光源として蛍光管の駆動電力を制御する技術に関して、例えば、特許文献1には、互いに並列配置された複数本の蛍光管のそれぞれに流れた管電流を管電流検出回路5で加算処理して、この合計した総管電流値に相当した直流電圧値をスイッチング回路2のレギュレータICに伝達することにより、スイッチング回路2からインバータ3に出力される電力を適当に制御するようにしたものが開示されている。つまり、管電流検出回路5では、蛍光管4のインピーダンスと抵抗R11との間で分圧された交流電圧が入力された後に、ダイオードD2での半波整流処理、及びコンデンサC9での定電圧処理を経ることにより、総管電流に対し相関関係を有した電圧値を演算することが可能となる。そしてこの電圧値をスイッチング回路2が検出した結果に基づいてインバータ3の電力を制御する。
また、特許文献2には、インバータから印加された交流電圧に対し、蛍光管3,4のそれぞれに対して直列に抵抗7、8を配置し、蛍光管と抵抗によって分圧された交流電圧を整流及び定電圧化処理を施して得た各所定電圧値をコンパレータの正入力端子に接続されることによって蛍光管が正常に点灯しているか否かを判断するようにしたものが開示されている。
特開平4−50815号公報 特開平3−118514号公報
ここで、液晶表示装置のバックライトとして複数の蛍光管を用いる場合は、低温環境下においても、たとえ1本の蛍光管でも不点灯となることは、製品の品質上許されるものではない。上記特許文献1及び2に記載の発明は、このような課題に対して、蛍光管の駆動電圧が周囲温度によって変動した場合でもインバータ回路の電力を制御することにより、蛍光管の不点灯を防止できるようにしたものである。
しかしながら、これらの従来技術は、製品の電力のばらつきを安定化させ、あるいは、同一の製品間における電力のばらつきを抑制するなどの課題に対して、バックライトに安定した駆動電力を供給するために電力制御を行うものではない。特に、液晶表示装置のバックライトに供給される電力は、そのサイズが大型化されるにつれて、蛍光管のインピーダンスのばらつきなどから蛍光管に正確に入力された電力を算出するのは困難である。
さらに近年、大型(例えば30型以上の画面サイズ)の液晶テレビジョン装置に採用されるバックライトの点灯方式は、テレビジョン装置に求められる画面輝度や表示装置全体の重量の軽量化という観点から、複数(例えば十数本程度)の蛍光管を平行に並べて配置したいわゆる直下式バックライトを採用することが一般的になりつつある。従って、この直下式バックライトには、多数の蛍光管を互いに平行配置するという光学設計の必然性から、これら多数の蛍光管を一度に点灯させる程度の大電力供給が要求される。しかしながら、その一方で、前述した各蛍光管のインピーダンスのばらつきなどの原因から、蛍光管の必要とされる本数が多ければ、その本数分だけバックライトに供給される電力もばらつき易くなる。
さらに、より大型(例えば40型以上の画面サイズ)の液晶テレビジョン装置には、直線状の一本の蛍光管に対し、両端の電極に印加される交流電圧が互いに逆位相の関係を有するように構成されるツインインバータ方式が採用されることも少なくない。この場合においても、互いの電極に印加される交流電圧が常に均等になるように互いのインバータ回路の出力電力の平衡状態を保持するように設計する必要がある。互いのインバータ回路の位相が合っていたとしても、いずれか一方が比較的低出力になると蛍光管全体に対する輝度の均一性を維持できなくなることもある。
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、バックライトに用いる複数の光源(蛍光管など)の駆動電力を均一に制御することにより、各光源の輝度差を解消して画面全体の輝度を均一化できるようにすること、
また、液晶パネルの画面サイズが大型化されても、それに応じた長尺の直線形状を有する複数の各光源の両端電極に均一な駆動電力を与えることにより、各光源の両端電極付近の輝度差を解消して画面全体の輝度を均一化できるようにすること、を目的としてなされたものである。
上記課題を解決するために、第1の技術手段は、複数の光源と、該複数の各光源に電力を供給して該各光源を点灯駆動させるための駆動手段と、該駆動手段により点灯駆動された前記各光源から出力される物理量を検出する検出手段とを備えたバックライトユニットにおいて、前記検出手段により検出された前記各光源の物理量を平均化して平均化物理量を算出するための平均化物理量算出手段と、該平均化物理量に応じて前記駆動手段の出力電力を制御するための電力制御手段とを備えていることを特徴としたものである。
また、第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記各光源の物理量は、該各光源と直列接続されたインピーダンスとの間で分圧された電圧値を元に算出された電圧値であって、前記平均化物理量算出手段は、前記各光源から分圧された電圧値に対して、平均化した電圧値を算出することを特徴としたものである。
また、第3の技術手段は、複数の光源と、該複数の各光源の両端電極に互いに逆位相の電圧を印加して前記各光源を点灯駆動させるための複数の駆動手段と、該駆動手段により点灯駆動された前記各光源から出力される物理量を検出する検出手段とを備えたバックライトユニットにおいて、前記検出手段により検出された前記各光源の物理量を平均化して平均化物理量を算出するための平均化物理量算出手段と、該平均化物理量に応じて前記複数の駆動手段の出力電力を制御するための電力制御手段とを備えていることを特徴としたものである。
また、第4の技術手段は、第1乃至第3のいずれか1の技術手段において、前記複数の光源は蛍光管であって、前記バックライトユニットは前記複数の蛍光管を互いに略平行に配置した直下式バックライトであることを特徴としたものである。
また、第5の技術手段は、第1乃至第4のいずれか1の技術手段において、前記駆動手段は、他励式インバータであることを特徴としたものである。
また、第6の技術手段は、第1乃至第5のいずれか1のバックライトユニットを備えた液晶表示装置である。
バックライトに用いる複数の光源(蛍光管など)の駆動電力を均一に制御することにより、各光源の輝度差を解消して画面全体の輝度を均一化することができる。
また、液晶パネルの画面サイズが大型化されても、それに応じた長尺の直線形状を有する複数の光源の両端電極に均一な駆動電力を与えることにより、各光源の両端電極付近の輝度差を解消して画面全体の輝度を均一化することができる。
本発明によるバックライトユニット及び液晶表示装置の各実施形態の一例を図1乃至図8に基づいて以下に説明する。
図1は、本発明による直下式バックライトユニットを用いた液晶表示装置の一実施形態を示す構成断面図で、本液晶表示装置は、主な構成として、液晶パネル1及びバックライトユニット2を備えている。液晶パネル1は、映像信号処理された映像情報を液晶パネル1のクロック信号に応じて画素毎に所定の階調電圧として給電し画面上に線順次走査による画像表示処理を施すことで画面全体として所定の映像情報を表示し、バックライトユニット2は、この液晶パネル1の視聴方向に対し反対側から光を照射する。このバックライトユニット2の光源としては、例えば、蛍光管や,LED,ELなどが好適であるが、以下の説明では複数の蛍光管を互いに略平行になるように配置した直下式バックライトに適用した場合を代表例として説明する。
バックライトユニット2の構造としては、液晶パネル1に光を供給するための複数の蛍光管21、各蛍光管21から発光した光を液晶パネル1側に有効に照射するための反射シート又は反射板(以下、反射シートで代表する)22、そして、これらを収納するための筐体23から構成される。そして、筐体23の背面(すなわち、蛍光管21の設置面の反対面)にはインバータ回路を搭載するためのインバータ回路基板28(以下、しばしば単にインバータ回路28という)が筐体23の背面に平行に、かつ、蛍光管21の電極付近に配置される。このインバータ回路基板28上には、各蛍光管21に電力を供給する昇圧回路としてインバータトランス29が設けられ、このインバータトランス29は、例えば2つのコイルの電磁誘導効果によって互いにのコイルの巻き数比に基づいて変圧する巻線型であってもよい。
インバータ回路28には、他励式インバータを好適に適用することができる。一般に、他励式インバータは、一次側の駆動回路に発振回路があり、この発振回路の駆動周波数と同じ周波数の交流に変換するもので、この他励式インバータを上記のような巻線型のインバータトランス29の駆動に利用することにより、巻線型でありながら圧電型インバータを超える小型で高効率化されたインバータが実現されている。
液晶パネル1は、液晶層を挟んだ2枚の直交ニコルの関係を有した偏光板付ガラス基板からなり、この液晶パネル1を厚み方向に対し2枚のフレーム3,4で固定保持する。そして、図1に示すように、フレーム3,4は、バックライトユニット2の全体を覆うように、略L字型に折れ曲がった構造を有している。
バックライトユニット2を構成する蛍光管21は、直線形状のほかに、U字型又はコの字型の形状としてもよく、全ての蛍光管21がその直線部分が互いに平行に配置される。反射シート22の形状は、平面状に構成されても良いが、バックライトユニット2の全体の厚みが要求される際は、その形状を図1に示すように山形の断面形状とし、その山の頂角が略直角になる構造で構成したほうがより好ましい。
更に、必要とされる各種光学性能に応じて、複数本の蛍光管21によって構成される面光源に対し、蛍光管21の配置位置とそれ以外の位置との輝度差を緩和するための拡散板24、そして、要求される使用形態に対し最適な配光特性を供給するための拡散シート25、特定方向の光を集光するためのプリズムシート26、特定方向の光の偏波を選択的に透過かつ反射して液晶パネル1に入射する光の偏光度を向上させるための反射偏光板27などで構成しても良い。これらの各種光学部材(拡散板24,拡散シート25,プリズムシート26,反射偏光板27など)は板状又はシート状の構成とし、蛍光管21と液晶パネル1との間に配置されている。
そして、蛍光管21は、バックライトユニット2の背面に平行に配置されたインバータ回路28から電極へ供給される高圧交流電圧によって蛍光管21内の水銀を励起し、そのエネルギー準位によって紫外線付近の光を発光し、この紫外光によって蛍光管21の赤,青,緑の3色の蛍光体が発光し、これらの発光色の混色によって白色光を供給する。こうして発光した白色光は前述の各種光学部材によってその配光特性が各々制御され、液晶パネル1に有効に光を供給することが可能となる。このバックライトユニット2からの光供給によって液晶パネル1の各画素では所定の階調電圧に応じた光透過率によって各画素の明るさが制御されるので映像情報を画面上に表示することが可能となる。
(第1の実施形態)
図2は、図1に示したバックライトユニット2の第1の実施形態における構成例を示すブロック図で、バックライトユニット2は、主に、インバータ回路28に電源供給するための電源5、インバータ回路28、蛍光管21a,21b,21c(しばしば、CFL21で代表する)、平均管電流検出手段6、電力制御手段7で構成されている。尚、本実施形態では、CFL21を3本設けた場合を代表例として説明するが、蛍光管21の本数はこれに限定されず、液晶表示装置の画面サイズ等に応じて適宜決めればよい。
インバータ回路28は、主に、一対のトランジスタ又はFET等で構成されるスイッチング回路281、スイッチング回路281によって回路内に流れる電流が正逆方向に変動することで交流電圧を発生し、各蛍光管21a,21b,21cに対応して電力供給する昇圧回路282a,282b,282c(しばしば、昇圧回路282で代表する)で構成される。この昇圧回路282としては、例えば、2つのコイルの電磁誘導効果によって互いのコイルの巻き数比に基づいて変圧するトランスなどが適している。
平均管電流検出手段6は、各CFL21a,21b,21cの管電流値に応じた管電流信号をもとに平均管電流値を演算して出力するためのもので、具体的構成例として、図2に示すように、各CFL21a,21b,21cに対応した分圧手段61a,61b,61c(しばしば、分圧手段61で代表する)、整流平滑回路62、平均管電流検出回路63で構成され、より具体的には図3に示すような回路で構成される。
図3(A)は、本発明によるバックライトユニット2における平均管電流検出手段6の詳細構成例を示すブロック図で、図3(B)は、その等価回路の一例を示す図である。
図3(A)において、平均管電流検出手段6の分圧手段61としては、各CFL21に対して直列接続されたインピーダンスR1〜R3が配置され、これらのインピーダンスとCFLとの間に位置する分圧された交流電圧を管電流信号ラインとして抽出する。
そして、分圧された管電流信号に対し整流平滑化するための整流平滑回路62としては、半波整流処理を施すダイオードD1〜D3と半波整流された管電流信号を直流電圧化するための平滑化回路としてのキャパシタC1〜C3とで構成される。
そして、これらの各管電流信号に対し平均化管電流値を検出するための平均管電流検出回路63は、全インピーダンス特性が等しいインピーダンスR4〜R6を介して、全ての管電流信号ラインを接続するように構成される。この構成によって平均管電流値が検出される理由は以下のとおりである。
各CFL21a,21b,21cの管電流信号として抽出されたその電圧値をそれぞれV1,V2,V3(交流、直流を問わない)とし、一方、平均管電流検出回路63において配置された各インピーダンスR4〜R6(インピーダンス値は全てRとする)の電力制御手段7に向かって流れる方向を正とした電流値をそれぞれi1,i2,i3とする。そして、電力制御手段7に印加される電圧値をVsenとする。
このとき、平均管電流検出手段63から電力制御手段7に入力される端子に係る負荷は無限大になるため、流れる電流値は限りなく0に近くなる。このため、図3(B)に示すような等価回路を構成すると考えてよい。このような等価回路を元に平均管電流検出回路63に入力される電圧値Vsenを求めるために、キルヒホッフの法則にしたがって以下の計算式を導き出せる。
第一法則: i1 + i2 + i3 = 0 ・・・(1)
第二法則: i1 = (V1 − Vsen)/R ・・・(2−1)
i2 = (V2 − Vsen)/R ・・・(2−2)
i3 = (V3 − Vsen)/R ・・・(2−3)
上記式(1)に対し、式(2−1)〜(2−3)を代入して、Vsenについての電圧値を求めると、以下の式(3)を導き出せる。
Vsen = (V1 + V2 + V3)/3・・・(3)
つまり、インピーダンスR4〜R6のインピーダンス値が全て等しいことにより、平均管電流信号としてこの電圧値Vsenが出力されることになるので、電力制御手段7にはそれに応じた電圧値が入力されることになる。そして、その電圧値に応じてインバータ回路28の電力制御がなされる。以上の演算結果によって電力制御手段7には演算された平均管電流信号が電圧値として送出され、その平均管電流信号に応じてインバータ回路28の電力制御を行うことが可能となる。
尚、コンデンサ及びダイオードで構成される整流平滑回路62については必要に応じて設けるようにしても良い。つまり、この整流平滑回路62は、管電流信号を直流電圧値に変換するために設けた手段であり、管電流信号を交流電圧波形として全て処理を行う場合には別段必要とされるものではないからである。
本発明によると、平均管電流信号に基づいて、バックライトに用いる複数の光源(蛍光管など)の駆動電力を均一に制御することにより、各光源の輝度差を解消して画面の輝度を均一化させ、且つ、液晶表示装置間における光源の駆動電力のばらつきも抑制することができるため、装置間の輝度を均一化することができる。
(第2の実施形態)
図4は、図1に示したバックライトユニット2の第2の実施形態における構成例を示すブロック図で、図5は、インバータ回路28の2次側回路の等価回路の一例を示す図である。本実施形態に示すバックライトユニット2の基本的構成は、前述の第1の実施形態に示したバックライトユニット2と同様であって、すなわち、インバータ回路28に電源供給するための電源5、インバータ回路28、CFL21、平均管電流検出手段6、電力制御手段7で構成されている。
第1の実施形態に示したバックライトユニット2との違いは、平均管電流検出手段6の接続位置にある。つまり、分圧手段61のインピーダンスR1〜R3が、それぞれ昇圧回路282であるインバータトランスの二次側巻線(出力側の巻線)とGNDとの間に接続される構成としている。そもそも、分圧手段61にあるインピーダンスR1〜R3に印加される電圧特性は、図5に示すように、CFL21、昇圧回路282の二次側巻線282A、そしてインピーダンスR自身から構成される閉回路によって決定されるので、分圧手段61に係る負荷特性を検出することができれば、第1の実施形態と同様の管電流信号を検出していることになるからである。したがって、このような分圧手段61の構成としても、第1の実施形態と同様にCFL21に流れる管電流値を示す管電流信号を抽出することが可能となる。
そして、このような構成にもとづいたバックライトユニット2によって、CFL21のGND側に直接インピーダンスを配置するための基板を別段設ける必要がなくなり、かつ、これらを含めた平均管電流検出手段6の回路を、インバータ回路を含むインバータ回路基板28に搭載することができるので、基板点数の削減による生産効率の向上を見込むことが可能となる。
(第3の実施形態)
図6は、図1に示したバックライトユニット2の第3の実施形態における構成例を示すブロック図で、図7は、2つのインバータ回路28の2次側回路の等価回路の一例を示す図である。本実施形態に示すバックライトユニット2の基本的構成は、電源5、CFL21a,21bの各CFL21に対してその1対の電極に入力される高圧交流電圧が互いに逆位相の関係を維持するように制御された2つのインバータ回路28a,28b、これら2つのインバータ回路28a,28bによって駆動する各CFL21の管電流値を検出してこの検出した管電流値を元に平均管電流値を算出して平均管電流信号を出力するための平均管電流検出手段6、そして算出した平均管電流信号の信号値に応じて互いの2つのインバータ回路28a,28bが出力する電力を制御するための電力制御手段7、2つのインバータ回路28a,28bに対して位相制御を行う同期反転手段8で構成される。
図7において、本実施形態によるCFL21を含めた高圧側の閉回路を示し、つまり、二次側の回路構成は、互いに交流出力電圧の位相が異なる2つの昇圧回路282の二次巻線(282A,282B)、これら二次巻線のそれぞれが一対の電極に接続されたCFL21、そして2つの分圧手段61a,61bに備えられたインピーダンスによって閉回路を形成している。そして、この2つの分圧手段61a,61bが構成するインピーダンスに印加された交流電圧値のそれぞれを管電流信号として抽出して平均管電流検出回路63に伝達することによって、平均管電流信号を算出出力することが可能となる。この際、分圧手段61は昇圧回路282の二次側巻線とGNDの間に設けるようにする。
この結果、算出された平均管電流信号によって電力制御手段7が制御されるが、このとき電力制御手段7は、CFL21に係る電力のバランスの平衡を維持するために、互いのインバータ回路28の出力を同じになるように制御したほうがよい。これにより、直線状の長尺の蛍光管を両電極間で均一に発光させることが可能となる。
図8は、図7に示したバックライトユニット2の蛍光管21及びインバータ回路28を液晶表示装置に実装したときの背面図を示す。このバックライトユニット2を背面視した図8を元に説明すると、直線状の複数本のCFL21を画面に対して平行かつ水平に揃えて配置することで画面の右側辺部と左側辺部とに電極をそれぞれ集約し、インバータ回路を実装したインバータ回路基板28を、右側辺部または左側辺部に集約された電極に対してそれぞれ接続している。
本発明によると、前述の第1及び第2の実施形態が奏する効果に加えて、さらに、液晶パネルの画面サイズが大型化された場合でも、それに応じて長尺の直線形状を有する複数の光源(蛍光管など)の両端電極に均一な駆動電力が与えられるため、各光源の両端電極付近の輝度差を解消して画面の輝度を均一化することができる。
本発明による直下式バックライトユニットを用いた液晶表示装置の一実施形態を示す構成断面図である。 図1に示したバックライトユニットの第1の実施形態における構成例を示すブロック図である。 本発明によるバックライトユニットにおける平均管電流検出手段の詳細構成例を示すブロック図である。 図1に示したバックライトユニットの第2の実施形態における構成例を示すブロック図である。 インバータ回路の2次側回路の等価回路の一例を示す図である。 図1に示したバックライトユニットの第3の実施形態における構成例を示すブロック図である。 2つのインバータ回路の2次側回路の等価回路の一例を示す図である。 図7に示したバックライトユニットの蛍光管及びインバータ回路を液晶表示装置に実装したときの背面図を示す。
符号の説明
1…液晶パネル、2…バックライトユニット、3,4…フレーム、5…電源、6…平均管電流検出手段、7…電力制御手段、8…同期/反転手段、21,21a,21b,21c…蛍光管(CFL)、22…反射シート、23…筐体、24…拡散板、25…拡散シート、26…プリズムシート、27…反射偏光板、28,28a,28b…インバータ回路、29…インバータトランス、61,61a,61b,61c…分圧手段、62…整流平滑回路、63…平均管電流検出回路、281…スイッチング回路、282,282a,282b,282c…昇圧回路。

Claims (6)

  1. 複数の光源と、該複数の各光源に電力を供給して該各光源を点灯駆動させるための駆動手段と、該駆動手段により点灯駆動された前記各光源から出力される物理量を検出する検出手段とを備えたバックライトユニットにおいて、前記検出手段により検出された前記各光源の物理量を平均化して平均化物理量を算出するための平均化物理量算出手段と、該平均化物理量に応じて前記駆動手段の出力電力を制御するための電力制御手段とを備えていることを特徴とするバックライトユニット。
  2. 請求項1に記載のバックライトユニットにおいて、前記各光源の物理量は、該各光源と直列接続されたインピーダンスとの間で分圧された電圧値を元に算出された電圧値であって、前記平均化物理量算出手段は、前記各光源から分圧された電圧値に対して、平均化した電圧値を算出することを特徴とするバックライトユニット。
  3. 複数の光源と、該複数の各光源の両端電極に互いに逆位相の電圧を印加して前記各光源を点灯駆動させるための複数の駆動手段と、該駆動手段により点灯駆動された前記各光源から出力される物理量を検出する検出手段とを備えたバックライトユニットにおいて、前記検出手段により検出された前記各光源の物理量を平均化して平均化物理量を算出するための平均化物理量算出手段と、該平均化物理量に応じて前記複数の駆動手段の出力電力を制御するための電力制御手段とを備えていることを特徴とするバックライトユニット。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1に記載のバックライトユニットにおいて、前記複数の光源は蛍光管であって、前記バックライトユニットは前記複数の蛍光管を互いに略平行に配置した直下式バックライトであることを特徴とするバックライトユニット。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1に記載のバックライトユニットにおいて、前記駆動手段は、他励式インバータであることを特徴とするバックライトユニット。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1に記載のバックライトユニットを備えた液晶表示装置。
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