JP2006519463A - バックライト制御装置及びバックライト制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＬＣＤディスプレイのバックライトシステムのディジタル制御のための装置及び方法を与える。詳細には、システムは組み込みファームウェアの制御システムと、バックライトシステムの操作のサーボディジタル制御を実現するミックスドシグナルマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）とを用いる。ＭＣＵは複数の入出力ポートを与える。各ポートはプロセッサをバックライトシステムに接続するディジタル・アナログ信号を処理して、プロセッサにインバータとランプの機能を実行させる。組み込みファームウェア制御は、ランプ操作を正確に自動的にセットし、個々のランプを制御し、寿命を補整し、診断を行い、消費電力を最適化し、製造テストを自動化するために用いられるディジタルサーボ制御と幾つかのアルゴリズムを実行する。

Description

この発明は、液晶表示装置のバックライトに用いられる蛍光ランプを制御するためのバックライト制御装置及びバックライト制御方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライトに用いられる蛍光ランプの制御は、ディジタル制御システムを実現できるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を用いて行われる。ディジタル制御システムは、複数の蛍光ランプを同じインバータ回路で制御し、独立した発光強度を保ったり調光したりする。ディジタル制御システムは、適応性があり、蛍光ランプの寿命、温度調整及びランプの違いのような影響を補整する。この結果、ＬＣＤの蛍光ランプの明るさは均等になる。ディジタル制御システムは、テレビや高解像度コンピュータディスプレイのように、多くの蛍光ランプを必要とし、かつ、すべてのランプが同じ発光強度を持つ必要があるディスプレイ装置にとって、有益である。

典型的なインバータ・ランプ回路１００は、図１に示される。
インバータは、プリント回路実装品（ＰＣＡ）に含まれる。ＰＣＡは、Ｍｏｓｆｅｔスイッチ１０１と、コイル１０２と、プッシュ／プルドライバ回路１０３と、同調コンデンサ１０４と、変圧器１０５と、バラストコンデンサ１０６と、を含むアナログ回路を備える。インバータのアナログ回路の機能は、ＤＣ電圧１１４をＡＣ電圧１１５に変換して出力することである。
インバータは、蛍光ランプ１０９と、電位差計１１０と、抵抗器１１１と、整流ダイオード１１２と、を含むランプ回路に接続される。蛍光ランプ１０９には、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を用いることができる。電位差計１１０の末端は、フィードバック回路１０８に接続される。
フィードバック回路１０８は、電位差計１１０と抵抗器１１１とを通って生成された整流電圧を感知し、インバータコントローラ１０７に電圧を供給する。
インバータコントローラ１０７は、内部にアナログ回路を含み、フィードバック回路１０８からの感知信号を内部基準値と比較して、結果としてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、蛍光ランプ１０９を制御するために必要なＡＣ電圧１１５を生成するために適した方法でＭｏｓｆｅｔスイッチ１０１のオン／オフを切り替える。また、インバータコントローラ１０７は、別のアナログ回路を備え、この制御システムの電源立ち上げ時に相対的に大きいＡＣ電圧１１５を得るためのＰＷＭ信号を生成する。この電源立ち上げ時の大きいＡＣ電圧１１５は、蛍光を開始するときに蛍光ランプの中のガスをイオン化するために必要な初期電圧（点弧電圧）を生成するために必要である。一度蛍光ランプ１０９がつくと、蛍光ランプ１０９に供給される電圧を減らすことができる。
電位差計１１０は、製造時の部品のばらつきを許すために、蛍光ランプ１０９の明るさを調節するために用いられる。
調光電圧１１３は、インバータコントローラ１０７の内部の比較器に入力される。そして、調光電圧１１３は、ＰＷＭ信号の変化と蛍光ランプ１０９の明るさの変化とをもたらすフィードバック回路１０８からの信号に付加される。
インバータコントローラ１０７を用いると、インバータ・ランプ回路１００のアナログ制御を行うことになる。このアナログ制御の幾つかの欠点を挙げると次のようになる。
（１）部品の違いを補整するために、電位差計１１０の手動の調整が必要である。
（２）ランプ１０９の寿命を補整するわけではなく、古くなったランプは同じ電流値でも発光強度は小さい。
（３）制御システムは温度の変化に適応しない。

一般に知られている制御システムの限界を示す例として、図２に示されるバックライト装置を考える。本図は、大型ＬＣＤスクリーンシステム２００のバックライト装置の構成を表している。大型スクリーンにはＬＣＤの技術が用いられる。大型スクリーンには多くのＣＣＦＬが必要である。つまり、バックライト装置への電流経路は、図１に示すインバータ・ランプ回路１００を増加させる。大型スクリーンシステム２００では、各々のインバータ・ランプ回路の個別の手動による調整と、多くのインバータ・ランプ回路が必要である。また、各々の蛍光ランプの電流を個別に調整するために多くのインバータが必要である。この蛍光ランプの電流を調整することにより、発光強度の大きさが変化する。多くの場合において、高品質な画像表示を得るためには、ディスプレイパネルが発する光の均一性が求められる。また、多くの変圧器が用いられるため、ディスプレイパネルの重さは大きくなる。また、各々のインバータは互いに独立しているため、従来の大型ＬＣＤスクリーンシステム２００には、蛍光ランプの発する光を均一にする手段がない。このように、従来技術では、コストは高くなり、重量は重くなり、多くの労力が必要であり、発光強度は均一ではない。また、蛍光ランプが古くなると発光強度の減少を補整する手段がない。

この発明は、ＬＣＤバックライト装置のディジタル制御システムに用いられる装置及び操作方法から構成される。制御装置は、パルス幅変調器、アナログ／ディジタルコンバータ及び他の支援回路を備えるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）から構成される。制御装置は電流制御回路を含む。制御方法はＭＣＵに記憶されたディジタル制御ソフトウェアから構成される。
この発明は、ディジタル制御システムを用いて得られる多数の利点をもたらす。ランプの発光強度の設定は自動的に行われ、部品の違いや温度に影響されない。また、ディジタル制御システムはランプの寿命や温度変化のための補整をすることができる。
この発明による他の利点は、各々のランプに異なる電圧値が必要である場合でも、自動的に要求に適応できるため、インバータ・ランプシステムは効率的に操作される。
さらには、この発明による他の利点は、バックライトシステムのコストや電力消費を減らすことである。

本実施形態に係るディジタル制御システム３００の構成は、図３に示される。
ディジタル制御システムは、４つのランプを制御するように示されているが、これより多くのランプを制御するように拡張することが可能である。

インバータコントローラ１０１は、ＭＣＵ３０１により構成される。
ＭＣＵは、パルス幅変調器３０２と、プロセッサ３０３と、Ａ／Ｄコンバータ３０４と、アナログマルチプレクサ（ＭＵＸ）３０５と、温度センサ３０６と、ホストコンピュータやＬＣＤコントローラとの通信に用いられるＩ／Ｏ３０７と、ＲＯＭ・ＲＡＭ３０８と、を含む。ＭＣＵ３０２は、アナログマルチプレクサ３０５とＡ／Ｄコンバータ３０４とを含むミックスドシグナル集積回路である。

加えて、バックライト制御装置は、ランプ３１３乃至３１６を通るＡＣ電流を制御するために用いられる電流制御回路３０９乃至３１２を含む。電流制御回路３０９乃至３１２は、受動部品と能動部品のセットを含む。電流制御回路は、ＭＣＵ３０１の制御により、ランプ回路全体の抵抗値を変化させるように切り替えられる。すなわち、ランプ回路全体の抵抗値が変化すると、ランプを流れる電流値が変化する。

電流制御回路３０９乃至３１２が制御される第２の方法は、与えられた負荷サイクルで回路のオン・オフを連続的に切り替えるためのＰＷＭ信号を利用することである。パルス幅変調器３０２は、ＡＣ信号３２１の周波数よりも十分小さい周期でＰＷＭ信号を切り替える。典型的には、ＡＣ信号３２１の周波数は５０キロヘルツ程度である。一方、各々のランプのＰＷＭ信号は、およそ１００ヘルツから数キロヘルツ程度の周波数で切り替わる。ＰＷＭ信号の低い繰り返し周期は、ランプの視覚的なちらつきを避けるために設定される。

ＰＷＭ信号の負荷サイクルは、回路の抵抗特性を決める。また、抵抗器３１７乃至３２０は、各々のランプを流れる電流を感知するために用いられる。２次電圧であるＡＣ電圧３２１の大きさは、ＭＣＵ３０２の中の組み込みコードにより決まる。電圧センス抵抗器３２２，３２３は、制御システムにより２次電圧を設定するために必要なフィードバックを供給する。

バックライト制御装置は、従来のアナログコントローラの持つすべての機能を備える。また、バックライト制御装置は、複数のセンサへの入力と複数のディジタル／アナログ出力とを供給することができる。これらのアナログ／ディジタル入出力により、ディジタル制御システムは、バックライトシステムを動作させることができる。

本実施形態に係るディジタル制御システム３００の操作方法は、図４に例示される。

制御処理４００は、電源投入により開始される（４０１）。

次のステップで、制御システムはフラグ状態をチェックする。ファームウェアに設定されるこのフラグがセットされると、製造テストが実行されることを示す。このフラグはＩ／Ｏ３０７によって設定される。

製造テストでは、ランプテストと、発光強度のキャリブレーションが行われる。また、バックライトシステムの特性を決める付加パラメータが揮発性メモリに記憶される。

このフラグがリセットされるか、あるいは、製造テストが完了すると、ＭＣＵは初期条件を決定する（４０４）。この初期条件は、初期の温度の測定値と、現在の温度とランプのタイプに対応する点弧電圧の計算値と、によって決定される。特定のバックライトシステムを制御するために必要な較正値は、不揮発性メモリに記憶されている。

ランプ点灯・操作手順（４１１）は幾つかのステップから構成される：

ａ）初期化の部分として、インバータクロックを、ＬＣＤコントローラクロックに同調させる（４０５）。

ｂ）電流制御回路３０９乃至３１２に公称値を設定する。

ｃ）インバータは、公称点弧電圧で起動される。

ｄ）フィードバックが取得される（４０６）。

ｅ）すべてのランプがオンになったかをチェックする（４０８）。

ｆ）すべてのランプがまだオンになっていない場合、過電圧チェックを実行してインバータ出力を増加させる（４０７）。

ｇ）すべてのランプがオンになった場合、サーボ制御を稼働する（４０９）。ランプの電流、電圧及び発光強度は、サーボアルゴリズムとフィードバック信号とによって決められた通りに維持される。

ｈ）連続的なフィードバックと適切な動作を行うためにランプパラメータを監視する（４１０）。

ｉ）サーボ制御を引き続き行う。

次に、上述したキャリブレーション処理は、図５に示される。

ａ）インバータはそれぞれのランプに公称値を設定する。

ｂ）それぞれのランプが一度にオンになる。

ｃ）電流、電圧及び発光の測定が自動的に行われ、キャリブレーションの結果が記録される。

なお、上述したバックライト制御装置、バックライト制御方法を用いた他の実施形態を採用することも可能であり、ＬＥＤやＥＥＦＬのような発光デバイスを用いた他の発光システムや、プラズマディスプレイシステムなどに適用することもできる。

典型的なインバータ・ランプ回路を説明するための図である。 大型ＬＣＤスクリーンシステムのバックライトの構成を示す図である。 本実施形態に係るバックライト制御装置の構成を示す図である。 本実施形態に係るバックライト制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態に係るバックライト制御装置が実行するキャリブレーション処理を説明するための図である。

Claims (2)

1. ディスプレイのバックライトシステムに用いられるミックスドシグナルＭＣＵ(302)を備え、前記回路は、
   プロセッサ(303)と、
   ＲＯＭ、ＲＡＭ(308)と、
   Ｉ／Ｏ(307)と、
   パルス幅変調器(302)と、
   Ａ／Ｄコンバータ(304)と、
   アナログマルチプレクサ(305)と、
   を備え、
   前記ＭＣＵ(302)は、表示装置の発光システムのためのディジタル制御システムを組み入れるために必要な接続と機能を与えること
   を特徴とする装置。
2. ＬＣＤバックライト制御システムの操作方法であって、
   製造テストとキャリブレーション(403)、
   初期条件の決定(404)、
   ランプ点灯手順(411)、
   ランプパラメータのサーボ制御(4090
   のステップを備え、
   前記制御システムは、ＭＣＵ(302)に組み込まれたディジタル制御システムであること
   を特徴とする、ＬＣＤバックライト制御システムの操作方法。
   

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