JP2007173077A - バックライト駆動装置、液晶表示装置、テレビ受像機、及びバックライト駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置のバックライトの輝度が調整されると、それに伴って消費電力も変化し、バックライトの輝度が低くなるにしたがって消費電力も少なくなる。複数個の高周波トランスが並列接続された従来のバックライト駆動装置ではバックライトの輝度が低くなった低消費電力状態では効率の悪い状態で使用しており、省電力を図る上で問題があった。
【解決手段】インバータ用電源回路１０に複数個並列接続された高周波トランス１０２、１０３を有しこれら高周波トランスを介して液晶表示装置のバックライト１２に電力を供給するバックライト駆動装置において、高周波トランス１０２，１０３は、スイッチング電源回路の出力用として備わる高周波トランスであって、その１次側は、スイッチ１０５を介して並列接続されており、スイッチング電源回路１０１の負荷率に応じてスイッチ１０５が選択的にオフされ並列個数が調整可能に接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライト駆動装置に係り、特に高周波トランスを２個以上使用したバックライト駆動装置において、バックライトの点灯状況に合わせて高周波トランスの接続を切換えて省電力を実現するバックライト駆動装置に関する。

テレビ受像装置やパーソナルコンピュータなどの液晶表示装置には、液晶パネルの背面にバックライトが配置され、液晶の光透過率を制御して映像表示されるようになっている。このバックライトを駆動するバックライト駆動装置として、通常、商用ＡＣ１００ＶをＤＣ２４Ｖ程度の直流電圧に変換するスイッチング電源回路と、この直流電圧を数千Ｖの高電圧に昇圧して冷陰極管の電源とするインバータ回路が用いられている。最近の液晶表示装置は画面サイズが大型化する傾向にあり、バックライト駆動装置もそれに伴って消費電力が大きくなっている。一方、バックライト駆動装置の小型化、低背化が求められており、これらの要求を満足するため、特に３２インチ以上の液晶表示装置では上記スイッチング電源回路の高周波トランスとして２個並列にしたものが多く使われている。

例えば、高周波トランスを複数使用した電源回路の従来技術を挙げれば、特開２００３−２８４３３６号公報、特開平７−２２２４５８号公報などがある。

特開２００３−２８４３３６号公報に開示された従来技術は、各種電子機器に利用されるＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、複数の並列接続されたＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。そして、これらＤＣ−ＤＣコンバータは、それぞれ高周波トランスを備えたスイッチング電源回路となっており、上記高周波トランスの一次側同士が入力直流電源に並列接続され、また、上記高周波トランスの二次側が共通の負荷に並列接続されて電力を供給するようになっている。

また、特開平７−２２２４５８号公報に記載された従来技術には、系統連係型インバータにおいて、高周波トランスが単一のトランスで構成されている場合に比べて薄型化と冷却効率向上のため、高周波トランスを複数個並列接続したものが提案されている。そして、上記複数個の高周波トランスは、一次側が並列接続され、また二次側が共通接続されている。
特開２００３−２８４３３６号公報 特開平７−２２２４５８号公報

ところで、液晶表示装置は画面の明るさ調整機能を備えている場合が多い。液晶表示装置の場合、画面の明るさ調整はバックライトの輝度を調整することにより行われる。バックライトの輝度が調整されると、それに伴って消費電力も変化する。即ちバックライトの輝度が低くなるにしたがって消費電力も少なくなる。

バックライトの電源には上記のように高周波トランスを用いたスイッチング電源回路が用いられている。しかし、バックライトの輝度が調整され、消費電力が変化しても、上記スイッチング電源回路の高周波トランスは、従来、複数並列接続された高周波トランスの接続はそのままの状態で使用していた。

一般にトランスは、負荷率４０％〜６０％付近で効率が最大になるなるように設計されているので、バックライトの輝度が低くなった低消費電力状態では効率の悪い状態で使用することになる。したがって、従来技術は省電力を図る上で問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、液晶表示装置の画面の明るさ調整によりバックライトの輝度が調整されて消費電力が変化した場合には、より高効率となるように並列接続される高周波トランスの接続関係を切換えて、省電力化を図ることを目的とする。

本発明の発明の要旨は、スイッチング電源回路として構成されたＤＣ−ＤＣ変換部に複数個並列接続された高周波トランスを有し前記高周波トランスを介して液晶表示装置のバックライトに電力を供給するバックライト駆動装置において、前記複数個の高周波トランスは、前記スイッチング電源回路の出力用として備わる高周波トランスであって、その１次側は、スイッチを介して並列接続されており、前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて前記スイッチが選択的にオフされ並列個数が調整可能に接続されていることを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、前記スイッチにより前記高周波トランスをオフしたとき、前記スイッチング電源回路の効率が切換前後で同じとなる負荷率の点を前記スイッチの切換点としたことを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、前記高周波トランスの並列個数をｎ、ｍを１〜ｎ−１の整数としたとき、前記スイッチング電源回路の負荷率が最大負荷率のｍ／ｎとなる点を前記スイッチの切換点としたことを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、前記高周波トランスの並列個数は２個であり、前記スイッチング電源回路の負荷率が最大負荷率の１／２となる点を切換点としたことを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルに対応させて前記切換点を検知することを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、前記切換点に対応する調光信号の信号レベルを切換基準調光信号レベルとして記憶手段に記憶し、前記バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルが前記切換基準調光信号レベルを下回ったとき前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて対応する前記スイッチを選択的にオフし、前記バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルが前記切換基準調光信号レベルを上回ったとき前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて前記スイッチを選択的にオンすることを特徴とするバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、前記スイッチング電源回路の出力に接続され、該スイッチング電源回路の出力電圧を高電圧に昇圧するインバータを備えたバックライト制御部と、前記バックライト制御部の出力に接続された冷陰極管を備えるバックライトと、を備えるバックライト駆動装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、上記記載のバックライト駆動装置を備えた液晶表示装置に存する。
また、本発明の発明の要旨は、上記記載のバックライト駆動装置を備えたテレビ受像機に存する。
また、本発明の発明の要旨は、ＤＣ−ＤＣ変換部に複数個並列接続された高周波トランスを有し前記高周波トランスを介して液晶表示装置のバックライトに電力を供給するバックライト駆動装置の制御方法において、液晶表示装置のバックライト輝度を調整する調光信号の信号レベルを調べ、前記調光信号の信号レベルが所定負荷率に相当する信号レベルを下回ったとき、並列接続された高周波トランスの個数を減じることを特徴とするバックライト駆動装置の制御方法に存する。

本発明によれば、バックライトの輝度が低くなった低消費電力状態では高周波トランスの接続をより効率の良い接続関係に切り替えることができるので、省電力化を図ることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、バックライト駆動装置に本発明を適用したテレビ受信機の、第１の実施の形態を示したものである。

図１において、１はマイクロコントローラを含み、テレビ受信機全体を制御する制御回路である。

２は放送電波を受信する受信アンテナ、３は所望のチャンネルを選局してその信号を出力するチューナである。４はＤＶＤなど外部に接続された外部入力装置である。チューナ３、外部入力装置４の出力は入力切換部５に入力される。

入力切換部５から選択して出力された映像信号は、デコーダ６に入力される。
デコーダ６には映像信号が圧縮・符号化された状態で入力されてくるので、デコーダ６はこの映像信号を伸長し、映像信号処理部７で処理可能な信号に戻すために復号化処理を施す。

デコーダ６から出力されたデジタル映像信号は、映像信号処理部７に入力される。映像信号処理部７はインターレスとプログレッシブの変換、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）信号の生成、多画面合成処理などを行う。

映像信号処理部７から出力されたデジタル映像信号はＬＣＤコントローラ８に入力される。ＬＣＤコントローラ８は同期信号を基に液晶パネル９の画面を走査して、選局された放送番組などを液晶パネル９の画面に表示させる。なお、図１では音声出力部は図示を省略している。

また、図１において、１０はインバータ用電源回路、１１はバックライト制御部、１２はバックライト（本実施の形態では冷陰極管として説明）である。インバータ用電源回路１０は、後述のように並列接続された複数の高周波トランスを備えており、スイッチング電源回路として構成されている。そして、インバータ用電源回路１０には、制御回路１からトランス切換信号が入力されている。

また、バックライト制御部１１には、バックライトに使用される冷陰極管に数千Ｖの高電圧を印加するために昇圧用のインバータが備わっている。

また、１３はＯＰＣ（周囲照度センサ）であり、液晶パネルの周囲枠などに取り付けられて、周囲照度を検知する。ＯＰＣ１３から出力された周囲照度に比例する信号は制御回路１に入力され、制御回路１はこの周囲照度の情報に基づいてバックライト制御部１１に調光信号を出力する。そして、バックライト制御部１１はこの調光信号に基づきバックライト１２に出力される電力を調整し輝度を調整するようになっている。

１４は各種メニュー操作や番組選局の操作を行うリモートコントローラ（以下リモコンという）、あるいはテレビ受信機の所定の位置に取り付けられた各種操作ボタンなどからなる操作部である。

図２は、インバータ用電源回路１０の構成を更に詳細に示したものである。

図２において、制御回路１、インバータ用電源回路１０、バックライト制御部１１、バックライト１２は、図１の同符号で示したものと同じものを示す。

インバータ用電源回路１０は、スイッチング電源制御回路（ＳＷ電源制御回路）１０１、第１の高周波トランス１０２、第２の高周波トランス１０３、整流回路１０４、スイッチ１０５などから構成される。

スイッチング電源制御回路１０１は、ＡＣ入力（例えば商用のＡＣ１００Ｖ）に接続されている。スイッチング電源制御回路１０１は、入力した交流電圧を整流する整流回路１０６、整流回路１０６で整流されたリプルを含む直流電圧を滑らかな直流電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）に平滑する直流平滑回路１０７、高周波トランス１０２、１０３に直列接続されたスイッチング素子１０８を備えている。

第１の高周波トランス１０２、第２の高周波トランス１０３はスイッチング電源制御回路１０１の出力に並列接続される。この並列接続された高周波トランス１０２、１０３の出力は整流回路１０４を介してインバータ用電源回路１０の出力となる。
また、第２の高周波トランス１０３の一次側はスイッチ１０５を介して第１の高周波トランス１０２と並列接続されてスイッチング電源制御回路１０１の出力に接続されている。

スイッチ１０５は制御回路１からのトランス切換信号によりオン、オフ制御されるようになっている。

このように、インバータ用電源回路１０は、内部にスイッチング素子１０８、高周波トランス１０２、１０３でＤＣ−ＤＣ変換するスイッチング電源回路が備わり、その出力に接続された高周波トランスの並列個数が調整できるようになっている。

図２に示すように、インバータ用電源回路１０には２個の高周波トランスが並列接続されて負荷に電力を供給している。この場合、高周波トランス１０２、１０３は出力電力を１／２ずつ分担するので、各高周波トランスは最大出力の５０％を受け持つ能力を持っている。したがって最大出力の５０％以下の出力のときは２個の高周波トランスで電力供給することも、１個の高周波トランスで電力を供給することも、いずれであっても可能である。そこで、省電力の観点から、いずれが良いかを考える。

図３は高周波トランスの出力に対する効率特性を示したものである。通常、高周波トランスは最も運転されることの多い負荷率付近で効率がよくなるように設計されている。一般には図３に示すように、負荷率５０％前後で最大効率となるものが多い。

この特性図から、効率が最大値を示す負荷率付近から負荷率が小さくなるにしたがって効率が急に悪くなっていることが分かる。また、効率が最大値を示す負荷率付近から負荷率が大きい領域では比較的効率が良いことが分かる。

そこで、２個の高周波トランスで電力供給している場合を考えると、負荷率が小さくなって効率の悪い状態で運転しているとき、１個の高周波トランスで出力を供給するように切換えると、負荷率が２倍になり効率が良くなる領域が存在することが分かる。図３に示した点Ｐ２は点Ｐ１に対し負荷率が２倍となる点の一例を示したものである。Ｐ２の効率はＰ１の効率より良い。

このように考えると、最大効率を生じる負荷率を挟んで、負荷率が２倍に変化したとき等しい効率となる負荷率が、効率向上可能な領域の臨界点であることが分かる。この状態は、図３の点Ｐ３から点Ｐ４に切換えた状態で示され、点Ｐ３が臨界点となる。したがって、この点Ｐ３より小さい負荷率となったときは、１個の高周波トランスとなるように切換えて電力供給したほうが損失が少なくなり省電力となる。また、高周波トランスを１個から２個に切換えるときも同様に考えられ、１個の高周波トランスで運転しているとき負荷率が上昇し点Ｐ４以上になったときは、高周波トランスを１個から２個に切換えると効率が良くなる。この場合、点Ｐ４が臨界点となる。

なお、２個から１個に切換えたとき、１個の高周波トランスで供給できる電力の最大供給能力を超えることはできないから、２個から１個に切換えるときの切換直前の２個での電力供給状態は、多くても最大電力の１／２以下である必要がある。

上記効率向上可能な領域の臨界点Ｐ３は、高周波トランスの効率特性曲線から求めることができる。この求められたＰ３に対応する負荷率（あるいはこれに対応する値）は予め記憶手段に記憶される。高周波トランスの負荷率は調光状態（バックライトの輝度レベル）に対応して一義的に決まるので、このＰ３に対応する負荷率を、制御回路１からバックライト制御部１１に出力されている調光信号の信号レベルとして記憶手段１５に記憶しておけば、調光信号の信号レベルにより負荷率がＰ３に対応する負荷率になったかどうかを判別することができる。本実施の形態では、この調光信号の信号レベルとＰ３に対応する負荷率との対応関係を、実験データとして求め、切換基準となる調光信号の信号レベル（以下、切換基準調光信号レベルという）として記憶手段１５に予め記憶される。

図４は、本実施の形態の動作フローチャートである。このプログラムは所定の時間間隔で実行されるか、調光信号が変更になったときに実行される。

まず、ステップＳ１において、調光信号の信号レベルが調べられる。マイコンを含む制御回路１はバックライト制御部１１に調光信号を出力しているので、制御回路１でこの調光信号をチェックすることにより、調光信号の信号レベルが調べられる。

次に、ステップＳ２進み、上記ステップＳ１で調べられた調光信号の信号レベルが所定の負荷率以下に相当するか否かが判定される。記憶手段１５には予め図２のＰ３に対応する切換基準調光信号レベルが記憶されているので、この切換基準調光信号レベルを記憶手段１５から呼び出し、現在出力されている調光信号の信号レベルと比較することにより実行される。

ステップＳ２において、現在出力されている調光信号の信号レベルが切換基準調光信号レベルより大きいときはスイッチ１０５をオンする信号を出力する。これによりスイッチ１０５はオンされ、高周波トランス１０３がスイッチング電源回路１０１の出力に高周波トランス１０２と並列接続され、２個の高周波トランスで負荷電力が供給される。

ステップＳ２において、現在出力されている調光信号の信号レベルが切換基準調光信号レベル以下のときはスイッチ１０５をオフする信号を出力する。これによりスイッチ１０５はオフされ、高周波トランス１０３がスイッチング電源回路１０１の出力から切り離され、スイッチング電源回路１０１には高周波トランス１０２の１個のみが接続されて負荷電力が供給される。

これにより、バックライトの輝度が調整され、負荷率が小さくなったとしても、高周波トランスが１個になるように切換えられて、効率の低下が抑えられる。

（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態は効率を向上させる上で負荷率の臨界点Ｐ３を調べ、この臨界点に相当する調光信号の信号レベルを基準として高周波トランスの個数を切換えるものであるが、図３の高周波トランスの効率特性曲線から分かるように、負荷率５０％前後から負荷率が低下すると急激に効率が悪くなるという点、負荷率５０％前後から最大負荷率までの領域は効率が比較的良いという点を考えると、２個で運転しているときの負荷率が５０％以下になったら１個に切換えると効率が向上する確率が高い。

そこで、２個で運転しているときの負荷率が５０％以下になったら１個に切換えるという簡易な方法で実施することができる。この場合、１個に切換後に電力供給能力が最大値を超えないという条件は満足される。

この場合、図４の動作フローチャートは、ステップＳ２における所定負荷率を５０％負荷率にして同様に実施することができる。

この実施の形態では、効率向上にとってやや不正確な制御とはなるが、臨界点Ｐ３に対応する調光信号の信号レベルを予め調べて記憶手段１５に記憶することが必要なくなるという利点がある。

以上、高周波トランスを２個使用した第１、第２の実施の形態により、本発明を具体的に説明したが、高周波トランスの個数は２個に限らず、３個以上のものにも適用できる。この場合、高周波トランスの個数をｎとすれば、ｎ−１個の高周波トランスにスイッチ１０５に相当するスイッチが設けられる。また、第１の実施の形態との対応では、１個の高周波トランスをオン、オフしたとき、負荷率が図３のＰ３、Ｐ４の関係のように同じ効率となる点が切換点となる。また、第２の実施の形態との対応では、最大負荷率のｍ／ｎ（ｍ＝１〜ｎ−１）の点が切換点となる。

また、上記実施の形態ではバックライトに冷陰極管を使用した例を挙げたが、本発明はＬＥＤを使用したもの、あるいは冷陰極管とＬＥＤを併用したものでも実施することができる。
また、上記実施の形態ではテレビ受像機の例を挙げたが、本発明はこれに限定されず、表示手段として液晶表示装置を使用しているものに適用することができる。
また、上記実施の形態ではスイッチング電源制御回路の入力を交流電力入力（ＡＣ入力）としているが、整流回路１０６、直流平滑回路１０７を備えていない直流電力が直接入力されるものであっても適用することができる。
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で変形して実施することができることはいうまでもない。

本発明は液晶表示装置のバックライトの調光により、高周波トランスの負荷電力が変化するようなバックライト電源回路に利用できる。

本発明の第１の実施の形態である、テレビ受信機の構成図である。 本発明の第１の実施の形態である、インバータ用電源回路のより詳細な構成図である。 高周波トランスの効率特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態である、テレビ受信機の動作フローチャートである。

符号の説明

１・・・制御回路
２・・・受信アンテナ
３・・・チューナ
４・・・外部入力装置
５・・・入力切換部
６・・・デコーダ
７・・・映像信号処理部
８・・・ＬＣＤコントローラ
９・・・液晶パネル
１０・・・インバータ用電源回路
１１・・・バックライト制御部
１２・・・バックライト
１３・・・ＯＰＣ（周囲照度センサ）
１４・・・リモートコントローラ（リモコン）
１５・・・記憶手段
１０１・・・スイッチング電源制御回路
１０２・・・第１の高周波トランス
１０３・・・第２の高周波トランス
１０４・・・整流回路
１０５・・・スイッチ
１０６・・・整流回路
１０７・・・直流平滑回路
１０８・・・スイッチング素子

Claims (10)

1. スイッチング電源回路として構成されたＤＣ−ＤＣ変換部に複数個並列接続された高周波トランスを有し前記高周波トランスを介して液晶表示装置のバックライトに電力を供給するバックライト駆動装置において、
   前記複数個の高周波トランスは、前記スイッチング電源回路の出力用として備わる高周波トランスであって、その１次側は、スイッチを介して並列接続されており、
   前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて前記スイッチが選択的にオフされ並列個数が調整可能に接続されていることを特徴とするバックライト駆動装置。
2. 前記スイッチにより前記高周波トランスをオフしたとき、前記スイッチング電源回路の効率が切換前後で同じとなる負荷率の点を前記スイッチの切換点としたことを特徴とする請求項１に記載のバックライト駆動装置。
3. 前記高周波トランスの並列個数をｎ、ｍを１〜ｎ−１の整数としたとき、
   前記スイッチング電源回路の負荷率が最大負荷率のｍ／ｎとなる点を前記スイッチの切換点としたことを特徴とする請求項１に記載のバックライト駆動装置。
4. 前記高周波トランスの並列個数は２個であり、前記スイッチング電源回路の負荷率が最大負荷率の１／２となる点を切換点としたことを特徴とする請求項３に記載のバックライト駆動装置。
5. バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルに対応させて前記切換点を検知することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のバックライト駆動装置。
6. 前記切換点に対応する調光信号の信号レベルを切換基準調光信号レベルとして記憶手段に記憶し、前記バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルが前記切換基準調光信号レベルを下回ったとき前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて対応する前記スイッチを選択的にオフし、前記バックライトの輝度調整用の調光信号の信号レベルが前記切換基準調光信号レベルを上回ったとき前記スイッチング電源回路の負荷率に応じて前記スイッチを選択的にオンすることを特徴とする請求項５に記載のバックライト駆動装置。
7. 前記スイッチング電源回路の出力に接続され、該スイッチング電源回路の出力電圧を高電圧に昇圧するインバータを備えたバックライト制御部と、
   前記バックライト制御部の出力に接続された冷陰極管を備えるバックライトと、
   を備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバックライト駆動装置。
8. 請求項１乃至請求項７に記載のバックライト駆動装置を備えた液晶表示装置。
9. 請求項１乃至請求項７に記載のバックライト駆動装置を備えたテレビ受像機。
10. ＤＣ−ＤＣ変換部に複数個並列接続された高周波トランスを有し前記高周波トランスを介して液晶表示装置のバックライトに電力を供給するバックライト駆動装置の制御方法において、
    液晶表示装置のバックライト輝度を調整する調光信号の信号レベルを調べ、前記調光信号の信号レベルが所定負荷率に相当する信号レベルを下回ったとき、並列接続された高周波トランスの個数を減じることを特徴とするバックライト駆動装置の制御方法。

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