JP2007214435A - 電子機器、液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の液晶表示装置のように比較的発熱量が大きな電気部品を備えた電子機器において、発生熱を有効活用して省電力化を図ること。
【解決手段】バックライト１９の背面側に設けられたシート状のベース部材２１ｂに熱発電素子２１ａが実装された熱発電素子シート２１と、熱発電素子２１ａによる発電電気の電圧を、電源回路の出力電圧Ｅb（ＡＣ）、Ｅa（ＤＣ）に対応した目標電圧Ｅd、Ｅcに変換する回路２５及び２６と、電源回路の出力電気（電圧Ｅb、Ｅa）と、熱発電素子２１ａによる発電電気（電圧変換後）とを混合してバックライト１９等の電気部品に供給する混合回路１５、６と、電流の逆流を防止する逆流防止回路２７、３０とを備え、電源回路から電気部品への電気供給ラインに熱発電素子２１ａによる発電電気を帰還させることによりエネルギーを循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器及び液晶表示装置に関し、特に、省電力化に好適な電子機器及び液晶表示装置に関するものである。

一般的に、電子機器が備える電気部品は熱を発生するものが多く、その熱がその電子機器の破損や誤動作の原因になることから、放熱装置や冷却装置を備えるものが多い。また、電子機器の省電力化に対する要求は、ますます厳しくなってきている。
ところで、電子機器の一例である液晶表示装置は、他の表示装置に比べて消費電力が少ないという特徴を有するが、液晶パネルの大型化が進む中、液晶パネルの背面照明用のバックライト（蛍光管やＬＥＤ等）が大型化しており、装置の発熱量及び消費電力が増大してきている。このような大型の液晶表示装置においても、省電力化の要請が強い。
一方、熱が高温部分から低温部分に移動するエネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電素子（熱電変換素子ともいう）を電子機器に適用すれば、電子機器の省電力化を図ることができる。
例えば、特許文献１には、発熱量が大きい部品の排熱を利用して、熱発電素子（熱電変換素子）により二次電池を充電する移動通信装置が示されている。
特開２００４−３０４９００号公報

しかしながら、大型の液晶表示装置のように、消費電力が比較的大きいバックライト等の電気部品を備えた電子機器は、装置外部の商用電源から得た電気を電源回路により電圧変換して各電気部品に供給する。このように、消費電力が比較的大きい電子機器は、メモリバックアップ用等のごく小容量のものを除けば二次電池を備えておらず、特許文献１に示される技術を適用できないという問題点があった。また、特許文献１に示される技術は、二次電池がフル充電状態である場合には省電力効果が得られないという問題点もあった。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大型の液晶表示装置のように比較的発熱量が大きな電気部品を備えた電子機器において、発生熱を有効活用して省電力化を図ることができる電子機器及び液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、電気部品と外部の電源から得た電気を電圧変換して前記電気部品に供給する電源回路とを備えた電子機器に適用されるものであり、前記電気部品から発生する熱により発電する熱発電素子と、前記電源回路から前記電気部品への電気供給ラインに前記熱発電素子による発電電気を帰還させることによりエネルギーを循環させるエネルギー循環手段とを具備することを特徴とする電子機器である。
例えば、その電子機器が、液晶表示パネルと、その液晶表示パネルの背面のほぼ全領域を照明する背面照明手段と、その背面照明手段を含む電気部品に電気を供給する電源回路とを具備する液晶表示装置に本発明を適応すれば好適である。
この場合、前記背面照明手段から発生する熱により発電する熱発電素子と、前記電源回路から前記電気部品への電気供給ラインに前記熱発電素子による発電電気を帰還させることによりエネルギーを循環させるエネルギー循環手段とを備えた液晶表示装置として構成される。
これにより、液晶表示パネルの背面照明手段（バックライト）のように、比較的発熱量が大きな電気部品を備えた電子機器（大容量の二次電池を有さない電子機器）において、その発生熱を有効活用して省電力化を図ることができる。

前記エネルギー循環手段のより具体的な構成としては、例えば、前記熱発電素子による発電電気の電圧を前記電源回路の出力電圧に対応した目標電圧に変換する発電電圧変換回路と、前記電源回路の出力電気と前記発電電圧変換回路の出力電気とを混合して前記電気部品に供給する混合回路と、前記発電電圧変換回路から前記混合回路に至る電気の伝送経路において電流が前記発電電圧変換回路側へ逆流することを防止する逆流防止回路とを具備するものが考えられる。
これにより、前記熱発電素子を電源とする前記発電電圧変換回路の出力電圧が十分なレベルにあるときは、その出力電気が電気部品に供給されて有効活用される。一方、前記発電電圧変換回路の出力電圧が不足するときは、前記電源回路の出力電気のみが電気部品に供給されるとともに、その出力電気が前記発電電圧変換回路側へ流入（逆流）することが防止される。

また、前記電子機器が液晶表示装置である場合、複数の前記熱発電素子が、前記背面照明手段の前記液晶表示パネル側とは反対の側のほぼ全領域にわたって設けられたシート部材に実装された構成を有するものであれば好適である。
これにより、前記背面照明手段から発生する熱を効率的に回収できる。
さらにこの場合、前記熱発電素子が実装された前記シート部材を、前記背面照明手段（以下、前面側という）とは反対側（以下、背面側という）の面に密着して保持する背面筐体を具備するものであればなお好適である。これにより、例えば、前記背面筐体を金属等の熱伝導性の高い材料で構成すれば、前記熱発電素子の前記前面側と前記背面側との温度差を確保でき、前記熱発電素子の発電効率が高まるからである。
また、前記熱発電素子が実装された前記シート部材が、前記背面照明手段の光を前記液晶表示パネル側に向けて反射する反射シートを兼ねるものであれば、部品点数を少なくできるとともに、背面照明手段の熱を直接的に効率良く回収できる点で好適である。

本発明によれば、液晶表示パネルの背面照明手段（バックライト）のように、比較的発熱量が大きな電気部品を備えた電子機器（大容量の二次電池を有さない電子機器）において、その発生熱を熱発電素子を用いて有効活用し、省電力化を図ることができる。しかも、熱発電素子による発電電気を二次電池を通さずに電気部品に循環させるので、二次電池がフル充電状態である場合には省電力効果が得られないという事態が生じず、エネルギー循環効率（省電力効果）をより高められる。
また、前記電子機器が液晶表示装置である場合に、複数の前記熱発電素子が、液晶表示パネルの背面照明手段（バックライト）の前記液晶表示パネル側とは反対の側のほぼ全領域にわたって設けられたシート部材に実装された構成を有するものであれば、前記背面照明手段から発生する熱を効率的に回収できる。特に、そのシート部材を、その背面側の面に密着して保持する背面筐体を設ければ、前記熱発電素子の前面側（背面照明手段側）と背面側との温度差を確保でき、前記熱発電素子の発電効率を高めることができ好適である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明の実施形態に係る液晶表示装置Ｘの主要部の概略回路図、図２は従来の液晶表示装置Ａの主要部の概略回路図、図３は液晶表示装置Ｘにおける液晶表示部Ｚ１の概略構造を表す斜視図、図４は液晶表示装置Ｘが備える熱発電素子シートの概略斜視図、図５は熱発電素子シートの内部構造を模式的に表した図である。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置（電子機器の一例）は、図１に示すように、大別して液晶表示部Ｚ１と、電源回路部Ｚ２と、電気循環回路部Ｚ３とを有している。
図３に液晶表示部Ｚ１の概略構造を斜視図により示している。
液晶表示部Ｚ１は、図３に示すように、液晶表示パネル１７（以下、液晶パネルという）と、偏光・拡散シート１８と、複数の蛍光管を備えたバックライト１９及びこれを保持するランプホルダ２４と、反射シート２０と、熱発電素子シート２１と、バックライトシャーシ２２とを備えている。また、前面側から背面側へ、液晶パネル１７、偏光・拡散シート１８、バックライト１９（蛍光管）及びランプホルダ２４、反射シート２０、熱発電素子シート２１、バックライトシャーシ２２の順番で配設されている。

バックライト１９は、液晶パネル１７の背面の全領域を照明するよう蛍光管が複数配列された照明手段である。バックライト１９を構成する複数の蛍光管は、液晶パネル１７の幅方向全域にわたって伸びて形成され、液晶表示パネルに対して平行な面に沿って、その液晶パネル１７の縦方向ほぼ全域にわたって配列された状態でランプホルダ２４により保持されている。
この他、複数の蛍光管と赤色照明を補強するための複数の赤色ＬＥＤとを有するハイブリッド型のバックライトが採用される場合もある。また、赤色、緑色及び青色の３色のＬＥＤ各々が複数配列されたＬＥＤバックライトが採用される場合もある。本発明は、これらいずれのタイプのバックライトが採用された場合でも適用可能である。
偏光・拡散シート１８は、バックライト１９と液晶パネル１７との間に配置され、バックライト１９の光を液晶パネル１７側へ透過しつつ、偏光及び拡散するシート状の部材である。
反射シート２０は、バックライト１９の光を液晶パネル１７側に向けて反射するものである。この反射シート２０は、バックライト１９の背面側（液晶パネル側とは反対の側）のほぼ全領域にわたって設けられ、通常は、プラスチック製の薄膜フィルム等により構成された白色のシート状の部材である。
図４は、熱発電素子シート２１の概略構成を表す斜視図、図５は、熱発電素子シート２１の内部構造を模式的に表した図である。

熱発電素子シート２１は、図４に示すように、反射シート２０と同様に、バックライト１９の背面側（液晶パネル側とは反対の側）のほぼ全領域にわたって設けられたシート状のベース部材２１ｂに、複数の薄い板状の熱発電素子２１ａがほぼその全面にわたって実装されて構成されたものである。このシート状のベース部材２１ｂに対する熱発電素子２１ａの実装は、例えば、エッチングとモールド等により行われる。
熱発電素子２１ａは、バックライト１９（電気部品の一例）から発生する熱により発電を行うものであり、ペルチェ素子等で構成されている。
ペルチェ素子は、Ｐ型半導体２１ｐ及びＮ型半導体２１ｎと、両半導体２１ｐ、２１ｎ各々の一方の面を導通させる電極２１Ｌ（以下、ベース電極という）と、Ｐ型半導体２１ｐの前記ベース電極２１Ｌとは反対側の面に設けられた電極２１Ｈｐ（以下、Ｐ電極という）と、Ｎ型半導体２１ｎの前記ベース電極２１Ｌとは反対側の面に設けられた電極２１Ｈｎ（以下、Ｎ電極という）とを備えている。

また、熱発電素子シート２１には、Ｐ電極２１Ｈｐ及びＮ電極２１Ｈｎが前面側（バックライト１９側）、ベース電極２１Ｌが背面側（バックライトシャーシ２２側）となるように、熱発電素子２１ａが実装されている。このように、Ｐ電極２１Ｈｐ及びＮ電極２１Ｈｎが高温部に向けられ、ベース電極２１Ｌが低温部に向けられることにより、Ｐ電極２１ＨｐとＮ電極２１Ｈｎとの間に電荷Ｑi（ｉは各熱発電素子２１ａの番号、ｉ＝１、２、…、ｎ）が生じる。これらＮ電極２１Ｈｎ及びＰ電極２１Ｈｐを図５に示すように並列接続すると、電荷量Ｑ0（＝Ｑ1＋Ｑ2＋…＋Ｑn）の電気が得られる。これにより、各熱発電素子２１ａで発生する電荷Ｑiは小さくても、全体として大きな電荷量Ｑ0の電気が得られる。
また、複数の熱発電素子２１ａが実装された熱発電素子シート２１は、その背面側（バックライト１９側とは反対側）で金属製のバックライトシャーシ２２（背面筐体の一例）により保持されている。ここで、熱発電素子シート２１は、その背面がバックライトシャーシ２２と密着した状態で保持される。
これにより、熱発電素子２１ａの前面側と背面側との温度差を確保でき、熱発電素子２１ａの発電効率が高まる。
なお、反射シート２０を省略し、熱発電素子シート２１の表面を均一な白色等とすることにより、熱発電素子２１ａが実装された熱発電素子シート２１が、バックライト１９の光を液晶パネル１７側に向けて反射する反射シートを兼ねる構成とすることも考えられる。これにより、部品点数を少なくできるとともに、バックライト１９の熱を直接的に効率良く回収できる。

前記電源回路部Ｚ２は、装置外部の商用電源から得た電気を、電圧変換してバックライト１９及びその他の負荷９を含む各種電気部品に供給する電源回路である。
図１に示すように、電源回路部Ｚ２は、整流回路２、コンデンサ３、チョークコイル５及び力率改善ＩＣ４を備え、これらが装置外部の商用ＡＣ電源から得た交流電気を所定電圧の直流電気に変換するＤＣ電源回路を構成している。
このＤＣ電源回路の出力電圧Ｅaは、降圧トランス７により１３Ｖに降圧され、さらにレギュレータ回路８により５Ｖに降圧される。
さらに、電源回路部Ｚ２は、インバータコントロールＩＣ１０、ドライブトランジスタ１１、ドライブトランス１２、降圧トランス１３、電圧検出コンデンサ１４及び昇圧トランス１６を備え、これらと前記ＤＣ電源回路とにより、装置外部の商用ＡＣ電源から得た交流電気を所定電圧の交流電気に変換するインバータ回路（ＡＣ電源回路）を構成している。このインバータ回路は、バックライト１９（蛍光管）を点灯させるための交流電源である。
ここで、インバータコントロールＩＣ１０は、ＤＣ電源回路の出力電圧が降圧トランス７及びレギュレータＩＣ８により降圧された５ＶのＤＣ電圧により動作する。インバータ回路は、インバータコントロールＩＣ１０の出力と、ＤＣ電源回路から得た電圧Ｅaとから、交流電気（電圧Ｅb）を生成して出力する。さらに、インバータコントロールＩＣ１０は、２つの電圧検出コンデンサ１４により分圧された電圧を検出し、その電圧に基づいて、出力電圧Ｅbが過電圧とならないよう制御している。
以上に示した電源回路部Ｚ２の構成は、従来の一般的なＤＣ電源回路及びインバータ回路の構成である。
なお、図２に、この電源回路部Ｚ２を含む従来の液晶表示装置Ａの主要部の概略回路図を示す。図２に示すように、従来の液晶表示装置Ａは、電気循環回路Ｚ３が存在しない点、及び液晶表示部Ｚ１’に熱発電素子シート２１が存在しない点において、液晶表示装置Ｘと異なる。

前記電気循環回路Ｚ３は、電源回路部Ｚ２からバックライト１９やその他の負荷９への電気供給ラインに、熱発電素子シート２１に実装された熱発電素子２１ａによる発電電気を帰還させることにより、エネルギーを循環させるものである（エネルギー循環手段の一例）。
電気循環回路Ｚ３は、図１に示すように、蓄電池装置２３、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５、交流電圧制御回路２６、直流ドライブ＆電圧変換回路２８、直流電圧制御回路２９、逆流防止回路２７、３０、ＤＣ混合回路６、ＡＣ混合回路１５を備えている。
蓄電池装置２３は、熱発電素子２１ａによる発電電気を貯めるもの（コンデンサ）である。
交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５は、蓄電池装置２３に貯められた電気（熱発電素子２１ａによる発電電気）を交流電気に変換するとともに、その電圧Ｅ0を、交流電圧制御回路２６からの制御指令に従って変換する回路である。なお、変換後の交流電気の位相は、インバータ電源回路の出力の位相と同期させる。
交流電圧制御回路２６は、前記インバータ電源回路の出力電圧Ｅbと、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５の出力電圧Ｅdとを入力し、その出力電圧Ｅdが、インバータ電源回路の出力電圧Ｅbよりもわずかに高い電圧となるように、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５を制御する。
即ち、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５及び交流電圧制御回路２６は、熱発電素子２１ａによる発電電気の電圧を、インバータ電源回路の出力電圧Ｅbに対応した目標電圧Ｅdに変換する（発電電圧変換回路の一例）。

同様に、直流ドライブ＆電圧変換回路２８は、蓄電池装置２３に貯められた電気（熱発電素子２１ａによる発電電気）の電圧Ｅ0を、直流電圧制御回路２９からの制御指令に従って変換する回路である。
直流電圧制御回路２９は、前記ＤＣ電源回路の出力電圧Ｅaと、直流ドライブ＆電圧変換回路２８の出力電圧Ｅcとを入力し、その出力電圧Ｅcが、ＤＣ電源回路の出力電圧Ｅaよりもわずかに高い電圧となるように、直流ドライブ＆電圧変換回路２８を制御する。
即ち、直流ドライブ＆電圧変換回路２８及び直流電圧制御回路２９は、熱発電素子２１ａによる発電電気の電圧を、ＤＣ電源回路の出力電圧Ｅaに対応した目標電圧Ｅcに変換する（発電電圧変換回路の一例）。
なお、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５及び直流ドライブ＆電圧変換回路２８のいずれも、バックライト１９の消灯時等、電気エネルギーの元となる熱発電素子２１ａの起電力が小さい場合には、目標電圧Ｅd、Ｅcを維持できない。

前記ＡＣ混合回路１５は、前記インバータ電源回路の出力電気（電圧Ｅb）と、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５の出力電気（電圧Ｅd）とを混合してバックライト１９（電気部品の一例）に供給する回路である。
同様に、前記ＤＣ混合回路６は、前記ＤＣ電源回路の出力電気（電圧Ｅa）と、直流ドライブ＆電圧変換回路２８の出力電気（電圧Ｅc）とを混合し、インバータ電源回路を通じてバックライト１９に供給する回路である。これにより、電源とバックライト１９との間でエネルギーが循環する。なお、ＤＣ混合回路６の出力電気は、バックライト１９以外の所定の負荷９（電気部品）にも供給される。
また、逆流防止回路２７（ＡＣ用）は、ダイオード等により構成され、交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５からＡＣ混合回路１５に至る電気の伝送経路において、電流が交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路２５側へ逆流することを防止する回路である。
同様に、逆流防止回路３０（ＤＣ用）は、ダイオード等により構成され、直流ドライブ＆電圧変換回路２８からＤＣ混合回路６に至る電気の伝送経路において、電流が直流ドライブ＆電圧変換回路２８側へ逆流することを防止する回路である。
このような構成により、熱発電素子２１ａを電源とする電圧変換回路２５、２８の出力電圧Ｅd、Ｅcが十分なレベルにあるときは、その出力電気がバックライト１９や他の負荷９等の電気部品に供給されて有効活用される。一方、電圧変換回路２５、２８の出力電圧Ｅd、Ｅcが不足するときは、前記インバータ電源回路及び前記ＤＣ電源回路の出力電気のみが電気部品に供給される。また、出力電圧の切り替え時に、瞬時停電状態となることなく円滑な出力切り替えが行われる。
その結果、比較的発熱量が大きなバックライト１９等の電気部品を備えた大型の液晶表示装置において、発生熱を有効活用して省電力化を図ることができる。
また、以上に示した熱発電素子２１ａ及び電気循環回路部Ｚ３を、発熱する電気部品及び前記電源回路部Ｚ２と同様の電源回路を備えた他の電子機器に適用すれば、電気部品の発生熱を有効活用して省電力化を図ることができる。

本発明は、液晶表示装置等の電子機器への利用が可能である。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置Ｘの主要部の概略回路図。 従来の液晶表示装置Ａの主要部の概略回路図。 液晶表示装置Ｘにおける液晶表示部Ｚ１の概略構造を表す斜視図。 液晶表示装置Ｘが備える熱発電素子シートの概略斜視図。 熱発電素子シートの内部構造を模式的に表した図。

符号の説明

Ｘ…液晶表示装置
Ｚ１…液晶表示部
Ｚ２…電源回路部
Ｚ３…電気循環回路部
６…ＤＣ混合回路
１５…ＡＣ混合回路
１７…液晶パネル
１９…バックライト
２１…熱発電素子シート
２１ａ…熱発電素子
２２…バックライトシャーシ
２３…蓄電池装置
２５…交流ドライブ＆電圧変換＆位相回路
２６…交流電圧制御回路
２７…逆流防止回路（交流用）
２８…直流ドライブ＆電圧変換回路
２９…直流電圧制御回路
３０…逆流防止回路（直流用）

Claims (6)

1. 電気部品と外部の電源から得た電気を電圧変換して前記電気部品に供給する電源回路とを備えた電子機器であって、
   前記電気部品から発生する熱により発電する熱発電素子と、
   前記電源回路から前記電気部品への電気供給ラインに前記熱発電素子による発電電気を帰還させることによりエネルギーを循環させるエネルギー循環手段と、
   を具備してなることを特徴とする電子機器。
2. 前記エネルギー循環手段が、
   前記熱発電素子による発電電気の電圧を前記電源回路の出力電圧に対応した目標電圧に変換する発電電圧変換回路と、
   前記電源回路の出力電気と前記発電電圧変換回路の出力電気とを混合して前記電気部品に供給する混合回路と、
   前記発電電圧変換回路から前記混合回路に至る電気の伝送経路において電流が前記発電電圧変換回路側へ逆流することを防止する逆流防止回路と、
   を具備してなる請求項１に記載の電子機器。
3. 液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの背面の略全領域を照明する背面照明手段と、該背面照明手段を含む電気部品に電気を供給する電源回路とを具備する液晶表示装置であって、
   前記背面照明手段から発生する熱により発電する熱発電素子と、
   前記電源回路から前記電気部品への電気供給ラインに前記熱発電素子による発電電気を帰還させることによりエネルギーを循環させるエネルギー循環手段と、
   を具備してなることを特徴とする液晶表示装置。
4. 複数の前記熱発電素子が、前記背面照明手段の前記液晶表示パネル側とは反対の側の略全領域にわたって設けられたシート部材に実装されてなる請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記熱発電素子が実装された前記シート部材を、前記背面照明手段側とは反対側の面に密着して保持する背面筐体を具備してなる請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記熱発電素子が実行された前記シート部材が、前記背面照明手段の光を前記液晶表示パネル側に向けて反射する反射シートを兼ねるものである請求項４又は５のいずれかに記載の液晶表示装置。

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