JP2009301864A - 液晶バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶バックライト装置において、バックライトの調光時においても直流電源回路の出力電圧を適正化し、電源安定化回路の発熱を抑制する。
【解決手段】ＣＣＦＬ２の非調光時、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を直流電源回路４にフィードバックする第１電流フィードバック回路４１と、ＣＣＦＬ２の調光時、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を直流電源回路４にフィードバックする第２電流フィードバック回路４２を備える。第１電流フィードバック回路４１とは異なる抵抗Ｒ６，Ｒ７を有する第２電流フィードバック回路４２の動作によって、直流電源回路４からの出力電圧は低減される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられる液晶バックライト装置に関するものである。

従来から液晶表示装置のバックライトには、冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬとする）が使用されている。ＣＣＦＬは、効率が高く長寿命である反面、その動作特性は温度に依存し、低い温度ではランプの輝度が著低下するという傾向を有している。従って、点灯直後から十分な輝度を得るための技術として、例えば特許文献１及び特許文献２には、起動時のＣＣＦＬに印加する電圧を高く設定し、その後、電流値をフィードバックして電圧を下げる回路が示されている。

また、近年の液晶表示装置にあっては、消費電力低減の要請の下、ユーザによって入力された指令に基づいて、ＣＣＦＬに流れる電流を抑制することにより、バックライトを調光する技術も実施されている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。また、特許文献５には、マイクロコントローラによってＣＣＦＬに流れる電流を制御して輝度を調整する技術が示されている。

図３は、ＣＣＦＬを駆動し、特許文献１及び特許文献２に示されたバックライトの点灯制御と特許文献３及び特許文献４に示された調光制御を行なう機能を有するインバータ回路の一例を示している。液晶表示装置のバックライトの電源オン時には、制御部６から、ハイの信号が出力され、これに伴いトランジスタＱ５がオンされ、トランジスタＱ６がオンされ、トランジスタＱ４がオンされる。トランジスタＱ１は、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端電圧をモニタすることによりＣＣＦＬ２の管電流を検出し、例えば、管電流が１Ａに達したときオンし、管電流を直流電源回路４の制御にフィードバックする。

バックライトの調光時には、制御部６からトランジスタＱ３にＰＷＭ制御のためのパルス信号が入力され、トランジスタＱ３が交互にオン／オフを繰り返し、これにともないトランジスタＱ４が交互にオフ／オンを繰り返すこととなり、バックライトが調光される。
特開平５−３４３１９０号公報 実開平４−８１５００号公報 特開２００５−２８５４７６号公報 特開平７−１１０４６１号公報 特開２００７−５１１０６２号公報

しかしながら、トランジスタＱ４のスイッチング動作により調光がなされるとＣＣＦＬ２に流れる電流は減少し、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差が減少することから、トランジスタＱ１のエミッタ−ベース間の電位差が減少しトランジスタＱ１がオンしなくなるため、電流のフィードバックが停止される。その結果、直流電源回路４に上記電流のフィードバックがかからなくなり、直流電源回路４の出力電圧が過度に上昇する。直流電源回路４は、直流電源回路４の出力を安定させるために別途設けられている電源安定化回路にも直流電圧を入力しており、直流電源回路４の出力電圧の上昇に伴い直流電源回路４から電源安定化回路に入力される電圧も上昇するため、電源安定化回路のＰＣ（電力損失）が増加し、その発熱が過大となる。電源安定化回路の発熱を抑制するためには、電源安定化回路内部の入力抵抗の強化、及びトランジスタ等の発熱部を冷却するためのヒートシンクの追加等の熱対策が必要となり、液晶表示装置の製造コストの高騰を招来すると共に、小型化を阻害する要因となっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、バックライトの調光時においても直流電源回路の出力電圧を適正化し、電源安定化回路の発熱を抑制することができる液晶バックライト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、
液晶表示装置のバックライトに用いられる冷陰極蛍光ランプと、この冷陰極蛍光ランプに交流電圧を印加するインバータ回路と、商用交流電源から直流を得て前記インバータ回路に供給する直流電源回路と前記インバータ回路に対して動作に必要な制御信号を出力する制御手段とを備え、
前記インバータ回路は、直流電源回路から印加された直流電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子によってスイッチングされた直流電圧が印加されて発振し、交流電圧を出力するインバータトランスと、前記制御手段から出力された信号に基づいて前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限することにより冷陰極蛍光ランプを調光する調光回路とを有する液晶バックライト装置において、
前記インバータ回路は、前記直流電源回路と前記スイッチング素子との間のラインに介挿された電流モニタ用抵抗と、前記調光回路が前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限していないとき、前記モニタ用抵抗に流れる電流を検知して該直流電源回路にフィードバックする第１電流フィードバック回路と、前記調光回路が前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限しているとき、前記モニタ用抵抗に流れる電流を検知して該直流電源回路にフィードバックする第２電流フィードバック回路とをさらに有するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶バックライト装置において、
前記第１電流フィードバック回路は、前記電流モニタ用抵抗の両端の電位差に応じて動作して、該直流電源回路から該スイッチング素子に流れる電流を該直流電源回路にフィードバックさせる第１トランジスタと、この第１トランジスタの動作の応答性を調整する第１時定数回路とを有し、
前記第２電流フィードバック回路は、前記電流モニタ用抵抗の両端の電位差に応じて動作して、該直流電源回路から該スイッチング素子に流れる電流を該直流電源回路にフィードバックさせる第２トランジスタと、この第２トランジスタの動作の応答性を調整する第２時定数回路とを有するものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の液晶バックライト装置において、
前記調光回路は、冷陰極蛍光ランプの調光時に、所定振動数のパルス信号が入力されてスイッチング動作する第３トランジスタと、前記電流フィードバック回路の電流モニタ用抵抗と前記スイッチング素子との間のラインに介挿され、前記第３トランジスタの動作に応じてスイッチング動作する第４トランジスタとを有しているものである。

請求項１の発明によれば、冷陰極蛍光ランプの調光時、すなわち調光回路が直流電源回路からスイッチング素子に流れる電流を制限しているとき、第２電流フィードバック回路がモニタ用抵抗に流れる電流を検知して直流電源回路にフィードバックするので、直流電源回路の出力電圧が過度に上昇することがなくなり、電源安定化回路の発熱を抑制することができる。従って、電源安定化回路の入力抵抗の強化及びヒートシンクの追加等の熱対策が不要となり、液晶表示装置の製造コストの低減を図ることができる。また、冷陰極蛍光ランプのガス圧のばらつき等によりインバータトランスの共振周波数が設計値からずれる場合であっても、調光回路の動作と連動して第１電流フィードバック回路又は第２電流フィードバック回路がモニタ用抵抗に流れる電流を検知して直流電源回路にフィードバックする。これにより、インバータトランスの共振周波数を設計値に近づけることができ、モニタ用抵抗等の発熱及び消費電力を低減することができる。

請求項２の発明によれば、第１時定数回路及び第２時定数回路によって第１電流フィードバック回路及び第２電流フィードバック回路の応答性を調整することが可能となる。これにより、調光回路の動作に応じて第１電流フィードバック回路又は第２電流フィードバック回路を適宜使い分けて直流電源回路に電流のフィードバックをかけることができ、直流電源回路の出力電圧を適正化することができる。

請求項３の発明によれば、調光回路の構成を簡素かつ安価なものとすることができ、液晶バックライト装置の更なるコストダウンを図ることができる。

本発明の一実施形態による液晶バックライト装置について図面を参照して説明する。図１は液晶バックライト装置の概略構成を示している。液晶バックライト装置１は、液晶パネルの背面に配置され、バックライトに用いられるＣＣＦＬ２と、ＣＣＦＬ２に交流電圧を印加する自励式のインバータ回路３と、商用交流電源から直流を得てインバータ回路３に供給する直流電源回路４と、直流電源回路４から出力される直流の電圧を安定させる電源安定化回路５と、液晶バックライト装置１全体の制御を司る制御部６と、ユーザがバックライトの調光等の指令を制御部６に入力するためにユーザによって操作される操作部７等によって構成されている。

図２は、インバータ回路３を示している。インバータ回路３は、スイッチングＩＣ（スイッチング素子）３１、インバータトランス３２、電流モニタ用抵抗Ｒ１、調光回路３４、第１電流フィードバック回路４１、及び第２電流フィードバック回路４２等によって構成されている。

スイッチングＩＣ３１は、例えば、複数個のＦＥＴを有し、直流電源回路４から印加された直流電圧をスイッチングする。インバータトランス３２は、一次側及び二次側コイルを有し、スイッチングＩＣ３１によってスイッチングされた直流電圧が一次側コイルに印加されて発振し、二次側コイルから交流を出力する。ＣＣＦＬ２は、例えば、インバータトランス３２の共振周波数が３８ｋＨｚのとき、管電流が最大となり、最高輝度が得られるように設定されている。電流モニタ用抵抗Ｒ１は、直流電源回路４とスイッチングＩＣ３１との間のラインに介挿されている。

第１電流フィードバック回路４１は、調光回路３４が直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限していないとき（非調光時）、モニタ用抵抗Ｒ１に流れる電流を検知して直流電源回路４にフィードバックする。第１電流フィードバック回路４１は、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じて動作する第１トランジスタＱ１と、第１トランジスタＱ１の動作の応答性を調整する第１時定数回路４５と、制御部６から出力される信号に応じて第１トランジスタＱ１と直流電源回路４との間の電流フィードバックラインを導通させるトランジスタＱ７と、第１トランジスタＱ１とトランジスタＱ７との間に設けられた抵抗Ｒ２、Ｒ３等を有している。

第１トランジスタＱ１は、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じてスイッチング動作して、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を直流電源回路４にフィードバックさせる。例えば、非調光時に電流モニタ用抵抗Ｒ１に例えば１［Ａ］以上の電流が流れて電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差が０．６［Ｖ］以上になると第１トランジスタＱ１がオンして電流のフィードバックがかかる。第１時定数回路４５は、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５と、第１トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に介挿されたコンデンサＣ１等によって構成される。第１トランジスタＱ１がオンするときの電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差は、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５及びコンデンサＣ１によって定められる。

第２電流フィードバック回路４２は、調光回路３４が直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限しているとき（調光時）、モニタ用抵抗Ｒ１に流れる電流を検知して直流電源回路４にフィードバックする。第２電流フィードバック回路４２は、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じて動作する第２トランジスタＱ２と、第２トランジスタＱ２の動作の応答性を調整する第２時定数回路４６と、制御部６から出力される信号に応じて第２トランジスタＱ２と直流電源回路４との間の電流フィードバックラインを導通させるトランジスタＱ８と、第２トランジスタＱ２とトランジスタＱ８との間に設けられた抵抗Ｒ６、Ｒ７等を有している。

第２トランジスタＱ２は、電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差に応じてスイッチング動作して、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を直流電源回路４にフィードバックさせる。例えば、調光時に電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差が０．５［Ｖ］以上になると第２トランジスタＱ２がオンして電流のフィードバックがかかる。第２時定数回路４６は、分圧抵抗Ｒ８、Ｒ９と、第２トランジスタＱ２のベース−エミッタ間に介挿されたコンデンサＣ２等によって構成される。第２トランジスタＱ２がオンするときの電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差は、分圧抵抗Ｒ８、Ｒ９及びコンデンサＣ２によって定められる。

調光回路３４は、第３トランジスタＱ３と第４トランジスタＱ４と、トランジスタＱ５、Ｑ６を有し、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限することによりＣＣＦＬ２を調光する。第３トランジスタＱ３は、ＣＣＦＬ２の調光時に、制御部６から例えば５００Ｈｚの振動数のパルス信号が入力されてスイッチング動作する。第４トランジスタＱ４は、電流モニタ用抵抗Ｒ１とスイッチングＩＣ３１との間のラインに介挿され、第３トランジスタＱ３の動作に応じてスイッチング動作する。

液晶表示装置の電源がオンのとき、制御部６からトランジスタＱ５のベースにハイの信号が入力され、トランジスタＱ５、Ｑ６は順次オンしているので、第３トランジスタＱ３のスイッチング動作に伴い第４トランジスタＱ４のベースに５００Ｈｚの振動数のパルス信号が入力される。ここで、調光時の出力に応じて、第３トランジスタＱ３のオフデューティをＰＷＭ制御することにより、第４トランジスタＱ４のオンデューティがＰＷＭ制御され、直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流が制限されることとなる。

調光を行なわない場合、電流モニタ用抵抗Ｒ１には、直流電源回路４から例えば＋２２［Ｖ］の電源電圧が入力されてインバータトランス３２は３８ｋＨｚの共振周波数で共振し、電流モニタ用抵抗Ｒ１に１［Ａ］の電流が流れ、ＣＣＦＬ２の最大輝度が得られる。ＣＣＦＬ２の点灯直後は、インバータトランス３２の共振周波数が４０ｋＨｚとなることから、電流モニタ用抵抗Ｒ１に流れる電流が減少し、ＣＣＦＬ２の輝度が低下する。そこで、ＣＣＦＬ２の点灯直後の直流電源回路４の出力電圧を例えば＋２３［Ｖ］程度に高めることにより、インバータトランス３２の共振周波数を３８ｋＨｚに遷移させることができ、ＣＣＦＬ２の輝度の低下を防止する。その後、直流電源回路４の出力電圧を＋２３［Ｖ］のまま維持し続けると、ＣＣＦＬ２の管電流が増大するため、電流モニタ用抵抗Ｒ１に例えば１［Ａ］以上の電流が流れ電流モニタ用抵抗Ｒ１の両端の電位差が０．６［Ｖ］以上になると、第１トランジスタＱ１がオンして電流のフィードバックがかけ、直流電源回路４の出力電圧を＋２２［Ｖ］程度まで低下させる。

ところが、例えば、ユーザが調光設定で液晶表示装置を起動する場合、すなわち液晶バックライト装置の起動時に調光回路３４が直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限する場合にあっては、直流電源回路４の出力電圧が過度に低下し、インバータトランス３２の共振周波数が高まりＣＣＦＬ２の輝度が低下することがある。このためＣＣＦＬ２の輝度を高めるために直流電源回路４の出力電圧を高く設定すると、今度は電流モニタ用抵抗Ｒ１及び第４トランジスタＱ４が過度に発熱し、消費電力も増大するという問題が生ずることもある。

本実施形態においては、ＣＣＦＬ２の最高輝度が得られるインバータトランス３２の共振周波数は３８ｋＨｚに設定されているが、かかる共振周波数は、ＣＣＦＬ２の管内部に封入されるガスの圧力のばらつき及びインバータトランス３２に組み込まれる共振コンデンサの電気容量のばらつきによって変動する。例えば、ＣＣＦＬ２の管内部に封入されるガスの圧力が規格の下限値であり共振コンデンサの電気容量が規格の上限値である場合には、ＣＣＦＬ２の最高輝度が得られる共振周波数は３６ｋＨｚに低下する。このようなＣＣＦＬ２とインバータトランス３２を用いて液晶バックライト装置１を構成した場合、調光回路３４によってＣＣＦＬ２に調光をかけるとインバータトランス３２の共振周波数は３８ｋＨｚとなり、ＣＣＦＬ２の輝度は調光により抑えられるものの、電流モニタ用抵抗Ｒ１及び第４トランジスタＱ４に流れる電流が増大し、これらの部品が過度に発熱し、消費電力も増大する。そこで、本液晶バックライト装置１においては、調光時には第２電流フィードバック回路４２を動作させて、直流電源回路４に電流のフィードバックをかけ、直流電源回路４の出力電圧を２２［Ｖ］から２１［Ｖ］に減少させて電流モニタ用抵抗Ｒ１及び第４トランジスタＱ４の発熱を抑制する。

調光時の直流電源回路４にフィードバックされる電流値は、第２電流フィードバック回路４２の抵抗Ｒ６、Ｒ７の抵抗値に依存し、非調光時の直流電源回路４にフィードバックされる電流値は、第１電流フィードバック回路４１の抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値に依存する。従って、第２電流フィードバック回路４２の抵抗Ｒ６、Ｒ７の抵抗値を第１電流フィードバック回路４１の抵抗Ｒ２、Ｒ３より小さく設定することにより、調光時に直流電源回路４にフィードバックされる電流値を大きくし、直流電源回路４からの出力電圧を例えば２１［Ｖ］程度に抑制することができる。これにより、電流モニタ用抵抗Ｒ１、第４トランジスタＱ４等の発熱及び消費電力を低減することができる。

以上のように、本実施形態の液晶バックライト装置１によれば、ＣＣＦＬ２の調光時、すなわち調光回路３４が直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限しているとき、第２電流フィードバック回路４２がモニタ用抵抗Ｒ１に流れる電流を検知して直流電源回路４にフィードバックするので、直流電源回路４の出力電圧が過度に上昇することがなくなり、電源安定化回路５の発熱を抑制することができる。従って、電源安定化回路５の入力抵抗の強化及びヒートシンクの追加等の熱対策が不要となり、液晶表示装置の製造コストの低減を図ることができる。また、ＣＣＦＬ２のガス圧のばらつき等によりインバータトランス３２の共振周波数が設計値からずれる場合であっても、調光回路３４の動作と連動して第１電流フィードバック回路４１又は第２電流フィードバック回路４２がモニタ用抵抗Ｒ１に流れる電流を検知して直流電源回路４にフィードバックする。これにより、インバータトランス３２の共振周波数を設計値に近づけることができ、モニタ用抵抗Ｒ１等の発熱及び消費電力を低減することができる。

また、第１時定数回路４５及び第２時定数回路４６によって第１電流フィードバック回路４１及び第２電流フィードバック回路４２の応答性を調整することが可能となる。これにより、調光回路３４の動作に応じて第１電流フィードバック回路４１又は第２電流フィードバック回路４２を適宜使い分けて直流電源回路４に電流のフィードバックをかけることができ、直流電源回路４の出力電圧を適正化することができる。また、第３トランジスタＱ３と第４トランジスタＱ４等により調光回路３４の構成を簡素かつ安価なものとすることができ、液晶バックライト装置１の更なるコストダウンを図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくともＣＣＦＬ２の調光時、すなわち調光回路３４が直流電源回路４からスイッチングＩＣ３１に流れる電流を制限しているとき、直流電源回路４からスイッチング素子３１に流れる電流を強制的に直流電源回路４にフィードバックさせるフィードバック強制回路３５に相当する構成が設けられていればよい。

本発明の一実施形態による液晶バックライト装置の概略構成を示すブロック図。 同液晶バックライト装置のインバータ回路の回路図。 従来の液晶バックライト装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１ 液晶バックライト装置
２ ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）
３ インバータ回路
４ 直流電源回路
３１ スイッチングＩＣ（スイッチング素子）
３２ インバータトランス
３４ 調光回路
４１ 第１電流フィードバック回路
４２ 第２電流フィードバック回路
Ｑ１ 第１トランジスタ
Ｑ２ 第２トランジスタ
Ｑ３ 第３トランジスタ
Ｑ４ 第４トランジスタ
Ｒ１ 電流モニタ用抵抗

Claims (3)

1. 液晶表示装置のバックライトに用いられる冷陰極蛍光ランプと、この冷陰極蛍光ランプに交流電圧を印加するインバータ回路と、商用交流電源から直流を得て前記インバータ回路に供給する直流電源回路と前記インバータ回路に対して動作に必要な制御信号を出力する制御手段とを備え、
   前記インバータ回路は、直流電源回路から印加された直流電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子によってスイッチングされた直流電圧が印加されて発振し、交流電圧を出力するインバータトランスと、前記制御手段から出力された信号に基づいて前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限することにより冷陰極蛍光ランプを調光する調光回路とを有する液晶バックライト装置において、
   前記インバータ回路は、前記直流電源回路と前記スイッチング素子との間のラインに介挿された電流モニタ用抵抗と、前記調光回路が前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限していないとき、前記モニタ用抵抗に流れる電流を検知して該直流電源回路にフィードバックする第１電流フィードバック回路と、前記調光回路が前記直流電源回路から前記スイッチング素子に流れる電流を制限しているとき、前記モニタ用抵抗に流れる電流を検知して該直流電源回路にフィードバックする第２電流フィードバック回路とをさらに有することを特徴とする液晶バックライト装置。
2. 前記第１電流フィードバック回路は、前記電流モニタ用抵抗の両端の電位差に応じて動作して、該直流電源回路から該スイッチング素子に流れる電流を該直流電源回路にフィードバックさせる第１トランジスタと、この第１トランジスタの動作の応答性を調整する第１時定数回路とを有し、
   前記第２電流フィードバック回路は、前記電流モニタ用抵抗の両端の電位差に応じて動作して、該直流電源回路から該スイッチング素子に流れる電流を該直流電源回路にフィードバックさせる第２トランジスタと、この第２トランジスタの動作の応答性を調整する第２時定数回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶バックライト装置。
3. 前記調光回路は、冷陰極蛍光ランプの調光時に、所定振動数のパルス信号が入力されてスイッチング動作する第３トランジスタと、前記電流フィードバック回路の電流モニタ用抵抗と前記スイッチング素子との間のラインに介挿され、前記第３トランジスタの動作に応じてスイッチング動作する第４トランジスタとを有していることを特徴とする請求項２に記載の液晶バックライト装置。

Images