JP2011137935A - 液晶テレビジョン受像機及びそれに用いられる液晶バックライト駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ消費電力の低い液晶テレビジョン受像機を提供する。
【解決手段】商用交流電流を整流し、その電圧を昇圧又は降圧させる力率改善回路２と、液晶セル５ｂの背面から光を照射するＬＥＤバックライト５ａと、ＬＥＤバックライト５ａを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路４とを備える。ＬＥＤバックライト駆動回路４は、力率改善回路２から出力された直流電圧が直接入力されて、ＬＥＤバックライト５ａを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄型、特に大型液晶テレビジョン受像機の電力効率の改善に関するものである。

近年、テレビジョン受像機の大型化、薄型化が進む中、日本及び欧米各国ではデジタル放送への切り替えに対応するために薄型テレビジョン受像機の買い替えが進められている。また、中国政府の「家電下郷」政策に見られる家電製品の農村部への普及促進による薄型テレビジョン受像機の増産、更には今後大きな経済成長が期待できるブラジル、ロシア、インド等のＢＲＩＣｓ各国においても薄型テレビジョン受像機市場の爆発的な広がりが予想されている。

このように薄型テレビジョン受像機の市場拡大が見込まれているが、他方では地球温暖化問題への対応のため地球環境への配慮が重視されてきており、日本のみならず先進各国では家電製品に対する省エネルギー規制が厳しくなってきている。このような状況において薄型テレビジョン受像機の省電力化、とりわけ大型液晶テレビジョン受像機の電力削減は大きな課題となっており、そのバックライトとして従来から使用されているＣＣＦＬ管（冷陰極管）と比較して、省電力なＬＥＤ（発光ダイオード）が注目されている。

図４は、ＬＥＤのバックライトを用いた液晶テレビジョン受像機の回路構成の概要を示している。従来の液晶テレビジョン受像機１００においては、電源回路として、力率改善回路（ＰＦＣ回路）２、ＬＥＤ駆動用ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３及び映像処理回路用のＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣ回路）６が配設され、ＬＥＤバックライト（ＬＥＤ−ＢＬ）駆動回路４、映像処理回路７及び映像信号処理回路１０等に電力が供給されている。

映像処理系に必要な電力は、例えば１０Ｗ程度と比較的省電力であるが、バックライト駆動系には、サイズによって異なるが１００Ｗ〜２００Ｗ程度の大電力が必要とされている。ここで、力率改善回路２の電力変換効率は、方式にもよるが、約９０〜９５％である。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３，６の効率は、方式及び電力の大きさにより異なるが、約７０〜９０％である。例えば映像処理系の電力を１０Ｗ、ＬＥＤバックライト系（ＬＥＤ−ＢＬ系）の電力をを１５０Ｗ、力率改善回路２の効率を９０％、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３，６の効率を８５％と仮定すると、電力損失は下記の式のように計算される。
ＬＥＤ−ＢＬ系の電力損失 ＝ １５０Ｗ × （（１ ／（９０％ × ８５％））− １）
＝ ４６Ｗ 式−１
映像処理系の電力損失 ＝ １０Ｗ × （（１ ／（９０％ × ８５％））− １）
＝ ３Ｗ 式−２
この計算からもわかるように、ＬＥＤバックライト系の電力損失が、映像処理系の電力損失と比較して非常に大きくなるため、省エネルギー対策のためにはＬＥＤバックライト系の電源回路の改善が大きな効力を発揮する。

図４に示した従来の力率改善回路２、ＬＥＤ駆動用ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の具体例として、例えば特許文献１の図６には、力率改善回路を昇降圧回路構成として後段のＬＥＤ駆動用ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を比較的低電圧とすることにより、１次−２次間絶縁トランスの沿面距離を小さくする技術が示されている。しかしながら、ＬＥＤ−ＢＬ駆動回路の電源電圧を力率改善回路の後段に配置した大電力の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにより生成する構成上、１次−２次間の絶縁距離を確保しなければならないことからトランスを大型にする必要があり、製造コストの増大を招く要因となっていた。また、ＤＣ−ＤＣコンバータによる電力損失も無視できないため、電力効率の改善にも限界が生じていた。

また、特許文献２には、商用交流電源に対して絶縁されていない１次側巻線と、１次側巻線から絶縁された２次側巻線とから成る絶縁トランスを備え、１次側にて直流電圧を入力して電力変換を行って、２次側にディスプレイ装置のバックライト部に供給すべき出力電圧を得る技術が示されている。この技術においても、上記特許文献１と同様に、トランスの小型化と電力効率の改善を図ることが困難である。

なお、特許文献３にはインバータの負荷側がトランスの２次側に配設されたインバータ装置が、特許文献４にはＨＩＤランプの駆動回路が、特許文献５にはバックライトとの調光回路に関する技術がそれぞれ示されている。

特開２００３−２８９６７０号公報 特開２００５−２０９９２号公報 特開２００７−２８８８２２号公報 特開２００６−１４０１４８号公報 特開平５−２４９４３２号公報

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、低コストかつ消費電力の低い液晶テレビジョン受像機及びそれに用いられる液晶バックライト駆動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、商用交流電流を整流する整流回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶テレビジョン受像機において、前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記整流回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする。

請求項２の発明は、商用交流電流を整流し、その電圧を昇圧又は降圧させる力率改善回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶テレビジョン受像機において、前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記力率改善回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の液晶テレビジョン受像機において、前記液晶セルを駆動する液晶セル駆動回路と、前記液晶セル駆動回路に電力を供給する絶縁型トランスをさらに備え、前記力率改善回路、ＬＥＤバックライト及びＬＥＤバックライト駆動回路は前記絶縁型トランスの１次側回路に、液晶セル駆動回路は前記絶縁型トランスの２次側回路にそれぞれ接続されて、前記１次側回路と前記２次側回路とは電気的に絶縁されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、商用交流電流を整流する整流回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶バックライト駆動装置において、前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記整流回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、従来は必要とされており、かつ電力損失の大きいＬＥＤ駆動用のＤＣ−ＤＣコンバータが不要となるので、電力損失を大幅に削減して、液晶テレビジョン受像機の消費電力を低減することができる。また、液晶テレビジョン受像機の構成を簡素なものとすることができ、コストダウンを図ることができる。また、整流回路から出力された直流電圧がＬＥＤバックライト駆動回路に直接入力されるので、昇降圧回路が不要となるため、更なるコストダウンを図ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１と同様に、ＬＥＤ駆動用のＤＣ−ＤＣコンバータが不要となるので、液晶テレビジョン受像機の消費電力の低減とコストダウンを実現することができる。

請求項３の発明によれば、商用交流電源が接続される１次側回路と、ユーザが接触する可能性がある２次側回路とが、互いに電気的に絶縁されているので、消費電力や製造コストを低減した上で、安全性の高い液晶テレビジョン受像機を製造することができる。

請求項４の発明によれば、請求項１と同様に、従来は必要とされており、かつ電力損失の大きいＬＥＤ駆動用の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが不要となるので、電力損失を大幅に削減して、液晶バックライト駆動装置の消費電力を低減することができる。また、液晶バックライト駆動装置の構成を簡素なものとすることができ、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テレビジョン受像機の概略構成を示すブロック図。 トランスの１次側回路の具体的な構成を示す回路図。 本実施形態における液晶テレビジョン受像機（実施例）の電力損失を、従来の液晶バックライト駆動装置を適用した液晶テレビジョン受像機（比較例）の電力損失と対比して示す図。 従来の液晶テレビジョン受像機の概略構成を示すブロック図。

本発明の一実施形態による液晶テレビジョン受像機について図面を参照して説明する。図１は液晶テレビジョン受像機の概略構成を示している。液晶テレビジョン受像機１は、力率改善回路（ＰＦＣ（ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路）２と、ＬＥＤバックライト（ＬＥＤ−ＢＬ）駆動回路４と、液晶表示装置５と、映像処理系の絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、ＬＥＤバックライト（ＬＥＤ−ＢＬ）制御回路７と、映像信号入出力回路８と、フォトカプラー９と、映像信号処理回路１０と、液晶セル駆動回路１１等によって構成されている。

商用交流電源が接続される力率改善回路２、ＬＥＤバックライト駆動回路４及びＬＥＤバックライト５ａは、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６の１次側に、ユーザが接触する可能性のある映像／音声信号の入出力コネクタ、ジャック等が接続される映像信号入出力回路８、ＬＥＤバックライト制御回路７、映像信号処理回路１０、液晶セル駆動回路１１及び液晶セル５ｂは、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６の２次側に設けられている。１次側の回路と２次側の回路は、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６、フォトカプラー９等によって電気的に絶縁されている。

力率改善回路２は、整流回路２ａと、昇降圧回路２ｂを有している。整流回路２ａは、入力された交流商用電流を整流して出力する。昇降圧回路２ｂは、整流回路２ａからの出力電圧を昇圧又は降圧し、ＬＥＤバックライト駆動回路４及び絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６に出力する。ＬＥＤバックライト駆動回路４は、フォトカプラー９から出力された制御信号に基づいて液晶表示装置５のＬＥＤバックライト５ａを駆動する。液晶表示装置５は、ＬＥＤバックライト５ａと、ＬＥＤバックライト５ａから出射された光を選択的に透過させて画像を形成する液晶セル５ｂ等によって構成されている。

絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、絶縁型トランスを備え、力率改善回路２（昇降圧回路２ｂ）の直流出力電圧を１次側の入力電圧として使用し、２次側のＬＥＤバックライト制御回路７と、映像信号入出力回路８に直流電力を供給する。２次側において必要とされる電力は、ＬＥＤバックライト５ａの点灯に必要とされる電力に対して小さいため、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ６には小電力の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータが適用される。ＬＥＤバックライト制御回路７は、フォトカプラー９を介してＬＥＤバックライト駆動回路４を制御する。２次側のＬＥＤバックライト制御回路７から出力された制御信号は、フォトカプラー９によって２次側と電気的に絶縁された後、１次側のＬＥＤバックライト駆動回路４に伝達される。映像信号入出力回路８は、映像信号が入出力される。ＬＥＤバックライト制御回路７から出力された制御信号及び映像信号入出力回路８から出力された映像信号は、映像信号処理回路１０によって処理される。映像信号処理回路１０は、ＬＥＤバックライト制御回路７から出力された制御信号及び映像信号入出力回路８から出力された映像信号を処理し、液晶セル駆動回路１１を介して個々の液晶セル５ｂを制御する。

液晶セル５ｂは表示装置５の前面側に配置されていることから、事故等により前面ガラスが破損された場合、視聴者が液晶セル５ｂの電極に接触する危険があるため、２次側に接続しておいた方がよい。一方、ＬＥＤバックライト５ａは、液晶セル５ｂの背面から光を照射するために設けられているものであるから、１次側又は２次側のいずれに配設されていても問題は無い。実際に、ＬＥＤバックライト５ａは、液晶セル５ｂの背面又は側面に配置されており、拡散板等を介して所望の光を液晶セル５ｂに出射させる構成であるため、ユーザが接触する可能性のある部品との間で、容易に電気的絶縁を得ることができる。例えば側面のＬＥＤバックライト５ａの場合は、液晶セル５ｂの側面部に配置されているため、側面部の樹脂カバー等の絶縁強度を安全基準に定められている強度にすることで電気的絶縁を達せられる。また、背面型のＬＥＤバックライト５ａの場合であっても、例えば、拡散板等とＬＥＤバックライト５ａとの間に、所定の絶縁強度のある透明板を配置することにより安全基準に定められている絶縁強度を容易に得ることができる。

図２は、１次側回路の具体的な構成を示している。整流回路２ａは、ダイオードによるブリッヂ回路で構成され、商用交流電圧を整流する。整流回路２ａは、全波整流回路に限定されることはなく、半波整流回路であってもよい。昇降圧回路２ｂは、整流回路２ａによって整流された電圧をＬＥＤバックライト駆動回路４が必要とする電圧に昇降圧し、ＬＥＤバックライト駆動回路４に出力する。例えば、商用交流電圧が１００Ｖの場合、整流回路２ａから力率改善回路２に入力される電圧は、１４０Ｖ程度となる。一方、ＬＥＤバックライト駆動回路４が必要とする電圧は、２００Ｖである場合は、昇降圧回路２ｂは、昇圧回路として機能する。ＬＥＤバックライト駆動回路４が必要とする電圧は、表示装置５の画面サイズ等、すなわち直列に接続されるＬＥＤの数によって異なり（一般的には数十Ｖから百数十Ｖであるが特に限定されない）、整流回路２ａの出力電圧よりも低ければ、昇降圧回路２ｂは、降圧回路として機能する。整流回路２ａの出力電圧が、ＬＥＤバックライト駆動回路４が必要とする電圧と一致する場合は、昇降圧回路２ｂを省略してもよい。なお、昇降圧回路２ｂの回路構成は、従来の昇降圧型の力率改善回路と同等であり、例えば、ＦＥＴ等のスイッチ素子、ダイオード、コイル、コンデンサ及びスイッチ素子を制御する制御回路等によって構成される。

力率改善回路２から出力された電圧は、絶縁トランスを介さずに直接ＬＥＤバックライト駆動回路４の電源ラインに入力される。ＬＥＤバックライト駆動回路４の前段には絶縁トランスが使用されていないためＬＥＤバックライト駆動回路４は１次側のＧＮＤに接続される。

図３は、本実施形態における液晶テレビジョン受像機１（実施例）の電力損失を、従来の液晶バックライト駆動装置を適用した液晶テレビジョン受像機（比較例）の電力損失と対比して示している。例えば、映像処理系の電力を１０Ｗ、ＬＥＤ−ＢＬ系の電力を１５０Ｗ、力率改善回路２の効率を９０％、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の効率を８５％とすると、電力損失は、下記の式で計算される。
ＬＥＤ−ＢＬ系の電力損失 ＝ １５０Ｗ ×（（１／９０％）− １）
＝ １７Ｗ 式−３
映像処理系の電力損失 ＝ １０Ｗ ×（（１／（９０％ × ８５％））−１）
＝ ３Ｗ 式−４

また、図３に示されているように、本実施例では、ＬＥＤバックライトの駆動に大電力の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３（図４参照）を使用しないので、ＬＥＤ−ＢＬ系の電力が１９６Ｗから１６７Ｗに低減され、損失は４６Ｗから１７Ｗに削減されている。これはＬＥＤバックライトの駆動に大電力の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を使用する従来のＬＥＤ−ＢＬ系の電力損失と比較すれば、６４％が削減されることになる。これにより、液晶テレビジョン受像機全体の電力も２０９Ｗから１８０Ｗに低減され、電力低減効果は−１４％となる。

以上のように、本実施形態の液晶テレビジョン受像機１によれば、従来は必要とされており、かつ電力損失の大きいＬＥＤ駆動用の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３（図４参照）が不要となるので、電力損失を大幅に削減して、液晶テレビジョン受像機の消費電力を低減することができる。また、液晶テレビジョン受像機の構成を簡素なものとすることができ、コストダウンを図ることができる。

また、商用交流電源が接続される１次側回路と、ユーザが接触する可能性がある２次側回路とが、互いに電気的に絶縁されているので、消費電力や製造コストを低減した上で、安全性の高い液晶テレビジョン受像機を製造することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも力率改善回路２から出力された電圧が、絶縁トランスを介さずに直接ＬＥＤバックライト駆動回路４の電源ラインに入力されるように構成されていればよい。また、本発明は種々の変形が可能であり、例えば、力率改善回路２の昇降圧回路２ｂを省略して、整流回路２ａから出力された電圧が直接ＬＥＤバックライト駆動回路４の電源ラインに入力されるように構成してもよい。この場合は、更なるコストダウンを図ることができる。

１ 液晶テレビジョン受像機
２ 力率改善回路
２ａ 整流回路２ａ
２ｂ 昇降圧回路２ｂ
４ ＬＥＤバックライト駆動回路
５ａ ＬＥＤバックライト
５ｂ 液晶セル
１０ 映像信号処理回路
１１ 液晶セル駆動回路

Claims (4)

1. 商用交流電流を整流する整流回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶テレビジョン受像機において、
   前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記整流回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする液晶テレビジョン受像機。
2. 商用交流電流を整流し、その電圧を昇圧又は降圧させる力率改善回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶テレビジョン受像機において、
   前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記力率改善回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする液晶テレビジョン受像機。
3. 前記液晶セルを駆動する液晶セル駆動回路と、前記液晶セル駆動回路に電力を供給する絶縁型トランスをさらに備え、
   前記力率改善回路、ＬＥＤバックライト及びＬＥＤバックライト駆動回路は前記絶縁型トランスの１次側回路に、液晶セル駆動回路は前記絶縁型トランスの２次側回路にそれぞれ接続されて、前記１次側回路と前記２次側回路とは電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶テレビジョン受像機。
4. 商用交流電流を整流する整流回路と、液晶セルの背面から光を照射するＬＥＤバックライトと、前記ＬＥＤバックライトを駆動するＬＥＤバックライト駆動回路とを備えた液晶バックライト駆動装置において、
   前記ＬＥＤバックライト駆動回路は、前記整流回路から出力された直流電圧が直接入力されて、前記ＬＥＤバックライトを駆動することを特徴とする液晶バックライト駆動装置。

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