JP2014240854A - 液晶表示装置およびテレビジョン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低輝度モード(軽負荷時)であっても常に高い効率が維持できる電源を備えた液晶表示装置およびテレビジョン装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルを駆動する駆動システム部120と、液晶パネルを照明するバックライト光源部110と、バックライト光源部に対して電力を供給する第1の電源部13と、少なくとも駆動システム部に対して電力を供給する第2の電源部15と、バックライト光源部110に対する電源部の切り換えを行う制御部16とを有しており、制御部16は、バックライト光源部110の負荷が所定値以上の場合に第1の電源部13からバックライト光源部に電力を供給し、バックライト光源部110の負荷が所定値よりも小さい場合に第2の光源部15からバックライト光源部110に電力を供給するように、バックライト光源部110に対する電源部の切り換えを行っている。【選択図】図1
Description
本発明は、液晶表示装置およびテレビジョン装置に関し、詳しくは、軽負荷時の電源効率を高めた液晶表示装置およびテレビジョン装置に関する。
近年、テレビジョン装置の多機能化により、例えば液晶表示装置を用いたテレビジョン装置において、オーディオ専用(Audio Only)モードあるいは絵画モードなど、液晶表示装置の輝度を非常に小さくしたモード、すなわちバックライト光源の出力を非常に小さくしたモードで使用する場合がある。しかしながら、一般的に電源は定格電力時(通常視聴時)に効率が高くなるように設計されており、消費電力が小さい軽負荷のオーディオ専用モードや絵画モードの特殊時時には効率が下がってしまうという問題がある。一方、環境の観点からテレビジョン装置の消費電力が注目され、電源の高効率化が求められている。
図8は、従来の液晶表示装置の電源部の一構成例を模式的に示した図である。図8の液晶表示装置100は図示しない液晶パネルを有するとともに、交流電源(AC電源)101から供給される電力を整流ダイオード102によって整流し、整流した直流を、力率改善回路(以下、「PFC回路」という。)1031を備えたLLC電流共振回路(以下、「LLC回路」という。)1032からなる第1の電源部103と、フライバック回路を有する第2の電源部105とに供給している。そして、第1の電源部103からLEDドライブ回路104を介してバックライト光源部110の光源となるLED(発光ダイオード)に電力を供給し、第2の光源部105から液晶表示装置における液晶パネルの駆動回路を含む駆動システム部120に対して電力を供給している。
なお、第2の電源部105からは、液晶表示装置がテレビジョン装置に組み込まれた際に、待機時(スタンバイ時)にリモートコントロール回路からのユーザー操作を受け付けるための待機システム部130や、図示しないチューナ部、デコード部、映像信号処理部、音声信号処理部、音声出力部等の他の構成部に対しても電力を供給している。
図9は、PFC回路を備えたLLC回路からなる第1の電源部の出力−効率特性の一例を示す図である。図9で示すように、第1の電源部103は高電力帯での効率は高いが、低電力帯では効率が悪化している。これは、PFC回路が軽負荷になればなるほど効率の悪化を招くためであり、このため、図8に示す液晶表示装置では、バックライトの輝度を非常に小さくしたモード(低輝度モード)では、電源効率が顕著に悪くなってしまうという問題があった。
一方、電源部の高効率化を図るために、例えば特許文献1に開示された照明装置では、光源部に電力を供給するために複数の電源部を設け、光源部の点灯状態に応じて、複数の電源部のうち使用する電源部の数を決定して光源部に所定の電力を供給することが開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、光源部への電力供給用に使用する電源部を複数準備しなければならず、この技術を液晶表示装置に適用した場合は、バックライト光源部専用の電源部を複数準備し、負荷の状態に応じて使用する電源部の個数を変更することが必要となる。すなわち、通常視聴時では複数の電源部をすべて使用し、低負荷時には限られた数の電源部を利用することになるため、個々の電源部は利用時に高効率な使用状態となるが、複数の電源部を設ける必要があるため、回路規模が大きくなってしまうこととなる。さらに、バックライトの輝度を非常に小さくした場合は、1つの電源部を用いることになるため、効率の悪い低電力帯で使用せざるを得ない状況を避けることはできなかった。
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、電源の回路規模を全体として大きくすることなく、低輝度モード(軽負荷時)であっても常に高い効率が維持できる電源を備えた液晶表示装置およびテレビジョン装置を提供することをその目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、液晶パネルと、該液晶パネルを駆動する駆動システム部と、前記液晶パネルを照明するバックライト光源部と、該バックライト光源部に対して電力を供給する第1の電源部と、少なくとも前記駆動システム部に対して電力を供給する第2の電源部と、前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行う制御部とを有する液晶表示装置であって、前記制御部は、前記バックライト光源部の負荷が所定値以上の場合に前記第1の電源部から前記バックライト光源部に電力を供給し、前記バックライト光源部の負荷が前記所定値よりも小さい場合に前記第2の電源部から前記バックライト光源部に電力を供給するように、前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行うことを特徴としたものである。
第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記第2の電源部は、前記駆動システムおよび前記バックライト光源部以外の構成部に対しても電力を供給することを特徴としたものである。
第3の技術手段は、第1または2の技術手段において、前記第2の電源部がフライバック回路から構成される電源部であることを特徴としたものである。
第4の技術手段は、第1から3のいずれか1の技術手段において、前記第1の電源部が力率改善回路を備えたLLC電流共振回路から構成される電源部であることを特徴としたものである。
第5の技術手段は、第1〜4のいずれか1の技術手段である液晶表示装置を備えたテレビジョン装置である。
本発明によれば、液晶表示装置において、バックライト光源部に電力を供給するために、バックライト光源専用の第1の電源部と、駆動システム電源として用いられる第2の電源部とを効果的に切り換えることにより、液晶表示装置が低輝度モードで表示を行う場合であっても電源部の効率を常に高い効率に維持することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の液晶表示装置およびテレビジョン装置に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成部材は同じものであるとして、その説明を省略する場合がある。
図1は、本発明の一実施形態における液晶表示装置の電源部の構成例を模式的に示した図である。図1に示す液晶表示装置10は、交流電源(AC電源)11、整流ダイオード12、第1の電源部13、LEDドライブ回路14、第2の電源部15、制御部16、スイッチング部17、図示しない液晶パネルを照明するバックライト光源部110、液晶パネルのシャッターを駆動するための駆動システム部120、待機システム部130を有する。図1に示す液晶表示装置10は、図8で示した液晶表示装置に比べて、第2の電源部15からの出力がバックライト光源部110に対してもスイッチング部17を介して加えられるようになっており、LEDドライブ回路14からの検出出力に基づいて、バックライト光源部110に対する入力を第1の電源回路13からと第2の電源回路15からとに切り換えている点が異なっている。
すなわち、液晶表示装置10は、AC電源11から供給される電力を整流ダイオード12によって整流し、整流した直流を、PFC回路131を備えたLLC回路132からなる第1の電源部13と、フライバック回路を有する第2の電源部15とに供給している。そして、第1の電源部13は、バックライト光源部110に対する専用電源として、LEDドライブ回路14を介してバックライト光源部110の光源となるLEDに電力を供給している。PFC回路131を備えたLLC回路132からなる第1の電源部13は、小中電力用の電源として定格あるいは高負荷時に高い効率で作動することができる。また、第2の電源部15は、液晶表示装置における液晶パネルの駆動回路を含む駆動システム部120に対して電力を供給するとともに、スイッチング部17をオン状態にした際に、LEDドライブ回路14を介してバックライト光源部110に対しても電力を供給できるようになっている。
また、制御部16は、LEDドライブ回路14からの検出結果に基づいて、後で詳述するように、バックライト光源部110の負荷が所定値以上の場合に第1の電源部13からバックライト光源部110に電力を供給し、バックライト光源部110の負荷が所定値よりも小さい場合に第2の光源部15からバックライト光源部110に対して電力を供給するようにしている。
なお、第2の電源部15からは、液晶表示装置がテレビジョン装置に組み込まれた際に、待機時(スタンバイ時)にリモートコントロール回路からのユーザー操作を受け付けるための待機システム部130や、図示しないチューナ部、デコード部、映像信号処理部、音声信号処理部、音声出力部等の他の構成部に対しても電力を供給している点は、図8で示した液晶表示装置と同様である。
次に、図1に示した電源部の回路構成について説明する。図2は、図1に示した電源部の構成例の回路構成図であり、図3は、図2に示した回路構成図における負荷検出回路の具体例を示す図である。第1の電源部13のPFC回路131およびLLC回路132の主要部はIC(集積回路)によって構成することができ、PFC回路131およびLLC回路132へはスイッチング素子28を介して電源Vcc27から電力が供給される。そして、第1の電源部13からの電流はダイオード22を介してLEDドライブ回路14側のコンデンサ23に供給される。LEDドライブ回路14は、コンデンサ23からバックライト光源部110のLEDに供給される電流を、スイッチング回路19によってスイッチングすることによってデューティ制御(パルス幅制御)を行い、バックライト光源部110のLEDをデューティ比に応じた輝度で発光させる。
第2の電源部15からの出力はコンデンサ24に蓄えられ、駆動システム部120あるいは待機システム部130に供給される。また、第2の電源部15からの出力はスイッチング部17とダイオード25を介してLEDドライブ回路14側のコンデンサ23にも供給できるようになっている。ここで、スイッチング素子28とスイッチング部17とは制御部16に設けたコンパレータ26の出力に応じてスイッチングがなされ、スイッチング素子28がオンの場合はスイッチング部17がオフの状態となり、スイッチング素子28がオフの場合はスイッチング部17がオンの状態となるように制御される。
バックライト光源部110で消費される電力すなわちバックライト光源部110の負荷は、バックライト光源部110に供給される電力にほぼ等しい。そして、バックライト光源部110の負荷は、スイッチング回路19でのパルス幅制御におけるデューティ比によって決まるが、コンデンサ23の電位が一定であるとすれば、スイッチング回路19を流れる電流を検出することによってバックライト光源部110の負荷の大きさを知ることができる。
このため、本実施形態では、例えば、図3(A)に示すように、スイッチング回路19の前段に電流検出用のトランス31を挿入し、トランス31の2次コイル側に誘導される電流を、ダイオード32を介してコンデンサ33に蓄えることで電圧Vinに変換し、この電圧Vinをコンパレータ26の一方の入力端に出力している。あるいは、図3(B)に示すように、スイッチング回路19の前段に電流検出用の抵抗40を挿入し、抵抗40の両端の電位差を増幅器41で検出することにより、スイッチング回路19に流れる電流を電圧Vinに変換し、この電圧Vinをコンパレータ26の一方の入力端に出力している。したがって、コンパレータ26の入力電圧Vinはバックライト光源部110の負荷電力に比例している。
コンパレータ26の他方の入力端子には、所定の基準電圧Vrefが入力されており、電圧Vinが基準電圧Vref以上の場合は、スイッチング素子28がオンでスイッチング部17がオフの状態となり、電圧Vinが基準電圧Vrefよりも小さい場合は、スイッチング素子28がオフでスイッチング部17がオンの状態となる。すなわち、バックライト光源部110の負荷が所定値以上の場合には第1の電源部13からバックライト光源部110に電力が供給され、バックライト光源部110の負荷が所定値よりも小さい場合に第2の光源部15からバックライト光源部110に電力が供給されるようにバックライト光源部110に対する電源部の切り換えが行われる。
次に、バックライト光源部110に対する第1の電源部13と第2の電源部15の切り換えによる、液晶表示装置10の電源部全体の効率の変化について説明する。まず、第1の電源部13の出力―効率特性は、従来の液晶表示装置の第1の電源部103と同じであり、図9で示した出力―効率特性と同じである。そして、第1の電源部13は高電力帯での効率は高いが、低電力帯では効率が低下するという特性を有している。また、図4は、第2の電源部の出力―効率特性を示す図である。図4で示すようにフライバック回路からなる電源部は、比較的に小容量タイプの電源部であり、低電力帯においても効率の立ち上がりが良好な電源となっている。
なお、図9および図4で示す出力―効率特性は、定格出力を100%として表示しているが、第1の電源部13と第2の電源部の定格出力の大きさは異なるものであり、通常、第1の電源部の定格出力は第2の電源部15の定格出力よりも大きくなるように構成されている。また、第1の電源部13および第2の電源部15は、図示しないが定格出力以上を出力する場合は、その効率が定格出力の時よりも低下する。
図5は、本発明の一実施形態における液晶表示装置におけるバックライト光源部の負荷電力−効率特性を説明するための図である。図5において、曲線Aは第1の電源部13の負荷電力―効率特性を示す曲線であり、図8の第1の電源部の出力―効率特性の曲線と同じものである。ここで、図5の横軸はバックライト電源部の負荷電力を示しており、図5における定格時の負荷電力100%の大きさと図8の定格時の出力100%の大きさとは等しいものとして記載している。また、曲線BはP1点から立ち上がっているが、第2の電源部15の出力―効率特性の曲線を基に表示したものである。すなわち、バックライト光源部の定格時の負荷の大きさと第2の光源部15の定格時の出力の大きさとの比で、第2の電源部15の出力−効率特性の曲線を変更して図5に記載したものである。
ここで、第2の電源部15は、駆動システム部120等に電力を供給しており、P1点からP0点に相当する負荷W0は、第2の電源部15がバックライト光源部110以外の負荷に対して供給している電力に相当している。したがって、第2の電源部15がバックライト光源部110に対して電力を供給する場合は、負荷W0に加えてバックライト光源部110の負荷が加わるため、図のP1点から立ち上がり、バックライト光源部に電力を供給している際は、第2の電源部15は図5で示す負荷電力が0%以上での出力―効率特性の曲線Bに相当する特性部分で動作することになる。
また、曲線Aと曲線BとはP3点で交差しているが、少なくとも第2の電源部15はその定格出力が第1の電源部13よりも小さく、その定格出力を超えた際には効率が低下するため、第2の電源部15の出力―効率特性の曲線Bは第1の電源部15の出力―効率特性の曲線Aと交差することになる。
そして、図1に示す液晶表示装置10では、バックライト光源部110に対して、通常の視聴時ではバックライト光源専用の第1の電源部13から電力を供給し、低輝度時には駆動システム部120等に電力を供給している第2の電源部15から電力を供給するように切り換えている。そして、第1の電源部13と第2の電源部15との切り換えは、第1の電源部15の出力―効率特性の曲線Aと第2の電源部15の出力―効率特性の曲線Bとが交差するP3点で行っている。
次に、通常視聴時におけるバックライト光源部110の負荷を100%とし、液晶表示装置10を通常視聴から低輝度での視聴に徐々に移行させた場合について、液晶表示装置10の電源部全体の効率の変化について、図5に基づいて説明する。まず、通常視聴時においてバックライト光源部110の負荷電力は100%の状態にあり、この場合、スイッチング素子28がオンでスイッチング部17はオフの状態にある。そして、バックライト光源部110へは第1の電源部13のみから電力が供給されるとともに、第1の電源部13は図5のP4点で動作している。そして、バックライト光源部110の輝度を下げていくにしたがって、負荷電力は減少していき、電源部の効率は曲線A上を左側へ移動していく。この時に、負荷検出回路18からの出力Vinも徐々に減少していくことになる。
そして、バックライト光源110の負荷電力が、曲線Aと曲線Bとが交差するP3点の負荷電力(Q%)より小さくなった際に、スイッチング素子28がオフしスイッチング部17がオンするように、コンパレータ26の基準電圧Vrefが設定されている。このため、電源負荷電力がQ%よりも低い状態では、バックライト光源部110は第2の電源部から電力を供給されることになる。なお、切り換え時のP3点の負荷電力(Q%)は第1の電源部13と第2の電源部15の出力―効率特性を実測するとともに、第1の電源部13の駆動システム部等への負荷を求めることによって決定することができる。また、第1の電源部13の出力―効率特性を求め、効率の低下が顕著となる低負荷時に合わせて、第2の電源部15の出力−効率特性が所定の曲線となるように第2の電源部15を設計してもよい。
以上から、液晶表示装置10のバックライト光源部110が高輝度モードのQ%以上100%以下の領域で動作している際は、第1の光源部13は図5に示す負荷電力―効率特性の曲線AのP3点からP4点上で動作し、その際に、第2の電源部15はバックライト光源部110に対する電力供給がない負荷電力―効率特性の曲線BのP2点で動作することになる。また、バックライト光源部110が低輝度モードの0%以上Q%未満の領域で動作している際は、第2の光源部15は負荷電力―効率特性の曲線BのP2点からP3点上で動作し、その際に、第1の電源部13はバックライト光源部110に対する電力供給がないP0点の状態となる。
なお、第2の電源部15は、駆動システム部15以外の構成部に対しても電力を供給することがあるため、第2の電源部15がバックライト光源部110以外の負荷に対して電力を供給している負荷W0が変化する場合があるが、第2の電源部15の高効率な状態が維持される領域が広いため、この部分で曲線Bが曲線Aと交わるようにしておけば、バックライト光源部110以外の負荷W0の変動を受けなくすることができる。さらに、バックライト光源部の負荷電力の変化が曲線Aと曲線Bとが交差するP3点の負荷電力(Q%)の前後で頻繁に起こる際に、第1の電源部13と第2の電源部15との切り換えも頻繁に起こることになるため、コンパレータ26の出力が切り換わる際にヒステリシス特性を持たせることが望ましい。
以上に説明した実施形態では、低輝度モードでは第2の電源部15のみが動作しているため、第1の電源部13の軽負荷時での効率悪化の影響はなくなる。また、第2の電源部13も低負荷時には効率が悪化するが、常に駆動システム部等の負荷に電力を供給しているため、第2の電源部13が低負荷になることはなく効率の悪化は起こらない。そして、第1の電源部13と第2の電源部15のバックライト光源部110に対する電力供給の切り換えは、簡単な回路構成で行うことができるため、液晶表示装置10の電源ユニット内で行うことができる。
次に、本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。図6は、本発明の他の実施形態における液晶表示装置の電源部の構成例を模式的に示した図であり、図7は、図6に示した電源部の構成例の回路構成図である。
図6、図7に示す電源部の構成例は、図1、図2で示した電源部の構成例においてスイッチング部17を省略した点が異なっている。そして、図6、図7で示す電源部の構成例では、第1の電源部13の出力電圧が第2の電源部15の出力電圧よりも若干高なるようにしている。このため、第1の電源部13が動作している際は、コンデンサ21の電位は、コンデンサ24の電位よりも若干高くなり、第1の電源部13からLEDドライブ回路14を介してバックライト光源部110に電力が供給されるが、第2の電源部15からはバックライト光源部110に対して電力が供給されない。また、第1の電源部13が動作していない際は、コンデンサ21の電位は零となるため、第2の電源部15からLEDドライブ回路14を介してバックライト光源部110に電力が供給され、第1の電源部13からはバックライト光源部110に対して電力が供給されることはない。
したがって、図6、図7に示す電源部の構成例におけるバックライト光源部の負荷電力−効率特性は、図5で説明した液晶表示装置における負荷電力−効率特性と同じとなる。このように、図6、図7に示す電源部の構成例では、第1の電源部13の出力電圧、より詳しくは図5で示す負荷電力がQ%以上の領域における出力電圧が、第2の電源部15の出力電圧よりも大きくなるようにしておくことで、スイッチング部17を省いた構成とすることができる。その他の効果については、図1、図2で示した実施形態と同様である。
以上、本発明の実施形態として、バックライト光源として発光ダイオード(LED)を用いた例について説明したが、バックライト光源として冷陰極線管を用いてもよく、その場合は、LEDドライブ回路14を冷陰極線駆動回路として構成すればよい。また、第2の電源部として、フライバック回路から構成される電源部について説明したが、第2の電源部を第1の電源部と同様にPFC回路を備えたLLC回路から構成してもよく、さらに、他の構成の電源回路としてもよい。また、第1の電源部からの出力を停止させるために、PFC回路131およびLLC回路132への駆動電源の供給を遮断させたが、例えば、第1の電源部13の後段にスイッチング部を設け、このスイッチング部によってバックライト光源部110への電力の供給をオンオフするようにしてもよい。
以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、該液晶パネルを駆動する駆動システム部と、前記液晶パネルを照明するバックライト光源部と、該バックライト光源部に対して電力を供給する第1の電源部と、少なくとも前記駆動システム部に対して電力を供給する第2の電源部と、前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行う制御部とを有する液晶表示装置であって、前記制御部は、前記バックライト光源部の負荷が所定値以上の場合に前記第1の電源部から前記バックライト光源部に電力を供給し、前記バックライト光源部の負荷が前記所定値よりも小さい場合に前記第2の光源部から前記バックライト光源部に電力を供給するように前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行うことを特徴としている。これにより、液晶表示装置が低輝度モードで表示を行う場合であっても電源部の効率を常に高い効率に維持することができる。
また、前記第2の電源部は、前記駆動システムおよび前記バックライト光源部以外の構成部に対しても電力を供給することが望ましい。これにより、第2の電源部には常に負荷がかかるため、電源効率が低下することがない。
また、前記第2の電源部がフライバック回路から構成される電源部であることが望ましい。これにより、第2の電源部は比較的に小容量タイプの電源部として低電力帯においても効率の立ち上がりが良好な電源として構成することができる。
また、前記第1の電源部が力率改善回路を備えたLLC電流共振回路から構成される電源部であることが望ましい。これにより、第1の電源部は、小中電力用の電源として定格あるいは高負荷時に高い効率で作動する電源として構成することができる。
また、本発明のテレビジョン装置は、上記の液晶表示装置を備えたものであることを特徴としている。これにより、電源部の効率を常に高い効率に維持することができるテレビジョン装置を提供することができる。
また、バックライト光源部に対する電源部の切り換え時に、ヒステリシス特性を持たせることが望ましい。これにより、バックライト光源部の負荷が所定値を跨いで頻繁に変化する場合であっても、電源部の切り換えを追従させることなく安定させることができる。
10、10’…液晶表示装置、11,101…交流電源(AC電源)、12,102…整流ダイオード、13,103…第1の電源部、14,104…LEDドライブ回路、15,105…第2の電源部、16…制御部、17…スイッチング部、18…負荷検出回路、19…スイッチング回路、21,23,24,33…コンデンサ、22,25,32…ダイオード、27…電源、28…スイッチング素子、31…トランス、40…抵抗、41…増幅器、110…バックライト光源部、120…駆動システム部、130…待機システム部。
Claims (5)
- 液晶パネルと、該液晶パネルを駆動する駆動システム部と、前記液晶パネルを照明するバックライト光源部と、該バックライト光源部に対して電力を供給する第1の電源部と、少なくとも前記駆動システム部に対して電力を供給する第2の電源部と、前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行う制御部とを有する液晶表示装置であって、
前記制御部は、前記バックライト光源部の負荷が所定値以上の場合に前記第1の電源部から前記バックライト光源部に電力を供給し、前記バックライト光源部の負荷が前記所定値よりも小さい場合に前記第2の電源部から前記バックライト光源部に電力を供給するように、前記バックライト光源部に対する電源部の切り換えを行うことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第2の電源部は、前記駆動システムおよび前記バックライト光源部以外の構成部に対しても電力を供給することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第2の電源部がフライバック回路から構成される電源部であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記第1の電源部が力率改善回路を備えたLLC電流共振回路から構成される電源部であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の液晶表示装置。
- 請求項1〜4のいずれか1に記載の液晶表示装置を備えたテレビジョン装置。
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- 2013-06-11 JP JP2013122313A patent/JP2014240854A/ja active Pending
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