JP2024067245A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非常用発電機などの変動しやすく不安定な電源供給においても正常動作を極力継続可能な表示装置を提供する。【解決手段】外部電源Ｐｅによって動作する表示装置１００であって、外部電源Ｐｅからの供給電圧を所定の動作電圧に変換する電源回路１１と、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動頻度を判定する判定部２２ａと、判定部２２ａによって変動頻度が第１基準値ＳＶ１以上と判定された場合に、第１動作電圧Ｖ１で動作する第１モードから第１動作電圧Ｖ１よりも低い第２動作電圧Ｖ２で動作する第２モードに切り替える制御部２２ｂとを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、外部電源によって動作する表示装置に関し、特に非常用発電機などの変動しやすく不安定な電源供給においても正常動作を極力継続可能な表示装置に関する。

特許文献１には、電源電圧が低下した場合でもシステム動作が不安定になる事態をできるだけ回避できるように、電源電圧が所与の閾値電圧以下に低下したことを検出したとき、液晶表示装置の表示領域を小さくするマイクロコンピュータが記載されている。

特開２０１０－３２７４７号公報

災害などで電源システムに不具合が生じて、商用電源などの正規電源が非常用発電機や無停電電源装置などに切り替わると、供給能力が低下して瞬電や電圧変動の増加、電源波形の本来の正弦波からの歪み増加など、様々な変動要因が発生し得る。波形の歪みは電圧低下として現れるが、低下した供給電圧でも機能を保とうとするために消費電流が増大し、非常用発電機などに更なる負担をかけることになる。従来のような大まかな切替では十分な対応が困難である。

非常用発電機や無停電電源装置などによる電源供給では、同一電源に接続された各装置の稼働状態によって刻一刻、電源状況が変化する。そのため、電源の瞬間的な電圧低下（「瞬低」とも言う）や停電（「瞬停」又は「瞬断」とも言う）、周波数の変動など、通常の電源システムで想定された範囲を超える変動が生じ得る。特に、表示機能のために最大で全体の８０％程度の電力を消費するディスプレイやモニターなどの表示装置では、このような課題の影響を受けやすい。

本開示は、非常用発電機などの変動しやすく不安定な電源供給においても正常動作を極力継続可能な表示装置を提供することを目的とする。

本開示の表示装置は、外部電源によって動作する表示装置であって、前記外部電源からの供給電圧を所定の動作電圧に変換する電源回路と、前記外部電源からの前記供給電圧の変動頻度を判定する判定部と、前記判定部によって前記変動頻度が第１基準値以上と判定された場合に、第１動作電圧で動作する第１モードから前記第１動作電圧よりも低い第２動作電圧で動作する第２モードに切り替える制御部とを備える。

本開示によれば、非常用発電機などの変動しやすく不安定な電源供給においても正常動作を極力継続可能となる。

本開示の一実施形態に係る表示装置１００の構成を示すブロック図である。 通常の電源システムにおける理想的な電圧波形を示すグラフである。 図２Ａの場合における理想的な負荷装置による消費電流波形を例示するグラフである。 供給能力が低い電源システムにおける現実の電気機器の影響で歪んだ電圧波形を例示するグラフである。 図３Ａの場合における消費電流波形を示すグラフである。 正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬停が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。 普通では起こらない頻度及び幅の瞬停が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。 正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬低が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。 普通では起こらない頻度及び幅の電圧変動が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。 正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬停が発生した供給電圧波形の例と、対応する電源内部電圧波形、動作設定（動作モード）、及び消費電力波形とを示すタイムチャートである。 普通では起こらない頻度及び幅の電圧変動が発生した供給電圧波形の例と、対応する電源内部電圧波形、動作設定（動作モード）、及び消費電力波形とを示すタイムチャートである。

本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

１．１ 表示装置１００の構成
図１は本開示の一実施形態に係る表示装置１００の構成を示すブロック図である。この図１に示すように、表示装置１００は外部電源Ｐｅによって動作するように構成されている。外部電源Ｐｅとしては、例えば交流の商用電源（供給電圧は１００Ｖ又は２００Ｖ、周波数は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）が挙げられるが、これに限らない。

表示装置１００は、主電源回路１１及び電源状態検出回路１２を有する電源ユニット１０と、メイン回路２１と、マイコン２２と、入出力端子２３と、表示パネル２４と、バックライト２５と、記憶装置２６とを備えている。なお、この図１におけるブロック間の二重線は電力供給のための電源ラインを示し、細線は検出信号や動作制御信号などの制御信号ラインを示している。

主電源回路１１は、外部から供給される外部電源Ｐｅに対して整流、平滑化、変圧などを行うことで安定化された直流電圧Ｖｍに変換する。この直流電圧Ｖｍは、メイン回路２１の動作電圧に適合しており、主電源回路１１からメイン回路２１へ供給される。なお、この主電源回路１１が本開示の「電源回路」に対応する。

電源状態検出回路１２は、主電源回路１１内部の状態、例えば内部電圧の瞬停や瞬低などを検出してその結果をマイコン２２へ伝達する。

メイン回路２１は、マイコン２２、表示パネル２４、バックライト２５に、それぞれの動作電圧に適合した直流電圧Ｖ２２、Ｖ２４，Ｖ２５を供給する。なお、これら以外に別の電源ラインを設けてもよい。メイン回路２１は、マイコン２２からの指令に従って表示パネル２４やバックライト２５などの制御を行う。

マイコン２２は、記憶装置２６に予め記憶された制御プログラムを読み込んで実行することで、メイン回路２１自体を制御するとともに、メイン回路２１を介して表示パネル２４やバックライト２５などを制御する。なお、その制御プログラムを読み込むことで、本開示の「判定部」及び「制御部」がマイコン２２内に具現化されるが、これらの詳細については後述する。

入出力端子２３は、メイン回路２１と表示装置１００の外部との間で映像やデータなどの入出力を行うために設けられている。

表示パネル２４は、メイン回路２１からの制御信号に従って画像、映像、文字、各種データなどを表示する。表示パネル２４としては、バックライト２５が必要な液晶（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）パネルを想定しているが、これに限らない。例えば、自発光型の有機ＥＬ（ＯＥＬ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルを代わりに使用すれば、バックライト２５は不要となる。なお、この表示パネル２４が本開示の「表示部」に対応する。

バックライト２５は、非自発光型の表示パネル２４の裏側に配置する光源である。バックライト方式としては、パネルの左右、上下、又は上下左右にそれぞれ蛍光管やＬＥＤなどを配置した「エッジ型」、パネルの真後ろにＬＥＤなどの多数の光源を配置した「直下型」などが挙げられる。「直下型」の場合、直下型ＬＥＤを複数領域に分割し、画面各部の明暗に合わせて領域毎のＬＥＤの発光輝度を調節するローカルディミング方式を採用してもよい。

記憶装置２６は、マイコン２２を制御するＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や制御プログラム、各種設定情報、制御データなどを記憶する。記憶装置２６としては、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどが挙げられるが、これらに限らない。

１．２ 外部電源からの供給電圧及び消費電流の理想と現実
図２Ａは通常の電源システムにおける理想的な電圧波形を示すグラフである。図２Ｂはこの場合における理想的な負荷装置による消費電流波形を示すグラフである。図３Ａは供給能力が低い電源システムにおける現実の電気機器の影響で歪んだ電圧波形を例示するグラフである。図３Ｂはこの場合における消費電流波形を示すグラフである。

交流の商用電源のように、通常の電源システムにおける理想的な電圧波形は、図２Ａに示すような正弦波状である。このような電源システムに理想的な負荷装置を接続した場合における消費電流波形は、図２Ｂに示すようにやはり正弦波状である。

一方、非常用発電機や無停電電源装置などの供給能力が低い電源システムでは、現実の電気機器の影響によって、例えば図３Ａに示すように歪んだ電圧波形となる。その電気機器の消費電流波形は、図３Ｂに示すように、やはり正弦波とは大きく異なる歪んだ形状となる。

１．３ 表示装置１００の動作モード及びその切り替え
表示装置１００は、正常動作のための通常モード以外に、必要に応じて電力低減モードへの切り替えが可能に構成されている。なお、通常モードが本開示の「第１モード」に対応し、電力低減モードが本開示の「第２モード」に対応する。

マイコン２２内に具現化されている判定部２２ａは、電源状態検出回路１２による検出結果に基づいて外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動頻度の判定を行う。判定部２２ａは、具体的には供給電圧の瞬停や瞬低により供給電圧が閾値Ｖｔｈを下回った場合に電圧低下を検出し、電圧低下の時間幅や発生頻度（例えば１周期内の発生回数）などを検出し、変動頻度が予め定められた第１基準値ＳＶ１以上か否かの判定を行う。判定部２２ａはさらに、外部電源Ｐｅからの供給電圧が所定時間以下の短期間内に所定の電圧変動量以上低下する瞬間低下現象（瞬低）を観測し、その瞬間低下現象の時間あたりの発生回数を変動頻度として判定する、

供給電圧の変動頻度が第１基準値ＳＶ１以上であると判定部２２ａによって判定された場合、マイコン２２内に具現化されている制御部２２ｂは、正常動作のための通常モードから電力低減モードに切り替える。なお、供給電圧の変動頻度が第１基準値ＳＶ１未満であれば、通常モードをそのまま維持する。

電力低減モードの動作電圧（第２動作電圧Ｖ２）は、通常モードの動作電圧（第１動作電圧Ｖ１）より低く設定されている。つまり、電力低減モードへの切り替えによって動作電圧が低くなることで消費電力が削減される。電力低減モードでは、制御部２２ｂはさらに、バックライト２５の定常輝度及び／又は最大輝度を低く変更する。これにより、平均消費電力や最大消費電力が大きく削減されるので、外部電源Ｐｅからの供給電圧の瞬停や瞬低などの変動への耐性が向上するので、安定した動作が可能となる。

なお、電力低減モードを１つだけ設けるのではなく、複数の電力低減モードを設けて、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動頻度に応じて電力低減モードを段階的に切り替えるようにしてもよい。例えば、上述した電力低減モードを第１電力低減モードとして扱うとともに、この第１電力低減モードよりもさらに動作電圧が低い第２電力低減モードを設ける。つまり、第２電力低減モードの第３動作電圧Ｖ３は、第１電力低減モードの第２動作電圧Ｖ２よりも低く設定される。

そして、第１電力低減モードで動作中に、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動頻度が第１基準値ＳＶ１よりも大きい第２基準値ＳＶ２以上であると判定部２２ａによって判定されると、制御部２２ｂは、第１電力低減モードから第２電力低減モードに切り替える。なお、第２電力低減モードが本開示の「第３モード」に対応する。

１．４ 表示装置１００の動作モードの切り替えの例
図４Ａは正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬停が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。図４Ｂは普通では起こらない頻度及び幅の瞬停が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。

図４Ａに示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る頻度の瞬停であれば、動作モードを切り替えることなく通常モードをそのまま維持する。

一方、図４Ｂに示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、通常起こり得る頻度を越える、つまり普通では起こらない頻度及び時間幅の瞬停であれば、正常動作が必ずしも保証できなくなるので、通常モードから電力低減モードに切り替える。これにより、安定した動作を保証できる。

図５Ａは正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬低が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。図５Ｂは普通では起こらない頻度及び幅の電圧変動が発生した供給電圧波形を例示するグラフである。

図４Ａ及び図４Ｂには瞬停の場合を示したが、瞬間的な電圧低下、すなわち瞬低でもほぼ同様の制御が行われる。

図５Ａに示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る頻度の瞬低であれば、動作モードを切り替えることなく通常モードをそのまま維持する。

一方、図５Ｂに示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、通常起こり得る頻度を越える、つまり普通では起こらない頻度及び時間幅の瞬低であれば、正常動作が必ずしも保証できなくなるので、通常モードから電力低減モードに切り替える。これにより、安定した動作を保証できる。

図６は、図５Ａと同様に、正常動作が維持できるレベルの通常起こり得る瞬停が発生した供給電圧波形の例と、対応する電源内部電圧波形、動作設定（動作モード）、及び消費電力波形とを示すタイムチャートである。

この図６に示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、正常動作が維持できるレベルであって通常起こり得る頻度の瞬低であれば、動作モードは切り替えない。このような瞬低であれば、主電源回路１１の内部電圧も少し低下するものの、全ての時間において正常動作の限界値Ｖｌｉｍ以上の範囲に留まるからである。

動作モードを切り替えないので、動作モードは通常モードのままで維持される。消費電力は、図６Ｄに示すように、ほぼ一定である。

図７は、図５Ｂと同様に、普通では起こらない頻度及び幅の電圧変動が発生した供給電圧波形の例と、対応する電源内部電圧波形、動作設定（動作モード）、及び消費電力波形とを示すタイムチャートである。

この図７に示すように、外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動が、通常起こり得る頻度を越える、つまり普通では起こらない頻度及び時間幅の瞬低である。この場合、主電源回路１１の内部電圧が瞬間的に正常動作の限界値Ｖｌｉｍ以下に低下し、正常動作が必ずしも保証できなくなるので、通常モードから電力低減モードに切り替える。これにより、安定した動作を保証できる。

その後も外部電源Ｐｅからの供給電圧の変動の監視を継続する。供給電圧の変動が小さくなって、正常動作が維持できるレベルまで回復すれば、電力低減モードから再び通常モードに切り替えればよい。

動作モードは通常モードから電力低減モードに切り替えられ、その後に再び通常モードに切り替えられる。消費電力は、電力低減モードに切り替えられると減少する。その後に再び通常モードに切り替えられると、消費電力も元に戻る。

本開示は、外部電源によって動作する表示装置などに利用可能である。

１０ 電源ユニット
１１ 主電源回路
１２ 電源状態検出回路
２１ メイン回路
２２ マイコン
２２ａ 判定部
２２ｂ 制御部
２３ 入出力端子
２４ 表示パネル
２５ バックライト
２６ 記憶装置
１００ 表示装置

Claims (5)

1. 外部電源によって動作する表示装置であって、
   前記外部電源からの供給電圧を所定の動作電圧に変換する電源回路と、
   前記外部電源からの前記供給電圧の変動頻度を判定する判定部と、
   前記判定部によって前記変動頻度が第１基準値以上と判定された場合に、第１動作電圧で動作する第１モードから前記第１動作電圧よりも低い第２動作電圧で動作する第２モードに切り替える制御部と
   を備える、表示装置。
2. 前記判定部は、前記外部電源からの前記供給電圧が所定時間以下の短期間内に所定の電圧変動量以上低下する瞬間低下現象を観測し、前記瞬間低下現象の時間あたりの発生回数を前記変動頻度として判定する、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記制御部は、前記判定部によって前記変動頻度が前記第１基準値よりも大きい第２基準値以上と判定された場合に、前記第２動作電圧よりも低い第３動作電圧で動作する第３モードに切り替える、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
4. 表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記動作電圧の大きさに応じて前記表示部の定常輝度及び／又は最大輝度を変更する、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
5. バックライトを有する表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記動作電圧の大きさに応じて前記バックライトの定常輝度及び／又は最大輝度を変更する、請求項１又は請求項２に記載の表示装置。

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