JP3590773B2

JP3590773B2 - 液晶表示装置の光源駆動装置

Info

Publication number: JP3590773B2
Application number: JP2001018583A
Authority: JP
Inventors: 光男辻; 哲也兼堀
Original assignee: 株式会社アイメス
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2002221701A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、透過型の液晶表示装置（液晶ディスプレイ）を照明する間欠照明装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
近年、液晶ディスプレイが普及し、表示装置における高画質化技術および動画対応技術が進展するに従って、液晶ディスプレイにおいても高精度、高輝度化が求められている。特に液晶ディスプレイにおいては、その高輝度化のために光源としての冷陰極蛍光管の本数が増加するに伴って、冷陰極蛍光管の光源用電源装置であるインバータのコストアップや、冷陰極蛍光管の電流のバラツキによる光学特性の劣化が問題になってきている。
【０００３】
一方、いわゆるデジタルマルチメディア時代には、液晶ディスプレイに対して輝度、視野角などの静止画表示性能だけでなく、良好な動画表示性能が求められている。動画表示の画質という点からは、まだＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）に優位性があり、液晶ディスプレイはＣＲＴと同等以上の表示性能を持つに至らない。液晶ディスプレイの動画質劣化の原因として、液晶の応答時間が遅いこと、動画を表示した場合にボケが知覚されること、が知られている。
このような動画質劣化を防止する方法として、表示光を間欠的に点灯（点滅）する間欠表示法と、表示光を多数画像の動きに沿った画面位置に配置する倍速表示法があり、現在倍速表示法が多用されている。しかしながら倍速表示法は、画像の補間技術が必要であり、この補間技術を実現するためには、表示システムおよび表示回路が複雑となる問題があった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、液晶ディスプレイにおける動画の画質を、簡単な構成で向上できる液晶表示装置の光源駆動装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
この目的を達成する本願発明は、液晶表示装置の冷陰極蛍光管を点灯させる光源駆動装置であって、入力したクロック周期で前記冷陰極蛍光管を間欠点灯させるインバータ電源装置と、該インバータ電源装置を駆動するクロックを出力する外部クロック手段と、前記冷陰極蛍光管を流れるランプ電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、前記外部クロック手段が出力するクロックよりも長い所定周期で間欠点灯させるように前記インバータ電源装置を制御するマイクロコンピュータとを備え、前記外部クロック手段はさらに、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換タイミングを設定するトリガパルスを、前記ランプ電流のピークを挟む一波長よりも短い所定時間出力し、前記マイクロコンピュータは、前記外部クロック手段からトリガパルスを受けてピークを挟む所定時間前記ランプ電流を前記Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換したデジタル値が所定値となるように前記間欠点灯における点灯期間と消灯期間の比を制御すること、に特徴を有する。
前記外部クロック手段のトリガパルスは、予め、前記ランプ電流のピークを測定できるように調整されるのが好ましい。そうして外部クロック手段は、前記間欠点灯の周期よりも短い周期で前記冷陰極蛍光管を点灯させるクロックを出力し、前記マイクロコンピュータは、前記間欠点灯の一周期において、前記クロックを前記インバータ電源装置に出力する点灯期間と出力しない非点灯期間を調整するＰＷＭ制御信号を出力する。前記マイクロコンピュータは、液晶表示装置のフィールド期間に同期して前記間欠点灯の周期を設定し、該フィールド期間内における点灯期間と消灯期間の比を前記ＰＷＭ制御信号により調整する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１および図２は、本発明を適用した液晶表示装置の光源駆動装置としての冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ（ｃｏｌｄｃａｔｈｏｄｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａｍｐ））駆動装置の回路構成の実施の形態を示す図である。この実施の形態は、ワンチップマイクロコンピュータ（以下「ＭＰＵ」）１１を中心としたデジタル制御系１０と、冷陰極蛍光管５１、昇圧トランス５３を含む共振回路および駆動回路を含むアナログ系５０とから構成されている。なお、図示しないが、この液晶表示装置は、冷陰極蛍光管５１によって照明する液晶ディスプレイと、例えばパーソナルコンピュータ等から入力された所定垂直周波数およびフィールド周波数の画像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ、輝度信号）により液晶ディスプレイを駆動する液晶駆動回路を備えている。本実施例の冷陰極蛍光管駆動装置は、フィールド信号に同期して動作する。
【０００７】
まず、図１を参照してデジタル制御系１０の構成について説明する。このデジタル制御系１０は、Ａ／Ｄコンバータ１３を内蔵したワンチップマイクロコンピュータとしてのＭＰＵ１１と、外部クロック手段としてのプログラム可能論理回路（以下「ＰＬＤ」）２１とを備えている。
ＭＰＵ１１は、冷陰極蛍光管５１を流れる電流計測のためのＡ／Ｄコンバータ１３と、冷陰極蛍光管５１を間欠点灯（間欠動作）させるための、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号の出力とシステムの制御機能を有する制御系１５とを備えている。
【０００８】
ＰＬＤ２１は、システムタイミングクロック部２３と、トリガタイミングクロック部２５を内蔵している。システムタイミングクロック部２３は、冷陰極蛍光管５１を点灯させるためのランプクロックを出力し、トリガタイミングクロック部２５は、電流測定用のトリガ（サンプリング）ポイントを設定するクロックを出力する。一方、制御系１５はパルス幅変調を可能にするＰＷＭ制御信号を出力する。制御系１５が出力するＰＷＭ制御信号およびシステムタイミングクロック部２３が出力するランプクロックはアンド回路３１に入力され、これらの入力の論理和が、アンド回路３１からランプドライブ・クロックＶ＋、Ｖ−として出力される。つまり、制御系１５がハイレベルのＰＷＭ制御信号を出力している間は、ランプクロックがアンド回路３１からランプドライブ・クロックＶ＋、Ｖ−として出力されるが、制御系１５がローレベルのＰＷＭ制御信号を出力している間は、ランプクロックのレベルにかかわらず、ローレベルの信号がアンド回路３１から出力される。ＭＰＵ１１が、システムタイミングクロック部２３から出力されるランプクロックをＰＷＭ制御する構成である。
【０００９】
以上の構成からなる本発明の実施形態において、ＭＰＵ１１は、ＰＬＤ２１からサンプリングトリガ信号が出力されたときにランプ電流計測を実行し、計測結果に基づき、最適なランプ電流値が得られるようにパルス幅変調して冷陰極蛍光管５１の点灯／非点灯時間を調整し、電流測定環境を最適化する。
【００１０】
このデジタル制御系１０によって制御する、インバータ電源装置としてのアナログ系５０の実施形態の構成を、図２に示した。昇圧トランス５３の一次側には、電源（図示せず）から、アナログ電源Ｖinと、ランプ（冷陰極蛍光管）ドライブ・クロックＶ＋、Ｖ−が供給されている。ドライブ・クロックＶ＋、Ｖ−は、インバータＩｎｖ1、Ｉｎｖ2と、電界効果トランジスタＴｒ1、Ｔｒ2を含むスイッチングデバイスを介して昇圧トランス５３の一次側に接続されたプッシュプル増幅回路に供給され、冷陰極蛍光管５１を正負の交互電流で点灯駆動する。
【００１１】
昇圧トランス５３の二次側には、コンデンサＣ１および冷陰極蛍光管５１を含む共振回路が構成されている。冷陰極蛍光管５１の一方の端子は昇圧トランス５３の二次側に接続され、冷陰極蛍光管５１の他方の端子は、抵抗Ｒ２を介して接地され、さらに冷陰極蛍光管５１の電流を検知する信号レベルを得るために電流信号出力を得るための抵抗Ｒ１が接続されている。この抵抗Ｒ１により、冷陰極蛍光管５１を流れるランプ電流に応じた信号レベル（ランプ電流検出出力）を電圧として検出している。
【００１２】
（1）間欠動作
本発明の実施形態では、冷陰極蛍光管５１を間欠動作（間欠点灯）させる。図３には、冷陰極蛍光管５１の点灯に関するタイミングチャートの一実施例を示してある。この実施例では、１フィールドにおいて、所定の点灯期間は、所定の点灯周波数で点灯させ、非点灯期間は消灯させている。つまり、本実施の形態においてＰＷＭ制御するのは、１フィールド周期における点灯期間と非点灯期間の比である。なお、図３において制御系１５は、点灯期間は所定の点灯周波数のＰＷＭ信号を出力し、非点灯期間はＰＷＭ制御信号を停止してローレベルとしている。
【００１３】
間欠動作は、ランプドライブ・クロックにより実現する。ランプドライブ・クロックは、間欠点灯の点灯サイクル（点灯周期）を決め、さらに点灯サイクルの１周期内において、冷陰極蛍光管５１を間欠点灯させる点灯期間と非点灯期間とを決定する。つまり冷陰極蛍光管５１は、ＬＡＭＰドライブ・クロックによりフィールド周波数に同期して間欠点灯する構成であり、明るさは１フィールド期間内における点灯期間／（点灯期間＋非点灯期間）の比、すなわちデューティー（％）として調整される。
このデューティー、つまり１フィールド期間内における点灯期間と消灯期間の比は可変であり、デューティーの変更は、制御系１５が出力するＰＷＭ制御信号により実現される。
【００１４】
昇圧トランス５３をデジタル信号で動作させる場合、動作初期にデジタル信号に追随できないためにインピーダンス不整合となり、いわゆる“トランス唸り”を発生する。本実施の形態では、このトランス唸りを防止するためにランプ電流値を緩やかに増大させるソフトスタートを実行し、トランス唸り防止と間欠動作の安定化を図っている。
【００１５】
（２）冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）のランプ電流ＩＣＣＦＬの計測方法
昇圧トランス５３の２次負荷が線形抵抗Ｒ２のみの場合の電流波形は正弦波となるが、二次負荷として冷陰極蛍光管５１が接続された場合の電流波形は非線形となり、歪みを伴う。この歪みは、冷陰極蛍光管５１のインピーダンス特性が、電圧印加開始時はハイインピーダンスであるが、点灯開始から時間経過とともに、二次側電圧が放電維持下限電圧まで降下し、高周波インピーダンス成分が減少していくためである。このような電流波形は４０ｋ〜６０ｋＨｚの周期的なものであり、ＭＰＵ１１内蔵のＡ／Ｄコンバータ１３で電流測定する場合、内蔵Ａ／Ｄコンバータ１３のＡ／Ｄ変換速度が電流の高速な変化に追従できないことがある。
【００１６】
そこで本実施の形態では、外部クロック手段であるＰＬＤ２１が内蔵したトリガタイミングクロック部２５から電流測定用トリガポイント設定信号を出力させてトリガポイントを設定し、電流近似が最も適切となるように、Ａ／Ｄコンバータ１３のサンプリングタイミングの設定を行なう。つまり、電流波形（位相）の所定の一点（を含む所定範囲）をサンプリング（積分）し、サンプリングした値（測定値）により全体の電流を推定する。図４には、パルス電流波形およびサンプリングのタイミングを示してある。この実施例では、所定の一点を、パルス電流の１波長（ｔランプクロック）内のピークを含む所定時間とし、その時間内の電流値を実測（サンプリング、積分）し、実測値をＡ／Ｄ変換している。そして、ＰＬＤ２１は、期待値であるピーク電流を測定できるように、トリガ点設定を実行する（図５）。図５において、縦軸はサンプリング電流値Ｉｓであり、横軸はトリガポイントである。本実施例では、サンプリング電流値Ｉｓが最大になるポイントについて測定する。
また、パルス電流値は、
ｋ×Ｉｓ
（ただし、ｋは定数）
によって設定できる。
【００１７】
一度トリガタイミングを設定しても時間が経過するとトリガタイミングがピーク時間Tpeakからずれることがある。図６には、ランプ電流の周期が２０μs（５０kHz）、サンプリング時間αが２．４２μsのとき、サンプリング時間αがピーク時間Tpeakからδ時間ずれた状態を示してある。
ここで発生した測定値のバラツキは、測定誤差Toleranceとして数１の式に示した近似式で表現できる。
【数１】

【００１８】
（３）ランプ電流（ＩＣＣＦＬ）のソフトスタートの影響による補正
本実施の形態では、放電開始時のラッシュ電流の抑制や昇圧トランス５３の唸りを減少させる為に、冷陰極蛍光管５１の間欠点灯をソフトスタートにより開始させる。つまり、冷陰極蛍光管５１の点灯開始初期期間（本実施例では１００〜２００μＳ）は、ランプ電流ＩＣＣＦＬが徐々に増加するように、デューティ調光における駆動パルス（ランプクロック）の幅をコントロールする。このようなソフトスタートでは、調光のデューティーが小さいときはデューティー比と電流比が一致せず、調光のリニアリティを確保することができなくなる場合がある。そこで本実施の形態では、駆動パルス数を、ＰＷＭ制御のデューティーを変えることによって増減させる。冷陰極蛍光管５１のランプ電流ＩＣＣＦＬのバラツキは、ＰＷＭ制御によって期待値に修正することが可能であり、この修正によってランプ電流ＩＣＣＦＬのバラツキを補正することができる。なお、期待値は、例えば、予め設計値として設定され、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに書き込まれている。
ＩＣＣＦＬ＝補正係数（Ｄｕｔｙ）×パルス数（１００％時）×パルス電流
パルス数（Ｄｕｔｙ時）＝補正係数Ａ（Ｄｕｔｙ）×パルス数（１００％時）
Ａ＝｛（Ｄ−Ｉｓ／Ｉａ）／（１−Ｉｓ／Ｉａ）｝×（１−Ｔｓ／Ｔａ）＋Ｔｓ／Ｔａ
ただし、パルス数：１フィールド周期内のパルス数、
Ｉｓ：ソフトスタート積算電流、
Ｉａ：全積算電流、
Ｔｓ：ソフトスタート時間、
Ｔａ：フィールド周期、
Ｄ：Ｄｕｔｙ期待値、
Ａ：Ｔａに対する補正係数。
【００１９】
（４）ランプ電流ＩＣＣＦＬのバラツキ補正
以上のようにランプ電流ＩＣＣＦＬは、冷陰極蛍光管５１、昇圧トランス５３、或いは動作環境（温度、電圧、経時劣化など）によりばらつく。そこで、ＭＰＵ１１は、計測電流を、例えば不揮発性メモリに予めメモリされている期待値と比較し、計測電流が期待値と同等になるように、ＰＷＭのデューティーを初期値から補正する。つまりＭＰＵ１１は、以上の式により求めた補正係数Ａ、パルス数（デューティ時）により、計測ランプ電流が予め設定した所定値となるように制御系１５にフィードバックし、ＰＷＭ信号のデューティーを設定する。
【００２０】
図７には、ランプ電流ＩＣＣＦＬのバラツキを、デューティの変更によって期待値に収束させる様子をグラフで示した。このように本発明の実施形態では、間欠駆動するパルス数を変更、つまりデューティの調整によってランプ電流ＩＣＣＦＬが期待値（所定値）になるように補正している。図８には、デューティと補正前のランプ電流ＩＣＣＦＬおよび補正後のランプ電流ＩＣＣＦとの関係を示した。このように補正することによって、ランプ電流ＩＣＣＦＬの偏差（期待値に対する誤差）を最小に抑え、偏差をサンプリングの精度誤差程度に抑え込むことができる。
以上の通り本発明の実施形態について添附図面を参照して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、冷陰極蛍光管を流れる電流のＡ／Ｄ変換を、外部クロック手段が出力するクロックに同期させるので、ピークを挟んでの電流測定が容易になり、一定の安定した明るさで冷陰極蛍光管を点灯させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液晶表示装置の光源駆動装置である冷陰極蛍光管駆動装置の制御系の回路構成の実施の形態を示す図である。
【図２】同冷陰極蛍光管駆動装置のアナログ系の回路構成の実施の形態を示す図である。
【図３】同冷陰極蛍光管駆動装置のランプドライバ・クロックのタイミングチャートを示す図である。
【図４】パルス電流波形およびサンプリングのタイミングをグラフで示す図である。
【図５】同冷陰極蛍光管駆動装置のパルス電流波形およびサンプリングのタイミングをグラフで示す図である。
【図６】同冷陰極蛍光管駆動装置のサンプリングがランプ電流のピークからずれたときの様子をグラフで示す図である。
【図７】同冷陰極蛍光管駆動装置における、ランプ電流ＩＣＣＦＬバラツキ補正の様子をグラフで示す図である。
【図８】デューティと補正前のランプ電流ＩＣＣＦＬおよび補正後のランプ電流ＩＣＣＦとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０デジタル制御系
１１ワンチップマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）
１５制御系
２１プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）
２３システムタイミングクロック部
２５トリガタイミングクロック部
５０アナログ系
５１冷陰極蛍光管
５３昇圧トランス

Claims

液晶表示装置の冷陰極蛍光管を点灯させる光源駆動装置であって、
入力したクロック周期で前記冷陰極蛍光管を間欠点灯させるインバータ電源装置と、
該インバータ電源装置を駆動するクロックを出力する外部クロック手段と、
前記冷陰極蛍光管を流れるランプ電流をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記外部クロック手段が出力するクロックよりも長い所定周期で間欠点灯させるように前記インバータ電源装置を制御するマイクロコンピュータとを備え、
前記外部クロック手段はさらに、前記Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換タイミングを設定するトリガパルスを、前記ランプ電流のピークを挟む一波長よりも短い所定時間出力し、
前記マイクロコンピュータは、前記外部クロック手段からトリガパルスを受けてピークを挟む所定時間前記ランプ電流を前記Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換したデジタル値が所定値となるように前記間欠点灯における点灯期間と消灯期間の比を制御すること、を特徴とする液晶表示装置の光源駆動装置。
前記外部クロック手段のトリガパルスは、予め、前記ランプ電流のピークを測定できるように調整される請求項１記載の液晶表示装置の光源駆動装置。
前記マイクロコンピュータは、前記間欠点灯の一周期において、前記クロックを前記インバータ電源装置に出力する点灯期間と出力しない非点灯期間をＰＷＭ制御する請求項１または２記載の液晶表示装置の光源駆動装置。
前記マイクロコンピュータは、液晶表示装置のフィールド期間に同期して前記間欠点灯の周期を設定し、該フィールド期間内における点灯期間と消灯期間の比を前記ＰＷＭ制御により調整する請求項１から３のいずれか一項記載の液晶表示装置の光源駆動装置。