JP4157948B2 - ランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置に関し、特に、安全規格を遵守できる保護回路を有するランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置（以下、“ＬＣＤ”という）は軽量、薄型、低消費電力駆動などの特徴により、その応用範囲が益々広まっており、事務自動化機器、オーディオ／ビデオ機器などに用いられている。一方、ＬＣＤは、マトリックス状に配列された複数の制御用スイッチに印加される映像信号によって光ビームの透過量が調節され、画面に希望する画像を表示することになる。

このようなＬＣＤは自発光表示装置でないので、バックライトのような光源が必要となる。このようなＬＣＤ用バックライトは、ランプの配置によって直下型方式とエッジ型方式があり、また、ランプの形態によって冷陰極管ランプ及び外部電極型ランプなどがある。

ランプの配置による区分方式において、エッジ型方式は平板の周りにランプを設けたものであって、ランプから透明な導光板を用いて液晶パネルの全体の面に光が入射する。直下型は平面にランプを複数個配置する。そして、ランプと液晶パネルとの間に拡散板を設けて液晶パネルとランプとの間を一定に維持する。

また、ランプの形態による区分方式において、冷陰極管ランプ（Cold Cathode Fluerescent Lamp）方式は、ランプのガラス管の両端部に電極をガラス管内部に挿入して電源を供給することになる。一方、外部電極蛍光ランプ（External Electrode Fluerescent Lighting）方式は、ランプのガラス管の両端部をメタル材質で覆いかぶせる電極部に電源を供給することになる。

図１は、関連するランプ駆動装置６０を示す図面である。
図１を参照すると、ランプ駆動装置６０は、複数のランプ３６と接続すると共に、外部電源から直流電源（Ｖｉｎ）の供給を受けて交流信号に変換するインバータ４６と、インバータ４６から発生する交流信号を昇圧して昇圧した交流信号をランプ３６に供給するトランス４８と、インバータ４６からランプ３６に供給される電流を検出するためのフィードバック回路４２と、フィードバック回路４２から発生するフィードバック信号によりインバータ４６を制御する制御部４４とを備える。

ここで、トランス４８は、インバータ４６に接続した一次巻線５１と、ランプ３６側に接続された二次巻線５３と、一次及び二次巻線５１、５３間に配置される補助巻線５２とを備える。

このような構造を有するランプ駆動装置６０は、使用者の安全を考慮して安全規格を満足しなければならない。この安全規格は、使用者がランプ駆動装置６０に接触した際、使用者を通じて流れる電流がシステム動作周波数の０．７倍以下の電流（ｍＡ）として制限されなければならないというものである。このような規格を満足するために、単一ランプ製造時に、この安全規格を考慮して製造されることになる。

具体的に説明すると、使用者のランプ駆動装置６０の接触を無負荷性２ＫΩに、ランプ３６の等価抵抗成分を通常の値である約２００ＫΩに、使用周波数は６５ＫＨｚに、ランプ３６が正常動作である際に二次巻線５３の電圧を１５００Ｖに各々対応させると、２ＫΩが二次巻線５３に接触した際、二次巻線５３の共振特性が急激に変化することになる。

一般的に、二次巻線５３は並列共振することになり、並列共振において入力と出力の電圧利得は負荷の抵抗成分に比例して利得が変化することになる。即ち、ランプ５３の等価抵抗成分２００ＫΩと使用者の無負荷抵抗５９の２ＫΩは並列で接続することになり、二次巻線５３側から見た等価抵抗は約２ＫΩ（２００ＫΩ//２ＫΩ）であって、約１/１００の負荷変化が発生することにより、二次巻線５３の電圧も約１/１００の利得変化が発生して安全規格を満足することになる。

定量的に計算すると、６５ＫＨｚ周波数使用のランプ安全規格制限電流は４６ｍＡ（０．７×６５）である。また、二次巻線５３の電圧は利得が１/１００であるので、約１５Ｖ（１５００×１/１００）となり、２ＫΩを通す電流はオームの法則により７ｍＡとなるので、安全規格の４６ｍＡ以下の規格を満足することになる。

しかし、複数個のランプ３６を駆動することになる場合、例えば、１０個のランプ３６を複数駆動することになる場合には、ランプ３６の等価抵抗は２０ＫΩとなり、この際、システムに使用者が接続する際、即ち、無負荷抵抗５９の２ＫΩが接続することになると、出力電圧の利得は１／１０となり、これによって、二次巻線５３の電圧は約１５０Ｖとなり、無負荷抵抗５９に流れる電流は７０ｍＡとなって安全規格を満足できなくなる。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、ランプの個数に関係なしに安全規格を遵守することができるランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記のような本発明の目的を達成するために、本発明に係るランプ駆動装置は、少なくとも１つのランプと、交流信号を供給するインバータと、前記インバータからの信号を第１電圧及び第２電圧に昇圧して昇圧した第１電圧及び第２電圧を前記ランプの第１端及び第２端に供給するトランスと、前記ランプに供給される前記第１電圧及び前記第２電圧をそれぞれ検出して第１検出信号及び第２検出信号を出力する第１検出部及び第２検出部と、前記第１検出部及び前記第２検出部により検出された第１電圧及び第２電圧を合わせて直流レベルに積分する整流部と、前記整流部により積分された信号を所定のしきい値と比較する比較部と、前記比較部からの比較結果に対応して前記インバータをシャットダウン状態と作動状態のうちいずれか１つの状態に切り換えるトランジスタとを含み、前記第１電圧及び前記第２電圧の極性は、互いに異なり、前記整流部により積分された信号は、前記第１電圧と前記第２電圧が同じ大きさを有する場合、互いに相殺され、ゼロレベルの信号となり、前記第１電圧と前記第２電圧が互いに異なる大きさを持ち、互いに相殺されない場合、一定レベルの信号となることを特徴とする。

また、本発明に係るランプ駆動方法は、インバータからの交流信号をそれぞれ第１電圧及び第２電圧に昇圧し、昇圧した信号をランプに供給するトランスに結合した少なくとも１つのランプを駆動する駆動方法において、前記ランプの第１端及び第２端に供給される前記第１電圧及び第２電圧をそれぞれ検出して第１検出信号及び第２検出信号を出力するステップと、前記第１検出信号及び第２検出信号を合わせて直流レベルに積分するステップと、前記積分された信号を所定のしきい値と比較するステップと、前記比較結果に基づいて前記インバータをシャットダウンさせるステップとを含み、前記第１電圧及び前記第２電圧の極性は、互いに異なり、前記積分された信号は、前記第１電圧と前記第２電圧が同じ大きさを有する場合、互いに相殺され、ゼロレベルの信号となり、前記第１電圧と前記第２電圧が互いに異なる大きさを持ち、互いに相殺されない場合、一定レベルの信号となることを特徴とする。

さらに、本発明に係る液晶表示装置は、上記構成のランプ駆動装置に対し、画像を表示する液晶パネルをさらに備え、前記ランプは、前記液晶パネルに光を照射することを特徴とするものである。

上述のように、本発明に係るランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置は、ランプの個数に関係なしにランプ駆動装置の安全規格を遵守することができる。また、本発明に係るランプ駆動装置は、複数個のランプを群単位で適用させる場合に、安全規格を遵守するために基準電圧のみ変更し満足することができるので、多様な種類及び個数のランプに適用できることになる。

図２は、本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置を含む液晶表示装置を示す図面である。
図２を参照すると、本発明の実施の形態に係る直下型バックライトを採択した液晶表示装置は、画像を表示するための液晶パネル１０２と、液晶パネル１０２に均一な光を照射するために管電流を一定に維持するランプ１３６を含むバックライトアセンブリと、バックライトアセンブリを駆動させるランプ駆動装置１６０とを備える。

液晶パネル１０２には、上部及び下部基板の間に液晶セルがアクティブマトリックス状に配列されて、この液晶セルの各々に電界を印加するための画素電極と共通電極が設けられることになる。このような画素電極の各々はスイッチ素子として使われる薄膜トランジスタに接続することになる。画素電極は、薄膜トランジスタを通じて供給されるデータ信号によって共通電極と共に液晶セルを駆動し、ビデオ信号に該当する画像を表示することになる。

バックライトアセンブリは、ランプハウジング１３４と、ランプハウジング１３４の前面に積層する反射シート１１４と、反射シート１１４の上部に位置する複数のランプ１３６と、拡散板１１２と、光学シート１１０とを備える。

ランプハウジング１３４は、複数のランプ１３６の各々から放出する可視光線の光漏れを防止すると共に、複数のランプ１３６の側面及び背面に進行する可視光線を前面、即ち、拡散板１１２側に反射させることにより、ランプ１３６から発生する光の効率を向上させる。

反射シート１１４は、ランプハウジング１３４の上面と複数個のランプ１３６との間に配置され、ランプ１３６から発生した光を反射させ、液晶表示パネル１０２方向に照射するようにすることにより、光の効率を向上させる。

拡散板１１２は、複数のランプ１３６から発散した光を液晶パネル１０２側に進行するようにして、広い範囲の角度で入射できるようにする。このような拡散板１１２は、透明な樹脂で構成されたフィルムの両面に光拡散用部材をコーティングしたものを使用する。

光学シート１１０は、拡散板１１２から出射した光の視野角を狭くすることにより、液晶表示装置の正面輝度を向上させて消費電力を減らすことができる。

ランプ駆動装置１６０は、図３に示すように、複数のランプ１３６と接続すると共に、外部電源から直流電源（Ｖｉｎ）の供給を受けて交流信号に変換するインバータ１４６と、インバータ１４６から発生する交流信号を昇圧して昇圧した交流信号をランプ１３６に供給するトランス１４８と、インバータ１４６からランプ１３６に供給される電流を検出するためのフィードバック回路１４２と、フィードバック回路１４２から発生するフィードバック信号によってインバータ１４６を制御する制御部１４４と、インバータ１４６からランプ１３６に供給される電流を検出し、ランプ１３６に供給される電流を遮断及び維持させる安全回路１７０とを備える。

複数のランプ１３６の各々は、ガラス管と、ガラス管の内部にある不活性気体と、ガラス管の両終端部に設けられる負極及び正極とからなる。ガラス管の内部には不活性気体が充填されており、ガラス管の内壁には蛍光体が塗布されている。また、各ランプ１３６の負極部と正極部は同一な極性に統合される。

インバータ１４６は、外部電源から直流電源の供給を受けて内蔵するスイッチ素子をスイッチングすることにより直流電源を交流信号に変換する。

トランス１４８は、インバータ１４６に接続して交流信号を発生する一次巻線１５１と、補助巻線１５２、そして、インバータ１４６に含まれたスイッチ素子のスイッチングにより一次巻線１５１に発生する交流電圧に誘起されて増幅された交流の高電圧を発生する二次巻線１５３と、一次巻線１５１と二次巻線１５３との間に配置される補助巻線１５２とを備える。このようなトランス１４８は、インバータ１４６から発生する交流信号を昇圧して複数個のランプ１３６に供給する。

フィードバック回路１４２は、インバータ１４６から発生し、ランプ１３６に供給される交流の高電圧を検出し、フィードバック電圧を生成する。このようなフィードバック回路１４２は、ランプ１３６の出力端に位置することができ、出力端に位置する場合にはランプ１３６から出力される出力値を検出する。

制御部１４４は、フィードバック回路１４２から生成されたフィードバック電圧（Ｆ／Ｂ）の入力を受けてインバータ１４６に含まれたスイッチ素子を制御することになる。

安全回路１７０は、インバータ１４６から発生してランプ１３６に供給される交流の高電圧を検出し、安全規格に適合するかどうかを検査して、ランプ１３６に供給される電流及び電圧を遮断及び維持させる。

このような構造を有する本発明の実施の形態に係る液晶表示装置のランプ１３６に接続した安全回路１７０について図４を参照しながら詳細に考察する。
図４を参照すると、本発明の実施の形態に係る安全回路１７０は、複数個のランプ１３６の両端に供給される電圧を検出する検出部１７１と、検出部１７１から検出された信号を合せて直流レベルに積分させる整流部１７３と、整流された信号と基準信号とを比較する比較部１７５と、比較部１７５の出力端と連結され、インバータ１４６のシャットアップ（shut-up）及びシャットダウン（shut-down）を決定するスイッチング部１７９とを備える。

検出部１７１は、ランプ１３６と接続した二次巻線１５３と接続して二次巻線１５３に供給される電圧を検出することになる。例えば、ランプ１３６の両端の極性が異なり、かつ、同一の大きさの高電圧が印加される場合、検出部１７１は、ランプ１３６の両端に極性が異なる高電圧を各々検出することになる。即ち、ランプ１３６の両端に各々検出部１７１が配置される。

整流部１７３は、各々の検出部１７１から検出された高電圧を１つの信号に合せた後、ダイオードを並列に配列させた半波整流器１７２を用いて信号を半波整流させて、半波整流された信号をさらに積分器（Low Pass Filter）１７４を用いて直流レベルに積分することになる。

比較部１７５は、比較器１７６を用いて整流部１７３を経ることにより、直流レベルに積分された信号をしきい値または基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較し、基準電圧（Ｖｒｅｆ）より大きい場合、出力電圧をターンオンし、小さい場合、出力電圧をターンオフすることになる。ここで、基準電圧（Ｖｒｅｆ）は、各ランプ１３６の特性、使用周波数、ランプ１３６に印加される電圧などを考慮して実験的に測定した後、安全規格に合う電圧を使用する。

スイッチング部１７９は、比較部１７５の出力電圧がない場合、即ち、比較部１７５からの電圧が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より低い場合、スイッチ１７８をターンオフ状態に維持する。これによって、スイッチング部１７９は、エミッタに接続したランプ駆動装置１６０のインバータ１４６をハイ状態に維持することにより、ランプ駆動装置１６０は、シャットアップ状態を持続することになる。一方、比較部１７５の出力電圧がターンオンされる場合、即ち、比較部１７５からの電圧が基準電圧（Ｖｒｅｆ）より高い場合、スイッチング部１７９は、スイッチ１７８をターンオンすることにより、ランプ駆動装置１６０に電力を供給するインバータ１４６を接地してランプ駆動装置１６０をシャットダウンされるようにする。なお、スイッチ１７８は、トランジスタでなり、ベース端子が比較部１７６の出力端子に接続され、エミッタ端子が接地され、コレクタ端子がインバータ１４６に接続されている。

このような構造を有する本発明の実施の形態に係る液晶表示装置のランプ駆動装置の駆動方法について考察する。
まず、正常動作の場合、即ち、使用者とランプ駆動装置１６０との接触が発生しない場合、ランプ１３６の両端の極性が互いに異なり、かつ、同一な大きさの信号が印加されると、検出部１７１から検出された２信号を合せた後、整流部１７３を経た２信号は互いに相殺され、ゼロレベルの信号となる。これによって、比較部１７５の出力電圧は、常にターンオフ出力状態となり、スイッチング部１７９のスイッチ１７８がターンオフされ、ランプ駆動装置１６０はシャットアップ状態を維持することになる。

次に、使用者がランプ駆動装置１６０に接触する場合、即ち、２ＫΩの無負荷抵抗１５９が二次巻線１５３の一側に接触する場合、実質的に、二次巻線１５３の一側の出力電圧は約１／１０に減少することになり、他側は電圧が上昇することになる。これによって、検出部１７１の信号出力は互いに相殺されない信号が残ることになり、この信号は整流部１７３を経ることにより、一定のレベルの電圧で出力される。このような一定のレベルの電圧と基準電圧とを比較し、一定のレベルの電圧が大きい場合、比較部１７５は、ターンオンされて出力がハイ状態となり、この出力はスイッチ１７８をターンオンさせることになる。これによって、スイッチ１７８のエミッタに接続したランプ駆動装置１６０のインバータ１４６は接地され、ロー状態となることにより、ランプ駆動装置１６０がシャットダウンされることになる。

ここで、使用者は無負荷抵抗１５９の２ＫΩに、ランプ１３６の等価抵抗は２００ＫΩに、複数個のランプ１３６は１０個に、各々対応して説明したが、本発明がこれに限るのではない。また、本発明の実施の形態に係る安全回路１７０では、図５に示すように、ランプ１３６の両端に供給される電圧を検出する代わりに、抵抗を連結して電流を検出することにより、同一な効果を有することができる。さらに言えば、本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置は、ランプの形態、即ち、冷陰極管型、外部電極型に関係なしに適用することができる。詳細に説明すると、ランプの両端に供給される信号が、一側が接地されて、一側が高圧の信号が供給されることに関係することなしに、比較部１７５の基準電圧（Ｖｒｅｆ）を修正することにより、ランプ駆動装置１６０の電圧及び電流変化を検出することができ、このような変化を基準値と比較してランプ駆動装置１６０をシャットダウン及びシャットアップすることができる。

このような本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置は、図６に図示されたノートブックのように、携帯用情報機器、一般情報機器、事務用情報機器など、多様な産業分野に活用することができる。

上述のように、本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置及び駆動方法とこれを用いた液晶表示装置は、ランプの個数に関係なしに、ランプ駆動装置の安全規格を遵守することができる。また、本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置は複数個のランプを群単位で適用させる場合に、安全規格を遵守するために基準電圧のみ変更して満足することができるので、多様な種類及び個数のランプに適用できることになる。

以上、説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。従って、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限るのではなく、特許請求の範囲により定められなければならないのである。

関連するランプ駆動装置を示す図面である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す図面である。 図２のランプ駆動装置を示す図面である。 図３の安全回路を詳細に示す図面である。 図３の安全回路の他の形態を示す図面である。 本発明の実施の形態に係るランプ駆動装置が内装されるノートブックを示す図面である。

符号の説明

３６、１３６ ランプ
４２、１４２ フィードバック回路
４４、１４４ 制御部
４６、１４６ インバータ
４８、１４８ トランス
５１、１５１ 一次巻線
５２、１５２ 補助巻線
５３、１５３ 二次巻線
６０、１６０ ランプ駆動装置
１０２ 液晶パネル
１１０ 光学シート
１１２ 拡散板
１１４ 反射シート
１３４ ランプハウジング
１７０ 安全回路
１７１ 検出部
１７３ 整流部
１７５ 比較部

Claims (8)

1. 少なくとも１つのランプと、
   交流信号を供給するインバータと、
   前記インバータからの信号を第１電圧及び第２電圧に昇圧して昇圧した第１電圧及び第２電圧を前記ランプの第１端及び第２端に供給するトランスと、
   前記ランプに供給される前記第１電圧及び前記第２電圧をそれぞれ検出して第１検出信号及び第２検出信号を出力する第１検出部及び第２検出部と、
   前記第１検出部及び前記第２検出部により検出された前記第１検出信号及び第２検出信号を合わせて直流レベルに積分する整流部と、
   前記整流部により積分された信号を所定のしきい値と比較する比較部と、
   前記比較部からの比較結果に対応して前記インバータをシャットダウン状態と作動状態のうちいずれか１つの状態に切り換えるトランジスタと
   を含み、
   前記第１電圧及び前記第２電圧の極性は、互いに異なり、
   前記整流部により積分された信号は、前記第１電圧と前記第２電圧が同じ大きさを有する場合、互いに相殺され、ゼロレベルの信号となり、前記第１電圧と前記第２電圧が互いに異なる大きさを持ち、互いに相殺されない場合、一定レベルの信号となる
   ことを特徴とするランプ駆動装置。
2. 前記第１検出信号及び第２検出信号は、電圧または電流の中いずれかの１つであることを特徴とする請求項１記載のランプ駆動装置。
3. 前記整流部は、互いに並列に結合して、前記検出部に接続したダイオードを備えた半波整流器と、前記半波整流器からの信号を積分して積分された信号を前記比較部に供給する積分回路とを含むことを特徴とする請求項１記載のランプ駆動装置。
4. 前記トランジスタは、前記比較部の出力端に接続したベース端子、前記インバータに接続したコレクタ端子及び接地されたエミッタ端子を有するトランジスタを含むことを特徴とする請求項１記載のランプ駆動装置。
5. インバータからの交流信号をそれぞれ第１電圧及び第２電圧に昇圧し、昇圧した信号をランプに供給するトランスに結合した少なくとも１つのランプを駆動する駆動方法において、
   前記ランプの第１端及び第２端に供給される前記第１電圧及び第２電圧をそれぞれ検出して第１検出信号及び第２検出信号を出力するステップと、
   前記第１検出信号及び第２検出信号を合わせて直流レベルに積分するステップと、
   前記積分された信号を所定のしきい値と比較するステップと、
   前記比較結果に基づいて前記インバータをシャットダウンさせるステップと
   を含み、
   前記第１電圧及び前記第２電圧の極性は、互いに異なり、
   前記積分された信号は、前記第１電圧と前記第２電圧が同じ大きさを有する場合、互いに相殺され、ゼロレベルの信号となり、前記第１電圧と前記第２電圧が互いに異なる大きさを持ち、互いに相殺されない場合、一定レベルの信号となる
   ことを特徴とするランプ駆動方法。
6. 前記第１検出信号及び第２検出信号は、電圧または電流の中いずれかの１つであることを特徴とする請求項５記載のランプ駆動方法。
7. 前記第１検出信号及び第２検出信号を整流レベルに整流させるステップをさらに含み、
   前記比較するステップは、整流された信号を前記しきい値の基準電圧と比較するステップを含み、
   前記シャットダウンさせるステップは、前記比較するステップの比較結果に応答してシャットダウン状態と作動状態の中いずれかの１つの状態にインバータを切換させるステップを含む
   ことを特徴とする請求項５記載のランプ駆動方法。
8. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のランプ駆動装置に対し、画像を表示する液晶パネルをさらに備え、
   前記ランプは、前記液晶パネルに光を照射する
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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