JP4854790B2 - 冷陰極管のための点灯装置における制御方法および点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷陰極管のための点灯装置における制御方法および点灯装置、並びに液晶表示装置に関する。

薄型テレビやパーソナルコンピュータのモニタとして、液晶表示装置が多く用いられている。液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルのバックライトとして配置された冷陰極管と、冷陰極管を駆動する点灯装置とを備えている。

従来において、冷陰極管のための点灯装置は、冷陰極管に駆動電圧を供給するインバータ、冷陰極管の輝度を調光する調光回路、冷陰極管の負荷状態を検出する電流検出部、冷陰極管が無負荷状態となったときに駆動電圧の供給を停止する保護回路、調光回路で調整された輝度となるようにインバータの出力を制御する制御回路などから構成される（特開２００７−１１５５６８）。

保護回路は、冷陰極管に流れる電流が設定値を下回ったことを電流検出部が検出したときに、冷陰極管のリード線の断線や接続コネクタの嵌合が不十分であるとして、インバータの動作を停止させる。

なお、インバータは、圧電トランス、電圧制御発振回路、発振周波数制御回路、圧電トランスを駆動する駆動回路などから構成される（特開２０００−２４３５８６）。

さて、オフィスで用いられる液晶表示装置においては、その輝度調整機能として、最大輝度の５０〜１００パーセントの範囲で調整が行われるのが一般的である。つまり、調整可能な最小輝度が５０パーセント程度に設定される。

ところが、特殊用途、例えば船舶レーダー用の液晶表示装置では、夜間航行時において視界に影響を与えないように輝度を大幅に下げる必要がある。そのため、輝度調整機能として、最大輝度の０．１〜１００パーセントのような広い範囲で調整可能としておく必要がある。この場合には、最小輝度は０．１パーセントと極度に低く設定されることとなる。

そうすると、冷陰極管に流れる電流が大幅に小さくなるので、これにより保護回路が動作して冷陰極管への駆動電圧の供給を停止させてしまうことがある。電流検出部の設定値を小さくすることにより、電流が小さくなった場合でもある程度の検出は可能である。しかし、最大輝度の１パーセントや０．１パーセントなどのように、輝度が極度に低い場合には、冷陰極管に流れる電流は極めて少ないので、設定値をそこまで変更することは実際上不可能である。そのため、電流検出部による正確な検出が困難となり、保護回路を正常に動作させることができなくなる。

もし、保護回路の動作が不安定になることによる影響をなくすために保護回路を停止させまたは削除した場合には、液晶表示装置の輸送や取り扱いによってリード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分が発生したときにも、保護回路が動作しないため、暗い表示やちらついたままで表示が行われることとなる。また、その状態で使用することにより、より大きな故障に繋がる可能性もある。また、製品検査においてリード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分を検出できない場合が生じ、不良品となってしまう可能性がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、輝度の調整範囲を広くとることができるとともに、通常の使用時においてリード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分が発生したときは保護回路が正常に動作し、より大きな故障に繋がることのないようにすることを目的とする。

本発明の１つの形態によると、冷陰極管に電流を流すためのインバータ、輝度調整を行うための操作部、前記操作部による輝度調整に応じて前記インバータを制御し前記冷陰極管に流れる電流を可変するインバータ制御回路、および前記冷陰極管に流れる電流が設定値よりも小さくなったときに前記インバータを停止させるための保護回路を有した、冷陰極管のための点灯装置における制御方法であって、前記操作部による輝度調整が輝度しきい値よりも低く設定されたときに、前記保護回路が動作しないように制御する。

輝度しきい値と比較するのは、ユーザによって設定される輝度調整値であるので、輝度しきい値が極めて低い場合であっても輝度調整値と正確に比較することができ、輝度調整値が輝度しきい値よりも低くなったときにその事実を正確に認識することができる。

これによって、輝度しきい値が極めて低い値であっても、保護回路を動作させることの可否、つまり保護回路の有効無効を正確に切り換えることができる。

本発明に係る一実施形態の液晶表示装置を用いたコンピュータシステムの例を示す図である。 液晶表示装置の冷陰極管の点灯装置の構成を示すブロック図である。 各部の信号の状態の例を示すタイミング図である。 点灯装置における保護制御の流れを示すフローチャートである。 輝度の設定値を変化させて放電させた場合のプリント基板の状態の実験結果を示す図である。

図１において、コンピュータシステム１は、コンピュータ本体１１、液晶表示装置１２、キーボード１３、およびマウス１４などを備える。コンピュータ本体１１には、ＭＰＵまたはＣＰＵ、メモリ、種々のインタフェース、その他の周辺素子、磁気ディスク装置、ＤＶＤ−ＲＯＭ装置などが設けられている。

液晶表示装置１２は、液晶パネル２１による表示面ＨＧに種々の画像または文字などを表示するものである。フレーム２０の前面には種々の操作ボタン２２が設けられている。操作ボタン２２には、電源ボタン２２ａ、音量調整ボタン２２ｂ、輝度調整ボタン２２ｃなどが含まれる。

輝度調整ボタン２２ｃは、ユーザが輝度調整を行うために用いられる。輝度調整ボタン２２ｃとして２つのボタンが設けられ、一方を押すと輝度の設定値が高くなり、他方を押すと輝度の設定値が低くなる。輝度調整ボタン２２ｃにより設定された設定値が輝度調整値Ｓ１である。輝度調整ボタン２２ｃの操作によって設定値を可変できる範囲は、表示装置１２の製造時または設計時において決められる。

なお、実際には、輝度調整ボタン２２ｃの出力する信号はＭＰＵ３０に入力され、ＭＰＵ３０において輝度調整値Ｓ１が生成される。つまり、輝度調整値Ｓ１は実際には輝度調整ボタン２２ｃの操作に対応して、ユーザが意図する輝度となるように、ＭＰＵ３０において生成される。

輝度調整値Ｓ１は、最大輝度に対する割合（パーセント）、例えば「２０」パーセント、「５」パーセント、「０．５」パーセントなどであってもよい。また、輝度調整値Ｓ１は、輝度値、例えば「３．９」ｃｄ／ｍ2 、「０．５」ｃｄ／ｍ2 、「０．０５」ｃｄ／ｍ2 などであってもよい。また、それら輝度調整値Ｓ１を直接的に表現するデジタル値であってもよく、コード化されたデジタルデータであってもよい。しかし、いずれにしても、ここでは、便宜上、輝度調整ボタン２２ｃから輝度調整値Ｓ１が出力されるものとして説明する。

なお、輝度調整ボタン２２ｃに、実際に対応した輝度調整値Ｓ１を生成するための回路を設けておいてもよい。また、輝度調整ボタン２２ｃとして、輝度調整値Ｓ１を直接的に出力することのできる電子部品を用いてもよい。このように、輝度調整ボタン２２ｃ、または輝度調整ボタン２２ｃおよびＭＰＵ３０が、本発明における操作部に相当する。

また、液晶パネル２１の裏面には、バックライトとして冷陰極管２３（図２参照）が配置されている。フレーム２０の内部には、冷陰極管２３の点灯装置２４、および液晶表示装置１２の全体を制御する制御装置などが設けられている。

図２において、点灯装置２４は、ＭＰＵ３０、インバータ制御部３１、およびインバータ３２などからなる。

ＭＰＵ３０は、インバータ制御部３１に必要な指令信号Ｓ２および制御信号Ｓ３を出力して制御するとともに、点灯装置２４の全体を制御する。ＭＰＵ３０は、輝度調整ボタン２２ｃで調整された輝度調整値Ｓ１と、メモリ４０に格納された輝度しきい値ＴＨ２とを比較し、輝度調整値Ｓ１が輝度しきい値ＴＨ２よりも低いときに制御信号Ｓ３を出力する。

輝度しきい値ＴＨ２は、例えば、最大輝度の１０パーセント程度となるように設定される。最大輝度の数またはないし十数パーセント程度の範囲で設定してもよい。後で述べる設定値ＴＨ１と関連付けて設定してもよい。例えば、設定値ＴＨ１よりも若干大きい値となるように設定するのがよい。例えば、設定値ＴＨ１が１０パーセントの場合に、輝度しきい値ＴＨ２を１２パーセント程度に設定する。また、設定値ＴＨ１が８パーセントの場合に、輝度しきい値ＴＨ２を１０パーセント程度に設定する。

なお、輝度しきい値ＴＨ２は、輝度調整値Ｓ１との大小関係を比較できるように、輝度調整値Ｓ１に対応した値または単位を有するように設定される。

インバータ制御部３１は、指令信号Ｓ２に基づいてインバータ３２に制御信号Ｓ４を出力し、冷陰極管２３に所定の電流が流れるようにインバータ３２を制御する。インバータ制御部３１は、インバータ制御回路３５、電流検出回路３６、保護回路３７、および保護制御回路３８などを有する。インバータ制御部３１は、ＬＳＩによって１つまたは複数のチップ部品として構成することも可能である。

インバータ制御回路３５は、輝度調整ボタン２２ｃで調整された輝度調整値（設定値）Ｓ１に基づいてインバータ３２の出力を制御する。輝度の調整に際して、電流検出回路３６からの検出信号Ｓ６をフィードバック信号として用いる。つまり、冷陰極管２３に実際に流れる電流に対応する検出信号Ｓ６が、ＭＰＵ３０から出力された指令信号Ｓ２に対応した値または状態となるように、インバータ３２に制御信号Ｓ４を出力する。これによって、冷陰極管に流れる実効電流が制御され、その状態で安定化される。また、インバータ制御回路３５は、冷陰極管２３を点灯させるための電圧制御をも行う。

なお、指令信号Ｓ２または制御信号Ｓ４は、インバータ３２の出力するＰＷＭ波形のデューティ比を制御するための信号であってもよい。つまり、その場合に、指令信号Ｓ２または制御信号Ｓ４は、デューティ比が可変のＰＷＭ信号であってもよい。そのようなＰＷＭ波形は、例えば、冷陰極管２３に流すサイン波形の電流ｉの周波数よりも十分に高い周波数の矩形波である。また、ＰＷＭ波形の信号ではなく、輝度調整値Ｓ１に対応した電圧の直流信号であってもよい。

電流検出回路３６は、冷陰極管２３に実際に流れる電流ｉを検出する。図２に示す例では、抵抗Ｒ１に流れる電流ｉにより生じた電圧ｖをダイオードＤ１によって整流し、コンデンサＣ１で平滑して直流電圧である検出信号Ｓ６を得る。検出信号Ｓ６は、冷陰極管２３に流れる電流ｉの実効値に比例した電圧である。検出信号Ｓ６は、インバータ制御回路３５および保護回路３７に入力される。

保護回路３７は、冷陰極管２３に流れる電流ｉが設定値ＴＨ１よりも小さくなったときに、インバータ３２を停止させる。設定値ＴＨ１は、大きな故障や事故に繋がるおそれのない電流ｉに対応した値に設定される。そのような設定値ＴＨ１は、例えば、インバータ３２が冷陰極管２３に流す電流ｉをインバータ制御部３１が制御できる範囲であって、かつ、リード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分が発生しても故障に繋がることのないような電流ｉに対応した値である。設定値ＴＨ１は、例えば、最大輝度に対して１０パーセント程度となるように設定される。また、最大輝度に対して数パーセントないし十数パーセント程度の範囲またはそれ以外の範囲で設定してもよい。

保護回路３７は、図２に示す例では、メモリ４２に格納された設定値ＴＨ１と検出信号Ｓ６とがコンパレータ４１により比較され、検出信号Ｓ６が設定値ＴＨ１よりも小さくなったときに信号Ｓ７が出力される。つまり、検出信号Ｓ６は保護回路３７にもフィードバックされ、検出信号Ｓ６の電圧レベルが監視されている。

信号Ｓ７に対して、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる遅延回路（積分回路）によって時間遅延が与えられ、遅延された信号Ｓ８が出力される。この遅延時間、つまり信号Ｓ７が出力されてから信号Ｓ８が出力されるまでの時間ｔ１は、十分の数秒ないし数秒の範囲から選ばれる。そのような時定数τを持つように、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２の値が決められる。例えば、時定数τを１秒とした場合に、抵抗Ｒ２を１０ＭΩ、コンデンサＣ２を０．１μＦとすればよい。

保護制御回路３８は、輝度調整ボタン２２ｃで調整された輝度調整値Ｓ１が輝度しきい値ＴＨ２よりも低いときに、保護回路３７が動作しないように制御する。つまり、ＭＰＵ３０から制御信号Ｓ３が出力されたときに、保護回路３７が動作しないようにする。

保護制御回路３８は、図２に示す例では、オンしたときにコンデンサＣ２の両端を短絡させるように接続されたトランジスタＴＲである。トランジスタＴＲのベースには制御信号Ｓ３が入力されるようになっており、制御信号Ｓ３が入力されるとトランジスタＴＲがオンする。これによって、図３に示されるように、検出信号Ｓ６および信号Ｓ７の状態にかかわらず、保護回路３７からの出力は常に「Ｌ」または「ＯＦＦ」となって、信号Ｓ８は出力されない。

インバータ３２は、冷陰極管２３に電流を流すための電圧を発生し、冷陰極管２３に電流ｉを供給する。インバータ３２の出力Ｓ５の波形は、ＰＷＭ制御によるサイン波である。制御信号Ｓ４によってデューティ比が可変されることにより、サイン波の実効値が可変され、冷陰極管２３に流れる電流ｉが調整される。

点灯装置２４は、例えば、１枚または複数枚のプリント基板上に実装される。点灯装置２４と冷陰極管２３の電極との間は、適当なリード線を用いて半田付けにより接続され、またはコネクタなどを用いて接続される。

図４において、輝度調整ボタン２２ｃによる輝度調整の操作があった場合に（＃１１でイエス）、輝度の設定値が輝度しきい値ＴＨ２以下であるか否かをチェックする（＃１２）。輝度の設定値が輝度しきい値ＴＨ２以下でない場合に（＃１３でノー）、保護回路３７を有効とし（＃１４）、輝度の設定値が輝度しきい値ＴＨ２以下である場合に（＃１３でイエス）、保護回路３７を無効にする（＃１５）。

このように、本実施形態においては、保護制御回路３８が設けられ、輝度調整値Ｓ１が輝度しきい値ＴＨ２よりも低いときに保護回路３７が動作しないように制御を行っている。ここで、輝度しきい値ＴＨ２と比較するのは、ユーザによって設定される輝度調整値Ｓ１であり、電流検出回路３６により検出される検出信号Ｓ６ではない。したがって、輝度しきい値ＴＨ２が極めて低い値であっても、それを輝度調整値Ｓ１と正確に比較することができ、輝度調整値Ｓ１が輝度しきい値ＴＨ２よりも低くなったときにその事実を正確に認識することができる。これによって、輝度しきい値ＴＨ２が極めて低い値であっても、保護回路３７を動作させることの可否、つまり保護回路３７の有効無効を正確に切り換えることができる。

また、輝度調整ボタン２２ｃによる輝度の設定値の範囲を極度に低くすることが可能であり、しかも、冷陰極管２３に流れる電流ｉが輝度しきい値ＴＨ２以上であるときは保護回路３７が有効であるので、表示装置１２の全体の信頼性の向上を図ることができる。

なお、輝度調整ボタン２２ｃによる輝度の設定値を低くすると保護回路３７が無効となって動作しなくなるが、その場合においては、インバータ３２の出力エネルギーが小さく、そのため冷陰極管２３に流れる電流ｉが少なく、したがって放電による温度上昇が少ないので、リード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分が発生しても、発煙したり故障に繋がることはない。

これに関して、本発明者は、輝度の設定値と放電による状態の変化を確認するための実験を行った。実験の条件は以下のとおりである。

点灯装置２４のプリント基板の材料：ガラスエポキシ
温度測定方法：冷陰極管２３との間を接続するリード線を点灯装置２４のプリント基板から外し、リード線とプリント基板との間で放電させた。そのときのプリント基板の炭化の有無を観察した。

実験の結果は図５に示す次のとおりである。

つまり、図５に示すように、輝度の設定値を、０．１４ｃｄ／ｍ2 または３．９ｃｄ／ｍ2 としたときは、放電を起こしても電流が少ないためプリント基板は炭化することなく、単に温度が上昇するだけであった。輝度の設定値を８．６ｃｄ／ｍ2 としたときは、放電によってプリント基板が炭化した。

このことから、輝度の設定値が３．９ｃｄ／ｍ2 以下である場合にはプリント基板が炭化することがないので、保護回路３７を無効とした状態でリード線の断線や接続コネクタの嵌合不十分が発生しても、発煙したり故障に繋がることはないといえる。なお、この実験は参考のための一例であり、ここに示されていない実験条件に応じては異なった結果が得られる。

なお、上の実施形態において、保護制御回路３８は、制御信号Ｓ３が入力されたときにコンデンサＣ２の両端を短絡させるように設けたが、これに代えて、保護回路３７それ自体をバイパスするような切り替え回路を設けてもよい。

また、指令信号Ｓ２、制御信号Ｓ４、および出力Ｓ５の波形、周波数、波高値などは、上に述べた以外の種々のものとすることができる。その他、点灯装置２４または表示装置１２などの全体または各部の構造、回路、形状、寸法、個数、波形、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

Claims (5)

1. 冷陰極管に電流を流すためのインバータ、輝度調整を行うための操作部、前記操作部による輝度調整に応じて前記インバータを制御し前記冷陰極管に流れる電流を可変するインバータ制御回路、および前記冷陰極管に流れる電流が設定値よりも小さくなったときに前記インバータを停止させるための保護回路を有した、冷陰極管のための点灯装置における制御方法であって、
   前記操作部による輝度調整が輝度しきい値よりも低く設定されたときに、前記保護回路が動作しないように制御する、
   ことを特徴とする冷陰極管のための点灯装置における制御方法。
2. 冷陰極管のための点灯装置であって、
   冷陰極管に電流を流すためのインバータと、
   輝度調整を行うための操作部と、
   前記操作部で調整された輝度調整値に基づいて前記インバータの出力を制御するためのインバータ制御回路と、
   前記冷陰極管に流れる電流が設定値よりも小さくなったときに前記インバータを停止させるための保護回路と、
   前記操作部で調整された輝度調整値が輝度しきい値よりも低いときに前記保護回路が動作しないように制御する保護制御回路と、
   を有することを特徴とする冷陰極管のための点灯装置。
3. 前記保護回路は、前記冷陰極管に流れる電流が設定値よりも小さくなったことを検出する比較回路と、
   前記比較回路の出力に対して時間遅延を与える遅延回路と、
   を有している、
   請求項２記載の冷陰極管のための点灯装置。
4. 前記遅延回路は、抵抗およびコンデンサからなる積分回路を有しており、
   前記保護制御回路は、前記操作部で調整された輝度調整値が輝度しきい値よりも低いときに、前記遅延回路におけるコンデンサを短絡させるように接続されている、
   請求項３記載の冷陰極管のための点灯装置。
5. 液晶パネルと、
   前記液晶パネルのバックライトとして配置された冷陰極管と、
   前記冷陰極管を駆動する点灯装置と、を備えており、
   前記点灯装置は、
   前記冷陰極管に電流を流すためのインバータと、
   輝度調整を行うための操作部と、
   前記操作部で調整された輝度調整値に基づいて前記インバータの出力を制御するためのインバータ制御回路と、
   前記冷陰極管に流れる電流が設定値よりも小さくなったときに前記インバータを停止させるための保護回路と、
   前記操作部で調整された輝度調整値が輝度しきい値よりも低いときに前記保護回路が動作しないように制御する保護制御回路と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。

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