JP5388816B2 - インバータ回路及びバックライト装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置の光源に使用する複数の冷陰極管等の放電管及び該複数の放電管を点灯させるインバータ回路、該回路を備えたバックライト装置に関する。
従来、液晶表示装置(LCD)は、軽量、薄型、低消費電力駆動等の機能が求められてきた。液晶表示装置は、自発光表示装置ではないため光源が必要になる。光源としては冷陰極管が使用されている。冷陰極管を点灯させるための交流高電圧を発生させる回路としてはインバータ回路が用いられる。また、バックライトの消費電力を低減するため、複数の冷陰極管をブロック単位に分割し、冷陰極管ブロック毎に時分割で点灯制御を行うスキャニング制御において、インバータ回路が利用されている。
このインバータ回路を用いたバックライト装置の構成例を図1と図2に示す。図1に示すバックライト装置10は、冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)ブロック12a,・・・,12n別にインバータ回路11a,・・・,11nを接続したものである。このバックライト装置10では、外部の制御回路(図示せず)から入力される制御信号によりインバータ回路11a,・・・,11nを駆動するタイミングを時分割制御して、冷陰極管ブロック12a,・・・,12nを点灯するタイミングをスキャニング制御するようにしている。
図2は、集中給電型のバックライト装置20の概略構成を示す図である。図2において、バックライト装置20は、インバータ回路21と、複数の冷陰極管ブロック24a,・・・,24nと、冷陰極管ブロック24a,・・・,24n毎に設けられた高電圧スイッチ22a,・・・,22nと、冷陰極管毎に設けられたバランスコンデンサ23a,・・・,22nと、を備える。高電圧スイッチ22a,・・・,22nは、外部の制御回路(図示せず)から入力される制御信号によりON/OFFタイミングが制御されて、インバータ回路21から各冷陰極管ブロック24a,・・・,24nに供給する交流高電圧の供給タイミングを制御して、冷陰極管ブロック24a,・・・,24nを点灯するタイミングをスキャニング制御するようにしている。
上記図1及び図2に示したバックライト装置10,20は、表示画像内の部分輝度に応じて、冷陰極管ブロック12a,・・・,12n及び24a,・・・,24nをブロック別に点灯時間を制御するブロック別点灯時間制御(Local Dimming)にも利用される。以上のように、複数の冷陰極管ブロックをスキャニング制御又はブロック別点灯時間制御することにより、消費電力の低減と表示画像の画質向上を図るようにしている。
また、上記以外のバックライト装置としては、例えば、特許文献1に記載されたバックライト駆動装置がある。このバックライト駆動装置では、冷陰極管に交流電圧を供給するトランスの一次側巻線を分割し、この一次側巻線をスイッチによって選択的に使用することにより、広い入力電圧範囲で冷陰極管を駆動することを可能とし、冷陰極管の高効率駆動を可能にしている。
また、特許文献2に記載された放電ランプ点灯装置では、小容量・高耐圧のコンデンサと大容量・低電圧のコンデンサとを直列に接続した直列回路で第1充電手段を構成して、放電ランプをブレークダウンする高圧パルスと、グロー放電状態からアーク放電状態へ移行させる広いパルスを印加することを可能にして、放電ランプ点灯装置の小型化を可能にしている。
また、特許文献3に記載されたシングルステージ型のLCDバックライトインバータでは、ランプに交流電圧を供給するトランスの一次側に、トランスの二次側出力電圧のフィードバック信号と基準信号との比較結果を出力する差動増幅器と、三角波と差動増幅器の出力信号と駆動信号とを受けて同一周期でON時間が異なるクロック信号を生成する時差発生器と、時差発生器から出力される異なるクロック信号を受けてトランスの一次側に接続されたスイッチング素子を駆動制御する制御部と、を備える。このLCDバックライトインバータは、スイッチング素子を駆動する駆動信号にデッドタイム(Dead Time)を設定して、スイッチング素子の発熱現象を抑制することを可能にしている。
また、特許文献4に記載されたランプ点灯回路では、ランプに交流電圧を供給するトランスの一次側の両端に電圧制限素子を接続し、この電圧制限素子をブレークダウン素子がブレークダウンした場合に短絡回路として用いて、所望の電流経路を保護してランプの点灯動作を安定化させることを可能にしている。
韓国特許10−0824202号公報 特開平7−296980号公報 韓国特許公開2003−0090023号公報 特許3325287号公報
しかしながら、上述したバックライト装置10では、冷陰極管ブロック数分のインバータ回路が必要になり、液晶表示装置の製造コストを増加させ、その実装面積も大きくなるという問題がある。また、バックライト装置10では、各インバータ回路の駆動周波数の同期と、冷陰極管ブロック毎の位相同期が必要になり、制御が複雑になるという問題もある。
また、上述した集中給電型のバックライト装置20では、インバータ回路の回路数を減らして回路構成は簡略化されるが、高電圧スイッチを冷陰極管ブロック数分設ける必要があるため、高電圧スイッチを絶縁する必要があり、高電圧スイッチが大型化、高コストとなる。また、高電圧スイッチとして高電圧リレーを用いた場合、その応答特性にも課題がある。
すなわち、このようなバックライト装置10及び20における問題は、特に、液晶表示装置の表示画質向上と低消費電力化を目的として提案されている冷陰極管ブロックのスキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能を実現する上でコスト上昇が障害となる。このような問題は、上述の特許文献1〜4の各装置を利用したとしても解決することはできない。
本発明の目的は、複数の冷陰極管ブロックを高速にスイッチングする回路構成を簡略化してインバータ回路を小型化、省電力化及び低コスト化し、そのインバータ回路を利用して冷陰極管ブロックのスキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能を有するバックライト装置及び液晶表示装置を小型化、省電力化及び低コスト化することである。
本発明の一実施の形態に係るインバータ回路は、二次側巻線が電源の出力段と複数の放電管の入力段との間に直列に接続され、前記複数の放電管に交流高電圧を供給する絶縁トランスと、前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、制御信号により前記絶縁トランスの一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行うスイッチ回路と、を備え、前記絶縁トランスは、前記一次側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とする。
また、前記インバータ回路において、前記スイッチ回路は、前記二次側巻線に印加される電圧より低い電圧の制御信号によりスイッチング動作が制御されることが好ましい。
また、前記インバータ回路において、前記スイッチ回路は、半導体スイッチ素子により構成することが好ましい。
また、前記インバータ回路において、前記スイッチ回路は、トランジスタ回路により構成することが好ましい。
また、前記インバータ回路において、前記絶縁トランスは、一次側巻線と二次側巻線が疎結合のリーケージ型トランスであり、前記リーケージ型トランスのインダクタンス値及びリーケージ・インダクタンス値は、前記放電管を点灯する際の点灯条件により決定されることが好ましい。
また、前記インバータ回路において、前記絶縁トランスの二次側巻線をバランスコイルとして構成し、前記複数の放電管の入力段毎に前記バランスコイルを接続してもよい。
本発明の一実施の形態に係るバックライト装置は、電源と、複数の放電管を各々有する複数の放電管ブロックと、前記放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に交流高電圧を供給する複数の絶縁トランスと、前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、前記絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行う複数のスイッチ回路と、前記複数のスイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、を備え、前記絶縁トランスは、前記一次側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係るバックライト装置は、正相駆動用電源と、逆相駆動用電源と、複数の放電管を各々有し、正相駆動放電管ブロックと逆相駆動放電管ブロックに分割された複数の放電管ブロックと、前記正相駆動放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記正相駆動用電源の出力段と前記正相駆動放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記正相駆動放電管ブロック毎に正相交流高電圧を供給する複数の正相駆動用絶縁トランスと、前記逆相駆動放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記逆相駆動用電源の出力段と前記逆相駆動放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記逆相駆動放電管ブロック毎に逆相交流高電圧を供給する複数の逆相駆動用絶縁トランスと、前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、前記正相駆動用絶縁トランス毎及び前記逆相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行う複数のスイッチ回路と、前記複数のスイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、を備え、前記正相駆動用絶縁トランス及び前記逆相駆動用絶縁トランスは、前記一次線側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とする。
本発明の一実施の形態に係るバックライト装置は、正相駆動用電源と、逆相駆動用電源と、複数の正相駆動放電管と複数の逆相駆動放電管を各々有する複数の放電管ブロックと、前記複数の正相駆動放電管用に設けられ、二次側巻線が前記正相駆動用電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に正相交流高電圧を供給する複数の正相駆動用絶縁トランスと、前記複数の逆相駆動放電管用に設けられ、二次側巻線が前記逆相駆動用電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に逆相交流高電圧を供給する複数の逆相駆動用絶縁トランスと、前記複数の正相駆動放電管及び前記複数の逆相駆動放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、前記正相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を各々行う複数の正相駆動用スイッチ回路と、前記逆相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を各々行う複数の逆相駆動用スイッチ回路と、前記複数の正相駆動用スイッチ回路及び前記複数の逆相駆動用スイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、を備え、前記正相駆動用絶縁トランス及び前記逆相駆動用絶縁トランスは、前記一次線側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とする。
本発明によれば、複数の冷陰極管ブロックを高速にスイッチングする回路構成を簡略化してインバータ回路を小型化、省電力化及び低コスト化し、そのインバータ回路を利用して冷陰極管ブロックのスキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能を有するバックライト装置を小型化、省電力化及び低コスト化することができる。
従来のバックライト装置の概略構成を示す図である。 従来のバックライト装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態1に係るバックライト装置の概略構成を示す図である。 (A)は図3の絶縁トランスの一次側巻線をオープンした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数の一例を示す図、(B)は一次側巻線をショートした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数の一例を示す図、(C)は一次側巻線をオープン及びショートした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数とインピーダンスの変化を示す図である。 (A)はスイッチSW1をOFFした場合の図3のノードA及びBの電圧波形を示す図、(B)はスイッチSW1をONした場合の図3のノードA及びBの電圧波形を示す図である。 図3のバックライト装置においてスイッチSW1をOFF/ONした際の一次側巻線と二次側巻線のインダクタンス値の変化と、冷陰極管ブロックの動作状態との関係を例示した図である。 LC直列共振回路による直列共振を利用したバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 (A)は図7のFETをOFF/ONした場合の絶縁トランスの一次側巻線と二次側巻線のインダクタンス値の変化と、冷陰極管ブロックの動作状態との関係を例示した図、(B)は図7のバックライト部の要部における点灯動作時の電圧と電流の変化状態を示す図である。 図3のバックライト装置においてスイッチとしてトライアックを接続した構成例を示す図である。 図3のバックライト装置においてスイッチとしてフォト・トライアックを接続した構成例を示す図である。 図3のバックライト装置においてスイッチとしてFETを接続した構成例を示す図である。 実施形態1に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 実施形態2に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 実施形態2に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 実施例1に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 実施例2に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 実施例3に係るバックライト装置の具体的な回路構成例を示す図である。 (A)は従来のJINトランスを用いたバックライト装置の回路構成例を示す図、(B)は実施形態2に係るJINトランスを省略したバックライト装置の回路構成例を示す図である。 実施形態3に係る液晶表示装置の要部構成を示すブロック図である。 実施形態3に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1に係るインバータ回路を適用した集中給電方式のバックライト装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図3は、実施形態1に係るバックライト装置100の概略構成を示す図である。図3において、バックライト装置100は、交流電源101と、絶縁トランス102と、スイッチSW1と、コンデンサ回路103と、冷陰極管ブロック104と、を備える。コンデンサ回路103は、絶縁トランス102から出力される交流高電圧を冷陰極管ブロック104内の複数の冷陰極管に均等に分配する複数のバランスコンデンサBCを備える。
このバックライト装置100では、絶縁トランス102の二次側巻線(高電圧側)を交流電源101の出力段に対して直列に接続し、一次側巻線(低電圧側)にスイッチSW1を接続する構成としたことに特徴がある。この構成では、一次側巻線と二次側巻線が絶縁されているため、一次側巻線をオープン及びショートするスイッチング動作を行うスイッチSW1は、低耐圧のものを用いることが可能である。このため、スイッチSW1を小型化して低コスト化を図ることが可能である。また、バックライト装置100では、絶縁トランス102として、一次側巻線と二次側巻線が疎結合のリーケージ型トランスを用いて、冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧の電圧値を低くし、駆動効率の向上を図ることに特徴がある。
次に、図3に示したバックライト装置100において、絶縁トランス102の一次側巻線をオープン及びショートするスイッチング動作をスイッチSW1で行った場合の動作概要について、図4及び図5を参照して説明する。
図4は、絶縁トランス102の一次側巻線をオープン及びショートした場合に、二次側巻線に印加される交流電圧の共振周波数の変化を示す図である。図4において、(A)は一次側巻線をオープンした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数の一例を示す図、(B)は一次側巻線をショートした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数の一例を示す図、(C)は一次側巻線をオープン及びショートした際の二次側巻線に発生する交流電圧の共振周波数とインピーダンスの変化を示す図である。
図4(A)において、絶縁トランス102の一次側巻線をオープンした場合は、等価回路として示すようなLCR並列共振回路を構成する。このLCR並列共振回路における二次側インダクタンス値は2.8[H]、二次側キャパシタンス値は4.2[pF]、二次側抵抗値は7.3[kΩ]としている。これらのLCR成分による共振周波数は45.7[kHz]である。
また、図4(B)において、絶縁トランス102の一次側巻線をショートした場合は、等価回路として示すようなLCR並列共振回路を構成する。このLCR並列共振回路におけるインダクタンス値は0.47[H]、キャパシタンス値は2.2[pF]、抵抗値は10.2[kΩ]としている。これらのLCR成分による共振周波数は158.5[kHz]である。
すなわち、スイッチSW1をOFFして一次側巻線をオープンした場合の二次側インダクタンス値2.8[H]は、スイッチSW1をONして一次側巻線をショートした場合の二次側インダクタンス値0.47[H]よりも大きいため、インピーダンス(ωL)が大きくなる。このため、絶縁トランス102を介して冷陰極管ブロック104に印加される交流高電圧の共振周波数と、二次側巻線におけるインピーダンスとの関係は、一次側巻線のオープン時とショート時に図4(C)に示すように変化する。
図4(C)に示すように、一次側巻線がオープンした時は点灯周波数付近で共振し、インピーダンス(ωL)が大きいため冷陰極管ブロック104は点灯しない。すなわち、冷陰極管ブロック104に印加される交流高電圧は、絶縁トランス102の二次側インピーダンスと、冷陰極管ブロック104のインピーダンスとで分圧される。その結果、冷陰極管ブロック104に印加される交流高電圧は、冷陰極管ブロック104の点灯開始電圧未満に分圧されるため、冷陰極管ブロック104は点灯しない。
また、図4(C)に示すように、一次側巻線がショートした時は共振周波数が高くなり、冷陰極管ブロック104の駆動周波数においてインピーダンス(ωL)が小さくなるため、冷陰極管ブロック104は点灯する。すなわち、二次側インダクタンス値が低下し、二次側インピーダンス(ωL)が低下するため、冷陰極管ブロック104には点灯開始電圧以上の交流高電圧が印加されるため、冷陰極管ブロック104は点灯する。
図3に示したバックライト装置100において、スイッチSW1をOFF/ONした場合のノードA及びノードBにおける電圧波形の変化を図5に示す。図5において、(A)はスイッチSW1をOFFした場合の電圧波形を示す図、(B)はスイッチSW1をONした場合の電圧波形を示す図である。この図から明らかなように、スイッチSW1をOFFして一次側巻線をオープンした場合はノードBの電圧値は低くなって冷陰極管ブロック104を点灯せず、スイッチSW1をONして一次側巻線をショートした場合はノードBの電圧値は高くなって冷陰極管ブロック104を点灯する。
図6は、スイッチSW1をOFF/ONした場合の絶縁トランス102の一次側巻線と二次側巻線のインダクタンス値の変化と、冷陰極管ブロック104の動作状態との関係を例示した図である。上述したように、スイッチSW1をOFF/ONした場合に、二次側巻線のインダクタンス値が1.67[H]から224[mH]に変化して、冷陰極管ブロック104が消灯状態から点灯状態に変わることを確認できた。このような冷陰極管の点灯動作状態は、絶縁トランス102の一次側巻線をショートした時のリーケージ・インダクタンスとバランスコンデンサBCのキャパシタンスから構成されるLC直列共振回路の共振周波数を、インバータ周波数に一致させることで実現可能である。このLC直列共振回路による直列共振を利用して冷陰極管を駆動することにより、点灯時は容量成分と誘導成分が互いに打ち消しあい、冷陰極管の純抵抗成分のみが負荷となり、冷陰極管ブロック104に印加する交流高電圧の電圧値を低くすることが可能になる。
このLC直列共振回路による直列共振を利用したバックライト装置の具体的な回路構成例について図7を参照して説明する。図7において、バックライト装置800は、第1のバックライト部801と、第2のバックライト部802と、交流電源803と、を備える。第1のバックライト部801と第2のバックライト部802は、交流電源803の出力段に対して並列に接続されている。
第1のバックライト部801は、絶縁トランス811と、スイッチ素子としてのFET812と、コンデンサ回路813と、冷陰極管ブロック814と、を備える。第2のバックライト部802は、絶縁トランス821と、スイッチ素子としてのFET822と、コンデンサ回路823と、冷陰極管ブロック824と、を備える。第1のバックライト部801と第2のバックライト部802は、同一の回路構成である。
コンデンサ回路813及び823内の各バランスコンデンサBCのキャパシタンス値は27[pF]であり、冷陰極管ブロック814及び824内の各冷陰極管の長さは52インチである。このバランスコンデンサBCのキャパシタンス値は、上述のLC直列共振回路の共振周波数を設定するパラメータであり、インバータ周波数に一致させることを考慮して設定している。これらのバランスコンデンサBCのキャパシタンス値及び冷陰極管の長さは、一例であり、限定するものではない。
FET812は、外部の駆動制御部から入力されるON/OFF信号1によりスイッチング動作が制御される。このFET812のスイッチング動作により、絶縁トランス811の一次側巻線はショート状態/オープン状態になる。FET822は、外部の駆動制御部から入力されるON/OFF信号2によりスイッチング動作が制御される。このFET822のスイッチング動作により、絶縁トランス821の一次側巻線はショート状態/オープン状態になる。
第1のバックライト部801における点灯動作について、図8を参照して説明する。図8(A)は、FET812をOFF/ONした場合の絶縁トランス811の一次側巻線と二次側巻線のインダクタンス値の変化と、冷陰極管ブロック814の動作状態との関係を例示した図である。図8(B)は、図7に示すノードVO,VLにおける電圧変化と、冷陰極管ブロック814の入力段に流れる電流ILH及び冷陰極管ブロック814の出力段に流れる電流ILLの各変化を示した図である。
FET812をONして絶縁トランス811の一次側巻線はショート状態にすると、絶縁トランス811の一次側巻線のリーケージ・インダクタンスとバランスコンデンサBCのキャパシタンスから構成されるLC直列共振回路が共振動作を行う。このLC直列共振回路の共振動作により、図8(B)に示すノードVLの電圧VLは冷陰極管ブロック814を点灯開始電圧以上の交流高電圧となる。
図7において、インバータ周波数fが30[kHz]であるとすると、一次側巻線をショートした時のLC直列共振回路の共振周波数fは、以下の式(1)により求められる。
=1/2π(L×C)1/2・・・(1)
但し、L:二次側インダクタンス、C:二次側キャパシタンスである。この場合、Lは、一次側巻線をショートした時の二次側インダクタンス値551[mH](図8(A)参照)となり、Cは、27[pF]×2となる。したがって、LC直列共振回路の共振周波数fは、以下に示すように、29.2[kHz]になる。
=1/2π(551mH×27pF×2)1/2=29.2[kHz]
また、LC直列共振回路を共振周波数fで駆動することにより、負荷となる冷陰極管ブロックのインピーダンスは抵抗成分Rのみになるため、冷陰極管ブロック814に印加される電圧は以下の式(2)により求められる。
Q=ZL/R=ZC/R=(2π×f×L)/R
=(1/2π×f×C)/R・・・(2)
但し、f:インバータ周波数、R:冷陰極管の抵抗成分である。この場合、冷陰極管の抵抗成分Rが92[kΩ]であるとすると、Lは、一次側巻線をショートした時の二次側インダクタンス値551[mH](図8(A)参照)となる。したがって、共振周波数fで駆動するLC直列共振回路により冷陰極管ブロックに印加される電圧は、以下に示すように、2.14[kV]になる。
Q=(2π×30kHz×551mH)/(92kΩ/2)≒2.14[kV]
このように、共振周波数fで駆動するLC直列共振回路により冷陰極管ブロックに電圧を印加する場合、図8(B)に示すように、図7に示すノードVOの電圧VOと冷陰極管ブロック814に流れる電流ILHとの位相が同相となり、LC直列共振回路から冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧の電圧値を低くすることができ、駆動効率の向上を図ることができる。なお、第2のバックライト部802における点灯動作も第1のバックライト部801と同様である。
また、本実施形態1では、絶縁トランス102の一次側巻線をオープン及びショートするスイッチSW1のスイッチング動作を利用して、冷陰極管ブロック104の点灯時間を制御することに特徴がある。以下、スイッチSW1の具体的構成について、図9〜図11を参照して説明する。なお、図9〜図11において、図3に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付している。
図9は、スイッチSW1としてトライアック105を接続した構成例を示す図である。この場合、トライアック105のトリガ端子に外部の制御回路からON/OFF信号を入力して、トライアック105をON/OFF動作させることにより、上述の冷陰極管ブロック104の消灯状態と点灯状態を切り替えることが可能である。
図10は、スイッチSW1としてフォト・トライアック106を接続した構成例を示す図である。フォト・トライアック106は、トリガ端子の代わりにフォトダイオード106aを備える。このフォトダイオード106aに外部の制御回路からON/OFF信号を入力して、フォトダイオード106aを発光又は消光させてフォト・トライアック106bをON/OFF動作させることにより、上述の冷陰極管ブロック104の消灯状態と点灯状態を切り替えることが可能である。
図11は、スイッチSW1として2つのFET107を接続した構成例を示す図である。この場合、FET107のゲート端子に外部の制御回路からON/OFF信号を入力して、FET107をON/OFF動作させることにより、上述の冷陰極管ブロック104の消灯状態と点灯状態を切り替えることが可能である。
スイッチSW1として図9〜図11に例示したトライアック105、フォト・トライアック106、FET107の各スイッチング動作は、低電圧のON/OFF信号で制御される。すなわち、本実施形態1のバックライト装置100では、絶縁トランス102の一次側巻線には交流高電圧が印加されないため、スイッチSW1として低電圧駆動が可能な半導体スイッチング素子を利用することが可能であり、図2に示したような高電圧スイッチ22a〜22nを用いる必要がない。
このように、本実施形態1のバックライト装置100では、低電圧駆動が可能な半導体スイッチング素子を利用することが可能であるため、スイッチSW1部分の小型化と低電圧駆動を実現し、高電圧スイッチのスイッチング動作よりも高速なスイッチング動作を実現する。その結果、バックライト装置100は、表示画像に合わせて冷陰極管ブロックの点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になる。
次に、本実施形態1に係るバックライト装置の具体的な回路構成例について図12を参照して説明する。
図12において、バックライト装置200は、インバータ回路201と、スイッチ回路202と、冷陰極管ブロック群203と、を備える。インバータ回路201は、電源トランス211を備え、電源電圧をスイッチ回路202に供給する。冷陰極管ブロック群203は、冷陰極管ブロック203a〜203fを備える。各冷陰極管ブロック203a〜203fは、3本の冷陰極管を備える。
スイッチ回路202は、冷陰極管ブロック203a〜203f数分の絶縁トランス221a〜221fと、スイッチングトランジスタ222a〜222fと、コンデンサ回路223a〜223fと、制御回路224と、を備える。
各絶縁トランス221a〜221fは、二次側巻線が電源トランス211の出力段とコンデンサ回路223a〜223fの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線は一方の端部が接地され、他方の端部がスイッチングトランジスタ222a〜222fに接続されている。各スイッチングトランジスタ222a〜222fは、ベース端子が制御回路224に接続されている。スイッチングトランジスタ222a〜222fは、制御回路224からベース端子に入力されるON/OFF信号によりスイッチング動作を行って、一次側巻線をショート及びオープンさせる。
コンデンサ回路223a〜223fは、絶縁トランス221a〜221fから出力される交流高電圧を冷陰極管ブロック203a〜203f内の複数の冷陰極管に均等に分配する複数のバランスコンデンサBCを備える。
制御回路224は、外部のバックライト用駆動制御回路等(図示せず)から入力されるPWMスキャン信号に基づいて、冷陰極管ブロック203a〜203fの点灯時間を時分割制御するON/OFF信号を生成して各スイッチングトランジスタ222a〜222fのベース端子に出力する。
各絶縁トランス221a〜221fは、スイッチングトランジスタ222a〜222fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、スイッチングトランジスタ222a〜222fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、制御回路224は、PWMスキャン信号に基づいてスイッチングトランジスタ222a〜222fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック203a〜203fの点灯時間を時分割制御することが可能である。
以上のように、本実施形態1に係るバックライト装置100及び200では、絶縁トランス102及び221a〜221fの一次側巻線(低電圧側)をスイッチSW1及びスイッチングトランジスタ222a〜222fのスイッチング動作によりオープン/ショート動作させて、冷陰極管ブロック104及び203a〜203fの点灯時間を時分割制御することを可能にした。また、絶縁トランス102及び221a〜221fのリーケージ・インダクタンスとバランスコンデンサBCのキャパシタンスとからLC直列共振回路を構成し、この直列共振駆動により冷陰極管ブロック104及び203a〜203fの点灯を可能にして、点灯時の負荷を抵抗成分のみとして冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧の電圧値を低くすることを可能にした。
したがって、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、絶縁トランス102及び221a〜221f、スイッチSW1及びスイッチングトランジスタ222a〜222fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置のコストも低減することができる。特に、絶縁トランス102及び221a〜221fの一次側巻線のオープン/ショート状態をスイッチングするスイッチSW1及びスイッチングトランジスタ222a〜222fには、冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧が印加されず低電圧動作の半導体スイッチング素子を利用することができるため、バックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化に寄与することができる。
なお、上記図12に示したスイッチ回路202では、スイッチングトランジスタ222a〜222fを利用する場合を示したが、図9〜図11に示したように、トライアック105、フォト・トライアック106、又は、FET107等の半導体スイッチング素子を利用するようにしてもよい。半導体スイッチング素子を用いることにより、後述する液晶表示装置に本実施形態1のバックライト装置200を適用する際に、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
(実施形態2)
本実施形態2では、冷陰極管ブロック毎又は冷陰極管毎に正相交流高電圧と逆送交流高電圧を印加する集中給電方式のバックライト装置の回路構成例について図13及び図14を参照して説明する。
図13は、正相交流高電圧と逆送交流高電圧を印加する冷陰極管ブロックを交互に配置したバックライト装置の回路構成例を示す図である。
図13において、バックライト装置300は、インバータ回路301と、スイッチ回路302と、冷陰極管ブロック群303と、を備える。冷陰極管ブロック群203は、冷陰極管ブロック331a〜331fを備える。各冷陰極管ブロック331a〜331fは、3本の冷陰極管を備える。冷陰極管ブロック(正相駆動冷陰極管ブロック)331a〜331cは、正相交流高電圧が印加され、冷陰極管ブロック(逆相駆動冷陰極管ブロック)331d〜331fは、逆相交流高電圧が印加される。
インバータ回路301は、正相駆動用電源トランス311と、逆相駆動用電源トランス312と、を備える。正相駆動用電源トランス311は、正相駆動用交流高電圧をスイッチ回路302に供給する。逆相駆動用電源トランス312は、逆相駆動用交流高電圧をスイッチ回路302に供給する。
スイッチ回路302は、正相駆動用絶縁トランス321a〜321cと、逆相駆動用絶縁トランス321d〜321fと、正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜222cと、逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fと、コンデンサ回路323a〜323fと、制御回路324と、を備える。
各正相駆動用絶縁トランス321a〜321cは、二次側巻線が正相駆動用電源トランス311の出力端とコンデンサ回路323a〜323cの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線は一方の端部が接地され、他方の端部が正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cに接続されている。
各逆相駆動用絶縁トランス321d〜321fは、二次側巻線が逆相駆動用電源トランス312の出力端とコンデンサ回路323d〜323fの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線は一方の端部が接地され、他方の端部が逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fに接続されている。
各正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cは、ベース端子が制御回路324に接続されている。正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cは、制御回路324からベース端子に入力される正相駆動用ON/OFF信号によりスイッチング動作を行って、各正相駆動用絶縁トランス321a〜321cの一次側巻線をショート及びオープンさせる。
各逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fは、ベース端子が制御回路324に接続されている。逆相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cは、制御回路324からベース端子に入力される逆相駆動用ON/OFF信号によりスイッチング動作を行って、各逆相駆動用絶縁トランス321d〜321fの一次側巻線をショート及びオープンさせる。
コンデンサ回路323a〜323fは、正相駆動用絶縁トランス321a〜321cから出力される正相交流高電圧と、逆相駆動用絶縁トランス321d〜321fから出力される逆相交流高電圧を冷陰極管ブロック331a〜331f内の複数の冷陰極管に均等に分配する複数のバランスコンデンサBCを備える。
制御回路324は、外部のバックライト用駆動制御回路等(図示せず)から入力されるPWMスキャン信号に基づいて、冷陰極管ブロック331a〜331fの点灯時間を時分割制御するON/OFF信号を生成して各正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322c及び各逆相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cのベース端子に出力する。
各正相駆動用絶縁トランス321a〜321cは、正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、制御回路324は、PWMスキャン信号に基づいて各正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322cのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック331a〜331cの点灯時間を時分割制御することが可能である。
各逆相駆動用絶縁トランス321d〜321fは、逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、制御回路324は、PWMスキャン信号に基づいて各逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック331d〜331fの点灯時間を時分割制御することが可能である。
図13に示したバックライト装置300では、正相交流高電圧を印加する冷陰極管ブロック331a〜331cと逆送交流高電圧を印加する冷陰極管ブロック331d〜331fを交互に配置しているため、隣接する冷陰極管ブロック間で発生するノイズ成分を相殺することができる。その結果、表示画像の品質向上に寄与することができる。
また、図11に示したバックライト装置300では、実施形態1と同様に、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、正相駆動用絶縁トランス321a〜321c及び逆相駆動用絶縁トランス321d〜321f、正相駆動用スイッチングトランジスタ322a〜322c及び逆相駆動用スイッチングトランジスタ322d〜322fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化も実現することができる。
図14は、相交流高電圧と逆送交流高電圧を印加する冷陰極管を交互に配置したバックライト装置の回路構成例を示す図である。
図14において、バックライト装置400は、インバータ回路401と、スイッチ回路402と、冷陰極管ブロック群403と、を備える。冷陰極管ブロック群403は、冷陰極管ブロック431a〜431fを備える。各冷陰極管ブロック431a〜431fは、4本の冷陰極管を備える。冷陰極管ブロック431a〜431fは、正相交流高電圧を印加する冷陰極管と、逆相交流高電圧を印加する冷陰極管が交互に配置されている。
インバータ回路401は、正相駆動用電源トランス411と、逆相駆動用電源トランス412と、を備える。正相駆動用電源トランス411は、正相駆動用交流高電圧をスイッチ回路402に供給する。逆相駆動用電源トランス412は、逆相駆動用交流高電圧をスイッチ回路402に供給する。
スイッチ回路402は、正相駆動用絶縁トランス421a〜421fと、逆相駆動用絶縁トランス423a〜423fと、正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fと、逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fと、コンデンサ回路425a〜425fと、制御回路426と、を備える。
各正相駆動用絶縁トランス421a〜421fは、二次側巻線が正相駆動用電源トランス411の出力端とコンデンサ回路425a〜425fの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線は一方の端部が接地され、他方の端部が正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fに接続されている。
各逆相駆動用絶縁トランス423a〜423fは、二次側巻線が逆相駆動用電源トランス412の出力端とコンデンサ回路425a〜425fの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線は一方の端部が接地され、他方の端部が逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fに接続されている。
各正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fは、ベース端子が制御回路426に接続されている。正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fは、制御回路426からベース端子に入力される正相駆動用ON/OFF信号によりスイッチング動作を行って、各正相駆動用絶縁トランス421a〜421fの一次側巻線をショート及びオープンさせる。
各逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fは、ベース端子が制御回路426に接続されている。逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fは、制御回路426からベース端子に入力される逆相駆動用ON/OFF信号によりスイッチング動作を行って、各逆相駆動用絶縁トランス423a〜423fの一次側巻線をショート及びオープンさせる。
コンデンサ回路425a〜425fは、正相駆動用絶縁トランス421a〜421fから出力される正相交流高電圧と、逆相駆動用絶縁トランス423a〜423fから出力される逆相交流高電圧を冷陰極管ブロック431a〜431f内の複数の冷陰極管に均等に分配する複数のバランスコンデンサBCを備える。
制御回路426は、外部のバックライト用駆動制御回路等(図示せず)から入力されるPWMスキャン信号に基づいて、冷陰極管ブロック431a〜431fの点灯時間を時分割制御するON/OFF信号を生成して各正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422f及び各逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fのベース端子に出力する。
各正相駆動用絶縁トランス421a〜421fは、正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、制御回路426は、PWMスキャン信号に基づいて各正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック431a〜431f内の正相交流高電圧が印加される各冷陰極管の点灯時間を時分割制御することが可能である。
各逆相駆動用絶縁トランス423a〜423fは、逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、制御回路426は、PWMスキャン信号に基づいて各逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック431a〜431f内の逆送交流高電圧が印加される各冷陰極管の点灯時間を時分割制御することが可能である。
図14に示したバックライト装置400では、各冷陰極管ブロック431a〜431f内に配置された4本の冷陰極管に対して正相交流高電圧と逆送交流高電圧を交互に印加する回路構成にしたため、隣接する冷陰極管間で発生するノイズ成分を相殺することができる。その結果、表示画像の品質向上に寄与することができる。
また、図14に示したバックライト装置400では、実施形態1と同様に、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、正相駆動用絶縁トランス421a〜421f及び逆相駆動用絶縁トランス423a〜423f、正相駆動用スイッチングトランジスタ422a〜422f及び逆相駆動用スイッチングトランジスタ424a〜424fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化も実現することができる。
なお、上記図13及び図14に示したスイッチ回路302,402では、スイッチングトランジスタ322a〜322f,422a〜422f,424a〜424fを利用する場合を示したが、図9〜図11に示したように、トライアック105、フォト・トライアック106、又は、FET107等の半導体スイッチング素子を利用するようにしてもよい。半導体スイッチング素子を用いることにより、後述する液晶表示装置に本実施形態2のバックライト装置300,400を適用する際に、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
(実施例1)
次に、実施形態1において図12に示したバックライト装置200と同様の回路構成で、より具体的な回路構成例について図15を参照して説明する。
図15は、本実施例1に係るバックライト装置500の回路構成例を示す図である。図15において、バックライト装置500は、インバータ回路501と、スイッチ回路502と、冷陰極管ブロック群503と、を備える。
インバータ回路501は、交流電源511を備え、電源電圧をスイッチ回路502に供給する。冷陰極管ブロック群503は、冷陰極管ブロック531a〜531fを備える。各冷陰極管ブロック531a〜531fは、2本の冷陰極管を備える。
スイッチ回路502は、冷陰極管ブロック531a〜531f数分の絶縁トランス521a〜521fと、半導体スイッチ回路522a〜522fと、コンデンサ回路523a〜523fと、を備える。
各絶縁トランス521a〜521fは、二次側巻線が交流電源511の出力段とコンデンサ回路523a〜523fの入力段との間に直列に接続され、一次側巻線の両端部は半導体スイッチ回路522a〜522fに接続されている。各半導体スイッチ回路522a〜522fは、2つのFETと2つのダイオードにより構成され、2つのFETのベース端子がブロック制御信号の入力ライン524に接続されている。半導体スイッチ回路522a〜522fは、外部の制御回路(図示せず)から入力ライン524を介してベース端子に入力されるブロック別制御信号(ON/OFF信号)によりスイッチング動作を行って、一次側巻線をショート及びオープンさせる。
コンデンサ回路523a〜523fは、絶縁トランス521a〜521fから出力される交流高電圧を冷陰極管ブロック531a〜531f内の複数の冷陰極管に均等に分配する複数のバランスコンデンサBCを備える。
各絶縁トランス521a〜521fは、半導体スイッチ回路522a〜522fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、半導体スイッチ回路522a〜522fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、ブロック別制御信号(ON/OFF信号)に基づいて半導体スイッチ回路522a〜522fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック531a〜531fの点灯時間を時分割制御することが可能である。
したがって、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、絶縁トランス521a〜521f、半導体スイッチ回路522a〜522fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の小型化と低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置のコストも低減することができる。特に、絶縁トランス521a〜521fの一次側巻線のオープン/ショート状態をスイッチングする半導体スイッチ回路522a〜522fには、冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧が印加されず低電圧動作の半導体スイッチング素子を利用することができるため、バックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化に寄与することができる。
なお、上記図15に示したスイッチ回路502では、半導体スイッチ回路522a〜522f内にFETを利用する場合を示したが、図9、図10に示したように、トライアック105、又は、フォト・トライアック106等の半導体スイッチング素子を利用するようにしてもよい。半導体スイッチング素子を用いることにより、後述する液晶表示装置に本実施例1のバックライト装置500を適用する際に、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
(実施例2)
次に、実施形態1において図12に示したバックライト装置200と同様の回路構成で、より具体的な他の回路構成例について図16を参照して説明する。本実施例2では、バランスコンデンサBCを備えるコンデンサ回路の代わりにバランスコイルを用いたことに特徴がある。
図16は、本実施例2に係るバックライト装置600の回路構成例を示す図である。図14において、バックライト装置600は、インバータ回路601と、スイッチ回路602と、冷陰極管ブロック群603と、を備える。
インバータ回路601は、交流電源611を備え、電源電圧をスイッチ回路602に供給する。冷陰極管ブロック群603は、冷陰極管ブロック631a〜631fを備える。各冷陰極管ブロック631a〜631fは、2本の冷陰極管を備える。
スイッチ回路602は、冷陰極管ブロック631a〜631f数分の絶縁トランス621a〜621fと、半導体スイッチ回路622a〜622fと、を備える。
各絶縁トランス621a〜621fは、二次側巻線が冷陰極管ブロック631a〜631f内に配置された冷陰極管毎に分割してバランスコイルを構成している。各絶縁トランス621a〜621fは、二次側巻線の中点が交流電源611の出力段に接続され、二次側巻線の両端部が各冷陰極管に接続され、一次側巻線の両端部は半導体スイッチ回路622a〜622fに接続されている。各半導体スイッチ回路622a〜622fは、2つのFETと2つのダイオードにより構成され、2つのFETのベース端子がブロック制御信号の入力ライン624に接続されている。半導体スイッチ回路622a〜622fは、外部の制御回路(図示せず)から入力ライン624を介してベース端子に入力されるブロック別制御信号(ON/OFF信号)によりスイッチング動作を行って、一次側巻線をショート及びオープンさせる。
各絶縁トランス621a〜621fは、半導体スイッチ回路622a〜622fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、半導体スイッチ回路622a〜622fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、ブロック別制御信号(ON/OFF信号)に基づいて半導体スイッチ回路622a〜622fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック631a〜631fの点灯時間を時分割制御することが可能である。
したがって、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、絶縁トランス621a〜621f、半導体スイッチ回路622a〜622fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化も実現することができる。特に、絶縁トランス621a〜621fの一次側巻線のオープン/ショート状態をスイッチングする半導体スイッチ回路622a〜622fには、冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧が印加されず低電圧動作の半導体スイッチング素子を利用することができるため、バックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化に寄与することができる。さらに、絶縁トランス621a〜621fの二次側巻線を分割してバランスコイルとする回路構成にしたため、バランスコンデンサを省略することができ、インバータ回路のコストを更に低減できる。また、共振周波数を調整する要素がインダクタンス成分だけになるため、冷陰極管とのインピーダンスマッチングを調整することが容易になり、点灯制御の安定化も図ることができる。
なお、上記図16に示したスイッチ回路602では、半導体スイッチ回路622a〜622f内にFETを利用する場合を示したが、図9、図10に示したように、トライアック105、又は、フォト・トライアック106等の半導体スイッチング素子を利用するようにしてもよい。半導体スイッチング素子を用いることにより、後述する液晶表示装置に本実施例2のバックライト装置600を適用する際に、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
(実施例3)
次に、実施形態2において図14に示したバックライト装置400と同様の回路構成で、より具体的な他の回路構成例について図17を参照して説明する。本実施例3では、バランスコンデンサBCを備えるコンデンサ回路の代わりにバランスコイルを用いたことに特徴がある。
図17は、本実施例3に係るバックライト装置700の回路構成例を示す図である。図17において、バックライト装置700は、インバータ回路701と、スイッチ回路702と、冷陰極管ブロック群703と、を備える。
インバータ回路701は、正相駆動用交流電源711と逆相駆動用交流電源712を備え、正相電源電圧と逆相電源電圧をスイッチ回路702に供給する。冷陰極管ブロック群703は、冷陰極管ブロック731a〜731fを備える。各冷陰極管ブロック731a〜731fは、2本の冷陰極管を備える。
スイッチ回路702は、冷陰極管ブロック731a〜731f数分の絶縁トランス721a〜721fと、半導体スイッチ回路722a〜722fと、を備える。
各絶縁トランス721a〜721fは、二次側巻線が冷陰極管ブロック731a〜731f内に配置された冷陰極管毎に分離してバランスコイルを構成している。各絶縁トランス721a〜721fは、分離した各二次側巻線の内側端部が正相駆動用交流電源711と逆相駆動用交流電源712の各出力段に接続され、各二次側巻線の外側端部が各冷陰極管に接続され、一次側巻線の両端部は半導体スイッチ回路722a〜722fに接続されている。各半導体スイッチ回路722a〜722fは、2つのFETと2つのダイオードにより構成され、2つのFETのベース端子がブロック制御信号の入力ライン724に接続されている。半導体スイッチ回路722a〜722fは、外部の制御回路(図示せず)から入力ライン724を介してベース端子に入力されるブロック別制御信号(ON/OFF信号)によりスイッチング動作を行って、一次側巻線をショート及びオープンさせる。
各絶縁トランス721a〜721fは、半導体スイッチ回路722a〜722fがOFFの時に一次側巻線がオープン状態になり、半導体スイッチ回路722a〜722fがONの時に一次側巻線がショート状態になる。したがって、ブロック別制御信号(ON/OFF信号)に基づいて半導体スイッチ回路722a〜722fのON/OFF動作時間を制御することにより、各冷陰極管ブロック731a〜731fの点灯時間を時分割制御することが可能である。
したがって、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、絶縁トランス721a〜721f、半導体スイッチ回路722a〜722fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を用いるバックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化も実現することができる。特に、絶縁トランス721a〜721fの一次側巻線のオープン/ショート状態をスイッチングする半導体スイッチ回路722a〜722fには、冷陰極管ブロックに印加する交流高電圧が印加されず低電圧動作の半導体スイッチング素子を利用することができるため、バックライト装置の省電力化、小型化及び低コスト化に寄与することができる。さらに、絶縁トランス721a〜721fの二次側巻線を分離してバランスコイルとする回路構成にしたため、バランスコンデンサを省略することができ、インバータ回路のコストを更に低減できる。また、共振周波数を調整する要素がインダクタンス成分だけになるため、冷陰極管とのインピーダンスマッチングを調整することが容易になり、点灯制御の安定化も図ることができる。
なお、上記図17に示したインバータ回路702では、半導体スイッチ回路722a〜722f内にFETを利用する場合を示したが、図9、図10に示したように、トライアック105、又は、フォト・トライアック106等の半導体スイッチング素子を利用するようにしてもよい。半導体スイッチング素子を用いることにより、後述する液晶表示装置に本実施例2のバックライト装置700を適用する際に、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
また、上述の図16に示したように絶縁トランス621a〜621fの二次側巻線を分割してバランスコイルとして用いることにより、従来、バランスコイルとして用いられていたJINトランスを削除することが可能になる。従来のJINトランスを用いたバックライト装置の回路構成例を図18(A)に示す。このバックライト装置100において、冷陰極管ブロック104の下流側に接続された108がJINトランスである。図18(B)に二次側巻線を分割してバランスコイルとした絶縁トランス109を接続したバックライト装置の回路構成例を示す。このバックライト装置100では、二次側巻線を分割してバランスコイルとした絶縁トランス109を用いることにより、インバータトランスとバランスコイルの機能を兼用することが可能になり、JINトランスを削除することが可能になった。
したがって、インバータトランスとバランスコイルの機能を兼用する絶縁トランスを用いることにより、インバータ回路の小型化と低コスト化を更に進めることが可能になる。
(実施形態3)
次に、上記図12に示したバックライト装置200を含む液晶表示装置について図19に示すブロック図を参照して説明する。図19に示すように、液晶表示装置900は、AC/DC電源装置910と、LCDモジュール部920と、バックライト装置930と、を備える。
AC/DC電源装置910は、コンセント911、AC/DC整流部912、及びDC/DCコンバータ913から構成され、外部の商用交流電源電圧100V又は240Vを直流電源電圧に変換してLCDモジュール部920に出力する。
LCDモジュール部920は、DC/DCコンバータ921、共通電極電圧発生部(Vcom発生部)922、γ電圧発生部923、LCDパネル部924、及びバックライト装置930から構成され、外部のグラフィックコントローラ(図示せず)から入力される画像データに応じた画像を表示する。LCDパネル部924は、複数の液晶素子がゲートドライバ部とデータドライバ部から各々伸びる複数のデータ線と複数のゲート線が交差する部分に各々接続されている。複数の液晶素子は、表示画像領域毎に分割されて、その表示画像領域毎に階調が制御される。
共通電極電圧発生部922は、DC/DCコンバータ921においてレベル変換されて供給される直流電圧に基づいて共通電極電圧Vcomを発生してLCDパネル部924に出力する。
γ電圧発生部923は、DC/DCコンバータ921においてレベル変換された直流電圧に基づいてγ電圧Vddを発生してLCDパネル部924に供給する。図19では、共通電極電圧発生部922とγ電圧発生部923がLCDパネル部924から分離されている例を示したが、これらをLCDパネル部924に含ませて構成することもできる。
バックライト装置930は、インバータ部931及びバックライト部932から構成される。インバータ部931には、上記図12に示したスイッチ回路202内の絶縁トランス221a〜221f、スイッチングトランジスタ222a〜222f、コンデンサ回路223a〜223fが含まれる。バックライト部932には、上記図12に示した冷陰極管ブロック群203が含まれる。冷陰極管ブロック群203に含まれる複数の冷陰極管ブロックは、上記表示画像領域毎に分割されている。複数の冷陰極管ブロックは、入力画像をLCDパネル部924に表示する際に、その入力画像を上記表示画像領域毎に分割した輝度に合わせて階調を制御するため、冷陰極管ブロック毎に点灯時間が時分割制御される。
液晶表示装置900は、バックライト装置930内のインバータ部931に上述した絶縁トランス221a〜221f、スイッチングトランジスタ222a〜222f、コンデンサ回路223a〜223fを備えたため、スイッチ回路部分の耐圧設計を軽減することができ、絶縁トランス221a〜221f、スイッチングトランジスタ222a〜222fとして低耐圧のものを使用することが可能になり、スイッチ回路の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。その結果、このスイッチ回路を含むバックライト装置を用いる液晶表示装置の省電力化と低コストも実現することができる。また、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。なお、AC/DC電源装置910をLCDモジュール部920に内蔵させてもよい。
図20は、実施形態3に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。図20は、液晶表示装置の回路構成ではなく、機構を図示したものである。図20に示すように、液晶表示装置1000は、バックライトアセンブリ1010、ディスプレイユニット1020及び収納容器1030を備える。
ディスプレイユニット1070は、映像を表示する液晶表示パネル1071、液晶表示パネル1071を駆動するための駆動信号を出力するデータ印刷回路1072及びゲート印刷回路1073を含む。データ印刷回路1072及びゲート印刷回路1073は、それぞれデータテープキャリアパッケージ(Tape Carrier Package、以下、TCPという)1074及びゲートTCP1075を通じて液晶表示パネル1071と電気的に連結される。
液晶表示パネル1071は、薄膜トランジスタ(以下、TFTという)基板1076、TFT基板1076に対向して結合されるカラーフィルタ基板1077及び両基板1076、1077の間に介在されて液晶1078を含む。
TFT基板1076は、例えば、スイッチング素子であるTFT(図示せず)がマトリクス状に形成された透明なガラス基板である。TFTのソース及びゲート端子には、それぞれデータ及びゲートラインが接続され、ドレイン端子には透明な導電性材質からなる共通電極(図示せず)が形成される。
カラーフィルタ基板1077は、例えば、色画素であるRGB画素(図示せず)が薄膜工程によって形成された基板である。カラーフィルタ基板1077は、透明な導電性材質からなる共通電極(図示せず)が形成される。
収容容器1080は、底面1081及び底面1081のエッジ部に収納空間を形成するために形成された側壁1082により構成される。収容容器1080は、バックライトアセンブリ1010及び液晶表示パネル1071が移動しないように固定する。
底面1081は、バックライトアセンブリ1010が装着されるのに十分な底面面積を有し、バックライトアセンブリ1010と同じ構成を有することが好ましい。この例では、底面1081及びバックライトアセンブリ1010は、四角いプレート形状を有する。側壁1082は、バックライトアセンブリ1010が外部に離脱することのないように底面1081のエッジ部から略垂直に延長される。
この例における液晶表示装置1000は、インバータ1060及びトップシャーシ1090をさらに含む。
インバータ1060は、収容容器1080の外部に配置され、バックライトアセンブリ1010を駆動するための放電電圧を発生させる。インバータ1060から発生された放電電圧は、第1電源印加線1063及び第2電源印加線1064を通じてバックライトアセンブリ1010に印加される。第1電源印加線1063及び第2電源印加線1064は、バックライトアセンブリ1010の両側部に形成された第1電極1040a及び第2電極1040bに直接接続してもよいし、別の部材(図示せず)を利用して第1電極1040a及び第2電極1040bに接続してもよい。また、上記絶縁トランス221a〜221f、スイッチングトランジスタ222a〜222f、コンデンサ回路223a〜223fを含むスイッチ回路202は、インバータ1060に内蔵される。
トップシャーシ1090は、液晶表示パネル1071のエッジ部を囲みながら収容容器1080に結合される。トップシャーシ1090を設けることにより、外部からの衝撃に対する液晶表示パネル1071の破損を防止し、液晶表示パネル1071が収容容器1080から離脱することを防止することができる。
この液晶表示装置1000は、バックライトアセンブリ1010から出射される光の特性を向上させるための少なくとも一枚の光学シート1095をさらに含んでもよい。光学シート1095は、光を拡散するための拡散シート又は光を集光するためのプリズムシートを含んでもよい。
したがって、集中給電型のインバータを備えた液晶表示装置において、スイッチングトランジスタのON/OFF動作により絶縁トランスの一次側巻線をショート/オープン状態にして冷陰極管ブロック群の点灯動作をスキャニング制御又はブロック別点灯時間制御を実行する機能を有するインバータ1060を適用した場合、インバータ1060の耐圧設計を軽減することが可能になり、インバータ1060の省電力化、小型化及び低コスト化を実現することができる。また、液晶表示装置1000に上記実施形態1又は2のバックライト装置100,200,300,又は400を適用することにより、入力画像の輝度に合わせて表示画像の輝度を冷陰極管ブロックのブロック単位で点灯状態を高速にスイッチングする機能(スキャニング制御機能又はブロック別点灯時間制御機能(Local Dimming)等)に対応することが可能になり、画像品質の向上にも寄与することが可能になる。
なお、上記実施形態3では、図12に示したスイッチ回路202を適用した場合を示したが、図13に示したスイッチ回路302、図14に示したスイッチ回路402、図15に示したスイッチ回路502、又は、図16に示したスイッチ回路602を適用することも可能である。また、上記実施形態1〜実施形態3に示したバックライト装置は、小型サイズや中型サイズの液晶パネルではなく、比較的大型の液晶パネルに適用することが好ましい。さらに、上記実施形態1及び実施形態2、実施例1〜実施例3では、インバータ回路とスイッチ回路を分離した構成にした場合を例示したが、インバータ回路とスイッチ回路を一体的に構成してもよい。
100,200,300,400,500,600,700,800…バックライト装置、101…交流電源、102,221a〜221f,321a〜321f,521a〜521f…絶縁トランス、202,302,402,502,602,702…スイッチ回路、103,223a〜223,323a〜323f,425a〜425f…コンデンサ回路、104,231a〜231f,331a〜331f,431a〜431f…冷陰極管ブロック、201,301,401,501,601,701…インバータ回路、222a〜222f,322a〜322f,422a〜422f,424a〜424f…スイッチングトランジスタ、224,324,426…制御回路、311,411,711…正相駆動用交流電源、312,412,712…逆相駆動用交流電源、421a〜421f…正相駆動用絶縁トランス、423a〜423f…逆相駆動用絶縁トランス、522a〜522f,622a〜622f,722a〜722f…半導体スイッチ回路、900,1000…液晶表示装置、920…LCDモジュール部、931…インバータ部、932…バックライト部、1010…バックライトアセンブリ、1060…インバータ、1070…ディスプレイユニット、1071…液晶表示パネル、1080…収容容器、1090…トップシャーシ、SW1…スイッチ。

Claims (9)

  1. 二次側巻線が電源の出力段と複数の放電管の入力段との間に直列に接続され、前記複数の放電管に交流高電圧を供給する絶縁トランスと、
    前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、
    制御信号により前記絶縁トランスの一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行うスイッチ回路と、
    を備え
    前記絶縁トランスは、前記一次側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とするインバータ回路。
  2. 前記スイッチ回路は、前記二次側巻線に印加される電圧より低い電圧の制御信号によりスイッチング動作が制御されることを特徴とする請求項1記載のインバータ回路。
  3. 前記スイッチ回路は、半導体スイッチ素子により構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のインバータ回路。
  4. 前記スイッチ回路は、トランジスタ回路により構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のインバータ回路。
  5. 前記絶縁トランスは、一次側巻線と二次側巻線が疎結合のリーケージ型トランスであり、前記リーケージ型トランスのインダクタンス値及びリーケージ・インダクタンス値は、前記放電管を点灯する際の点灯条件により決定されることを特徴とする請求項1記載のインバータ回路。
  6. 前記絶縁トランスの二次側巻線をバランスコイルとして構成し、前記複数の放電管の入力段毎に前記バランスコイルを接続したことを特徴とする請求項1又はに記載のインバータ回路。
  7. 電源と、
    複数の放電管を各々有する複数の放電管ブロックと、
    前記放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に交流高電圧を供給する複数の絶縁トランスと、
    前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、
    前記絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行う複数のスイッチ回路と、
    前記複数のスイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、
    を備え
    前記絶縁トランスは、前記一次側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とするバックライト装置。
  8. 正相駆動用電源と、
    逆相駆動用電源と、
    複数の放電管を各々有し、正相駆動放電管ブロックと逆相駆動放電管ブロックに分割された複数の放電管ブロックと、
    前記正相駆動放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記正相駆動用電源の出力段と前記正相駆動放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記正相駆動放電管ブロック毎に正相交流高電圧を供給する複数の正相駆動用絶縁トランスと、
    前記逆相駆動放電管ブロック毎に設けられ、二次側巻線が前記逆相駆動用電源の出力段と前記逆相駆動放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記逆相駆動放電管ブロック毎に逆相交流高電圧を供給する複数の逆相駆動用絶縁トランスと、
    前記複数の放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、
    前記正相駆動用絶縁トランス毎及び前記逆相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を行う複数のスイッチ回路と、
    前記複数のスイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、
    を備え
    前記正相駆動用絶縁トランス及び前記逆相駆動用絶縁トランスは、前記一次線側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とするバックライト装置。
  9. 正相駆動用電源と、
    逆相駆動用電源と、
    複数の正相駆動放電管と複数の逆相駆動放電管を各々有する複数の放電管ブロックと、
    前記複数の正相駆動放電管用に設けられ、二次側巻線が前記正相駆動用電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に正相交流高電圧を供給する複数の正相駆動用絶縁トランスと、
    前記複数の逆相駆動放電管用に設けられ、二次側巻線が前記逆相駆動用電源の出力段と前記放電管ブロックの入力段との間に直列に接続されて、前記放電管ブロック毎に逆相交流高電圧を供給する複数の逆相駆動用絶縁トランスと、
    前記複数の正相駆動放電管及び前記複数の逆相駆動放電管の入力段毎に接続されるバランスコンデンサと、
    前記正相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を各々行う複数の正相駆動用スイッチ回路と、
    前記逆相駆動用絶縁トランス毎に一次側巻線に接続され、制御信号により前記一次側巻線をオープン状態とショート状態に切り替えるスイッチング動作を各々行う複数の逆相駆動用スイッチ回路と、
    前記複数の正相駆動用スイッチ回路及び前記複数の逆相駆動用スイッチ回路の各スイッチング動作を各々制御する制御信号を生成する制御回路と、
    を備え
    前記正相駆動用絶縁トランス及び前記逆相駆動用絶縁トランスは、前記一次線側巻線がショートされた時に、前記二次側巻線と前記バランスコンデンサによりLC直列共振回路を構成することを特徴とするバックライト装置。
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