JP2010040209A

JP2010040209A - 液晶パネル用バックライト装置

Info

Publication number: JP2010040209A
Application number: JP2008198858A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tsujii; 孝之辻井
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】、高価な専用のインバータ制御ＩＣの代わりに安価な汎用の制御ＩＣを用いて液晶パネル用バックライト装置の駆動回路を構成する。
【解決手段】駆動回路３は、電源部４の駆動用直流電源Ｖｉｎに接続され、オン及びオフを繰り返すことによって、電圧が周期的に変化する駆動パルスを発生する駆動パルス発生部３２（スイッチング素子３２ａ及び３２ｂ）と、１次側巻き線が駆動パルス発生部３２に接続され、２次側巻き線が極蛍光ランプ２に接続されたインバータトランス３３と、駆動用直流電源Ｖｉｎと駆動パルス発生部３２との間に流れる駆動電流の変化を検出する電流検出部３５（抵抗Ｒ１）と、電流検出部３５により検出された駆動電流の変化に基づいて、入力電力が一定となるようにフィードバック制御を行う制御部３４（制御ＩＣ３４ａ）を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶テレビなどに用いられる液晶パネル用バックライト装置に関する。

例えば特許文献１に記載されているように、液晶パネル用バックライト装置の光源として、寿命が長く消費電力が少ない冷陰極蛍光ランプ（以下、蛍光ランプ又はＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lampと称する）が広く用いられている。

ところで、液晶テレビなどのように画面サイズが大きい場合、複数の蛍光ランプが用いられ、各蛍光ランプの明るさを均一にすると共に、時間経過による明るさの変動を小さくするために、各蛍光ランプに流れる管電流及び管電圧を検出してフィードバック制御を行う（特許文献２又は特許文献３参照）。

光源として蛍光ランプを用いた液晶パネル用バックライト装置では、駆動用直流電源をインバータ回路によって昇圧及び高周波化して各蛍光ランプの電極間に印加している。図７は、従来の液晶パネル用バックライト装置の駆動回路の構成を示す。

図７に示す従来の液晶パネル用バックライト装置の駆動回路１００は、駆動用のＩＣとして専用のインバータ制御ＩＣ１０１を用いており、インバータ制御ＩＣ１０１により直流の駆動用電源に接続されたスイッチング素子１０２を駆動して所定周波数の駆動パルスを生成し、インバータトランス１０３の１次側巻き線に流す。インバータトランス１０３の２次側巻き線は、管電流検出回路１０４及び管電圧検出回路１０５を介して蛍光ランプ１０６に接続されている。管電流検出回路１０４及び管電圧検出回路１０５により検出された管電流信号及び管電圧信号は、それぞれインバータ制御ＩＣ１０１に入力される。

蛍光ランプ１０６の起動時において、インバータ制御ＩＣ１０１は、起動開始から所定時間内に管電流信号のレベルが所定の第１設定レベル（第１電流閾値）に達したか否かを判断する。ここで、所定時間内に管電流信号のレベルが所定の第１設定レベルに達した場合は、蛍光ランプ１０６が正常に点灯したものと判断し、インバータ制御ＩＣ１０１は、管電流信号と上記駆動パルスを発生させるための発振波形（例えば、のこぎり波）を比較し、管電流信号のレベルが上記第１設定レベルよりも高い所定の第２設定レベル（第２電流閾値）と第３設定レベル（第３電流閾値）で定められる所定範囲内に維持されるように、上記駆動パルスのデューティ幅を制御する。一方、所定時間内に管電流信号のレベルが所定の第１設定レベルに達しなかった場合、インバータ制御ＩＣ１０１は、蛍光ランプ１０６の不点灯と判断し、駆動停止モードに移行する。また、管電圧信号のレベルが所定の設定レベル（第２電圧閾値）を超えた場合、インバータ制御ＩＣ１０１は、蛍光ランプ１０６の異常と判断し、駆動停止モードに移行する。さらに、駆動電流のデューティ幅を大きくしても管電流信号のレベルが上記第２設定レベル（第２電流閾値）に達しない場合、インバータ制御ＩＣ１０１は、蛍光ランプ１０６の異常と判断し、駆動停止モードに移行する。

このような構成により、蛍光ランプ１０６に流れる管電流のレベルを所定範囲内に維持することが可能であるが、高圧側であるインバータトランス１０３の２次側に流れる管電流を検出してフィードバック制御を行っており、耐電圧が高く高価な専用のインバータ制御ＩＣ１０１が必要であり、コストアップの要因となる。特に、１つの駆動回路１００で１つの蛍光ランプ１０６の点灯を制御する場合には、蛍光ランプ１０６の数だけインバータ制御ＩＣ１０１が必要であり、さらにコストアップを引き起こす。さらに、発振回路により発生された発振波形と検出された管電流の波形を比較しているため、フィードバック制御自体も複雑である。
特開平６−６０９８８号公報特開平８−５５６９１号公報特開２００７−５００５号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、高価な専用のインバータ制御ＩＣの代わりに安価な汎用の制御ＩＣを用いて駆動回路を構成し、蛍光ランプに流れる管電流のレベルを所定範囲内に維持することが可能な液晶パネル用バックライト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、少なくとも１つの冷陰極蛍光ランプと、前記冷陰極蛍光ランプの点灯を制御するための駆動回路を備えた液晶パネル用バックライト装置において、
前記駆動回路は、
駆動用直流電源に接続され、オン及びオフを繰り返すことによって、電圧が周期的に変化する駆動パルスを発生する駆動パルス発生部と、
１次側巻き線が前記駆動パルス発生部に接続され、２次側巻き線が前記冷陰極蛍光ランプに接続されたインバータトランスと、
前記駆動用直流電源と前記駆動パルス発生部との間に流れる駆動電流の変化を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された駆動電流の変化に基づいて、入力電力が一定となるようにフィードバック制御を行う制御部
をさらに備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の液晶パネル用バックライト装置において、前記制御部は、前記駆動パルス発生部がオン及びオフするタイミングを制御し、前記駆動パルスのデューティ幅を制御することによってフィードバック制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の液晶パネル用バックライト装置において、前記電流検出部は、前記駆動用直流電源と前記駆動パルス発生部との間に接続された抵抗を含み、前記抵抗の端子間電圧を検出することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶パネル用バックライト装置において、
前記インバータトランスの２次巻き線と前記冷陰極蛍光ランプとの間に接続された管電流検出回路及び管電圧検出回路と、
前記管電流検出回路及び前記管電圧検出回路により検出された管電流及び管電圧をそれぞれ所定の閾値と比較する比較回路をさらに備え、
前記駆動回路は、その起動開始後所定時間を経過した時点における前記管電流の値が第１電流閾値未満であるとき又は前記管電圧の値が第１電圧閾値以上第２電圧閾値未満の範囲外であるときは、前記制御部に対する制御用電源を遮断することを特徴とする。

本発明によれば、駆動用直流電源と駆動パルス発生部との間に流れる電流、すなわち、インバータトランスの１次巻き線側に流れる駆動電流を検出し、検出した電流に関する信号を用いてフィードバック制御を行うので、駆動電流によるオーソドックスなフィードバック制御により入力電力が一定に制御されるため、駆動回路構成が簡単であり、かつフィードバック制御自体が容易である。また、低圧側であるインバータトランスの１次巻き線側に流れる駆動電流の変化を検出しているため、検出された信号の電圧が低く、耐電圧が低く、安価な汎用の制御ＩＣを用いて液晶パネル用バックライト装置の駆動回路を実現することができる。その結果、液晶パネル用バックライト装置のコストダウンが可能となる。また、フィードバック制御の具体例として、例えば駆動パルス発生部がオン及びオフするタイミングを制御し、駆動パルスのデューティ幅を制御することにより、フィードバック制御が容易になる。さらに、駆動用直流電源と駆動パルス発生部との間に抵抗を接続し、抵抗の端子間電圧を検出することにより、駆動回路の構成を簡単にすることができる。さらに、インバータトランスの２次巻き線と冷陰極蛍光ランプとの間に管電流検出回路及び管電圧検出回路を設け、それらによって検出された管電流及び管電圧をそれぞれ所定の閾値と比較し、冷陰極蛍光ランプの異常と判断できる場合に制御部に対する制御用電源を遮断することにより、安全で信頼性に優れた液晶パネル用バックライト装置を提供することができる。その際、高圧側の管電流及び管電圧は制御ＩＣに直接入力されないため、制御部として安価な汎用の制御ＩＣを用いることができる。

本発明の一実施形態に係る液晶パネル用バックライト装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る液晶パネル用バックライト装置１のブロック構成を示す。

液晶パネル用バックライト装置１は、少なくとも１つの冷陰極蛍光ランプ（以下、蛍光ランプとする）２と、蛍光ランプ２の点灯を制御するための駆動回路３と、電源部４を備えており、１つの蛍光ランプ２に対して１つの駆動回路３が対応する。従って、複数の蛍光ランプ２を備える場合には、１つの電源部４に対して同数の駆動回路３が並列に設けられているものとする。

電源部４は、本制御回路部に直流電源を供給するための電源回路であり、ＩＣ制御用の定電圧の直流を出力する制御用電源と、蛍光ランプ２を点灯させるために用いられる直流電流を出力する駆動用直流電源を備えている。

駆動回路３は、例えば抵抗とコンデンサで構成されたＣＲ時定回路などのタイマー回路３１と、電源部４の駆動用直流電源に接続され、オン及びオフを繰り返すことによって、電圧が周期的に変化する駆動パルスを発生する駆動パルス発生部３２と、１次側巻き線が駆動パルス発生部３２に接続され、２次側巻き線が蛍光ランプ２に接続されたインバータトランス３３と、発振回路３８により発信されたクロック信号を用いて駆動パルス発生部３２のオン・オフのタイミングを制御すると共に、後述する入力電力のフィードバック制御を行う制御部３４と、電源部４の駆動用直流電源と駆動パルス発生部３２との間に流れる駆動電流の変化を検出する電流検出部３５と、インバータトランス３３の２次巻き線と蛍光ランプ２との間に接続された管電流検出回路３６及び管電圧検出回路３７を備えている。

図２は、インバータトランス３３、管電流検出回路３６及び管電圧検出回路３７の具体的な回路構成を示す。これらインバータトランス３３、管電流検出回路３６及び管電圧検出回路３７の具体的な回路構成は図７に示す従来例の構成と同様であり、インバータトランス３３の２次側巻き線に発生する電流／電圧を検出するための管電流検出回路３６及び管電圧検出回路３７をインバータトランス３３の２次側巻き線と蛍光ランプ２の間に設けている。

各管電流検出回路３６は、それぞれダイオード及び抵抗などで構成され、管電流に関する情報として、インバータトランス３３の２次側巻き線と蛍光ランプ２の間に直列に挿入された抵抗の端子間電圧として出力する。各管電圧検出回路３７は、それぞれダイオード及びコンデンサなどで構成され、管電圧に関する情報として、インバータトランス３３の２次側巻き線に発生する電圧をコンデンサで分圧して低電圧化し、さらに整流及び平滑化して出力する。なお、図２における符号Ａ、Ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆで示す端子は、それぞれ図３における同じ符号で示す端子に接続されるものとする。

図３は、タイマー回路３１、駆動パルス発生部３２及び制御部３４の具体的な回路構成を示す。駆動パルス発生部３２は、互いに異なるタイミングでオン及びオフされる２組のスイッチング素子３２ａ及び３２ｂで構成されている。各スイッチング素子駆動パルス発生部３２は、それぞれ電源部４の駆動用直流電源Ｖｉｎに接続されている。また、電源部４の駆動用直流電源Ｖｉｎとスイッチング素子３２ａ及び３２ｂの間には、これらの間に流れる電流、すなわちインバータトランス３３の１次側巻き線に流れる電流を検出するための抵抗Ｒ１が直列に接続されている。抵抗Ｒ１の両端子は、それぞれＯＰアンプ３５ａに入力され、ＯＰアンプ３５ａの出力、すなわち抵抗Ｒ１の端子間電圧は、インバータトランス３３の１次側巻き線に流れる電流情報として、後述する制御ＩＣ３４ａ入力端子ＥＡ１に入力される。なお、抵抗Ｒ１及びＯＰアンプ３５ａは、上記電流検出部３５の一部を構成する。

制御部３４は、汎用の制御ＩＣ３４ａ及び比較回路３４ｂ〜３４ｄなどで構成されている。図３中、ＯＰアンプ３４ｅ及び３４ｇは、それぞれ平行に設けられた２つのＯＰアンプを便宜上１つのＯＰアンプとして描いており、入力電圧は２つの閾値と比較される。詳細は後述する。タイマー回路３１は、コンデンサ及び抵抗などで構成されたＣＲ時定回路であり、スイッチングトランジスタなどを介して、制御ＩＣ３４ａ及び比較回路３４ｂ〜３４ｄに接続されている。また、制御ＩＣ３４ａの入力端子ＯＳＣには、タイマー回路３１に接続されたスイッチングトランジスタ、抵抗及びコンデンサなどで構成された発振回路３８が接続されており、スイッチングトランジスタのオン・オフに応じて発振周波数が切り替えられる。またＯＰアンプ３４ｂ〜３４ｆは、電源部４の制御用電源Ｖｃと制御Ｉｃ３４ａとの間に設けられたスイッチングトランジスタに接続されている。

図４は、駆動回路３の起動からの各部の電圧の変化を示すタイミングチャートである。駆動回路３が起動されると、制御ＩＣ３４ａに接続された発振回路３８は所定の第１発振周波数で発振を開始し（ＯＳＣ参照）、同時にタイマー回路３１は、所定の起動タイマー時間の計時を開始する（ＴＭ参照）。制御ＩＣ３４ａは、第１発振周波数でスイッチング素子３２ａ及び３２ｂをオン・オフさせ、インバータトランス３３の１次巻き線に所定周波数の駆動パルスが印加される（ＤＲ１／３参照）。それに伴って、インバータトランス３３の２次巻き線に発生した高電圧で、かつ高周波数の交流電力が蛍光ランプ２の端子間に印加され、蛍光ランプ２の点灯が開始される。

図５は、管電流検出回路３６からの出力と所定の閾値との関係を示す。タイマー回路３１により所定の起動タイマー時間が計時されると、上記スイッチングトランジスタがオンし、管電流検出回路３６からの出力、すなわちインバータトランス３３の２次巻き線に流れる電流に相当する情報（電圧値）が、ＯＰアンプ３４ｅ及びＯＰアンプ３４ｆにより所定の第１電流閾値ＪＰＡ及び第３電流閾値ＪＰＣと比較される。ここで、管電流検出回路３６からの出力が第１電流閾値ＪＰＡ未満である場合、蛍光ランプ２が不点灯であると考えられるので、ＯＰアンプ３４ｅから信号が出力され、電源部４の制御用電源Ｖｃと制御Ｉｃ３４ａとの間に設けられたスイッチングトランジスタがオフになり、制御Ｉｃ３４ａの制御用電源Ｖｃが遮断され、蛍光ランプ２の点灯が停止される。同様に、管電流検出回路３６からの出力が第３電流閾値ＪＰＣ以上である場合、蛍光ランプ２の異常と考えられるので、制御Ｉｃ３４ａの制御用電源Ｖｃが遮断され、蛍光ランプ２の点灯が停止される。

図６は、管電圧検出回路３７からの出力と所定の閾値との関係を示す。タイマー回路３１により所定の起動タイマー時間が計時されると、管電圧検出回路３７からの出力、すなわち蛍光ランプ２の端子間電圧が、ＯＰアンプ３４ｇにより所定の第１電圧閾値ＪＰＥ及び第２電圧閾値ＪＰＦと比較される。ここで、管電圧検出回路３７からの出力が第１電圧閾値ＪＰＥ未満である場合、蛍光ランプ２の電極の消耗などが原因の異常であると考えられるので、ＯＰアンプ３４ｇから信号が出力され、電源部４の制御用電源Ｖｃと制御Ｉｃ３４ａとの間に設けられたスイッチングトランジスタがオフになり、制御Ｉｃ３４ａの制御用電源Ｖｃが遮断され、蛍光ランプ２の点灯が停止される。また、管電圧検出回路３７からの出力が第２電圧閾値ＪＰＦ以上である場合、蛍光ランプ２のガス抜けなどが原因の異常と考えられるので、制御Ｉｃ３４ａの制御用電源Ｖｃが遮断され、蛍光ランプ２の点灯が停止される。

一方、管電流検出回路３６からの出力が第１電流閾値ＪＰＡ以上第３電流閾値ＪＰＣ未満で、かつ管電圧検出回路３７からの出力が第１電圧閾値ＪＰＥ以上第２電圧閾値ＪＰＦ未満の場合、蛍光ランプ２は正常に点灯しているので、発振回路３８に接続されたスイッチングトランジスタがオンし、発振回路３８は所定の第２発振周波数で発振を開始する（ＯＳＣ参照）。また、制御ＩＣ３４ａは、電流検出部３５により検出された駆動電流の変化に基づいて、入力電力が一定となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、抵抗Ｒ１に流れる電流量が減少（電流値が低下）すると、抵抗Ｒ１の端子間電圧が低下するので、制御ＩＣ３４ａは、スイッチング素子３２ａ及び３２ｂのオン時間が長くなるように、オン・オフのタイミングを調節する。それによって、インバータトランス３３の１次側巻き線に印加される駆動パルスのデューティ幅が拡大される。逆に、抵抗Ｒ１に流れる電流量が増加（電流値が上昇）すると、抵抗Ｒ１の端子間電圧が上昇するので、制御ＩＣ３４ａは、スイッチング素子３２ａ及び３２ｂのオン時間が短くなるように、オン・オフのタイミングを調節する。それによって、インバータトランス３３の１次側巻き線に印加される駆動パルスのデューティ幅が縮小される。その結果、インバータトランス３３の１次巻き線側の入力電力が一定となるようにフィードバック制御される。

以上説明したように、本実施形態に係る液晶パネル用バックライト装置１によれば、電源部４の駆動用直流電源Ｖｉｎと駆動パルス発生部３２（スイッチング素子３２ａ及び３２ｂ）との間に流れる電流、すなわち、インバータトランス３３の１次巻き線側に流れる駆動電流を抵抗Ｒ１で検出し、検出した電流に関する信号を用いて制御部３４の制御ＩＣ３４ａがフィードバック制御を行うので、駆動電流によるオーソドックスなフィードバック制御により入力電力が一定に制御されるため、駆動回路３の構成が簡単であり、かつフィードバック制御自体を容易に行うことができる。また、低圧側であるインバータトランス３３の１次巻き線に流れる駆動電流の変化を検出しているため、検出された信号の電圧が低く、耐電圧が低く、制御Ｉｃ３４ａとして安価な汎用の制御ＩＣを用いることができる。その結果、液晶パネル用バックライト装置１のコストダウンが可能となる。

また、フィードバック制御の具体例として、例えば駆動パルス発生部がオン及びオフするタイミングを制御し、駆動パルスのデューティ幅を制御（ＰＷＭ制御）することにより、フィードバック制御が容易になる。さらに、電流検出部３５として、電源部４の駆動用直流電源Ｖｉｎと駆動パルス発生部３２との間に抵抗Ｒ１を接続し、抵抗Ｒ１の端子間電圧を検出することにより、駆動回路３及び電流検出部３５の構成を簡単にすることができる。さらに、インバータトランス３３の２次巻き線と蛍光ランプ２との間に管電流検出回路３６及び管電圧検出回路３７を設け、それらによって検出された管電流及び管電圧をそれぞれＯＰアンプ３４ｅ〜３４ｇにより所定の閾値と比較し、蛍光ランプ２の異常と判断できる場合に制御部３４に対する制御用電源Ｖｃを遮断するので、安全で信頼性に優れた液晶パネル用バックライト装置１を提供することができる。その際、高圧側の管電流及び管電圧は制御ＩＣ３４ａに直接入力されないため、制御ＩＣ３４ａとして安価な汎用の制御ＩＣを用いることができる。

本発明の一実施形態に係る液晶パネル用バックライト装置の駆動回路の構成を示すブロック図。上記液晶パネル用バックライト装置の駆動回路のうち、インバータトランス、管電流検出回路及び管電圧検出回路の具体的な構成を示す回路図。上記液晶パネル用バックライト装置の駆動回路のうち、タイマー回路、駆動パルス発生部及び制御部の具体的な構成を示す回路図。上記駆動回路の起動からの各部の電圧の変化を示すタイミングチャート。上記管電流検出回路からの出力と所定の閾値との関係を示すグラフ。上記管電圧検出回路からの出力と所定の閾値との関係を示すグラフ。従来の液晶パネル用バックライト装置の駆動回路の構成を示す回路図。

符号の説明

１液晶パネル用バックライト装置
２冷陰極蛍光ランプ（蛍光ランプ）
３駆動回路
４電源部
３１タイマー回路
３２駆動パルス発生部
３２ａ、３２ｂスイッチング素子
３３インバータトランス
３４制御部
３４ａ制御ＩＣ
３４ｂ〜３４ｄ比較回路
３４ｅ〜３４ｇＯＰアンプ
３５電流検出部
３６管電流検出回路
３７管電圧検出回路
３８発信回路
Ｒ１抵抗
ＪＰＡ第１電流閾値
ＪＰＢ第２電流閾値
ＪＰＣ第３電流閾値
ＪＰＥ第１電圧閾値
ＪＰＦ第２電圧閾値
Ｖｉｎ駆動用直流電源
Ｖｃ制御用電源

Claims

少なくとも１つの冷陰極蛍光ランプと、前記冷陰極蛍光ランプの点灯を制御するための駆動回路を備えた液晶パネル用バックライト装置において、
前記駆動回路は、
駆動用直流電源に接続され、オン及びオフを繰り返すことによって、電圧が周期的に変化する駆動パルスを発生する駆動パルス発生部と、
１次側巻き線が前記駆動パルス発生部に接続され、２次側巻き線が前記冷陰極蛍光ランプに接続されたインバータトランスと、
前記駆動用直流電源と前記駆動パルス発生部との間に流れる駆動電流の変化を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された駆動電流の変化に基づいて、入力電力が一定となるようにフィードバック制御を行う制御部
をさらに備えたことを特徴とする液晶パネル用バックライト装置。
前記制御部は、前記駆動パルス発生部がオン及びオフするタイミングを制御し、前記駆動パルスのデューティ幅を制御することによってフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル用バックライト装置。
前記電流検出部は、前記駆動用直流電源と前記駆動パルス発生部との間に接続された抵抗を含み、前記抵抗の端子間電圧を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶パネル用バックライト装置。
前記インバータトランスの２次巻き線と前記冷陰極蛍光ランプとの間に接続された管電流検出回路及び管電圧検出回路と、
前記管電流検出回路及び前記管電圧検出回路により検出された管電流及び管電圧をそれぞれ所定の閾値と比較する比較回路をさらに備え、
前記駆動回路は、その起動開始後所定時間を経過した時点における前記管電流の値が第１電流閾値未満であるとき又は前記管電圧の値が第１電圧閾値以上第２電圧閾値未満の範囲外であるときは、前記制御部に対する制御用電源を遮断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶パネル用バックライト装置。