(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーにより設定された輝度の情報を電気信号に変えて出力する静的調光信号処理部と、
映像再生の際に映像の明るさ及びコントラストの少なくとも何れかに応じて動的な輝度変調信号を出力する動的輝度変調部と、
前記動的輝度変調部の内部にあり輝度抑制側の調光信号の出力を受け持つ−側輝度変調部と、
前記動的輝度変調部の内部にあり輝度増加側の調光信号の出力を受け持つ＋側輝度変調部と、
前記静的調光信号処理部の出力と前記−側輝度変調部の出力とを乗算する第１の乗算器と、
前記第１の乗算器の出力に基づいてＰＷＭ波形電圧を出力するバースト調光器と、
前記＋側輝度変調部の出力に基づいてＤＣ電圧を出力する電流調光器と、
蛍光管の管電流に基づく電圧をＮＦＢ信号として前記電流調光器の出力に加算する加算器と、
前記バースト調光器の出力と前記加算器の出力とを乗算する第２の乗算器と、
電源から電力供給を受け前記第２の乗算器の出力に基づいて前記蛍光管を駆動するインバータと、
を有するバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ノート型パソコンやデッスクトップパソコン、液晶テレビジョン受像機等に多用されている液晶表示パネルのバックライト装置に関し、とくに液晶表示パネルを背部から照明する光源として駆動回路手段により点灯する蛍光管を備えたもので、映像の再生の際、映像の明るさやコントラスト応じて動的に輝度変調を行う構成のバックライト装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パソコンなどの情報処理機器や薄型テレビジョン受像機のディスプレイ装置として、バックライト付き液晶ディスプレイが使用されている。このバックライトの光源としては、冷陰極管等の蛍光管が用いられている。蛍光管を点灯させるには高圧の交流電圧を印加する必要があり、入力電源から供給される低電圧の直流電圧を蛍光管が点灯可能な高圧の交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータなどの蛍光管点灯装置が必要となる。
【０００３】
ディスプレイモニタや、テレビジョン受像機への要求性能としては、周囲の明るさが大きく変化することなどを理由に、ユーザーによる輝度調節の可変範囲は広く求められ、例えば１０〜１００％などの調光範囲が要求される場合がある。このようなユーザーの操作による調光制御を以下、静的調光と呼ぶこととする。
【０００４】
また、動画映像の再生の際、映像シーンの明るさやコントラストに応じて動的にバックライトの輝度制御を行って画質の改善が行われている（特開２００１−２７８８９号公報参照）。以下この制御を動的輝度変調と呼び、前記静的調光と区別する。一般に蛍光管の光量を変化させる方法としては、図３に示すように、「電流調光方式」或いは、「バースト調光方式」が知られている。
【０００５】
「電流調光方式」は、インバーター回路の入力直流電圧、又は入力電流をＤＣ−ＤＣコンバーター等で変化させてインバータートランス二次側に接続される蛍光管の電流を変化させて連続的に調光する方式である。既述のとおり、ユーザーによる輝度調節の可変範囲は広く求められ、例えば１０〜１００％などの調光範囲が要求される場合がある。蛍光管の輝度は管電流にほぼ比例するが、蛍光管の管電流保証範囲は１０〜１００％まで広くないことがある。例えば、１５インチクラスの液晶ディスプレイによく使用されている、長さ３３０ｍｍ、直径２.６ｍｍ程度の冷陰極管では、メーカーの保証している管電流値は、２〜５ｍＡrmsなどとなっている。この場合、１０〜１００％の調光範囲を実現しようとすると０.５〜５ｍＡrmsの管電流値にしなければならず、下限では保証管電流値を大きく下回る。従って、管電流値を連続的に制御する電流調光方式では、低輝度側の調光に制限があるという問題があった。
【０００６】
一方、「バースト調光方式」は、インバーター回路の発振動作を強制的にＯＮ／ＯＦＦして、ＯＮ期間とＯＦＦ期間の割合（これを「デューティー比」という）を変化させることにより調光を行う方式である。この方式には、調光信号のレベルに応じて調光パルスのＯＮ期間とＯＦＦ期間の割合を変える周波数固定のＰＷＭ方式と、ＯＮ期間が固定で、発振周波数を変化させてＯＮ期間とＯＦＦ期間のデューティー比を変えて調光する周波数調光（ＰＦＭ）方式とがある。具体的には、蛍光管に交流電流を流している間は管電流を最大（例えば、５ｍＡrms）にし、トランスを駆動する周波数よりも低い周波数（例えば、２００Ｈｚ）で入力電源電圧を断続させ、そのデューティー比（オン デューティー）Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff）［ただし、Ｔonは入力電源電圧のオン時間、Ｔoffは入力電源電圧のオフ時間］を制御することにより、管電流の平均値を制御して広いユーザー調光範囲を実現する。
【０００７】
例えば、バースト調光回路のデューティー比が１００％のとき管電流は最大値５ｍＡrmsとなるようにし、ついでデューティー比を１０％に絞ると、蛍光管に流れる平均電流は０.５ｍＡrmsになる。また、入力電源電圧がオンの期間は管電流が５ｍＡrmsであり、オフの期間は管電流が０ｍＡrmsであるから、蛍光管の保証電流値範囲（２〜５ｍＡrms）内での使用となっている。つまり、このようなバースト調光方式のインバータを用いれば、蛍光管の保証電流値を満足しながら静的調光範囲１０〜１００％などの広い調光範囲を実現できる。
【０００８】
従来、前記動的輝度変調を行う際はバースト調光方式によって行われることがあった。  この一例のブロック図を図２に示し、動作時の管電流波形を図５に示す。バースト調光方式を用いた場合、動的輝度変調が無変調のとき、静的調光上限のDUTYを９０％程度に制限する必要がある。理由は動的輝度変調＝±０％時に、今後起こりうる動的輝度変調の可変範囲を確保しておくためである。この様子を図４に示す。このとき例えばＤＵＴＹ９０％で平均管電流値＝５ｍＡと設定した場合、オフ期間での管電流は0mA、オン期間では、
オン期間の管電流＝５ｍＡ／９０％＝５．５５ｍＡ
となり、オン期間では蛍光管が指定する最適な管電流値＝５ｍＡを超過しているため、５ｍＡ連続点灯時に比べ発光効率が低下してしまう。それは一般に蛍光管の管電流と輝度の関係は図７に示すとおり発光効率が最大となる管電流ｉ0が存在し、これを超過して管電流を増加させると発光効率が低下するためである。つまり平均管電流をｉ0＝５ｍＡと設定した場合においてもバースト調光方式では輝度が低くなってしまう。
【０００９】
また、これら「電流調光」と「バースト調光」を組み合わせた一般技術例として、特開平１０―１１２３９６号公報があげられる。これは電流調光方式及びバースト調光方式を利用してノイズ低減を目的としている。手段としては、調光回路を有する蛍光管灯点灯装置において、調光信号により管が定格最大電流値以下の所定電流値を超えて点灯する時は電流調光方式で動作し、それ以下の時はバースト調光方式で動作するようにする。電流調光動作とバースト調光動作の切替は、調光信号を増幅した直流信号を定電流制御ループに印加して調光をおこなっている電流調光の定電流制御ループにバースト調光のためのパルス電流又は電圧を印加することによって行う。そして、バースト調光のために前記定電流制御ループに印加されるバースト電圧波形として、設定された入力調光信号レベルに応じて０〜約５０％のデューティー比のパルスを出力するパルス幅変調又は該パルス幅変調とパルス振幅変調の併用された波形を用いるというものである。これは本発明の目的、つまり発光効率の高くかつ調光範囲の広いバックライト装置の提供とは異なり、また手段も異なるため、参考技術として示した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って従来の構成では、静的調光の上限での最大ＤＵＴＹは９０％程度で制限されるため、平均管電流を等しく設定しＤＵＴＹ１００％で動作させた場合に比べ輝度が低いという課題があった。また既述のとおり電流調光を用いた場合は輝度を絞る側の可変範囲が狭いという課題があった。
【００１１】
本発明は前記課題に鑑み、発光効率の高くかつ調光範囲の広いバックライト装置を提供しようというものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明のバックライト装置は静的調光をバースト調光方式で行い、動的輝度変調信号を「＋側輝度変調」と「−側輝度変調」に分けて制御を行い、「−側」はバースト調光方式で行うことにより可変範囲を大きく取り、「＋側」は電流調光方式でＤＣ的に制御することで、「動的輝度変調＝±０％」時における静的調光の最大値をバーストＤＵＴＹ１００％で動作させる事を特徴としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、調光回路を有する蛍光管灯点灯装置において、前記調光回路は二つの独立した調光制御入力に対応し、第一の調光制御入力に対してはバースト調光方式で動作し、第二の調光制御入力に対しては、電流調光方式とバースト調光方式の中から最適な調光方式を一つ選択して動作する事を特徴としたものであり、第二の調光制御入力の中で＋側輝度変調の調光制御入力に対しては電流調光方式で動作し、−側輝度変調の調光制御入力に対してはバースト調光方式で動作する事を特徴とするもので、＋側輝度変調を電流調光でＤＣ的に制御することで「動的輝度変調＝±０％」時にバースト調光のＤＵＴＹ１００％での動作することにより発光効率の高くかつ調光範囲の広いバックライト装置を実現しうるものである。  以下に、本発明の一実施形態について図１と図６を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１において１は例えばマイクロコンピュータを用いた調光制御信号発生装置であり、バックライト装置へ調光制御信号を出力する。その内部は静的調光制御信号処理部１ａと、動的輝度変調信号処理部１ｂ、乗算器１ｃの３部から成る。静的調光制御信号制御部１ａは、ユーザーにより設定された輝度の情報を電気信号に変え乗算器１ｃに対し出力する。動的輝度変調部１ｂは、映像の再生の際、映像の明るさやコントラストに応じて動的に輝度変調を行う際にバックライト装置に対し輝度変調信号を出力する。その内部は２つに分かれ、−側輝度変調部１ｂ１では輝度抑制側の調光信号の出力を受け持ち、乗算器１ｃへ出力される。＋側輝度変調部１ｂ２では輝度増加側の調光信号を受けもち電流調光器４へ出力される。乗算器１ｃでは二つの入力を乗算し結果をバースト調光器３へ出力する。
【００１５】
バックライト装置２において、バースト調光器３では乗算器１ｃからの入力信号に応じてＰＷＭ波形を乗算器５に対し出力する。また、＋側輝度変調部１ｂ２からの信号は電流調光器４へ入力され、ＮＦＢ信号と加算された後、前記乗算器ｂ５へ入力される。乗算器５では前記二つの入力信号を乗算し結果をインバータ６へ出力する。インバータ６は電源８から電力供給を受け、前記乗算器５からの制御信号を基に蛍光管７を駆動する。蛍光管７の管電流は管電流検出抵抗９にて電圧変換され、乗算器５へＮＦＢ信号として帰還される。
【００１６】
かかる構成によれば図６に示すとおり、例えば静止映像を出画している時など動的輝度変調が行われていないとき、ユーザーが調光制御を最大に設定した場合、静的調光制御部１ａと、−側輝度変調部１ｂ１は最大値を出力するためこれを受ける乗算器１ｃも最大値を出力する。このためバースト調光器３はＤＵＴＹ１００％の信号をインバーター６へ出力し、蛍光管はＤＵＴＹ１００％で駆動を受けるため、発光効率の高い状態で発光を行うことができる。また、この状態において電源８電圧の変動など何らかの外乱により蛍光管電流が減少又は増加しようとした場合においても、電流調光器４の側に帰還がかかるため蛍光管電流は一定に保たれ、安定した輝度を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の様に、本発明のＬＣＤのバックライト装置によれば、動的輝度変調の可変幅を狭めることなく静止画出画時など動的輝度変調度がゼロのときに、発光効率の低下或いは輝度低下が発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例によるバックライト装置の概略構成図
【図２】従来の静的調光と動的輝度変調に対応したバックライト装置の概略構成図
【図３】電流調光方式とバースト調光方式における管電流波形の相違を示す図
【図４】従来のバックライト装置において動的輝度変調をバースト調光方式で行う場合の管電流波形図
【図５】従来のバックライト装置における静的調光と動的輝度変調の組み合わせによる管電流波形図
【図６】本発明のバックライト装置における静的調光と動的輝度変調の組み合わせによる管電流波形図
【図７】一般の蛍光管の管電流と輝度の関係を示す図
【符号の説明】
１  調光制御演算装置
１ａ  ユーザー調光信号発生部
１ｂ  動的輝度変調信号発生部
１ｃ  乗算器
２  バックライト装置
３  バースト調光器
４  電流調光器
５  乗算器
６  インバーター
７  蛍光管
８  電源
９  管電流検出抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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