LEDバックライト装置
【課題】本発明は、複数のLEDストリングスに流れる直流電流を一定にするLEDバックライト装置を提供する。
【解決手段】本発明のLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスと、を備える。
【解決手段】本発明のLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置の光源に使用する複数のLEDを点灯させるLEDバックライト装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。近時、光源としてはLEDが使用されている。例えば、図1に示すLEDバックライト装置がある(特許文献1)。このLEDバックライト装置は、電力供給手段10と、ダイオードD11〜D41,D12〜D42からなる全波整流回路と、トランスТ1〜Т4と、LEDストリングスLD1〜LD4と、を備える。このLEDバックライト装置は、電力供給手段10から全波整流回路を介してLEDストリングスLD1〜LD4に供給される電流をトランスТ1〜Т4に生じる電磁力に基づき均衡化している。
【0003】
また、図2に示すLEDバックライト装置もある(特許文献1)。このLEDバックライト装置は、トランスТ1〜Т4の一次側巻線S1〜S4及び二次側巻線N1〜N4を、全波整流回路において各ダイオードD11〜D41,D12〜D42で半波整流される電流を均衡化する電磁結合が生じるように接続して、LEDストリングスLD1〜LD4に供給される電流を均衡化している。
【0004】
さらに、図3に示すLEDバックライト装置もある(特許文献2)。このLEDバックライト装置1は、タップにより分割された分流コイル2bの各端部に逆流防止ダイオード10、11、平滑コンデンサ8a、8b及びLEDストリングス3a、3bを接続し、電流源から供給される電流を分流コイル2bに生じる電磁結合作用により2つの巻線n1、n2の巻数比の逆比に分流して、各LEDストリングス3a、3bに供給する電流を一定にしている。図1及び図2に示した各LEDバックライト装置では、トランスТ1〜Т4を電流バランス回路として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010−218949号公報
【特許文献2】特開2006−319221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した図1及び図2のLEDバックライト装置では、トランスТ1〜Т4の一次側、二次側に電磁結合作用を発生させるためには交流電流を必要とし、各LEDストリングスにはリップルの少ない直流電流を供給する必要がある。このため、電流バランス回路として用いられるトランスТ1〜Т4は、必然的に電源とLEDストリングスの間に設置しなければならない。したがって、電流バランス回路がグランド等に短絡した場合、回路の焼損や発煙等が発生する可能性がある。この事態を回避するためには、高耐圧の素子を用いる、もしくは保護回路を付加する必要性があり、LEDバックライト装置の製造コストを上昇させる。これらの課題は、上述した図3のLEDバックライト装置においても同様である。
【0007】
本発明の目的は、複数のLEDストリングスに流れる直流電流を一定に制御する電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減するLEDバックライト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施の形態に係るLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスを備えることを特徴とする。このLEDバックライト装置によれば、複数のLEDストリングスのアノード電極側を共通接続とすることができ、複数のLEDストリングスのカソード電極側に接続したトランスを電流バランス回路として用いることができ、電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減することができる。
【0009】
また、前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が反対方向となっている。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0010】
また、前記複数のLEDストリングスは偶数列であり、前記複数のトランスのうち隣接するトランスの各他端部には、前記一次側コイル及び前記二次側コイルを有する他のトランスの各一端部を接続し、該一次側コイル及び該二次側コイルの各他端部を接地部に接続してもよい。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0011】
本発明の一実施の形態に係るLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続され、複数の一次側コイルがループ状に直列に接続された複数のトランスを備えることを特徴とする。このLEDバックライト装置によれば、複数のLEDストリングスのアノード電極側を共通接続とすることができ、複数のLEDストリングスのカソード電極側に接続したトランスを電流バランス回路として用いることができ、電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減することができる。
【0012】
また、前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が同一方向となっている。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0013】
また、前記複数の一次側コイルは直列に接続され、該直列に接続された複数の一次側コイルの一端部及び他端部は接地部に接続されてもよい。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、発熱を伴う電流駆動回路やフィードバック回路を用いることなく順方向電圧の異なる複数のLEDストリングスに各々流れる直流電流を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図2】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図3】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図5】図2のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図6】図5のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図7】本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図8】図7のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図9】図8のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図10】(A)は本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図、(B)は(A)のトランス部分の異なる回路構成を示す図である。
【図11】図10(A)のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図12】図11のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図13】本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図14】図13のトランス部分の異なる回路構成を示す図である。
【図15】図14のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図16】図15のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図17】本発明の実施形態5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。
【図18】本発明の実施形態5に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1に係るLED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。
【0017】
<回路構成>
図4は、実施形態1に係るLEDバックライト装置200の回路構成を示す図である。図4において、LEDバックライト装置200は、直流電源201と、ブーストコンバータ202と、LEDストリングス203、204と、逆流防止用ダイオード205、206と、トランス207と、コンデンサC1、C2と、を備える。なお、LEDバックライト装置200では、2つのLEDストリングス203、204を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は2つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置200における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。
【0018】
ブーストコンバータ202は、入力段に直流電源201が接続され、出力段にLEDストリングス203、204及びコンデンサC1、C2の各一端部が接続されている。ブーストコンバータ202は、直流電源201から供給される直流電流を所定周波数、所定振幅の交流電流に変換してLEDストリングス203、204及びコンデンサC1、C2に供給する。
【0019】
LEDストリングス203、204は、各々12個のLEDが直列に接続されて構成されており、各々一端部側のLEDのアノード電極はブーストコンバータ202の出力端とコンデンサC1、C2との接続ノードに接続され、各々他端部側のLEDのカソード電極は逆流防止用ダイオード205、206の各アノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに接続されている。LEDストリングス203、204は、各々12個のLED直列接続の構成を示しているが、LED直列接続は12個より多くしても良いし、少なくしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLED直列接続の数は適宜変更される。
【0020】
コンデンサC1、C2は、ブーストコンバータ202から出力される交流電流を平滑して所定振幅の直流電流として各LEDストリングス203、204に供給するとともに、交流電流を逆流防止用ダイオード205、206を介してトランス207に供給する。コンデンサC1、C2は、電流平滑回路として機能する。
【0021】
逆流防止用ダイオード205、206は、各カソード電極がトランス207の一次側コイルの一端部と二次側コイルの一端部に接続されている。逆流防止用ダイオード205、206は、トランス207の一次側コイル及び二次側コイルに対して順方向に接続されているため、ブーストコンバータ202から出力された交流電流とコンデンサC1、C2で平滑された直流電流をアノード電極側で合流してトランス207に流れる。
【0022】
トランス207は、一次側コイルと二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード205、206の各カソード電極に接続され、一次側コイルと二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに反対方向であり、巻数比は同一である。トランス207は、コンデンサC1、C2から供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御する。トランス207は、電流バランス回路として機能する。なお、図4には示していないが、フィードバック回路としては、トランス207の接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ202にフィードバックして、LEDストリングス203、204に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0023】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ202では、直流電源201から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス203、204の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに供給される。コンデンサC1、C2に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス203、204に供給される。また、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード205、206を介して交流電流がトランス207に供給される。
【0024】
トランス207では、逆流防止用ダイオード205、206を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス203、204には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス203、204は点灯される。
【0025】
以上のように、本発明の実施形態1に係るLEDバックライト装置200では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス203、204のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード205、206のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス207を接続したため、LEDストリングス203、204のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス207の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0026】
次に、図4に示したLEDバックライト装置200の動作をシミュレーションするための回路構成について図5を参照して説明する。図5は、図4に示したLEDバックライト装置200の直流電源201及びブーストコンバータ202を図中に示す交流電源301、302及び回路303に置き換え、LEDストリングス203、204を抵抗負荷R_LED1、R_LED2に置き換えた場合のシミュレーション回路300の構成を示す図である。
【0027】
<回路構成>
図5において、シミュレーション回路300は、直流電源201及びブーストコンバータ202としての交流電源301、302及び回路303と、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2と、コンデンサC6、C7と、逆流防止用ダイオードD6、D7と、トランス304と、を備える。
【0028】
交流電源301、302は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路303に供給する。回路303は、交流電源301、302から供給される交流電圧により所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC6、C7に供給する。コンデンサC6、C7は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給する。また、コンデンサC6、C7から逆流防止用ダイオードD6、D7を介して交流電流がトランス304に供給される。トランス304は、逆流防止用ダイオードD6、D7を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御する。したがって、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には同一の直流電流が供給される。
【0029】
直流電源201及びブーストコンバータ202としての交流電源302及び回路303は、固定の交流電圧を出力する。交流電源301は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0030】
図6(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0031】
図5において、交流電源301、302では、例えば、V1=24Vの直流電圧と振幅がV2=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路303により昇圧されて抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC6、C7との接続ノードО1に印加された交流電圧V(О1)は図6(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC6、C7により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給されるとともに、コンデンサC6、C7から逆流防止用ダイオードD6、D7を介してトランス304に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には、図6(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED1)、−I(R_LED2)が流れるようになった。
【0032】
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置について図7を参照して説明する。実施形態2に係るLEDバックライト装置400では、偶数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0033】
<回路構成>
図7は、実施形態2に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図7において、LEDバックライト装置400は、直流電源401と、ブーストコンバータ402と、LEDストリングス403〜406と、逆流防止用ダイオード407〜410と、トランス411〜413と、コンデンサC1〜C4と、を備える。なお、LEDバックライト装置400では、4つのLEDストリングス403〜406を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は4つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置400における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ402、LEDストリングス403〜406、逆流防止用ダイオード407〜410、コンデンサC1〜C4は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0034】
トランス411、412は、一次側コイルと二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード205、206の各カソード電極に接続され、トランス411の一次側コイルと二次側コイルの各他端部がトランス413の一次側コイルの一端部に接続され、トランス412の一次側コイルと二次側コイルの各他端部がトランス413の二次側コイルの一端部に接続されている。トランス413の一次側コイルと二次側コイルの各他端部は、接地部又はフィードバック回路に接続されている。各トランス411〜413の一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに反対方向であり、巻数比は同一である。トランス411〜413は、コンデンサC1〜C4から逆流防止用ダイオード407〜410を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス411〜413は、電流バランス回路として機能する。なお、図7には示していないが、フィードバック回路としては、トランス411〜413の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ402にフィードバックして、LEDストリングス403〜406に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0035】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ402では、直流電源401から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス403〜406の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1〜C4との接続ノードに供給される。コンデンサC1〜C4に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス403〜4406に供給される。また、コンデンサC1〜C4から逆流防止用ダイオード407〜410を介して交流電流がトランス411〜413に供給される。
【0036】
トランス411〜413では、逆流防止用ダイオード407〜410を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス403〜406には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス403〜406は点灯される。
【0037】
以上のように、本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置400では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス403〜406のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード407〜410のカソード電極側に流バランス回路として用いられるトランス411〜413を接続したため、LEDストリングス403〜406のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス411〜413の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0038】
次に、図7に示したLEDバックライト装置400の動作をシミュレーションするための回路構成について図8を参照して説明する。図8は、図7に示したLEDバックライト装置400の直流電源401及びブーストコンバータ402としての交流電源501、502及び回路503と、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6と、コンデンサC9〜C12と、逆流防止用ダイオードD9〜D12と、トランス504〜506と、を備える。
【0039】
交流電源501、502は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路503に供給する。回路503は、交流電源501、502から供給される交流電圧により所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED3〜R_LED6とコンデンサC9〜C12に供給する。コンデンサC9〜C12は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6に供給する。また、コンデンサC9〜C12から逆流防止用ダイオードD9〜D12を介して交流電流がトランス504〜506に供給される。トランス504〜506は、逆流防止用ダイオードD9〜D12を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6には同一の直流電流が供給される。
【0040】
直流電源401及びブーストコンバータ402としての交流電源502及び回路503は、固定の交流電圧を出力する。交流電源501は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0041】
図9(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0042】
図9において、交流電源501、502では、例えば、V3=24Vの直流電圧と振幅がV4=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路503により昇圧されて抵抗負荷R_LED3〜R_LED6とコンデンサC9〜C12との接続ノードО2に印加された交流電圧V(О2)は図9(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC9〜C12により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED3〜R_LED6に供給されるとともに、コンデンサC9〜C12から逆流防止用ダイオードD9〜D12を介してトランス504〜506に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6には、図9(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED3)〜−I(R_LED6)が流れるようになった。
【0043】
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置について図10を参照して説明する。実施形態3に係るLEDバックライト装置600では、偶数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0044】
<回路構成>
図10(A)は、実施形態3に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図10(A)において、LEDバックライト装置600は、直流電源601と、ブーストコンバータ602と、LEDストリングス603、604と、逆流防止用ダイオード605、606と、トランス607、608と、コンデンサC1、C2と、を備える。なお、LEDバックライト装置600では、2つのLEDストリングス603、604を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は2つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置600における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ602、LEDストリングス603、604、逆流防止用ダイオード605、606、コンデンサC1、C2は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0045】
トランス607、608は、一次側コイルが直列にループ状に接続され、二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード605、606の各カソード電極に接続され、二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに同一方向であり、巻数比は同一である。トランス607、608は、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード605、606を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス607、608は、電流バランス回路として機能する。なお、図10(A)には示していないが、フィードバック回路としては、トランス607、608の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ602にフィードバックして、LEDストリングス603、604に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0046】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ602では、直流電源601から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス603、604の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに供給される。コンデンサC1、C2に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス603、604に供給される。また、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード605、606を介して交流電流がトランス607、608に供給される。
【0047】
トランス607、608では、逆流防止用ダイオード605、606を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス603、604は点灯される。
【0048】
以上のように、本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置600では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス603、 604のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード605、606のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス607、608を接続したため、LEDストリングス603、604のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス607、608の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0049】
図10(B)は、図10(A)のトランス607、608の接続が異なる構成を示す図である。図10(B)において、トランス607、608の一次側コイルが直列に接続されるとともに、一次側コイルの各端部が接地部に接続されている。このトランス607、608の構成とした場合も図10(A)に示したトランス607、608と同様に、逆流防止用ダイオード605、606を介して供給された交流電流が一次側コイルと二次側コイルの電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス603、604は点灯される。
【0050】
次に、図10(A)に示したLEDバックライト装置600の動作をシミュレーションするための回路構成について図11を参照して説明する。図11は、図10(A)に示したLEDバックライト装置600の直流電源601及びブーストコンバータ602としての交流電源701、702及び回路703と、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2と、コンデンサC7、C8と、逆流防止用ダイオードD6、D7と、トランス704、705と、を備える。
【0051】
交流電源701、702は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路703に供給する。回路703は、交流電源701、702から供給される交流電圧を所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC7、C8に供給する。コンデンサC7、C8は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給する。また、コンデンサC7、C8から逆流防止用ダイオードD6、D7を介して交流電流がトランス704、705に供給される。トランス704、705は、逆流防止用ダイオードD6、D7を介して供給された交流電流が一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には同一の直流電流が供給される。
【0052】
直流電源601及びブーストコンバータ602としての交流電源702及び回路703は、固定の交流電圧を出力する。交流電源701は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0053】
図12(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0054】
図11において、交流電源701、702では、例えば、V1=24Vの直流電圧と振幅がV2=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路703により昇圧されて抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC7、C8との接続ノードО1に印加された交流電圧V(О1)は図12(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC7、C8により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給されるとともに、コンデンサC7、C8から逆流防止用ダイオードD6、D7を介してトランス704、705に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には、図12(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED1)、−I(R_LED2)が流れるようになった。
【0055】
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置について図13を参照して説明する。実施形態4に係るLEDバックライト装置800では、奇数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0056】
<回路構成>
図13は、実施形態4に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図13において、LEDバックライト装置800は、直流電源801と、ブーストコンバータ802と、LEDストリングス803〜805と、逆流防止用ダイオード806〜808と、トランス809〜811と、コンデンサC1〜C3と、を備える。なお、LEDバックライト装置800では、3つのLEDストリングス803〜806を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は3つより多くしても良いし、少なくしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置800における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ802、LEDストリングス803〜805、逆流防止用ダイオード806〜808、コンデンサC1〜C3は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0057】
トランス809〜811は、一次側コイルが直列にループ状に接続され、二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード806〜808の各カソード電極に接続され、二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに同一方向であり、巻数比は同一である。トランス809〜811は、コンデンサC1〜C3から逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス809〜811は、電流バランス回路として機能する。なお、フィードバック回路としては、トランス809〜811の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ802にフィードバックして、LEDストリングス803〜805に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0058】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ802では、直流電源801から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス803〜805の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1〜C3との接続ノードに供給される。コンデンサC1〜C3に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス803〜805に供給される。また、コンデンサC1〜C3から逆流防止用ダイオード806〜808を介して交流電流がトランス809〜811に供給される。
【0059】
トランス809〜811では、逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス803〜805は点灯される。
【0060】
以上のように、本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置800では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス803〜805のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード806〜808のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス809〜811を接続したため、LEDストリングス803〜805のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス809〜811の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0061】
図14は、図13のトランス809〜811の接続が異なる構成を示す図である。図14において、トランス809〜811の一次側コイルが直列に接続されるとともに、一次側コイルの各端部が接地部に接続されている。このトランス809〜811の構成とした場合も図14に示したトランス809〜811と同様に、逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス803〜805は点灯される。
【0062】
次に、図13に示したLEDバックライト装置800の動作をシミュレーションするための回路構成について図15を参照して説明する。図15は、図13に示したLEDバックライト装置800の直流電源801及びブーストコンバータ802としての交流電源901、902及び回路903と、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5と、コンデンサC9〜C11と、逆流防止用ダイオードD9〜D11と、トランス904〜906と、を備える。
【0063】
交流電源901、902は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路903に供給する。回路903は、交流電源901、902から供給される交流電圧を所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED3〜R_LED5とコンデンサC9〜C11に供給する。コンデンサC9〜C11は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5に供給する。また、コンデンサC9〜C11から逆流防止用ダイオードD9〜D11を介して交流電流がトランス904〜906に供給される。トランス904〜906は、逆流防止用ダイオードD9〜D11を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3kらR_LED5には同一の直流電流が供給される。
【0064】
直流電源801及びブーストコンバータ802としての交流電源902及び回路903は、固定の交流電圧を出力する。交流電源901は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0065】
図16(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0066】
図15において、交流電源901、902では、例えば、V3=24Vの直流電圧と振幅がV4=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この正弦波交流電圧が回路903により昇圧されて抵抗負荷R_LED3〜R_LED5とコンデンサC9〜C11との接続ノードО2に印加された交流電圧V(О2)は図16(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC9〜C11により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED3〜R_LED5に供給されるとともに、コンデンサC9〜C11から逆流防止用ダイオードD9〜D11を介してトランス904〜906に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5には、図16(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED3)〜−I(R_LED5)が流れるようになった。
【0067】
(実施形態5)
次に、上記図4に示したLEDバックライト装置200を含む液晶表示装置について図17に示すブロック図を参照して説明する。図17に示すように、液晶表示装置1000は、AC/DC電源装置1010と、LCDモジュール部1020と、バックライト装置1030と、を備える。
【0068】
AC/DC電源装置1010は、コンセント1011、AC/DC整流部1012、及びDC/DCコンバータ1013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1020に出力する。
【0069】
LCDモジュール部1020は、DC/DCコンバータ1021、共通電極電圧発生部(Vcom発生部)1022、γ電圧発生部1023、LCDパネル部1024、及びバックライト装置1030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1024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。
【0070】
共通電極電圧発生部1022は、DC/DCコンバータ1021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1024に出力する。
【0071】
γ電圧発生部1023は、DC/DCコンバータ1021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1024に供給する。図17では、共通電極電圧発生部1022とγ電圧発生部1023がLCDパネル部1024から分離されている例を示したが、これらをLCDパネル部1024に含ませて構成することもできる。
【0072】
バックライト装置1030は、バックライト駆動部1031及びバックライト部1032から構成される。バックライト駆動部1031には、上記図2に示したブーストコンバータ202、逆流防止ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2が含まれる。バックライト部1032は、上記図2に示した複数のLEDストリングス203、204が含まれる。バックライト部1032は、入力画像をLCDパネル部1024に表示する際に、その入力画像の輝度に合わせて階調を制御するため、点灯時間が制御される。
【0073】
液晶表示装置1000は、バックライト装置1030内のバックライト駆動部1031に上述したブーストコンバータ202、逆流防止ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2を備えたため、バックライト装置1030は、消費電力を低減できる。なお、AC/DC電源装置1010をLCDモジュール部1020に内蔵させてもよい。
【0074】
図18は、実施形態5に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。図18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18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1050、ディスプレイユニット1070及び収納容器1080を備える。
【0075】
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。
【0076】
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の間に介在された液晶1078を含む。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
底面1081は、バックライトアセンブリ1010(図17のバックライト部1032)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1050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1050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。
【0081】
この例における液晶表示装置1000は、バックライト駆動部1060及びトップシャーシ1090をさらに含む。
【0082】
バックライト駆動部1060は、収容容器1080の内部に配置され、バックライトアセンブリ1050を駆動するための直流電圧を発生させる。バックライト駆動部1060から発生された直流電圧は、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1050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1050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、バックライトアセンブリ1050は、接地用配線1041により収容容器1080に接地されている。バックライト駆動部1060は、収容容器1080に収容されることにより、バックライトアセンブリ1050と同様に収容容器1080に接地される。すなわち、バックライトアセンブリ1050とバックライト駆動部1060は、共通の収容容器1080に接地される。
【0083】
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。
【0084】
この液晶表示装置1000は、バックライトアセンブリ1050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。
【0085】
したがって、LEDバックライト装置200を備えた液晶表示装置1000において、バックライト駆動部1060に上述したブーストコンバータ202、逆流防止用ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2を備えたため、LEDバックライト装置の省電力化を図ることが可能になる。また、液晶表示装置1000には、上記実施形態2〜4のLEDバックライト装置400、600、800を適用してもよい。
【0086】
なお、上記実施形態1〜実施形態4に示したLED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。
【符号の説明】
【0087】
200,400,600,800…LEDバックライト装置、202,402,602,802…ブーストコンバータ、203、204,403〜406,603、604,803〜805…LEDストリングス、205、206,407〜410,605、606,806〜808…逆流防止用ダイオード、207,411〜413,607、608,809〜811…トランス、C1〜C4…コンデンサ、1000…液晶表示装置。
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置の光源に使用する複数のLEDを点灯させるLEDバックライト装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。近時、光源としてはLEDが使用されている。例えば、図1に示すLEDバックライト装置がある(特許文献1)。このLEDバックライト装置は、電力供給手段10と、ダイオードD11〜D41,D12〜D42からなる全波整流回路と、トランスТ1〜Т4と、LEDストリングスLD1〜LD4と、を備える。このLEDバックライト装置は、電力供給手段10から全波整流回路を介してLEDストリングスLD1〜LD4に供給される電流をトランスТ1〜Т4に生じる電磁力に基づき均衡化している。
【0003】
また、図2に示すLEDバックライト装置もある(特許文献1)。このLEDバックライト装置は、トランスТ1〜Т4の一次側巻線S1〜S4及び二次側巻線N1〜N4を、全波整流回路において各ダイオードD11〜D41,D12〜D42で半波整流される電流を均衡化する電磁結合が生じるように接続して、LEDストリングスLD1〜LD4に供給される電流を均衡化している。
【0004】
さらに、図3に示すLEDバックライト装置もある(特許文献2)。このLEDバックライト装置1は、タップにより分割された分流コイル2bの各端部に逆流防止ダイオード10、11、平滑コンデンサ8a、8b及びLEDストリングス3a、3bを接続し、電流源から供給される電流を分流コイル2bに生じる電磁結合作用により2つの巻線n1、n2の巻数比の逆比に分流して、各LEDストリングス3a、3bに供給する電流を一定にしている。図1及び図2に示した各LEDバックライト装置では、トランスТ1〜Т4を電流バランス回路として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010−218949号公報
【特許文献2】特開2006−319221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した図1及び図2のLEDバックライト装置では、トランスТ1〜Т4の一次側、二次側に電磁結合作用を発生させるためには交流電流を必要とし、各LEDストリングスにはリップルの少ない直流電流を供給する必要がある。このため、電流バランス回路として用いられるトランスТ1〜Т4は、必然的に電源とLEDストリングスの間に設置しなければならない。したがって、電流バランス回路がグランド等に短絡した場合、回路の焼損や発煙等が発生する可能性がある。この事態を回避するためには、高耐圧の素子を用いる、もしくは保護回路を付加する必要性があり、LEDバックライト装置の製造コストを上昇させる。これらの課題は、上述した図3のLEDバックライト装置においても同様である。
【0007】
本発明の目的は、複数のLEDストリングスに流れる直流電流を一定に制御する電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減するLEDバックライト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施の形態に係るLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスを備えることを特徴とする。このLEDバックライト装置によれば、複数のLEDストリングスのアノード電極側を共通接続とすることができ、複数のLEDストリングスのカソード電極側に接続したトランスを電流バランス回路として用いることができ、電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減することができる。
【0009】
また、前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が反対方向となっている。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0010】
また、前記複数のLEDストリングスは偶数列であり、前記複数のトランスのうち隣接するトランスの各他端部には、前記一次側コイル及び前記二次側コイルを有する他のトランスの各一端部を接続し、該一次側コイル及び該二次側コイルの各他端部を接地部に接続してもよい。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0011】
本発明の一実施の形態に係るLEDバックライト装置は、入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続され、複数の一次側コイルがループ状に直列に接続された複数のトランスを備えることを特徴とする。このLEDバックライト装置によれば、複数のLEDストリングスのアノード電極側を共通接続とすることができ、複数のLEDストリングスのカソード電極側に接続したトランスを電流バランス回路として用いることができ、電流バランス回路の回路構成を簡略にして製造コストを低減することができる。
【0012】
また、前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が同一方向となっている。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【0013】
また、前記複数の一次側コイルは直列に接続され、該直列に接続された複数の一次側コイルの一端部及び他端部は接地部に接続されてもよい。このLEDバックライト装置によれば、トランスの電磁結合作用により複数のLEDストリングスに各々流す直流電流を一定に制御することが可能になる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、発熱を伴う電流駆動回路やフィードバック回路を用いることなく順方向電圧の異なる複数のLEDストリングスに各々流れる直流電流を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図2】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図3】従来のLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図4】本発明の実施形態1に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図5】図2のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図6】図5のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図7】本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図8】図7のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図9】図8のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図10】(A)は本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図、(B)は(A)のトランス部分の異なる回路構成を示す図である。
【図11】図10(A)のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図12】図11のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図13】本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。
【図14】図13のトランス部分の異なる回路構成を示す図である。
【図15】図14のLEDバックライト装置の動作をシミュレーションするためのシミュレーション回路の構成例を示す図である。
【図16】図15のシミュレーション回路の各部の信号を示す図である。
【図17】本発明の実施形態5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。
【図18】本発明の実施形態5に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1に係るLED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。
【0017】
<回路構成>
図4は、実施形態1に係るLEDバックライト装置200の回路構成を示す図である。図4において、LEDバックライト装置200は、直流電源201と、ブーストコンバータ202と、LEDストリングス203、204と、逆流防止用ダイオード205、206と、トランス207と、コンデンサC1、C2と、を備える。なお、LEDバックライト装置200では、2つのLEDストリングス203、204を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は2つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置200における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。
【0018】
ブーストコンバータ202は、入力段に直流電源201が接続され、出力段にLEDストリングス203、204及びコンデンサC1、C2の各一端部が接続されている。ブーストコンバータ202は、直流電源201から供給される直流電流を所定周波数、所定振幅の交流電流に変換してLEDストリングス203、204及びコンデンサC1、C2に供給する。
【0019】
LEDストリングス203、204は、各々12個のLEDが直列に接続されて構成されており、各々一端部側のLEDのアノード電極はブーストコンバータ202の出力端とコンデンサC1、C2との接続ノードに接続され、各々他端部側のLEDのカソード電極は逆流防止用ダイオード205、206の各アノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに接続されている。LEDストリングス203、204は、各々12個のLED直列接続の構成を示しているが、LED直列接続は12個より多くしても良いし、少なくしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLED直列接続の数は適宜変更される。
【0020】
コンデンサC1、C2は、ブーストコンバータ202から出力される交流電流を平滑して所定振幅の直流電流として各LEDストリングス203、204に供給するとともに、交流電流を逆流防止用ダイオード205、206を介してトランス207に供給する。コンデンサC1、C2は、電流平滑回路として機能する。
【0021】
逆流防止用ダイオード205、206は、各カソード電極がトランス207の一次側コイルの一端部と二次側コイルの一端部に接続されている。逆流防止用ダイオード205、206は、トランス207の一次側コイル及び二次側コイルに対して順方向に接続されているため、ブーストコンバータ202から出力された交流電流とコンデンサC1、C2で平滑された直流電流をアノード電極側で合流してトランス207に流れる。
【0022】
トランス207は、一次側コイルと二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード205、206の各カソード電極に接続され、一次側コイルと二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに反対方向であり、巻数比は同一である。トランス207は、コンデンサC1、C2から供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御する。トランス207は、電流バランス回路として機能する。なお、図4には示していないが、フィードバック回路としては、トランス207の接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ202にフィードバックして、LEDストリングス203、204に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0023】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ202では、直流電源201から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス203、204の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに供給される。コンデンサC1、C2に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス203、204に供給される。また、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード205、206を介して交流電流がトランス207に供給される。
【0024】
トランス207では、逆流防止用ダイオード205、206を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス203、204には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス203、204は点灯される。
【0025】
以上のように、本発明の実施形態1に係るLEDバックライト装置200では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス203、204のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード205、206のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス207を接続したため、LEDストリングス203、204のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス207の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0026】
次に、図4に示したLEDバックライト装置200の動作をシミュレーションするための回路構成について図5を参照して説明する。図5は、図4に示したLEDバックライト装置200の直流電源201及びブーストコンバータ202を図中に示す交流電源301、302及び回路303に置き換え、LEDストリングス203、204を抵抗負荷R_LED1、R_LED2に置き換えた場合のシミュレーション回路300の構成を示す図である。
【0027】
<回路構成>
図5において、シミュレーション回路300は、直流電源201及びブーストコンバータ202としての交流電源301、302及び回路303と、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2と、コンデンサC6、C7と、逆流防止用ダイオードD6、D7と、トランス304と、を備える。
【0028】
交流電源301、302は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路303に供給する。回路303は、交流電源301、302から供給される交流電圧により所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC6、C7に供給する。コンデンサC6、C7は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給する。また、コンデンサC6、C7から逆流防止用ダイオードD6、D7を介して交流電流がトランス304に供給される。トランス304は、逆流防止用ダイオードD6、D7を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御する。したがって、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には同一の直流電流が供給される。
【0029】
直流電源201及びブーストコンバータ202としての交流電源302及び回路303は、固定の交流電圧を出力する。交流電源301は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0030】
図6(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0031】
図5において、交流電源301、302では、例えば、V1=24Vの直流電圧と振幅がV2=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路303により昇圧されて抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC6、C7との接続ノードО1に印加された交流電圧V(О1)は図6(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC6、C7により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給されるとともに、コンデンサC6、C7から逆流防止用ダイオードD6、D7を介してトランス304に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス203、204としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には、図6(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED1)、−I(R_LED2)が流れるようになった。
【0032】
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置について図7を参照して説明する。実施形態2に係るLEDバックライト装置400では、偶数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0033】
<回路構成>
図7は、実施形態2に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図7において、LEDバックライト装置400は、直流電源401と、ブーストコンバータ402と、LEDストリングス403〜406と、逆流防止用ダイオード407〜410と、トランス411〜413と、コンデンサC1〜C4と、を備える。なお、LEDバックライト装置400では、4つのLEDストリングス403〜406を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は4つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置400における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ402、LEDストリングス403〜406、逆流防止用ダイオード407〜410、コンデンサC1〜C4は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0034】
トランス411、412は、一次側コイルと二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード205、206の各カソード電極に接続され、トランス411の一次側コイルと二次側コイルの各他端部がトランス413の一次側コイルの一端部に接続され、トランス412の一次側コイルと二次側コイルの各他端部がトランス413の二次側コイルの一端部に接続されている。トランス413の一次側コイルと二次側コイルの各他端部は、接地部又はフィードバック回路に接続されている。各トランス411〜413の一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに反対方向であり、巻数比は同一である。トランス411〜413は、コンデンサC1〜C4から逆流防止用ダイオード407〜410を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス411〜413は、電流バランス回路として機能する。なお、図7には示していないが、フィードバック回路としては、トランス411〜413の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ402にフィードバックして、LEDストリングス403〜406に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0035】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ402では、直流電源401から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス403〜406の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1〜C4との接続ノードに供給される。コンデンサC1〜C4に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス403〜4406に供給される。また、コンデンサC1〜C4から逆流防止用ダイオード407〜410を介して交流電流がトランス411〜413に供給される。
【0036】
トランス411〜413では、逆流防止用ダイオード407〜410を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス403〜406には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス403〜406は点灯される。
【0037】
以上のように、本発明の実施形態2に係るLEDバックライト装置400では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス403〜406のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード407〜410のカソード電極側に流バランス回路として用いられるトランス411〜413を接続したため、LEDストリングス403〜406のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス411〜413の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0038】
次に、図7に示したLEDバックライト装置400の動作をシミュレーションするための回路構成について図8を参照して説明する。図8は、図7に示したLEDバックライト装置400の直流電源401及びブーストコンバータ402としての交流電源501、502及び回路503と、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6と、コンデンサC9〜C12と、逆流防止用ダイオードD9〜D12と、トランス504〜506と、を備える。
【0039】
交流電源501、502は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路503に供給する。回路503は、交流電源501、502から供給される交流電圧により所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED3〜R_LED6とコンデンサC9〜C12に供給する。コンデンサC9〜C12は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6に供給する。また、コンデンサC9〜C12から逆流防止用ダイオードD9〜D12を介して交流電流がトランス504〜506に供給される。トランス504〜506は、逆流防止用ダイオードD9〜D12を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6には同一の直流電流が供給される。
【0040】
直流電源401及びブーストコンバータ402としての交流電源502及び回路503は、固定の交流電圧を出力する。交流電源501は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0041】
図9(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0042】
図9において、交流電源501、502では、例えば、V3=24Vの直流電圧と振幅がV4=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路503により昇圧されて抵抗負荷R_LED3〜R_LED6とコンデンサC9〜C12との接続ノードО2に印加された交流電圧V(О2)は図9(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC9〜C12により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED3〜R_LED6に供給されるとともに、コンデンサC9〜C12から逆流防止用ダイオードD9〜D12を介してトランス504〜506に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス403〜406としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED6には、図9(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED3)〜−I(R_LED6)が流れるようになった。
【0043】
(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置について図10を参照して説明する。実施形態3に係るLEDバックライト装置600では、偶数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0044】
<回路構成>
図10(A)は、実施形態3に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図10(A)において、LEDバックライト装置600は、直流電源601と、ブーストコンバータ602と、LEDストリングス603、604と、逆流防止用ダイオード605、606と、トランス607、608と、コンデンサC1、C2と、を備える。なお、LEDバックライト装置600では、2つのLEDストリングス603、604を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は2つより多くしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置600における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ602、LEDストリングス603、604、逆流防止用ダイオード605、606、コンデンサC1、C2は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0045】
トランス607、608は、一次側コイルが直列にループ状に接続され、二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード605、606の各カソード電極に接続され、二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに同一方向であり、巻数比は同一である。トランス607、608は、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード605、606を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス607、608は、電流バランス回路として機能する。なお、図10(A)には示していないが、フィードバック回路としては、トランス607、608の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ602にフィードバックして、LEDストリングス603、604に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0046】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ602では、直流電源601から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス603、604の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1、C2との接続ノードに供給される。コンデンサC1、C2に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス603、604に供給される。また、コンデンサC1、C2から逆流防止用ダイオード605、606を介して交流電流がトランス607、608に供給される。
【0047】
トランス607、608では、逆流防止用ダイオード605、606を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス603、604は点灯される。
【0048】
以上のように、本発明の実施形態3に係るLEDバックライト装置600では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス603、 604のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード605、606のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス607、608を接続したため、LEDストリングス603、604のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス607、608の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0049】
図10(B)は、図10(A)のトランス607、608の接続が異なる構成を示す図である。図10(B)において、トランス607、608の一次側コイルが直列に接続されるとともに、一次側コイルの各端部が接地部に接続されている。このトランス607、608の構成とした場合も図10(A)に示したトランス607、608と同様に、逆流防止用ダイオード605、606を介して供給された交流電流が一次側コイルと二次側コイルの電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス603、604は点灯される。
【0050】
次に、図10(A)に示したLEDバックライト装置600の動作をシミュレーションするための回路構成について図11を参照して説明する。図11は、図10(A)に示したLEDバックライト装置600の直流電源601及びブーストコンバータ602としての交流電源701、702及び回路703と、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2と、コンデンサC7、C8と、逆流防止用ダイオードD6、D7と、トランス704、705と、を備える。
【0051】
交流電源701、702は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路703に供給する。回路703は、交流電源701、702から供給される交流電圧を所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC7、C8に供給する。コンデンサC7、C8は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給する。また、コンデンサC7、C8から逆流防止用ダイオードD6、D7を介して交流電流がトランス704、705に供給される。トランス704、705は、逆流防止用ダイオードD6、D7を介して供給された交流電流が一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には同一の直流電流が供給される。
【0052】
直流電源601及びブーストコンバータ602としての交流電源702及び回路703は、固定の交流電圧を出力する。交流電源701は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0053】
図12(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0054】
図11において、交流電源701、702では、例えば、V1=24Vの直流電圧と振幅がV2=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この直流電圧が回路703により昇圧されて抵抗負荷R_LED1、R_LED2とコンデンサC7、C8との接続ノードО1に印加された交流電圧V(О1)は図12(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC7、C8により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED1、R_LED2に供給されるとともに、コンデンサC7、C8から逆流防止用ダイオードD6、D7を介してトランス704、705に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス603、604としての抵抗負荷R_LED1、R_LED2には、図12(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED1)、−I(R_LED2)が流れるようになった。
【0055】
(実施形態4)
次に、本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置について図13を参照して説明する。実施形態4に係るLEDバックライト装置800では、奇数列のLEDストリングスに対するトランス側の回路構成が異なることに特徴がある。
【0056】
<回路構成>
図13は、実施形態4に係るLEDバックライト装置の回路構成を示す図である。図13において、LEDバックライト装置800は、直流電源801と、ブーストコンバータ802と、LEDストリングス803〜805と、逆流防止用ダイオード806〜808と、トランス809〜811と、コンデンサC1〜C3と、を備える。なお、LEDバックライト装置800では、3つのLEDストリングス803〜806を駆動するための回路構成を示しているが、LEDストリングスの数は3つより多くしても良いし、少なくしても良い。すなわち、液晶表示装置のサイズ等に応じてLEDストリングスの数は適宜変更されるため、LEDバックライト装置800における逆流防止用ダイオード、トランス、及びコンデンサの各数は適宜変更される。なお、ブーストコンバータ802、LEDストリングス803〜805、逆流防止用ダイオード806〜808、コンデンサC1〜C3は、図4に示したブーストコンバータ202、LEDストリングス203、204、逆流防止用ダイオード205、206、及びコンデンサC1、C2と同様の回路構成であり、同様の機能を有するため、これらの構成説明は省略する。
【0057】
トランス809〜811は、一次側コイルが直列にループ状に接続され、二次側コイルの各一端部が逆流防止用ダイオード806〜808の各カソード電極に接続され、二次側コイルの各他端部が接地部又はフィードバック回路に接続されている。一次側コイルと二次側コイルの極性は互いに同一方向であり、巻数比は同一である。トランス809〜811は、コンデンサC1〜C3から逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給される交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。トランス809〜811は、電流バランス回路として機能する。なお、フィードバック回路としては、トランス809〜811の共通接地側に接続した抵抗Rにより出力段の電圧を検出し、この検出電圧をブーストコンバータ802にフィードバックして、LEDストリングス803〜805に供給される直流電圧レベルを制御するようにしてもよい。
【0058】
<回路動作>
まず、ブーストコンバータ802では、直流電源801から供給される直流電圧VINが所定周波数及び所定振幅の交流電流に変換されてLEDストリングス803〜805の各一端部側のLEDのアノード電極とコンデンサC1〜C3との接続ノードに供給される。コンデンサC1〜C3に供給された交流電流は平滑されて所定振幅の直流電流として各LEDストリングス803〜805に供給される。また、コンデンサC1〜C3から逆流防止用ダイオード806〜808を介して交流電流がトランス809〜811に供給される。
【0059】
トランス809〜811では、逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス803〜805は点灯される。
【0060】
以上のように、本発明の実施形態4に係るLEDバックライト装置800では、図1、図2及び図3に示した従来のLEDバックライト装置のように電流バランス回路として用いられるトランスは電源とLEDストリングスの間に設置せず、各LEDストリングス803〜805のカソード電極側に接続された各逆流防止用ダイオード806〜808のカソード電極側に電流バランス回路として用いられるトランス809〜811を接続したため、LEDストリングス803〜805のアノード電極側を単一ノードとして共通にすることができる。このため、トランス809〜811の接地側の配線接続を多数設ける必要がなく、回路構成が簡略化できる。また、高耐圧の素子や回路を用いる必要がないため、LEDバックライト装置の製造コストを低減することができる。
【0061】
図14は、図13のトランス809〜811の接続が異なる構成を示す図である。図14において、トランス809〜811の一次側コイルが直列に接続されるとともに、一次側コイルの各端部が接地部に接続されている。このトランス809〜811の構成とした場合も図14に示したトランス809〜811と同様に、逆流防止用ダイオード806〜808を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805には同一の直流電流が供給されて、LEDストリングス803〜805は点灯される。
【0062】
次に、図13に示したLEDバックライト装置800の動作をシミュレーションするための回路構成について図15を参照して説明する。図15は、図13に示したLEDバックライト装置800の直流電源801及びブーストコンバータ802としての交流電源901、902及び回路903と、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5と、コンデンサC9〜C11と、逆流防止用ダイオードD9〜D11と、トランス904〜906と、を備える。
【0063】
交流電源901、902は、所定周波数及び所定振幅の交流電圧V1、V2を回路903に供給する。回路903は、交流電源901、902から供給される交流電圧を所定振幅の交流電流に昇圧して抵抗負荷R_LED3〜R_LED5とコンデンサC9〜C11に供給する。コンデンサC9〜C11は、供給された交流電流を平滑して所定振幅の直流電流としてLEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5に供給する。また、コンデンサC9〜C11から逆流防止用ダイオードD9〜D11を介して交流電流がトランス904〜906に供給される。トランス904〜906は、逆流防止用ダイオードD9〜D11を介して供給された交流電流により一次側コイルと二次側コイルの電磁結合作用を発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。したがって、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3kらR_LED5には同一の直流電流が供給される。
【0064】
直流電源801及びブーストコンバータ802としての交流電源902及び回路903は、固定の交流電圧を出力する。交流電源901は起動時の0Vからシミュレーション動作を行うため交流電源を用いているが、固定の直流電圧を出力する。
【0065】
図16(A)、(B)では、横軸は測定時間を示し、250μs〜300μsの期間の各信号の変化を示している。
【0066】
図15において、交流電源901、902では、例えば、V3=24Vの直流電圧と振幅がV4=10Vの正弦波交流電圧をそれぞれ発生させている。この正弦波交流電圧が回路903により昇圧されて抵抗負荷R_LED3〜R_LED5とコンデンサC9〜C11との接続ノードО2に印加された交流電圧V(О2)は図16(B)に示すようになった。そして、この昇圧された正弦波交流電圧により流れる交流電流がコンデンサC9〜C11により平滑された直流電流が抵抗負荷R_LED3〜R_LED5に供給されるとともに、コンデンサC9〜C11から逆流防止用ダイオードD9〜D11を介してトランス904〜906に交流電流が流れると、一次側コイルと二次側コイルの間に電磁結合作用が発生し、この電磁結合作用により一次側コイルに流れる交流電流と二次側コイルに流れる交流電流が同一になるように制御される。このことにより、LEDストリングス803〜805としての抵抗負荷R_LED3〜R_LED5には、図16(A)に示すように同一の直流電流−I(R_LED3)〜−I(R_LED5)が流れるようになった。
【0067】
(実施形態5)
次に、上記図4に示したLEDバックライト装置200を含む液晶表示装置について図17に示すブロック図を参照して説明する。図17に示すように、液晶表示装置1000は、AC/DC電源装置1010と、LCDモジュール部1020と、バックライト装置1030と、を備える。
【0068】
AC/DC電源装置1010は、コンセント1011、AC/DC整流部1012、及びDC/DCコンバータ1013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1020に出力する。
【0069】
LCDモジュール部1020は、DC/DCコンバータ1021、共通電極電圧発生部(Vcom発生部)1022、γ電圧発生部1023、LCDパネル部1024、及びバックライト装置1030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1024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。
【0070】
共通電極電圧発生部1022は、DC/DCコンバータ1021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1024に出力する。
【0071】
γ電圧発生部1023は、DC/DCコンバータ1021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1024に供給する。図17では、共通電極電圧発生部1022とγ電圧発生部1023がLCDパネル部1024から分離されている例を示したが、これらをLCDパネル部1024に含ませて構成することもできる。
【0072】
バックライト装置1030は、バックライト駆動部1031及びバックライト部1032から構成される。バックライト駆動部1031には、上記図2に示したブーストコンバータ202、逆流防止ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2が含まれる。バックライト部1032は、上記図2に示した複数のLEDストリングス203、204が含まれる。バックライト部1032は、入力画像をLCDパネル部1024に表示する際に、その入力画像の輝度に合わせて階調を制御するため、点灯時間が制御される。
【0073】
液晶表示装置1000は、バックライト装置1030内のバックライト駆動部1031に上述したブーストコンバータ202、逆流防止ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2を備えたため、バックライト装置1030は、消費電力を低減できる。なお、AC/DC電源装置1010をLCDモジュール部1020に内蔵させてもよい。
【0074】
図18は、実施形態5に係る液晶表示装置の構造を示す分解斜視図である。図18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18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1050、ディスプレイユニット1070及び収納容器1080を備える。
【0075】
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。
【0076】
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の間に介在された液晶1078を含む。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
底面1081は、バックライトアセンブリ1010(図17のバックライト部1032)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1050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1050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。
【0081】
この例における液晶表示装置1000は、バックライト駆動部1060及びトップシャーシ1090をさらに含む。
【0082】
バックライト駆動部1060は、収容容器1080の内部に配置され、バックライトアセンブリ1050を駆動するための直流電圧を発生させる。バックライト駆動部1060から発生された直流電圧は、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1050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1050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、バックライトアセンブリ1050は、接地用配線1041により収容容器1080に接地されている。バックライト駆動部1060は、収容容器1080に収容されることにより、バックライトアセンブリ1050と同様に収容容器1080に接地される。すなわち、バックライトアセンブリ1050とバックライト駆動部1060は、共通の収容容器1080に接地される。
【0083】
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。
【0084】
この液晶表示装置1000は、バックライトアセンブリ1050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。
【0085】
したがって、LEDバックライト装置200を備えた液晶表示装置1000において、バックライト駆動部1060に上述したブーストコンバータ202、逆流防止用ダイオード205、206、トランス207、及びコンデンサC1、C2を備えたため、LEDバックライト装置の省電力化を図ることが可能になる。また、液晶表示装置1000には、上記実施形態2〜4のLEDバックライト装置400、600、800を適用してもよい。
【0086】
なお、上記実施形態1〜実施形態4に示したLED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。
【符号の説明】
【0087】
200,400,600,800…LEDバックライト装置、202,402,602,802…ブーストコンバータ、203、204,403〜406,603、604,803〜805…LEDストリングス、205、206,407〜410,605、606,806〜808…逆流防止用ダイオード、207,411〜413,607、608,809〜811…トランス、C1〜C4…コンデンサ、1000…液晶表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、
前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、
前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、
前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、
前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスと、を備えることを特徴とするLEDバックライト装置。
【請求項2】
前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が反対方向であることを特徴とする請求項1に記載のLEDバックライト装置。
【請求項3】
前記複数のLEDストリングスは偶数列であり、
前記複数のトランスのうち隣接するトランスの各他端部には、前記一次側コイル及び前記二次側コイルを有する他のトランスの各一端部を接続し、該一次側コイル及び該二次側コイルの各他端部を接地部に接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載のLEDバックライト装置。
【請求項4】
入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、
前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、
前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、
前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、
前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続され、複数の一次側コイルがループ状に直列に接続された複数のトランスと、を備えることを特徴とするLEDバックライト装置。
【請求項5】
前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が同一方向であることを特徴とする請求項4に記載のLEDバックライト装置。
【請求項6】
前記複数の一次側コイルは直列に接続され、該直列に接続された複数の一次側コイルの一端部及び他端部は接地部に接続されたことを特徴とする請求項4又は5に記載のLEDバックライト装置。
【請求項7】
請求項1乃至6の何れか一項に記載のLEDバックライト装置を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項1】
入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、
前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、
前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、
前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、
前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の一次側コイル及び該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続された複数のトランスと、を備えることを特徴とするLEDバックライト装置。
【請求項2】
前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が反対方向であることを特徴とする請求項1に記載のLEDバックライト装置。
【請求項3】
前記複数のLEDストリングスは偶数列であり、
前記複数のトランスのうち隣接するトランスの各他端部には、前記一次側コイル及び前記二次側コイルを有する他のトランスの各一端部を接続し、該一次側コイル及び該二次側コイルの各他端部を接地部に接続したことを特徴とする請求項1又は2に記載のLEDバックライト装置。
【請求項4】
入力段が電源に接続されて電源電圧を昇圧するコンバータと、
前記コンバータの出力段に各々接続され、直列に接続された複数のLEDを各々有する複数のLEDストリングスと、
前記コンバータの出力段に接続され、前記複数のLEDストリングスに並列に各々接続された複数の電流平滑回路と、
前記複数の電流平滑回路及び前記複数のLEDストリングスの各出力段に接続された複数の逆流防止回路と、
前記複数の逆流防止回路の各出力段に複数の二次側コイルの各一端部が直列に接続され、該複数の二次側コイルの各他端部が共通の接地部に接続され、複数の一次側コイルがループ状に直列に接続された複数のトランスと、を備えることを特徴とするLEDバックライト装置。
【請求項5】
前記複数のトランスの複数の一次側コイル及び複数の二次側コイルは、互いに極性が同一方向であることを特徴とする請求項4に記載のLEDバックライト装置。
【請求項6】
前記複数の一次側コイルは直列に接続され、該直列に接続された複数の一次側コイルの一端部及び他端部は接地部に接続されたことを特徴とする請求項4又は5に記載のLEDバックライト装置。
【請求項7】
請求項1乃至6の何れか一項に記載のLEDバックライト装置を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公開番号】特開2013−101875(P2013−101875A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−245586(P2011−245586)
【出願日】平成23年11月9日(2011.11.9)
【出願人】(598045058)株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年11月9日(2011.11.9)
【出願人】(598045058)株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Fターム(参考)】
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