JP2009300690A - インバータ駆動回路およびそれを備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの輝度変化による映像品質の低下を防止する。
【解決手段】インバータ駆動回路２は、液晶表示装置のバックライト４を駆動するインバータ回路３を駆動するために用いられる。インバータ駆動回路２は、インバータ制御回路５と周波数制御回路６とを備える。インバータ制御回路５は、バックライト４の点灯期間を制御する制御パルスを入力し、インバータ回路を駆動するためのインバータパルスを制御パルスと同期するように生成し、制御パルスのオン／オフに従ってインバータ回路３へ出力する。周波数制御回路６は、インバータ制御回路５で生成されるインバータパルスの周波数を周期的に変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ駆動回路および表示装置に関し、より特定的には、液晶表示装置のバックライト等に用いることが可能なインバータ駆動回路およびそれを備える表示装置に関する。

従来、液晶表示装置のバックライトに対する輝度制御として、パルス信号によって制御するＰＷＭ制御が行われている（例えば特許文献１参照）。ＰＷＭ制御は、ＰＷＭパルスのオン／オフによってインバータ回路を駆動させ、オンの時のみバックライトを発光させるものである。このようなＰＷＭ制御においてはインバータ制御ＩＣを用いてインバータを制御することがある。インバータ制御ＩＣは、ＰＷＭパルスを入力し、インバータ回路を駆動するための所定周波数のパルス（インバータパルス）を、ＰＷＭパルスがオンの場合に出力するものである。
特開２００２−２８７７００号公報

上記のようにバックライトに対してＰＷＭ制御を行う方式では、輝度が低い場合等に画面における輝度の変化（以下、「ぱかつき」と呼ぶ）が目立つおそれがあるという問題があった。

図３は、位相の異なる２つのインバータパルスとＰＷＭパルスとを示す図である。インバータ制御ＩＣに入力されるＰＷＭパルスと、インバータ制御ＩＣで生成されるインバータパルスとは非同期である場合には、ＰＷＭパルスがオンの期間に含まれるインバータパルスのオン部分（図３に示す斜線）の個数は、インバータパルスの位相によって変化する。図３の例にとって説明すると、インバータパルスＡの場合にはＰＷＭパルスがオンの期間に４個のパルス（オン部分）が含まれるが、位相が異なるインバータパルスＢの場合にはＰＷＭパルスがオンの期間にパルス（オン部分）が３個しか含まれない。このように、ＰＷＭパルスとインバータパルスとが非同期である場合には、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスのオン部分の個数が変化することによってバックライトの輝度が変化してしまう。このようなバックライトの輝度変化は、ＰＷＭパルスのデューティ比が大きい場合には目立ちにくいが、デューティ比が小さい場合には目立つことがある。例えば車両に搭載される液晶ディスプレイにおいては、夜間用の画面を表示する際にはデューティ比を１０〜２０％程度にする場合があり、このような場合には「ぱかつき」がユーザに認識されてしまうことがある。

また、ＰＷＭパルスとインバータパルスとが同期する場合であっても、温度によってインバータパルスの周波数が若干変化することが原因で、上記と同様の問題が生じる。図４は、周波数の異なる２つのインバータパルスとＰＷＭパルスとを示す図である。図４に示されるように、周波数の高いインバータパルスＡに関してはＰＷＭパルスのオン期間に含まれるオン部分の個数は４個であるのに対して、周波数の低いインバータパルスＢに関してはＰＷＭパルスのオン期間に含まれるオン部分の個数は３個である。このように、ＰＷＭパルスとインバータパルスとが同期する場合であっても、インバータパルスの周波数が若干変化することによってオン部分の個数が変化してしまい、その結果バックライトの輝度が変化してしまう。典型的には、温度が変化していく移行期間において、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスの個数がｎ個（ｎは自然数）になったりｎ＋１個になったりするためにバックライトの輝度が低い周波数で変化し、その結果「ぱかつき」がユーザに認識されてしまうことが考えられる。

以上のように、従来は、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスの個数が変化することによってバックライトの輝度に変化が生じ、この変化が画面において「ぱかつき」としてユーザ（視聴者）に認識されてしまうという問題があった。

それ故、本発明の目的は、バックライトの輝度変化による映像品質の低下を防止することができるインバータ駆動回路を提供することである。

第１の発明は、液晶表示装置のバックライトを駆動するインバータ回路を駆動するためのインバータ駆動回路である。インバータ駆動回路は、インバータ制御回路と周波数制御回路とを備える。インバータ制御回路は、バックライトの点灯期間を制御する制御パルスを入力し、インバータ回路を駆動するためのインバータパルスを制御パルスと同期するように生成し、制御パルスのオン／オフに従ってインバータ回路へ出力する。周波数制御回路は、インバータ制御回路で生成されるインバータパルスの周波数を周期的に変化させる。

第２の発明においては、周波数制御回路は、異なる２種類の周波数が繰り返されるように制御パルスの所定回数のオン期間が到来する度に周波数を変化させるようにしてもよい。

第３の発明においては、周波数制御回路は、所定の周波数の信号を発生する信号発生回路を含んでいてもよい。このとき、インバータ制御回路は、信号発生回路で発生された信号の電圧に応じた周波数となるようにインバータパルスを生成する。

第４の発明においては、信号発生回路は、制御パルスの立ち上がりタイミングで立ち上がりと立ち下がりとを繰り返すパルス信号を発生するようにしてもよい。

第５の発明においては、周波数制御回路は、制御パルスのデューティ比が所定値以下である場合にのみインバータパルスの周波数を変化させるようにしてもよい。

第６の発明においては、インバータ駆動回路は、車両に搭載され、昼間用の画像を表示するモードと夜間用の画像を表示するモードとを有する液晶表示装置に設けられてもよい。このとき、周波数制御回路は、夜間用の画像を表示するモードが選択されている場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させてもよい。

第７の発明においては、周波数制御回路は、 インバータ駆動回路が搭載される液晶表示装置において静止画が表示されている場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させるようにしてもよい。

なお、本発明は、上記第１〜第７のインバータ駆動回路を備える液晶表示装置として提供されてもよい。

第１の発明によれば、周波数制御回路によってインバータパルスの周波数を周期的に変化させることができる。これによれば、インバータパルスの周波数を、温度変化等の原因により低い周波数で変化するのではなく、周波数制御回路によって意図的に高い周波数で変化させることができる。したがって、バックライトの輝度を高い周波数で変化させることができるので、輝度変化が「ぱかつき」としてユーザに認識されることを防止することができ、バックライトの輝度変化による映像品質の低下を防止することができる。

第２の発明によれば、制御パルスのオン期間が所定回数到来する度にバックライトの輝度が変化することになるので、バックライトの輝度を高い周波数で変化させることができる。

第３の発明によれば、信号発生回路からの信号によって容易にインバータパルスの周波数を変化させることができる。

第４の発明によれば、制御パルスの立ち上がり毎にインバータパルスの周波数が変化するので、バックライトの輝度を高い周波数で変化させることができる。また、信号発生回路から出力される信号の周波数を制御パルスに基づいて決定することができるので、信号発生回路は、出力すべき信号を制御パルスを用いて容易に生成することができる。

第５〜第７の発明によれば、バックライトの輝度変化が顕著になる場合、すなわち、インバータパルスの周波数を意図的に変化させる必要がある場合にのみ、周波数制御回路を動作させることができる。これによって、インバータ駆動回路における不要な回路動作を省略することができる。

以下、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係るインバータ駆動回路を含むバックライト制御システムについて説明する。まず、図１を参照してバックライト制御システムの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るインバータ駆動回路を含むバックライト制御システムの構成を示すブロック図である。図１において、バックライト制御システムは、マイコン１、インバータ駆動回路２、インバータ回路３、およびバックライト４を備えている。図１に示すバックライト制御システムは、マイコン１による輝度制御に従ってインバータ駆動回路２がインバータ回路３を駆動させることによって、インバータ回路３がバックライト４を駆動するものである。このバックライト制御システムは、典型的には液晶表示装置に搭載される。以下、図１に示す各構成要素について説明する。

マイコン１は、バックライト４の輝度制御を行うための制御パルス（ＰＷＭパルスと呼ぶ）を出力する。ＰＷＭパルスはバックライト４の点灯期間を制御する信号であり、ここではＰＷＭパルスのオン期間にバックライト４が点灯するように制御される。なお、マイコン１は、バックライト４の輝度制御する機能に加えて、バックライト４が用いられる液晶表示装置の液晶パネルに入力される映像信号に関する制御を行う機能を有するものであってもよい。

インバータ駆動回路２はマイコン１に接続される。インバータ駆動回路２は、上記ＰＷＭパルスに従ってインバータ回路３の駆動制御を行う回路である。具体的には、インバータ駆動回路２は、インバータ制御回路５および周波数制御回路６を備えている。

インバータ制御回路５は、マイコン１に接続され、上記ＰＷＭパルスを入力する。そして、インバータ回路を駆動するためのインバータパルスを生成し、ＰＷＭパルスのオン／オフに従って（すなわち、ＰＷＭパルスがオンの間）インバータパルスをインバータ回路３へ出力する。図１に示されるように、インバータ制御回路５は、エッジ検出回路１１、インバータ制御ＩＣ１２、コンデンサ１３、および抵抗１４を含む。

エッジ検出回路１１は、マイコン１に接続され、マイコン１からのＰＷＭパルスの立ち上がり部分のエッジを検出する。エッジを検出すると、エッジ検出回路１１はエッジ検出信号（エッジ検出時にオンとなる信号）を出力する。

インバータ制御ＩＣ１２は上記インバータパルスを生成する。ここで、コンデンサ１３はその一端がインバータ制御ＩＣ１２の所定の第１端子に接続され、他端が抵抗１４の一端に接続される。抵抗１４の他端はインバータ制御ＩＣ１２の所定の第２端子に接続されている。なお、コンデンサ１３の上記他端は接地されている。コンデンサ１３および抵抗１４は、インバータ制御ＩＣ１２で生成されるインバータパルスの周波数を設定するための発振回路を構成している。つまり、インバータパルスの周波数は、コンデンサ１３の容量Ｃおよび抵抗１４の抵抗値Ｒ等によって決定される。一般的には、インバータパルスの周波数は６０ｋ［Ｈｚ］程度に設定され、本実施形態においては後述する周波数制御回路６によって６０ｋ［Ｈｚ］程度の２種類の周波数をとるように制御される。また、本実施形態では、エッジ検出回路１１の出力端はインバータ制御ＩＣ１２の第１端子とコンデンサ１３との間に接続されている。これによって、インバータパルスは、エッジ検出信号によってＰＷＭパルスと同期するように生成される。なお、インバータ制御ＩＣ１２としては、インバータ回路を制御するために従来から用いられているＩＣを用いることができる。

周波数制御回路６は、インバータ制御回路５に接続され、インバータ制御回路５で生成される上記インバータパルスの周波数を周期的に変化させる回路である。

ここで、上述したように、ＰＷＭパルスとインバータパルスとを同期させても、温度変化が原因でインバータパルスの周波数が変化することによってバックライト４の輝度変化が生じることがある（図４参照）。このとき、輝度変化が「ぱかつき」として認識されるのは、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスの個数が低い周波数で変化する場合である。典型的には、温度が変化していく途中の移行期間においては、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスの個数が不安定になり、その個数が時折（つまり、低い周期で）変化するのである。このように、バックライト４の輝度変化が長い周期で生じる場合に「ぱかつき」が目立つのであり、輝度変化を（人間が認識不可能な程度の）短い周期で行えば「ぱかつき」は認識されないと考えられる。

そこで、本実施形態においては、周波数制御回路６を用いることによって、人間が認識不可能な程度の高い周波数（短い周期）でインバータパルスの周波数を（意図的に）変化させる。なお、ここで言う「人間が認識不可能な程度の高い周波数」とは、例えば、映像信号のフレーム周波数（６０［Ｈｚ］）よりも高い周波数である。インバータパルスの周波数を変化させる周波数（後述する周波数制御信号の周波数）は、インバータ駆動回路２およびインバータ回路３における信号が映像信号に与える影響（ビート妨害等）を考慮すれば、高く設定しすぎる必要はなく、例えば１２０〜１３０［Ｈｚ］程度に設定されればよい。少なくとも、上記周波数はインバータパルスの周波数よりも低い周波数でよい。以上のように、本実施形態においては、インバータパルスの周波数の変化によるバックライト４の輝度変化（ぱかつき）を、人間が認識不可能な短い周期で生じさせる。これによって、バックライト４の輝度変化が「ぱかつき」としてユーザに認識されることを防止することができる。

具体的には、周波数制御回路６は、信号発生回路１５および抵抗１６を含む。信号発生回路１５は、上記インバータパルスの周波数を制御するための所定周波数の信号（周波数制御信号と呼ぶ）を発生する。信号発生回路１５は、抵抗１６を介して上記抵抗１４の一端（接地されている側）に接続される。以上の構成によれば、信号発生回路１５からの周波数制御信号の電圧の大きさによって、インバータ制御ＩＣ１２で生成されるインバータパルスの周波数を変化させることができる。本実施形態においては、周波数制御信号は、ハイレベルの電圧とローレベルの電圧とを交互に繰り返すパルス状の信号である。すなわち、周波数制御信号がハイレベルである場合、インバータパルスの周波数は第１の周波数となり、周波数制御信号がローレベルである場合、インバータパルスの周波数は第１の周波数よりも高い第２の周波数となるので、インバータパルスの周波数は、周波数制御信号の周波数の周期で変化する。

また、本実施形態においては、周波数制御回路６の信号発生回路１５は、（図示しないが）ＰＷＭパルスを入力し、ＰＷＭパルスに同期した周波数制御信号を発生する。具体的には、信号発生回路１５は、ＰＷＭパルスの立ち上がりタイミングが到来する毎に、立ち上がりと立ち下がりとを繰り返すパルス信号を周波数制御信号として発生する（図２（ｂ）参照）。このように、ＰＷＭパルスを用いて周波数制御信号を生成することによって、適切な周波数の周波数制御信号を容易に生成することができる。

なお、図１に示す周波数制御回路６の構成は一例であり、周波数制御回路６は、インバータ制御ＩＣ１２で生成されるインバータパルスの周波数を変化させることが可能な構成であればどのような構成であってもよい。

インバータ回路３は、インバータ制御回路５（インバータ制御ＩＣ１２）に接続され、インバータ制御回路５から出力されるインバータパルスを入力する。そして、バックライト４を駆動するための交流信号をインバータパルスから生成し、バックライト４へ出力する。バックライト４は、インバータ回路３に接続され、インバータ回路３からの交流信号によって駆動（発光）する。

次に、以上のように構成されたバックライト制御システムの動作を説明する。図２は、本実施形態において生成される、ＰＷＭパルス、周波数制御信号、およびインバータパルスの一例を示す図である。以下、インバータ駆動回路２の動作を中心にバックライト制御システムの動作を説明する。

マイコン１は所望の輝度となるようにデューティ比を設定してＰＷＭパルスを出力する（図２（ａ））。図２においては、時間ｔ１〜ｔ２、時間ｔ３〜ｔ４、および、時間ｔ５〜ｔ６の期間がＰＷＭパルスのオン期間である。なお、ＰＷＭパルスの周波数は２００［Ｈｚ］程度である。また、本実施形態では、例えば車両に搭載される液晶表示装置において夜間用の画面が表示される場合等に、１０％〜３０％程度の低いデューティ比のＰＷＭパルスが出力される場合をも想定している。つまり、本実施形態においては、１０％〜３０％程度の低いデューティ比のＰＷＭパルスが出力される場合でも表示画面のぱかつきを防止することができる（詳細は後述する）。

一方、周波数制御回路６は、所定の高い周波数の周波数制御信号を出力する。上述したように、本実施形態においては、ＰＷＭパルスの立ち上がり毎に、立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す周波数制御信号が出力される（図２（ｂ））。したがって、図２においては、周波数制御信号は、時間ｔ１でハイレベルになり、時間ｔ３でローレベルになり、時間ｔ５でハイレベルになっている。このように、本実施形態においては、周波数制御信号はＰＷＭパルスに同期し、ＰＷＭパルスの２倍の周波数を有する信号となっている。

インバータ制御回路５は、上記周波数制御信号の電圧値（ハイレベル／ローレベル）に応じた周波数のインバータパルスを生成し、ＰＷＭパルスがオンの期間においてインバータパルスをインバータ回路３へ出力する。図２においては、生成されるインバータパルスの信号のうち、インバータ回路３へ出力される部分の信号を斜線で示している。

ここで、図２においては、時間ｔ１〜ｔ３の期間においては、周波数制御信号がハイレベルであるので、インバータパルスの周波数は第１の周波数ｆ１となる。この第１の周波数ｆ１は、ＰＷＭパルスのオン期間（時間ｔ１〜ｔ２）にｎ個（ｎは自然数）のパルスが含まれるような周波数に設定される。一方、時間ｔ３〜ｔ５の期間においては、周波数制御信号がローレベルであるので、インバータパルスの周波数は第１の周波数ｆ１よりも高い第２の周波数ｆ２となる。この第２の周波数ｆ２は、ＰＷＭパルスのオン期間（時間ｔ３〜ｔ４）にｍ個（ｍは自然数）のパルスが含まれるような周波数に設定される。なお、上記ｍの値は、上記ｎと異なる値であればよいが、輝度変化をできるだけ小さくするためには、上記ｎとｍとの差を１にすることが好ましい。また、時間ｔ５には、周波数制御信号がハイレベルになるので、インバータパルスの周波数は第１の周波数ｆ１に戻る。

以上のように、本実施形態においては、ＰＷＭパルスのオン期間に含まれるインバータパルスの個数が、ＰＷＭパルスの１周期毎に変化する。したがって、インバータ回路３に対しては、ＰＷＭパルスの１周期毎に個数が変化するインバータパルスが出力され、その結果、バックライト４の輝度は、ＰＷＭパルスの１周期毎に変化することとなる。これによれば、バックライト４の輝度を高い周波数で変化させることができるので、輝度変化が「ぱかつき」としてユーザに認識されることを防止することができる。

（本実施形態の変形例）
上記実施形態においては、インバータパルスの周波数を変化させる動作を周波数制御回路６によって常に行わせるようにしたが、他の実施形態においては、例えば以下に示すように、必要となる場合にのみ周波数制御回路６による動作を行わせるようにしてもよい。これによれば、不要な回路動作を省略することができる。

例えば、周波数制御回路６は、ＰＷＭパルスのデューティ比が予め定められた所定値（例えば、２０〜３０％の値）以下である場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させるようにしてもよい。上述したように、ＰＷＭパルスのデューティ比が比較的高い場合には輝度が大きいので、インバータパルスの個数による若干の輝度の変化が目立たないからである。具体的には、周波数制御信号を発生するか否かの指示をＰＷＭパルスのデューティ比に従って周波数制御回路６に対してマイコン１が行ってもよいし、周波数制御回路６がＰＷＭパルスのデューティ比を検知する回路を有しており、検知結果のデューティ比が所定値以下の場合にのみ信号発生回路１５が周波数制御信号を発生するようにしてもよい。

また、例えば、バックライト４を用いた液晶表示装置が車両に搭載される場合、例えば地図の画像を表示するために、昼間用の画像を表示するモードと夜間用の画像を表示するモードとが用意されることがある。このとき、周波数制御回路６は、夜間用の画像を表示するモードが選択されている場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させるようにしてもよい。上記夜間用の画像は、昼間用の画像に比べて輝度を低くする制御が行われるからである。なお、昼間用の画像を表示するモードであるか、それとも夜間用の画像を表示するモードであるかは、例えば車両のライトが点灯しているか否かによって判断される。例えば、車両のライトが点灯状態を示す情報をマイコン１が車両から取得する場合には、周波数制御信号を発生するか否かの指示をマイコン１が当該情報に従って周波数制御回路６に対して行うようにしてもよい。

また、例えば、周波数制御回路６は、バックライト４を用いた液晶表示装置の画面に静止画が表示される場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させるようにしてもよい。上述した「ぱかつき」は、動画が表示される場合よりも静止画が表示される場合の方が目立つからである。具体的には、表示される画像が静止画であるか動画であるかをマイコン１が判別し、判別結果を周波数制御回路６に出力する。周波数制御回路６は、判別結果に応じてインバータパルスの周波数を変化させるか否かを選択するようにすればよい。

以上のように、本発明は、バックライトの輝度変化による映像品質の低下を防止すること等を目的として、例えば車両に搭載される液晶表示装置等に用いることが可能である。

本実施形態に係るインバータ駆動回路を含むバックライト制御システムの構成を示すブロック図 本実施形態において生成される、ＰＷＭパルス、周波数制御信号、およびインバータパルスの一例を示す図 従来における、位相の異なる２つのインバータパルスとＰＷＭパルスとを示す図 従来における、周波数の異なる２つのインバータパルスとＰＷＭパルスとを示す図

符号の説明

１ マイコン
２ インバータ駆動回路
３ インバータ回路
４ バックライト
５ インバータ制御回路
６ 周波数制御回路
１１ エッジ検出回路
１２ インバータ制御ＩＣ
１３ コンデンサ
１４ 抵抗
１５ 信号発生回路
１６ 抵抗

Claims (8)

1. 液晶表示装置のバックライトを駆動するインバータ回路を駆動するためのインバータ駆動回路であって、
   前記バックライトの点灯期間を制御する制御パルスを入力し、前記インバータ回路を駆動するためのインバータパルスを前記制御パルスと同期するように生成し、制御パルスのオン／オフに従って前記インバータ回路へ出力するインバータ制御回路と、
   前記インバータ制御回路で生成される前記インバータパルスの周波数を周期的に変化させる周波数制御回路とを備える、インバータ駆動回路。
2. 前記周波数制御回路は、異なる２種類の周波数が繰り返されるように前記制御パルスの所定回数のオン期間が到来する度に周波数を変化させる、請求項１に記載のインバータ駆動回路。
3. 前記周波数制御回路は、所定の周波数の信号を発生する信号発生回路を含み、
   前記インバータ制御回路は、前記信号発生回路で発生された信号の電圧に応じた周波数となるように前記インバータパルスを生成する、請求項１に記載のインバータ駆動回路。
4. 前記信号発生回路は、前記制御パルスの立ち上がりタイミングで立ち上がりと立ち下がりとを繰り返すパルス信号を発生する、請求項３に記載のインバータ駆動回路。
5. 前記周波数制御回路は、前記制御パルスのデューティ比が所定値以下である場合にのみ前記インバータパルスの周波数を変化させる、請求項１に記載のインバータ駆動回路。
6. 前記インバータ駆動回路は、車両に搭載され、昼間用の画像を表示するモードと夜間用の画像を表示するモードとを有する液晶表示装置に設けられ、
   前記周波数制御回路は、前記夜間用の画像を表示するモードが選択されている場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させる、請求項１に記載のインバータ駆動回路。
7. 前記周波数制御回路は、 前記インバータ駆動回路が搭載される液晶表示装置において静止画が表示されている場合にのみ、インバータパルスの周波数を変化させる、請求項１に記載のインバータ駆動回路。
8. 請求項１に記載のインバータ駆動回路を備える、液晶表示装置。

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