JP4696363B2 - 液晶パネル用バックライト装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に適用された液晶パネルのバックライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶パネルを活用したテレビジョン受像機（以下テレビ受像機と言う）やパ−ソナルコンピュ−タの表示装置として使用されるディスプレイモニタ−の液晶パネルのバックライト装置では、図２に示すように液晶パネル３の背面に配置された導光板４の上下に蛍光管１と反射板６を配置し、導光板４で光を拡散して液晶パネル３に光を入射させ表示していた。
【０００３】
また、液晶パネルの表示輝度をより明るくするためには、蛍光管に多くのランプ電流を流したり、蛍光管を複数本並べて光量を得るようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記バックライト装置では、液晶パネルへの入射光が、冬季等の低温時では通常より減少する現象が生じたり、反対に夏季の高温状態の使用や、高輝度とする為に蛍光管に流すランプ電流を増加させた時、水銀蒸気圧が一定のもとではランプ電流の増大につれて飽和傾向を示し、図３の静特性曲線のように発光効率が低下して輝度低下が生じる事は知られている。
【０００５】
これは、主に蛍光ランプの熱損失増大による温度上昇で管壁温度（水銀蒸気圧）が最適値以上になったためであり、更に高輝度を得るために蛍光管を図２の断面図に図示するように接近して複数本並べて使用する事は、お互いの蛍光管から発熱する熱であぶられ、管壁温度（水銀蒸気圧）が最適値以上になりやすく、ランプ電流をいくら増加させても電力ロスが増加するのみで輝度増加の期待が出来ないと言う課題があった。
【０００６】
つまり、蛍光管の管壁温度（水銀蒸気圧）が最適値から動くようなランプ電流の制御では、画面輝度（発光効率）を効率良く制御できないと同時に、調光範囲を広く制御できない、更には電力ロスが増加するという事になる。
【０００７】
そこで、本発明は、このようなことに鑑みて、蛍光管の管壁温度（水銀蒸気圧）の変化に応じて点灯して液晶パネルに光を入射する補助光源を備えるようにした液晶パネル用バックライト装置を提供する事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するため、本発明の基礎実験として確認した事は、蛍光管の管壁温度（水銀蒸気圧）を一定に保ち、それが変化しない時間内にランプ電流を変化させてみると図３の動特性曲線に示すように、ランプ電流が広い範囲で（本発明の実験では２．０ｍＡ〜６．０ｍＡの領域で）画面輝度は電流増加につれてほぼ直線的に変化するこが判明した。つまり、蛍光管の発光効率を最大限高めて高輝度を得るためには、蛍光管の管壁温度（水銀蒸気圧）を最適値で制御する事が重要である事が分かる。
【０００９】
請求項１に記載の発明においては図１に示す、液晶パネル３の裏面に配置されて、液晶パネルに蛍光管１及び補助光源用蛍光管２からの光を拡散して入射する導光板４と、導光板４の上下に配置された蛍光管１及び２と蛍光管からの光が導光板以外の方向に逃げないようにする為反射板６を備え、導光板４あるいは反射板６の任意の場所に蛍光管１の管壁温度を検知するための温度センサ５が備えられている。
【００１０】
そして、補助光源用蛍光管２の点灯制御手段８は温度センサ５の検出温度をマイクロコンピュ−タ９で判定し、その判定基準に基き蛍光管１の発光量の低下を補うように補助光源用蛍光管２を点灯制御する。よって、補助光源用蛍光管２は、蛍光管１の発生光量の低下に応じて導光板４を通して液晶パネル３に光を入射する。従って、液晶パネル３には補助光源用蛍光管２及び蛍光管１の双方から光を入射することで、蛍光管１の発光量の低下に関わらず、液晶パネル３への十分な光量を確保が可能となる事を特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明においては、上記請求項１に記載の発明と同様に、補助用蛍光管２の点灯制御手段８は、蛍光管１点灯直後の管壁温度を温度センサ５で検出し、その検出温度をマイクロコンピュ−タ９で判定して、判定結果に基き正規水銀蒸気圧に達し、蛍光管１の発光量が正規の光量になるまでの間、補助光源用蛍光管２を点灯制御して輝度安定時間の短縮を図ることを特徴とする。
【００１２】
また請求項３に記載の発明においては、補助光源用蛍光管２の点灯制御手段は蛍光管１の最適ランプ電流動作点での管壁温度を基準として、マイクロコンピュタ９で、温度センサ５の検出温度が高くなった場合は補助光源用蛍光管２を点灯させ、温度上昇に応じて発光量を徐々に増加させるように制御する、温度センサの検出温度が基準点より低くなった場合は、補助光源用蛍光管２の点灯をストップし、蛍光管１のみの光量を液晶パネル３に入射する。この事により、ランプ電流対輝度特性は動特性曲線のように直線に近い変化をさせる事が可能となり、広範囲の調光制御が出来る事を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す各実施形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明に係る液晶表示装置に適用された液晶パネル用エッジライト方式のバックライト装置の第一の実施の形態を示す。
【００１５】
本エッジライト方式のバックライト装置の構成は、液晶パネル３の裏面に導光板４を配し、断面図に示すように導光板４の上下エッジ部分に蛍光管１及び補助光源用蛍光管２を配し、蛍光管１及び２の光が導光板以外の方向に逃げないように反射板６で導光板４方向に反射させている（ここでは主光源用である蛍光管１は上下に各１本しか配していないが、２本以上の複数本でも問題ない）。
【００１６】
また、このバックライト装置には図示していないが、液晶パネル３と導光板４の間には光を拡散させる拡散シ−トや輝度上昇フィルム等が配されており、蛍光管１及び蛍光管２からの入射光を拡散して面状光として液晶パネル３に入射し、液晶パネル面での光（輝度）ムラが発生しないようにしているが、本発明の作用の説明には影響しないので、詳細説明は省略する。
【００１７】
更に蛍光管１を点灯駆動及び調光させるためのバックライトインバ−タ回路７と蛍光管１の管壁温度を検出するための温度センサ５と、この温度センサによって検出された温度変化をマイクロコンピュ−タ９で判定し、その結果に基き補助光源用蛍光管２を点灯制御する補助光源点灯制御回路８を備えている。
【００１８】
一般的に蛍光管の光束は水銀蒸気圧が一定のもとではランプ電流の増大につれて飽和傾向を示し、ランプ発光効率は低下する。これは管の陽光柱プラズマ中の電流密度、すなわち電子密度の増加により、いったん共鳴順位に励起された水銀原子と電子の脱励起衝突密度が増大して紫外線放射効率が減少する事が主な原因といわれている。図３にランプ電流を変化させた時の発光効率の挙動を示す。
【００１９】
反対に蛍光管の周囲温度が低下、例えば冬季低温時の使用や、電源スイッチ投入時十分に管壁温度が上昇していない時光量が減少する。これは、蛍光管の周囲温度の低下に伴い蛍光管内の水銀蒸気の一部が固体化する事で、共鳴準位に励起された水銀原子から放出される共鳴紫外放射が減少するためである。
【００２０】
図３の静特性曲線に示すように、画面輝度はランプ電流の増加につれて飽和傾向を示す。これは、ランプの熱損失増大による温度上昇で管壁温度（水銀蒸気圧）が最適値以上になったためである。次に、管壁温度（水銀蒸気圧）を一定に保ち、それが変化しない時間内にランプ電流を変化させてみると、動特性曲線に示すように（本発明の実験デ−タでは２．０〜６．０ｍＡの領域で）画面輝度は電流増加につれてほぼ直線的に変化することが判明した。
【００２１】
つまり、この静特性曲線から分かるようにランプ電流をある値以上増加させてもバックライトインバ−タの電力損失が増加するばかりで輝度アップにはならず、反対にランプ電流増加の影響で管壁温度上昇が急激に上がり、輝度低下現象が大きく現れる恐れもある。
【００２２】
本発明は、前述の蛍光管の動特性曲線を利用して管壁温度上昇の少ない、また広い範囲の調光が可能なバックライト装置を提供しようとしたものであり、図３に示すように、ランプ電流４．５ｍＡ付近（本発明の実験値であり、使用する蛍光管の特性によって異なるため実使用に対しては、蛍光管のスペックに合わせる必要がある）に平均電流動作点（発光効率最適点）を設定し、平均電流動作点までは蛍光管１の光量で輝度を得るようにする。
【００２３】
発光効率の良い状態で発光させると蛍光管１の管壁温度上昇も少なくてすむ。平均電流動作点以上のランプ電流領域に対応した輝度を得るためには、動特性曲線に従うように補助光源用蛍光管２を点灯制御するようにしている。こうする事によって、蛍光管１と補助光源用蛍光管２の双方の光量が入射され、蛍光管１の管壁温度上昇による輝度低下の影響を受けにくい状態でランプ電流６ｍＡに相当する輝度が得られる。
【００２４】
補助光源用蛍光管２の光量に関してもランプ電流４．５〜６．０ｍＡの１．５ｍＡに相当する分のランプ電流を流すだけであり、補助管の管壁温度上昇も非常に少ない上昇ですみ、お互いの蛍光管同士があぶられて輝度低下が生じる可能性も少なくてすむ事になる。
【００２５】
主光源である蛍光管１の平均電流動作点を検出する手段は、図１に示すように導光板４または、反射板６等の蛍光管１の管壁に近い位置に蛍光管の管壁温度センサ５を配置して、蛍光管１にランプ電流４．５ｍＡを流した時の管壁温度を基準１として（使用する蛍光管のスペックや機器の構造、放熱構造等により異なるため実験により決めるればよい）温度センサ５で検出し、その検出結果をマイクロコンピュ−タ９で判定し、その判定結果が基準値以上に上昇した時、主光源である蛍光管１駆動用バックライトインバ−タ回路７の調光制御を停止して、補助光源用蛍光管２を駆動する補助光源点灯制御回路８を点灯制御する構成としている。
【００２６】
また、冬季や寒冷地等で使用される液晶テレビ受像機や液晶ディスプレイモニタ−の使用環境が低温の場合、電源投入後しばらくの間は管壁温度（水銀蒸気圧）が低いため、管壁温度（水銀蒸気圧）が上昇して規定輝度に達するまでの時間は、通常温度状態の時よりも時間を要する。
【００２７】
つまり所定輝度になるまでの立上り時間が長くかかる事になるが、本発明の構成では、例えば温度検出センサ５の判定温度を５℃付近（任意の温度に設定しておけばよい）に基準２として設定しておけば、周囲温度が５℃以下の状態で電源スイッチが投入された時は、スイッチ投入と同時に補助光源用蛍光管２の点灯制御回路が動作し、補助光源と主光源双方の光が導光板４を介して液晶パネル３に入射され輝度不足を補い、輝度安定までの見かけ上のウォ−ムアップ時間の短縮を図ることができる。
【００２８】
図４は本発明の請求項３に掲げる輝度調光範囲の拡大に関して作用を説明するための図である。点線で示した静特性曲線はランプ電流を増加させていった時の輝度変化特性であり、ランプ電流４．５ｍＡまではほぼ直線変化をするが４．５ｍＡを超えると輝度は飽和状態となり、インバ−タ回路のロス電力は増加するが調光範囲は（Ａ）の範囲しか可変できない。
【００２９】
本発明の方法によれば、ランプ電流４．５ｍＡまでは主光源用蛍光管１の調光量で、４．５ｍＡ以上の領域に関しては補助光源用蛍光管２の点灯制御で調光制御を行い、蛍光管１及び蛍光管２双方の光量を導光板４を介して液晶パネル３に入射させれば、調光範囲は（Ｂ）の範囲まで拡大できることになる。
【００３０】
つまり、蛍光管１及び２のランプ電流を最適な範囲で仕様する事により、インバ−タ回路のロスは最低限に抑えられバックライト装置として低消費電力化も図れる事になる。
【００３１】
（実施の形態２）
図５は本発明に係る液晶表示装置に適用された液晶パネル用のエッジライト方式バックライト装置の第二実施形態を示す。
【００３２】
第一の実施形態と同様、液晶パネル３の裏面に導光板４を配し、断面図に示すように導光板４の上下エッジ部分に蛍光管１を備え、導光板４の左右のエッジ部分に補助光源用蛍光管２を備えた構成としている。
【００３３】
導光板４の左右方向に補助光源用蛍光管２を備える事により、上下方向には主光源用蛍光管を２本以上の複数本配置する事が可能となり、図３のグラフに示す飽和点までの輝度を複数本の蛍光管で入射することにより増加させる事ができると同時に、主光源用蛍光管１と補助光源用蛍光管２の温度干渉の影響を少なくすることができ、より制度の高い制御ができる。
【００３４】
温度センサでの温度検知及び補助光源点灯制御回路の動作に関しては、第一の実施形態と殆ど同じ動作で制御するので、詳細説明は省略する。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネル用バックライト装置において、テレビ受像機等機器内の温度上昇に伴い、バックライト用蛍光管の管壁温度（水銀蒸気圧）が上昇し、時間と共に輝度低下や周囲温度上昇により輝度低下、あるいは機器の電源スイッチ投入後しばらくの時間、冬季等周囲温度が低い状態で電源スイッチ投入後、正規水銀蒸気圧に達するまでの時間輝度低下といった問題を補助光源の点灯制御によって輝度低下分を補い輝度低下問題を解決できる。
【００３６】
また、ランプ電流対輝度特性でランプ電流増加させた時、管壁温度（水銀蒸気圧）上昇で輝度が飽和してしまい、広範囲の調光ができなかった問題点も、補助光源の点灯制御により管壁温度上昇を最低限に抑えつつ、広範囲の調光を可能とする事ができる。合わせて、使用する蛍光管は最適ランプ電流範囲内で使用されるため、結果として蛍光管の長寿命化にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック構成図
【図２】従来のバックライト装置のブロック構成図
【図３】バックライト用蛍光管のランプ電流対輝度変化を示す特性図
【図４】本発明のバックライト調光範囲拡大の作用を説明するための特性図
【図５】本発明の第２実施形態を示すブロック構成図
【符号の説明】
１ バックライト用蛍光管
２ 補助光源用蛍光管
３ 液晶パネル
４ 導光板
５ 温度センサ
６ リフレクタ（反射板）
７ バックライトインバ−タ回路
８ 補助光源点灯制御回路
９ マイクロコンピュ−タ
Ａ 従来の調光範囲を表す記号
Ｂ 本発明の調光範囲を表す記号

Claims (1)

1. 液晶パネルと、
   前記液晶パネルの裏面に配置され前記液晶パネルに後述する蛍光管及び補助光源用蛍光管からの光を拡散して入射する導光板と、
   前記導光板のエッジ部分に配置された蛍光管と、
   前記導光板のエッジ部分に配置された補助光源用蛍光管と、
   前記蛍光管及び前記補助光源用蛍光管からの光が前記導光板以外の方向に逃げないようにする為の反射板と、
   前記蛍光管の管壁温度を検知するための温度センサと、
   前記蛍光管の発光効率最適点である最適ランプ電流動作点における管壁温度を基準点として前記温度センサの検出温度が前記基準点より高くなる場合には前記補助光源用蛍光管を点灯させて温度上昇に応じて発光量を徐々に増加させ、前記温度センサの検出温度が前記基準点より低くなる場合には前記補助光源用蛍光管の点灯をストップさせる点灯制御手段と、
   前記蛍光管を点灯駆動及び調光させるバックライトインバ−タ手段と、
   前記温度センサの検出温度を判定し、前記点灯制御手段及び前記バックライトインバ−タ手段を制御するマイクロコンピュ−タと、
   を有する液晶パネル用バックライト装置。

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