KR101142468B1 - 전원장치 및 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

백라이트구동용 전원부의 전력손실을 저감할 수 있는 액정디스플레이장치를 제공한다. 상용교류전원을 정류평활하는 입력전압수단에 대하여, 주(主)전원회로와, 절연트랜스를 가지는 인버터회로 또는 컨버터회로를 병렬로 접속한다.

Description

전원장치 및 디스플레이장치{Power supply device and display device}

본 발명은, 디스플레이장치 및 이 디스플레이장치의 소정의 부하에 공급되어야 할 직류전원전압과 함께, 백라이트에 공급해야 할 전원전압을 얻는 것이 필요로 되는 전원장치에 관한 것이다.

예를 들면 액정 디스플레이등, 자기 발광형이 아닌 디스플레이장치에 있어서는, 광원으로서 백라이트를 이용하여 화상표시를 행하도록 되고 있다.

그리고, 이와 같은 액정 디스플레이장치의 백라이트로서는, 예를 들면 냉음극 형광관을 이용한 것과, 발광다이오드(LED：Light Emitting Diodo)를 이용한 것이 존재한다.

백라이트로서 형광관을 이용했을 경우, 디스플레이장치의 전원부에 있어서는, 백라이트를 구동하기 위한 교류전압 생성용의 인버터회로가 갖춰져 있다.

이와 같은 인버터 회로로서는, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 디스플레이장치에 있어서 주전원회로로부터 출력되는 직류전원을 입력하고 교류전압을 생성하도록 되어 있다.

이 도면에 나타내는 액정 디스플레이장치에서는, 먼저, 정류평활회로(101)에 의해 상용교류전원(AC)을 입력하여 직류전압을 생성하도록 되어 있다. 그리고, 정류평활회로(101)의 후단에 접속된 주전원회로(DC-DC컨버터)(102)에 있어서, 정류평활회로(101)로부터 출력된 직류전압에 대하여 직류-직류전력변환을 행하고, 예를 들면 안정화 된 소정 레벨의 직류전원전압을 출력하도록 되어 있다. 여기서, 주전원회로(102)에 있어서는, 예를 들면 절연트랜스등에 의해 일차측과 이차측을 직류적으로 절연하도록 되어 있다. 즉, 상용교류전원측인 일차측으로부터 직류전압을 입력하고, 이차측으로부터 직류전원전압을 출력하도록 하고 있다.

주전원회로(102)의 이차측으로부터 출력되는 직류전원전압은, 도시하는 바와 같이 하여, 이 직류전원전압을 전원으로서 동작하는 부하(103)에 공급된다. 그리고 이 경우에는, 주전원회로(102)로부터의 직류전원전압은, 도시하는 바와 같이 분기하고 인버터회로(104)에 대해서도 공급된다.

인버터회로(104)에서는, 입력된 직류전원전압에 대하여 직류-교류전력변환을 행하고, 교류전압을 백라이트부(105)에 공급한다. 백라이트부(105)는, 이 교류 전압에 의하여 발광 구동되게 된다.

이 경우, 상기 주전원회로(102)로서는, 일차측에 스위칭 컨버터, 이차측에 정류평활회로를 갖추고, 일차측에 있어서 얻어진 스위칭 출력을 이차측에 있어서 정류평활하고, 상기 전원전압으로서의 직류전압을 얻도록 되어 있다. 따라서 이 경우의 인버터회로(104)는, 도시하는 바와 같이 이 주전원회로(102)의 이차측에 얻어진 직류전원을 입력하도록 되어 있다.

그리고, 이 인버터회로(104)에서는, 이와 같이 얻어지는 직류전원에 대하여 직류-교류전력변환을 행하고, 이 결과 얻어진 교류전압에 의하여 백라이트부(105) 를 구동하는 것으로 된다.

또, 한편으로, LED에 의한 백라이트부를 갖춘 액정 디스플레이장치의 경우의 구성으로서는, 다음의 도 8에 나타내는 바와 같이 된다. 또한, 도 8에서는, 도 7에서 설명한 부분과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.

도시하는 바와 같이 백라이트부(110)로서 LED를 이용했을 경우, 이차측에 있어서 이 백라이트부(110)을 구동하는 구동회로계로서, 초퍼 레귤레이터(chopper regulator)(109)가 갖추어진다. 도 8에 나타내는 예의 경우는, 백라이트부(110)를 형성하는 복수의 LED에 대하여, 복수의 초퍼 레귤레이터(109a, 109b, 109c)가 병렬 접속되어 있다.

이들 복수의 초퍼 레귤레이터(109a, 109b, 109c)의 각각에는, 복수의 LED에 의한 직렬접속회로가 접속되어 있다. 그리고, 이들 초퍼 레귤레이터(109)는, 주전원회로(102)에 의하여 이차측에 얻어진 직류전압을 입력하고, 이 직류전압에 대한 직류-직류전력변환을 행한다. 그리고, 이것에 의해 얻어진 직류전압에 대하여, LED에 흐르는 전류레벨의 검출결과에 따른 안정화를 행한 후에, 이 안정화 출력에 근거하여 복수의 LED를 발광구동하도록 되어 있다.

이 경우에 있어서, 복수의 초퍼 레귤레이터(109)를 병렬로 접속하고 있는 것은, 액정 디스플레이의 화면사이즈가 대형으로 되고 LED의 수가 비교적 많아지는 경우나, 필요 휘도가 높게 구동용의 직류전류레벨로서 비교적 고레벨이 필요하게 되는 경우등에 대응하기 위한 것이다. 즉, 이와 같이 구동해야 할 LED의 수가 많은 경우나 대전류가 필요했을 경우에, 예를 들면 하나의 초퍼 레귤레이터(109)에 의해 복수의 LED직렬접속회로를 구동하도록 구성했을 경우에는, 초퍼 레귤레이터(109) 자체의 회로사이즈가 대형화해 버리는 것을, 이와 같이 복수 병렬 접속한 것으로 회피할 수 있는 것이다.

상기와 같이 LED에 의한 백라이트부(110)가 이용되는 경우에서는, 초퍼 레귤레이터(109)가, 주전원회로(102)에 의해 얻어진 직류전압을 입력하고, 또한 이 직류전압에 대하여 직류-직류변환에 의한 전력변환을 행하여 백라이트부(110) 구동용의 직류전원을 얻도록 되어 있다.

또한 실개 평2－79182호 공보에는, 디스플레이장치의 광원으로서 형광관이 이용되는 경우에 갖추어지는 인버터회로에 관련하는 기술이 기재되어 있다.

또, 특개 2002－244103호 공보에는, 광원으로서 LED가 이용되는 경우에 갖추어지는 초퍼 레귤레이터(chopper regulator)에 관련하는 기술이 기재되어 있다.

그런데, 앞의 도 7에 나타낸 바와 같이 하여, 주전원회로(102)의 후단에 인버터회로(104)를 설치한다고 하는 것은, 상기 인버터회로(104)에 전력이 공급되기 이전에, 이 주전원회로(102)에 있어서 전력변환이 행해지게 된다. 그리고, 상기 백라이트부(105)를 구동하기 위한 교류전압을 생성하기 위해, 이 인버터회로(104)에 있어서도 재차 전력변환이 행해지는 것으로 된다.

즉, 도 7에 나타낸 종래의 구성에 있어서는, 백라이트부(105)를 구동하기 위해, 주전원회로(102), 인버터회로(104)에 의한 두번의 전력변환을 행하고 있게 된다.

또, 도 8에 나타낸 경우도 동일하게 하고, 백라이트부(110)를 구동하기 위 해, 주전원회로(102)에 있어서의 직류-직류전력변환 및 초퍼 레귤레이터(109)에 의한 직류-직류전력변환의 두번의 전력변환을 행하도록 되어 있다.

이와 같이 하여, 여러 차례의 전력변환이 행해짐으로써, 전력변환 효율이 저하하고 전력 손실이 증대하게 된다.

특히 근래에는, 액정디스플레이 분야에서의 기술혁신에 의해 화면이 대형화하고 있지만, 이와 같이 화면이 대형으로 되면, 그 만큼 백라이트 구동을 위한 소비전력이 커지고, 이것에 의하여 세트 전체의 소비전력이 증대하게 된다. 예를 들면, 화면사이즈가 40인치 클래스로 되면, 세트 전체의 소비전력이 250W정도로 되는 예도 있고, 근년의 대형 디스플레이에서는 상기와 같은 전력손실이 비교적 큰 레벨에까지 달하고 있다.

또 이때, 상기와 같이 디스플레이가 대형화하고, 인버터회로(104)나 초퍼 레귤레이터(109)에서의 소비전력이 증대함으로써, 그 만큼, 주전원회로(102)에서 대전력을 조달할 필요가 나온다. 즉, 인버터회로(104), 초퍼 레귤레이터(109)가 주전원회로(102)의 후단에 갖추어지기 때문에, 이들에 있어서의 소비전력의 증대에 대응하기 위해 주전원회로(102)가 조달해야 할 전력이 증대하게 되는 것이다.

이 때문에, 앞의 도 7, 도 8에 나타낸 종래의 구성에 의해서는, 대화면화가 진행되는 만큼 주전원회로(102)가 대형화하는 것이 되며, 이것에 수반하여 주전원회로(102)의 회로제조코스트가 증가하는 것으로 되어 있었다.

또한, 상기와 같이 하여 주전원회로(102)에 있어서 대전력을 조달하도록 됨으로써, 이 때의 전력손실에 의한 발열량이 증대하게 된다. 그리고 이것에 의해 서는, 열대책에 충분한 스페이스를 확보하든지, 혹은 냉각팬을 설치하는 등의 대책이 필요하게 된다.

그렇지만 상기와 같이 발열대책을 위해서 스페이스를 설치하는 경우, 당연히 장치의 대형화로 연결되게 된다. 또, 냉각팬을 설치하는 경우, 그 동작음이 사용자에게 불쾌감을 주는 요인으로 된다.

그래서, 본 발명에서는 이상의 문제점에 감안하여, 전원장치로서 이하와 같이 구성하는 것으로 했다.
즉, 먼저, 상용교류전원을 입력하여 직류입력전압을 생성하는 입력전압 생성수단과, 상기 직류입력전압을 입력하여, 직류-직류 전력변환을 행하는 것으로, 상기 상용교류전원측이 되는 일차측과 절연된 이차측에 있어서, 소정의 부하로 공급해야 할 직류전원전압을 생성하는 제 1의 전력변환수단을 구비한다.
또한, 각각이, 상기 직류입력전압에 대해서 병렬로 접속되며, 상기 직류입력전압에 대해서, 직류-직류 전력변환에 의한 전력변환을 행하여, 상용교류전원측이 되는 일차측과 직류적으로 절연된 이차측에 있어서, 디스플레이장치의 백라이트부의 광원으로 설치된 복수의 발광 다이오드의 직렬접속회로를 구동하기 위한 제 2의 직류전원전압을 생성하는 복수의 제 2의 전력변환수단을 구비한다.
그리고, 상기 제 2의 전력변환수단이,상기 직류입력전압을 스위칭하는 스위칭부와,
상기 발광 다이오드의 직렬접속회로에 흐르는 전류 레벨을 검출하는 검출회로와,
상기 검출회로에 의해 검출되는 전류 레벨에 대응하여, 상기 전류 레벨이 안정화 되도록 상기 스위칭부의 스위칭 주파수를 가변제어하는 제어회로를 구비하는 것이다.

삭제

삭제

삭제

이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 상기 제 2의 전력변환부는, 상기 제 1의 전력변환수단으로부터 출력되는 직류출력전압이 아니고, 상기 입력전압생성부에 의해 생성되는 직류전압을 직접적으로 입력하여 동작하게 된다.

즉, 본 발명에 의해서는, 여러 차례의 전력변환이 행해지는 회로구성은 채용되지 않도록 되어 있는 것이다.

이와 같이 하여 본 발명에 의하면, 디스플레이장치에 있어서의 백라이트의 구동용 전압을 생성하기 위한 구성으로서, 여러 차례의 전력변환이 행해지는 회로계가 없어지며, 이것에 의하여 전원장치에 있어서의 전력손실을 종래의 구성과 비교하여 저감하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에 의하면, 제 1의 전력변환부와 제 2의 전력변환부는, 직렬접속된 관계가 아니고, 직류입력전압에 대하여 병렬 접속된 관계로 되므로, 제 1의 전력변환부가 조달해야 할 전력은, 제 2의 전력변환부의 소비전력과는 독립한 것으로 된다. 이 때문에, 제 2의 전력변환부측에 접속된 부하의 소비전력이 증가하는 경우에도, 상기 제 1의 전력변환부의 용량을 늘릴 필요가 없어진다.

도 1은, 본 발명에 있어서의 제 1의 실시형태로서의 액정디스플레이장치에 있어서의 전원장치의 구성을 간략화하여 나타낸 도면이다.

도 2는, 실시형태의 전원장치가 갖추는 정류평활회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 3은, 제 1의 실시형태의 전원장치가 갖추는 인버터회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

도 4는, 제 1의 실시형태의 변형예로서의 전원장치의 구성을 간략화하여 나타낸 도면이다.

도 5는, 변형예의 전원장치가 갖추는 PFC컨버터회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 6은, 본 발명에 있어서의 제 2의 실시형태로서의 액정디스플레이장치에 있어서의 전원장치의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 7은, 종래예로서 형광관에 의한 백라이트부를 갖추는 액정디스플레이장치에 있어서의 전원부의 구성을 간략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 8은, 종래예로서 LED에 의한 백라이트부를 갖추는 액정디스플레이장치에 있어서의 전원부의 구성을 간략적으로 나타낸 블럭도이다.

이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이하 실시의 형태로 한다)에 대하여 설명해 나간다.

도 1은, 제 1의 실시형태로서의 디스플레이장치(20)는, 예를 들면 액정디스플레이장치이며, 이 액정디스플레이장치에 전원공급하는 전원장치(10)의 구성을 포함한 것을 간략화하여 나타낸 블럭도이다.

먼저, 실시형태의 전원장치(10)로서는, 액정디스플레이장치의 전원부로서 갖추는 것으로 된다. 그리고, 이 전원장치(10)에 의해 생성되는 전원전압은, 직류전원전압을 입력하여 동작하는 각종의 회로부에 상당하는 부하(3)와, 교류전압에 의해 구동되는 백라이트부(5)에 공급된다. 이 백라이트부(5)에 의하여 디스플레이부(6)로서의 액정디스플레이의 패널배면이 조사되어 화상표시가 행해진다.

도 1에 있어서, 정류평활회로(1)는, 도시하는 상용교류전원(AC)을 정류평활 하여 직류입력전압(Ei)을 생성한다.

이 정류평활회로(1)로서는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 정류다이오드(D1~D4)의 4개의 정류다이오드로 이루어지는 브릿지 정류회로(Di)와 이 브릿지 정류회로(Di)에 의한 정류출력을 평활하는 평활콘덴서(C1)를 갖추어 구성된다.

도시하는 바와 같이, 상기 브릿지 정류회로(Di)의 양극입력단자는 상용교류전원(AC)의 양극라인에 대하여 접속된다. 그리고, 양극출력단자가 평활콘덴서(C1)의 양극단자에 대하여 접속된다. 이 평활콘덴서(C1)의 음극단자는 일차측 어스에 접지된다. 또한, 상기 브릿지 정류회로(Di)의 음극입력단자는 일차측 어스에 대하여 접지되며, 음극출력단자는 상용교류전원(AC)의 음극라인에 대하여 접속되어 있다.

이와 같이 구성되는 정류평활회로(1)에 있어서, 상용교류전원(AC)으로부터의 입력전압이 양극성으로 되는 반주기간은, 정류다이오드(D1), 정류다이오드(D3)가 도통하고, 이들 정류출력이 평활콘덴서(C1)에 충전된다. 또, 상용교류전원(AC)으로부터의 입력전압이 음극성으로 되는 반주기간은, 정류다이오드(D2), 정류다이오드(D4)가 도통하고, 이들 정류출력이 평활콘덴서(C1)에 충전된다.

즉 이 경우, 교류입력전압이 정(+)／부(-)가 되는 각 반주기간에 충전이 행해지는, 전파정류에 의한 정류평활동작이 얻어지는 것이다. 그리고, 이와 같은 정류평활동작이 행해지는 결과, 평활콘덴서(C1)의 양단에는, 상용교류전원(AC) 레벨의 등배에 대응한 레벨에 의한 직류입력전압(Ei)이 얻어진다. 이것은, 이른바 콘덴서 인풋방식에 의해 직류입력전압(Ei)을 생성하는 구성으로 되어 있다고 하는 것을 말할 수 있다.

또한, 정류평활회로(1)의 구성으로서는, 이 도 2에 나타낸 것에 한정되지 않고, 예를 들면 배전압 정류평활회로로 하는 등, 콘덴서 인풋방식으로서 다른 구성이 채용되어도 좋다.

여기서, 본 실시형태의 경우, 이와 같은 정류평활회로(1)에 대해서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 주전원회로(2)와 인버터회로(4)가 병렬로 접속된다.

주전원회로(2)는, 상기 상용교류전원(AC)측과 부하(3)측을 절연하는 절연트랜스를 갖추고, 그 일차측에 스위칭소자, 이차측에 정류평활회로를 갖춘, 이른바 스위칭 컨버터로서의 구성을 취한 것으로 된다. 이 주전원회로(2)는, 상기 정류평활회로(1)로부터 공급된 직류입력전압(Ei)을 스위칭 컨버터를 형성하는 스위칭 소자에 의해 스위칭하고, 그 출력을 상기 절연트랜스의 이차측에 여기시켜, 이것을 상기 이차측의 정류평활회로에 있어서 정류평활하고 직류전압을 얻는다. 이와 같이 하여 얻어진 직류전압을, 도시하는 부하(3)의 동작전원(직류전원전압)으로서 공급한다.

인버터회로(4)는, 이 경우는 상기 정류평활회로(1)로부터 공급되는 직류입력전압을 이용하여 백라이트부(5)를 구동한다.

이 경우의 인버터회로(4)로서는, 상용교류전원(AC)에 대하여 직류적으로 절연되어 있지 않은 일차측에 있어서, 상기 정류평활회로(1)에 의해 생성된 직류입력전압(Ei)을 직접 입력하도록 된다. 그리고, 이와 같이 일차측에 있어서 입력한 직류입력전압(Ei)에 대하여 직류→교류전력변환을 행하고, 이것에 따른 교류전압을, 상용교류전원(AC)에 대하여 직류적으로 절연된 이차측에 얻도록 구성되어 있다.

이와 같은 인버터회로(4)의 내부구성은, 예를 들면 다음의 도 3에 나타내게 된다.

도 3에 있어서, 인버터회로(4)에서는, 도시하는 제어·구동회로(4a)의 제어에 의해 스위칭소자(Q1), 스위칭소자(Q2)를 구동하고, 백라이트 구동용의 교류전압을 얻는, 타려식의 구성을 가진다. 또, 이 경우, 인버터회로(4)에 의해 구동되는 백라이트부(5)에는, 예를 들면 도면과 같이 형광관(14a~14d)의 4개의 형광관(14)이 배치된다.

먼저, 이 도면에 있어서, 도시하는 단자(t1), 단자(t2)간에는, 도 1에 나타낸 정류평활회로(1)로부터 공급되는 직류입력전압(Ei)이 인가된다.

상기 단자(t1)에 대해서는, 이 경우는 MOS－FET로 된 상기 스위칭소자(Q1)의 드레인이 접속되어 있다. 그리고, 이 스위칭소자(Q1)의 소스는, 같은 MOS－FET에 의한 상기 스위칭소자(Q2)의 드레인에 대하여 접속된다.

또, 이 스위칭소자(Q2)의 소스는, 상기 단자(t2)와 접속되어 있다.

상기 스위칭소자(Q1) 및 스위칭소자(Q2)의 게이트에 대해서는, 각각 제어·구동회로(4a)로부터의 제어신호가 인가된다.

이 제어·구동회로(4a)는, 프로그램 된 IC(Integrated Circuit)이며, 이들 스위칭소자(Q1), 스위칭소자(Q2)가 교대로 온／오프하도록 제어를 행한다.

스위칭소자(Q1)의 소스와 스위칭소자(Q2)의 접속점(스위칭 출력점)에 대해서는, 도시하는 트랜스(T1)의 일차코일(Na1) 및 트랜스(T2)의 일차코일(Nb1)의 일단이 각각 접속된다. 또, 상기 일차코일(Na1)의 타단은, 콘덴서(C2)를 거쳐서 단자(t2)와 접속되며, 상기 일차코일(Nb1)의 타단은, 이들 일차코일(Na1)과 콘덴서(C2)와의 접속점에 대하여 접속된다.

여기서, 이들 트랜스(T1) 및 트랜스(T2)에 있어서, 상기 일차코일(Na1), 일차코일(Nb1)은, 이 경우, 모두 상용교류전원(AC)에 대해서는 절연되어 있지 않다. 즉 이 경우, 상기한 단자(t1)－단자(t2)간에 직류입력전압(Ei)이 인가되어 있는 것으로부터도 이해할 수 있도록, 이 인버터회로(4)에 있어서의 이들 일차코일(Na1), 일차코일(Nb1)로부터 전단이, 상용교류전원(AC)에 대하여 직류적으로 절연 되어 있지 않은 일차측에 있게 된다.

따라서 이 경우의 인버터회로(4)에 있어서는, 후단에 갖추어지는 부하(백라이트부(5))와의 일차측과 이차측과의 직류적 절연상태를, 이들 트랜스(T1), 트랜스(T2)에 있어서 확보하는 것으로 하고 있다. 이 때문에, 이 경우의 트랜스(T1), 트랜스(T2)에 있어서는, 일차코일(Na1)과 이차코일(Na2), 일차코일(Nb1)과 이차코일(Nb2)과의 사이에 충분한 거리를 확보해 두는 등 , 각각 일차측과 이차측과의 사이에서 충분한 절연상태가 얻어지도록 해 둘 필요가 있다.

상기 트랜스(T1)의 이차코일(Na2)의 일단에 대해서는, 도시하는 바와 같이, 전류제한용의 콘덴서(CC1)와 콘덴서(CC2)가 병렬로 접속되며, 또한 이들 콘덴서(CC1, CC2)에 대해서는, 형광관(14a), 형광관(14b)의 일단이 접속되어 있다.

그리고, 이들 형광관(14a), 형광관(14b)의 타단은, 각각 상기 이차코일(Na2)의 타단과 접속되어 있다.

동일하게, 트랜스(T2)의 이차코일(Nb2)의 일단에 대해서는, 도시하는 바와 같이, 콘덴서(CC3)와 콘덴서(CC4)가 병렬로 접속되며, 또한, 이들 콘덴서(CC3, CC4)에 대하여, 형광관(14c), 형광관(14d)의 일단이 접속되어 있다. 그리고, 이들 형광관(14c), 형광관(14d)의 타단이, 상기 이차코일(Nb2)의 타단과 접속되어 있다.

피드백회로(4b)는, 도시하는 검출회로(4c)에 의해 검출되는 형광관(14d)의 관전압을 입력하고, 이 관전압의 피크정류를 행한다. 그리고, 그 출력을 상기 제어·구동회로(4a)에 대하여 조광신호로서 공급한다. 제어·구동회로(4a)는, 이 조광신호에 근거하여, 형광관(14a~14d)의 발광량을 일정으로 하는 제어를 행하도록 되어 있다.

또한, 이 피드백회로(4b)는, 예를 들면 포토 커플러(photo-coupler)등에 의해 절연해 둔다.

이와 같은 구성에 의한 인버터회로(4)에 있어서는, 단자(t1)－단자(t2) 사이에 얻어지는 직류입력전압(Ei)이, 제어·구동회로(4)의 제어에 의해 교대로 온／오프 하도록 된 스위칭소자(Q1), 스위칭소자(Q2)에 의해 스위칭된다. 그리고, 그 스위칭 출력이, 트랜스(T1), 트랜스(T2)의 일차코일(Na1), 일차코일(Nb1)의 각각에 얻어진다.

이와 같이 일차코일(Na1), 일차코일(Nb1)에 스위칭출력이 얻어짐으로써, 이차코일(Na2), 이차코일(Nb2)에는, 이들 일차코일(Na1), 일차코일(Nb1)과의 코일비에 따른 고압의 교류전압이 여기된다. 그리고, 이와 같이 이차코일(Na2), 이차코일(Nb2)에 교류전압이 여기됨으로써, 백라이트부(5)에 있어서의 각각의 형광관(14a~14d)에 관전류가 흐르게 되며, 이들 형광관(14a~14d)이 발광하는 것으로 된다.

또한, 여기에서는 인버터회로(4)를 타려식으로 했지만, 자려식으로 해도 좋다.

이와 같이 하여 제 1의 실시형태에서는, 정류평활회로(1)에 대하여 주전원회로(2)와 인버터회로(4)를 병렬로 접속함으로써, 주전원회로(2)를 거치지 않고 백라이트부(5)를 구동하기 위한 교류전압을 얻도록 했기 때문에, 주전원회로(2)에 있어서 백라이트 구동용의 교류전압을 얻기 위한 전력 손실이 생기지 않게 된다.

또, 이 때, 상기 교류전압을 인버터회로(4)에 의한 한번의 전력변환에 의해 얻을 수 있게 되기 때문에, 도 7에 나타낸 종래의 구성과 비교하여, 전원장치에 있어서의 전력손실을 저감 할 수 있다.

이것을 이하의 식에 의해 설명해 본다.

먼저, 주전원 회로에 있어서의 전력변환효율을 η1, 인버터회로에 있어서의 전력변환효율을 η2로 하고, 또 백라이트부 이외의 부하전력을 P1, 백라이트부의 부하전력을 P2로 하면,

도 7에 나타낸 종래의 구성에 의한 입력전력은,

(1／η1) P1＋(1／η1 η2)P2

로 된다. 그리고, 도 1에 나타낸 실시형태의 구성에 의한 입력전력은, 주전원회로(2) 및 인버터 회로에 있어서의 전력변환효율이 각각 도 6의 경우와 동등하게 하면,

(1／η1) P1＋(1／η2) P2

로 된다. 즉, 주전원회로의 후단에 인버터회로가 설치되는 도 7의 구성에 있어서는, 교류전압을 얻는 경로에서의 전력변환효율이, 주전원회로와 인버터회로에 있어서의 전력변환효율의 곱으로 되기 때문에, 그 만큼 전력변환효율의 저하가 현저하게 된다.

이것에 대하여 본 실시의 형태에서는, 교류전압을 얻는 경로에서의 전력변환 효율은, 인버터회로에게만 의존하기 때문에, 이 점에서 종래보다도 전력변환효율을 높게 유지할 수 있다. 즉, 이것에 의하여 도 7에 나타낸 종래의 구성보다도 전력 손실을 저감 할 수 있는 것이다.

또, 상기와 같이 백라이트 구동용의 교류전압을 생성하는 경로에서의 전력변환효율을 종래보다 높게 유지할 수 있음으로써, 예를 들면 디스플레이가 대형화하여 상기 백라이트부의 부하전력(P2)이 증대했을 경우의 전력손실량을, 종래보다 낮게 억제할 수 있다.

즉 이 경우, 도 7의 구성과 본 실시형태의 전원장치(10)의 구성과의 입력전력의 차는,

(1／η1 η2－1) P2

로 되며, 백라이트부의 부하전력(P2)의 값이 커지는 만큼, 종래와의 입력전 력량의 차이를 펼칠 수 있다.

이것으로부터, 본 실시형태의 전원장치(10)에 의해서는, 화면사이즈가 커지고, 인버터회로(4)에 있어서의 소비전력이 커지는 만큼, 종래의 구성과 비교하여 보다 큰 전력손실 저감효과가 얻어지는 것이다.

또, 게다가 상기와 같이 주전원회로(2)를 거치지 않고 백라이트부(5)를 구동하기 위한 교류전압을 얻음으로써, 디스플레이가 대형화 했을 경우에도, 주전원회로(2)에 있어서 대전력을 조달할 필요가 없어진다. 그리고, 이것에 의해서는, 디스플레이의 대형화에 수반하여 주전원회로(2)에 있어서의 발열량이 증대하는 일도 없어지며, 이것에 의하여 종래와 같이 열대책에 충분한 스페이스를 확보할 필요가 없어져 디스플레이장치의 소형화가 도모된다.

또, 열대책용의 냉각팬을 설치할 필요도 없어지며, 그 동작음이 사용자에게 불쾌감을 준다고 한 것도 없앨 수 있다.

또, 주전원회로(2)는, 백라이트부(5)에 전력을 공급할 필요가 없어지기 때문에, 이 주전원회로(2)의 전원사양으로서는, 부하(3)의 조건에만 의존하면 좋게 된다. 이것에 의해, 주전원회로(2)의 설계에 대해서의 표준화를 도모하는 것이 용이하게 되는 것이다.

이것에 대하여 먼저 도 7에 나타낸 종래의 구성에서는, 백라이트부(105)의 종류(디스플레이패널의 종류)등에 의존하고, 인버터회로의 사양도 변경되는 것에 수반하여, 주전원회로의 사양도 변경할 필요가 생기기 때문에, 설계의 표준화는 곤란하게 되어 있던 것이다.

여기서, 종래에 있어서, 상기 실시형태와 같이 주전원회로와 인버터회로를 병렬로 갖추어져 있지 않았던 것은, 이하와 같은 사정에 의한다.

종래의 액정디스플레이의 분야에서는, 예를 들면 15~17인치 정도의 소형화면 사이즈의 디스플레이가 주류로, 이것에 수반하여 인버터부의 소비전력도 비교적 적은 것으로 되어 있었다. 이 때문에 종래에 있어서는, 백라이트 구동용의 교류전압을 생성하는 과정에서 생기는 전력손실이, 비교적 적은 레벨로 억제되며, 이 때문에, 주전원회로로부터의 전력을 이용하여 인버터를 비절연으로 하는 종래로부터의 구성을 답습한 쪽이, 코스트·회로 스페이스적으로 정도가 좋고 유리하게 되어 있는 것이다.

본 발명이 상기되기에 이른 것은, 원래 근년에 있어서의 액정디스플레이 화면의 대형화에 수반하여, 백라이트의 소비전력이 증대화하기 시작한 것에 의한다.

즉, 근래에는, 예를 들면 화면사이즈가 40인치클래스에 이르도록 디스플레이장치가 보급해 오고 있지만, 이와 같은 40인치클래스의 디스플레이에서는, 예를 들면 백라이트 인버터에 있어서의 소비전력이 200W정도로 되어 있는 예도 있다. 그리고, 이와 같이 백라이트 인버터에 있어서의 소비전력이 증대함으로써, 종래의 구성에서는 각 전력변환 과정에서의 전력손실량이 비교적 큰 것으로 되며, 많은 문제를 떠안게 되었다.

이것을 해결하는 기술로서, 본 발명이 상기된 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명을 액정디스플레이장치에 적용하는 것에 따라서는, 디스플레이가 대형화하는 만큼 전력손실저감효과가 얻어지기 때문에, 이와 같은 디스플레이의 대형화라고 하는 향후의 환경변화에 수반하여 그 중요도가 증가하는 것이라 고려된다.

계속해서는, 제 1의 실시형태의 변형예로서의 전원장치의 구성에 대하여 설명한다.

도 4는, 제 1의 실시형태의 변형예로서의 전원장치(11)의 구성을 간략화 하여 나타내는 블럭도이다.

이 전원장치(11)로서는, 앞의 도 1에 나타낸 정류평활회로(1)에 대신하여, PFC(Power Factor Correction) 컨버터회로(7)를 설치하도록 한 것이다. 즉, 예를 들면, 전원 고조파 왜곡으로의 대응책의 하나로서 종래보다 주전원회로의 전단에 역률개선을 위한 컨버터를 갖춘다고 하는 것이 행해지고 있지만, 이것과 동일하게 전원장치(11)로 해도, 주전원회로(2), 인버터회로(4)의 전단에 PFC 컨버터회로(7)를 설치하도록 한 것이다.

이와 같은 PFC 컨버터회로(7)의 구성은, 예를 들면 도 5에 나타내게 된다.

이 도면에 나타내는 PFC 컨버터회로(7)로서는, PWM 제어방식의 승압형 컨버터로 되며, 역률을 1에 접근하도록 동작하는 동시에, 직류입력전압(Ei)의 안정화를 행하도록 동작하는 것으로 된다.

먼저, 이 PFC 컨버터회로(7)에 있어서는, 도시하는 바와 같이, 상용교류전원(AC)으로부터의 교류입력전압(VAC)이, 브릿지 정류회로(Di)의 입력단자에 공급되어 있다. 그리고, 이 브릿지 정류회로(Di)의 양극／음극라인에 대해서는, 병렬로 출력콘덴서(Co)가 접속되어 있다. 브릿지 정류회로(Di)의 정류출력이 출력콘덴서(Co)에 공급되는 것으로, 출력콘덴서(Co)의 양단 전압으로서 도면과 같이 직류입력 전압(Ei)이 얻어진다.

이 직류입력전압(Ei)은, 도 4에 나타내는 주전원회로(2) 및 인버터회로(4)의 입력전압으로서 공급된다.

또, 역률개선을 위한 구성으로서는, 도시하는 바와 같이, 인덕터(L), 고속 리커버리형 다이오드(D), 스위칭소자(Q3)가 갖추어진다.

상기 인덕터(L), 고속 리커버리형 다이오드(D)는, 브릿지 정류회로(Di)의 양극출력단자와 출력콘덴서(Co)의 양극단자와의 사이에, 직렬로 접속되어 있다.

그리고, 상기 스위칭소자(Q3)로서는, 이 경우 MOS－FET가 선정되며, 도시하는 바와 같이 인덕터(L)와 다이오드(D)의 접속점과, 브릿지 정류회로(Di)의 음극라인과의 사이에 삽입된다.

이 스위칭소자(Q3)에 대해서는, 도시는 생략하고 있지만, 이것을 구동하기 위한 구동제어회로가 갖추어진다.

이 구동제어회로에 의해서는, 교류입력전압(VAC)과 직류입력전압(Ei)의 변동 차분에 근거한 PWM제어가 행해지며, 스위칭소자(Q3)의 온 기간의 듀티가 가변제어된다. 그리고, 이 결과, 브릿지 정류회로(Di)에 흐르는 교류입력전류의 파형이, 교류입력전압(VAC)과 동일 파형으로 되도록 제어가 행해지며, 역률이 거의 1에 가까워지도록 역률개선이 도모되게 된다.

또 이 경우, 스위칭소자(Q3)의 온 기간의 듀티는, 직류입력전압(Ei)의 변동 차분에 따라서도 변화하게 되기 때문에, 직류입력전압(Ei)의 변동도 억제된다. 즉, 이것에 의해서 직류입력전압(Ei)의 안정화가 도모되는 것이다.

이와 같은 변형예로서의 전원장치(11)에 의해서, 인버터회로(4)가 주전원회로(2)를 거치지 않고 백라이트 구동용의 교류전압을 생성할 수 있기 때문에, 백라이트 구동용의 교류전압을 얻을 때의 전력손실을 종래보다도 저감 할 수 있다. 즉 이 경우는, 앞의 도 7에 나타낸 종래의 구성에 대하여 PFC 컨버터회로(7)와 동등의 회로가 갖추어진 경우와 비교하여, 전력손실을 저감시킬 수 있는 것이다.

또한, PFC 컨버터회로(7)를 갖추는 구성의 경우, 주전원회로(2) 및 인버터회로(4)에 입력되는 직류입력전압(Ei)은 안정화된 것이므로, 인버터회로(4)로서도, 안정적인 직류전압을 입력하는 것을 전제로 하여 설계하면 좋게 된다. 이 때문에, 인버터회로(4)에 대한 설계는 용이한 것으로 되므로, 역률개선을 도모하는 구성과 조합되어 있는 점도 포함되며, 실용상도 매우 유리하다.

또한, 다음의 도 6에는, 본 발명에 있어서의 제 2의 실시형태로서의 전원장치(12)의 구성예에 대하여 나타낸다. 또한, 도 6에 있어서, 이미 도 1에서 설명한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 6에 있어서, 이 경우의 전원장치(12)로서도 액정디스플레이장치(21)의 전원부로서 갖추어지는 것으로 되며, 부하(3)와 함께, 도시하는 백라이트부(15)의 구동용 전원을 공급하도록 되어 있다.

그리고, 이 경우의 액정디스플레이장치의 백라이트부(15)로서는 LED를 이용한 것으로 되며, 백라이트부(15)에 대해서는 직류에 의한 구동전류를 공급하도록 되어 있다.

백라이트부(15)에 대하여 직류전류를 공급하는 구성으로서, 이 경우는 복수 의 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)를 갖추는 것으로 하고 있다.

이 경우의 백라이트부(15)로서는, 도면과 같이 소정 복수의 LED가 직렬접속되어 이루어지는 직렬접속회로의 복수로 이루어지도록 되어 있다. 그리고, 이들 각각의 LED의 직렬접속회로에 대하여 직류전류를 공급하는 계로서 DC-DC컨버터(9a), DC-DC컨버터(9b), DC-DC컨버터(9c)의 복수가 갖춰져 있다.

그리고, 이들 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)는, 도시하는 바와 같이 각각이 상용교류전원(AC)과 절연되어 있지 않은 일차측에 있어서, 정류평활회로(1)에 의해 생성되는 직류입력전압을 입력하도록 접속된다. 즉, 이들 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)로서도, 앞의 도 1에 나타낸 인버터회로(4)와 동일하게, 정류평활회로(1)에 대하여, 주전원회로(2)와 병렬로 접속되어 있는 것이다.

그리고, 이들 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)로서는, 주전원회로(2)의 구성과 거의 동일하게, 상용교류전원(AC)측과 부하측을 절연하는 절연트랜스를 갖추고, 그 일차측에 스위칭소자와 이 스위칭소자를 구동·제어하는 구동회로, 이차측에 정류평활회로를 갖춘 스위칭 컨버터로서의 구성을 채용한다. 즉, 이것에 의해, 일차측에 있어서 입력된 상기 직류입력전압에 따른 직류전압을 이차측에 있어서 얻어지게 된다.

그리고, 이들 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)로서도, 각각 상기한 소정 복수의 LED의 직렬접속회로에 공급해야 할 직류전류의 안정화를 위한 제어계를 갖추도록 된다. 이와 같은 안정화 제어계로서는, 예를 들면 LED의 직렬접속회로에 흐르는 전류레벨의 검출을 행하는 검출회로(4d, 4e, 4f), 검출결과를 절연하여 일차측에 피드백하는 피드백회로(4g, 4h, 4i), 피드백회로를 거쳐서 검출결과에 따라, 상기 구동회로로부터 스위칭소자로 공급되는 구동신호의 스위칭 주파수를 가변 제어하도록 구성한다.

이와 같은 제 2의 실시형태의 전원장치(12)의 구성에 의하여, 액정디스플레이장치의 백라이트 구동용의 전원전압을 얻기 위한 전력변환수단으로서는, 주전원회로(2)의 후단이 아니고, 정류평활회로(1)의 후단에 있어서 주전원회로(2)와 병렬로 접속되는 것으로 된다. 즉, 이것에 의해 제 2의 실시형태의 전원장치(12)의 구성에 의해서도, 백라이트 구동용의 전원전압은, DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)의 각각에 의한 한번의 전력변환에 의해 얻을 수 있게 되기 때문에, 도 8에 나타낸 종래의 구성과 비교하여, 전원장치에 있어서의 전력손실을 저감할 수 있다.

또, 제 2의 실시형태의 전원장치(12)로서도, 상기와 같이 주전원회로(2)를 거치지 않고 백라이트부(15)를 구동하기 위한 직류전압을 얻을 수 있으므로, 디스플레이의 대형화에 수반하여 주전원회로(2)에 있어서 대전력을 조달할 필요도 없어진다.

또, 상기와 같이 하여 정류평활회로(1)에 대하여 주전원회로(2)와 DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)가 병렬로 접속되는 것으로, 제 2의 실시형태의 전원장치(12)의 구성으로서도, 종래예로서 도 8에 나타낸 구성과 비교하여, 백라이트구동을 위한 소비전력이 커지는 만큼 보다 큰 전력손실 저감효과가 얻어지는 것으로 된다.

또한, 이 경우도 주전원회로(2)로서는, 백라이트부(15)에 전력을 공급할 필요가 없어지기 때문에, 주전원회로(2)의 전원사양은 부하(3)의 조건에만 의존하면 좋게 된다.

또한, 제 2의 실시형태에서는 DC-DC컨버터(9)의 복수를 병렬로 접속하는 예를 들었지만, 이와 같이 DC-DC컨버터(9)를 병렬 접속하는 것은, 앞의 도 8에 있어서의 초퍼 레귤레이터(109)의 경우와 동일하게, DC-DC컨버터(9)의 하나만으로 복수의 LED직렬접속회로를 구동하는 경우는 DC-DC컨버터(9)가 대형화해 버리는 것에 의한다.

또, 특히 이 경우는 DC-DC컨버터(9)에 대하여 복수를 병렬 접속하고 있는 것으로, 예를 들면 DC-DC컨버터(9)를 1개만 갖추는 구성으로 했을 경우보다, 개개의DC-DC컨버터(9)에 있어서의 절연 트랜스의 코어의 소형화나 내압의 저하등에 의한 소자의 소형화가 도모되므로, DC-DC컨버터(9a, 9b, 9c)의 합계사이즈의 대형화는 미소한 것으로 할 수 있다.

또, 도시는 생략했지만, 제 2의 실시형태의 전원장치(12)로서도, 앞의 도 4, 도 5에 있어서 나타낸 변형예의 경우와 동일하게, 정류평활회로(1)를 PFC 컨버터회로(7)로 하는 구성을 채용할 수 있다.

또, 제 2의 실시형태에서는, LED의 직렬접속회로가 복수 설치되며, 이들 각각 대하여 DC-DC컨버터(9)를 갖추는 예를 들었지만, 이것에 대신하여, 주전원회로(2)와 병렬로 접속하는 DC-DC컨버터(9)는 1개만으로 한 다음, 이들 복수의 LED 직렬접속회로에 대해서는, 이 DC-DC컨버터(9)내의 절연트랜스를 복수 병렬 접속하고, 이차측에 복수의 직류전압 생성계를 설치하는 것으로 대응하게 하여도 좋다.

혹은, 동일하게 주전원회로(2)와 병렬로 접속하는 DC-DC컨버터(9)는 1개로서, 절연트랜스를 복수 직렬 접속하고 이차측에 복수의 직류전압 생성계를 설치하는 것으로 대응하게 하여도 좋다.

그리고, 이와 같이 DC-DC컨버터(9)에 있어서의 절연트랜스를 복수로 했을 경우는, 예를 들면 각각의 트랜스의 이차측에 있어서, 예를 들면 LED직렬접속회로에 흐르는 전류레벨의 검출결과에 따라 이차측에서 독립하여 안정화를 행하는 구성을 갖추도록 하면, DC-DC컨버터(9)를 복수 병렬 접속했을 경우와 동일하게 각각의 LED 직렬접속회로에 공급되어야 할 직류전류의 안정화를 도모할 수 있다.

또한, 지금까지 설명한 실시의 형태에서는, 본 발명의 전원장치가 액정 디스플레이장치의 전원부로서 갖추어지며, 인버터회로(4) 또는 DC-DC컨버터(9)가 백라이트 구동용의 교류전압 또는 직류전압을 생성하는 경우를 예로 들었지만, 본 발명으로서는, 이것들 제 2의 전력변환 수단이 예를 들면 백라이트 이외의 교류구동 또는 직류구동의 부하에 대하여 전원전압을 공급하도록 구성되는 경우에도 넓게 적용하는 것도 가능하다.

또, 실시형태에 있어서, 인버터회로(4), DC-DC컨버터(9)가 갖추는 트랜스로서는, 전자트랜스외에도 압전트랜스를 채용할 수도 있다.

Claims (11)

1. 상용교류전원을 입력하여 직류입력전압을 생성하는 입력전압 생성수단과,

   상기 직류입력전압을 입력하여, 직류-직류 전력변환을 행하는 것으로, 상기 상용교류전원측이 되는 일차측과 절연된 이차측에 있어서, 소정의 부하로 공급해야 할 직류전원전압을 생성하는 제 1의 전력변환수단과,

   각각이, 상기 직류입력전압에 대해서 병렬로 접속되며, 상기 직류입력전압에 대해서, 직류-직류 전력변환에 의한 전력변환을 행하여, 상용교류전원측이 되는 일차측과 직류적으로 절연된 이차측에 있어서, 디스플레이장치의 백라이트부의 광원으로 설치된 복수의 발광 다이오드의 직렬접속회로를 구동하기 위한 제 2의 직류전원전압을 생성하는 복수의 제 2의 전력변환수단을 구비함과 동시에,

   상기 제 2의 전력변환수단이,

   상기 직류입력전압을 스위칭하는 스위칭부와,

   상기 발광 다이오드의 직렬접속회로에 흐르는 전류 레벨을 검출하는 검출회로와,

   상기 검출회로에 의해 검출되는 전류 레벨에 대응하여, 상기 전류 레벨이 안정화 되도록 상기 스위칭부의 스위칭 주파수를 가변제어하는 제어회로를 구비하는 전원장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 입력전압 생성수단은,

   상기 상용교류전원을 정류하는 다이오드 소자와, 이 다이오드 소자의 정류출력을 평활시키는 콘덴서 소자로 구성되며,

   이 콘덴서 소자의 양단 전압으로서, 상기 직류입력전압이 얻어지도록 작용하는 정류평활회로가 되는 전원장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 입력전압 생성수단은,

   역률을 개선함과 동시에, 안정화된 직류출력전압을 상기 직류입력전압으로서 출력하는 역률개선 콘덴서가 되는 전원장치.
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