JP4214276B2

JP4214276B2 - 放電灯点灯装置

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Publication number: JP4214276B2
Application number: JP2004203317A
Authority: JP
Inventors: 光男松島; 康平西堀; 浩新免
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: CN1725928A; JP2006024512A; EP1615477A3; US7235931B2; EP1615477A2; US20060017399A1

Description

本発明は、液晶表示装置の照明用の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に係り、特に、複数の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。

フラットパネル表示装置の一つである液晶表示装置は多岐にわたって使用されているが、液晶表示装置は液晶自身が発光しないため、画面の良好な表示を確保するためには照明装置を必要とし、この照明装置の一つとして液晶の背面から照明を行うバックライト装置がある。このバックライト装置は放電灯として冷陰極管を用いたものが主流となっており、この冷陰極管を駆動するためのインバータを有した放電灯点灯装置を備えている。

近年、大型の液晶表示装置を使用した液晶テレビに代表されるような液晶表示装置の大型化に伴い、液晶表示装置の画面照度を確保するために、放電灯を複数本用いて多灯化されたバックライト装置が使用されている。

このようなバックライト装置において、各放電灯の輝度にバラツキがあると液晶表示装置の画面に輝度むらが生じてしまい、画面表示の品質を著しく劣化させてしまうため、放電灯には、高輝度であるだけなくそれぞれの放電灯の輝度を均一にすることが要求される。また、液晶表示装置の低価格化に伴い、バックライト装置に組み込まれる放電灯点灯装置のコストダウンも強く要求されている。

放電灯の輝度むらを防いで各放電灯の輝度を一定にすることは、各放電灯に流れる管電流を均等化することにより達成される。各放電灯に流れる管電流を均等化する方法として、たとえば放電灯数に対応したトランスを設け、それぞれのトランスを対応する制御ＩＣにて制御する方法があるが、この方法では、部品点数が増大して部品コストが高くなり、その結果、放電灯点灯装置のコストが高くなってしまうという問題がある。

また、バランスコイルを用いて各放電灯に流れる管電流を均等化する方法も知られているが、この方法では、放電灯の数が多くなるとバランスコイルをトーナメント型に構成する必要があり、その場合、多数のバランスコイルが必要になると共に、上部に位置するバランスコイルほど大きな電流が流れるため、各バランスコイルの仕様を個別に設計する必要がある。このため、回路の部品点数が増大し、放電灯点灯装置のコストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、バランスコイルを用いるのではなく、可変インダクタンス素子を用いてそのインダクタンス値を制御することによって、それぞれの放電灯に流れる管電流を制御し、各放電灯の輝度のバラツキを抑制することができる放電灯点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載の放電灯点灯装置の回路構成を示した図である。図３において、この放電灯点灯装置は、直流電源１０１の正極と負極の間にスイッチング素子であるＦＥＴ１０２、１０３を直列に接続し、このＦＥＴ１０２のソースおよびＦＥＴ１０３のドレインの接続中点を、可変インダクタンスを構成する直交トランス１２１Ａの巻線１２１ａとコンデンサ１２２ａの直列共振回路１２０Ａを介して直流電源１０１の負極に接続すると共に、可変インダクタンスを構成する直交トランス１２１Ｂの巻線１２１ａおよびコンデンサ１２２ｂの直列共振回路１２０Ｂを介して直流電源１０１の負極に接続している。

また、直交トランス１２１Ａの巻線１２１ａおよびコンデンサ１２２ａの接続中点を、コンデンサ１１０ａ、放電灯１１１ａ、および制御回路１２３Ａの電流検出用抵抗器１２３ａの直列回路を介して直流電源１０１の負極に接続し、制御回路１２３Ａの出力信号を直交トランス１２１Ａの制御巻線１２１ｂに供給している。

制御回路１２３Ａは、直交トランス１２１Ａの制御巻線１２１ｂに制御電流を供給するためのものであり、放電灯１１１ａと電流検出用抵抗１２３ａの接続中点を整流用のダイオード１２３ｂを介して演算増幅回路１２３ｃの反転入力端子に接続し、ダイオード１２３ｂと演算増幅回路１２３ｃの反転入力端子の接続中点を平滑用コンデンサ１２３ｄを介して直流電源１０１の負極に接続し、演算増幅回路１２３ｃの非反転入力端子を放電灯１１１ａの電流の基準値を設定する基準電圧Ｖrefの電池１２３ｅを介して直流電源１０１の負極に接続し、演算増幅回路１２３ｃの出力端子を直交トランス１２１Ａの制御巻線１２１ｂを介して直流電源１０１の負極に接続している。

放電灯１１１ａの電流は、この制御回路１２３Ａにより次のようにして制御される。放電灯１１１ａの電流を増大するときは、直交トランス１２１Ａの制御巻線１２１ｂの制御電流を増大して、直交トランス１２１Ａの巻線１２１ａのインダクタンス値を小さくすることで直列共振回路１２０Ａの共振周波数ｆ₀を高くし、駆動周波数における直列共振回路１２０Ａのインピーダンスを下げることでコンデンサ１２２ａの両端に発生する電圧を大きくする。逆に、放電灯１１１ａの電流を減少するときは、直交トランス１２１Ａの制御巻線１２１ｂの制御電流を減少して、直交トランス１２１Ａの巻線１２１ａのインダクタンス値を大きくすることで直列共振回路１２０Ａの共振周波数ｆ₀を低くし、駆動周波数における直列共振回路１２０Ａのインピーダンスを上げることでコンデンサ１２２ａの両端に発生する電圧を小さくする。

直交トランス１２１Ｂを接続した回路構成およびその動作は、上述した直交トランス１２１Ａを接続した回路構成およびその動作と同様である。

図３に示す放電灯点灯装置では、制御回路１０４よりスイッチング素子１０２、１０３に供給する制御信号のスイッチング周波数を固定にし、スイッチング周波数を制御しなくとも放電灯１１１ａ、１１１ｂに流れる電流をそれぞれ設定値にすることができ、制御回路１０４において複雑な周波数制御を実施することなく、２つの放電灯１１１ａ、１１１ｂの輝度を同一にすることができる。
特開平１１−２６０５８０号公報

一般に、冷陰極管を点灯するには、点灯開始時において約１５００Ｖ〜２５００Ｖ、点灯中において約６００Ｖ〜１３００Ｖの高電圧を印加する必要があり、放電灯点灯装置には、このような高電圧を供給する電源が必要となる。図３に記載された放電灯点灯装置は、昇圧回路を具備していないため、放電灯１１１ａ、１１１ｂを点灯させるために直流電源１０１が高電圧を出力する回路構成となっている。

また、スイッチング素子１０２、１０３やスイッチング素子１０２、１０３を制御する制御回路１０４は、高電圧を出力する直流電源１０１に接続されているため、スイッチング素子１０２、１０３や制御回路１０４を構成する素子を高耐圧の部品にて構成する必要があり、部品コスト、ひいては放電灯点灯装置のコストが増大するという問題がある。

さらに、図３の放電灯点灯装置では、放電灯１１１ａ、１１１ｂにそれぞれコンデンサ１１０ａ、１１０ｂが直列に接続され、コンデンサ１１０ａ、１１０ｂを介して放電灯１１１ａ、１１１ｂに高電圧が印加される。このコンデンサ１１０ａ、１１０ｂは、放電灯１１１ａ、１１１ｂの管電流を安定化させるための電流制限用コンデンサ（いわゆるバラストコンデンサ）であるが、コンデンサ１１０ａ、１１０ｂには高電圧が印加されるため、高耐圧の部品にて構成する必要があり、放電灯数と同数のコンデンサが必要となるため、部品コスト、ひいては放電灯点灯装置のコストが増大する。また、コンデンサ１１０ａ、１１０ｂには高電圧が印加されているため、部品の安全性の点でも問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、複数の放電灯に流れる電流を均等にして各放電灯の輝度のバラツキを低減できると共に高耐圧の回路部品数を増やすことなく、安価な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、直流電源と制御回路とスイッチング素子と昇圧トランスとを備え、前記直流電源に接続された前記スイッチング素子は前記制御回路からの信号にて前記昇圧トランスの一次側を駆動して該昇圧トランスの二次側に接続した放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、前記昇圧トランスの二次側の一端は前記放電灯の一端側に接続し、他端はＧＮＤに接続してなり、前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで直列共振回路を形成し、かつ前記放電灯の他端側に可変インダクタンス素子を接続して、該可変インダクタンス素子のインダクタンスがバラストとして機能するとともに、前記放電灯の他端側に前記可変インダクタンス素子を介して管電流検出部を設け、該管電流検出部の信号を管電流制御回路に接続し、該管電流制御回路からの出力信号を前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させて前記放電灯の管電流を制御することを特徴とする。

また、本発明は、前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した前記可変インダクタンス素子と、前記管電流検出部と、前記管電流制御回路とを前記昇圧トランスの二次側に複数組具備してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記昇圧トランスの二次側巻線が複数に分割され、それぞれの二次側巻線に前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した前記可変インダクタンス素子と、前記管電流検出部と、前記管電流制御回路とを具備してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記管電流制御回路がオペアンプとトランジスタを具備し、前記管電流検出部からの信号と基準電圧を前記オペアンプに入力し、該オペアンプの出力を前記トランジスタのベースに接続し、該トランジスタのコレクタを前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記可変インダクタンス素子がトランスを構成し、該トランスの制御巻線の両端にスナバ回路を接続してなることを特徴とする。

また、本発明は、前記放電灯点灯装置が液晶表示装置用のバックライト装置に組み込まれてなることを特徴とする。

本発明によれば、複数の放電灯に流れる電流を均等にして各放電灯の輝度のバラツキを低減することができると共に、高耐圧の回路部品数を増やすことなく、安価な放電灯点灯装置を提供することができる。

また、本発明によれば、昇圧トランスの二次側巻線を複数に分割することによって、二次側巻線の巻数比を変えることにより、それぞれの放電灯の管電流が異なる場合でも容易に所望の管電流を得ることができる。

以下、本発明に係る放電灯点灯装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、例えば冷陰極管である２灯の放電灯を点灯する場合の回路構成を例として、本発明の第１の実施形態における放電灯点灯装置を示す回路構成図である。図１に示す放電灯点灯装置１０において、直流電源１の両端にはスイッチング素子であるトランジスタＱ１、Ｑ２の直列回路とスイッチング素子であるトランジスタＱ３、Ｑ４の直列回路が並列に接続されており、トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２の接続点とトランジスタＱ３およびトランジスタＱ４の接続点を昇圧トランス３の一次巻線Ｎｐに接続し、いわゆるフルブリッジが構成されている。

制御回路２は放電灯点灯装置を制御するための回路であって、昇圧トランス３の一次側を駆動するための駆動周波数を設定する発振回路などを具備しており、制御回路２からの出力信号によってトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を所定のタイミングでオン、オフ動作させて交流電圧を発生させる。

なお、本実施形態では、昇圧トランス３の一次側には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４により構成されたフルブリッジが接続されるものとしたが、本発明は、このようなフルブリッジに限定されるものではなく、ハーフブリッジで構成してもよい。ただし、フルブリッジはハーフブリッジよりも高効率にスイッチング動作を実行できるため、より好適である。

昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓの一端には放電灯５ａ、５ｂが並列に接続され、昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓの他端はＧＮＤされている。以下、放電灯５ａを含む回路を用いてその構成を説明する。

昇圧トランス３の二次側には、昇圧トランス３の漏れインダクタンスＬeとコンデンサＣ１、Ｃｐによる直列共振回路が形成される。コンデンサＣ１は、共振周波数の調整のために回路に接続されるコンデンサであり、コンデンサＣｐは浮遊容量を表わす。

放電灯５ａの他端側（低圧側）はトランス４Ａの巻線４ａの一端に接続され、巻線４ａの他端には管電流検出部６が設けられている。管電流検出部６は、管電流検出用抵抗Ｒ４と整流用ダイオードＤ1からなり、放電灯５ａを流れる管電流ＩＬは、管電流検出用抵抗Ｒ４によって電圧に変換され、その電圧は、巻線４ａと管電流検出用抵抗Ｒ４の接続中点に接続された整流用ダイオードＤ１によって整流されて、管電流制御回路７を構成するオペアンプ７ａの非反転入力端子に出力される。

オペアンプ７ａの反転入力端子には基準圧Ｖrefが入力され、整流用ダイオードＤ１を介して整流された電圧と基準電圧Ｖrefとが比較されて、その出力がトランジスタＱ５のベースに印加される。トランジスタＱ５のコレクタは、トランス４Ａの制御巻線４ｂに接続されており、トランス４Ａのインダクタンス値は、オペアンプ７ａの出力電圧に応じて増減するトランジスタＱ５のコレクタ電流、すなわち制御巻線４ｂに流れる電流の増減によって制御される。

また、トランス４Ａの制御巻線４ｂの両端には、逆起電力発生時の高いスパイク電圧を防止するためにコンデンサＣ４と抵抗Ｒ５を直列に接続したスナバ回路が接続されている。

ここで、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの動作について説明する。トランス４Ａは、制御巻線４ｂの電流値が大きくなるほどインダクタンス値が小さくなるように動作する。放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが所定の値よりも小さくなった場合、管電流検出用の抵抗Ｒ４の電圧が下がり、したがってオペアンプ７ａの出力電圧が低下し、トランジスタＱ５のベース電流が低下してコレクタ電流も低下する。このため、トランス４Ａの制御巻線４ｂに流れる電流が低下することによって可変インダクタンス素子であるトランス４ＡのインダクタンスＬｖが大きくなる。この結果、放電灯５ａに印加される電圧が低下し、放電灯５ａは負性抵抗であるため、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬは増大する。

また、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬが所定の値よりも大きくなった場合、管電流検出用抵抗Ｒ４の電圧が上がり、オペアンプ７ａの出力電圧が上昇し、トランジスタＱ５のベース電流が増加してコレクタ電流も増加する。このため、トランス４Ａの制御巻線４ｂに流れる電流が増加することによって、可変インダクタンス素子であるトランス４ＡのインダクタンスＬｖが小さくなる。この結果、放電灯５ａに印加される電圧が上昇し、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬは減少する。

ここで、トランス４ＡのインダクタンスをＬｖ、放電灯５ａを流れる管電流をＩＬ、その動作周波数をｆ（角周波数ω）とすると、可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの巻線４ａの両端電圧Ｖ_Lは次式で表わされる。
Ｖ_L＝ω・Ｌｖ・ＩＬ＝２πｆ・Ｌｖ・ＩＬ・・・（１）
可変インダクタンス素子であるトランス４ＡのインダクタンスＬｖを所定の値以上にすることにより、放電灯５ａとトランス４ＡのインダクタンスＬｖからなる合成インピーダンスにおいてインダクタンスＬｖの要因が大きくなり、管電流ＩＬはインダクタンスＬｖの値でほぼ決定されるため、トランス４ＡのインダクタンスＬｖはバラストコンデンサと同様の機能を果たし、複数の放電灯の並列点灯が可能となる。

なお、昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓに並列に接続した放電灯５ｂを含んだ回路構成は、放電灯５ａを含んだ回路構成と同一の回路構成となっている。放電灯５ｂに流れる管電流ＩＬと可変インダクタンス素子であるトランス４Ｂの動作は、放電灯５ａに流れる管電流ＩＬと可変インダクタンス素子であるトランス４Ａの動作と同じであるため、その説明は省略する。

このように、放電灯の低圧側に接続した可変インダクタンス素子のインダクタンス値の制御を放電灯ごとに行うことによって、放電灯のインピーダンスと可変インダクタンス素子のインダクタンスからなる合成インピーダンスを変化させて、放電灯の管電流を高精度に制御できるため、複数の放電灯の管電流を均一化できる結果、放電灯の輝度のバラツキを低減することができる。

また、可変インダクタンス素子のインダクタンスＬｖがバラストコンデンサと同様の機能を果たし、電流制限用のコンデンサを設ける必要がないため、高耐圧の回路部品数を増やすことなく放電灯点灯装置を安価に製造することができる。

なお、基準電圧Ｖrefを各放電灯ごとに異なる値に設定することによって、各放電灯に流れる管電流をそれぞれ異なる所定の値に設定することもでき、この設定値は、例えば、バックライト装置における温度分布等の放電管の輝度に影響を及ぼす要因を考慮の上決定される。さらに、図１に示す放電灯点灯装置１０は、２灯の放電灯を点灯する場合の回路構成の例を示したものであるが、本実施形態における放電灯点灯装置は、２灯以上の場合にも同様に適用可能であり、放電灯を含む同様の回路構成を昇圧トランス３の二次側に並列に接続すればよい。

図２は、本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路構成図である。図２に示す放電灯点灯装置２０の回路構成およびその基本動作は、図１に示す放電灯点灯装置１０と同様のものであるため、以下ではその相違点についてのみ説明する。

本実施形態における放電灯点灯装置２０は、昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓを二つの巻線３ａ、３ｂに分割した点で、図１に示す放電灯点灯装置１０と相違する。二次巻線Ｎｓを複数に分割しているため、それぞれの放電灯５ａ、５ｂの管電流ＩＬが異なる場合でも、二次巻線Ｎｓの巻数比を変えることにより、個々に異なる点灯電圧を容易に印加することができ、所望の管電流ＩＬを得ることができる。

なお、図２に示す放電灯点灯装置２０は、２灯の放電灯を点灯する場合の回路構成の例を示したものであるが、本実施形態における放電灯点灯装置においても、接続される放電灯は２灯に限定されるものではなく、２灯以上の放電灯を使用する場合には、放電灯数に応じて昇圧トランス３の二次巻線Ｎｓを分割すればよい。

本発明に係る放電灯点灯装置の第１の実施の形態を示す回路構成図である。本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施の形態を示す回路構成図である。従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。

符号の説明

１直流電源
２制御回路
３昇圧トランス
４Ａ、４Ｂ可変インダクタンス素子
４ａ巻線
４ｂ制御巻線
５ａ、５ｂ放電灯
６管電流検出部
７管電流制御回路
７ａオペアンプ
１０、２０放電灯点灯装置
Ｃ１、Ｃｐコンデンサ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４スイッチング素子
Ｌｅ漏れインダクタンス
Ｌｖ可変インダクタンス素子のインダクタンス
ＩＬ管電流

Claims

直流電源と制御回路とスイッチング素子と昇圧トランスとを備え、前記直流電源に接続された前記スイッチング素子は前記制御回路からの信号にて前記昇圧トランスの一次側を駆動して該昇圧トランスの二次側に接続した放電灯を点灯させる放電灯点灯装置であって、
前記昇圧トランスの二次側の一端は前記放電灯の一端側に接続し、他端はＧＮＤに接続してなり、前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで直列共振回路を形成し、かつ前記放電灯の他端側に可変インダクタンス素子を接続して、該可変インダクタンス素子のインダクタンスがバラストとして機能するとともに、前記放電灯の他端側に前記可変インダクタンス素子を介して管電流検出部を設け、該管電流検出部の信号を管電流制御回路に接続し、該管電流制御回路からの出力信号を前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させて前記放電灯の管電流を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した前記可変インダクタンス素子と、前記管電流検出部と、前記管電流制御回路とを前記昇圧トランスの二次側に複数組具備してなることを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
前記昇圧トランスの二次側巻線が複数に分割され、それぞれの二次側巻線に前記昇圧トランスの二次側及び前記放電灯に並列に設けたコンデンサと前記昇圧トランスの漏れインダクタンスとで形成される直列共振回路と、前記放電灯の他端側に接続した前記可変インダクタンス素子と、前記管電流検出部と、前記管電流制御回路とを具備してなることを特徴とする請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。
前記管電流制御回路はオペアンプとトランジスタを具備し、前記管電流検出部からの信号と基準電圧を前記オペアンプに入力し、該オペアンプの出力を前記トランジスタのベースに接続し、該トランジスタのコレクタを前記可変インダクタンス素子に接続して可変インダクタンス素子のインダクタンスを可変させてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の放電灯点灯装置。
前記可変インダクタンス素子がトランスを構成し、該トランスの制御巻線の両端にスナバ回路を接続してなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の放電灯点灯装置。
前記放電灯点灯装置が液晶表示装置用のバックライト装置に組み込まれてなることを特徴とする１から５のいずれか１つに記載の放電灯点灯装置。