(57)【要約】  【課題】各冷陰極管CCFLに流れる電流を均一に維持し、薄くて小型で、かつ電磁障害が発生しにくい高周波電流点灯装置を提供する。  【解決手段】直流電源を供給する電源回路Ｖ1と、前記電源回路Ｖ1に接続された高周波スイッチング回路１と、前記高周波スイッチング回路１に対して一次側コイル同士が互いに直列に接続された複数の昇圧トランスＫと、各昇圧トランスＫの二次側コイルにそれぞれ接続された複数の冷陰極管CCFLとを備える。  【効果】高周波スイッチング回路１に対して互いに直列に昇圧トランスＫを接続しているので、各冷陰極管CCFLに対して均一な電流を流すことができる。【選択図】        図１
2006059761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源回路と、
前記高周波電源回路に対して一次側コイル同士が互いに直列に接続された複数の変圧器と、
前記各変圧器の二次側コイルにそれぞれ接続された複数の冷陰極管とを備えることを特徴とする高周波電流点灯装置。
【請求項２】
前記高周波電源回路は、高周波で動作する２つのスイッチング素子を有し、
前記２つのスイッチング素子は、互いに逆相で駆動され、前記２つのスイッチング素子が両方ともオフになる期間Ｔoffが存在する請求項１記載の高周波電流点灯装置。
【請求項３】
前記高周波電源回路は、高周波で動作する二組に分かれたそれぞれ２つ、合計４つのスイッチング素子を有し、
前記各組の中の２つのスイッチング素子は互いに逆相で駆動され、前記４つのスイッチング素子がすべてオフになる期間Ｔoffが存在する請求項１記載の高周波電流点灯装置。
【請求項４】
前記直列共振回路の共振半周期は、前記スイッチング素子の並列寄生容量Ｃと、前記複数の変圧器の一次側コイルの洩れインダクタンスＬ１とにより決定される請求項３記載の高周波電流点灯装置。
【請求項５】
前記複数の冷陰極管CCFLを駆動する各変圧器の一次側コイルと、その他の負荷に対して電源を供給する変圧器の一次側コイルとを、前記高周波電源回路に対して直列に接続している請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波電流点灯装置。
【請求項６】
前記他の負荷に対して電源を供給する変圧器の二次側コイルには、並列制御レギュレータが接続されている請求項５記載の高周波電流点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷陰極管を同時に点灯させる高周波電流点灯装置に関するものである。この高周波電流点灯装置は、液晶表示器用バックライトの点灯装置などに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示器の導光板の光源として、冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp)がよく用いられる。この冷陰極管は、直径数ミリ程度の細径の蛍光管である。
冷陰極管の発光原理は普通の蛍光管(熱陰極管)と基本的に変わりはないが、電極にフィラメントがないので構造が簡単で電極を小さくできることから、細径化に適している。
その電気的特性は、陰極降下電圧が高く、また、陽光柱(発光部)が細くガス圧が高いので、放電電圧は熱陰極管に比べて非常に高く(300〜700V)なる。また、放電電流は5〜7mA程度が普通となっている。
【非特許文献１】「冷陰極管と熱冷陰極管」［平成１６年６月２０日検索］インターネットＵＲＬ< http://tlm.co.jp/web/gijyutu/ccfl.html >
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液晶表示器などの表示装置で照明ムラが起きないようにするには、各冷陰極管の明るさを統一する必要がある。このために各冷陰極管に等しい電流を流すことが必要である。
ところが、前記冷陰極管は、負性抵抗特性を持つため、複数を並列接続して点灯させると、同じ大きさの電流を流すことが困難になる。各冷陰極管に同じ大きさの電流を流すためには、等しい電流を流すための均流回路を、点灯装置に付加しなければならなくなる。このために、コストがかかり、かつ、点灯装置全体が大きくなる。
【０００４】
冷陰極管一本ごとにインバータ回路を使用すれば電流の調節ができるが、やはり、コストがかかり、点灯装置全体が大きくなる。
また、冷陰極管と反射板あるいは冷陰極管どうしの間には浮遊容量が存在することが知られているが、並列接続の場合、浮遊容量は並列接続で効いてくるので、駆動回路の負担が大きくなり、ひいては、点灯装置全体の効率が悪くなるという問題があった。
【０００５】
また、前記点灯装置は、インバータ回路のスイッチのオンオフ時に発生する高周波ノイズが、周辺の電子機器に電磁障害を与えることも問題になっている。
そこで本発明は、各冷陰極管に流れる電流を均一に維持し、前記浮遊容量の影響を軽減し、効率のよい高周波点灯装置を提供することを目的とする。
また本発明は、各冷陰極管に流れる電流を均一に維持し、薄くて小型で、かつノイズ発生の少ない高周波電流点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の高周波電流点灯装置は、高周波電源回路と、前記高周波電源回路に対
して一次側コイル同士が互いに直列に接続された複数の変圧器と、前記各変圧器
の二次側コイルにそれぞれ接続された複数の冷陰極管とを備えている（請求項１
）。この高周波電流点灯装置によれば、高周波電源回路に対して、複数の冷陰極
管を等価的に直列に接続しているとみなすことができるので、各冷陰極管に対し
て等しい電流を流すことができる。
【０００７】
また、前記高周波電源回路は、高周波で動作する２つのスイッチング素子を有し、前記２つのスイッチング素子は、互いに逆相で駆動され、前記２つのスイッチング素子が両方ともオフになる期間Ｔoffが存在することが望ましい（請求項２）。この構成により、スイッチング時に発生する高調波ノイズを低減でき、電磁障害の発生を防止できる。
さらに、前記高周波電源回路は、高周波で動作する二組に分かれたそれぞれ２つ、合計４つのスイッチング素子を有し、前記各組の中の２つのスイッチング素子は互いに逆相で駆動され、前記４つのスイッチング素子がすべてオフになる期間Ｔoffが存在することが望ましい（請求項３）。この構成によっても、スイッチング時に発生する高調波ノイズを低減でき、電磁障害の発生を防止できる。
【０００８】
前記スイッチング素子がすべてオフになる期間Ｔoffと、前記スイッチング素子と、前記互いに直列に接続された複数の変圧器の一次側コイル同士とで形成される直列共振回路の共振半周期τとの関係が、関係式
０．８τ≦Ｔoff ≦１．３τ
を満たしていることがさらに望ましい。この関係式が満たされていれば、直列共振回路により、前記複数の冷陰極管に流される電流が往復する期間と同じくらいの期間に、スイッチング素子を切り替えることができる。したがって、前記複数の冷陰極管に流される電流の切り替えがスムーズにでき、スイッチング素子の切り替え時に発生するノイズをさらに低減でき、電磁障害の発生をより効果的に防止できる。
【０００９】
前記直列共振回路の共振半周期を作るためには、容量素子や誘導素子を基板に搭載する必要はない。例えば、前記スイッチング素子の並列寄生容量Ｃと、前記複数の変圧器の一次側コイルの洩れインダクタンスＬ１とを利用して作ることができる（請求項４）。
前記複数の冷陰極管CCFLを駆動する各変圧器の一次側コイルと、その他の負荷に対して電源を供給する変圧器の一次側コイルとを、前記高周波電源回路に対して直列に接続すれば（請求項５）、冷陰極管CCFLを含む複数の負荷に対して、１つの高周波電源回路から同時に電源を供給できる。
【００１０】
この場合、前記他の負荷に対して電源を供給する変圧器の二次側コイルに、並列制御レギュレータを接続すれば、駆動電圧の異なる負荷に対応することができる（請求項６）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の冷陰極管を均一な輝度で点灯させることができる。また、複数の冷陰極管に付随する浮遊容量増大の影響を軽減することができ、高効率な高周波電流点灯装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の高周波電流点灯装置の回路図である。この高周波電流点灯装置は、複数の昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋn（総称するときは「昇圧トランスＫ」と表記する）の一次側コイル同士を互いに直列に接続した回路を、直流カット用の直列コンデンサＣ１を通して、高周波電源１に接続している。
前記昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋnの二次側のコイルには、それぞれ冷陰極管CCFLが接続されている。
【００１３】
前記直列コンデンサＣ１は、高周波電流点灯装置にかかる電圧変動を吸収するもので、図１では最左端の昇圧トランスＫ1と高周波電源１との間に接続されている。しかし、直列コンデンサＣ１の設置位置はこれに限られず、複数の昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋn が直列に接続された回路のどの位置でもよい。
昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋnの一次側電圧の和を「負荷電圧Ｖk」と表記する。また、昇圧トランスＫの一次側を流れる電流を「負荷電流Ｉk」と表記する。
【００１４】
各昇圧トランスＫは、洩れインダクタンスを持っている。図１では、この洩れインダクタンス分を一箇所にまとめてＬ1で表示している。洩れインダクタンスＬは、例えば３０Ｗの冷陰極管に対して１つのトランスが必要であるとすれば、１本あたり５μＨ程度であるので、冷陰極管がN本（Nは自然数）あれば、そのN倍（５NμH）になる。
また、各冷陰極管CCFLには寄生容量が存在する。この寄生容量を、それぞれＣLで示す。
【００１５】
前記高周波電源１は、部分共振半ブリッジ駆動式の高周波電源回路を採用している。前記高周波電源１は、直流電源Ｖ1（電池でもよく、商用電源を整流して得たものでもよい）と、互いに逆相の矩形波電圧ＶG2，ＶG3を発振する２つの他励発振器２，３と、他励発振器２，３から発生する矩形波電圧ＶG2，ＶG3に基づいてオンオフするＭＯＳＦＥＴタイプのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３とを備えている。他励発振器２，３の発振周波数をｆ2と書く。ｆ2は通常、100kHzから200kHz程度に選ばれる。
【００１６】
前記スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のドレイン-ソース間電圧を、それぞれＶ2，Ｖ3と表記する。
前記スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のドレイン-ソース間には、それぞれ並列に寄生容量が存在しており、それらを並列寄生容量Ｃとする。並列寄生容量Ｃは、通常、100pFから4000pF程度の値を持つ。
【００１７】
前記並列寄生容量Ｃと前記洩れインダクタンスＬ１とで形成される直列共振回路の共振周波数をｆ1と書く。共振周波数ｆ1は、１／２π√（ＣＬ1）で表される。
図２は、図１の高周波電流点灯装置の動作波形図である。図２（ａ）は、前記他励発振器２，３から発生する矩形波電圧ＶG2，ＶG3に基づいて動作するスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフ期間を描いている。図２（ｂ）は、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のドレイン-ソース間電圧Ｖ2，Ｖ3を描いている。図２（ｃ）は、負荷電圧Ｖkの波形を描いている。 図２（ｄ）はｇ共振半周期τを示すための図である。図２（ｅ）は負荷電流Ｉkの波形図である。
【００１８】
前記他励発振器２，３から発生する矩形波電圧ＶG2，ＶG3は、互いに逆相であるとともに、両方とも電圧０の期間が存在する。この両方とも電圧０の期間を図２（ａ）に、"Ｔoff"で示している。
両スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオフ期間"Ｔoff"の長さは、前記並列寄生容量Ｃと前記洩れインダクタンスＬ１とで形成される直列共振回路の共振半周期τと同じか、それより少し短い値又は少し長い値に設定されている。この並列寄生容量Ｃと前記洩れインダクタンスＬ１とで形成される直列共振回路の共振半周期τは、共振周波数ｆ1で表せば、１／２ｆ1に等しい。共振周波数ｆ1は、前述したように１／２π√（ＣＬ1）で表されるので、共振半周期τは、π√（ＣＬ1）で表される。したがって、Ｔoff の値は、π√（ＣＬ1）に等しいか、その付近の値に設定される。「付近の値」とは、例えば、０．５倍から２倍がよく、より好ましくは０．８倍から１．３倍までである。０．８倍から１．３倍までとする場合、Ｔoff は、
０．８π√（ＣＬ1）≦Ｔoff ≦１．３π√（ＣＬ1）      (1)
を満たすように設定される。
【００１９】
次に、図２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、図１の高周波電流点灯装置の動作を説明する。
スイッチング素子ＳＷ２のオン期間中は、直流電源からの電流が負荷に流れ込み、電圧Ｖkは、電源電圧Ｖ1をほぼ維持する。
スイッチング素子ＳＷ２のオン期間が終わると、スイッチング素子ＳＷ３が直ちにオンになるのではなく、両スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオフ期間"Ｔoff"が存在する。この期間"Ｔoff"の間に、負荷電流Ｉkは、前記並列寄生容量Ｃと前記洩れインダクタンスＬ１とで形成される直列共振回路を通して、逆方向に流れ始める。逆方向に流れ始めた負荷電流Ｉkは、前述した共振半周期τが経過する時点では、その方向を変え始める。したがって、期間"Ｔoff"を、前述したように共振半周期τと同じか、その付近の値に設定することにより、逆方向に流れ始めた負荷電流Ｉkが流れ終わるころに、スイッチング素子ＳＷ３をオンすることができる。
【００２０】
スイッチング素子ＳＷ３がオンになれば、負荷電流Ｉkは、スイッチング素子ＳＷ３を通して電源Ｖ１の負の線に流れ込むことができる。このため、負荷電圧Ｖkは、ほぼ直流電源電圧の負の値（−Ｖ1）を維持することができる。
以上のように、両スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオフ期間"Ｔoff"を設けることにより、この"Ｔoff"の期間中に、負荷電流に共振を発生させて、負荷電圧Ｖkの正の値Ｖ1 から負の値（−Ｖ1）への移行をスムーズに行うことができる。つまりこの電圧移行の間に、高周波電流の急激な変化が起こるのを避けることができる。したがって、電磁波の発生を防止し、回りの機器に与える電磁障害を軽減することができる。
【００２１】
なお、負荷電圧Ｖkの波形自体も、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のドレイン-ソース間電圧Ｖ2，Ｖ3の波形と比べると、時間的に遅れている。この遅れ時間を、図２の中に"ｓ"で表している。負荷電圧Ｖkの波形が時間ｓだけ遅れる理由は、負荷電流が、並列寄生容量Ｃや洩れインダクタンスＬ１の充放電に使われるためである。この遅れ時間ｓの長さは、前記共振半周期τの約半分くらいである。
【００２２】
負荷電圧Ｖkが冷陰極管CCFLの点灯閾値を超えた時点で、冷陰極管CCFLが点灯し、冷陰極管CCFLの消灯閾値より低下した時点で、冷陰極管CCFLが消灯する。なお、冷陰極管CCFLの点灯・消灯にはヒステリシスがあるため、前記消灯閾値が点灯閾値よりも低くなっているのは勿論である。
負荷電流Ｉkが流れる期間は、図２（ｅ）に示すとおり、"Ｔoff"の期間と、この"Ｔoff"の期間の後に続く遅れ時間ｓに相当する期間である。
【００２３】
以上の動作において、スイッチング周波数ｆ2を変化させると、冷陰極管CCFLに流れる負荷電流Ｉkを調整することができる。
なお、図１の回路において、前記直列コンデンサＣ１の容量は、スイッチング素子の並列寄生容量Ｃと昇圧トランスＫの洩れインダクタンスＬ1とで決まる共振にほとんど寄与しないように、十分大きく設定するとよい。すなわち、直列コンデンサＣ１と洩れインダクタンスＬ1とで決まる回路ループの直列共振周波数をｆ3と書くと、
ｆ3＜ｆ2           (2)
となるようにする。
【００２４】
以上に説明した本発明の実施形態の回路構成により、トランスの２次側に接続された各冷陰極管CCFLに、同一の大きさの電流を流すことができる。したがって、各冷陰極管CCFLの発光輝度を揃えることができ、液晶表示器の表示の均一性を維持することができる。
また、スイッチング素子の並列寄生容量Ｃで決まる共振には、昇圧トランスＫの洩れインダクタンスＬ１を利用することにより、共振用コイルや共振用コンデンサを特に取り付けなくてもよくなる。したがって、軽量で小型の高周波電流点灯装置が実現できる。
【００２５】
次に、以上に説明した本発明の高周波電流点灯装置の応用例を説明する。
液晶テレビなどの映像・電子機器は、冷陰極管CCFLの駆動部、液晶駆動部、映像信号処理部、操作インターフェイス部など複数の負荷を備えており、それぞれ動作電圧が異なるのが通常である。
冷陰極管CCFLの駆動部と、その他の部分、例えば液晶駆動部、映像信号処理部、操作インターフェイス部に分けて、それぞれ独立した電源を設けると、必要な電源の種類も多数になり、その結果、トータルの電源効率が低下する、また、必要な電圧ごとに電源回路を用意する必要があるため、回路構成が複雑になり、コストアップにつながるなどの問題があった。
【００２６】
そこで、映像・電子機器の、異なる電源電圧を必要とするすべての負荷に対して、単一の電流源とみなせる電源を用意することによって、一括した給電を実現する。
図３は、複数の冷陰極管CCFLの昇圧トランスＫの一次側コイル同士を互いに直列に接続するとともに、その他の負荷に対して電源を供給するべく昇圧トランスの一次側コイル同士を互いに直列に接続した回路を示す。
【００２７】
同図において、１００Ｖ，２００Ｖなどの交流入力電源は、フューズ(Fuse)などを通して、整流回路４に接続されている。整流回路４では、この交流入力電源をいったん直流に変換する。直流に変換された電源は、部分共振半ブリッジ駆動式の高周波電源回路１で高周波電源に変換されて、直列接続された複数の昇圧トランスの一次側に給電される。
各昇圧トランスの二次側には、冷陰極管CCFLと、その他の定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・，Ｖｎ（総称するときは「Ｖ」と表記する）を必要とする回路部分が接続されている。
【００２８】
これらの定電圧Ｖを必要とする回路部分については、昇圧トランスの２次側に、電流−電圧変換をする並列制御レギュレータＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ（総称するときは「並列制御レギュレータＳ」と表記する）を接続し、並列制御レギュレータＳの出力端に、それぞれの負荷を接続している。
並列制御レギュレータＳの回路構成例を、図４に示す。これらの並列制御レギュレータＳ自体の回路構成は、特開平４−４６５６５号公報や、特開２００３−３３３８５７号公報により公知であるので、ここでは簡単に説明する。
【００２９】
並列制御レギュレータＳは、並列形ゼロクロススイッチＳＷｓと、整流回路５と、平滑コンデンサＣｓとの結合からなり、平滑コンデンサＣｓに電圧検出回路Ｄｓと負荷とをつないでいる。平滑コンデンサＣは極性を有するコンデンサを使用することができる。前記ゼロクロススイッチＳＷｓの切り換えは、電圧検出回路Ｄｓにより行う。
平滑コンデンサＣの電圧、すなわち負荷にかかる電圧をＶとし、整流回路５にかかる電圧をＶｉとする。
【００３０】
電圧検出回路Ｄｓは、ヒステリシスを持ち、負荷にかかる電圧Ｖが所定値ＥUよりも高くなれば、その時点から続く、電圧Ｖｉの最初のゼロクロス時点でゼロクロススイッチＳＷｓを閉じ（オン）、負荷にかかる電圧Ｖが所定値ＥL（ＥL＜ＥU）よりも低くなればその時点から続く、電圧Ｖｉの最初のゼロクロス時点でゼロクロススイッチＳＷｓを開く（オフ）動作をさせる。
【００３１】
この制御により、負荷にかかる電圧Ｖを、所定値ＥLとＥUとの間に保つことができる。なお、所定値ＥLとＥUの具体的な設定値は、個々の負荷が必要とする電圧Ｖに応じて決められる。
以上の図３、図４の回路構成により、冷陰極管CCFL以外の回路部分に対しても、所定の大きさの電圧の電源を供給することができる。
【００３２】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、複数の昇圧トランスＫに変えて、圧電トランスを用い、これらの圧電トランスをそれぞれ冷陰極管CCFLが接続するようにしてもよい。また、前記高周波電源１は、互いに逆相の矩形波電圧に基づいてオンオフするＭＯＳＦＥＴタイプのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３を備えていたが、図５に示すように、４つのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ２′，ＳＷ３′を備え、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３は互いに逆相で駆動され、スイッチング素子ＳＷ２′，ＳＷ３′は互いに逆相で駆動され、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ２′とが互いに逆相で駆動されるようにした全ブリッジ駆動式の高周波電源においても、前記４つのスイッチング素子がすべてオフになる期間Ｔoffをもたせることにより、本発明の適用は可能である。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】半ブリッジ駆動式の高周波電源を用いた本発明の高周波電流点灯装置の回路図である。
【図２】図１の高周波電流点灯装置における各部の動作波形図である。
【図３】複数の冷陰極管CCFLの昇圧トランスＫの一次側コイル同士を互いに直列に接続するとともに、その他の負荷に対して電源を供給するべく昇圧トランスの一次側コイル同士を互いに直列に接続した回路図である。
【図４】昇圧トランスの二次側に接続される並列制御レギュレータＳの回路構成例を示す図である。
【図５】全ブリッジ駆動式の高周波電源を用いた本発明の高周波電流点灯装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 高周波電源
２，３ ，６，７  他励発振器
４  整流回路
５  整流回路
Ｃ  並列寄生容量
CCFL 冷陰極管
Ｋ1，Ｋ2，・・・Ｋn  昇圧トランス
Ｌ１  洩れインダクタンス
Ｌｋ  負荷電流
Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ  並列制御レギュレータ
ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ２′，ＳＷ３′  スイッチング素子
Ｖｋ  負荷電圧
【図１】
2006059761.tif 000003
【図２】
2006059761.tif 000004
【図３】
2006059761.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006059761.tif 000007