(57)【要約】【課題】冷陰極管点灯回路のエネルギー効率を高める。【解決手段】駆動トランス２の一次側巻線（L1）と共振用コンデンサ４（C1）からなる一次側共振回路を、２個のスイッチングトランジスタTR1とTR2で、交互に駆動する。冷陰極蛍光管１に流れる電流に比例した電流検出回路３の出力電圧と基準電圧を比較する。負荷の冷陰極蛍光管１に流れる電流が一定になるように、PWM制御信号を発生する。PWM信号発生器５は、共振特性の中心周波数より３〜10％離れた周波数のPWM信号を、２個のスイッチングトランジスタTR1とTR2に供給する。電流オフ時に回生トランス７の一次巻線CT中に残った磁気エネルギーは、回生トランス７の二次巻線CTSにより、電源に帰還させる。【選択図】図１
2006278180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側共振回路を構成するインダクタンスとなる一次側巻線と冷陰極蛍光管を点灯する二次側巻線とを有する駆動トランスと、前記駆動トランスの一次側巻線とともに前記一次側共振回路を構成する共振用コンデンサと、前記駆動トランスの一次側巻線に流す電流をオンオフするスイッチングトランジスタと、前記一次側共振回路の共振特性曲線の中心から離れたピーク付近の周波数のPWM信号を前記スイッチングトランジスタに供給するPWM信号発生器とを具備することを特徴とする冷陰極管点灯回路。
【請求項２】
電源から前記駆動トランスの一次側巻線に電流を供給する一次巻線および電源に逆方向ダイオードを介して接続された二次巻線を有する回生トランスを備えたことを特徴とする請求項１記載の冷陰極管点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極管点灯回路に関し、特に、大型液晶表示パネルのバックライト用の冷陰極管を点灯させるための冷陰極管点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルのバックライト用として、冷陰極蛍光管が用いられている。冷陰極蛍光管の点灯回路としては、正弦波駆動回路あるいはパルス駆動回路が用いられる。正弦波駆動回路としては、ロイヤー回路が一般的である。パルス駆動回路としては、フライバック回路がある。圧電トランスを使ったインバータもある。
【０００３】
正弦波駆動回路のうちのロイヤー回路は、図５（ａ）に示すように、スイッチングトランジスタを２個使って、出力トランスの一次側で自励発振をするものである。トランスの２次側巻き線の巻き数に応じて任意の電圧を得ることができる。トランスの磁気飽和という現象を利用して発振を継続するために、トランジスタがOFFする瞬間には大きなコレクタ電流が流れて損失が多くなる。他励式の点灯回路では、PWM信号発生回路により、共振回路のスイッチングトランジスタをオンオフする。駆動パルスのデューティ比を変えることにより、明るさを変えることができる。
【０００４】
フライバック回路は、図５（ｂ）に示すように、トランスの一次側の電流をトランジスタスイッチでオンオフすることにより、トランスの二次側に高圧電流を発生させるものである。以下に、共振回路をPWM電流で駆動する他励式の点灯回路の従来例を示す。
【０００５】
特許文献１に開示された「他励式インバータ」は、冷陰極管のチラツキやLCDのビートを防止し、かつ、複数の冷陰極管をそれぞれ独立に調光できるインバータである。図６（ａ）に示すように、クロック信号により発振動作するDC/DCコンバータから、インバータトランスの１次側巻線の中点に安定電圧を供給する。インバータトランスの２次側巻線が、冷陰極管の両電極に接続されている。クロック信号発生回路出力および調光用PWM信号発生回路出力が、ANDゲートに接続される。ANDゲートの出力が、スイッチング素子の入力に接続される。スイッチング素子で、インバータトランスの１次側巻線の一端をスイッチングする。クロック信号発生回路が安定発振をするまで、DC/DCコンバータの出力を遅延回路により遅延させ、DC/DCコンバータをスロースタートさせる。
【０００６】
特許文献２に開示された「バックライトユニット」は、複数の冷陰極管を使用する液晶表示装置のバックライトである。制御回路は、１次側電源と、クロック発生回路と、調光用PWM信号発生回路を含む。他励発振出力回路は、冷陰極管に対応して設けられる。制御回路と一方の他励発振出力回路は、主基板に実装される。他の他励発振出力回路は、副基板に実装される。主基板と副基板は、１次側電源線および接地線およびクロック信号、調光用PWM信号用の配線で接続されている。
【０００７】
特許文献３に開示された「PWM調光方式時間差点灯方法」は、液晶表示パネルのバックライト用冷陰極管の輝度を低輝度に調整できるようにしたものである。調光信号発生回路およびスイッチ回路を、冷陰極管につながる共振回路毎に、各々冷陰極管の本数ｎだけ専用に設ける。タイミング信号発生回路は、PWMタイミング信号を受けて、調光信号発生回路の１番目からｎ番目のどの回路を駆動するかを選択するための信号を発生する。各々のスイッチ回路は、信号がハイレベルの期間だけ、共振回路の１番目からｎ番目を共振させ、冷陰極管の１番目からｎ番目を順次駆動し、点灯させる。
【０００８】
特許文献４に開示された「放電管駆動回路」は、液晶ディスプレイのバックライトに使用される冷陰極放電蛍光管を発光させる放電管駆動回路である。図６（ｂ）に示すように、他励式駆動回路に、バラストコンデンサを追加することによって、制御特性を改善する。他励式駆動回路は、昇圧トランスと、半導体スイッチと、LC共振フィルタと、開閉時間比制御回路と、バラストコンデンサから構成されている。バラストコンデンサで電圧降下特性を調整することにより、１種類のトランスでも、種々の負荷特性の放電管に対応できる。
【特許文献１】特開2001-52891号公報
【特許文献２】特開2001-110582号公報
【特許文献３】特開2002-15895号公報
【特許文献４】特開2002-359094号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の冷陰極管点灯回路では、81〜85％位の効率しか実現できなかった。共振回路を用いないフライバック回路では、回路は簡単であるが、効率はかなり低い。共振回路を用いて自励発振するロイヤー回路では、調光ができないし、効率も低い。共振回路をPWM信号で他励駆動する点灯回路では、効率は高くても85％である。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、冷陰極管点灯回路の動作効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明では、冷陰極管点灯回路を、一次側共振回路を構成するインダクタンスとなる一次側巻線と冷陰極蛍光管を点灯する二次側巻線とを有する駆動トランスと、駆動トランスの一次側巻線とともに一次側共振回路を構成する共振用コンデンサと、駆動トランスの一次側巻線に流す電流をオンオフするスイッチングトランジスタと、一次側共振回路の共振特性曲線の中心から離れたピーク付近の周波数のPWM信号をスイッチングトランジスタに供給するPWM信号発生器とを具備する構成とした。また、電源から駆動トランスの一次側巻線に電流を供給する一次巻線および電源に逆方向ダイオードを介して接続された二次巻線を有する回生トランスを備えた。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成したことにより、液晶表示パネルのバックライトに用いる冷陰極管の点灯回路のエネルギー効率を90〜95％に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例は、共振特性曲線の中心から離れたピーク付近の周波数のPWM信号で駆動トランスの一次側共振回路を駆動し、チョークコイルに代えて回生トランスを用いる冷陰極管点灯回路である。
【００１５】
図１は、本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の回路図である。図２は、冷陰極管点灯回路の複数管用の回路図である。図３は、冷陰極管点灯回路の２回路を駆動する回路図である。図４は、駆動周波数と効率の関係を示すグラフである。
【００１６】
図１と図２と図３において、冷陰極蛍光管１は、液晶表示パネルのバックライト用の照明手段である。駆動トランス２は、冷陰極蛍光管を点灯するための高圧電流を発生する巻線トランスである。一次側のインダクタンスはL1である。駆動トランス２の二次巻線は、冷陰極蛍光管１を点灯するために充分な電圧を得られる巻数をもっている。駆動トランス２の一次巻線の中点は、回生トランス７の一次巻線CTを介して、電源に接続されている。駆動トランス２の二次巻線には、冷陰極蛍光管（CCFL管）１が接続されている。電流検出回路３は、冷陰極蛍光管１に流れる電流を検出する回路である。共振用コンデンサ４は、駆動トランス２の一次側巻線とともに共振回路を構成するコンデンサである。容量はC1である。駆動トランス２の一次側巻線（L1）と共振用コンデンサ４（C1）で、一次側共振回路を構成する。
【００１７】
PWM信号発生器５は、スイッチングトランジスタTR1、TR2を駆動するPWM信号を発生する回路である。誤差増幅器６は、冷陰極蛍光管１に流れる電流を検出した電流検出回路３の出力電圧と基準電圧を比較して、PWM制御信号を発生する回路である。回生トランス７は、電流オフ時の逆起電力を電源に回生するためのトランスである。一次巻線CTは、チョークコイルの働きをする電源供給用の巻線である。二次巻線CTSは、電力回生用の巻線である。回生トランス７の二次巻線CTSは、順方向電流が電源に流れ込む方向に接続されているダイオードを介して、電源に接続されている。スイッチングトランジスタTR1、TR2、TR3、TR4は、駆動トランス２にPWM電流を流して駆動するスイッチ手段である。バラストコンデンサ８は、２本の冷陰極蛍光管１に流れる電流をバランスさせて安定化するためのコンデンサである。
【００１８】
上記のように構成された本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、冷陰極管点灯回路の機能の概略を説明する。駆動トランス２の一次側巻線（L1）と共振用コンデンサ４（C1）からなる一次側共振回路を、２個のスイッチングトランジスタTR1とTR2で、交互に駆動する。誤差増幅器６で、冷陰極蛍光管１に流れる電流に比例した電流検出回路３の出力電圧と基準電圧を比較する。PWM信号発生器５で、負荷の冷陰極蛍光管１に流れる電流が一定になるように、PWM制御信号を発生する。PWM信号発生器５は、共振特性の中心周波数より３〜10％離れたピーク周波数のPWM信号を、２個のスイッチングトランジスタTR1とTR2に供給する。スイッチングトランジスタのオフ時に回生トランス７の一次巻線CT中に残った磁気エネルギーは、回生トランス７の二次巻線CTSにより、電源に帰還させる。
【００１９】
次に、再度図１を参照しながら、冷陰極管点灯回路の駆動方法を詳しく説明する。駆動トランス２の一次側巻線（L1）と共振用コンデンサ４（C1）で構成された一次側共振回路を、２個のスイッチングトランジスタTR1とTR2で、交互に駆動する。PWM信号発生器５で、一次側共振回路の共振特性の中心周波数から３〜10％離れた周波数のPWM信号を、２個のスイッチングトランジスタTR1、TR2に供給する。一次側共振回路の共振特性は、二次側の負荷の影響も含めた実効的な共振特性である。詳しくは後述する。
【００２０】
駆動電流はパルスであるが、共振回路がタンク回路として働くので、一次側共振回路には、共振波形すなわち正弦波に近い波形の電流が流れる。高調波成分にとって、共振回路は容量性負荷となるので、共振用コンデンサ４（C1）を流れ、一次側巻線（L1）にはほとんど流れないので、二次側には伝わらない。この電流により駆動トランス２の二次側巻線に誘起される電流で、冷陰極蛍光管１が点灯する。スイッチングトランジスタTR1とTR2のいずれかがオンのときは、回生トランス７の一次巻線CTは、Ｑ値の大きいインダクタンスとして動作する。
【００２１】
負荷の冷陰極蛍光管１に流れる電流を、電流検出回路３で検出する。誤差増幅器６は、冷陰極蛍光管１に流れる電流に比例した電流検出回路３の出力電圧と基準電圧を比較して、PWM制御信号を発生する。これらの回路は、ネガティブフィードバックループを構成している。基準電圧は、明るさ制御信号に応じて変化する。明るさ制御信号は、レベル信号でもパルス信号でも利用可能であり、目的に応じて、誤差増幅器６の回路方式を選択すればよい。電流検出回路３の出力電圧が、基準電圧より高ければ、パルス幅を狭くするように指示するPWM制御信号を発生する。逆に、電流検出回路３の出力電圧が、基準電圧より低ければ、パルス幅を広くするように指示するPWM制御信号を発生する。
【００２２】
PWM信号発生器５は、入力される同期信号と同一タイミングで、PWM制御信号に応じたパルス幅のパルス信号を発生する。スイッチングトランジスタTR1、TR2は、PWM信号発生器５の出力信号により、交互にオンオフする。したがって、一次側共振回路は、負荷の冷陰極蛍光管１に流れる電流が一定になるようなパルス幅で駆動される。
【００２３】
駆動トランス２を動作させる電流は、電源から回生トランス７の一次巻線CTを介して供給する。スイッチングトランジスタTR1、TR2をオフする瞬間に、回生トランス７の一次巻線CTと、駆動トランス２の一次側巻線に、逆起電力が発生する。回生トランス７の一次巻線CT中に残った磁気エネルギーは、回生トランス７の二次巻線CTSにより、電源に帰還させる。駆動トランス２の一次側共振回路のエネルギーは、共振用コンデンサ４に吸収される。
【００２４】
次に、図２を参照しながら、１つの駆動回路で、２つの冷陰極蛍光管を点灯させる方法を説明する。基本的な構成は、図１に示した回路と同じである。異なる点は、駆動トランス２の二次側巻線に、バラストコンデンサ８を介して、２つの冷陰極蛍光管１を接続したことである。バラストコンデンサ８により、２本の冷陰極蛍光管１に流れる電流をバランスさせて安定化することができる。
【００２５】
次に、図３を参照しながら、１つのPWM信号発生器５で２つの駆動回路を駆動する方法を説明する。PWM信号発生器５は、２組のスイッチングトランジスタペアを駆動する。スイッチングトランジスタTR1とTR3は、全く同じタイミングで、同期信号に同期して電流を流す。スイッチングトランジスタTR2とTR4も、全く同じタイミングで同期信号に同期して電流を流す。ただ、それぞれのパルス幅は、同じとは限らない。同期信号の周波数は、二次側の負荷を含めた一次側共振回路の共振特性の中心周波数から３〜10％離れた周波数である。このPWM信号発生器５は、同期信号からパルス信号を生成する部分のみが１系統で、その他は２系統ある。
【００２６】
次に、図４を参照しながら、共振特性と駆動周波数の関係を説明する。この構成の冷陰極管点灯回路において、駆動周波数を変えながらエネルギー効率を測定すると、図４のグラフのようになる。このグラフは、横軸を駆動周波数として、縦軸に回路のエネルギー効率を示した定性的な特性曲線である。エネルギー効率を測定するかわりに、一次側共振回路の電圧を測定しても同じグラフになる。このようなグラフになるのは、一次側共振回路が双峰特性をもつためと考えられる。この一次側共振回路の共振特性は、負荷側の影響を考慮した共振特性である。共振特性曲線の中心の周波数を、一次側共振回路の中心周波数とよぶ。
【００２７】
この共振特性のグラフには、中心周波数より低いところと高いところにピークがある。これらのピークの周波数は、中心周波数より３〜10％低いか高い。これらのピークのいずれかを動作点として選択して、その周波数を駆動周波数とすれば、エネルギー効率が高くなる。したがって、中心周波数より３〜10％低い（高い）周波数のPWM信号で駆動すると、エネルギー効率がよくなる。
【００２８】
駆動周波数は同期信号の周波数であり、図示していない発振回路から供給される。発振回路を調整して、同期信号の周波数を、共振特性グラフのピークの周波数に合わせる。厳密に合わせるのは、回路定数の分散などがあって困難であるので、ピーク近辺の値に設定すればよい。ピーク近辺は、ほぼ平らであるから、大きな誤差は生じない。冷陰極蛍光管を交換した場合には、発振周波数を調整しなおしたほうが、高いエネルギー効率を維持できる。共振特性の変化に応じて発振周波数を自動的に修正する負帰還回路を設けて、動作状態の変化や経年変化に追随するようにしてもよい。
【００２９】
上記のように、本発明の実施例では、冷陰極管点灯回路を、共振特性曲線の中心から離れたピークの周波数のPWM信号で駆動用トランスの一次側共振回路を駆動し、チョークコイルに代えて回生トランスを用いる構成としたので、90〜95％位のエネルギー効率を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の冷陰極管点灯回路は、大型液晶表示パネルのバックライト用の冷陰極管を点灯させるための冷陰極管点灯回路として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の回路図である。
【図２】本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の複数管用の回路図である。
【図３】本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の２回路駆動用の回路図である。
【図４】本発明の実施例における冷陰極管点灯回路の駆動周波数とエネルギー効率の関係を示す図である。
【図５】従来の冷陰極管点灯回路に用いられるロイヤー回路とフライバック回路の概念図である。
【図６】従来の冷陰極管点灯回路に用いられる他励式共振回路型インバータの回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷陰極蛍光管
２  駆動トランス
３  電流検出回路
４  共振用コンデンサ
５  PWM信号発生器
６  誤差増幅器
７  回生トランス
８  バラストコンデンサ
TR1,TR2,TR3,TR4  スイッチングトランジスタ
【図１】
2006278180.tif 000003
【図２】
2006278180.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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