(57)【要約】【課題】大画面でも蛍光灯の長さを短くでき、点灯電圧を可能な限り低くしてインバータや端子などの耐圧を下げ、画面の明暗分布を制御できる蛍光灯の点灯表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示パネルと、複数の蛍光灯が配列された四角形状の光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・と、所定の周波数の交流駆動電圧を出力することにより前記光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・を駆動する極性切換回路とを備え、前記光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・を複数用意し、各光源モジュールどうしを組み合わせて、前記液晶表示パネルの裏面全体に対向するように、前記複数の光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・を配置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと、
複数の蛍光灯が配列された光源モジュールと、
所定の周波数の交流駆動電圧を出力することにより前記光源モジュールを駆動する極性切換回路とを備え、
前記光源モジュールを複数用意し、各光源モジュールどうしを組み合わせて、前記液晶表示パネルの裏面全体に対向するように、前記複数の光源モジュールを配置していることを特徴とする蛍光灯の点灯表示装置。
【請求項２】
前記極性切換回路の出力周波数は、０Ｈｚを超え、１０ｋＨｚ以下の周波数である請求項１記載の蛍光灯の点灯表示装置。
【請求項３】
前記極性切換回路の出力周波数は、０Ｈｚを超え、１ｋＨｚ以下の周波数である請求項２記載の蛍光灯の点灯表示装置。
【請求項４】
前記極性切換回路の駆動電流を、光源モジュールごとに個別に制御することのできる請求項１記載の蛍光灯の点灯表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな画面のバックライトとなる複数の蛍光灯を点灯することのできる蛍光灯の点灯表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置など各種表示装置のバックライトには、蛍光灯の一種である冷陰極管( Cold Cathode Fluorescent Tube)が用いられる。この冷陰極管の点灯駆動には、従来から、インバータを用いた高周波点灯方式が採用されている。
図１０は、従来の高周波駆動回路を示す回路図である。この高周波駆動回路は、数十ｋＨｚの高周波交流電源を供給するためのインバータ回路２１と、主変圧器３１と、その主変圧器３１の出力回線に対して一端が接続された複数の冷陰極管７０と、前記複数の冷陰極管７０の他端に接続され、各冷陰極管７０に等しい電流を流すための、複数の変圧器からなる均流回路６０１とを備えている。
【０００３】
図１０の高周波駆動回路の各部の波形を、図１１に示す。図１１の（ａ）はインバータ２に入力される直流入力電圧を示す。図１１の（ｂ）は、インバータ２の出力電圧すなわち主変圧器３１の一次側電圧の波形を示す。図１１の（ｃ）は主変圧器３１の二次側の高周波電圧の波形を示す。
このような高周波駆動回路が適用される液晶表示装置においては、通常、冷陰極管には表示画面の横幅とほぼ等しい長さのものが用いられ、横長方向に設置される。
【特許文献１】特開2000-294391号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、表示画面が大型化するほど冷陰極管の長さが長くなる。冷陰極管の長さが長くなると、冷陰極管のコストが上がるだけでなく、点灯電圧の増大につながり、インバータ回路２１や主変圧器３１の耐圧を上げなければならなくなり、冷陰極管の端子が挿入されるコネクタも高耐圧のものが必要となる。このように設計上の困難性が増大する。例えば、現在の冷陰極管の製造可能な限界長が１５００ｍｍであり、１５００ｍｍの冷陰極管の点灯電圧は２０００V以上、点灯開始電圧は２５００V以上を要求されることより、インバータの安全規格やコスト上で大きな制約を受けることになる。
【０００５】
また、冷陰極管とそれを支持する金属板との間の寄生容量、冷陰極管とインバータ回路２１や主変圧器３１との寄生容量、配線間の寄生容量により高周波電流が漏れ出し、冷陰極管の輝度分布にばらつきが出る。特に点灯電圧が高電圧になればなるほどその傾向が強くなる。特にインバータ回路２１や主変圧器３１の設置場所が重要で、冷陰極管のインバータ回路２１に近い側（画面の左右いずれか）が明るく、逆に反対の遠い位置で暗くなる。
【０００６】
そこで、液晶画面の左右の明暗のバラツキを極力少なくする必要がある。そのためには従来、省エネを無視した補助光源の追加や、コストアップになるツインインバータ方式等の対策が取られているが、さらに有効な解決策が求められている。
本発明は、大画面でも蛍光灯の長さを短くすることにより、点灯電圧を可能な限り低くしてインバータや端子などの耐圧を下げるとともに、画面の明暗分布を制御でき、コストを低減することができる蛍光灯の点灯表示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】
【０００７】
本発明の蛍光灯の点灯表示装置は、液晶表示パネルと、複数の蛍光灯が配列された光源モジュールと、所定の周波数の交流駆動電圧を出力することにより前記光源モジュールを駆動する極性切換回路とを備え、前記光源モジュールを複数用意し、各光源モジュールどうしを組み合わせて、前記液晶表示パネルの裏面全体に対向するように、前記複数の光源モジュールを配置していることを特徴とする。
【０００８】
この蛍光灯の点灯表示装置であれば、光源モジュールには点灯電圧を低くできる短管の蛍光灯を配置することができ、その光源モジュールを複数用意して、大きなバックライトを構成することができる。点灯電圧を低くすることができるので、インバータや端子などの耐圧を下げ、コストを低減することができる。
前記極性切換回路の出力周波数は、０Ｈｚを超え、１０ｋＨｚ以下の周波数であることが好ましく、０Ｈｚを超え、１ｋＨｚ以下の周波数であることがさらに好ましい。
【０００９】
このように低周波点灯することにより、寄生容量を低減することができるので、インバータの設置場所の制限を受けることがなくなる。また配線間の寄生容量も減るので、配線引き回しの自由度が増える。また冷陰極管を、それを支持する金属板に近づけることができる。したがって、表示装置を小さく、軽く、薄くしたいユーザー要望に応えることができ、表示画面の大型化（省エネ、低コスト、薄型軽量化）に現実的に対応することができる。
【００１０】
また、各光源モジュールを表示画面のマトリックス要素として、各光源モジュールの駆動電流を個別に制御することができる。例えば画面中央の光源モジュールの電流を大きくして明るくすることにより、大きな画面の映像効果を最大限に引き出し、かつ、画面周辺などの暗くても良い光源モジュール画素の電流を小さくすることで、大きな省エネ効果を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の蛍光灯の点灯表示装置を示す分解図である。この表示装置は、ｍ個の四角形状の光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・，Ｂｍ（ｍ≧２とする）を搭載した表示装置本体１０１と、液晶表示部１０３を支持する液晶パネル１０２とを備える。光源モジュールＢ１，Ｂ２，・・，Ｂｍを代表して「光源モジュールＢｉ」という。光源モジュールＢｉは、ｎ本（ｎ≧２とする）の冷陰極管７１・・７ｎが水平に配列された小さな長方形状のパネルになっている。
【００１２】
液晶表示部１０３は例えば４：３，１６：９などの横長形状である。なお液晶表示部１０３の構造は公知のものであり、例えば、表面側の透明基板と光源側の透明基板とを向き合わせた構造になっている。液晶駆動方式はパッシブマトリクス型でもアクティブマトリクス型でもよい。アクティブマトリクス型を例に挙げると、表面側の透明基板の内面には複数のマトリクス状透明電極群を配列し、光源側の透明基板の内面には前記マトリクス状透明電極群と対向するように１枚の半透明電極を設置している。さらに、それぞれの電極の上に、一定方向にラビングした樹脂からなる配向膜を形成している。そして両配向膜の間に液晶を封入している。なお、カラー液晶の場合は、表面側の透明基板にカラーフィルター層が設けられている。
【００１３】
図２は、光源モジュールＢｉの構造を示す斜視図である。ｎ個の冷陰極管７１・・７ｎは、それぞれ光源モジュールＢｉの長手方向に平行に配列されている。各冷陰極管７１・・７ｎの端部にはリード線９が出ていて、これらのリード線９が後述する均流回路６を通して極性切替回路５に接続される。
これらの光源モジュールＢｉ同士を複数用意し、長手（水平）方向と縦（垂直）方向にマトリクス状に配置して、図３に示すように表示装置本体１０１を構成している。
【００１４】
図４は、蛍光灯の点灯表示装置本体１０１の駆動回路図である。この駆動回路は、直流入力を交流に変換するインバータ２からの交流電圧を昇圧する主変圧器３と、主変圧器３から出力された交流電圧を倍圧整流する倍圧整流回路４と、整流された直流電圧の極性切り替えを行う極性切換回路５と、極性切換回路５の出力回線(e),(f)に対してそれぞれ接続された光源モジュールＢｉ（Ｂ１，Ｂ２，・・・Ｂｍ）とを備えている。
【００１５】
各光源モジュールＢｉには、複数（ｎ本）の冷陰極管７１・・７ｎと、前記複数の冷陰極管７１・・７ｎの一端に接続され、各冷陰極管７１・・７ｎに等しい電流を流すための均流回路６とが備えられている。
この駆動回路の動作説明をする。まず主変圧器３に、インバータ２で作られた交流電力を供給する。この交流電力の交流周波数は、主変圧器３として十分な変換効率が得られる周波数であり、通常は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚである。周波数がこの範囲より低すぎると、主変圧器３を大きくする必要があり、装置全体が大きく重くなる。周波数がこの範囲よりも高いと、主変圧器３内部で発生する並列容量の影響が大きくなり、共振が発生して変換効率が低下する。
【００１６】
次に、所定の巻き数と巻き数比を持つ主変圧器３によって、前記交流電圧を所定の昇圧比で昇圧する。さらに、倍圧整流回路４によって整流と昇圧とを行う。これによって、各光源モジュールＢｉの冷陰極管７１・・７ｎの点灯に必要な直流電圧を得ることができる。なお、本発明では、冷陰極管７１・・７ｎは、各光源モジュールＢｉごとに設置されており、冷陰極管７１・・７ｎの長さは光源モジュールＢｉの長辺の長さにほぼ等しくなっている。したがって、液晶パネル１０２の全長にわたって設置される冷陰極管の点灯に必要な直流電圧は通常１０００Ｖ〜２０００Ｖ程度であるが、本発明では、冷陰極管の長さが短いので、その数分の一で済むことになる。
【００１７】
この直流電圧を、極性切換回路５のスイッチングトランジスタのオンオフにより、交流に変換する。このスイッチングトランジスタのオンオフを制御するのは、制御回路５１である。制御回路５１は各スイッチングトランジスタのゲートにオンオフ信号を供給することにより、各スイッチングトランジスタのオンオフを制御する。
オンオフ信号の周波数ｆの範囲は、０Ｈｚを超え、２０ｋＨｚ以下であればよい。できれば、０Ｈｚを超え１０ｋＨｚ以下がよく、さらに好ましくは、０Ｈｚを超え１ｋＨｚ以下がよい。
【００１８】
均流回路６は各光源モジュールＢｉごとに設置され、トランジスタのコレクタ−エミッタ間に流れる電流を利用して定電流を得る電子回路（定電流回路という）６１・・６ｎを、各光源モジュールＢｉの冷陰極管７１・・７ｎの数に応じて備えている。各冷陰極管７１・・７ｎと各定電流回路６１・・６ｎとは、それぞれ直列に接続されている。この冷陰極管７１・・７ｎと定電流回路６１・・６ｎとの直列回路（冷陰極管７１・・７ｎの本数だけある）が、極性切換回路５の２本の出力回線(e),(f)に対して接続されている。
【００１９】
各定電流回路６１・・６ｎのトランジスタは、図４に示すように、ｎｐｎ型とｐｎｐ型とが並列に接続されている。ｎｐｎ型について説明すれば、エミッタ・接地間に抵抗Ｒｉ（ｉ＝１〜ｍ）が接続されている。各トランジスタのベースは互いに共通に接続されている。この共通ベース電圧をＶｂと表記する。抵抗Ｒｉの両端電圧は電圧Ｖｂにほぼ等しく、電圧Ｖｂは各トランジスタで共通であるから、抵抗Ｒｉの両端電圧は、各定電流回路６１・・６ｎでほぼ等しくなる。このため各定電流回路６１・・６ｎを一方向（ｎｐｎ型トランジスタのコレクタからエミッタ方向）に流れる電流がほぼ等しくなり、定電流が得られる。逆方向（ｐｎｐ型トランジスタのエミッタからコレクタ方向）に流れる電流も、ｐｎｐ型のトランジスタの同様の作用により、均一化され、定電流が得られる。
【００２０】
このように、トランジスタを含む定電流回路６１・・６ｎを用いて定電流を実現しているので、従来のように複数の変圧器を利用した均流回路６０１に比べて小型化・軽量化が可能となる。
また、抵抗Ｒｉの値を、各光源モジュールＢｉごとに個別に設定することによって、各光源モジュールＢｉの輝度を個別に制御することができる。例えば画面中央の光源モジュールＢｉの均流回路６の電流を大きくすることにより、画面の真中を明るくし映像効果を最大限に引き出し、かつ、画面周辺などの暗くても良い光源モジュールの均流回路６の電流を小さくすることで、大きな省エネ効果を達成できる。
【００２１】
各光源モジュールＢｉの照度（調光）をコントロールするには、画像信号に基づいてする場合と、外部センサーにより画面の明暗をセンシングして、その信号を各光源モジュールＢｉへフィードバックする場合がある。外部センサーとしては、液晶画面を分割（マトリックス）したセンサーで明るさを見る場合と、リモコンを液晶画面に向けてモニタリングする方法等がある。
【００２２】
図５は、図４の駆動回路の各部の波形を示すグラフである。
図５の（ａ）はインバータ２に入力される直流入力電圧を示す。図５の（ｂ）は、インバータ２の出力電圧すなわち主変圧器３の一次側電圧の波形である。図５の（ｃ）は主変圧器３の二次側電圧の波形である。主変圧器３の二次側電圧は、主変圧器３の一次側電圧に対して、主変圧器３の巻き数比に応じて昇圧されている。図５の（ｄ）は、倍圧整流回路４の出力波形である。この出力電圧は主変圧器３の二次側電圧よりもさらに上昇していると同時に、脈流に整流されている。図５の（ｅ）は、極性切換回路５の出力波形を示す。極性切換回路５によって、脈流に整流された直流出力が交互に正負になるように切換えられる。この切り替えられた出力電流が、均流回路６を通って各冷陰極管７１・・７ｎに供給される。この切り替えられた出力電流の信号時間幅のうち、冷陰極管７１・・７ｎの上の電極には正の信号が印加され、冷陰極管７１・・７ｎの下の電極には負の信号が印加される。
【００２３】
極性切換回路５の周波数ｆの範囲は、前述したように、０Ｈｚを超え、２０ｋＨｚ以下である。好ましくは０Ｈｚを超え１０ｋＨｚ以下、さらに好ましくは０Ｈｚを超え１ｋＨｚ以下である。
従来では、インバータによって冷陰極管７１・・７ｎに数十ｋＨｚ以上の高周波電流を流して点灯していたのと比較して、このように低い周波数ｆの電流で冷陰極管７１・・７ｎを点灯することにより、光源モジュールＢｉの冷陰極管７１・・７ｎと、それに隣接する光源モジュールＢi+1の冷陰極管７１・・７ｎとの間に発生する浮遊容量の影響を低減することができる。また各光源モジュールＢｉの冷陰極管７１・・７ｎと冷陰極管７１・・７ｎを支持する光源モジュールＢｉのシャーシとの間に発生する浮遊容量の影響を低減することができる。
【００２４】
なお、主変圧器３は、極性切換回路５の切換周波数ｆとは関係なく、高周波で駆動することができるので、主変圧器３の寸法がかなり小さくできる。
以上のような本発明の駆動回路の構成によって、複数の光源モジュールＢｉの冷陰極管７１・・７ｎを、周波数ｆで低周波点灯することができる。
したがって、本駆動回路を蛍光灯の点灯表示装置などのバックライト用に用いれば、駆動回路全体を小さくできる。また低周波を用いて冷陰極管を点灯することにより、浮遊容量の影響を低減できるので、冷陰極管と、それを支えるシャーシとを無限に近づけることができ、蛍光灯の点灯表示装置の厚さを薄くすることができる。
【００２５】
また、各光源モジュールＢｉの蛍光灯の長さを短くすることができ、駆動電圧の増加を抑えることができる。また蛍光灯の長さが一定であるとすれば、さらにバックライトを大型にすることができ、大画面化が実現できる。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図６は、この実施形態に係る光源モジュールＢｉの構造を示す斜視図である。ｎ個の冷陰極管７１・・７ｎは、それぞれ光源モジュールＢｉの長手方向に垂直に配列されている。これらの光源モジュールＢｉ同士を、縦横に配置して図７に示すように表示装置本体１０１を構成する。その結果、縦置きの冷陰極管７１・・７ｎにより表示装置本体１０１の光源を実現することができる。
【００２６】
冷陰極管７１・・７ｎを縦置きの状態で駆動する場合、駆動信号の正負の信号幅比は、後に図８を参照して説明するように、正負で同一幅となっていないで、不均等となっている。これは、冷陰極管７１・・７ｎの中に封じ込められている流体物質（水銀など）が、重力で一方に溜まらないようにするためである。
図８は、縦置き冷陰極管の点灯表示装置の駆動回路の各部の波形を示すグラフである。駆動回路の回路図は、図４に示したものと同じであるが、極性切換回路５の出力波形が図８の（ｅ）に示すように、正の信号幅をｔ1、負の信号幅をｔ2とすると、ｔ1のほうがｔ2よりも大きくなっている。すなわち極性切替時間比率ｔ1／（ｔ1＋ｔ2）が、０．５を超えるように設定されている。極性切替時間比率の最適値は、冷陰極管７１・・７ｎの中に封じ込められている流体物質（水銀など）が、定常点灯中、重力で下方に溜まらないで管内に均等に分布するように定めるとよい。例えば、
０．５＜ｔ1／（ｔ1＋ｔ2）≦０．８
の範囲の中から選択する。０．８を超えると、冷陰極管７１・・７ｎの発光強度が低下する（特に下端が暗くなる）。そこで好ましくは、
０．５＜ｔ1／（ｔ1＋ｔ2）≦０．７
の範囲の中から選択するとよい。ある条件下における実験では、０．６が最適値であった。
【００２７】
特に、長期間保管後の始動時は、前記流体物質が下方に溜まっているので、始動時のみ前記値を大きめ（例えば０．７）に設定し、始動後しばらく時間が経てば、前記値を前記最適値（例えば０．６）に設定してもよい。この始動後時間は実験的に決定するのが好ましい。例えば１〜５分程度となる。
このように冷陰極管７１・・７ｎを縦置きにしていても、駆動電流の極性切替時間比率を調整することにより、管内の流体物質が重力で偏るのを防止することができる。
【００２８】
以下、蛍光灯の点灯表示装置の回路変形例を説明する。
図９は、均流回路の他の例を示す回路図である。この均流回路では、定電流を一方向に流す回路６ａと他方向に流す回路６ｂとが互いに分離され、冷陰極管の両側に設置されている。各定電流回路６ａ，６ｂの動作は、図２を用いて説明したのと同様である。この均流回路によれば、全てｎｐｎ型のトランジスタが使えるので、コスト面で有利になる。
【００２９】
いままで本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、前記実施の形態に限られるものでないことはもちろんである。例えば、主変圧器３の出力に対して、倍圧整流回路４によって整流と昇圧とを行っていた。しかし、昇圧と整流を切り離して、昇圧は主変圧器で行い、整流は倍圧でない単なる整流回路で行ってもよい。また、均流回路の回路例は図４、図９に示されたものに限られず、トランジスタを用いた任意の定電流回路を用いてもよい。また、本発明は、前記実施の形態で用いた冷陰極管に限られず、蛍光灯一般に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の蛍光灯を用いた表示装置の構造を示す分解図である。
【図２】一つの光源モジュールＢｉの構造を示す斜視図である。
【図３】光源モジュールＢｉ同士をマトリクス状に配置した表示装置本体１０１の構成図である。
【図４】本発明の蛍光灯の点灯表示装置の駆動回路図である。
【図５】第１の実施形態にかかる駆動回路の各部の波形を示すグラフである。
【図６】蛍光灯を縦配置した光源モジュールＢｉの構造を示す斜視図である。
【図７】光源モジュールＢｉ同士をマトリクス状に配置した表示装置本体１０１の構成図である。
【図８】第２の実施形態にかかる駆動回路の各部の波形を示すグラフである。
【図９】均流回路の他の例を示す回路図である。
【図１０】従来の高周波駆動回路を示す回路図である。
【図１１】図１０の高周波駆動回路の各部の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
２  インバータ
３  主変圧器
４  倍圧整流回路
５  極性切換回路
６  均流回路
６１・・６ｎ  定電流回路
７１・・７ｎ  冷陰極管
８  シャーシ
９  リード線
５１  制御回路
１０１  表示装置本体
１０２  液晶パネル
１０３  液晶表示部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図７】
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