(57)【要約】【課題】入力電圧が低くとも、安価で長寿命を達成した放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】直流電源ＤＣからの電圧が入力される中間タップを１次巻線に備える第１のトランスＴ１と、直流電源ＤＣの基準電位と第１のトランスＴ１の１次巻線の両端間にそれぞれ接続される一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する制御回路１１とを備え、第１のトランスＴ１はリーケージトランスであり、第１のトランスＴ１の２次巻線に第１のコンデンサＣ１を並列接続し、第１のコンデンサＣ１に第２のコンデンサＣ２を介して熱陰極放電ランプ１を接続した放電灯点灯装置において、熱陰極放電ランプ１のフィラメントの予熱回路の入力を、第１のトランスＴ１の１次巻線の両端と一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との各々の接続点間に接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの電圧が入力される中間タップを１次巻線に備える第１のトランスと、
直流電源の基準電位と前記第１のトランスの１次巻線の両端間にそれぞれ接続される一対のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を備え、
前記第１のトランスはリーケージトランスであり、
前記第１のトランスの２次巻線に第１のコンデンサを並列接続し、
前記第１のコンデンサに第２のコンデンサを介して熱陰極放電ランプを接続した放電灯点灯装置において、
前記熱陰極放電ランプのフィラメントの予熱回路の入力を、前記第１のトランスの１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子との各々の接続点間に接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
直流電源からの電圧が入力される中間タップを１次巻線に備える第１のトランスと、
直流電源の基準電位と前記第１のトランスの１次巻線の両端間にそれぞれ接続される一対のスイッチング素子と、を備え、
前記第１のトランスはリーケージトランスであり、
前記第１のトランスの２次巻線に第１のコンデンサを並列接続し、
前記第１のコンデンサに第２のコンデンサを介して熱陰極放電ランプを接続して成るインバータ回路を少なくとも２組備え、
前記スイッチング素子を制御する制御回路を備えた放電灯点灯装置において、
前記インバータ回路の少なくとも１組は、前記熱陰極放電ランプのフィラメントの予熱回路の入力を、前記第１のトランスの１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子との各々の接続点間に接続されており、
前記予熱回路の入力が接続されたインバータ回路以外の少なくとも１組は、直流電源を含んで構成される電流ループにインピーダンス素子を挿入し、前記インピーダンス素子の両端電圧を前記制御回路に入力してフィードバック制御を行なうことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記フィラメントの予熱回路の周波数特性において、フィラメント電流が極大値となる周波数を、前記第１のトランスの２次巻線のリーケージトランスと前記第１のコンデンサで決まる共振周波数よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記フィラメントの予熱回路は第２のトランスを備え、前記第１のトランスの１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子との各々の接続点間に、第３のコンデンサと前記第２のトランスの１次巻線の直列回路を接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる照明装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源を高周波に変換して放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやＯＡ機器、液晶テレビなどの液晶表示装置や看板灯などの照明装置において、表示面を背面から照明する光源（所謂バックライト）が用いられることが多く、その中でも広い発光面を高輝度に照明するために、反射板上に複数本の放電灯を配置し、放電灯上方に拡散板等を配置して構成される直下型バックライトが知られている。
【０００３】
図５に直下型バックライトを備えた液晶表示装置の分解斜視図を示す。液晶パネルＬＣＰの背面（直下）にバックライトＢＬが配置されておリ、バックライトＢＬは、筐体２１と、この上に設置された反射板２２及び複数の放電灯１〜８と、その上方に設置された拡散板２３、プリズムシート等の光学シート２４とから構成されている。また、筐体２１の背面に放電灯１〜８を点灯する放電灯点灯装置１０が設置されている。
【０００４】
この放電灯点灯装置１０は、入力電圧として１２Ｖや２４Ｖといった低い直流電圧源を用いられることが多く、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を点灯させる場合は非常に高い昇圧比のトランスが必要となる。そのため、放電灯点灯装置のインバータ回路構成として入力電圧が低い場合に有利なプッシュプル方式の回路が使用されている。
【０００５】
近年、特に液晶表示装置の分野では画面の大型化、高輝度化、均一化の要求により、装置１セット当たりに採用する灯数は増加し、使用される放電灯の管電圧はより高電圧になる傾向にある。ＣＣＦＬは３２インチサイズのバックライトに用いられるものでも管電圧がおよそ１ｋＶｒｍｓである。このため、高インピーダンス負荷と筐体間との寄生容量の影響が無視できず、筐体への漏れ電流の影響でランプの輝度分布に偏りが生じ、輝度が不均一となる問題がある。
【０００６】
そこで、ＣＣＦＬよりも高出力で、管電圧が低い熱陰極蛍光ランプ（ＨＣＦＬ）を利用することが考えられる。ＨＣＦＬを用いれば、ＣＣＦＬに比べランプ本数を激減させることができ、点灯回路を減らせる利点がある。また、管電圧が低いので、筐体間との寄生容量の影響が小さく、輝度の偏りも小さくなる。さらに低ノイズであるため、液晶パネル等周辺回路への影響も小さくなる。
【０００７】
ＨＣＦＬでも同様に、入力電圧が低い場合は、トランス、スイッチング素子の利用効率を考えるとプッシュプル方式が有利と考えられる。ＨＦＣＬでプッシュプル方式の放電灯点灯装置に関して記載された文献として、以下のようなものがある。
【０００８】
特許文献１の技術では、図６に示すように、熱陰極放電ランプ１にランプ電流を供給するプッシュプルインバータのリーケージトランスＴ１に補助巻線を設けてフィラメントに電流を供給しているので、回路構成は簡単であるが、ランプ電流とフィラメント電流の制御を個別に行なうことが難しい。特許文献２の技術では、図７に示すように、ランプ電流供給用のインバータ１２とフィラメント電流供給用のインバータ１３を別に設けているので、ランプ電流とフィラメント電流の制御を個別に行なうことができるが、構成が複雑となる。
【特許文献１】特開平５−２１１８４号公報
【特許文献２】特開平９−３０６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
液晶テレビなどに用いられるバックライトは長寿命の要求が強く、ＨＣＦＬでもＣＣＦＬ同等の寿命が要求される。また、薄型化に対応するため細管形状となる傾向にある。また、幅広いコントラスト比を得るために、調光範囲を広くする必要があり、特に低光束調光が望まれる。故に、ＨＣＦＬにおいて、細い管径で幅広い調光範囲で動作しつつ長寿命を達成するためには、各調光レベルにおいて適切にフィラメント電流を設定する必要があり、フィラメントの予熱電流設計の自由度が高いことが望まれる。
【００１０】
図６に示す特許文献１の回路では、ランプ点灯のための共振特性がフィラメント予熱電流にも影響するため、設計の自由度が低い。特に、ランプを点灯させる前の先行予熱時に十分な予熱電流を得ようとすると、ランプ両端に印加される電圧を上げなければならず、それによって予熱が不十分な状態でランプが点灯してしまうと、早期にフィラメントの断線に至ってしまう恐れがある。そのため、ランプ点灯のための共振特性と独立しての設計が望ましい。その点、図７に示す特許文献２の回路は、予熱回路と点灯回路が完全に独立して個別に設定が可能であるが、ランプ電流とフィラメント電流で同期が完全に取れないため位相関係が確定せず、ランプ電圧とフィラメント電圧の合成電圧が変動して、場合によっては輝度のちらつきを引き起こす。また、フィラメントのスポット形成が安定しないため、エミッタの消耗がまちまちとなり、寿命予測が困難となる。さらに、予熱回路と点灯回路が完全に独立しているので、部品数が多く高価であるといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、入力電圧が低くとも、安価で長寿命を達成した放電灯点灯装置及びそれを用いた液晶表示装置や照明装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源ＤＣからの電圧が入力される中間タップを１次巻線に備える第１のトランスＴ１と、直流電源ＤＣの基準電位と前記第１のトランスＴ１の１次巻線の両端間にそれぞれ接続される一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、前記スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する制御回路１１と、を備え、前記第１のトランスＴ１はリーケージトランスであり、前記第１のトランスＴ１の２次巻線に第１のコンデンサＣ１を並列接続し、前記第１のコンデンサＣ１に第２のコンデンサＣ２を介して熱陰極放電ランプ１を接続した放電灯点灯装置において、前記熱陰極放電ランプ１のフィラメントの予熱回路の入力を、前記第１のトランスＴ１の１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との各々の接続点間に接続したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明によれば、同じ課題を解決するために、図４に示すように、直流電源ＤＣからの電圧が入力される中間タップを１次巻線に備える第１のトランスＴ１１；Ｔ２１と、直流電源ＤＣの基準電位と前記第１のトランスＴ１１；Ｔ２１の１次巻線の両端間にそれぞれ接続される一対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１；Ｑ１２，Ｑ２２と、を備え、前記第１のトランスＴ１１；Ｔ２１はリーケージトランスであり、前記第１のトランスＴ１１；Ｔ２１の２次巻線に第１のコンデンサＣ１１；Ｃ１２を並列接続し、前記第１のコンデンサＣ１１；Ｃ１２に第２のコンデンサＣ２１；Ｃ２２を介して熱陰極放電ランプ１；２を接続して成るインバータ回路を少なくとも２組備え、前記スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１；Ｑ１２，Ｑ２２を制御する制御回路１１を備えた放電灯点灯装置において、前記インバータ回路の少なくとも１組は、前記熱陰極放電ランプ１；２のフィラメントの予熱回路の入力を、前記第１のトランスＴ１１の１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１との各々の接続点間に接続されており、前記予熱回路の入力が接続されたインバータ回路以外の少なくとも１組は、直流電源ＤＣを含んで構成される電流ループにインピーダンス素子（抵抗Ｒ１）を挿入し、前記インピーダンス素子（抵抗Ｒ１）の両端電圧を前記制御回路１１に入力してフィードバック制御を行なうことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、図２に示すように、前記フィラメントの予熱回路の周波数特性において、フィラメント電流Ｉｆが極大値となる周波数を、前記第１のトランスＴ１の２次巻線のリーケージトランスと前記第１のコンデンサＣ１で決まる共振周波数よりも高く設定したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明によれば、図１に示すように、前記フィラメントの予熱回路は第２のトランスＴ２を備え、前記第１のトランスＴ１の１次巻線の両端と前記一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との各々の接続点間に、第３のコンデンサＣ３と前記第２のトランスＴ２の１次巻線の直列回路を接続したことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる照明装置である。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、３、４の発明によれば、低い入力電圧で動作するのに有利なプッシュプル方式のインバータ回路において、調光の広い範囲でフィラメント温度の適正化が可能なので長寿命とすることができ、点灯装置の小型化、軽量化、コスト低減に寄与する効果がある。
【００１９】
請求項２の発明によれば、上記効果に加えて、より低光束調光の範囲においても精度良くランプ出力（光出力）の安定化が図れる効果がある。
【００２０】
請求項５、６の発明によれば、上記効果を持つ照明装置、液晶表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の放電灯点灯装置の回路図を示す。直流電源ＤＣは所定の直流電圧を出力する電源であり、例えば商用交流電源を全波整流し、周知の昇圧チョッパ回路により平滑化して出力する回路などで構成できる。直流電源ＤＣの負極は基準電位（グランド）に接続されている。直流電源ＤＣの正極はトランスＴ１の１次巻線の中間タップに接続されており、各１次巻線の他端と基準電位（グランド）間にそれぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が接続されて、プッシュプル回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は例えばパワーＭＯＳＦＥＴよりなり、制御回路１１の出力により高周波で交互にオン・オフ駆動される。
【００２２】
また、トランスＴ１の２次巻線にコンデンサＣ１が並列接続され、コンデンサＣ１の両端にはコンデンサＣ２を介して熱陰極蛍光ランプ１が接続されている。トランスＴ１はリーケージトランスである。トランスＴ１のリーケージインダクタンスとコンデンサＣ１、Ｃ２、及び熱陰極蛍光ランプ１が点灯時にはそのときのランプインピーダンスによって共振回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数は前記共振回路の負荷時共振周波数よりも高く設定されている。したがって、スイッチング周波数が高くなるにつれて、ランプ電流は減少するように制御される。
【００２３】
ここで本実施形態では、トランスＴ１の１次巻線の各他端とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点間に、コンデンサＣ３と予熱トランスＴ２の１次巻線Ｎ１の直列回路を接続している。予熱トランスＴ２は一対の２次巻線Ｎ２，Ｎ３を備え、それぞれ予熱用コンデンサＣ４，Ｃ５を介して熱陰極蛍光ランプ１の各フィラメントに接続されている。
【００２４】
直流電源ＤＣの電圧をＶDCとすると、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフ動作によってトランスＴ１の１次側に印加される電圧は略ＶDC×２をピークとする矩形波となる（リンギング成分等は除く）。よって、コンデンサＣ３と予熱トランスＴ２の１次巻線Ｎ１の直列回路には、略±ＶDC×２の矩形波電圧、すなわち直流電源電圧に略比例した矩形波電圧が印加される。そのため、フィラメント電流は、トランスＴ１のリーケージインダクタンス、コンデンサＣ１、Ｃ２、ランプインピーダンスからなるランプ点灯のための共振特性と独立した特性とすることができる。また、コンデンサＣ３と予熱トランスＴ２の１次側インダクタンスによってフィラメント予熱用の共振特性を構成することが可能となる。
【００２５】
図２に実施形態１の周波数特性の一例を示す。実線：Ｉｌａ１は全点灯時のランプインピーダンスを負荷とした共振回路の周波数特性であり、周波数ｆ１で点灯される。破線：Ｉｌａ２は調光点灯時のランプインピーダンスを負荷とした共振回路の周波数特性であり、周波数ｆ２で点灯される。一点鎖線：Ｉｆはフィラメント電流の周波数特性を示している。図中、Ｆｕｌｌは全点灯時、Ｄｉｍは調光点灯時を意味する。図２のように、調光レベルを下げるに従いフィラメント電流Ｉｆを増加させるような特性とすることで、調光の広い範囲においてフィラメント温度を適切に設定し、長寿命を確保することができる。また、先行予熱時には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数をｆｐとすることで、ランプに印加される電圧を低くしつつ十分な予熱電流を確保することができるので、点滅寿命に対しても有効である。
【００２６】
トランスＴ１をリーケージトランスではなく、密結合トランスとインダクタンスを用いれば、トランス２次巻線にコンデンサＣ３と予熱トランスＴ２の１次巻線Ｎ１の直列回路を接続することで同様の効果を奏するが、この場合、限流要素としての巻線部品が増加するため、この点では本実施形態に比べ不利となる。本実施形態のように、リーケージトランスの１次側に予熱回路の入力を接続することにより、安価な構成でランプ電流とフィラメント電流を独立して設定できるのである。
【００２７】
このように本実施形態では、低い入力電圧で動作するのに有利なプッシュプル方式のインバータ回路において、ランプ点灯のための共振特性とフィラメント電流特性を独立して設定することが可能なので、フィラメントの予熱電流設計の自由度が高いという利点がある。また、熱陰極蛍光ランプにランプ電流を供給するためのインバータ回路とスイッチング素子を兼用してフィラメントの予熱電流を供給しているので、フィラメント予熱用のインバータを別設する必要がなく、上記リーケージトランスを使用することも合わせて、点灯装置の小型化、軽量化、コスト低減に寄与できる。さらに、ランプ電流とフィラメント電流の位相関係が安定することによりフィラメント上のスポット（輝点）の形成が安定する利点もある。
【００２８】
図３に実施形態１の出力フィードバック回路構成の一例を示す。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース端子を共通接続し、その接続点と基準電位（グランド）の間に抵抗Ｒ１のようなインピーダンス素子を接続し、このインピーダンス素子の両端電圧を制御回路１１に入力したものである。制御回路１１はその入力値に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の周波数もしくはオンデューティ比を変化させるものであり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の合成電流はほぼ入力電流と等しいので、入力電力を略一定化させることが可能となる。ある調光レベルの定常状態において、フィラメント損失及び回路損失に大きな変化はないので、入力電力を略一定化することで出力電力を略一定化することが可能である。
【００２９】
（実施形態２）
図４に本発明の実施形態２の放電灯点灯装置の回路図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置は、プッシュプル構成のインバータ回路を２組持つ２灯用回路を示したものであるが、一方の組のトランスＴ１１の１次巻線の各他端とスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ２１の接続点間に、コンデンサＣ３と予熱トランスＴ２の１次巻線Ｎ１の直列回路を接続し、他方の組のスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ２２のソース端子を共通接続し、その接続点と基準電位の間に抵抗Ｒ１のようなインピーダンス素子を接続し、このインピーダンス素子の両端電圧を制御回路１１に入力している。スイッチング素子Ｑ１１とＱ１２、Ｑ２１とＱ２２はそれぞれ同じ駆動信号を与えて動作させるものであり、各スイッチング素子の並列制御のためにドライバＤＶ１１，ＤＶ１２及びＤＶ２１，ＤＶ２２を備えている。
【００３０】
予熱トランスＴ２は２次巻線Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４を備え、それぞれ予熱用コンデンサＣ４１，Ｃ４２，Ｃ５１，Ｃ５２を介して各熱陰極蛍光ランプのフィラメントに接続されている。ここで、低圧側のフィラメントに接続される２次巻線Ｎ３は、ランプ２本分をそれぞれ予熱用コンデンサＣ５１，Ｃ５２を介して並列に予熱する構成の例を示しているが、２次巻線Ｎ３を２つに分けてそれぞれ個別に接続する構成でもよい。
【００３１】
予熱電流の設定等は実施形態１と同様（図２参照）である。本実施形態では、予熱回路が接続されるのと別の組のインバータ回路に出力フィードバック用の信号を取り出す回路を備えたものであり、このような構成とすることで、フィラメント損失を含む予熱回路の消費電力を含まない信号をフィードバックに用いる。それによってほぼランプ電力のフィードバックが可能となるので、より低光束の調光範囲においても精度良くランプ出力（光出力）の安定化が図れる。ここでは２灯用の点灯回路を例示したが、３灯以上の点灯回路にも適用できる。
【００３２】
（実施形態３）
図５に本発明の放電灯点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。液晶パネルＬＣＰの背面（直下）にバックライトＢＬが配置されており、バックライトＢＬは、筐体２１と、この上に設置された反射板２２及び複数の放電灯１〜８と、その上方に設置された拡散板２３、プリズムシート等の光学シート２４とから構成されている。また筐体２１の背面に放電灯１〜８を点灯する放電灯点灯装置１０が設置されている。反射板２２は各放電灯１〜８の光を有効に前面に指向させるものである。拡散板２３は放電灯１〜８及び反射板２２からの光を拡散させて前面への照明光の明るさ分布を平均化する機能を有する。
【００３３】
なお、本発明の放電灯点灯装置の用途は液晶表示装置に限定されるものではなく、放電灯を用いた照明装置にも搭載できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態１の一変形例の回路図である。
【図４】本発明の実施形態２の回路図である。
【図５】本発明の放電灯点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【図６】従来例１の回路図である。
【図７】従来例２の回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２  熱陰極蛍光ランプ
Ｔ１    リーケージトランス
Ｔ２    予熱トランス
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３    コンデンサ
【図１】
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【図２】
2008262871.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008262871.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008262871.tif 000009