(57)【要約】【課題】複数の放電灯を並列点灯させるインバータ式の点灯装置において、低光束時にも光出力差を低減可能とする。【解決手段】直流電源１に接続され、直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ部２と、インバータ部２の出力に接続され、インダクタＬとコンデンサＣを有する共振回路３と、共振回路３の出力端に複数の放電灯１１，１２が並列的に接続される負荷回路と、インバータ部２の発振周波数または高出力期間と低出力期間の比率を変化させて放電灯１１，１２を調光点灯させる制御回路を備える放電灯点灯装置において、放電灯１１，１２の定格電流付近における放電灯間の電流差を低減させるようにバランサＴを介して放電灯１１，１２を並列に接続し、放電灯１１，１２の調光下限付近における放電灯間の電流差を低減させる補正手段として、バランサＴの出力端間に補正用のコンデンサＣｂを並列に接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続され、直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ部と、
前記インバータ部の出力に接続され、少なくとも１つのインダクタとコンデンサを有する共振回路と、
前記共振回路の出力端に複数の放電灯が並列的に接続される負荷回路と、
前記インバータ部の発振周波数または高出力期間と低出力期間の比率のいずれかを少なくとも変化させることにより放電灯を調光点灯させる制御回路を備える放電灯点灯装置において、
放電灯の定格電流付近における放電灯間の電流差を低減させるようにバランサを介して放電灯が並列接続され、
放電灯の調光下限付近における放電灯間の電流差を低減させるように更に補正手段を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記補正手段は、バランサの出力端間に並列的に接続されたコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記コンデンサの値は、全調光範囲において、定格電流値に対する放電灯間の電流差の絶対値の割合が５％以下であるように選択されたことを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記コンデンサを流れる補正電流は、調光の下限付近で調光レベルを小さくするのに応じて略一定となるか又は単調増加するように前記コンデンサの値が選択されたことを特徴とする請求項２又は３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備える照明装置。
【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備える液晶表示用バックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の放電灯を高周波で点灯させ、且つ低光束まで連続的に調光できる放電灯点灯装置、及びこれを用いた照明装置、液晶表示用バックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の放電灯を広範囲にわたり連続的に調光が可能なインバータ式の点灯装置を用いて、複数灯の同じ種類の放電灯を点灯させた場合、各々の放電灯の光出力は本来なら同じになるはずであるが、通常、回路素子のばらつきや放電灯の特性ばらつき等によって光出力に差が生じることが知られている。この光出力の差は、光出力が大きい場合、例えば、放電灯が定格点灯に近いところで点灯されている時には目立ちにくい。これは、放電灯の定格出力時には、ランプ輝度が高く、微小な光出力差を眼で認識できないため、小さな差であれば、さほど問題とならないためである。しかし、放電灯の定格点灯時に比べて、深く調光した場合（例えば光出力比５％以下）、ランプ輝度は低下し、微小な光出力差に対しても、その差を眼で認識することができ、放電灯間の光出力の差が目立つようになる。
【０００３】
この問題を解決するために、例えば、図１０に示すような点灯装置が特許第３２９１８５２号（特許文献１）で提案されている。この装置は、インバータ部２とＬＣ共振回路３を有する高周波電源の出力に、バランサＴを介して２灯の放電灯１１，１２を並列接続している。このようなバランサＴを用いた並列点灯方式において、２灯の同じ種類の放電灯を点灯させる場合、２つの放電灯のランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２を等しくするには、バランサＴの２巻線のインダクタンス値を等しく設計する必要がある。しかし、バランサＴの構造によっては、２巻線のインダクタンス値に大きな差が生じたり、ばらつきが生じる場合があり、これが光出力差の原因となる。
【０００４】
特許文献１では、バランサＴは、第１の巻線と第２の巻線を交互に巻き上げることにより、２つの巻線の中を通る磁束をほぼ等しくして、インダクタンス成分の差を小さくしたものである。このように構成されたバランサＴを介して高周波電源の出力に放電灯１１，１２を並列接続することによって、回路構成が簡単で、また、各放電灯の光出力の差を低減することができる。
【特許文献１】特許第３２９１８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、バランサの各巻線のインダクタンス値を略等しくすることで、光出力の差を小さくしているが、実際には、プリント基板面積や器具の制約上、回路パターン間や配線長違いによるランプ間での浮遊容量の差が生じる。また、ランプのばらつきがある。これらの原因により、特に光出力比５％以下までの深い調光を行う場合や周囲温度が低下し、放電灯の照度が低下した場合等を考慮すると、調光の下限付近では、微小電流でのバランサ動作に限界があり、ランプ電流の差異が生じてしまう。
【０００６】
図１１は図１０に示す従来例について、調光の下限付近におけるランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２の差異を示している。図１１から分かるように、調光を深くして行くと、ランプ間の光出力に差異が生じるため、不快である。例えば、液晶用バックライト装置に用いると画面の均斉度に悪影響を与える。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、広範囲にわたり連続的に調光が可能なインバータ式の点灯装置において、低光束まで調光した場合や周囲温度が低下した場合においても、放電灯の光出力差を低減でき、安定した調光の行える放電灯点灯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】
【０００８】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１、図２に示すように、直流電源１に接続され、直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ部２と、前記インバータ部２の出力に接続され、少なくとも１つのインダクタＬとコンデンサＣを有する共振回路３と、前記共振回路３の出力端に複数の放電灯１１，１２が並列的に接続される負荷回路５と、前記インバータ部２の発振周波数または高出力期間と低出力期間の比率のいずれかを少なくとも変化させることにより放電灯１１，１２を調光点灯させる制御回路４を備える放電灯点灯装置において、放電灯１１，１２の定格電流付近における放電灯間の電流差を低減させるようにバランサＴを介して放電灯１１，１２が並列接続され、放電灯１１，１２の調光下限付近における放電灯間の電流差を低減させるように更に補正手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記補正手段は、バランサＴの出力端間に並列的に接続されたコンデンサＣｂであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２記載の放電灯点灯装置において、前記コンデンサＣｂの値は、全調光範囲において、定格電流値に対する放電灯間の電流差の絶対値の割合が５％以下であるように選択されたことを特徴とする（図６参照）。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の放電灯点灯装置において、前記コンデンサＣｂを流れる補正電流は、調光の下限付近で調光レベルを小さくするのに応じて略一定となるか又は単調増加するように前記コンデンサＣｂの値が選択されたことを特徴とする（図３（ｂ）、図４（ｂ）参照）。
【００１２】
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備える照明装置である。
【００１３】
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備える液晶表示用バックライト装置である（図９参照）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バランサを介して並列点灯される放電灯の調光下限付近における放電灯間の電流差を低減させる補正手段を設けて光出力差を小さくしたから、ユーザーに不快感を与えることなく、深い調光が可能となる。特に、液晶表示用バックライト装置に用いると、画面の均斉度が広い調光範囲で改善される効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は本発明の基本構成を示す回路図である。１は直流電源であり、例えば商用電源にフィルタ回路を介して全波整流器を接続し、全波整流器の出力側に昇圧チョッパ回路を介して平滑コンデンサを接続したような構成を用いることで実現できる。２はインバータ部であり、直流電源１の直流電圧を高周波電圧に変換する。この高周波電圧はインダクタＬとコンデンサＣよりなる共振回路３に供給される。インバータ部２の高周波電圧の周波数が変化すると、コンデンサＣの両端に生じる共振電圧の大きさは変化する。コンデンサＣの両端には、バランサＴを介して放電灯１１，１２が並列接続されている。また、バランサＴの出力端間には、補正手段としてのコンデンサＣｂが並列接続されている。
【００１６】
通常点灯時においては、２灯の放電灯１１，１２に発生する電圧差は僅かであり、補正手段としてのコンデンサＣｂには殆ど電流が流れないため、コンデンサＣｂの接続による光出力への影響は無視できるレベルまで低減することができる。また、深い調光点灯時において、微小電流でのバランサＴの動作に限界が生じて、２灯の放電灯１１，１２に電圧差が発生すると、補正手段としてのコンデンサＣｂに電流が流れるため、光出力差は低減される。
【００１７】
（実施形態２）
図２は本発明のより具体的な実施形態の構成を示す回路図である。本実施形態では、インバータ部２としてハーフブリッジ型の構成を用いており、直流カット用コンデンサＣ１，Ｃ２を各放電灯１１，１２と直列に挿入している。
【００１８】
インバータ部２では、直流電源１の両端にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は制御回路４により交互にオン・オフされ、その周波数は調光信号に応じて制御回路４により決定される。スイッチング素子Ｑ２の両端には、インダクタＬとコンデンサＣよりなる共振回路３が接続されており、コンデンサＣの両端にはバランサＴを介して放電灯１１，１２が並列接続されている。バランサＴの出力端と各放電灯１１，１２の間には、それぞれ直流カット用のコンデンサＣ１，Ｃ２が接続されている。バランサＴの出力端間には、補正手段としてのコンデンサＣｂが並列接続されている。
【００１９】
通常点灯時においては、２灯の放電灯１１，１２に発生する電圧差は僅かであり、補正手段としてのコンデンサＣｂには殆ど電流が流れないため、コンデンサＣｂの接続による光出力への影響は無視できるレベルまで低減することができる。また、深い調光点灯時において、微小電流でのバランサＴの動作に限界が生じて、２灯の放電灯１１，１２に電圧差が発生すると、補正手段としてのコンデンサＣｂに電流が流れるため、光出力差は低減される。
【００２０】
図３は適正な補正用のコンデンサＣｂを接続した場合（Ｃｂ＝４７０ｐＦ）、図４は補正用のコンデンサＣｂの容量が適正値よりも小さい場合（Ｃｂ＝４７ｐＦ）、図５は補正用のコンデンサＣｂの容量が適正値よりも大きい場合（Ｃｂ＝１２００ｐＦ）の動作を示す。
【００２１】
図３〜図５において、横軸のパラメータは制御回路４に入力される調光信号のＤｕｔｙ（％）を意味しており、ほぼランプ出力電力（≒調光率）に比例する。（ａ）は各放電灯１１，１２のランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２を定格電流に対する比率（％）で示したものであり、差が開くほど、電流差が大きいことを意味する。また、（ｂ）は（ａ）の場合の補正電流（コンデンサＣｂを流れる電流）Ｉｃ（ｍＡ）を示したものである。
【００２２】
適正な補正用のコンデンサＣｂを接続した場合（Ｃｂ＝４７０ｐＦ）、図３（ａ）に示すように、調光が深い場合においても、ランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２の電流差がほぼ無くなることが分かる。このとき、図３（ｂ）に示すように、調光レベルを小さくするのに応じて補正電流（コンデンサＣｂを流れる電流）が単調増加している。
【００２３】
補正用のコンデンサＣｂの容量が適正値よりも小さい場合（Ｃｂ＝４７ｐＦ）、図４（ａ）に示すように、調光が深い場合において、ランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２の電流差を無くす効果が不十分である。このとき、図４（ｂ）に示すように、調光の下限付近でも調光レベルの変化に対して補正電流（コンデンサＣｂを流れる電流）は略一定となる。
【００２４】
補正用のコンデンサＣｂの容量が適正値よりも大きい場合（Ｃｂ＝１２００ｐＦ）、図５（ａ）に示すように、ランプ電流Ｉｌａ１，Ｉｌａ２の大小関係が図４の場合とは逆転してしまう。この場合、図５（ｂ）に示すように、一点鎖線より左側の領域では調光レベルが小さくなるのに応じて補正電流が単調減少してしまうため、一点鎖線より右側の領域でのみ動作するように調光下限を設定する必要があり、図３、図４の場合に比べると調光範囲は狭くなる。
【００２５】
したがって、補正用のコンデンサＣｂを流れる補正電流は、調光の下限付近で調光レベルを小さくするのに応じて略一定となるか又は単調増加するように選択されていることが好ましい。
【００２６】
図６はコンデンサＣｂの容量（ｐＦ）に対するランプ間の光出力のばらつき度合いを示すグラフである。ここでは、ランプ間の光出力のばらつきを、ランプ間の電流差ΔＩｌａ／定格電流（％）で表現している。各パラメータ（１００％、７０％、４０％、２０％、１０％）は、制御回路４に入力される調光信号のＤｕｔｙ（％）を意味しており、ほぼランプ出力電力（≒調光率）に比例する。
【００２７】
図６の横軸：Ｃｂ＝０でのプロット点が補正用コンデンサＣｂを接続しない場合のデータを示す。図中の×印は、ランプ間の光出力差が顕著に現れるため、目視で差を充分に感じられるもの（ランプ間距離約１０ｃｍ）を意味する。図６の一点鎖線以下であれば、ちらつきをほとんど感じないレベル（５％以下）である。この例では、補正用コンデンサの容量がＣｂ＝５００ｐＦ付近であれば、電流差が最も小さくなり、ランプ間の光出力差が無い状態で調光範囲を大きく取ることができることが分かる。
【００２８】
ただし、補正用コンデンサＣｂの最適値は回路基板上の配線長等や部品定数により変化するため、各点灯装置に応じた適正値を選定することが必要である。すなわち、補正用コンデンサＣｂの値は、点灯装置の構成に応じて、全調光範囲において、定格電流値に対する放電灯間の電流差の絶対値の割合が５％以下となるように選択されていることが好ましい。
【００２９】
なお、直流カット用コンデンサＣ１，Ｃ２の挿入箇所は図２に例示した配置に限定されるものではなく、インバータ部２の出力と放電灯１１，１２の間に挿入されていれば良い。例えば、バランサＴの出力端とコンデンサＣｂの両端の間にそれぞれ直流カット用コンデンサを配置しても良いし、直流カット用コンデンサを１つにして共振回路３と負荷回路５の間、あるいは共振回路３とインバータ部２の間に挿入しても良い。
【００３０】
本実施形態では、インバータ部２として、ハーフブリッジ型の構成を採用したので、直流カット用コンデンサＣ１，Ｃ２を用いているが、インバータ部２として、フルブリッジ型の構成を用いる場合には、直流カット用コンデンサは不要であり、図１の構成のようになる。
【００３１】
（実施形態３）
上述の実施形態１，２では、図７（ａ），（ｂ）に示すように、インバータ部２の発振周波数を可変とすることにより、共振回路３の共振電圧を変化させることで、放電灯を調光している。インバータ部２は共振回路３の共振周波数よりも発振周波数が高い遅相モードで動作しており、インバータ部２の発振周波数が低くなると共振回路３の共振周波数に近づくため、図７（ａ）に示すように、共振電圧が増大し、高周波出力は増加する。反対に、インバータ部２の発振周波数が高くなると、共振回路３の共振周波数から離れるため、図７（ｂ）に示すように、共振電圧が減少し、高周波出力は減少する。これを周波数調光方式と呼ぶ。
【００３２】
この周波数調光方式に代えて、あるいは、これと共に、図８（ａ），（ｂ）に示すように、インバータ部２の発振の高出力期間Ｔａと低出力期間Ｔｂの比率を可変とすることにより、放電灯を調光しても良い。図８（ｂ）の例では、低出力期間Ｔｂにおいてインバータ部２の発振を停止させているが、低出力期間Ｔｂではインバータ部２の発振周波数を高くすることで出力を低減させ、高出力期間Ｔａではインバータ部２の発振周波数を低くすることで出力を増大させるように制御しても構わない。これをバースト調光方式と呼ぶ。
【００３３】
このようなバースト調光方式であっても、補正手段としてのコンデンサＣｂを接続することにより、調光点灯時において、光出力差の低減効果が認められることは確認済みである。
【００３４】
コンデンサＣｂが無い場合と比較すると、コンデンサＣｂの接続により補正電流が流れて電流差が無くなる動作は周波数調光方式の場合と同じである。ただし、周波数調光方式の場合と若干異なるのは、高出力期間中での電流の大小を補正する効果に加えて、高電位側から低電位側に電流を流すループをコンデンサＣｂによって設けたことにより、特に低出力期間Ｔｂから高出力期間Ｔａへの切替時において、高電位のパルスがほぼ同時にランプに印加されるため、放電灯の高出力期間が開始するタイミングのずれを補正する効果があり、より光出力の差を無くす方向に動作する。
【００３５】
（実施形態４）
上述の実施形態１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置は、複数本の放電灯を用いた輝度調節機能付きの液晶表示用バックライト装置に搭載することができる。図９はバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。例えば、内面が鏡面加工された筐体７の内部に、複数本の放電灯１１〜１４を隣接して略等間隔に配置し、さらに各放電灯１１〜１４の表面に液晶パネル８を配置したものである。なお、液晶パネル８の背面にプリズムシートのような光拡散板を配置することにより画面各部の輝度分布を均一化することができる。
【００３６】
放電灯１１，１２の点灯装置は、図１、図２に示す構成であり、放電灯１３，１４の点灯装置も同様の構成である。本発明の液晶表示用バックライト装置を用いれば、低輝度時における画面各部の輝度均斉度を高めることができる。
【００３７】
なお、本発明の放電灯点灯装置の用途は液晶表示用バックライト装置に限定されるものではなく、複数灯の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良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態２の補正電流適正時の動作を示す特性図である。
【図４】本発明の実施形態２の補正電流不足時の動作を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態２の補正電流過剰時の動作を示す特性図である。
【図６】本発明の実施形態２の最適設計範囲を説明するための特性図である。
【図７】本発明の実施形態２の周波数調光方式を説明するための波形図である。
【図８】本発明の実施形態３のバースト調光方式を説明するための波形図である。
【図９】本発明の実施形態４の液晶表示用バックライト装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】従来例の構成を示す回路図である。
【図１１】従来例の調光時のランプ電流差を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    直流電源
２    インバータ部
３    共振回路
Ｌ    インダクタ
Ｃ    コンデンサ
４    制御回路
５    負荷回路
１１  放電灯
１２  放電灯
Ｔ    バランサ
Ｃｂ  補正用コンデンサ
【図１】
2008159283.tif 000003
【図２】
2008159283.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008159283.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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