(57)【要約】【課題】プリント基板上のレイアウトが複雑にならず、かつ、小型化を図ることができる圧電トランス、圧電トランス駆動方法および圧電トランス駆動回路を提供する。【解決手段】圧電トランス１はローゼン型圧電トランスであって、圧電体ユニット１０の左端から圧電体ユニット１０の長手方向に延在する切込み溝１１を形成することにより、１次側駆動部は二つの駆動部２，４に分割される。圧電体ユニット１０の右側から圧電体ユニット１０の長手方向に延在する切込み溝１２を形成することにより、２次側発電部は二つの発電部３，５に分割される。２次側発電部３，５の開放端面にそれぞれ出力外部電極１６，１７を形成する。こうして、向かい合う１組の駆動部２と発電部３にて第１トランス部ＴＲ１が構成され、駆動部４と発電部５にて第２トランス部ＴＲ２が構成される。第１トランス部ＴＲ１の長さと第２トランス部ＴＲ２の長さは互いに等しい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単板にて構成した圧電体ユニットの両端部から長手方向に延在する切込み溝によって分割された複数の駆動部と発電部を備え、向かい合う１組の前記駆動部と発電部にて構成されたトランス部を複数有し、該トランス部の長さが互いに等しいことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
複数のセラミックシートと複数の内部電極とを積層して構成した圧電体ユニットの両端部から長手方向に延在する切込み溝によって分割された複数の駆動部と発電部を備え、向かい合う１組の前記駆動部と発電部にて構成されたトランス部を複数有し、該トランス部の長さが互いに等しいことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の圧電トランスに、高周波発生器から駆動電圧を印加する際、前記圧電トランスの複数のトランス部のそれぞれの発電部に接続して設けられた複数の光源が全て点灯するまで、前記駆動電圧の周波数の掃引動作を繰り返すことを特長とする圧電トランス駆動方法。
【請求項４】
前記複数の光源が全て点灯した後、前記複数の光源を流れる総電流を検出しながら前記駆動電圧の周波数を所定の値に調整することを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス駆動方法。
【請求項５】
請求項１もしくは請求項２のいずれか一つに記載の圧電トランスと、前記圧電トランスの複数のトランス部の駆動部に駆動電圧を印加する高周波発生器と、前記複数のトランス部のそれぞれの発電部に接続して設けられた複数の光源と、前記複数の光源を流れる総電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部からの出力信号に基づいて、前記駆動電圧の周波数が所定の値になるように、前記高周波発生器を制御するフィードバック制御回路部とを備えたことを特徴とする圧電トランス駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランス、特に、液晶ディスプレイのバックライト点灯用インバータなどに用いられる圧電トランス、圧電トランス駆動方法および圧電トランス駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の液晶ディスプレイの大画面化のために、バックライトとして複数の冷陰極管を点灯させる必要が生じている。一方、液晶ディスプレイの薄型化のために、一つの圧電トランスと駆動回路で複数の冷陰極管を点灯させるという要望もある。
【０００３】
このため、従来より、特許文献１や特許文献２に記載の圧電トランスが提案されている。特許文献１の圧電トランスは、一つの圧電トランスで同時に２本の冷陰極管を点灯させることができる。図９に示すように、この圧電トランス１５０は、いわゆるローゼンタイプといわれるものである。入力電極１５１，１５２を設けた駆動部が圧電体基板１５８の長手方向の中央に設けられ、二つの出力電極１５５，１５６が両端面に設けられており、中央駆動型圧電トランスである。
【０００４】
また、特許文献２の圧電トランスも、一つの圧電トランスで同時に２本の冷陰極管を点灯させることができる。図１０に示すように、この圧電トランス１６０は、圧電体基板１６８の長さ方向の片側半分に入力電極１６１，１６２を設けた駆動部が配設されている。そして、入力電極１６１，１６２と反対側にある端面に出力電極１６５，１６６が形成されている。出力電極１６５と出力電極１６６はスリット１６４によって分けられている。この圧電トランス１６０は斜対称面広がり振動モードを利用している。
【０００５】
なお、本発明者らは、一つの圧電トランスと駆動回路で複数の冷陰極管を点灯させることができるものとして、特許文献３に記載の圧電トランスを提案している。しかしながら、特許文献３に記載の圧電トランスは、トランス部の長さを互いに異ならせることにより、各トランス部の共振周波数を異ならせるようにしたものである。つまり、各トランス部の共振周波数が異なるので、各冷陰極管の点灯周波数も異なり、高周波発生器からの交流電圧の周波数を切替えることにより、点灯させたい冷陰極管を切替えることができるという作用効果を奏するものである。従って、本発明とは構造および作用効果が全く異なるものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４１８８４号公報
【特許文献２】
特開２００２−７６４６１号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０８４０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電トランス１５０は、高電圧が発生する二つの出力電極１５５，１５６が離れており、液晶ディスプレイのプリント基板に実装する際に、高圧発生部の保護対策を２ケ所する必要があった。そのため、プリント基板上のレイアウトが複雑になり、設計の自由度が低いという問題があった。
【０００８】
また、圧電トランス１６０は、面広がり振動モードを利用しているため、高電圧を発生させるためには、ある程度の面積を有する圧電体基板を必要とする。従って、ローゼンタイプのように小型にできないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、プリント基板上のレイアウトが複雑にならず、かつ、小型化を図ることができる圧電トランス、圧電トランス駆動方法および圧電トランス駆動回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る圧電トランスは、圧電体ユニットの両端部から長手方向に延在する切込み溝によって分割された複数の駆動部と発電部を備え、向かい合う１組の前記駆動部と発電部にて構成されたトランス部を複数有し、該トランス部の長さが互いに等しいことを特徴とする。ここに、圧電体ユニットは、単板にて構成されたり、複数のセラミックシートと複数の内部電極とを積層してなる積層板にて構成されたりする。
【００１１】
この圧電トランスはローゼンタイプとなり、幅の狭い圧電体ユニットを用いることができる。さらに、高電圧が発生する複数の発電部（出力外部電極）が近接しているため、液晶ディスプレイのプリント基板に実装する際に、高圧発生部の保護対策をまとめて１ヶ所ですませることができ、プリント基板上のレイアウトが容易になる。
【００１２】
また、本発明に係る圧電トランス駆動方法は、前述の特徴を有する圧電トランスに、高周波発生器から駆動電圧を印加する際、圧電トランスの複数のトランス部のそれぞれの発電部に接続して設けられた複数の光源が全て点灯するまで、駆動電圧の周波数の掃引動作を繰り返すことを特長とする。さらに、複数の光源が全て点灯した後、複数の光源を流れる総電流を検出しながら駆動電圧の周波数を所定の値に調整する。
【００１３】
以上の方法により、一つの圧電トランスで複数の冷陰極管を安定して点灯させることができる。なぜなら、本発明の圧電トランスは、複数の冷陰極管をそれぞれ独立に制御できる構造だからである。つまり、駆動電圧の周波数掃引の途中で、ある冷陰極管が点灯して、その冷陰極管に繋がっている発電部の出力電圧が低下しても、点灯していない冷陰極管に繋がっている発電部の出力電圧が低下しない構造だからである。従って、その後、駆動電圧の周波数掃引を続けることにより、残りの冷陰極管も点灯し、全ての冷陰極管が点灯する。
【００１４】
そして、何らかの理由で、一度目の駆動電圧の周波数掃引動作で、一部の冷陰極管が点灯しなかった場合でも、二度目以降の駆動電圧の周波数掃引動作の繰り返しにより、全ての冷陰極管が必ず点灯するように制御できる。
【００１５】
また、本発明に係る圧電トランス駆動回路は、前述の特徴を有する圧電トランスと、圧電トランスの複数のトランス部の駆動部に駆動電圧を印加する高周波発生器と、複数のトランス部のそれぞれの発電部に接続して設けられた複数の光源と、複数の光源を流れる総電流を検出する電流検出部と、電流検出部からの出力信号に基づいて、駆動電圧の周波数が所定の値になるように、高周波発生器を制御するフィードバック制御回路部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電トランス、圧電トランス駆動方法および圧電トランス駆動回路の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１実施形態、図１〜図７］
本発明に係る圧電トランスの一例を図１に示す。該圧電トランス１はローゼン型圧電トランスであって、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系等のセラミックスのグリーンシートをドクタブレード法により製作し、このグリーンシート上にそれぞれスクリーン印刷法等の手法を用いて図２〜図４に示すホット側電極２１やグランド側電極２２を形成し、これらグリーンシートを積層して圧着し、焼結したものを四角形状に切断して研磨し、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の方向に分極処理した圧電体ユニット１０を有している。
【００１８】
圧電体ユニット１０には、図２〜図４に示すように、入力外部電極１４およびグランド外部電極１５が形成されている。これら外部電極１４，１５は銀焼付け等の手法により形成される。入力外部電極１４はホット側電極２１に電気的に接続され、グランド外部電極１５はグランド側電極２２に電気的に接続されている。
【００１９】
この圧電体ユニット１０の略左側半分が１次側駆動部となり、圧電体ユニット１０の略右側半分が２次側発電部となる。図１に示すように、圧電体ユニット１０の左端から圧電体ユニット１０の長手方向に延在する切込み溝１１を形成することにより、１次側駆動部は二つの駆動部２，４に分割される。同様にして、圧電体ユニット１０の右側から圧電体ユニット１０の長手方向に延在する切込み溝１２を形成することにより、２次側発電部は二つの発電部３，５に分割される。
【００２０】
この後、２次側発電部３，５の開放端面にそれぞれ出力外部電極１６，１７を形成する。こうして、向かい合う１組の駆動部２と発電部３にて第１トランス部ＴＲ１が構成され、駆動部４と発電部５にて第２トランス部ＴＲ２が構成される。ここに、第１トランス部ＴＲ１の長さと第２トランス部ＴＲ２の長さは互いに等しい。従って、第１トランス部ＴＲ１と第２トランス部ＴＲ２のそれぞれの長手方向の固有共振周波数は等しくなる。
【００２１】
本第１実施形態では、圧電体ユニット１０として、セラミックグリーンシートの積層枚数が８枚であり、長さが３０ｍｍ、幅が６ｍｍ、厚さが２．４ｍｍで、１次側駆動部の長さＬｔと２次側発電部の長さＬｓの比が６：４であるものを用意した。そして、切込み溝１１の長さを１６ｍｍとし、切込み溝１２の長さを１１ｍｍとし、切込み溝１１，１２のそれぞれの溝幅を１ｍｍとした。
【００２２】
以上の構成からなる圧電トランス１はローゼンタイプであり、幅の狭い圧電体ユニット１０を用いることができる。従って、液晶ディスプレイのプリント基板に実装する際の実装面積を小さくできる。
【００２３】
さらに、高電圧が発生する発電部３，５（出力外部電極１６，１７）が近接しているので、プリント基板に実装する際に、高圧発生部の保護対策をまとめて１ヶ所ですませることができ、プリント基板上のレイアウトが簡素になり、設計の自由度を高めることができる。
【００２４】
次に、図５に示すように、以上の構成からなる圧電トランス１に２個の冷陰極管３４，３５を接続した場合を例にして、圧電トランス１の作用効果を説明する。高周波発生器３３は、圧電トランス１の入力外部電極１４とグランド外部電極１５との間に接続されている。また、２個の冷陰極管３４，３５は、それぞれ出力外部電極１６，１７とグランド外部電極１５との間に接続されている。
【００２５】
そして、圧電トランス１の入力外部電極１４とグランド外部電極１５との間に、増幅器３２を介して高周波発生器３３によって第１および第２トランス部ＴＲ１，ＴＲ２の長手方向の固有共振周波数と同じ周波数を有する交流駆動電圧を印加すると、第１および第２トランス部ＴＲ１，ＴＲ２は長手方向に１次の振動モードで振動する。これにより、第１および第２トランス部ＴＲ１，ＴＲ２の２次側発電部３，５では、圧電効果により電荷が発生し、出力外部電極１６，１７に高出力電圧が生じ、冷陰極管３４，３５が両方とも点灯する。
【００２６】
より詳細に冷陰極管３４，３５の点灯動作について説明する。圧電トランス１を用いて冷陰極管３４，３５を点灯させる第１の方法として、通常、高周波発生器３３から出力される交流駆動電圧の周波数を、第１および第２トランス部ＴＲ１，ＴＲ２の長手方向の固有共振周波数より高い周波数から次第に低下させる（周波数を掃引させる）方法がある。トランス部ＴＲ１，ＴＲ２の発電部３，５の昇圧比は、交流駆動電圧の周波数が下がるにつれて、逆に高くなる。従って、交流駆動電圧の周波数が適当な値まで下がると、冷陰極管３４，３５を安定して点灯させることができる。
【００２７】
なぜなら、圧電トランス１は、冷陰極管３４，３５をそれぞれ独立に制御できる構造だからである。つまり、交流駆動電圧の周波数掃引の途中で、例えば冷陰極管３４が点灯して冷陰極管３４のインピーダンスが変化し、その冷陰極管３４に繋がっている発電部３の出力電圧が低下しても、点灯していない冷陰極管３５に繋がっている発電部５の出力電圧が低下しない構造だからである。従って、その後、交流駆動電圧の周波数掃引を続けることにより、残る冷陰極管３５も点灯し、冷陰極管３４，３５を全て点灯させることができる。
【００２８】
ところが、何らかの理由で、交流駆動電圧の周波数が、トランス部ＴＲ１，ＴＲ２の固有共振周波数より低くなっても、冷陰極管３４，３５の一方もしくは両方が点灯しないことがある。この場合には、交流駆動電圧の周波数を再びトランス部ＴＲ１，ＴＲ２の固有共振周波数より高くした後、再度前述した周波数掃引動作を行う。このとき、一方の冷陰極管（例えば３４）のみが点灯していた場合には、点灯していた冷陰極管３４も一旦消灯し、再び点灯動作が行われることになる。こうして、冷陰極管３４，３５が全て点灯するまで、交流駆動電圧の周波数の掃引動作を繰り返す。
【００２９】
圧電トランス１を用いて冷陰極管３４，３５を点灯させる第２の方法として、圧電トランス１の昇圧比が起動開始時から次第に大きくなるという性質を利用した方法がある。この場合、交流駆動電圧の周波数は掃引しないでトランス部の固有共振周波数近傍の一定の値に固定しておく。圧電トランス１を一定時間（昇圧比が安定するまで）駆動しても、冷陰極管３４，３５が点灯しないときには、再起動を行うことになる。
【００３０】
図６は、圧電トランス１を液晶ディスプレイ５０に組み込んだ一例を示す電気回路ブロック図である。
【００３１】
液晶ディスプレイ５０は、概略、多数の液晶セルがマトリックス状に配置されている液晶パネル７６と、バックライト７７と、高周波発生器７４と、圧電トランス１と、電流検出部７０と、フィードバック制御回路部７１などから構成されている。
【００３２】
液晶パネル７６は、２枚のガラス基板の間に液晶（ＳＴＮ）を封入し、その液晶をマトリックス状に配置した透明導電膜（ＩＴＯ膜）を介してＯＮ−ＯＦＦする周知のものである。
【００３３】
バックライト７７は、二つの冷陰極管３４，３５を有している。この冷陰極管３４，３５は液晶パネル７６の駆動タイミングに同期したパルス周期で連続点灯するものである。
【００３４】
高周波発生器７４は、交流駆動電圧を発生させるための発振回路部７２と、該発振回路部７２から出力された交流電圧を増幅するための駆動回路部７３とを備えている。
【００３５】
この圧電トランス１は、入力外部電極１４に高周波発生器７４が電気的に接続している。また、グランド外部電極１５は接地され、出力外部電極１６，１７はそれぞれバックライト７７の冷陰極管３４，３５の一端に電気的に接続している。冷陰極管３４，３５の他端は束ねられ、電流検出部７０に電気的に接続されている。
【００３６】
次に、この液晶ディスプレイ５０の作用効果を説明する。液晶パネル７６の駆動タイミングに同期して、フィードバック制御回路部７１は、周波数掃引のための交流駆動電圧を高周波発生器７４から発生させる制御信号を出力する。
【００３７】
高周波発生器７４は、フィードバック制御回路部７１からの制御信号により、交流駆動電圧を発生させる。交流駆動電圧は圧電トランス１に印加される。圧電トランス１に交流駆動電圧が印加されると、出力外部電極１６，１７に高出力電圧が生じ、冷陰極管３４，３５が点灯する。
【００３８】
ところで、冷陰極管３４，３５は点灯する前と点灯している時とでインピーダンスが大きく変化する。このため、圧電トランス１の出力電圧が、図７に示すように、冷陰極管３４，３５の点灯前後で大きく異なり、それに応じて冷陰極管３４，３５に流れる電流も大きく異なる。そこで、冷陰極管３４，３５を流れる総電流を電流検出部７０にて検出する。そして、この総電流のデータに基づいて冷陰極管３４，３５の総電流が所定の値になるように、フィードバック制御回路部７１によって高周波発生器７４の交流駆動電圧の周波数をフィードバック制御する。これにより、冷陰極管３４，３５の光量（輝度）調整を行うことができる。
【００３９】
［第２実施形態、図８］
図８は、単板にて構成した圧電体ユニット１０Ａを備えた圧電トランス１Ａを示したものである。この圧電トランス１Ａも、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４０】
［他の実施形態］
なお、本発明は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。例えば、圧電トランス１，１Ａは外部電極１５をグランド外部電極としているが、必ずしもこれに限るものではなく、外部電極１４をグランド外部電極とし、外部電極１５を入力外部電極として用いてもよい。さらに、圧電トランス１の２次側発電部３，５の分極方向を前記実施形態とは逆の方向にしてもよい。
【００４１】
また、前記実施形態は二つのトランス部を有する圧電トランスについて説明したが、三つ以上のトランス部を有するものであってもよいことは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る圧電トランスはローゼンタイプであり、幅の狭い圧電体ユニットを用いることができる。従って、液晶ディスプレイのプリント基板に実装する際の実装面積を小さくできる。さらに、高電圧が発生する発電部（出力外部電極）が近接しているので、プリント基板に実装する際に、高圧発生部の保護対策をまとめて１ヶ所ですませることができ、プリント基板上のレイアウトが簡素になり、設計の自由度を高めることができる。この結果、小型でレイアウトの自由度の高い圧電トランス駆動回路や液晶ディスプレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電トランスの第１実施形態を示す外観斜視図。
【図２】図１に示した圧電トランスの製造手順を示す斜視図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】図１に示した圧電トランスの作用を説明するための電気回路図。
【図６】本発明に係る圧電トランス駆動回路の一実施形態を示す電気回路ブロック図。
【図７】図１に示した圧電トランスの出力電圧−周波数特性を示すグラフ。
【図８】本発明に係る圧電トランスの第２実施形態を示す外観斜視図。
【図９】従来の圧電トランスの外観斜視図。
【図１０】別の従来の圧電トランスの外観斜視図。
【符号の説明】
１，１Ａ…圧電トランス
２，４…１次側駆動部
３，５…２次側発電部
１０，１０Ａ…圧電体ユニット
１１，１２…切込み溝
３３…高周波発生器
３４，３５…冷陰極管
５０…液晶ディスプレイ
７１…制御回路部
７４…高周波発生器
７６…液晶パネル
７７…バックライト
ＴＲ１，ＴＲ２…トランス部
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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