(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号のデューティー比に応じて、電源からの入力電圧をコントロールする電源制御回路と、冷陰極放電管に点灯のための交流電流を供給するトランスと、スイッチング動作により前記トランスに昇圧動作をさせる駆動回路と、前記駆動回路のスイッチング動作をコントロールする発振回路と、前記冷陰極放電管に流れる管電流を検知して電圧に変換する管電流検出回路と、前記管電流検出回路からの出力電圧とあらかじめ設定された基準電圧を比較する比較回路と、前記比較回路からの出力によりＰＷＭ信号のデューティー比を可変して前記電源制御回路に出力するＰＷＭコンバーター回路から構成される冷陰極放電管の点灯回路であって、前記管電流検出回路からのアナログ電圧出力をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された管電流波形から駆動周波数を基本波とした各高調波成分の各々についてその振幅強度と基本波に対する位相差を計算するフーリエ計算回路と、前記フーリエ回路で計算された各高調波成分の振幅強度、もしくは基本波との位相差があらかじめ設定された値を超えた場合、管電流波形が非対称性を有しているとして管電流の正負対称性を判定し、発振回路に対して駆動周波数の変更を指示する信号を出力する非対称判定回路とを備えることを特徴とする冷陰極放電管の点灯回路。
【請求項２】
請求項１に記載の点灯回路により点灯する冷陰極放電管と、前記冷陰極放電管からの発光を光反射させる光反射体と、前記冷陰極放電管からの発光が光入射されて上面より光放出する導光体と、前記導光体の下面に配置される光反射板と、前記導光体の上面に配置され、前記導光体からの放出光を光制御する光制御部材とからなる照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコン、ワープロ等で液晶表示装置の照明装置の光源として使用される冷陰極放電管の点灯回路に関し、特に、冷陰極放電管の管電流の非対称を防止し、水銀の移動による水銀の無効化を抑制する点灯回路、および前記点灯回路を使用し、短寿命にならない照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷陰極放電管は、液晶表示装置の照明装置の光源として広く使用されている。図２に示すように、冷陰極放電管１は冷陰極放電管内部７にキセノンやアルゴンの希ガスと拡散封止された水銀を内封し、両端には主電極１９が封止され、点灯回路として、電源８からの入力をコントロールする電源制御回路９と、冷陰極放電管１に点灯のための交流電流を供給するトランス１２と、スイッチング動作によりトランス１２に昇圧動作をさせる駆動回路１１と、駆動回路１１のスイッチング動作をコントロールする発振回路１０と、冷陰極放電管１に流れる管電流を検出して電圧に変換する管電流検出回路１３と、管電流検出回路１３からの出力とあらかじめ設定された基準電圧を比較する比較回路１４と、比較回路１４からの出力によりＰＷＭ信号のデューティ比を可変して電源制御回路９に出力するＰＷＭコンバーター回路１４が接続されている。
【０００３】
従来例の照明装置は、図３に示すように前記点灯装置に接続され、点灯される冷陰極放電管１と、冷陰極放電管１からの発光を、側面から光入射させ上面から発光する導光体２０と、冷陰極放電管１からの発光を効率良く導光体２０に導くための光反射体２２と、導光体２０の下部に配置され、導光体２０から漏れた光を反射して導光体２０に再度光入射させる光反射板２１と、導光体２０の上面に配置され、導光体２０からの発光を制御する光制御部材としての、光拡散板２３およびプリズムシート２４とから構成されており、液晶表示装置の液晶表示素子を照明するのに使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、冷陰極放電管１を点灯させると、その管電流波形はトランス１２の持つ巻線のインダクタンスや漏れインダクタンス、巻線間の寄生容量からなるインピーダンスと、バラストコンデンサの静電容量と、負荷である冷陰極放電管１の持つインピーダンスと、冷陰極放電管１と照明装置を構成する各部材との間に生じる寄生容量によって、点灯装置の駆動周波数を基本波として、その高調波成分が基本波に重畳した波形になる。
【０００５】
二次回路、即ちトランス１２の持つ巻線のインダクタンスや漏れインダクタンス、巻線間の寄生容量からなるインピーダンスと、バラストコンデンサの静電容量と、負荷である冷陰極放電管１の持つインピーダンスと、冷陰極放電管１と照明装置を構成する各部材との間に生じる寄生容量によって構成される共振回路は、大小さまざまな共振周波数を多数有しているが、このとき駆動周波数とその高次成分の周波数が、これらの共振周波数に近い場合、振幅強度の大きな高調波共振が発生する。
【０００６】
特に、偶数次高調波共振成分振幅強度が大きく、位相が基本波に対してずれている場合、本来図５のように正負対称であるべき管電流波形が、例えば図４に示すような振幅Ａと振幅Ｂが同じにならないという非対称性を持った波形になる。
【０００７】
このように、管電流波形が非対称性を持つと、正負各方向の管電流量が異なることから、管電流に直流成分が重畳していることになるため、冷陰極放電管１の紫外線源である水銀が正イオン化された際に、冷陰極放電管１の電極１９のいずれかの方向に移動し、最終的には片方の電極１９付近に集中する。このような状態では、紫外線源である水銀の冷陰極放電管内部７での分布に偏りが生じているため、管軸方向における輝度分布にも偏りが生じる。
【０００８】
また、水銀の集中した電極１９側では、電極１９から発生する電極構成物質の飛散に水銀が取り込まれるスパッタが急速に進行するため、冷陰極放電管内部７に封入された水銀の紫外線源としての有効量が急速に減少し、冷陰極放電管１の輝度寿命を縮めることになる。
【０００９】
図２に示すような従来の点灯回路では、管電流検出回路１３から出力される電圧は、比較回路１４であらかじめ設定された基準電圧と比較され、比較回路１４の出力が決定される。比較回路１４の出力によりＰＷＭコンバーター回路１５でＰＷＭ信号のデューティ比が決定し、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて電源コントロール回路９により電源電圧をコントロールすることで管電流をコントロールすることができる。
【００１０】
しかし、発振回路１０はコントロールされることなく常に一定の周波数を駆動回路１１に出力しているため、管電流波形によって駆動周波数が変化することはない。
【００１１】
このような回路においては、管電流における駆動周波数の高調波共振成分の振幅強度や位相を検知できない。また、管電流波形の非対称性の発生は、トランス１２などの部品の持つバラツキや冷陰極放電管１のインピーダンスの経時変化、さらには冷陰極放電管１と照明装置を構成する各部材間の寄生容量のバラツキ、経時変化によって変動するため、その発生を抑制することは不可能である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するべく、本発明は、ＰＷＭ信号のデューティー比に応じて、電源からの入力電圧をコントロールする電源制御回路と、冷陰極放電管に点灯のための交流電流を供給するトランスと、スイッチング動作により前記トランスに昇圧動作させる駆動回路と、前記駆動回路のスイッチング動作をコントロールする発振回路と、前記冷陰極放電管に流れる管電流を検知して電圧に変換する管電流検出回路と、前記管電流検出回路からの出力電圧とあらかじめ設定された基準電圧を比較する比較回路と、前記比較回路からの出力によりＰＷＭ信号のデューティ比を可変して前記電源制御回路に出力するＰＷＭコンバーター回路から構成される冷陰極放電管の点灯回路であって、前記管電流検出回路からのアナログ電圧出力をデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された管電流波形から駆動周波数を基本波とした各高調波成分の各々についてその振幅強度と基本波に対する位相差を計算するフーリエ計算回路と、前記フーリエ変換回路で計算された各高調波成分の振幅強度、もしくは位相差があらかじめ設定された値を超えた場合、管電流波形が非対称性を有しているとして管電流波形の正負対称性を判定し、前記発振回路に対して駆動周波数の変更を指示する信号を出力する非対称判定回路とを備えることを特徴とする冷陰極放電管の点灯回路を提供するものである。
【００１３】
斯かる発明によれば、前記冷陰極放電管を流れる管電流波形に非対称性が発生した場合においても、その原因となる駆動周波数を基本波とする高調波共振成分の振幅強度と位相を検知することにより、非対称性の発生を検知し、自動的に高調波成分が小さくなる領域に駆動周波数を変更して、管電流の対称性を保つことが可能になる。これにより、管電流波形への直流成分の重畳が防止できるため、前記冷陰極放電管に封入された水銀の片側の電極への移動が発生せず、前記冷陰極放電管での管軸方向の輝度分布の偏りが発生しないとともに、有効な水銀量の減少が抑制されるため、前記冷陰極放電管の輝度寿命の短縮を防止することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の冷陰極放電管の点灯回路の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る点灯回路は、ガラスバルブ２の両端部に、例えばタングステンの金属材の金属体３、５を、ビードガラス（図番付さず）を介して封止し、さらにガラスバルブ内方に位置した金属体３、５の先端部に、タングステンやハフニウムの金属粉末単体またはそれらの混合体を焼結した焼結金属やニッケル、ニオブのホロー金属の電極４、６が取付けられ、ガラスバルブ２の内面には蛍光被膜が（図示せず）施されると共に、その内部７にはネオン、アルゴン等の混合希ガスが封入され、また水銀が拡散封止された冷陰極放電管１を点灯させるものである。
【００１６】
前記点灯回路は、電源８からの入力電圧をコントロールする電源制御回路９と、冷陰極放電管１に点灯のための交流電流を供給するトランス１２と、スイッチング動作によりトランス１２に昇圧動作をさせる駆動回路１１と、駆動回路１１に駆動周波数を出力してスイッチング動作をコントロールする発振回路１０と、冷陰極放電管１に流れる管電流を検知して電圧に変換する管電流検出回路１３と、管電流検出回路１３からの出力電圧とあらかじめ設定された基準電圧を比較する比較回路１４と、比較回路１４からの出力によりＰＷＭ信号のデューティ比を可変して電源制御回路９に出力するＰＷＭコンバータ回路１５と、管電流検出回路１３からのアナログ電圧出力ををデジタルデータ化するＡ／Ｄ変換回路１６と、Ａ／Ｄ変換回路１６でデジタル化された管電流波形の各次高調波成分の振幅強度と位相を計算するフーリエ計算回路１７と、フーリエ計算回路１７で計算された各次高調波成分の振幅強度と位相から管電流波形の正負対称性を判定し、発振回路１０に対して駆動周波数の変更を指示する信号を出力する非対称判定回路１８を備えている。
【００１７】
ここで、冷陰極放電管１を点灯したとき、Ａ／Ｄ変換回路１６は管電流検出回路１３でアナログ電圧信号に変換された管電流波形をあらかじめ定められたサンプリングレートにてサンプリングし、デジタル信号化する。変換されたデジタル信号波形は続くフーリエ計算回路１７に入力され、フーリエ計算回路１７は入力されたデジタル信号波形を離散フーリエ変換し、駆動周波数を基本波とした各高調波成分の各々についてその振幅強度と基本波に対する位相差を計算する。計算された結果は続く非対称判定回路１８に入力され、非対称判定回路１８では各高調波成分の振幅強度もしくは基本波との位相差が、あらかじめ設定された値を超えた場合、管電流波形が非対称性を有していると判定し、発振回路１０に対して駆動周波数を変更する旨の信号を出力する。
【００１８】
非対称判定回路１８から駆動周波数を変更する旨の信号を受けた発振回路１０は、あらかじめ設定した方向に駆動周波数を増加あるいは減少させるか、あるいはあらかじめ設定された範囲の中でランダムに駆動周波数を変更する。
【００１９】
このようにして基本波となる駆動周波数が変更されると、それに応じて高次成分の周波数も変動するため、二次回路の持つ共振周波数から駆動回路の高次成分の周波数を離すことが可能になる。駆動周波数の高次成分が二次回路の共振周波数を離れると、高調波共振成分は励振されにくくなるため、その振幅強度は小さくなり管電流波形の非対称性の発生を抑制することができる。また、管電流検出回路１３から発振回路１０に至るフィードバックループを形成しているため、管電流波形の非対称化を抑制する作用は冷陰極放電管１が点灯している限り継続する。
【００２０】
尚、本実施形態ではそれぞれの動作を各々独立した回路で構成しているが、各動作はそれぞれ独立している必要はなく、各動作を行う機能を有していれば、例えば１チップマイコンのように統合された回路でも良い。
【００２１】
本発明の照明装置は、本発明の点灯回路により冷陰極放電管を点灯させる以外は、従来例と同じ構成であり、図および説明は省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る冷陰極放電管の点灯回路によれば、冷陰極放電管の管電流波形に非対称性が発生しても、電源電圧コントロールとは独立したフィードバックループにより駆動周波数を調整することができるため、自動的に高調波共振成分が小さくなる領域に駆動周波数を変え、非対称性の発生を抑制することができる。非対称性を抑制することにより、冷陰極放電管に封入された水銀の片側の電極への移動を防ぐため、軸方向の輝度分布の偏りや、有効水銀の減少の進行を防止することによる輝度寿命の短縮が発生しない。
【００２３】
また、軸方向の輝度分布の偏りを防止し、輝度寿命の短縮が発生しない点灯回路を使用した照明装置は、輝度の不均一が少なく、短寿命による輝度低下の恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷陰極放電管の点灯回路を示すブロック図
【図２】従来例の冷陰極放電管の点灯回路を示すブロック図
【図３】従来例の照明装置を示す概略断面図
【図４】非対称の発生している冷陰極放電管の管電流波形を示す図
【図５】正常な冷陰極放電管の管電流波形を示す図
【符号の説明】
１  冷陰極放電管
２  ガラスバルブ
３、５  金属体
４、６  電極
８  電源
９  電源制御回路
１０  発振回路
１１  駆動回路
１３  管電流検出回路
１４  比較回路
１５  ＰＷＭコンバーター回路
１６  Ａ／Ｄ変換回路
１７  フーリエ計算回路
１８  非対称判定回路
【図１】
0004159804.tif 000002
【図２】
0004159804.tif 000003
【図３】
0004159804.tif 000004
【図４】
0004159804.tif 000005
【図５】
0004159804.tif 000006