(57)【要約】【課題】液晶表示装置に用いた場合に動画表示品位の向上を図ると共に、照明装置の寿命を向上し、信頼性の低下を防ぐ。【解決手段】熱陰極ランプＦＬを高周波で点灯させる点灯回路ＨＢ１と、熱陰極ランプＦＬのフィラメントに電力を与える予熱回路ＨＣ１を備え、点灯回路ＨＢ１は、熱陰極ランプＦＬのフィラメントに発生する輝点数が２つとなる主点灯期間と、主点灯期間と比ベてランプ光束出力が小さくかつ輝点数が１つ以下となる少なくとも１つの調光待機期間を有し、主点灯期間と調光待機期間を周期的に繰り返す。調光待機期間は、熱陰極ランプＦＬのフィラメントに輝点の無い状態または消弧状態となる消灯期間を少なくとも１つ有し、主点灯期間では、前記熱陰極ランプＦＬの放電管への出力電力は略一定とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱陰極ランプを高周波で点灯させる点灯回路と、
前記熱陰極ランプのフィラメントに電力を与える予熱回路を備え、
前記点灯回路は、
前記熱陰極ランプのフィラメントに発生する輝点数が２つとなる主点灯期間と、
前記主点灯期間と比ベてランプ光束出力が小さくかつ輝点数が１つ以下となる少なくとも１つの調光待機期間を有し、
前記主点灯期間と前記調光待機期間を周期的に繰り返すことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記調光待機期間は、前記熱陰極ランプのフィラメントに輝点の無い状態または消弧状態となる消灯期間を少なくとも１つ有す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】
前記主点灯期間において、前記熱陰極ランプの放電管への出力電力を略一定とする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】
前記調光待機期間において、前記熱陰極ランプのフィラメントに輝点が１つとなる調光点灯期間を有し、連続点灯への切替信号に応じて、前記主点灯期間の時間比率を零かつ前記調光待機期間における消灯期間の時間比率を零とする連続点灯切替手段を有することを特徴とする請求項２または３に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記予熱回路が前記熱陰極ランプのフィラメント間に与える電圧は、略方形波であることを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
フィラメントに与える交流電圧は、ランプ点灯の交流周波数より低い周波数もしくは直流であり、フィラメントを支える複数の金属ピンがランプ放電経路の軸方向に並んだランプ電極を２つ有する熱陰極ランプにおいて、一方のランプ電極ではランプ放電管中央方向に輝点をつくり、もう一方のランプ電極ではランプ放電管中央方向と反対の方向に輝点をつくり、上記輝点発生を交互に行うことでフィラメントに複数の輝点を発生させることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
熱陰極ランプの放電管管壁温度が低い状態から高い状態へ変化する場合に、前記主点灯期間と前記複数の調光待機期間の周期を長くかつ前記主点灯期間の時間比率を大きくすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた液晶表示用バックライト装置。
【請求項９】
請求項４に記載の放電灯点灯装置を備え、前記連続点灯切替手段は、液晶表示装置に入力される映像信号に応じて動作することを特徴とす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、熱陰極蛍光ランプを点灯させる放電灯点灯装置および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】
現在実用化されている透過型液晶表示装置においては、表示の均一性を高めるために、直下型バックライト装置を用いたもの（図１９参照）が一般的である。この液晶表示装置の表示品位について、液晶などのホールド型表示方式において輪郭ボケ等の表示ボケが生じることが知られている。この表示ボケを改善するための技術の１つとして、１フレーム期間内に照明装置の点灯期間と調光点灯期間（または非点灯期間）とを設けることで、ＣＲＴのようなインパルス型発光表示方式を実現するという手法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００２−７２９８８）では、液晶表示装置のバックライト光源であるＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を点滅点灯させる技術が提案されている。また、一般照明の光源として広く用いられているＨＣＦＬ（熱陰極蛍光ランプ）を表示装置に応用した技術として、特許文献２（特開昭６０−７２１９８）がある。本従来技術は、熱陰極蛍光ランプを点滅点灯させた例である。さらに、特許文献３（特開昭６３−６９１９５）には、液晶表示装置のバックライト光源として熱陰極ランプを用い、ランプフィラメントの輝点を複数にすることで、熱陰極ランプの光出力を高める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−７２９８８号公報
【特許文献２】特開昭６０−７２１９８号公報
【特許文献３】特開昭６３−６９１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術ではインパルス点灯は困難である。それは、１つには、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）の光出力が大きく出来ないということである。つまり冷陰極ランプはグロー放電を利用するためランプ電流を多く出来ないので、インパルス点灯においてランプ出力が低下してしまうのである。たとえ強制的にランプ電流を増加してランプ出力を多くして、出力の大きいインパルス点灯制御を実現したとしても、ランプ寿命に問題が起こり、製品の信頼性を低下させることになる。
【０００５】
たとえば、ＣＣＦＬの電極寿命がランプ電流８ｍＡ（ｒｍｓ）一定で６万時間であるとき、点灯時間と消灯時間の比率が１：１（５０％点灯）で、点灯期間のランプ電流を２倍の１６ｍＡ（ｒｍｓ）で点灯させると、ランプ電極はわずか数千時間で破壊に至る。これは、冷陰極ランプの放電管内のイオン衝突による電極消耗が、電流に対して指数関数的に増加するためである。
【０００６】
さらに、ＣＣＦＬでは点滅点灯させると輝度にムラが生じやすいという課題もある。ＣＣＦＬではランプ電圧が高く、高電位側の漏れ電流により低電位側との輝度差が生じやすいことは良く知られているが、点滅点灯においてはさらに始動の瞬間と消灯の瞬間に、高電位側での発光が発生し、輝度差が大きくなるのである。このため、ＣＣＦＬを用いてインパルス点灯を行うためには、ランプ本数や回路耐圧および回路素子数が非常に多く必要となる。
【０００７】
以上のことから、大型液晶表示装置においてＣＣＦＬを用いて画面輝度を均一にしたインパルス点灯を実現するのは難しいことが分かる。
【０００８】
特許文献２の技術では、熱陰極蛍光ランプにおいてインパルス点灯を行う技術であり、本従来技術はランプ出力を高めたインパルス点灯が可能であるが、ランプ電極の寿命に問題がある。すなわち、始動直後のランプ電流のピーク電流が極めて大きくなり、フィラメント電極にダメージが生じるのである。
【０００９】
これは、ランプに封入されている水銀の蒸気圧が始動直後には低いために起こる現象である。つまり、ランプが消えている区間でランプ内の水銀蒸気密度は低下していき、ランプ点灯直後に水銀蒸気圧は直ちに上昇するが、その蒸気圧が安定するまでの期間は水銀原子の密度が低いために、放電管の電子衝突が少なく、結果として管電圧が低い状態が瞬間的に発生する。点滅周波数が数ｋＨｚ以上ではそのような現象は見られないが、数１００Ｈｚ付近のインパルス点灯では上記のような現象が生じているのである。この現象は、ランプ封入ガスにより状況が多少異なる。特に顕著なのはランプにクリプトン（Ｋｒ）を混合封入した場合である。この始動直後の管電圧が低下している状態においてランプ電流が増加し、その電流がフィラメント電極の一部に集中し、フィラメント電極に塗布している電子放射性物質（エミッタ）を飛散させてしまうのである。
【００１０】
ところで熱陰極ランプの寿命は、大きく分けてフィラメント断線とエミッタ枯渇がある。フィラメント断線は、機械的なダメージによる断線もあるが、一般的にはフィラメントへの放電電流集中が主な原因であると考えられる。そしてエミッタ枯渇については、フィラメント温度が高過ぎることが原因である。つまり予熱電流が大きくなり、フィラメント温度が上昇するとエミッタが蒸発して電極から剥離してしまうのである。
【００１１】
特許文献２の技術ではこの予熱電流を減らす試みがなされている。しかしこれは、ランプ電流と予熱電流の合成電流が大き過ぎることによるフィラメント温度上昇を低減し、エミッタ蒸発を抑える作用はあるが、前述のような、ピーク電流による放電電流集中による電極ダメージは回避できない。
【００１２】
特許文献３の技術では、熱陰極蛍光ランプにおいて電極に複数の輝点をつくり、ランプの出力を高めている。しかし、インパルス点灯ではないため、表示ボケを改善することは出来ない。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、液晶表示装置に用いた場合に動画表示品位の向上を図ると共に、照明装置の寿命を向上し、信頼性の低下を防ぐことができる放電灯点灯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】
【００１４】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、熱陰極ランプＦＬを高周波で点灯させる点灯回路ＨＢ１と、前記熱陰極ランプＦＬのフィラメントに電力を与える予熱回路ＨＣ１を備え、前記点灯回路ＨＢ１は、図２に示すように、前記熱陰極ランプＦＬのフィラメントに発生する輝点数が２つとなる主点灯期間ｔ１〜ｔ２と、前記主点灯期間と比ベてランプ光束出力が小さくかつ輝点数が１つ以下となる少なくとも１つの調光待機期間ｔ２〜ｔ３を有し、前記主点灯期間と前記調光待機期間を周期的に繰り返すことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記調光待機期間は、前記熱陰極ランプＦＬのフィラメントに輝点の無い状態または消弧状態となる消灯期間を少なくとも１つ有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記主点灯期間において、前記熱陰極ランプＦＬの放電管への出力電力を略一定とすることを特徴とする（図５、図６）。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、図１１〜図１３に示すように、前記調光待機期間において、前記熱陰極ランプＦＬのフィラメントに輝点が１つとなる調光点灯期間を有し、連続点灯への切替信号ＳＥＬに応じて、前記主点灯期間の時間比率を零かつ前記調光待機期間における消灯期間の時間比率を零とする連続点灯切替手段を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記予熱回路が前記熱陰極ランプＦＬのフィラメント間に与える電圧Ｖｆは、略方形波であることを特徴とする（図８、図９）。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項３〜５の発明において、フィラメントに与える交流電圧は、ランプ点灯の交流周波数より低い周波数もしくは直流であり、フィラメントを支える複数の金属ピンがランプ放電経路の軸方向に並んだランプ電極を２つ有する熱陰極ランプ（図１０）において、一方のランプ電極ＦＥ２ではランプ放電管中央方向に輝点Ｅ２１をつくり、もう一方のランプ電極ＦＥ１ではランプ放電管中央方向と反対の方向に輝点Ｅ１１をつくり、上記輝点発生を交互に行うことでフィラメントＦＥ１，ＦＥ２に複数の輝点を発生させることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、熱陰極ランプの放電管管壁温度が低い状態から高い状態へ変化する場合に、前記主点灯期間と前記複数の調光待機期間の周期を長くかつ前記主点灯期間の時間比率を大きくすることを特徴とする（図１４）。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた液晶表示用バックライト装置である（図１９）。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項４の放電灯点灯装置を備えた液晶表示用バックライト装置において、前記連続点灯切替手段は、液晶表示装置に入力される映像信号に応じて動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれは、点灯状態と調光状態とを繰り返す点灯制御において、点灯直後に熱陰極ランプのフィラメントに生じる輝点（アーク放電スポット）を分割することで、電極のダメージを低減できる。したがって、ランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となる。また、ランプのフィラメント近傍の輝度ムラが改善される。したがって、輝度分布にムラがなく、インパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。
【００２４】
請求項２の発明によれば、消灯状態と点灯状態を繰り返す点灯制御においても、点灯直後に熱陰極ランプのフィラメントに生じる輝点を分割することで、電極のダメージを低減できる。したがって、ランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となる。また、消灯期間を作ることで、光束ピーク比を大きく出来、理想的なインパルス点灯となる。したがって、インパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。
【００２５】
請求項３の発明によれば、点灯直後に熱陰極ランプの輝度を一定に制御できる。ランプの光出力は発光管の電力に比例するので、光変動の無い安定したインパルス点灯が可能となる。したがって、インパルス点灯においてちらつきの無い放電灯点灯装置に有用である。
【００２６】
請求項４の発明によれば、インパルス点灯から連続点灯に状況に応じて変更できる。すなわち、インパルス点灯でのランプ発光効率低下に対して、状況に応じて連続点灯に変更することで、効率を改善することが出来る。したがって、省電力を目的としたインパルス点灯の放電灯点灯装置に有用である。
【００２７】
請求項５の発明によれば、フィラメントに生じる輝点をフィラメント両端に安定に生じさせることが出来る。その結果、フィラメント温度を適切に制御できるので、ランプエミッタの蒸発を低減することが出来、ランプの寿命を改善出来る。したがって、熱陰極ランプを長期にわたってインパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。
【００２８】
請求項６の発明によれは、フィラメントがランプ放電経路に平行に配置されたランプにおいて、放電路の長さが一定となり、ランプ電極付近のちらつきが低減できる。また、放電がランプ端部まで広がるのでランプ全体から発光が可能である。したがって、インパルス点灯において広範囲にムラ無く点灯させる放電灯点灯装置に有用である。
【００２９】
請求項７の発明によれば、ランプ管壁温度が低い状態から点灯する際に、ランプに大きな電力を与え、ランプ温度安定を早めることが出来る。その結果、ランプ光束安定に要する時間を短縮することが出来る。したがって、瞬時にランプ光出力を安定させる放電灯点灯装置に有用である。
【００３０】
請求項８の発明によれば、請求項１〜７の効果を有する、液晶表示用バックライト装置を提供できる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、インパルス点灯と連続点灯を画像に応じて違和感無く調整できるので、使用者に意識させること無く、表示ボケと省電力を両立した液晶表示用バックライト装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。以下、その回路構成について説明する。商用交流電源Ｖｉｎには全波整流器ＤＢの交流入力端子が接続されている。全波整流器ＤＢの直流出力端子には力率改善回路ＰＦＣ１が接続されている。この力率改善回路ＰＦＣ１は昇圧チョッパ回路を備え、出力側の平滑用コンデンサには、全波整流器ＤＢにより全波整流された脈流電圧のピーク電圧よりも昇圧された直流電圧Ｖｄｃが充電される。発振器ＯＳＣ５は昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を高周波でオン・オフ制御して、商用交流電源Ｖｉｎからの入力電流の平均値が入力電圧と相似形となるように制御することで入力力率を改善している。
【００３３】
力率改善回路ＰＦＣ１の出力側の平滑用コンデンサには、インバータ回路ＨＢ１が接続されている。インバータ回路ＨＢ１は、交互にオン・オフされる一対のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路によりハーフフリッジ回路を構成しており、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とグランド間にカップリング用のコンデンサＣｄ１を介して共振用インダクタＬｒ１と共振用コンデンサＣｒ１の直列回路を接続している。発振器ＯＳＣ１は、インバータ回路ＨＢ１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を高周波で交互にオン・オフ制御して、放電灯ＦＬの始動、点灯、調光の各動作を制御する。共振用コンデンサＣｒ１の両端には、放電灯ＦＬと電流検出器ＣＳ１の直列回路が接続されている。電流検出器ＣＳ１は放電灯ＦＬの放電管電流を検出し、その信号を予熱回路ＨＣ１に出力する。
【００３４】
放電灯ＦＬ１の２つのフィラメント電極は、予熱回路ＨＣ１の２つの出力トランスＴｒ１，Ｔｒ２にそれぞれ接続されている。すなわち、ランプの低電圧側（電流検出器ＣＳ１接続点）のフィラメントには、予熱トランスＴｒ２の２次側が接続され、ランプ高電圧側（共振用コンデンサＣｒ１と共振用インダクタＬｒ１の接続点）のフィラメントには、予熱トランスＴｒ１の２次側が接続されている。予熱回路ＨＣ１は、スイッチング素子Ｑ３を備えたインバータ回路である。スイッチング素子Ｑ３は、発振器ＰＷＭ１によってスイッチＯＮ時間が制御されている。なお、発振器ＰＷＭ１の発振周波数は、発振器ＯＳＣ１の１／２の周波数に設定される。
【００３５】
調光信号発生器ＤＩＭ１は、周期的にランプを点灯させるためのＰＷＭ信号を発生させている。このＰＷＭ信号がＨｉｇｈになると、発振器ＯＳＣ１は共振用コンデンサＣｒ１と共振用インダクタＬｒ１の共振周波数に近い周波数で発振することでランプを瞬時始動させ、ランプを点灯させる。その後、ＰＷＭ信号がＬｏｗになると、スイッチング出力を少なくし、ランプを消灯している。スイッチング出力を少なくするには、例えば共振作用が弱くなるように発振周波数を高くすれば良い。
【００３６】
また、予熱回路ＨＣ１も調光信号発生器ＤＩＭ１のＰＷＭ信号に応じて、ランプフィラメントに供給する電力を制御している。すなわち、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈになることで、インバータ回路ＨＢ１はランプを点灯させるが、この期間に、ランプ電流検出器ＣＳ１からの検出信号を受け、予熱電力を小さく制御する。また、ランプが消灯するときには、ＰＷＭ信号がＬｏｗになることで、予熱電力を大きくする制御を行っている。
【００３７】
図２に、本実施形態の動作時の電流電圧波形を示す。図には、ランプＦＬの電圧Ｖｌａ、管電流ｉｌａ、高電圧側の２箇所のフィラメント電流ｉｆ１，ｉｆ２、高電圧側のフィラメント電圧Ｖｆ１、スイッチング素子Ｑ３のスイッチ電流ｉＱ３の波形変化の様子が示されている。
【００３８】
時間ｔ０において、調光信号発生器ＤＩＭ１から出力されるＰＷＭ信号がＨｉｇｈになると、発振器ＯＳＣ１は、発振周波数が高い状態から、共振用インダクタＬｒ１と共振用コンデンサＣｒ１の共振周波数に近い周波数までスイッチング周波数を低下させる。そして、共振用コンデンサＣｒ１の両端に高い共振電圧を発生させ、ランプを直ちに始動させる。
【００３９】
時間ｔ１においてランプが始動し、ランプに電流ｉｌａが流れる。ランプ点灯が発生した時点から、ランプ電圧Ｖｌａは急激に低下し、ランプはアーク放電状態に移行している。ランプが点灯すると、電流検出器ＣＳ１は予熱回路ＨＣ１に検出信号を送出し、予熱回路ＨＣ１はそれを受けて、スイッチング素子Ｑ３のスイッチＯＮ時間を短くして、予熱電力を低下させる動作を行っている。
【００４０】
時間ｔ２において、調光信号発生器ＤＩＭ１から出力されるＰＷＭ信号がＬｏｗになると、発振器ＯＳＣ１はスイッチング周波数を高め、インダクタＬｒ１のインピーダンスを高くする。その結果、ランプ電流ｉｌａが減少し、ランプは消灯する。
【００４１】
また、予熱回路ＨＣ１はこのとき、スイッチング素子Ｑ３のスイッチＯＮ時間を長くして、予熱電力を増加させてフィラメント電極を再始動に必要な温度状態に保持する動作を行っている。
【００４２】
時間ｔ３においては時間ｔ０の時点と同じ状態となっている。以上のように、放電灯点灯回路はランプ点灯と消灯を繰り返し行っている。
【００４３】
次に熱陰極ランプのダブルスポット（輝点分割）の動作について説明する。熱陰極ランプでは、アーク放電領域で点灯させるため、フィラメント電極部に電流集中（スポット）が発生する。そのスポットを２箇所発生させるのがダブルスポットである。発生のメカニズムは、フィラメント電極の電位差により放電管内の電子発生および流入箇所が変化することを利用している。
【００４４】
簡単に以下のように考えられる。
１）放電管内の電子は最も電位の低いところから発生し、もっとも高い電位のところに流れる。
２）フィラメントにあらかじめ熱電子を放出させるための電流（予熱電流）を流す必要がある。
３）フィラメントの予熱電流により、フィラメント両端に電位差が生じる。
４）フィラメント電極の電位差により電子放出と電子流入の箇所が変化する。
【００４５】
そして、タブルスポットについては、従来から様々な発生方法が提案されている。蛍光ランプを高周波で点灯させているときには、以下の方法でダブルスポットが発生する。
【００４６】
Ａ．フィラメントに直流電圧を印加する。
Ｂ．ランプ電流と予熱電流に位相差を設ける（特に９０°）。
Ｃ．ランプ電流周波数と予熱電流周波数を異ならせる。
Ｄ．インピーダンス素子で分流する。
【００４７】
どの方法を用いてもタブルスポットは実現可能であるが、本実施形態ではＣ．の方法を説明する。
【００４８】
図３にランプ始動時の電流波形を示す。図には、ランプ電流ｉｌａ、フィラメント電流ｉｆ１およびｉｆ２が示されている。図２での時間ｔ１（始動直後）の波形を時間軸方向に拡大した図である。
【００４９】
予熱回路ＨＣ１の動作周波数は、インバータ回路ＨＢ１の動作周波数の半分で動作している。時間ｔ１より前では、ランプ電流ｉｌａが無いため、フィラメントには予熱電流のみが流れている。すなわち、ｉｆ１側の端子から流入した電流は、ｉｆ２側の端子から流出している。なおこのとき、ｉｆ１が正であるということは、電位的にはｉｆ１＞ｉｆ２であるということである。
【００５０】
時間ｔ１でランプの放電が開始し、電子流が発生する。この図でｉｌａが正（＋）であるときは、電子はグランド側のフィラメントから発生し、高電圧側のフィラメントに向かって流れることを意味している。
【００５１】
時間ｔ１１でランプ電流ｉｌａは正、フィラメント電流ｉｆ１は正である。このとき、電子は放電管で最も電位が高い位置、すなわちｉｆ１側の端子に流入する。
【００５２】
時間ｔ１２でランプ電流ｉｌａは負、フィラメント電流ｉｆ１は正である。ランプ電流ｉｌａが負であるので、今度はフィラメントから電子が放出される。このとき、電子は放電管で最も電位が低い位置、すなわちｉｆ２側の端子から放出される。
【００５３】
時間ｔ１３でランプ電流ｉｌａは正、フィラメント電流ｉｆ１は負である。このとき、電子は放電管で最も電位が高い位置、すなわちｉｆ２側の端子に流入する。
【００５４】
時間ｔ１４でランプ電流ｉｌａは負、フィラメント電流ｉｆ１は負である。このとき、電子は放電管で最も電位が低い位置、すなわちｉｆ１側の端子から放出される。
【００５５】
上記のようにランプ電流は半サイクル毎にフィラメントの２つの箇所に分散することが分かる。その結果、ランプのピーク電流を２つのフィラメントに分散できるので、アークスポット部の実効平均電流が少なくなる。
【００５６】
また、フィラメントに電位を与えている予熱回路の電流はランプ電流発生とともに減少させているので、フィラメントの予熱電力を低減できる。その結果、フィラメントに発生するアークスポット部の温度上昇を抑えることが出来る。
【００５７】
なお、本例ではフィラメント電流をランプ点灯時に減少させる制御を行っているが、フィラメント温度は比較的ゆっくりした変化であるので、消灯期間と点灯期間の全体で温度を制御しても良い。
【００５８】
ところで、ランプ周波数と予熱周波数の関係を、予熱回路ＨＣ１の動作周波数＝インバータ回路ＨＢ１の動作周波数の２倍としても同様なアークスポット分割が可能である。
【００５９】
図４にそのときの電流波形を示す。図４には図３と同様にランプ電流ｉｌａとフィラメント電流ｉｆ１，ｉｆ２が示されている。図３と動作が異なるのは、ランプ電流の半サイクル中に、フィラメント電流ｉｆ１とｉｆ２に電流が分かれていることである。したがって、ピーク電流を分割する点が図３と異なっている。
【００６０】
本例では、ランプ電流の実効平均電流を小さくすることにより電極ヘのストレスを低減できる。これはアークスポットを２つに分けることにより、フィラメント電極へアーク放電が発生することによる局部発熱が少なくなり、エミッタの蒸発が低減できるからである。局部発熱のエネルギーは、放電ランプの陰極降下電圧と放電電流の積と考えられる。したがって、ランプの放電電流が半分となれば、局部発熱も半分となるのである。
【００６１】
また、フィラメント熱電子の放出が安定するという効果もある。アークスポットが１つで点灯している状態において、スポット部の電極温度が最適である状態と、アークスポットが２つで点灯している状態において、各スポット部の電極温度が最適である状態とを比較した場合、後者のほうが多く熱電子を供給できる。これは、最適な温度となっているエミッタの表面積が大きくなるためである。
【００６２】
熱陰極ランプにおいて、エミッタの温度は寿命を大きく左右する。温度が高過ぎると蒸発し、逆に低過ぎると熱電子を十分に供給できない。そのため、点灯時に最適な温度となるように点灯中にフィラメントに与える予熱電流を調整するのが、熱陰極ランプの放電灯点灯装置の一般的な設計方法である。
【００６３】
ランプを数万時間以上の長期にわたって点灯させようとすると、このフィラメント温度設計の重要度はさらに高まる。そのため、エミッタ蒸発を抑制するために通常の放電灯点灯装置の設計と比ベて低い温度で設計される。つまり、エミッタ表面温度を下げて最低限必要な熱電子発生量となるようにするのである。
【００６４】
連続的にランプを点灯させる場合、必要な熱電子量が一定なので、この設計方法でも問題ない。しかし、ランプを点滅させ、ランプ電流ピークが連続点灯の倍近くともなると、瞬間的な熱電子の供給が困難となる。
【００６５】
本発明を用いれば、始動ごとに発生するランプ電流ピークにおいても、エミッタから放出される熱電子が多くなるので、ランプの寿命を長くすることが出来るのである。
【００６６】
本発明により、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）を用いた場合のようにランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となり、液晶表示装置に用いれば表示性能を向上することが可能である。
【００６７】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２を示す回路図である。以下、その構成について説明する。図には、実施形態１と同様な構成の放電灯点灯回路に加え、調光信号発生器ＤＩＭ１の調光信号とハーフフリッジ型インバータ回路ＨＢ１の出力電力検出信号Ｖｓ１を入力し、インバータ回路ＨＢ１のスイッチング周波数やスイッチオン時間を制御する誤差増幅器ＥＡ１が接続されている。
【００６８】
図６は本実施形態の動作状態を示す図である。図には、ランプ電圧Ｖｌａ，ランプ電流ｉｌａ，調光信号ＤＩＭ１，ランプから出力される光出力波形が示されている。ランプが点灯および消灯を繰り返す動作は、実施形態１と変わらない。実施形態２が実施形態１と大きく異なるのは、点灯期間にランプ電力を一定にするようにランプ電流が制御されている点である。すなわち、ランプ点灯期間において、ランプ始動直後にランプ電流を大きくし、ランプの光出力を一定に制御している。
【００６９】
前述のとおり、ランプ始動直後にランプ電圧が低下する現象があるが、このときランプ電流を一定制御すると光立ち上がりが遅くなる。図７には、従来の制御での光立ち上がり波形が示されている。ランプの光出力が始動直後の初期で低くなるのは、ランプ電力が少なくなるからである。ランプ電力は、ランプ電圧とランプ電流の積で求まる。そして、この瞬時電力を制御することで光出力を早く立ち上げることが出来る。
【００７０】
本実施形態では、ランプ光出力を瞬時に安定化することが出来るので、温度やランプガスのばらつきによる光出力の波形変動を抑えることが出来る。その結果、理想的なインパルス光源を実現でき、液晶表示装置に応用すれば表示ボケが良好に改善できるのである。
【００７１】
本実施形態により、ＣＣＦＬを用いた場合のようにランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となり、液晶表示装置に用いれば表示性能を向上することが可能となる。
【００７２】
（実施形態３）
図８は本発明の実施形態３を示す回路図である。以下、その構成について説明する。本実施形態は、予熱回路ＨＣ２の電圧波形が異なる。
【００７３】
図８には、実施形態１と同様な放電灯点灯回路が示されているが、予熱回路ＨＣ２のランプフィラメントに与える電圧波形が異なっている。すなわち、予熱回路ＨＣ２はハーフブリッジインバータであり、ランプフィラメントには、矩形波状の電圧が印加されている。
【００７４】
図９に、本実施形態の動作時の波形を示す。図には、ランプ電流ｉｌａ、フィラメント電流ｉｆ１，ｉｆ２が示されている。ｉｆ１の波形では、矩形波と分割された正弦波の合成波形が示されている。フィラメントに流れる矩形波電流の周波数は、ランプ電流周波数と同一である。ただし、矩形波電流の位相とランプ電流の位相は９０度ずれている。
【００７５】
期間Ａでは、ランプ電流ｉｌａが負であり、このとき電位の低いｉｆ１側の端子に電流が現れる。期間Ｂでは、ランプ電流ｉｌａが負であり、このとき電位の低いｉｆ２側の端子に電流が現れる。期間Ｃでは、ランプ電流ｉｌａが正であり、このとき電位の高いｉｆ１側の端子に電流が現れる。期間Ｄでは、ランプ電流ｉｌａが正であり、このとき電位の高いｉｆ２側の端子に電流が現れる。
【００７６】
本実施形態が実施形態１と異なるのは、期間Ａから期間Ｂ、期間Ｃから期間Ｄヘ移行する瞬間の動作である。すなわち本実施形態では、矩形波を用いることでランプ電流がｉｆ１からｉｆ２に移動する時間が短い。正弦波を用いるときは、緩やかにｉｆ１とｉｆ２の電流移動が起こるが、この場合、アークスポット発生が不安定となることがわかった。
【００７７】
本実施形態のように矩形波を用いると、アークスポットの位置が安定し、フィラメント電極近傍のちらつきなどが低減できる。
【００７８】
本実施形態は特に、フィラメント予熱用の電圧周波数がランプ電流の周波数よりも高いときに効果を奏する。
【００７９】
（実施形態４）
図１０に実施形態４の説明図を示す。本実施形態は、スポット発生の位置に関するものである。液晶バックライトなどに用いられるランプとして、図１０に示すような構造の熱陰極ランプ（シームレスランプ）が提案されている。この種のランプは、ランプ端部まで発光するので液晶表示装置のバックライトには好適である。
【００８０】
図は、ランプフィラメントＦＥ１とＦＥ２を有するランプにおいてタブルスポット点灯を行う例である。図には、フィラメントＦＥ１のＥ１１からフィラメントＦＥ２のＥ２１の間でＡ放電が行われ、フィラメントＦＥ１のＥ１２からフィラメントＦＥ２のＥ２２の間でＢ放電が行われ、アークスポットが２箇所に発生する状態が示されている。
【００８１】
本実施形態では、Ａ放電とＢ放電の放電路の長さの変化を少なく出来るので、ランプ電圧が安定してちらつきなどが発生しないという効果を奏する。
【００８２】
（実施形態５）
図１１に実施形態５の構成を示す。本例は、調光の制御に関するものである。図１１には、実施形態１と同様な放電灯点灯回路が示されているが、調光信号発生器ＤＩＭ１がモード切替器ＳＥＬで制御されることが異なる。
【００８３】
モード切替器ＳＥＬについて説明する。モード切替器ＳＥＬは点滅点灯と連続点灯を切替えるモード切替信号を調光信号発生器ＤＩＭ１に与える。モード切替信号によって連続点灯に切り替えるとき、調光信号発生器ＤＩＭ１は、点滅点灯時の点灯時間と消灯時間の比率に応じて連続点灯のランプ電力を少なく設定する。また、このときフィラメントを予熱する予熱回路ＨＣ１の動作周波数を変更したり、予熱電力を減少させ、スポット発生を１箇所に変更する制御が行われる。
【００８４】
図１２は、本実施形態の動作状態を示す図である。図には、ランプ電圧Ｖｌａ、ランプ電流ｉｌａ、調光信号発生器ＤＩＭ１出力、モード切替器ＳＥＬの切替信号、光出力が示されている。
【００８５】
時間ｔ２以前ではモード切替器ＳＥＬはＬｏｗ信号を出力し、時間ｔ２以降ではＨｉｇｈ信号を出力している。時間ｔ２以前は、ランプは周期的に点滅する状態である。時間ｔ５において始動電圧がランプに与えられ、時間ｔ６でランプは始動し、それ以降はランプは連続点灯状態となる。ｔ２からｔ５の時間は、ｔ２以前のランプ消灯時間が設定される。
【００８６】
図１３にモード切替時の光出力波形を示す。図には、ランプ電力、モード切替器ＳＥＬの切替信号、光出力の平均値が示されている。時間ｔ２の時点でランプ点灯が点滅点灯から連続点灯に変更されている。つまり、ｔ２以前ではランプ電力は、インパルス的にランプに与えられているが、ｔ２以降では連続した電力で与えられるようになる。光出力波形の平均値は、ｔ２以前とｔ２以後とで変化の無いように制御されている。すなわち、ランプの放電管平均電力は同じになるように制御が行われる。
【００８７】
本実施形態によれば、ランプの電極損失を低減し、ランプの発光効率を改善できる。熱陰極ランプをインパルス点灯させると、ランプの発光効率が低下する。これは、ランプの電極損失が増加するためである。ランプ電極損失というのは、フィラメントを加熱するための電力と、ランプの陰極降下電圧部による発熱の２つの要素に分けて考えられる。特にフィラメントを加熱する電力については、ランプ消灯期間が存在することからも増加することがわかる。
【００８８】
たとえば、ランプ点灯の時間比が５０％である場合を考える。この場合、ランプ消灯期間ではフィラメント温度を最適に保つための予熱電力が必要となる。これは、再始動時の熱電子供給が十分行われるために必要な電力である。一般的にフィラメントには、いつでも始動できる状態に温度を保持するためには、ランプ電流が無い状態で１電極あたり１〜２Ｗ程度の電力を与え続ける必要がある。つまり、ランプ点灯の時間比が５０％の場合では、ランプ発光に寄与しない電力が１フィラメントあたり平均０．５Ｗ〜１Ｗ発生していることになる。液晶表示装置に熱陰極ランプを使用するときは、３２インチで少なくとも４本程度必要であるので、この損失は、４〜８Ｗ程度発生してしまうのである。したがって、液晶表示装置全体のエネルギー効率を大きく下げてしまう欠点がある。連続点灯においてはこのような損失がない。
【００８９】
本実施形態は、光出力を一定にしたまま、モード切替器ＳＥＬからの切替信号によりダブルスポットの点滅点灯からシングルスポットの連続点灯に切り替えることで、たとえば表示ボケの少ない映像信号では連続点灯に変更し、液晶表示装置のエネルギー消費を低減できるのである。
【００９０】
なお、モード切替器ＳＥＬの切替信号は、映像信号内容や番組内容から判定して生成しても良い。この場合、使用者が特に操作しなくても電力消費を低減できるので好適である。
【００９１】
（実施形態６）
図１４に実施形態６の動作を示す。本例は、ランプ始動直後の光出力特性を改善し、光出力の立ち上がりを加速するものである。図には、ランプ電力、光出力の平均値が示されている。
【００９２】
時間ｔ０で液晶表示装置の電源が投入され、ランプが始動する。時間ｔ０〜ｔ１０でランプは連続的に点灯している。この間、アークスポットは２つに分割され、かつランプ電流は最大電流で点灯する。最大電流というのは、フィラメントに与える予熱電流を最小としたときに、アークスポット温度が設計上限を超えない状態でのランプ電流の最大値である。そして、所定の時間ｔ１０となった時点で、制御は通常の点灯状態に移行する。
【００９３】
時間ｔ１０については、ランプのガス組成などから最適値が求まるが、およそ１〜２分程度である。そして時間ｔ２０の時点でモード切替信号が発生すると、ランプは連続点灯状態に移行する。
【００９４】
以上の制御により、ランプ始動直後のランプ低温状態において、光束立ち上がりを改善することが出来る。
【００９５】
図１５には、比較のために従来の制御での光立ち上がり波形が示されている。
【００９６】
ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）などにおいてもランプ輝度を早く立ち上げるためにランプ電流を一時増加させる技術がある。しかし、ＣＣＦＬについては電流を増加させると寿命が悪化することもあるので、長い時間の電流増加点灯は不可能である。これに対してＨＣＦＬ（熱陰極蛍光ランプ）においては、フィラメント温度を最適に保つことで、寿命を損なうことなく高出力が可能である。
【００９７】
本実施形態を用いれば、ランプ寿命を満足させながらランプの光出力を早く安定にすることが出来る。
【００９８】
なお、実施形態１〜６の制御は図１６に示すような２灯点灯回路にも適用できる。図１６の２灯点灯回路では、図５の実施形態において、２灯のランプＦＬ１Ａ，ＦＬ１Ｂを直列接続し、各フィラメントを予熱トランスＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の２次側出力により予熱している。予熱トランスＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の１次側は直列に接続され、コンデンサＣｒ２の両端電圧を印加されている。その他の構成は図５の実施形態と同様である。
【００９９】
（実施形態７）
図１７に実施形態７の回路図を示す。本例は、液晶表示装置において複数のランプをインパルス点灯し、表示ボケを改善する例である。図には、実施形態１と同様な放電灯点灯回路が設けられており、力率改善回路ＰＦＣ１の出力に予熱回路を含むインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４が４つ並列に接続されている。また、調光信号発生器Ｄｉｍから、調光信号ｄ１〜ｄ４がそれぞれＩＮＶ１〜ＩＮＶ４の発振制御回路ＯＳＣ１〜ＯＳＣ４に入力されている。
【０１００】
なお、実際の液晶表示装置では、図１９に示すように、ランプＦＬ１〜ＦＬ４は４本並列に並ベられて配置されている。
【０１０１】
図１８は各部の動作タイミングを示す図である。図には、ランプＦＬ１〜ＦＬ４のランプ電流と、調光信号ｄ１〜ｄ４が示されている。調光信号ｄ１〜ｄ４は画像表示信号の更新周期に同期して出力される。各ランプＦＬ１〜ＦＬ４は、調光信号ｄ１〜ｄ４に対応して点滅している。たとえば、インバータＩＮＶ１は、調光信号ｄ１に応じて点灯−消灯の動作を行っている。そして、図のようにランプを順々に点灯させることにより液晶表示装置の表示ボケを改善することが出来る。
【０１０２】
本実施形態を用いれば、液晶表示装置の欠点である表示ボケを簡単に改善可能であり、特に動画表示性能を改善することができる。
【０１０３】
（実施形態８）
図１９は実施形態１〜７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）にバックライトが配置されており、バックライトは、筐体２２と、この上に設置された反射板２３及び複数の熱陰極蛍光ランプＦＬ１〜ＦＬ４と、その上方に設置された拡散板２５、プリズムシート等の光学シート２６とから構成されている。また、筐体２２の背面に熱陰極ランプＦＬ１〜ＦＬ４を点灯するインバータの基板２１が設置されている。反射板２３は各熱陰極ランプＦＬ１〜ＦＬ４の照射光を有効に前面に指向させるものである。拡散板２５は熱陰極ランプＦＬ１〜ＦＬ４及び反射板２３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。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【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１の動作説明図である。
【図３】本発明の実施形態１のダブルスポット形成の原理を示す波形図である。
【図４】本発明の実施形態１のダブルスポット形成の他の原理を示す波形図である。
【図５】本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態２の動作説明図である。
【図７】本発明の実施形態２に対する比較例の動作説明図である。
【図８】本発明の実施形態３の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の実施形態３のダブルスポット形成の原理を示す波形図である。
【図１０】本発明の実施形態４の放電経路を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態５の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施形態５の動作説明図である。
【図１３】本発明の実施形態５に対する比較例の動作説明図である。
【図１４】本発明の実施形態６の動作説明図である。
【図１５】本発明の実施形態６に対する比較例の動作説明図である。
【図１６】本発明の実施形態１〜６の２灯点灯回路への適用を説明するための回路図である。
【図１７】本発明の実施形態７の構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の実施形態７の動作説明図である。
【図１９】本発明の実施形態８の液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１０５】
ＦＬ    熱陰極ランプ
ＨＢ１  インバータ回路
ＨＣ１  予熱回路
【図１】
2009152154.tif 000003
【図２】
2009152154.tif 000004
【図３】
2009152154.tif 000005
【図４】
2009152154.tif 000006
【図５】
2009152154.tif 000007
【図６】
2009152154.tif 000008
【図７】
2009152154.tif 000009
【図８】
2009152154.tif 000010
【図９】
2009152154.tif 000011
【図１０】
2009152154.tif 000012
【図１１】
2009152154.tif 000013
【図１２】
2009152154.tif 000014
【図１３】
2009152154.tif 000015
【図１４】
2009152154.tif 000016
【図１５】
2009152154.tif 000017
【図１６】
2009152154.tif 000018
【図１７】
2009152154.tif 000019
【図１８】
2009152154.tif 000020
【図１９】
2009152154.tif 000021