JP2004055431A

JP2004055431A - 蛍光管点灯装置

Info

Publication number: JP2004055431A
Application number: JP2002213597A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shimizu; 清水　将樹; Ryoichi Kurihara; 栗原　良一
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】ＰＷＭ方式の蛍光管点灯装置のインバータ回路で発生する鳴り音を抑制する。
【解決手段】ＰＷＭ信号の波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を規制する手段を講じた。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光管点灯装置に関わり、特に、液晶表示装置のバックライトとして用いられている蛍光管の点灯装置に好適に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶を用いた表示装置は、液晶表示パネルの背面にバックライトを配した構成となっている。このバックライトには蛍光管が使用される。
【０００３】
バックライトの調光方式としては、電圧制御調光方式とＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　：パルス幅変調）調光方式が知られている。電圧制御調光方式は調光範囲が大きくとれないのに対し、ＰＷＭ調光方式は調光比を大きくできることから、液晶表示装置用のバックライトの調光方式としては、ＰＷＭ調光方式が多く用いられる。かかるＰＷＭ調光方式を用いた液晶表示装置は特開平７−３２５２８６号公報等に開示されている。
【０００４】
従来のＰＷＭ調光方式によるバックライト装置を図４に、また、図４の各部の信号波形を図５に示す。
【０００５】
図４において、４０１はＰＷＭ調光駆動回路部、４０２はインバータ部、４０３はインバータ部４０２の電源、４０４は蛍光管である。また、ＰＷＭ調光駆動回路部４０１は、三角波発振回路４０５、波形設定部４０６、オペアンプ４０７、コンパレータ４０８、ＮＡＮＤゲート４０９から構成される。また、インバータ部４０２にはチョークコイル４１０、トランス４１１が含まれる。
【０００６】
ＰＷＭ調光駆動回路部４０１による蛍光管４０４の駆動周期は、固定周期となっている。三角波発振回路４０５からは、駆動周期を決定する三角波信号ａ（図５（ａ）参照）が一定の周期で出力される。この三角波信号ａの波形および周期は、波形設定部４０６によって設定される。即ち、図５（ａ）の時間ｔ０から時間ｔｆまでの間の三角波信号ａの波形は、波形設定部４０６の抵抗ＲｏｎとコンデンサＣｆとの時定数によって決定され、時間ｔｆから時間ｔ０′までの間の三角波信号ａの波形は、波形設定部５６の抵抗ＲｏｆｆとコンデンサＣｆとの時定数によって決定される。
【０００７】
また、三角波発振回路４０５からは、１周期（時間ｔ０から時間ｔ０′まで）の期間中における時間ｔｆから時間ｔ０′の期間だけ”Ｌレベル”になるデッドタイム信号ｂが出力される（図５（ｂ）参照）。このデッドタイム信号ｂが”Ｌレベル”の期間は、ＰＷＭ調光の１周期中のデッドタイム（発光を停止させる時間）となり、点灯期間が制限される。
【０００８】
表示装置の輝度調節ボリューム（図示せず）の操作により、その操作量に応じた直流の制御入力信号Ｖｃｔｌが上記ＰＷＭ調光駆動回路部４０１に入力される。このとき、オペアンプ４０７からは、制御入力信号Ｖｃｔｌの直流電圧レベルに応じた信号ｃがコンパレータ４０８へ出力され、該コンパレータ４０８において上記信号ｃと上記三角波信号ａとが比較される（図５（ｃ）参照）。
【０００９】
コンパレータ４０８からは、信号ｃのレベルに対応した信号ｄがＮＡＮＤゲート４０９へ出力され（図５（ｄ）参照）、該ＮＡＮＤゲート４０９からは、上記デッドタイム信号ｂによって点灯期間に制限が加えられた信号ｅがインバータ部４０２へ出力される（図５（ｅ）参照）。これにより、インバータ部４０２は、例えば制御入力信号ＶｃｔｌがＬのときは１周期の期間中における時間ｔ２から時間ｔｆの期間だけ発振し、制御入力信号ＶｃｔｌがＨのときは時間ｔ１から時間ｔｆの期間だけ発振する（図５（ｆ）参照）。即ち、アナログ量の制御入力信号Ｖｃｔｌのレベルを変化させることによってインバータ部４０２の発振期間が変化し、この結果、蛍光管４０４の点灯期間と消灯期間との時間比率が変化して調光が行われる。
【００１０】
また、ＰＷＭ調光駆動回路部４０１は、図６のようにも構成できる。かかる回路は、ＰＮＰトランジスタ６０１のコレクタ側にＤＣ入力ラインを接続し、エミッタ−ベース間には調光信号を反映した波形が、２つの抵抗６０２、６０３によって分圧された電圧値で入力される。この電圧のＯＮ／ＯＦＦによってＰＮＰトランジスタ６０１が切替え動作を起こし、ひいてはスイッチング回路へのＯＮ／ＯＦＦの動作切替えを制御するように動作するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなＰＷＭ調光方式による蛍光管点灯装置では、鳴り音が発生する。かかる鳴り音は、インバータ部４０２に含まれるチョークコイル４１０及びトランス４１１から発生する。その原因は、蛍光管に流れる管電流の急激な増加と点灯直前に瞬間的に流れる励磁電流により、蛍光管が消灯状態から点灯状態に変わるときに発生する磁歪等によるものと考えられる。
【００１２】
即ち、点灯始動時には、蛍光管に絶縁破壊を引き起こさせるために通常の２倍近い電圧が印加される。このため、トランス回路２次側のこの影響を受けて回路１次側にも始動時に一時的に通常時よりも高い電圧がかかる。これにより、調光信号の立ち上がりの際はランプが始動し、その周波数に同調した励磁電流が流れ所謂ヒゲ電圧が発生する。この時、トランスの内部の部材（スペーサー等）もこの周波数で振動するため鳴り音が発生することとなる。
【００１３】
尚、このヒゲ電圧の値が高くなれば鳴り音も大きくなる。また、蛍光管を複数用いた所謂多灯式の場合は、高圧トランスが多数含まれることとなり鳴り音も大きくなる。
【００１４】
このような鳴り音は、使用者に不快感を与えるものである。従って、極力その発生を抑制することが望ましい。上記公報で開示されている発明では、ＰＷＭ調光の周波数を低くすることで、この問題の解決を図っている。しかしながら、その場合は、フリッカが増加するという問題が生じ、鳴り音の問題とフリッカの問題の両方を同時に考慮しなければならないという複雑さが生じる。
【００１５】
本発明は、かかる課題に鑑み、鳴り音を効果的に抑制した蛍光管点灯装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を講じた。
【００１７】
即ち、本発明にかかる蛍光管点灯装置は、蛍光管と、少なくとも昇圧手段と共振手段とスイッチング手段とを含むインバータ手段と、を具備し、このインバータ手段にＰＷＭ信号を入力することにより調光を制御する蛍光管点灯装置において、前記インバータ手段に与えるＰＷＭ信号の少なくとも立ち上がり時間を規制する調光手段を設けたものである。そして、このＰＷＭ信号の立ち上がり時間は１０から１００μ秒程度が好ましい。
【００１８】
かかる構成により、蛍光管点灯装置において発生する鳴り音を効果的に抑制することができる。
【００１９】
また、前記調光手段は、更にＰＷＭ信号の立ち下がり時間を規制することが好ましい。
【００２０】
これにより、蛍光管点灯装置において発生する鳴り音を効果的に抑制すると共に、安定した蛍光管の点灯を図ることができる。
【００２１】
尚、本発明では、前記調光手段でのＰＷＭ信号の立ち上がり時間、および／または、立ち下がり時間を抵抗とコンデンサの時定数で規制する構成とした。
【００２２】
このような構成により、ＰＷＭ信号の立ち上がり時間、立ち下がり時間を容易に調整できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
ＰＷＭ方式を用いた蛍光管点灯装置において鳴り音が発生する原因は、上述のように点灯時に瞬間的に流れる励磁電流である。従って、この励磁電流を抑制することが鳴り音の発生を抑制することにつながる。
【００２４】
ここで、点灯時に励磁電流が流れる要因を検討すると、点灯を制御しているＰＷＭ信号波形の立ち上がり時間が急峻であることが大きく関わっていると考えられる。そこで、本願発明では、この励磁電流を抑制するために、調光を制御するＰＷＭ信号の波形の立ち上がり時間を規制する手段を講じた。尚、この際、立ち下がり時間も遅延することとなり、立下り時に不安定な点灯状態となる虞がある。そのため、立ち下がり時間の規制も同時に行うようにした。
【００２５】
以下、本願発明にかかる蛍光管点灯装置を液晶表示装置用のバックライトに適用した場合を例として、その実施形態を説明する。
【００２６】
本発明にかかる蛍光管点灯装置のブロック図を図１に示す。
【００２７】
図１において、１０１は蛍光管、１０２は昇圧回路、１０３は共振回路、１０４はスイッチング回路、１０５は帰還回路、１０６は平滑化回路、１０７は電源入力、１０８は調光回路、１０９は調光を制御するＰＷＭ信号である。
【００２８】
電源入力１０７からのＤＣ入力は、キャパシタ等により構成される平滑化回路１０６によってノイズが除去される。かかる電源電圧は共振回路１０３に印加される。定電圧を印加された共振回路１０３では、内在するインダクタ、キャパシタ及びトランス１次側のコイル巻線によって共振電圧波形を発生させる。この共振波形は、昇圧回路１０２に入力される。昇圧回路１０２では、昇圧トランスの２次側巻線で数百ＫＶから数ＫＶ程度の高電圧に昇圧される。この高電圧によって蛍光管１０１が絶縁破壊を引き起こし放電状態となり、内在する蛍光体を発光させる。
【００２９】
一方、共振回路１０３で発生させた共振波形は、トランスの３次巻線によって負電圧としてスイッチング回路１０５に帰還し、スイッチング回路１０４に内在する２つのトランジスタを交互に動作させることで共振回路を継続動作させることができる。
【００３０】
調光回路１０８は、このスイッチング回路１０４に対し動作させるか否かの判定波形を送ることで、蛍光灯の点灯／消灯を制御し、ひいては明るさを制御することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の特徴となる調光回路１０８について詳述する。
【００３２】
図２は、調光回路１０８の回路図である。図中の矢印は、調光信号のＯＮ／ＯＦＦ時の各々に対する電流の流れを示したものである。また、図中の波形２０１は、調光回路１０８への入力調光信号波形であり、波形２０２は、調光回路１０８からの出力調光信号波形である。
【００３３】
先ず、入力調光信号がＯＦＦ（１３．６Ｖ）の時は、電源電圧であるＶｉｎ（１３．６Ｖ）との間に電圧差が無いのでトランジスタＴｒはＯＦＦとなりトランジスタＴｒのエミッタ・コレクタ間に電流は流れない。この時、コンデンサＣ３には、電源電圧である１３．６Ｖラインによって電荷が蓄積される。
【００３４】
次に、入力調光信号２０１がＯＮ（０Ｖ）になると、電源電圧であるＶｉｎ（１３．６Ｖ）との間に電圧差が生じる。即ち、トランジスタＴｒのベース端には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧された電圧が印加され、トランジスタＴｒはＯＮ状態となる。これにより、ベース・エミッタ間に約０．６Ｖの電圧差が生じ、トランジスタＴｒにコレクタ電流が流れる。
【００３５】
この時、トランジスタＴｒのエミッタ・コレクタ間電圧が１３．６Ｖから略０Ｖに立ち下がるのでコンデンサＣ３は放電を始める（この時、出力調光信号２０２は逆に立ち上がり方向に遷移する）。この放電期間の分だけトランジスタＴｒの立ち下がり時間が緩和される。よって、出力調光信号２０２の立ち上がり時間が緩和されることになる。
【００３６】
また、この出力調光信号２０２の立ち下がり時間を制御するため、抵抗Ｒ３を設けている。コンデンサＣ２は、入力調光信号２０１がＯＦＦの時もＯＮの時も１３．６Ｖラインに印加され続けているので放電され難い。このため、調光回路から出力される電圧波形の立ち下がりの遅延が著しくなる。そこで、コンデンサＣ２の電荷を早く放電させるためＣ２と並列に抵抗Ｒ３設けている。この抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２の時定数を制御することで調光出力信号波形２０２の立ち下がり時間を調整することができる。
【００３７】
以上の実施形態における、実験結果を図３に示す。
【００３８】
図３（ａ）は、従来技術によるものであり、同図（ｂ）は、本願発明によるものである。同図（ａ）、（ｂ）において、上段の波形は、調光を制御するＰＷＭ信号の波形であり、下段の波形は、電圧波形である。また、同図（ｃ）は、同図（ｂ）上段のＰＷＭ波形の様子を模式的に拡大したものである。
【００３９】
同図（ａ）、（ｂ）を比較することにより、本願発明により電圧波形に生じているヒゲ電圧が抑制されていることが確認できる。
【００４０】
また、ＰＷＭ波形の立ち上がり時間と、ヒゲ電圧の抑制効果との関係を表１に示す。表１のマトリックスの上段はヒゲ電圧のレベルであり、中段は、従来技術によるヒゲ電圧レベル（５６．８Ｖ）を基準とした場合の抑制程度の比率をパーセントで示したものであり、下段は、ＰＷＭ波形の立ち上がり時間である。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１より、ＰＷＭ波形の立ち上がり時間の遅れに比例して、ヒゲ電圧レベルの抑制効果が大きくなっていることが理解できる。
【００４３】
ここで、このＰＷＭ波形の立ち上がり時間の遅れをどの程度にすれば最良となるかが問題であるが、この点に関しては、鳴り音が人間の聴覚に関わるものであり個人差が大きいこと等を考慮しなければならない。このような点を考慮した複数の被験者に対する官能実験等の結果から、ＰＷＭ波形の立ち上がり時間の遅れは１０から１００μ秒程度が好ましいと考える。
【００４４】
尚、上述のように、鳴り音に対する感覚は個人差が大きいため、本願発明のＰＷＭ波形の立ち下がり時間及び立ち上がり時間は、容易に調整できることが好ましい。この点に関し、本願発明では、その立ち下がり時間及び立ち上がり時間は、抵抗とコンデンサによる時定数で決定されるため、抵抗、コンデンサの値を可変できるようにすることで容易に対応することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＰＷＭ調光方式による蛍光管点灯装置で生じる鳴り音を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蛍光管点灯装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る調光回路の回路図である。
【図３】本発明に係るＰＷＭ波形と電圧ノイズの実験データである。
【図４】従来の蛍光管点灯装置の回路図である。
【図５】従来の蛍光管点灯装置の各部の波形図である。
【図６】従来の調光回路の回路図である。
【符号の説明】
１０１・・・蛍光管、１０２・・・昇圧回路、１０３・・・共振回路、１０４・・・スイッチング回路、１０５・・・帰還回路、１０６・・・平滑化回路、１０７・・・ＤＣ入力、１０８・・・調光回路、１０９・・・ＰＷＭ入力、２０１・・・入力ＰＷＭ波形、２０２・・・出力ＰＷＭ波形、４０１・・・ＰＷＭ調光駆動回路部、４０２・・・インバータ部、４０３・・・インバータ部４０２の電源、４０４・・・蛍光管４０５・・・三角波発振回路、４０６・・・波形設定部、４０７・・・オペアンプ、４０８・・・コンパレータ、４０９・・・ＮＡＮＤゲート、４１０・・・チョークコイル、４１１・・・トランス、６０１・・・トランジスタ、６０２，６０３・・・抵抗

Claims

蛍光管と、少なくとも昇圧手段と共振手段とスイッチング手段とを含むインバータ手段と、を具備し、このインバータ手段にＰＷＭ信号を入力することにより調光を制御する蛍光管点灯装置において、
前記インバータ手段に与えるＰＷＭ信号の少なくとも立ち上がり時間を規制する調光手段を設けたことを特徴とする蛍光管点灯装置。
請求項１記載の蛍光管点灯装置において、
前記調光手段で規制されたＰＷＭ信号の立ち上がり時間は、１０から１００μ秒程度に規制したことを特徴とする蛍光管点灯装置。
請求項１または請求項２記載の蛍光管点灯装置において、
前記調光手段は、更にＰＷＭ信号の立ち下がり時間を規制することを特徴とする蛍光管点灯装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の蛍光管点灯装置において、
前記調光手段は、ＰＷＭ信号の立ち上がり時間、および／または、立ち下がり時間を抵抗とコンデンサの時定数で規制することを特徴とする蛍光管点灯装置。