JP2004265647A

JP2004265647A - 冷陰極管用インバータ

Info

Publication number: JP2004265647A
Application number: JP2003052575A
Authority: JP
Inventors: Akira Mizutani; 彰水谷; Yasuhide Matsuo; 泰秀松尾; Kiyonori Kuwabara; 清範桑原
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】ローパスフィルタのインダクタンスを小さくする、又はローパスフィルタを省略する、これに加え冷陰極管の発光効率も向上させる。
【解決手段】冷陰極管用インバータ１０は、一定周波数の矩形波電圧を出力する矩形波発振器８１と、矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧に含まれる少なくとも基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０とを備えたものである。矩形波電圧に含まれる基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０を用いることにより、従来ローパスフィルタで除去していた３次高調波を積極的に利用する。これにより、矩形波に近い波形を冷陰極管８４に印加することができる。したがって、ローパスフィルタを省略できるとともに、冷陰極管８４の発光効率も向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の共振現象を利用して交流電圧を変圧する圧電トランスを備えた冷陰極管用インバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電トランス（ソリッドフォーマ）は、圧電振動子の共振現象を利用することにより、低電圧を入力し高電圧を出力するようにしたものである（例えば下記特許文献１参照）。圧電トランスの特長は、電磁型トランスに比べて圧電振動子のエネルギ密度が高い点にある。そのため、小型化が可能であるので、液晶バックライトなどの冷陰極管を点灯するためのインバータに使われている。
【０００３】
図１０は従来の冷陰極管用インバータを示し、図１０［１］は構成を示す回路図、図１０［２］は出力電圧を示す波形図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
従来の冷陰極管用インバータ８０は、一定周波数の矩形波電圧を出力する矩形波発振器８１と、矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧に含まれる３次高調波以上の周波数成分を除去することにより正弦波電圧を出力するローパスフィルタ８２と、ローパスフィルタ８２から出力された正弦波電圧を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス９０とを備えたものである。ローパスフィルタ８２はインダクタ８３からなる。
【０００５】
矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧は、ローパスフィルタ８２で３次高調波以上の周波数成分が除去されて正弦波電圧となって、圧電トランス９０の一次電極９２，９３に印加される。この正弦波電圧は、圧電トランス９０で昇圧されて電圧Ｖｏ３となって二次電極９４から出力される。そして、電圧Ｖｏ３が冷陰極管８４に印加されることにより、冷陰極管８４が点灯する。
【０００６】
図１１は図１０における圧電トランスを示し、図１１［１］は斜視図、図１１［２］は側面図、図１１［３］は等価回路図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００７】
圧電トランス９０は、圧電振動体９１に一次電極９２，９３と二次電極９４とを設け、一次側を厚さ方向（矢印９５）に分極し、二次側を長さ方向（矢印９６）に分極するものである。一次電極９２，９３は、圧電振動体９１を挟んで対向している。圧電振動体９１は、長さＬ、幅Ｗ、厚さｔの板状（直方体状）である。圧電振動体９１の長さ方向において、一端からＬ／２までの幅方向に一次電極９２，９３が設けられ、他端の厚さ方向に二次電極９４が設けられている。一次側に長さ寸法で決まる固有共振周波数ｆｒの電圧を入力すると、逆圧電効果により強い機械振動を起こし、圧電効果によりその振動に見合った高い電圧Ｖｏ３が二次側から出力される。
【０００８】
圧電トランス９０の動作時の変位及び応力の分布は、図１１［２］のとおりである。圧電振動体９１を保持する箇所は節部分であり、λモードによる動作の場合は両端から長さの１／４の部分である。圧電トランス９０の共振周波数ｆｒ近傍における等価回路は、図１１［３］のように書くことができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３２１３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の冷陰極管用インバータ８０では、次の［１］，［２］のような問題があった。
【００１１】
［１］．矩形波発振器８１から出力される矩形波（又は方形波とも呼ばれる。）のフーリエ級数は、次式▲１▼で与えられる。
【００１２】
（４Ｖｐ／π）［ｓｉｎθ＋（１／３）ｓｉｎ３θ＋（１／５）ｓｉｎ５θ＋・・・＋｛１／（２ｎ＋１）｝ｓｉｎ（２ｎ＋１）θ＋・・・］ ▲１▼
【００１３】
この式▲１▼から明かなように、矩形波に含まれる基本波以外の高調波を除去するため、ローパスフィルタ８２のカットオフ周波数は一般に３次高調波に設定される。このように比較的低いカットオフ周波数にする必要があるので、ローパスフィルタ８２のインダクタンスは大きくしなければならない。ところが、大きいインダクタンスを有するインダクタ８３は、寸法が大きく、重く、かつ高価であるという問題があった。
【００１４】
［２］．冷陰極管８４は、正弦波電圧よりも矩形波電圧を印加した方が発光効率がよくなる。しかし、圧電トランス９０から矩形波電圧を出力することは、大きなノイズが発生する等の理由により実現が難しい。そのため、現状では冷陰極管８４に正弦波電圧を供給しているが、このことは冷陰極管８４の発光効率向上の妨げとなっていた。
【００１５】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくでき、ひいてはローパスフィルタを省略することもでき、これに加え、冷陰極管の発光効率も向上する、冷陰極管用インバータを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の冷陰極管用インバータは、矩形波電圧を出力する矩形波発振器と、矩形波発振器から出力された電圧を昇圧して冷陰極管に印加する圧電トランスと、を備えたものである。そして、この圧電トランスは、長さＬ、幅Ｗかつ厚さｔの板状の圧電振動体と、圧電振動体の長さ方向において一端面を基準にしてＬ／３の位置から２Ｌ／３の位置までの幅方向に、圧電振動体を挟んで対向するように設けられた一対の一次電極と、圧電振動体の長さ方向の一端面及び他端面に設けられた一対の二次電極とを有する。
【００１７】
このように、圧電振動体のＬ／３〜２Ｌ／３に一次電極を設け、圧電振動体の両端に二次電極を設けると、基本波と３次高調波との両方の波形を出力できる。その理由は、圧電振動体の一次電極で挟まれた部分では、基本波に対しても３次高調波に対しても、分極方向と応力方向とが一致するからである。なお、この圧電トランスを積層した構造の圧電トランスも、本発明に含まれる。
【００１８】
本発明で用いる圧電トランスは、矩形波電圧に含まれる基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管に印加する。つまり、従来ローパスフィルタで除去していた３次高調波を積極的に利用することにより、矩形波に近い波形を冷陰極管に印加することができるので、冷陰極管の発光効率が向上する。これに加え、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、従来の３次高調波に代えて５次高調波でよくなる。したがって、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくでき、ひいてはローパスフィルタを省略することもできる。なお、完全な矩形波電圧ではなく、矩形波に近い疑似矩形波電圧を冷陰極管に印加するので、大きなノイズが発生することもない。
【００１９】
請求項２記載の冷陰極管用インバータは、請求項１記載の冷陰極管用インバータにおいて、矩形波発振器と圧電トランスとの間に設けられ、矩形波発振器から出力された矩形波電圧に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去して圧電トランスへ出力するローパスフィルタを、更に備えたものである。
【００２０】
矩形波発振器から出力された矩形波電圧は、ローパスフィルタで５次高調波以上の周波数成分が除去されて疑似矩形波電圧となって、圧電トランスに印加される。この疑似矩形波電圧は、圧電トランスで昇圧されて冷陰極管に印加される。これにより、矩形波に近い疑似矩形波を冷陰極管に印加することができるので、冷陰極管の発光効率が向上する。また、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、従来技術では３次高調波に設定されているのに対して、本発明では５次高調波に設定されている。したがって、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくできる。また、圧電トランスには５次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないので、圧電トランスでの不要な電力消費がない。
【００２１】
請求項３記載の冷陰極管用インバータは、請求項１記載の冷陰極管用インバータにおいて、矩形波発振器が不連続矩形波電圧を出力するものである。この不連続矩形波電圧は、電位０と、この電位０よりも一定電圧だけ高い電位＋１と、電位０よりも一定電圧だけ低い電位−１とからなるとともに、一周期をＴとすると、ある時間０から時間Ｔ／２０までが電位０、時間Ｔ／２０から時間９Ｔ／２０までが電位＋１、時間９Ｔ／２０から時間１１Ｔ／２０までが電位０、時間１１Ｔ／２０から時間１９Ｔ／２０までが電位−１、時間１９Ｔ／２０から時間Ｔまでが電位０という構成を有する。
【００２２】
矩形波は、前述の式▲１▼から明らかなように、基本波＋３次高調波＋５次高調波＋・・・によって構成されている。そのため、矩形波では、５次高調波以上の成分が不要となる。なぜなら、本発明で用いる圧電トランスは、基本波＋３次高調波だけを必要とするからである。これに対し、本発明で用いる不連続矩形波は、図１２〜図１４で詳述するように、基本波＋３次高調波＋７次高調波＋・・・によって構成されている。そのため、この不連続矩形波では、５次高調波が始めからないので、７次高調波以上の成分が不要となる。したがって、この不連続矩形波を用いることにより、矩形波を用いる場合に比べて、ローパスフィルタのインダクタンスを更に小さくできる。
【００２３】
請求項４記載の冷陰極管用インバータは、請求項３記載の冷陰極管用インバータにおいて、矩形波発振器と圧電トランスとの間に設けられ、矩形波発振器から出力された不連続矩形波電圧に含まれる７次高調波以上の周波数成分を除去して圧電トランスへ出力するローパスフィルタを、更に備えたものである。
【００２４】
矩形波発振器から出力された不連続矩形波電圧は、ローパスフィルタで７次高調波以上の周波数成分が除去されて疑似矩形波電圧となって、圧電トランスに印加される。この疑似矩形波電圧は、圧電トランスで昇圧されて冷陰極管に印加される。これにより、矩形波に近い疑似矩形波を冷陰極管に印加することができるので、冷陰極管の発光効率が向上する。また、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、従来技術では３次高調波に設定されているのに対して、本発明では７次高調波に設定されている。したがって、ローパスフィルタのインダクタンスを極めて小さくできる。また、圧電トランスには７次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないので、圧電トランスでの不要な電力消費がない。
【００２５】
次に、言葉を換えて、本発明についてもう一度説明する。
【００２６】
本発明は、二周波を伝送できる圧電トランス及びその駆動波形に関する。従来、圧電トランスは単一周波数の正弦波を伝送するように設計されている。また、圧電トランスは、Ｑが高いため、周波数選択性が非常に高いトランスである。冷陰極管駆動用に使用されている圧電トランスは、この周波数選択性を利用することにより、正弦波電圧を冷陰極管に印加している。一方、冷陰極管の発光効率は、正弦波よりも矩形波を入力する方が高くなる。しかし、従来の圧電トランスでは、単一周波数の正弦波出力であったため、矩形波出力を実現できなかった。
【００２７】
そこで、矩形波の主要成分である基本波及び３次高調波の二つの周波数を伝送できる圧電トランスを提供するとともに、この二周波伝送圧電トランスに適した駆動波形を提供する。つまり、本発明で用いる圧電トランスは、前述した電極構造とすることにより、基本波＋３次高調波の二周波を伝送することができる。また、前述の不連続矩形波は、基本波及び３次高調波を含むが、５次高調波を含まない。そのため、本発明で用いる二周波伝送圧電トランスを、この不連続矩形波で駆動すると都合がよい。
【００２８】
本発明で用いる圧電トランスは、５次高調波によって無駄な電力を損失する。このとき、不連続矩形波を用いると、５次高調波成分がないので、圧電トランスの入力側にインダクタを接続することにより５次高調波成分を低減する必要がない。つまり、部品及びコストを低減することができる。また、７次以上の高調波成分は含有率が基本波の１／７以下と十分に少ないので、インダクタンスを挿入せずに済む。また、周波数が７倍となるため、仮にインダクタを挿入したとしても、小型のインダクタですむ。更に、基本波及び３次高調波を冷陰極管に入力することで、矩形波に近い波形を冷陰極管に入力することができる。したがって、冷陰極管の発光効率の向上を実現できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る冷陰極管用インバータの第一実施形態を示し、図１［１］は構成を示す回路図、図１［２］は出力電圧を示す波形図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１０と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３０】
本実施形態の冷陰極管用インバータ１０は、一定周波数の矩形波電圧を出力する矩形波発振器８１と、矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧に含まれる基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０とを備えたものである。
【００３１】
矩形波発振器８１は、例えば水晶振動子、発振回路、波形整形回路、増幅回路等からなる一般的なものである。圧電トランス２０の出力電圧Ｖｏ１は、基本波ａ及び３次高調波ｂを含む疑似矩形波ｃ１である。
【００３２】
矩形波電圧に含まれる基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０を用いることにより、従来ローパスフィルタで除去していた３次高調波を積極的に利用する。これにより、矩形波に近い波形を冷陰極管８４に印加することができる。したがって、ローパスフィルタを省略できるとともに、冷陰極管８４の発光効率も向上する。
【００３３】
図２は図１における圧電トランスを示し、図２［１］は斜視図、図２［２］は側面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３４】
圧電トランス２０は、長さＬ、幅Ｗかつ厚さｔの板状の圧電振動体２１と、圧電振動体２１の長さ方向において一端面を基準にしてＬ／３の位置から２Ｌ／３の位置までの幅方向に、圧電振動体２１を挟んで対向するように設けられた一対の一次電極２２，２３と、圧電振動体２１の長さ方向の一端面及び他端面に設けられた一対の二次電極２４，２５とを備えたものである。
【００３５】
図２［１］に示すように、圧電トランス２０は、圧電振動体２１に一次電極２２，２３と二次電極２４，２５とを設け、一次側を厚さ方向（矢印２６）に分極し、二次側を長さ方向（矢印２７，２８）に分極するものである。λ／２モードで動作するような共振周波数の矩形波電圧を圧電トランス２０に印加すると、図２［２］に示すように、基本波の応力分布がＡ、３次高調波の応力分布がＢとなる。応力分布Ａ，Ｂにおいて、山の部分が圧縮応力であり、谷の部分が引張応力である。なお、５次高調波以上の成分については、小さいか又は振動に寄与しないので、図示しない。
【００３６】
このように、圧電振動体２１のＬ／３〜２Ｌ／３に一次電極２２，２３を設け、圧電振動体２１の両端に二次電極２４，２５を設けると、基本波と３次高調波との両方の波形を出力できる。その理由は、後述するように、圧電振動体２１の一次電極２２，２３で挟まれた部分では、基本波に対しても３次高調波に対しても、分極方向（矢印２６）と応力方向（Ａ，Ｂ）とが一致するからである。
【００３７】
図３は比較例としての圧電トランスを示し、図３［１］は斜視図、図３［２］は側面図である。以下、図３に基づき説明する。
【００３８】
比較例の圧電トランス３０は、長さＬ、幅Ｗかつ厚さｔの板状の圧電振動体３１と、圧電振動体３１の長さ方向において一端面を基準にして０の位置から２Ｌ／３の位置までの幅方向に、圧電振動体３１を挟んで対向するように設けられた一対の一次電極３２，３３と、圧電振動体３１の長さ方向の他端面に設けられた二次電極３４とを備えたものである。図３［１］に示すように、圧電トランス３０は、圧電振動体３１に一次電極３２，３３と二次電極３４とを設け、一次側を厚さ方向（矢印３５）に分極し、二次側を長さ方向（矢印３６）に分極するものである。
【００３９】
ここで、図２の圧電トランス２０と同じように圧電トランス３０も３次高調波電圧で動作するとすれば、図３［２］に示すような応力分布Ｂを示すはずである。しかし、圧電振動体３１の一次電極３２，３３で挟まれた部分において、応力分布Ｂに山の部分（圧縮応力）と谷の部分（引張応力）との両方が存在することになる。つまり、分極の向き（矢印３５）及び応力の向き（Ｂ）の同じ部分と逆の部分とが存在する。圧電トランス３０は圧電振動子３１を利用しているため、分極方向に対して応力方向が逆であれば、逆の起電力を生ずる。ところが、圧電振動体３１の一次電極３２，３３と接する面は同電位である。したがって、変位によって生ずる電位は一次電極３２，３３によって同一になってしまうので、このモードでは圧電トランス３０は動作しないことになる。
【００４０】
このように、圧電トランス３０では、３次高調波電圧を印加しても、一次電極３２，３３下の圧電振動子３１において分極方向及び応力方向の同じ部分と逆の部分とが生じてしまうので、動作しない。これに対して、図２の圧電トランス２０では、３次高調波電圧を印加すると、一次電極２２，２３下の圧電振動子２１において分極方向及び応力方向が一致するので、動作することになる。一方、図１１の圧電トランス９０では、一次電極９２，９３の位置が２Ｌ／３よりも少しずれているので多少動作するものの、相殺される部分も多いために効率的ではない。なお、一次電極を０〜Ｌ／３に設けた圧電トランスは、３次高調波で動作するものの、基本波での動作の効率が悪くなる。
【００４１】
図４は本発明に係る冷陰極管用インバータの第二実施形態を示し、図４［１］は構成を示す回路図、図４［２］は出力電圧を示す波形図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図２と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の冷陰極管用インバータ４０は、一定周波数の矩形波電圧を出力する矩形波発振器８１と、矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去することにより基本波及び３次高調波からなる疑似矩形波電圧を出力するローパスフィルタ４１と、ローパスフィルタ４１から出力された疑似矩形波電圧を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０とを備えたものである。
【００４３】
ローパスフィルタ４１はインダクタ４１からなる。圧電トランス２０の出力電圧Ｖｏ２は、基本波ａ及び３次高調波ｂからなる疑似矩形波ｃ２である。疑似矩形波ｃ２のフーリエ級数は、矩形波電圧に含まれる５次高調波以上の周波数成分がローパスフィルタ４１によって除去されているので、次式▲２▼で与えられる。
【００４４】
（４Ｖｐ／π）［ｓｉｎθ＋（１／３）ｓｉｎ３θ］ ▲２▼
【００４５】
矩形波発振器８１から出力された矩形波電圧は、ローパスフィルタ４１で５次高調波以上の周波数成分が除去されて疑似矩形波電圧となって、圧電トランス２０に印加される。この疑似矩形波電圧は、圧電トランス２０で昇圧されて冷陰極管８４に印加される。これにより、矩形波に近い疑似矩形波を冷陰極管８４に印加することができるので、冷陰極管８４の発光効率が向上する。また、ローパスフィルタ４１のカットオフ周波数は、従来技術では３次高調波に設定されているのに対して、本実施形態では５次高調波に設定されている。したがって、ローパスフィルタ４１のインダクタンスを小さくできる。また、圧電トランス２０は、５次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないことにより、不要な電力消費がないので、例えば発熱等が抑えられる。
【００４６】
図５は本発明に係る冷陰極管用インバータの第三実施形態を示し、図５［１］は構成を示す回路図、図５［２］は矩形波発振器から出力される不連続矩形波電圧を示す波形図である。図６は、矩形波及び不連続矩形波の高調波成分を示すグラフである。以下、図５及び図６に基づき説明する。ただし、図５において図４と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
本実施形態の冷陰極管用インバータ５０は、一定周波数の不連続矩形波電圧Ｖｓを出力する矩形波発振器５３と、矩形波発振器５３から出力された不連続矩形波電圧Ｖｓに含まれる７次高調波以上の周波数成分を除去することにより基本波及び３次高調波からなる疑似矩形波電圧を出力するローパスフィルタ５１と、ローパスフィルタ５１から出力された疑似矩形波電圧を昇圧して冷陰極管８４に印加する圧電トランス２０とを備えている。ローパスフィルタ５１はインダクタ５２からなる。矩形波発振器５３は、不連続矩形波生成信号を出力する発振部（図７）と、この不連続矩形波生成信号に基づき不連続矩形波電圧を圧電トランス２０の一次電極２２，２３に印加する駆動部（図８）とを備えている。
【００４８】
ここで用いる不連続矩形波電圧Ｖｓは、電位０と、この電位０よりも一定電圧だけ高い電位Ｖｐと、電位０よりも一定電圧だけ低い電位−Ｖｐとからなり、一周期をＴとすると、ある時間０から時間Ｔ／２０までが電位０、時間Ｔ／２０から時間９Ｔ／２０までが電位Ｖｐ、時間９Ｔ／２０から時間１１Ｔ／２０までが電位０、時間１１Ｔ／２０から時間１９Ｔ／２０までが電位−Ｖｐ、時間１９Ｔ／２０から時間Ｔまでが電位０という構成を有する。
【００４９】
図６に示すように、矩形波は、基本波＋３次高調波＋５次高調波＋・・・によって構成されている。そのため、矩形波では、５次高調波以上の成分が不要である。なぜなら、圧電トランス２０は、基本波＋３次高調波だけを必要とするからである。これに対し、本実施形態で用いる不連続矩形波は、図１２〜図１４で詳述するように、基本波＋３次高調波＋７次高調波＋・・・によって構成されている。そのため、不連続矩形波では、５次高調波が始めからないので、７次高調波以上の成分が不要となる。したがって、不連続矩形波に含まれる基本波及び３次高調波以外の高調波を除去するため、ローパスフィルタ５１のカットオフ周波数は７次高調波に設定すればよい。このように高いカットオフ周波数に設定できるので、ローパスフィルタ５１のインダクタンスは小さくてよい。そのため、インダクタ５２として、小さく、軽く、かつ安価なものを使用できる。場合によっては、ローパスフィルタ５１自体を省略してもよい。
【００５０】
次に、冷陰極管用インバータ５０の動作を説明する。矩形波発振器５３から出力された不連続矩形波電圧Ｖｓは、ローパスフィルタ５１で７次高調波以上の周波数成分が除去されて疑似矩形波電圧となって、圧電トランス２０に印加される。この疑似矩形波電圧は、圧電トランス２０で昇圧されて冷陰極管８４に印加される。これにより、矩形波に近い疑似矩形波を冷陰極管８４に印加することができるので、冷陰極管８４の発光効率が向上する。これに加え、ローパスフィルタ５１のカットオフ周波数は、従来技術では３次高調波、第一実施形態では５次高調波に設定されているのに対して、本実施形態では７次高調波に設定されている。したがって、ローパスフィルタ５１のインダクタンスを極めて小さくできる。また、圧電トランス２０には７次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないので、圧電トランス２０での不要な電力消費がない。
【００５１】
図７は、図５の矩形波発振器における発振部の一例を示す回路図である。図８は、図５の矩形波発振器における駆動部の一例を示す回路図である。図９は、図５の矩形波発振器の動作を示すタイミングチャートである。以下、図７乃至図９に基づき説明する。
【００５２】
図７に示すように、発振部６０は、リングカウンタ６１及びＲＳ−ＦＦ（フリップフロップ）６２，６３等からなり、図示しない発振回路からクロックパルスＣＰを入力して不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−を出力する。リングカウンタ６１は、クロックパルスＣＰを入力する入力端子ＣＬＫと、クロックパルスＣＰを入力するごとに順繰りにＨレベル信号を出力する１０個の出力端子Ｑ１〜Ｑ１０とを有する。ＲＳ−ＦＦ６２は、出力端子Ｑ２に接続されたセット用入力端子Ｓａと、出力端子Ｑ６に接続されたリセット用入力端子Ｒａと、不連続矩形波生成信号Ｖ＋を出力する出力端子Ｑａとを有する。ＲＳ−ＦＦ６３は、出力端子Ｑ７に接続されたセット用入力端子Ｓｂと、出力端子Ｑ１に接続されたリセット用入力端子Ｒｂと、不連続矩形波生成信号Ｖ−を出力する出力端子Ｑｂとを有する。
【００５３】
次に、図７及び図９に基づき、発振部６０の動作を説明する。リングカウンタ６１及びＲＳ−ＦＦ６２，６３は、ポジティブエッジ動作をする。まず、リングカウンタ６１では、クロックパルスＣＰを連続的に入力端子ＣＬＫから入力すると、出力端子Ｑ１〜Ｑ１０から順繰りにＨレベル信号を出力する。ＲＳ−ＦＦ６２は、出力端子Ｑ２からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ６からＨレベル信号が出力されるまでの間、Ｈレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ＋を出力する。ＲＳ−ＦＦ６３は、出力端子Ｑ７からＨレベル信号が出力されてから、出力端子Ｑ１からＨレベル信号が出力されるまでの間、Ｈレベルの不連続矩形波生成信号Ｖ−を出力する。
【００５４】
また、図８に示すように、駆動部７０は、ＰチャネルパワーＭＯＳのトランジスタ７１，７２及びＮチャネルパワーＭＯＳのトランジスタ７３，７４のいわゆるＨ型ブリッジ回路からなり、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−に基づき不連続矩形波電圧Ｖｓを圧電トランス２０の一次電極２２，２３に印加する。駆動部７０と圧電トランス２０との間には、インダクタ５２からなるローパスフィルタ５１が介挿されている。圧電トランス２０の出力側には冷陰極管８４が接続されている。
【００５５】
トランジスタ７１，７３のゲートには不連続矩形波生成信号Ｖ＋が印加され、トランジスタ７２，７４のゲートには不連続矩形波生成信号Ｖ−が印加される。そのため、不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＨレベルのときはトランジスタ７１がオフかつトランジスタ７３がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＬレベルのときはトランジスタ７１がオンかつトランジスタ７３がオフとなる。同様に、不連続矩形波生成信号Ｖ−がＨレベルのときはトランジスタ７２がオフかつトランジスタ７４がオンとなり、逆に不連続矩形波生成信号Ｖ−がＬレベルのときはトランジスタ７２がオンかつトランジスタ７４がオフとなる。
【００５６】
そのため、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−がともにＬレベルのときは、トランジスタ７３，７４がともにオフとなるので、一次電極２２，２３に印加される電圧は０となる。不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＨレベルかつ不連続矩形波生成信号Ｖ−がＬレベルのときは、トランジスタ７２，７３がオンかつトランジスタ７１，７４がオフとなるので、一次電極２２，２３に印加される電圧はＶｐとなる。逆に、不連続矩形波生成信号Ｖ＋がＬレベルかつ不連続矩形波生成信号Ｖ−がＨレベルのときは、トランジスタ７２，７３がオフかつトランジスタ７１，７４がオンとなるので、一次電極２２，２３に印加される電圧は−Ｖｐとなる。したがって、不連続矩形波生成信号Ｖ＋，Ｖ−に基づき一次電極２２，２３に印加される電圧は、図９に示すような不連続矩形波電圧Ｖｓになる。
【００５７】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、圧電振動子は、単板ではなく、積層板としてもよい。ローパスフィルタは、インダクタの他に、コンデンサや抵抗器も有するものとしてもよい。また、発明の名称を便宜上「冷陰極管用」としたが、これに本発明を限定するものではなく、冷陰極管に代えて同じ効果が得られる機器（例えば放電管）とした場合も本発明に含まれるものとする。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る冷陰極管用インバータによれば、矩形波電圧に含まれる基本波及び３次高調波を昇圧して冷陰極管に印加する圧電トランスを用いることにより、従来ローパスフィルタで除去していた３次高調波を積極的に利用することができるので、矩形波に近い波形を冷陰極管に印加することができる。したがって、ローパスフィルタのインダクタンスを小さくでき、ひいてはローパスフィルタを省略することもでき、これに加え、冷陰極管の発光効率も向上できる。また、本発明に係る冷陰極管用インバータによれば、各請求項毎に次の効果も奏する。
【００５９】
請求項２記載の冷陰極管用インバータによれば、矩形波電圧に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去するローパスフィルタを備えたことにより、圧電トランスには５次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないので、圧電トランスでの不要な電力消費を防ぐことができる。
【００６０】
請求項３記載の冷陰極管用インバータによれば、基本波＋３次高調波＋７次高調波＋・・・からなる不連続矩形波を用いることにより、７次高調波以上の成分を除去すればよいので、５次高調波を含む矩形波を用いる場合に比べて、ローパスフィルタのインダクタンスを更に小さくできる。また、７次高調波以上の成分は極めて少ないので、ローパスフィルタを省略することも容易に実現できる。
【００６１】
請求項４記載の冷陰極管用インバータによれば、不連続矩形波電圧に含まれる７次高調波以上の周波数成分を除去するローパスフィルタを備えたことにより、圧電トランスには７次高調波以上の成分からなる電圧が印加されないので、圧電トランスでの不要な電力消費を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷陰極管用インバータの第一実施形態を示し、図１［１］は構成を示す回路図、図１［２］は出力電圧を示す波形図である。
【図２】図１における圧電トランスを示し、図２［１］は斜視図、図２［２］は側面図である。
【図３】比較例としての圧電トランスを示し、図３［１］は斜視図、図３［２］は側面図である。
【図４】本発明に係る冷陰極管用インバータの第二実施形態を示し、図４［１］は構成を示す回路図、図４［２］は出力電圧を示す波形図である。
【図５】本発明に係る冷陰極管用インバータの第三実施形態を示し、図５［１］は構成を示す回路図、図５［２］は矩形波発振器から出力される不連続矩形波電圧を示す波形図である。
【図６】矩形波及び不連続矩形波の高調波成分を示すグラフである。
【図７】図５の矩形波発振器における発振部の一例を示す回路図である。
【図８】図５の矩形波発振器における駆動部の一例を示す回路図である。
【図９】図５の矩形波発振器の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】従来の冷陰極管用インバータを示し、図１０［１］は構成を示す回路図、図１０［２］は出力電圧を示す波形図である。
【図１１】図１０における圧電トランスを示し、図１１［１］は斜視図、図１１［２］は側面図、図１１［３］は等価回路図である。
【図１２】本発明で用いる不連続矩形波のフーリエ級数を説明するための図表（その１）である。
【図１３】本発明で用いる不連続矩形波のフーリエ級数を説明するための図表（その２）である。
【図１４】本発明で用いる不連続矩形波のフーリエ級数を説明するための図表（その３）である。
【符号の説明】
１０，４０，５０冷陰極管用インバータ
２０圧電トランス
２１圧電振動体
２２，２３一次電極
２４，２５二次電極
４１，５１ローパスフィルタ
４２，５２インダクタ
５３，８１矩形波発振器

Claims

矩形波電圧を出力する矩形波発振器と、この矩形波発振器から出力された電圧を昇圧して冷陰極管に印加する圧電トランスとを備えた冷陰極管用インバータにおいて、
前記圧電トランスは、
長さＬ、幅Ｗかつ厚さｔの板状の圧電振動体と、
この圧電振動体の長さ方向において一端面を基準にしてＬ／３の位置から２Ｌ／３の位置までの幅方向に、当該圧電振動体を挟んで対向するように設けられた一対の一次電極と、
前記圧電振動体の長さ方向の一端面及び他端面に設けられた一対の二次電極とを有する、
ことを特徴とする冷陰極管用インバータ。
前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された矩形波電圧に含まれる５次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを、
更に備えた請求項１記載の冷陰極管用インバータ。
前記矩形波発振器は不連続矩形波電圧を出力し、
この不連続矩形波電圧は、
電位０と、この電位０よりも一定電圧だけ高い電位＋１と、前記電位０よりも前記一定電圧だけ低い電位−１とからなるとともに、
一周期をＴとすると、ある時間０から時間Ｔ／２０までが前記電位０、時間Ｔ／２０から時間９Ｔ／２０までが前記電位＋１、時間９Ｔ／２０から時間１１Ｔ／２０までが前記電位０、時間１１Ｔ／２０から時間１９Ｔ／２０までが前記電位−１、時間１９Ｔ／２０から時間Ｔまでが前記電位０という構成を有する、
請求項１記載の冷陰極管用インバータ。
前記矩形波発振器と前記圧電トランスとの間に設けられ、当該矩形波発振器から出力された不連続矩形波電圧に含まれる７次高調波以上の周波数成分を除去して当該圧電トランスへ出力するローパスフィルタを、
更に備えた請求項３記載の冷陰極管用インバータ。