JP2005174909A

JP2005174909A - バックライトユニット

Info

Publication number: JP2005174909A
Application number: JP2004291776A
Authority: JP
Inventors: Eiji Abe; 英治阿部; Atsushi Heike; 敦平家; Tomohiro Mizoguchi; 智宏溝口
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2005-06-30
Also published as: TW200522796A; KR20050047485A

Abstract

【課題】多数本のＥＥＦＬランプを用いたバックライトユニットで、１本のランプの故障でも確実に検出してインバータの保護動作ができるようにする。
【解決手段】多数本のＥＥＦＬランプ１１を列設して同時点灯させるバックライトユニットにおいて、ＥＥＦＬランプ各々に近接した位置に各ＥＥＦＬランプの点灯、消灯を個別に検出する点灯センサー２２を設け、この点灯センサーによるいずれかのＥＥＦＬランプの消灯検出信号を受けて保護回路１０２を動作させ、インバータＩＮＶを停止させ、健全な他のＥＥＦＬランプを保護する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パーソナルコンピュータや液晶テレビなどに使用される液晶表示装置のバックライトとして用いるＥＥＦＬランプのバックライトユニットに関する。

図１３に液晶表示装置のバックライトユニットに通常使用する冷陰極放電ランプ１を示している。この冷陰極ランプ１は、ガラス管２の内面に蛍光体３を塗布し、またガラス管２内に放電媒体となるガス４を封入し、その放電空間の両端部に内部電極５，６を設け、ランプ１外に接続された通電線７，８に高電圧を加えて両電極５，６間で放電させ、発生した紫外線を蛍光体３に当てて蛍光を発光させるものである。

この冷陰極放電ランプ１の構造では、ランプ自体に容量を持っていないので、ランプ毎にインバータトランスが必要であり、バックライトユニットとして多数本の放電ランプ１を並列させて同時に点灯させようとすれば図１４に示すような構成の回路が必要であり、電源回路にコストがかかる問題点があった。

この図１４に示すバックライトユニットの回路構成について説明する。１０１は高周波駆動信号を生成して出力する駆動回路、１０２はフィードバック信号に対して駆動回路１０１を停止させるための保護回路である。そしてロイヤインバータである各インバータ回路ＰＷ−１〜ＰＷ−５は、図示した抵抗Ｒ１〜Ｒ８、インダクタＬ１、駆動用トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、発振用トランジスタＴＲ３，ＴＲ４、コンデンサＣ、ダイオードＤ１，Ｄ２、そしてインバータトランスＴ１から構成されている。またインバータトランスＴ１は、中点タップされた１次巻線ＣＷ１、２つの２次巻線ＣＷ２−１，ＣＷ−２、１つの３次巻線ＣＷ３から構成されている。各インバータ回路ＰＷ−１〜ＰＷ−５には、インバータトランスＴ１の２次巻線ＣＷ２−１，ＣＷ２−２それぞれに冷陰極放電ランプ１−１，１−２が接続され、放電点灯させる。

上述した従来の冷陰極放電ランプの問題点を解決するものとして、図１５に示す構造のＥＥＦＬランプ１１が開発され、バックライトユニットに利用されるようになっている。このＥＥＦＬランプ１１は、ガラス管１２の内部に電極を設けず、内面に発光体としての蛍光体１３の膜を形成し、放電空間に放電媒体として封入ガス１４を充填したガラス管１２の外面両端に電極１５，１６を設けた構造である。このＥＥＦＬランプ１１は、両外面電極１５，１６間に高電圧を加え、ガラス管１２をキャパシタンスバラストとして誘電体バリア放電させる蛍光ランプであり、容量結合なので並列点灯が容易であり、図１６に示す構成のバックライトユニットを構成することができ、バックライトユニットのコストダウンが可能である。例えば、１組の昇圧トランスで１０本以上のランプ１１を同時に点灯させることが可能である。

この図１６に示すバックライトユニットの回路構成について説明する。図１４と同様に、１０１は駆動回路、１０２は保護回路である。そして、ロイヤインバータであるインバータ回路ＩＮＶは、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、駆動用トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、発振用トランジスタＴＲ３，ＴＲ４、インバータトランスＴ１，Ｔ２、ダイオードＤ１〜Ｄ４から構成されている。そしてインバータトランスＴ１，Ｔ２それぞれは、１次巻線ＣＷ１１，ＣＷ２１、２次巻線ＣＷ１２，ＣＷ２２、３次巻線ＣＷ３１，ＣＷ３２で構成され、逆位相の出力を出す各２次巻線ＣＷ２１，ＣＷ２２の端子を並行するように多数配列されたＥＥＦＬランプ１１の両外面電極１５，１６それぞれに並列に接続している。ＦＢ−１，ＦＢ−２はフィードバック回路である。

図１６に示すバックライトユニットは、図１４に示すバックライトユニットに比べて構成が単純であり、コストダウンが見込まれるが、次のような問題点があった。

図１４に示した冷陰極放電ランプを使用したバックライトユニットでは、インバータトランスＴ１の出力毎に冷陰極放電ランプ１が接続され、それぞれにフィードバックＦＢがあり、もしいずれかのランプがオープン（破損）した場合、保護回路１０２が動作して駆動回路１０１を停止させることができる。各インバータトランスＴ１に接続されているランプ１の数が２本しかないので、容易にオープン検出が可能である。

ところが図１６に示したバックライトユニットでは、フィードバック回路ＦＢ−１，ＦＢ−２によってインバータトランスＴ１，Ｔ２の各端子電圧を監視し、保護回路１０２がランプ群への電流の変化を検出して保護動作を判定するものなので、例えば１組のインバータトランスＴ１，Ｔ２に対して１０本のＥＥＦＬランプ１１が接続されていれば、その中の１本のランプが破損した場合に故障を検出しにくい問題点があった。なぜなら、故障検出を１／１０の精度で検出する必要があり、２０本接続なら１／２０の精度で検出する必要があるが、ランプ電流のばらつきが±１０％ある場合、インバータＩＮＶがオープン（故障）検出できない可能性がある。実際に１本のランプをオープンさせて電流を検出した場合、５％以下の差しか検出できなかった。そのためＥＥＦＬランプ１１を使用したバックライトユニットを使用した場合、オープン（故障）検出するのが難しいのである。そしてもしランプ１１がオープン（故障）したのに、それが検出できなくてそのまま放置しておくと正常な残りの各ランプへのランプ電流が多くなり、ランプ寿命が短くなる可能性があり、さらに複数のランプが故障した場合には過電流、過電圧が発生し製品が故障してしまう可能性もある。
特開平１０−１９９６８４号公報

本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、複数本のＥＥＦＬランプを並列点灯させるバックライトユニットにあって、１本のＥＥＦＬランプの故障に対しても確実にその故障を検出し、電源回路を保護できるバックライトユニットを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数本のＥＥＦＬランプを列設して同時点灯させるバックライトユニットにおいて、前記複数本のＥＥＦＬランプ各々に近接した位置に配置され、各ＥＥＦＬランプの点灯、消灯を個別に検出する点灯センサーと、前記点灯センサーによるいずれかのＥＥＦＬランプの消灯検出信号を受けて全ＥＥＦＬランプを消灯制御する点灯回路とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１のバックライトユニットにおいて、前記点灯センサの信号は、増幅回路を介して前記点灯回路に入力させることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２のバックライトユニットにおいて、前記点灯センサーは、各ＥＥＦＬランプの点灯時にセンサー漏れ電流を検出するために各ＥＥＦＬランプに近接して配置されたパターンコイルであることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、複数本のＥＥＦＬランプを列設して同時に並列点灯させるバックライトユニットにおいて、前記複数本のＥＥＦＬランプ各々に近接した位置に配置され、各ＥＥＦＬランプからの漏れ電流を個別に検出する漏れ電流検出手段と、前記漏れ電流検出手段の検出する各ＥＥＦＬランプ毎の漏れ電流検出信号に対して電流−電圧変換する定数を各ＥＥＦＬ毎に個別に設定し、各ＥＥＦＬランプに対応する漏れ電流検出信号に対する出力電圧を均一にする平滑回路と、前記平滑回路から出力される電圧を所定値と比較し、所定値よりも低い電圧を示すものがある場合に前記ＥＥＦＬランプの消灯検出信号を出力する比較回路と、前記比較回路の出力する消灯検出信号を受けて全ランプを消灯制御する点灯回路とを備えたものである。

請求項５の発明は、請求項４のバックライトユニットにおいて、前記比較回路は、前記所定値として前記ＥＥＦＬランプの点灯初期の状態から１０〜３０％の値を設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、複数本のＥＥＦＬランプを並列点灯させるバックライトユニットにあって、１本のＥＥＦＬランプの故障に対しても確実にその故障を検出し、電源回路を保護できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明のバックライトユニットの１つの実施の形態の回路を示している。本実施の形態のバックライトユニットは、高周波駆動信号を生成して出力する駆動回路１０１、フィードバック回路ＦＢ−１，ＦＢ−２からのフィードバック信号とランプ点灯センサー群からの信号に基づいてインバータ回路ＩＮＶの故障を判断し、故障判断時に駆動回路１０１に保護指令を出力する保護回路１０２、そしてランプ故障検出回路１０３を備えている。

このランプ故障検出回路１０３は、平滑回路１０４、増幅回路１０５、比較回路１０６から成る。平滑回路１０４は各センサー２２からの信号各々を平滑して直流電圧信号にして増幅回路１０５に出力する。増幅回路１０５は平滑回路１０４で平滑された各センサー２２からの信号を増幅して比較回路１０６に出力する。比較回路１０６では、増幅回路１０５で増幅された各センサー２２からの電圧信号を所定の比較電圧と比較し、いずれかのセンサーからの検出信号が比較電圧よりも低い場合にはランプ故障発生信号を保護回路１０２に出力する。

インバータ回路ＩＮＶは、図１６に示した従来例の回路とほぼ同様であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ９、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、駆動用トランジスタＴＲ１，ＴＲ２、発振用トランジスタＴＲ３，ＴＲ４、ＥＥＦＬランプ１１群の両端子に対して互いに逆位相の高周波電圧を出力するインバータトランスＴ１，Ｔ２、ダイオードＤ１〜Ｄ４から構成されている。そしてインバータトランスＴ１，Ｔ２それぞれは、１次巻線ＣＷ１１，ＣＷ２１、２次巻線ＣＷ１２，ＣＷ２２、３次巻線ＣＷ３１，ＣＷ３２で構成され、逆位相の出力を出す各２次巻線ＣＷ２１，ＣＷ２２の端子を並行するように多数配列されたＥＥＦＬランプ１１の両外面電極１５，１６それぞれに並列に接続している。なお、またフィードバック回路ＦＢ−１，ＦＢ−２は上記抵抗Ｒ８，Ｒ９とダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されていて、インバータトランスＴ１，Ｔ２の２次側出力電圧を検出して保護回路１０２にフィードバックしている。

ＥＥＦＬランプ１１は図１５に示した構造のものであり、本実施の形態では１０本並列に配列されている。各ＥＥＦＬランプ１１には、インバータトランスＴ１，Ｔ２によってそれらの両端子に対して互いに逆位相の高周波電圧を同時に印加して点灯する。

図２〜図４は本実施の形態のバックライトユニットの機械的な構造を示している。このバックライトユニットは、フレーム５１に対して所定本数、ここでは１０本のＥＥＦＬランプ１１を並列に配置して収容し、両端の導電材のランプホルダー５２，５３にて各ＥＥＦＬランプ１１の両端の外部電極１５，１６を同時に固定、保持する構造である。フレーム５１の表側には拡散板を取り付け、これによってＥＥＦＬランプ群の光を拡散し、均一な明るさで液晶（図示せず）を背方から照明する。

フレーム５１の裏側にはインバータ基板５５が取り付けてある。このインバータ基板５５には駆動回路１０１、保護回路１０３、２台のインバータトランス５６、その他、図１に示した回路要素が取り付けてある。６１，６２は２台のインバータトランス５６それぞれの２次側と導電性のランプホルダー５２，５３それぞれとを接続するケーブルである。

またフレーム５１の内側底面の中央部をＥＥＦＬランプ１１の列と直交する方向にセンサー基板２１が取り付けてあり、このセンサー基板２１上に各ＥＥＦＬランプ１１に近接して漏れ電流をセンシングするための漏れ電流センサー２２が列設してある。

この漏れ電流センサー２２は図５に示すように、センサー基板２１上に直接銅箔でコイルを形成したものである。その漏れ電流検出機能は図６に示す通りである。すなわち、近接するＥＥＦＬランプ１１にランプ電流が流れた時、ＥＥＦＬランプ１１の外部電極１５，１６間に電流が流れる以外に浮遊容量Ｌｄにより漏れ電流Ｉｋが、ランプ１１からコイル状のセンサー２２、１００ｋΩ以上の抵抗２３を通ってＧＮＤであるバックライトフレーム５１に流れる。この漏れ電流の流れにより信号線２４には電圧信号が発生し、この電圧信号がランプ故障検出回路１０３の平滑回路１０４に出力される。ここで、ＥＥＦＬランプ１１とコイル状の漏れ電流センサー２２との距離は近いほどセンサー感度が良く、１０ｍｍ以下にするのが良い。

漏れ電流が一定である場合の、センサー基板２１に設けた抵抗２３の抵抗値と信号線２４の出力電圧との関係は図７に示してあり、高抵抗値であるほどに検出電圧も大きくとれるので、１００ｋΩ以上で製造上現実的な抵抗値に設定するのが好ましい。またランプ１１と漏れ電流センサー２２との距離と検出電圧信号との関係は図８に示してあり、距離が近いほど出力電圧値を大きくでき、１０ｍｍ以下で製造上現実的な距離に設定するのが好ましい。

図９（Ａ），（Ｂ）にはランプ・センサー間距離を３ｍｍにした場合の、漏れ電流があるときとないときとでの出力電圧を測定した結果を示してある。ランプ１１の長さは４００ｍｍ、外径はφ２．６ｍｍ、内径はφ２．０ｍｍ、センサー２２の直径はφ７ｍｍであり、抵抗２３は１００ｋΩであった。また、ランプ故障検出回路１０３での信号増幅率は１０倍であった。この場合、漏れ電流が途切れた場合にはセンサー２２の出力電圧は２０％程度低下するので、１本のランプ１１の故障でも確実にその故障を検出できる。

次に、上記構成のバックライトユニットの動作を説明する。図５に示した漏れ電流センサー２２各々は各ＥＥＦＬランプ１１の点灯時に各ランプからの漏れ電流に対して、図６に示した原理によって電流検出の電圧信号を信号線２４からランプ故障検出回路１０３の平滑回路１０４に出力する。

この平滑回路１０４は各センサー２２からの信号各々を平滑して増幅回路１０５に出力する。増幅回路１０３は平滑回路１０４で平滑された各センサー２２からの電圧信号を増幅して比較回路１０６に出力する。比較回路１０６では、増幅回路１０５で増幅された各センサー２２からの電圧信号を所定の比較電圧と比較し、いずれかのセンサーからの検出信号が比較電圧よりも低い場合には保護回路１０２に対する漏れ電流検出信号が出なくなる。

いまいずれかのＥＥＦＬランプ１１が故障その他の原因で不点灯となれば漏れ電流による磁界が発生しなくなるので、当該ＥＥＦＬランプ１１の漏れ電流をセンシングしているセンサー２２では漏れ電流の検出信号がなくなり、その結果、ランプ故障検出回路１０３から漏れ電流検出信号が保護回路１０２に出力されなくなる。

保護回路１０２は、いずれかのセンサー２２からの漏れ電流検出信号が途絶えると故障発生と判断し、駆動回路１０１に対して停止信号を出力し、駆動回路１０１はインバータ回路ＩＮＶを駆動停止し、全ＥＥＦＬランプを消灯する。

こうして、本実施の形態のバックライトユニットでは複数本のＥＥＦＬランプ１１を列設し、共通するインバータトランスによって全部のＥＥＦＬランプ１１の両端の外部電極１５，１６に同時に逆位相の高周波電圧を印加して放電点灯させるが、ＥＥＦＬランプ群の中の１本でも故障、破損等の原因で消灯すればそれを確実に検知してインバータ回路ＩＮＶを停止させることができ、残りの健全なＥＥＦＬランプ群に損傷を与えるのを確実に防止することができる。

次に、本発明の別の実施の形態のバックライトユニットについて、図１０〜図１２を用いて説明する。第２の実施の形態のバックライトユニットは、図１に示した第１の実施の形態に対して、平滑回路２０４をＥＥＦＬ１１毎に設け、また平滑回路２０４毎に比較回路２０６を設けたことを特徴とする。なお、図１０において、図１に示した第１の実施の形態の回路要素と共通するものには同一の符号を付して示してある。

製造上の個体差により漏れ電流値は同時に並列点灯される複数本のＥＥＦＬ１１毎に少しずつ異なる。またランプからの基板パターンの引回しやランプ設置状態が検出信号に影響する。このため、同時並列に点灯される複数本のＥＥＦＬ１１の不点灯を正確に検出するためには、各ＥＥＦＬ１１毎に個別にふさわしい定数を設定した平滑回路２０４及び比較回路２０６を設けることが好ましい。それ故に、第２の実施の形態のバックライトユニットは、図１０に示したように、個別にふさわしい定数を設定した平滑回路２０４をＥＥＦＬ１１毎に設け、また平滑回路２０４毎に比較回路２０６を設けた構成にしている。

この定数設定はＥＥＦＬ１１毎にチップ抵抗２１０によって行い、各ＥＥＦＬ１１の漏れ電流検出信号に対して電流−電圧変換で得られる電圧値が図１１に示す表１のようにほぼそろう設定にする。

これにより、本実施の形態のバックライトユニットでは次のような作用・効果を得ることができる。図１２の表２には平滑回路定数を全ＥＥＦＬ１１で一定にした場合の、各ＥＥＦＬ１１の漏れ電流検出信号に対して電流−電圧変換で得られる電圧値を示している。この表２では、上述した理由によりＥＥＦＬ１１毎に点灯状態での漏れ電流検出信号の電圧値に大きなばらつきがあり、最大５０％もの差がある。このような状態では、個体差が大きすぎるために、不点灯判定に理想値の１０％〜３０％の変化を設定することができない。これに対して、本実施の形態のように、各ＥＥＦＬ１１の漏れ電流検出信号に対して電流−電圧変換で得られる電圧値が図１１に示す表１のようにほぼそろう設定にすることにより、個別の比較回路２０６において所定値として漏れ電流検出信号の電圧値の１０％〜３０％に設定することで、個々のＥＥＦＬ１１の不点灯を正確に判定し、保護動作することができる。

本発明の１つの実施の形態のバックライトユニットの回路図。上記実施の形態のバックライトユニットの平面図。図２におけるＡ−Ａ′線の断面図。上記実施の形態のバックライトユニットの底面図。上記実施の形態における漏れ電流センサーとその取付基板の平面図。上記実施の形態における漏れ電流センサーの動作原理の説明図。上記実施の形態における漏れ電流センサー回路の出力電圧と漏れ電流検出抵抗の抵抗値との関係を示すグラフ。上記実施の形態における漏れ電流センサーとランプとの間の距離と漏れ電流センサーの出力する漏れ電流検出電圧との関係を示すグラフ。本図（Ａ），（Ｂ）それぞれは、上記実施の形態において、漏れ電流センサーとランプとの間の距離を３ｍｍとしたときのランプ点灯時、ランプ消灯時の漏れ電流センサーの出力電圧を示すグラフ。本発明の第２の実施の形態のバックライトユニットの回路図。上記実施の形態において各ＥＥＦＬ毎に定数設定した場合の漏れ電流検出信号の電圧値の表。各ＥＥＦＬ毎に定数設定しない場合の漏れ電流検出信号の電圧値の表。従来の冷陰極放電ランプの断面図。上記冷陰極放電ランプを用いた従来のバックライトユニットの回路図。従来のＥＥＦＬランプの正面図。上記ＥＥＦＬランプを用いた従来のバックライトユニットの回路図。

符号の説明

１１ＥＥＦＬランプ
２１センサー基板
２２漏れ電流センサー
２３抵抗
２４信号線
１０１駆動回路
１０２保護回路
１０３ランプ故障検出回路
１０４平滑回路
１０５増幅回路
１０６比較回路
２０４平滑回路
２０６比較回路
２１０チップ抵抗

Claims

複数本のＥＥＦＬランプを列設して同時に並列点灯させるバックライトユニットにおいて、
前記複数本のＥＥＦＬランプ各々に近接した位置に配置され、各ＥＥＦＬランプの点灯、消灯を個別に検出する点灯センサーと、
前記点灯センサーによるいずれかのＥＥＦＬランプの消灯検出信号を受けて全ＥＥＦＬランプを消灯制御する点灯回路とを備えたことを特徴とするバックライトユニット。
前記点灯センサーの信号は、増幅回路を介して前記点灯回路に入力させることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
前記点灯センサーは、各ＥＥＦＬランプの点灯時に発生する漏れ電流を検出するために各ＥＥＦＬランプに近接して配置されたパターンコイルであることを特徴とする請求項１又は２に記載のバックライトユニット。
複数本のＥＥＦＬランプを列設して同時に並列点灯させるバックライトユニットにおいて、
前記複数本のＥＥＦＬランプ各々に近接した位置に配置され、各ＥＥＦＬランプからの漏れ電流を個別に検出する漏れ電流検出手段と、
前記漏れ電流検出手段の検出する各ＥＥＦＬランプ毎の漏れ電流検出信号に対して電流−電圧変換する定数を各ＥＥＦＬ毎に個別に設定し、各ＥＥＦＬランプに対応する漏れ電流検出信号に対する出力電圧を均一にする平滑回路と、
前記平滑回路から出力される電圧を所定値と比較し、所定値よりも低い電圧を示すものがある場合に前記ＥＥＦＬランプの消灯検出信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の出力する消灯検出信号を受けて全ランプを消灯制御する点灯回路とを備えたバックライトユニット。
前記比較回路は、前記所定値として前記ＥＥＦＬランプの点灯初期の状態から１０〜３０％の値を設定したことを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。