JP2005203338A - 連続駆動照明ユニットにより形成される照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 連続駆動照明ユニットにより形成される照明装置を提供する。
【解決手段】 照明装置は、照明モジュールと、フィードバック制御回路と、DC−AC回路とを有する。照明モジュールは、第1及び第2照明ユニットと、第1、第2及び第3変換器とを有する。第1変換器の第1ポートの第1端部は第1照明ユニットに接続され、第1変換器の第1ポートの第2端部は第2照明ユニットに接続される。第2変換器は、第1照明ユニットの正の高電圧端部に接続され、第3変換器は第2照明ユニットの負の高電圧端部に接続される。DC−AC回路はDC電力を受信して、DC電力をAC電力に変換し、AC電力を照明モジュールに入力する。フィードバック制御回路は、照明モジュールを貫流する電流を制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は照明装置に関し、詳細には、連続駆動照明ユニットにより形成される照明装置に関する。
LCD(液晶ディスプレイ)の品質が改善され、コストが削減されると、LCDはディスプレイデバイス業界で、より一般的になる。LCDデバイスは、ノートブックコンピュータやその他のコンピュータシステムに使用されるようになって、コンピュータディスプレイにおいて著しく進歩し、従来のVGA(ビデオグラフィックスアレイ)標準からXGA(拡張グラフィックスアレイ)標準に進化した。今日では、ディスプレイ品質がCRT(ブラウン管)の品質より優れているLCDデバイスが、従来のCRTデバイスに取って代わろうとしている。
LCDデバイスは、独立して発光機能を果たすことはできないため、バックライト源に頼る必要があり、バックライト源及び関連要素は、直視型LCDデバイスには不可欠である。バックライト源の性能は、LCDデバイスのディスプレイ品質に著しく影響する。さらに、バックライト源は、LCDデバイスのコスト及び電力消費量に大きく影響する。
LCDの先行技術のバックライト源は、数個のランプにより実施される。したがって、これらのランプを駆動する方法または装置は、重要な技術である。図1を参照する。図1は、先行技術の照明装置を示す。照明装置8は、N個のランプ10及び2N個の変換器12及び14を備える。2N個の変換器12及び14は、各ランプ10の両端が変換器12及び14に接続されるようにN個のランプ10に接続される。ランプ10を一例として取り上げると、ランプ10の一方の端部は変換器12に接続され、他方の端部は変換器14に接続される。一般的に述べるなら、ランプ10は、高電圧により駆動され、この高電圧は、電源電圧よりはるかに高い。したがって、電源電圧がランプ10に印加されると、電圧は、より高い値にブーストされる。ランプ10の両端に接続された変換器12及び14は、電圧をブーストするために使用される。1個のランプ10は2個の変換器12及び14を必要とするため、N個のランプ10は2N個の変換器12及び14を必要とする。
図1に示す先行技術の照明装置は、大型LCD用の多数のランプを必要とし、その結果、システムに多数の変換器が必要になる。したがって、図1に示す大型のバックライトモジュールを備えるディスプレイシステムは、製造コストを増加させて不都合である。
図2を参照する。図2は、もう1つの先行技術の照明装置18を示す。照明装置18はN個のランプ20及びN個の変換器22を備える。図2に示すように、各ランプ20は変換器22により制御される。ランプ20の正の高電圧端部及び負の高電圧端部は、変換器により提供されるブーストされた高電圧がランプ20に印加されるように、それぞれ変換器22に接続される。第2の先行技術の例では、N個のランプ20はN個の変換器22のみを必要とするため、図1に示す第1の先行技術の例における欠点を回避し、製造コストは比較的安価になる。
照明装置18では、N個のランプ20の電流を制御するフィードバック制御回路が存在する場合、照明装置18はより安定する。フィードバック制御機構は、(1)通常、ランプの輝度は調節する必要があり、ランプの電流に関連付けられる。フィードバック制御機構は、フィードバック信号に応じてランプの電流を微細に増加または微細に減少させて、適切な輝度にすることができる、(2)フィードバック制御機構は回路を安定させる、といった様々な目的を果たす。電流に多少の歪がある場合、ランプの輝度は、フィードバックがなければ不安定になる。しかし、図2の状況では、変換器の両方の高電圧ポートは、ランプ20に接続され、これは、図1の状況、つまり、1個の高電圧ポートが接地接続される図1の変換器12及び14の場合とは異なり、その結果、照明装置にフィードバック制御機構を直接設けることはできない。したがって、第2の先行技術の例は、照明システムを安定させる機能を有し、明るさを正確に調節することができない。
第1の先行技術の例では、多数の変換器が製造コストを増加させる。第2の先行技術の例では、照明装置にフィードバック制御機構を設けることができないため、ランプを制御することが難しい。LCD技術の改善に関しては、LCDのコスト及び品質は重要な問題である。しかし、先行技術はこれらの2つの必要性を満たすことはできない。
したがって、請求された本発明の目的は、照明装置内の放電ランプを連続的に駆動する方法を提供して、上記の問題を解決することである。
特許請求の範囲に記載された本発明によると、連続的に駆動される複数の照明ユニットにより形成される照明装置は、照明モジュールを備える。照明モジュールは、第1照明ユニット及び第2照明ユニットを含む2個の照明ユニットと、第1変換器及び第2変換器を含む2個の変換器とを備える。第1変換器の第1ポートの第1端部は、第1照明ユニットの第1端部に接続され、第2変換器の第1ポートの第1端部は、第1照明ユニットの第2端部に接続され、第2変換器の第1ポートの第2端部は、第2照明ユニットの第1端部に接続される。
本発明の上記及びその他の目的は、当業者にとっては、様々な図形及び図面に示されている好ましい実施態様に関する以下の詳細な説明を読むと、確実に明白になるであろう。
図3を参照する。図3は、本発明による照明装置の第1実施態様を示す。照明装置は、N個の照明ユニット32、34及び36と、N+1個の変換器35、37及び39とを備える。すべての変換器35、37及び39は、2個のポート、つまり1個の入力ポート及び1個の出力ポートを有する。各ポートは、電圧信号を受信または出力する2個の端部を有する。入力ポートが低電圧のAC電力を受信すると、出力ポートは低電圧のAC電力を高電圧のAC電力に変換する。逆に、入力ポートが高電圧のAC電力を受信すると、出力ポートは高電圧のAC電力を低電圧のAC電力に変換する。本発明の照明ユニットは、放電ランプなどの様々な照明要素により実施することができる。図3では、N個の照明ユニット32、34及び36は、N+1個の変換器35、37及び39に直列接続され、各照明ユニットの正の高電圧端部及び負の高電圧端部は、それぞれ変換器35、37及び39に接続される。各々2個の照明ユニット32、34及び36は1個の変換器を共用する。本発明を詳細に説明すると、照明ユニット32の正の高電圧端部は最初の変換器35に接続され、照明ユニット32の負の高電圧端部は変換器37に接続される。特に、照明ユニット32の負の高電圧端部は、変換器37の高電圧ポートの一方の端部に接続され、照明ユニット34の負の高電圧端部は変換器37の高電圧ポートの他方の端部に接続される。つまり、照明ユニット32及び照明ユニット34は変換器37を共用し、変換器37に直列接続される。
上記のとおり、最初の変換器35の高電圧ポートの一方の端部は、照明ユニット32の正の高電圧端部に接続され、最初の変換器35の高電圧ポートの他方の端部は接地接続される。同様に、最後の変換器39の高電圧ポートの一方の端部は照明ユニット36の正の高電圧端部に接続され、最後の変換器39の高電圧ポートの他方の端部は接地接続される。照明ユニット32は照明装置の最初の照明ユニットであり、照明ユニット36は最後の照明ユニットである。第1実施態様では、最初の変換器35の高電圧ポートの一方の端部及び最後の変換器39の高電圧ポートの一方の端部は、共に接地接続される。したがって、両方の変換器は、一方の端部が高電圧ポートの接地端部に接続される。こうして、最初の変換器35または最後の変換器39をフィードバック制御回路に取り付けることができる。つまり、照明ユニットを通過する電流は、フィードバック回路によりサンプリングして、その結果、照明ユニット32及び36に対するフィードバック制御を実行することができる。N個の照明ユニットを備える照明装置では、照明ユニットを駆動するためにN+1個の変換器のみが必要である。フィードバック回路は、フィードバック制御をより正確にして安定させるために追加される。本発明は、低コスト及び高品質という2つの利点を達成する。フィードバックシステムの詳細は、図4に記載する。
図4を参照する。図4は、照明装置50を示す。照明装置50は、DC−AC回路52と、フィードバック制御回路58と、照明モジュール51とを備える。照明モジュール51は、変換器54及び照明ユニット56を備える。DC−AC回路52は、入力DC電力をAC電力に変換する。DC−AC回路52が行なうDC−AC変換は、たとえば、スイッチがオンの時に電流を伝達して、高電圧を出力することができる方法で行なうことができる。スイッチがオフの時、電流は伝達されず、低電圧を出力する。したがって、周期的にオン及びオフになるスイッチに供給されるDC電力は、周期的なパルスに変換される。周期パルスは、DC−AC回路52の出力AC電力である。DC電力をAC電力に変換する方法は、パルス幅変調(PWM)に関連して十分に公知の技術である。DC−AC回路52の出力AC電力は、照明モジュール51の変換器54内に入力され、変換器54によりブーストされた後に照明ユニット56に提供される。変換器54と照明ユニット56との接続を図4に示す。フィードバック制御を実施するには、フィードバック制御回路58により照明ユニットの電流をサンプリングする。フィードバック制御回路58は、照明モジュール51のフィードバック制御回路に接続された照明ユニットの電流を受信して、DC−AC回路52に送信される制御信号を出力する。DC−AC回路52は、制御信号に従って出力AC電力のタイプを変化させる。この場合、出力AC電力のタイプは、AC電力の期間、大きさなどを意味する。変換器54のブーストされたAC電力は、照明ユニットの輝度に影響する。したがって、1個の照明ユニットの輝度を変更する必要がある場合、当該照明ユニットを貫流する電流を調節しなければならない。DC−AC回路52、照明モジュール51及びフィードバック制御回路58は、照明ユニットを貫流する電流を感知して調節することにより、照明ユニットの輝度を制御するためのフィードバックループを形成する。
図5を参照する。図5は、本発明による照明装置の第2実施態様を示す。図5の照明装置は、N個の照明ユニットと、N−1個の電流平衡制御回路と、N+1個の変換器とを備える(Nは、1より大きい整数である)。図5は、照明ユニット62、64、66と、変換器65、67、69と、電流平衡制御回路70とを示す。図5のすべての変換器及び照明ユニットは、図3に示す変換器及び照明ユニットと同じだが、図5の変換器は別様に配置される。図5のN個の照明ユニットは、N−1個の電流平衡制御回路の各々が2個の照明ユニットとの接続部を有するように、N−1個の電流平衡制御回路により直列接続される。さらに、各電流平衡制御回路は変換器に接続される。たとえば、照明ユニット62の負の高電圧端部、及び照明ユニット64の正の高電圧端部は電流平衡制御回路70に接続される。さらに、電流平衡制御回路70は、変換器67の高電圧ポートの一方の端部にも接続される。変換器67の高電圧ポートの他方の端部は接地接続される。電流平衡制御回路は、電流平衡制御回路に接続された2個の照明ユニットを貫流する電流を平衡化するために使用される。通常の場合では、2個の直列接続照明ユニットを貫流する電流は平衡化するべきだが、現実の態様によっては、電流は2個の直列照明ユニットで異なり、その結果、2個の照明ユニットの輝度及び明るさが異なる。したがって、電流平衡制御回路は、2個の直列接続照明ユニットを貫流する電流を平衡化させる。
図5では、変換器65の高電圧ポートの一方の端部は、照明ユニット62の正の高電圧端部に接続され、変換器65の高電圧ポートの他方の端部は接地接続される。同様に、変換器69の高電圧ポートの一方の端部は、照明ユニット66の負の高電圧端部に接続され、変換器69の高電圧ポートの他方の端部は接地接続される。照明ユニット62は照明装置の最初の照明ユニットであり、照明ユニット66は照明装置の最後の照明ユニットである。第2の実施態様では、変換器65〜69の各高電圧ポートの一方の端部は接地接続される。したがって、各変換器は、フィードバック制御機構の実施を促進することができる。図4に示すフィードバック制御回路と同様、このフィードバック制御回路は、変換器の電流を感知し(変換器の電流は、ランプの電流の一定の割合を有する)、フィードバック制御信号を出力する。したがって、N個の照明ユニットを有する照明装置の場合、照明ユニットの制御を実施するのにN+1個の変換器のみが必要であり、各々の変換器はフィードバックシステムに含むことができる。
先行技術では、照明装置は多数の変換器を有するため、製造コストが増加する。先行技術による照明装置を実施するための別法による方法は、変換器の数を実質的に減少させるが、フィードバック制御機構を照明システム内に含むことができないため、照明ユニットを貫流する電流の制御及び平衡化が困難になる。本発明は、各々の照明ユニットを直列接続して変換器の数を減少させ、フィードバック制御回路を照明装置内に適用する方法を使用する。したがって、照明装置のハードウェア要素の量は、LCDのサイズが大きい場合、先行技術の場合に比べて少ない。各ランプ内を流れる電流、及び各ランプの輝度は、電流平衡化制御回路により平衡化される。本発明の照明装置は、先行技術では達成できない低コスト及び高品質という利点を有する。
当業者は、本発明の教示を維持しつつ、このデバイスの多くの変更及び変形が可能であることが容易に分かるであろう。したがって、上記の開示事項は、添付の特許請求の境界及び範囲によってのみ制限されると解釈するべきである。
先行技術の照明装置を示す。 もう1つの先行技術の照明装置を示す。 本発明による照明装置の第1実施態様を示す。 照明装置のブロック図を示す。 本発明による照明装置の第2実施態様を示す。
符号の説明
8 照明装置
10 ランプ
12 変換器
14 変換器
18 照明装置
20 ランプ
22 変換器
32 照明ユニット
34 照明ユニット
35 変換器
36 照明ユニット
37 変換器
39 変換器
50 照明装置
51 照明モジュール
52 DC−AC回路
54 変換器
56 照明ユニット
58 フィードバック制御回路
62 照明ユニット
64 照明ユニット
65 変換器
66 照明ユニット
67 変換器
69 変換器
70 電流平衡制御回路

Claims (14)

  1. 複数の直列駆動照明ユニットにより形成される照明装置であって、
    照明モジュールを備え、前記照明モジュールが、
    少なくとも2個の照明ユニットと、
    少なくとも2個の変換器と、
    を備え、
    前記少なくとも2個の変換器は、一方の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの一方の照明ユニットの第1端部に接続され、前記少なくとも2個の変換器の他方の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの前記一方の照明ユニットの第2端部に接続され、前記少なくとも2個の変換器の前記他方の変換器の第1ポートの第2端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの他方の照明ユニットの第1端部に接続される照明装置。
  2. 前記少なくとも2個の変換器の最初の変換器の第1ポートの第2端部が接地接続される請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記少なくとも2個の変換器の最後の変換器の第1ポートの第2端部が接地接続される請求項1に記載の照明装置。
  4. 前記照明モジュールの出力電流に応じて制御信号を出力するために、当該照明モジュールに接続されたフィードバック制御回路をさらに備える請求項1に記載の照明装置。
  5. 前記フィードバック制御回路が、前記照明モジュールの最後の照明ユニットに接続された変換器の第1ポートの第2端部に接続され、前記照明モジュールの最後の照明ユニットを貫流する電流に応じて制御信号を出力する請求項4に記載の照明装置。
  6. 前記フィードバック制御回路が、前記照明モジュールの最初の照明ユニットに接続された変換器の第1ポートの第2端部に接続される請求項4に記載の照明装置。
  7. 前記照明モジュール及び前記フィードバック制御回路に接続され、DC電力をAC電力に変換して、当該フィードバック制御回路が出力する制御信号に応じてAC電力を調節するDC−AC回路をさらに備える請求項4に記載の照明装置。
  8. 前記照明モジュールの各照明ユニットが放電ランプである請求項1に記載の照明装置。
  9. 複数の直列駆動照明ユニットにより形成される照明装置であって、
    照明モジュールを備え、前記照明モジュールが、
    少なくとも2個の照明ユニットと、
    少なくとも1個の電流平衡制御回路と、
    少なくとも2個の変換器と、
    を備え、
    当該電流平衡制御回路は、前記少なくとも2個の照明ユニットの一方の照明ユニットの陽極、及び前記少なくとも2個の照明ユニットの他方の照明ユニットの陰極が、前記少なくとも1個の電流平衡制御回路の一方の電流平衡制御回路に接続されて、前記少なくとも2個の照明ユニットを貫流する電流を平衡化させ、
    前記少なくとも2個の変換器は、一方の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの一方の照明ユニットの第1端部に接続され、前記少なくとも2個の変換器の他方の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの前記一方の照明ユニットの第2端部に接続され、前記少なくとも2個の変換器の前記他方の変換器の第1ポートの第2端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの他方の照明ユニットの第1端部に接続される照明装置。
  10. 前記少なくとも2個の変換器の最初の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの最初の照明ユニットの陽極に接続され、前記少なくとも2個の変換器の最後の変換器の第1ポートの第1端部が、前記少なくとも2個の照明ユニットの最後の照明ユニットの陰極に接続される請求項9に記載の照明装置。
  11. 前記少なくとも2個の変換器の各変換器の第1ポートの第2端部が接地接続される請求項9に照明装置。
  12. 前記照明モジュールに接続されたフィードバック制御回路をさらに備え、前記フィードバック制御回路が、当該照明モジュールの出力電流に応じて制御信号を出力する請求項9に記載の照明装置。
  13. 前記照明モジュール及び前記フィードバック制御回路に接続され、DC電力をAC電力に変換して、フィードバック制御回路が出力する制御信号に応じてAC電力を調節するDC−AC回路をさらに備える請求項12に記載の照明装置。
  14. 前記照明モジュールの各照明ユニットが放電ランプである請求項9に記載の照明装置。
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