JP2005310412A - 蛍光管駆動装置、バックライト装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、低温環境時でも蛍光管に安定した発振波形を供給し、また低温環境かつＰＷＭ調光駆動時においても蛍光管のフリッカを発生させることを防止できる蛍光管駆動装置、バックライト装置および液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 蛍光管４を駆動する蛍光管駆動装置であって、駆動周波数を形成する周波数制御回路３と、前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路１と、前記一次側回路１から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路２とを有し、前記駆動周波数を、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数とすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蛍光管を駆動するための蛍光管駆動装置および蛍光管駆動装置を用いたバックライト装置、液晶表示装置に関する。

現在、液晶モニターあるいは液晶テレビ等の設計においては、環境貢献度を向上させる目的等の理由により、低消費電力化という技術目標が必要とされている。特に、蛍光管等を点灯させるためのインバータ回路には全体の半分程度の大電力が必要とされることから、インバータ回路に関して低電力化をターゲットとした開発を進めることが必要である。このような観点から、インバータ回路の駆動方式の中でも、自励式と呼ばれる駆動方式より電力効率の良い設計が可能な他励式を採用する傾向にあった。

他励式が自励式より高電力効率を実現できる理由は以下の通りである。すなわち、蛍光管を含めたインバータ回路の高圧側回路部のインピーダンスにおける周波数依存性を最適化することによって実現が可能なわけである。

図７に蛍光管ＣＦＬを含めたインバータ回路を示し、図８にインバータ回路における二次側（高圧側）回路の出力特性を示す。図８からもわかるように、高圧側回路の出力特性は、周波数に対し極大点を有するという高圧かつ高周波回路の独特の性質を持つ。この極大点、つまりインピーダンスが最も高い点を一般的に共振点と呼び、電力効率的な観点からすると最も電力効率が高いポイントである。また、この時の周波数を共振周波数と呼び、共振周波数ｆoは以下の式で算出される。
ｆo＝１／２√（Ｌb×（Ｃo＋Ｃs））・・・（式１）
Ｌb：二次側にあるコイルのリーケージインダクタンス
Ｃo：トランス並列成分の寄生容量
Ｃs：蛍光管−近接導体間成分の寄生容量

従って、原理的には、高電力効率を得るための最善の方法は、この共振点を設計目標として周波数を最適化することである。しかし、実際は、共振周波数で駆動させると、蛍光管等の高圧部が断線(例えば蛍光管のコネクタ挿入をミスした状態)等の場合に二次側の回路が無負荷状態となり、その結果トランスの熱暴走による劣化及び破壊等を招きかねず、信頼性の面で非常に危険である。このような生産ミス時等の信頼性を確保するために、従来は共振点を含まないが共振点に極めて近い近傍の周波数領域を目標として駆動させることで高電力効率を実現していた。

しかしながら、このような共振点に近い周波数領域で点灯させる駆動方式では、低温始動時の管電流不安定発振や、低温始動時かつＰＷＭ調光駆動時における蛍光管のフリッカを誘発することが問題になる。その理由は以下の通りである。

＜低温始動時の管電流不安定発振＞
図８の二次側回路の出力特性において、駆動周波数ｆdは従来の高電力効率を目標とした共振周波数ｆoより若干低い値に設定したとする。そして、常温時の出力曲線Aと駆動周波数ｆdとの交点における曲線の傾きをLine Aとする。今、温度が常温から０℃に下がると出力曲線はBのように変動する。つまり、共振点の極大値及び共振周波数ｆoが上昇する。共振点の極大値が上昇する理由は蛍光管ＣＦＬのインピーダンスが向上するためであり、共振周波数ｆoが上昇する理由は図７の寄生容量Ｃoが蛍光管ＣＦＬのインピーダンス上昇に反して低下するためである（式１参照）。そして、出力曲線Bと駆動周波数ｆdとの交点における曲線の傾きをLine Bとする。

図８からわかるように、Line A に比べてLine Bは曲線上の傾きがより急峻になる。従って、低温時の場合は、駆動周波数ｆdのわずかな変動に対して、出力電圧Voutは敏感に反応し交流電圧波形の大きさが変動し、蛍光管ＣＦＬには図９に示す管電圧波形図のように不安定発振現象が発生することになる。

＜低温始動時かつＰＷＭ調光時の蛍光管フリッカ＞
図７に示すインバータ回路のトランス二次側の回路において、Ｃsは蛍光管と近接導体との間に発生する寄生容量である。この寄生容量Ｃsは、放電開始時と放電開始後で蛍光管のインピーダンスが異なることに起因して大きく変動する。従って、共振周波数ｆoも（式１）からわかるように変動することになり、ＰＷＭ調光の矩形波信号によってオンとオフを繰り返すことから、時系列に対して出力曲線にゆらぎが生じる。更に、出力曲線Bのように低温環境時で管電流が不安定発振していると、図１０に示すように、さらに出力電圧のゆらぎを助長することになり、フリッカ現象として視覚的に認識されることになる。

従って、他励式インバータ回路といえども、上記２点の問題点を克服するための周波数の最適化が要求されてきている。

例えば、蛍光管の駆動周波数を制御するための液晶バックライト装置として、蛍光管の駆動周波数を点灯初期は共振点より低めにとり、経時的に共振点に近接させる方向へ上げていくように変動させることで、昇圧回路として使用している圧電トランスの劣化及び破壊を防止する技術が提案されている（特許文献１）。
特開平１０−９４２６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、結局二次側回路のインピーダンスの周波数特性において、極大値手前のインピーダンス変化量の大きい周波数範囲を使用しているので、前述のような低温環境時における発振波形の安定性確保や、低温環境時かつＰＷＭ調光駆動時における蛍光管のフリッカの抑制が困難であるという問題を依然有していた。
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、低温環境時でも蛍光管に安定した発振波形を供給し、また低温環境かつＰＷＭ調光駆動時においても蛍光管のフリッカを発生させることを防止できる蛍光管駆動装置、バックライト装置および液晶表示装置を提供するものである。

本発明は、蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、駆動周波数を形成する周波数制御手段と、前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路とを有し、前記駆動周波数を、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数とすることを特徴とする。
本発明は、蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、駆動周波数を形成する周波数制御手段と、前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路と、周囲温度を測定する温度検知手段とを有し、前記駆動周波数を、前記温度検知手段により測定された周囲温度の上昇に応じて、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数から高周波側に変更することを特徴とする。
本発明は、蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、駆動周波数を形成する周波数制御手段と、前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路と、前記直流発振駆動の開始後の経過時間を計測するタイマー手段とを有し、前記駆動周波数を、前記タイマー手段により計測された経過時間に応じて、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数から高周波側に変更することを特徴とする。
前記駆動周波数は、前記一次側回路を構成する構成部材の有する定数から算出されることを特徴とする。
前記構成部材は、キャパシタ及びトランスの一次側巻線コイルからなることを特徴とする。
前記周波数制御手段で形成される前記駆動周波数ｆは、前記キャパシタの定数であるキャパシタンスＣと前記一次側巻線コイルの定数であるインダクタンスＬから、
ｆ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）〔Hz〕
の計算式に基づき算出されることを特徴とする。
本発明は、上記のいずれかに記載の蛍光管駆動装置と蛍光管とを備えたバックライト装置であることを特徴とする。
本発明は、前記バックライト装置と液晶パネルとを備えた液晶表示装置であることを特徴とする。

本発明によれば、低温環境時でも蛍光管に安定した発振波形を供給し、また低温環境かつＰＷＭ調光駆動時においても蛍光管のフリッカを発生させることを防止できる蛍光管駆動装置、バックライト装置および液晶表示装置を提供することができる。

次に、本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を、図１及び図２に基づいて説明する。
図１に、本発明の蛍光管駆動装置の構成を示す。一次側回路１は、図７に示すように、トランスの一次側巻線であるコイルＬ1と、それに直接に接続したキャパシタＣ1で構成され、この両端に所定の高周波（数十〜数百ｋＨｚ）電圧が入力されると、トランスの一次側と二次側の巻線から構成される電磁誘導手段によって二次側回路２に同様の周波数の高電圧波形を発生させる機能を有する。

二次側回路２は、高圧高周波の波形が入力されるので、仮想的な成分も含めて図７のように構成される。すなわち、トランスの二次側巻線であるコイルＬ2とトランスの漏れインダクタンスをバラストとして利用した漏れインダクタンスＬb、蛍光管から発生する寄生容量Ｃs、蛍光管に並列接続された補助容量Ｃo等から構成される。

周波数制御回路３は、一次側回路１に発振波形を伝達するための手段であり、一次側回路１の両端に交流電圧が印加されるように働き掛けるための回路である。通常はドライバＩＣやＦＥＴ等の部品から構成され、所定の発振波形を伝達している。

このような構成によって、周波数制御回路３から伝達された発振波形は一次側回路１に印加され、トランスの一次側及び二次側巻線を介して二次側回路２に昇圧供給されることにより、蛍光管４に高圧高周波電圧波形を印加させて蛍光管４の絶縁破壊が起こり発光する。

本発明は、二次側回路２に昇圧供給された発振波形の駆動周波数ｆdが、一次側回路１のキャパシタＣ1及びトランスの一次側巻線であるコイルＬ1の定数のみで決定される周波数及びその周辺を含む周波数領域であることを特徴とする。その技術的根拠を、二次側回路２の出力特性を示す図２により説明する。

前述したように、二次側回路２の出力特性は温度低下に対して、共振点付近では蛍光管４のインピーダンスが向上する。しかし、図２に示すように、周波数によっては温度低下に伴いインピーダンスが低下したり、全く変動しない点（点Ｄ）も存在する。そして、このインピーダンスが変動しない点Ｄの周波数は、以下の式で表される。
ｆ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）・・・（式２）
Ｃ：一次側回路のキャパシタンス
Ｌ：トランスの一次側巻線であるコイルのインダクタンス

（式２）におけるパラメーターの定数は、全て一次側回路１の定数に起因する値であることに大きな特徴がある。つまり、一次側回路１に発振波形を供給する周波数制御回路３の周波数を、一次側回路１が本来有している固有振動数に近づけることによって、一次側回路１はその発振周波数に共鳴し合うため強制的な発振が起こることが無くなるので一次側の発振周波数に変動が生じにくくなり、二次側回路２に安定した発振周波数を有する波形を供給することが可能となる。従って、一次側回路１の有する定数に基づいて算出された周波数により二次側が駆動されれば、二次側回路２の定数に関係無くその出力特性は温度により変動しないという特性を有することになる。よって、蛍光管４のインピーダンスを、温度にかかわらず一定値に保つことができるので、低温環境時であっても管電流に不安定発振が発生しにくく、低温環境時にＰＷＭ調光モードで動作させてもフリッカが起こりにくくなるという効果を奏する。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を、図３及び図４に基づいて説明する。
図３に、実施の形態２における蛍光管駆動装置の構成を示す。実施の形態２は、一次側回路１、二次側回路２、周波数制御回路３、蛍光管４は実施の形態１と同様の構成であり、温度センサ回路５を有することを特徴とする。温度センサ回路５は、蛍光管駆動装置周辺の温度を測定する。

実施の形態２においても、低温環境時において二次側回路２に昇圧供給される発振波形の駆動周波数ｆdは、実施の形態１と同様に、一次側回路１のキャパシタＣ1及びトランスの一次側巻線コイルであるＬ1の定数のみで決定される点Ｄの周波数及びその周辺を含む周波数領域である。実施の形態１と異なるのは、二次側回路２に昇圧供給された発振波形の駆動周波数ｆdを、温度センサ回路５で測定された温度の上昇に応じて、点Ｄの周波数から共振周波数ｆoの方向に変動するように制御するという点である。なお、周波数の変動は、徐々に変動させてもよいし、段階的に変動させてもよい。すなわち、蛍光管４の管電流の特に著しい不安定発振は、低温環境時でのみ発生し易いという限定的現象であり、また、他励式インバータ回路のメリットを活用するためには、前述の不安定発振やフリッカ現象が人間の見た目に現れなかったり、インバータ回路の信頼性が得られる限りは、高電力効率は可能な限り高い方が望ましい。従って、図３に示すように、温度センサ回路５を設けて周辺温度を検出し、検出温度に応じて周波数制御回路３で適当な周波数を決定して出力する構成としている。この構成により、図４に示すように、温度が低下している時は駆動周波数ｆdを点Ｄの方向に移動させ、温度が上昇している時は駆動周波数ｆdを共振点の方向に移動させることができるので、低温環境時でも不安定発振が起こりにくく、かつ、通常(常温)環境では他励式のメリットを活かした高電力効率領域で動作させることができるという効果を奏する。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３を、図５および図６に基づいて説明する。
図５に、実施の形態３における蛍光管駆動装置を示す。実施の形態３は、一次側回路１、二次側回路２、周波数制御回路３、蛍光管４は実施の形態１と同様の構成であり、タイマー回路６を有することを特徴とする。タイマー回路６は、蛍光管駆動装置の駆動開始後の経過時間を計測する。

実施の形態３においても、低温環境時において前記二次側回路２に昇圧供給される発振波形の駆動周波数ｆdは、実施の形態１と同様に、一次側回路１のキャパシタＣ1及びトランスの一次側巻線であるコイルＬ1の定数のみで決定される点Ｄの周波数及びその周辺を含む周波数領域である。実施の形態１と異なるのは、二次側回路２に昇圧供給された発振波形の駆動周波数ｆdを、タイマー回路６で計測された経過時間の増加に応じて、点Ｄの周波数から共振周波数ｆoの方向に変動するように制御するという点である。なお、周波数の変動は、徐々に変動させてもよいし、段階的に変動させてもよい。

経過時間の増加に応じて、駆動周波数ｆdを点Ｄから共振点の方向に変動させる技術的根拠は以下の通りである。例えば、本発明の蛍光管駆動装置をバックライトや液晶表示装置として利用する場合、一般的に、発熱体である蛍光管は筐体やキャビネットの内部に存在するので、このような外殻部材に発熱体が密閉されると、蛍光管４の点灯と同時にバックライトあるいは液晶表示装置の温度上昇は自然と発生する。従って、例えば点灯初期の時点で気温−１０℃であっても、蛍光管４や電源の発熱によって液晶表示装置内部の温度は十数度程度は上昇し、少なくとも氷点下を上回る場合も考えられる。このような状況で、駆動周波数ｆdを点Ｄの周波数に固定して電力効率を抑制したままでは、他励式インバータ回路のメリットを活かしきれないという問題が残る。そこで、図５に示すように、蛍光管駆動装置の駆動開始後の経過時間を計測するタイマー回路６を設け、経過時間を計測しながら、その時間に応じて駆動周波数ｆdを点Ｄから共振点の方向に変動するように構成することにより、図６に示すように、駆動初期時の駆動周波数ｆdは点Ｄの周波数で駆動して低温フリッカ対策をとり、時間経過にともない共振周波数ｆoの方向に移動させて高電力効率を得ることができるという効果を奏する。

なお、本発明の蛍光管駆動装置は、バックライト装置及び液晶表示装置等へ適用することができる。

本発明の蛍光管駆動装置の実施の形態１を示すブロック図。 図１の蛍光管駆動装置における二次側回路の出力特性を示す図。 本発明の蛍光管駆動装置の実施の形態２を示すブロック図。 図３の蛍光管駆動装置における二次側回路の出力特性を示す図。 本発明の蛍光管駆動装置の実施の形態３を示すブロック図。 図５の蛍光管駆動装置における二次側回路の出力特性を示す図。 一般的な蛍光管駆動装置の回路構成図。 一般的な蛍光管駆動装置の二次側回路の出力特性を示す図。 従来の蛍光管駆動装置における発振波形の一例を示した図。 従来の蛍光管駆動装置における発振波形の一例を示した図。

符号の説明

１ 一次側回路
２ 二次側回路
３ 周波数制御回路（周波数制御手段）
４ 蛍光管
５ 温度センサ回路（温度検知手段）
６ タイマー回路（タイマー手段）

Claims (8)

1. 蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、
   駆動周波数を形成する周波数制御手段と、
   前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、
   前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路とを有し、
   前記駆動周波数を、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数とすることを特徴とする蛍光管駆動装置。
2. 蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、
   駆動周波数を形成する周波数制御手段と、
   前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、
   前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路と、
   周囲温度を測定する温度検知手段とを有し、
   前記駆動周波数を、前記温度検知手段により測定された周囲温度の上昇に応じて、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数から高周波側に変更することを特徴とする蛍光管駆動装置。
3. 蛍光管を駆動する蛍光管駆動装置であって、
   駆動周波数を形成する周波数制御手段と、
   前記駆動周波数で直流発振駆動する一次側回路と、
   前記一次側回路から発振した周波数を直流から交流駆動に変換しながら昇圧し、蛍光管に供給する電圧波形を形成する二次側回路と、
   前記直流発振駆動の開始後の経過時間を計測するタイマー手段とを有し、
   前記駆動周波数を、前記タイマー手段により計測された経過時間に応じて、前記電圧波形における温度変化による変動量の少ない電圧値に対応する周波数から高周波側に変更することを特徴とする蛍光管駆動装置。
4. 前記駆動周波数は、前記一次側回路を構成する構成部材の有する定数から算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光管駆動装置。
5. 前記構成部材は、キャパシタ及びトランスの一次側巻線コイルからなることを特徴とする請求項４に記載の蛍光管駆動装置。
6. 前記周波数制御手段で形成される前記駆動周波数ｆは、前記キャパシタの定数であるキャパシタンスＣと前記一次側巻線コイルの定数であるインダクタンスＬから、
   ｆ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）〔Hz〕
   の計算式に基づき算出されることを特徴とする請求項５に記載の蛍光管駆動装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の蛍光管駆動装置と蛍光管とを備えたことを特徴とするバックライト装置。
8. 請求項７に記載のバックライト装置と液晶パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
   

Images