JP2006107833A

JP2006107833A - 光源点灯表示装置

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Publication number: JP2006107833A
Application number: JP2004290394A
Authority: JP
Inventors: Guo-Hua Wang; 国華王
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】同じ昇圧トランスに接続された冷陰極管(CCFL)の間に発生する浮遊容量を減らして、高周波電源の負担を減らし、電力損失を少なくするとともに、冷陰極管の輝度を明るく、一定に保つ。
【解決手段】高周波電源に対して一次側コイルが直列に接続された複数の昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋnと、前記各昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋnの二次側コイルに２本ずつ接続された冷陰極管とを備え、前記冷陰極管は、互いに並行に配列され、ある１つの昇圧トランスＫ１で駆動される２本の冷陰極管１Ａ，１Ｂの間に、他の昇圧トランスＫ2，・・・Ｋnで駆動される（ｎー１）本の冷陰極管２ＡからｎＡが介在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の冷陰極管を同時に点灯させる光源点灯表示装置に関するものである。この光源点灯表示装置は、バックライトを用いた液晶表示器などに用いられる。

液晶表示器の導光板の光源として、冷陰極管CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)がよく用いられる。この冷陰極管CCFLは、直径数ミリ程度の細径の蛍光管である。
冷陰極管CCFLの発光原理は普通の蛍光管(熱陰極管)と基本的に変わりはないが、電極にフィラメントがないので構造が簡単で電極を小さくできることから、細径化に適している。

その電気的特性は、陰極降下電圧が高く、また、陽光柱(発光部)が細くガス圧が高いので、放電電圧は熱陰極管に比べて非常に高く(300〜700V)なる。また、放電電流は5〜7mA程度が普通となっている。
「冷陰極管と熱陰極管」［平成１６年６月２０日検索］インターネットURL <http://tlm.co.jp/web/gijyutu/ccfl.html >

液晶表示器の照明用には、複数の冷陰極管CCFLが、導光板に接近して、互いに並行に配列されて用いられる。
そして、各冷陰極管CCFLは、昇圧トランスＫによって駆動される。通常、昇圧トランスＫには、その二次側コイルに冷陰極管CCFLが２本直列に接続されている。
ところが、図９に示すように、これらの二次側コイルに接続された２本の冷陰極管CCFL同士（例えば１Ａと１Ｂ）を接近して配置すると、２本の冷陰極管１Ａ，１Ｂの間には、漏れ電気力線が走るので、無視できない大きさの浮遊静電容量が存在するようになる。

図１０は、２本の冷陰極管CCFLの間に発生した浮遊静電容量Ｃ2を図解した図である。
また、図１１に示すように、冷陰極管CCFLと反射板Ｒとの間にも浮遊容量Ｃ3が存在する。
これらの冷陰極管CCFLに浮遊静電容量Ｃ2，Ｃ3が存在すると、電力ロスの原因となり、冷陰極管CCFLに印加される電圧が低下する。そうなると、規定の明るさで点灯できなくなる。

実際、１つの昇圧トランスに接続された冷陰極管CCFL同士を近づけると、冷陰極管CCFLの昇圧トランスに近い部分が暗くなるという現象が、発明者により確認されている。
そこで本発明は、同じ変圧器に接続された冷陰極管の間に発生する浮遊容量を少なくすることにより高周波電源の負担を減らし、電力損失を少なくすることのできる光源点灯表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、同じ変圧器に接続された冷陰極管の間に発生する浮遊容量を少なくすることにより、冷陰極管の輝度を低下させることのない光源点灯表示装置を提供することを目的とする。

本発明の光源点灯表示装置は、高周波電源と、前記高周波電源に対して一次側コイルが接続された複数の変圧器と、前記各変圧器の二次側コイルに複数本接続された冷陰極管とを備え、前記冷陰極管は、互いに物理的に平行な状態で配列され、ある１つの変圧器で駆動される各冷陰極管の間に、他の変圧器で駆動される１本または複数本の冷陰極管が介在しているものである（請求項１）。

この光源点灯表示装置によれば、ある１つの変圧器で駆動される複数本の冷陰極管の間に、他の変圧器で駆動される１本または複数本の冷陰極管が介在していることにより、当該１つの変圧器で駆動される複数本の冷陰極管どうしが隣接することはない。したがって、同じ変圧器に接続された冷陰極管の間に発生する浮遊容量を、冷陰極管どうしが隣接する場合に比べて、少なくすることができる。このため、高周波電源からみた負荷インピーダンスを軽減することができ、高周波電源の負担を減らし、電力損失を少なくすることができる。また、点灯時の明るさが低下するのを防止することができる。

前記光源点灯表示装置の、いずれの変圧器で駆動される複数本の冷陰極管においても、それらの間には、他の変圧器で駆動される１本または複数本の冷陰極管が介在しているような配置にすることが望ましい（請求項２）。こうすれば、電力損失を少なくするとともに、表示装置の発光面の全面において、明るくムラのない照明が得られる。
前記冷陰極管は、１つの変圧器の二次側コイルに複数本直列に接続さている（請求項３）。

前記複数の変圧器は、一次側コイル同士が、前記高周波電源に対して互いに直列に接続されていてもよく、並列に接続されていてもよい（請求項４，５）。
また、前記冷陰極管を駆動する各変圧器の一次側コイルと、その他の負荷に対して電源を供給する他の変圧器の一次側コイルとを、前記高周波電源に対して直列に接続すれば、冷陰極管を含む複数の負荷に対して、１つの高周波電源から同時に電源を供給できる。

この場合、前記他の負荷に対して電源を供給する変圧器の二次側コイルに、並列制御レギュレータを接続すれば、駆動電圧の異なる負荷に対応することができる。

図１は、本発明の光源点灯表示装置の一部を構成する液晶表示装置の断面模式図である。
この液晶表示装置は、表面側の透明基板２と光源側の透明基板３とを向き合わせている。
表面側の透明基板２の内面には、多数の平行ストライプ状透明電極群４を配列し、光源側の透明基板３の内面には、前記平行ストライプ状透明電極群４と直角に多数の平行ストライプ状透明電極群５を配列している。さらに、それぞれの平行ストライプ状透明電極群４，５の上に、一定方向にラビングした樹脂からなる配向膜６，７を形成している。そして両配向膜６，７の間には、液晶８を封入している。

さらに両透明基板２，３の外側に、偏光板９，１０を積層している。なお、図１には示していないが、カラー液晶の場合は、表面側の透明基板２にカラーフィルター層が設けられている。
光源側の透明基板３の下側には、複数個の冷陰極管CCFLを配列している。
この冷陰極管CCFLの光は、前記偏光板１０、光源側の透明基板３を透過して、液晶８に入射された後、液晶８から出て、表面側の透明基板２、偏光板９を透過して、観測者の目で認識される。このとき、周知のように、上下の平行ストライプ状透明電極群４，５に電圧が選択的に印加されることにより、液晶８の光透過率の高い部位と低い部位とができて、この結果、電圧の印加に応じた模様が認識できるようになる。

なお、冷陰極管CCFLの下部には、反射板Ｒを配置している。この反射板Ｒの反射作用により、冷陰極管CCFLの光を効率的に上方に集めることができるようにしている。
図２は、本発明の光源点灯表示装置の回路図である。この光源点灯表示装置は、複数の昇圧トランスＫ1，Ｋ2，・・・Ｋn（総称するときは「昇圧トランスＫ」と表記する）の一次側コイル同士を互いに直列に接続した回路と、その他の負荷に対して電源を供給する昇圧トランスＴ1，Ｔ2，・・・Ｔn（総称するときは「昇圧トランスＴ」と表記する）の一次側コイル同士を互いに直列に接続した回路とを、直流カット用の直列コンデンサＣ１を通して、高周波電源１１に接続している。なお、昇圧トランスＴを接続した回路は本発明には必須でないので、昇圧トランスＴを取り外して短絡し、昇圧トランスＫを接続した回路のみとしてもよい。

前記昇圧トランスＫの二次側のコイルには、それぞれ冷陰極管CCFLが接続されている。
前記直列コンデンサＣ１は、光源点灯表示装置にかかる電圧変動を吸収するもので、図２では最左端の昇圧トランスＫ1と高周波電源１１との間に接続されている。しかし、直列コンデンサＣ１の設置位置はこれに限られず、複数の昇圧トランスＫ，昇圧トランスＴが直列に接続された回路のどの位置でもよい。

昇圧トランスＫ，昇圧トランスＴの一次側電圧の和を「負荷電圧Ｖk」と表記する。また、昇圧トランスＫの一次側を流れる電流を「負荷電流Ｉk」と表記する。
冷陰極管CCFL同士には寄生容量が存在する。この寄生容量を軽減するために、本発明では、後に図３から図５を用いて説明するように、冷陰極管CCFLの配置に工夫を加えている。

前記高周波電源１１は、部分共振半ブリッジ駆動式の高周波電源回路を採用している。前記高周波電源１１は、１００Ｖ，２００Ｖなどの交流入力電源を直流に変換する整流回路１４と、互いに逆相の矩形波電圧ＶG2，ＶG3を発振する２つの他励発振器１２，１３と、他励発振器１２，１３から発生する矩形波電圧ＶG2，ＶG3に基づいてオンオフされるＭＯＳＦＥＴタイプのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３とを備えている。スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフで得られた高周波電源は、昇圧トランスＫ，昇圧トランスＴの一次側コイル同士が互いに直列に接続された回路に給電される。なお、前記他励発振器２，３の発振周波数は通常、100kHz程度に選ばれる。

以上に説明した回路構成により、直列に接続された各冷陰極管CCFL及び各負荷に、同一の大きさの電流を流すことができる。
次に、本発明に係る、冷陰極管CCFL同士の寄生容量を軽減するための冷陰極管CCFLの配置について詳しく説明する。
図３は、昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの接続状態を示すための回路配置図である。昇圧トランスＫは、昇圧トランスＫ1の二次側コイルの各端子をａ1，ｂ1と表記し、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの各端子をａ2，ｂ2と表記し、同様に昇圧トランスＫnの二次側コイルの各端子をａn，ｂnと表記している。また、昇圧トランスＫ1の二次側コイルの端子ａ1，ｂ1に対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFLを１Ａ，１Ｂで表し、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの端子ａ2，ｂ2に対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFLを２Ａ，２Ｂで表し、同様に、昇圧トランスＫnの二次側コイルの端子ａn，ｂnに対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFLをｎＡ，ｎＢで表している。

昇圧トランスの配列がＫ1，・・・Ｋnの順番になっているのに対して、冷陰極管CCFLの配列は１Ａ，２Ａ，・・・，ｎＡ，１Ｂ，２Ｂ，・・・，ｎＢとなっている。これらの配列の違いに対応するために、昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの間に、配線網１８を介在させている。
以上のような冷陰極管CCFLの配列により、昇圧トランスＫ1の二次側コイルの端子ａ1，ｂ1に対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFL１Ａ，１Ｂの間には、他の昇圧トランスＫ2，・・・Ｋnで駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管CCFL２ＡからｎＡが介在することになる。また、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの端子ａ2，ｂ2に対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFL２Ａ，２Ｂの間には、他の昇圧トランスＫ1，Ｋ3，・・・Ｋn,で駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管CCFL２ＡからｎＡ，１Ｂが介在している。同様に、昇圧トランスＫnの二次側コイルの端子ａn，ｂnに対して直列に接続される２本の冷陰極管CCFLｎＡ，ｎＢの間には、他の昇圧トランスＫ1，・・・，Ｋn-1,で駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管CCFL１Ｂから（ｎー１）Ｂが介在している。

以上のように、ある１つの昇圧トランスで駆動される２本の冷陰極管CCFLの間に、他の昇圧トランスで駆動される冷陰極管CCFLが介在していることにより、同じ昇圧トランスに接続された冷陰極管CCFLの間に発生する浮遊容量を、これらの冷陰極管CCFLが隣接する場合に比べて少なくすることができる。このため、高周波電源１１からみた負荷インピーダンスを軽減することができ、高周波電源１１の負担を減らし、電力損失を少なくすることができる。各冷陰極管CCFLの発光輝度の低下も防止することができる。

さらに、いずれの昇圧トランスで駆動される冷陰極管CCFLの間においても、他の昇圧トランスで駆動される（ｎー１）本の冷陰極管CCFLが介在しているので、１つの昇圧トランスで駆動される冷陰極管CCFLの間に一定の距離が確保できる。このため当該１つの昇圧トランスで駆動される２本の冷陰極管CCFLどうしの浮遊容量も一定になる。したがって、各冷陰極管CCFLの発光輝度を揃えることができ、液晶表示装置の発光面の全面において、ムラのない表示が得られる。

次に、冷陰極管CCFLの配置の具体例を説明する。
図４は、昇圧トランスの数ｎを３としたときの冷陰極管CCFLの配置を示す斜視図である。各冷陰極管CCFLを接続する線路のうち、一部の線路は反射板Ｒの裏側を通って配線されるが、それらは破線で表示している。
昇圧トランスＫ1に接続される冷陰極管１Ａ，１Ｂの間には２本の冷陰極管２Ａ，３Ａが介在され、昇圧トランスＫ2に接続される冷陰極管２Ａ，２Ｂの間には２本の冷陰極管３Ａ，１Ｂが介在され、昇圧トランスＫ3に接続される冷陰極管３Ａ，３Ｂの間には２本の冷陰極管１Ｂ，２Ｂが介在される。

図５は、図４と同様、昇圧トランスの数ｎを３としたときの配置を示す斜視図であるが、図４と異なるところは、昇圧トランスＫの一次側コイルが高周波電源１１に対して、直列接続でなく、並列接続されていることである。このように昇圧トランスＫの一次側コイルを並列しても、冷陰極管CCFLどうしの浮遊容量が少なくなり、各冷陰極管CCFLの発光輝度を向上させ、かつ均一化することができる点では、図３，図４に説明した配置例と同様である。

また、昇圧トランスＫの二次側コイルに２本以上の複数本の冷陰極管CCFLを接続しても、本発明の適用は可能である。図７は、１つの昇圧トランスＫに３本の冷陰極管CCFLが接続されている場合の昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの接続状態を示すための回路配置図である。昇圧トランスＫ1の二次側コイルの各端子をａ1，ｃ1と表記し、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの各端子をａ2，ｃ2と表記し、同様に昇圧トランスＫnの二次側コイルの各端子をａn，ｃnと表記している。また、昇圧トランスＫ1の二次側コイルの端子ａ1，ｃ1に対して直列に接続される３本の冷陰極管CCFLを１Ａ，１Ｂ，１Ｃで表し、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの端子ａ2，ｃ2に対して直列に接続される３本の冷陰極管CCFLを２Ａ，２Ｂ，２Ｃで表し、同様に、昇圧トランスＫnの二次側コイルの端子ａn，ｃnに対して直列に接続される３本の冷陰極管CCFLをｎＡ，ｎＢ，ｎＣで表している。

昇圧トランスの配列がＫ1，・・・Ｋnの順番になっているのに対して、冷陰極管CCFLの配列は１Ａ，２Ａ，・・・，ｎＡ，１Ｂ，２Ｂ，・・・，ｎＢ，１Ｃ，２Ｃ，・・・，ｎＣとなっている。これらの配列の違いに対応するために、昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの間に、配線網１９を介在させている。
このような冷陰極管CCFLの配列により、昇圧トランスＫ1の二次側コイルの端子ａ1，ｃ1に対して直列に接続される３本の冷陰極管CCFL１Ａ，１Ｂの間及び１Ｂ，１Ｃの間には、他の昇圧トランスで駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管がそれぞれ介在することになる。また、昇圧トランスＫ2の二次側コイルの端子ａ2，ｃ2に対して直列に接続される３本の冷陰極管CCFL２Ａ，２Ｂの間及び２Ｂ，２Ｃの間には、他の昇圧トランスで駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管CCFLがそれぞれ介在している。同様に、昇圧トランスＫnの二次側コイルの端子ａn，ｃnに対して直列に接続される３本の冷陰極管ＣＣＦＬnA，ｎＢの間、及びｎＢ，ｎＣの間には、他の昇圧トランスで駆動される（ｎ−１）本の冷陰極管がそれぞれ介在している。

以上のように、ある１つの昇圧トランスで駆動される３本の冷陰極管CCFLの間に、他の昇圧トランスで駆動される冷陰極管CCFLが介在していることにより、同じ昇圧トランスに接続された冷陰極管CCFLの間に発生する浮遊容量を、これらの冷陰極管CCFLが隣接する場合に比べて少なくすることができる。
図８は、１つの昇圧トランスＫに４本の冷陰極管CCFLが接続されている場合の昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの接続状態を示すための回路配置図である。この配置においても、ある１つの昇圧トランスで駆動される４本の冷陰極管CCFLの間に、他の昇圧トランスで駆動される冷陰極管CCFLが介在していることにより、同じ昇圧トランスに接続された冷陰極管CCFLの間に発生する浮遊容量を、これらの冷陰極管CCFLが隣接する場合に比べて少なくすることができる。

次に、図２を参照して、前記昇圧トランスＴの二次側のコイルに接続された負荷の駆動について説明する。液晶テレビなどの映像・電子機器は、冷陰極管CCFLの駆動部以外に、液晶駆動部、映像信号処理部、操作インターフェイス部など複数の負荷を備えており、それぞれ動作電圧が異なるのが通常である。
冷陰極管CCFLの駆動部と、その他の部分、例えば液晶駆動部、映像信号処理部、操作インターフェイス部に分けて、それぞれ独立した電源を設けると、必要な電源の種類も多数になり、その結果、トータルの電源効率が低下する、また、必要な電圧ごとに電源回路を用意する必要があるため、回路構成が複雑になり、コストアップにつながるなどの問題があった。

そこで、映像・電子機器の、異なる電源電圧を必要とするすべての負荷に対して、単一の電流源とみなせる高周波電源１１を用意することによって、一括した給電を実現する。
各昇圧トランスＴの二次側には、定電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，・・，Ｖｎ（総称するときは「Ｖ」と表記する）を必要とする回路部分が接続されている。
これらの定電圧Ｖを必要とする回路部分については、昇圧トランスの２次側に、電流−電圧変換をする並列制御レギュレータＳ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ（総称するときは「並列制御レギュレータＳ」と表記する）を接続し、並列制御レギュレータＳの出力端に、それぞれの負荷を接続している。

並列制御レギュレータＳの回路構成例を、図６に示す。これらの並列制御レギュレータＳ自体の回路構成は、特開平４−４６５６５号公報や、特開２００３−３３３８５７号公報により公知であるので、ここでは簡単に説明する。
図６を参照して、並列制御レギュレータＳは、並列形ゼロクロススイッチＳＷｓと、整流回路１５と、平滑コンデンサＣｓとの結合からなり、平滑コンデンサＣｓに電圧検出回路Ｄｓと負荷とをつないでいる。平滑コンデンサＣｓは極性を有するコンデンサを使用することができる。前記ゼロクロススイッチＳＷｓの切り換えは、電圧検出回路Ｄｓにより行う。

平滑コンデンサＣｓの電圧、すなわち負荷にかかる電圧をＶとし、整流回路１５にかかる電圧をＶｉとする。
電圧検出回路Ｄｓは、ヒステリシスを持ち、負荷にかかる電圧Ｖが所定値ＥUよりも高くなれば、その時点から続く、電圧Ｖｉの最初のゼロクロス時点でゼロクロススイッチＳＷｓを閉じ（オン）、負荷にかかる電圧Ｖが所定値ＥL（ＥL＜ＥU）よりも低くなればその時点から続く、電圧Ｖｉの最初のゼロクロス時点でゼロクロススイッチＳＷｓを開く（オフ）動作をさせる。

この制御により、負荷にかかる電圧Ｖを、所定値ＥLとＥUとの間に保つことができる。なお、所定値ＥLとＥUの具体的な設定値は、個々の負荷が必要とする電圧Ｖに応じて決められる。
以上のようにして、冷陰極管CCFL以外の回路部分に対しても、所定電圧の電源を供給することができる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、複数の昇圧トランスＫに変えて、複数の圧電トランスを用い、これらの圧電トランスをそれぞれ冷陰極管CCFLが接続するようにしてもよい。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことができる。

本発明の光源点灯表示装置の構成部品である液晶表示装置の断面模式図である。本発明の複数の冷陰極管CCFLの昇圧トランスＫの一次側コイル同士を互いに直列に接続した光源点灯表示装置の回路図である。本発明における昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの接続状態を示すための回路配置図である。直列に接続された昇圧トランスの数ｎを３としたときの冷陰極管CCFLの配置を示す斜視図である。並列に接続された昇圧トランスの数ｎを３としたときの冷陰極管CCFLの配置を示す斜視図である。昇圧トランスＴの二次側に接続される並列制御レギュレータＳの回路構成例を示す図である。１つの昇圧トランスＫに３本の冷陰極管CCFLが接続されている場合の昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの他の接続状態を示すための回路配置図である。１つの昇圧トランスＫに４本の冷陰極管CCFLが接続されている場合の昇圧トランスＫと冷陰極管CCFLとの接続状態を示すための回路配置図である。昇圧トランスの二次側コイルに接続された２本の冷陰極管CCFL同士を接近して配置している従来の構成図である。昇圧トランスＫの二次側コイルに冷陰極管CCFLが２本直列に接続され、２本の冷陰極管CCFLの間に浮遊静電容量Ｃ2が発生することを示す図である。冷陰極管CCFLと反射板Ｒとの間にも浮遊容量Ｃ3が発生することを示す図である。

符号の説明

２表面側の透明基板
３光源側の透明基板
４，５平行ストライプ状透明電極群
６，７配向膜
８液晶
９，１０偏光板
１１高周波電源
１２，１３他励発振器
１４整流回路
１５整流回路
１８，１９，２０配線網
Ｃ並列寄生容量
CCFL 冷陰極管
Ｉｋ負荷電流
Ｋ1，Ｋ2，・・・Ｋn 昇圧トランス
Ｒ反射板
Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎ並列制御レギュレータ
ＳＷ１，ＳＷ２スイッチング素子
Ｔ1，Ｔ2，・・・Ｔn 昇圧トランス
Ｖｋ負荷電圧

Claims

高周波電源と、
前記高周波電源に対して一次側コイルが接続された複数の変圧器と、
前記各変圧器の二次側コイルにそれぞれ複数本接続された冷陰極管とを備え、
前記冷陰極管は、互いに物理的に並行な状態で配列され、
ある１つの変圧器で駆動される各冷陰極管の間に、他の変圧器で駆動される１本または複数本の冷陰極管が介在していることを特徴とする光源点灯表示装置。
いずれの変圧器で駆動される複数本の冷陰極管においても、それらの間には、他の変圧器で駆動される１本または複数本の冷陰極管が介在している請求項１記載の光源点灯表示装置。
前記冷陰極管は、１つの変圧器の二次側コイルに複数本直列に接続されている請求項１記載の光源点灯表示装置。
前記複数の変圧器は、一次側コイル同士が、前記高周波電源に対して互いに直列に接続されている請求項１記載の光源点灯表示装置。
前記複数の変圧器は、一次側コイル同士が、前記高周波電源に対して並列に接続されている請求項１記載の光源点灯表示装置。