JP2007280875A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２本の放電管が直列に接続された２管直列光源を複数並列に接続した場合に、簡単な構成の回路で全ての放電管に流れる管電流をほぼ一定にすることができる照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の照明装置は、２本の放電管が並列に配置され、２本の放電管の同じ方向の一方の端子が接続された複数組の２管直列光源を光源とするものである。光源は、複数組の２管直列光源が並列に配置されている。また、隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、これらの隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルが同じコアに巻き付けられてバランスコイルが構成されたバランス回路が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、２本の放電管を並列に配置し、その一方の端子を接続した複数の２管直列光源によって、複数本の放電管を同時点灯する照明装置に関するものである。

例えば、液晶テレビやコンピュータの表示装置として用いられる液晶ディスプレイなどのように、自己発光しない表示装置では、その表示面の裏面側から照明する照明装置、いわゆるバックライト装置が用いられている。このような照明装置では、照明光源として、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が用いられる場合が多い。上記の照明装置では、その画面サイズが大きくなるに従って、使用される冷陰極管の長さが長くなり、その本数も多くなる。

しかし、一般的に、冷陰極管の２管直列光源を平面状に多段並列接続する、すなわち２管直列光源を複数並列に並べて使用するのは困難であると言われている。例えば、図１１に示すように、４本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）を２本ずつ直列に接続し、２組の２管直列光源を複数並列に並べると、矢印部のように、冷陰極管の＋側と−側が交差する。冷陰極管の動作周波数は比較的高いため、この交差部分の電位差が大きく、リーク電流が発生し、全体の効率が低下するという問題がある。

従って、冷陰極管の２管直列光源を多段並列接続する場合、例えば図１２に示すように、別々のインバータ６８を使用する構成を採用するのが一般的である。しかし、これでは、インバータ６８が複数必要になり、コストが上昇する。また、それぞれのインバータ６８の発振が非同期となるため、相互干渉による影響も無視できなくなる。また、図１３に示すように、１つの発振回路７０に基づいて２つのインバータ７２を発振させる方法もあるが、この方法ではさらにコストが上昇する。

これに対し、特許文献１に、例えば図１４に示すようなバックライト装置が提案されている。特許文献１のバックライト装置は、インバータ６８と４本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）とからなる照明装置と、導光板７４とを備えている。ここで、冷陰極管は、２本ずつがリード線で直列に接続され、導光板７４の上下の長辺に沿って、２組の冷陰極管の２管直列光源が並列に配置されている。また、インバータ６８は、導光板７４の左側の短辺に配置されてリード線で各々の冷陰極管に接続され、導光板７４の右側の短辺は、リード線の引き回しに利用されている。

特許文献１の方法であれば、一方の２管直列光源の周囲を囲むように他方の２管直列光源が並列に配置されているため、冷陰極管の＋側と−側が交差することなく、冷陰極管の２管直列光源を多段並列接続することが可能である。

次に、複数の冷陰極管を使用する照明装置では、各々の冷陰極管に流れる管電流をほぼ均一にして、その輝度ばらつきを抑制する必要がある。

これに対し、特許文献２には、昇圧トランスの二次巻線に対して二つのコイルを接続し、これら二つのコイルがそれぞれに発生する磁束が対向し、磁束が相殺されるように磁気的に結合された電流の分流トランスを構成し、二つのコイルのそれぞれに放電管を接続し、各放電管に流れる管電流が均衡する放電管用インバータ回路において、分流トランスの均衡に関わるインダクタンスのインバータ回路動作周波数におけるリアクタンスが放電管の負性抵抗を上回るようにすることが開示されている。

しかし、特許文献２では、昇圧トランスと放電管との間に電流の分流トランスを挿入する必要があるため、放電管の高圧部に分流トランスを設置せざるを得なかった。このため、リーケージ等の影響を受けやすく、また、効率低下を招いていた。また、特許文献２にも記載されているように、各冷陰極管各々にバラストコンデンサを挿入するという方法もあるが、バラストコンデンサで分圧される分の電圧ロスが大きく、同じく効率低下を招くという問題があった。

また、冷陰極管を使用する照明装置では、冷陰極管に異常が発生した場合に、それを検出し、例えば圧電トランスの動作を停止させることによって、圧電トランスが破壊されるのを防止する保護回路を設けるなどの安全対策が必要である。

これに対し、特許文献３の図１には、圧電トランスと冷陰極管との間にカレントトランスを設け、高圧電流路の１次側の電流の変化によって誘起される２次側の電圧を検出する圧電トランス駆動回路が開示されている。また、その図２には、並列に接続された２本の冷陰極管を点灯させる場合の適用例として、圧電トランスと２本の冷陰極管との間の高圧電流路に、それぞれ１つずつ独立にカレントトランスを設けることが開示されている。

しかし、特許文献３では、複数の冷陰極管を使用した場合、それぞれの冷陰極管に１つずつカレントトランスを設け、複数のカレントトランスの出力をオペアンプに戻して処理しているため、その回路規模が大きいという問題があった。

特開２００２−１６４１８５号公報 特開２００４−３３５４４３号公報 特開２００３−２４９３９３号公報

本発明の第１の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、２本の放電管が直列に接続された２管直列光源を複数並列に接続した場合に、簡単な構成の回路で全ての放電管に流れる管電流をほぼ一定にすることができる照明装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、２本の放電管が直列に接続された２管直列光源を複数並列に接続した場合に、簡単な構成の回路で全ての放電管に流れる合計電流や各々の放電管に流れる管電流の電流差を検出することができる照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、２本の放電管が並列に配置され、前記２本の放電管の同じ方向の一方の端子が接続された複数組の２管直列光源を光源とする照明装置であって、
前記光源は、前記複数組の２管直列光源が並列に配置され、
隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、これらの隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルが第１のコアに巻き付けられてバランスコイルが構成されたバランス回路が設けられていることを特徴とする照明装置を提供するものである。

ここで、前記光源は、ｉ＋１組目（ｉは１以上の自然数）の２管直列光源の２本の放電管が、ｉ組目の２管直列光源の２本の放電管の周囲を囲むように並列に配置されていることが好ましい。

また、さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、同極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の合計電流を取り出すためのコイルとが第２のコアに巻き付けられた合計電流検出回路を備えていることが好ましい。

また、さらに、その発振周波数が、前記合計電流検出回路から供給される合計電流の電流値に応じて変化する基本波を発生する電圧制御発振回路と、
その発振周波数が、前記電圧制御発振回路から供給される基本波の周波数に応じて変化する所定電圧の駆動信号を生成する駆動回路と、
前記駆動回路から所定電圧の駆動信号が入力されると、前記光源に入力される、前記駆動信号と略等しい周波数で、該駆動信号から所定電圧の変圧信号を出力する変圧トランスとを備え、
前記電圧制御発振回路は、前記合計電流の電流値に応じて前記基本波の周波数を制御することによって、前記合計電流が常に略一定値となるように制御することが好ましい。

また、さらに、前記合計電流検出回路から供給される合計電流の電流値が所定範囲内ではない場合に、前記駆動回路から駆動信号の出力を停止するように制御する第１の保護回路を備えていることが好ましい。

また、前記光源に入力される変圧信号は、略１８０度位相が異なる２相の信号であることが好ましい。

また、さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の電流差を取り出すためのコイルとが第３のコアに巻き付けられた電流差検出回路を備えていることが好ましい。

また、さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の電流差を取り出すためのコイルとが第３のコアに巻き付けられた電流差検出回路と、
前記電流差検出回路から供給される電流差の電流値がその上限値を上回っている場合に、前記駆動回路から駆動信号の出力を停止するように制御する第２の保護回路とを備えていることが好ましい。

また、前記放電管は、冷陰極管であることが好ましい。

本発明によれば、バランス回路を設けることによって、それぞれＶ−Ｉ特性が異なる放電管であっても、全ての放電管の管電流をほぼ均一に揃えることができ、輝度ばらつきを大幅に低減することができる。また、バランス回路は、隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、すなわち低圧部にバランスコイルを挿入するので、リーケージ等の影響を受けにくく、効率低下しないという特徴がある。

また、本発明によれば、合計電流検出回路によって、複数組の２管直列光源の合計電流を検出することができる。電圧制御発振回路は、合計電流の電流値に応じて基本波の周波数を制御することによって、合計電流が常に略一定値となるように制御し、その結果、光源の輝度は常に略一定値に保たれる。

また、本発明によれば、電流差検出回路によって、複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分の電流差を検出することができる。放電管等に異常が発生した場合であっても、その時の合計電流が、設定されている基準電流量から大きく外れていない場合、これで異常を検出することはできない。電流差を検出することによって、各々の２管直列光源に異常が発生しているかどうかを検出できる。

また、本発明によれば、保護回路を備えることによって、光源の放電管に何らかの異常が発生した場合に駆動信号の出力を停止することで変圧トランスが破壊されるのを未然に防止することや、システム異常が発生している事を検知してシステムを停止し、連鎖的に発生しうる様々な事故も未然に防止できる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の照明装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の照明装置の内部構成を表す一実施形態のブロック概略図である。同図に示す照明装置１０は、４本の冷陰極管からなる２組の２管直列光源を並列に配置し、４本の冷陰極管を同時点灯して照明するもので、電源１２と、駆動回路１４と、電圧制御発振回路１６と、圧電セラミックトランス１８と、バラストコンデンサ２０と、光源２２と、バランス回路２４と、合計電流検出回路２６と、電流差検出回路２８とを備えている。

電源１２は、直流電圧ＤＣ２４Ｖを出力する直流電源である。この直流電圧ＤＣ２４Ｖは駆動回路１４に供給される。

なお、電源１２が出力する直流電圧はＤＣ２４Ｖに限定されない。

続いて、電圧制御発振回路１６は、初期周波数が約４０ＫＨｚの基本波を発生するもので、その発振周波数は、合計電流検出回路２６から供給される冷陰極管の合計電流の電流値に応じて変化する。電圧制御発振回路１６は、例えば合計電流が基準電流量よりも少ない場合には基本波の周波数を初期周波数よりも低くする方向に制御し、逆に、合計電流が基準電流量よりも多い場合には基本波の周波数を初期周波数よりも高くする方向に制御する。この基本波は、同じく駆動回路１４に供給される。

なお、電圧制御発振回路１６の具体的な構成は何ら限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。また、その基本波の周波数も約４０ＫＨｚに限定されない。基準電流量は、外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。

駆動回路１４は、電源１２から供給される直流電圧ＤＣ２４Ｖと、電圧制御発振回路１６から供給される基本波とに基づいて、圧電セラミックトランス１８を駆動する２相の駆動信号を生成する。本実施形態の場合、２相の駆動信号は、約６５０Ｖｐ−ｐ（ピークツーピーク）、約４０ＫＨｚで、約１８０度位相の異なる交流信号（正弦波）である。駆動信号の周波数は基本波の周波数に応じて変化し、冷陰極管の合計電流すなわち光源２２の輝度は常にほぼ一定値に保たれる。

なお、圧電セラミックトランス１８を駆動する信号、すなわち駆動回路１４から出力される駆動信号は２相に限定されず、例えば片側をグランドＧＮＤとした単相の信号であっても良い。

また、駆動回路１４は、合計電流検出回路２６から供給される冷陰極管の合計電流の電流値が所定範囲内ではない場合や、電流差検出回路２８から供給される電流差の電流値がその上限値を上回っている場合に、駆動回路１４から駆動信号の出力を停止するように制御する保護回路３０を備えている。保護回路３０を備えることによって、光源２２の冷陰極管に何らかの異常が発生した場合に圧電セラミックトランス１８が破壊されるのを未然に防止することや、システム異常が発生している事を検知してシステムを停止し、連鎖的に発生しうる様々な事故も未然に防止できる。

なお、駆動回路１４や保護回路３０の具体的な回路構成は何ら限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。また、電流差の上限値の値は外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。例えば、合計電流と電流差の情報から、各々に流れている電流を絶対量に換算し、その絶対量が設定された上下限値を超えている場合に駆動信号を停止させても良い。

圧電セラミックトランス１８は、本実施形態の場合、本出願人の一人に係る特開２００５−１２９４７５号公報に開示のハイパワー圧電トランスを用いている。その構成および作用は、同公報によって説明されているので、以下、簡単に説明する。

本実施形態の圧電セラミックトランス１８は、図２に示すように、圧電セラミックス３２と、第１入力電極３４ａ、３４ｂと、第２入力電極３６ａ、３６ｂと、第１出力電極３８と、第２出力電極４０とによって構成されている。

圧電セラミックス３２は、所定厚さの長方形平板形状のもので、その長さ方向の寸法Ｌ：８０ｍｍ、幅方向の寸法Ｗ：１８ｍｍ、厚さ方向の寸法ｔ：４ｍｍである。圧電セラミックス３２は、本実施形態の場合、長さ方向の寸法Ｌと幅方向の寸法Ｗとの比Ｗ／Ｌが０．２前後となるように構成され、動作時には長さ方向の２次振動モード（λモード）で振動する。従って、振動の中心周波数を決定するのは長さ方向の寸法Ｌであり、電圧増幅率は、長さ方向の寸法Ｌと厚さ方向の寸法ｔとの比Ｌ／ｔで決定される。

圧電セラミックス３２は、図２中長さ方向左側の端部から右側の端部までが、第１領域４２、第２領域４４、第３領域４６、第４領域４８および第５領域５０に５分割され、それぞれの領域の長さ方向の長さの割合は、約２：２：１：２：２となっている。第２領域４４および第４領域４８は入力電圧（駆動回路１４から入力される駆動信号）の入力部であり、第１領域４２および第５領域５０は２相の出力電圧（変圧信号）の出力部、第３領域４６は剛体部である。

第１入力電極３４ａ、３４ｂ、第２入力電極３６ａ、３６ｂ、第１出力電極３８および第２出力電極４０は焼成銀で形成されている。

第１入力電極３４ａ、３４ｂは、圧電セラミックス３２の第２領域４４の厚さ方向の両面（図２中上下面）にそれぞれ配置されている。上面の第１入力電極３４ａは後述する分極の極性がプラス（＋）側の電極で、下面の第１入力電極３４ｂがマイナス（−）側の電極である。第２入力電極３６ａ、３６ｂは、同様に、圧電セラミックス３２の第４領域４８の厚さ方向の両面にそれぞれ配置されている。逆に、上面の第２入力電極３６ａは分極の極性がマイナス側の電極で、下面の第２入力電極３６ｂはプラス側の電極である。

また、第１出力電極３８は、図２中、圧電セラミックス３２の長さ方向の左面に配置され、同様に、第２出力電極４０は、圧電セラミックス３２の長さ方向の右面に配置されている。

また、図２中矢印で示すように、第１領域４２は、第２領域４４側から圧電セラミックス３２の長さ方向の左面側に向かって分極され、同様に、第５領域５０は、第４領域４８側から圧電セラミックス３２の長さ方向の右面側に向かって分極されている。また、第２領域４４は、圧電セラミックス３２の厚さ方向の下面側から上面側に向かって分極され、逆に、第４領域４８は、圧電セラミックス３２の厚さ方向の上面側から下面側に向かって分極されている。なお、第３領域４６は、未分極状態である。

前述の通り、圧電セラミックス３２の厚さ方向に、第１入力電極３４ａ、３４ｂおよび第２入力電極３６ａ、３６ｂという２組の入力電極が取り付けられているが、それぞれ厚さ方向に対する分極の方向が約１８０度異なる。従って、第１入力電極３４ａ、３４ｂは上面がプラス側で、下面がマイナス側となり、第２入力電極３６ａ、３６ｂは上面がマイナス側で、下面がプラス側の配置となるように構成されている。

圧電セラミックトランス１８には、駆動回路１４から、入力電圧として、第１入力電極３４ａおよび第２入力電極３６ａと、第２入力電極３６ｂおよび第１入力電極３４ｂとに約１８０度位相が異なる２相の駆動信号（正弦波の交流信号）あるいは片側をＧＮＤとした単相信号が入力される。

具体的には、２相入力の場合は、第１入力電極３４ａの入力端子５２ａと第２入力電極３６ａの入力端子５４ａとに一方の駆動信号が入力され、第１入力電極３４ｂの入力端子５２ｂと第２入力電極３６ｂの入力端子５４ｂとに他方の駆動信号が入力される。また、片側をグランドＧＮＤとした単相入力の場合は、第１入力電極３４ａの入力端子５２ａと第２入力電極３６ａの入力端子５４ａとに駆動信号、第１入力電極３４ｂの入力端子５２ｂと第２入力電極３６ｂの入力端子５４ｂとにＧＮＤを接続すれば良い。

入力電圧として駆動信号が与えられると、逆圧電効果により、圧電セラミックス３２に応力が生じて振動し、第２領域４４および第４領域４８は、厚さ方向に機械的歪みを生じる。すると、第１領域４２および第５領域５０には、圧電効果により、その分極方向に電位差が生じる。その結果、第１出力電極３８および第２出力電極４０からは、駆動信号とほぼ等しい周波数で、駆動信号よりも高い電圧の約１８０度位相が異なる２相の変圧信号（正弦波の交流信号）が、各々の出力端子５６、５８から同時に出力される。

本実施形態では、駆動回路１４から入力される駆動信号の６５０Ｖｐ−ｐの入力電圧が約１０倍に昇圧され、６５００Ｖｐ−ｐの２相の出力電圧が得られる。使用する冷陰極管が、後述するように、管長５２７ｍｍ、管外形φ２．６程度であれば、１本当たり電圧１０００〜１２００Ｖｒｍｓで点灯可能であるが、本実施形態の場合、光源２２内の冷陰極管が２本ずつ直列に接続されているため、２本分の冷陰極管を点灯させるために必要な電圧２０００〜２４００Ｖｒｍｓまで昇圧している。

また、圧電セラミックス３２の中央部に未分極の第３領域４６が設けられていることで、この未分極部が振動しない強固な剛体部として機能し、変圧信号の出力時に発生する捩り方向の振動モードや、蛇行方向の振動モードをより好適に抑制することができる。

なお、本実施形態では、変圧トランスとして、３０Ｗ級のハイパワー出力が可能な圧電セラミックトランスを使用しているが、これに限らず、照明装置１０の用途に応じて、例えば通常の３Ｗ級のローパワー出力の圧電セラミックトランスを使用してもよいし、あるいは巻線型のトランスを使用してもよい。また、変圧トランスから出力される２相の変圧信号の位相のずれも約１８０度に限定されない。要するに、光源２２が必要とする電圧および位相の変圧信号を出力可能な変圧トランスを使用すればよい。

次いで、圧電セラミックトランス１８から出力される２相の変圧信号は、圧電セラミックトランス１８の出力インピーダンスと光源２２の冷陰極管の負性抵抗とのマッチング用のバラストコンデンサ２０を介して光源２２に入力される。具体的には、圧電セラミックトランス１８から出力される一方の変圧信号が図１中上側のバラストコンデンサを介して光源２２の上側２本の冷陰極管に入力され、他方の変圧信号が下側のバラストコンデンサを介して光源２２の下側２本の冷陰極管に入力されている。

従来、３Ｗ級のローパワー出力の圧電セラミックトランスと冷陰極管との組合せでは、圧電セラミックトランスの出力インピーダンスが大きいため、バラストコンデンサを使用せずに冷陰極管を駆動できていた。しかし、本実施形態のように、３０Ｗ級のハイパワー出力の圧電セラミックトランス１８の場合、その厚さが従来よりも厚いために出力インピーダンスが小さくなり、冷陰極管の負性抵抗とのバランスがとれずに安定点灯しにくくなる。

これは、負荷側（冷陰極管側）の負性抵抗よりも、入力側（圧電セラミックトランス１８側）の出力インピーダンスの方が大きくないと、光源２２が安定点灯しないという理由による。すなわち、本実施形態のように、ハイパワー化した圧電セラミックトランス１８と冷陰極管との組合せにおいては、圧電セラミックトランス１８の出力側と冷陰極管との間にバラストコンデンサ２０を入れることで、冷陰極管を安定点灯させることが可能となる。

なお、前述の通り、バラストコンデンサ２０は、例えば３Ｗ級のローパワー出力の圧電セラミックトランスのように、その出力インピーダンスが大きい場合には不要であり、本発明においても必須の要素ではない。

続いて、本実施形態の光源２２は、４本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）を図１のように結線して、４本同時点灯を可能としたものである。すなわち、光源２２は、２組の２管直列光源を使用している。それぞれの２管直列光源は、２本の冷陰極管を並列に配置し、その同じ方向の一方の端子（図１中右側の端子）が直列に接続されている。また、２組の２管直列光源は、一方（図１中外側）の２管直列光源の２本の冷陰極管が、他方（図１中内側）の２管直列光源の２本の冷陰極管の周囲を囲むように並列に、かつ両者の２本の冷陰極管の直列接続部分が交差しないように同じ方向に配置されている。

本実施形態では、それぞれの冷陰極管は、その仕様が、管長５２７ｍｍ、管外径φ２．６、管内径φ２．０、色温度６５００Ｋ前後、Ｎｉ電極、ガス圧７０Ｔｏｒｒ、輝度約３００００ｃｄ／ｍ＾２のものである。

なお、光源２２は、４本の冷陰極管に限らず、４本以上の複数本の冷陰極管を同時点灯するように構成してもよい。例えば、６本の冷陰極管を同様に結線して３組の２管直列光源を使用する場合、１組目の２管直列光源の２本の冷陰極管の周囲を囲むように並列に、その両側、図１で説明すると上下から挟むように２組目の２管直列光源の２本の冷陰極管を配置し、さらに２組目の２管直列光源の２本の冷陰極管の周囲を囲むように並列に、その両側を挟むように３組目の２管直列光源の２本の冷陰極管を配置する。４組以上の２管直列光源を使用する場合も同様である。

光源２２の２組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分には、バランス回路２４と、合計電流検出回路２６と、電流差検出回路２８とが直列に挿入されている。

バランス回路２４は、光源２２のそれぞれの冷陰極管に流れる管電流を常にほぼ均一に揃えるものである。バランス回路２４は、図３に示すように、また、図４にバランス回路のみを抜き出して示しているように、隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性（コイルを巻く方向が逆向き）のコイルが接続され、これらのコイルが１つのコアに巻き付けられた非常に単純な構成のバランスコイル（カレントトランス）によって構成されている。

ここで、図３および図４に示すバランスコイルにおいて、１対のコイル近傍に示す‘・’が同じ側にある場合、その極性が同じであることを表し、違う側にある場合、その極性が逆であることを表す。他の図面においても同様である。

バランスコイルにおいて、１対のコイル間に電流差が発生すると、両者は互いに逆向きの電圧を発生する。電流の大きい方は電圧を下げる向きに、電流の小さい方は電圧を上げる向きに作用する。その結果、大きい方の電流が小さくなる方向に、かつ小さい方の電流が大きくなる方向に制御され、両者はほぼ一致するところで安定して平衡する。これにより、それぞれＶ−Ｉ特性が異なる冷陰極管であっても、４本の冷陰極管の管電流をほぼ均一に揃えることができ、輝度ばらつきを２〜３％以内と大幅に低減することができる。

本実施形態の照明装置１０では、バランス回路２４によって、２組の２管直列光源のそれぞれの冷陰極管の管電流のバランスをとりつつ、４本の冷陰極管の同時点灯を実現している。前出の特許文献２では、放電管の高圧部に分流トランスを設置せざるを得なかった。これに対し、バランス回路２４は、２組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分において、すなわち低圧部にバランスコイルを挿入するので、リーケージ等の影響を受けにくく、効率低下しないという特徴がある。

なお、２以上の複数組の２管直列光源を使用する場合には、バランスコイルを多段接続することも可能である。この点については後述する。

ここで、光源２２の２管直列光源の配置は、図１に示すように、ｉ＋１組目（ｉは１以上の自然数）の２管直列光源の２本の冷陰極管が、ｉ組目の２管直列光源の２本の冷陰極管の周囲を囲むように並列に配置されているのが最も好ましい。しかし、本発明は、これに限定されるわけではなく、複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管が並列に配置されていれば良い。言い換えると、複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の配置順序はどのような順序で配置してもよい。

例えば、図１１に示したように、複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の入力側（図１１中左側）で配線が交差するような配置としてもよいし、例えば図５に示すように、２本の冷陰極管の直列接続部分（図５中右側）で配線が交差するような配置であってもよい。また、これらの例に限らず配線がどのように交差する配置であっても良い。なお、前述の通り、２管直列光源の２本の冷陰極管の入力側や直列接続部分で配線が交差しないような配置である方が好ましいことは言うまでもないことである。

続いて、合計電流検出回路２６は、２組の２管直列光源の合計電流を出力するもので、図３では概念的に示しているが、本実施形態の場合、リング状のコアに、３つのコイルを巻きつけたトロイダル型コイルが用いられている。２つのコイルは、バランス回路２４の一対のコイルに各々直列に接続された、すなわち２組の２管直列光源のぞれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分に接続された同極性の１対の巻線数の等しいコイルであって、バランス回路２２に流れる管電流の合計電流を算出する。もう一つのコイルは、その合計電流を取り出すためのコイルである。

合計電流検出回路２６から出力される管電流の合計電流は、前述の電圧制御発振回路１６と駆動回路１４内の保護回路３０とにフィードバックされる。合計電流が供給された場合の電圧制御発振器１６と保護回路３０の動作は前述の通りである。

なお、本実施形態では、２組の２管直列光源の合計電流を求めているが、図６に一例を示すように、例えば１つのコアに、３組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分に接続された同極性の巻線数の同じコイルを巻き付けることによって、３組の２管直列光源の合計電流を求めることも可能である。同様にして、４組以上の２管直流光源の合計電流を求めることもできる。

また、電流差検出回路２８は、２組の２管直列光源の電流差（差分電流）を出力する。電流差検出回路２８は、図３に示すように、合計電流検出回路２６の１対のコイルに各々直列に接続された、すなわち２組の２管直列光源のぞれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分に接続された逆極性の１対の巻線数の等しいコイルをコアに巻き付け、さらに同じコアにもう１つの電流差を取り出すためのコイルを巻き付けたものである。

電流差検出回路２８から出力される電流差は、前述の駆動回路１４内の保護回路３０にフィードバックされる。

冷陰極管等に異常が発生した場合、例えば２組の２管直列光源のうちの１組の２管直列光源の１本の冷陰極管に異常が発生し、電流過多となった場合でも、前述のバランス回路２２により、２組の２管直列光源の管電流はほぼ均一に揃えようと働く。揃えられた結果、合計電流が多くなれば、合計電流検出回路２６によって異常が検知される。しかし、バランス回路２４により通常時ほど揃えられなかった場合に、合計電流が設定されている基準値から大きく外れない場合がある。その場合には、これで異常を検出することはできない。従って、各組の２管直列光源の管電流のそれぞれを監視する手段が必要となる。

一般的には、絶縁を確保するために、フォトカプラ等でそれぞれの電流を駆動回路１４内の保護回路３０にフィードバックする方法が考えられる。本実施形態では、巻線型の電流差検出回路２８により、２組の２管直列光源のそれぞれの２本の冷陰極管の直列接続部分の電流差を検出する。この電流差は保護回路３０に供給され、保護回路３０において異常が検出されると駆動回路１４から駆動信号の出力が停止される。合計電流と電流差という相対的な情報をもとに、各管に流れている電流の絶対量を特定し、各管の異常有無を判定しても良い。この２情報の合成から各管の状態を判定する部分は保護回路３０内に含まれており、異常が検出された場合には駆動信号の出力を停止する。

なお、上記バランス回路２４、合計電流検出回路２６および電流差検出回路２８は、図３に示す回路構成に限定されず、同様の機能を果たす別のどのような構成の回路でも実現可能である。この点についても後述する。また、図１では、バランス回路２４、合計電流検出回路２６、電流差検出回路２８の順に直列に接続されているが、その配置順序は何ら限定されない。

次に、光源２２で使用される冷陰極管の本数を増加させた場合のバランス回路２４について説明する。

冷陰極管を４本同時点灯する場合は、上記実施形態で述べた通りである。しかし、液晶テレビのバックライト装置等の用途では、２２インチの液晶テレビであっても、１０〜１２本程度の冷陰極管を使用した平面光源構造となっている。その場合には、全ての冷陰極管の管電流を均一化することが必要となる。その場合でも、前述の４本同時点灯の回路に若干の工夫を加えることでさらに多くの冷陰極管を同時点灯させ、その管電流を均一化することが可能である。

まず、図７に示す例は、図４に示す２組の２管直列光源を２つ単純に並列配置したものである。この構成でも、使用する２管直列光源の本数を倍増させることは可能であるが、同様にして２管直列光源の本数をｎ倍にすると、その前段のインバータ（駆動回路１４、電圧制御発振器１６、圧電セラミックトランス１８等）の個数もｎ個必要となり、コストアップにつながる。さらに、各々のバランス回路２４の位置も遠いので、全体の管電流のバランス回路２４に直列に接続される合計電流回路２６を配置する場合も不便である。

これに対し、図８に示す例は、図４に示す光源２２において、１組目の２管直列光源の周囲を囲むように、２組目の２管直列光源を並列配置し、インバータを１つにまとめたものである。この構成であれば、２管直列光源の本数を増加させることも非常に簡単で、２管直列光源をｎ倍としてもインバータは常に１つでよい。しかも、各々のバランス回路２４の位置も近いので、全体の管電流のバランス回路２４に直列に接続される合計電流回路２６を配置する場合も容易である。例えば、図６のような多段合計電流検出回路をバランス回路２４と直列に設ける場合、複数の合計電流検出回路２６を一部に集中できるので配線が楽になる。

また、図９に示す例は、図７に示す例と似ているが、２管直列光源の本数を倍増させ、なおかつ、インバータの個数を１つにしたものである。上下４本ずつの２管直列光源の接続状態は図７の例とほぼ同じであるが、圧電セラミックトランス１８の２相の変圧信号の１つを中央部の４本の冷陰極管に入力し、なおかつ、もう１つの変圧信号を、その周囲を囲むように図９中上下に並列に配置された４本の冷陰極管に入力することでインバータを１つにしている。

また、図９に示す例では、上側の２組の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分においてバランス回路２４が配置され、下側の２組の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分にもバランス回路２４が配置されている。これにより、上下４本ずつの冷陰極管の管電流は各々ほぼ均一となる。さらに、上側の外側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分と下側の外側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分にもバランス回路２４が挿入されており、これによって８本全ての冷陰極管の管電流がほぼ均一に揃えられる。

なお、図７および図８に示す回路構成においても、図９に示す回路構成と同様にして全ての冷陰極管の管電流をほぼ均一に揃えることが可能である。また、上記各例の図には、バランス回路２４のみを示しているが、これらの回路にさらに合計電流検出回路２６や電流差検出回路２８を設ける場合は、図９に示す、上側の外側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分と下側の外側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分に配置されているバランス回路２４に直列に設けても良い。

なお、冷陰極管の本数を倍の８本（２管直列光源の本数を４本）にした場合を例に挙げて説明したが、冷陰極管の本数は４本や８本に限定されず、必要に応じて必要数の冷陰極管を同時点灯させる照明装置を構成することも可能である。

次に、バランス回路２４、合計電流検出回路２６および電流差検出回路２８の別の実施形態について説明する。

例えば、図１０に示す回路は、バランス回路２４、合計電流検出回路２６および電流差検出回路２８をまとめて１つの回路として構成した例である。

図１０中左側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分には２つの同極性のコイルが直列に接続されている。それぞれのコイルはコアに巻き付けられ、それぞれ同極性の巻線数の等しいコイルが同じコアに巻き付けられて、それぞれカレントトランス６０、６２が構成されている。同様に、右側の２管直列光源の２本の冷陰極管の直列接続部分にも２つの同極性のコイルが直列に接続されている。それぞれのコイルはコアに巻き付けられ、それぞれ同極性の巻線数の等しいコイルが同じコアに巻き付けられて、それぞれカレントトランス６４、６６が構成されている。

上側の左右２つのカレントトランス６０、６４を構成する内側の２つのコイルは、その一方の端子（図１０中下側の端子）が互いに接続され、他方の端子（図１０中上側の端子）は、それぞれ「差」と記載されている部分に接続されている。一方、下側の左右２つのカレントトランス６２、６６を構成する内側の２つのコイルは、右側のコイルの一方の端子（図１０中下側の端子）と左側のコイルの他方の端子（図１０中上側の端子）が互いに接続され、右側のコイルの他方の端子（図１０中上側の端子）と左側のコイルの一方の端子（図１０中下側の端子）は、それぞれ「和」と記載されている部分に接続されている。

図１０中右側の２管直列光源と左側の２管直列光源は、各々のカレントトランス６０、６２、６４、６６を介して互いに接続されることによって、左右両方の２管直列光源に流れる管電流はほぼ均一となるように制御される。つまり、図３に示すバランス回路２４と同様の機能が実現されている。

また、図１０中下側の左右のカレントトランス６２、６６を構成する内側の２つのコイルの端子は互いに交差するように接続されているので、下側の「和」と記載されている部分からは、インピーダンス素子を介して、図３に示す合計電流検出回路２６から出力される合計電流と等しい合計電流を取り出すことができる。つまり、図３に示す合計電流検出回路２６と同様の機能が実現されている。

一方、上側の左右のカレントトランス６０、６４を構成する内側の２つのコイルの端子は互いに交差しないように接続されているので、上側の「差」と記載されている部分からは、同じくインピーダンス素子を介して、図３に示す電流差検出回路２８から出力される電流差と等しい電流差を取り出すことができる。つまり、図３に示す電流差検出回路２８と同様の機能が実現されている。

なお、図１０に示す例は、バランス回路２４、合計電流検出回路２６および電流差検出回路２８をまとめて１つの回路として構成したものであるが、この例に限らず、同様の機能を実現する他の構成の各種の回路を採用することが可能である。

また、上記各実施形態は、本発明の照明装置の一例を示すものであり、本発明は、上記構成に限定されない。また、本発明の照明装置は、例えば図１に示す各構成要素以外の各種の構成要素を含んでいてもよい。また、本発明の照明装置は、液晶テレビやコンピュータの表示装置として用いられる液晶ディスプレイなどのバックライト装置として好適に利用可能であるが、これに限らず、各種の照明装置としても利用可能である。

また、光源は、上記実施形態の冷陰極管に限定されず、例えば熱陰極管、蛍光管、ネオン管、外部電極管などを含む各種の放電管を使用しても良い。また、上記実施形態では、圧電セラミックトランスによって昇圧しているが、これも限定されず、各種の変圧トランスを用いて昇圧しても良いし、逆に降圧しても良いし、同一電圧を出力しても良い。すなわち、必要に応じて所定電圧に変圧しても良い。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の照明装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の照明装置の内部構成を表す一実施形態のブロック概略図である。 図１に示す圧電セラミックトランスを表す斜視図である。 図１に示すバランス回路、合計電流検出回路および電流差検出回路を表す概略図である。 図１に示すバランス回路の構成を簡略的に表す概略図である。 バランス回路の変形例を表す概略図である。 合計電流検出回路の変形例を表す概略図である。 バランス回路の変形例を表す概略図である。 バランス回路の変形例を表す概略図である。 バランス回路の変形例を表す概略図である。 図１に示すバランス回路、合計電流検出回路および電流差検出回路の変形例を表す概略図である。 従来の照明装置において、２本の冷陰極管を直列に接続した２直列光源を２組並列に並べた場合の接続例を表す概略図である。 従来の照明装置において、２本の冷陰極管を直列に接続した２直列光源を２組並列に並べた場合の別の接続例を表す概略図である。 従来の照明装置において、２本の冷陰極管を直列に接続した２直列光源を２組並列に並べた場合の別の接続例を表す概略図である。 従来の照明装置において、２本の冷陰極管を直列に接続した２直列光源を２組並列に並べた場合の別の接続例を表す概略図である。

符号の説明

１０ 照明装置
１２ 電源
１４ 駆動回路
１６ 電圧制御発振回路
１８ 圧電セラミックトランス
２０ バラストコンデンサ
２２ 光源
２４ バランス回路
２６ 合計電流検出回路
２８ 電流差検出回路
３０ 保護回路
３２ 圧電セラミックス
３４ａ、３４ｂ 第１入力電極
３６ａ、３６ｂ 第２入力電極
３８ 第１出力電極
４０ 第２出力電極
４２ 第１領域
４４ 第２領域
４６ 第３領域
４８ 第４領域
５０ 第５領域
５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ 入力端子
５６、５８ 出力端子
６０、６２、６４、６６ カレントトランス
６８、７２ インバータ
７０ 発振回路
７４ 導光板

Claims (9)

1. ２本の放電管が並列に配置され、前記２本の放電管の同じ方向の一方の端子が接続された複数組の２管直列光源を光源とする照明装置であって、
   前記光源は、前記複数組の２管直列光源が並列に配置され、
   隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、これらの隣接する２組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルが第１のコアに巻き付けられてバランスコイルが構成されたバランス回路が設けられていることを特徴とする照明装置。
2. 前記光源は、ｉ＋１組目（ｉは１以上の自然数）の２管直列光源の２本の放電管が、ｉ組目の２管直列光源の２本の放電管の周囲を囲むように並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、同極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の合計電流を取り出すためのコイルとが第２のコアに巻き付けられた合計電流検出回路を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. さらに、その発振周波数が、前記合計電流検出回路から供給される合計電流の電流値に応じて変化する基本波を発生する電圧制御発振回路と、
   その発振周波数が、前記電圧制御発振回路から供給される基本波の周波数に応じて変化する所定電圧の駆動信号を生成する駆動回路と、
   前記駆動回路から所定電圧の駆動信号が入力されると、前記光源に入力される、前記駆動信号と略等しい周波数で、該駆動信号から所定電圧の変圧信号を出力する変圧トランスとを備え、
   前記電圧制御発振回路は、前記合計電流の電流値に応じて前記基本波の周波数を制御することによって、前記合計電流が常に略一定値となるように制御することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. さらに、前記合計電流検出回路から供給される合計電流の電流値が所定範囲内ではない場合に、前記駆動回路から駆動信号の出力を停止するように制御する第１の保護回路を備えていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源に入力される変圧信号は、略１８０度位相が異なる２相の信号であることを特徴とする請求項４または５に記載の照明装置。
7. さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の電流差を取り出すためのコイルとが第３のコアに巻き付けられた電流差検出回路を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
8. さらに、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分において、それぞれ巻線数が等しく、逆極性であるコイルが接続され、前記複数組の２管直列光源のそれぞれの２本の放電管の直列接続部分に接続されたコイルと前記複数組の２管直列光源の電流差を取り出すためのコイルとが第３のコアに巻き付けられた電流差検出回路と、
   前記電流差検出回路から供給される電流差の電流値がその上限値を上回っている場合に、前記駆動回路から駆動信号の出力を停止するように制御する第２の保護回路とを備えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の照明装置。
9. 前記放電管は、冷陰極管であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の照明装置。

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