JP2009146699A

JP2009146699A - バックライトインバータ及びその駆動方法

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Publication number: JP2009146699A
Application number: JP2007322191A
Authority: JP
Inventors: Shingo Takatsuka; 進吾高塚; Mitsuaki Suzuki; 光昭鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-02
Also published as: EP2071903A1; US20090154202A1

Abstract

【課題】ランプ温度の影響を受けずに、ＣＣＦＬに安定したランプ電流を流し、ＬＣＤの表面輝度をＣＣＦＬ起動時から安定させるようにした多灯用のバックライトインバータ及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】１以上のインバータトランス４と複数の冷陰極ランプＣＣＦＬ５とを接続してなるバックライトインバータ１であって、インバータトランス４に設けられる複数の一次巻線４ｐを直列または並列に接続し、インバータトランス４の二次側にリーケージインダクタンスＬｅ２と容量成分Ｃ_０Ｃ_ＣＦＬを含む共振回路を形成するとともに、共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、インバータトランス４のゲイン特性曲線の第１の変曲点と第２の変曲点との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、インバータトランスを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイの画面照明用光源を点灯するためのバックライトインバータに関し、特に大型液晶ＴＶ用の多灯のバックライトインバータ及びその駆動方法に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータ等のディスプレイ装置として液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと記す）が広く使用されるようになってきたが、このＬＣＤはバックライト等の画面照明用の光源を必要とする。また、このようなＬＣＤの画面を高輝度に保つために、上記光源として複数の冷陰極ランプ（以下、ＣＣＦＬと略記する）を使用し、それらを同時に放電、点灯させている。

一般に、バックライト用ＣＣＦＬの放電、点灯には、２４Ｖ程度の直流入力電圧からインバータトランスの二次側に、放電開始時に６０ｋＨｚ、１６００Ｖ程度の高周波電圧を発生させるために、フルブリッジ回路またはロイヤー（ROYER）回路を用いたバックライト駆動用のインバータユニットで構成されたインバータ回路が用いられている。このインバータ回路は、ＣＣＦＬ放電後にはインバータトランスの二次側電圧をＣＣＦＬの放電維持に必要な１０００Ｖ程度の電圧まで下げるように制御している。この電圧制御は、通常、ＰＷＭ制御で行われている。

従来のバックライト用インバータ回路には、トランスの二次側のリーケージインダクタンスと負荷として接続される放電管の持つ寄生容量とで共振回路が形成され、共振回路の共振周波数でトランスの一次側を駆動するものがある。

この共振周波数での駆動は、トランスの一次側の電圧と電流とに位相差を伴い、必ずしもトランスの電力効率のよいものではない。また、トランス二次側には高次の共振周波数が存在し、その共振周波数で動作をしてしまう現象や、高次の共振周波数に影響を受けやすい動作になってしまうことがあり、トランスの設計が難しいという問題がある。そして、バックライト用ＣＣＦＬは、温度、ランプ電流によってランプインピーダンスが大きく変動し、特に、低温起動直後はランプインピーダンスの変化が大きい。また、ランプインピーダンスが大きく変動することは、ランプ電圧も変動することであり、これによりランプに寄生する寄生容量も変動することになる。

このため、放電管の持つ寄生容量により共振回路が形成されるトランスと、共振回路の共振周波数未満で、かつトランスの一次側の電圧と電流との位相差θが最小点より予め定めた範囲内にある周波数でトランスの一次側を駆動するＨブリッジ回路とを備えた放電管用インバータ回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の放電管用インバータ回路は、この構成により、トランスの電力効率を向上させ、かつ高次の周波数の影響を受けにくくでき、トランスの設計を容易にしている。

また、特許文献２には、発振動作を安定させて放電管のちらつきや回路素子の騒音の発生を防止したインバータ回路の駆動方法が開示されている。この方法は、入力巻線に直流電流を供給し、入力巻線電流をスイッチング素子によって断続させて、出力巻線より交番電圧を出力する昇圧トランスを備えたインバータ回路を駆動するもので、インバータ回路の駆動周波数を、昇圧トランスの入出力電圧の位相差が５０°〜１３０°となる周波数範囲から外れた周波数で駆動する。このため、トランスの巻数、エアギャップ、結合度を調整することにより、電力効率は低下するが、負荷インピーダンスの変動による入出力電圧の変動幅を狭くして発振を安定させている。

しかし、これらの駆動方法は、１つまたは数本のＣＣＦＬを点灯させる場合に用いられる方法であり、１つのバックライトインバータによって、多灯、典型的には８本ないし１６本のＣＣＦＬを安定した状態で制御することが難しく、個々のＣＣＦＬのランプ電圧が変動し、これによりランプに寄生する寄生容量に流れる電流も変動するので、輝度が不安定となり、ＬＣＤの表面がちらつくことになる。

また、大型ＴＶ用のバックライトは、ＬＣＤの背面に複数のＣＣＦＬを配置した直下型の構造を採用している。そして、低コストのバックライトインバータとするために、１つの制御ＩＣによって複数のＦＥＴブリッジを駆動し、それぞれのＦＥＴブリッジは、複数のインバータトランスを接続して複数のＣＣＦＬを点灯させている。

このようなＣＣＦＬは、特に多灯式でバックライト用に用いた場合、ランプ電流によってランプインピーダンスが大きく変動し、低温起動直後は、ランプインピーダンスの変化が大きい。また、ランプインピーダンスが大きく変動することは、ランプ電圧も変動することであり、その結果、ランプに寄生する寄生容量に流れる電流が変動する。

そこで、例えば特許文献３に開示されるように、ランプ温度の影響を受けずに安定したランプ電流を流し、ＬＣＤの表面輝度をＣＣＦＬ起動時から安定させるようにした多灯用のバックライトインバータ及びその駆動方法が提案されている。

特許文献３に開示された方法は、複数のインバータトランスと複数の冷陰極ランプを接続してなるバックライトインバータを構成し、前記インバータトランスのリーケージインダクタンスと前記トランスと冷陰極ランプとの間に並列接続された付加容量及び寄生容量とを含む共振回路における直列共振周波数と並列共振周波数の中間の周波数以下で、かつインバータトランスの一次側から見たインバータトランスの一次側の電圧と電流との位相差を示すフェーズ特性曲線のピークを示す周波数以上の動作周波数で駆動することで、ランプ温度の影響を受けずに安定したランプ電流が流れ、ＬＣＤの表面輝度を、低温起動直後より安定なものとすることが図られている。

特開２００３−１６８５８５号公報特開２００４−２０１４５７号公報特開２００６−１４００５５号公報

しかし、特許文献３に開示された駆動方法には、以下のような問題点がある。図１１は、インバータトランスの複数の一次巻線を並列に接続し、擬似Ｕ字管タイプのランプを駆動した場合の、バックライトインバータのゲイン特性とフェーズ特性（インバータトランスの一次側の電圧と電流との位相差）を、インピーダンスアナライザにより測定した結果を示すグラフである。

図１１に示されるように、このゲイン特性曲線には、並列共振周波数Ｆｐと直列共振周波数Ｆｓとの間に、通常想定されるゲイン特性曲線（図１１に一点鎖線で示す曲線Ｎ）から実際のゲイン特性が外れて急激に変化するピーク波形（周波数ＦｉＬと周波数ＦｉＵとの間の部分）が出現している。実験によれば、このようなピーク波形は、擬似Ｕ字管タイプまたはＵ字管タイプのＣＣＦＬに対してインバータトランスの一次巻線を直列接続した場合には出現しないが、上述したような、擬似Ｕ字管タイプのＣＣＦＬに対してインバータトランスの一次巻線を並列接続した場合の他、Ｕ字管タイプのＣＣＦＬに対してインバータトランスの一次巻線を並列接続した場合、シングルエンド駆動される直管タイプのＣＣＦＬに対しては、インバータトランスの一次巻線を並列接続した場合、あるいは、フローティング駆動される直管タイプのＣＣＦＬに対しては、インバータトランスの一次巻線を直列接続するかまたは並列接続した場合の両方の場合に出現することが確認されている。

しかるに、特許文献３に開示された駆動方法では、ゲイン特性曲線に上述したような急激な変位部分が出現するバックライトインバータに対しても、この変位部分に対応する周波数範囲に含まれる周波数を駆動周波数として設定する可能性があり、その場合、ランプ電流のばらつきが大きくなるため、ＣＣＦＬの輝度が不安定となり、ＬＣＤの表面がちらつくことになる。また、環境温度が低温のときにはこの変位部分の尖鋭度が常温のときよりも大きくなるため、ばらつきは顕著に大きくなり、輝度分布に大きなムラが生じてしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、インバータトランスの二次側に形成される共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、インバータトランスのゲイン特性曲線において、上記周波数範囲内に出現するピーク波形に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数でインバータトランスを駆動することが良いとの測定データに基づき、ランプ温度の影響を受けずに、ＣＣＦＬに安定したランプ電流を流し、ＬＣＤの表面輝度をＣＣＦＬ起動時から安定させるようにした多灯用のバックライトインバータ及びその駆動方法を提供することを目的とする。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

本発明において、バックライトインバータのゲイン特性曲線上の、通常想定されるゲイン特性曲線から外れたピーク波形の（低周波数側から掃引したときの）開始点及び終了点を、それぞれ「第１の変曲点」及び「第２の変曲点」という。また、上記ピーク波形は、通常想定されるゲイン特性曲線から増大する方向にピーク値（極大値）をもつ波形、及び、減少する方向にピーク値（極小値）を持つ波形の両方を含むものとする。

（１）１以上のインバータトランスと複数の冷陰極ランプとを接続してなるバックライトインバータであって、前記インバータトランスに設けられる複数の一次巻線を直列または並列に接続し、前記インバータトランスの二次側にリーケージインダクタンスと容量成分を含む共振回路を形成するとともに、前記共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、前記インバータトランスのゲイン特性曲線の第１の変曲点と第２の変曲点との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータ（請求項１）。

（２）（１）項に記載のバックライトインバータにおいて、前記動作周波数は、前記複数の冷陰極ランプのそれぞれに流れるランプ電流の最大値と最小値との差が１ｍＡ以内となる周波数とすることを特徴とするバックライトインバータ（請求項２）。

（３）（１）又は（２）項に記載のバックライトインバータにおいて、前記動作周波数の下限値は、フローティング駆動方式においては、前記複数の冷陰極ランプの中点のランプ電流の波高率が１．６以下、シングルエンド駆動方式においては、前記複数の冷陰極ランプのグラウンド側のランプ電流の波高率が１．６以下を示す周波数とすることを特徴とするバックライトインバータ（請求項３）。

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記動作周波数の上限値は、前記インバータトランスの一次側の電圧と電流との位相差が−４５°以上となる範囲の周波数とすることを特徴とするバックライトインバータ（請求項４）。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記直列共振周波数は、前記インバータトランスの二次巻線から発生するリーケージインダクタンスと前記容量成分とで決定され、前記並列共振周波数は、前記インバータトランスの相互インダクタンスと、前記リーケージインダクタンスと、前記容量成分とで決定されることを特徴とするバックライトインバータ（請求項５）。

（６）（１）〜（５）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記共振回路の前記容量成分は、前記インバータトランスの二次側回路に発生する寄生容量を含むことを特徴とするバックライトインバータ（請求項６）。

（７）（１）〜（６）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記複数の冷陰極ランプは、１本の直管からなる直管タイプ、２本の直管を直列に接続した擬似Ｕ字管タイプ、直管を折り曲げたＵ字管タイプ、または直管を折り曲げたコ字管タイプのうちのいずれか１種を含むことを特徴とするバックライトインバータ（請求項７）。

（８）（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記複数の冷陰極ランプは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ未満であり、前記ゲイン特性曲線が前記第１の変曲点を示す周波数よりも低い駆動周波数で前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータ（請求項８）。

（９）（１）〜（７）のいずれか１項に記載のバックライトインバータにおいて、前記複数の冷陰極ランプは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ以上であり、前記ゲイン特性曲線が前記第２の変曲点を示す周波数よりも高い駆動周波数で前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータ（請求項９）。

（１０）１以上のインバータトランスと複数の冷陰極ランプを接続してなるバックライトインバータを構成し、前記インバータトランスの二次側のリーケージインダクタンス及び容量成分を含む共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、前記インバータトランスのゲイン特性曲線の第１の変曲点と第２の変曲点との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータの駆動方法（請求項１０）。

本発明に係るバックライトインバータ及びその駆動方法によれば、ランプ温度の影響を受けることなく、複数の冷陰極管に安定したランプ電流が流れ、その結果、ＬＣＤの表面輝度が、低温起動直後においても安定なものとなる。

また、本発明に係るバックライトインバータ及びその駆動方法によれば、ランプ電流に対する寄生容量の影響を低減することができるため、複数の冷陰極管におけるランプ電流の均一性が向上する。この結果、ＬＣＤ表面のちらつきも解消される。

さらに、本発明に係るバックライトインバータ及びその駆動方法によれば、バックライトインバータの変換効率を向上させることができるため、インバータトランスやインバータトランスを駆動するスイッチング素子の発熱を低減することが可能となる。この結果、例えば、放熱板を用いない複数のＦＥＴブリッジで構成されるバックライトインバータにおいては、ブリッジ数を削減できるため、ＭＯＳＦＥＴおよび、それに伴うゲートドライブ回路、デカップリングコンデンサ等の部品を削減することができる。また、放熱板付きのＦＥＴブリッジで構成されるバックライトインバータにおいては、放熱板を小型化するか、あるいは、不要とすることができ、これによって、バックライトインバータの小型化ならびにコストダウンが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるバックライトインバータ１の要部を示す回路構成図である。図１に示すバックライトインバータ１は、例えば大型液晶ＴＶ用のバックライトとして好適なものであり、２つのＦＥＴブリッジ３と、４つのインバータトランス４と、８本のＣＣＦＬ５と、１つの制御ＩＣ２とを備え、この１つの制御ＩＣ２によって複数のＦＥＴブリッジ３を作動させ、複数のＣＣＦＬ５を駆動するものである。

各ＦＥＴブリッジ３は、例えば、ＰＭＯＳとＮＭＯＳの各２つのＦＥＴを有する直列回路が並列接続された負荷駆動用のＨブリッジ（フルブリッジ）からなり、インバータトランス４の一次側に接続されている。

各インバータトランス４は、２入力２出力型のリーケージトランスからなり、互いに並列に接続された２つの一次巻線４ｐと、２つの一次巻線４ｐにそれぞれ対応する二次巻線４ｓが設けられている。また、各二次巻線４ｓの一端側は、２本のＣＣＦＬ５、５により構成された擬似Ｕ字管の両端にそれぞれ接続され、各二次巻線４ｓの他端側は、それぞれ抵抗Ｒ１を介してグラウンドに接続されている。この抵抗Ｒ１は、ＣＣＦＬ５に流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路として機能する。

本実施形態では、２つのＦＥＴブリッジ３のそれぞれの出力に、２つのインバータトランス４の４つの一次巻線４ｐが並列に接続され、１つのＦＥＴブリッジ３で２つのインバータトランス４を駆動し、それぞれのインバータトランス４で、２本のＣＣＦＬ５を駆動する構成となっている。

また、インバータトランス４の二次側回路には、寄生容量が存在しており、図１には、ＣＣＦＬ５に寄生する寄生容量Ｃ_ＣＦＬ、及び、二次側回路に発生するその他の寄生容量（例えば、二次巻線に発生する寄生容量やその他の配線に発生する寄生容量）Ｃ_０が、それぞれ等価的なコンデンサとして示されている。

ＦＥＴブリッジ３は、直流電源からの電圧Ｖinを入力して、制御ＩＣ２からの駆動パルス信号により高周波電圧をインバータトランス４の一次側に入力する。そして、インバータトランス４の二次側には昇圧された電圧が出力され、この昇圧された電圧を二次巻線４ｓに接続された２本のＣＣＦＬ５に印加することにより、２本のＣＣＦＬ５を放電、点灯させている。

制御ＩＣ２は、図２に示すように、三角波回路（発振回路）１０、エラーアンプ回路１１、ＰＷＭ回路１２、及びロジック回路１３を備えている。制御ＩＣ２において、エラーアンプ回路１１の一方の入力端（例えば、反転入力）には、電流電圧変換回路Ｒ１からの電圧が整流回路Ｄを介して入力され、エラーアンプ回路１１の他方の入力端（例えば、非反転入力）には、所定の基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。これによって、エラーアンプ回路１１は、ＣＣＦＬ５に流れる電流に応じた出力電圧をＰＷＭ回路１２に出力し、ＰＷＭ回路１２は、三角波回路１０からの三角波出力電圧と、エラーアンプ１１の出力電圧を比較して、パルス信号をロジック回路１３に出力する。ロジック回路１３は、三角波回路１０の出力パルス信号とＰＷＭ回路１２からの出力パルス信号に基づいて、ＦＥＴブリッジ３へ入力するゲート信号を供給する。

ＦＥＴブリッジ３は、ロジック回路１３から出力されるゲート信号により動作し、インバータトランス４の一次巻線４ｐに交流電流を流して、二次巻線４ｓに昇圧された電圧を誘起させ、ＣＣＦＬ５を駆動するものである。

次に、バックライトインバータ１における、インバータトランス４の駆動周波数について説明する。

まず、図３を参照して、インバータトランス４の二次側に形成される共振回路の直列共振周波数と並列共振周波数について説明する。図３は、説明のため、本実施形態におけるバックライトインバータ１の回路構成のうち、１つの共振回路構成部分（Ｃ部）近傍とその等価回路を示した図である。図３において、Ｃ_０及びＣ_ＣＦＬは上述した寄生容量である。Ｃ部の等価回路に示したＭは、インバータトランス４の相互インダクタンス、Ｌｅ２は二次側リーケージインダクタンスであり、又、ＲはＣＣＦＬ５のランプインピーダンスである。

このバックライトインバータにおいて、インバータトランス４の二次側には、インバータトランス４の二次巻線４ｓから発生するリーケージインダクタンスＬｅ２と、等価的にインバータトランス４の二次巻線４ｓに対して並列に接続されたコンデンサとしてみなされる寄生容量Ｃ_０及びＣ_ＣＦＬとを含む共振回路が形成されており、その直列共振周波数Ｆｓは、リーケージインダクタンスＬｅ２、及び、本実施形態における容量成分であるＣ_０とＣ_ＣＦＬの合成容量によって与えられ、並列共振周波数Ｆｐは、相互インダクタンスＭ、リーケージインダクタンスＬｅ２、及び容量成分Ｃ_０、Ｃ_ＣＦＬによって与えられる。
すなわち、合成容量Ｃ＝Ｃ_０＋Ｃ_ＣＦＬとした時、
Ｆｓ＝１／（２π√（Ｌｅ２×Ｃ））
Ｆｐ＝１／（２π√（（Ｌｅ２＋Ｍ）×Ｃ））
となる。

図１に示す構成を備えたバックライトインバータ１に対して、インピーダンスアナライザーにより、ゲインの周波数特性とフェーズの周波数特性を測定した結果を、図４に示す。ここで、ゲインとは、インバータトランス４の一次側の電流と電圧との比を意味し、インバータトランス４の負荷の一次側から見たアドミッタンスに相当する。また、フェーズとは、インバータトランス４の一次側の電圧と電流との位相差を意味する。

また、図４に示す周波数特性は、ＣＣＦＬ５として低ガス圧タイプのＣＣＦＬを用いて測定されたものである。尚、本発明において、「低ガス圧タイプ」のＣＣＦＬとは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ（６０Ｔｏｒｒ）未満のＣＣＦＬであることを意味し、「通常ガス圧タイプ」とは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ（約６０Ｔｏｒｒ）以上であることを意味する。

図４に示すように、ゲイン特性曲線の直列共振周波数Ｆｓおよび並列共振周波数Ｆｐとの間に、通常想定されるゲイン特性曲線（図４に一点鎖線で示す曲線Ｎ）から実際のゲイン特性が外れて急激に変化するピーク波形（周波数ＦｉＬと周波数ＦｉＵとの間の部分）が出現している。本発明では、このピーク波形の（低周波数側から掃引したときの）開始点及び終了点を、それぞれ第１の変曲点Ｐ１及び第２の変曲点Ｐ２という。
そして、本実施形態におけるバックライトインバータ１は、動作周波数として、この第１の変曲点Ｐ１と第２の変曲点Ｐ２との間に対応する周波数範囲を避け、共振回路の並列共振周波数Ｆｐと直列共振周波数Ｆｓとの間の周波数範囲に含まれ、かつ、インバータトランス４のゲイン特性曲線の第１の変曲点Ｐ１と第２の変曲点Ｐ２との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、言い換えれば、並列共振周波数Ｆｐ以上、かつ、第１の変曲点Ｐ１における周波数ＦｉＬ未満（ΔＦｐｉの範囲）の動作周波数、又は、第２の変曲点Ｐ２における周波数ＦｉＵより高く、かつ、直列共振周波数Ｆｓ以下（ΔＦｉｓの範囲）の動作周波数で、インバータトランス４を駆動するものである。

一般に、ゲイン特性が、図４に示す第１の変曲点Ｐ１と第２変曲点Ｐ２との間のようなピーク波形を示す周波数を駆動周波数とすると、ＣＣＦＬ５に流れるランプ電流のばらつきが大きくなるため、ＣＣＦＬ５の輝度が不安定となり、ＬＣＤの表面がちらつきが生じる。本発明では、上述した動作周波数でインバータトランスを駆動するようにしたため、ランプ電流のばらつきが小さくなり、輝度が安定し、ＬＣＤの表面のちらつきが低減される。

また、次に説明するように、周囲温度が大きく変化する使用環境において複数のＣＣＦＬ５を点灯させる場合には、さらに動作周波数を限定することが望ましい。図５は、特定の動作周波数に対して、複数のＣＣＦＬ５のそれぞれに流れるランプ電流の差の最大値（ランプ電流の最大値と最小値との差）を実測した結果を示すグラフであり、Ａは常温（２５℃）の場合、Ｂは低温（−３０℃）の場合の値を示している。

図５に示すように、低温環境においては、常温に比べて、第１の変曲点Ｐ１と第２の変曲点Ｐ２の間の部分に対応する周波数範囲（周波数ＦｉＬと周波数ＦｉＵの間）はもとより、その周辺の周波数においてもランプ電流のばらつきが急激に大きくなっていることがわかる。一般に、ＣＣＦＬの輝度のばらつきを小さくするためには、複数のＣＣＦＬのそれぞれに流れるランプ電流の差の最大値を１ｍＡ以下に抑えることが好ましい。したがって、周囲温度が大きく変化する使用環境において、この条件を満足させるためには、図５に示す周波数ＦｃＬとＦｃＵの間の周波数範囲を除く動作周波数、すなわち、並列共振周波数Ｆｐ以上かつ周波数ＦｃＬ以下（図４に示すΔＦｐｃの範囲）の動作周波数、あるいは、周波数ＦｃＵ以上かつ直列共振周波数Ｆｓ以下（図４に示すΔＦｃｓの範囲）の動作周波数で、インバータトランス４を駆動することが望ましい。

上記の周波数範囲に含まれる周波数を動作周波数としてインバータトランスを駆動することにより、周囲温度が変化する環境においてもランプ電流のばらつきが抑えられ、輝度分布の均一化が実現できる。

さらに、ランプ寿命を長くするためには、電流のひずみをできる限り抑制することが必要であり、そのためには、下限の動作周波数を次のように設定することが好ましい。

図６は、ランプ電流ＩＬの波形を示す図であり、図６(ａ)はひずみの無い理想的な電流波形、図６（ｂ）はひずみを生じた電流波形を示している。ここで、図１に示すバックライトインバータ１のように、フローティング駆動方式でＣＣＦＬ５を駆動する場合、電流波形の測定ポイントは、２本のＣＣＦＬ５、５の中点である。

図６（ｂ）では、波高率（ピーク電流をＩｏ−ｐ、実効電流をＩｒｍｓとした場合、Ｉｏ−ｐ／Ｉｒｍｓとなる）が１．６の時の電流波形を示しているが、ランプ電流ＩＬのひずみがランプ寿命に出来る限り影響しないようにするためには、ランプ電流ＩＬの波高率を１．６以下にする必要がある。ここで、ランプ電流ＩＬの波高率は、特定の周波数Ｆｐｒ（図４参照）より低い周波数では１．６よりも大きくなるため、第１の変曲点Ｐ１より低い周波数領域でインバータトランスを駆動する場合は、周波数Ｆｐｒ以上の動作周波数でインバータトランスを駆動するようにすることが望ましい。

このように、ランプ電流ＩＬの波高率を１．６以下の動作周波数でインバータトランスを駆動することにより、ランプ寿命を長くすることができる。尚、フローティング駆動方式において、電流波形の測定ポイントをＣＣＦＬ５、５の中点とすることにより、波高率測定の正確性が向上する。また、ＣＣＦＬ５を、その一端をグラウンドに接続したシングルエンド駆動方式により駆動する場合には、ＣＣＦＬのグラウンド側で測定することが望ましい。

次に、バックライントインバータ１の変換効率を向上させるためには、インバータトランス４の駆動周波数について、上限の動作周波数を次のように設定することが好ましい。

動作周波数が直列共振周波数Ｆｓに近づくにしたがい、フェーズの値が小さくなるため、インバータトランスに流れる励磁電流が多くなり、変換効率が悪化する。実験によれば、フェーズの値を−４５°以上に設定することにより、変換効率が向上することがわかっており、したがって、位相が−４５°を示す周波数Ｆｆ（図４参照）以下の動作周波数でインバータトランスを駆動することが望ましい。

このように、インバータトランス４のフェーズの値を−４５°以上に設定することにより、ランプ電流のばらつきも抑えることが可能となり、輝度分布の均一化が実現できるとともに、インバータトランス４の変換効率を向上させることができる。

また、低ガス圧タイプのランプに対しては、第１の変曲点Ｐ１における周波数ＦｉＬよりも低い動作周波数でインバータトランスを駆動し、通常ガス圧タイプのランプに対しては、第２の変曲点における周波数ＦｉＵよりも高い動作周波数でインバータトランスを駆動することが好ましい。このことについて、具体的に説明すれば、次のとおりである。

図４に示す測定マークＭは、低ガス圧タイプのＣＣＦＬに対して、第１の変曲点Ｐ１における周波数ＦｉＬよりも低い動作周波数でインバータトランスを駆動した場合のゲインとフェーズを測定した測定点である。この測定点において、ゲインの値は−４５．７５７７ｄＢ、フェーズの値は−１９．１７５９°を示している。これに対して、図７に示すゲイン特性及びフェーズ特性において、測定マークＭは、低ガス圧タイプのＣＣＦＬに対して、第２の変曲点Ｐ２における周波数ＦｉＵよりも高い動作周波数でインバータトランスを駆動した場合のゲインとフェーズを測定した測定点である。この測定点では、フェーズの値が−５４．９０３１°と大きくなっており、これによって、インバータトランスの駆動効率が悪くなり、インバータトランスやＦＥＴブリッジを構成するスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）の発熱が大きくなる。このため、放熱板が必要となり、コストアップにつながる。

図８に示すゲイン特性及びフェーズ特性において、測定マークＭは、通常ガス圧タイプのＣＣＦＬに対して、第２の変曲点Ｐ２における周波数ＦｉＵよりも高い動作周波数でインバータトランスを駆動した場合のゲインとフェーズを測定した測定点である。この測定点において、ゲインの値は−４７．９６３０ｄＢ、フェーズの値が−３８．１２０３°を示している。これに対して、図９に示すゲイン特性及びフェーズ特性において、測定マークＭは、通常ガス圧タイプのＣＣＦＬに対して、第１の変曲点Ｐ１における周波数ＦｉＬよりも低い動作周波数でインバータトランスを駆動した場合のゲインとフェーズを測定した測定点である。この測定点では、フェーズが２．０８１８３°となっており、このことは、インバータとしての動作が不安定であることを意味する。

このように、低ガス圧タイプのＣＣＦＬに対しては、第１の変曲点Ｐ１における周波数よりも低い動作周波数でインバータトランスを駆動し、通常ガス圧タイプのＣＣＦＬに対しては、第２の変曲点Ｐ２における周波数よりも高い動作周波数でインバータトランスを駆動することにより、インバータトランスの変換効率が良好で、かつ動作を安定にする駆動を実現することができる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態におけるインバータトランス４とＣＣＦＬ５の接続は、図１に示すように、インバータトランス４の一次巻線を並列接続し、擬似Ｕ字管タイプのＣＣＦＬを駆動するものとしたが、本発明は、この回路構成に限定されるものではなく、例えば、図１０（ａ）に示すような、２つのインバータトランスＴ１、Ｔ１’のそれぞれの一次巻線を直列接続とし、１本の直管ＣＣＦＬの両端に、インバータトランスＴ１の二次巻線の一端及びインバータトランスＴ１’の二次巻線の一端をそれぞれ接続してフローティング駆動する回路構成、図１０（ｂ）に示すような、２つのインバータトランスＴ１、Ｔ１’のそれぞれの一次巻線を並列接続とし、１本の直管ＣＣＦＬの両端に、インバータトランスＴ１の二次巻線の一端及びインバータトランスＴ１’の二次巻線の一端をそれぞれ接続してフローティング駆動する回路構成、図１０（ｃ）に示すような、１つのインバータトランスＴ１の一次巻線を並列接続し、１本の直管ＣＣＦＬの両端に、インバータトランスＴ１の二次巻線の一端を接続し、直管ＣＣＦＬの一端をグラウンドに接続してシングルエンド駆動する回路構成、図１０（ｄ）に示すように、１つのインバータトランスＴ１の一次巻線を並列接続とし、直管を折り曲げたＵ字管タイプあるいはコ字管タイプ（図ではＵ字管タイプの例）のＣＣＦＬをフローティング駆動する回路構成にも適用できる。

さらに、上述した実施形態では、インバータトランスの二次側に形成される共振回路の容量成分は、寄生容量からなるものとしたが、本発明において、インバータトランスの二次側に、適切な容量を有するコンデンサを付加容量として二次巻線に対して並列に接続するものであってもよい。この場合、本発明に係る共振回路の容量成分は、インバータトランスの二次側回路に発生する寄生容量と、上記付加容量との合成容量からなるものである。

本発明の一実施形態におけるバックライトインバータの回路構成図である。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、制御ＩＣの概略構成を示す回路構成図である。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、インバータトランスの二次側に形成される共振回路の要部を示す回路構成図及びその等価回路図である。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、低ガス圧タイプのＣＣＦＬを駆動した場合のゲイン特性及びフェーズ特性を測定した結果を示すグラフである。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、複数のＣＣＦＬのそれぞれに流れるランプ電流の差の最大値を測定した結果を示すグラフである。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、ランプ電流の葉波形を示したグラフであり、（ａ）はひずみの無い理想的な電流波形、（ｂ）はひずみを生じた電流波形を示す。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、低ガス圧タイプのＣＣＦＬを駆動した場合のゲイン特性及びフェーズ特性を測定した結果を示す別のグラフである。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、通常ガス圧タイプのＣＣＦＬを駆動した場合のゲイン特性及びフェーズ特性を測定した結果を示すグラフである。本発明の一実施形態におけるバックライトインバータにおいて、通常ガス圧タイプのＣＣＦＬを駆動した場合のゲイン特性及びフェーズ特性を測定した結果を示す別のグラフである。（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の別の実施形態におけるバックライトインバータの回路構成図である。従来のバックライトインバータのゲイン特性及びフェーズ特性を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１：バックライトインバータ、２：制御ＩＣ、３：ＦＥＴブリッジ、４：インバータトランス、４ｐ：一次巻線、４ｓ：二次巻線、５：ＣＣＦＬ（冷陰極ランプ）、Ｃ_ＣＦＬ：寄生容量（ＣＣＦＬの寄生容量）、Ｃ_０：寄生容量（二次巻線、二次側配線等の寄生容量）、Ｐ１：第１の変曲点、Ｐ２：第２の変曲点、Ｆｐ：並列共振周波数、Ｆｓ：直列共振周波数

Claims

１以上のインバータトランスと複数の冷陰極ランプとを接続してなるバックライトインバータであって、前記インバータトランスに設けられる複数の一次巻線を直列または並列に接続し、前記インバータトランスの二次側にリーケージインダクタンスと容量成分を含む共振回路を形成するとともに、前記共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、前記インバータトランスのゲイン特性曲線の第１の変曲点と第２の変曲点との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータ。
前記動作周波数は、前記複数の冷陰極ランプのそれぞれに流れるランプ電流の最大値と最小値との差が１ｍＡ以内となる周波数とすることを特徴とする請求項１に記載のバックライトインバータ。
前記動作周波数の下限値は、フローティング駆動方式においては、前記複数の冷陰極ランプの中点のランプ電流の波高率が１．６以下、シングルエンド駆動方式においては、前記複数の冷陰極ランプのグラウンド側のランプ電流の波高率が１．６以下を示す周波数とす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インバータ。
前記動作周波数の上限値は、前記インバータトランスの一次側の電圧と電流との位相差が−４５°以上となる範囲の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
前記直列共振周波数は、前記インバータトランスの二次巻線から発生するリーケージインダクタンスと前記容量成分とで決定され、前記並列共振周波数は、前記インバータトランスの相互インダクタンスと、前記リーケージインダクタンスと、前記容量成分とで決定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
前記共振回路の前記容量成分は、前記インバータトランスの二次側回路に発生する寄生容量を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
前記複数の冷陰極ランプは、１本の直管からなる直管タイプ、２本の直管を直列に接続した擬似Ｕ字管タイプ、直管を折り曲げたＵ字管タイプ、または直管を折り曲げたコ字管タイプのうちのいずれか１種を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
前記複数の冷陰極ランプは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ未満であり、前記ゲイン特性曲線が前記第１の変曲点を示す周波数よりも低い駆動周波数で前記インバータトランスを駆動することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
前記複数の冷陰極ランプは、ランプ内の気圧が約８ｋＰａ以上であり、前記ゲイン特性曲線が前記第２の変曲点を示す周波数よりも高い駆動周波数で前記インバータトランスを駆動することを特徴とする請求項項１から７のいずれか１項に記載のバックライトインバータ。
１以上のインバータトランスと複数の冷陰極ランプを接続してなるバックライトインバータを構成し、前記インバータトランスの二次側のリーケージインダクタンス及び容量成分を含む共振回路の並列共振周波数と直列共振周波数との間の周波数範囲に含まれ、かつ、前記インバータトランスのゲイン特性曲線の第１の変曲点と第２の変曲点との間に対応する周波数範囲に含まれない動作周波数で、前記インバータトランスを駆動することを特徴とするバックライトインバータの駆動方法。