JP2011040172A - 外部電極型ランプ点灯装置および外部電極型ランプを備えたバックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力が少なく、画像の明暗に応じて出力を制御できる、外部電極型ランプ点灯装置および外部電極型ランプを備えたバックライト装置を提供すること。
【解決手段】 発光管の外部に管軸に沿って配置された一対の外部電極を有する外部電極型ランプと、当該外部電極型ランプを点灯させる点灯回路を備えた外部電極型ランプ点灯装置において、
前記外部電極型ランプの外部電極の少なくとも一方の電極が管軸方向に分割され、前記点灯回路は、出力の電圧値を可変する電力供給部と出力のデューティー比を可変するインバータ部とよりなる駆動回路が、分割された外部電極ごとに別個独立に接続され、各駆動回路のインバータ部に共通する信号を入力するインバータ部制御回路が設けられ、該信号により点灯回路の出力の動作周期が設定されることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置などのバックライト装置の光源として用いられる外部電極型ランプ点灯装置および外部電極型ランプを備えるバックライト装置に関する。

液晶表示装置のバックライト装置の光源として、発光管の外表面に一対の帯状の外部電極を配設され、高周波電圧が印加されて点灯する外部電極型ランプが提案されている。外部電極型ランプを複数並べて点灯することによって、面状に照射している。

図７（ａ）は、例えば特許文献１記載の従来の外部電極型ランプを示す断面図、図７（ｂ）はＺ−Ｚ’線断面図であり、図８は従来の外部電極型ランプを備えたバックライト装置である。
図７（ａ）において、外部電極型ランプ８は、透光性の誘電材料よりなる発光管８１を備え、発光管８１の外表面上に、発光管８１を挟んで離間する一対の帯状の外部電極８３、８４が、発光管８１の管軸方向に沿って配設されている。発光管８１の内面には蛍光体が全域にわたって塗布されており、内部には、Ｘｅガスなどの希ガスが封入されている。
外部電極８３、８４間に高周波電圧が印加されると、誘電材料である発光管８１を介して放電空間Ｓ内にエキシマ放電が発生し、このエキシマ放電により発生した真空紫外光によって蛍光体が励起されて可視光に変換するため、発光管８１の外部に可視光が出射される。

図８において、バックライト装置８００は、箱状のケーシング９５内に複数の外部電極型ランプ８が互いに平行に並んで配置されており、外部電極型ランプ８の背面およびケーシング９５内側壁面には反射シート９１が設けられている。さらに反射シート９１の背面には不図示の電源が配置されており、各々の外部電極型ランプ８に電力を供給できる。
外部電極型ランプ８の光出射側には、光を面状にして出射するための拡散板９２と、拡散シート９３と、指向性制御シート９４とが重ねられて配置される。以上により、外部電極型ランプを備えたバックライト装置は液晶表示装置に適した面状の可視光源を提供することができる。

特開２００８−２４３４１５号公報

近年、薄型テレビ等の大型液晶表示装置への省エネルギー化の要求が高まり、光源である外部電極型ランプにも消費電力が少ないことが求められている。バックライトは表示される画面の全面に一定の明るさを供給するものであり、画像の明暗は液晶パネルの動作によって制御される。したがって、画像が暗い場合であっても不必要に照明を提供して電力を消費している。また、ランプごとに点灯状態を制御するとしても、ランプ軸方向に対する調光ができないため、複数並列に並んだ１方向のみしか調光ができない。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、消費電力が少なく、画像の明暗に応じて出力を制御できる、外部電極型ランプ点灯装置および外部電極型ランプを備えたバックライト装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明は、発光管の外部に管軸に沿って配置された一対の外部電極を有する外部電極型ランプと、当該外部電極型ランプを点灯させる点灯回路を備えた外部電極型ランプ点灯装置において、
前記外部電極型ランプの外部電極の少なくとも一方の電極が管軸方向に分割され、前記点灯回路は、出力の電圧値を可変する電力供給部と出力のデューティー比を可変するインバータ部とよりなる駆動回路が、分割された外部電極ごとに別個独立に接続され、各駆動回路のインバータ部に共通する信号を入力するインバータ部制御回路が設けられ、該信号により点灯回路の出力の動作周期が設定されることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記電力供給部に入力される電力供給部制御回路が駆動回路ごとに別個独立に設けられ、当該駆動回路の出力電圧を別々の大きさにできることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、請求項１または請求項２に記載の外部電極型ランプ点灯装置を複数並べて配置されていることを特徴とする外部電極型ランプを備えたバックライト装置。

本願第１の発明に係る外部電極型ランプ点灯装置によれば、管軸方向に沿って複数に分割されて配置された電極の各々に独立に高周波電力を給電可能な駆動回路をそれぞれ別個独立に接続することにより、各電極間に対して異なる給電をすることができるので、消費電力が少なく、画像の明暗に応じて出力を制御できる。さらに、各駆動回路のインバータ部に共通に入力して出力の動作周期が設定されるので、隣り合う外部電極に入力される高周波電圧の位相がほぼ等しくなる。各外部電極に供給される高周波電圧の位相が互いに同期するので、軸方向に隣り合う外部電極での沿面放電を発生しにくくできる。

本願第２の発明に係る外部電極型ランプ点灯装置によれば、電力供給部制御回路が駆動回路ごとに別個独立に設けられ、当該駆動回路の出力電圧を別々の大きさにできるので、軸方向に複数並ぶ各外部電極に接続する駆動回路の電圧値を調整することができ、外部電極型ランプの軸方向にも画像の明暗に応じて出力を制御して調光できる。

本願第３の発明にかかる外部電極型ランプを備えたバックライト装置によれば、本発明の外部電極型ランプ点灯装置を複数並べて配置することによって、各外部電極型ランプに入力される各インバータ部制御回路からの信号を調整することにより、バックライト装置の一方向の調光が可能となる。また、各外部電極に接続する駆動回路ごとに電力供給制御回路からの信号を調整することにより、外部電極型ランプの軸方向にも調光でき、バックライト装置の他方向の調光も可能となる。

本発明の外部電極型ランプの断面図 外部電極型ランプの点灯回路を説明するための回路図 図２に示す外部電極型ランプの点灯回路のタイミングチャート インバータ部２２の他の実施形態を示す回路図 インバータ部２２の他の実施形態を示す回路図 本発明の外部電極型ランプを備えるバックライト装置の構成図 従来の外部電極型ランプを示す断面図 従来の外部電極型ランプを備えるバックライト装置の構成図

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の外部電極型ランプ１の断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図である。
図１において、外部電極型ランプ１は、ガラスなど透光性の誘電材料よりなる発光管１１を備え、発光管１１の外表面上に、発光管１１を挟んで一対の帯状の外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１４が発光管１１の管軸方向に沿って配設されている。発光管１１の内面には可視光を発光する蛍光体が全域にわたって塗布された蛍光体層１２が形成されている。

これらの外部電極１３、１４は、導電性のものであれば特に制限されるものではなく、例えば、金、銀、ニッケル、カーボン、金パラジウム、銀パラジウム、白金、アルミニウムなどを好適に用いることができ、発光管１１の外表面にテープ状金属を貼付したり、導電性ペーストをスクリーン印刷して焼成したりすることにより実現でき、ガラスペーストを焼成した保護膜により被覆されている。
発光管１１を構成するガラスは、例えばバリウムガラスであり、他にはコバールガラス、タングステンガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウ珪酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスなどを用いてもよい。
発光管１１の内部に封入される希ガスは、例えばキセノン、クリプトン、アルゴン、ネオンまたはそれらの混合ガスなどであり、１．３〜４０ＫＰａ程度封入される。

発光管１１の内面に塗布される蛍光体１２は、例えば、可視光発光する蛍光体としては、赤色蛍光体がユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ）または（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ、緑色蛍光体がセリウム・テルビウム付活リン酸ランタン蛍光体（ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ）、青色の蛍光体がユーロピウム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体（ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ）である。
外部電極１３ｂ４間に高周波電圧が印加されると、誘電材料である発光管１１を介して放電空間Ｓ内にエキシマ放電が発生し、このエキシマ放電により発生した真空紫外光によって蛍光体１２が励起されて発光管１１の外部に可視光が出射される。

外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃはいずれも高電圧側に接続された同極性となる電極であるが、管軸方向で互いに離間するように分割されて配置されている。これに対し異極性となる外部電極１４は、外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに対して共有の接地電極である。これらを合せて一対の外部電極１３、１４と呼ぶ。なお、外部電極１４は、管軸方向に複数に分割して配設してもよい。外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃは軸方向に互いに２〜１０ｍｍ程度離間している。

このように、本発明の外部電極型ランプ１においては、一方の外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃが管軸方向に沿って、複数に分割されて配置されている。この複数の外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃの各々に独立に高周波電力を給電可能な駆動回路をそれぞれ別個独立に接続することにより、各電極間に対して異なる給電をすることができる。
しかも、外部電極１３ｂに電圧を印加したときは、外部電極１３ｂと外部電極１４との間のみで放電が行われるため、外部電極１３ｃなどの他の電極が配設されている領域では放電が生じない。
すなわち、外部電極対ごとに発光できるので、外部電極１３ｂと外部電極１４の間で発光させて、外部電極１３ｃと外部電極１４の間で発光させないということが可能となる。

続いて、外部電極型ランプ１の点灯回路２について説明する。図２は、外部電極型ランプ１の点灯回路２を説明するための回路図である。
各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃと外部電極１４間での放電により発光する点灯領域ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３ごとに別個独立の駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃが接続される。各駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃには、インバータ部２２と電力供給部２６とが構成され、外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに１３００〜１８００Ｖ_０−Ｐの電圧を印加する。電力供給部２６は昇圧回路であり、ＤＣ電源から供給された直流電圧の大きさを調整してインバータ部２２へ供給している。インバータ部２２では、対をなして動作する２以上のスイッチング素子２５ａ、２５ｂとトランス２３とにより構成され、スイッチング素子２５ａ、２５ｂによって直流電圧を交流電圧に変換し、トランス２３によって昇圧して各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃへ点灯電力として供給している。

電力供給部２６は、主要な素子としてスイッチ２７とダイオードとコイルとコンデンサなどを備えて構成される。図中では、動作を説明するために必要な素子のみについて表示する。スイッチ２７のＯＮタイミングを操作することによって、ＤＣ電源から供給された直流電圧の大きさを調整することができる。スイッチ２７がＯＮのときにエネルギーを蓄え、ＯＦＦになったときに電圧を出力する。コイルが磁気飽和しない範囲で、スイッチ２７のＯＮ時間を長くすることによって、より多くのエネルギーを蓄えて電力供給部２６から高電圧を出力することができる。スイッチ２７のＯＮ時間を調整することにより、電力供給部２６から０〜１００Ｖ程度の範囲の電圧を出力することができる。

インバータ部２２は、スイッチング素子２５ａ、２５ｂを交互に動作させることによって直流電圧を交流電圧に変換している。インバータ部２２から５０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚ程度の交流電圧を出力する。また、スイッチング素子２５ａ、２５ｂを交互に動作させる期間と、スイッチング素子２５ａ、２５ｂを動作させない期間とを設けることによって外部電極型ランプ１を間欠動作させて調光ができる。デューティー調光は１００Ｈｚ〜１ｋＨｚのタイミングで行い、２０〜１００％の範囲で行うことができる。スイッチング素子２５ａ、２５ｂを動作させない期間を長く設けることによって、外部電極型ランプ１の点灯回路２の出力を抑えることができる。

画像信号処理回路３０から、電力供給部２６のスイッチ２７のＯＮタイミングを操作する電力供給部制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、インバータ部２２のスイッチング素子２５ａ、２５ｂのＯＮタイミングを操作するインバータ部制御回路３２が接続される。電力供給制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続する駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃごとに別個独立に設けられ、電力供給制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃから出力される信号はそれぞれの電力供給部２６から出力される直流電圧の大きさを別々の大きさに調整できるようになっている。インバータ部制御回路３２は、外部電極型ランプ１の点灯回路２に対して１つ設けられ、各インバータ部２２の一方のスイッチング素子２５ａに共通して入力される信号と、他方のスイッチング素子２５ｂに共通して入力される信号とを出力する。このようにして各インバータ部２２の交互に動作するスイッチング素子２５ａ、２５ｂのＯＮ／ＯＦＦタイミングが揃うようになっている。

タイミングチャートを用いて、本発明の外部電極型ランプ１の点灯回路２の動作を説明する。図３は、図２に示す外部電極型ランプ１の点灯回路２のタイミングチャートである。
Ａは点灯領域ＬＤ１の駆動回路２１ａの電力供給部２６のスイッチ２７に入力される電力供給部制御回路３１ａから出力される信号である。Ｂは点灯領域ＬＤ２の駆動回路２１ｂの電力供給部２６のスイッチ２７に入力される電力供給部制御回路３１ｂから出力される信号である。Ｃは点灯領域ＬＤ３の駆動回路２１ｃの電力供給部２６のスイッチ２７に入力される電力供給部制御回路３１ｃから出力される信号である。ここで、Ａ，Ｂ，ＣのＯＮ時間の長さは、模式的なもので、コイルの容量により、同じタイミング内で、複数回のＯＮ/ＯＦＦを行うことがある。Ｄは点灯領域ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のそれぞれの駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに共通して入力されるインバータ部２２の一方のスイッチング素子２５ａへのインバータ部制御回路３２から出力される信号である。Ｅは点灯領域ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３のそれぞれの駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに共通して入力されるインバータ部２２の他方のスイッチング素子２５ｂへのインバータ部制御回路３２から出力される信号である。Ｆは点灯領域ＬＤ１の駆動回路２１ａの出力波形である。Ｇは点灯領域ＬＤ２の駆動回路２１ｂの出力波形である。Ｈは点灯領域ＬＤ３の駆動回路２１ｃの出力波形である。

Ａ〜Ｃより点灯領域ＬＤ２の駆動回路２１ｂの電力供給部制御回路３１ｂから出力される信号のＯＮ時間が最も長く、点灯領域ＬＤ３の駆動回路２１ｃの電力供給部制御回路３１ｃから出力される信号のＯＮ時間が最も短いことがわかる。これに対応して、点灯領域ＬＤ２の駆動回路２１ｂの出力波形Ｇの電圧が最も高く、点灯領域ＬＤ３の駆動回路２１ｃの出力波形Ｈの電圧が最も低くなっている。なお、Ｆ、Ｇ、Ｈに記載される破線は最大電圧を示す。

これより、電力供給部制御回路３１ｂから出力される信号のＯＮ時間を長くして、スイッチ２７のＯＮタイミングを長くとると、点灯領域ＬＤ２の出力が大きくなり明るい画像を映し出し、電力供給部制御回路３１ｃから出力される信号のＯＮ時間を短くして、スイッチ２７のＯＮタイミングを短くすると、点灯領域ＬＤ３の出力が小さくなり暗い画像を映し出すことがわかる。電力供給部制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃから出力される信号のＯＮ時間を調整することにより、スイッチ２７のＯＮタイミングを調整して、各駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに接続する外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃの出力を別々の大きさにできる。これにより、外部電極型ランプ１の軸方向にも画像の明暗に応じて出力を制御して調光できるようになる。

Ｄ、Ｅのインバータ部制御回路３２から出力される信号が駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに共通して入力されるため、インバータ部制御回路３２から出力される信号に対応して動作する点灯領域ＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３の出力波形の位相が揃う。具体的にいうと、点灯領域ＬＤ１の出力波形Ｆ、点灯領域ＬＤ２の出力波形Ｇ、点灯領域ＬＤ３の出力波形Ｈの位相が揃っている。言及するまでもないが、点灯領域ＬＤ１の出力波形Ｆ、点灯領域ＬＤ２の出力波形Ｇ、点灯領域ＬＤ３の出力波形Ｈは、振幅の大きさはそれぞれ異なっている。

１つのインバータ部制御回路３２から各インバータ部２２のスイッチング素子２５ａ、２５ｂにＯＮタイミング信号が入力されることにより、インバータ部制御回路３２から同一の信号が各インバータ部２２に入力されるため、隣り合う外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに入力される高周波電圧の位相がほぼ等しくなる。各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに供給される高周波電圧の位相が互いに同期するので、軸方向に隣り合う外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃでの沿面放電を発生しにくくできる。

各駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに対応して電力供給制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設けることによって、各電力供給部２６の電力供給部制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃから出力される信号によりスイッチ２７のＯＮ時間を調整して、各インバータ部２２に供給される電圧をそれぞれ別々の大きさにすることができる。そのため、軸方向に複数並ぶ各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続する駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの電圧値を調整することができ、外部電極型ランプ１の軸方向にも画像の明暗に応じて出力を制御して調光できる。

なお、図２の実施例ではインバータ部２２としてハーフブリッジ回路を示したが、プッシュプル回路方式、フルブリッジ回路方式でも構成できる。図４に示すように、フルブリッジ回路では４つのスイッチング素子２５１ａ、２５２ａ、２５１ｂ、２５２ｂを備えるので、スイッチング素子２５１ａとスイッチング素子２５２ａのペアとスイッチング素子２５１ｂとスイッチング素子２５２ｂのペアとを交互に動作させる。スイッチング素子２５１ａとスイッチング素子２５２ａのペアに一方のインバータ部制御回路からの信号が入力され、スイッチング素子２５１ｂとスイッチング素子２５２ｂのペアに他方のインバータ部制御回路からの信号が入力される。

また、トランス２３も１つだけでなく、２つ設けることもできる。図５に示す回路には、ハーフブリッジ回路にトランス２３を２つ配置した例を示す。

図６は、本発明の外部電極型ランプを備えるバックライト装置４の構成図である。
バックライト装置４は、例えば、管軸方向に３分割された外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する外部電極型ランプ１を並列に配置して構成される。外部電極型ランプ１に対して１つのインバータ部制御回路３２から出力される信号が決められ、動作させる期間と動作させない期間とを設けることによって、外部電極型ランプ１全体の調光をしている。また、隣接する複数本のランプの分割電極に、並行して電力供給することにより、面での発光領域を制御することができる。外部電極型ランプ１を縦方向に並べて、各外部電極型ランプ１に入力される各インバータ部制御回路３２から出力される信号を調整することにより、各外部電極型ランプ１の出力を調整でき、バックライト装置４の縦方向の調光が可能となる。

外部電極型ランプ１の各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続する駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃごとに電力供給制御回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃが別個独立に設けられているので、各電力給電部２６のエネルギーを蓄える量を変えて、出力の電圧をそれぞれ別々の大きさにすることができる。軸方向に複数並ぶ各外部電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続する駆動回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの電圧値を調整することができ、外部電極型ランプ１の軸方向にも画像の明暗に応じて出力を制御して調光できるので、バックライト装置４の横方向の調光も可能となる。

１ 外部電極型ランプ
１１ 発光管
１２ 蛍光体層
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４ 外部電極
２ 点灯回路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 駆動回路
２２ インバータ部
２３ トランス
２５ａ、２５ｂ スイッチング素子
２６ 電力供給部
２７ スイッチ
３０ 画像信号処理回路
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 電力供給部制御回路
３２ インバータ部制御回路
４ バックライト装置

Claims (3)

1. 発光管の外部に管軸に沿って配置された一対の外部電極を有する外部電極型ランプと、
   当該外部電極型ランプを点灯させる点灯回路を備えた外部電極型ランプ点灯装置において、
   前記外部電極型ランプの外部電極の少なくとも一方の電極が管軸方向に分割され、
   前記点灯回路は、出力の電圧値を可変する電力供給部と出力のデューティー比を可変するインバータ部とよりなる駆動回路が、分割された外部電極ごとに別個独立に接続され、
   各駆動回路のインバータ部に共通する信号を入力するインバータ部制御回路が設けられ、該信号により点灯回路の出力の動作周期が設定されることを特徴とする外部電極型ランプ点灯装置。
2. 前記電力供給部に入力される電力供給部制御回路が駆動回路ごとに別個独立に設けられ、当該駆動回路の出力電圧を別々の大きさにできることを特徴とする請求項１に記載の外部電極型ランプ点灯装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の外部電極型ランプ点灯装置を複数並べて配置されていることを特徴とする外部電極型ランプを備えたバックライト装置。

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