JP5267357B2 - 昇圧回路、光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧を昇圧して出力する昇圧回路、ならびにこのような昇圧回路を用いた光源装置および液晶表示装置に関する。

近年、液晶ＴＶやプラズマディスプレイ（ＰＤＰ；Plasma Display Panel）に代表されるようにディスプレイの薄型化が流れとしてあり、なかでもモバイル用ディスプレイの多くは液晶系であり、忠実な色の再現性が望まれている。液晶パネルのバックライトとしては、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；冷陰極管）やＨＣＦＬ（Hot Cathode Fluorescent Lamp；熱陰極管）等の蛍光管、あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を用いたものなどが提案されている。

これらのうち、製造コスト低減等を目的として、蛍光管を用いてバックライトを構成した場合、従来、この蛍光管の駆動はＡＣ駆動（高周波駆動；例えば５５ｋＨｚ程度）によりなされていた。ところが、このようなＡＣ駆動（高周波駆動）を用いた場合、長い時間をかけて、蛍光管における放電管内で放電ガス（例えば、水銀（Ｈｇ）など）が偏って分布してしまい、その結果輝度むらが生じてしまうことがあった。

そこで、ＡＣ駆動（高周波駆動）の代わりに、ＤＣ駆動を用いて蛍光管を駆動すると共に、低周波で極性反転を行うことにより、そのような放電ガスの偏りに起因した輝度むらを低減することが考えられる。しかしながら、蛍光管の高圧を極性反転するには、高耐圧の素子を用いる必要があると考えられるため、そのようなＤＣ駆動（低周波駆動）を実現するのは困難であった。

一方、低耐圧素子を用いて高電圧を発生することが可能な回路としては、従来、コッククロフトウォールトン回路が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このコッククロフトウォールトン回路では、複数個のダイオードおよびコンデンサを用いて電圧を積み上げることにより、略Ｎ倍（Ｎ：２以上の整数）の昇圧を実現している。

滑川俊彦，他１名著、「基礎電子回路」、株式会社昭晃堂、ｐ．１７３、図７．６（多倍圧電圧整流回路）

ところが、従来のコッククロフトウォールトン回路では、そのような高電圧の極性反転はできなかった。なお、この回路において極性反転を行うには、ダイオードの向きを反転させる必要があると考えられるが、それには複雑な構成が必要になるため、簡易な構成による高電圧の極性反転の実現が望まれる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高電圧の極性反転を、低耐圧素子を用いて簡易に実現することが可能な昇圧回路、ならびにそのような昇圧回路を備えた光源装置および液晶表示装置を提供することにある。

本発明の昇圧回路は、入力交流電圧が入力される一対の入力端子と、（Ｎ＋１）個（Ｎ：２以上の整数）のダイオードと、入力交流電圧における正極側電圧の昇圧に用いられる第１の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、入力交流電圧における負極側電圧の昇圧に用いられる第２の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、を含む（２Ｎ＋１）個のコンデンサと、第１の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子と、第２の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子とからなる２Ｎ個のスイッチング素子とを備えたものである。ここで、第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、正極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、負極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるように構成されている。

本発明の光源装置は、入力交流電圧を昇圧して出力交流電圧を生成する上記本発明の昇圧回路と、蛍光管を含んで構成され、出力交流電圧に基づいて発光動作を行う光源部とを備えたものである。

本発明の液晶表示装置は、入力交流電圧を昇圧して出力交流電圧を生成する上記本発明の昇圧回路と、蛍光管を含んで構成され、出力交流電圧に基づいて発光動作を行う光源部と、この光源部から発せられた光を映像信号に基づいて変調することにより映像表示を行う液晶表示パネルとを備えたものである。

本発明の昇圧回路、光源装置および液晶表示装置では、上記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されると、上記第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されるため、入力交流電圧における正極側電圧が略Ｎ倍に昇圧されて出力される。一方、上記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されると、上記第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるため、入力交流電圧における負極側電圧が略Ｎ倍に昇圧されて出力される。これにより、構成を複雑にしたり高耐圧素子を用いることなく、入力交流電圧を極性反転しつつ略Ｎ倍に昇圧する回路が実現される。

本発明の昇圧回路、光源装置および液晶表示装置によれば、上記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって上記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、入力交流電圧における正極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、上記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって上記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、負極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるようにしたので、構成を複雑にしたり高耐圧素子を用いることなく、入力交流電圧を極性反転しつつ略Ｎ倍に昇圧することができる。よって、高電圧の極性反転を、低耐圧素子を用いて簡易に実現することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の全体構成を表すブロック図である。 図１に示したバックライトの概略構成例を表す平面模式図である。 図１に示した画素の詳細構成例を表す回路図である。 図１に示したバックライト駆動部およびバックライトの詳細構成例を表すブロック図である。 図４に示した極性反転昇圧回路の詳細構成例を表す回路図である。 図５に示した極性反転昇圧回路を簡略化して模式的に表した回路図である。 図６に示した極性反転昇圧回路における正極出力時の状態を表す回路図である。 図７に示した正極出力時に形成される回路図である。 図６に示した極性反転昇圧回路における負極出力時の状態を表す回路図である。 図９に示した負極出力時に形成される回路図である。 図５に示した極性反転昇圧回路におけるバランサ機能について比較例と比較しつつ説明するための模式図である。 図１に示したバックライトにおける低周波駆動の概要について比較例と比較しつつ説明するための模式図である。 図１２に示した低周波駆動の利点の一例について比較例と比較しつつ説明するための模式図である。 図１２に示した低周波駆動を利用した蛍光管の極性反転制御の一例について説明するための模式図である。 図１２に示した低周波駆動の利点の他の例について比較例と比較しつつ説明するための模式図である。 図１２に示した低周波駆動の利点の他の例について比較例と比較しつつ説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（極性反転が可能な昇圧（Ｎ倍電圧発生）回路の例）
２．変形例

＜実施の形態＞
［映像表示システムの全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置（液晶表示装置１）のブロック構成を表すものである。液晶表示装置１はいわゆる透過型の液晶表示装置であり、本発明の一実施の形態に係る光源装置としてのバックライト３と、透過型の液晶表示パネル２とを備えている。この液晶表示装置１はまた、画像処理部４１、タイミング制御部４２、バックライト駆動部５０、データドライバ５１およびゲートドライバ５２を備えている。

バックライト３は、液晶表示パネル２に対して光を照射する光源である。このバックライト３は、図２に示したように、並んで配置された複数の蛍光管３０（例えば、ＣＣＦＬやＨＣＦＬなど）からなる光源部を含んで構成されている。この蛍光管３０は、図示しない放電管および電極を含んで構成されている。放電管は、例えばガラス等により構成されており、その内部に、図示しない蛍光体層および放電ガス（例えば、ネオン（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ），Ｈｇなど）が封入されている。これにより、電極から放電管を介して放電がなされるようになっている。なお、バックライト３全体の詳細構成については、後述する（図４〜図６）。

液晶表示パネル２は、後述するゲートドライバ５２から供給される駆動信号に従って、後述するデータドライバ５１から供給される映像電圧に基づいてバックライト３から発せられる光を変調することにより、入力映像信号Ｄinに基づく映像表示を行うものである。この液晶表示パネル２は、全体としてマトリクス状に配列された複数の画素２０を含んでいる。

ここで、図３を参照して、各画素２０の詳細構成について説明する。図３は、各画素２０内の画素回路の回路構成例を表したものである。画素２０は、液晶素子２２、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）素子２１および補助容量素子２３を有している。この画素２０には、駆動対象の画素を線順次で選択するためのゲート線Ｇと、駆動対象の画素に対して映像電圧（データドライバ５１から供給される映像電圧）を供給するためのデータ線Ｄと、補助容量線Ｃｓとが接続されている。

液晶素子２２は、データ線ＤからＴＦＴ素子２１を介して一端に供給される映像電圧に応じて、表示動作を行うものである。この液晶素子２２は、例えばＶＡ（Vertical Alignment）モードやＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶よりなる液晶層（図示せず）を、一対の電極（図示せず）で挟み込んだものである。液晶素子２２における一対の電極のうちの一方（一端）は、ＴＦＴ素子２１のドレインおよび補助容量素子２３の一端に接続され、他方（他端）は接地されている。補助容量素子２３は、液晶素子２２の蓄積電荷を安定化させるための容量素子である。この補助容量素子２３の一端は、液晶素子２２の一端およびＴＦＴ素子２１のドレインに接続され、他端は補助容量線Ｃｓに接続されている。ＴＦＴ素子２１は、液晶素子２２および補助容量素子２３の一端同士に対し、映像信号Ｄ１に基づく映像電圧を供給するためのスイッチング素子であり、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor）により構成されている。このＴＦＴ素子２１のゲートはゲート線Ｇ、ソースはデータ線Ｄにそれぞれ接続されると共に、ドレインは液晶素子２２および補助容量素子２３の一端同士に接続されている。

画像処理部４１は、外部から入力される入力映像信号Ｄinに対して所定の画像処理（例えば、コントラスト改善処理や鮮鋭度改善処理、オーバードライブ処理など）を行い、そのような画像処理後の映像信号をタイミング制御部４２へ出力するものである。

タイミング制御部４２は、バックライト駆動部５０、ゲートドライバ５２およびデータドライバ５１の駆動タイミングを制御すると共に、画像処理部４１から入力される画像処理後の映像信号をデータドライバ５１へ供給するものである。

ゲートドライバ５２は、タイミング制御部４２によるタイミング制御に従って、液晶表示パネル２内の各画素２０を、前述したゲート線Ｇに沿って線順次駆動するものである。

データドライバ５１は、液晶表示パネル２の各画素２０へそれぞれ、タイミング制御部４２から供給される映像信号に基づく映像電圧を供給するものである。具体的には、この映像信号に対してＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換を施すことにより、アナログ信号である映像信号（上記映像電圧）を生成し、各画素２０へ出力するようになっている。

バックライト駆動部５０は、タイミング制御部４２によるタイミング制御に従って、バックライト３の点灯動作（発光動作）を制御するものである。このバックライト駆動部５０の詳細構成については、後述する（図４）。

［バックライト駆動部５０およびバックライト３の詳細構成］
図４は、バックライト駆動部５０およびバックライト３の詳細構成例をブロック図で表したものである。

（バックライト駆動部５０）
バックライト駆動部５０は、ＰＦＣ（Power Factor Correction；力率改善）回路５０１、絶縁インバータ５０２およびトランス５０３を含んで構成されている。

ＰＦＣ回路５０１は、入力された電圧を安定化させ、力率を改善するための回路である。

絶縁インバータ５０２は、ＰＦＣ回路５０１から入力された電圧（ＤＣ（直流）電圧）を、ＡＣ（交流）電圧（例えば、１３０Ｖ程度）に変換するものである。

トランス５０３は、絶縁インバータ５０２から出力される交流電圧を変圧（ここでは、昇圧）することにより、バックライト３における入力交流電圧Ｖacinを生成する変圧器である。

（バックライト３）
バックライト３は、複数対の極性反転昇圧回路３１、蛍光管３０および電流制御部３２を含んで構成されている。各対の極性反転昇圧回路３１、蛍光管３０および電流制御部３２同士はそれぞれ、互いに並列配置されている。また、各対内において、これら極性反転昇圧回路３１、蛍光管３０および電流制御部３２は、互いに直列接続されている。なお、この極性反転昇圧回路３１が、本発明における「昇圧回路」の一具体例に対応する。

極性反転昇圧回路３１は、トランス５０３から供給される入力交流電圧Ｖacinを、正極・負極間で極性反転しつつ昇圧することにより、蛍光管３０を駆動するため（発光動作を行うため）の出力交流電圧Ｖacoutを生成し、蛍光管３０へと供給するものである。なお、入力交流電圧Ｖacinは例えば１３０〜１２００Ｖ程度であり、出力交流電圧Ｖacoutは例えば２０００Ｖ程度である。また、極性反転の周期は、詳細は後述するが、例えば０．００１〜２４０Ｈｚ程度の低周波に対応する長周期となっている。

電流制御部３２は、例えば表示コントラストを高めるため、蛍光管３０での電流を制御して、調光の比率の制御を行う（例えば、１０：１程度の調光を、１００：１程度の調光に制御する）ものである。なお、この電流制御部３２は、必要に応じて設けるようにすればよく、必ずしも設けなくてもよい。

（極性反転昇圧回路３１）
ここで、図５および図６を参照して、上記した極性反転昇圧回路３１の回路構成について詳細に説明する。図５は、極性反転昇圧回路３１の回路構成例を表したものである。

この極性反転昇圧回路３１は、５個のダイオードＤ０〜Ｄ４と、９個のコンデンサＣ０，Ｃｐ１〜Ｃｐ４，Ｃｍ１〜Ｃｍ４と、８個のトランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４，Ｔｍ１〜Ｔｍ４と、８個の抵抗器Ｒｐ１〜Ｒｐ４，Ｒｍ１〜Ｒｍ４とを有している。ここで、これらの９個のコンデンサのうち、４個のコンデンサＣｐ１〜Ｃｐ４は、後述するように、入力交流電圧Ｖacinにおける正極側電圧の昇圧に用いられるもの（「第１の素子グループ」に属するもの）である。一方、４個のコンデンサＣｍ１〜Ｃｍ４は、後述するように、入力交流電圧Ｖacinにおける負極側電圧の昇圧に用いられるもの（「第２の素子グループ」に属するもの）である。同様に、上記した８個のトランジスタのうち、４個のトランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４は、入力交流電圧Ｖacinにおける正極側電圧の昇圧に用いられるもの（「第１の素子グループ」に属するもの）である。一方、４個のトランジスタＴｍ１〜Ｔｍ４は、入力交流電圧Ｖacinにおける負極側電圧の昇圧に用いられるもの（「第２の素子グループ」に属するもの）である。

極性反転昇圧回路３１はまた、入力交流電圧Ｖacinが入力される一対の入力端子Ｔin１，Ｔin２と、出力交流電圧Ｖacoutが出力される出力端子Ｔoutとを有している。ここで、入力端子Ｔin１から出力側（出力端子Ｔout）に向かって接続ラインＬ１（第１の接続ライン）が延在し、入力端子Ｔin２から出力側へ向かって接続ラインＬ２（第２の接続ライン）が延在している。

ダイオードＤ０は、アノードが接続点Ｐ１を介して入力端子Ｔin１に接続され、カソードが接続点Ｐ２に接続されている。ダイオードＤ１は、アノードが接続点Ｐ１２に接続され、カソードが接続点Ｐ１１に接続されている。ダイオードＤ２は、アノードが接続点Ｐ２１に接続され、カソードが接続点Ｐ２２に接続されている。ダイオードＤ３は、アノードが接続点Ｐ３２に接続され、カソードが接続点Ｐ３１に接続されている。ダイオードＤ４は、アノードが接続点Ｐ４１を介して出力端子Ｔoutに接続され、カソードが接続点Ｐ４２に接続されている。すなわち、これらのダイオードＤ０〜Ｄ４は、隣接間でアノードおよびカソードの方向が互いに逆向きとなるように配置されている。

コンデンサＣ０は、一端が入力端子Ｔin２に接続され、他端が接続点Ｐ２に接続されている。コンデンサＣ１ｐは、一端が接続点Ｐ１に接続され、他端が接続点Ｐ１１に接続されている。コンデンサＣ２ｐは、一端が接続点Ｐ１２に接続され、他端が接続点Ｐ２２に接続されている。コンデンサＣ３ｐは、一端が接続点Ｐ２１に接続され、他端が接続点Ｐ３１に接続されている。コンデンサＣ４ｐは、一端が接続点Ｐ３２に接続され、他端が接続点Ｐ４２に接続されている。コンデンサＣ１ｍは、一端が接続点Ｐ２に接続され、他端が接続点Ｐ１２に接続されている。コンデンサＣ２ｍは、一端が接続点Ｐ１１に接続され、他端が接続点Ｐ２１に接続されている。コンデンサＣ３ｍは、一端が接続点Ｐ２２に接続され、他端が接続点Ｐ３２に接続されている。コンデンサＣ４ｍは、一端が接続点Ｐ３１に接続され、他端が接続点Ｐ４１に接続されている。すなわち、接続ラインＬ１上において、前述した第１の素子グループに属するコンデンサ（コンデンサＣｐ１，Ｃｐ３）と、第２の素子グループに属するコンデンサ（コンデンサＣｍ２，Ｃｍ４）とが、交互に並んで互いに直列接続されている。一方、接続ラインＬ２上では、第１の素子グループに属するコンデンサ（コンデンサＣｐ２，Ｃｐ４）と、第２の素子グループに属するコンデンサ（コンデンサＣｍ１，Ｃｍ３）とが、接続ラインＬ１上とは逆の順で、交互に並んで互いに直列接続されている。

トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４はそれぞれ、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ（ＰＮＰトランジスタ）により構成され、後述する正極電圧出力時にコンデンサＣｍ１〜Ｃｍ４の両端間を接続させてショート状態とするためのスイッチング素子として機能するものである。トランジスタＴｍ１〜Ｔｍ４はそれぞれ、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）により構成され、後述する負極電圧出力時にコンデンサＣｐ１〜Ｃｐ４の両端間を接続させてショート状態とするためのスイッチング素子として機能するものである。すなわち、これらのトランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４，Ｔｍ１〜Ｔｍ４をスイッチング素子として簡略化して図示すると、例えば図６のように表すことができる。なお、トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４，Ｔｍ１〜Ｔｍ４をそれぞれ、例えば電界効果型トランジスタ（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）などの他の構造のトランジスタ等により構成してもよい。

トランジスタＴｐ１のベースには、抵抗器Ｒｐ１を介して制御信号Ｓｐ１が入力され、エミッタは接続点Ｐ２に接続され、コレクタは接続点Ｐ１２に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｐ１のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｍ１の両端間に接続されている。トランジスタＴｍ１のベースには、抵抗器Ｒｍ１を介して制御信号Ｓｍ１が入力され、エミッタは接続点Ｐ１に接続され、コレクタは接続点Ｐ１１に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｍ１のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｐ１の両端間に接続されている。なお、制御信号Ｓｐ１，Ｓｍ１はそれぞれ、トランジスタＴｐ１，Ｔｍ１におけるオン状態・オフ状態を制御するための制御信号であり、例えばバックライト駆動部５０から供給されるようになっている。

トランジスタＴｐ２のベースは、抵抗器Ｒｐ２を介して接続点Ｐ１に接続され、エミッタは接続点Ｐ１１に接続され、コレクタは接続点Ｐ２１に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｐ２のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｍ２の両端間に接続されている。トランジスタＴｍ２のベースは、抵抗器Ｒｍ２を介して接続点Ｐ２に接続され、エミッタは接続点Ｐ１２に接続され、コレクタは接続点Ｐ２２に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｍ２のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｐ２の両端間に接続されている。

トランジスタＴｐ３のベースは、抵抗器Ｒｐ３を介して接続点Ｐ１２に接続され、エミッタは接続点Ｐ２２に接続され、コレクタは接続点Ｐ３２に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｐ３のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｍ３の両端間に接続されている。トランジスタＴｍ３のベースは、抵抗器Ｒｍ３を介して接続点Ｐ１１に接続され、エミッタは接続点Ｐ２１に接続され、コレクタは接続点Ｐ３１に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｍ３のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｐ３の両端間に接続されている。

トランジスタＴｐ４のベースは、抵抗器Ｒｐ４を介して接続点Ｐ２１に接続され、エミッタは接続点Ｐ３１に接続され、コレクタは接続点Ｐ４１に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｐ４のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｍ４の両端間に接続されている。トランジスタＴｍ４のベースは、抵抗器Ｒｍ４を介して接続点Ｐ２２に接続され、エミッタは接続点Ｐ３２に接続され、コレクタは接続点Ｐ４２に接続されている。すなわち、このトランジスタＴｍ４のエミッタおよびコレクタは、コンデンサＣｐ４の両端間に接続されている。

［液晶表示装置１の作用・効果］
次に、本実施の形態の液晶表示装置１の作用および効果について説明する。

（１．表示動作）
最初に、図１〜図４を参照して、液晶表示装置１の基本動作（表示動作）について説明する。

この液晶表示装置１では、図１に示したように、まず、画像処理部４１が入力映像信号Ｄinに対し、前述した所定の画像処理を行い、画像処理後の映像信号を生成する。この画像処理後の映像信号は、タイミング制御部４２を介してデータドライバ５１へ供給される。データドライバ５１は、この画像処理後の映像信号に対してＤ／Ａ変換を施し、アナログ信号である映像電圧を生成する。そして、ゲートドライバ５２およびデータドライバ５１から出力される各画素２０への駆動電圧により、表示駆動動作がなされる。

具体的には、図３に示したように、ゲートドライバ５２からゲート線Ｇを介して供給される選択信号に応じて、ＴＦＴ素子２１のオン・オフ動作が切り替えられる。これにより、データ線Ｄと液晶素子２２および補助容量素子２３との間が選択的に導通される。その結果、データドライバ５１から供給される映像電圧が液晶素子２２へと供給され、線順次の表示駆動動作がなされる。

一方、バックライト駆動部５０では、図４に示したように、まず、ＰＦＣ回路５０１において、入力された電圧を安定化させ、力率を改善させる。次いで、絶縁インバータ５０２は、ＰＦＣ回路５０１から入力されたＤＣ電圧を変換し、ＡＣ電圧を生成する。続いて、トランス５０３は、この絶縁インバータ５０２から出力される交流電圧を変圧し、入力交流電圧Ｖacinを生成する。そして、バックライト３では、まず、各極性反転回路３１においてそれぞれ、以下説明する極性反転昇圧動作を行うことにより、入力交流電圧Ｖacinに基づいて出力交流電圧Ｖacoutを生成する。これにより、図２，図４に示した複数の蛍光管３０のそれぞれにおいて、電流制御部３２による電流制御のもと、この出力交流電圧Ｖacoutに基づく発光動作がなされ、その結果、バックライト３から照明光が射出される。

そして、映像電圧が供給された画素２０では、バックライト３からの照明光が液晶表示パネル２において変調され、表示光として出射される。これにより、入力映像信号Ｄinに基づく映像表示が、液晶表示装置１において行われる。

（２．極性反転昇圧回路３１の動作）
次に、図５〜図１６を参照して、本発明の特徴的部分の１つである、極性反転昇圧回路３１の動作について詳細に説明する。

（２−１．極性反転昇圧動作）
この極性反転昇圧回路３１では、図５，図６に示した制御信号Ｓｐ１，Ｓｍ１により、トランジスタＴｐ１が選択的にオン状態となると、これに連動して、トランジスタＴｐ２〜Ｔｐ４もオン状態となる。すなわち、図７に示したように、トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４が選択的にオン状態になる一方、トランジスタＴｍ１〜Ｔｍ４が選択的にオフ状態となる。すると、トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４がオン状態となることにより、これらの両端間に配置されたコンデンサＣｍ１〜Ｃｍ４の両端間がそれぞれ短絡されて（ショート状態となって）有効に機能しなくなるため、図８に示したような回路が形成される。すなわち、図中の矢印Ｐ５１およびコンデンサの両端間の電位Ｅ，２Ｅ等で示したように、入力交流電圧Ｖacinにおける正極側電圧を略４倍に昇圧して出力する、コッククロフトウォールトン回路（第１のコッククロフトウォールトン回路）が形成される。これにより、入力交流電圧Ｖacinにおける正極側電圧が略４倍に昇圧され、出力交流電圧Ｖacoutの正極側電圧が生成される。

一方、図５，図６に示した制御信号Ｓｐ１，Ｓｍ１により、トランジスタＴｍ１が選択的にオン状態となると、これに連動して、トランジスタＴｍ２〜Ｔｍ４もオン状態となる。すなわち、図９に示したように、トランジスタＴｍ１〜Ｔｍ４が選択的にオン状態になる一方、トランジスタＴｐ１〜Ｔｐ４が選択的にオフ状態となる。すると、トランジスタＴｍ１〜Ｔｍ４がオン状態となることにより、これらの両端間に配置されたコンデンサＣｐ１〜Ｃｐ４の両端間がそれぞれ短絡されて（ショート状態となって）有効に機能しなくなるため、図１０に示したような回路が形成される。すなわち、図中の矢印Ｐ５２およびコンデンサの両端間の電位Ｅ，（−２Ｅ）等で示したように、入力交流電圧Ｖacinにおける負極側電圧を略４倍に昇圧して出力する、コッククロフトウォールトン回路（第２のコッククロフトウォールトン回路）が形成される。これにより、入力交流電圧Ｖacinにおける負極側電圧が略４倍に昇圧され、出力交流電圧Ｖacoutの負極側電圧が生成される。

このようにして、本実施の形態の極性反転昇圧回路３１により、構成を複雑にしたり高耐圧素子を用いることなく、入力交流電圧Ｖacinを極性反転しつつ略４倍に昇圧する回路が実現される。

なお、高耐圧素子を用いずにＮ倍昇圧を行うことが可能な従来のコッククロフトウォールトン回路において、ダイオードの向きを反転させて極性反転を行うために、例えばフォトトリガーサイリスタ等の素子を用いることも考えられるが、この場合、以下の問題点がある。
（１）サイリスタは自己消弧のスピードが遅いため、電子機器で比較的コストで有利な数１０ｋＨｚ程度のスイッチング周波数には不適である。ここで、切り替えスピードを早くしたほうが好ましいのは、使用者に、一瞬暗くなるのを感じさせないためである。
（２）サイリスタは、能動的にオフ状態にする機能がない素子であり、自然電流減少に頼らざるを得ないため、極性反転の際に誤動作が生じる可能性がある。
（３）トリガーを連続的にかけ続けることが必要であるため、ゲート回路が複雑になり、また、フォト絶縁機能は、システムのコストを増大させてしまう。

また、フォトトリガーサイリスタ以外の素子を用いた場合には、以下の問題点がある。
（４）フォト絶縁機能を有する他の素子では、２次側に電源が必要になるため、コストが増大すると共に、システム構成が複雑になる。その点で、上記したフォトサイリスタに劣ることになる。
（５）太陽電池応用型の２次側電源不要のフォトＭＯＳ−ＦＥＴを用いることも考えられるが、太陽電池発電によるゲート容量の充電動作スピードが遅く、問題となる。

（２−２．バランサとしての動作・低周波駆動動作）
ここで、この極性反転昇圧回路３１はまた、各蛍光管３０に対して１個ずつ直列に接続されているため、複数の蛍光管３０からなる光源に対する直流バランサとして機能することになる。具体的には、まず、ＣＣＦＬ等の蛍光管３０では、管電流の増加に対して管電圧が減少していくという負性抵抗として機能する。このため、このような蛍光管３０を並列接続させた場合、例えば図１１（Ｂ）に示したバックライト１０３（比較例１）のようになる。すなわち、抵抗器Ｒ１００を介して並列接続された複数の蛍光管３０のうち、固体ばらつき等に起因して最初の点灯した蛍光管３０（ここでは、左から２つ目）により、各蛍光管３０の両端間の電圧が下がってしまうため、他の蛍光管３０が点灯できなくなる。

これに対し、本実施の形態のバックライト３では、図１１（Ａ）に示したように、各蛍光管３０に対して極性反転昇圧回路３１が１個ずつ直列に接続されているため、複数の蛍光管３０のうちの１つが最初に点灯した場合でも、比較例１のような問題は生じない。すなわち、この極性反転昇圧回路３１が、見かけ上、正の抵抗成分として機能するため、蛍光管３０における負性抵抗との合成抵抗を正の抵抗成分とすることができ、各蛍光管３０での点灯動作をバランスさせることができる。したがって、図１１（Ａ）に示したように、各極性反転昇圧回路３１が複数の蛍光管３０に対する直流バランサとして機能し、全ての蛍光管３０を問題なく点灯させることが可能となる。また、各極性反転昇圧回路３１は、見かけ上は抵抗成分であるものの、実際にはダイオードやコンデンサにより構成されているため、消費電力が生じない（電力ロスが発生しない）という利点もある。

このようにして、本実施の形態のバックライト３では、例えば図１２（Ａ）に示したように、ＤＣ駆動を用いて蛍光管３０を駆動すると共に、低周波（例えば、０．００１〜２４０Ｈｚ程度）で極性反転を行う動作（ＤＣ（低周波）駆動動作）が実現される。具体的には、極性反転昇圧回路３１は、図中に示したように、２つの直流電源Ｖdcp，Ｖdcmから出力される高電圧を、スイッチング素子ＳＷによって低周波で極性反転しつつ出力すると共に、上記したバランサ３１Ａとして動作することになる。

これに対し、従来のバックライト２０３（比較例２）では、例えば図１２（Ｂ）に示したように、ＡＣ電源Ｖacおよびバランサ２３１Ａにより、ＡＣ駆動（高周波駆動；例えば５５ｋＨｚ程度）を用いた蛍光管３０の駆動がなされている。

（２−３．直流（低周波）駆動動作と交流（高周波）駆動動作との比較）
ここで、図１３〜図１６を参照して、このような本実施の形態のバックライト３におけるＤＣ（低周波）駆動動作と、比較例２に係る従来のバックライト２０３におけるＡＣ（高周波）駆動動作との作用・効果について、比較しつつ詳細に説明する。

まず、図１３（Ｂ）に示したように、比較例２のＡＣ（高周波）駆動動作では、長い時間をかけて、蛍光管３０における放電管内で放電ガス（Ｈｇイオンなど）が偏って分布してしまう。これは、ＡＣ（高周波）駆動の場合、電気的には、放電管内でＨｇイオン等を動かさないものの、正負間のわずかな電圧波形の違いや温度の違い等により、偏った分布が生じてしまうというものである。そして、このような偏った輝度分布に起因して、蛍光管３０内で輝度むらが生じてしまうことがある。なお、この図１３（Ｂ）（および後述する図１５（Ｂ））では、便宜上、交流電源Ｖacを２つの交流電源Ｖac１，Ｖac２に分けて示している。

これに対し、図１３（Ａ）に示したように、本実施の形態のＤＣ（低周波）駆動動作では、蛍光管３０における放電管内で、放電ガス（Ｈｇイオンなど）を常に大きく振幅させている。このため、上記比較例２のような輝度のばらつきが生じず、また、仮に生じたとしてもすぐに直ることになる。

したがって、本実施の形態の液晶表示装置１では、例えば図１４に示したようにして、バックライト３内の各蛍光管３０において、極性反転昇圧回路３１を用いてＤＣ（低周波）駆動動作により、以下のような極性反転を行うことが好ましいと言える。具体的には、例えば図１４（Ａ）に示したように、液晶表示装置１の電源のオン・オフ動作に連動（同期）して、各蛍光管３０における極性反転の切り換えを行うようにする。この場合、例えば、過去２４時間における各蛍光管３０の駆動条件を記録しておくと共に、その記録情報を基に、次に電源がオン状態になったときの各蛍光管３０の駆動条件を決定するようにすればよい。あるいは、例えば図１４（Ｂ）に示したように、例えば液晶表示装置１の電源が継続して（例えば、２４時間以上）オン状態となっている場合などには、例えばテレビのチャンネルの切り換え動作に連動（同期）して、もしくは強制的に、各蛍光管３０における極性反転の切り換えを行う。これにより、上記したように、蛍光管３０内での偏った輝度分布に起因した輝度むらを低減もしくは回避することができ、従来のＡＣ（高周波）駆動動作の場合と比べ、液晶表示装置１における信頼性を向上させることが可能となる。

また、図１５（Ｂ）に示したように、比較例２のＡＣ（高周波）駆動動作では、蛍光管３０と接地との間の空気層による寄生容量Ｃｉに起因して、リーク電流ＩＬが流れてしまうため、原理的に低輝度動作の実現が困難である。具体的には、このＡＣ（高周波）駆動を用いて蛍光管３０の低輝度動作を行うと、図中に示したように、このようなリーク電流ＩＬの発生により、蛍光管３０の両端のみが光ってしまい、中央部では暗いままとなってしまう。

これに対し、図１５（Ａ）に示したように、本実施の形態のＤＣ（低周波）駆動動作では、上記した寄生容量Ｃｉが存在しても、原理的にリーク電流ＩＬが生じない。したがって、蛍光管３０の低輝度動作を行った場合にも、蛍光管３０全体が均一の発光動作を行うことができ、例えば１００：１の調光が可能となる。その結果、液晶表示パネル２における例えば５０００：１程度のコントラストと併せて、液晶表示装置１全体として、例えば５０万：１程度の高コントラストを実現することができる。

更に、図１６（Ｂ）に示したように、比較例２のＡＣ（高周波）駆動動作では、例えば液晶表示パネル２を薄型化した場合、リーク電流が増加する。そして、このリーク電流の増加は、図中に示したように、蛍光管３０におけるＨｏｔ側において、Ｃｏｏｌ側の２倍以上となる。したがって、このＨｏｔ側におけるリーク電流集中に起因してＨｏｔ側にストレスも集中し、蛍光管３０における電極の長寿命化が阻害されてしまうと考えられる。

これに対し、図１６（Ａ）に示したように、本実施の形態のＤＣ（低周波）駆動動作では、極性反転の切り換え周期が低周波であり、インターバルが長いことから、上記したようなリーク電流に起因した電極へのストレスが、両極に対して分散される。したがって、上記比較例２のＡＣ（高周波）駆動動作と比べ、蛍光管３０における電極の寿命が約２倍以上に向上すると考えられる。

以上のように本実施の形態では、極性反転昇圧回路３１において、上記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって上記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、入力交流電圧Ｖacinにおける正極側電圧を略４倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、上記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって上記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、入力交流電圧Ｖacinにおける負極側電圧を略４倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるようにしたので、構成を複雑にしたり高耐圧素子を用いることなく、入力交流電圧Ｖacinを極性反転しつつ、略４倍に昇圧することができる。よって、高電圧の極性反転を、低耐圧素子を用いて簡易に実現することが可能となる。

＜変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態で説明したトランス５０３の代わりに、上記実施の形態で説明した極性反転昇圧回路３１を用いるようにしてもよい。また、バックライト駆動部５０内に示した各ブロック（ＰＦＣ回路５０１、絶縁インバータ５０２およびトランス５０３等）を、バックライト３内に設けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、極性反転昇圧回路３１が、５個のダイオード、９個のコンデンサおよび８個のトランジスタ（スイッチング素子）を含む場合、すなわち、この極性反転昇圧回路３１が略４倍昇圧を行う場合（Ｎ＝４の場合）について説明したが、この場合には限られない。具体的には、極性反転昇圧回路が、（Ｎ＋１）個（Ｎ：２以上の整数）のダイオード、（２Ｎ＋１）個のコンデンサおよび２Ｎ個のトランジスタ（スイッチング素子）を含み、略Ｎ倍昇圧を行うようにすればよい。この場合、（２Ｎ＋１）個のコンデンサは、前述した第１の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、第２の素子グループに属するＮ個のコンデンサとを含むようにする。また、２Ｎ個のトランジスタは、第１の素子グループに属するＮ個のトランジスタと、第２の素子グループに属するＮ個のトランジスタとからなるようにする。

更に、上記実施の形態では、極性反転昇圧回路３１が、液晶表示装置１におけるバックライト３内の光源としての蛍光管３０の駆動に用いられる場合について説明したが、本発明の昇圧回路を、他の用途に適用するようにしてもよい。すなわち、本発明の昇圧回路を、液晶表示装置のバックライト以外の光源装置（例えば、照明装置など）に適用してもよく、更に、光源装置以外の装置（例えば、計測機器など）に適用してもよい。

１…液晶表示装置、２…液晶表示パネル、２０…画素、２１…ＴＦＴ素子、２２…液晶素子、２３…補助容量素子、３…バックライト、３０…蛍光管、３１…極性反転昇圧回路、３１Ａ…バランサ、３２…電流制御部、４１…画像処理部、４２…タイミング制御部、５０…バックライト駆動部、５０１…ＰＦＣ回路、５０２…絶縁インバータ、５０３…トランス、５１…データドライバ、５２…ゲートドライバ、Ｄin…入力映像信号、Ｄ…データ線、Ｇ…ゲート線、Ｃｓ…補助容量線、Ｖacin…入力交流電圧、Ｖacout…出力交流電圧、Ｖac…交流電源、Ｖdcp，Ｖdcm…直流電源、Ｔin１，Ｔin２…入力端子、Ｔout…出力端子、Ｓｐ１，Ｓｍ１…制御信号、Ｄ０〜Ｄ４…ダイオード、Ｃ０，Ｃｐ１〜Ｃｐ４，Ｃｍ１〜Ｃｍ４…コンデンサ、Ｔｐ１〜Ｔｐ４…トランジスタ（ＰＮＰトランジスタ）、Ｔｍ１〜Ｔｍ４…トランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）、Ｒｐ１〜Ｒｐ４，Ｒｍ１〜Ｒｍ４…抵抗器、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ４１，Ｐ４２…接続点、Ｌ１，Ｌ２…接続ライン、ＳＷ…スイッチ、Ｃｉ…寄生容量。

Claims (8)

1. 入力交流電圧が入力される一対の入力端子と、
   （Ｎ＋１）個（Ｎ：２以上の整数）のダイオードと、
   前記入力交流電圧における正極側電圧の昇圧に用いられる第１の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、前記入力交流電圧における負極側電圧の昇圧に用いられる第２の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、を含む（２Ｎ＋１）個のコンデンサと、
   前記第１の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子と、前記第２の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子とからなる２Ｎ個のスイッチング素子と
   を備え、
   前記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記正極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、
   前記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記負極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるように構成されている
   昇圧回路。
2. 前記一対の入力端子の各々から出力側へと延在する第１および第２の接続ラインを備え、
   前記第１の接続ライン上において、前記第１の素子グループに属するコンデンサと前記第２の素子グループに属するコンデンサとが、交互に並んで互いに直列接続され、
   前記第２の接続ライン上において、前記第１の素子グループに属するコンデンサと前記第２の素子グループに属するコンデンサとが、前記第１の接続ライン上とは逆の順で交互に並んで互いに直列接続され、
   前記第１および第２の接続ライン上において、前記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間に、前記第２の素子グループに属するスイッチング素子が接続されると共に、前記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間に、前記第１の素子グループに属するスイッチング素子が接続され、
   前記第１の接続ライン上において隣接するコンデンサ同士の各接続点と前記第２の接続ライン上において対応する各接続点との間、各接続ライン上の最入力側のコンデンサにおける入力側の一端同士の間、および最出力側のコンデンサにおける出力側の一端同士の間にそれぞれ、隣接間で互いに逆向きとなるように、前記ダイオードが１個ずつ配置されている
   請求項１に記載の昇圧回路。
3. 各素子グループに属する各スイッチング素子のうち、１個のスイッチング素子がオン状態またはオフ状態となるのに連動して、同じ素子グループ内の他のスイッチング素子も同一の状態となるように、オン・オフ動作を行う
   請求項１または請求項２に記載の昇圧回路。
4. 前記スイッチング素子が、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて構成されている
   請求項３に記載の昇圧回路。
5. 入力交流電圧を昇圧して出力交流電圧を生成する昇圧回路と、
   蛍光管を含んで構成され、前記出力交流電圧に基づいて発光動作を行う光源部と
   を備え、
   前記昇圧回路は、
   前記入力交流電圧が入力される一対の入力端子と、
   （Ｎ＋１）個（Ｎ：２以上の整数）のダイオードと、
   前記入力交流電圧における正極側電圧の昇圧に用いられる第１の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、前記入力交流電圧における負極側電圧の昇圧に用いられる第２の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、を含む（２Ｎ＋１）個のコンデンサと、
   前記第１の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子と、前記第２の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子とからなる２Ｎ個のスイッチング素子と
   を有し、
   前記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記正極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、
   前記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記負極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるように構成されている
   光源装置。
6. 前記蛍光管および前記昇圧回路が複数個ずつ設けられ、
   各蛍光管に対して前記昇圧回路が１個ずつ直列接続されると共に、これら蛍光管と昇圧回路との対構造が、互いに並列配置されている
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記蛍光管が、冷陰極管（ＣＣＦＬ）である
   請求項５または請求項６に記載の光源装置。
8. 入力交流電圧を昇圧して出力交流電圧を生成する昇圧回路と、
   蛍光管を含んで構成され、前記出力交流電圧に基づいて発光動作を行う光源部と、
   前記光源部から発せられた光を映像信号に基づいて変調することにより映像表示を行う液晶表示パネルと
   を備え、
   前記昇圧回路は、
   前記入力交流電圧が入力される一対の入力端子と、
   （Ｎ＋１）個（Ｎ：２以上の整数）のダイオードと、
   前記入力交流電圧における正極側電圧の昇圧に用いられる第１の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、前記入力交流電圧における負極側電圧の昇圧に用いられる第２の素子グループに属するＮ個のコンデンサと、を含む（２Ｎ＋１）個のコンデンサと、
   前記第１の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子と、前記第２の素子グループに属するＮ個のスイッチング素子とからなる２Ｎ個のスイッチング素子と
   を有し、
   前記第１の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第２の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記正極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第１のコッククロフトウォールトン回路が形成されると共に、
   前記第２の素子グループに属する各スイッチング素子が選択的にオン状態となって前記第１の素子グループに属する各コンデンサの両端間が短絡されることにより、前記負極側電圧を略Ｎ倍に昇圧して出力する第２のコッククロフトウォールトン回路が形成されるように構成されている
   液晶表示装置。

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