JPH10284279A - 冷陰極管点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度の安定化を図り、ちらつきの少ない冷陰
極管点灯装置を得る。 【解決手段】 圧電トランス５を駆動するための駆動回
路９は直流電源２と共振用インダクタ３とＭＯＳ ＦＥ
Ｔ４とで構成されている。ＭＯＳ ＦＥＴ４のドレイン
電極Ｄは圧電トランス５の入力電極１１に接続され、ソ
ース電極Ｓは圧電トランス５の共通電極１２に接続され
ている。冷陰極管６はその一端を圧電トランス５の出力
電極１３に接続され、他端を圧電トランス５の共通電極
１２に接続されている。冷陰極管６の端子間電圧の直流
成分を除去するための直流成分除去回路１０は、抵抗素
子７と逆方向ダイオード素子８を直列接続したものであ
る。この直流成分除去回路１０と冷陰極管６は並列接続
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管点灯装
置、特に、液晶ディスプレイのバックライト等として用
いられる冷陰極管点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶ディスプレイにあっては液
晶自身が発光しないことから、液晶パネルの背面や側面
に冷陰極管を配置するバックライト方式が主流となって
いる。この冷陰極管を駆動するためには、冷陰極管の長
さや直径にもよるが、数百ボルト以上の交流高電圧が要
求される。

【０００３】この交流高電圧を発生させる方法として、
従来より、図２０に示されている圧電トランス８３を用
いた冷陰極管点灯装置８５が知られている。冷陰極管点
灯装置８５は、直流電源８０と共振用インダクタ８１と
スイッチング素子であるＭＯＳ型電界効果トランジスタ
（以下、ＭＯＳ ＦＥＴとする）８２と圧電トランス８
３と冷陰極管８４とで構成されている。

【０００４】以上の構成からなる冷陰極管点灯装置８５
において、ＭＯＳ ＦＥＴ８２のゲート電極Ｇに矩形波
のスイッチング素子制御信号が与えられると、ＭＯＳ
ＦＥＴ８２がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。ＭＯＳ ＦＥＴ
８２がＯＮ状態では、共振用インダクタ８１に電流が流
れ、エネルギーが共振用インダクタ８１に蓄積される。
このとき、ＭＯＳ ＦＥＴ８２のドレイン電極Ｄの電圧
は略零ボルトに保たれる。

【０００５】ＭＯＳ ＦＥＴ８２がＯＮ状態からＯＦＦ
状態になると、圧電トランス８３の１次側に電流が流
れ、ドレイン電極Ｄの電圧は上昇する。共振用インダク
タ８１と圧電トランス８３の入力容量とで共振回路が構
成されるため、ＭＯＳ ＦＥＴ８２がＯＦＦ状態になっ
てから所定の時間後、再びドレイン電極Ｄの電圧は零ボ
ルトになる。ＭＯＳ ＦＥＴ８２がＯＮ状態になると、
再び共振用インダクタ８１に電流が流れ、エネルギーが
共振用インダクタ８１に蓄積される。こうして、圧電ト
ランス８３の１次側には半波正弦波状の入力電圧が印加
されることになる。この半波正弦波には直流成分が重畳
されるため、圧電トランス８３の１次側には直流電圧成
分が印加される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷陰極管点灯装置８５にあっては、圧電トランス８３の
２次側出力電圧が負側（あるいは正側）に偏り、冷陰極
管８４の端子間に直流成分を有する電圧が印加される。
このため、冷陰極管８４の輝度が安定せず、ちらつきが
発生するという問題があった。これは、圧電トランス８
３に印加される入力電圧が、直流成分が重畳された半波
正弦波であるために生じる圧電トランス固有の現象が原
因となっていると考えられる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、輝度の安定化を
図り、ちらつきの少ない冷陰極管点灯装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る冷陰極管点灯装置は、（ａ）圧電トラ
ンスと、（ｂ）前記圧電トランスの１次側に接続された
駆動回路と、（ｃ）前記圧電トランスの２次側に接続さ
れた冷陰極管と、（ｄ）前記圧電トランスの２次側に接
続された、前記冷陰極管の端子間電圧の直流成分を除去
するための直流成分除去手段と、を備えたことを特徴と
する。

【０００９】ここに、直流成分除去手段としては、例え
ば、ダイオード素子と抵抗素子とで構成された直列回路
が用いられ、この直列回路が冷陰極管に並列接続されて
いる。抵抗素子の抵抗値は５００ＫΩ以上かつ５ＭΩ以
下であることが好ましい。また、駆動回路としては、例
えば、直流電源と、前記直流電源と一端が接続された共
振用インダクタと、前記共振用インダクタの他端と接続
されたスイッチング素子とで構成された回路が用いら
れ、前記スイッチング素子が圧電トランスに並列接続さ
れている。圧電トランスとしては、ローゼン型圧電トラ
ンス等が用いられる。

【００１０】

【作用】以上の構成により、冷陰極管の端子間電圧の直
流成分は、直流成分除去手段によって熱損失等の形で熱
エネルギー等に変換される。従って、冷陰極管の端子間
電圧は、交流成分は維持されるのに対して直流成分は低
減する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る冷陰極管点灯
装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１２】図１に示すように、冷陰極管点灯装置１
は、圧電トランス５と、圧電トランス５の１次側に接続
された駆動回路９と、圧電トランス５の２次側に接続さ
れた冷陰極管６及び直流成分除去回路１０とで構成され
ている。

【００１３】圧電トランス５は、例えば図２〜図４に示
すように、積層構造のローゼン型圧電トランスである。
このローゼン型圧電トランス５は、１９５６年に米国の
Ｃ．Ａ．Ｒｏｓｅｎが発表した構造の圧電トランスであ
る。以下、具体的にローゼン型圧電トランスについて説
明する。ローゼン型圧電トランス５は、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系（ＰＺＴ）等のセラミックスのグリーンシート
１５をドクタブレード法により製作し、このグリーンシ
ート１５上にスクリーン印刷法等を用いて内部電極１６
ａ，１６ｂを設け、このグリーンシート１５を積層圧着
して焼結したものである。

【００１４】次に、この焼結積層体は切断、研磨が施さ
れた後、圧電トランス５の図２中略左半分の上面及び手
前側端面に入力電極１１が設けられ、下面及び奥側端面
に共通電極（グランド電極）１２が設けられ、右側端面
に出力電極１３が設けられる。これらの電極１１〜１３
は銀焼付け等の方法によって設けられる。入力電極１１
は内部電極１６ｂに電気的に接続され、共通電極１２は
内部電極１６ａに電気的に接続されている。

【００１５】次に、電極１１〜１３に所定のバイアス電
圧を印加して、図３及び図４に示すように、圧電トラン
ス５の略左半分の入力部は積層方向に対して平行な方向
に分極処理が行われ、略右半分の出力部は積層方向に対
して垂直な方向に分極処理が行われる。図３及び図４中
において矢印の方向は分極の方向を表示している。

【００１６】この圧電トランス５において、入力電極１
１と共通電極１２との間に、圧電トランス５の長手方向
の固有共振周波数と略等しい周波数の交流電圧が印加さ
れると、圧電トランス５は長手方向に強い機械振動が生
じ、これにより出力部では圧電効果により電荷が発生
し、出力電極１３と共通電極１２との間に出力電圧が生
じる。特に、積層構造の圧電トランス５は昇圧比が大き
いため、低入力電圧に対応することができる。

【００１７】圧電トランス５を駆動するための駆動回路
９は直流電源２と共振用インダクタ３とスイッチング素
子４とで構成されている。本実施形態の場合、スイッチ
ング素子４として、Ｎチャネルエンハスメント型ＭＯＳ
ＦＥＴを用いた。直流電源２の一端は共振用インダク
タ３の一端に接続され、他端はＭＯＳ ＦＥＴ４のソー
ス電極Ｓに接続されている。共振用インダクタ３の他端
はＭＯＳ ＦＥＴ４のドレイン電極Ｄに接続して、共振
用インダクタ３とＭＯＳ ＦＥＴ４の直列回路を成して
いる。

【００１８】さらに、ＭＯＳ ＦＥＴ４のドレイン電極
Ｄは圧電トランス５の入力電極１１に接続され、ソース
電極Ｓは圧電トランス５の共通電極１２に接続されてい
る。すなわち、ＭＯＳ ＦＥＴ４と圧電トランス５は並
列接続している。冷陰極管６は、その一端を圧電トラン
ス５の出力電極１３に接続され、他端を圧電トランス５
の共通電極１２に接続されている。

【００１９】直流成分除去回路１０は、抵抗素子７と逆
方向ダイオード素子８を直列接続したものである。抵抗
素子７の一端は冷陰極管６の一端に接続され、逆方向ダ
イオード素子８の一端は冷陰極管６の他端に接続されて
いる。すなわち、直流成分除去回路１０と冷陰極管６は
並列接続している。

【００２０】次に、以上の構成からなる冷陰極管点灯装
置１の作用効果について説明する。ＭＯＳ ＦＥＴ４の
ゲート電極Ｇに、図５（Ａ）に示す矩形波のスイッチン
グ素子制御信号が与えられると、ＭＯＳ ＦＥＴ４がＯ
Ｎ／ＯＦＦを繰り返す。ＭＯＳ ＦＥＴ４がＯＮ状態で
は、共振用インダクタ３に電流が流れ、エネルギーが共
振用インダクタ３に蓄積される。このとき、ＭＯＳ Ｆ
ＥＴ４のドレイン電極Ｄの電圧は略零ボルトに保たれる
（図５（Ｂ）参照）。

【００２１】ＭＯＳ ＦＥＴ４がＯＮ状態からＯＦＦ状
態になると、圧電トランス５の１次側に電流が流れ、ド
レイン電極Ｄの電圧は上昇する。共振用インダクタ３と
圧電トランス５の入力容量とで共振回路が構成されるた
め、ＭＯＳ ＦＥＴ４がＯＦＦ状態になってから約π
（ＬＣ）^1/2の時間後、再びドレイン電極Ｄの電圧は零
ボルトになる。このときに、ＭＯＳ ＦＥＴ４をＯＦＦ
状態からＯＮ状態に変えれば、スイッチングに伴う損失
を小さく抑えることができ、圧電トランス５の効率が良
くなる。

【００２２】ＭＯＳ ＦＥＴ４がＯＮ状態になると、再
び共振用インダクタ３に電流が流れ、エネルギーが共振
用インダクタ３に蓄積される。スイッチング素子制御信
号のＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周波数は圧電トランス５の
長手方向の固有共振周波数近傍に設定し、ＯＮ時間とＯ
ＦＦ時間の比を略１：１に設定するのが好ましい。こう
して、圧電トランス５の１次側には、直流成分が重畳さ
れている半波正弦波状の入力電圧が印加されることにな
る。

【００２３】圧電トランス５の入力部に電圧が印加され
ると、圧電トランス５は長手方向に強い機械振動が生
じ、出力部に圧電効果による電荷が発生する。そして、
圧電トランス５の出力電極１３と共通電極１２との間に
数百ボルト以上の交流高電圧（出力電圧）が生じる。こ
の交流高電圧は直流成分を有しているが、交流高電圧の
直流成分は、直流成分除去回路１０によって熱損失等の
形で熱エネルギーに変換される。従って、冷陰極管の端
子間電圧は、交流成分は維持されるのに対して直流成分
は低減される。この結果、輝度の安定化を図れ、ちらつ
きの少ない冷陰極管点灯装置を得ることができる。

【００２４】更に具体的に説明する。図６〜図１１は、
圧電トランス５として長さが３０ｍｍ、厚さが１．９ｍ
ｍ、幅が６ｍｍで、内部電極１６ａ，１６ｂが合わせて
１５層の積層構造ローゼン型圧電トランスを用いて、長
さが約２６０ｍｍ、外径が約２．６ｍｍの冷陰極管６を
管電流約４ｍＡで点灯させたときの圧電トランス５の出
力電圧の波形を、直流成分除去回路１０の抵抗素子７の
抵抗値Ｒを種々変えて測定した結果を示すものである。
比較のために、従来の冷陰極管点灯装置（抵抗素子７の
抵抗値Ｒが∞の場合）の測定結果も図６に示している。
直流電源２の電圧は２０Ｖとし、スイッチング素子制御
信号のＯＮ／ＯＦＦの繰り返し周波数は約５８ｋＨｚと
した。

【００２５】図６〜図１１より、抵抗素子７の抵抗値Ｒ
が５ＭΩになると、出力電圧の負側への偏りの改善効果
が認められ、さらに抵抗値Ｒが小さくなるにつれて、出
力電圧の偏りの改善効果が大きくなり、冷陰極管のちら
つきが少なくなった。このように、抵抗素子７の抵抗値
Ｒが小さくなるほど冷陰極管６のちらつきは抑制される
が、冷陰極管６のインピーダンスが約１００〜２００Ｋ
Ωであるので、冷陰極管点灯装置１の効率低下を少なく
するためには抵抗素子７の抵抗値Ｒは５００ＫΩ以上か
つ５ＭΩ以下に設定するのが好ましい。

【００２６】なお、本発明に係る冷陰極管点灯装置は前
記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内
で種々に変更することができる。圧電トランスを駆動す
るための駆動回路は前記実施形態に限るものではなく、
圧電トランスの入力電圧に直流成分が重畳するような駆
動回路であれば、同様の効果が得られる。また、前記実
施形態の圧電トランス５は、電極１２を共通電極として
いるが、必ずしもこれに限るものではなく、電極１１を
共通電極とし、電極１２を入力電極として用いてもよ
い。この場合、圧電トランス５の出力電圧は、図１２に
示すように、正側に偏ったものになる。

【００２７】さらに、図１３に示すように、前記実施形
態の圧電トランス５の右半分の出力部の分極方向を逆方
向にした圧電トランス５’であってもよい。この場合、
電極１１を入力電極とし、電極１２を共通電極とする
と、圧電トランス５’の出力電圧は図１２に示すように
正側に偏ったものになる。逆に、電極１１を共通電極と
し、電極１２を入力電極とすると、圧電トランス５’の
出力電圧は図６〜図１１に示すように負側に偏ったもの
になる。

【００２８】また、圧電トランスは、積層構造のものに
限るものではなく、例えば図１４に示すように、単板ロ
ーゼン型圧電トランス３０であってもよい。圧電トラン
ス３０は、圧電セラミックス板３１と、この圧電セラミ
ックス板３１の左半分の上下面に対向して設けた入力電
極３２，３３と、圧電セラミックス板３１の右側端面に
設けた出力電極３４とで構成されている。図１５に示す
ように、圧電セラミックス板３１の左半分の入力部は圧
電セラミックス板３１の厚み方向に分極処理され、右半
分の出力部は圧電セラミックス板３１の長手方向に分極
処理される。この圧電トランス３０において、入力電極
３２，３３間に駆動回路９より圧電セラミックス板３１
の長さ方向の固有共振周波数と略等しい周波数の交流電
圧を印加すると、出力電極３４と入力電極３２，３３の
いずれか一方、例えば入力電極３３との間に出力電圧が
生じる。あるいは、図１６に示すように、圧電トランス
３０の右半分の出力部の分極方向を逆方向にした圧電ト
ランス３０’であってもよい。

【００２９】さらに、圧電トランスは、図１７に示すよ
うに入出力電極がそれぞれ独立している圧電トランス４
０であってもよい。圧電トランス４０は、圧電セラミッ
クス板４１と、この圧電セラミックス板４１の左半分の
上下面に対向して設けた電極４２，４３と、圧電セラミ
ックス板４１の右半分の上下面に対向して設けた電極４
４，４５とで構成されている。図１８に示すように、圧
電セラミックス板４１の全体が厚み方向に分極処理され
る。この圧電トランス４０において、共通電極として電
極４２と４４を選択してもよいし、あるいは電極４３と
４５、あるいは電極４２と４５、あるいは電極４３と４
４を選択してもよい。また、図１９に示すように、圧電
トランス４０の左半分の分極方向を逆方向にした圧電ト
ランス４０’であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、冷陰極管の端子間電圧の直流成分を除去するた
めの直流成分除去手段を圧電トランスの２次側に接続し
たので、冷陰極管の端子間電圧の直流成分を、この直流
成分除去手段によって熱損失等の形で熱エネルギー等に
変換して、直流成分を低減することができる。従って、
ちらつきの少ない高品質の冷陰極管点灯装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷陰極管点灯装置の一実施形態を
示す電気回路図。

【図２】図１に示されている圧電トランスの外観斜視
図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩから見た構造図。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶから見た構造図。

【図５】図１に示されているスイッチング素子のタイミ
ングチャート図。

【図６】抵抗素子の抵抗値Ｒが無限大のときの圧電トラ
ンスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図７】抵抗素子の抵抗値Ｒが１０ＭΩのときの圧電ト
ランスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図８】抵抗素子の抵抗値Ｒが５．１ＭΩのときの圧電
トランスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図９】抵抗素子の抵抗値Ｒが３．３ＭΩのときの圧電
トランスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図１０】抵抗素子の抵抗値Ｒが２．２ＭΩのときの圧
電トランスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図１１】抵抗素子の抵抗値Ｒが１．５ＭΩのときの圧
電トランスの出力電圧波形を示すグラフ。

【図１２】図２に示されている圧電トランスの入力電極
と共通電極の結線を入れ替えたときの圧電トランスの出
力電圧波形を示すグラフ。

【図１３】図２に示されている圧電トランスの変形例を
示す構造図。

【図１４】圧電トランスの他の実施形態を示す外観斜視
図。

【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶから見た構造図。

【図１６】図１４に示されている圧電トランスの変形例
を示す構造図。

【図１７】圧電トランスの別の他の実施形態を示す外観
斜視図。

【図１８】図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩから見た構
造図。

【図１９】図１７に示されている圧電トランスの変形例
を示す構造図。

【図２０】従来の冷陰極管点灯装置を示す電気回路図。

【符号の説明】

１…冷陰極管点灯装置 ２…直流電源 ３…共振用インダクタ ４…スイッチング素子（ＭＯＳ ＦＥＴ） ５，５’…圧電トランス ６…冷陰極管 ７…抵抗素子 ８…ダイオード素子 ９…駆動回路 １０…直流成分除去回路 ３０，３０’…圧電トランス ４０，４０’…圧電トランス

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電トランスと、 前記圧電トランスの１次側に接続された駆動回路と、 前記圧電トランスの２次側に接続された冷陰極管と、 前記圧電トランスの２次側に接続された、前記冷陰極管
   の端子間電圧の直流成分を除去するための直流成分除去
   手段と、 を備えたことを特徴とする冷陰極管点灯装置。
2. 【請求項２】 前記直流成分除去手段がダイオード素子
   と抵抗素子とで構成された直列回路であり、この直列回
   路が前記冷陰極管に並列接続されていることを特徴とす
   る請求項１記載の冷陰極管点灯装置。
3. 【請求項３】 前記駆動回路が、直流電源と、前記直流
   電源と一端が接続された共振用インダクタと、前記共振
   用インダクタの他端と接続されたスイッチング素子とで
   構成され、前記スイッチング素子が前記圧電トランスに
   並列接続されていることを特徴とする請求項１又は請求
   項２記載の冷陰極管点灯装置。
4. 【請求項４】 前記抵抗素子の抵抗値が５００ＫΩ以上
   かつ５ＭΩ以下であることを特徴とする請求項２又は請
   求項３記載の冷陰極管点灯装置。
5. 【請求項５】 前記圧電トランスがローゼン型圧電トラ
   ンスであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求
   項３又は請求項４記載の冷陰極管点灯装置。