TW311288B - - Google Patents

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A7 S11283 B7 五、發明説明（'） 〔産業上之利用領域] ii^i nn tn^ I^i il^i i^i— Bflu 一 V (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關於一種需要具有高可信度、小型化之高 壓電源，尤其是關於適用於液晶顯示裝置之背面照光用 變流器（inverter)之壓電變壓器。 〔習知技術〕 以往液晶顯示器之背面光用變流器所用來産生高壓電 的變壓器，幾乎全是電磁式線圏變壓器。 本專利申請人曾提出如圖5所示，與線圏式變壓器動 作原理完全不同之、K電爰嗶器，並掲述亦可適用於上述 之背面光用變流器（日本特願平4-27Q40)。 於圖5中，壓電體之上下面形成電極2、3、7。在電 極2、3之間4 ,施加交流電壓以為輸入，稱之為驅動 部。於驅動部5，壓電體1位於其左右，以厚度_方_向施 以反询__化、處理。驅動部以外之部份6稱之為發電部。 於發電部6，壓電體1以長方向施_以極化處理。此發電 部有電極7 ,從電極7與電極3之間8可獲得輸出。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 對於2個輸入端4施加具有壓電體1長向的縱向振盪 之3維諧振頻率而互相逆相之交流。此時，壓電體1進 行機械性諧振，使得發電部輸出高電壓，除此，輸出端 8為並聯輸出。 由上述先前申請案之掲示，得知傳統電磁變壓器所不 可奢望之可小型化。薄型化之壓電變壓器器，亦可將之 利用於變流器之可行性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 SU288 五、發明説明（> ) 〔發明所欲解決之問題〕 然上述以往之壓電變壓器也有以下之問題存在。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如彩色液晶顯示器所用的背面光因需要大的光量，通 常使用冷陰極管（以下簡稱為C F L )作為其光源，此C F L因 具有ΙΟΟΙίΩ以上的高阻抗，例如與設置覆蓋CFL而靠近 箸的金屬反射板之間會發生浮游電容C s t。此C s t與C F L 互相並聯寄生，估計其大小，1支C F L約為1 0 p F左右。 壓電變壓器的3維模式諧振頻率如為lQQKHz左右時，

Cst與CFL之合成阻抗將降低至611(Ω左右。 另外，壓電變壓器之輸出特性係依靠與此連接的負載 阻抗而變化。圖6圖示上述前專利申請案之特性例子》 如圖6明示，當壓電變壓器與1ΜΩ左右之高阻抗負載相 連接時，可獲得大的舁壓比，從而可得到大的輸出電功 率，如為1 0 0 k Ω以下，輸出大幅降低，昇 '壓比成為1 0倍 以下。 現況下，上述背面光用變流器之輸入電壓為DC12V左 右，以1 Q倍左右之昇壓比，則無法獲得C F L開始點燈所 需之350V左右之輸出電壓。為解決此問題，可考慮： ① 增加變壓器之輸入電壓。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ② 重新設定考慮到堆昼方式等之變壓器。 但是，就①而言，則需要提高背面光用變流器之上级 糸統（upper system),如個人電腦主體之電源能力，或 於變流器部份，對變壓器之前段增加昇壓電路等之對策 。前者之對策與L S I等低電壓化之作法背道而馳；而後 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 311288五、發明説明（ 者刖使得零 小型化要求 化，薄型化 針對②項 等，如以數 成時，有可 獲得大的輸 電變壓器之 成本之方向 ，如允許變 但也是與① 本發明壓 段。Η藉用 相關性的圖 載，會出現 為PL配i戴 ,則須滿足 合上述條件 ,而採用.隆 有所不利影 變壓器之 A7 B7 件數目增加，形成增加成本的主因。與糸統 的變流器不符，廣泛而言，與顯示器之小型 背道而馳。即①之對策損及工業性之利益。 ，例如依據綠色薄片法（green sheet method) 十Am層级膜厚的陶瓷層，依所需數量堆叠構 能提昇輸入的電場強度，解除電壓比之不足， 出電壓。但是，依據綠色標薄片法的堆叠壓 製造過程本身目前尚未確立。又，因朝提昇 ，也不是實際性的作法。即使不侷限堆叠法 壓器元件大型化，雖並不是沒有最佳解法， 相同，會損及工業性的利益。 電變壓器為解決上述之問題點，提出下列手 以表示上述壓電變壓器輸出待性的連接負載 6來作說明。令輸出特性開始、急劇上昇之負 變壓器輸出阻抗與負載阻抗大小一致，稱之 之數值。即，為改善壓電變壓器之輸出特性 輸出阻抗 < 連接負載阻抗之關傺即可。為符 ，本發明待別提案不依靠增大連接負載方式 低變墼器鑛迮姐拣之方案以免對於連接負載 輸出阻抗Z 2， 〇 u t可以次式表示。 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Z； 1 (i) 其中 (2 — ksa2) · ε〇 ♦ εΓ I 2 ，2 · 7t · f 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）

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Cd 2 :壓電變壓器次级側之限制容量 k33 :於壓電材33方向之電機機械結合俗數 £ 〇 :真空介電率 £ r :壓電材比介電率 W :壓電變壓器寬度尺寸 t :壓電變壓器厚度尺寸 1 2 :壓電變壓器次级側之電極間距離 f :驅動頻率 ω :驅動角頻率 即，藉增加寬度尺寸W ,可降低輸出阻抗，改善輸出 特性。 於此，如加大t或加大f ,雖似乎可使其獲得改善， 但如加大t則使得輸入電場強度降低。或者加大f時， 如為背面光器般負載的話，因Cst之存在，、連接負載阻 抗亦會降低。即，兩者綜合看來，無法改善變壓器之待 性。降低12與增大f之作用相同，在此省略說明。如 增大w時，除了長向之縱向振盪外，橫向之振盪亦容易 激振。因此，柑當於長向之縱向振盪變弱的部份，變壓 器的輸出特性會降低特性。因此，以往一般採用寬度W 與1 / 2波長λ之比值R為0 . 5以下。 因上述輸出阻抗之降低效果，隨著上述比值R超過0 . 5而 變大，雖可持續改善其待性，但如超過一定範圍，則也會如 上述，因亂真（s P u r i 〇 u s )振盪之影蜜，使輸出降低。因此 ,w尺寸一定有其最合適之範圍存在。本發明偽對其最適 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） 批本 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( X ) 1 I 合 範 圍 作 出 提 案 〇 1 1 C 發 明 之 解 決 手 段 ] 1 1 本 發 明 壓 電 變 壓 器 之 構 造 為 由長 板 狀 壓電 體與於該表 /—^ 請 1 先 1 面 形 成 的 電 極 所 構 成 » 其 特 擻 為： 以 壓 電體 長向之縱向 閱 1 振 盪 的 機 械 諧 振 波 長 λ 的 1 / 2之3倍之振盪模式激振， 背 1 之 1 而 將 壓 電 體 動 設 定 在 包 含 機 械諧 振 波 節之 兩端區域， 意 1 1 將 發 電 部 設 在 包 含 機 械 諧 振 波 節之 中 央 區域 ，並將該壓 事 項 1 I 再 1 電 變 壓 器 之 寬 W 與 波 長 λ 的 1/ 2之比值R 設定為0 . 5 S R 填 ▲ < 0 . 8之範圍。 頁 '—^ 1 1 C 實 施 例 1 1 接 下 來 參 考 圖 1， 圖2 9 圖 3 , 圖4 來說明本發明。首 1 I 先 9 彙 總 以 下 實 施 例 的 共 通 事 項予 以 説 明。 1 訂 ① 壓 電 變 壓 器 用 元 件 1 使 用 電 氣 機 械 結 合 偽 數 k 較 大， 機 械 性、品 質傜數Q m 1 I 較 大 之 壓 電 陶 瓷 材 料 * 如 N E PE C8 (商品名，日本TORKI N 1 ! 公 司 製 )。 此燒结體以所需之形狀切削加工， 做成長板 1 1 狀 〇 I ② 電 極 之 形 成 1 1 將 銀 音 以 般 的 厚 膜 網 百 印 刷法 形 成 電極 圖形（pattern) 1 1 9 並 以 6 0 〇 °c予以燒結。 1 I ③ 極 化 (P 〇 1 a r i z at i 〇 η ) 處 理 1 1 於 加 熱 到 15 0 °c的絶緣油中， 通上1 .5 K V/ mm之直流電 1 | 場 ♦ 保 持 1 5分 鐘 〇 1 ④ 支 撐 材 之 安 裝 - 7 - 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）

3112SS A7 B7 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 五、發明説明 ( b ) 1 1 於 Μ 波 筠 在 變 壓 器 元 件 寬 度 的 一半 位 置 上， 以電 1 1 焊 法 將 _ 等 金 屬 材 料 固 定 之 〇 1 I ⑤ 端 子 之 安 裝 —V 請 1 I 於 振 盪 波 節 > 在 變 壓 器 元 件 寬 度 的 一半 位 置 上， 以焊 先 閱 讀 1 1 錫 連 接 鍍 錫 銅 線 t 並 固 定 之 0 1 I 之 1 接 下 來 > 針 對 本 發 明 之 第 一 實 施 例 說明 〇 ί 1 I 製 作 如 画 1 所 示 > 又 / 2之3 倍模式的壓電變壓 器。 事 項 1 | 再 於 圖 1 中 0 1 為 壓 電 體 > 2及3 為驅動部之電極 ,於 寫 本 策 其 電 極 間 4 施 加 輸 入 電 壓 〇 5， 6分 別 為驅 動 部 及發電部 頁 1 I 0 7 為 發 電 部 之 電 極 9 位 於 元 件 的 中 央。 從 電 極3 與7 1 1 可 獲 得 輸 出 8〇 1 1為壓電變壓器之支撐，亦可兼作 電極 1 I 導 線 ) 9 為 分 別 設 於 驅 動 部 的 支 撐 及 兼作 電 極 導線端子 1 訂 9 1 0 為 位 於 元 件 上 部 的 電 極 端 子 〇 9、 1 0位於寬邊 中心 1 線 上 » 分 別 離 元 件 的 兩 側 有 λ / 6之距離， 、1與」1 i I 波 __- 致. 〇 於 此 圖 中 9 壓 電 JSM m 1 裡 箭 頭所 標 示 為極化方 1 1 向 〇 即 t 發 電 部 在 厚 度 方 向 為 同 向 > 發電 部 於 長向中心 1 1 面 一 分 為 二 » 互 相 以 反 方 向 在 長 邊 方 向獲 得 極 化。 此圖 I 所 示 兩 側 之 驅 動 部 5 及 發 電 部 6 之 長 度均 為 λ /2 ,全 1 1 長 為 4 2 m m * 厚 度 為 1 in ΠΙ 〇 寬度W 依以下的檢討結果 決定 1 I 之 〇 此 壓 電 變 壓 器 元 件 與 作 為 負 載 的 彩色 液 晶 顯示器用 I I 之 背 面 光 器 (9 .4 英 吋 > 1 燈 式 )以相連接之情況為 其前 I 1 提 〇 此 背 光 器 由 1 支 C F L與覆蓋其之反射板及導光 板等 1 | 所 組 成 > 電 氣 性 阻 抗 約 為 10 Ok Ω 大 小 (但是， 此為 導光 1 板 上 的 亮 度 在 2 0 0 0 C d/ m 2 -點燈時的數值） 8 - 〇 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） 3112S3 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( r ) 1 1 此 時 9 以 元 件 的 寬 度 尺 寸 作 横 軸 9 變 壓 器 的 效 率 為 縱 1 1 軸 時 之 特 性 於 圖 2 表 示 〇 但 其 效 率 為 採 變 壓 器 輸 出 電 力 1 1 與 輸 入 電 力 之 tb 值 〇 寬 度 比 R = w / λ /2 9 範 圍 0 . 5， -0 • 7 /--V 請 1 先 1 > 效 率 9 3 9 5 % 為 最 佳 〇 此 為 » 加 大 寬 度 尺 寸 W 使 變 壓 閱 讀 1 器 輸 出 阻 抗 降 低 » 與 背 面 光 器 負 載 之 阻 抗 之 匹 配 性 可 因 背 ώ i | 之 1 而 獲 得 改 善 0 意 1 於 圖 3 係 表 示 昇 壓 比 與 寬 度 尺 寸 之 關 偽 0 於 8 ^ Μ S 1 0 事 項 1 | 再 m m 之 間 昇 壓 比 急 劇 增 大 〇 此 乃 因 為 在 此 之 間 9 變 壓 器 填 寫 本 策 輸 出 阻 抗 比 負 載 阻 抗 為 小 之 故 〇 頁 1 1 综 合 圖 2、 圖3 可說， 如W 超過1 0 m m時， 效率， 昇壓 1 1 比 均 降 低 〇 即 > 對 於 長 向 之 縱 向 振 盪 » 因 産 生 靥 於 亂 1 | 真 振 盪 的 橫 向 之 縱 向 振 盪 結 果 造 成 變 壓 器 特 性 的 劣 化 1 訂 〇 換 言 之 寛 度 比 R 可 説 是 有 其 最 佳 值 存 在 〇 如 考 慮 實 1 用 性 » 則 以 0 . 5 g R < 0 , 8 為適當值。 於此實施例則採用 1 I W = =1 0 m m 〇 另夕卜， 上述情形偽起因於振動子形狀所造成 1 1 振 盪 模 式 之 結 合 9 因 此 » 長 板 狀 的 壓 電 變 壓 器 之 形 狀 t 1 1 當 妖 仍 可 適 用 於 所 有 壓 电 變 壓 器 而 並不受振動模式之 次 數 等 1 的 限 制 0 1 1 使 用 全 長 4 2 IR D1 9 寬 10 m m 9 厚 1 m m之壓電變壓器元件， 1 I 使 上 述 之 背 面 光 器 點 燈 ο 1 I 3 維 横 式 之 諧 振 頻 率 為 11 5Η z , 輸入2 2 V 可 得 到 輸 出 電 1 1 壓 5 5 0 V > 得 到 輸 出 電 功 率 3 W 〇 效 率 為 9 3 % 〇 又 > 導 光 板 1 | 上 之 度 為 2 0 0 0 C d / m 2 〇 I 1 此 時 > 壓 電 變 壓 器 輸 出 端 9 之 靜 電 容 因 為 3 0 PF > 依 (1 ) 1 1 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ? ) 1 1 式 可 計 算 出 輸 出 阻 抗 約 為 8 5 k Ω 〇 即，與作為負載的背 1 ! 面 光 器 之 10 Ok Ω 相 比 9 輸 出 阻 抗 變 小， 其 結果可得 到 大 1 1 的 昇 壓 比 〇 請 1 先 i 接 下 » 針 對 本 發 明 第 2 實 施 例 說明 0 閱 1 使 用 與 實 施 例 1 相 同 的 元 件 * 但 厚度 為 0 . 4 m m ,將此 背 1 1 I 之 1 3 片 電 性 並 聯 連 接 » 而 於 u\> 機 械 性 則 於厚 度 方向串聯 連 接 意 I 〇 具 體 而 —X” » 採 如 圖 4(a) ( C)所 示之 堆 叠構造。 即 9 事 項 1 1 再 驅 動 部 為 採 與 以 往 所 知 的 9 與 堆 叠 陶瓷 電 容相同之 構 造 填 寫 本 ) 發 電 部 電 極 2 1 如 A- A剖面圖之圖4 (b)所示，均為等電 頁 '— 1 I 位 之 構 造 〇 1 1 又 因 其 偽 機 械 性 之 連 接 » 各 層 間 塗上 絶 緣性的環 氣 性 1 | 黏 著 劑 » 如 驅 動 部 之 B - B剖面圖即， 圖（C)所示，確 保 絶 1 訂 緣 層 2 3 0 1 於 此 壓 電 變 壓 器 連 接 10 Ok Ω 之 純 阻抗 負 '載，當諧 振 頻 1 率 為 11 0 Κ Hz 輸 入 電 壓 8 V 時， 可得到輸出電壓5 0 0 V， 1 I 輸 出 電 功 率 2 . 5 W 〇 1 1 於 本 實 施 例 9 也 可 在 寬 度 bb R = 0 • 5〜 0 . 8之範圍内獲 1 致 優 越 的 輸 出 持 性 〇 1 1 [ 發 明 之 效 果 1 1 如 上 所 說 明 本 發 明 為 改 善 壓 電 變壓 器 之輸出待 性 已 1 I 明 確 表 示 其 寛 度 尺 寸 之 最 適 合 範 圍 (壓電變壓器之寬W與 1 1 波 長 λ 1 /2 之 比 值 R 為 0 . 5 g R 芸0 .8 )， 故可在保持高 Ϊ | 效 率 下 獲 得 大 的 昇 壓 比 » 或 可 得 到 防止 亂 真振盪（具體 1 1 而 言 為 横 向 結 合 振 盪 )所造届 之輸出降低。 1 1 -1 0 - 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） S11288 A7 B7 五、發明説明（9 ) 又，因具有大的昇壓比，如本壓電變壓器適用於彩色 液晶顯示器用背面光器之變流器時，將可期待低電壓輸 入化，而有肋於促進以節約能源為目標之低電壓啓驅動 化。又，因壓電變壓器本身具有高效率，可提昇變流器 之效率，並使上述之省能源化得以推進。 又，寬度尺寸因較以往擴大 1.5倍左右，包含壓電 變壓器在内的變流器小型化，薄型化成為可能。例如， 與以往使用電磁式的彩色液晶顯示器之背面光用變流 器相比，基板面積減少5 0 % ,高度減少4 0 %已成為可能。 〔圖面之簡單說明〕 圖1傜表示本發明第1實施例；1/2之3倍模式壓電 變壓器之斜視圖。 圖2傺表示於圖1所示壓電變壓器寛度尺寸與效率間 關係之特性圖。 ' 圖3傜表示於圖1所示壓電變壓器寬度尺寸與昇壓比 間關僳之特性圖。 圖4(a)係表示本發明第2實施例中堆疊構造之壓電變 壓器之斜視圖。 圖4(b)像表示圖4(a)之A-A剖面圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 I 裝 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖4(c)傜表示圖4(d)之B-B剖面圖。 画5傜表示先前提案之壓電變壓器之斜視圖。 圖6傜表示於圖5所示之匯電變壓器之連接負載相關 性之特性圖。 -1 1 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X 297公釐） 五、發明説明（） 明 說 號 符 2 3 5 6 • · 8 9

1A 1X 出端端支極極極 輸側側側電電電 間下上下用用用 極極極極極«ββ 電電電電電堆堆堆 if部部 2 部部部部部部部部部部 電動動於動電電電動動電電動動 壓驅驅加驅發發發驅驅發發驅驅 A7 B7 入 輸 之 間 極 電 極 3 電與 極下極 電之電 子 端 兼 子子‘撐 層 緣 絶 之 間 —HI— In flm n·^ n mj nn n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -* 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 311288 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種壓電變壓器，偽由長板狀壓電鼪與於該表面形成 的霉馮所構成，其佳歡為： 以矜I蕋#向之縱向振燙的-機械諧振波長；>.的1 / 2 之3倍之振盪模式激振.，而將壓®葭驅」Bl部設在包含· 機械諧振波節之厕端J域，將發麗部設在包含機械諧 振波節之中座區域，並將該壓電變壓器之寬w與.波長 1的1/2之比值§設定為0.5£115 0.8乏範圍。 2. 如申請專利範圍第1項之壓電變壓器，其中上逑之 i '為1 0 in m以下。 3. 如申請專利範圍第2項之壓電變壓器，其中上述之 度.w為8mm以上。 ^^1 1^1- mf HI m ml n m ml \ ， 穿 、-0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）