JP4966055B2

JP4966055B2 - 放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置、液晶表示装置

Info

Publication number: JP4966055B2
Application number: JP2007062601A
Authority: JP
Inventors: 誠浩鳴尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP2008226626A

Description

本発明は、直流電源を高周波に変換して放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及びこれを有する照明装置、液晶表示装置に関する。

パーソナルコンピュータやＯＡ機器、液晶テレビなどの液晶表示装置や看板灯などの照明装置において、表示面を背面から照明する光源（所謂バックライト）が用いられることが多く、その中でも広い発光面を高輝度に照明するために、反射板上に複数本の放電灯を配置し、放電灯上方に拡散板等を配置して構成される直下型バックライトが知られている。

図８に直下型バックライトを備えた液晶表示装置を説明する概略斜視図を示す。液晶パネルＬＣＰの背面（直下）にバックライトＢＬが配置されており、バックライトＢＬは、筐体２１と、この上に設置された反射板２２及び複数の放電灯１〜８と、その上方に設置された拡散板２３、プリズムシート等の光学シート２４とから構成されている。また筐体２１の背面に放電灯１〜８を点灯する放電灯点灯装置１０が設置されている。

この放電灯点灯装置１０に関して記載された文献として、例えば特開２００２−２３１０３４に示されるようなものがある。これは、図７に示すように、隣接したランプ１，２の片側の電極を縦続接続（縦つなぎ）し、ランプ１，２の他側の電極をそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２を介してトランスＴ１，Ｔ２の各一端に接続し、トランスＴ１，Ｔ２の各他端を安定化回路１３にて接続したものであり、トランスＴ１，Ｔ２とコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点側は逆相となっている。安定化回路１３は負荷電流を検出し、昇圧出力部１０ｂの前段のプッシュプルインバータ１０ａのトランジスタＱ１，Ｑ２をフィードバック制御する。これにより複数ランプ１，２の電極線の配線構造を単純化することができるので、バックライトアセンブリ及び液晶表示装置の大きさを減少させ、その製造費用も節減するようにしたものである。
特開２００２−２３１０３４号公報

放電灯点灯装置、特に高電圧である冷陰極ランプを用いたものであると、万一、コネクタ接触不良や半田付け不良などがあった場合、高圧火花放電等の異常放電が発生することがあり、放電状態が継続すると温度上昇などの不安全な問題が引き起こされる恐れがある。そこで、点灯装置との接続に異常が生じた場合、点灯装置の出力電圧上昇を検知して異常と判定し、点灯装置を停止させて安全性を確保することが考えられる。

しかしながら、ランプ電極が縦続接続（縦つなぎ）される部位において上記のような異常放電が発生したとしても点灯装置の出力電圧にさほど変化が現れない。これは、冷陰極ランプが高インピーダンスで高電圧を必要とする負荷のため、ランプと筐体の間に存在する寄生容量を介して流れる漏れ電流の影響があるので、たとえランプ電極が縦続接続されているところで異常放電が発生しても、点灯装置の出力電圧の変化としては小さいからである。

このようなことから、点灯装置の出力電圧の変化ではランプ電極が縦続接続される部位の異常放電検出は困難である。ランプ電極が縦続接続される部位に検出回路を設ければ簡単に検出は可能であるが、もともとの目的である配線構造の単純化、製造費用の節減から外れたものとなってしまう。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、配線構造の単純化をそのままに、ランプ電極の縦続接続側で接続不良等が生じた場合でも確実に発振停止可能な、より安全性の高い放電灯点灯装置及びそれを用いた液晶表示装置や照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅからの電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路ＩＮＶと、前記インバータ回路ＩＮＶを制御する制御回路１１とを備え、前記インバータ回路ＩＮＶは１次巻線及び２次巻線を有し、２次巻線高電圧側端子出力が互いに逆相である一対の昇圧トランスＴ１，Ｔ２を備え、前記一対の昇圧トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線高電圧側端子それぞれに一端が接続され、他端同士を接続した一対の放電灯１，２を高周波点灯させる放電灯点灯装置１０において、前記一対の昇圧トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線低電圧側端子同士を接続し、前記２次巻線低電圧側端子同士の接続点と基準電位（グランド）間に第１のインピーダンス素子Ｚ１を接続し、前記第１のインピーダンス素子Ｚ１の電圧Ｖ１と、第１の基準電圧Ｖｒｅｆを比較する比較器１２を備え、前記第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、前記一対の放電灯１，２の前記他端同士の接続部分の異常放電による当該放電灯から前記基準電位への漏洩電流成分の正常時からの変化を検出できるように設定され、前記比較器１２の出力によって前記インバータ回路ＩＮＶの発振を停止させる機能を備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、図１に示すように、前記一対の昇圧トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線低電圧側端子の少なくとも一方が、第２のインピーダンス素子Ｚ２を介して前記第１のインピーダンス素子Ｚ１に接続され、前記第２のインピーダンス素子Ｚ２の電圧を前記制御回路１１に入力し、前記第２のインピーダンス素子Ｚ２の電圧に応じて前記インバータ回路ＩＮＶを制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、同じ課題を解決するために、図５に示すように、直流電源Ｅからの電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路ＩＮＶと、前記インバータ回路ＩＮＶを制御する制御回路１１とを備え、前記インバータ回路ＩＮＶは１次巻線及び一対の２次巻線を有し、２次巻線高電圧側端子出力が互いに逆相である昇圧トランスＴ１１を備え、前記昇圧トランスＴ１１の２次巻線高電圧側端子それぞれに一端が接続され、他端同士を接続した一対の放電灯１，２を備え、前記一対の２次巻線を有する昇圧トランスＴ１１と前記一対の放電灯１，２を一組として、これを複数組（例えば、他の一組として一対の２次巻線を有する昇圧トランスＴ１２と一対の放電灯３，４を）備えてなる放電灯点灯装置において、隣接する組の昇圧トランスＴ１１，Ｔ１２の２次巻線高電圧側端子が互いに逆相出力となる巻線の低電圧側端子同士を接続し、前記低電圧側端子同士の接続点と基準電位（グランド）間に第１のインピーダンス素子Ｚ１を備え、前記低電圧側端子同士で接続されていない昇圧トランス低電圧側端子をそれぞれ基準電位（グランド）に接続し、前記第１のインピーダンス素子Ｚ１の電圧Ｖ１と、第１の基準電圧Ｖｒｅｆを比較する比較器１２を備え、前記第１の基準電圧Ｖｒｅｆは、前記一対の放電灯１，２の前記他端同士の接続部分の異常放電による当該放電灯から前記基準電位への漏洩電流成分の正常時からの変化を検出できるように設定され、前記比較器１２の出力によって前記インバータ回路ＩＮＶの発振を停止させる機能を備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、図５に示すように、前記低電圧側端子同士で接続されていない昇圧トランス低電圧側端子の少なくとも一箇所が、第２のインピーダンス素子Ｚ２を介して基準電位（グランド）に接続され、前記第２のインピーダンス素子Ｚ２の電圧を前記制御回路１１に入力し、前記第２のインピーダンス素子Ｚ２の電圧に応じて前記インバータ回路ＩＮＶを制御することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明において、前記第１のインピーダンス素子Ｚ１は少なくとも１ｋΩ以上のインピーダンスであることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる照明装置である。

請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる液晶表示装置である。

請求項１、２、５の発明によれば、配線構造の単純化はそのままに、ランプ電極の縦続接続側の異常放電発生に対しても検出が可能で、インバータ回路を発振停止させることにより異常放電を止めることができ、より安全性が高まる。

請求項３、４の発明によれば、上記効果に加えて、正常点灯時の各ランプ電流のばらつきを抑制する効果がある。

請求項６、７の発明によれば、より安全性を高めた照明装置、液晶表示装置を提供することが可能となる。

（実施形態１）
図１に実施形態１の放電灯点灯装置の回路図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置１０は、昇圧用のトランスＴ１，Ｔ２と、このトランスＴ１，Ｔ２の漏れインダクタンス成分とＬＣ共振回路を構成する共振用コンデンサＣ１，Ｃ２と、トランスＴ１，Ｔ２を駆動するためのプッシュプル回路を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを備えるインバータ回路ＩＮＶと、インバータ回路ＩＮＶのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を交互にオンオフ駆動させるための制御信号を発生する制御回路１１を備えている。

また、トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線高電圧側端子にそれぞれランプ１、２の一端を接続し、他端の電極同士を縦続接続（縦つなぎ）している。ランプ１、２は例えば冷陰極ランプである。図中のトランスＴ１，Ｔ２の黒点は巻線の巻き始めを表しており、トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線高電圧側端子出力は互いに逆相となるようにしている。図中のコンデンサＣｓ１、Ｃｓ２はそれぞれランプ１、２と基準電位間の寄生容量を表している。

さらに、トランスＴ１の２次巻線低電圧側端子はインピーダンス素子Ｚ２を介してトランスＴ２の２次巻線低電圧側端子に接続され、トランスＴ２の２次巻線低電圧側端子とインピーダンス素子Ｚ２の接続点と基準電位（グランド）間にインピーダンス素子Ｚ１が接続されている。

トランスＴ１の２次巻線低電圧側端子の電圧は制御回路１１に入力され、この電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。インピーダンス素子Ｚ１の電圧Ｖ１は比較器１２に入力され、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなったとき、比較器１２から出力される信号を受けて制御回路１１が発振停止するよう構成されている。

次に、上記構成の第１の実施形態の放電灯点灯装置の動作について説明する。正常な動作状態において、インバータ回路ＩＮＶにより、直流電圧が高周波電圧に変換され、トランスＴ１，Ｔ２による昇圧及びトランスＴ１，Ｔ２の漏れインダクタンス成分と共振用コンデンサＣ１，Ｃ２による共振動作でランプ１、２に高周波高電圧が印加され、点灯を維持する。ランプ１、２が冷陰極ランプの場合、高インピーダンス負荷であるため、寄生容量Ｃｓ１、Ｃｓ２を介して流れる漏れ電流成分が存在する。

ここで、ランプ１、２は基本的に同じ負荷であり、トランスＴ１とＴ２、コンデンサＣ１とＣ２をそれぞれ同じ定数とするなら、ランプ１、２他端の電極同士を縦続接続した部分の電圧Ｖｇは略０Ｖとなる（実際には部品、ランプのばらつき等による差分の電圧が発生するが、ランプ印加電圧に比べて十分小さい電圧である）。同様に、インピーダンス素子Ｚ１がトランスＴ１，Ｔ２の２次側巻線のインピーダンスに比べて無視できるものであれば、電圧Ｖ１も略０Ｖとなる。このため、インピーダンス素子Ｚ２の両端にはランプ電流に応じた電圧が発生するので、これを制御回路１１に入力してフィードバック制御を行なうことにより、ランプ電流の安定化を図ることができる。インピーダンス素子Ｚ２はフィードバック制御のためのランプ電流を検出できれば良く、電流検出抵抗に限らず電流検出トランスであっても良い。

今、ランプ１、２他端の電極同士を縦続接続した部分が接続不良等により異常放電が発生したとすると、当然のことながら電圧Ｖｇに非常に高い（対地）電圧が発生する。前述したように、寄生容量Ｃｓ１、Ｃｓ２を介して流れる漏れ電流の影響があるので、たとえランプ電極が縦続接続されているところで異常放電が発生しても、トランスＴ１，Ｔ２の２次巻線高電圧側端子の出力電圧変化としては小さい。この差は、異常放電によってランプの電位勾配が大きく変化しているためと考えられる。そのため、異常放電は少なからず漏れ電流成分に変化をもたらす。

正常時に各ランプの漏れ電流成分は逆相で略同等のため、電圧Ｖ１は略０Ｖであるが、異常放電は不安定な放電のため、各ランプの漏れ電流成分に差が生じ、結果として図３に示すように、異常放電が発生すると電圧Ｖ１は上昇する。この電圧上昇をとらえ、基準電圧Ｖｒｅｆを超えたときに制御回路１１の発振を停止させる。図３の電圧Ｖ１の破線は、発振停止させなかった場合の概略波形を示している。

インピーダンス素子Ｚ１の構成は、例えば図２に示すような構成としても良い。これは抵抗Ｒ１に発生する電圧のピークを検出するものである。後述の図６に示すように、抵抗Ｒ１の電圧Ｖ１’は両極性で発生するので、その半波のピークをダイオードＤ１とコンデンサＣ８にて検出している。ここで、抵抗Ｒ１には漏れ電流成分の差電流が流れ、それに応じた電圧が発生する。抵抗Ｒ１が小さすぎると、発生する電圧は低く、異常放電を検出できなくなってしまう。そのため、抵抗Ｒ１をある程度大きくする必要がある。冷陰極ランプの場合、正常点灯時のランプ電流は１０ｍＡ以下であり、差電流としてもせいぜい数ｍＡ程度と考えると、少なくとも１ｋΩ以上とすることが望ましい。

このように本実施形態では、配線構造の単純化はそのままに、ランプ電極が縦続接続された側の異常放電発生に対しても検出が可能で、制御回路を発振停止させることにより異常放電を止めることができ、より安全性が高まる。また、インバータ回路側で異常放電を検出可能なので、液晶表示装置などへの回路基板取り付け構造に大きな変更を伴うことがない。

また、本実施形態における別の回路例を図４に示す。図４では、１入力２出力のトランスＴ１１を用いており、またトランスＴ１１の駆動にハーフブリッジ回路構成を用いたものを示している。検出回路の構成は図１と同様であるので、図１の回路構成と同様に、ランプ１、２他端の電極同士を縦続接続した部分の異常放電検出が可能である。このように、トランス及びその駆動回路の構成は限定されるものではなく、適宜の構成を採用することが可能なことは言うまでもない。

（実施形態２）
図５に実施形態２の放電灯点灯装置の回路図を示す。本実施形態の放電灯点灯装置１０は、高電圧側端子が互いに逆相出力である一対の２次巻線を有するトランスＴ１１と、そのトランスＴ１１の一対の２次巻線の高電圧側端子に一端を接続し、他端の電極同士を縦続接続した一対のランプ１，２を備えた構成を１組とし、他のトランスＴ１２の一対の２次巻線の高電圧側端子に一端を接続し、他端の電極同士を縦続接続した一対のランプ３，４を備えた構成を他の１組とし、これらを複数組（ここでは２組）備えたものであり、隣接する組のトランスＴ１１，Ｔ１２の高電圧側端子出力が互いに逆相であるものの低電圧側端子同士を接続し、その接続点と基準電位（グランド）間にインピーダンス素子Ｚ１を備え、低電圧側端子同士が接続されないところはインピーダンス素子Ｚ２を介するかもしくは直接基準電位（グランド）に接続されたものである。

また、インピーダンス素子Ｚ２の電圧は制御回路１１に入力され、この電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する。インピーダンス素子Ｚ１の電圧Ｖ１は比較器１２に入力され、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなったとき、比較器１２から出力される信号を受けて制御回路１１が発振停止するよう構成されている。

図５では、２組の回路構成で、トランスＴ１１，Ｔ１２に１入力２出力のものを用い、１つのハーフブリッジ回路でトランスＴ１１，Ｔ１２の１次側を並列接続してトランス駆動を行なうようにした例を示しているが、トランスの構成は図１、図７に示した１入力１出力タイプとしても良いし、その駆動回路の構成もプッシュプル回路やフルブリッジ回路であっても良い。

次に、上記構成の第２の実施形態の放電灯点灯装置１０の動作について説明する。正常な動作状態において、インバータ回路ＩＮＶにより、直流電圧が高周波電圧に変換され、トランスＴ１１，Ｔ１２による昇圧及びトランスＴ１１，Ｔ１２の漏れインダクタンス成分と共振用コンデンサＣ１〜Ｃ４による共振動作でランプ１〜４に高周波高電圧が印加され、点灯を維持する。また、ランプ１〜４は同じ負荷であり、それぞれの組の共振回路定数を同じとするなら、ランプ１、２及び３、４他端の電極同士を縦続接続した部分の電圧と、トランスＴ１１、Ｔ１２のそれぞれ一方の低電圧側端子同士の接続点の電圧Ｖ１は略０Ｖとなる。実際には部品、ランプのばらつき等があり、それによる差分の電圧が発生するが、この電圧の発生によって、隣接する組のランプ電流（ランプ１〜４の電流）をバランスさせる方向に作用する。このように、本構成によって各ランプ電流のばらつきを抑制する効果を奏する。インピーダンス素子Ｚ２の両端にはランプ電流に応じた電圧が発生するので、これを制御回路１１に入力してフィードバック制御を行なうことにより、ランプ電流の安定化を図ることができる。

今、ランプ１、２もしくは３、４の他端の電極同士を縦続接続した部分が接続不良等により、異常放電が発生したとする。この場合も実施形態１と同様に、異常放電による漏れ電流成分の変化が生じる。しかしながら、本実施形態はそれだけでなく、一方の組は正常に点灯しようとし、他方の組が異常放電でランプ電流波形が乱れるため、上述のように、隣接する組のランプ電流をバランスさせようとして、低電圧側端子同士の接続点の電圧Ｖ１に実施形態１よりも大きな電圧が発生する。

よって、本実施形態は実施形態１と比べ、より明確に異常放電を検出することが可能である。あとは実施形態１と同様に、この電圧上昇をとらえ、基準電圧Ｖｒｅｆを超えたときに制御回路１１の発振を停止させる。

図６に実機回路による発振停止時の動作波形を示す。これはインピーダンス素子Ｚ１に図２に示すような回路を用いたものであり、Ｒ１＝１０ｋΩとしている。図６（ａ）の波形は、図６（ｂ）の波形の中心付近を拡大したものである。異常放電発生後Ｖ１’及びＶ１が上昇し、基準電圧Ｖｒｅｆを超えた後に発振停止している。この実機回路では、基準電圧Ｖｒｅｆを超えた後、ある一定期間後に発振停止するようにしている。これはノイズ等による誤動作を回避するためであり、ある一定時間は異常放電が持続したことを受けて発振停止すれば、異常放電検出の確実性が増す。

このように、本実施形態においても実施形態１と同様の効果を奏するとともに、正常点灯時の各ランプ電流のばらつきを抑制する効果があるので、図８に示す液晶表示装置等のバックライトに使用すれば、輝度むらを低減でき、より均一性の高いバックライトの提供が可能である。

以上本発明の実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。

本発明の実施形態１の放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。本発明の実施形態１の第１のインピーダンス素子の構成例を示す回路図である。本発明の実施形態１の動作説明図である。本発明の実施形態１の一変形例を示す回路図である。本発明の実施形態２の放電灯点灯装置の概略構成を示す回路図である。本発明の実施形態２の動作波形図である。従来例の概略回路図である。本発明の放電灯点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

Ｅ直流電源
ＩＮＶインバータ回路
１１制御回路
１２比較器
１，２ランプ（冷陰極放電灯）
Ｔ１，Ｔ２トランス
Ｃ１，Ｃ２共振用コンデンサ
Ｚ１第１のインピーダンス素子（異常放電検出用）
Ｚ２第２のインピーダンス素子（フィードバック制御用）

Claims

直流電源からの電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
前記インバータ回路は１次巻線及び２次巻線を有し、２次巻線高電圧側端子出力が互いに逆相である一対の昇圧トランスを備え、
前記一対の昇圧トランスの２次巻線高電圧側端子それぞれに一端が接続され、他端同士を接続した一対の放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置において、
前記一対の昇圧トランスの２次巻線低電圧側端子同士を接続し、前記２次巻線低電圧側端子同士の接続点と基準電位間に第１のインピーダンス素子を接続し、前記第１のインピーダンス素子の電圧と、第１の基準電圧を比較する比較器を備え、前記第１の基準電圧は、前記一対の放電灯の前記他端同士の接続部分の異常放電による当該放電灯から前記基準電位への漏洩電流成分の正常時からの変化を検出できるように設定され、前記比較器の出力によって前記インバータ回路の発振を停止させる機能を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記一対の昇圧トランスの２次巻線低電圧側端子の少なくとも一方が、第２のインピーダンス素子を介して前記第１のインピーダンス素子に接続され、前記第２のインピーダンス素子の電圧を前記制御回路に入力し、前記第２のインピーダンス素子の電圧に応じて前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
直流電源からの電圧を高周波電圧に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路とを備え、
前記インバータ回路は１次巻線及び２次巻線を有し、２次巻線高電圧側端子出力が互いに逆相である一対の昇圧トランスを備え、
前記一対の昇圧トランスの２次巻線高電圧側端子それぞれに一端が接続され、他端同士を接続した一対の放電灯を備え、
前記一対の昇圧トランスと前記一対の放電灯を一組として、これを複数組備えてなる放電灯点灯装置において、
隣接する組の昇圧トランスの２次巻線高電圧側端子が互いに逆相出力となる巻線の低電圧側端子同士を接続し、前記低電圧側端子同士の接続点と基準電位間に第１のインピーダンス素子を備え、前記低電圧側端子同士で接続されていない昇圧トランス低電圧側端子をそれぞれ基準電位に接続し、前記第１のインピーダンス素子の電圧と、第１の基準電圧を比較する比較器を備え、前記第１の基準電圧は、前記一対の放電灯の前記他端同士の接続部分の異常放電による当該放電灯から前記基準電位への漏洩電流成分の正常時からの変化を検出できるように設定され、前記比較器の出力によって前記インバータ回路の発振を停止させる機能を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記低電圧側端子同士で接続されていない昇圧トランス低電圧側端子の少なくとも一箇所が、第２のインピーダンス素子を介して基準電位に接続され、前記第２のインピーダンス素子の電圧を前記制御回路に入力し、前記第２のインピーダンス素子の電圧に応じて前記インバータ回路を制御することを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
前記第１のインピーダンス素子は少なくとも１ｋΩ以上のインピーダンスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる照明装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置を含んでなる液晶表示装置。