液晶表示用バックライト装置
【課題】熱陰極型の蛍光ランプを点灯状態と調光状態に切り換えながら高周波点灯させる液晶表示用バックライト装置において、調光状態から点灯状態への切替時に生じる過渡電圧を抑制し素子へのストレスを低減すると共に、点灯状態から調光状態への切替時の立ち消えを抑制する。
【解決手段】熱陰極型の蛍光ランプＬａに高周波のランプ電流を流すインバータ回路１と、蛍光ランプＬａの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路２と、インバータ回路１の動作周波数を制御する制御回路３とを備え、制御回路３は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号Ｓｄを受けてランプ電流を切り替えるときに、インバータ回路１の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数ｆ１と第１の周波数ｆ１より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数ｆ２の間で時間の経過と共に連続的に変化させる。
【解決手段】熱陰極型の蛍光ランプＬａに高周波のランプ電流を流すインバータ回路１と、蛍光ランプＬａの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路２と、インバータ回路１の動作周波数を制御する制御回路３とを備え、制御回路３は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号Ｓｄを受けてランプ電流を切り替えるときに、インバータ回路１の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数ｆ１と第１の周波数ｆ１より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数ｆ２の間で時間の経過と共に連続的に変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱陰極型の蛍光ランプを高周波点灯させる放電灯点灯装置を用いた液晶表示用バックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置のバックライト装置として、液晶パネルの背面に水平走査線と略平行に複数本の蛍光ランプを並設し、映像信号に合わせて各蛍光ランプを順次点灯させることで、表示品位を改善する技術が知られている。
【０００３】
また、蛍光ランプの点灯／消灯を切り替えるのではなく、点灯状態と調光状態を切り換えることが提案されている（特許文献１）。これにより、消灯状態から点灯状態に移行するときに発生していた過渡電圧が低減されて回路素子のストレスを抑制でき、ランプ寿命も長くできる。また、消灯状態では電極温度が低くなるが、調光状態とすることで電極温度を維持できる。
【特許文献１】特開２００１−３１２２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、消灯状態から点灯状態への切り替えに比べると過渡電圧は低減されるが、調光状態から点灯状態への切り替えを瞬時に実施しているので、切替時には、やはり過渡電圧が発生しやすい。すなわち、ランプ電流が少ない状態から多い状態への切替の瞬間に、ランプ・インピーダンスが急激な変化に対応できず、始動電圧までいかないまでも、過渡電圧が発生しやすかった（図１５、図１６参照）。
【０００５】
また、特許文献１の技術によれば、点灯状態から調光状態への切り替えも瞬時に実施しているので、ランプ電流が多い状態から少ない状態への切替の瞬間に、ランプ・インピーダンスが急激な変化に対応できず、ランプが立消えしやすいという問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献１の技術では、蛍光ランプとして冷陰極型のものが例示されており、熱陰極型を用いた場合に必要となる電極温度の制御については示唆されていない。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱陰極型の蛍光ランプを点灯状態と調光状態に切り換えながら高周波点灯させる液晶表示用バックライト装置において、調光状態から点灯状態への切替時に生じる過渡電圧を抑制し素子へのストレスを低減すると共に、点灯状態から調光状態への切替時の立ち消えを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１または図２に示すように、熱陰極型の蛍光ランプＬａに高周波のランプ電流を流すインバータ回路１と、前記蛍光ランプＬａの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路２と、前記インバータ回路１の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数ｆ１と第１の周波数ｆ１より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数ｆ２の間で変化させる制御回路３とを備える液晶表示用バックライト装置であって、前記制御回路３は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号Ｓｄを受けて、図３に示すように、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路１の動作周波数を第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２へ時間の経過と共に連続的に低下させると共に、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路１の動作周波数を第２の周波数ｆ２から第１の周波数ｆ１へ時間の経過と共に連続的に増加させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ時間の経過と共に連続的に低下させるものであるから、出力増加時のランプ・インピーダンスの急激な変化を防止でき、これにより過渡電圧を抑制し、スイッチング素子へのストレスを低減できる効果がある。また、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第２の周波数から第１の周波数へ時間の経過と共に連続的に増加させるものであるから、出力低下時のランプ・インピーダンスの急激な変化を防止でき、これにより放電灯の立ち消えを抑制できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の基本構成を示す回路図である。直流電源Ｖｄｃには、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２の両端にインダクタＬ、コンデンサＣ１の直列回路が並列に接続されている。コンデンサＣ１と並列に、コンデンサＣ２と熱陰極蛍光ランプＬａの直列回路が接続されている。以上の回路により、インバータ回路１が構成されている。
【００１１】
また、直流電源Ｖｄｃには、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ４の両端にコンデンサＣ３と予熱用トランスＴの直列回路が並列に接続されている。予熱用トランスＴの２次側に設けられた２つの巻線は、各々コンデンサＣ５、Ｃ６を介して熱陰極蛍光ランプＬａのフィラメントに接続されている。以上の回路により、予熱回路２が構成されている。
【００１２】
また、インバータ回路１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と予熱回路２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を駆動する制御回路３が設けられており、この制御回路３には外部から調光信号Ｓｄが入力されている。
【００１３】
図１の基本回路を簡略化した回路を図２に示す。図１と異なる点は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が省略されており、これらに対する制御回路３からの駆動信号線が削除され、コンデンサＣ３と予熱用トランスＴの直列回路がスイッチング素子Ｑ２の両端に並列に接続されている点である。この図２の構成は、図１におけるスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を各々スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２で兼用し、部品点数を少なくした構成である。この図２のように簡略化された構成であっても、図１の基本構成を用いた場合と略同等の効果を期待できる。なお、図１または図２のインバータ回路１の負荷が接続される箇所に昇圧トランスの１次巻線を接続し、この昇圧トランスの２次巻線から負荷へ電力を供給するトランス式であっても良い。
【００１４】
以下、図１の基本回路を用いた場合について、図３および図４の波形図を参照しながら具体的に動作を説明する。図３および図４の波形図において、（ａ）は調光信号、（ｂ）は制御回路３におけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数、（ｃ）は放電灯Ｌａに流れるランプ電流波形、（ｄ）は放電灯Ｌａに印加されるランプ電圧波形、（ｅ）は予熱用トランスＴによって供給される予熱電流の波形である。横軸は時間の経過を意味する。
【００１５】
調光信号のタイミングｔ１〜ｔ４に分けて動作を説明する。
まず、ｔ１の期間では、調光信号がＬレベルからＨレベルになり、制御回路３は駆動周波数をｆ１からｆ２に徐々に変化させる。この制御により、ランプ電流は徐々に増加する。また、ランプＬａのインピーダンスは負特性を有するため、徐々にランプ電圧が減少する。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の駆動信号については、図示しないが、例えば、一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１６】
次に、ｔ２の期間では、調光信号はＨレベルのままであり、制御回路３は駆動周波数をｆ２で一定とする。この制御により、ランプ電流、ランプ電圧も一定となる。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１７】
次に、ｔ３の期間では、調光信号がＨレベルからＬレベルになり、制御回路３は駆動周波数をｆ２からｆ１に徐々に変化させる。この制御により、ランプ電流は徐々に減少する。また、ランプＬａのインピーダンスは負特性を有するため、徐々にランプ電圧が増加する。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１８】
次に、ｔ４の期間では、調光信号はＬレベルのままであり、制御回路３は駆動周波数をｆ１で一定とする。この制御により、ランプ電流、ランプ電圧も一定となる。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
その後、再びｔ１の期間から同じ動作が繰り返される。
【００１９】
図３の制御において、特徴的なのは、調光信号に対して、周波数をｆ１からｆ２、あるいはｆ２からｆ１へ瞬時に切替えることなく、ｔ１、ｔ３の期間で徐々に変化させている点である。このようにｔ１、ｔ３の期間を設けたため、ランプＬａの出力を大きくする場合や小さくする場合に、回路中のＬＣ共振系（図１のインダクタＬ、コンデンサＣ１）によって発生する過渡電圧を抑制することができる。そのため、ｔ１の期間では始動に必要な高電圧が必要なく、また過渡電圧による過剰な電圧ストレスを抑制できる。また、ｔ３の期間では、過渡電圧のアンダーシュートによるランプＬａの立消えを抑制することができる。
【００２０】
なお、予熱電流は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の制御により任意に設定できるため、常に最適な温度になるような電流を供給すれば良く、ランプ電流の大小によって生じるフィラメントの温度変化を抑制することができる。
【００２１】
図１の基本構成に代えて、図２の簡略化された構成を用いた場合においても、予熱回路２の周波数依存性を適切に設計しておくことで、略同等の動作となる。
【００２２】
図４の波形図は、図３の状態から調光を更に深くした状態を示す。図３と異なる点は、（ａ）の調光信号のＨレベルの期間が短くなり、Ｌレベルの期間が長くなったことであり、それに対応してｔ２の期間を短く、ｔ４の期間を長くしたことである。このように制御することにより、ｔ１からｔ４の期間におけるランプ電流が流れる総面積部分が小さくなることで、調光が深くなる。
【００２３】
この場合において、ｔ１、ｔ３の期間については、図３と同じ期間を設定することで、図３と同じく、ｔ１の期間では始動に必要な高電圧が必要なく、また過渡電圧による過剰な電圧ストレスを抑制できる。また、ｔ３の期間では、過渡電圧のアンダーシュートによるランプＬａの立消えを抑制することができる。
【００２４】
なお、ｔ２の期間を短くすると、いずれｔ２＝０となるが、更にそれ以下に調光したい場合には図５に示すようにｔ１の期間、ｔ３の期間を短くしたり、あるいは、図６に示すように、ｆ１からｆ２、ｆ２からｆ１への変化の傾きはそのままで、中間値で折り返すなどして制御すればよい。なお、図５、図６における斜めの点線は図４におけるｆ１からｆ２への変化の傾きを示している。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、調光点灯状態から全点灯状態への周波数切替時に生じる過渡電圧を抑制し、スイッチング素子へのストレスを低減できる効果がある。また、全点灯状態から調光点灯状態への周波数切替時の放電灯の立ち消えを抑制できる効果がある。さらに、予熱電流を常時供給するため、深い調光が可能となる効果がある。
【００２６】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の動作を示す波形図である。回路構成については、図１または図２と同じである。図７の波形図において、（ａ）は制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数、（ｃ）はランプＬａに流れるランプ電流波形である。
【００２７】
本実施の形態では、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式といった映像信号方式で用いる水平走査周波数との干渉を抑制した上で、実施の形態１に示すような調光制御を行う場合について説明する。日本や北米の場合、ＮＴＳＣ方式として、水平走査周波数約１５．７ＫＨｚが用いられている。ヨーロッパや中国などでは、ＰＡＬ方式として、水平走査周波数約１５．６ＫＨｚが用いられている。また、最近では、ハイビジョンやスーパーハイビジョンとして、上記周波数より高い水平走査周波数が規格化されている。
【００２８】
液晶パネルのバックライト装置の点灯回路において、スイッチング素子の駆動周波数として上記水平走査周波数やそれらの整数倍の周波数を用いると、バックライト装置と映像信号系との間で干渉を起こしやすくなり、映像が乱れるなどの不都合を生じやすくなる。したがって、スイッチング素子の駆動周波数としては当該周波数は回避するのが良い。
【００２９】
ところが、実施の形態１の制御では、切替時の周波数を連続的に変化させるため、全点灯状態（図３（ｃ）のＩ２レベル）と最もランプ電流の小さい調光状態（図３（ｃ）のＩ１レベル）の中間に上記の水平走査周波数またはその整数倍の周波数が含まれる場合は、干渉の可能性が高くなる。
【００３０】
そこで、図７に示すように、動作周波数に所定の禁止帯ｆｓ１〜ｆｓ２を設けて、上記干渉周波数を回避する。図中、ｆ１は最小ランプ電流を流す周波数、ｆ２は最大ランプ電流を流す周波数である。上記水平走査周波数あるいはその整数倍の周波数がｆｓ１とｆｓ２の間にあるものとする。
【００３１】
ｔ１の期間中にｆ１からｆ２へ周波数を変化させる際、ｆｓ１からｆｓ２の部分は瞬時に周波数を切替えることにより、ランプ電流波形の包絡線は図７（ｃ）の一点鎖線で示すように、点線Ａのレベルで階段状に切替わることになる。また、反対にｆ２からｆ１へ周波数を変化させる際、ｆｓ２からｆｓ１の部分は瞬時に周波数を切替えることにより、ランプ電流波形の包絡線は図７（ｃ）の一点鎖線で示すように、点線Ｂのレベルで階段状に切替わることになる。調光については、実施の形態１と同じようにｔ２とｔ４の期間の割合を変えることで行う。
【００３２】
本実施の形態によれば、インバータ回路の駆動周波数と映像信号の水平走査周波数の干渉を回避できる効果がある。
【００３３】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３の動作を示す波形図である。回路構成については、図１または図２と同じである。図８の波形図において、（ａ）は制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数である。
【００３４】
本実施の形態では、これまで述べてきた制御のうち、ｆ１からｆ２への推移時間とｆ２からｆ１への推移時間を略等しくした場合について説明する。図８（ａ）、（ｂ）が図１（ａ）、（ｂ）と異なる点は、ｔ１とｔ３の期間を等しくした点である。ｆ１からｆ２への推移時間と、ｆ２からｆ１への推移時間を等しくすることで、図９に示すように、制御回路３を簡単に構成することできる。
【００３５】
図９の回路では、ランプ電流を高／低に切り替える調光信号のＨレベル／Ｌレベルを受けて制御電源Ｖｃｃとグランド間に設けられたスイッチング素子ＳＷをオン・オフさせている。スイッチング素子ＳＷに並列に抵抗ＲｃとコンデンサＣｃの直列回路を接続し、抵抗ＲｃとコンデンサＣｃの接続点が電圧を周波数に変換するＶ／ｆ変換回路４に接続されている。Ｖ／ｆ変換回路４の出力でインバータ回路１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動するものである。
【００３６】
図１０（ａ）は図９の制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は図９の制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数である。
【００３７】
調光信号がＬレベルのとき、スイッチング素子ＳＷがオフとなり、制御電源Ｖｃｃ→抵抗Ｒｃ→コンデンサＣｃの経路でコンデンサＣｃを充電する。調光信号がＨレベルのとき、スイッチング素子ＳＷがオンとなり、コンデンサＣｃ→抵抗Ｒｃ→グランドの経路でコンデンサＣｃが放電される。以下、調光信号がＨレベル／Ｌレベルに交互に切り替わる毎に上記の動作が繰り返されることになる。
【００３８】
本回路例では、同一のＲＣ回路で充放電を繰返すため、ｔ１、ｔ３の期間は略等しくすることができる。更に言えば、ＲＣ回路の充放電を利用した場合、周波数切替動作の開始直後の周波数変化の割合が最も大きく、徐々にコンデンサＣｃの電圧変化の傾きが減少するため、周波数の変化は、実際には、図１０（ｂ）で示すような変化となる。このように構成した方が一定の傾きで周波数を変化させる場合よりも、より早くランプ電流をｆ１またはｆ２の値に近づけることができ、ランプ電流波形の応答性が良くなる。
【００３９】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４の動作を示す波形図である。上述の実施の形態１〜３においては、予熱電流は一定であるものとして説明してきたが、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数に応じて変化させても良い。望ましくは、ランプ電流が大きい期間では、予熱電流は小さく、ランプ電流が小さい期間では予熱電流を大きくするのが良い。図１１の波形図では、図３におけるランプ電流波形を（ａ）、予熱電流波形を（ｂ）とした場合を示している。
【００４０】
このように予熱電流をランプ電流に応じて変化させることで、電極温度を略一定に保つことができ、ランプ電流の減少に伴って、電極温度が低減するようなことがなくなるため、更に長寿命化が達成され、かつ、ランプ電流が十分流れている期間では、予熱電流を少なくできるため、回路の消費電力が少なくて済む。
【００４１】
（実施の形態５）
図１２は本発明の実施の形態５の動作説明図である。上述の各実施の形態では、ｆ１、ｆ２は調光比が変化しても一定であるものとして説明してきたが、図１２に示すように調光デューティが小さくなるのに応じて、ランプ電流の下限値を設定している周波数ｆ１を点Ａから点Ｂに示すように低下させても良い。ここで言う「調光デューティ」とは、調光信号ＳｄがＨレベルである期間の割合＝（ｔ１＋ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）である。このように制御すれば、調光デューティが小さくなったとき、ランプ電流の下限値（図３のＩ１レベル）を若干大きくすることができるため、立消えを抑制することができる。
【００４２】
（実施の形態５’）
また、上述の各実施の形態では、周波数変化に要する時間ｔ１、ｔ３は調光比が変化しても一定であるものとして説明してきたが、調光デューティが小さくなるのに応じて、周波数変化に要する時間ｔ１、ｔ３を長くするように制御しても良い。このように制御すれば、後述の図２０に示すように、調光デューティが小さくなったとき、ランプ電圧のピーク値が上昇することを防止できるため、スイッチング素子のストレスを低減することができる。
【００４３】
（実施の形態６）
図１３および図１４は本発明の実施の形態６の動作波形図である。ここでは、４本のランプを液晶パネルの背面に水平走査方向と平行に並設し、各ランプを液晶パネルの表示更新周期に同期して順次調光制御するようにしたものであり、液晶パネルの表示が更新された領域の背後にある蛍光ランプのランプ電流が順次増加するようにインバータの動作周波数を制御するものである。各ランプに流れるランプ電流の波形を図１３および図１４に示した。
【００４４】
図１３の制御例では、例えば図１で示した放電灯点灯装置を４つ用いて各々のランプが全点灯状態となる期間を一定期間ずつ、ずらせた例である。全点灯状態となる期間を一定期間ずつずらす手段については図示しないが、液晶パネルの制御回路から各ランプの制御回路に対して供給される調光信号のタイミングを順次遅延させることで容易に実現できる。これにより、上述の各実施の形態で述べてきた点灯制御を用いて、複数本のランプの順次調光が可能となる。
【００４５】
図１４の制御例では、図１３の動作からさらにデューティ調光を行って調光を深くした場合のランプ電流の波形である。
【００４６】
本実施の形態によれば、液晶表示装置のバックライト装置の輝度調整機能を実現しつつ、表示品位も改善できる。また、周波数切替時のストレスが小さいため、部品コストを低減し、安価に構成できる。
【００４７】
（実験結果）
本発明者らは実験により本発明の効果を確認した。以下、実際の波形図を参照しながら、本発明の効果について説明する。
【００４８】
図１５は周波数を瞬間的に切替えた場合（比較例）の各部の波形を測定した結果である。図中、（ａ）は調光デューティ（約５０％）、（ｂ）は予熱電流（＝０（供給なし））、（ｃ）はランプ電圧（３５０Ｖ／ｄｉｖ）、（ｄ）はランプ電流（５００ｍＡ／ｄｉｖ）である。横軸は時間軸（ｔ＝１ｍｓ／ｄｉｖ）である。周波数が切り替わる瞬間にランプ電圧に過渡電圧が発生しており、ランプ電流にも過渡電流が発生しているのが分かる。
【００４９】
図１６は図１５の時間軸を拡大したものであり、周波数ｆを切り替えた瞬間の波形図を示している。縦軸（ａ）〜（ｄ）は図１５と同じである。横軸は時間軸（ｔ＝１００μｓ／ｄｉｖ）である。
【００５０】
図１７は周波数を連続的に切替えた場合（本案）の各部の波形を測定した結果である。図中、（ａ）は調光デューティ（約５０％）、（ｃ）はランプ電圧（３５０Ｖ／ｄｉｖ）、（ｄ）はランプ電流（５００ｍＡ／ｄｉｖ）である。予熱電流は一定であるので図示していない。横軸は時間軸（ｔ＝１ｍｓ／ｄｉｖ）である。周波数が連続的に変化する場合には、調光信号がＬレベル（調光状態）からＨレベル（全点灯状態）へ移行する時に前述のようなピークの高い電圧が発生していない。これは、調光状態から全点灯状態への移行時に、ランプインピーダンスの変化が図１５の場合に比べ少なくて済むからであり、過渡的な振動電圧も周波数変化の期間を十分確保することで、回路にストレスを与えるようなピーク電圧は殆ど発生していない。
【００５１】
図１８は図１７の時間軸を拡大したものであり、周波数ｆを連続的に変化させる期間の波形図を示している。縦軸は図１７と同じである。横軸は時間軸（ｔ＝１００μｓ／ｄｉｖ）である。
【００５２】
図１９は調光デューティ（％）に対する周波数切替時に発生するランプ電圧のピーク値（Ｖ）の関係を示している。調光デューティが１００（％）に近い側では、ランプ電圧のピーク値があまり上昇せず、調光が深くなるに従って、ピーク電圧が上昇する。これは、調光デューティが大きい期間（例えば９０％）では、ランプ電流が流れる期間が長いため、予熱電流がなくても、ランプ電流によってフィラメント部分が十分に温められるので、フィラメントでの熱電子の放出が活発になり、比較的低い電圧でも再始動を行うことができるからである。
【００５３】
ランプ電圧の振動周期は回路のＬＣ共振系などで決まるが、ランプ電圧のピーク値はランプ固有の特性で変わるものであり、測定に使用したランプ（松下製ＦＨＴ３２（管径約１３ｍｍ、放電長約８００ｍｍ））の場合は、調光デューティが５０（％）以下の区間では、常に約８００Ｖ程度の始動電圧が必要であることが分かる。
【００５４】
図２０は調光デューティ（オン期間の割合）を１０（％）、５０（％）、９０（％）と変化させた場合について、周波数の変化に要する時間（μｓ（マイクロ秒））とランプ電圧のピーク値（Ｖ）の関係を測定した結果である。図２０から、周波数の変化に要する時間が長い程、ピーク電圧が低くなることが分かる。また、調光デューティが小さい（調光レベルが深い）ほど、ピーク電圧が高くなることが分かる。
【００５５】
例えば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、耐圧が５００〜６００Ｖ程度を境にして、ＴＯ−２２０タイプからＴＯ−３Ｐタイプに変更するなど、部品が大型化する場合がある。したがって、周波数変化の切替時間を常に２００（μｓ）以上にしておけば、１０（％）付近の深い調光レベルであっても、回路に一定以上の電圧を印加させずに済む。
【００５６】
また、例えば調光が深くなるのに応じて、周波数切替に要する時間を長くすることで、ピーク電圧を略一定に保つことが可能であり、スイッチング素子などの部品に一定値以上の電圧が印加されることがない。例えば、図２０の場合であれば、全点灯付近では、周波数切替に要する時間を約１００（μｓ）に設定しておき、調光５０（％）付近では１５０（μｓ）、調光１０（％）付近では２００（μｓ）としておけば、ピークの電圧は約６００Ｖ以上にはならないため、回路のストレスを低減することができる。
【００５７】
なお、上記周波数切替に要する時間の最大値としては、垂直走査周波数が６０Ｈｚの場合、調光信号の周期は１／６０＝１６.７（ｍｓ）となるので、調光の最下限として、デューティ比を１０（％）とすれば、１．６７（ｍｓ）程度までとすれば、十分にピーク電圧を抑制することができるが、あまり時間を掛け過ぎると、光の立上り応答が悪くなるため、実質的には５００（μｓ）程度までには周波数の変化を終了させるのが良い。周波数切替に要する時間の最小値としては、図２０から分かるように、１００（μｓ）以上であれば、ピーク電圧を常に８００Ｖ以下に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の簡略化した構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１の基本動作を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１の調光を深くしたときの動作を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１の調光をさらに深くしたときの周波数制御の一例を示す波形図である。
【図６】本発明の実施の形態１の調光をさらに深くしたときの周波数制御の他の一例を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の形態２の動作を示す波形図である。
【図８】本発明の実施の形態３の動作を示す波形図である。
【図９】本発明の実施の形態３の制御回路の要部構成を示す回路図である。
【図１０】図９の制御回路を用いた場合の動作を示す波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の動作を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態５の動作説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態６の動作を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態６の調光を深くしたときの動作を示す波形図である。
【図１５】周波数を瞬間的に切替えた場合の動作を示す波形図である。
【図１６】図１５の時間軸を拡大して示す波形図である。
【図１７】周波数を連続的に変化させた場合の動作を示す波形図である。
【図１８】図１７の時間軸を拡大して示す波形図である。
【図１９】調光デューティとランプ電圧のピーク値の関係を示す図である。
【図２０】周波数の切替に要する時間とランプ電圧のピーク値の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ インバータ回路
２ 予熱回路
３ 制御回路
ｆ１ 第１の周波数
ｆ２ 第２の周波数
Ｌａ 蛍光ランプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱陰極型の蛍光ランプを高周波点灯させる放電灯点灯装置を用いた液晶表示用バックライト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置のバックライト装置として、液晶パネルの背面に水平走査線と略平行に複数本の蛍光ランプを並設し、映像信号に合わせて各蛍光ランプを順次点灯させることで、表示品位を改善する技術が知られている。
【０００３】
また、蛍光ランプの点灯／消灯を切り替えるのではなく、点灯状態と調光状態を切り換えることが提案されている（特許文献１）。これにより、消灯状態から点灯状態に移行するときに発生していた過渡電圧が低減されて回路素子のストレスを抑制でき、ランプ寿命も長くできる。また、消灯状態では電極温度が低くなるが、調光状態とすることで電極温度を維持できる。
【特許文献１】特開２００１−３１２２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によれば、消灯状態から点灯状態への切り替えに比べると過渡電圧は低減されるが、調光状態から点灯状態への切り替えを瞬時に実施しているので、切替時には、やはり過渡電圧が発生しやすい。すなわち、ランプ電流が少ない状態から多い状態への切替の瞬間に、ランプ・インピーダンスが急激な変化に対応できず、始動電圧までいかないまでも、過渡電圧が発生しやすかった（図１５、図１６参照）。
【０００５】
また、特許文献１の技術によれば、点灯状態から調光状態への切り替えも瞬時に実施しているので、ランプ電流が多い状態から少ない状態への切替の瞬間に、ランプ・インピーダンスが急激な変化に対応できず、ランプが立消えしやすいという問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献１の技術では、蛍光ランプとして冷陰極型のものが例示されており、熱陰極型を用いた場合に必要となる電極温度の制御については示唆されていない。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱陰極型の蛍光ランプを点灯状態と調光状態に切り換えながら高周波点灯させる液晶表示用バックライト装置において、調光状態から点灯状態への切替時に生じる過渡電圧を抑制し素子へのストレスを低減すると共に、点灯状態から調光状態への切替時の立ち消えを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１または図２に示すように、熱陰極型の蛍光ランプＬａに高周波のランプ電流を流すインバータ回路１と、前記蛍光ランプＬａの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路２と、前記インバータ回路１の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数ｆ１と第１の周波数ｆ１より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数ｆ２の間で変化させる制御回路３とを備える液晶表示用バックライト装置であって、前記制御回路３は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号Ｓｄを受けて、図３に示すように、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路１の動作周波数を第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２へ時間の経過と共に連続的に低下させると共に、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路１の動作周波数を第２の周波数ｆ２から第１の周波数ｆ１へ時間の経過と共に連続的に増加させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ時間の経過と共に連続的に低下させるものであるから、出力増加時のランプ・インピーダンスの急激な変化を防止でき、これにより過渡電圧を抑制し、スイッチング素子へのストレスを低減できる効果がある。また、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第２の周波数から第１の周波数へ時間の経過と共に連続的に増加させるものであるから、出力低下時のランプ・インピーダンスの急激な変化を防止でき、これにより放電灯の立ち消えを抑制できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の基本構成を示す回路図である。直流電源Ｖｄｃには、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２の両端にインダクタＬ、コンデンサＣ１の直列回路が並列に接続されている。コンデンサＣ１と並列に、コンデンサＣ２と熱陰極蛍光ランプＬａの直列回路が接続されている。以上の回路により、インバータ回路１が構成されている。
【００１１】
また、直流電源Ｖｄｃには、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ４の両端にコンデンサＣ３と予熱用トランスＴの直列回路が並列に接続されている。予熱用トランスＴの２次側に設けられた２つの巻線は、各々コンデンサＣ５、Ｃ６を介して熱陰極蛍光ランプＬａのフィラメントに接続されている。以上の回路により、予熱回路２が構成されている。
【００１２】
また、インバータ回路１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と予熱回路２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を駆動する制御回路３が設けられており、この制御回路３には外部から調光信号Ｓｄが入力されている。
【００１３】
図１の基本回路を簡略化した回路を図２に示す。図１と異なる点は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が省略されており、これらに対する制御回路３からの駆動信号線が削除され、コンデンサＣ３と予熱用トランスＴの直列回路がスイッチング素子Ｑ２の両端に並列に接続されている点である。この図２の構成は、図１におけるスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を各々スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２で兼用し、部品点数を少なくした構成である。この図２のように簡略化された構成であっても、図１の基本構成を用いた場合と略同等の効果を期待できる。なお、図１または図２のインバータ回路１の負荷が接続される箇所に昇圧トランスの１次巻線を接続し、この昇圧トランスの２次巻線から負荷へ電力を供給するトランス式であっても良い。
【００１４】
以下、図１の基本回路を用いた場合について、図３および図４の波形図を参照しながら具体的に動作を説明する。図３および図４の波形図において、（ａ）は調光信号、（ｂ）は制御回路３におけるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数、（ｃ）は放電灯Ｌａに流れるランプ電流波形、（ｄ）は放電灯Ｌａに印加されるランプ電圧波形、（ｅ）は予熱用トランスＴによって供給される予熱電流の波形である。横軸は時間の経過を意味する。
【００１５】
調光信号のタイミングｔ１〜ｔ４に分けて動作を説明する。
まず、ｔ１の期間では、調光信号がＬレベルからＨレベルになり、制御回路３は駆動周波数をｆ１からｆ２に徐々に変化させる。この制御により、ランプ電流は徐々に増加する。また、ランプＬａのインピーダンスは負特性を有するため、徐々にランプ電圧が減少する。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の駆動信号については、図示しないが、例えば、一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１６】
次に、ｔ２の期間では、調光信号はＨレベルのままであり、制御回路３は駆動周波数をｆ２で一定とする。この制御により、ランプ電流、ランプ電圧も一定となる。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１７】
次に、ｔ３の期間では、調光信号がＨレベルからＬレベルになり、制御回路３は駆動周波数をｆ２からｆ１に徐々に変化させる。この制御により、ランプ電流は徐々に減少する。また、ランプＬａのインピーダンスは負特性を有するため、徐々にランプ電圧が増加する。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
【００１８】
次に、ｔ４の期間では、調光信号はＬレベルのままであり、制御回路３は駆動周波数をｆ１で一定とする。この制御により、ランプ電流、ランプ電圧も一定となる。ここでも一定周波数の高周波で交互にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオン・オフすることで、ランプＬａのフィラメントに供給される予熱電流は一定になる。
その後、再びｔ１の期間から同じ動作が繰り返される。
【００１９】
図３の制御において、特徴的なのは、調光信号に対して、周波数をｆ１からｆ２、あるいはｆ２からｆ１へ瞬時に切替えることなく、ｔ１、ｔ３の期間で徐々に変化させている点である。このようにｔ１、ｔ３の期間を設けたため、ランプＬａの出力を大きくする場合や小さくする場合に、回路中のＬＣ共振系（図１のインダクタＬ、コンデンサＣ１）によって発生する過渡電圧を抑制することができる。そのため、ｔ１の期間では始動に必要な高電圧が必要なく、また過渡電圧による過剰な電圧ストレスを抑制できる。また、ｔ３の期間では、過渡電圧のアンダーシュートによるランプＬａの立消えを抑制することができる。
【００２０】
なお、予熱電流は、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の制御により任意に設定できるため、常に最適な温度になるような電流を供給すれば良く、ランプ電流の大小によって生じるフィラメントの温度変化を抑制することができる。
【００２１】
図１の基本構成に代えて、図２の簡略化された構成を用いた場合においても、予熱回路２の周波数依存性を適切に設計しておくことで、略同等の動作となる。
【００２２】
図４の波形図は、図３の状態から調光を更に深くした状態を示す。図３と異なる点は、（ａ）の調光信号のＨレベルの期間が短くなり、Ｌレベルの期間が長くなったことであり、それに対応してｔ２の期間を短く、ｔ４の期間を長くしたことである。このように制御することにより、ｔ１からｔ４の期間におけるランプ電流が流れる総面積部分が小さくなることで、調光が深くなる。
【００２３】
この場合において、ｔ１、ｔ３の期間については、図３と同じ期間を設定することで、図３と同じく、ｔ１の期間では始動に必要な高電圧が必要なく、また過渡電圧による過剰な電圧ストレスを抑制できる。また、ｔ３の期間では、過渡電圧のアンダーシュートによるランプＬａの立消えを抑制することができる。
【００２４】
なお、ｔ２の期間を短くすると、いずれｔ２＝０となるが、更にそれ以下に調光したい場合には図５に示すようにｔ１の期間、ｔ３の期間を短くしたり、あるいは、図６に示すように、ｆ１からｆ２、ｆ２からｆ１への変化の傾きはそのままで、中間値で折り返すなどして制御すればよい。なお、図５、図６における斜めの点線は図４におけるｆ１からｆ２への変化の傾きを示している。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、調光点灯状態から全点灯状態への周波数切替時に生じる過渡電圧を抑制し、スイッチング素子へのストレスを低減できる効果がある。また、全点灯状態から調光点灯状態への周波数切替時の放電灯の立ち消えを抑制できる効果がある。さらに、予熱電流を常時供給するため、深い調光が可能となる効果がある。
【００２６】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の動作を示す波形図である。回路構成については、図１または図２と同じである。図７の波形図において、（ａ）は制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数、（ｃ）はランプＬａに流れるランプ電流波形である。
【００２７】
本実施の形態では、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式といった映像信号方式で用いる水平走査周波数との干渉を抑制した上で、実施の形態１に示すような調光制御を行う場合について説明する。日本や北米の場合、ＮＴＳＣ方式として、水平走査周波数約１５．７ＫＨｚが用いられている。ヨーロッパや中国などでは、ＰＡＬ方式として、水平走査周波数約１５．６ＫＨｚが用いられている。また、最近では、ハイビジョンやスーパーハイビジョンとして、上記周波数より高い水平走査周波数が規格化されている。
【００２８】
液晶パネルのバックライト装置の点灯回路において、スイッチング素子の駆動周波数として上記水平走査周波数やそれらの整数倍の周波数を用いると、バックライト装置と映像信号系との間で干渉を起こしやすくなり、映像が乱れるなどの不都合を生じやすくなる。したがって、スイッチング素子の駆動周波数としては当該周波数は回避するのが良い。
【００２９】
ところが、実施の形態１の制御では、切替時の周波数を連続的に変化させるため、全点灯状態（図３（ｃ）のＩ２レベル）と最もランプ電流の小さい調光状態（図３（ｃ）のＩ１レベル）の中間に上記の水平走査周波数またはその整数倍の周波数が含まれる場合は、干渉の可能性が高くなる。
【００３０】
そこで、図７に示すように、動作周波数に所定の禁止帯ｆｓ１〜ｆｓ２を設けて、上記干渉周波数を回避する。図中、ｆ１は最小ランプ電流を流す周波数、ｆ２は最大ランプ電流を流す周波数である。上記水平走査周波数あるいはその整数倍の周波数がｆｓ１とｆｓ２の間にあるものとする。
【００３１】
ｔ１の期間中にｆ１からｆ２へ周波数を変化させる際、ｆｓ１からｆｓ２の部分は瞬時に周波数を切替えることにより、ランプ電流波形の包絡線は図７（ｃ）の一点鎖線で示すように、点線Ａのレベルで階段状に切替わることになる。また、反対にｆ２からｆ１へ周波数を変化させる際、ｆｓ２からｆｓ１の部分は瞬時に周波数を切替えることにより、ランプ電流波形の包絡線は図７（ｃ）の一点鎖線で示すように、点線Ｂのレベルで階段状に切替わることになる。調光については、実施の形態１と同じようにｔ２とｔ４の期間の割合を変えることで行う。
【００３２】
本実施の形態によれば、インバータ回路の駆動周波数と映像信号の水平走査周波数の干渉を回避できる効果がある。
【００３３】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３の動作を示す波形図である。回路構成については、図１または図２と同じである。図８の波形図において、（ａ）は制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数である。
【００３４】
本実施の形態では、これまで述べてきた制御のうち、ｆ１からｆ２への推移時間とｆ２からｆ１への推移時間を略等しくした場合について説明する。図８（ａ）、（ｂ）が図１（ａ）、（ｂ）と異なる点は、ｔ１とｔ３の期間を等しくした点である。ｆ１からｆ２への推移時間と、ｆ２からｆ１への推移時間を等しくすることで、図９に示すように、制御回路３を簡単に構成することできる。
【００３５】
図９の回路では、ランプ電流を高／低に切り替える調光信号のＨレベル／Ｌレベルを受けて制御電源Ｖｃｃとグランド間に設けられたスイッチング素子ＳＷをオン・オフさせている。スイッチング素子ＳＷに並列に抵抗ＲｃとコンデンサＣｃの直列回路を接続し、抵抗ＲｃとコンデンサＣｃの接続点が電圧を周波数に変換するＶ／ｆ変換回路４に接続されている。Ｖ／ｆ変換回路４の出力でインバータ回路１のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動するものである。
【００３６】
図１０（ａ）は図９の制御回路３に与える調光信号、（ｂ）は図９の制御回路３によるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動周波数である。
【００３７】
調光信号がＬレベルのとき、スイッチング素子ＳＷがオフとなり、制御電源Ｖｃｃ→抵抗Ｒｃ→コンデンサＣｃの経路でコンデンサＣｃを充電する。調光信号がＨレベルのとき、スイッチング素子ＳＷがオンとなり、コンデンサＣｃ→抵抗Ｒｃ→グランドの経路でコンデンサＣｃが放電される。以下、調光信号がＨレベル／Ｌレベルに交互に切り替わる毎に上記の動作が繰り返されることになる。
【００３８】
本回路例では、同一のＲＣ回路で充放電を繰返すため、ｔ１、ｔ３の期間は略等しくすることができる。更に言えば、ＲＣ回路の充放電を利用した場合、周波数切替動作の開始直後の周波数変化の割合が最も大きく、徐々にコンデンサＣｃの電圧変化の傾きが減少するため、周波数の変化は、実際には、図１０（ｂ）で示すような変化となる。このように構成した方が一定の傾きで周波数を変化させる場合よりも、より早くランプ電流をｆ１またはｆ２の値に近づけることができ、ランプ電流波形の応答性が良くなる。
【００３９】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４の動作を示す波形図である。上述の実施の形態１〜３においては、予熱電流は一定であるものとして説明してきたが、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動周波数に応じて変化させても良い。望ましくは、ランプ電流が大きい期間では、予熱電流は小さく、ランプ電流が小さい期間では予熱電流を大きくするのが良い。図１１の波形図では、図３におけるランプ電流波形を（ａ）、予熱電流波形を（ｂ）とした場合を示している。
【００４０】
このように予熱電流をランプ電流に応じて変化させることで、電極温度を略一定に保つことができ、ランプ電流の減少に伴って、電極温度が低減するようなことがなくなるため、更に長寿命化が達成され、かつ、ランプ電流が十分流れている期間では、予熱電流を少なくできるため、回路の消費電力が少なくて済む。
【００４１】
（実施の形態５）
図１２は本発明の実施の形態５の動作説明図である。上述の各実施の形態では、ｆ１、ｆ２は調光比が変化しても一定であるものとして説明してきたが、図１２に示すように調光デューティが小さくなるのに応じて、ランプ電流の下限値を設定している周波数ｆ１を点Ａから点Ｂに示すように低下させても良い。ここで言う「調光デューティ」とは、調光信号ＳｄがＨレベルである期間の割合＝（ｔ１＋ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）である。このように制御すれば、調光デューティが小さくなったとき、ランプ電流の下限値（図３のＩ１レベル）を若干大きくすることができるため、立消えを抑制することができる。
【００４２】
（実施の形態５’）
また、上述の各実施の形態では、周波数変化に要する時間ｔ１、ｔ３は調光比が変化しても一定であるものとして説明してきたが、調光デューティが小さくなるのに応じて、周波数変化に要する時間ｔ１、ｔ３を長くするように制御しても良い。このように制御すれば、後述の図２０に示すように、調光デューティが小さくなったとき、ランプ電圧のピーク値が上昇することを防止できるため、スイッチング素子のストレスを低減することができる。
【００４３】
（実施の形態６）
図１３および図１４は本発明の実施の形態６の動作波形図である。ここでは、４本のランプを液晶パネルの背面に水平走査方向と平行に並設し、各ランプを液晶パネルの表示更新周期に同期して順次調光制御するようにしたものであり、液晶パネルの表示が更新された領域の背後にある蛍光ランプのランプ電流が順次増加するようにインバータの動作周波数を制御するものである。各ランプに流れるランプ電流の波形を図１３および図１４に示した。
【００４４】
図１３の制御例では、例えば図１で示した放電灯点灯装置を４つ用いて各々のランプが全点灯状態となる期間を一定期間ずつ、ずらせた例である。全点灯状態となる期間を一定期間ずつずらす手段については図示しないが、液晶パネルの制御回路から各ランプの制御回路に対して供給される調光信号のタイミングを順次遅延させることで容易に実現できる。これにより、上述の各実施の形態で述べてきた点灯制御を用いて、複数本のランプの順次調光が可能となる。
【００４５】
図１４の制御例では、図１３の動作からさらにデューティ調光を行って調光を深くした場合のランプ電流の波形である。
【００４６】
本実施の形態によれば、液晶表示装置のバックライト装置の輝度調整機能を実現しつつ、表示品位も改善できる。また、周波数切替時のストレスが小さいため、部品コストを低減し、安価に構成できる。
【００４７】
（実験結果）
本発明者らは実験により本発明の効果を確認した。以下、実際の波形図を参照しながら、本発明の効果について説明する。
【００４８】
図１５は周波数を瞬間的に切替えた場合（比較例）の各部の波形を測定した結果である。図中、（ａ）は調光デューティ（約５０％）、（ｂ）は予熱電流（＝０（供給なし））、（ｃ）はランプ電圧（３５０Ｖ／ｄｉｖ）、（ｄ）はランプ電流（５００ｍＡ／ｄｉｖ）である。横軸は時間軸（ｔ＝１ｍｓ／ｄｉｖ）である。周波数が切り替わる瞬間にランプ電圧に過渡電圧が発生しており、ランプ電流にも過渡電流が発生しているのが分かる。
【００４９】
図１６は図１５の時間軸を拡大したものであり、周波数ｆを切り替えた瞬間の波形図を示している。縦軸（ａ）〜（ｄ）は図１５と同じである。横軸は時間軸（ｔ＝１００μｓ／ｄｉｖ）である。
【００５０】
図１７は周波数を連続的に切替えた場合（本案）の各部の波形を測定した結果である。図中、（ａ）は調光デューティ（約５０％）、（ｃ）はランプ電圧（３５０Ｖ／ｄｉｖ）、（ｄ）はランプ電流（５００ｍＡ／ｄｉｖ）である。予熱電流は一定であるので図示していない。横軸は時間軸（ｔ＝１ｍｓ／ｄｉｖ）である。周波数が連続的に変化する場合には、調光信号がＬレベル（調光状態）からＨレベル（全点灯状態）へ移行する時に前述のようなピークの高い電圧が発生していない。これは、調光状態から全点灯状態への移行時に、ランプインピーダンスの変化が図１５の場合に比べ少なくて済むからであり、過渡的な振動電圧も周波数変化の期間を十分確保することで、回路にストレスを与えるようなピーク電圧は殆ど発生していない。
【００５１】
図１８は図１７の時間軸を拡大したものであり、周波数ｆを連続的に変化させる期間の波形図を示している。縦軸は図１７と同じである。横軸は時間軸（ｔ＝１００μｓ／ｄｉｖ）である。
【００５２】
図１９は調光デューティ（％）に対する周波数切替時に発生するランプ電圧のピーク値（Ｖ）の関係を示している。調光デューティが１００（％）に近い側では、ランプ電圧のピーク値があまり上昇せず、調光が深くなるに従って、ピーク電圧が上昇する。これは、調光デューティが大きい期間（例えば９０％）では、ランプ電流が流れる期間が長いため、予熱電流がなくても、ランプ電流によってフィラメント部分が十分に温められるので、フィラメントでの熱電子の放出が活発になり、比較的低い電圧でも再始動を行うことができるからである。
【００５３】
ランプ電圧の振動周期は回路のＬＣ共振系などで決まるが、ランプ電圧のピーク値はランプ固有の特性で変わるものであり、測定に使用したランプ（松下製ＦＨＴ３２（管径約１３ｍｍ、放電長約８００ｍｍ））の場合は、調光デューティが５０（％）以下の区間では、常に約８００Ｖ程度の始動電圧が必要であることが分かる。
【００５４】
図２０は調光デューティ（オン期間の割合）を１０（％）、５０（％）、９０（％）と変化させた場合について、周波数の変化に要する時間（μｓ（マイクロ秒））とランプ電圧のピーク値（Ｖ）の関係を測定した結果である。図２０から、周波数の変化に要する時間が長い程、ピーク電圧が低くなることが分かる。また、調光デューティが小さい（調光レベルが深い）ほど、ピーク電圧が高くなることが分かる。
【００５５】
例えば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にＭＯＳＦＥＴを用いる場合、耐圧が５００〜６００Ｖ程度を境にして、ＴＯ−２２０タイプからＴＯ−３Ｐタイプに変更するなど、部品が大型化する場合がある。したがって、周波数変化の切替時間を常に２００（μｓ）以上にしておけば、１０（％）付近の深い調光レベルであっても、回路に一定以上の電圧を印加させずに済む。
【００５６】
また、例えば調光が深くなるのに応じて、周波数切替に要する時間を長くすることで、ピーク電圧を略一定に保つことが可能であり、スイッチング素子などの部品に一定値以上の電圧が印加されることがない。例えば、図２０の場合であれば、全点灯付近では、周波数切替に要する時間を約１００（μｓ）に設定しておき、調光５０（％）付近では１５０（μｓ）、調光１０（％）付近では２００（μｓ）としておけば、ピークの電圧は約６００Ｖ以上にはならないため、回路のストレスを低減することができる。
【００５７】
なお、上記周波数切替に要する時間の最大値としては、垂直走査周波数が６０Ｈｚの場合、調光信号の周期は１／６０＝１６.７（ｍｓ）となるので、調光の最下限として、デューティ比を１０（％）とすれば、１．６７（ｍｓ）程度までとすれば、十分にピーク電圧を抑制することができるが、あまり時間を掛け過ぎると、光の立上り応答が悪くなるため、実質的には５００（μｓ）程度までには周波数の変化を終了させるのが良い。周波数切替に要する時間の最小値としては、図２０から分かるように、１００（μｓ）以上であれば、ピーク電圧を常に８００Ｖ以下に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の簡略化した構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１の基本動作を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１の調光を深くしたときの動作を示す波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１の調光をさらに深くしたときの周波数制御の一例を示す波形図である。
【図６】本発明の実施の形態１の調光をさらに深くしたときの周波数制御の他の一例を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の形態２の動作を示す波形図である。
【図８】本発明の実施の形態３の動作を示す波形図である。
【図９】本発明の実施の形態３の制御回路の要部構成を示す回路図である。
【図１０】図９の制御回路を用いた場合の動作を示す波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の動作を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態５の動作説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態６の動作を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態６の調光を深くしたときの動作を示す波形図である。
【図１５】周波数を瞬間的に切替えた場合の動作を示す波形図である。
【図１６】図１５の時間軸を拡大して示す波形図である。
【図１７】周波数を連続的に変化させた場合の動作を示す波形図である。
【図１８】図１７の時間軸を拡大して示す波形図である。
【図１９】調光デューティとランプ電圧のピーク値の関係を示す図である。
【図２０】周波数の切替に要する時間とランプ電圧のピーク値の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ インバータ回路
２ 予熱回路
３ 制御回路
ｆ１ 第１の周波数
ｆ２ 第２の周波数
Ｌａ 蛍光ランプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱陰極型の蛍光ランプに高周波のランプ電流を流すインバータ回路と、前記蛍光ランプの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数と第１の周波数より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数の間で変化させる制御回路とを備える液晶表示用バックライト装置であって、前記制御回路は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号を受けて、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ時間の経過と共に連続的に低下させると共に、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第２の周波数から第１の周波数へ時間の経過と共に連続的に増加させることを特徴とする液晶表示用バックライト装置。
【請求項２】
第１の周波数と第２の周波数の間に、周波数が不連続的に変化する禁止周波数帯を設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項３】
禁止周波数帯は、液晶パネルの水平走査周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を含むことを特徴とする請求項２記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項４】
インバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ連続的に低下させる時間と、第２の周波数から第１の周波数へ連続的に増加させる時間とが略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項５】
第１の周波数と第２の周波数の間で周波数が変化するのに要する時間は液晶パネルの垂直同期周波数の逆数の０．１倍以下で１００μｓ以上としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項６】
時間の経過に対する周波数の変化幅が最大となるのは周波数の変化を開始した直後であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項７】
前記制御回路は、調光信号におけるランプ電流を高出力とする期間が短くなるのに応じて、第１の周波数を低く設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項８】
前記制御回路は、調光信号におけるランプ電流を高出力とする期間が短くなるのに応じて、周波数が変化するのに要する時間を長く設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項９】
前記予熱回路は前記制御回路によるインバータ回路の動作周波数の制御と連動して予熱電流を制御されており、第１の周波数における予熱電流は、第２の周波数における予熱電流よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項１０】
液晶パネルの背面に複数本の蛍光ランプを水平走査線と略平行に並設し、前記制御回路は、液晶パネルの表示が更新された領域の背後にある蛍光ランプのランプ電流が順次増加するようにインバータの動作周波数を制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項１】
熱陰極型の蛍光ランプに高周波のランプ電流を流すインバータ回路と、前記蛍光ランプの一対のフィラメントに予熱電流を流す予熱回路と、前記インバータ回路の動作周波数をランプ電流がゼロでない低出力となる第１の周波数と第１の周波数より低くランプ電流が高出力となる第２の周波数の間で変化させる制御回路とを備える液晶表示用バックライト装置であって、前記制御回路は、液晶パネルの表示更新周期に合わせてランプ電流を高／低に切り替える調光信号を受けて、ランプ電流を低出力から高出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ時間の経過と共に連続的に低下させると共に、ランプ電流を高出力から低出力に切り替えるときにインバータ回路の動作周波数を第２の周波数から第１の周波数へ時間の経過と共に連続的に増加させることを特徴とする液晶表示用バックライト装置。
【請求項２】
第１の周波数と第２の周波数の間に、周波数が不連続的に変化する禁止周波数帯を設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項３】
禁止周波数帯は、液晶パネルの水平走査周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数を含むことを特徴とする請求項２記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項４】
インバータ回路の動作周波数を第１の周波数から第２の周波数へ連続的に低下させる時間と、第２の周波数から第１の周波数へ連続的に増加させる時間とが略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項５】
第１の周波数と第２の周波数の間で周波数が変化するのに要する時間は液晶パネルの垂直同期周波数の逆数の０．１倍以下で１００μｓ以上としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項６】
時間の経過に対する周波数の変化幅が最大となるのは周波数の変化を開始した直後であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項７】
前記制御回路は、調光信号におけるランプ電流を高出力とする期間が短くなるのに応じて、第１の周波数を低く設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項８】
前記制御回路は、調光信号におけるランプ電流を高出力とする期間が短くなるのに応じて、周波数が変化するのに要する時間を長く設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項９】
前記予熱回路は前記制御回路によるインバータ回路の動作周波数の制御と連動して予熱電流を制御されており、第１の周波数における予熱電流は、第２の周波数における予熱電流よりも大きいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【請求項１０】
液晶パネルの背面に複数本の蛍光ランプを水平走査線と略平行に並設し、前記制御回路は、液晶パネルの表示が更新された領域の背後にある蛍光ランプのランプ電流が順次増加するようにインバータの動作周波数を制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液晶表示用バックライト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００７−２１９３２２（Ｐ２００７−２１９３２２Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４１６４８（Ｐ２００６−４１６４８）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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