JPH07263164A

JPH07263164A - 放電管の駆動方法および駆動回路

Info

Publication number: JPH07263164A
Application number: JP4945394A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Yamada; 文明山田; Masanori Ueda; 政則上田; Eiji Hinobori; 栄治日登; Takahide Ito; 高英伊藤; Shinpei Nagatani; 真平永谷
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、蛍光管などの放電管の駆動におい
て、管電流中の発光に寄与しない無効電流成分の比率を
低下させるとともに、低消費電力駆動時および最小調光
時の効率を改善することを目的としている。【構成】少なくとも、一対以上の放電電極と該放電電
極を埋設した透光性の密閉容器を供え、該密閉容器の空
間に不活性ガスを封入した放電管の駆動方法において、
放電管に流れる電流波形が、概略矩形波状の立ち上がり
波形部を有し、該立ち上がり波形部により発光に寄与す
る閾値以上電流を流した後に、電流波形の本体部で正弦
波状に変化させ、あるいは増加または減衰させ、あるい
は０以上で閾値以下の範囲で一定レベルを維持させるこ
とを特徴とする。一定電流波形の立ち上がり部を有し、
該立ち上がり波形部以外の期間の電流を減衰変化させる
ことで、調光を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高効率化、低消費電力
化が可能な放電管の駆動方法および駆動回路に関する。

【０００２】近年、ノート型、ラップトップ型パソコン
の需要が拡大し、カラー表示可能なＬＣＤユニットは、
小型、軽量、薄型、低消費電力化が実現できる事から、
著しい生産量の伸びが期待されている。このノート型パ
ソコンは、電池駆動を前提としているため、低消費電力
で長時間駆動が可能な高効率化、低消費電力化が要求さ
れている。このため、ＬＣＤユニット内で消費電力の大
きい割り合いを占めるバックライト部について光利用効
率の向上、蛍光管発光効率の向上、インバータ効率の向
上を図ることが望まれる。

【０００３】

【従来の技術】従来のＬＣＤユニット用バックライトに
使用している冷陰極蛍光管の駆動方法においては、駆動
する電流波形を概略正弦波で駆動していた。ところが、
冷陰極蛍光管の駆動電流波形と発光波形の点灯時間特性
を観測すると、電流の立ち上がり部において、ある一定
電流以下では発光に寄与していないことが本発明者らの
実験の結果確認されている。この現象は、冷陰極蛍光管
がグロー放電にいたる期間に発光に寄与しない無効電流
が流れた後、正規グロー放電に推移し発光するものと考
えられる。さらに、冷陰極蛍光管に流す電流波形のピー
ク値を減衰させてＬＣＤユニットの調光を行う場合にお
いては、全電流に対して無効電流成分の割合が増加し、
効率の低下をまねいていた。

【０００４】図６にＬＣＤユニットの概略構成図を示
す。受光型ディスプレイである液晶パネル（１）は、通
常、その背面にバックライト部（２）を配置して使用さ
れる。バックライト部（２）は、一対のリード線（６）
（６′）を含む蛍光管（５）と、Ａｇ等で内面を蒸着さ
れた反射鏡（４）からなるホルダー部（３）と、蛍光管
からの光線（１２）を伝播させ、均一に出射させる導光
部（７）、より構成される。蛍光管からの光線（１２）
は、透明樹脂板（８）内を全反射し、内部伝播光（１
３）となる。内部伝播光（１３）の一部は、透明樹脂板
（８）の底面に配置してある印刷パターン（９）に当た
ると拡散し、拡散光（１４）となり拡散出射光（１５）
として均一に出射するようにしている。また、効率改善
するために、印刷パターン（９）の背面には、反射シー
ト（１０）を配置し、さらに、印刷パターン（９）を視
認できないように、拡散シート（１１）を付加して性能
の向上を図っている。なおここでは、図の簡単化のため
に駆動回路等は図示していない。

【０００５】ここでバックライトの高効率化を図るため
には、蛍光管からの光線（１２）を拡散出射光（１５）
に効率良く変換することと、蛍光管（５）単体の発光効
率を改善することと、蛍光管（５）の駆動方法を含めた
インバータの効率を改善することが必要である。

【０００６】ＬＣＤユニットに使用される光源は、冷陰
極蛍光管、熱陰極蛍光管、ＥＬ（エレクトロルミネッセ
ンス）、ＬＥＤ、タングステンランプ等が使用される
が、ノート型パソコン用の高効率、低消費電力用には、
冷陰極蛍光管が一般的に使用される。ここでは、冷陰極
管の構造について説明する。

【０００７】図７に冷陰極蛍光管の構造図を示す。冷陰
極の蛍光管（５）は、透明ガラス容器（１７）内に、一
対のリード線（６），（６′）、放電電極（１６），
（１６′）を供え、該透明ガラス容器内にアルゴン（Ａ
ｒ）等の不活性ガス（１９）と水銀（Ｈｇ）蒸気（２
０）を封入し、該透明ガラス容器の内壁には、蛍光体
（１８）が形成されている。冷陰極蛍光管の発光原理
は、一対のリード線（６），（６′）を通して放電電極
部（１６）に高電界を印加することにより、外部光等で
電離した電子（２１）を加速し、水銀蒸気（２０）に衝
突したさいに発生する紫外線（２２）で蛍光体（１８）
を励起させ、可視光（２３）に変換するものである。

【０００８】図８に冷陰極蛍光管の駆動回路の原理図を
示す。この駆動回路は、基本的には一対の電源入力端子
（２４）、平滑用コンデンサ（２５）、チョークコイル
（２６）、スイッチングトランジスタ（２７），（２
８）、抵抗（２９）、コンデンサ（３０）、高圧トラン
ス（３１）で構成される自励発振回路であり、高圧トラ
ンス（３１）の二次側巻線に生じる高圧電圧がバラスト
コンデンサ（３２）を介して蛍光管（５）に印加され、
蛍光管（５）が駆動される。蛍光管に加わる電圧（３
３）は、概略正弦波電圧になっており、蛍光管（５）に
流れる電流（３４）も概略正弦波電流になっている。

【０００９】図９に従来の蛍光管駆動電圧・電流波形と
紫外線出力光の関係を示す。横軸は時間、縦軸は、蛍光
管駆動電圧・電流・紫外線出力光の各波形を相対値で示
してある。蛍光管印加電圧波形を曲線（３３）で、蛍光
管電流波形を曲線（３４）で、そして蛍光管の紫外線出
力光波形を曲線（３６）で示す。なお、蛍光管の紫外線
出力光波形は、図７に示した冷陰極蛍光管（５）から蛍
光体（１８）を削除したものを試作して、シリコンホト
センサーで検出したものである。したがって、該蛍光体
の残光特性の影響を受けることなく、点灯特性が評価さ
れている。また、蛍光管のガラス容器越しにシリコンホ
トセンサーで紫外線量を評価するのは、非常に困難なこ
とであるが、水銀蒸気（２０）の帰線スペクトルが可視
光にも存在するため、これを紫外線量の相対値として図
示してある。蛍光管の紫外線出力光波形曲線（３６）と
蛍光管駆動電流波形曲線（３４）を比較してみると、該
蛍光管駆動電流の立ち上がり部に発光に寄与しない電流
成分（３７）があることがわかる。この発光に寄与しな
い閾値電流（３５）を点線で示している。

【００１０】したがって従来の駆動回路では、全電流に
対して該発光に寄与しない電流が存在するために、効率
の低下をまねいていた。特に、低消費電力駆動時には、
該閾値電流（３５）近傍にピーク電流を設定するため、
該発光に寄与しない電流の比率が増大し、さらにこの傾
向が著しいものとなっていた。また調光時にも、同様に
低輝度にするほど同様な傾向が現れていた。

【００１１】図１０に、従来の電流調光時の蛍光管電流
特性を示す。従来は、蛍光管電流波形（３４）を増減す
ることにより調光を行っていた。したがって、該蛍光管
電流の立ち上がり部に、発光に寄与しない蛍光管電流成
分（３７）が存在していた。これは、前記したように、
低消費電力駆動時および調光（ｍｉｎ）時に、蛍光管駆
動電流波形（３８）に見られるようにピークが低くな
り、該発光に寄与しない電流成分（３７）の比率が大き
くなる事を示している。しかしこのような蛍光管の点灯
時間特性を可視光の出力波形から観測することは困難で
ある。

【００１２】図１１に、蛍光管可視光の時間特性を示
す。紫外線により励起した蛍光体による可視光成分（３
９）を斜線部に、また水銀の輝線スペクトル中の可視光
成分（４０）をその上部に示す。このように、蛍光体が
設けられている状態で点灯時間特性を観測しても、蛍光
体の残光特性に埋もれてしまうため、正確に評価するこ
とはできない。

【００１３】図１２に、従来の電流調光時の相対輝度−
管電流特性を示す。従来の電流調光時の相対輝度−管電
流曲線（４１）で示してある。管電流を低下させると線
型近似からはずれ、管電流２ｍＡ前後から急激に相対輝
度が低下するのがわかる。これは、図１０で説明した現
象で説明できる。したがって、低消費電力時には、無効
電流成分比率が増加し、著しい効率低下が生じているこ
とが理解できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、蛍光管など
の放電管の駆動において、管電流中の発光に寄与しない
無効電流成分の比率を低下させるとともに、低消費電力
の駆動時および最小調光時の効率を改善することを目的
としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、放電管を駆動
する電流波形の立ち上がり波形部を、発光に寄与する閾
値以上のレベルをもつ概略矩形波形とすることにより、
電流レベルを急峻に立ち上げ、発光タイミングを早めて
無効電流期間を極小にするものである。

【００１６】図１は、本発明の原理説明図であり、図１
の（ａ）は放電管の駆動電流波形の１実施例を示し、図
１の（ｂ）は駆動回路の１実施例の基本構成を示す。図
１の（ａ）において、横軸は時間、縦軸は電流レベルを
表している。

【００１７】（３５）は、電流がこれ以上のレベルであ
れば発光に寄与しないことを示す閾値電流である。（４
２）は、放電管の駆動電流波形の正負の立ち上げ、つま
り周期波形である駆動電流波形のゼロクロス電流レベル
近傍に形成された概略矩形波状の立ち上がり波形部であ
り、そのピーク電流のレベルは閾値電流（３５）を超え
るように設定される。

【００１８】（４３）は、駆動電流波形の本体波形部で
あり、ここでは従来と同様な正弦波状をなす実施例が示
されている。しかし電流が増加、減衰、あるいは一定レ
ベルを維持するような種々の電流波形が使用できる。

【００１９】（４３′）は、低消費電力駆動あるいは最
小調光時における本体波形部である。次に図１の（ｂ）
において、（５）は、蛍光管である。

【００２０】（２３）は、放射される可視光である。
（２４），（２４′）は、直流の電源入力端子である。
（２５）は、平滑用のゴンデンサである。

【００２１】（２６）は、チョークコイルである。（２
７），（２８）は、プッシュプル接続されたスイッチン
グトランジスタである。

【００２２】（３１）は、スイッチングトランジスタ
（２７），（２８）によってスイッチング駆動される高
圧トランスである。（３２）は、バラストコンデンサで
ある。

【００２３】（４７）は、周期的な駆動電流波形を発生
する波形発生器であり、図１の（ａ）に示される駆動電
流波形の信号を、出力Ａ，Ｂに交互に発生する。図１
（ｂ）の駆動回路において、波形発生器（４７）から出
力Ａ，Ｂに発生される駆動電流波形の信号は、それぞれ
スイッチングトランジスタ（２７），（２８）のベース
に印加され、スイッチングトランジスタ（２７），（２
８）は交互に駆動されて、高圧トランス（３１）の一次
側巻線の上半部と下半部に交互に、駆動電流波形に比例
する電流をそれぞれ逆向きに流す。これにより高圧トラ
ンス（３１）の二次側出力Ｃには、波形発生器（４７）
の出力Ａ，Ｂの駆動電流波形の一方を反転して合成した
駆動電圧が現れ、蛍光管（５）に印加される。

【００２４】

【作用】本発明により、発光の閾値電流以上のレベルを
もつ矩形波状の急峻な立ち上がり波形部を備えた駆動電
流波形を用いて放電管を駆動することにより、発光に寄
与しない無効電流期間は著しく縮小され、高効率の駆動
が実現される。また調光を行う場合、駆動電流波形中の
発光の閾値電流以上のレベルをもつ矩形波状立ち上がり
波形部はレベルを固定され、本体波形部のレベルのみが
低下されるので、低消費電力駆動時でも確実に点灯が行
われ、調光範囲を大きくとることが可能となる。

【００２５】

【実施例】図２に、本発明の実施例の駆動電流波形を示
す。図１の（ａ）と同様に、ゼロクロス電流近傍に急峻
な矩形波状の立ち上がり波形部（４２）を設け、調光す
るためのレベル制御を矩形波の本体波形部（４４）で行
っている。この本体波形部（４４）レベルは、０レベル
と閾値レベルの範囲で制御され一定レベルを維持する。

【００２６】図３に、本発明の他の実施例の駆動電流波
形を示す。図２と同様に、ゼロクロス電流近傍に急峻な
矩形波状立ち上がり波形部（４２）を設け、調光するた
めのレベル制御領域を減衰曲線の本体波形部（４５）で
行っている。本発明の原理から、本体波形部の電流波形
が異なっても急峻な電流立ち上がり波形部を備えた波形
であれば、無効電流成分の比率が低減することは言うま
でもない。たとえば、全体が矩形波形、あるいは急峻な
矩形波の立ち上がり部を持つ三角波形であっても問題な
い。ただし、調光範囲が限定されるので、超低消費電力
タイプには、図１（ａ）、図２、図３の電流波形が適し
ている。また、蛍光管に比較的大きな電流を流した場合
には、相対的に発光の閾値より小さい無効電流の比率が
低減し、その効果は小さくなるため、原理的に大電流を
流す熱陰極管では効果が小さくなる。したがって、本発
明の最も有効な駆動条件は、冷陰極蛍光管の、管電流が
極めて小さい領域を使用する超低消費電力タイプにあ
り、ここにおいて絶大な効果が発揮される。また、いま
までの説明では、電流調光で説明してきたが、蛍光管に
加える点灯電圧を間欠的に停止させることで調光するパ
ルス幅制御方式（デューティ調光方式）においても、同
様に有効である。ただし、間欠的に停止させる周期は、
蛍光体の残光特性（数ｍｓ程度）以下に設定しないと、
その効果が薄くなる。また発光の閾値は温度依存性があ
るので周囲温度を考慮した矩形波立ち上がり波形部のレ
ベル設定が必要となる。

【００２７】図４は、閾値電流の周囲温度依存性を示
す。閾値電流の周囲温度依存曲線（４８）は、周囲温度
の低下とともに増加することを示している。したがっ
て、ゼロクロス電流近傍に立ち上がりの急峻な矩形波状
立ち上がり波形部（４２）のピーク電流の設定は、使用
温度範囲の下限の閾値電流以上に設定することが重要と
なる。

【００２８】図５の（ａ）は、図１の（ｂ）に示す駆動
回路に用いられている波形発生器（４７）のアナログ方
式による１実施例回路である。発振器（４９）により一
定周波数の正弦波信号を発生し、波形合成回路（５０）
の一方の入力と矩形波回路（５１）の入力に加えられ
る。矩形波回路（５１）は、ゼロクロス検出回路あるい
はシュミット回路などで構成され、正弦波信号を矩形波
形信号に変換する。この矩形波信号を微分・整形回路
（５２）へ入力し、矩形波の立ち上がりと立ち下がりの
部分で急峻な微分パルスを生成し、矩形波に整形して波
形合成回路（５０）の他方の入力に加える。波形合成回
路（５０）は、正弦波信号と矩形波信号をゼロクロス近
傍で合成する。合成信号は正負分離回路（５３）で正の
半サイクルの波形と負の半サイクルの波形とに分離さ
れ、負の半サイクルの波形は反転回路（５４）で反転
し、それぞれＡ，Ｂに出力される。

【００２９】なお調光制御を行う場合には、波形合成回
路（５０）の入力側にアッテネータを設け、入力される
正弦波信号のレベルをアッテネータで調節すれば、合成
出力の波形中で本体波形部の正弦波波形のレベルだけを
変化させることができる。また発振器（４９）出力の正
弦波信号の代わりにクロックなどの矩形波パルス信号を
使用し、この矩形波パルス信号を波形合成回路に入力す
れば、図２のような矩形波形の駆動電流波形を容易に得
ることができる。さらにこの矩形パルス信号を時定数回
路に通すことによって、図３に示すような減衰波形にす
ることができる。

【００３０】図５の（ｂ）は、波形発生器の他の実施例
回路であり、ディジタル方式によるものである。ＲＯＭ
（５５）に、任意駆動電流波形のパターンデータを記憶
させておき、クロック源（５６）のクロックによりアド
レスカウンタ（５７）を駆動してＲＯＭ（５５）のパタ
ーンデータのアドレスを繰り返し発生させ、ＲＯＭ（５
５）から読み出されたパターンデータをＤ／Ａコンバー
タ（５８）でアナログ信号に変換し、アナログスイッチ
（５９）で駆動電流波形ごとに出力をＡ，Ｂに切り替え
るものである。

【００３１】また駆動回路の高圧トランスの一次巻線電
流のゼロクロスタイミングを検出して急峻な矩形波パル
スを生成し、高圧トランスの一次側入力に重畳すること
ができる。重畳する方法は出力トランジスタの入力部に
あるいは高圧トランスに専用の入力巻線を設けることで
実現できる。また高圧トランスの出力電圧のゼロクロス
を検出して急峻な矩形波状の立ち上がり波形を生成し、
高圧トランスの二次巻線に直列に設けた専用のトランス
を介して重畳することができる。

【００３２】任意の電流波形を発生する技術や２つの信
号波形を重畳する技術には多くの慣用技術が存在し、必
要に応じて適用し本発明を実施することができる。また
本発明の駆動回路は放電管を用いる種々の照明装置に適
用することができ、さらにそのような照明装置を内蔵す
る液晶表示装置において実施することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光に寄与しない無効電流成分比率が著しく低減され、
蛍光管電流の極めて小さい領域を使用する超低消費電力
タイプの著しい効率改善が実現できるとともに、いまま
で実現できなかった超低消費電力タイプの調光範囲の拡
大が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の駆動電流波形図である。

【図３】本発明の他の実施例の駆動電流波形図である。

【図４】閾値電流の周囲温度依存性を示すグラフであ
る。

【図５】駆動回路に用いられる波形発生器の実施例の回
路図である。

【図６】ＬＣＤユニットの概略構成図である。

【図７】冷陰極蛍光管の構造図である。

【図８】従来の冷陰極蛍光管の駆動回路の原理図であ
る。

【図９】従来の蛍光管駆動電圧・電流波形と紫外線出力
光の関係を示す波形図である。

【図１０】従来の電流調光時の蛍光管電流特性を示す波
形図である。

【図１１】蛍光管可視光の時間特性を示す波形図であ
る。

【図１２】従来の電流調光時の相対輝度−管電流特性を
示すグラフである。

【符号の説明】

５蛍光管２３可視光２４，２４′ 電源入力端子２５ゴンデンサ２６チョークコイル２７，２８スイッチングトランジスタ３１高圧トランス３２バラストコンデンサ３５閾値電流４２概略矩形波状の立ち上がり波形部４３本体波形部４３′ 最小調光時の本体波形部４７波形発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤高英神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者永谷真平神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、一対以上の放電電極と該放
電電極を埋設した透光性の密閉容器を供え、該密閉容器
の空間に不活性ガスを封入した放電管の駆動方法におい
て、放電管に流れる電流波形が、概略矩形波状の立ち上がり
波形部を有し、該立ち上がり波形部により発光に寄与す
る閾値以上電流を流した後に、電流波形の本体部で正弦
波状に変化させ、あるいは増加または減衰させ、あるい
は０以上で閾値以下の範囲で一定レベルを維持させるこ
とを特徴とする放電管の駆動方法。
【請求項２】請求項１において、一定の電流波形の立ち上がり部を有し、該立ち上がり波
形部以外の期間の電流を減衰変化させることで、調光を
行うことを特徴とする放電管の駆動方法。
【請求項３】請求項１および請求項２において、電流波形の立ち上がり波形部のピーク電流の設定を使用
温度範囲中の最低温度の閾値以上に設定することを特徴
とする放電管の駆動方法。
【請求項４】請求項１および請求項２において、デューティ調光方式で調光する場合に、調光周期を蛍光
体の残光特性以下にすることを特徴とする放電管の駆動
方法。
【請求項５】請求項１および請求項２において、電流波形の全体が概略矩形波形または、立ち上がり部に
急峻な矩形波をもつ三角波形であることを特徴とする放
電管の駆動方法。
【請求項６】請求項１および請求項２において、放電管が透光性の密閉容器の内壁に蛍光体が形成され、
かつ該密閉容器の空間内に不活性ガスと水銀蒸気を充填
した冷陰極蛍光管または、熱陰極蛍光管であることを特
徴とする放電管の駆動方法。
【請求項７】請求項１において、概略矩形波状の立ち上がり波形を実現する手段として、
出力を取り出す高圧トランスの一次側のゼロクロス電圧
付近で電圧を重畳することを特徴とする放電管の駆動方
法。
【請求項８】請求項１において、概略矩形波状の立ち上がり波形を実現する手段として、
二次側のゼロクロス電圧付近で電圧を重畳することを特
徴とする放電管の駆動方法。
【請求項９】発光に寄与する電流レベルをもつ概略矩
形波状の立ち上がり波形部と、正弦波形あるいは増加ま
たは減衰する波形、あるいは一定レベルの波形からなる
本体波形部とからなる駆動電流波形の信号を発生する波
形発生器と、波形発生器の出力信号により駆動される電
力増幅部と、出力取り出し用の高圧トランスとにより構
成されることを特徴とする放電管の駆動回路。
【請求項１０】インバータ形式の放電管の駆動回路に
おいて、出力取り出し用の高圧トランスの一次巻線およ
び二次巻線に加えて第３の巻線を設け、駆動電流波形の
ゼロクロス電流近傍で、前記第３の巻線に発光に寄与す
る駆動電流レベルを生じる急峻な矩形波パルス電流を流
し、駆動することを特徴とする放電管の駆動回路。
【請求項１１】請求項９および請求項１０に記載の駆
動回路を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の照明装置を備えて
いることを特徴とする液晶表示装置。