冷陰極管の並列駆動システムZAULaS&JIN-BALANCEとは
※本技術は多灯のCCFL照明に応用できます。
１．なぜ冷陰極管はEEFLのように並列駆動できないのか
図１ 冷陰極管のVI特性 |
図２ 従来方式多灯 |
LCD-TVのバックライト（Backlight）にはたくさんの冷陰極管（CCFL）が使われています。これらの冷陰極管を点灯させるために冷陰極管一本ごとに一つのインバータ回路（電子安定器）が使われています。
これはたいへんにコストがかかることなのですが、なぜなのでしょうか。
冷陰極管は放電管ですから、放電管の一般的な性質として負性抵抗特性を持っています。（図１）
冷陰極管を並列接続して点灯させようとしてもそのうちの一本しか点灯しません。
そこで、冷陰極管とトランスとの間にバラストコンデンサを入れたり（図２）、冷陰極管一本ごとに漏洩磁束型トランスを一個使って（図３）多数の冷陰極管を並列点灯させていました。
図２の方式（コレクタ共振型回路）は既に前時代の遺物と化しましたが、コストが安いためにいまだにこの方式にしがみついているメーカーが多く、インバータ回路の進歩の足を引っ張っています。
その原因は図３の方式にはコストがかかるからです。
しかし、バックライトの品質や安全性、電力対全光束の効率（ランプ効率lm/W）を考えると図３の方式には圧倒的な優位差がありますので、優位性とのトレードオフを計算すると、決してコスト高ではありません。 |
２．他励共振型は高いからイヤだ でも使わなければ時代に取り残される
液晶テレビなどの大型バックライトでは多数の冷陰極管が使われていますので使用されているインバータ回路の数も相当なものになります。
しかし、冷陰極管は劣化するに従って各管の管電流にはバラツキが出始めますので一灯或は二灯ごとに管電流を制御して明るさを一定に保たなければなりません。
写真１は12灯用の直下型のバックライトの例ですが、たくさんのトランスと制御回路が使われていることがわかります。 |
図３ 大型液晶バックライトの多灯点灯回路 |
写真１ 旧型の12灯用インバータ
Current type Multi-lamp inverter |
３．ZAULaSは全てを解決する
図４ ZAULaSによるワンインバータ・他励共振回路
PAT.P & R |
ZAULaSはZip as Uni-Lamp System（まるで一本の冷陰極管のように束ねるシステム）で、冷陰極管をあたかも一つの冷陰極管のように並列ドライブします。
これにより、インバータ回路は大電力のインバータ回路一つで済むようになり、インバータ回路システムの大幅なコストダウンにつながります。このため、コストが高いとして敬遠されていた他励・共振型回路も躊躇することなく採用することができます。
その結果、インバータ回路の効率は飛躍的に改善され、発熱も大幅に減少します。
また、ZAULaSは各冷陰極管の管電流を均一に駆動します。この特性は冷陰極管の寿命末期まで保証されます。
その結果、バックライトの品質寿命（輝度むらなく高品質に使用できる寿命）が大幅に伸びます。
ZAULaSは、EEFL（外部電極冷陰極管）の管電流均一化にも効果があります。
写真2 ZAULaSにより大幅に簡略化されたインバータ回路システム
PAT.P. & R.
シンプルでローコストなZAULaS Ver.1（片側高圧駆動方式） |
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ZAULaSは日立フェライト電子より提供されます
とりあえずパンフレットをご覧下さい。
ZAULaS対応型インバータ回路はGreatChip Technology より提供されます
写真３ ZAULaS 30インチ16灯用インバータ回路 PAT.P. & R. |
こちらもパンフレットをご覧下さい。
「漏れインダクタンス」をSpecしてあるところが今までのインバータ回路と一味違うところです。
FPD International Japan 2003
FPD International Japan 2003におけるZAULaSのデモはおかげさまでたいへん盛況でした。
FPD International Japan 2003 |
Press 広報
日経マイクロデバイス速報、日経BPの中文版、日経マイクロデバイスの続報
などで取り上げられました。
＜FPD International 2004＞プレセミナー
第2回「40〜50型対応のバックライトでプラズマにいかに勝つか」
月刊ディスプレイ2004年5月号にZAULaSの詳細が掲載されました→
大型面光源冷陰極管並列点灯システムZAULaS→
ZAULaS用ハイ・パワー他励共振型インバータ回路→
電子ジャーナル5月号http://www.electronicjournal.co.jp/にも掲載されました。
EEFL（外部電極蛍光管）やFFL（平面発光蛍光灯）の近況
どうやらZAULaSがEEFLやFFLとの競争に勝ってしまったみたいです。
理屈の上では、コスト、性能、信頼性ともにEEFLやFFLに勝っていることはわかっていましたが、予想通りの結果となりました。競合はLEDと直列コンデンサ方式のみになりました。
直列コンデンサ方式は高圧トランスの信頼性に問題が生じるのであまりお勧めしたくありません。
ZAULaSがソニーBLAVIAシリーズに採用される
バックライトで差異化図る，ソニーの液晶テレビ「BRAVIA」
ソニーは，液晶テレビの新機種「BRAVIA」のハイエンド機種「Xシリーズ」に，独自のバックライト技術を導入した。この新開発の冷陰極管（CCFL）バックライト技術により，色再現範囲を従来の1.3倍に拡大している。
独自の蛍光体材料を開発し，赤色と緑色の再現範囲を広げることによって実現した。この結果，従来の液晶テレビでは再現の難しかった真紅や深緑を表現できるようになったという。
ソニーは，2004年に発売した液晶テレビ「QUALIA 005」でも，米Lumileds Lighting, LLC製LEDを採用した独自のバックライトを開発している。このLEDバックライト液晶テレビは1型＝2万円以上と非常に高価な製品だったが，今回の新型CCFLバックライト液晶テレビは1型＝1.3万〜1.4万円程度である。ソニーは，通常のリビング・テレビに対しても独自のバックライトで差異化を図り始めたといえる。
今回，LEDバックライトではなくCCFLバックライトを採用した理由について同社は，
（1）コスト，（2）消費電力，（3）コンテンツ，
の三つの要因を挙げる。現時点では，コストと消費電力については，CCFL方式に優位性があるとする。また，現状ではLEDバックライトで得られるNTSC比105％レベルの広色域のテレビ用コンテンツがまだ普及していないため，一般家庭用のリビング・テレビとしてはLEDバックライトよりもむしろNTSC比91％の今回のCCFLバックライトの方が色再現の忠実性も高く，適しているという。なお，今回ソニーが開発した蛍光体およびこの蛍光体を使ったCCFLの製造については，「それぞれ複数の専門メーカーが生産している」（ソニー）と言う。
[解説］
１．ZAULaS組み込み型バックライトはLEDよりもコスト的に有利である
２．現時点でLEDよりもCCFLの方が省エネルギーである
３．色再現性は、新型蛍光体により改善しつつあるから、LEDの優位性が落ちている
（ここで、新型蛍光体とはβサイアロン蛍光体のことである）
３．の理由は特に重要である。
既に出来上がった過去のテレビ映像は古いブラウン管の色に合わせて照明やフィルタが工夫されている。だから、無理にLEDで色再現性を高く（105%）しても、かえって色が変である。新型蛍光体を使ったCCFLで色再現性を91%とした方が色表現が自然である。
さらにこの状況は当分改善されそうもない。テレビスタジオの照明装置を全て更新してからでないと、色再現性105%のLEDの真価は発揮されないということである。
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SONY BLAVIAに採用された究極の大型面光源システムZAULaS（ Ver.２）とは
従来の面光源システム
従来の両側高圧ドライブ＋交互配列
（これでも双共振回路間アンバランス未解決） |
多数の冷陰極管を駆動するために、多数の昇壓變壓器を使っています。
各冷陰極管の両側にこれらの變壓器を配置しています。
大変に大規模な電路であって、コストも高く、さらに、現在の背光板系統では各冷陰極管の電流が完全に平均化されていません。
また、他励共振型（特許２７３３８１７号）を利用した高効率の両高圧共振回路には両側不均衡（やじろべい現象）が生じやすく、これは両側高圧方式でさらに他励共振型（特許２７３３８１７号）を利用した場合に特に生じやすくなります。従来方式による大型面光源パネル用インバータ回路システムは両高圧の共振回路のQを高くするとアンバランスが生じますので、効率を犠牲にしてこのアンバランスを防いでいます。
これを根本的に解決するためには両側高圧のそれぞれのトランスにさらに個別の管電流制御回路を設けて制御するという荒業が必要でした。非常にコストがかかりますので、一部には採用されましたが、広く普及させるには無理がありました。
ZAULaS
Ver.2はGCDを利用することによりこの問題をローコストに解決しました。
SONYに採用されたZAULaS Ver.2
写真の例は弊社開発中は30インチバックライトに対応したZAULaSで、FPD International
2004プレセミナーで予告Presentationしたものです。実際にSONYに採用されたものは40インチ以上のサイズです。
独立させたGCD（Greatchip Current Distributor）というのが特徴であり、従来は不可能であるとされた、高電圧の配線が長く引き伸ばせることが特徴です。これによって、インバータ回路と冷陰極管との配置関係が自由に設計できるようになったことは大きな効果です。GCDによって低阻抗化された高圧配線がその秘密です。
両側高圧ドライブによりロングCCFLでも輝度むらはほとんどありません。
さらに、冷陰極管を一本おきに逆位相駆動するいわゆる交互配列を採用することにより、バックライトから液晶パネルに対して影響を及ぼしていた静電ノイズを大幅に減少させることができました。
これにより、ITO（Indium
Tri Oxide）フィルムを不要とすることもできるため、さらなるコストダウンが可能となります。
ちなみに、従来インバータ回路と比較しますと、
| （１） |
回路がシンプルであり、電流平均化回路無制御の簡易型インバータ回路に匹敵する簡易型回路であるにもかかわらず、全灯管電流IC制御制御型インバータ回路の電流平均化性能を実現しています。 |
| （２） |
簡易型インバータ回路であるにもかかわらず両側高圧ドライブを実現し、さらに、両側高圧ドライブに特有のやじろべい共振回路間のアンバランス問題を解決しています。（台湾特許成立、各国成立間近） |
| （３） |
簡易型インバータ回路であるにもかかわらず交互配列を実現しています。（特許出願中）
従来の回路であれば、Class0インバータ回路というローエンド構成において、交互配列を実現することは明らかに不可能なことでしょう。従来回路における両側高圧＋交互配列の回路構成と比較すればその優位性は歴然。 |
| （４） |
U字管配列と比較した場合、U字管はインバータ回路の周波数を高く出来ません（現在30kHzが限界）が、ZAULaS Ver.2
ならもはやU字管は必要なく、周波数を高く出来る（52kHzでもOK）ので、インバータ回路が小型になり効率も良くなります。 |
など、数々の特徴を有します。 |
ZAULaS Ver.2 点灯の様子
ZAULaS Ver.2 エッジ・インバータ
（比較用） |
他社製30インチ用
片側高圧駆動
１６灯インバータ回路
回路構成は、
16トランス
4IC,8制御 |
まさに、究極の大型面光源パネル用のインバータ回路システムではないでしょうか。
ZAULaS製品一覧
ZAULaS新接続法の特許が成立しました
JIN-BALANCEと呼ばれる接続法と全く同じ可能性がありますのでご注意下さい。
利用発明関係にご注意ください。双方の許諾が必要な場合があります。
Ring-Coil使用：JIN-BALANCE（Microsemi社）単独許諾可能です。
Section巻Coil使用：弊社の許諾が必要です。
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特開2005-203347,米国特許第7391166号,I269611,欧州第1581030号，成立 |
| 本接続法に用いる分流コイルをセクション巻とすることによって性能向上が実現されます。（米国特許成立） |
●特開2005-203347から抜粋
【００７１】
図６はその実施可能な実施例の一つであって、分流トランス一つについて一対の冷陰極管を均衡・分流して二つの共振回路をバランスさせる構成を説明した説明図である。
ただし、この場合に用いられる分流トランスＣＤＴ１ないしＣＤＴ４には非常に大きな相互インダクタンス（具体的には倍以上の値）が必要となるため、相互インダクタンス値を大きく確保し、自己共振周波数を高く保ち、かつ、小型に構成するためには、本願出願人の出願に係る特願２００４−００３７４０（ＵＳ特許出願公開2004−0155596−Ａ１）に開示する斜め巻き、或いは、特開２００６−０１２７８１に開示するセクション巻きなどの巻線方法が必須となる。少なくとも特願２００４−２５４１２９において従来方法として開示する積層巻きなどで構成する分流トランスでは実現し得ないことが確認されている。 |
 台湾においてMicrosemi社特許出願が無効
JIN-BALANCEと呼ばれる接続法はMicrosemi社公開前に既に台湾においてGreatchip Technology & NEOTESが同様の接続法を出願していました。
その結果、当該接続法はGreatchip Technology & NEOTESが権利取得の見込みとなりました。
したがいまして、台湾において当該方式を採用される場合はMicrosemi社ではなく、弊社の許諾が必要です。
Microsemi社拒絶、Greatchip & NEOTES権利取得！ |
ハイパワートランス接続法
ZAULaSの関連特許について
 ZAULaSに関する複数の特許は現在６カ国以上に出願中です。
公開公報になったものについては以下をご参照ください。
これ以外のものも順次公開公報になりしだい掲載していきます。
なお、ZAULaSは昇圧トランス二次側回路の共振技術である、特許２７３３８１７号および米国５４９５４０５号を基本特許とした利用発明となっていますので、こちらも参考までにご覧ください。
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