| 舊型逆變器的回路結構與問題點
1. 回路結構
舊型的電感器回路，是由集電極（collector）共振型的一次回路、閉磁路型變壓器、電容
ballast構成，看不出每一個製造廠的不同。圖一顯示回路圖與各部分的信號波形。做為負荷來連接的冷陰極管是放電管，放電管的一般特性，就是陰極降下電壓，具有負性抗阻性，所以，為了讓放電電流穩定化，就需要變壓器。與冷陰極管直列連接的Cb，作用就在此。由於負性抗阻特性，使得在冷陰極管流動的管電流，變成扭曲的三角波狀。
2. 冷陰擊館周邊產生的寄生電容與小型化的障礙
一般如果提高震盪頻率的話，變壓器就可以小型化，但是，如果以冷陰極管為負荷的話，就必須考慮到發生在冷陰極管周邊的寄生電容。寄生電容也會發生在二次卷線，把這些合起來的等價回路，就如圖3。由二次卷線的電感以及這些寄生電容決定的震盪頻率，出乎意料之外的低，變成在設計電感器inverter時，不能視若無睹的值。電感器的震盪頻率，必須設定成比這種震盪頻率還低很多才行，所以，震盪頻率能提高的部分也有限，形成變壓器要小型化的障礙。在pencil
inverter中，巧妙利用過去視為障礙的寄生電容，而完成了變壓器小型化的目的。
pencil inverter的原理
1. pencil inverter的構造
圖4,5是顯示pencil inverter的回路圖與形狀，pencil inverter的一次回路，基本上與舊型的inverter一樣。
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圖4
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圖5
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最大的不同是在游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）的部分，而這種變壓器的告造非常簡單，只要在圓柱型的鐵氧體磁心（ferrite
core）中，從頭照順序執行卷線。圖6是與舊型昇壓變壓器的比較圖。
圖6 |
游離電感效果型變壓器（調節相合型變壓器），構造簡單，還可以組合成全自動化。另外，這種變壓器的性質上層間絶緣膠帶，也不需要含浸，所以，與舊型的變壓器比較起來，製造成本非常便宜。
2. 游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）的動作原理
游離電感效果，是以高過自共振頻率的頻率，勵振開放時速型變壓器，表現出來的現象，在冷陰極管inverter的變壓器中，二次卷線很多，結果，很容易產生自電感、寄生電容都變很大的狀況。閉磁路型變壓器的話，於變壓器的二次卷線產生的寄生電容與卷線的自電感，所產生的自共振點只有一個。因為在閉磁路型的變壓器中，磁束要通過的鐵氧體磁心（ferrite
core），比在空氣中通過要容易好幾千倍。可是，在這裡，若開放磁心core的兩端，變成開磁路型的話，磁束抵達開放的端面，就會從那裡，先通過透磁率低的空氣。結果，只要有一點點不容易通過的條件，磁束就很容易從磁心的中途漏洩，所以，藉助勵磁頻率的話，二次卷線會產生被分割成複數而舉動的現象。這是因為被分割成複數的電感器inductor與包含在電感器中的寄生電容之間，形成小小的共振子，所以，外表看來好像是電感器游離了，所以，名之為游離電感效果。（圖7）共振子隨著頻率提高，共振子就會變得越小。共振子的大小，若像pencil
inverter的變壓器那樣，捲的細細長長的話，隨著單位長度附近的電感inductance以及寄生電容所決定的波的傳播速度，便壓氣的二次卷線的長度與共振子的長度一致的時候，就會形成一致共振mode。
圖8 |
在這種共振現象中，正好像弦的振動一樣，二次共振、三次共振等，具有高次共振mode，結果，游離電感效果變壓器的二次卷線，正好如同軸cable一般。若將這個二次卷線視為同軸cable的話，電感會很大，因此，波的傳播速度就慢，特性阻抗（impedance）就會變得非常大。（隨著波的傳播速度，有時共振子也會在二次卷線上移動。）（圖9）
3. pencil inverter的等價回路
在這裡，嘗試實際測試在變壓器的二次卷線產生的游離電感效果（一次共振mode），結果如下。在圖10的回路中，使用如圖11的拾波線圈（pick-up
coil），實際測驗a.b.c點，得到照片3(a).(b).(c)。為了比較位相，也同時標示出在圖10的T點上的整流子（collector）電壓波形。
圖10 |
圖11 |
因為a點的波形與集電極（collector）電壓是同層，顯示出這一點的磁束流，與一次卷線同層。在b點中，沒有檢驗出電壓，顯示在這一點上，走法的磁束正在對向。c點的波形與整流子（collector）電壓是逆層，顯示這一點上的磁束流與一次卷線是逆層。
照片3 |
這表示游離電感效果變壓器中，從一次卷線脫離處產生的共振子磁束，沒有受到一次卷線的影響，是以獨立扼流圈（choke
coil）來動作。因此，等價回路就變成如圖12那樣。
圖12 等價回路 |
在這個等價回路中，看被破線包圍的部分，獨立的共振子（游離電感器）與二次卷線產生的寄生電容，可以知道，已經與冷陰極管周邊產生的寄生容器，形成了π匹配回路。π匹配回路是一般經常做為天線的抗阻匹配回路的回路。（圖13a）在這裡，將負荷的冷陰極管視為天線，實際測試抗阻，約為75kΩ∼100kΩ，所以，以此為基礎，調整游離電感效果行變壓器（調相結合型變壓器）的二次卷線的參數，做抗阻匹配。那麼冷陰極管就會進行穩定的給電，inverter的效率就會提高。（圖13b）現在我們回頭看看，使用於舊型inverter回路上的ballast
電容的電抗造成的強制drop回路，這可以視為是抗阻的miss-match的給電，結果，從負荷中產生反射波，透過變壓器，歸還給一次，形成collector卷線的銅損，令inverter的效率惡化。另外，過去液晶被照光與inverter是個別設計，可以看到很多高耐壓矽被服的給電線繞的很長的設計，也因此造成輝度的不安定，為此煩惱。在這種時候，專注於提高矽被服線的耐壓檢討對策，是沒有用的。可是，如果發現到這是抗阻的miss-match的話，就可以輕易瞭解這種現象。只要一改變觀點，inverter的設計，在最近已經進入高周波的理論，並到達必要的領域。為了開發出更有效率的背光板，吸取高周波概念的綜合設計，也就變得不可或缺了。
pencil inverter的特徵
1. 小型、高效率
游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）非常小型，也不需要ballast
電容，所以可以將inverter變得很小。結果，也可以收進導光板的flame中，利用這個方式，背光板組就可以變成如照片1那樣的簡單。只要給予直流電，就可以輕易的發光，已經接近背光板本來的裡響了。這麼做得話，就可以連高周波設計都結合為一體來管理，這種背光板組的電力周邊的輝度效率非常高。
照片1 |
2. 安全性
就像冷金管用的inverter，對於在高壓中使用電力的變壓器來講，最可怕的是情就是局部短路rare
short。只要卷線的被服的一部份，有絶緣不良的話，從那裡開始的放電，會擴大更多的絶緣不良，還會一口氣將局部短路擴大到卷線全體，這就是局部短路的現象。必塞磁束型變壓器中，從一次卷線中產生的磁束，全都是通過二次卷線，所以，若一部份產生局部短路的話，所有的能源都會集中在局部短路的發生部位。跟這個比較起來，游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）中，若發生局部短路，磁束將不會通過絶緣不良的部位，會事先就漏洩了，所以，局部短路不會擴大。圖14a.b是在
inverter
便壓氣的二次卷線上，滴一滴硝酸，比較消耗電流的變化的圖，不過，相對於在閉塞磁束型變壓器中，局部短路的實驗一開始，消耗電流就會增大的狀況，游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）中，得知消耗電流會降低，並且產生可靠的失效保險（fail
safe）效果。在實際的中況中，一旦放置發生局部短路的變壓器，在閉塞磁束型中，局部短路會漸漸擴大，最後終於形成破壞，但是，游離電感效果型的話，就可以長時間放置。
3. 低噪音
游離電感效果變壓器，因為磁束會漏洩，所以大家很容易認為噪音會很多，但是，實際測試輻射噪音之後，如圖15a.b，根本與預料的呈現相反的傾向。在閉塞磁束型變壓器中，高調波造音的低減率是-20Db/dec，如600KHz~1MHz的收音機放送波，藏在噪音中。另一方面，游離電感效果型變壓器（調相結合型變壓器）的話，高周波噪音低減率是-40Db/dec，高周波沒有被收音機放送波蓋住。乍看之下會覺得很不可思議，只要看collector共振型inverter的collector電流波形，就可以知道正在產生快速的電流變化。如閉塞磁束型一樣，只要卷線間的結合度高，再一次卷線發生的快速磁束的變化，都會傳遞到二次卷線。另一方面，游離電感效果型中，di/dt的大的成分，從二次卷線的途中逃出，具有難於傳遞到二次卷線的特性。從這些狀況來看，可以知道，提高卷線間的結合度，對於減低高調波的輻射噪音是有害的。如此，游離電感效果型變壓器（調相結合變壓器），包含了好幾個顛覆變壓器常識的建議。變壓器的原理很簡單，所以，大家很容易就以為，對變壓器已經非常瞭解了，但是，很多時候，卻都對誘導這樣的現象，沒有做出正確的理解。即使應該已經非常瞭解的變壓器，也還是存在著如游離電感效果這類未開拓的部分，現在是不是有必要，重新確認一下變壓器的原理呢？
液晶背光板與其周邊技術
支持液晶面板的背板的高效率化與高輝度化
現狀，液晶顯示器中，不可缺少背光板。而且，其高效率化、高輝度化、低消耗電力化、小型化等等，對於液晶顯示器的性能有很大的影響。在此，我將針對其基本構造與周邊技術的發展做解說。
導光板（面光源panel）
現在液晶的背光板，是以導光板方式為主流。過去在這個部分，使用EL（
electro luminescence電致發光），但是1986年，株式會社明拓系統（現在史丹利電器系列）發明的邊緣照明edge
light方式的導光板的出現，使得EL方式取代了導光板方式。
導光板是日本獨步世界的技術，是支撐液晶最有力的部分。在此將針對過去不太瞭解的導光板技術，詳加介紹其構造、高效率化、高輝度化技術。
1. 使用導光板方式的面光源的原理與構造
（1） 導光板的原理
導光板是利用從經過特殊加工的壓克力板（有人也將這塊板子稱為導光板）的邊緣（edge）導入光，光則一邊完全反射整個壓克力板，一邊前進，遇到由壓克力板加工過的反射dot，就轉變方向，形成比全反射角還小的成分的光，出現在壓克力板的表面的原理。（圖1）
圖1 |
光源是使用細口徑的特殊螢光管（冷陰極管）。反射dot的製作方式，有印刷法或injection法等多種，在這裡則針對印刷法來加以說明。反射dot是用鈦白（Ti02）或沈降性硫酸鋇（BaS04）等不會有光學性吸收，反射率高的顏料以及丙烯類膠合物（binder）融合之後的反射ink，利用screen印刷法做塗布。（圖2）反射ink不是塗布在壓克力板前面，是依據如圖3的漸層模式來塗布。也就是說，接近光源冷陰極管的部分會變小，離光源越遠，就會變得越大。控制讓整體的面，可以平均發光。詳細來看，一燈用的模式，並不是距離冷陰極管最遠部分的反射dot會變的最大，而是距離端面2~30%的地方會變的最大。但是，這是因為為了提高光的利用效率，＝７聖當貼於端面的端面反射位置的影響。
圖3 |
其他，導光板為了提高光的利用效率，利用反射位置或擴散位置等，達成高輝度化。（照片1）圖4，展示導光板的效率。導光板是由印刷好的壓克力板（也有人直接稱此為導光板）、反射seat、擴散seat、端面反射seat、朗陰極管、螢光管反射seat等零件組成。反射seat的作用，是利用碰到反射dot的光的一部份，將出現在導光板背面的成分加以反射，讓它朝正面，所以，使用具有高反射率的素材。
圖4 |
擴散seat主要目的，是讓從導光板正面看到時的反射dot加以擴散，然後看不見，可是，最近具有透鏡（lens）特性的集光性擴散seat等，積極受到使用，努力提高正面揮度。
2. 導光板的種類
screen印刷法式與injection法式
導光板（主要是壓克力板）的加工法中，有利用screen印刷塗布反射dot，以及在壓克力板射出成形的時候，在模型中加工的反射dot，直接將壓克力板本體與反射dot做一體成形的方式。兩種方式各有優缺點，以目的來區分兩者。（圖5）
圖5 |
screen印刷法式被選用在小量生產以及中型的生產性中，主要運用在10inch
class以上的文字處理機.筆記型電腦上。injection法式，適合成本低，小型以及大量生產。但是，因為初期投資很大，所以，大部分使用在5inch
class以下的液晶電視等。光的利用效率較佳的是injection方式，而screen印刷法式的話，當作反射素材來使用的鈦白，在可視光域會有若干吸收的現象，反射壓克力板的平行面的全反射光，也有漏洩到反面的現象（藉由端面反射seat來改善）（圖6）等等，光的損失比較大。
圖6 |
比較起來，injection方式的話，導光板背面的反射曲線等，可以自在成形，光的利用效率很高。（圖7）
圖7 |
其他的方式，還有黏著dot法（圖8），但是，這種方式適合用在大型看阪上，用在液晶背光板上的例子很少。
圖8 |
screen印刷法、injection法，用在大型看板尚有困難，實用例子很少，不過，因為黏著dot法的開法，期待可以開拓除了導光板的液晶以外的心用途。
高輝度化的研究
從壓克力板的端面導入光的板面整體擴散的技術，乍看之下不太可能，似乎效率不好，可是，在實際的導光板中，光的利用效率非常的高。導光板是巧妙利用光在屈折界面的全反射或屈折，細緻的利用光學原理，所做得高度技術集合體。
1. 光學性的全反射與屈折的應用
在導光板內前進的光，會重複多次的反射與屈折，這時候，隨著在反射面的能源耗損，導光板的光效率會極端的降低。一般一說到反射面，就會想到金屬面反射，可是，金屬面的反射絶對不是效率好的。即使是最優秀的金屬面反射，通常也會伴隨10%~15%左右的耗損。重複了三次的反射之後，光的能源會減少到一半以下。另一方面，屈折率界面的全反射，是不會耗損能源的完美反射，反射率是100%。即使重複數十次的反射，能源還是零。在導光板中，這是很重要的要素。因此，在導光板中，應用屈折率界面的全反射。
（1） 壓克力板平滑面的全反射
從壓克力板端面照進來的光，一邊在平滑面重複全反射，一邊往壓克力板內部前進。
壓克力板的屈折率約1.49，而計算選擇的全反射角（臨界角）是42.2°。這表示，在壓克力板的端面中，包括擦身而過的光在內，所有角度的光都照入壓克力板內，一旦照入的光，全部都變成全反射光，在壓克力板內前進。（除了表面反射的7%）（圖9）
圖9 |
只要這光沒有遇到反射dot，就不會衰減，會到達另一邊的端面。從這個理由，可以說明導光板的光的利用效率非常高。
（2） 反射dot的全反射
圖10 |
在反射dot內，也會發昇一樣的屈折與全反射。因為鈦白等屈折率很高（n=2.62），所以，在反射dot入光的光，具有非常複雜的動作。（圖10a）在injection法中的反射dot的話，光的軌跡很單純，我認為這一點會影響到效率的高低。（圖10b）
（3） 反射seat的全反射
將透到導光板背面的光，反射到正面的反射seat，外表看起來像純白色的亮光紙，但是，這是將PET或聚碳酸酯（polycarbonate）等，光學上透明度高的數脂，經過微細發泡而成。泡的直徑有數微米左右，不過，泡越微細、密度越高，反射率就越高。反射seat代表性的東西有東RE的E-60等等。泡是屈折率約1.00的素材，與透明樹脂之間，形成良好的屈折率界面。
圖11 |
導光板中，空氣也是結構零件的一部份。（圖11）
（4） 擴散seat
擴散seat不只是要凸顯反射dot這個目的，還具有將光集中在正面，提高正面輝度的重要功能。液晶有視野角，從偏離正面的方向看，會看不太清楚。因此，背光板也要配合液晶，將出現在偏離視野角方向的光集中，讓光朝向正面，有效利用光。
圖12 |
如果幾乎不需要考慮及光特性，或者是重視斜向的明亮度的話，就使用低成本的mat
type的擴散seat。（圖13）
圖13 |
若需要更強的集光性的化，就使用稜鏡（prism） seat。代表性的東西就是用住友3M的BEF（
Brightness enhanced Firm）等，可以繼續性的改善正面輝度的效果，可是，只甕prism
seat，將佔導光板組成本的數成，是很高價的靈見，必須考慮到成本與效果的平衡。（圖14）
圖14 |
冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp）與其特性
用來做為導光板光源的冷陰極管，釋一種直徑數米釐左右，非常細管徑的螢光管，近年來與導光板的發展一起急速發展起來的。隨著導光板變薄，冷陰極管也變細，最近直徑2.6米釐的冷陰極管已經變成主流。（照片2）（在1999年，直徑1.8米釐的是主流）。冷陰及管的發光原理，基板上還是普通的螢光管（熱陰極管），這一點是不變的，可是，因為電極沒有燈絲（filament），所以，構造簡單，也能夠把電極弄得很小，因此，適於做細徑化。因為不對電級加熱（Cold
electrode），不會有熱電子放出，所以，電氣的特性是陰極降下電壓比較高，另外，陽極柱（發光部）變細，氣壓變高，因此，放電電壓與熱即因管比較起來，變得非常高（300~700V）。另外，放電電流5~7mA左右是很平常的。
圖15 |
用來驅動冷陰及管的inverter回路，如圖15所示的回路，是一般的，但是，與為了改善導光板的輝度，而使用的螢光管反射seat之間，會產生寄生電容，與capacitance
ballast之間，會產生容量分壓效果，會出現輝度降低的現象。在這種狀況下，將ballast當作扼流圈（choke
coil），形成如圖16所示的那種共振回路，對輝度改善很有效，而且，管電流也會變的接近正弦波，降低輻射噪音。
圖16 |
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