JP3716500B2

JP3716500B2 - 放電装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3716500B2
Application number: JP19180596A
Authority: JP
Inventors: 眞一品田; 賢治川端; 茂生御子柴; 智一志賀
Original assignee: 日立ライティング株式会社
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2016-07-22
Also published as: JPH1041087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可視光、紫外光等を放射する放電装置に関し、より詳細には屋内・外照明用、表示用、あるいは液晶ディスプレイバックライト用光源等に用いられる放電装置の駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電を用いた光源、例えば照明用や表示用の蛍光ランプや平板型の放電装置等を駆動するには種々の方法がある。従来の液晶バックライトを点灯するインバ−タの駆動方法は、例えば特開昭６３−１１０９６２号公報に示されているように数１０ｋＨｚの正弦波を用いて蛍光ランプを点灯させる構成になっている。放電管は管径が３〜６mm程度の冷陰極や熱陰極蛍光ランプが用いられ、放電管の内部には、例えば水銀とアルゴンが封入されており、放電で発生する紫外線が蛍光体を励起、発光させ、液晶パネルを照明して文字や画像を表示する。
【０００３】
また、一般の照明用ランプは商用周波数である５０あるいは６０Ｈｚを用いて点灯するのが一般的であるが、数１０ｋＨｚで点灯するランプもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記駆動方法を用いた放電装置は、特に放電管の管径が小さくなると発光効率が低下して消費電力が増える問題があった。例えば液晶表示装置用のバックライトとして使用されている直径２〜３mmの蛍光ランプにおける発光効率は、直径２５ｍｍ程度の屋内照明用蛍光灯に比べて半分程度しかなく、液晶表示装置の消費電力を低減できない最大の原因となっていた。特に、例えばノ−トパソコン等のバッテリ−駆動型の液晶表示装置においてはバックライトの低電力化は非常に大きな課題であった。
【０００５】
本発明の目的は、このような放電装置の発光効率を向上し、同時に消費電力を低減させる駆動方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による放電装置の駆動方法は従来と異なった駆動波形の電圧を用いる。即ち、放電装置を放電させるために、第１の周波数を有する第１の電圧を電極に印加する。さらに上記第１の周波数より高い第２の周波数、特に２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの高周波を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳する。第２の高周波電圧発生回路としては通常インダクタンス、例えばコイルを利用すれば簡単な回路構成で出来る。また、第２の周波数を有する電圧波形は、第１の周波数と同期した減衰波形でも良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面と共に説明する。図１は本発明による外部電極型放電管の駆動方法の一実施例を示す概略図である。図中、２０は放電管、２１および２２は放電管の外面に設けた電極、２３および２４は第１の周波数を有する駆動電圧発生回路、２５および２６は上記駆動電圧発生回路２３および２４のそれぞれに接続した第２の周波数を有する第２の駆動電圧発生回路で、本実施例ではコイル２５、２６を用いている。この第２の周波数を有する駆動電圧は、コイル２５および２６と、回路系浮遊容量との間のリンギングで発生する電圧を利用した。
【０００８】
Ｖ１、Ｖ２は電極２１、２２に印加される電圧で、第１の周波数を有する第１の電圧に加えて、さらに上記第１の周波数より高い第２の周波数を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳して電界放電型のいわゆる無電極放電を行わせる。
【０００９】
図２、図３はその駆動波形の一実施例を示した電圧波形の図で、第１の周波数を有する駆動電圧発生回路から、図２の、例えば１１で示した矩形波電圧Ｖ１および１１から半周期位相のずれた１２の矩形波電圧Ｖ２を発生させ、さらに、図３に示したようにこれらの波形に第２の周波数を有する駆動電圧発生回路、この場合はインダクタンス（コイル）付加によるリンギングで発生した減衰正弦波電圧１５、１６を１１、１２に重畳する。１３、１４の電圧波形が放電電圧波形であり、この電圧を放電管に印加することで、高効率化が図れる。
【００１０】
本発明による駆動波形を用いて放電管を駆動し、その放電発光特性を測定した結果を述べる。図１に示したように、実験に用いた放電管２０は、例えば内径
３mmのソーダガラス製で、１対の電極２１、２２はいずれも長さ１０mm、幅５mmであり、放電管の外表面上に設けてある。電極は放電管の外表面全周に巻き付けても良い。両電極の間隔は６０mmで、放電管内壁には、三波長白色蛍光体が塗布されており、放電管内部には、例えば水銀と、ネオン７ｋＰａ、アルゴン７４８Ｐａが封入されている。
【００１１】
駆動電圧波形の基本形状は図３に示した波形と同じで、第２の駆形波電圧発生回路としてコイル２５、２６を利用し、この第２の周波数を有する駆動電圧は、コイル２５および２６と、回路系浮遊容量との間のリンギングで発生する電圧を用いた。本実施例では、第２の駆動電圧発生回路として、簡単な構成で済むコイルを用いたが、インダクタンス成分であれば何を用いても良い。
【００１２】
図４に第２の駆動電圧としてコイル付加によるリンギング電圧を用いた場合のリンギング周期と輝度の関係を示す。基本の駆動電圧としては、周期８μs、パルス幅１．７μs、電圧３００Ｖのパルスを印加した。リンギング周期が０の輝度は、図２に示した基本の矩形電圧パルスのみ印加して放電させた時の値である。図から明らかなように、重畳する高周波電圧の周期が５０ns（２０ＭＨｚ）以上になると輝度は大幅に増加する。輝度は、例えば液晶バックライト用に利用するためには通常用いられている冷陰極蛍光ランプと同等以上必要であり、同形状で、類似の駆動条件での冷陰極蛍光ランプの輝度は約８００ｃｄ／ｍ²が得られており、これ以上の輝度を得るためにはリンギング周期を７０ns（約１４ＭＨｚ）から３５０ns（約２．８ＭＨｚ）の間に選べば良い。さらに、１００nsから２５０nsの間で最高の輝度が得られる。この結果から、第２の周波数を有する駆動電圧として２０ＭＨｚ以下の高周波電圧を重畳することで高輝度化が達成できる。特に２．８ＭＨｚから１４ＭＨｚの高周波電圧を重畳することが望ましい。
【００１３】
図５はリンギング周期と最低放電維持電圧の関係を示す。リンギング周期が０は図４と同様に高周波を重畳していない場合の維持電圧である。放電電圧は駆動回路から、前記した冷陰極蛍光ランプの維持電圧の１４０Ｖ以下が望ましく、この電圧以下になる条件は、リンギング周期が５０ns（２０ＭＨｚ）から４２０ns（約２．４ＭＨｚ）の間であり、最低の維持電圧は高周波を重畳していない場合の半分以下になった。これは、高周波を重畳することで、負グロ−領域が減少して陰極降下電圧が低下することによると考えられる。
【００１４】
図６はリンギング周期と相対発光効率の関係を示したもので、高周波を重畳していない場合の効率を１としたものである。発光効率は周期が約４０nsまで殆ど変化しないが、５０ns（２０ＭＨｚ）以上で高くなり、最高２倍以上になる。効率が高くなる範囲は図５と同様に５０ns（２０ＭＨｚ）から４２０ns（約２．４ＭＨｚ）の間で、周期が５００ns以上では高周波を重畳しない場合と同じ程度に低下する。
【００１５】
図７はリンギングを発生させるために挿入したコイルのインダクタンスと相対発光効率の関係を示したもので、図６と同様に高周波を重畳していない場合の効率を１として表したものである。実験結果から、リンギング周期Ｔ（ns）とインダクタンスＬ（μＨ）は、Ｌ＝Ｔ²／１１５６の関係が成立つ。リンギングを有する電圧で放電させた場合の効率測定は誤差があり、高周波を重畳していない場合と比較して効率の優位性が明らかになる値は、前記したなしの場合の１．２倍程度必要で、高効率が得られるインダクタンスの範囲は２μＨから１５０μＨの間であった。
【００１６】
図８は高効率発光が得られる条件の一つで、１０μＨのインダクタンス（コイル）を挿入した場合の駆動電圧波形の例を示した。リンギングで発生した
約９．３ＭＨｚの高周波減衰電圧パルスが重畳されている。
【００１７】
図９は３３０μＨのインダクタンス（コイル）を挿入した場合の駆動電圧波形の例を示した。この場合の周波数は約１．９ＭＨｚであり、基本の電圧パルスに対して周期が長く、全体が高周波パルス状になっているため高周波重畳の効果は少なく、効率もあまり向上しない。
【００１８】
本発明によれば、第１の周波数を有する第１の電圧を放電装置に印加し、この電圧により放電を形成する。次に上記第２の周波数を有する第２の電圧を重畳すると、この電圧重畳により、既に形成された放電内に存在する電子やイオン、あるいはプラズマが電界の変化に伴って振動する。第２の周波数を２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの間に選択すれば、さらに電子やイオンやプラズマの共振現象等も発生する。このためこれらの粒子の温度が上昇する。これにより、電子温度が可視光あるいは紫外線を放射するために好ましい値に近づき、この結果発光効率が向上する。
【００１９】
従来の放電管、例えば蛍光ランプ等では、放電維持に必要な空間電荷の大部分を負グロ−内で発生させる。この負グロ−を形成するためには比較的大きな電力が必要である。しかし本駆動方法によれば、放電空間内、特に陽光柱部における電子密度やイオン密度が増大するため、負グロ−は小さくてよい。したがって放電管に注入する電力は少なくてすみ、その結果発光効率が向上する。さらに、放電維持電圧も低下し、併せて大幅な低消費電力化が可能になる。
【００２０】
図１０は平板型の放電装置に対して本発明を適用した例を示したもので、ここで、２３、２４はは第１の周波数を有する駆動電圧発生回路、２７および２８は上記駆動電圧発生回路２３および２４のそれぞれに接続した第２の周波数を有する第２の駆動電圧発生回路である。３１、３２は放電電極で、例えばソ−ダガラスからなる基板３６に形成され、その全面は誘電体３３で覆われている。３５はやはりソ−ダガラス製の面板で、内面には蛍光体３４が塗布されている。内部にはキセノン、アルゴン、ネオン、クリプトン等の希ガスや水銀が単体または混合して封入されている。本平板型の放電装置の動作は前記した放電管の場合と全く同じであり、その効果も同様である。
【００２１】
以上の結果をまとめると、第１の周波数を有する第１の電圧に重畳する第２の電圧の周波数は、２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚが望ましく、また、インダクタンスの値は、２μＨから１５０μＨの間を使用すればよい。
【００２２】
本発明による駆動方法を、例えばノ−トパソコン等の液晶表示装置に用いればバックライトの低電力化が可能になり、高輝度で低消費電力の表示装置が実現できる。
【００２３】
前記した実施例では、第１の電圧として周期８μs、パルス幅１．７μsの例を述べたが、第１の電圧の周波数は３０ｋＨｚ以上、矩形波パルスの幅１０μs以下の条件に設定すれば前述したと同様の効果が得られる。また第２の周波数を有する電圧のピーク・ツーピーク値は、第１の周波数を有する電圧のピーク・ツーピーク値より小さいときに、発光効率向上の効果が大きい。
【００２４】
また、前記実施例では外部電極型放電管について説明したが、蛍光ランプのように電極は放電管内部に設けられていてもよいのは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における駆動方法によれば、電極に印加する電圧として、第１の周波数を有する第１の電圧に加えて、さらに上記第１の周波数より高い第２の周波数、特に２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの従来用いられていなかった高い周波数を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳するという簡単な駆動方法で、放電装置の輝度および発光効率を高くすることができ、さらに、放電維持電圧も低くすることが可能となる。この結果、放電装置の消費電力を大幅に低減できるので、バッテリ−駆動等に適した低消費電力の液晶表示装置等が得られる効果がある。また、第２の高周波電圧発生回路としては通常インダクタンス、例えばコイルを利用すれば簡単で安価な回路構成で出来る利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電装置の駆動方法の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の駆動方法による一実施例の電圧波形図である。
【図３】本発明の駆動方法による一実施例の電圧波形図である。
【図４】リンギング周期と輝度の関係を示す特性図である。
【図５】リンギング周期と最低放電維持電圧の関係を示す特性図である。
【図６】リンギング周期と相対発光効率の関係を示した特性図である。
【図７】インダクタンスと相対発光効率の関係を示した特性図である。
【図８】駆動電圧波形図である。
【図９】駆動電圧波形図である。
【図１０】平板型の放電装置に対して本発明を適用した例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１、１２、………第１の周波数を有する駆動電圧波形
１３、１４、………本発明による放電管駆動波形
１５、１６、………第２の周波数を有する駆動電圧波形
２０…………………放電管
２１、２２…………電極
２３、２４…………第１の周波数を有する駆動電圧発生回路
２５、２６…………コイル
２７、２８…………第２の周波数を有する駆動電圧発生回路
３１、３２…………電極
３３…………………誘電体
３４…………………蛍光体
３５…………………面板
３６…………………基板。

Claims

少なくとも１対の電極を有し、該電極の少なくとも一方に第１の周波数を有する第１の電圧を印加し、上記第１の周波数より高い第２の周波数を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳する放電装置の駆動方法であって、重畳する第２の電圧の周波数を２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの間に選んだことを特徴とする放電装置の駆動方法。
少なくとも１対の電極が放電空間の外部に設けられている無電極型の放電装置の、該電極の少なくとも一方に第１の周波数を有する第１の電圧を印加し、上記第１の周波数より高い第２の周波数を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳する放電装置の駆動方法であって、重畳する第２の電圧の周波数を２．４ＭＨｚから２０ＭＨｚの間に選んだことを特徴とする放電装置の駆動方法。
請求項１又は２記載の駆動方法において、第２の周波数を有する電圧として、振幅が周期的に減衰あるいは増加する電圧を用い、さらに該減衰あるいは増加の周期が第１の周波数の周期と同期していることを特徴とする放電装置の駆動方法
。
請求項１乃至３のいずれかに記載の駆動方法において、第２の周波数を有する電圧の振幅を第１の周波数を有する電圧の振幅より小さくすることを特徴とする放電装置の駆動方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動方法において、第一の電圧に直列に挿入したインダクタンス成分によって第２の周波数を有する電圧を発生させ、かつインダクタンス成分を、２μＨから１５０μＨの間に選んだことを特徴とする放電装置の駆動方法。
請求項１乃至５のいずれかに記載の駆動方法において、インダクタンス成分をコイルによって発生させたことを特徴とする放電装置の駆動方法。
請求項１乃至６のいずれかに記載の駆動方法において、すべての放電電極に第１の周波数を有する第１の電圧を印加し、上記第１の周波数より高い第２の周波数を有する第２の電圧を上記第１の電圧に重畳したことを特徴とする放電装置の駆動方法。
請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動方法により点灯させた放電装置を用いて、被照明体を照明するよう構成したことを特徴とするバックライト。
請求項８に記載のバックライトを液晶パネルに隣接して配置したことを特徴とする液晶表示装置。