JP2009301785A

JP2009301785A - 点灯装置および点灯方法

Info

Publication number: JP2009301785A
Application number: JP2008152972A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Taniguchi; 茂樹谷口
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】冷陰極型の蛍光ランプを点灯するときの電力消費を抑制する。
【解決手段】点灯装置１は、陽極と陰極とを有する冷陰極型のランプ１１の外部の中央に設けられておりランプ１１の長さよりも短い、ランプ１１を加熱するヒータ１４を有する。また、点灯装置１は、ランプ１１の両端に設けられた陽極と陰極との間に始動電圧ＶＳを印加するインバータ１２および１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置および点灯方法に関する。

近年、平面型のディスプレイとして液晶ディスプレイの普及が進んでいる。液晶ディスプレイのバックライト用光源としては、フィラメントなどを用いて陰極を加熱する代わりに陰極に高電圧を印加することで冷陰極アーク放電を発生させるＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp；冷陰極蛍光ランプ）が用いられることが多い。

ＣＣＦＬでは、水銀などの発光物質がガラス管などに封入されている。封入されている発光物質の温度が低ければガラス管内の圧力も低くなり、ＣＣＦＬの発光効率は低下する。

上記のような構成を備えるＣＣＦＬに印加するための高電圧を発生する場合、電圧を任意の昇圧値に昇圧することが可能なトランスが一般的に利用される。

しかし、ＣＣＦＬの点灯開始に必要な「始動電圧」は、常温時と、常温時よりも温度が低い低温時（例えば、０℃以下）とでは大きく異なる。そのため、常温時の始動電圧に基づいて昇圧値が設計されたトランスを利用してＣＣＦＬの点灯を行った場合、低温時ではＣＣＦＬのうちの電極近傍の部分しか点灯させることができないおそれがあるという問題点がある。

このような状態となることを回避するために、昇圧値を低温時の始動電圧以上まで昇圧できる昇圧機構を具備するトランスとすることが考えられる。

また、昇圧値を低温時の始動電圧以上まで昇圧する技術では、昇圧値の増大に伴って、トランスにて発生する熱量も大きなものとなってしまうという問題点がある。

さらに、昇圧値を低温時の始動電圧以上まで昇圧する技術では、トランスのサイズが大型化することにより点灯装置のサイズも大きくなってしまうという問題点がある。

トランスの昇圧値を大きくすることを回避するために、ＣＣＦＬ内の発光物質の温度を高くして、ＣＣＦＬ点灯時の発光効率を向上させる技術が考えられている。

例えば、ＣＣＦＬを覆うランプカバーの外側にヒータを設け、当該ヒータでＣＣＦＬを加熱することで、低温雰囲気においてもＣＣＦＬ内部の温度を高くして、ＣＣＦＬ点灯までの時間を短縮させる液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば、円環状のＣＣＦＬのほぼ全周に沿ってヒータが配置された低電圧放電装置にて当該ヒータを覆う保温材をさらに設けることにより、ＣＣＦＬの加熱効率を向上させる低電圧放電装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平０８−０３６１７７号公報特開平０８−０１７４０１号公報

特許文献１に開示された技術によれば、ＣＣＦＬ内部の温度が上昇し、放電経路が形成されやすくなる。しかしながら、ヒータはランプカバー越しにＣＣＦＬを加熱するため、放電経路の形成に十分寄与することができないおそれがあるという問題点がある。

また、特許文献１および２に開示された技術によれば、ヒータのサイズがＣＣＦＬの外形全体とほぼ同じサイズに構成されている。そのため、ＣＣＦＬ点灯用の点灯装置の小型化が困難となってしまうおそれがあるという問題点がある。

さらに、特許文献１および２に開示された技術によれば、ヒータが具備する発熱体もＣＣＦＬ全体に対応して配置されているため、ＣＣＦＬ点灯時の点灯装置の電力消費を低減することができないという問題点もある。

本発明は、上述した課題を解決する点灯装置および点灯方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の点灯装置は、陽極と陰極とを有する冷陰極型の発光対象物を点灯する点灯装置であって、前記発光対象物の外部の中央に設けられており、該発光対象物の長さよりも短い、該発光対象物を加熱するヒータと、前記陽極と前記陰極との間に前記発光対象物を点灯させるための始動電圧を印加するインバータとを有する。

上記課題を解決するために、本発明の点灯方法は、陽極と陰極とを有する冷陰極型の発光対象物を点灯する点灯装置における点灯方法であって、前記発光対象物の外部の中央に設けられており該発光対象物の長さよりも短いヒータにより、該発光対象物を加熱する処理と、前記陽極と前記陰極との間に前記発光対象物を点灯させるための始動電圧を印加する処理とを有する。

本発明によれば、ランプの陽極と陰極との間に電圧値の高い始動電圧を印加する両側高圧方式のインバータを用いた点灯装置において、ランプの中央部分にヒータを配置する。

このように、ヒータをランプ全体ではなくランプの中央近傍の一部に対応して配置する構成としたため、ヒータのサイズを小型化することが可能となり、点灯装置の小型化が容易となる。

また、本発明によれば、ヒータのサイズをより小型化することができるため、ランプ点灯時の点灯装置の電力消費を低減することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に従った点灯装置（点灯方法を含む）を説明する。

まず、点灯装置１の構成を説明する。

図１に示すように、点灯装置１は、ランプ１１と、インバータ１２および１３と、ヒータ１４と、ランプキャップ１５および１６とを有する。

ランプ１１は、冷陰極型のＣＣＦＬであって「発光対象物」である。なお、点灯装置１が発光対象とするランプ１１の数は任意でよい。

図２に示すように、ランプ１１は、ガラス管１１１と、蛍光体被膜１１２と、陽極１１３と、陰極１１４とを有する。

ガラス管１１１は、石英ガラスなどの材料で構成され、所定形状（例えば、円筒状）に形成されている。

ガラス管１１１の内部には、発光物質である水銀と、少なくとも１種類以上の希ガス（例えば、アルゴン）とが封入されている。なお、希ガスは、ランプ１１の発光効率（後述の２次電子ｅ_Sによる発光物質の励起効率）を向上させることを目的として封入される。

また、ガラス管１１１の内部表面には、蛍光体被膜１１２が形成されている。蛍光体被膜１１２は、ガラス管１１１内に封入された水銀原子からの紫外線が照射された場合、可視光を放出する。

また、ガラス管１１１の長手方向の両端には、一対の放電電極である陽極１１３と陰極１１４とが設けられている。

陽極１１３は、陰極１１４から放出された２次電子ｅ_Sを収集する役割を果たす。

陰極１１４は、例えば、熱陰極蛍光ランプにてエミッタとして用いられる材料（例えば、タングステン）に比べて沸点が低い水銀などで構成される。

ガラス管１１１のうちに封入された希ガスイオンＧＩが陰極１１４に衝突することにより、陰極１１４を構成する水銀原子から２次電子ｅ_Sが放出される。

つまり、陰極１１４は、水銀の金属蒸気を放出して、ランプ１１の点灯に必要な２次電子ｅ_Sを供給する役割を果たす。

２次電子ｅ_Sと希ガス原子ＧＡとの衝突によって、陽極１１３〜陰極１１４の間に２次電子ｅ_Sを導く放電経路が形成されることにより、ランプ１１が点灯する。

図１に示したインバータ１２、１３は、ランプ１１を挟んで対向配置されている。

インバータ１２および１３それぞれは、例えば、トランスを具備する電源回路（例えば、他励共振型の電源回路）で構成されており、直流電圧を交流電圧へ変換する。

インバータ１２および１３は、ランプ１１の陽極１１３または陰極１１４それぞれと接続されており、トランスで昇圧した交流電圧（始動電圧ＶＳ）を陽極１１３または陰極１１４へ供給することによりランプ１１を点灯する役割を果たす。

ここでいう「始動電圧ＶＳ」とは、ランプ１１の点灯を開始させるために必要な電圧値を有する電圧である。

なお、インバータ１２および１３は、商用電力を整流回路により直流電圧へ一旦変換し、当該直流電圧を商用電力よりも高い周波数の交流電圧へ変換するものでもよい。

なお、以下では、インバータ１２と１３とが協働して陽極１１３〜陰極１１４間へ始動電圧ＶＳを印加する両側高圧方式である場合を例に挙げて説明する。この場合、インバータ１２は、スレーブインバータとして機能するインバータ１３が出力する始動電圧ＶＳの周波数を制御するマスタインバータとして機能する。なお、インバータ１２は、インバータ１３に対して、始動電圧ＶＳの周波数を制御するための制御信号ＳＳを出力する。

ヒータ１４は、ランプ１１の中央部分の外側の近傍に配置されている。ヒータ１４は、外部から供給された電気エネルギを用いて熱を発生する発熱体を具備しており、ランプ１１の中央部分の近傍を加熱する役割を果たす。

なお、本発明の点灯装置１においては、ヒータ１４を配置する位置がランプ１１の点灯始動特性に大きく影響を及ぼす。以下、ランプ１１とヒータ１４との位置関係について詳細に説明する。

両側高圧方式によりランプ１１を点灯させる場合、ランプ１１の中央部分の放電経路が最も形成されにくい。そのため、本発明の点灯装置１では、ヒータ１４をランプ１１中央に配置することが好適である。

より具体的には、ランプ１１の軸方向の全長が５０ｃｍである場合、ランプ１１の端から２５ｃｍの位置にヒータ１４を配置することが最も好ましい。

また、ヒータ１４が具備する発熱体の長さは、ランプ１１点灯時の消費電力を低減するために、ランプ１１の全長よりも短く構成されている。このような構成の下で、ランプ１１の点灯始動特性の改善効果をさらに得るためには、ＣＣＦＬの全長に対するヒータ１４が具備する発熱体の大きさの割合は、例えば、２０％程度でもよい。なお、上述したように、ヒータ１４の中央位置とランプ１１の中央位置とを一致させることが最も好ましい。

なお、ランプ１１の外部表面とヒータ１４の発熱体との間の配置については、ランプ１１の外部表面にヒータ１４の発熱体が直接触れないように配置すればよい。

ランプキャップ１５または１６は、ランプ１１が具備する陽極１１３または陰極１１４をそれぞれ保持するための保持機構を有しており、ランプ１１を点灯装置１へ装着する役割を果たす。

また、ランプキャップ１５は、陽極１１３と接触する端子を有し、陽極１１３とインバータ１２とを接続する。また、ランプキャップ１６は、陰極１１４と接触する端子を有し、陰極１１４とインバータ１３とを接続する。

つぎに、上記構成を有する点灯装置１が、ランプ１１を点灯する動作を説明する。

ヒータ１４を具備しない一般的な点灯装置では、低温時にランプ１１を点灯する際、両側高圧式のインバータ１２および１３により陽極１１３〜陰極１１４の間に印加される始動電圧が低温時（例えば、０℃以下）の始動電圧値よりも低い場合、ランプ１１の両端に設けられた電極付近の一部分しか放電しない場合がある。これは、ランプ１１の中央部分では希ガス原子ＧＡの気体温度が低く、希ガス原子ＧＡの圧力も低くなってしまうためである。

本発明の点灯装置１では、ヒータ１４が、ランプ１１の中央部分の近傍を加熱している。当該加熱により、ランプ１１中央部分の近傍におけるガラス管１１１内部の希ガス原子ＧＡの気体温度が上昇する。なお、ヒータ１４で過熱した際、ランプ１１の外部表面温度が、例えば、２５℃程度まで上昇するように加熱することが好ましい。

希ガス原子ＧＡの気体温度の上昇により、希ガス原子ＧＡの圧力も高くなる、つまり、希ガス原子ＧＡが有する運動エネルギも大きなものとなっている。

また、ヒータ１１でランプ１１を加熱した状態において、インバータ１２および１３は、陽極１１３と陰極１１４との間にランプ１１点灯用の始動電圧ＶＳを印加する。陽極１１３〜陰極１１４間に印加する始動電圧ＶＳの値は、本発明の点灯装置１においては常温時の始動電圧値でよい。

この場合、当該始動電圧ＶＳによりガラス管１１１内に電界が発生し、図３（ａ）に示すように、始動電圧ＶＳの印加前からガラス管１１１内にもともと存在する電子（以下、「初期電子ｅ₀」という）が加速される。

加速された初期電子ｅ₀は、ヒータ１４の加熱により大きな運動エネルギを有する希ガス原子ＧＡに衝突し、希ガス原子ＧＡを電離させる。

当該電離により、図３（ｂ）に示すように、ガラス管１１１の内部では正イオン化された希ガスイオンＧＩおよび電離電子ｅ_I（プラズマ）が発生する。このプラズマは、ガラス管１１１内で放電電流が通流する経路である「放電経路」としての役割を果たす。

さらに、希ガスイオンＧＩは陰極１１４へ向かって加速されて、陰極１１４へ衝突する。当該衝突により、図３（ｃ）に示すように、陰極１１４から２次電子ｅ_Sが放出される。

当該２次電子ｅ_Sは、インバータ１２および１３が印加している始動電圧ＶＳにより陽極１１３へ向かって加速され、希ガス原子ＧＡと衝突する。

当該２次電子ｅ_Sと希ガス原子ＧＡとの衝突によって、新たな希ガスイオンＧＩがさらに発生する。新たな希ガスイオンＧＩは、陰極１１４へ衝突し、陰極１１４からの新たな２次電子ｅ_Sの放出に寄与する。

また、図３（ｃ）に示した２次電子ｅ_Sがガラス管１１１内に封入された水銀原子ＨＧと衝突することにより、当該水銀原子ＨＧが励起される。励起された水銀原子ＨＧがエネルギを放出して基底状態に戻る際に、紫外線が放出される。そして、水銀原子ＨＧからの紫外線は蛍光体被膜１１２に照射され、ランプ１１から可視光が放出される。

なお、ランプ１１は、一旦点灯してしまえば、自己発熱により安定的に点灯状態を維持する。以上で、点灯装置１が、ランプ１１を点灯する動作が終了する。

以上説明したように、本発明によれば、点灯装置１は、ランプ１１を点灯する際、放電経路が形成されにくいランプ１１の中央部分の近傍を加熱するように構成されている。

当該加熱により、ランプ１１中央部分の近傍におけるガラス管１１１内部の温度上昇により、ガラス管１１１の圧力が高くなり希ガス原子ＧＡが有する運動エネルギも大きくなる。そのため、陰極１１４から２次電子ｅ_Sが放出されやすくなる。

さらに、陰極１１４からの２次電子ｅ_Sの放出が促進されることにより、当該２次電子ｅ_Sによる希ガス原子ＧＡの電離も促進される。このため、ランプ１１の中央部分においても、２次電子ｅ_Sの放電経路が形成されやすくなる。

つまり、ランプ１１の端部近傍だけでなく、ランプ１１の中央部分においても冷陰極アーク放電が発生しやすくなり、ランプ１１を正常に点灯させることが容易となる。

また、本発明によれば、ヒータ１４はガラス管１１１の中央部分の近傍を加熱するように構成されている。そのため、ヒータ１４のサイズを小型化することが可能となり、点灯装置１の小型化が容易となる。

また、本発明によれば、ヒータ１４が具備する発熱体を、ガラス管１１１全体ではなくガラス管１１１の中央近傍の一部に対応して配置するため、発熱体のサイズをより小型化することができる。そのため、ランプ１１点灯時の点灯装置１の電力消費を低減することが可能となる。

なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。

ヒータ１４を配置する位置は、ランプ１１の中央部分の近傍に限らず、ランプ１１を点灯する際に、放電が起こりづらい任意の箇所とするように構成してもよい。

ランプ１１を構成するガラス管１１１の外形が円筒状以外（例えば、円環状やＵ字状）である場合にも、本発明の点灯装置１による点灯が可能である。

ランプ１１の外形が円環状である場合、図４に例示するように、ランプ１１において放電が最も発生しにくい箇所に対応して、加熱用のヒータ１４を配置してもよい。

さらに、本発明の点灯装置１は、上述の両側高圧方式により始動電圧ＶＳをランプ１１へ印加する場合に限らず、片側高圧方式により始動電圧ＶＳを印加する場合にも適用可能である。

片側高圧方式では、インバータ１２または１３のどちらか一方を用いて、ランプ１１が具備する陽極１１３または陰極１１４のどちらか一方に、始動電圧ＶＳを印加する。

この場合、陽極１１３または陰極１１４のうちで始動電圧ＶＳが印加されない電極側（グラウンド）のガラス管１１１の端部にて、放電が最も起こりにくくなる。

そのため、例えば、陽極１１３側から始動電圧ＶＳをランプ１１へ印加する場合であれば、図５に示すように、ランプ１１が具備する陰極１１４側の端部近傍にヒータ１４を配置すればよい。

本発明の実施形態に従った点灯装置の構成を示す図である。図１に示したランプの構成を示す図である。（ａ）ヒータによる加熱中に、始動電圧を印加したときのランプ内部の第１の状態を示す図である。（ｂ）始動電圧を印加したときのランプ内部の第２の状態を示す図である。（ｃ）始動電圧を印加したときのランプ内部の第３の状態を示す図である。ランプの外形が円環状である場合の、点灯装置の構成の一例を示す図である。始動電圧の印加方式が片側高圧方式である場合の、点灯装置の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１点灯装置
１１ランプ
１１１ガラス管
１１２蛍光体被膜
１１３陽極
１１４陰極
１２、１３インバータ
１４ヒータ
１５、１６ランプキャップ

Claims

陽極と陰極とを有する冷陰極型の発光対象物を点灯する点灯装置であって、
前記発光対象物の外部の中央に設けられており、該発光対象物の長さよりも短い、該発光対象物を加熱するヒータと、
前記陽極と前記陰極との間に前記発光対象物を点灯させるための始動電圧を印加するインバータとを有する点灯装置。
陽極と陰極とを有する冷陰極型の発光対象物を点灯する点灯装置における点灯方法であって、
前記発光対象物の外部の中央に設けられており該発光対象物の長さよりも短いヒータにより、該発光対象物を加熱する処理と、
前記陽極と前記陰極との間に前記発光対象物を点灯させるための始動電圧を印加する処理とを有する点灯方法。