CN101507364A - 电介质阻挡放电灯点亮装置 - Google Patents

Abstract

电介质阻挡放电灯点亮装置，具备在一端配置内部电极(2)的多个电介质阻挡放电灯(1)、外部电极(3)、向内部电极(2)和外部电极(3)之间外加电压使电介质阻挡放电灯(1)发光的点亮电路(4a、4b)。多个电介质阻挡放电灯(1)，被平行地配置。进而，多个电介质阻挡放电灯(1)被使它们的内部电极的位置在邻接的电介质阻挡放电灯之间成为不同的一侧，每隔一个电介质阻挡放电灯则成为相同的一侧地配置。点亮电路(4a、4b)，在外加给邻接的电介质阻挡放电灯的高频电压之间设置相位差，给各电介质阻挡放电灯外加高频电压后，使电介质阻挡放电灯发光。

Description

电介质阻挡放电灯点亮装置

技术领域

[0001]

本发明涉及利用电介质阻挡放电点亮的外部电极式的放电灯点亮装置，更具体地说，涉及使外加近似矩形波电压，在近似矩形波电压的电压值变化时，利用流过的脉冲电流点亮的使电介质阻挡放电灯点亮的点亮装置。

背景技术

[0002]

近几年来，作为液晶显示器等的背景灯，对于利用电介质阻挡放电点亮的外部电极式的稀有气体放电灯的研究，方兴未艾。这时因为稀有气体放电灯不需要水银，所以不会使发光效率随着水银蒸汽压的上升而下降，而且不会污染环境的缘故。

[0003]

在利用电介质阻挡放电的点亮动作中，由于利用通过外加驱动电压使电介质层充电，驱动电压反向时产生高压而引起放电的作用，所以作为驱动电压，使用高频的矩形波电压。另外，电介质阻挡放电的特征在于：由于灯管的负荷特性成为电容性的正特性，所以能够用一个点亮电路使多个灯管并列点亮。

[0004]

专利文献1公开了利用电介质阻挡放电的放电灯点亮装置的一个例子。图7表示专利文献1公开的放电灯点亮装置的结构。图7(a)是表示放电灯点亮装置的结构的平面图，图7(b)是表示放电灯点亮装置的背面侧的结构的平面图图7(c)是表示放电灯点亮装置的图7(a)中的剖面图。

[0005]

在图7(a)、(b)、(c)中，放电灯点亮装置包含反射板101、在反射板101上配置的外部电极102、以与外部电极102接触的状态在反射板101上配置的放电灯103。放电灯103，具有其一端被密封的内部电极104。进而，放电灯点亮装置还包含在外部电极102和内部电极104之间外加高频电压，旨在使放电灯103点亮的点亮电路105。点亮电路105和内部电极104被耐高压电线106电连接。

[0006]

反射板101，具有反射放电灯103发出的光的功能。在反射板101中，设置着旨在装入放电灯103的槽，用粘接剂及粘接带等将放电灯固定在那里。通过印刷等，在反射板101上形成外部电极102，该外部电极102被与放电灯103的管轴方向正交地配置。通过引出线作媒介，外部电极102与点亮电路105的低压输出，被固定为GND电位。

[0007]

放电灯103用透光性的材料(例如硼硅玻璃)形成发光管，作为放电气体，用2kPa～35kPa左右的压力范围，将以Xe为主成份的气体封入其内部。另外，在发光管的内壁获，涂敷RGB被分别适当地调和的荧光体，以便能够获得所需的光。内部电极104，例如用镍及铌等金属形成，通过引出线作媒介，与点亮电路105的高压输出连接。点亮电路105用使用升压变压器的推挽方式及半电桥方式等的反向器电路构成，将输入的直流电压变换成高频电压(例如20kHz3kVp—p)的矩形波电压。

[0008]

下面，讲述这种现有技术的放电灯点亮装置的动作。使电源(未图示)ON后，点亮电路105就产生矩形波的高频高电压。在被外加外部电极102和内部电极104给高频高电压的作用下，发光管内产生放电。开始放电后，放电用气体——Xe受激发光，产生172nm的紫外线。产生的紫外线，被发光管内壁的荧光体变换成可见光。来自放电灯103的可见光，被反射板101反射，通过扩散板、透镜薄片等(未图示)后成为均匀的面光源，被作为液晶背景灯使用。

[0009]

专利文献1：JP特开2003—168304号公报

[0010]

可是，近几年来，30英寸左右的液晶TV急剧大型化，还要求40英寸以上的尺寸。伴随着液晶TV的大型化，作为液晶背景灯使用的光源需要更大的尺寸。

[0011]

众所周知：一般来说，在利用内部—外部电极方式的电介质阻挡放电的放电灯点亮装置中，灯管电压(点亮开始电压)与灯管的长度息息相关。这是因为为了在离内部电极较远的位置也产生等离子体，需要产生更强的电场的缘故。

[0012]

就是说，存在着为了满足大型液晶TV的需要，灯管电压变得非常高的课题。

[0013]

灯管电压变高后，特别是在点亮电路中的绝缘对策趋于复杂，出现点亮电路大型化、制造成本上升等弊端。

发明内容

[0014]

本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供能够降低灯管电压的电介质阻挡放电灯的点亮装置。

[0015]

本发明涉及的电介质阻挡放电灯点亮装置，具备：多个电介质阻挡放电灯，这些电介质阻挡放电灯在发光管的一端具有内部电极；外部电极，该外部电极配置在电介质阻挡放电灯的放电空间之外；点亮电路，该点亮电路向内部电极和外部电极之间外加高频电压，使多个电介质阻挡放电灯发光。多个电介质阻挡放电灯，被平行地而且各电介质阻挡放电灯的内部电极的位置在邻接的电介质阻挡放电灯之间成为不同的一侧、每隔一个电介质阻挡放电灯则成为相同的一侧地配置。点亮电路在外加给邻接的电介质阻挡放电灯的高频电压之间设置相位差，给各电介质阻挡放电灯外加高频电压。

[0016]

采用上述点亮装置后，由于在邻接的电介质阻挡放电灯之间存在高频电压的相位差，所以能够降低点亮时的灯管电压。

[0017]

高频电压的相位差，可以是180度。采用这种结构后，能够更加显著地降低灯管电压。

[0018]

另外，电介质阻挡放电灯之间的间隔，可以为50mm以下。采用这种结构后，能够更加显著地降低灯管电压。

[0019]

采用本发明后，在给具有内部电极的多个电介质阻挡放电灯外加高频电压使其发光的放电灯点亮装置中，由于在邻接的电介质阻挡放电灯之间存在高频高电压的相位差，所以能够降低灯管电压。这样，就获得可以作为各种用途的光源使用优异的效果。

附图说明

[0020]

图1是本发明的实施方式涉及的放电灯点亮装置的结构图。

图2是本发明的实施方式涉及的放电灯的结构图。

电介质阻挡放电灯1，例如具有图2所示的结构。

图3是本发明的实施方式涉及的放电灯点亮装置的电路图。

图4是本发明的实施方式涉及的放电灯点亮装置的输出波形图((a)点亮电路4a的输出电压波形，(b)点亮电路4b的输出电压波形)。

图5是表示对于并列配置的电介质阻挡放电灯的外加电压的相位差而言的灯管电压的测量值。

图6是表示外部电极形状的另一个例子的图形。

图7是现有技术的放电灯点亮装置的结构图。

符号说明

[0021]

1电介质阻挡放电灯

2内部电极

3外部电极

4a、4b点亮电路

5发光管

6荧光体

7直流电源

8驱动电路

9、10FET

11升压变压器

具体实施方式

[0022]

下面，参照附图，讲述本发明涉及的实施方式。

[0023]

图1(a)是表示本发明的实施方式涉及的放电灯点亮装置的结构的平面图，图1(b)是图1(a)中的a～a线上的剖面图。

[0024]

本实施方式涉及的电介质阻挡放电灯点亮装置，具备：多个(例如32个)电介质阻挡放电灯1，这些电介质阻挡放电灯1在一端配置内部电极2；外部电极3，该外部电极3被各电介质阻挡放电灯共同配置；2个点亮电路4a、4b，这2个点亮电路4a、4b向内部电极2和外部电极3之间外加高频电压，使电介质阻挡放电灯1发光。

[0025]

电介质阻挡放电灯1，例如具有图2所示的结构。电介质阻挡放电灯1，包含圆筒状的发光管5。发光管5用在可见光(380nm～770nm)中的透光率优异的硼硅玻璃形成，具有外径3mm、内径2mm、长度370mm的圆筒状。作为放电气体，将以氙为主成份的混合气体封入发光管5中，该封入压力例如是20kPa。作为氙以外的混合气体成分，可以选用氦、氖、氩、氪等稀有气体。氙和其它气体例如以6：4混合。

[0026]

在发光管5的内表面，涂敷荧光体6。在发光管5的一端，配置镍、铌等金属制造的内部电极2，被引出线引导到发光管5的外部。

[0027]

电介质阻挡放电灯1，如图1(b)所示，离开外部电极3地配置。利用隔片调整垫(未图示)，使电介质阻挡放电灯1和外部电极3的距离例如为5mm、电介质阻挡放电灯之间的距离例如为22mm。用白色或透明的树脂等制作隔片调整垫，以免吸收光。

[0028]

外部电极3用具有导电性的金属材料例如铝平板构成，具有旨在将来自电介质阻挡放电灯的光向前面反射的反射功能。例如通过在铝平板表面蒸镀银等后，简单地构成反射功能。

[0029]

图3示出点亮电路4a的结构的一个例子。在图1中，将电介质阻挡放电灯1作为32个。但是在图3中，为使说明简洁，只绘出1个电介质阻挡放电灯。

[0030]

点亮电路4a是推挽方式的反向器电路。点亮电路4a包含直流电源7、驱动电路8、开关元件——FET9、10、升压变压器11。直流电源7、FET9、10与升压变压器11的1次线圈连接。驱动电路8向FET9、10输出栅极信号，使FET9、10交替地ON/OFF。驱动电路8可以用市场上销售的IC等构成。升压变压器11将来自直流电源7的直流电压变换成矩形波的高频电压。升压变压器11的2次线圈的一端与电介质阻挡放电灯1的内部电极2连接，另一端在与外部电极3连接的同时，还与GND连接。此外，这时的频率依存于驱动电路8的输出信号的频率，例如是20kHz。另外，升压比依存于升压变压器11的1次线圈和2次线圈的匝数比，例如将直流24V变换成6kVp—p的矩形波电压。这时，升压变压器11的输出电压未必成为理想的矩形波，由于受到升压变压器11的漏泄电感、寄生电容等的影响，包含一些瞬变。所述6kVp—p表示包含瞬变的peak to peak的值。

[0031]

点亮电路4b，基板上具有和点亮电路4a相同的结构，不同之处在于点亮电路4b的输出的电压波形的相位，成为和点亮电路4a的输出的电压波形的相位相反的相位。为了输出相反的相位的电压波形，例如使供给点亮电路4b侧的FET的栅极信号与供给点亮电路4a侧的FET的栅极信号相反后，就能够简单地实现。

[0032]

图4示出来自点亮电路4a、4b的输出电压波形的一个例子。

[0033]

在上述结构中，点亮电路4a、4b向电介质阻挡放电灯1的内部电极2和外部电极3之间，外加矩形波的高频电压。这样，矩形波的高频电压的电压值变化时即极性反向时，脉冲电流就流入内部电极2和外部电极3之间，在电介质阻挡放电灯1内产生电介质阻挡放电。这时，发光管5与电介质阻挡放电灯1和外部电极3的间隙，作为电介质发挥作用。开始电介质阻挡放电后，封入发光管5内的氙被电子激励，放射紫外线。紫外线被发光管5的内壁涂敷的荧光体6变换成可见光，电介质阻挡放电灯1发光。一般地说，在采用使用氙的电介质阻挡放电的点亮动作中，与正旋波电压相比，用矩形波电压点亮后，氙的受激发光增加，放出更多的紫外线，所以发光效率优异。

[0034]

在本实施方式中，由于在电介质阻挡放电灯1点亮时，分别向邻接的电介质阻挡放电灯1外加反相位的电压波形，所以即使用比较低的灯管电压，也能输入规定的电力。

[0035]

在这里，根据实验结果，详细讲述外加反相位的电压波形能够降低灯管电压的理由。

[0036]

实验测量了用100W将32个电介质阻挡放电灯点亮时的灯管电压。实验使用的电介质阻挡放电灯，是在外径3mm、内径2mm、长度370mm的发光管5一端密封Ni制的盖筒电极、封入140Torr氙气的灯管。在铝平板的外部电极上，以22mm间隔、外部电极和电介质阻挡放电灯的距离为5mm地配置32个该电介质阻挡放电灯。外加给内部电极—外部电极之间的电压是20kHz的矩形波电压。测量结果见图5。

[0037]

在图5中，作为一个例子，示出下述4种结构的灯管电压。

[表1]

 

结构	点亮电路4a、4b的输出电压的电位差	内部电极的配置
			(a)	0度(同相位)	相同侧
(b)	180度(反相位)	交替
			(c)	180度(反相位)	相同侧
(d)	90度	交替

[0038]

由图5可知：尽管输入电介质阻挡放电灯1的总功率恒定为100W，但是在邻接的电介质阻挡放电灯之间外加的高频电压的相位错开90度后(结构(d))，与同相位时(结构(a))相比，灯管电压大约降低10％。另外，在邻接的电介质阻挡放电灯之间外加的高频电压为反相位(结构(b)、(c))后，与同相位时(结构(a))相比，灯管电压大大降低。特别是在交替配置内部电极的结构(b)中，灯管电压大约降低20％。

[0039]

灯管电压下降的原因，推测如下。

[0040]

可以将电介质阻挡放电灯等效电路地视为电容器。就是说，外加电压后，在电压的极性的作用下，正或负电荷被电介质阻挡放电灯充电。由于在电荷之间，引力或斥力因其极性而发挥作用地产生电场，所以各电介质阻挡放电灯受到来自邻接的电介质阻挡放电灯的电场的影响。

[0041]

象结构(a)那样，将同相位的电压外加给所有的电介质阻挡放电灯时，由于同极性的电荷被所有的电介质阻挡放电灯充电，所以各电介质阻挡放电灯内的电荷，在来自邻接的电介质阻挡放电灯的电场的影响下，受到斥力的作用。可以认为该斥力起着妨碍电介质阻挡放电灯内的电荷移动的作用。因此，使外加给内部电极和外部电极之间的灯管电压较低后，就不能向电介质阻挡放电灯输入点亮所需的规定的功率。

[0042]

另一方面，象结构(b)、(c)那样，在邻接的电介质阻挡放电灯之间外加反相位的电压时，与邻接的其它电介质阻挡放电灯反极性的电荷，被各电介质阻挡放电灯充电。因此，各电介质阻挡放电灯内的电荷，在来自邻接的电介质阻挡放电灯的电场的影响下，受到引力的作用。可以认为该引力和上述情况相反，起着促进电介质阻挡放电灯内的电荷移动的作用。

[0043]

特别是象结构(b)那样，其配置位置每隔一个交替地配置内部电极时，由于向邻接的电介质阻挡放电灯外加反相位的电压，所以由这些灯管的内部电极产生基本上沿着灯管轴的电场。在邻接的电介质阻挡放电灯产生的这种电场的影响下，在各电介质阻挡放电灯中，产生使电荷进行离开内部电极的移动的力。这样，更多的电荷就比较容易在较低的电压的作用下移动。由于这些原因，外加反相位的电压时，能够实现最大约为20％的大幅度的灯管电压的下降。

[0044]

另一方面，象结构(c)那样的内部电极位于同一侧时，与结构(b)那样的内部电极被交替地配置时相比，灯管电压下降程度略低。内部电极被交替地配置时，如上所述，产生基本上沿着灯管轴的电场。与此不同，内部电极位于同一侧时，产生基本上与灯管轴正交的电场。由于产生的这种电场的朝向的差异，灯管电压下降程度出现了差异。

[0045]

另外，象结构(b)那样，交替地配置内部电极时，由于产生基本上沿着灯管轴的电场，所以还能够看到下述次要的效果：各电介质阻挡放电灯在灯管轴方向上比较均匀地发光。因此，与将内部电极配置在同一侧相比，以交替地配置内部电极为佳。

[0046]

此外，为了获得降低灯管电压的效果而使点亮电路4a、4b的输出电压产生的相位差，不局限于90度或180度。只要稍微有点相位差，就可以获得降低灯管电压的效果。下面，讲述其理由。

[0047]

分析邻接的电介质阻挡放电灯1之间产生的引力或斥力的时间比例后，能够推定设置相位差后外加电压时的灯管电压的降低的程度。就是说，上述同相位(相位差＝0度)时，斥力在一个周期中所有的时间发挥作用，所以灯管电压最高；而反相位(相位差＝180度)时，引力在一个周期中所有的时间发挥作用，所以灯管电压最低。相位差为0度(同相位)和180度(反相位)以外时，灯管电压按照引力和斥力发挥作用的时间比例，成为同相位时的灯管电压和反相位时的灯管电压之间的电压。例如相位差为90度时。在一个周期中的一半的时间里引力发挥作用，其余的一半的时间里斥力发挥作用，所以灯管电压成为同相位和反相位时的大致中间的灯管电压。

[0048]

因此，由于只要稍微存在相位差，就存在引力发挥作用的时间，所以与同相位时相比，可以获得灯管电压更低的效果。但是，为了充分获得降低灯管电压的效果，最好使引力发挥作用的时间至少为一个周期中的一半以上。因此，最好使相位差为90度以上、270度以下。

[0049]

由于灯管电压较低后，能够降低来自点亮电路4a、4b的输出电压，所以特别能够期待升压变压器11的小型化、低成本化。另外，由于在构成点亮电路4a的部件中，升压变压器11比较大型而且昂贵，所以还能够期待点亮电路4a的小型化、低成本化。

[0050]

此外，在本实施方式中，使电介质阻挡放电灯1为外径3mm、内径2mm、长度370mm。但不局限于这种形状，还可以采用其它形状。另外，使内部电极2为镍制，但例如也可以用铌等其它电极材料。其形状虽然示出盖筒的形状，但也可以是棒状等其它形状。另外，发光管16采用硼硅玻璃形成，但也可以用纳玻璃、石英玻璃等其它材料构成。

[0051]

另外，外部电极3为铝制，但例如也可以用铜、铁等金属制造。另外，外部电极3未必非要具有反射功能，可以采用用反射薄片实现反射功能的结构。另外，使外部电极3作为平板，但也可以采用其它的形状，例如可以采用图6所示的那种波纹结构。另外，将外部电极作为各电介质阻挡放电灯1共同的一个外部电极，但是只要被电气性连接，也可以是多个外部电极。不过，如图1或图6所示，从组装液晶背景灯时的容易程度的观点上说，采用各电介质阻挡放电灯1共同的一个较大的外部电极3的方法有利。另外，从抑制噪声的观点上说，采用各电介质阻挡放电灯1共同的一个较大的外部电极3的方法也有利。这是因为在噪声源——被外加高电压的电介质阻挡放电灯1的附近，配置GND电位较大的外部电极3后，具有降低辐射噪声的效果的缘故。

[0052]

另外，使电介质阻挡放电灯1和外部电极3的距离为5mm。但是从电介质阻挡放电灯1的发光效率的观点上说，最好为20mm以下。此外，电介质阻挡放电灯1和外部电极3的距离越大，作用于在该电介质阻挡放电灯1和外部电极3之间产生的空间的电压就越大，所以灯管电压增大。因此，本申请的发明在电介质阻挡放电灯1和外部电极3之间设置空间后配置的电介质阻挡放电灯点亮装置中，特别有效。

[0053]

另外，使电介质阻挡放电灯1之间的距离为22mm，但是并不局限于该距离。由于这时受到邻接的电介质阻挡放电灯1的影响的程度，随着电介质阻挡放电灯1之间的距离变化，所以电介质阻挡放电灯1之间的距离越短，灯管电压就越低。另一方面，现有技术的将同相位的电压外加给所有的电介质阻挡放电灯1时，电介质阻挡放电灯1之间的距离越短，灯管电压却反而越高。就是说，由于电介质阻挡放电灯1之间的距离越短，越能够相对性地加大降低灯管电压的效果，为了充分发挥该降低灯管电压的效果，最好使电介质阻挡放电灯1之间的距离为50mm以下。

[0054]

另外，该电介质阻挡放电灯1之间的距离与液晶背景灯的厚度息息相关。液晶显示器因其薄型而受人青睐。但是始终具有进一步薄型化的要求，液晶背景灯的薄型化成为大势所趋。作为将液晶背景灯变薄的手段，例如可以通过增加电介质阻挡放电灯1的数量、缩短灯管和光学部件(扩散板、透镜薄片等，但是在本说明书中没有绘出)的距离来实现的方法。由于增加电介质阻挡放电灯1的数量和缩短电介质阻挡放电灯1的距离，所以如上所述，能够扩大可以降低灯管电压的效果。就是说，为了实现液晶背景灯的薄型化而增加电介质阻挡放电灯1的数量时，本申请的发明更加有效

[0055]

另外，使放电用气体的封入气压为20kPa，但是也可以是其它的气压，只要在5～35kPa左右的范围内即可。

[0056]

另外，使电介质阻挡放电灯1为32个，但毫无疑问，并不局限于该个数。

[0057]

另外，点亮电路4a、4b采用推挽方式，但也可以采用其它结构，例如可以采用半电桥方式、全电桥方式等。另外，能够用电池、斩波器电路等简单地构成直流电源7。还可以取代双极型晶体管、IGBT等使用FET9、10。另外，使驱动频率为20kHz，但也可以是其它频率，从发光效率的观点上说，只要是5～30kHz就行。另外，使升压变压器5的输出电压为6kVp—p，但是该值随着电介质阻挡放电灯1的长度、封入气压等的设计要素变化，毫无疑问也可以根据电介质阻挡放电灯1采用其它的值。

[0058]

综上所述，采用本发明后，在使多个内部—外部电极方式电介质阻挡放电灯点亮的电介质阻挡放电灯点亮装置中，使向邻接的电介质阻挡放电灯的内部电极外加的电压波形的相位成为反相位，从而能够降低灯管电压，实现点亮电路的小型化、低成本化。这样，本发明涉及的电介质阻挡放电灯点亮装置，在液晶显示器等的背景灯用光源、复印机、扫描器用的光源、杀菌、UV洗涤用的紫外线光源等中，大有用处。

Claims (3)

1、一种电介质阻挡放电灯点亮装置，其特征在于，具备：

多个电介质阻挡放电灯，这些电介质阻挡放电灯在发光管的一端具有内部电极；

外部电极，该外部电极配置在所述电介质阻挡放电灯的放电空间之外；和

点亮电路，该点亮电路向所述内部电极和所述外部电极之间施加高频电压，使所述多个电介质阻挡放电灯发光，

所述多个电介质阻挡放电灯，平行配置，而且各电介质阻挡放电灯的内部电极的位置，在邻接的电介质阻挡放电灯之间为不同的一侧、而每隔一个电介质阻挡放电灯则为相同的一侧，

所述点亮电路，在施加给邻接的电介质阻挡放电灯的高频电压之间设置相位差，给各电介质阻挡放电灯施加所述高频电压。

2、如权利要求1所述的电介质阻挡放电灯点亮装置，其特征在于：所述相位差是180度。

3、如权利要求1或2所述的电介质阻挡放电灯点亮装置，其特征在于：所述多个电介质阻挡放电灯之间的间隔，为50mm以下。

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