CN103987182B - 光源驱动装置、显示装置以及光源驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供抑制放电灯的寿命的降低的技术。光源驱动装置具有：供给单元，其向具有一对电极的放电灯供给高频的第1驱动信号、和比上述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号；和控制单元，其是控制上述供给单元，以使上述供给单元交替供给恒定时间的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号的控制单元，且是控制上述供给单元，以使上述供给单元在上述一对电极间的电压低于阈值的情况下，供给上述第1驱动信号的控制单元。

Description

光源驱动装置、显示装置以及光源驱动方法

技术领域

本发明涉及驱动放电灯的技术。

背景技术

已知将高压水银灯等放电灯作为光源使用的投影仪等显示装置。在这种显示装置中，光源的稳定动作是决定显示的图像的品质的重要因素之一。专利文献1公开了经由天线向放电容器内部供给电磁波，来防止放电容器的熔融的技术。专利文献2公开了在特定的定时进行使放电灯内的2个电极的一方作为阳极动作的期间的电能和作为阴极动作的期间的电能的比变化的控制，来抑制电极的熔融的技术。

专利文献1：日本特开2007-115534号公报

专利文献2：日本特开2010-114064号公报

发明内容

本发明提供一种抑制放电灯的寿命降低的技术。

本发明提供一种光源驱动装置，其具有：供给单元，其对具有一对电极的放电灯供给高频的第1驱动信号和比上述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号；控制单元，其是控制上述供给单元，以使上述供给单元交替供给恒定时间的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号的控制单元，该控制单元控制上述供给单元，以使上述供给单元在上述一对电极间的电压低于阈值的情况下，供给上述第1驱动信号。根据该光源驱动装置，与即便在电极间的电压低于阈值的情况下，还继续供给第2驱动信号的装置相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

在优选的方式中，上述控制单元控制上述供给单元，以使上述供给单元在上述一对电极间的电压低于上述阈值的情况下，从该时刻起交替供给上述恒定时间的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号。根据该光源驱动装置，每当电极间的电压低于阈值时，交替供给第1驱动信号和第2驱动信号。

在优选的方式中，上述控制单元控制上述供给单元，以使上述一对电极间的电压越大，供给上述第2驱动信号的时间越长。根据该光源驱动装置，与供给第2驱动信号的时间恒定的情况相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

在其它优选的方式中，上述阈值是比上述放电灯的放电开始时的上述一对电极间的电压小，且在比该电压低10V的电压以上。根据该光源驱动装置，与阈值为放电灯的放电开始时的电极间的电压以上的情况，以及阈值小于比放电灯的放电开始时的电极间的电压低10V的电压的情况相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

在其它优选的方式中，上述阈值小于比上述放电灯的放电开始时的上述一对电极间的电压低3V的电压，且在比上述放电灯的放电开始时的上述一对电极间的电压低7V的电压以上。根据该光源驱动装置，与阈值为比放电灯的放电开始时的电极间的电压低3V的电压以上的情况，以及阈值小于比放电灯的放电开始时的电极间的电压低7V的电压的情况相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

在其它优选的方式中，上述第1驱动信号的频率为1kHz以上。根据该光源驱动装置，第2驱动信号抑制放电灯的寿命的降低。

在其它优选的方式中，上述第2驱动信号包括多个频率成分。根据该光源驱动装置，与第2驱动信号仅包括单一频率成分的情况相比，能够搅拌在放电灯的内部产生的热。

另外，本发明提供一种显示装置，其具备：放电灯，其具有一对电极；供给单元，其对上述放电灯供给高频的第1驱动信号和比上述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号；控制单元，其是控制上述供给单元，以使上述供给单元交替供给恒定时间的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号的控制单元，该控制单元控制上述供给单元，以使上述供给单元在上述一对电极间的电压低于阈值的情况下，供给上述第1驱动信号；以及光调制器，其根据图像数据，对从上述放电灯输出的光进行调制。根据该显示装置，与即便在电极间的电压低于阈值的情况下，还继续供给第2驱动信号的装置相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

另外，本发明提供一种光源驱动方法，具有：对具有一对电极的放电灯交替供给高频的第1驱动信号和比上述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号的步骤；和在上述一对电极间的电压低于阈值的情况下，将上述第2驱动信号的供给切换成上述第1驱动信号的供给的步骤。根据该光源驱动方法，与即便在电极间的电压低于阈值的情况下，还继续供给第2驱动信号的装置相比，能够抑制放电灯的寿命的降低。

附图说明

图1是表示图像显示装置的硬件构成的图。

图2是表示灯的构造的示意图。

图3是表示电极间电压Vd的理想变化的图。

图4是表示驱动初期的电极间电压Vd的变化的图。

图5是例示驱动信号的图。

图6是例示驱动信号的频率成分的图。

图7是表示图像显示装置的动作的流程图。

图8是表示实施例以及比较例的试验结果的图。

具体实施方式

1.概要

图1是表示一实施方式的图像显示装置1的硬件构成的图。在该例子中，图像显示装置1是将与输入的影像信号对应的影像投射至屏幕（省略图示）的装置，即投影仪。图像显示装置1具有光源驱动装置10、电源20、灯30（光源）、光阀40、以及投射透镜50。灯30是成为投射的图像的光源的放电灯，在该例中是高压水银灯。

图2是表示灯30的构造的剖面示意图。灯30具有容器300、一对电极301（301a以及301b）、连接部件302、以及端子303。容器300是收纳灯30的各部的部件，内部具有空间sp。在空间sp密封有高压的水银气体。容器300由石英玻璃等玻璃或者透光性陶瓷等形成。电极301a以及301b被设置于空间sp。另外，电极301a和电极301b对置。电极301a和301b之间的距离（以下称“电极间距离d”）例如为1μm以上5mm以下。电极301具有芯棒3011、线圈部3012、末端部3013、以及突起3014。电极301是在芯棒3011上缠绕钨等电极线来形成线圈部3012，并通过对线圈部3012进行加热熔融来形成末端部3013。末端部3013是热容较大的区域。在灯30一次也未被点亮过时不形成突起3014，若对电极301供给交流电流（驱动信号），则形成突起3014。此外，突起3014在将灯30熄灭后依然被维持。连接部件302是连接电极301和端子303的导电性部件。端子303是用于向电极301供给电流的端子。

再次参照图1。电源20向光源驱动装置10供给直流电流。光源驱动装置10是使灯30点亮的装置。光源驱动装置10具有控制电路101、灯驱动电路102、以及电压测定电路103。控制电路101控制光源驱动装置10的各部。在该例中，控制电路101具有MCU（Micro ControlUnit：微控制单元）1011。MCU1011控制光源驱动装置10的各部，并且对输入的影像信号进行图像处理。MCU1011将实施了图像处理后的影像信号输出至光阀40。灯驱动电路102是将从电源20供给来的直流电流的极性切换成正或者负而生成交流电流，并将生成的交流电流供给给灯30的电路。电压测定电路103测定电极301a和电极301b之间的电压（以下称“电极间电压Vd”）。

光阀40是根据由MCU1011供给的影像信号，来调制从灯30发出的光的装置，例如是液晶面板。投射透镜50是将通过被光阀40调制出的光所显示的影像投射至屏幕的透镜。

灯30即高压水银灯的寿命是决定图像显示装置1的质量的重要因素之一。决定高压水银灯的寿命的重要因素主要是以下两点。

（a）电极间距离d的变化

（b）容器300的内部的黑化以及失透现象

以下，分别对这些现象进行说明。

1-1.对置电极的电极间距离的变化

若使高压水银灯持续点亮，则处于容器300的内部的电极301（末端部3013以及突起3014）熔融，电极间距离d变长。若电极间距离d变长，则电弧放电的形状变细长（即发光部的形状也变细长）。若发光部的形状变细长，则通过投影仪的整个光学系统输出至投射面的光束减少。其结果，显示的图像的亮度降低。

作为抑制电极间距离d变长的方法，有向高压水银灯供给低频（例如不到1kHz的频率）的交流电流的方法。已知若使用低频的交流电流来驱动高压水银灯，则电极反复熔融和凝固，从而变长的电极间距离d恢复而变短。此外，在该情况下，有时也对驱动频率设置定期的波动（即使用具有多个频率成分的驱动信号），对水银灯内部的高压气体进行热搅拌。

1-2.容器内部的黑化以及失透现象

若使用高压水银灯，则随着累积使用时间的经过，在容器300的内部附着来自电极301的飞散物质。其结果，容器300的内部渐渐黑化。黑化现象不仅使容器300的透光率降低，还因光在容器300的表面转换成热而导致容器300的温度上升。其结果，产生容器300白浊的失透现象，而进一步加速透光率的降低。作为抑制容器300的黑化以及失透的方法，已知有向高压水银灯供给高频（例如1kHz以上的频率）的交流电流的方法。

1-3.水银灯驱动的问题点

如已经说明的那样，通过使供给的交流电流的频率变化来分别抑制电极间距离d的变化以及黑化和失透现象。但是，在抑制电极间距离d的变化的交流电流是低频，而抑制黑化以及失透现象的交流电流是高频这点上，这些交流电流分别相反。因此，灯驱动电路102向灯30交替供给这些相反的交流电流。

图3是表示交替供给高频的交流电流和低频的交流电流的情况下的电极间电压Vd的理想变化的图。在图3中，横轴表示时间t，纵轴表示电极间电压Vd。在该例中，由于以恒流（有效电流恒定）驱动灯30，所以电极间电压Vd与电极间距离d成比例。即，电极间电压Vd大表示电极间距离d长，电极间电压Vd小表示电极间距离d短。电压V0表示开始向高压水银灯放电的时刻（以下称“放电开始时刻”）的电极间电压Vd。期间A表示通过灯驱动电路102供给高频的交流电流的期间。在期间A，随着时间的经过，电极间电压Vd变大（电极间距离d变长）。期间B表示通过灯驱动电路102供给低频的交流电流的时间。在期间B，随着时间的经过，电极间电压Vd变小（电极间距离d变短）。图3表示期间A和期间B分别以恒定的时间进行驱动的情况下的电极间电压Vd的理想变化。在图3所示的例子中，使期间A和期间B的时间最佳化，在期间A上升至电压V1的电极间电压Vd在期间B返回至电压V0。即，在期间A变长的电极间距离d在期间B恢复而返回至原来的长度。若像这样交替供给低频的交流电流和高频的交流电流，则分别抑制了电极间距离d的变化以及黑化和失透现象。

但是，在高压水银灯的驱动初期（从放电开始时刻起几小时或者几十小时），在供给低频的交流电流时容易形成突起3014（容易伸长）。因此，在高压水银灯的驱动初期，电极间距离d的变化率变动，难以使期间A和期间B的时间最佳化。

图4表示高压水银灯的驱动初期的电极间电压Vd的变化。在图4中，时刻t0表示放电开始时刻。图4表示期间A和期间B以图3所示的比率进行驱动的情况下的电极间电压Vd。如上所述，由于在高压水银灯的驱动初期容易形成突起3014，所以在经过了期间B的时刻的电极间电压Vd低于电压V0。例如，时刻t1（经过了第一周期的期间B的时刻）的电极间电压Vd是V2（＜V0），时刻t2（经过了第三周期的期间B的时刻）的电极间电压Vd是V3（＜V2）。若电极间电压Vd如图4所示那样变小，则流过电极301的负载电流增加而产生热。因此，在电极间电压Vd变得过小的情况下，引起容器300的黑化以及失透。本实施方式的图像显示装置1通过以下所述的处理应对灯30的驱动初期的黑化以及失透现象。

灯驱动电路102是向具有一对电极的放电灯（灯30）供给高频的第1驱动信号和比第1驱动信号的频率低的第2驱动信号的供给单元的一个例子。MCU1011是控制灯驱动电路102，使交替供给恒定时间的第1驱动信号和第2驱动信号的控制单元，且是控制灯驱动电路102，使在一对电极间的电压低于阈值的情况下，供给第1驱动信号的控制单元的一个例子。

2.动作

图5是例示在本实施方式中使用的驱动信号的图。在该例中，灯驱动电路102将高频的驱动信号i1、以及低频的驱动信号i2这两种驱动信号中的任意一种选择性地供给给灯30。高频例如指1kHz以上的频率，低频例如指不到1kHz的频率。驱动信号i1是用于抑制（或者减少）容器300的内部的黑化以及失透的信号。驱动信号i2是用于使变长的电极间距离d恢复（或者维持电极间距离d）的信号。在该例中，驱动信号i2包括包含直流成分的多种频率成分。

图6是例示驱动信号i2的频率成分的图。在图6中，纵轴表示电流，横轴表示时间。在该例中，驱动信号i2包括频率ω1的期间、频率ω2的期间、以及频率ω3的期间。另外，由于频率ω3的期间只是半个周期的长度（1／ω3／2），所以电流的极性在该期间不变化。这里，将其称为直流成分。在驱动信号i2，反复频率ω1的期间、频率ω2的期间、以及频率ω3的期间。频率ω3的期间在每隔一个周期进行正电流的期间和负电流的期间的切换。

图7是表示图像显示装置1的动作的流程图。图7的流程例如以图像显示装置1的电源接通为契机而开始。在步骤S101中，MCU1011控制灯驱动电路102，使将驱动信号i1供给给灯30。在步骤S102中，MCU1011判断是否经过了期间A。具体而言，MCU1011通过内置于光源驱动装置10的计时器来测量自供给驱动信号i1起的经过时间，判断经过时间是否超过了期间A。期间A的长度恒定（例如为15分钟）。在判断为经过了期间A的情况下（步骤S102：是），MCU1011使处理进入步骤S103。在判断为未经过期间A的情况下（步骤S102：否），MCU1011使处理进入步骤S101。

在步骤S103中，MCU1011检测电极间电压Vd。具体而言，MCU1011从电压测定电路103对表示电极间电压Vd的信号进行采样。在步骤S104中，MCU1011决定期间B的长度。具体而言，MCU1011将使电极间电压Vd和期间B的长度对应的数据存储在内置于MCU1011的存储器。MCU1011基于该数据决定期间B的长度。数据是以电极间电压Vd越大，期间B越长的方式预先设计程序。例如，在放电开始时刻的电极间电压Vd为70V的情况下，以在步骤S103检测出的电极间电压Vd为75V以下、75V以上且85V以下、85V以上且95V以下时，期间B的长度分别成5分钟、10分钟、15分钟的方式设计程序。

在步骤S105中，MCU1011控制灯驱动电路102，使向灯30供给驱动信号i2。在步骤S106中，MCU1011检测电极间电压Vd。在步骤S107中，MCU1011判断电极间电压Vd是否低于阈值Vth。阈值Vth是成为用于将驱动信号i2切换成驱动信号i1的基准的值。从有效抑制灯30的黑化以及失透（或者破损）的观点考虑，优选阈值Vth是比电极间电压V0小，且比电极间电压V0低10V的电压以上的值。并且，更加优选是小于比电极间电压V0低3V的电压，且为比电极间电压V0低7V的电压以上的值。例如，在灯30的电极间电压V0为70V的情况下，优选阈值Vth是60V以上且小于70V，更加优选是63V以上且小于67V。在判断为电极间电压Vd低于阈值Vth的情况下（步骤S107：是），MCU1011使处理进入步骤S101。在判断为电极间电压Vd不低于阈值Vth的情况下（步骤S107：否），MCU1011使处理进入步骤S108。

在步骤S108中，MCU1011判断是否经过了在步骤S104决定出的期间B。具体而言，MCU1011通过计时器来测量自供给驱动信号i2起的经过时间，判断经过时间是否超过了期间B。在判断为经过了期间B的情况下（步骤S108：是），MCU1011使处理进入步骤S101。在判断为未经过期间B的情况下（步骤S108：否），MCU1011使处理进入步骤S105。

根据本实施方式，若电极间电压Vd低于阈值Vth，则将供给给灯30的电流从驱动信号i2切换成驱动信号i1。因此，抑制电极间电压Vd在灯30的驱动初期变小，从而容器300黑化以及失透。另外，根据本实施方式，电极间电压Vd越大，供给驱动信号i2的期间B的长度越长。因此，即便在电极间距离d的变化率因使灯30长时间（数百小时或者数千小时）点亮而变化的情况下，也能够将期间A和期间B的时间的比率保持在最佳的状态。即，与期间A的长度和期间B的长度固定的情况相比较，能够抑制光源的寿命的降低。

3.实施例

接下来，对本发明的具体实施例进行说明。这里使用了下述构成的图像显示装置1。

实施例

放电灯的容器的构成材料：石英玻璃

放电灯内的密封物：水银

放电灯内的点亮时的气压：200atm

电极的构成材料：钨

额定功率：230W

放电开始时的电极间电压：70V

驱动信号i1的频率：3.5kHz

驱动信号i1的波形：矩形

期间A：15分钟

驱动信号i2的频率：包括300Hz以下的多个频率成分

驱动信号i2的波形：矩形

期间B：15分钟（但若电极间电压低于阈值，则切换成驱动信号i1。另外，在本实施例中，省略了步骤S103以及步骤S104的处理。）

电极间电压的阈值：65V

比较例

除了期间B为15分钟而恒定这一点外，与实施例相同。

图8是表示实施例以及比较例的试验结果的图。在图8中，实线L1表示实施例中的电极间电压Vd的随时间变化，虚线L2表示比较例中的电极间电压Vd的随时间变化。如图8所示，在实施例以及比较例中，期间A以及期间B的周期被重复五次，在第六个周期的时刻t3，电极间电压Vd低于65V。在比较例中，在时刻t3以后，期间A和期间B的周期导致电极间电压Vd继续降低。与此相对，在实施例中，抑制了在时刻t3以后，电极间电压Vd进一步降低。

4.变形例

本发明并不局限于上述的实施方式，能够实施各种变形。以下，对几个变形例进行说明。也可以将以下变形例中的两个以上的变形例组合来使用。

灯30的构造并不局限于上述的实施方式所记载的构造。例如，在上述的实施方式中，对灯30为高压水银灯的例子进行了说明，但灯30也可以是金属卤化物灯等高压水银灯以外的放电灯。

在上述的实施方式中，对高频的驱动信号i1仅包括单一的频率成分的情况进行了说明，但驱动信号i1也可以包括多个频率成分。另外，驱动信号i2的具体例并不局限于在实施方式中所说明的。例如，驱动信号i2也可以包括两个或者四个以上的频率成分，还可以仅包括单一的频率成分。

在上述的实施方式中示出的期间A或者期间B的长度只是一个例子，期间A或者期间B的长度并不局限于此。

图像显示装置1的动作并不局限于图7所示的动作。例如，也可以在向灯30供给驱动信号i1之前供给驱动信号i2。在该情况下，图7的步骤S101以及步骤S102的处理是在步骤S103至步骤S108的处理之后进行。在其它的例子中，在步骤S103检测电极间电压Vd的定时并不局限于期间A末期。只要在期间A的期间内，可以在任意的定时进行步骤S103的电极间电压Vd的检测。

图像显示装置1并不局限于投影仪。只要是将放电灯作为光源使用的装置，则图像显示装置1也可以是投影仪以外的装置。

附图标记

1…图像显示装置，10…光源驱动装置，20…电源，30…灯，40…光阀，50…投射透镜，101…控制电路，1011…MCU，102…灯驱动电路，103…电压测定电路，300…容器，301…电极，302…连接部件，303…端子，3011…芯棒，3012…线圈部，3013…末端部，3014…突起。

Claims (10)

1.一种光源驱动装置，其特征在于，具有：

供给单元，其对具有一对电极的放电灯供给高频的第1驱动信号、和比所述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号；和

控制单元，其是控制所述供给单元，以使所述供给单元交替供给所述第1驱动信号和所述第2驱动信号的控制单元，其中，所述第1驱动信号是恒定时间的驱动信号，

所述控制单元控制所述供给单元，以使所述供给单元在所述一对电极间的电压低于阈值的情况下，或者所述一对电极间的电压不低于所述阈值而供给所述第2驱动信号的时间超过规定时间的情况下，从所述第2驱动信号切换为所述第1驱动信号。

2.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述控制单元控制所述供给单元，以使所述供给单元在所述一对电极间的电压低于所述阈值的情况下，从该时刻起交替供给所述恒定时间的所述第1驱动信号和所述第2驱动信号。

3.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述控制单元控制所述供给单元，以使所述一对电极间的电压越大，供给所述第2驱动信号的时间越长。

4.根据权利要求2所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述控制单元控制所述供给单元，以使所述一对电极间的电压越大，供给所述第2驱动信号的时间越长。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述阈值比所述放电灯的放电开始时的所述一对电极间的电压小，且在比该电压低10V的电压以上。

6.根据权利要求5所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述阈值小于比所述放电灯的放电开始时的所述一对电极间的电压低3V的电压，且在比所述放电灯的放电开始时的所述一对电极间的电压低7V的电压以上。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述第1驱动信号的频率为1kHz以上。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述第2驱动信号包括多个频率成分。

9.一种显示装置，其特征在于，具有：

放电灯，其具有一对电极；

供给单元，其对所述放电灯供给高频的第1驱动信号和比所述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号；

控制单元，其是控制所述供给单元，以使所述供给单元交替供给所述第1驱动信号和所述第2驱动信号的控制单元，其中，所述第1驱动信号是恒定时间的驱动信号；以及

光调制器，其根据图像数据对从所述放电灯输出的光进行调制，

所述控制单元控制所述供给单元，以使所述供给单元在所述一对电极间的电压低于阈值的情况下，或者所述一对电极间的电压不低于所述阈值而供给所述第2驱动信号的时间超过规定时间的情况下，从所述第2驱动信号切换为所述第1驱动信号。

10.一种光源驱动方法，其特征在于，具有：

对具有一对电极的放电灯供给高频的第1驱动信号和比所述第1驱动信号的频率低的第2驱动信号的步骤；和

在所述一对电极间的电压低于阈值的情况下，或者所述一对电极间的电压不低于所述阈值而供给所述第2驱动信号的时间超过规定时间的情况下，从所述第2驱动信号的供给切换为所述第1驱动信号的供给的步骤。