CN1510488A

CN1510488A - 照明装置

Info

Publication number: CN1510488A
Application number: CNA2003101233890A
Authority: CN
Inventors: ʿ; 武田雄士; G; 高木将実; 中野浩辉; 栗田贵好; 平尾智将
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: KR100541299B1; KR20040055663A; US6914391B2; JP2004200127A; US20040125599A1; CN1276690C; TWI247949B; TW200413791A

Abstract

电流导体层作为电极(21、26)配设在两端外周面上，通过高频电源(81、82)将高频电压外加至由水银及稀有气体作为注入剂封入的管状玻璃灯容器(10)构成的电介质势垒放电型低压放电灯(1)的两端的电极之间，从而使灯进行放电点灯，将高频的正弦波电压用浮动方式(两高压方式)进行外加与将矩形波电压进行外加的场合相比，在低频的正弦波电压下能有效地使放电灯点灯。本发明能使封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯(EEFL)在较佳的条件下点灯驱动。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及适用于高亮度液晶显示装置用的背光等的照明装置。

背景技术

作为要求高亮度、高效率的个人计算机(パ一ソナルコンピュ一タ)用液晶监视器用或液晶电视用的背光光源，一般使用封入水银的冷阴极低压放电灯。该冷阴极低压放电灯是在管壁上形成荧光体层的管状玻璃灯容器中封入作为放电媒体的水银及稀有气体、另外在灯容器内的两端部设置冷阴极而成。这种冷阴极低压放电灯的点灯方式是使用正弦波电源输出的高频电源将高频的正弦波电压外加于两个冷阴极间。

但是，液晶电视用的背光光源需要450cd/m以上的高亮度。为了满足该要求，使用在导光板的正下方具有10多根灯的正下型背光。在使用上述冷阴极低压放电灯作为该背光装置用的灯的场合，1台高频电源即逆变器(ィンバ一タ)只能使1根灯点灯。因此，需要与灯的根数相同个数的逆变器，导致逆变器的成本增加。

为了解决该问题，开发了具有在玻璃灯容器的两端外周设置由电流导体层构成的外部电极的结构的电介质势垒(バリァ)放电型低压放电灯的低成本的液晶电视用背光光源。

该封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯具有如下结构：在管状玻璃灯容器的内壁上形成荧光体层，内部封入水银及稀有气体，在玻璃灯容器的两端外周设置由电流导体层构成的外部电极。

这种封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯在输出端子之间产生频率为50Hz的正弦波电压，由输出端子的一端接地的逆变器点灯。该放电灯由1台逆变器同时对多根灯进行点灯，能降低背光装置的逆变器的成本。

但存在以下问题即，由于对这种封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯时灯电压超过2000Vrms，故从与逆变器的高电压侧输出端子连接的灯的外部电极产生电晕放电，其结果产生臭氧。

而且，在将这种封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯与不含水银的、封入氙气的电介质势垒放电型低压放电灯的点灯用高频电源相同地用矩形波电压进行点灯的场合，存在与正弦波电压点灯相比效率下降的问题。

另一方面，近年来对于液晶显示装置为使显示面板中的显示画面的面积最大化，就得使显示画面周围的显示面板边缘部的面积狭窄，即所谓的要求边缘狭窄化。应对这种要求的背光照明装置用的放电灯的结构要求玻璃管两端部的电极长度缩短，使放电灯的有效长度变长。

一般来说，一旦电介质势垒放电型低压放电灯的外部电极长度缩短，则管电流下降，从而亮度下降。因此，即使缩短外部电极长度也需要得到足够的管电流，为此有两种对策。其一，提高管电压，其二，增加逆变器的振荡频率。对于后者的对策，因变压器的限制而难以实现。因此，以往采用前者的提高管电压的对策。

但是，在此场合，比如在将电极长度缩短至10mm的电介质势垒放电型低压放电灯中，为了得到4mA的管电流，需要外加电极长度为20mm的电介质势垒放电型低压放电灯中为得到4mA管电流所需的电压的1.7倍左右的电压。其结果，存在管电压超过2000Vrms、因上述电晕放电而从电极部产生臭氧的问题。

另外，对于放电灯的进一步的亮度化，因变压器特性的限制而无法提高振荡频率，故需要提高管电压，但由此导致频繁地产生臭氧。

由此，以往，为了使背光照明装置高亮度化，除了延长电介质势垒放电型低压放电灯的电极长度并增加管电流以外别无他法，在此场合，存在有效发光长度缩短，无法充分满足狭窄边缘化的要求的问题。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可在较佳条件下对封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯驱动的照明装置。

本发明内容

本发明的照明装置，其特征在于，由：电流导体层作为电极配设在两端外周面上、在将水银及稀有气体作为注入剂封入的管状玻璃灯容器的两端部外周面上设有第1及第2电极的电介质势垒放电型低压放电灯；向该放电灯的所述第1及第2电极间供给正弦波电压的同时、该正弦波电压的中性点接地的高频电源构成，该高频电源输出频率为40kHz～100kHz范围内的高频正弦波电压。

而且，本发明的照明装置，其特征在于，在所述高频电源中并列连接有多根电介质势垒放电型低压放电灯。

而且，本发明的照明装置，其特征在于，所述高频电源是振荡频率为70～100Hz的浮动(フロ一ティング)输出型的正弦波输出逆变器，并且，所述电介质势垒放电型低压放电灯在管电压为2000Vrms以下驱动。

上述本发明的照明装置，因电介质势垒放电型低压放电灯能用2000Vrms以下的外加电压点灯，因而可防止电极部因电晕放电而产生臭氧。另外，本发明的照明装置，通过正弦波高频电压对电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯，与矩形波交流电压相比，在低频能高效地进行点灯。

而且，本发明的照明装置，其特征在于，所述正弦波电压产生源的输出电压，借助导电性硅酮橡胶制的电极，并列地供给所述多根电介质势垒放电型低压放电灯。

本发明的照明装置，多根电介质势垒放电型低压放电灯相对于点灯装置的供电电极的连接非常容易，组装也非常容易，并且，能分散电极部分产生的热，可防止局部产生高热。

附图的简单说明

图1是表示本发明的实施例1的照明装置结构的方块图。

图2是表示成为上述实施例使用的高频电源的逆变器电路的电路图。

图3是对上述实施例1的照明装置中的电介质势垒放电型低压放电灯的点灯电压波形与灯的效率之间关系进行实验调查所得到的结果。

图4是对向上述实施例1的照明装置中的电介质势垒放电型低压放电灯供给的正弦波电压的频率与灯电压之间关系进行实验调查所得到的结果。

图5是表示本发明的实施例2的照明装置的分解立体图。

图6是表示本发明的实施例3的照明装置的分解立体图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明。图1表示本发明的实施例1的照明装置的结构。图1中，电介质势垒放电型低压放电灯1在管状玻璃灯容器10的管壁上形成荧光体层70，内部封入水银及稀有气体60。在玻璃灯容器10的两端外周设有由导体层构成的外部电极21、26。这种电介质势垒放电型低压放电灯1的更具体的结构如下。

(管状玻璃灯容器)

材料：硼硅玻璃

尺寸：外径2.6mm、内径2.0mm、全长397mm。

(外部电极)

材料：铝箔+导电性硅粘合剂层。外部电极长度：17mm。

(荧光体层)

材料：三波长荧光体。厚度：201μm。

(注入剂)

封入气体：氖与氩的混合气体(组成比：氖/氩＝90克分子(mol)％/10克分子(mol)％)。封入压力：8kPa。水银：封入量3mg。

该电介质势垒放电型低压放电灯1的外部电极21、26上分别连接有输出相位差为180度的正弦波电压的高频电源81、82。高频电源81、82分别是一端接地，另一端输出相位差为180度的高电压的浮动输出型电源。

作为该高频电源81、82，较佳的电路结构如图2所示。不过，本发明的实施例中使用的电源并不局限于该电路，当然也可利用其他形态的电源。高频电源81、82由1台谐振·罗耶(ロィャ一)型逆变器电路90构成。该逆变器电路90包括具有输入侧的初级绕组93、输出侧的第1及第2次级绕组94、95及输入侧的第3绕组96的逆变器变压器97。该逆变器变压器97的初级绕组93上连接有由该绕组的电感成分和LC谐振电路构成的谐振用电容器98。另外，发射极共同接地的一对晶体管99、910的集电极分别与逆变器变压器97的初级绕组93连接。另一方面，逆变器变压器97的第1及第2次级绕组94、95的一端共同接地，另一端分别与多根电介质势垒放电型低压放电灯1的外部电极21、26连接。

将交流电源整流后得到的直流电压供给直流电源端子92。逆变器电路90的输入侧晶体管99的基极借助串联电阻912与该直流电源端子92连接。另外，逆变器变压器97的初级绕组93的中间接头借助串联的电感器913与直流电源端子92连接。电感器913是用于将输入逆变器电路90的输入电流进行恒电流化的扼流绕组。逆变器变压器97的第1及第2次级绕组94、95具有比初级绕组93大的匝数比，以将初级侧的电压进行升压。

逆变器变压器97的第1及第2次级绕组94、95其卷绕方向相反而将相位差为180度的高频正弦波电压供给电介质势垒放电型低压放电灯1的外部电极21、26。因此，电介质势垒放电型低压放电灯1被相位差为180度的高频电压点灯驱动。

设置在逆变器变压器97内的第3绕组96的一端与晶体管99的基极侧、另一端与晶体管910的基极侧分别连接。由此，可将第3绕组96产生的电压反馈至晶体管99、910的基极。

下面对由此构成的逆变器电路90的动作进行说明。一旦直流电压供给直流电源端子92，则电流通过电感器913流至逆变器变压器97的初级绕组93。该直流电压同时从直流电源端子92经电阻912加于晶体管99的基极。在逆变器变压器97的初级侧形成谐振电路，该谐振电路由初级绕组93的电抗、第3绕组96的电抗、从次级侧反馈的电抗合成的电抗以及谐振用电容器98的容量形成。一旦该谐振电路内产生谐振，则在逆变器变压器97的第3绕组96的端子之间感应出与逆变器变压器97的初级绕组93和第3绕组96的匝数比相对应的电压。而且，在逆变器变压器97的第3绕组96中电流的流动方向与初级绕组93中的电流流动方向相同。该电流正反馈至一对晶体管99、910的输入侧，从而进行自激振荡。此时，由上述谐振电路的谐振频率使晶体管99、910交替导通。

此时的振荡频率与上述谐振电路的谐振频率相同。而且，如上所述，该谐振频率由逆变器变压器97的初级绕组93的电抗、第3绕组96的电抗、从次级侧反馈的电抗合成的电抗以及谐振用电容器98的容量决定。另外，此时的逆变器电路90的输出侧产生按逆变器变压器97的初级绕组93与次级绕组94、95的匝数比升压的高频电压。

利用这种结构的逆变器电路90向电介质势垒放电型低压放电灯1的两侧的外部电极外加相位差为180度的高频正弦波电压，能以浮动状态对低压放电灯1进行点灯。

下面，对将电介质势垒放电型低压放电灯1用矩形波电压进行点灯的场合与用正弦波电压进行点灯的场合的灯的效率进行了测量。这里，灯的效率用下式求得。

灯效率[cd/(m·W)]＝灯的亮度[cd/m]÷灯消耗电力[W]

灯效率的测量结果如图3的表1所示。

从图3的表1所示的结果可见，用高频、正弦波电压进行点灯的场合比用高频、矩形波电压进行点灯的场合灯效率高。不过，在点灯频率为200kHz、灯消耗电力为4W的场合，矩形波电压点灯时的灯效率与正弦波电压点灯时的灯效率变为大致相等。对其理由可作如下推测。

一旦对电介质势垒放电型低压放电灯1外加矩形波电压，则周期性的脉冲电流流动，然后，存在电流不流动的放电暂停期。而封入氙气的电介质势垒放电型低压放电灯的场合，因在脉冲电流之后的放电暂停期中也有余辉的发光，所以矩形波电压点灯时效率高。但是，如本发明的实施例那样，封入水银型的电介质势垒放电型低压放电灯在放电暂停期中几乎没有发光，因此矩形波电压点灯时比正弦波电压点灯时灯效率差。

即使矩形波电压点灯时，频率增加，则放电暂停的绝对时间缩短，因此，灯效率变成接近正弦波电压点灯时的值。但是，如在矩形波电压点灯的情况下为提高灯效率而过度加大电压频率，则点灯装置的设计变得困难。为此，作为点灯电压波形，较佳为即使是低频时灯效率也高的正弦波电压点灯。

下面，将封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯1的管电流保持恒定的情况下，改变对其外部电极21、26之间外加的正弦波电压的频率，对该场合下的灯电压的变化进行了测量。

上述测量结果如图4所示。从图4的曲线图可见，本实施例的封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯1，随着该点灯频率的增加，灯电压下降，逐渐接近冷阴极低压放电灯的灯电压。由此，本发明的实施例的电介质势垒放电型低压放电灯1，点灯频率增大后，即使灯电压降低也能得到所需的管电流，故在维持发光量的同时可抑止电晕放电的产生，从而防止臭氧的产生。

但是，当点灯频率增加到100kHz以上时，在将该灯组装在背光照明装置中的场合，电流容易泄漏到周围的构件。因此，点灯频率应该在100kHz以下。

另外，从图4的实验结果可见，灯电流为3mA的场合，将点灯频率增加到40kHz以上，则灯电压变为2000Vrms以下。而当灯电压在2000Vrms以下，则如上所述，在本发明实施例的浮动输出型的逆变器的场合，可使外部电极21、26与接地电位的电位差在1000Vrms以下，故可抑止电晕放电的产生，从而防止臭氧的产生。

另一方面，当点灯频率为30kHz以下，则与水银封入型的冷阴极低压放电灯的场合相同，有时会产生水银枯竭现象，故点灯频率最好在40kHz以上。即，如点灯频率为30kHz以下，则高频电源即逆变器电路90的振荡变得不稳定，正弦波的正负波形中产生变形而不对称。因此，放电管内的电极间的水银离子的移动量在正负期间不同，在移动量少的电极侧产生水银枯竭现象。

考虑到以上3个方面，作为不对周围有高频的坏影响、防止产生臭氧、实现灯的长使用寿命的照明装置，最好将点灯装置即高频电源81、82的点灯频率设定在40kHz～100kHz。

下面，图5是表示本发明的实施例2的照明装置的分解立体图。该照明装置是能同时对多根电介质势垒放电型低压放电灯1进行点灯，从背面对液晶面板进行照明的背光照明装置，即，该装置包括并列设置的12根电介质势垒放电型低压放电灯(以下称为EEFL)1、按压这些EEFL1的各端部的侧板101、将EEFL1的各个外部电极并列连接的一对中继基板102。另外，该装置包括：高频电源即逆变86、从逆变86向两侧的中继基板102供给高频电压的导线103、将两侧的侧板101和中继基板102固定于规定位置的下框104、将多根EEFL1的光向规定方向进行反射的反射板105、将来自多根EEFL1的光均匀地进行扩散的扩散板106及扩散薄板107、108及上框109。将这些零件按图示配置并一体组装。而且，设置在各EEFL1的两端的外部电极21、26上粘结有导体弹簧110。这些导体弹簧110通过侧板101压接在中继基板102上。其结果，可使各EEFL1的电极部分的静电容量大致相同。

逆变器86具有图2所示的电路结构，通过浮动方式(两高压方式)向两侧的中继基板102外加高频的正弦波电压。该外加电压以各EEFL1的管电压为2000Vrms以下的电压值，可使充分必要的管电流流动，由此可得到充分必要的亮度特性。

比如，在画面尺寸为18英寸的背光照明装置的场合，相对于两端电极长度都是10mm的EEFL，需要管电流为5mA。为了达到这种设计值，对正弦波输出逆变器86考虑因背光结构及EEFL1的电极长度而产生的电抗大小，通过正弦波输出逆变器86的振荡频率85kHz、管电压2000Vrms对灯进行点灯驱动，从而实现管电流5mA。

在本实施例的背光照明装置的设计中，相对于目标盘面亮度设定充分必要的管电流值。然后，根据该设定值选择确定背光结构、逆变器、放电灯的电极长度，以使驱动频率为40～100kHz、最好在70～100kHz的范围内。此时，调节驱动频率以使管电压在不超过2000Vrms的范围内，同时也通过调节驱动频率来增减管电流。

而且，本实施例的照明装置中采用的正弦波输出逆变器86，使变压器的初级侧与次级侧的结合度变疏，泄漏的电感增加，通过减小包括反馈至初级侧的背光组件的次级侧的电抗，可比通常的变压器高频地动作。

如上所述，在本实施例的照明装置中，利用正弦波输出逆变器86，以浮动方式引起的2000Vrms以下的管电压将多根EEFL1分别点灯驱动。其结果，可抑止臭氧的产生，能得到目标的管电流，因而能得到所需的亮度。

而且，正弦波逆变器86的振荡频率最好在70～100Hz的范围，这是因为在该范围内EEFL的驱动效率上升尤其大的缘故。

下面，利用图6对本发明的实施例3的背光照明装置进行说明。

本实施例的特点是，相对于图5所示的照明装置，改变电源供给用的电极部，另外，利用导电性硅酮橡胶制的电极111及对其进行保持的侧板112来代替图5的背光组件的侧板101、中继基板102。

即，包括：该并列设置的多根电介质势垒放电型低压放电灯(EEFL)1、导电性硅酮橡胶制的电极111、对其进行保持且进行加强的侧板112、将高频的正弦波电压进行输出的逆变器86。另外，该背光照明装置包括：配置在并列设置的多根电介质势垒放电型低压放电灯(EEFL)1的两端侧的一对导电性硅酮橡胶制的电极111、从逆变器86向它们供给高频电压的导线103、将两侧的侧板112固定于规定位置的下框104、将多根EEFL1的光向规定方向(图6中的上方)进行反射的反射板105、将来自EEFL1的放射光均匀地进行扩散的扩散板106、同样将来自EEFL1的放射光均匀地进行扩散的扩散薄板107、108。而且，层叠后的这些零件的上部配置上框109，并将整体一体组装而成。

导电性硅酮橡胶制的电极111是在硅酮橡胶中混合适当比例的碳粒子后成形而成，具有柔软的橡胶弹性。在该导电性硅酮橡胶制的电极111上沿长度方向留有一定间隔地设有大量的灯插入孔。各EEFL1的端部上设有的外部电极21、26分别压入这些灯插入孔内。其结果，外部电极21、26与导电性硅酮橡胶制的电极111电气接触，同时在机械方面加以保持。

通过该结构，由导电性硅酮橡胶制的电极111将多根的EEFL1并列连接，用与图5的照明装置相同的原理进行点灯驱动。逆变器86成为图2所示的浮动方式。

本实施例中，作为供电电极通过使用导电性硅酮橡胶制的电极111，能容易地进行多根EEFL1的定位及组装，同时能将电极部产生的热沿导电性硅酮橡胶制的电极111的长度方向均匀地分散。其结果，可抑止因电极部的电流集中而在EEFL1的外部电极21、26的内侧的玻璃上穿孔的现象。

如上所述，本发明能在较佳的条件下对封入水银的电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯驱动。

另外，本发明能以1台点灯装置对多根并列连接的电介质势垒放电型低压放电灯用高频的正弦波电压电源进行高效的点灯驱动。

Claims

1.一种照明装置，包括：由将电流导体层作为电极配设在两端外周面上、将水银及稀有气体作为注入剂封入的管状玻璃灯容器构成的电介质势垒放电型低压放电灯；向该电介质势垒放电型低压放电灯的两端的电极间外加高频电压的点灯装置，其特征在于，所述点灯装置具有高频输出电压的中性点接地，同时其输出频率为40kHz～100kHz范围内的浮动输出型的高频电源。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置对并列连接的多根电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯。

3.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述电介质势垒放电型低压放电灯含有作为放电介质的水银及稀有气体。

4.如权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述电介质势垒放电型低压放电灯在管电压2000Vrms以下驱动。

5.如权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源包括：设置在输入侧的初级绕组；设置在输出侧、具有一端共同接地的第1及第2次级绕组及设置在输入侧的第3绕组的逆变器变压器；设置在该逆变器变压器的所述初级绕组上、构成该初级绕组的电感成分和LC谐振电路的谐振用电容器；将与连接有该谐振用电容器的所述逆变器变压器的初级绕组连接的发射极共同接地的一对晶体管，所述逆变器变压器的第1及第2次级绕组的另一端与所述多根电介质势垒放电型低压放电灯的外部电极连接。

6.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率由所述逆变器变压器的初级绕组的电抗、所述第3绕组的电抗、从所述次级绕组侧反馈的电抗的合成电抗以及所述谐振用电容器的容量决定。

7.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率还由所述电介质势垒放电型低压放电灯的外部电极产生的电抗大小决定。

8.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率通过增加所述逆变器变压器的泄漏电感、并减小从所述逆变器变压器的次级侧向初级侧反馈的电抗进行高频动作。

9.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置具有作为供电电极的导电性硅酮橡胶制的电极，该供电电极用于将所述多根电介质势垒放电型低压放电灯的各端部并列连接、且对各端部进行外加来自该点灯装置的高频电压。

10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在所述点灯装置内的高频电源的频率最好在70～100Hz的范围。

11.如权利要求10所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置对并列连接的多根电介质势垒放电型低压放电灯进行点灯。

12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述电介质势垒放电型低压放电灯包含作为放电介质的水银及稀有气体。

13.如权利要求12所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置对所述电介质势垒放电型低压放电灯用2000Vrms以下的管电压进行驱动。

14.如权利要求13所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源，包括：设置在输入侧的初级绕组；设置在输出侧、具有一端共同接地的第1及第2次级绕组及设置在输入侧的第3绕组的逆变器变压器；设置在该逆变器变压器的所述初级绕组上、构成该初级绕组的电感成分和LC谐振电路的谐振用电容器；将与连接有该谐振用电容器的所述逆变器变压器的初级绕组连接的发射极共同接地的一对晶体管，所述逆变器变压器的第1及第2次级绕组的另一端与所述多根电介质势垒放电型低压放电灯的外部电极连接。

15.如权利要求14所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率由所述逆变器变压器的初级绕组的电抗、所述第3绕组的电抗、从所述次级绕组侧反馈的电抗的合成电抗以及所述谐振用电容器的容量决定。

16.如权利要求15所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率还由所述电介质势垒放电型低压放电灯的外部电极产生的电抗大小决定。

17.如权利要求6所述的照明装置，其特征在于，所述高频电源的振荡频率通过增加所述逆变器变压器的泄漏电感、并减小从所述逆变器变压器的次级侧向初级侧反馈的电抗进行高频动作。

18.如权利要求14所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置具有作为供电电极的导电性硅酮橡胶制的电极，该供电电极用于将所述多根电介质势垒放电型低压放电灯的各端部并列连接、且对各端部进行外加来自该点灯装置的高频电压。