JP2005259493A - 放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電極式の放電灯の点灯回数を制御して、調光の制御範囲が向上するとともに、チラツキの発生を解消する放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】調光制御回路２０は、放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号である調光信号Ｓｉｇを受付け、調光信号Ｓｉｇに応じた制御信号Ｓ１を生成して矩形波信号生成回路４０へ出力する。矩形波信号生成回路４０は、制御信号Ｓ１に応じた周波数の矩形波信号Ｖｐを生成して駆動信号生成回路５０へ出力する。矩形波信号Ｖｐの周波数は、調光信号Ｓｉｇに応じて５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの範囲に可変される。矩形波信号Ｖｐの周波数を上昇／下降させることにより、希ガス放電灯８０の両電極間に印加する矩形波電圧Ｖｒ２の周波数を上昇／下降して、単位時間当たりの放電回数を抑制する。これにより、希ガス放電灯８０の発光輝度を所望の値に調光することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体バリア放電により点灯する外部電極式の放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置、より具体的には、矩形波電圧を印加し、矩形波電圧の電圧値が変化するときに流れるパルス電流によって点灯する放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置に関する。

近年、液晶ディスプレイ等のバックライト用途として、誘電体バリア放電により点灯する外部電極式の希ガス放電灯の研究が盛んに行われている。これは、希ガス放電灯は水銀が不要であるため、水銀蒸気圧の上昇に伴う発光効率の低下を招くことなく、また環境上好ましいとの理由に基づくものである。

図１５は従来の放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。従来の放電灯点灯装置１００は、調光制御回路１１０、直流電源１２０、矩形波信号生成回路１３０、駆動信号生成回路１４０、スイッチング回路１５０、パルストランス１６０、及び希ガス放電灯１７０を備えている。矩形波信号生成回路１３０は、所定周波数（例えば３０ｋＨｚ）の矩形波信号Ｖｐ（図１６（ａ）参照）を生成して駆動信号生成回路１４０へ出力する。調光制御回路１１０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｖｄｉｍ（図１６（ｂ）参照）を駆動信号生成回路１４０へ出力する。

駆動信号生成回路１４０は、矩形波信号ＶｐからＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのオン（ハイレベル）期間に対応したバースト波形を、駆動信号Ｖｄ（図１６（ｃ）参照）として抽出してスイッチング回路１５０へ出力する。スイッチング回路１５０は、駆動信号Ｖｄに基づいて直流電源１２０から供給される直流電圧を矩形波電圧Ｖｒ（図１６（ｄ）参照）へ変換し、変換した矩形波電圧Ｖｒをパルストランス１６０の１次側（１次コイル）に印加する。パルストランス１６０は、１次コイルに印加された矩形波電圧Ｖｒを矩形波電圧Ｖｓ（図１６（ｅ）参照）に昇圧して、希ガス放電灯１７０の両電極間に印加する。この構成において、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比を変化させることにより、希ガス放電灯１７０に印加される矩形波電圧Ｖｓの波数を制御し、調光（バースト調光）が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

希ガス放電灯１７０を調光する場合、一般的に、矩形波電圧に印加する第１期間Ｔｏｎと矩形波電圧を印加しない第２期間Ｔｏｆｆとの時間的割合（比率）を変化させることにより、矩形波電圧の波数を制御して、希ガス放電灯１６０の発光の明るさ（発光輝度）を調光する。例えば、デューティ比Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）を７０％とすれば、所定周期（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）のうちの７０％の期間のみ、矩形波電圧が印加されるため、矩形波電圧の波数が７０％となって、希ガス放電灯の発光輝度は７０％となる。
特開２００１−２６７０９３号公報

しかしながら、上述したような従来の放電灯点灯装置は、第１期間と第２期間との比率を変えることによって放電灯の発光輝度を調光するため、第２期間が長くなる深い調光の際には、放電が安定せずチラツキが発生するという問題があった。チラツキが発生するデューティ比Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）は、放電灯の形状などの条件に依存するが、例えば１０％である。従って、調光の制御範囲には下限値が存在し、その下限値に相当する発光輝度より低くすることができないという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発光管の内部及び外部に第１電極及び第２電極を有する外部電極式の放電灯の発光輝度を下降させる場合には、放電灯の両電極との間に印加する矩形波電圧の周波数を下降させ、放電灯の発光輝度を上昇させる場合には、矩形波電圧の周波数を上昇させることにより、発光管に封入された希ガスの単位時間当たりの放電回数、すなわち放電灯の点灯回数を制御して、調光の制御範囲が向上するとともに、チラツキの発生を解消する放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置の提供を目的とする。

また本発明は、矩形波電圧の周波数を上昇／下降させることに加えて、さらに矩形波電圧を印加する第１期間と矩形波電圧を印加しない第２期間とからなる期間に対する第１期間の比率を調整して、放電灯の発光輝度を調光するバースト調光を行う際、放電灯の発光輝度を下降させる場合には、第１期間の比率を下降させ、放電灯の発光輝度を上昇させる場合には、第１期間の比率を上昇させることにより、発光管に封入された希ガスの単位時間当たりの放電回数を更に制御して、調光の制御範囲が向上するとともに、チラツキの発生を解消する放電灯の調光方法及び放電灯点灯装置の提供を目的とする。

第１発明に係る放電灯の調光方法は、希ガスが封入された発光管の内部及び外部に第１電極及び第２電極を有する放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間に印加する矩形波電圧の波数を制御して放電灯の発光輝度を調光する放電灯の調光方法において、前記放電灯の発光輝度を上昇／下降させるべく、前記矩形波電圧の周波数を上昇／下降させることを特徴とする。

第１発明にあっては、放電灯の発光輝度を下降させる場合には、放電灯に印加する矩形波電圧の周波数を下降させ、放電灯の発光輝度を上昇させる場合には、放電灯に印加する矩形波電圧の周波数を上昇させる。これにより、矩形波電圧の電圧値が変化するときに生じるパルス電流のパルス数を制御できるため、発光管に封入された希ガスの単位時間当たりの放電回数、すなわち放電灯の点灯回数を制御して、所望する発光輝度に調光することができる。また、放電の時間的間隔が等しいため、深い調光を行う場合であっても、従来のバースト調光のような消灯してしまう期間が長くなる虞は全くなく、チラツキの発生を防止することができる。つまり、高調光率の場合であっても安定した放電が行われる。

第２発明に係る放電灯の調光方法は、第１発明において、前記放電灯の発光輝度を上昇／下降させるべく、前記矩形波電圧を印加する第１期間と前記矩形波電圧を印加しない第２期間とからなる期間に対する前記第１期間の比率をさらに上昇／下降させることを特徴とする。

第２発明にあっては、矩形波電圧を印加する第１期間と矩形波電圧を印加しない第２期間とからなる期間に対する第１期間の比率を調整する場合であり、放電灯の発光輝度を下降させる場合には、第１期間の比率を下降させ、発光輝度を上昇させる場合には、第１期間の比率を上昇させる。これにより、矩形波電圧の電圧値が変化するときに生じるパルス電流のパルス数を、矩形波電圧の周波数及び第１期間の比率の双方で制御できるため、希ガスの単位時間当たりの放電回数が更に制御させる。これにより、第１期間の比率を、チラツキが発生しない値以上に設定した場合であっても、印加する矩形波電圧の周波数を下降させることによって深い調光を行うことができる。

第３発明に係る放電灯点灯装置は、希ガスが封入された発光管の内部及び外部に第１電極及び第２電極を有する放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間に、矩形波電圧を印加することにより前記放電灯を点灯する放電灯点灯装置において、前記放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号を受付ける受付手段と、前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、前記矩形波電圧の周波数を上昇／下降させる矩形波電圧制御手段とを備えることを特徴とする。

第３発明にあっては、受付手段にて、外部電極式の放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号を受付け、矩形波電圧制御手段は、受付けた指示信号による放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、放電灯に印加する矩形波電圧の周波数を上昇／下降させる。これにより、指示信号に応じて周波数が制御された矩形波電圧を外部電極式の放電灯の両電極間に印加することにより、矩形波電圧の電圧値が変化するときに生じるパルス電流のパルス数を制御できるため、発光管に封入された希ガスの単位時間当たりの放電回数、すなわち放電灯の点灯回数を制御して、所望する発光輝度に調光することができる。また、放電の時間的間隔が等しいため、深い調光を行う場合であっても、従来のバースト調光のような消灯してしまう期間が長くなる虞は全くなく、チラツキの発生を防止することができる。

第４発明に係る放電灯点灯装置は、第３発明において、前記矩形波電圧制御手段は、前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、矩形波信号の周波数の上昇／下降を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段と、該制御信号生成手段が生成した制御信号に応じた周波数の矩形波信号を生成する矩形波信号生成手段と、該矩形波信号生成手段が生成した矩形波信号に基づく駆動信号を、所定の電圧値を有する前記矩形波電圧に昇圧する昇圧手段とを備えることを特徴とする。

第４発明にあっては、矩形波電圧制御手段は、指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、矩形波信号の周波数の上昇／下降を制御する制御信号を生成する。そして、矩形波信号生成手段にて、制御信号に応じた周波数の矩形波信号を生成し、昇圧手段にて、矩形波信号に基づく駆動信号を所定の電圧値を有する矩形波電圧に昇圧する。放電灯に印加する矩形波電圧は、例えば、１〜３ｋＶという高圧であるため、昇圧手段にて昇圧するようにしておき、昇圧手段の前段では、低圧（例えば、５Ｖ）の信号を扱うようにすればよく、構成が簡単になるとともに、消費電力を低減することができる。

第５発明に係る放電灯点灯装置は、第４発明において、前記矩形波電圧制御手段は、前記矩形波信号より低い周波数であって、前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、デューティ比が上昇／下降するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、前記矩形波信号及び前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号のオン期間に対応する期間の矩形波信号を生成して駆動信号として出力する手段とを更に備えることを特徴とする。

第５発明にあっては、ＰＷＭ信号生成手段は、矩形波信号より低い周波数であって、指示信号による放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、そのデューティ比が上昇／下降すＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号のオン期間に対応する期間の矩形波信号を生成して駆動信号として出力する。深い調光を行う場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比を下降させることにより、放電回数を抑制し、放電灯の発光輝度を下降させることができる。

第６発明に係る放電灯点灯装置は、第５発明において、前記ＰＷＭ信号生成手段が生成するＰＷＭ信号のデューティ比は１０％以上であることを特徴とする。

第６発明にあっては、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくする深い調光の際には、放電が安定せずチラツキが発生するという虞があるため、デューティ比を１０％以上にすることにより、デューティ比に下限を設定してチラツキの発生を防止することができる。

第７発明に係る放電灯点灯装置は、第３発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記希ガスはキセノンであることを特徴とする。

第７発明にあっては、発光管に封入された希ガスがキセノンであることにより、放電時の電離及び励起効率に優れ、高輝度の光源とすることができる。

本発明によれば、外部電極式の放電灯の発光輝度を下降させる場合には、放電灯の両電極間に印加する矩形波電圧の周波数を下降させ、発光輝度を上昇させる場合には、矩形波電圧の周波数を上昇させることにより、印加する矩形波電圧の波数を制御して、放電灯の点灯回数を制御する。点灯の時間的間隔が等しいため、調光の制御範囲が向上するとともに、チラツキの発生を解消することができる。また本発明によれば、バースト調光を行う際のデューティ比を下降させることにより、点灯回数が抑制されるため、調光の制御範囲をさらに向上することができる。このように、調光の制御範囲が向上するため、様々な用途の光源として用いることができる等、優れた効果を奏する。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置１０は、調光制御回路２０、直流電源３０、矩形波信号生成回路４０、駆動信号生成回路５０、スイッチング回路６０、パルストランス７０、及び希ガス放電灯８０を備えている。

調光制御回路２０は、放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号である調光信号Ｓｉｇを受付け、調光信号Ｓｉｇに応じた制御信号Ｓ１を生成して矩形波信号生成回路４０へ出力する。矩形波信号生成回路４０は、調光制御回路２０から入力された制御信号Ｓ１に応じた周波数の矩形波信号Ｖｐを生成し、生成した矩形波信号Ｖｐを駆動信号生成回路５０へ出力する。矩形波信号Ｖｐの周波数は、調光信号Ｓｉｇに応じて、例えば５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの範囲に可変される。なお、調光信号Ｓｉｇは、例えば０Ｖ〜５Ｖの信号レベルを有する信号であり、その信号レベルが希ガス放電灯８０の発光輝度の設定値を示すものとする。

駆動信号生成回路５０は、矩形波信号生成回路４０から入力された矩形波信号Ｖｐに基づいて、矩形波信号Ｖｐと同極性の駆動信号Ｖｄ１、及び矩形波信号Ｖｐと逆極性の駆動信号Ｖｄ２を生成し、生成した駆動信号Ｖｄ１及び駆動信号Ｖｄ２をスイッチング回路６０へ出力する。

スイッチング回路６０は、直流電源３０に接続されており、駆動信号生成回路５０から入力された駆動信号Ｖｄ１及び駆動信号Ｖｄ２に基づいて直流電源３０から供給される直流電圧を矩形波電圧Ｖｒ１へ変換し、変換した矩形波電圧Ｖｒ１をパルストランス７０の１次側（１次コイル）に印加する。パルストランス７０は、１次コイルに印加された矩形波電圧Ｖｒ１を矩形波電圧Ｖｒ２に昇圧して、希ガス放電灯８０の両電極間に印加する。

次に、放電灯点灯装置１０の動作を説明するために、駆動信号生成回路５０、スイッチング回路６０及びパルストランス７０の具体的な回路構成の一例について、図２の回路図を参照して説明する。また、放電灯点灯装置１０の各部における波形図を図３に示す。

駆動信号生成回路５０はインバータ５５を備えている。駆動信号生成回路５０は、入力された矩形波信号Ｖｐ（図３（ａ）参照）をスルーさせて矩形波信号Ｖｐと同極性の駆動信号Ｖｄ１（図３（ｂ）参照）を出力するとともに、入力された矩形波信号Ｖｐをインバータ５５を介することにより、矩形波信号Ｖｐと逆極性の駆動信号Ｖｄ２（図３（ｃ）参照）を出力する。

スイッチング回路６０は、ＮＰＮトランジスタ６１，６２、ＦＥＴ６３，６４を備えており、ＮＰＮトランジスタ６１，６２のベースには、駆動信号Ｖｄ１，駆動信号Ｖｄ２がそれぞれ入力されている。駆動信号Ｖｄ１がハイレベルのときは駆動信号Ｖｄ２がローレベルであり、逆に駆動信号Ｖｄ１がローレベルのときは駆動信号Ｖｄ２がハイレベルである。つまり、駆動信号Ｖｄ１と駆動信号Ｖｄ２とは極性が相補的であるため、ＮＰＮトランジスタ６１，６２は、ＦＥＴ６３，６４を交互に駆動するためのスイッチング素子として機能し、ＦＥＴ６３，６４は、矩形波電圧Ｖｒ1（図３（ｄ）参照）をパルストランス７０の１次コイルに印加する。

パルストランス７０は、２つの巻線（１次コイル，２次コイル）から構成され、１次コイルに印加された矩形波電圧Ｖｒ１を矩形波電圧Ｖｒ２（図３（ｅ）参照）に昇圧する。昇圧率（Ｖｒ２／Ｖｒ１）は１次コイルと２次コイルとの巻数の比から決定される。パルストランス７０は、その２次側に希ガス放電灯８０が接続されており、昇圧した矩形波電圧Ｖｒ２を希ガス放電灯８０の両電極間に印加する。希ガス放電灯８０はキャパシタとして作用し、印加された矩形波電圧Ｖｒ２の電圧値が変化するとき、すなわち極性が反転するときに流れるパルス電流Ｉ（図３（ｆ）参照）により、誘電体バリア放電が生じて点灯する。

図４は希ガス放電灯の構成の一例を示す構成図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は中央部分における軸断面図である。希ガス放電灯８０は、可視光（３８０ｎｍ〜７７０ｎｍ）における透過率が優れたホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどで形成された円筒状の発光管８１に、放電媒体として希ガスであるキセノン８２が封入されている。発光管８１の一端側の内部には、タングステン、ニッケルなどの金属製の内部電極８３が配置され、リード線８４により、発光管８１の外部に電気的に導出されている。一方、発光管８１の外面には、アルミニウム、銅などの金属製の複数の外部電極８５が配置されている。

内部電極８３，外部電極８５間に、矩形波電圧Ｖｒ２が印加されることにより、パルス電流が充放電される。発光管８１は誘電体として作用する。誘電体バリア放電は、この充放電の際に、電子が発生してキセノン８２と衝突することにより、キセノン８２が励起されて所定波長の紫外線が放出される現象のことであり、放出された紫外線は、発光管８１の内面に設けられた蛍光体層８６にて可視光に変換される。一般に、誘電体バリア放電を用いた点灯動作においては、正弦波電圧よりも矩形波電圧で点灯することにより、キセノンのエキシマ発光が増加し、紫外線が多く放出されるため、発光効率が良くなる。このとき、矩形波電圧Ｖｒ２として、１〜３ｋＶという高圧の矩形波電圧を用いる。

希ガス放電灯８０は、上述した充放電の際にパルス電流Ｉが流れて点灯し、充電と放電との間では消灯する。パルス電流Ｉのパルス数は、矩形波電圧Ｖｒ２の周波数、すなわち矩形波信号Ｖｐの周波数によって決定され、矩形波信号Ｖｐの周波数が数ｋＨｚ以上である。従って、人間にはこの高周波の点灯及び消灯の動作が認識されないため、希ガス放電灯８０は所定の発光輝度を有する光源として機能する。なお、希ガス放電灯８０の発光輝度は、単位時間当たりの誘電体バリア放電の回数、すなわち点灯回数によって決定される。

図５は調光信号と矩形波信号との関係の一例を示すグラフである。同図横軸は調光信号Ｓｉｇの信号レベルを、縦軸は矩形波信号Ｖｐの周波数を示す。図５に示すように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルと矩形波信号Ｖｐの周波数との関係は線形であり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが０Ｖのときは矩形波信号Ｖｐの周波数が５ｋＨｚであり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが５Ｖのときは矩形波信号Ｖｐの周波数が３０ｋＨｚである。このように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルに応じて、矩形波信号Ｖｐの周波数を上昇／下降させることにより、希ガス放電灯８０に印加されるパルス電流Ｉの単位時間当たりのパルス数を増加／減少することができる。

希ガス放電灯８０の発光輝度は、点灯回数、すなわち矩形波のパルス数に依存しており、図６に示すように、矩形波信号Ｖｐの周波数と希ガス放電灯８０の発光輝度とは線形の関係を有する。誘電体バリア放電は、上述したように、内部電極８３，外部電極８５間に印加された矩形波電圧Ｖｒ２の極性が反転するときに流れるパルス電流Ｉにより発生するため、矩形波電圧Ｖｒ２の周波数、すなわち矩形波信号Ｖｐの周波数を制御することにより、点灯回数を制御して、希ガス放電灯８０の発光輝度を制御することができる。従って、矩形波信号Ｖｐの周波数を上昇／下降させることにより、希ガス放電灯８０の発光輝度を上昇／下降させることができる。

これは、一般的な屋内照明等に用いられる熱陰極蛍光灯の特性とは全く異なる。熱陰極蛍光灯の場合、熱陰極蛍光灯にチョークコイルが直列に接続されており、周波数を上げることによってインピーダンスが大きくなり、ランプ電流が減少して発光輝度が低下する。本発明は、希ガス放電灯に印加する矩形波のパルス数によって点灯回数が決定される誘電体バリア放電の特性に鑑みたものであり、周波数を上げることにより発光輝度を低くする従来の調光方法とは全く異なるものである。

（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の一例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置１１は、調光制御回路２１、直流電源３０、矩形波信号生成回路４０、駆動信号生成回路５１、スイッチング回路６０、パルストランス７０、及び希ガス放電灯８０を備えている。

調光制御回路２１は、放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号である調光信号Ｓｉｇを受付け、調光信号Ｓｉｇに応じた制御信号Ｓ１を生成して矩形波信号生成回路４０へ出力する。また、調光制御回路２１は、調光信号Ｓｉｇに応じて、デューティ比を例えば１０％〜１００％に制御した所定周波数のＰＷＭ信号Ｖｄｉｍを生成し、駆動信号生成回路５１へ出力する。ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍの周波数は、矩形波信号生成回路４０にて生成される矩形波信号Ｖｐの周波数より低く、具体的には例えば１００Ｈｚである。なお、本例における矩形波信号Ｖｐは、実施の形態１とは異なり、１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数に可変されるものとする。

駆動信号生成回路５１は、矩形波信号Ｖｐ及びＰＷＭ信号Ｖｄｉｍに基づいて、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのオン期間（本例ではハイレベル期間）に対応する期間の矩形波信号Ｖｐを抽出し、抽出した矩形波信号Ｖｐに基づいて、矩形波信号Ｖｐと同極性の駆動信号Ｖｄ３、及び矩形波信号Ｖｐと逆極性の駆動信号Ｖｄ４を生成し、生成した駆動信号Ｖｄ３及び駆動信号Ｖｄ４をスイッチング回路６０へ出力する。その他の構成は、実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

次に、放電灯点灯装置１１の動作を説明するために、駆動信号生成回路５１、スイッチング回路６０及びパルストランス７０の具体的な回路構成の一例について、図８の回路図を参照して説明する。また、放電灯点灯装置１１の各部における波形図を図９に示す。駆動信号生成回路５１は、フリップフロップ回路５２、ＡＮＤ回路５３、ＮＡＮＤ回路５４を備える。

フリップフロップ回路５２には、クロック信号として矩形波信号Ｖｐ（図９（ａ）参照）が入力され、データ信号としてＰＷＭ信号Ｖｄｉｍ（図９（ｂ）参照）が入力される。フリップフロップ回路５２は、クロック信号（矩形波信号Ｖｐ）の立上がりエッジにおけるデータ信号（ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍ）の信号レベルを取り込み、立上がりエッジ以外では取り込んだ信号レベルを保持し、極性の異なる２つの出力信号（非反転出力信号Ｖｑ１（図９（ｃ）参照）、反転出力信号）を出力する。

ＡＮＤ回路５３には、フリップフロップ回路５２の非反転出力信号Ｖｑ１と、矩形波信号Ｖｐとが入力され、非反転出力信号Ｖｑ１と矩形波信号Ｖｐとがともにハイレベルの場合にはハイレベルの、その他の場合にはローレベルの駆動信号Ｖｄ３（図９（ｄ）参照）を出力する。

ＮＡＮＤ回路５４には、ＡＮＤ回路５３と同様にフリップフロップ回路５２の非反転出力信号Ｖｑ１と、矩形波信号Ｖｐとが入力され、非反転出力信号Ｖｑ１と矩形波信号Ｖｐとがともにハイレベルの場合にはローレベルの、その他の場合にはハイレベルの駆動信号Ｖｄ４（図９（ｅ）参照）を出力する。なお、フリップフロップ回路５２より後段の論理回路の構成については、ＡＮＤ回路５３，ＮＡＮＤ回路５４に限定されるものではなく、例えば、ＡＮＤ回路５３の出力をインバータによって極性が反転した信号を駆動信号Ｖｄ４としてもよい。もちろん、フリップフロップ回路５２の反転出力信号と矩形波信号ＶｐとをＮＯＲ回路に入力し、両信号に対する論理和の反転信号を駆動信号Ｖｄ４としてもよい。

スイッチング回路６０は、ＮＰＮトランジスタ６１，６２、ＦＥＴ６３，６４を備えており、ＮＰＮトランジスタ６１，６２のベースには、駆動信号Ｖｄ３，駆動信号Ｖｄ４がそれぞれ入力されている。駆動信号Ｖｄ３がハイレベルのときは駆動信号Ｖｄ４がローレベルであり、逆に駆動信号Ｖｄ３がローレベルのときは駆動信号Ｖｄ４がハイレベルである。つまり、駆動信号Ｖｄ３と駆動信号Ｖｄ４とは極性が相補的であるため、ＮＰＮトランジスタ６１，６２は、ＦＥＴ６３，６４を交互に駆動するためのスイッチング素子として機能し、ＦＥＴ６３，６４は、矩形波電圧Ｖｒ３（図９（ｆ）参照）をパルストランス７０の１次コイルに印加する。

パルストランス７０は、１次コイルと２次コイルとから構成され、１次コイルに印加された矩形波電圧Ｖｒ３を矩形波電圧Ｖｒ４（図９（ｇ）参照）に昇圧する。パルストランス７０は、その２次側に希ガス放電灯８０が接続されており、昇圧した矩形波電圧Ｖｒ４を希ガス放電灯８０に印加する。希ガス放電灯８０は、印加された矩形波電圧Ｖｒ４の極性が反転するときに流れるパルス電流Ｉ（図９（ｈ）参照）により、誘電体バリア放電が生じて点灯する。

図１０は調光信号と矩形波信号との関係の一例を示すグラフである。同図横軸は調光信号Ｓｉｇの信号レベルを、縦軸は矩形波信号Ｖｐの周波数を示す。図１０に示すように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルと矩形波信号Ｖｐの周波数との関係は線形であり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが０Ｖのときは矩形波信号Ｖｐの周波数が１０ｋＨｚであり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが５Ｖのときは矩形波信号Ｖｐの周波数が３０ｋＨｚである。このように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルに応じて、矩形波信号Ｖｐの周波数を下降させることにより、希ガス放電灯８０に印加されるパルス電流Ｉの単位時間当たりのパルス数を減少することができる。なお、実施の形態１で説明した図５と比較して、制御する低域側の周波数が高くても同等以上の調光が可能である（詳細は後述する）。

図１１は調光信号とＰＷＭ信号との関係の一例を示すグラフである。同図横軸は調光信号Ｓｉｇの信号レベルを、縦軸はＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比を示す。図１１に示すように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルとＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比との関係は線形であり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが０ＶのときはＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比が１０％であり、調光信号Ｓｉｇの信号レベルが５ＶのときはＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比が１００％である。このように、調光信号Ｓｉｇの信号レベルに応じて、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比を小さくすることにより、希ガス放電灯８０に印加されるパルス電流Ｉの単位時間当たりのパルス数を減少することができる。

希ガス放電灯８０の発光輝度は、上述したように、点灯回数、すなわち矩形波のパルス数に依存しており、矩形波信号Ｖｐの周波数及びＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比のうちの少なくとも一方を小さくすることにより、希ガス放電灯８０の発光輝度を低くすることができる。本実施形態は、矩形波信号Ｖｐの周波数及びＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比をともに制御することにより、深い調光を行えるようにしたものである。

実施の形態２に係る放電灯点灯装置１１は、実施の形態１に係る放電灯点灯装置１０と比較して、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍがローレベルである場合には、矩形波電圧が希ガス放電灯８０に印加されることがないので、パルス電流Ｉが流れることはなく、誘電体バリア放電は生じない。よって、実質的に、希ガス放電管８０には、（矩形波信号Ｖｐの周波数）×（ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比）に相当する周波数が印加されている状態と同等になる。よって、矩形波信号Ｖｐの周波数が同一である場合、放電灯点灯装置１１は、放電灯点灯装置１０と比較して、さらに深い調光を行うことができる。

換言すれば、矩形波信号Ｖｐの周波数の変化幅を小さくしても、所望の発光輝度に制御することが可能となる。例えば、本例のように、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍのデューティ比を１０％に制御することにより、矩形波信号Ｖｐの低域側の周波数を１０ｋＨｚまでしか変化させなくても、放電灯点灯装置１０以上の深い調光が可能になる。また、デューティ比１０％程度までであれば、放電灯の休止（消灯）期間を作っても、ちらつくことはない。

一般に、矩形波信号Ｖｐの周波数の制御範囲を広げれば、それに伴って、制御範囲に対してノイズ対策を行う必要があるが、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍを制御することにより、矩形波信号Ｖｐの周波数の制御範囲を狭くすることができるため、ノイズ対策を行う際の負担を軽減することができる。また、矩形波信号Ｖｐの周波数が低くなれば、その周波数帯域の防音対策を行う必要が生じるが、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍを制御することにより、ノイズ対策と同様に、防音対策を行う際の負担が軽減されることになって有用である。

なお、実施の形態２では、ＰＷＭ信号Ｖｄｉｍの周波数を１００Ｈｚとしたが、これに限定されるものではなく、例えば１００〜５００Ｈｚであってもよい。また、実施の形態１，２で示した矩形波信号Ｖｐの周波数についても、５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ，１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚとしたが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。

また、各実施の形態では、調光信号が０Ｖ〜５Ｖの信号レベルを有する信号である場合について説明したが、調光信号の形態については限定されるものではなく、例えば、希ガス放電灯の発光輝度の設定値に応じたデジタル値（例えば０〜２５５）を示すデジタル信号、又は、発光輝度の設定値に応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号などであってもよい。前者の場合は、デジタル信号を、そのデジタル値に応じた信号レベル（例えば０Ｖ〜５Ｖ）を有するアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号を調光信号Ｓｉｇとして調光制御回路２０，２１へ入力すればよい。また後者の場合は、ＰＷＭ信号のオン期間の比率を検出し、検出した比率に応じた信号レベル（例えば０Ｖ〜５Ｖ）を有するアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号を調光信号Ｓｉｇとして調光制御回路２０，２１へ入力すればよい。

また、スイッチング回路６０は、プッシュプル方式としたが、他の方式、例えば、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式等であってもよく、ブリッジ方式にすれば、耐圧の低いＦＥＴを用いることができる。

更に、キセノンが封入された希ガス放電灯について説明したが、アルゴン、クリプトン及びネオンから選ばれる少なくとも１つのガスと、キセノンとを含む混合ガスであってもよい。

更にまた、希ガス放電灯が、発光管の内部に１つの内部電極と、発光管の外部に複数の外部電極とを備える構成を示したが、内部電極が複数配置された形態の希ガス放電灯、外部電極が１つ配置された形態の希ガス放電灯であってもよく、図４に示した構成に限定されるものではない。例えば、内部電極８３が発光管８１の一端側に配置され、かつ１つの外部電極８５が発光管８１の外面に配置された希ガス放電灯９１（図１２（a））、内部電極８３が発光管８１の両端側に配置され、かつ複数の外部電極８５が発光管８１の外面に配置された希ガス放電灯９２（図１２（ｂ））、内部電極８３が発光管８１の両端側に配置され、１つの外部電極８５が発光管８１の外面に配置された希ガス放電灯９３（図１２（ｃ））であってもよい。なお、希ガス放電灯９１，９２，９３の中央部分における軸断面は、図４（ｂ）と同様であるため省略する。もちろん、内部電極が３つ以上有するような希ガス放電灯であってもよい。

また、希ガス放電灯の外部電極の形状についても、図４に示した平面形状のものに限定されるものではない。例えば、管軸方向の断面が凹状の外部電極８５が、発光管８１の外部に、発光管８１の円周方向を部分的に覆うように配置された希ガス放電灯９４（図１３（a）：上断面図、図１３（ｂ）：軸断面図）、外部電極８５が発光管８１の外面に螺旋状に配置された希ガス放電灯９５（図１４（a）：側断面図、図１４（ｂ）：軸断面図）であってもよい。

以上のように、本発明によれば、外部電極型の放電灯の調光範囲が従来のバースト調光より向上するとともに、チラツキの発生が解消するため、本発明に係る放電灯点灯装置を搭載した放電灯は様々な用途の光源として用いることが可能となる。例えば、使用環境の照度に応じて、所望の発光輝度に設定することが可能であるため、液晶ディスプレイ等のバックライト用途に有用である。

本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の回路構成の一例を示す回路図 本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の各部における波形図 希ガス放電灯の構成の一例を示す構成図 調光信号と矩形波信号との関係の一例を示す図 矩形波信号の周波数と希ガス放電灯の発光輝度との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の回路構成の一例を示す回路図 本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の各部における波形図 調光信号と矩形波信号との関係の一例を示す図 調光信号とＰＷＭ信号との関係の一例を示す図 希ガス放電灯の構成の他の例を示す構成図 希ガス放電灯の構成の他の一例を示す構成図 希ガス放電灯の構成の他の一例を示す構成図 従来の放電灯点灯装置の構成を示すブロック図 従来の放電灯点灯装置の各部における波形図

符号の説明

１０，１１ 放電灯点灯装置
２０，２１ 調光制御回路
３０ 直流電源
４０ 矩形波信号生成回路
５０，５１ 駆動信号生成回路
６０ スイッチング回路
７０ パルストランス
８０，９１，９２，９３，９４，９５ 希ガス放電灯
８１ 発光管
８３ 内部電極
８５ 外部電極
８６ 蛍光体層

Claims (7)

1. 希ガスが封入された発光管の内部及び外部に第１電極及び第２電極を有する放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間に印加する矩形波電圧の波数を制御して放電灯の発光輝度を調光する放電灯の調光方法において、
   前記放電灯の発光輝度を上昇／下降させるべく、前記矩形波電圧の周波数を上昇／下降させること
   を特徴とする放電灯の調光方法。
2. 前記放電灯の発光輝度を上昇／下降させるべく、前記矩形波電圧を印加する第１期間と前記矩形波電圧を印加しない第２期間とからなる期間に対する前記第１期間の比率をさらに上昇／下降させること
   を特徴とする請求項１に記載の放電灯の調光方法。
3. 希ガスが封入された発光管の内部及び外部に第１電極及び第２電極を有する放電灯の前記第１電極と前記第２電極との間に、矩形波電圧を印加することにより前記放電灯を点灯する放電灯点灯装置において、
   前記放電灯の発光輝度の上昇／下降を指示する指示信号を受付ける受付手段と、
   前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、前記矩形波電圧の周波数を上昇／下降させる矩形波電圧制御手段と
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
4. 前記矩形波電圧制御手段は、
   前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、矩形波信号の周波数の上昇／下降を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   該制御信号生成手段が生成した制御信号に応じた周波数の矩形波信号を生成する矩形波信号生成手段と、
   該矩形波信号生成手段が生成した矩形波信号に基づく駆動信号を、所定の電圧値を有する前記矩形波電圧に昇圧する昇圧手段と
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記矩形波電圧制御手段は、
   前記矩形波信号より低い周波数であって、前記指示信号による前記放電灯の発光輝度の上昇／下降の指示に応じて、デューティ比が上昇／下降するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
   前記矩形波信号及び前記ＰＷＭ信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号のオン期間に対応する期間の矩形波信号を生成して駆動信号として出力する手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の放電灯点灯装置。
6. 前記ＰＷＭ信号生成手段が生成するＰＷＭ信号のデューティ比は１０％以上であること
   を特徴とする請求項５に記載の放電灯点灯装置。
7. 前記希ガスはキセノンであること
   を特徴とする請求項３乃至請求項６いずれかに記載の放電灯点灯装置。

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