JP2008066085A - 照明装置及び照明制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細管の熱陰極蛍光管において、フィラメント電極への予熱を適切に行えるようにする。
【解決手段】フィラメント電極を両端に備えた熱陰極蛍光管と、熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させる蛍光管点灯回路とを備える照明装置の、フィラメント電極への予熱制御を行う場合において、フィラメント電極に交流電圧Ｖｆ１を印加して予熱し、フィラメントのフィラメント電圧を検出し、フィラメント電極への予熱が最適に行われた状態におけるフィラメント温度から、フィラメント電極への予熱が最適に行われた状態でのフィラメント電圧を算出することにより予め得ておいた基準電圧Ｖｆｄと、検出したフィラメント電圧とを比較し、フィラメント電圧が基準電圧Ｖｆｄに達した場合に蛍光灯点灯回路を作動させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、液晶画像表示装置のバックライト用照明装置に適用して好適な、熱陰極蛍光管を用いた照明装置及びその照明制御方法に関する。

従来、熱陰極蛍光管（ＨＣＦＬ: Hot Cathode Fluorescent Lamp）は、一般家庭における蛍光灯や、複写機やファクシミリ装置の読み取り用光源として広く使用されている。熱陰極蛍光管は、ランプの発光効率が高く光出力も高いため、幅広い用途での使用が期待されている。例えば、液晶画像表示装置のバックライト用照明装置としては、従来、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が一般的に使用されているが、より発光効率を向上させることを目的として、熱陰極蛍光管をバックライト用照明装置として使用することについて研究、開発がなされている。

熱陰極蛍光管の場合には、熱陰極蛍光管に比べて、点灯時の駆動電圧を低くすることができ、発光効率を冷陰極管よりも改善することが可能である。一方、熱陰極蛍光管は、電極にフィラメントを配置する必要があり、冷陰極管よりも管の直径が大きくなる問題がある。

図５は、一般的な熱陰極蛍光管の構成例を示す図である。図５において、熱陰極蛍光管１００の管内壁には蛍光体１０１が塗布され、管の両端には電子放射性物質（エミッタ）を塗布したフィラメント電極１０２ａと１０２ｂが電極として取り付けられている。図５においては、フィラメント電極１０２ａ側が陰極、フィラメント電極１０２ｂ側が陽極である。管内には放電開始を容易にするために、適度の圧力のアルゴン１０３と微量の水銀１０４が封入されている。

点灯の際には、まずフィラメント電極１０２ａおよび１０２ｂに電流を流して予熱すると、フィラメント電極１０２ａおよび１０２ｂから熱電子１０５が管内に放出される。この状態で管両端の電極間に高電圧を印加すると、熱電子１０５が陽極側に引かれて高速に移動し、アルゴン１０３と衝突して放電が始まる。放電により移動する電子１０５は、管内の水銀原子１０４に衝突し、紫外線Ｒ１を発生させる。この紫外線Ｒ１が蛍光体１０１を励起し、可視光線Ｒ２を発光させる。

上述したような熱陰極蛍光管においては、フィラメント電極への予熱が不足した状態で蛍光管点灯のための高圧が加わると、フィラメントがイオン衝撃を受け破損されて熱陰極蛍光管の寿命が短くなってしまうという問題がある。また、フィラメント電極への予熱が過剰に行われても、フィラメント電極によって保持されたエミッタが枯渇してしまい、この場合にもフィラメントの寿命が早く訪れてしまう。こういった状況を未然に防ぐため、フィラメントの予熱回路にタイマを設定し、一定時間が経過した後に蛍光管に作動電圧を印加し点灯を行うことも行われている。ところが、この手法では、蛍光管を点灯させるスイッチの押下から実際の点灯までに余計な時間がかかってしまうという問題があった。

特許文献１には、熱陰極蛍光管において、フィラメント電極に流れる電圧を検出し、検出した電圧が予め設定しておいた電圧を超えないように、予熱電源の出力又は予熱期間の長さを制御することについての開示がある。
特開２００２−５６９９５号公報

ところで、熱陰極蛍光管は、各種ディスプレイのバックライト光源としても用いられている。ディスプレイといえば、近年では特に液晶ディスプレイ等の薄型ディスプレイに対する需要が高まる一方であるが、こうした薄型ディスプレイの光源としては、電極の構造上細管化がしやすい冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ: Cold Cathode Fluorescent Lamp）が使われることが多い。しかし、冷陰極蛍光管は熱陰極蛍光管に比べて陰極降下電圧が大きくランプ効率が悪いため、熱陰極蛍光管の細管化にも期待が寄せられている。

ところが、熱陰極蛍光管の直径を例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度に細くすると、５０ｋ〜１５０ｋΩ位の高インピーダンスとなるため、例えば１０ｋ〜１００ｋ等の高周波での駆動を行う必要が生じる。特許文献１に開示されたようなコンデンサを用いた予熱方式では、フィラメント電極への予熱時にはコンデンサのインピーダンスが蛍光管のインピーダンスよりも低く制御される必要があるが、駆動周波数が高くなると、コンデンサの周波数特性により、コンデンサのインピーダンスは一定の値以下に下がらなくなってしまう。このため、コンデンサのインピーダンスをランプのインピーダンスよりも低く抑えることができなくなり、フィラメント電極への電圧制御を行えなくなってしまうといった問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、細管の熱陰極蛍光管を使用した照明装置において、フィラメント電極への予熱を適切に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、フィラメント電極を両端に備えた熱陰極蛍光管と、熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させる蛍光管点灯回路とを備えた照明装置に適用される。まず、フィラメント電極に予熱用の交流電圧を印加し、フィラメントのフィラメント電圧を検出する。ここで、フィラメント電極への予熱が最適に行われた状態におけるフィラメント温度から、フィラメント電極への予熱が最適に行われた状態でのフィラメント電圧を算出することにより予め得ておいた基準電圧と、検出したフィラメント電圧からの検出電圧とを比較し、フィラメントからの検出電圧が基準電圧に達した場合に、蛍光灯点灯回路からの交流高圧電圧の印加を開始させるようにしたものである。

このようにしたことで、検出したフィラメント電圧が基準電圧に到達したタイミングで蛍光灯点灯回路が作動し、熱陰極蛍光管が点灯する。

この場合、熱陰極蛍光管のインピーダンスや駆動周波数がどのような値であってもその影響を受けることなく、フィラメントの予熱が適切に行われた段階で熱陰極蛍光管を点灯させることができる。

本発明によると、細管の熱陰極蛍光管において、フィラメント電極への予熱を適切に行えるようになる。従って、フィラメント電極の予熱が不十分な状態で点灯させたり、或いは必要以上に予熱時間を長くする必要がなくなり、常に最適な予熱状態で点灯させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、本実施の形態における照明装置１の構成例を示すブロック図である。本実施の形態における照明装置は、液晶画像表示装置のバックライトとして使用されるものである。図１に示す照明装置は、例えば直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細管で構成された熱陰極蛍光管３０を備え、熱陰極蛍光管３０の一端及び他端にはフィラメント電極３１及びフィラメント電極３２が取り付けてある。この例では、フィラメント電極３１がホット側で、フィラメント電極３２がクール側であり、クール側を接地させてある。

フィラメント電極３１とフィラメント電極３２には、フィラメント予熱回路２０が接続してあり、フィラメント予熱回路２０は、フィラメント電極に交流電圧Ｖｆ１を印加することでフィラメント電極を予熱させる。予熱用の交流電圧Ｖｆ１は、例えば３Ｖ程度の低圧電圧である。フィラメント予熱回路２０は、照明装置１の点灯又は消灯を切り替える点灯スイッチ１０の操作に応じて動作する。点灯スイッチ１０は、液晶画像表示装置の表示のオン・オフに連動して点灯及び消灯を切り替える。例えば、テレビジョン受像機として構成された液晶画像表示装置に付属したリモートコントロール装置の電源キーの操作などに連動して、点灯スイッチ１０が点灯及び消灯を切り替える処理を行う。

熱陰極蛍光管３０のクール側のフィラメント電極３２には、例えば直列に抵抗３３が接続されて、フィラメント電圧検出回路４０が接続してあり、フィラメント電極３２のフィラメント降下電圧の検出を行う。フィラメント電圧検出回路４０で検出されるフィラメント電極３２の電圧は、フィラメントの温度によって変化する。つまり、予熱用の交流電圧Ｖｆ１の印加時にはフィラメント抵抗が小さいためフィラメント電流は大きく流れ、フィラメント電極３３の降下電圧が小さくなりフィラメントの検出電圧も大きな値となるが、印加電流によりフィラメント温度が上昇するにつれてフィラメント抵抗が大きくなり、フィラメント電流が減少する。そして、フィラメント電流の減少に伴ってフィラメント電極３３の降下電圧が大きくなりフィラメント検出電圧も減少し、徐々に一定の値となる。

このようなフィラメントの特性変化を踏まえた上でフィラメント電圧を適切に検出するため、フィラメント電圧検出回路４０においては、フィラメント電極３３で発生した降下電圧を検出することで、交流電圧Ｖｆ１印加時に急激に変化した電圧は検出せずに、一定の値となった段階でのフィラメント電圧を検出できる構成としてある。フィラメント電圧検出回路４０は、交流を直流に平滑する回路（図示せず）を備えており、検出した電圧を直流に平滑して比較回路５０に出力する。

比較回路５０では、フィラメント電圧検出回路４０が検出した電圧と、基準電圧源５１で予め設定しておいた基準電圧Ｖｆｄとの比較を行う。基準電圧Ｖｆｄについては後述する。比較回路５０は、検出した電圧が基準電圧Ｖｆｄに到達していた場合に、蛍光管点灯回路６０を作動させる。蛍光管点灯回路６０はホット側のフィラメント電極３１に接続してあり、比較回路５０からの指令に基づき交流高圧電圧ＶＩを発生させて、ホット側のフィラメント電極３１に印加する。このようにフィラメント電極３１に交流高圧電圧ＶＩが印加されることで熱陰極蛍光管３０が点灯する。熱陰極蛍光管３０が点灯後も、フィラメント予熱回路２０によるフィラメント電極３２への予熱は継続して行われる。交流高圧電圧ＶＩは、例えば１ｋＶ程度の非常に高い電圧である。

ここで基準電圧Ｖｆｄについての説明を行う。フィラメント電圧検出回路４０で基準電圧Ｖｆｄとして使用される値は、フィラメント電極３１，３２のフィラメント温度Ｔｆを基準に設定するようにしてある。一般に熱陰極蛍光管では、フィラメントが十分に加熱されていない状態で蛍光管を点灯させるための高電圧がかかると、フィラメント電極がイオン衝撃を受けて熱陰極蛍光管の寿命が短縮化してしまう現象が知られている。このため、蛍光管点灯のための高電圧印加は、フィラメント電極３１，３２の温度が適切な温度範囲内に達してから行うようにすることが重要とされている。

図２は、横軸にフィラメント電圧Ｖｆ（Ｖ）、縦軸にフィラメント電流Ｉｆ（ｍＡ）及びフィラメント温度Ｔｆ（ｄｅｇ−ｋ）をとった場合の変化を示すグラフである。図２において、フィラメント温度曲線は実線で示してあり、フィラメント電流曲線は一点鎖線で示してある。図２の中でＡとして示してある部分は、フィラメント電極へ高電圧印加を行うにあたり最適とされるフィラメント温度Ｔｆの範囲を示したものである。フィラメント温度Ｔｆは、フィラメント電極への印加電圧Ｖｆとフィラメント電流Ｉｆによって決まるものであり、図２に示される特性を元に、フィラメント温度Ｔｆが、最適な温度範囲Ａの上限Ｔｆ１に到達する時点でのフィラメント電流の理論値を求め、この理論値からフィラメント電極３２と直列に接続された抵抗３３の電圧を求め基準電圧Ｖｆｄとして設定しておく。図２においては、フィラメント温度曲線とフィラメント温度Ｔｆ１を示す直線との交点部分がフィラメント電圧Ｖｆ１となり、フィラメント電流曲線とＶｆ１との交点部分がフィラメント電流Ｉｆ１となる。このフィラメント電流Ｉｆ１から抵抗３３にかかる電圧を求め基準電圧Ｖｆｄとする。

本例は、フィラメント予熱回路２０によって予熱が開始された後のフィラメント電圧を検出し、検出した電圧が上述した方法で設定された基準電圧Ｖｆｄに到達したタイミングで、熱陰極蛍光管３０を点灯させるようにしたものである。図３は、本例の予熱制御処理例を示すフローチャートである。なお、図３の説明中で図１に対応する部分には同一符号を付してある。図３において、まず点灯スイッチ１０がオンにされると（ステップＳ１）、フィラメント予熱回路２０にて交流電圧Ｖｆ１が生成される（ステップＳ２）。フィラメント予熱回路２０で生成された交流電圧Ｖｆ１は、熱陰極蛍光管３０のフィラメント電極３１及び３２に印加され、各フィラメント電極に予熱電流Ｉｆが流れる（ステップＳ３）。

次に、フィラメント電圧検出回路４０にて、熱陰極蛍光管３０の接地電位部側に配置されたフィラメント電極３２と直列に接続された抵抗３３の電圧が検出され、比較回路５０によって、フィラメント電圧検出回路４０で検出された電圧が、基準電圧Ｖｆｄに到達しているか否かの判断が行われる（ステップＳ４）。検出電圧が基準電圧Ｖｆｄに到達しない間はステップＳ４の判断が続けられ、検出電圧が基準電圧Ｖｆｄに到達したと判断された場合には、比較回路５０からの指令に基づき蛍光管点灯回路６０が動作し（ステップＳ５）、蛍光管点灯回路６０で交流高圧電圧ＶＩが生成される（ステップＳ６）。そして、蛍光管点灯回路６０で生成された交流高圧電圧ＶＩが熱陰極蛍光管３０に印加されることにより、熱陰極蛍光管３０が点灯する（ステップＳ７）。

図４は、点灯スイッチ１０がオンされてから蛍光管点灯回路６０が動作されるまでの間の、フィラメント電流、フィラメント検出電圧、フィラメント温度の遷移を示すタイムチャートである。図４においても、図１と対応する部分には同一の符号を付す。まず、点灯スイッチ１０がオフからオンに切り替わると（ｂ）、同時にフィラメント予熱回路２０がオンになる（ｃ）。フィラメント予熱回路２０は、オンになるとフィラメント電極３１及び３２に交流電圧Ｖｆが印加されるため、フィラメント電極への印加電圧も同じタイミングで０からＶｆに変化する（ｄ）。

フィラメント電極３１及び３２への交流電圧Ｖｆ１を印加時には、フィラメントの抵抗値が低いためフィラメント電極３１及び３２に大きな電流が流れるが、時間が経過して徐々にフィラメント温度Ｔｆが上昇してくるとフィラメントの抵抗値が大きくなるため、フィラメント電流Ｉｆが徐々に減少し、フィラメント電流Ｉｆ１に達した後は一定となる（ｅ）。

このとき抵抗３３にかかるフィラメント検出電圧は、交流電圧Ｖｆ１印加時にフィラメント電流が多く流れることに伴って大きな値を示し、時間が経過して徐々にフィラメント温度Ｔｆが上昇してくるとフィラメントの抵抗値が大きくなるため、フィラメント検出電圧Ｖｆｄが徐々に減少し、フィラメント電流Ｉｆ１に達した後は一定となる（ｆ）。（ｅ）に示されるフィラメント温度は、フィラメント予熱回路２０がオンされてから時間の経過に従って徐々に高温となり、フィラメント温度Ｔｆ１に達すると後は一定となる。

図４におけるフィラメント電圧Ｖｆ１、フィラメント電流Ｉｆ１、フィラメント温度Ｔｆ１は図２と対応しており、フィラメント検出電圧がＶｆｄに到達していれば、フィラメント温度ＴｆがＴｆ１に到達していることが想定される。図４に戻って説明を続けると、フィラメント電圧Ｖｆｄが検出された時点である、破線で示される時間軸においては、フィラメント温度はＴｆ１に到達していることが想定されるため、フィラメントの予熱が適切に行われた状態であると判断でき、この時点で蛍光管点灯回路６０をオンにして（ａ）、熱陰極蛍光管３０を点灯させる。

このように、フィラメントが適切に予熱された場合のフィラメント温度からフィラメント電流の理論値を導き出し、基準電圧Ｖｆｄとして予め設定しておくと共に、検出した実際のフィラメント検出電圧が基準電圧Ｖｆｄに達したタイミングで熱陰極蛍光管３０を点灯させるため、フィラメント電極への予熱が不十分な状態でフィラメント電極に交流高圧電圧が印加されることがなくなり、熱陰極蛍光管３０の長寿命化を図ることができる。

また、フィラメント温度が適温となったと想定されるタイミングで熱陰極蛍光管３０の点灯が行われるため、フィラメント電極への予熱時間を最小限とすることができ、点灯スイッチオンから実際の点灯までの時間が、必要な範囲内における最短の時間となる。

また、コンデンサを使用せずにフィラメントの予熱制御を行えるため、熱陰極蛍光管が細管化されて高インピーダンスとなり、高周波での駆動が必要となった場合でも、フィラメント電極への予熱を適切に行うことができる。

なお、ここまで説明した実施の形態で示した電圧値などの値は、一例を示したものであり、上述した値に限定されるものではない。

また、図１に示した例では、熱陰極蛍光管３０は１本だけを示したが、複数本の熱陰極蛍光管を備えた照明装置として構成してもよい。このように複数本の熱陰極蛍光管を備えた照明装置として構成した場合、図１に示したフィラメント電圧検出回路４０や比較回路５０などの電圧検出する構成は、いずれか１本の熱陰極蛍光管についてだけ設けて、その検出した電圧で全ての熱陰極蛍光管の点灯を制御するようにしてもよい。或いは、複数本用意された全ての熱陰極蛍光管について、図１に示したフィラメント電圧検出回路４０や比較回路５０などの電圧検出する構成を設けて、それぞれの熱陰極蛍光管ごとに、正確な点灯制御をする構成としてもよい。

また、上述した実施の形態では、液晶画像表示装置用のバックライトとして使用される照明装置に適用した例について説明したが、その他の熱陰極蛍光管を備えた照明装置にも適用が可能であることは勿論である。例えば室内灯として使用される照明装置に、上述した実施の形態の構成の熱陰極蛍光管を備えた照明装置を適用してもよい。

本発明の一実施の形態による照明装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態によるフィラメントの温度変化特性を示す特性図である。 本発明の一実施の形態による予熱制御処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による点灯スイッチオンから蛍光管点灯までのフィラメント電流、フィラメント電圧及びフィラメント温度の遷移を示すタイムチャートである。 本発明の一実施の形態による熱陰極蛍光管の構成例を示す説明図である。

符号の説明

１…照明装置、１０…点灯スイッチ、２０…フィラメント予熱回路、３０…熱陰極蛍光管、３１…フィラメント電極（ホット側）、３２…フィラメント電極（クール側）、４０…フィラメント電圧検出回路、５０…比較回路、５１…基準電圧源、６０…蛍光管点灯回路、１００…熱陰極蛍光管、１０１…蛍光体、１０２…フィラメント電極、１０３…アルゴン、１０４…水銀、１０５…熱電子

Claims (5)

1. フィラメント電極を両端に備えた熱陰極蛍光管と、該熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させる蛍光管点灯回路とを備える照明装置において、
   前記フィラメント電極に予熱用の交流電圧を印加するフィラメント予熱回路と、
   前記フィラメント電極に印加された電圧を検出するフィラメント電圧検出部と、
   前記フィラメント電極の適正な予熱温度に対応して設定した基準電圧と、前記フィラメント電圧検出回路で検出した電圧とを比較し、フィラメント電圧が前記基準電圧に達した場合に、前記蛍光灯点灯回路からの交流高圧電圧の印加を開始させる制御部とを備えたことを特徴とする
   照明装置。
2. 請求項１記載の照明装置において、
   前記フィラメント予熱回路は、前記蛍光管点灯回路が前記熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させている状態の間にも、予熱用の交流電圧を印加することを特徴とする
   照明装置。
3. 請求項１記載の照明装置において、
   前記熱陰極蛍光管の直径は１０ｍｍ以下であることを特徴とする
   照明装置。
4. 請求項１記載の照明装置において、
   前記フィラメント電圧検出回路は、前記熱陰極蛍光管のクール側のフィラメント電極に接続されていることを特徴とする
   照明装置。
5. フィラメント電極を両端に備えた熱陰極蛍光管を点灯させる照明制御方法において、
   前記フィラメント電極に予熱用の交流電圧を印加した状態で、前記フィラメント電極の電圧を検出し、
   前記フィラメント電極の適正な予熱温度に対応して設定した基準電圧と、前記検出したフィラメント電極の電圧とを比較し、フィラメント電圧が前記基準電圧以上であった場合に、前記フィラメント電極への点灯用の交流高圧電圧の印加を開始させることを特徴とする
   照明制御方法。

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