JP2008091313A - 照明装置及び熱陰極蛍光管の保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新たに部品を追加することなくフィラメント電極の異常を検知でき、異常検知時には熱陰極蛍光管を保護できる照明装置を提供する。
【解決手段】フィラメント電極１１及び１２を備えた熱陰極蛍光管１０に交流高圧電圧を印加して点灯させる照明装置における、熱陰極蛍光管１０の保護を行う場合において、フィラメント電極への予熱電圧を生成してフィラメント電極に印加し、フィラメント電極への予熱電圧を検出して、検出された電圧が、予め設定しておいた第１の基準電圧より低い場合にはフィラメント電極への予熱電圧印加及び高圧電圧印加を停止させ、検出電圧が予め設定しておいた第２の基準電圧より高い場合には前記フィラメント電極への高圧電圧印加を停止させるようにした。
【選択図】図１

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照明装置及び熱陰極蛍光管の保護方法に関する。

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、冷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７は、一般的な熱陰極蛍光管の構成例を示す図である。図７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１０２ａと１０２ｂが電極として取り付けられている。図７においては、フィラメント１０２ａ側が陰極、フィラメント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１０２ａ及び１０２ｂに電流を流して予熱すると、フィラメント１０２ａ及び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。

このような熱陰極蛍光管において、寿命末期にフィラメント電極に塗布されたエミッタが枯渇したり、熱陰極蛍光管の接続不良がある場合やフィラメント電極に不良がある場合などに、フィラメント電極がオープン状態になることがある。フィラメント電極にオープン状態が生じると、フィラメント電極がイオン衝撃を受け、これによりホットスポットが形成されて、そこから放電が開始されることにより、熱陰極蛍光管が異常発熱してしまう。フィラメント電極にショート（短絡）が発生した場合にも、電子が放出されない状態でフィラメント電極に高圧電圧が印加されることでフィラメント電極がイオン衝撃を受けホットスポットが形成され、オープン異常時と同様に熱陰極蛍光管が異常発熱してしまう。

特許文献１には、寿命末期に生ずる片エミッション状態を検知した場合に、蛍光管を流れる電流を下げることにより蛍光管を保護することについての開示がある。

特許文献２には、電流センサを設けて、この電流センサの出力値の大きさによって蛍光管の装着不備や寿命到来を検知し、検知した内容に応じて蛍光管への電圧印加停止や警告の発生等を行うことについての開示がある。
特開平３−２０５７８９号公報 特開平３−２５２０９８号公報

従来、蛍光管の保護を行う方式として種々のものが提案されているが、より簡単で確実な保護ができるようにすることが要請されている。例えば特許文献１に記載された保護を行うことで、寿命末期に生ずる片エミッション状態を検知できるが、この特許文献１に記載の構成は、フィラメント電極に流れる交流電流の正逆アンバランスを検出する構成であるため、アンバランスが生じない両側エミッション枯渇時の異常を検知することが難しい。

また、特許文献２には、蛍光管の装着不良や寿命到来を検知できる構成が記載されているが、検知のために新たに電流センサを設ける必要があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、新たに部品を追加することなくフィラメント電極の異常を検知でき、異常検知時には熱陰極蛍光管を保護できる照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、フィラメント電極を備えた熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させる照明装置における、熱陰極蛍光管の保護を行う場合において、フィラメント電極への予熱電圧を生成してフィラメント電極に印加し、フィラメント電極への予熱電圧を検出して平滑化し、検出された電圧が、予め設定しておいた第１の基準電圧より低い場合にはフィラメント電極への予熱電圧印加及び高圧電圧印加を停止させ、検出電圧が予め設定しておいた第２の基準電圧より高い場合にはフィラメント電極への高圧電圧印加を停止させるようにしたものである。

このようにしたことで、フィラメント電極への予熱電圧の大きさに応じて、熱陰極蛍光管への予熱電圧印加又は熱陰極蛍光管点灯のための高圧電圧印加が停止される。

本発明によると、新たに部品を追加することなくフィラメント電極の異常を検知でき、異常検知時には熱陰極蛍光管への電圧印加が停止されるため、熱陰極蛍光管の異常発熱を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。

本実施の形態においては、液晶画像表示装置のバックライトとして使用される、熱陰極蛍光管を備えた照明装置に適用したものである。図１は、本例の照明装置の構成例を示した図である。図１に示す照明装置は、熱陰極蛍光管１０を備え、熱陰極蛍光管１０の両端にはフィラメント電極１１及びフィラメント電極１２が取り付けてある。フィラメント電極１１はホット側のフィラメント電極であり、蛍光管点灯回路２０から、点灯用の交流高圧電圧が供給される。フィラメント電極１２はクール側のフィラメント電極である。クール側のフィラメント電極１２は接地させてある。フィラメント電極１１及び１２は、フィラメント予熱回路３０に接続してあり、予熱用交流電圧が印加される。

フィラメント予熱回路３０は、トランスの１次巻線３２と、熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極１１に接続されたトランスの２次巻線３３、熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極１２に接続されたトランスの３次巻線３４とで構成される予熱電圧生成回路と、トランスの１次巻線３２に直列に接続された抵抗３１とで構成される。熱陰極蛍光管１０のフィラメントを予熱させる際には、トランスの１次巻線３２に電圧を印加し、印加された電圧により２次巻線３３及び３次巻線３４に発生した誘起電圧を予熱電圧としてフィラメント電極１１及びフィラメント電極１２に印加する。

フィラメント予熱回路３０によってフィラメント電極１１及びフィラメント電極１２が十分に予熱されると、蛍光灯点灯回路２０が交流高圧電圧を発生させ、発生させた交流高圧電圧がフィラメント電極１１に印加されることにより熱陰極蛍光管１０が点灯する。

フィラメント予熱回路３０によるフィラメントへの予熱電圧印加は、熱陰極蛍光管１０の点灯後も継続して行われ、フィラメント電極１１又はフィラメント電極１２においてオープン又はショートが発生した場合には、トランスの１次巻線３２を流れる電流が増減する。よって、トランスの１次巻線３２に直列に接続された抵抗３１での電圧を検出することにより、フィラメント電極１１又はフィラメント電極１２での異常を検知することが可能となる。

抵抗３１での電圧を検出するため、フィラメント予熱回路３０には、電圧検出回路４０が接続してある。電圧検出回路４０としては、トランス１次巻線３２と抵抗３１との接続点に、ダイオード４１の一端とダイオード４５の一端が接続してある。ダイオード４１は、マイナス方向の交流電圧を検出するように接続してあり、ダイオード４５はプラス方向の交流電圧を検出するように接続してあり、ダイオード４１とダイオード４５では接続方向を逆にしてある。ダイオード４１の他端は、抵抗４２を介して比較回路５０内の比較器５１の一方の入力端に接続してある。抵抗４２と比較器５１との接続点は、フィラメント予熱回路３０側と、コンデンサ４３と抵抗４４の並列回路が接続してある。これらの素子４２、４３、４４により、ダイオード４１で得られた交流電圧が平滑化され、直流電圧として後段の比較器５１に供給される。

プラス方向の交流電圧を検出するダイオード４５の他端も、抵抗４６を介して比較回路５０内の比較器５４の一方の入力端に接続してある。抵抗４６と比較器５４との接続点は、コンデンサ４７と抵抗４８との並列回路を介して接地させてある。これらの素子４６、４７、４８により、ダイオード４５で得られた交流が平滑化され、直流電圧として後段の比較器５４に供給される。

比較回路５０においては、フィラメント予熱回路３０の抵抗３１における電圧と、予め設定しておいた基準電圧との比較を行うようにしてある。比較器５１の他方の入力端には抵抗５２及び抵抗５３で分圧された基準電圧が印加されるようにしてある。基準電圧の電圧値の設定の詳細については後述する。

比較器５１は、一方の入力端に供給されるフィラメント予熱回路３０から検出した検出電圧と、基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧より低かった場合に、フィラメント予熱回路３０及び蛍光管点灯回路２０を停止させる。

比較器５４の他方の入力端には、抵抗５５及び抵抗５６で分圧された基準電圧が印加されるようにしてある。

比較器５４は、一方の入力端に供給されるフィラメント予熱回路３０から検出した検出電圧と、他方の入力端に印加された基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧より高かった場合に、蛍光管点灯回路２０を停止させる。

次に、図２と図３を参照して、本例の熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極がオープンになった場合の処理例について説明する。図２は、接地電位部に接続されたフィラメント電極１２がオープンになった状態における照明装置のブロック図である。なお、図２ではフィラメント電極の片側がオープンになった場合を、フィラメント電極１２′として示してある。ここでは、フィラメント電極１２がオープンになった例に挙げて説明するが、他方のフィラメント電極１１、或いは２つのフィラメント電極１１、１２が両方ともオープンになった場合でも同様の処理を行うものとする。

図２においては、接地電位部に接続された側のフィラメント電極１２′がオープンとなっており、このような状態となると、トランスの３次巻線３４の電極がオープンとなる。これにより、トランスの１次巻線３２におけるインダクタンスＬ１が上昇し、１次巻線３２を流れる交流電流Ｉ１は減少する。１次巻線３２を流れる交流電流Ｉ１が減少すると、トランスの１次巻線３２に接続された抵抗３１の電圧降下が小さくなり、抵抗３１における交流電圧Ｖｒは定常状態の交流電圧よりも高くなる。

この交流電圧Ｖｒは、電圧検出回路４０のダイオード４５で検出され、抵抗４６、コンデンサ４７、抵抗４８で平滑化された上で直流電圧Ｖ１として比較器５４の一方の入力端に印加される。比較器５４の他方の入力端には基準電圧Ｖａ１が印加され、比較器５４で検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖａ１とが比較される。

ここで、図３を参照して基準電圧について説明する。図３は縦軸に検出電圧Ｖ１をとってあり、熱陰極蛍光管１０が正常に動作している定常状態において、検出される検出電圧Ｖ１の上限をＶａ１、下限をＶｂ１として示してある。熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極がオープンになった場合には、検出電圧Ｖ１はＶａ１以上の値となり、熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極がショートになった場合には、検出電圧Ｖ１はＶｂ１以下の値となる。このため、Ｖａ１を、フィラメント電極にオープン状態が発生しているか否かの判断基準としての基準電圧Ｖａ１（第２の基準電圧）とし、Ｖｂ１を、フィラメント電極にショート状態が発生しているか否かの判断基準としての基準電圧Ｖｂ１（第１の基準電圧）とする。

図２に戻って説明を続けると、比較器５４は、検出電圧Ｖ１と、基準電圧Ｖａ１とを比較する。図２においては、熱陰極蛍光管１０の片側のフィラメント電極１２′がオープン状態であるため、検出電圧Ｖ１は基準電圧Ｖａ１を上回る。比較器５４は、検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖａ１を上回る場合には蛍光灯点灯回路２０を停止させるようにしてある。

図４は、フィラメント電極にオープンが発生した場合の比較回路５０の処理例を示すフローチャートである。まず比較回路５０の比較器５４は、検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖａ１とを比較する（ステップＳ１１）。検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖａ１未満である間はステップＳ１１の判断を繰り返し、検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖａ１以上である場合に、フィラメント電極にオープン異常が発生したと判断し（ステップＳ１２）、蛍光管点灯回路２０を停止させる（ステップＳ１３）。

次に、図５と図６を参照して、本例の熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極がショートになった場合の処理例について説明する。図５は、接地電位部に接続されたフィラメント電極１２がショートになった状態における照明装置のブロック図である。なお、図５ではフィラメント電極の片側がショートになった場合を例に挙げて説明するが、フィラメント電極が両方ともショートになった場合でも同様の処理を行うものとする。

図５においては、接地電位部に接続された側のフィラメント電極がショートとなっており、このような状態となると、トランスの３次巻線３４の電極がショートとなる。これにより、トランスの１次巻線３２におけるインダクタンスＬ１が減少し、１次巻線３２を流れる交流電流Ｉ１は増加する。１次巻線３２を流れる交流電流Ｉ１が増加すると、トランスの１次巻線３２に接続された抵抗３１の電圧降下が大きくなり、抵抗３１における交流電圧Ｖｒは定常状態の交流電圧よりも低くなる。

この交流電圧Ｖｒは、電圧検出回路４０のダイオード４１で検出され、抵抗４２、コンデンサ４３、抵抗４４で平滑化された上で直流電圧Ｖ１として比較器５１のマイナス側入力端子に印加される。

比較器５１には基準電圧Ｖｂ１が印加され、比較器５１で検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｂ１とが比較される。図５においては、熱陰極蛍光管１０のフィラメント電極の片側がショート状態であるため、検出電圧Ｖ１は基準電圧Ｖｂ１を下回る。比較器５１は、検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｂ１を下回る場合には、フィラメント予熱回路３０及び蛍光灯点灯回路２０を停止させるようにしてある。

図６は、フィラメント電極にショートが発生した場合の比較回路５０の処理例を示すフローチャートである。まず比較回路５０の比較器５１は、検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｂ１とを比較する（ステップＳ２１）。検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｂ１より上である間はステップＳ１１の判断を繰り返し、検出電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｂ１以下である場合に、フィラメント電極にショート異常が発生したと判断し（ステップＳ２２）、蛍光管点灯回路２０を停止させる（ステップＳ２３）。

このように構成することで、フィラメント電極にオープンが発生した場合には蛍光管点灯回路２０が停止されるため、フィラメント電圧から電子が放出されない状態で高圧電圧がかけられることがなくなり、熱陰極蛍光管１０が異常発熱してしまうのを防ぐことが可能となる。

また、フィラメント電極にショートが発生した場合には、蛍光灯点灯回路２０とフィラメント予熱回路３０が停止されるため、ショート異常によりフィラメント予熱回路３０における過電流の発生と、熱陰極蛍光管１０における異常発熱の発生を防止することができる。

また、フィラメント予熱回路３０を駆動するトランスの１次巻線における電圧を検出して、フィラメント電極でのショート異常又はオープン異常を検知する構成としてあるため、フィラメント電極での異常を検知するために新たに部品を追加する必要が無く、コストとスペースを節減することが出来る。

また、フィラメント予熱回路３０を駆動するトランスの１次巻線における電圧を検出して、フィラメント電極でのショート異常又はオープン異常を検知する構成としてあるため、フィラメント電極の両方がショート又はオープン状態に陥って、両フィラメント電極でのアンバランスが発生していない状況であっても、フィラメント電極の異常を検知することが可能となる。

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１０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検出電圧の幅を示す説明図である。 本発明の一実施の形態によるオープン異常検出時の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オープン異常検出時の処理例を示すフローチャートである。 従来の熱陰極蛍光管の構成例を示す説明図である。

符号の説明

１０…熱陰極蛍光管、１１、１２…フィラメント電極、２０…蛍光管点灯回路、３０…フィラメント予熱回路、３１…抵抗、３２…トランス１次巻線、３３…トランス２次巻線、３４…トランス３次巻線、４０…電圧検出回路、５０…比較回路、５１、５４…比較器、Ｌ１…インダクタンス、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、Ｖｒ…検出電圧、Ｖａ１、Ｖｂ１…基準電圧、Ｒ１…紫外線、Ｒ２…可視光線

Claims (4)

1. フィラメント電極を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の予熱電圧を前記フィラメント電極に印加するフィラメント予熱回路と、
   前記フィラメント予熱回路における予熱電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路で検出された電圧が、予め設定した第１の基準電圧より低い場合には、前記予熱電圧及び前記交流高圧電圧の前記熱陰極蛍光管への印加を停止させ、検出された電圧が第２の基準電圧より高い場合には、前記交流高圧電圧の前記熱陰極蛍光管への印加を停止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、
   前記第１の基準電圧は、当該照明装置の正常動作時における前記検出電圧の下限値を基に設定し、前記第２の基準電圧は、当該照明装置の正常動作時における上限値を基に設定したことを特徴とする
   照明装置。
3. 請求項１記載の照明装置において、
   前記フィラメント予熱回路の予熱電圧生成部には抵抗が接続してあり、前記電圧検出回路は、前記抵抗での電圧を検出することを特徴とする
   照明装置。
4. フィラメント電極を備えた熱陰極蛍光管に交流高圧電圧を印加して点灯させる照明装置における、熱陰極蛍光管の保護を行う保護方法において、
   前記フィラメント電極への予熱電圧を生成して前記フィラメント電極に印加し、
   前記フィラメント電極への予熱電圧を検出して、
   前記検出された電圧が、予め設定しておいた第１の基準電圧より低い場合には前記フィラメント電極への予熱電圧印加及び高圧電圧印加を停止させ、該検出電圧が予め設定しておいた第２の基準電圧より高い場合には前記フィラメント電極への高圧電圧印加を停止させることを特徴とする
   熱陰極蛍光管の保護方法。

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