JP3348648B2 - Dielectric barrier discharge lamp light source device - Google Patents

Dielectric barrier discharge lamp light source device

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JP3348648B2
JP3348648B2 JP12033698A JP12033698A JP3348648B2 JP 3348648 B2 JP3348648 B2 JP 3348648B2 JP 12033698 A JP12033698 A JP 12033698A JP 12033698 A JP12033698 A JP 12033698A JP 3348648 B2 JP3348648 B2 JP 3348648B2
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barrier discharge
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Ushio Denki KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光化学反
応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種
で、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、
前記エキシマ分子から放射される光を利用するいわゆる
誘電体バリア放電ランプを含む光源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge lamp used as an ultraviolet light source for photochemical reactions, for example, which forms excimer molecules by dielectric barrier discharge.
The present invention relates to a light source device including a so-called dielectric barrier discharge lamp using light emitted from the excimer molecule.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明に関連した誘電体バリア放電ラン
プに関する技術を開示した技術文献として、例えば特開
平2−7353号公報がある。該公報には、放電容器に
エキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バ
リア放電によってエキシマ分子を形成せしめ、前記エキ
シマ分子から放射される光を取り出す放射器が記載され
ている(誘電体バリア放電:別名オゾナイザ放電あるい
は無声放電、電気学会発行改定新版「放電ハンドブッ
ク」平成1年6月再販7刷発行第263ページ参照)。
誘電体バリア放電ランプには、放電プラズマ空間を挟ん
で電極の間に、1枚または2枚の誘電体が存在する。図
19(a)は、2枚の誘電体5,6が存在する誘電体バ
リア放電ランプ1を示している。因みに、図19(a)
ではランプ封体7が、誘電体5,6を兼ねている。
2. Description of the Related Art Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 2-7353 discloses a technique relating to a dielectric barrier discharge lamp related to the present invention. This publication describes a radiator in which a discharge vessel is filled with a discharge gas for forming excimer molecules, excimer molecules are formed by dielectric barrier discharge, and light emitted from the excimer molecules is extracted (dielectric). Body barrier discharge: also known as ozonizer discharge or silent discharge, refer to the revised edition of the “Discharge Handbook” published by the Institute of Electrical Engineers of Japan, reprinted in 7th edition, June 1991, page 263).
In a dielectric barrier discharge lamp, one or two dielectrics exist between electrodes across a discharge plasma space. FIG. 19A shows a dielectric barrier discharge lamp 1 in which two dielectrics 5 and 6 are present. By the way, FIG.
In the figure, the lamp envelope 7 also functions as the dielectrics 5 and 6.

【0003】誘電体バリア放電ランプ1を点灯させる際
は、その両極の電極3,4に、例えば、10kHz〜2
00kHz、2kV〜10kVの高周波の交流電圧を印
加する。ところが放電プラズマ空間2と電極3,4の間
に介在する誘電体5,6のため、電極3,4から放電プ
ラズマ空間2に直接に電流が流れるのではなく、誘電体
5,6がコンデンサの働きをすることによって電流が流
れる。すなわち、各誘電体5,6の放電プラズマ空間2
側の面には、各電極3,4側の面と等量逆符号の電荷が
誘電体の分極により誘起され、放電プラズマ空間2を挟
んで対向する誘電体5,6の面の間で放電する。
When the dielectric barrier discharge lamp 1 is turned on, the electrodes 3 and 4 of the two poles are, for example, 10 kHz to 2 kHz.
A high-frequency AC voltage of 00 kHz, 2 kV to 10 kV is applied. However, due to the dielectrics 5 and 6 interposed between the discharge plasma space 2 and the electrodes 3 and 4, current does not flow directly from the electrodes 3 and 4 to the discharge plasma space 2, but the dielectrics 5 and 6 are used as capacitors. Electric current flows by working. That is, the discharge plasma space 2 of each of the dielectrics 5 and 6
On the surface on the side, electric charges having the same sign as the surface on the side of each of the electrodes 3 and 4 are induced by the polarization of the dielectric, and discharge occurs between the surfaces of the dielectrics 5 and 6 opposed to each other across the discharge plasma space 2. I do.

【0004】誘電体5,6の放電プラズマ空間2側の面
に沿っては電流があまり流れず、放電が生じた部分で
は、誘電体5,6の放電プラズマ空間2側の面に誘起さ
れた電荷は、放電により移動した電荷により中和され、
放電プラズマ空間2の電界が減少する。このため、電極
3,4への電圧印加が継続されていても、放電電流はや
がて停止してしまう。ただし、電極3,4への印加電圧
がさらに上昇する場合は、放電電流は持続する。1度放
電が生じた後、放電が停止した場合は、電極3,4に印
加される電圧の極性が反転するまで、再放電しない。例
えばキセノンガスを封入した誘電体バリア放電ランプの
場合、キセノンガスは、放電によりイオンと電子に分離
し、キセノンプラズマとなる。このプラズマ中で、特定
のエネルギー準位に励起されたキセノンが結合し、エキ
シマ分子が形成される。キセノンエキシマは、ある寿命
時間を経過すると解離してしまうが、このときに開放さ
れるエネルギーが真空紫外波長の光子として放出され
る。誘電体バリア放電ランプを真空紫外光源として効率
的に動作させるためには、このエキシマ分子形成を効率
的にする必要がある。
A small amount of current flows along the surface of the dielectrics 5 and 6 on the side of the discharge plasma space 2, and the portion where the discharge occurs is induced on the surface of the dielectrics 5 and 6 on the side of the discharge plasma space 2. The charge is neutralized by the charge transferred by the discharge,
The electric field in the discharge plasma space 2 decreases. For this reason, even if the voltage application to the electrodes 3 and 4 is continued, the discharge current eventually stops. However, when the voltage applied to the electrodes 3 and 4 further increases, the discharge current continues. When the discharge is stopped after the discharge once occurs, the discharge is not performed again until the polarity of the voltage applied to the electrodes 3 and 4 is reversed. For example, in the case of a dielectric barrier discharge lamp in which xenon gas is sealed, the xenon gas is separated into ions and electrons by discharge and becomes xenon plasma. In this plasma, xenon excited to a specific energy level is combined to form excimer molecules. Xenon excimer is dissociated after a certain lifetime, and the energy released at this time is emitted as a photon having a vacuum ultraviolet wavelength. In order to operate the dielectric barrier discharge lamp efficiently as a vacuum ultraviolet light source, it is necessary to efficiently form excimer molecules.

【0005】ここで、放電時に効率的なエキシマ分子形
成を阻害する大きな要因は、放電プラズマをエキシマ分
子形成に寄与しないエネルギー準位へ励起してしまうこ
とである。放電開始直後の放電プラズマの電子運動は集
団的であり、エネルギーは高いが温度は低い状態にあ
る。この状態では、放電プラズマは、エキシマ分子を形
成するために必要な、共鳴状態に遷移する確率が高い。
しかし放電時間が長くなると、プラズマの電子運動は次
第に熱的、すなわち、マックスウェル−ボルツマン分布
と呼ばれる熱平衡状態になり、プラズマ温度が上昇し、
エキシマ分子を形成できないような、より高い励起状態
に遷移する確率が上昇してしまう。
A major factor that hinders efficient excimer molecule formation during discharge is that the discharge plasma is excited to an energy level that does not contribute to excimer molecule formation. The electron motion of the discharge plasma immediately after the start of discharge is collective, and the energy is high but the temperature is low. In this state, the discharge plasma has a high probability of transitioning to a resonance state necessary for forming excimer molecules.
However, as the discharge time increases, the electron motion of the plasma gradually becomes thermal, that is, a thermal equilibrium state called a Maxwell-Boltzmann distribution, and the plasma temperature increases,
The probability of transition to a higher excited state that cannot form excimer molecules increases.

【0006】さらに、エキシマ分子が形成された場合で
も、寿命時間の経過を待って所期の光子を放出して自然
に解離する前に、後続の放電により、エキシマ分子が破
壊される場合もある。実際、キセノンエキシマの例で
は、放電開始から真空紫外波長の光子放出まで、1μs
程度の期間を要し、この期間内の後続の放電や再放電
は、エキシマ発光の効率を低下させる。すなわち、一度
放電が開始したならば、後続する放電のエネルギーはで
きるだけ小さくすることが最も重要であることがわか
る。
Furthermore, even when excimer molecules are formed, the excimer molecules may be destroyed by a subsequent discharge before the intended photons are emitted and naturally dissociated after the elapse of the lifetime. . In fact, in the case of xenon excimer, it takes 1 μs from the start of discharge to the emission of photons of vacuum ultraviolet wavelength.
A period of time is required, and subsequent discharge or re-discharge during this period reduces the efficiency of excimer light emission. That is, it is understood that once the discharge has started, it is most important to make the energy of the subsequent discharge as small as possible.

【0007】放電時間が短い場合であっても、その放電
期間に注入されるエネルギーが大き過ぎると、同様に高
い励起状態に遷移する確率が上昇してしまう。高い励起
状態に遷移したプラズマは、赤外線を放射して緩和し、
ランプの温度を上昇させるだけで、エキシマ発光に寄与
しない。すなわち、エキシマ分子形成に寄与しないエネ
ルギー準位への放電プラズマの励起を抑制するような放
電駆動を行わなければならないのである。この点で、従
来の誘電体バリア放電ランプ光源装置は満足できるもの
ではかった。
Even if the discharge time is short, if the energy injected during the discharge period is too large, the probability of similarly transitioning to a high excited state will increase. Plasma that has transitioned to a highly excited state emits infrared radiation and relaxes,
Only increasing the temperature of the lamp does not contribute to excimer emission. That is, discharge driving must be performed to suppress the excitation of discharge plasma to an energy level that does not contribute to excimer molecule formation. In this respect, the conventional dielectric barrier discharge lamp light source device has not been satisfactory.

【0008】誘電体バリア放電を含む、全てのパルス放
電によるエキシマ発光の高効率化を達成しようとする提
案として、特開平1−243363号公報がある。これ
は、一度放電が開始したならば、後続する放電のエネル
ギーはできるだけ小さくすること、という前記の条件に
沿うものである。しかし、この提案に記載されているも
のは、どういうパラメータを調整すればエキシマ発光が
高効率化できるか、についてであって、そのパラメータ
値の効果的な条件については、具体的には何ら示されて
いない。とりわけ、誘電体バリア放電の場合は、放電プ
ラズマ空間への電圧印加や電流注入は誘電体を介して行
わなければならないため、この電圧や電流の制御の自由
度が低く、最適条件を見出すことは非常に困難である。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-243363 discloses a proposal for achieving high efficiency of excimer light emission by all pulse discharges including a dielectric barrier discharge. This is in line with the above-mentioned condition that once the discharge has started, the energy of the subsequent discharge should be as small as possible. However, what is described in this proposal is about what parameters should be adjusted to improve the efficiency of excimer emission, and what conditions are effective for the parameter values are specifically described. Not. In particular, in the case of dielectric barrier discharge, since voltage application and current injection to the discharge plasma space must be performed through the dielectric, the degree of freedom in controlling the voltage and current is low, and it is difficult to find optimal conditions. Very difficult.

【0009】誘電体バリア放電ランプの効率を改善しよ
うとする提案として、例えば、特表平8−508363
公報がある。しかし、この提案においては、前記のエキ
シマ分子形成を効率的にするための、エキシマ分子形成
に寄与しないエネルギー準位への放電プラズマの励起を
抑制することの達成に真に効果的な、具体的な事項は何
ら述べられていない。また、誘電体バリア放電を利用し
た蛍光灯の駆動波形に関する改善提案として、例えば、
特開平6−163006号公報がある。これによると、
正負極性の矩形パルス列や交流の矩形波で駆動すること
により、蛍光灯の輝度が向上するということが述べられ
ている。この中では、矩形パルス列や矩形波について、
周波数やデューティ比に関連して、印加電圧の変化に対
する輝度の変化の実験結果が記載されており、従来の正
弦波駆動と比較した効率の向上の説明がなされている。
As a proposal for improving the efficiency of a dielectric barrier discharge lamp, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-508363 is disclosed.
There is a gazette. However, in this proposal, in order to make the excimer molecule formation more efficient, a specific effective, specific method for achieving the suppression of discharge plasma excitation to an energy level that does not contribute to excimer molecule formation is described. No matter is mentioned. Also, as a proposal for improving the driving waveform of a fluorescent lamp using a dielectric barrier discharge, for example,
There is JP-A-6-163006. according to this,
It is described that the luminance of a fluorescent lamp is improved by driving with a positive / negative rectangular pulse train or an alternating rectangular wave. In this, about the rectangular pulse train and the square wave,
An experimental result of a change in luminance with respect to a change in applied voltage is described in relation to a frequency and a duty ratio, and an improvement in efficiency as compared with a conventional sine wave drive is described.

【0010】しかし、現実の給電装置においては、高電
圧トランスなどが含まれ、理想的な矩形パルス列や矩形
波を印加することは不可能であり、給電装置の出力イン
ピーダンスとランプのインピーダンスの相互作用によ
り、波形は鈍化するし、また、部分的には共振により正
弦波的電圧が印加されてしまう。このような現実の給電
装置における、理想的な矩形的波形からのズレがあった
場合に、ズレのなかの如何なる成分は有害で、どの程度
のズレまで許容できるかを明確にしない限り、経済的に
見合う実用的な光源装置を設計、製作することはできな
い。
However, an actual power supply device includes a high-voltage transformer and the like, and it is impossible to apply an ideal rectangular pulse train or rectangular wave, and the interaction between the output impedance of the power supply device and the impedance of the lamp is not possible. As a result, the waveform becomes dull, and a sinusoidal voltage is applied partially due to resonance. If there is a deviation from an ideal rectangular waveform in such a real power supply device, any component in the deviation is harmful and economical unless it is clear to what extent the deviation can be tolerated. It is impossible to design and manufacture a practical light source device that meets the requirements.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した事情
に鑑みなされたものであって、その目的とするところ
は、エキシマ分子を効率的に生成し、真空紫外光源とし
て効率的に動作できる誘電体バリア放電ランプ光源装置
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a dielectric material capable of efficiently generating excimer molecules and operating efficiently as a vacuum ultraviolet light source. It is an object to provide a body barrier discharge lamp light source device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願発明の課題であるエ
キシマ分子を効率的に形成するためには、エキシマ分子
の形成に寄与しないエネルギー準位への放電プラズマの
励起を抑制することである。そして、このためには、ラ
ンプ印加電圧が有限の増加率で上昇し、放電開始電圧に
達して放電が開始されれば、できるだけ速やかに放電を
終了させればよい。誘電体バリア放電ランプ1の電気回
路的な動作を図19(b)で説明する。図19(b)に
示すように、放電プラズマ空間2の放電路は、抵抗10
とスイッチ11を直列に接続したものとなる。また、誘
電体バリア放電ランプ1には、電極3,4と放電プラズ
マ空間2の間に誘電体5,6があり、これは電気回路的
にはコンデンサとして働く。ただし、誘電体が2枚の場
合は、それぞれのコンデンサを直列合成した1個のコン
デンサ13と考えられる。
In order to efficiently form excimer molecules, an object of the present invention, it is to suppress the excitation of discharge plasma to an energy level that does not contribute to the formation of excimer molecules. For this purpose, the discharge may be terminated as soon as possible when the voltage applied to the lamp increases at a finite increase rate and reaches the discharge start voltage to start the discharge. The electric circuit operation of the dielectric barrier discharge lamp 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 19B, the discharge path of the discharge plasma space 2 is
And the switch 11 are connected in series. Further, the dielectric barrier discharge lamp 1 has dielectrics 5, 6 between the electrodes 3, 4 and the discharge plasma space 2, which function as a capacitor in an electric circuit. However, when there are two dielectrics, it is considered that one capacitor 13 is obtained by combining respective capacitors in series.

【0013】このコンデンサが放電プラズマ空間2に対
して直列に挿入された構造であるため、誘電体バリア放
電ランプ1にはランプ印加電圧の極性が変化した直後の
ある期間内にのみ放電電流が流れ、ランプ印加電圧を実
質的に零とした休止期間を有するパルス電圧を印加せず
とも、自然に放電の休止期間が生ずる。また、放電プラ
ズマ空間2の電圧が放電開始電圧に達しない限り、放電
は生じない。放電プラズマ空間2自体もコンデンサ12
を形成しており、放電が開始されれば、このコンデンサ
に充電されたエネルギーのほとんどが放電に費やされる
ため、給電装置は、放電開始以降に誘電体バリア放電ラ
ンプ1に必要以上の電流を追加して流さないようなもの
とすればよいことがわかる。
Since this capacitor has a structure inserted in series with the discharge plasma space 2, the discharge current flows through the dielectric barrier discharge lamp 1 only during a certain period immediately after the polarity of the voltage applied to the lamp changes. Even when a pulse voltage having a pause period in which the lamp application voltage is substantially zero is not applied, a discharge pause period naturally occurs. No discharge occurs unless the voltage of the discharge plasma space 2 reaches the discharge starting voltage. The discharge plasma space 2 itself also has a capacitor 12.
When the discharge is started, most of the energy charged in the capacitor is consumed in the discharge. Therefore, the power supply device adds an unnecessary current to the dielectric barrier discharge lamp 1 after the start of the discharge. It can be understood that it is sufficient to make it not flow.

【0014】次に、ランプ壁面の単位面積あたりについ
て考える。放電開始電圧は、ガス圧と放電ギャップの間
隔が決まればほとんど自動的に決まる。また、放電プラ
ズマ空間が形成するコンデンサ12の静電容量C1は、
放電ギャップ間隔により決まるため、1発の放電が開始
してから終了するまでの期間にプラズマに与えられる最
小エネルギーは、放電プラズマ空間が形成するコンデン
サ12に充電された電荷が全て放電するエネルギーであ
り、これはランプの構造により決まってしまう。前記の
エキシマ分子形成を効率的にするための、エキシマ分子
形成に寄与しないエネルギー準位への放電プラズマの励
起を抑制することは、この最小エネルギーの放電の条件
において、最も良く達成されることになる。
Next, consider the unit area of the lamp wall. The discharge starting voltage is almost automatically determined when the gas pressure and the interval between the discharge gaps are determined. Further, the capacitance C1 of the capacitor 12 formed by the discharge plasma space is:
Since it is determined by the discharge gap interval, the minimum energy given to the plasma during the period from the start of one discharge to the end thereof is the energy at which all the charges charged in the capacitor 12 formed by the discharge plasma space are discharged. This is determined by the structure of the lamp. In order to make the excimer molecule formation efficient, suppressing the excitation of the discharge plasma to an energy level that does not contribute to the excimer molecule formation is best achieved under the condition of this minimum energy discharge. Become.

【0015】ところが、この最小エネルギーの放電の条
件とは、極めて大きな出力インピーダンスを有する給電
装置を用いて、ランプ印加電圧を極めてゆっくりと上昇
させ、放電させることにより、原理的には実現可能であ
る。しかし、このような給電装置は、実際の光源装置と
して応用する場合には問題がある。第1の問題は、出力
インピーダンスが大きいと、周期的な繰返し放電のため
の、高速の動作速度が得られないことである。第2の問
題は、この最小エネルギーの放電の条件では、放電ギャ
ップ間隔のランプ内の位置的不均一の影響による1個の
ランプ内での放電の不均一が生じることがある点であ
る。従って、必要な光量を実現可能なような小さい出力
インピーダンスを有する給電装置を使用し、かつ、誘電
体バリア放電ランプの全壁面において均一に放電を生じ
せしめる余裕を持たせた実用的な光源装置とする等のた
めに、前記最小エネルギーの放電の条件よりもランプ印
加電圧を高くする必要がある。ただし、ランプ印加電圧
を高くする程度については、それによるエキシマ発光の
効率低下が容認可能な範囲に抑えておくべきである。
However, the condition of the discharge with the minimum energy can be realized in principle by increasing the voltage applied to the lamp very slowly using a power supply device having an extremely large output impedance and discharging the lamp. . However, such a power supply device has a problem when applied as an actual light source device. The first problem is that if the output impedance is large, a high operating speed for periodic repetitive discharge cannot be obtained. The second problem is that under the condition of the discharge with the minimum energy, the discharge gap may be uneven in one lamp due to the uneven position of the discharge gap in the lamp. Therefore, a practical light source device using a power supply device having a small output impedance capable of realizing a required light amount, and having a margin for uniformly generating a discharge on all wall surfaces of the dielectric barrier discharge lamp. Therefore, it is necessary to make the lamp applied voltage higher than the minimum energy discharge condition. However, the extent to which the voltage applied to the lamp is increased should be kept within a range in which the decrease in excimer emission efficiency due to this is acceptable.

【0016】すなわち、ランプ印加電圧のピーク値は、
放電不均一が実用上無視できるための下限値を基準とし
て、その2倍以下、望ましくは1.5倍以下に抑えるべ
きである。または放電が維持できるための下限値を基準
として、その3倍以下、望ましくは2.5倍以下に抑え
るべきである。なお、ランプ電力を増加する場合は、ラ
ンプ印加電圧を上げるのではなく、ランプ電源の駆動周
波数を上げることにより行うべきである。ランプ電流
は、ランプ印加電圧の反転の度毎に一定量が流れるた
め、ランプ電力は駆動周波数に比例することになる。よ
って、上記駆動周波数を上げることにより、ランプ印加
電圧上昇による効率の悪化を伴わずにランプ電力を増加
することができる。
That is, the peak value of the lamp applied voltage is
The value should be suppressed to twice or less, preferably 1.5 times or less, based on the lower limit value for practically negligible discharge nonuniformity. Alternatively, it should be suppressed to 3 times or less, preferably 2.5 times or less, based on a lower limit value for maintaining discharge. When increasing the lamp power, the driving frequency of the lamp power supply should be increased instead of increasing the lamp applied voltage. Since a fixed amount of the lamp current flows every time the lamp applied voltage is inverted, the lamp power is proportional to the driving frequency. Therefore, by increasing the driving frequency, the lamp power can be increased without deteriorating the efficiency due to an increase in the lamp applied voltage.

【0017】誘電体バリア放電ランプ光源装置の基本構
成を図1に示す。同図において、1は前記した誘電体バ
リア放電ランプ、8は給電装置であり、給電装置8は、
ブリッジ方式、プッシュプル方式、もしくは、フライバ
ック方式等の高周波交流電源9と、昇圧トランスTrか
ら構成される。実用的な給電装置における、ランプ印加
電圧E(t) 、放電ギャップ電圧(すなわち放電プラズマ
空間2の電圧)V1(t)、ランプ電流Is(t)、および、放
電電流Id(t)の典型的な波形を図2に示す(同図はフル
ブリッジ方式の給電装置を基本に、回路とランプをモデ
ル化して計算機シミュレーションにより求めた波形であ
り、ハーフブリッジやプッシュプル方式の給電装置にお
いても基本的に同様である)。なお、放電電流Id(t)に
ついては、前記図19(b)の抵抗10に流れるランプ
内電流であるため、その波形を直接測定するこはできな
いが、ランプ印加電圧E(t) とランプ電流Is(t)の波形
データを測定することができれば、前記図19(b)に
示した放電プラズマ空間2のコンデンサ12の静電容量
C1、誘電体5,6のコンデンサ13の静電容量C2、
誘電体バリア放電ランプに並列的に存在する浮遊静電容
量C3から算出することができる。
FIG. 1 shows the basic structure of a dielectric barrier discharge lamp light source device. In the figure, 1 is the above-described dielectric barrier discharge lamp, 8 is a power supply device, and the power supply device 8 is
It comprises a high-frequency AC power supply 9 of a bridge system, a push-pull system, a flyback system or the like, and a step-up transformer Tr. Typical values of the lamp applied voltage E (t), the discharge gap voltage (that is, the voltage of the discharge plasma space 2) V1 (t), the lamp current Is (t), and the discharge current Id (t) in a practical power supply device. FIG. 2 shows a waveform obtained by computer simulation based on a circuit and a lamp based on a full-bridge type power supply device. The waveform is also basic for a half-bridge and push-pull type power supply device. The same applies to the above.) Since the discharge current Id (t) is a current in the lamp flowing through the resistor 10 in FIG. 19B, its waveform cannot be directly measured, but the lamp applied voltage E (t) and the lamp current If the waveform data of Is (t) can be measured, the capacitance C1 of the capacitor 12 in the discharge plasma space 2 and the capacitance C2 of the capacitor 13 in the dielectrics 5 and 6 shown in FIG.
It can be calculated from the floating capacitance C3 existing in parallel with the dielectric barrier discharge lamp.

【0018】すなわち、放電プラズマ空間2のコンデン
サ12の静電容量C1、誘電体5,6のコンデンサ13
の静電容量C2、それに誘電体バリア放電ランプに並列
的に存在する浮遊静電容量C3により決まる、2個の係
数F=1+C1/C2およびCv=C1+C3・Fを用
いれば、放電電流波形Id(t)は次式(1)により求める
ことができる。 Id(t)=F・Is(t)−Cv・dE(t) /dt (1) この方法は、数値微分を使用するため、得られた結果の
波形のなかの電流値の小さい領域における精度はあまり
良くないが、放電開始時は速い立上がりを示すため、こ
れを見出す目的で使用する限り問題はない。
That is, the capacitance C1 of the capacitor 12 in the discharge plasma space 2 and the capacitance 13 of the dielectrics 5 and 6
Of the discharge current waveform Id (2) using two coefficients F = 1 + C1 / C2 and Cv = C1 + C3.F, which are determined by the capacitance C2 and the floating capacitance C3 existing in parallel with the dielectric barrier discharge lamp. t) can be obtained by the following equation (1). Id (t) = F · Is (t) −Cv · dE (t) / dt (1) Since this method uses numerical differentiation, the accuracy in a region where the current value is small in the obtained waveform is obtained. Although it is not so good, it shows a rapid rise at the start of discharge, so there is no problem as long as it is used for finding it.

【0019】図2において、ランプ印加電圧E(t) の極
性が急変すると、放電ギャップ電圧V1(t)も急変し、こ
れが放電開始電圧に達した点G1で放電が開始する。放
電が開始すると、放電電流波形J1(図2の放電電流I
d(t)波形参照)が急激に現われ、その結果、放電ギャッ
プ電圧V1(t)は急激に低下する。この放電ギャップ電圧
V1(t)(すなわち放電プラズマ空間の電圧)の急激な低
下分に応じて、ランプ印加電圧E(t) も低下し、屈曲点
Kが生ずる。放電電流が停止する点J2に対応するラン
プ印加電圧波形上の点は、その絶対値の極大点P1、ま
たはそれを少し過ぎたあたりに存在する。実際の光源装
置に対する評価においては、上記点は前記絶対値の極大
点P1に存在するものとできる。以降、屈曲点Kまでの
ランプ印加電圧波形の変化は、C2/(C1+C2) 倍に
縮小されて、放電ギャップ電圧V1(t)波形にそのまま現
れる。ここで、C1とC2は、前記した放電プラズマ空
間2のコンデンサ12の静電容量C1と、誘電体5,6
のコンデンサ13の静電容量C2である。電極3,4の
両方に誘電体5,6が存在する誘電体バリア放電ランプ
の場合は、C2は、それぞれの誘電体の単独の静電容量
が直列合成されたものと考えられる。
In FIG. 2, when the polarity of the lamp applied voltage E (t) changes suddenly, the discharge gap voltage V1 (t) also changes suddenly, and the discharge starts at the point G1 when the discharge gap voltage V1 (t) reaches the discharge starting voltage. When the discharge starts, the discharge current waveform J1 (discharge current I in FIG. 2)
d (t) waveform) appears rapidly, and as a result, the discharge gap voltage V1 (t) drops sharply. The lamp applied voltage E (t) also decreases in accordance with the sharp decrease in the discharge gap voltage V1 (t) (that is, the voltage in the discharge plasma space), and the inflection point K occurs. The point on the ramp applied voltage waveform corresponding to the point J2 at which the discharge current stops exists at or near the maximum point P1 of the absolute value or a little after it. In the evaluation of the actual light source device, the above point can be assumed to exist at the maximum point P1 of the absolute value. Thereafter, the change in the ramp applied voltage waveform up to the inflection point K is reduced to C2 / (C1 + C2) times, and appears as it is in the discharge gap voltage V1 (t) waveform. Here, C1 and C2 are the capacitance C1 of the capacitor 12 in the discharge plasma space 2 and the dielectrics 5 and 6 respectively.
Is the capacitance C2 of the capacitor 13 of FIG. In the case of a dielectric barrier discharge lamp in which the dielectrics 5 and 6 are present on both the electrodes 3 and 4, C2 is considered to be a combination of the individual capacitances of the respective dielectrics in series.

【0020】ここで、実用的な給電装置において、ラン
プ印加電圧に図2のような屈曲点Kが生ずる理由は次の
通りである。上記した放電ギャップ電圧V1(t)(すなわ
ち放電プラズマ空間の電圧)の急激な低下分に応じて、
ランプ印加電圧E(t) も低下しようとする。このランプ
印加電圧E(t) 低下分は給電装置8が補償しようとする
が、昇圧トランスTrの磁束漏洩やケーブルのインダク
タンスに起因する、誘導性の出力インピーダンスが存在
するため、ランプ印加電圧低下分の補償が遅れ、その結
果として、絶対値の大きい方向に凸の屈曲点Kが生ず
る。また、この誘導性の出力インピーダンスと誘電体バ
リア放電ランプ1の静電容量との共振により、屈曲点K
の後にランプ印加電圧に対する振動成分が混入する。そ
の結果、ランプ印加電圧波形上に絶対値の極小点や絶対
値の極大点が生じることがある。以下、上記屈曲点Kの
後に生ずる振動をリンギングといい、その周波数をリン
ギング周波数Frという。また、上記屈曲点Kで放電が
開始してから印加電圧E(t) がピークにいたるまでの時
間をτとし、屈曲点Kの次に現れるピークP1から次の
ピークP2までの時間をT12とする。
Here, in a practical power supply device, the reason why the bending point K as shown in FIG. 2 occurs in the voltage applied to the lamp is as follows. In response to the sudden decrease in the discharge gap voltage V1 (t) (that is, the voltage in the discharge plasma space),
The lamp applied voltage E (t) also tends to decrease. The power supply device 8 attempts to compensate for the decrease in the lamp applied voltage E (t). However, since there is an inductive output impedance due to the magnetic flux leakage of the step-up transformer Tr and the inductance of the cable, the decrease in the lamp applied voltage E (t) is reduced. Is delayed, and as a result, a bending point K that is convex in a direction of a larger absolute value is generated. Further, the resonance between the inductive output impedance and the capacitance of the dielectric barrier discharge lamp 1 causes the inflection point K
After that, a vibration component with respect to the lamp applied voltage is mixed. As a result, a minimum point of the absolute value or a maximum point of the absolute value may occur on the lamp applied voltage waveform. Hereinafter, the vibration that occurs after the bending point K is called ringing, and the frequency is called the ringing frequency Fr. The time from the start of the discharge at the inflection point K until the applied voltage E (t) reaches the peak is τ, and the time from the peak P1 appearing after the inflection point K to the next peak P2 is T12. I do.

【0021】本発明は、上記屈曲点K以後のランプ印加
電圧波形の変化に着目し、紫外線発光効率を低下させる
ことなく、誘電体バリア放電ランプに有効に電力を投入
するようにしたものである。すなわち、前記したように
ランプ印加電圧E(t) 波形が急激な上昇または下降をす
ることにより放電が発生したときエキシマ分子が生成さ
れ、生成されたエキシマ分子が解離して紫外線が発生す
るまでの期間に、更なる放電電流の追加があると、エキ
シマ分子が破壊する。したがって、放電電流を速やかに
切断することが紫外線発光効率の点から望ましい。
The present invention focuses on the change in the voltage applied to the lamp after the inflection point K, and effectively supplies power to the dielectric barrier discharge lamp without lowering the ultraviolet light emission efficiency. . That is, as described above, excimer molecules are generated when discharge occurs due to a sudden rise or fall of the lamp applied voltage E (t) waveform, and the generated excimer molecules are dissociated to generate ultraviolet rays. Excessive addition of discharge current during the period will destroy the excimer molecules. Therefore, it is desirable to cut off the discharge current promptly in terms of ultraviolet light emission efficiency.

【0022】しかしながら、図2に示したように上記屈
曲点Kで放電が開始してから、ランプ印加電圧E(t) が
第1のピークにいたるまでは放電電流が持続してしま
う。このため、放電が開始してから印加電圧がピークに
達するまでの時間τが長い場合には、結果的に紫外線発
生効率が低下する。また、屈曲点Kの後にリンギングが
発生する状態では、その電圧ピークにいたるまでは放電
電流が持続してしまう。そして、このリンギング周波数
が低い場合には、放電電流が停止するまでに時間を要
し、結果的に紫外線発光効率が低下する。すなわち、上
記した放電が開始してから印加電圧がピークに達するま
での時間τを短くするか、もしくは、リンギング周波数
Frを高くすることにより、紫外線発光効率を低下させ
ることなく、誘電体バリア放電ランプを放電させること
ができる。
However, as shown in FIG. 2, the discharge current continues from the start of the discharge at the bending point K until the lamp applied voltage E (t) reaches the first peak. Therefore, if the time τ from the start of the discharge to the peak of the applied voltage is long, the ultraviolet ray generation efficiency is reduced as a result. In the state where ringing occurs after the inflection point K, the discharge current continues until the voltage peaks. When the ringing frequency is low, it takes time until the discharge current stops, and as a result, the ultraviolet light emission efficiency decreases. That is, by shortening the time τ from the start of the above-described discharge to the peak of the applied voltage or by increasing the ringing frequency Fr, the dielectric barrier discharge lamp can be used without lowering the ultraviolet light emission efficiency. Can be discharged.

【0023】ここで、上記放電が開始してから印加電圧
E(t) がピークに達するまでの時間τおよびリンギング
周波数Frは、概ね給電装置8と誘電体バリア放電ラン
プ1から構成される回路のインダクタンスLと静電容量
Cにより定まり、これらの値小さくすることにより、時
間τを短くすることができ、また、リンギング周波数が
高くすることができる。ここで、第1のピークP1を過
ぎたあたりで放電は終了しているので(即ち、この時点
では前記図19(b)におけるスイッチ11は開いてい
る)、第1のピークP1を過ぎると、前記図19(b)
に示したコンデンサ12,13の静電容量と浮遊容量、
および回路のインダクタンスLできまる振動周波数で印
加電圧波形E(t) は振動的に変化する。上記のように第
1のピークP1を過ぎた直後で放電は終了しているた
め、上記第1のピークP1〜第2のピークP2までの時
間T12は、概ね上記したコンデンサ12,13の静電
容量と浮遊容量、および回路のインダクタンスLできま
る振動周波数の周期に相当する。
Here, the time τ from the start of the discharge until the applied voltage E (t) reaches the peak and the ringing frequency Fr are substantially the same as those of the circuit composed of the power supply device 8 and the dielectric barrier discharge lamp 1. It is determined by the inductance L and the capacitance C. By reducing these values, the time τ can be shortened and the ringing frequency can be increased. Here, since the discharge is completed around the first peak P1 (that is, the switch 11 in FIG. 19B is open at this time), after the first peak P1, FIG. 19B
The capacitance and stray capacitance of the capacitors 12 and 13 shown in
The applied voltage waveform E (t) changes oscillatingly at an oscillation frequency determined by the inductance L of the circuit. Since the discharge has ended immediately after the first peak P1 as described above, the time T12 from the first peak P1 to the second peak P2 is substantially equal to the electrostatic capacitance of the capacitors 12 and 13 described above. It corresponds to the period of the oscillation frequency determined by the capacitance and the stray capacitance, and the inductance L of the circuit.

【0024】一般にLC共振回路の共振周波数は次の式
で計算できる。 LC=1/(2πf)2 したがって、上記回路のインダクタンスをL、静電容量
をCとすると、上記リンギング周波数Frは、概ね、1
/{2π×√(LC)}で定まり、静電容量Cの値は誘
電体バリア放電ランプ1の静電容量に依存するので、リ
ンギング周波数Frを高くする(時間τを短くする)に
は、上記インダクタンスLの値を小さくすればよい。具
体的には、昇圧トランスTrの結合インピーダンスを小
さくすることにより、リンギング周波数Frは高くする
ことができる。上記考察に基づき、本発明者等は、上記
時間τ、ピークP1〜P2までの時間T12と紫外線発
光効率との関係、およびリンギング周波数と紫外線発光
効率との関係を調べた。その結果、後述する図8,9,
10に示すように、上記時間τをτ≦2.1μs、上記
時間T12をT12≦3μs、もしくは、リンギング周
波数FrをFr≧300kHzとすれば、紫外線発光効
率を低下させることなく、誘電体バリア放電ランプを放
電させることができることがわかった。
In general, the resonance frequency of an LC resonance circuit can be calculated by the following equation. LC = 1 / (2πf) 2 Therefore, assuming that the inductance of the circuit is L and the capacitance is C, the ringing frequency Fr is approximately 1
/ {2π × {(LC)}, and the value of the capacitance C depends on the capacitance of the dielectric barrier discharge lamp 1. Therefore, to increase the ringing frequency Fr (to shorten the time τ), What is necessary is just to make the value of the said inductance L small. Specifically, the ringing frequency Fr can be increased by reducing the coupling impedance of the step-up transformer Tr. Based on the above consideration, the present inventors examined the relationship between the time τ, the time T12 from the peaks P1 to P2, and the ultraviolet light emission efficiency, and the relationship between the ringing frequency and the ultraviolet light emission efficiency. As a result, FIGS.
As shown in FIG. 10, when the time τ is set to τ ≦ 2.1 μs, the time T12 is set to T12 ≦ 3 μs, or the ringing frequency Fr is set to Fr ≧ 300 kHz, the dielectric barrier discharge can be performed without lowering the ultraviolet light emission efficiency. It has been found that the lamp can be discharged.

【0025】ここで、前記したようにリンギング周波数
Frは、概ね、1/{2π×√(LC)}で定まるの
で、上記LCの値を、LC≦2.8×10-13 〔Cの単
位はF(ファラッド)、Lの単位はH(ヘンリー)〕と
すればよい。上記LCの値は、概ねランプ1の静電容量
とトランスTrのインダクタンスで定まるので、LCの
値が上記条件を満たすようにランプ1の静電容量に応じ
て、トランスTrのインダクタンスを選定すればよい。
上記静電容量Cの測定は、消灯状態のランプ単体の静電
容量をインピーダンスメータ等により測定すればよい。
また、Lの測定については、点灯時の放電が終了した直
後の状態に準じて、トランスTrの一次側の状態を模擬
的に再現した上で、2次側のインダクタンスをインピー
ダンスメータ等によって測定すればよい。
Here, as described above, the ringing frequency Fr is generally determined by 1 / {2π × {(LC)}, so that the value of LC is expressed as LC ≦ 2.8 × 10 −13 [unit of C Is F (Farad), and the unit of L is H (Henry). Since the value of LC is generally determined by the capacitance of the lamp 1 and the inductance of the transformer Tr, if the inductance of the transformer Tr is selected in accordance with the capacitance of the lamp 1 so that the LC value satisfies the above condition, Good.
The capacitance C may be measured by measuring the capacitance of the lamp in the unlit state with an impedance meter or the like.
Regarding the measurement of L, after the state of the primary side of the transformer Tr is simulated in accordance with the state immediately after the discharge at the time of lighting, the inductance of the secondary side is measured by an impedance meter or the like. I just need.

【0026】例えば、フルブリッジ方式もしくはハーフ
ブリッジ方式の高周波交流電源を用いる場合には、トラ
ンスの一次側を短絡した状態で、2次側のインダクタン
スを測定すればよい。また、プッシュプル方式の場合に
は、トランスTrの一次側の中点と一端を短絡し、他端
は開放した状態で、2次側のインダクタンスを測定すれ
ばよい。さらに、フライバック方式の場合には、トラン
スTrの一次側を開放した状態で、2次側のインダクタ
ンスを測定すればよい。なお、使用する給電装置8によ
っては、前記した屈曲点Kが印加電圧波形上に明確に現
れない場合がある。特にフライバック方式の電源を用い
た場合には、印加電圧波形上に上記屈曲点が明確に現れ
ない場合が多い。この場合には、前記したように放電電
流波形Id(t)を算出し、その立ち上がりの急峻な部分に
屈曲点があると推定すればよい。
For example, when a full-bridge or half-bridge high-frequency AC power supply is used, the inductance of the secondary side may be measured while the primary side of the transformer is short-circuited. In the case of the push-pull method, the inductance of the secondary side may be measured with the middle point and one end of the primary side of the transformer Tr short-circuited and the other end opened. Further, in the case of the flyback method, the inductance of the secondary side may be measured with the primary side of the transformer Tr open. Note that, depending on the power supply device 8 used, the bending point K may not clearly appear on the applied voltage waveform. In particular, when a flyback type power supply is used, the bending point often does not clearly appear on the applied voltage waveform. In this case, the discharge current waveform Id (t) may be calculated as described above, and it may be estimated that the inflection point is located at the steep rising portion.

【0027】本発明請求項1〜3に記載された発明は、
上記に基づき、誘電体バリア放電ランプを効率良く放電
させるための実用的な条件を規定したものであり、以下
のいずれかの条件を満たすことにより、誘電体バリア放
電ランプを効率良く放電させることができる。 (1)誘電体バリア放電を開始する電圧値に達した時点
経過後、最大の電圧値に達してから次の最大電圧値に達
するまでの時間が3μs以下となる電圧を誘電体バリア
放電ランプに印加する。 (2)誘電体バリア放電を開始する電圧値に達してか
ら、次に新たなランプ電圧が印加されるまでの期間にお
ける最大の電圧値になるまでの時間が2.1μs以下と
なる電圧を誘電体バリア放電ランプに印加する。 (3)給電装置と誘電体バリア放電ランプから構成され
る回路のインダクタンスをL、静電容量をCとしたと
き、該インダクタンスL、静電容量Cが下記の式を満た
すように選定する。 LC≦2.8×10-13
The invention according to claims 1 to 3,
Based on the above, practical conditions for efficiently discharging the dielectric barrier discharge lamp are defined, and by satisfying any of the following conditions, the dielectric barrier discharge lamp can be efficiently discharged. it can. (1) After the time when the voltage value at which the dielectric barrier discharge starts is reached, a voltage at which the time from reaching the maximum voltage value to reaching the next maximum voltage value is 3 μs or less is applied to the dielectric barrier discharge lamp. Apply. (2) A voltage in which the time from when the voltage value at which the dielectric barrier discharge starts to the time when the next lamp voltage is applied to the maximum voltage value becomes 2.1 μs or less is set to 2.1 μs or less. Apply to body barrier discharge lamp. (3) When the inductance of the circuit composed of the power supply device and the dielectric barrier discharge lamp is L and the capacitance is C, the inductance L and the capacitance C are selected so as to satisfy the following formula. LC ≦ 2.8 × 10 −13

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図3は本発明の実施例の誘電体バリア放電
ランプ点灯回路の一例を示す図であり、同図はフルブリ
ッジ方式のインバータ回路を用いた誘電体バリア放電ラ
ンプ点灯回路の概略構成を示している。図4は上記点灯
回路の動作を説明するための波形図であり、同図は例え
ばトランスの1次、2次間漏洩インダクタンスが無く放
電現象が生じない容量性の負荷が接続された場合の波形
を模式的に示している。同図において、Q1〜Q4はス
イッチング素子(例えばFET)、G1〜G4はスイッ
チング素子Q1〜Q4のゲート信号、Vpは昇圧トラン
スTr(以下、トランスTrと略記する)の一次側電
圧、VsはトランスTrの二次側電圧である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 3 is a diagram showing an example of a dielectric barrier discharge lamp lighting circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a schematic configuration of a dielectric barrier discharge lamp lighting circuit using a full-bridge type inverter circuit. . FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the above lighting circuit. FIG. 4 is a waveform diagram in the case where, for example, a capacitive load that does not cause a discharge phenomenon due to no primary or secondary leakage inductance of a transformer is connected. Is schematically shown. In the figure, Q1 to Q4 are switching elements (for example, FETs), G1 to G4 are gate signals of the switching elements Q1 to Q4, Vp is a primary side voltage of a step-up transformer Tr (hereinafter abbreviated as a transformer Tr), and Vs is a transformer. This is a secondary voltage of Tr.

【0029】図3の点灯回路の動作を図4により説明す
る。 (a) 第1ゲート信号G1、第4のゲート信号G4がオン
になると、ゲート駆動回路GD1,GD4により第1の
スイッチング素子Ql、第4のスイッチング素子Q4が
導通状態になり(同図)、トランスTrの1次側に直
流電源DCより直流電圧が印加され(同図)、トラン
スTrの2次側に電圧が発生し、誘電体バリア放電ラン
プ1に電圧が印加される(同図)。 (b) 第1ゲート信号G1、第4のゲート信号G4がオフ
になると(同図)、第1のスイッチング素子Ql、第
4のスイッチング素子Q4が遮断状態となり、トランス
Trの1次側電圧Vp,トランスTrの2次側電圧Vs
は、トランスTrの漏洩インダクタンスと、トランスT
rの2次側静電容量とから決まる共振周波数に関連した
速さで不安定的変動を始める(同図,)。 (c) 第2ゲート信号G2、第3のゲート信号G3がオン
になると、ゲート駆動回路GD2,GD3により第2の
スイッチング素子Q2、第3のスイッチング素子Q3が
導通状態になり(同図)、トランスTrの1次側に上
記(a) とは逆向きの直流電圧が印加され、トランスTr
の2次側に上記(a) とは逆向きの電圧が発生し、誘電体
バリア放電ランプ1に逆向きの電圧が印加される(同図
)。 (d) 第2ゲート信号G2、第3のゲート信号G3がオフ
になると(同図丸数字10)、第2のスイッチング素子Q
2、第3のスイッチング素子Q3が遮断状態となり、ト
ランスTrの1次側電圧Vp,トランスTrの2次側電
圧Vsは、トランスTrの漏洩インダクタンスと、トラ
ンスTrの2次側静電容量とから決まる共振周波数に関
連した速さで不安定的変動を始める(同図丸数字11,12
)。 (e) 以下、(a) 〜(d) の動作を繰り返す。
The operation of the lighting circuit of FIG. 3 will be described with reference to FIG. (a) When the first gate signal G1 and the fourth gate signal G4 are turned on, the first switching element Ql and the fourth switching element Q4 are turned on by the gate drive circuits GD1 and GD4 (FIG. 3), A DC voltage is applied to the primary side of the transformer Tr from the DC power supply DC (the same figure), a voltage is generated on the secondary side of the transformer Tr, and a voltage is applied to the dielectric barrier discharge lamp 1 (the same figure). (b) When the first gate signal G1 and the fourth gate signal G4 are turned off (the same figure), the first switching element Ql and the fourth switching element Q4 are cut off, and the primary side voltage Vp of the transformer Tr is set. , Secondary voltage Vs of transformer Tr
Is the leakage inductance of the transformer Tr and the transformer T
The unstable fluctuation starts at a speed related to the resonance frequency determined from the secondary-side capacitance of r (FIG. 1). (c) When the second gate signal G2 and the third gate signal G3 are turned on, the gate drive circuits GD2 and GD3 turn on the second switching element Q2 and the third switching element Q3 (FIG. 3), A DC voltage in the opposite direction to the above (a) is applied to the primary side of the transformer Tr,
A voltage in the direction opposite to the above (a) is generated on the secondary side, and a voltage in the opposite direction is applied to the dielectric barrier discharge lamp 1 (FIG. 1). (d) When the second gate signal G2 and the third gate signal G3 are turned off (circled numeral 10 in the figure), the second switching element Q
2. The third switching element Q3 is turned off, and the primary voltage Vp of the transformer Tr and the secondary voltage Vs of the transformer Tr depend on the leakage inductance of the transformer Tr and the secondary capacitance of the transformer Tr. The unstable fluctuation starts at a speed related to the determined resonance frequency (see circles 11 and 12 in the figure).
). (e) Hereinafter, the operations of (a) to (d) are repeated.

【0030】図5、図6上記点灯回路における印加電圧
波形E(t) 、電流波形I(t) の実測データである。図6
は図5の区間Y1部分を拡大したものであり、上記波形
は、下記の条件で測定したものである。なお、この条件
は、図3の点灯回路を最も効率よく点灯させることがで
きる条件である。 ・周波数:33.9kHz ・トランスTr 1次側インダクタンス:1.42mH 2次側インダクタンス:204mH 結合インピーダンス:0.99955 ・誘電体バリア放電ランプ 誘電体:石英ガラス−厚さ1mm 放電ガス:キセノン−圧力33kPa 放電ギャップ:4.3mm 非放電時のランプ静電容量:84pF
5 and 6 are measured data of the applied voltage waveform E (t) and the current waveform I (t) in the lighting circuit. FIG.
Is an enlarged view of the section Y1 in FIG. 5, and the waveform is measured under the following conditions. Note that this condition is a condition under which the lighting circuit of FIG. 3 can be lighted most efficiently. -Frequency: 33.9 kHz-Transformer Tr primary inductance: 1.42 mH Secondary inductance: 204 mH Coupling impedance: 0.99995-Dielectric barrier discharge lamp Dielectric: quartz glass-thickness 1 mm Discharge gas: xenon-pressure 33 kPa Discharge gap: 4.3 mm Lamp capacitance without discharge: 84 pF

【0031】また、図7は図5、図6において、放電電
流波形Id(t)を解析計算し、印加電圧波形E(t) 、電流
波形I(t) に加えて放電電流波形Id(t)を示したもので
あり、図6の区間Y2部分を拡大して示している。上記
解析計算の条件は次の通りである。 ・放電プラズマ空間の静電容量:C1:97.2pF ・誘電体の静電容量:C2:607pF ・浮遊静電容量:C3:70pF 図7においては屈曲点Kが明確に現れており、この点T
dで放電電流波形Id(t)が急速に立ち上がっていること
からから屈曲点Kが放電開始時点であることが分かる。
また、屈曲点Kから次の第1のピークP1に達するまの
での時間が前記した時間τであり、第1のピークP1か
ら第2のピークに達するまのでの時間が前記した時間T
12であり、上記第1のピークP1以降、印加電圧波形
E(t) は振動的に変化している。
FIG. 7 is an analysis and calculation of the discharge current waveform Id (t) in FIGS. 5 and 6, and in addition to the applied voltage waveform E (t) and the current waveform I (t), the discharge current waveform Id (t). ), And shows the section Y2 in FIG. 6 in an enlarged manner. The conditions for the above analytical calculation are as follows. -Capacitance of the discharge plasma space: C1: 97.2 pF-Capacitance of the dielectric: C2: 607 pF-Floating capacitance: C3: 70 pF In FIG. 7, the inflection point K clearly appears. T
Since the discharge current waveform Id (t) rapidly rises at d, it can be seen that the inflection point K is the discharge start point.
The time from the inflection point K to the next first peak P1 is the above-mentioned time τ, and the time from the first peak P1 to the second peak P1 is the above-mentioned time T.
The applied voltage waveform E (t) is oscillating after the first peak P1.

【0032】図3の点灯回路において、トランスTr の
2次側にインダクタンスを追加してリンギング周波数
(時間τもしくは時間T12)を調整して点灯させ、発
光効率を求めた。図8、図9、図10に上記のようにし
て求めた、発光効率と、時間τ、時間T12、および、
リンギング周波数Frの関係を示す。また、図11にリ
ンギング周波数を250Hzに低下させたときの印加電
圧波形E(t) 、電流波形I(t) を示す。図8、図9、図
10から明らかなように、時間τが2.1μs以下、時
間T12が3μs以下、もしくは、リンギング周波数F
rが300Hz以上とすることが、効率を高くする観点
から効果的であることがわかる。なお、図8、図9、図
10における曲線a,b,cはランプ印加電圧を変えた
場合の効率を示しており、ランプ印加電圧は曲線aの印
加電圧をV1,曲線bの印加電圧をV2、曲線cの印加
電圧をV3としたときV1<V2<V3である。また、
その時の相対光量は曲線aは1、曲線bは1.33、曲
線cは1.67であった。
In the lighting circuit shown in FIG. 3, an inductance was added to the secondary side of the transformer Tr to adjust the ringing frequency (time τ or time T12) to light the lamp, and the luminous efficiency was obtained. 8, 9, and 10, the luminous efficiency, time τ, time T12, and
The relationship between the ringing frequency Fr is shown. FIG. 11 shows an applied voltage waveform E (t) and a current waveform I (t) when the ringing frequency is reduced to 250 Hz. As is clear from FIGS. 8, 9 and 10, the time τ is 2.1 μs or less, the time T12 is 3 μs or less, or the ringing frequency F
It can be seen that setting r to 300 Hz or more is effective from the viewpoint of increasing efficiency. Curves a, b, and c in FIGS. 8, 9, and 10 show the efficiency when the applied voltage of the lamp is changed. V1 <V2 <V3 when V2 and the applied voltage of the curve c are V3. Also,
At that time, the relative light amount was 1 for curve a, 1.33 for curve b, and 1.67 for curve c.

【0033】図12は他のランプ印加電圧E(t) 波形、
電流Is(t)波形の実測データであり、同図は、放電開始
を示す電圧の屈曲点Kが明確に現れない場合の一例を示
している。上記のように屈曲点Kが明確に現れない場合
には、前記したように放電プラズマ空間2のコンデンサ
12の静電容量C1、誘電体5,6のコンデンサ13の
静電容量C2、それに誘電体バリア放電ランプに並列的
に存在する浮遊静電容量C3より前記(1)式により放
電電流波形Id(t)を求めることにより放電開始時点を知
ることができる。
FIG. 12 shows another waveform of the voltage E (t) applied to the lamp,
FIG. 6 shows actual measurement data of the current Is (t) waveform, and FIG. 6 shows an example in which the inflection point K of the voltage indicating the start of discharge does not clearly appear. When the inflection point K does not clearly appear as described above, as described above, the capacitance C1 of the capacitor 12 in the discharge plasma space 2, the capacitance C2 of the capacitor 13 in the dielectrics 5, 6, and the dielectric The discharge start point can be known by obtaining the discharge current waveform Id (t) from the floating capacitance C3 existing in parallel with the barrier discharge lamp according to the above equation (1).

【0034】図13は上記のように放電電流波形Id(t)
を解析計算し、上記印加電圧E(t)波形、電流Is(t)波
形とともに示した図である。なお、同図の実験条件およ
び上記放電電流波形Id(t)の解析条件は次の通りであ
る。 ・給電装置のインバータ方式:プッシュプル方式 ・解析条件 放電プラズマ空間の静電容量:C1:8.7pF 誘電体の静電容量:C2:140pF 浮遊静電容量:C3:10pF 図13を見ると時間Tdで放電電流波形Id(t)が急激に
立ち上がっており、この時点が放電開始時点であること
がわかる。したがって、この時点Tdに対応した印加電
圧E(t) 波形上の点が屈曲点Kに相当し、時間τはこの
屈曲点Kから次のピークP1までの時間を計ることによ
り求めることができる。なお、この例では第1のピーク
P1、第2のピークP2は明瞭に現れており、時間T1
2は印加電圧波形E(t) から直ちに求めることができ
る。
FIG. 13 shows the discharge current waveform Id (t) as described above.
FIG. 9 is a diagram showing the calculated values of the applied voltage E (t) and the current Is (t) together with the calculated values. The experimental conditions and the analysis conditions of the discharge current waveform Id (t) are as follows. -Inverter method of power supply device: push-pull method-Analysis conditions Capacitance of discharge plasma space: C1: 8.7 pF Capacitance of dielectric: C2: 140 pF Floating capacitance: C3: 10 pF Referring to FIG. At Td, the discharge current waveform Id (t) sharply rises, and it can be seen that this time is the discharge start time. Therefore, the point on the waveform of the applied voltage E (t) corresponding to the time point Td corresponds to the inflection point K, and the time τ can be obtained by measuring the time from this inflection point K to the next peak P1. In this example, the first peak P1 and the second peak P2 clearly appear, and the time T1
2 can be immediately obtained from the applied voltage waveform E (t).

【0035】図14は、プッシュプル方式のインバータ
回路を点灯回路に用いた構成例を示す図である。また、
図15は上記点灯回路の動作を説明するための波形図で
あり、同図は前記と同様、例えばトランスの1次、2次
間漏洩インダクタンスが無く放電現象が生じない容量性
の負荷が接続された場合の波形を模式的に示している。
同図において、G1,G2はスイッチング素子Q1〜Q
2のゲート信号、V1,V2はトランスTrの一次側電
圧、VsはトランスTrの二次側電圧である。図3の点
灯回路の動作を図4により説明する。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example in which a push-pull type inverter circuit is used for a lighting circuit. Also,
FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the operation of the lighting circuit. As shown in FIG. 15, for example, a capacitive load that has no leakage inductance between the primary and secondary transformers and does not cause a discharge phenomenon is connected. 5 schematically shows the waveform when the above-mentioned operation is performed.
In the figure, G1 and G2 are switching elements Q1 to Q
2, a gate signal V1, V2 is a primary voltage of the transformer Tr, and Vs is a secondary voltage of the transformer Tr. The operation of the lighting circuit of FIG. 3 will be described with reference to FIG.

【0036】(a) 第1ゲート信号G1がオンになると、
ゲート駆動回路GD1により第1のスイッチング素子Q
lが導通状態になり(同図)、トランスTrの1次側
第1コイルL1に直流電源DCより直流電圧が印加され
る(同図)。トランス1次側第1コイルL1とトラン
ス2次側コイルLsは向きが逆であるから、トランス2
次側コイルLsにはトランス1次側第1コイルL1と逆
向きの電圧が発生し、誘電体バリア放電ランプ1に電圧
が印加される(同図)。 (b) 第1ゲート信号G1がオフになると、第1のスイッ
チング素子Q1が遮断状態になり、トランス1次側第1
コイル電圧V1、トランス1次側第2コイル電圧V2、
トランス2次側電圧Vsは、トランスTrの漏洩インダ
クタンスと、トランスTrの2次側静電容量とから決ま
る共振周波数に関連した速さで不安定的変動を始める
(同図,)。 (c) 第2ゲート信号G2がオンになると、第2のスイッ
チング素子Q2が導通状態になり(同図)、トランス
1次側第2コイルL2に直流電源DCより直流電圧が印
加される(同図)。トランス1次側第2コイルL2と
トランス2次側コイルLsは向きが同じであるから、ト
ランス2次側コイルLsにはトランス1次側第2コイル
L2と同じ向きの電圧が発生し、誘電体バリア放電ラン
プ1に電圧が印加される(同図)。 (d) 第2ゲート信号G2がオフになると、第2のスイッ
チング素子Q2が遮断状態になり(同図丸数字10)、ト
ランス1次側第1コイル電圧V1、トランス1次側第2
コイル電圧V2、トランス2次側電圧Vsは、トランス
Trの漏洩インダクタンスと、トランスTrの2次側静
電容量とから決まる共振周波数に関連した速さで不安定
的変動を始める(同図丸数字11,12 )。 (e) 以下、上記(a) 〜(d) の動作を繰り返す。
(A) When the first gate signal G1 is turned on,
The first switching element Q is provided by the gate drive circuit GD1.
1 becomes conductive (the same figure), and a DC voltage is applied from the DC power supply DC to the primary side first coil L1 of the transformer Tr (the same figure). Since the transformer primary side first coil L1 and the transformer secondary side coil Ls have opposite directions, the transformer
A voltage in a direction opposite to that of the transformer primary side first coil L1 is generated in the secondary side coil Ls, and a voltage is applied to the dielectric barrier discharge lamp 1 (FIG. 1). (b) When the first gate signal G1 is turned off, the first switching element Q1 is cut off, and the first primary switching element Q1 is turned off.
Coil voltage V1, transformer primary side second coil voltage V2,
The transformer secondary-side voltage Vs starts to fluctuate unstablely at a speed related to the resonance frequency determined by the leakage inductance of the transformer Tr and the secondary-side capacitance of the transformer Tr (FIG. 1). (c) When the second gate signal G2 is turned on, the second switching element Q2 is turned on (the same figure), and a DC voltage is applied to the transformer primary-side second coil L2 from the DC power supply DC (the same). Figure). Since the transformer primary-side second coil L2 and the transformer secondary-side coil Ls have the same direction, a voltage in the same direction as the transformer primary-side second coil L2 is generated in the transformer secondary-side coil Ls, and the dielectric A voltage is applied to the barrier discharge lamp 1 (FIG. 1). (d) When the second gate signal G2 is turned off, the second switching element Q2 is turned off (circled numeral 10 in the figure), the transformer primary side first coil voltage V1, and the transformer primary side second
The coil voltage V2 and the transformer secondary-side voltage Vs begin to fluctuate unstablely at a speed related to the resonance frequency determined by the leakage inductance of the transformer Tr and the secondary-side capacitance of the transformer Tr. 11,12). (e) Hereinafter, the above operations (a) to (d) are repeated.

【0037】以上の説明から明らかなように、点灯回路
としてプッシュプル方式のインバータ回路を用いた場
合、誘電体バリア放電ランプへ印加される電圧波形は前
記したフルブリッジ方式のインバータ回路を用いた場合
とほぼ同様であり、前記と同様に時間τ、時間T12、
および、リンギング周波数Frを求めることができる。
また、図示しないが、ハーフブリッジ方式のインバータ
回路を用いた場合も同様である。
As is clear from the above description, when the push-pull type inverter circuit is used as the lighting circuit, the voltage waveform applied to the dielectric barrier discharge lamp is the case where the above-described full bridge type inverter circuit is used. Τ, time T12,
Further, the ringing frequency Fr can be obtained.
Although not shown, the same applies to the case where a half-bridge type inverter circuit is used.

【0038】図16はフライバック方式のインバータ回
路を用いた点灯回路の構成例を示す図、図17はフライ
バック方式のインバータ回路を用いた点灯回路を用いた
場合の誘電体バリア放電ランプへの印加電圧E(t) 波
形、電流Is(t)波形の実測データである。図17に示す
ように、点灯回路としてフライバック方式のインバータ
回路を用いた場合には、誘電体バリア放電ランプへの印
加電圧E(t) 波形、電流Is(t)波形は、前記したフルブ
リッジ、ハーフブリッジ、プッシュプル方式のインバー
タ回路を用いた場合とは大きく異なる。しかしながらフ
ライバック方式のインバータ回路を用いた場合であって
も、屈曲点K以後のランプ印加電圧波形の変化に着目す
ることにより、前記と同様に効率良くランプを点灯させ
ることができる。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of a lighting circuit using a flyback type inverter circuit, and FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a dielectric barrier discharge lamp using a lighting circuit using a flyback type inverter circuit. This is actually measured data of an applied voltage E (t) waveform and a current Is (t) waveform. As shown in FIG. 17, when a flyback type inverter circuit is used as the lighting circuit, the waveform of the voltage E (t) and the current Is (t) applied to the dielectric barrier discharge lamp are the same as those of the full bridge described above. , Half-bridge, push-pull type inverter circuit. However, even when the flyback type inverter circuit is used, the lamp can be efficiently turned on similarly to the above by paying attention to the change in the voltage applied to the lamp after the inflection point K.

【0039】以下、フライバック方式のインバータ回路
を用いた点灯回路により誘電体バリア放電ランプを点灯
させる場合について説明する。図18は、図17の波形
および回路各部の波形をシミュレーションにより求めて
模式的に示した図である。同図において、E(t) は図1
6においてトランスTrの2次側電圧波形(誘電体バリ
ア放電ランプ印加電圧波形)、Is(t)はランプ電流波
形、Id(t)は前記した解析計算により求めた放電電流波
形、Vq(t) はスイッチング素子(例えばFET)Qに
加わる電圧波形、Iq(t)はスイッチング素子Qに流れる
電流波形、Ir(t)はダイオードD1に流れる電流波形、
G(t) はゲート駆動回路GDに入力されるゲート信号で
ある。
Hereinafter, a case where the dielectric barrier discharge lamp is lit by a lighting circuit using a flyback type inverter circuit will be described. FIG. 18 is a diagram schematically showing the waveforms of FIG. 17 and the waveforms of various parts of the circuit obtained by simulation. In the figure, E (t) is
In 6, the secondary side voltage waveform of the transformer Tr (voltage waveform applied to the dielectric barrier discharge lamp), Is (t) is the lamp current waveform, Id (t) is the discharge current waveform obtained by the above-described analytical calculation, and Vq (t). Is a voltage waveform applied to the switching element (for example, FET) Q, Iq (t) is a current waveform flowing through the switching element Q, Ir (t) is a current waveform flowing through the diode D1,
G (t) is a gate signal input to the gate drive circuit GD.

【0040】図17に示す点灯回路の動作を図18によ
り説明する。 (a) ゲート信号G(t) が時間t1〜t2の間だけオンに
なると、スイッチング素子Qに流れる電流Iq(t)がぼぼ
直線的に増加して、時間t2で突然遮断される。電流I
q(t)が切断される直前の電流に対応して、トランスTr
のコアに蓄えられていた磁気的エネルギーは、トランス
Trの一次、2次側に電圧の形で現れ、トランスTrの
2次側には、トランスTrの巻比に応じて昇圧された高
電圧が現れ、誘電体バリア放電ランプ1に印加される。 (b) ランプ1に高電圧が印加されると、時刻taでラン
プが放電し、印加電圧E (c) の波形に屈曲点K1が生ずる。但し、図18では屈
曲点K1は明瞭に現れていない。放電が生ずると、放電
空間の電圧は急速に中和され、ほとんど零になる。 (d) ランプ1の静電容量とトランスTrの2次側インダ
クタンスとで概ね定まる共振周波数にて、ランプ印加電
圧E(t) は共振振動を生ずる。 (e) ランプ印加電圧E(t) が低い電圧になると、時刻t
aにおける放電によってと放電空間の電圧が中和された
ことに起因して、放電空間には逆方向の高電圧が発生す
る。これにより、時刻Tbにおいて、再放電が発生し、
屈曲点K2が生ずる。但し、図18では屈曲点K2は明
瞭に現れていない。 (f) ランプ印加電圧E(t) の共振振動は、トランスTr
の一次側にも現れるため、スイッチング素子Qの電圧V
q(t)は、図18に示すように変動する。
The operation of the lighting circuit shown in FIG. 17 will be described with reference to FIG. (a) When the gate signal G (t) is turned on only during the time t1 to t2, the current Iq (t) flowing through the switching element Q increases almost linearly and is suddenly cut off at the time t2. Current I
In response to the current immediately before q (t) is disconnected, the transformer Tr
Magnetic energy stored in the core of the transformer Tr appears in the form of a voltage on the primary and secondary sides of the transformer Tr, and on the secondary side of the transformer Tr, a high voltage boosted according to the turns ratio of the transformer Tr is present. Appears and is applied to the dielectric barrier discharge lamp 1. (b) When a high voltage is applied to the lamp 1, the lamp discharges at time ta, and a bending point K1 occurs in the waveform of the applied voltage E (c). However, the bending point K1 is not clearly shown in FIG. When a discharge occurs, the voltage in the discharge space is rapidly neutralized to almost zero. (d) At a resonance frequency substantially determined by the capacitance of the lamp 1 and the secondary side inductance of the transformer Tr, the lamp applied voltage E (t) causes resonance oscillation. (e) When the lamp applied voltage E (t) becomes a low voltage, the time t
A high voltage in the opposite direction is generated in the discharge space due to the neutralization of the voltage in the discharge space by the discharge in a. Thereby, at time Tb, re-discharge occurs,
An inflection point K2 occurs. However, the bending point K2 is not clearly shown in FIG. (f) The resonance vibration of the lamp applied voltage E (t)
Appearing on the primary side of the switching element Q, the voltage V
q (t) varies as shown in FIG.

【0041】(g) 上記電圧Vq(t)が正である期間は実質
的にはトランスTrの一次側には電流が流れない。しか
し、スイッチング素子Qに並列にダイオードD1が接続
されている場合には、上記電圧Vq(t)が負になろうとす
るt3〜t4の期間Tzにおいては、ダイオードD1に
電流が流れる。これは、トランスの1次側のインピーダ
ンスが大きかったものが急に小さくなるものと解釈する
ことができる。このため、ランプ印加電圧E(t) の自由
な共振振動が阻害され、それに対応して、電圧E(t) に
電圧変化の停止した期間Trが生ずる。
(G) During the period when the voltage Vq (t) is positive, substantially no current flows on the primary side of the transformer Tr. However, when the diode D1 is connected in parallel with the switching element Q, a current flows through the diode D1 during the period Tz from t3 to t4 when the voltage Vq (t) tends to become negative. This can be interpreted as that the transformer having a large impedance on the primary side suddenly decreases. Therefore, free resonance oscillation of the lamp applied voltage E (t) is hindered, and a period Tr in which the voltage change of the voltage E (t) stops correspondingly occurs.

【0042】以上のように、フライバック方式の点灯回
路の場合、ランプ印加電圧E(t) 波形上では比較的わか
りにくいが、放電電流Id(t)の立ち上がりが急峻な時間
Ta,Tbで放電が開始しており、この点から屈曲点K
を判別することができる。すなわち、フライバック方式
のインバータ回路を用いた場合であっても、放電開始を
表す屈曲点Kから次のピークまでの時間τを求めことが
でき、上記時間τを前記したように2.1μs以下とな
るように、トランスTrのインダクタンスを選定するこ
とにより、効率良くランプを点灯させることができる。
As described above, in the case of the flyback lighting circuit, the discharge current Id (t) is discharged at the time Ta, Tb where the rising of the discharge current Id (t) is relatively difficult to understand from the waveform of the lamp applied voltage E (t). Has started, and from this point the bending point K
Can be determined. That is, even when the flyback type inverter circuit is used, the time τ from the inflection point K indicating the start of discharge to the next peak can be obtained, and the time τ is set to 2.1 μs or less as described above. By selecting the inductance of the transformer Tr in such a manner, the lamp can be efficiently turned on.

【0043】なお、上記したように、逆並列ダイオード
が接続されている(もしくは逆並列ダイオードを内蔵し
ている)スイッチング素子Qを用いたフライバック方式
の点灯回路の場合には、上記したように第1のピークP
1と第2のピークP2に間に本質的な重要性のない電圧
変化が停止した期間Tsが生ずる。このため、前記した
第1、第2のピーク間の時間T12は意味をもたず、前
記した図9の関係は成立しない。以上のように、動作の
途中で回路のインピーダンスが変化する場合には、本発
明の適用に注意を要する。なお、逆並列ダイオードが付
加された(若しくは内蔵された)スイッチング素子を用
いたフルブリッジ方式、ハーフブリッジ方式、もくはプ
ッシュプル方式によるインバータ回路の場合には、トラ
ンスの1次側は、常に低いインピーダンスで電源に接続
されているため、上記問題はおこらない。しかしなが
ら、ゲート信号がオフになって、やがて、逆並列ダイオ
ードに流れていた電流が停止すると、その後はインピー
ダンスが大きくなるため、ランプの静電容量と2次側イ
ンダクタンスで概ね決まる低い共振周波数でランプ印加
電圧E(t) は共振振動を始め、リンギングが消失するこ
ととなる。なお、第1ピークを過ぎても放電が終了しな
い場合もあり得るが、このときには、T12は、それ以
降のリンギング周期より若干長くなる。長くなる程度
は、ランプの構造、すなわち放電プラズマ空間2のコン
デンサ12の静電容量C1、誘電体5,6のコンデンサ
13の静電容量C2の大きさの配分により異なる。も
し、このような場合ですら、T12≦3μsが維持され
るように光源装置が構成できているならば、それは望ま
しいことである。逆に、このような場合にT12≦3μ
sが満たされないものであっても、第1のピークを過ぎ
た後の放電は一般に弱く、紫外線発光効率に与える影響
は小さいため、LC≦2.8×10-13 、または、τ≦
2.1μsのいずれかを満足するように光源装置を構成
すればよい。なお、本発明は、放電容器の内面に蛍光体
を塗布していない紫外線を放射する誘電体バリア放電ラ
ンプおよび放電容器の内面に蛍光体を塗布した可視光を
放射する誘電体バリア放電ランプのいずれにも適用する
ことができる。
As described above, in the case of a flyback type lighting circuit using the switching element Q to which an anti-parallel diode is connected (or has a built-in anti-parallel diode), as described above, First peak P
Between the first and second peaks P2 there is a period Ts during which the essentially insignificant voltage change has stopped. Therefore, the time T12 between the first and second peaks has no meaning, and the relationship in FIG. 9 does not hold. As described above, when the impedance of the circuit changes during the operation, attention should be paid to the application of the present invention. In the case of a full-bridge, half-bridge or push-pull inverter circuit using a switching element to which an anti-parallel diode is added (or built-in), the primary side of the transformer is always The above problem does not occur because it is connected to the power supply with low impedance. However, when the gate signal is turned off and the current flowing through the anti-parallel diode stops, the impedance increases thereafter, so that the lamp has a low resonance frequency that is generally determined by the lamp capacitance and the secondary inductance. The applied voltage E (t) starts resonance oscillation and the ringing disappears. Note that the discharge may not be completed even after the first peak, but at this time, T12 is slightly longer than the subsequent ringing cycle. The extent to which the length is increased depends on the structure of the lamp, that is, the distribution of the capacitance C1 of the capacitor 12 in the discharge plasma space 2 and the capacitance C2 of the capacitor 13 in the dielectrics 5, 6. Even in such a case, it is desirable if the light source device can be configured so that T12 ≦ 3 μs is maintained. Conversely, in such a case, T12 ≦ 3μ
Even if s is not satisfied, the discharge after passing the first peak is generally weak and has a small effect on the ultraviolet light emission efficiency, so that LC ≦ 2.8 × 10 −13 or τ ≦
The light source device may be configured to satisfy any one of 2.1 μs. Note that the present invention provides a dielectric barrier discharge lamp that emits ultraviolet light that does not have a phosphor applied to the inner surface of the discharge vessel and a dielectric barrier discharge lamp that emits visible light that has a phosphor applied to the inner surface of the discharge vessel. Can also be applied.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
誘電体バリア放電を開始する電圧値に達した時点経過
後、最大の電圧値に達してから次の最大電圧値に達する
までの時間が3μs以下となる電圧を誘電体バリア放電
ランプに印加する、誘電体バリア放電を開始する電圧
値に達してから、次に新たなランプ電圧が印加されるま
での期間における最大の電圧値になるまでの時間が2.
1μs以下となる電圧を誘電体バリア放電ランプに印加
する、給電装置と誘電体バリア放電ランプから構成さ
れる回路のインダクタンスをL、静電容量をCとしたと
き、該インダクタンスL、静電容量CがLC≦2.8×
10-13 を満たすように選定したので、エキシマ分子を
破壊する放電電流を速やかに切断することができ、実現
可能な給電装置を使用して誘電体バリア放電ランプの発
光効率を向上させることができる。
As described above, in the present invention,
After the time when the voltage value at which the dielectric barrier discharge starts is reached, a voltage is applied to the dielectric barrier discharge lamp such that the time from reaching the maximum voltage value to reaching the next maximum voltage value is 3 μs or less, 1. The time from when the voltage value at which the dielectric barrier discharge is started to when the voltage value reaches the maximum voltage value in the period until the next lamp voltage is applied is 2.
When a voltage of 1 μs or less is applied to the dielectric barrier discharge lamp, and the inductance of a circuit composed of the power supply device and the dielectric barrier discharge lamp is L and the capacitance is C, the inductance L and the capacitance C Is LC ≦ 2.8 ×
Since the discharge current is selected so as to satisfy 10 -13 , the discharge current that destroys excimer molecules can be rapidly cut, and the luminous efficiency of the dielectric barrier discharge lamp can be improved using a feasible power supply device. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】誘電体バリア放電ランプ光源装置の基本構成を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a dielectric barrier discharge lamp light source device.

【図2】実用的な給電装置におけるランプ印加電圧E
(t) 、放電ギャップ電圧V1(t)、電流Is(t)、放電電流
Id(t)の典型的な波形を示す図である。
FIG. 2 shows a lamp applied voltage E in a practical power supply device.
(t) is a diagram showing typical waveforms of a discharge gap voltage V1 (t), a current Is (t), and a discharge current Id (t).

【図3】本発明の実施例の誘電体バリア放電ランプ点灯
回路(フルブリッジ方式)の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a dielectric barrier discharge lamp lighting circuit (full bridge system) according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の点灯回路の動作を説明するための波形図
である。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining an operation of the lighting circuit of FIG. 3;

【図5】図3の点灯回路における印加電圧波形E(t) 、
電流波形I(t) の実測データを示す図である。
5 shows an applied voltage waveform E (t) in the lighting circuit of FIG. 3,
FIG. 6 is a diagram showing actually measured data of a current waveform I (t).

【図6】図3の点灯回路における印加電圧波形E(t) 、
電流波形I(t) の実測データを示す図(拡大図)であ
る。
6 shows an applied voltage waveform E (t) in the lighting circuit of FIG. 3,
FIG. 4 is a diagram (enlarged view) showing measured data of a current waveform I (t).

【図7】図6のY2部分を拡大し、計算により求めた放
電電流波形Id(t)を追加した図である。
FIG. 7 is an enlarged view of a portion Y2 in FIG. 6 to which a discharge current waveform Id (t) obtained by calculation is added.

【図8】時間τと発光効率ηの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between time τ and luminous efficiency η.

【図9】時間T12と発光効率ηの関係を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between time T12 and luminous efficiency η.

【図10】リンギング周波数Frと発光効率ηの関係を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a ringing frequency Fr and a light emission efficiency η.

【図11】図3の点灯回路において、リンギング周波数
を250Hzに低下させたときの印加電圧波形E(t) 、
電流波形I(t) を示す図である。
11 shows an applied voltage waveform E (t) when the ringing frequency is reduced to 250 Hz in the lighting circuit of FIG. 3,
FIG. 3 is a diagram showing a current waveform I (t).

【図12】他のランプの点灯波形を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a lighting waveform of another lamp.

【図13】図12のZの部分を拡大し、計算により求め
た放電電流波形Id(t)を追加した図である。
FIG. 13 is an enlarged view of a portion Z in FIG. 12 and added with a discharge current waveform Id (t) obtained by calculation.

【図14】他の点灯回路の構成例(プッシュプル方式)
を示す図である。
FIG. 14 is a configuration example of another lighting circuit (push-pull method)
FIG.

【図15】図14の点灯回路の動作を説明するための波
形図である。
FIG. 15 is a waveform chart for explaining the operation of the lighting circuit of FIG. 14;

【図16】フライバック方式の点灯回路の構成例を示す
図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a lighting circuit of a flyback system.

【図17】フライバック方式の点灯回路を用いた場合の
印加電圧波形E(t) 、電流波形I(t) の実測データを示
す図である。
FIG. 17 is a diagram showing actually measured data of an applied voltage waveform E (t) and a current waveform I (t) when a flyback lighting circuit is used.

【図18】フライバック方式の点灯回路を用いた場合の
各部の波形を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing waveforms of respective parts when a flyback type lighting circuit is used.

【図19】2枚の誘電体が存在する誘電体バリア放電ラ
ンプおよびその電気的な動作を表す等価回路を示す図で
ある。
FIG. 19 is a diagram showing a dielectric barrier discharge lamp having two dielectrics and an equivalent circuit showing its electrical operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 誘電体バリア放電ランプ 2 放電プラズマ空間 3,4 電極 5,6 誘電体 7 ランプ封体 8 給電装置 9 高周波交流電源 Tr 昇圧トランス Q1〜Q4 スイッチング素子(FET) GD ゲート駆動回路 GD1〜GD4 ゲート駆動回路 D1〜D4 ダイオード DC 電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric barrier discharge lamp 2 Discharge plasma space 3, 4 electrode 5, 6 Dielectric 7 Lamp enclosure 8 Power supply device 9 High frequency AC power supply Tr Boosting transformer Q1-Q4 Switching element (FET) GD Gate drive circuit GD1-GD4 Gate drive Circuit D1 to D4 Diode DC power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 65/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 65/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 誘電体バリア放電によってエキシマ分子
を生成する放電用ガスが充填された放電プラズマ空間が
あって、この放電用ガスに放電現象を誘起せしめるため
の両極の電極のうち少なくとも一方と前記放電用ガスの
間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ラ
ンプと、この誘電体バリア放電ランプの前記電極に高電
圧を印加するための給電装置とを有する誘電体バリア放
電ランプ光源装置において、 前記給電装置は昇圧トランスを介して前記誘電体バリア
放電ランプに概略周期的な波形の高電圧を印加するもの
であって、 この印加された電圧波形は、誘電体バリア放電を開始す
る電圧値に達した後に、最大の極大値に達してから次の
極大値に達するまでの時間が3μs以下であることを特
徴とする誘電体バリア放電ランプ光源装置。
1. A discharge plasma space filled with a discharge gas for generating excimer molecules by a dielectric barrier discharge, wherein at least one of electrodes of both electrodes for inducing a discharge phenomenon in the discharge gas and the discharge plasma space. Dielectric barrier discharge lamp light source device having a dielectric barrier discharge lamp having a structure in which a dielectric is interposed between discharge gases, and a power supply device for applying a high voltage to the electrodes of the dielectric barrier discharge lamp Wherein the power supply device applies a high voltage having a substantially periodic waveform to the dielectric barrier discharge lamp via a step-up transformer, and the applied voltage waveform is a voltage at which a dielectric barrier discharge is started. A dielectric barrier discharge lamp wherein the time from when the maximum value is reached to when the next maximum value is reached is 3 μs or less. Source apparatus.
【請求項2】 誘電体バリア放電によってエキシマ分子
を生成する放電用ガスが充填された放電プラズマ空間が
あって、この放電用ガスに放電現象を誘起せしめるため
の両極の電極のうち少なくとも一方と前記放電用ガスの
間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ラ
ンプと、この誘電体バリア放電ランプの前記電極に高電
圧を印加するための給電装置とを有する誘電体バリア放
電ランプ光源装置において、 上記給電装置は昇圧トランスを介して前記誘電体バリア
放電ランプに概略周期的な波形の高電圧を印加するもの
であって、 この印加された電圧波形が、誘電体バリア放電を開始す
る電圧値に達してから、次に新たなランプ電圧が印加さ
れるまでの期間における最大の電圧値になるまでの時間
が2.1μs以下であることを特徴とする誘電体バリア
放電ランプ光源装置。
2. A discharge plasma space filled with a discharge gas for generating excimer molecules by a dielectric barrier discharge, wherein at least one of electrodes of both electrodes for inducing a discharge phenomenon in the discharge gas and the discharge plasma space. Dielectric barrier discharge lamp light source device having a dielectric barrier discharge lamp having a structure in which a dielectric is interposed between discharge gases, and a power supply device for applying a high voltage to the electrodes of the dielectric barrier discharge lamp Wherein the power supply device applies a high voltage having a substantially periodic waveform to the dielectric barrier discharge lamp via a step-up transformer, and the applied voltage waveform is a voltage for starting a dielectric barrier discharge. It is noted that the time from when the voltage reaches the maximum voltage value to the time when the next new lamp voltage is applied is 2.1 μs or less. The dielectric barrier discharge lamp light source device according to.
【請求項3】 誘電体バリア放電によってエキシマ分子
を生成する放電用ガスが充填された放電プラズマ空間が
あって、この放電用ガスに放電現象を誘起せしめるため
の両極の電極のうち少なくとも一方と前記放電用ガスの
間に誘電体が介在する構造を有する誘電体バリア放電ラ
ンプと、この誘電体バリア放電ランプの前記電極に高電
圧を印加するための給電装置とを有する誘電体バリア放
電ランプ光源装置において、 前記給電装置は昇圧トランスを介して前記誘電体バリア
放電ランプに概略周期的な波形の高電圧を印加するもの
であって、 上記給電装置と誘電体バリア放電ランプから構成される
回路のインダクタンスをL、静電容量をCとしたとき、
該インダクタンスL、静電容量Cが下記の式を満たすよ
うに選定されている LC≦2.8×10-13 ことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ光源装置。
3. A discharge plasma space filled with a discharge gas for generating excimer molecules by a dielectric barrier discharge, wherein at least one of electrodes of both electrodes for inducing a discharge phenomenon in the discharge gas and the discharge plasma space. Dielectric barrier discharge lamp light source device having a dielectric barrier discharge lamp having a structure in which a dielectric is interposed between discharge gases, and a power supply device for applying a high voltage to the electrodes of the dielectric barrier discharge lamp In the above, the power supply device may apply a high voltage having a substantially periodic waveform to the dielectric barrier discharge lamp via a boosting transformer, and may include an inductance of a circuit including the power supply device and the dielectric barrier discharge lamp. Is L and the capacitance is C,
The dielectric barrier discharge lamp light source device, wherein the inductance L and the capacitance C are selected so as to satisfy the following formula: LC ≦ 2.8 × 10 −13 .
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