JP6670508B2 - ガス放電を利用した光源デバイスの駆動方法及び駆動回路と紫外線照射装置 - Google Patents
ガス放電を利用した光源デバイスの駆動方法及び駆動回路と紫外線照射装置 Download PDFInfo
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Description
図1は、本発明の第1実施形態として、チューブ形態を持つ紫外発光用ガス放電デバイスの基本構成と、該紫外発光用ガス放電チューブを複数本配列して構成した面発光型光源デバイスの基本構成を説明するための説明図である。
図1(a)は紫外発光ガス放電チューブの断面図である。
図1(a)に示すように、紫外発光用ガス放電チューブ(以下、発光チューブという)1は、外囲器となる扁平楕円形状の横断面を有する細長いガラス管2を主体とし、その内部底面に紫外蛍光体層3を備えると共に、内部にネオンとキセノンを混合した放電ガスを封入して両端を封止している。
図1(b)はこの実施形態の面発光型の光源デバイス4の斜視図である。
図1(a)に示すガラス管2を主体とした発光チューブ1は、図1(b)に示すように発光チューブ1の長手方向と交差する方向に複数本平行に並べられてアレイ構成の光源デバイス4が作られる。
本発明の駆動対象とする面光源デバイスは、上記のような発光チューブ1を複数本配列したチューブアレイ構成を有するものの他、パネル構成としたものでも良い。図3(a)はそのようなパネル構成の面光源デバイス40を説明するための平面図、図(b)および(c)は図3(a)のA−AおよびB−B矢視断面図である。
図4(a)は発光チューブアレイ構成を有する光源デバイス4の概略平面図である。
上記発光チューブアレイ構成の光源デバイス4或いはパネル構成の面光源デバイス40は、何れも外部電極型であり、基本的に正弦波電圧で駆動する。即ちチューブアレイ構成の光源デバイス4を代表例として図4(a)に示すように複数の発光チューブ1に対して共通のX電極14Xを接地した状態で、他方のY電極14Yに正弦波の電圧を印加するよう駆動電源17を接続する。
図5は本発明の対象とする発光チューブ1の放電モデルを時系列的に示す模式図である。図5(a)に示す正弦波電圧が、長電極14Xと14Yに印加される。図5(a)に示した正弦波電圧の上昇過程における電圧v1が、タイミングt1において長電極14Xと14Yの間の電極スリットGに対応した放電空間CSの放電開始電圧Vfを超えると、その対応部でトリガ放電TDが発生する。
この実施形態における駆動回路を図6に示す。この駆動回路は、代表的に示した複数本の発光チューブ1の配列からなる光源デバイス4に接続されたインバータ電源の構成を持つ。即ち、光源デバイス4には、昇圧トランス20の2次巻き線L2が接続され、その1次巻き線L1には電源入力切換え回路21からのDC電圧をAC電圧に変換するスイッチングトランジスタTr1とTr2が接続されている。また、通常のインバータ電源回路と同様、コンデンサC、C1、C2、及び抵抗R1が適宜図示のように接続されている。
〔駆動回路〕
図12は本発明の第2実施形態による光源デバイス4又は面光源デバイス40の駆動回路を示す図6対応図である。この実施形態の特徴は、初期点灯動作後の駆動電圧の引き下げを、第1実施形態のDC電源の切替え方式に代えて、昇圧トランス20に対する1次電流量の制御で行うようにした点にある。
[初期点灯開始シーケンス]
以上の実施形態においては初期点灯開始時と定常点灯時とで駆動電圧を切り換える動作を説明した。しかしながら、初期点灯開始動作に際してスイッチ投入直後に放電開始電圧Vfを超える電圧Voを印加すると、過大なオーバーシュート電圧が発生して駆動回路が破損する危険がある。即ち、駆動すべきガス放電デバイスは容量性の負荷であり、駆動開始前の大きな容量に比べて放電開始後の負荷容量は大幅に小さくなる。従ってインダクタンス成分である昇圧トランスから小容量の負荷にいきなり大きな交番電圧を印加した場合、駆動周波数に応じた二次応答波形の過大なオーバーシュートが発生しやすい傾向があり、部品の耐圧を超える危険がある。
以上、本発明を第1、第2及び第3実施形態によって詳細に説明したが、駆動電圧の最適条件が必ずしも駆動回路の共振点にあるとは限らない。即ち、共振周波数での駆動が最適条件の目安ではあるが、共振周波数は光源デバイス4の容量のほかにインバータ電源の昇圧トランス20の出力インダクタンスを含めた総合的な回路定数で決まるものであり、2次コイルの出力インダクタンスが小さく共振周波数が低くなる場合にそのまま低い周波数で駆動するのがよいわけではない。また光源デバイス4の発光面積を大きくした場合、それに応じて負荷となる容量が変化し、共振周波数も変わるけれども、追従して駆動周波数を変えるのがよいとも限らない。また駆動電圧も必ずしも厳密な正弦波形を有するとは限らず、負荷容量やインダクタンスによる歪を伴った交番波形を含むのは当然である。
2:ガラス管
3:紫外蛍光体層
4:光源デバイス
10:発光チューブアレイ構造体
11:絶縁フィルム
12:粘着材
13:絶縁基板
14:電極対
14X:X電極
14Y:Y電極
15:電極構造体
16C:放熱基板
17:駆動電源
20:昇圧トランス
21:電源入力切換え回路
22:周波数自動調整制御回路
23:スイッチ制御回路
24:周波数制御信号発生部
25:シーケンス選択制御部
26:電圧判定回路
27:電流判定回路
28:電力判定回路
29:振幅切換え制御部
G:電極スリット
L1:1次巻き線
L2:2次巻き線
Claims (15)
- 内部に放電ガスを封入した前面側と背面側を有するガラス外囲器の背面側の外面に対向して放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に広がる電極対を配置した構成のガス放電を利用した光源デバイスを駆動する方法であって、
初期放電開始時に前記電極対間に前記放電間隙の放電開始電圧を超える第1の交番駆動電圧を印加して初期放電を発生させた後、前記第1の交番駆動電圧よりも低い第2の交番駆動電圧を印加して定常放電動作を行うことを特徴とするガス放電を利用した光源デバイスの駆動方法。 - 前記光源デバイスの駆動源として、DC電圧を変換した交番駆動電圧を昇圧トランスの2次巻き線から前記電極対間に印加する、駆動電圧切り換え機能を備えたインバータ電源を使用し、前記光源デバイスの初期放電開始後、前記駆動電圧を初期放電開始時に印加した第1の駆動電圧より低い第2の駆動電圧に切り換えて定常放電動作を行うことを特徴とする請求項1記載の光源デバイスの駆動方法
- 前記駆動電圧の切り替えを、前記昇圧トランスの1次巻き線に印加されるDC電源の電圧の切り替えによって行うことを特徴とする請求項2に記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記昇圧トランスの1次巻線に前記DC電圧をAC電圧に変換するスイッチングトランジスタが接続され、前記駆動電圧の切り替えを、前記スイッチトランジスタを駆動する制御信号のデューティ比を変えることによって行うことを特徴とする請求項2に記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記インバータ電源に周波数自動調整制御回路を設け、光源デバイスの初期放電開始期間に駆動周波数を掃引すると共に、その間の駆動電圧と駆動電流を検出して前記自動周波数調整制御回路にフィードバックして最適駆動周波数をサーチするようにしたことを特徴とする請求項2又は3の何れか1項に記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記駆動周波数の掃引動作が光源デバイスとそれに接続され前記昇圧トランスの2次巻き線で定まる共振周波数を中心として予め定められた周波数幅において行われることを特徴とする請求項5記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記駆動電圧と駆動電流の検出がそれぞれ予め定めた基準値に対する相対値として検出され、前記駆動周波数の掃引幅内における変化の最大値が得られた点の周波数を最適駆動周波数として選択することを特徴とする請求項5記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記定常放電動作が、前記第2の交番駆動電圧を断続的に印加して行われることを特徴とする請求項1記載の光源デバイスの駆動補法。
- 前記定常放電動作時における交番駆動電圧の印加時間と非印加時間の繰り返し周期とデューティ比率の少なくとも一方を変えて発光強度の調整を行うことを特徴とする請求項4記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記初期放電開始時の駆動が緩衝期間と、書き込み期間と、安定化期間を含む動作シーケンスで行われ、緩衝期間においては電極対間に印加する交番駆動電圧の振幅を次第に増大し、書き込み期間においては電極対間に放電開始電圧を超える振幅の第1の交番駆動電圧を印加し、安定化期間においては書き込み期間の駆動電圧よりも低い交番駆動電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の光源デバイスの駆動方法。
- 前記初期放電開始期間の後の定常放電動作時に印加する第2の交番駆動電圧が、当該初期放電開始期間に発生した放電を、当該放電に伴う壁電荷を利用して維持する電圧に設定してあることを特徴とする請求項1、8又は9の何れか1項に記載の光源デバイスの駆動方法。
- 放電ガスを封入したガラス細管と、該ガラス細管の外面に対向して長手方向に放電間隙を隔てて広がる電極対を備えた外部電極型の放電チューブを複数本平行に配列した構成を有するガス放電を利用した光源デバイスを駆動する方法であって、初期放電開始のための電源投入後に高い交番駆動電圧を印加することにより前記放電チューブ内部に放電を発生させてチューブ内壁面に壁電荷を形成したのち、この壁電荷を利用してそれより低い電圧の交番駆動電圧を印加して放電を持続するとともに、この低い交番駆動電圧を間欠的に加えることにより発光強度を調整可能とすることを特徴とするガス放電を利用した光源デバイスの駆動方法。
- 内部に放電ガスを封入した前面側と背面側を有するガラス外囲器の背面側の外面に対向して放電間隙を構成する隙間を挟んで両側に広がる電極対を配置した構成のガス放電を利用した光源デバイスを駆動する駆動回路であって、前記電極対間に印加する交番駆動電圧を発生する電源部と、前記交番駆動電圧の電圧値を初期放電開始時とその後の定常放電時とで変更する電圧制御部と、交番駆動電圧の印加を断続的に制御すると共に、印加時間と非印加時間の繰り返し周期とデューティ比率の少なくとも一方を調整可能な制御部を備えて成ることを特徴とする駆動回路。
- 前記光源デバイスが、放電ガスを封入した複数本のガラス細管と、該ガラス細管の外面に対向して長手方向に放電間隙を隔てて広がる電極対を備えたガス放電チューブアレイ構成を有し、前記電源部が前記電極対間に正弦波駆動電圧を印加するインバータ電源の構成を有し、かつ前記電圧制御部が前記インバータ電源に含まれる昇圧トランスの一次巻線に供給する電流方向を交互に切り換えるスイッチングトランジスタに対する制御信号のデューティ比を変えて前記昇圧トランスの二次巻線から前記電極対間に印加する交番駆動電圧の電圧値を変更することを特徴とする請求項13記載のガス放電を利用した光源デバイスの駆動回路。
- 内部に紫外線発光蛍光体層を有すると共に放電ガスを封入した複数本の放電チューブを紫外線照射面に沿って平行に配列し、該紫外線照射面の裏側に対向して各放電チューブの長手方向に放電間隙を隔てて広がる共通の電極対を配置した構成を有するガス放電を利用した紫外光源デバイスと、前記共通の電極対間に交番駆動電圧を印加するインバータ電源とを備えてなり、かつ前記インバータ電源に前記交番駆動電圧の電圧値を切り換える電圧制御部と、交番駆動電圧の印加を所定の周期とデューティ比で断続的に行う制御部とを設けたことを特徴とするガス放電を利用した紫外線照射装置。
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