JPS62168392A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の放電灯を有し、単独で照明器具として
機能し得ると共に、情報表示装置のバックライトとして
も機能し得る照明装置に係り、特に、単一のインバータ
ーにより複数の放電灯を点灯させる照明装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

一般に、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサ
ー或いはポータプルテレビジョン等の情報表示装置には
、液晶表示素子（ＬＣＤ）等の受動型表示素子が用いら
れている。上記の情報表示装置では、デザイン上、或い
は使い勝手からの要求により、表示面積、即ちバックラ
イトの発光面積に比べ、通常、厚さをあまり厚くできな
い。従って、上記の表示装置には、発光面の輝度分布を
均一にするために、複数の放電灯を有する照明装置が適
している。

上記のような照明装置に用いられる放電灯は、一般に、
放電状態では負性抵抗を示すため、定電圧的な特性を有
する電源により点灯する場合には、電流制限素子（バラ
スト）を直列に接続して、放電状態を安定に保つ必要が
ある。

ところで、近年一般に用いられている蛍光灯は、商用電
源（ＡＣｌｏｏＶ、５０／６０Ｈｚ）により直接点灯さ
れている。この場合には電流制限素子としてチョーク・
コイル型安定器が用いられている。しかし、例えば携帯
用機器や自動車搭載用機器等、商用電源が利用できない
分野では、電池或いは蓄電池等からの直流電力をインバ
ーターにより、通常、可聴周波数の上限である２０ｋＨ
ｚ以上の周波数の高周波電力に変換して蛍光灯を点灯さ
せている。この場合、蛍光灯１本毎にインバーターを設
けていたのでは、部品点数、容積、重量及びコストの増
加を招くので、これらを低減するために、単一のインバ
ーターにて複数の蛍光灯を点灯させる方法が提案されて
いる。

上記の方法を示したものには、実開昭６０−１２０４−
８２号公報の第２図（ａ）（ｂ）に比較例として、複数
の蛍光灯を並列点灯させるような接続構造が示されてい
る。しかし、このような接続状態で、蛍光灯を始動させ
ようとした場合には、複数の蛍光灯の中のどれか１本が
放電を開始すると、蛍光灯の両電極間の電圧、即ち管電
圧が大幅に低下され、もはや残りの蛍光灯の放電を開始
することは不可能となる。因みに、通常の蛍光灯の放電
中の管電圧は数十Ｖであるが、放電開始電圧は数百■で
ある。

また、特開昭５５−２４３１７号公報では、共通の高周
波電源に、高周波用小型高漏洩型変圧器を有する複数の
調光回路を接続し、それぞれの調光回路を介して複数の
蛍光灯を点灯させる方法が開示されている。しかし、こ
の方法ではインバータ一部は共用されているが、調光回
路は蛍光灯１本毎に設けられているので、部品点数をあ
まり減少させることができず、また、漏洩変圧器を用い
ることにより容積及び重量もさほど減少されない。

さらに、電気学会技術報告（ｒｉ部）第１７２号Ｐ、３
日第６．２６図には、２灯点灯型の基本回路が例示され
ており、特開昭５５−６０２９５号公報には、２灯点灯
回路のスターターに関する技術が開示されているが、こ
れらはいずれも直列点灯方式のものであり、以下に述べ
るような２つの欠点を有している。

第１は、蛍光灯の仕様を変更したり、或いは点灯本数を
変更するには、２次巻線の巻数及び２次側開放電圧の上
昇に対する絶縁耐圧等に関して、トランスの設計からや
り直す必要がある。

第２は、直列に接続された蛍光灯のどれか１本が故障し
て点灯しなくなると、他の蛍光灯が、正常であっても全
ての蛍光灯が点灯できなくなる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点を考慮して成されたもので
あって、簡単な回路構成により、複数の放電灯を適切に
並列点灯させることができ、必要に応して調光も可能な
照明装置の提供を目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明の照明装置は、上記の目的を達成するために、単
一の交流電圧発生回路によって、複数の放電灯を点灯さ
せる照明装置において、複数の放電灯の各々に、少なく
とも一つの電流制限素子を直列に接続し、上記複数の放
電灯を、上記電流制限素子を介して交流電圧発生回路に
各々並列に接続し、複数の放電灯を簡単な構成にて確実
に点灯することができるように構成したことを特徴とす
るものである。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて説明す
れば、以下のとおりである。

本発明に係る照明装置は、第１図に示すように、高周波
電圧発生回路である自動式ブツシュ・プル型のインバー
ター１を有しており、このインバーター１には１次巻線
２ａ１２次巻線２ｂ、及び３次巻線２Ｃを有するトラン
ス２が設けられている。

上記１次巻線２ａと２次巻線２ｂの巻線比は、後述する
２次巻線２ｂの開放電圧■。が蛍光灯８・・・の放電開
始電圧Ｖｓ（通常は数百Ｖ）より大きくなるように設計
されている。１次巻線２ａの両端には各々トランジスタ
ー４・５の各コレクタ及びコンデンサー３が接続されて
おり、トランジスター４・５のエミッタはアースされ、
各ベースはそれぞれ上記３次巻線２ｃの一端と接続され
ている。

上記トランジスター４のベースは抵抗６を介して１次巻
線２ａのセンタータンプと接続されており、その接続点
には他端に電源電圧Ｖｉが供給されたチョークコイル７
が接続されている。

一方、上記２次巻線２ｂ側には、一対の各々対向する電
極８ａ・８ｂを有する３個の蛍光灯８・・・が設けられ
ている。これら蛍光灯８・・・における一方の側の電極
８ａ・・・は、各々コンデンサー９・・・を介して上記
２次巻線２ｂの一方端と接続されており、他方の側の電
極８ｂ・・・は直接に２次巻線２ｂの他方端と接続され
ている。従って、例えば３個の蛍光灯８・・・は２次巻
線２ｂに対して並列に接続されている。上記のコンデン
サー９・・・は、電流制限素子（バラスト）として機能
するものである。

バラストとしては必ずしも、コンデンサーを用いる必要
はなく、適当なインピーダンスを有する素子であれば何
でもよいが、電力損失を小さくするという点からはコン
デンサーが最も適している。

上記コンデンサー９・・・の値Ｃは、次のようにして決
定される。必要とする蛍光灯８の放電電流を１、とし、
そのときの管電圧、即ち両電極８ａ・８ｂ間の電圧をＶ
ｔ　とすると、等価抵抗Ｒ３は、Ｖｔ／Ｌ　となる。２
次巻線２ｂの開放電圧を■ｏとすると、 ■。＝ＩＬ　・　　　、　　■、　　＋　　　　πｒｃ
・・・・・・（１） となる。（１）式の平方根の項は蛍光灯８の等価抵抗Ｒ
５とコンデンサー９との合成インピーダンスを表す。こ
れから、Ｃの値は次のように求められる。

ｃ＝Ｉ、／　（２πｆ”ｏ　　　　ｖｔ＞・・・・・・
・・・（２） ところで、上記インバーター１の発振周波数は、２０〜
１００ＫＩ（ｚになるように設計するのが好ましい。そ
の理由としては、第１に、２０ＫＨｚ以下の可聴周波数
ではトランス２の鳴き現象が生じ易い。第２に、点灯周
波数が高くなる程、上記蛍光灯８の発光効率（＝全光束
／蛍光灯８の入力電力）は良くなるが、あまり周波数が
高過ぎるとインバーター１の電力変換効率（＝出力電力
／入力電力）が低下する。総合効率、即ち、蛍光灯８の
発光効率×インバーター１の電力変換効率は、数十Ｋ　
ｌｌｚで最大となるためである。

上記の構成において、インバーター１では、トランス２
の１次巻線２ａとコンデンサー３とで並列共振回路が形
成されている。この共振回路の振動電圧はトランス２の
３次巻線２Ｃによりトランジスター４・５のベースに帰
還され、トランジスター４・５が交互に導通される。ま
た、上記並列共振回路には、チョークコイル７及びトラ
ンス２の１次巻線２ａにおけるセンタータップを経て電
源から電力が供給され、発振が維持される。これにより
、１次巻線２ａの両端には、その１次インダクタンスと
コンデンサー３とで決まる共振周波数の高周波電圧が発
生される。この高周波電圧の振幅は電源電圧Ｖｉの約２
倍となる。上記の高周波電圧は昇圧されて２次巻線２ｂ
側に取り出される。また、トランス２は磁気的に不飽和
状態で作動させるため、２次巻線２ｂがら見た出力イン
ピーダンスは低く、定電圧的となっている。

上記のように、インバーター１に直流の電源電圧Ｖｉを
供給すると、２次巻線２ｂに電圧■。が発生される。蛍
光灯８のインピーダンスは放電を開始するまでは非常に
高いので、電極８ａ・８ｂ間には■。に近い高電圧が印
加され、これにより放電が開始される。放電が開始され
ると、蛍光灯８のインピーダンスは非常に小さくなり、
管電圧■、は数十■に低下する。このとき■。は、はと
んどコンデンサー９・・・にががり、これらのコンデン
サー９・・・の値によって、放電電流Ｉ、がほぼ決定さ
れる。但し、上記の各コンデンサーは、電力をほとんど
消費しないので、効率を低下させることはない。

また、本装置では、２次巻線２ｂの出力インピーダンス
は低くなっており、従って、インバーター１の電力供給
能力の範囲内であれば、並列に接続されている複数の蛍
光灯８・・・の一部のものが点灯した場合であっても、
２次巻線２ｂの電圧ははとんど変化しない。これにより
、他の蛍光灯の点灯が妨げられる事はない。さらに、並
列点灯させる蛍光灯８の本数を増減する事も容易である
。

一方、蛍光灯８の調光を行うには、インバーター１の入
力電圧、即ち電源電圧Ｖｉを変化させればよい。動作原
理から明らかなように、トランス２の２次巻線２ｂに現
れる電圧■。は、インバーター１の電源電圧Ｖｉに比例
する。前記（２）式より、放電電流■、は次のようにな
る。

Ｔｔ　　＝　２７ｔ　ｆ　ＣＶｏ　　　Ｖｔ　７・・・
・”　（３）ここで、■、は管電圧であるが、アーク放
電状態では■１　は■、を増加させると緩やかに減少し
、負性抵抗を示す。■１の値は、数十ｖ程度である。

一方、Ｖｏは放電開始電圧Ｖｓよりも大きくなるように
設計されており、数百７以上の値をとる。

従って、（３）式の平方根の項は、はぼ■。に比例する
と見なされる。以上の説明から分かるように、インバー
ター１の入力電圧を変化させると、。

それに比例してＶｏが変化し、■、もほぼ比例して変化
するので調光が可能となる。

ところで、上記蛍光灯８に適するものとしては、先に提
案されている自己加熱型蛍光灯としての小型低圧水銀放
電管がある。この放電管は、従来の蛍光灯が有する、例
えば、予熱回路と接続される電極端子を別に必要とし、
構造の複雑化とこれに伴う製造工程の複雑化を招来する
こと、点灯装置に予熱回路を必要とし、点灯装置の複雑
化及び大型化を招来すること、或いは、フィラメントに
常時通電を必要とし、無駄に電力を消費すること等の欠
点を解消し、構造を簡素化して製造を容易にし、そして
、熱陰極の予熱をしなくとも十分に優れた点燈性を発揮
することができるように構成したものである。

上記小型低圧水銀管の特徴は、封体内部に封入された封
入ガスの圧力を２５〜５０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒとし、かつ
前記封体内に少なくとも一方が熱陰極である一対の電極
を対向して設け、これら電極の各々と電気的に接続され
た電流供給用の電極端子が前記封体の両端に各１個形成
されている点にある。即ち、上記小型低圧水銀管におい
ては、アルゴン、ネオンおよびクリプトンより選択され
る少なくとも１種の希ガスから成る封入ガスの圧力を２
５〜５０Ｔｏ　ｒ　ｒの範囲に設定し、熱陰極を予熱す
ることなく良好な状態の点燈を可能とした点に特色を有
する。

本実施例では、上記小型低圧水銀管で開示された技術を
、下記の蛍光灯に適用している。

この蛍光灯は、第２図に示すように、長さし、厚さＤの
封体１０内に、圧力が２５〜５０Ｔｏ　ｒ　ｒの範囲と
なるように、アルゴン或いはクリプトン等の希ガス並び
に１〜１１０１Ｔ１程度の水銀が封入されている。封体
ｌＯの両端封止部には一対の熱陰極１１ａ・ｌｌｂが対
向配置され、封体１０の両端に装着されたヘース１２ａ
・１２ｂの各々に上記熱陰極１１．２・ｌｌｂとそれぞ
れ電気的に接続される各１個の電極端子１３ａ・１３ｂ
が形成されている。また、封体１０の内壁面には蛍光膜
が形成されている。

上記熱陰極１１ａ・ｌｌｂは、タングステン、モリブデ
ン等の高融点金属のフィラメントより構成され、その一
端が封体１０の封止部より封体１０内に延びる、通常、
ジュメット線、コバール線或いはニッケル線より成るリ
ード１４ａ・１．４　ｂに固定されている。上記の熱陰
極］、　１　ａ・１１．　ｂは、シングル、ダブル或い
はトリプルのコイル状もしくは直線状のフィラメントか
ら成り、このフィラメントには０．１〜Ｌ　、Ｏｍｇ程
度の電子エミッタが塗布等の方法によって固着されてい
る。電子エミッタの材質は特に制限されるものではなく
、通常用いられるアルカリ金属またはアルカリ土類金属
の酸化物若しくは炭酸塩その他を使用することができる
。また、熱陰極ＩＬａ・ｌｌｂは軽量であることが望ま
しく、例えば電子エミッタが固着される部分の重量が０
．３〜０．５ｍｇ程度であることが好ましい。このよう
に、熱陰極１１．２・Ｉｌｂを軽量化することによって
各熱陰極の昇温速度を大きくし、アーク放電を円滑に誘
起させることが可能となる。

また、　点灯回路に接続されるための前記電極端子１３
ａ・１３ｂは、封体１０の両端に装着された筒状のベー
ス１２ａ・１２ｂの外周に巻回して設けた接点リング１
５ａ・１５ｂ上に溶接等によってそれぞれ形成されてい
る。そして、接点リング１５ａ・１５ｂは、それぞれリ
ード１４ａ・１４ｂを介して熱陰極１１ａ・ｌｌｂと電
気的に接続されている。

以下に、本実施例に係る蛍光灯の設計例を示す。

全長ニア７ｎ＋ アーク長＝５１龍 封体外径ニア、７５龍 封入ガス：アルゴン 封入ガスの圧カニ３０Ｔｏｒｒ 封入水銀の重量：２■ 熱陰極：タングステン（ＭＧ＝２．６７）電子エミッタ
ーニトリプル・カー・ボネイトとジルコニアとの混合物 ランプ電圧（電極端子間の電圧）：４５Ｖランプ電流：
　１５ｍＡｘｎ （ｎは蛍光灯数で例えば３） 消費電力　：０．５４ＷＸｎ （ｎは蛍光灯数で例えば３） 上記の蛍光灯における封入ガスの圧力の影響を調べるた
めに、同様の構成を有する複数の蛍光灯に圧力を種々変
化させてアルゴンを封入し、第１図に示したインバータ
ー１と接続して点燈実験を行い、封入ガスの圧力と、ア
ーク放電が開始されるときの最小の管電圧、即ちアーク
放電開始電圧と、発光効率との関係を求めた。その結果
を第３図に示す。第３図において、曲線ａは封入ガスの
圧力と発光効率との関係を表し、曲線すは封入ガスの圧
力とアーク放電開始電圧との関係を表す。

また、比較のために、予熱回路用端子を形成した点以外
は上述のサンプル用蛍光灯と同様の構成を有する予熱型
蛍光灯を用い、第１図に示すインバーター１に予熱回路
を付加した点燈装置によって同様の点燈実験を行い、封
入ガスの圧力とアーク放電開始電圧との関係を求めた。

その結果を同じく第３図の曲線Ｃに示す。これらの曲線
ａ−ｃより以下の点が明らかである。

（１）　曲線ａより、封入ガスの圧力が１０〜５０　Ｔ
　ｏ　ｒ　ｒの範囲においては、発光効率が凡そ１８１
ｍ／Ｗ以上となり、実用上好適な値となる。

（２）　曲線ｂ−ｃより、封入ガスの圧力が６〜２０Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの範囲においては、予熱型蛍光灯および予熱
を行わない蛍光灯におけるアーク放電開始電圧の差はか
なり大きく、予熱によってアーク放電開始電圧を効果的
に低下させることは可能であるが、封入ガスの圧力が２
５Ｔｏｒｒ以上の範囲においては、予熱の有無によるア
ーク放電開始電圧の低下作用はほとんど認められない。

以上のことから、封入ガスの圧力が２５〜５０Ｔｏｒｒ
の範囲にある低電力小型の本蛍光灯においては、熱陰極
を予熱することなしにアーク放電を行うことが可能であ
り、またこのときのアーク放電開始電圧は凡そ４００　
Ｖ　ｒ　ｍ　ｓ以下、発光効率は凡そ１８１ｍ／Ｗ以上
であって実用性がきわめて高いことが６１　ｉ＝された
。

また、前述の自動式ブツシュ・プル型のインバーター１
に、２本以上の自己加熱型蛍光灯を第１図のように接続
し、直流電圧を供給したところ、接続された自己加熱型
蛍光灯は、すべて安定に放電して発光した。さらに、上
記インバーター１の入力電圧を変化させる事により、放
電電流を変化させ、蛍光灯の輝度を２倍以上の範囲にわ
たって円滑に調節できる事が確認された。

尚、以上の説明では、光源として熱陰極蛍光放電管であ
る蛍光灯を例にとって説明したが、これに限定されるも
のではなく、グロー放電を利用する冷陰極放電灯、アー
ク放電を利用する熱陰極放電灯、水銀ランプ或いはネオ
ンランプ等の放電による発光を直接利用する放電灯、及
び白色蛍光灯或いはカラー蛍光灯等の放電による発光を
蛍光体により別のスペクトルを有する光に変換して利用
する放電灯等、何れの放電灯にも適用することができる
。

〔発明の効果〕

本発明の照明装置は、以上のように、単一の交流電圧発
生回路によって、複数の放電灯を点灯させる照明装置に
おいて、複数の放電灯の各々に、少な（とも一つの電流
制限素子を直列に接続し、上記複数の放電灯を、上記電
流制限素子を介して交流電圧発生回路に各々並列に接続
した構成であるから、複数の放電灯を単一のインバータ
ーにより適切に点灯させることができる。さらに、構成
が簡素化されていることにより、部品点数、重量、容積
及びコストの低減を図り得るという効果を奏する。

４、図面の簡単な説明　　　　　　　　　　　　　　　
＝第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２　　　
ン図は小型低圧水銀管の蛍光灯への適用例を示す概　　
　２シ の関係を示すグラフである。

ｌはインバーター、２はトランス、３・９はコンデンサ
ー、８は蛍光灯、８ａ・８ｂは電極である。

特許出願人　　　シャープ　株式会社　　δ＝ アーフ孜實開勃電五（Ｖｒｍｓ） 賑 肩光効牢ＣＪ７ｍ／Ｗ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一の交流電圧発生回路によって、複数の放電灯を
   点灯させる照明装置において、複数の放電灯の各々に、
   少なくとも一つの電流制限素子を直列に接続し、上記複
   数の放電灯を、上記電流制限素子を介して交流電圧発生
   回路に各々並列に接続したことを特徴とする照明装置。 ２、上記の放電灯は、熱陰極を有する蛍光灯である特許
   請求の範囲第１項記載の照明装置。 ３、上記の電流制限素子は、コンデンサーである特許請
   求の範囲第１項記載の照明装置。 ４、上記の交流電圧発生回路は、発振周波数が２０ｋＨ
   ｚ以上の自励式プッシュ・プル・インバーターである特
   許請求の範囲第１項記載の照明装置。