KR100865225B1 - 고압 램프 동작 방법, 회로 장치 및 이것을 구비한 데이터 프로젝터 또는 비디오 프로젝터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류 램프 전류(2)가 고압 램프에 공급되는 고압 램프의 동작 방법에 관한 것이다. 광 아크의 안정성을 개선시키고 회로 장치에서의 낭비 전력을 감소시키기 위해, 램프 전류(2)의 절대값이 실질적으로 안정되고 교류 램프 전류(2)가 펄스 폭 변조되어, 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율이 변조된다. 또한 회로 장치, 램프 전류 신호(2) 및 이들의 사용이 개시된다.

Description

고압 램프 동작 방법, 회로 장치 및 이것을 구비한 데이터 프로젝터 또는 비디오 프로젝터{PULSE-WIDTH MODULATION FOR OPERATING HIGH PRESSURE LAMPS}
본 발명은 교류 전류가 공급되는 고압 램프를 동작시키는 방법에 관한 것으로, 특히 광 아크(light arc)의 안정성을 향상시키기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 고압 램프에 제공되는 램프 전류 신호에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고압 램프에 램프 전류를 제공하는 회로 장치에 관한 것이다. 궁극적으로, 본 발명은 다양한 디바이스에서 상기 방법, 신호 및 장치를 사용하는 것에 관한 것이다.
고압 램프, 특히 고휘도 방전 램프(High Intensity Discharge Lamp)에는 광 아크가 충분히 안정되도록 적절한 전류가 공급될 필요가 있다. 램프에 적절한 전류를 제공하는 방법이 미국 특허 5,608,294호에 공지되어 있다.
상기 미국 특허 5,608,294호에 개시된 방법은 동작시에 램프의 깜박임을 상당히 억제시키도록 고압 램프를 동작시키는 방법, 및 고휘도 방전 램프를 동작시키는 회로 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 깜박임을 줄이기 위해, 고압 방전 램프에 교류 램프 전류를 제공해서, 램프 전류의 주어진 절반 주기의 소정 부분에서 전류 펄스를 생성하는 것이 제안되어 있고, 여기서 상기 전류 펄스는 램프 전류와 동일한 극성을 갖고, 생성된 절반 주기의 후반부에서만 램프 전류에 중복(superimpose)된다. 전류 펄스를 램프 전류에 중복시킴으로써, 전극의 온도는 비교적 높게 상승된다. 고온으로 인해서, 방전 아크가 각각의 음극상(cathodic phase)에서 전극의 동일한 위치로부터 발생되게 된다. 그 효과로서 광 아크가 더 높은 안정성을 갖게 된다.
미국 특허 5,608,294호에 공지된 바와 같이, 부가적인 전류 펄스를 사용하는 것은 회로 장치에서의 전력 낭비를 증가시킨다. 또한 광 출력이 일정하지 않아서, 일정한 광 스트림을 선호하는 순차적인 디스플레이에서 램프의 사용을 복잡하게 한다.
상기 개시되고 공지된 방법에 기초해서, 본 발명의 목적은 광 아크의 안정성을 개선하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 회로 장치에서의 전력 낭비를 감소시키는 것이다.
램프 전류의 절대값이 실질적으로 일정하고, 교류 램프 전류가 펄스 폭 변조되며, 이로써 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율이 변조되는 고압 램프를 동작시키는 방법을 사용함으로써, 광 아크의 안정도가 개선된다. 또한 램프 전류의 절대값이 거의 일정하기 때문에 램프 레이팅(ramp rating)은 실질적으로 일정하고, 이로써 광속(luminous flux)은 사실상 일정하다. 또한, 부가적인 전류 펄스가 필요없기 때문에 전력 낭비가 감소된다.
고압 방전 램프, 고휘도 방전 램프(UHP-램프) 또는 고압 가스 방전 램프(HIP)와 같은, 고압 램프는 광 아크를 가지고 있다. 본 발명에 따라서, 램프로부터 방사된 광이 항상 전체적으로 동일한 광속을 가지는 것이 보장될 수 있다.
본 발명에 따라서, 고압 램프에는 실질적으로 일정한 절대값을 가지는 전류가 공급된다. 전류의 극성은 주어진 주파수에 따라서 교체된다. 이로써, 스위칭하는 극성의 전류 펄스가 램프에 공급된다. 극성의 스위칭 동안, 전류의 절대값이 일정하게 될 수 없다는 것은 이해된다. 전류 신호는 에지를 가진다. 극성의 변화에 적용될 수 있는 임의의 신호 형태가 공급될 수 있다. 가능한 신호는 램프 신호, 실질적으로 구형파 신호 또는 톱니파(sawtooth) 신호이다. 전류의 신호 형태는 바람직하게는 구형이다. 또한, 펄스는 구형에서 램프(ramp)형으로 될 수 있는 에지 경사를 가진 에지도 가질 수 있다.
이와 같은 교류 램프 전류는 펄스 폭 변조된다. 펄스 폭 변조에 의해서, 극성중 하나의 전류 펄스의 폭이 변조될 수 있다. 이로써 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스폭 사이의 비율이 조정될 수 있다. 이 비율이 주어진 함수에 따라서 변조될 때, 광 아크의 안정성이 개선될 수 있다.
램프 전류가 교류되는 청구항 2에 따른 동작 주파수가 바람직하다. 약 5kHz보다 큰 주파수에서는 음향 공진(acoustic resonance)의 가능성이 존재할 수 있다. 이 경우에, 광 아크의 안정성이 저하된다. 그러나, 본 발명의 범주내에서 더 높은 주파수가 적용될 수 있다. 교류 램프 전류의 주파수가 약 40Hz인 임의의 값보다 낮게 내려간 경우, 광 아크 안정성은 달성될 수 없다. 이 주파수 범위는 바람직한 범위일 뿐 본 발명을 이 범위로 한정하는 것은 아니다.
청구항 3에 설명된 바와 같은 펄스 폭 비율의 변조의 주파수 범위가 선호된다. 주파수가 주로 전극의 기하 구조에 의존하는 약 100Hz보다 큰 값에서, 광 아크 안정의 효과는 소멸된다. 약 0.1Hz와 같은, 매우 낮은 주파수는 광 아크의 안정성의 개선을 가능하게 한다. 이들 매우 낮은 주파수는 아티팩트(artefact)를 회피할 필요가 있는 광 시스템에 적용될 수 있다. 램프로부터 방사된 광량은 포지티브 극성을 가진 펄스와 네거티브 극성을 가진 펄스와는 상이하므로, 변조 주파수를 사람이 감지할 수 없도록 신호를 변조함으로써 아티팩트를 피할 수 있다. 이는 매우 낮은 변조 주파수에 의해서 달성될 수 있다. 이 경우도, 이 주파수 범위는 바람직한 범위일뿐 본 발명을 이 범위로 제한하는 것은 아니다.
펄스 폭 변조 주파수를 디스플레이 장치의 디스플레이 주파수와 동기화시킴으로써, 디스플레이 장치에 나타나는 아티팩트를 회피할 수 있다.
청구항 5에 따른 신호가 선호된다. 이러한 신호는 사인, 코사인, 톱니파 또는 임의의 다른 신호가 될 수 있다. 또한, 이들 신호에 가까운 신호가 적용될 수 있다.
변조 진폭이 감소될 수 있는 것이 바람직하다. 전류 펄스의 진폭이 감소될 때, 램프에 공급되는 전류의 절대값은 감소된다.
극성이 바뀌고, 절대값이 실질적으로 일정하고, 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율이 변조되는, 고압 램프에 제공되는 램프 전류 신호는 본 발명의 다른 실시예이다. 이 신호로 인해서, 광 아크가 안정되기 때문에, 고압 램프가 실질적으로 일정한 신호 길이를 가지는 광 신호를 방사할 수 있다.
또한, 고압 램프에 램프 전류를 제공하고, 실질적으로 일정한 절대값을 가지는 교류 램프 전류를 제공하는 펄스 형성 수단을 제공하고, 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율을 변조하는 변조 수단을 제공하는 회로 장치는 본 발명의 다른 실시예이다. 이 회로 장치의 특성은 회로 장치내의 낭비 전력이 안정한 광 아크를 제공할 수 있는 신호를 고압 램프에 제공하는 공지된 회로의 낭비 전력보다 작다는 것이다.
LCD- 또는 미러 디스플레이 장치를 구비한 데이터- 또는 비디오- 프로젝터에서, 전술된 바와 같이, 상기 방법, 램프 전류 신호 또는 회로 장치를 사용하는 것은 본 발명의 다른 실시예이다. 안정한 광 아크는 일정한 광을 발산하고, 이는 전술된 프로젝터에서 사용되기에 적합하다.
도 1은 램프 전류를 시간의 함수로 도시한 도면,
도 2는 램프 전류를 시간의 함수로 도시한 도면,
도 3은 펄스 폭 변조의 동작과 표준 동작에 대한, 동작 시간당 아크 점프(arc-jump)의 누적 분포를 도시한 도면.
도 1은 램프 전류 신호(2)를 시간의 함수로서 도시하고 있다. 도 1에는 전류 신호(2)의 포지티브 및 네거티브 펄스의 펄스 폭의 변조를 위한 변조 정보를 제공하는 변조 신호(4)도 도시되어 있다. 램프 전류 신호(2)의 평균 값(6)이 도 1에 도시되어 있다. x축은 밀리초로 시간을 도시하고 있다. y축은, 램프 전류 신호(2)의 진폭, 변조 신호(4) 및 평균값(6)을 도시하고 있다. y축은 1로 크기가 맞춰져 있다.
변조 신호(4)는 fs=50Hz인 주파수를 구비한 사인파 신호이다. 이 변조 신호(4)는 구형 전류 신호(2)의 포지티브인 절반과 네거티브인 절반 사이의 비율을 변조한다. 이 전류 신호(2)는 fG=1kHz의 주파수를 가진다. 전류 신호(2)의 절대값은 항상 1이다. 변조 신호(4)가 포지티브인 경우에, 전류 신호(4)의 포지티브 절반은 전류 신호(4)의 네거티브 절반보다 더 오래 지속된다. 또한 이로써 전류 신호(4)의 평균값(6)은 변조 신호가 포지티브일 때 포지티브이고, 네거티브일 때는 변조 신호는 네거티브가 된다.
전류 신호(4)의 절대값(ILamp)은 램프의 전압(ULamp)과 램프 전력(PLamp)에 의해
Figure 112003000470413-pct00001
로 정의된다.
도 2로부터, 전류 신호(4)의 포지티브 펄스 t+와 네거티브 펄스t- 사이의 비율은 도 4로부터 더 분명하게 알 수 있다. 평균값(6:Im)은 전류 신호(2)의 일 주기
Figure 112007031145465-pct00002
내에서
Figure 112007031145465-pct00003
라고 정의된다. 이는 평균값(6)이 전류 신호(2)의 최대 포지티브 값과 최대 네거티브 값내에 들어가야 한다는 것을 의미한다. 평균값(6)은
Figure 112007031145465-pct00004
인 m·ILamp로 정의될 수 있고, 여기서 m은 변조 정도로서 정의될 수 있다. 각각의 주기 t+와 t-의 간격, 즉 펄스 폭은
Figure 112003000470413-pct00005
이다.
주기 t+와 t-의 간격은 변조 신호(4)와는 상이하다. 펄스 폭, 즉 주기 t+와 t-의 간격은 변조 신호(4)에 의해서 정의된다. 이 경우에, 변조 신호는 변조 주파수fs=50Hz와 변조 진폭 M을 가지는 사인파 신호
Figure 112003000470413-pct00006
이다. 펄스 폭 변조의 비율은
Figure 112003000470413-pct00007
에 의해 변조 신호(4)로부터 계산될 수 있고, 여기서 i는 1씩 증가되는 인덱스이다. 광 아크의 변화를 위해, 전류 신호의 주파수(fG), 변조 신호의 주파수(fS), 변조 신호(즉, 사인, 코사인, 구형, 톱니파), 및 변조 진폭(M)은 변화될 수 있다. 도 1에서는 변조 진폭이 0.8이다.
도 1 및 도 2에 도시된 전류 신호(2)를 고압 램프에 인가하는 효과가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 있어서, W 축은 아크 점프의 거리를 나타내고, S 축은 검출된 아크 점프의 누적량을 도시하고 있다. 분포(10)는 통상의 램프 전류에 의해 공급되는 램프에 있어서의 아크 점프의 분포를 도시하고, 분포(8)는 본 발명에 따른 램프 전류에 의해 공급되는 램프에 있어서의 아크 점프의 분포를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 램프와 비교해서, 긴 점프 거리를 가진 아크 점프는 몇 개만이 검출될 수 있다. 이는 디스플레이 장치에 수집될 수 있는 광이 일정하게 유지되는 효과를 가진다.
상기 실시예는 오직 하나의 가능한 솔루션일 뿐이다. 본 발명에 따르면, 일정한 광속 및 낮은 낭비 전력과 함께 광 아크 점프의 저감 효과가, 다른 변조 신호 및 전류 주파수에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 교류 램프 전류가 공급되는 고압 램프를 동작시키는 방법으로서,
    상기 램프 전류의 절대값은 일정하고 상기 교류 램프 전류는 펄스-폭 변조되어(pulse-width modulated), 포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율(pulse-width ratio)이 변조되는
    고압 램프 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 램프 전류는 음향 공진(acoustic resonance)을 발생시키지 않으면서 광 아크 안정성(light arc stability)을 저하시키지 않는 40Hz와 5kHz 사이의 주파수로 교류 변화됨으로써 극성이 각각의 주기에서 적어도 한번 교체되는
    고압 램프 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포지티브 펄스의 펄스 폭과 상기 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 상기 펄스 폭 비율은 동작 주파수보다 낮은 주파수로 변조되는
    고압 램프 동작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조의 주파수는 디스플레이 장치의 디스플레이 주파수와 동기화되는
    고압 램프 동작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 비율은 고조파 신호를 사용해서 변조되는
    고압 램프 동작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    펄스 폭 변조 신호의 진폭은 0 보다 큰
    고압 램프 동작 방법.
  7. 고압 램프에 램프 전류를 공급하는 회로 장치로서,
    일정한 절대값을 가진 교류 램프 전류를 제공하는 펄스 형성 수단과,
    포지티브 펄스의 펄스 폭과 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 펄스 폭 비율을 변조하는 변조 수단을 구비한
    회로 장치.
  8. 청구항 제 7 항에 따른 회로 장치와 LCD 또는 미러 디스플레이를 구비한
    데이터 또는 비디오 프로젝터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 포지티브 펄스의 펄스 폭과 상기 네거티브 펄스의 펄스 폭 사이의 상기 펄스 폭 비율은 0.1㎐와 100㎐ 사이의 주파수로 변조되는
    고압 램프 동작 방법.
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