KR101049673B1 - 고압 방전 램프 점등 장치 및 프로젝터 - Google Patents

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Abstract

수은 봉입량이 0.20mg/mm3 이상의 초고압 방전 램프를 매우 낮은 전력으로 동작시키는 경우에 있어서, 방전 램프의 아크 휘점 위치를 안정시켜, 전극의 변형을 억제하는 것이다.
고압 방전 램프(10)에, 강압 초퍼 회로(1)와 풀브릿지 회로(2)를 가지는 점등 장치로부터 급전하여 점등시킨다. 정격 전력이나 조광 전력(정격 전력에 대해서 60~80% 정도의 전력)으로 점등시키는 경우에는 방전 램프(10)에 구형파 교류 전류를 공급하여 점등시킨다. 또, 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의 대기 전력 점등의 경우, 방전 램프(10)에 직류 전류를 공급하여 점등시킨다. 또, 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치를 화상을 투영하는 기능을 구비한 프로젝터에 탑재하여, 예를 들면 화상 신호에 변화가 없는 경우에, 상기 대기 전력 점등으로 이행시키도록 해도 된다.

Description

고압 방전 램프 점등 장치 및 프로젝터 {LIGHTING APPARATUS FOR HIGH PRESSURE DISCHARGE LAMP AND PROJECTOR}
본 발명은 고압 방전 램프 점등 장치 및 당해 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 프로젝터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 발광관 내에 0.2mg/mm3 이상의 수은이 봉입되어 점등시의 수은 증기압이 높은, 예를 들면 110 기압 이상의 교류 점등형의 고압 방전 램프로서, 투사형 프로젝터 장치나 리어 프로젝션·TV 등의 투사용 광원으로서 사용하기에 적합한 고압 방전 램프와 그 점등 장치로 이루어지는 고압 방전 램프 점등 장치 및 당해 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 프로젝터에 관한 것이다.
투사형 프로젝터 장치는, 직사각형 형상의 스크린에 대해서 균일하게, 또한 충분한 연색성을 가지고 화상을 조명시키는 것이 요구되며, 이 때문에, 광원으로서는 수은이나 금속 할로겐화물을 봉입시킨 메탈할라이드램프가 사용되고 있다. 또, 최근에는, 보다 한층 더 소형화, 점광원화가 진행되어, 전극간 거리도 매우 작은 것이 실용화되고 있다.
이러한 배경 아래, 최근, 메탈할라이드램프 대신에, 매우 높은 수은 증기압, 예를 들면 20MPa(약 197 기압) 이상을 가지는 고압 방전 램프가 사용되고 있다. 이것은, 수은 증기압을 높게 함으로써, 아크의 확산을 줄임과 함께, 한층 더 광출력의 향상을 도모한 램프이다.
상기 램프로서는, 예를 들면, 석영 유리로 이루어지는 발광관에 한 쌍의 전극을 2mm 이하의 간격으로 대향 배치하고, 이 발광관에 0.20mg/mm3 이상의 수은과, 희가스와 10－6μmol/mm3~10－2μmol/mm3의 범위에서 할로겐을 봉입한 초고압 방전 램프가 사용된다(예를 들면 특허 문헌 1 참조).
이런 종류의 방전 램프 및 그 점등 장치는, 예를 들면 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
특허 문헌 2에 개시되는 고압 방전 램프는, 정상 점등시의 관내 수은 증기압이 15MPa~35MPa로, 발광관 내에 10－6μmol/mm3~10－2μmol/mm3의 범위에서 할로겐 물질을 봉입한 것이며, 발광관 내에 한 쌍의 전극을 설치하고, 전극 선단부의 중심 부근에 돌기부를 설치함으로써, 전극간에 발생하는 방전 아크의 위치가 전극 선단의 중앙부나 주변부의 사이에서 안정되지 않고 이동하는 소위 아크 점프 현상의 발생을 억제하도록 한 것이다. 그리고, DC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터와 고압 발생 장치로 구성되는 점등 장치에 의해, 상기 한 쌍의 전극간에 교류 전압을 인가하여 점등시킨다.
한편, 최근과 같이 프로젝터가 소형화되어, 일반 가정에서도 이용되게 됨에 수반하여, 사용 환경의 밝기나, 투영하는 영상의 종류에 맞춰, 화면이 너무 밝아지지 않도록 하는 배려가 필요해졌다. 이와 같은 요청에 대응하기 위해, 이른바 조광 기능이라고 칭해지는 기능을 가지는 프로젝터가 고안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3). 여기서, 조광 기능이란, 고압 방전 램프를 정격 전력보다도 낮은 전력으로 점등시킴으로써, 램프의 밝기 조정, 저소비 전력화 등을 도모하고자 하는 기능을 말한다. 이하, 정격 전력보다도 낮은 전력으로 점등시키는 것을 「조광 전력 점등」이라고 한다.
현재의 고압 방전 램프 점등 장치에서는, 「정격 전력 점등」과 「조광 전력 점등」 양쪽을 구비한 것이 일반적이며, 본 명세서에서는, 「정격 전력 점등」과 「조광 전력 점등」으로 램프를 점등시키는 것을 정상 점등이라고 규정한다. 또, 「조광 전력 점등」은 「정격 전력 점등」의 60－80%의 전력으로 동작되는 것이 일반적이다.
도 18에 조광 기능을 가지는 점등 장치에서 고압 방전 램프를 점등시켰을 때의 전류 파형의 일예를 나타낸다.
동 도에 나타내는 바와 같이, 정격 전력 점등을 하고 있을 때에 조광 전력 점등 지령 신호가 온이 되면, 전력을 정격 전력 점등의 60－80% 정도로 저하시켜, 램프를 점등시킨다.
또한 최근에 있어서 화면으로의 투사 그 자체를 필요로 하지 않는 경우에는 일시적으로 투사시키지 않는, 예를 들면 AV뮤트라는 기능을 가진 프로젝터도 고안되어 있다.
이러한 기능은 방전 램프가 소등 직후는 내부 압력이 높기 때문에 재점등할 수 없는 것을 배려하여, 기계적으로 셔터하는 경우나 액정 패널에 인가되는 전압을 조정하고, 스크린에 투사되는 광을 차단하는 등 하여 대응하고 있다. 이하, 화면을 의도적으로 투사시키지 않는 상태에서 램프를 점등시키는 것을 「대기 전력 점등」이라고 한다.
대기 전력 점등에 있어서 전력은 극한까지 낮은 전력인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 극한까지 낮은 전력으로 점등함으로써, 램프로부터의 발열이 격감하여, 프로젝터로부터의 소음의 주원인인 냉각 팬의 구동을 정지, 또는, 현저하게 저하시킬 수 있어, 프로젝터로부터의 소음을 극한까지 작게 할 수 있기 때문이다.
또한, 보다 낮은 전력으로 점등시킴으로써 램프의 열적인 부하를 경감할 수 있기 때문에, 투사가 필요한 경우와 필요로 하지 않는 경우를 조합함으로써 실질적인 램프 수명을 늘리는 것이 가능하다. 여기서 램프의 열적인 부하는 발광관 및 전극에 대한 열적인 부하이며, 이들은 투입 전력이 낮을 수록 작게 할 수 있다.
또, 프로젝터의 성능의 하나로 콘트라스트비가 있다. 이것은 투영된 화면이 백상태(명상태)와 흑상태(암상태)에서 화면 상의 휘도를 비교하고, 그 비율을 가리키는 것이다. 콘트라스트비가 높으면 명암이 확실한 화상을 투영할 수 있기 때문에, 밝기와 함께 프로젝터의 중요한 성능으로 여겨지고 있다.
현재, 콘트라스트비를 높게 하기 위해서 상기 서술한 기계적인 셔터 기능 등을 장착하여 흑상태를 만들어 내는 기술(아이리스 기능)이 채용되고 있다.
상기와 같이 정격 전력에서는 일정 이상의 밝기가 필요함과 함께 조광 전력 점등이 가능하고, 또한 조광 전력을 궁극적으로 줄인 대기 전력 점등이 가능한 고압 방전 램프가 요구되고 있다.
특허 문헌 1: 일본국 공개특허 평2－148561호 공보
특허 문헌 2: 일본국 공개특허 2001－312997호 공보
특허 문헌 3: 일본국 공개특허 2000－131668호 공보
특허 문헌 4: 일본국 공개특허 2006－332015호 공보
상기 서술한 바와 같이, 전력을 궁극적으로 줄인 대기 전력 점등이 가능한 고압 방전 램프가 요구되고 있지만, 구형파 교류 전류를 공급한 상태에서 그대로 크게 전력을 낮추어 사용한 경우, 하기의 문제가 발생했다.
이런 종류의 고압 방전 램프는, 점등 중, 전극 선단부에 돌기를 형성시키고, 당해 돌기를 기점으로 하여 안정된 아크 방전을 형성시키는 것이 예를 들면 특허 문헌 4에 기재되어 있다.
특허 문헌 4에 의하면, 램프 전압에 따라 혹은 램프 점등 전력에 따라 정상 주파수 및 간헐적(주기적)으로 삽입하는 저주파의 주파수나 파(波)의 수를 변화시킴으로써 아크 기점이 되는 돌기를 유지함으로써 안정된 동작을 할 수 있다고 기재되어 있다.
그러나, 상기 기술에 의해, 고압 방전 램프를 예를 들면 정격 전력 180W의 램프를 90W로 점등한 경우, 어떤 주파수를 조합한 경우에 있어서도 아크 기점이 안정되지 않아, 이른바 플리커 현상이 많이 발생했다. 특히 정격 전력 180W에 대해 70W 이하에서는 현저하게 발생했다.
이 발명이 해결하고자 하는 과제는, 램프 점등 전력이 매우 낮은, 정상 점등 상태에 있어서의 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시키는 경우에 있어서도 방전 램프의 아크 기점을 위치적으로 안정시켜, 이른바 플리커의 발생을 방지하고, 또한 전극의 변형을 억제함으로써 화면 투사 모드에서의 점 등 동작에 영향을 주는 일이 없는 고압 방전 램프 점등 장치 및 그 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 프로젝터를 제공하는 것이다.
우선, 본 발명자들은, 상기한 종래의 조광 점등 전력보다도 더 낮은 전력으로 동작시킨 경우에 대해서 교류 구동 동작에서 플리커 현상이 발생하는 모습을 관찰하기 위해, 전력을 서서히 저하시킨 경우의 아크 기점 부분을 관찰했다. 예를 들면 180W로 정격 동작하고 있는 램프를 서서히 전력을 변화시켜 가면 정격 동작과 동일한 주파수(이것을 정격 주파수라고 부른다)이면, 140W에서 아크 기점부를 형성하고 있는 돌기 부분이 변형되어 가는 것을 발견할 수 있었다.
또한 특허 문헌 4에 기초하여, 조광시의 동작 주파수(이것을 조광 주파수)를 정격 동작 주파수보다도 낮은 주파수를 선택하고, 또한 간헐적으로 저주파를 삽입함으로써 130W까지는 안정되게 동작하는 주파수를 발견할 수 있었지만, 더 전력을 낮춘 경우에는 어느 주파수를 선택해도 돌기 부분이 변형되어 가는 것이 판명되었다.
이 돌기 부분의 변형에 대해 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 고압 방전 램프의 발광관 부분을 모식적으로 나타낸 것이며, 20은 전극, A는 전극(20) 간에 형성되어 있는 아크이다.
고압 방전 램프를 정격 전력으로 점등하는 경우에 있어서는, 전극 재료인 텅스텐이 점등시의 열로 증발하여, 발광관의 관벽에 부착되는 것에 의한 발광관 흑화 현상을 억제하기 위해, 할로겐 사이클을 촉진하기 위한 발광관 내에 할로겐 물질을 봉입하고 있다. 증발한 텅스텐은 할로겐과 화합하고, 대류하여 아크 플라즈마로 되돌아왔을 때에 해리하여 플러스 이온이 된다. 플러스 이온이 된 텅스텐은, 음극 페이즈측의 전극 선단의 전계 집중점인 아크 스폿을 중심으로 하는 영역으로 끌어 당겨져 그곳에 퇴적한다. 다음에, 이 전극이 양극 페이즈로 반전하면, 전극 선단의 전체에 전자가 충돌하고, 전극 온도는 상승하여, 음극 페이즈에서 퇴적한 텅스텐은 다시 증발한다.
정격 전력 점등시는, 이 퇴적과 증발의 밸런스가, 전극 선단에 적당한 돌기를 유지할 수 있는 레벨로 안정되어 있다(도 3(a)). 그러나, 조광 동작시, 즉 정격 전력보다도 낮은 전력으로 점등하고 있는 경우에는, 음극 페이즈 상태의 전극 선단부의 온도가 정격 전력 점등시보다도 낮아지기 때문에, 전극 선단의 전계 집중점인 아크 스폿이 돌기 선단의 일부분에 한정되게 된다(도 3(b)). 즉, 돌기부 중에서도 특히 전계 집중하기 쉬운 포인트와 그렇지 않는 포인트가 발생한다. 아크 스폿 부분은 매우 고온이기 때문에, 집중 포인트가 좁은 영역에 한정되는 경우에는 음극 페이즈라도 텅스텐이 증발하여, 형상이 변형된다(도 3(c)). 변형된 형상에 따라서는 아크 스폿 부분의 온도가 저하하여, 다음에 아크 스폿을 형성하기 쉬운 장소로 이동한다(도 3(d)). 이러한 현상을 반복함으로써 돌기 전체가 사다리꼴 형상으로 변형되고, 아크 점프를 반복하는 것이 투사 화면 상의 플리커로서 인식되는 것으로 생각된다.
이러한 현상을 회피하기 위해서는, 그러한 관점에서 저주파를 간헐적으로 삽입함으로써 전극 선단의 온도를 상승시키는 것은 유효하며, 삽입하는 파의 수를 늘 림으로써 보다 전극 온도를 상승시킬 수 있는 것은 용이하게 상상된다. 그러나, 교류 구동의 경우, 반드시 전극 온도가 상승하는 양극 페이즈와 저하하는 음극 페이즈가 교대로 발생하기 때문에 온도 상승량에도 한계가 있는 것이 추측된다. 또한 저주파의 주파수를 너무 낮게 한 경우, 예를 들면 10Hz정도로 한 경우, 극성이 반전할 때의 전류의 변화가 시인됨으로써 투영한 화면이 명멸한 것처럼 보이는 다른 사상(事象)의 플리커 현상이 발생되어 버린다.
본 발명자들은, 이상과 같이 조광 전력이 매우 낮은 경우에 발생하는 플리커 현상의 원인을 해명하고, 또한 이 문제를 해결하는 방법에 대해서 예의 검토한 결과, 본 발명에 관련된 고압 방전 램프의 점등 장치에 도달한 것이다.
즉, 본 발명에 있어서는, 석영 유리로 이루어지는 방전 용기에 체적이 거의 동등한 한 쌍의 전극을 대향 배치하고, 이 방전 용기에 0.2mg/mm3 이상의 수은과, 10－6μmol/mm3~10－2μmol/mm3의 범위의 할로겐과 소정량의 희가스가 봉입되는 고압 방전 램프와, 이 방전 램프에 대해서 구형파 교류 전류를 공급하여 점등시키는 급전 장치로 구성되는 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 시동 직후의 초기 점등 기간을 제외한 정상 점등 상태에 있어서의 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킬 때에는 직류 구동으로 동작시킨다.
정격 점등의 50% 이하의 전력에 있어서, 직류 구동함으로써 안정된 동작이 가능한지는 반드시 확실하지 않지만 하기와 같이 추측된다. 50% 이하의 매우 낮은 전력에서는 전극 선단부의 온도가 낮아지기 때문에, 음극 페이즈에서 열전자 방출 을 하는 영역이 정상 점등 동작시보다도 작아져, 매우 좁은 스폿에 한정된다.
교류 구동 동작에서는 양극 페이즈와 음극 페이즈가 교대로 발생하지만, 이 때 스폿이 되는 영역이 음극 페이즈마다 상이한 것이 발생한다. 만일 스폿이 되는 영역이 상이하면 전회의 음극 페이즈에서 스폿이 된 부분도 온도가 내려가, 다음의 페이즈에서는 스폿이 되기 어렵다. 이렇게 되면 항상 음극 페이즈에서는 스폿 동작하기 쉬운 영역을 찾아 아크가 돌아다니므로 플리커 현상에 이르러 버린다. 한편, 직류 동작의 경우는 항상 음극 동작을 하는 전극이 고정되므로 상기 스폿이 한 개소에 집중할 수 있다. 또한 전력이 매우 낮기 때문에 내전류적으로도 손모하는 일 없이, 안정된 동작을 계속할 수 있다고 생각된다.
또한 본 발명의 고압 방전 램프에는 0.2mg/mm3 이상의 수은이 봉입되어 있다. 이러한 고압 방전 램프에 있어서 정격 점등의 50% 이하의 전력에서는 만일 전혀 냉각을 행하지 않았다고 해도 증발할 수 없는 수은 즉, 미증발 수은이 발생한다.
본래, 미증발 수은은 방전 아크나 방전 기점을 압축하는 작용의 기능도 낮고, 동작 압력도 저하되는 결과, 광출력을 저하시키기 때문에 바람직하지 않은 것으로 생각되고 있었다. 그러나, 정격 점등의 50% 이하의 전력으로 동작시켰을 때에는 방전 아크 및 방전 기점을 압축하지 않기 때문에, 일정 전극 온도를 유지하는 역할에 기여하므로, 음극 동작하는 전극의 열전자 방출을 시키기 쉽게 하고 있다고 추측된다.
이상에 기초하여, 본 발명에 있어서는, 이하와 같이 하여 상기 목적을 달성한다.
(1) 석영 유리로 이루어지는 방전 용기에 체적이 거의 동등한 한 쌍의 전극을 대향 배치하고, 이 방전 용기에 0.2mg/mm3 이상의 수은과, 10－6μmol/mm3~10－2μmol/mm3의 범위의 할로겐과 소정량의 희가스가 봉입되는 고압 방전 램프와, 이 방전 램프에 대해서 구형파 교류 전류를 공급하여 점등시키는 급전 장치로 구성되는 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서, 시동 직후의 초기 점등 기간을 제외한 정상 점등 상태에 있어서의 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킬 때에는 직류 구동으로 동작시킨다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 직류 구동으로 동작시키는 기간에 극성을, 한쪽의 극성으로부터 다른쪽의 극성으로 반전시킨다.
(3) 상기 (1)(2)에 있어서, 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킨 후에, 다시 0.5×P(W)보다도 높은 전력으로 동작시키는 경우에, 직류 구동으로부터 교류 구동으로 전환하고, 그 교류 구동의 전력 또는 주파수 중 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 서서히 증대시켜 정상 점등 동작으로 이행시킨다.
(4) 상기 (1)~(3) 중 어느 하나의 고압 방전 램프 점등 장치를, 화상을 투영하는 기능을 구비한 프로젝터에 탑재한다.
(5) 상기 (4)의 프로젝터에 있어서, 0.5×P(W)보다도 높은 전력으로 상기 방전 램프를 점등 중에, 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 0.5 ×P(W) 이하의 전력 모드로 이행시킨다.
(6) 상기 (4)의 프로젝터에 있어서, 0.5×P(W) 이하의 전력으로 상기 방전 램프를 점등 중에, 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 자동적으로 고압 방전 램프를 소등한다.
본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의, 램프 점등 전력이 매우 낮은 대기 전력으로 동작시킬 때, 직류 구동으로 동작시키도록 했으므로, 방전 램프의 아크 휘점을 위치적으로 안정시켜, 이른바 플리커의 발생을 방지할 수 있다.
(2) 직류 구동으로 동작시키는 기간에 극성을, 한쪽의 극성으로부터 다른쪽의 극성으로 반전시키도록 함으로써, 전극에 대한 열적인 부하에 편향이 발생하는 것을 방지하고, 장시간에 걸쳐 대기 전력으로 동작시켜도, 조도 수명 특성을 확보할 수 있다.
(3) 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킨 후에, 다시 0.5×P(W)보다도 높은 전력으로 동작시키는 경우에, 직류 구동으로부터 교류 구동으로 전환하고, 그 교류 구동의 전력 또는 주파수 중 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 서서히 증대시켜 정상 점등 동작으로 이행시킴으로써, 전극에 대한 열적 부하를 한층 작게 하고, 서서히 전극 온도를 올릴 수 있다. 이 때문에 열스트레스 등에 의해, 전극 선단부의 손상 등을 막을 수 있다.
(4) 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치를 프로젝터에 탑재하고, 0.5×P(W)보다도 높은 전력으로 점등 중에, 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 0.5×P(W) 이하의 전력 모드로 이행시킴으로써, 쓸데없는 전력의 소비를 막아, 전력 절약화를 도모할 수 있다.
(5) 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치를 프로젝터에 탑재하고, 0.5×P(W) 이하의 전력으로 점등 중에 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 자동적으로 고압 방전 램프를 소등함으로써, 프로젝터를 끄는 것을 잊어버리는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다.
도 1에 본 발명의 대상이 되는 고압 방전 램프를 나타낸다.
고압 방전 램프(10)는, 석영 유리로 이루어지는 방전 용기에 의해 형성된 개략 구형(球形)의 발광부(11)를 가진다. 이 발광부(11) 중에는 한 쌍의 전극(20)이 2mm 이하의 간격으로 대향 배치되어 있다. 또, 발광부(11)의 양단부에는 시일링부(12)가 형성된다. 이 시일링부(12)에는, 몰리브덴으로 이루어지는 도전용 금속박(13)이, 예를 들면 쉬링크 시일에 의해 기밀하게 매설된다. 금속박(13)의 일단에는 전극(20)의 축부가 접합하고 있으며, 또, 금속박(13)의 타단에는 외부 리드(14)가 접합하여 외부의 급전 장치로부터 급전이 행해진다.
발광부(11)에는, 수은과, 희가스와, 할로겐 가스가 봉입되어 있다. 수은은, 필요한 가시광 파장, 예를 들면, 파장 360~780nm의 방사광을 얻기 위한 것으로, 0.20mg/mm3 이상 봉입되어 있다. 이 봉입량은, 온도 조건에 따라서도 상이하지만, 점등시 200 기압 이상으로 매우 높은 증기압이 된다. 또, 수은을 보다 많이 봉입함으로써 점등시의 수은 증기압 250 기압 이상, 300 기압 이상이라는 높은 수은 증기압의 방전 램프를 만들 수 있어, 수은 증기압이 높아질수록 프로젝터 장치에 적절한 광원을 실현할 수 있다.
희가스는, 예를 들면, 아르곤 가스가 약 13kPa 봉입된다. 그 기능은 점등 시동성을 개선하는 것에 있다. 할로겐은, 옥소, 취소, 염소 등이 수은 혹은 그 외의 금속과 화합물의 형태로 봉입된다. 할로겐의 봉입량은, 10-6μmol/mm3~10-2μmol/mm3의 범위에서 선택된다. 할로겐의 기능은, 이른바 할로겐 사이클을 이용한 장수명화이지만, 본 발명의 고압 방전 램프와 같이 매우 소형이며 매우 높은 점등 증기압인 것은, 방전 용기의 실투 방지라는 작용도 있다.
고압 방전 램프의 수치예를 나타내면, 예를 들면, 발광부의 최대 외경 9.4mm, 전극간 거리 1.0mm, 발광관 내용적 55mm3, 정격 전압 70V, 정격 전력 180W이며 교류 점등된다.
또, 이런 종류의 방전 램프는, 소형화되는 프로젝터 장치에 내장되는 것이며, 전체 치수적으로 매우 소형화가 요청되는 한편 높은 발광광량도 요구된다. 이 때문에, 발광부 내의 열적 영향은 매우 큰 것이 된다. 램프의 관벽 부하값은 0.8~2.5W/mm2, 구체적으로는 2.4W/mm2가 된다.
이러한 높은 수은 증기압이나 관벽 부하값을 가지는 것이 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터와 같은 프리젠테이션용 기기에 탑재된 경우에, 연색성이 좋은 방사광을 제공할 수 있다.
도 2는 전극 선단과 돌기를 나타내는 것을 목적으로 하며, 도 1에 나타내는 전극(20)의 선단을 모식화하여 표시한 것이다. 전극(20)은, 각각 구부(20a)와 축부(20b)로 구성되고, 구부(20a)의 선단에 돌기(21)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 돌기(21)는, 본 발명에 관련된 방전 램프와 같이 전극간 거리 2mm 이하이며 발광부에 0.2mg/mm3 이상의 수은을 포함하는 프로젝터 장치의 광원으로서 이용되는 경우에는 불가결해진다. 왜냐하면, 발광부에 0.2mg/mm3 이상의 수은을 포함하고, 동작 압력이 200기압 이상에 이르는 방전 램프에 있어서는, 높은 증기압에 의해, 아크 방전이 작게 줄어들어, 결과적으로 방전 기점도 작게 압축되기 때문이다.
또, 전극 선단에 돌기(21)가 형성됨으로써, 그곳을 기점으로 하여 아크 방전이 발생하기 때문에, 아크로부터의 광이 전극의 구부(20a)에 의해 차단되기 어려워진다. 이 때문에, 광의 이용 효율이 향상하고, 보다 밝은 영상이 얻어진다는 이점도 발생한다. 또한, 도 2는 모식화한 도면이지만, 통상, 축부(20b)의 선단에는, 축 직경보다 큰 직경을 가지는 구부에 상당하는 요소를 가지고 있다.
다음에 상기 방전 램프를 점등시키는 고압 방전 램프 점등 장치의 구성예를 도 4에 나타낸다.
점등 장치는 방전 램프(10)에 급전하는 급전 장치로 구성되고, 직류 전압이 공급되는 강압 초퍼 회로(1)와, 강압 초퍼 회로(1)의 출력측에 접속되어 직류 전압을 교류 전압으로 변화시켜 방전 램프(10)에 공급하는 풀브릿지형 인버터 회로(2)(이하, 「풀브릿지 회로」라고도 한다)와, 방전 램프(10)에 직렬 접속된 코일(L1), 병렬 접속된 콘덴서(C1), 및 스타터 회로(3)와, 상기 풀브릿지 회로(2)의 스위칭 소자(Q1~Q4)를 구동하는 드라이버(4)와, 제어부(5)로 구성된다.
제어부(5)는 예를 들면 마이크로 프로세서 등의 처리 장치로 구성할 수 있으며, 도 4에서는 그 기능 구성을 블럭도로 나타내고 있다.
도 4에 있어서, 강압 초퍼 회로(1)는, 직류 전압이 공급되는 +측 전원 단자에 접속된 스위칭 소자(Qx)와 리액터(Lx)와, 스위칭 소자(Qx)와 리액터(Lx)의 접속점과 일측 전원 단자 간에 캐소드측이 접속된 다이오드(Dx)와, 리액터(Lx)의 출력측에 접속된, 평활 콘덴서(Cx)와, 평활 콘덴서(Cx)의 일측 단자와 다이오드(Dx)의 애노드측의 사이에 접속된 전류 검출용의 저항(Rx)으로 구성된다.
상기 스위칭 소자(Qx)를 소정의 듀티로 구동함으로써, 입력 직류 전압 Vdc를 이 듀티에 따른 전압으로 강압한다. 강압 초퍼 회로(1)의 출력측에는, 전압 검출용의 저항(R1, R2)의 직렬 회로가 설치되어 있다.
풀브릿지 회로(2)는, 브릿지 형상으로 접속한 스위칭 소자(Q1~Q4)로 구성되고, 스위칭 소자 Q1, Q4, 스위칭 소자 Q2, Q3를 교대로 온으로 함으로써, 스위칭 소자 Q1, Q2의 접속점과, 스위칭 소자 Q3, Q4의 접속점 사이에 구형파상의 교류 전압이 발생한다.
스타터 회로(3)는, 저항(R3)와 스위칭 소자(Q5)의 직렬 회로와, 콘덴서(C2)와 트랜스(T1)로 구성된다.
스위칭 소자(Q5)를 온으로 하면, 콘덴서(C2)에 충전되어 있던 전하가 스위칭 소자(Q5), 트랜스(T1)의 일차측 권선을 통하여 방전하고, 트랜스(T1)의 2차측에 펄스형상의 고전압이 발생한다. 이 고전압은, 방전 램프(10)의 보조 전극(Et)에 인가되어 램프를 점등한다.
상기 회로에 있어서, DC(직류) 점등은 풀브릿지 회로(2)의 스위칭 소자(Q1~Q4)의 스위칭 주기를 조정함으로써 달성할 수 있으며, 또, 출력 전압은 강압 초퍼 회로(1)의 스위칭 소자(Qx)의 동작 듀티를 조정함으로써 달성할 수 있다.
강압 초퍼 회로(1)의 스위칭 소자(Qx)는, 게이트 신호 Gx의 듀티에 따라 온/오프하며, 램프(10)에 공급되는 전력이 변화한다. 즉, 전력이 높으면 Qx의 듀티를 낮추는 등 하여, 그 입력된 전력 조정 신호값에 합치하는 전력값이 되도록 게이트 신호 Gx의 제어를 행한다.
제어부(5)는, 구동 신호 발생 수단(51)과 컨트롤러(52)로 구성된다.
구동 신호 발생 수단(51)은, 예를 들면 교류 신호 발생부(51a~51b), 직류 신호 발생부(51c)와, 이들의 출력을 선택하는 셀렉터(51d)로 구성되고, 교류 신호 발생부(51a~51b), 직류 신호 발생부(51c)의 출력을 선택적으로 출력하여, 풀브릿지 회로(2)의 스위칭 소자(Q1~Q4)를 구동하기 위한 구동 신호를 발생시킨다.
컨트롤러(52)는, 램프(10)의 점등 동작을 제어하는 점등 동작 제어부(52a)와, 외부로부터의 점등 전력 지령 신호에 따라, 강압 초퍼 회로(1)의 스위칭 소 자(Qx)를 설정된 듀티로 구동하여, 램프 전력을 제어하는 전력 제어부(52c)를 구비한다.
또, 상기 스위칭 소자(Q1~Q4)의 구동 신호를 설정하기 위해, 정상 점등인지, 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시키는 대기 전력 점등인지에 따라 상기 구동 신호 발생 수단(51)의 셀렉터에 주파수 선택 지령을 송출하는 주파수 선택부(52b)를 구비한다.
전력 제어부(52c)는, 전류 검출용의 저항(Rx)의 양단 전압과, 전압 검출용의 저항(R1, R2)에 의해 검출된 전압으로부터, 램프 전류 I, 램프 전압 V를 구하여 램프 전력을 연산하고, 이 전력이 점등 전력 지령에 따른 전력값에 일치하는 것 같은 강압 초퍼 회로(1)의 스위칭 소자(Qx)의 듀티를 제어한다. 또, 정상 점등인지 대기 전력 점등인지에 따라, 주파수 선택부(52b)에 주파수/직류 선택 신호를 송출한다.
셀렉터(51d)는, 주파수 선택부(52b)로부터의 지령에 따라, 교류 신호 발생부 (51a~51b), 직류 신호 발생부(51c)의 출력을 선택적으로 드라이버(4)에 송출한다.
예를 들면, 정상 점등일 때는, 정상 점등 주파수를 출력하는 교류 신호 발생부(51a)와 저주파수를 출력하는 교류 신호 발생부(51b)의 출력이 교대로 선택되고, 예를 들면 후술하는 도 7에 나타내는 바와 같이 파형의 신호가 출력된다.
또, 대기 전력 점등의 경우는, 직류 신호 발생부(51d)의 출력이 선택되고, 예를 들면 후술하는 도 8에 나타내는 파형의 신호가 출력된다.
또한, 주파수 선택부(52b)로부터 출력되는 극성 전환 신호에 따라, 직류 신 호 발생부(51d)로부터 출력되는 직류 신호의 극성을 전환하도록 해도 된다.
또, 후술하는 바와 같이, 대기 전력 점등으로부터 정상 점등으로 이행할 때, 서서히 동작 전력을 증대시키거나, 양극 동작하고 있던 전극측의 양극 동작 기간을 서서히 작게 하면서, 정상 점등으로 이행시키는 경우에는, 전력 제어부(52c)에서 램프에 공급하는 전력을 서서히 증가시키거나, 직류 신호 발생부(51d)에 송출되는 극성 전환 신호에 의해 직류의 극성을 제어한다.
여기서 본 실시예에 관련된 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 프로젝터의 구성예를 도 5에 나타낸다.
프로젝터는, 상기 서술한 고압 방전 램프 점등 장치(30) 및 고압 방전 램프(10)와, 프로젝터 제어부(31)와, 액정 표시 장치 등으로 구성되는 화상 표시 장치(32)와, 화상 표시 장치(32)에 표시된 화상을 확대 표시하는 확대 장치(33)로 구성되고, 확대 장치(33)에 의해 확대된 화상은, 스크린(34)에 투영 표시된다.
프로젝터 제어부(31)는, PC(35) 혹은 TV 등의 외부 장치로부터 주어지는 화상 신호를 처리하는 화상 제어부(31a)와, 상기 서술한 고압 방전 램프 점등 장치(30)에, 점등 지령 및 점등 전력 지령을 송출하는 점등 제어부(31b)를 구비한다.
다음에, 정상 점등 동작 모드로부터 본 실시예의 대기 전력 점등 모드로의 전환 제어에 대해서 설명한다. 도 6은, 도 4에 나타낸 제어부(5)에 의한 전환 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 여기서 정상 점등 모드란, 상기한 바와 같이 「정격 전력」, 「조광 전력」으로 동작시키는 경우를 가리킨다. 또한, 「조광 전력」의 점등 전력은 고압 방전 램프 및 급전 장치의 설계에 의해 정해지는 것 이지만, 「조광 전력」이란 「정격 전력」에 대해서 대략 60~80% 정도의 전력으로 동작시키는 것이다.
도 6에 있어서, 제어부(5)에 주어지는 점등 전력 지령 신호에 의해, 대기 전력 모드가 선택되면, 도 4에 나타내는 제어부(5)는 직류 점등 구동을 선택한다. 즉, 주파수 선택부(52b)는, 셀렉터(51d)에 의해 직류 신호 발생부(51d)의 출력을 선택시키고, 드라이버(4)는, 스위칭 소자(Q1~Q4)에 직류의 구동 신호를 주어, 스위칭 소자 Q1, Q4, 혹은 Q3, Q2를 온 상태로 유지하고, 고압 방전 램프(10)를 직류 구동한다.
또, 점등 전력 지령 신호가 정상 점등 모드를 선택한 경우에는, 구형파 교류 점등으로 점등 동작한다. 즉, 주파수 선택부(52b)는, 셀렉터(51d)에 의해 교류 신호 발생부(51a, 51b)의 출력을 선택시키고, 드라이버(4)는, 스위칭 소자(Q1~Q4)에 교류 구동 신호를 주어, 스위칭 소자 Q1, Q4, 혹은 Q3, Q2를 교대로 온으로 하고 고압 방전 램프(10)에 교류 구형파 전류를 공급한다.
도 7은 정상 점등 동작시에 있어서의 방전 램프(10)의 전류 파형의 일례를 나타내며, 종축은 전류값, 횡축은 시간을 표시한다.
도 4에 나타낸 급전 장치는 다음과 같이 동작하며, 정상 점등시, 도 7에 나타내는 패턴의 전류를 램프에 공급한다.
(1) 점등 지령이 주어지면, 램프(10)로의 급전이 개시됨과 함께, 컨트롤러(52)의 점등 동작 제어부(52a)는, 시동 회로 구동 신호를 발생시키고, 스타터 회로(3)를 트리거하여, 램프(10)를 점등시킨다.
(2) 램프(10)가 점등되면, 전력 제어부(52c)에 있어서, 분압 저항(R1, R2)에 의해 검출되는 전압값 V과, 저항(Rx)에 의해 검출되는 전류값 I에 의해 점등 전력이 연산된다.
(3) 컨트롤러(52)의 전력 제어부(52c)는, 점등 전력 지령 신호와, 상기 연산된 전력값에 기초하여, 강압 초퍼 회로(1)의 스위칭 소자(Qx)를 제어하고, 점등 전력을 제어한다.
(4) 정상 점등시에는, 컨트롤러(52)의 주파수 선택부(52b)는, 구동 신호 발생 수단(51)의 셀렉터(51d)에 의해, 교류 신호 발생부(51a)의 출력과 교류 신호 발생부(51b)의 출력을 선택하고, 셀렉터(51d)로부터 정상 점등 주파수 신호 f1와 저주파 신호 f2를 교대로 출력시킨다.
셀렉터(51d)의 출력은 드라이버(4)를 통하여 풀브릿지 회로(2)의 스위칭 소자(Q1~Q4)에 주어진다.
스위칭 소자(Q1~Q4)는 상기 정상 점등시, 정상 점등 주파수 신호 f1(60~1000Hz)로 구동되지만, 상기 서술한 바와 같이, 제1의 소정 시간(0.01초~120초)마다, 정상 점등 주파수보다도 낮은 주파수인 저주파 신호 f2(5~200Hz)로, 제2의 소정 시간(그 저주파 신호의 반사이클~5사이클의 기간), 구동된다(도 7의 정상 점등시의 파형 참조).
도 8은, 정상 점등 동작으로부터 대기 전력 점등으로 전환했을 때의 점등 전력 지령 신호와 전력·전류 파형의 일례를 나타내고, 종축은 신호 레벨·전류값, 전력값을 나타내며, 횡축은 시간을 나타낸다. 정상 점등 동작시는, 상기 서술한 바와 같이 고압 방전 램프에 대해서, 60~1000Hz의 범위에서 선택된 주파수를 정상 점등 주파수로 하고, 이 주파수의 교류 전류를 공급하고 있다.
그리고, 대기 전력 점등의 신호를 검지하면, 상기한 바와 같이 제어부(5)는 직류 점등 구동을 선택하여, 직류 전류로 점등시킨다. 여기서 대기 전력 점등은, 고압 방전 램프에 대해서, 정격 전력의 25%의 직류 전력으로 점등시킨다.
정상 점등시와, 대기 전력 점등시의 구체적인 파형의 예를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1의 (a)(b)는 도 8 중에 나타낸 (a)(b)의 구간의 파형에 대응하고 있다.
Figure 112009068671540-pat00001
여기서 정상 점등시의 교류 전류를 단순한 구형파로 했지만, 이것은 단순한 예시이며, 이 구동 파형에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 이 정상 점등 주파수보다도 낮은 주파수이며, 5~200Hz의 범위에서 선택된 주파수와 저주파수를 조합한 파형이라도 되고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 펄스 등이 중첩된 파형이라도 상관없다.
대기 전력 점등에 있어서의 본 발명의 직류 동작 전력값의 범위에 대해서 실험했더니, 표 2의 결과가 되었다.
표 2는, 정격 점등 전력 180W의 램프를 이용하여, 본 발명의 직류 동작 전력값을 10W~140W의 범위에서 변화시키고, 각 전력값에 있어서의 점등의 여부, 전극 마모, 플리커의 유무를 조사한 것이다.
Figure 112009068671540-pat00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 정격 전력의 11%보다도 낮은 전력에서는, 점등을 지속할 수 없었다. 전극, 특히 음극 동작하는 전극의 온도가 너무 낮아져, 음극으로부터 충분한 열전자 방출을 할 수 없기 때문에 방전을 지속할 수 없게 되었다고 추측된다.
또, 정격 전력의 50%보다도 높은 전력에서는, 양극 동작하는 전극의 온도가 너무 높아 돌기가 소실했다. 이러한 이유에 의해, 직류 점등 전력은, 정격 전력의 11~50%의 범위에서 선택한 전력으로 점등시키는 경우에만 플리커도 없고, 또 전극 선단부의 돌기의 소실도 없는 양호한 점등 상태를 만들 수 있다.
또한, 이상의 예에서는 180W로 정격 점등시키는 램프에 대해 나타냈지만, 정격 전력의 값은 180W에 한정되지 않으며, 다른 램프에도 동일하게 적용할 수 있다. 이 경우, 램프의 설계에 따라서도 다르지만, 정격 전력에 견딜수 있는 크기를 가진 전극을 설계했다고 해도 그 정격 전력의 50%보다도 높은 전력으로 직류 점등 구동시킨 경우에는, 상기에 나타낸 바와 같이, 돌기의 소실에 의해, 플리커 현상이 발생하는 것을 알 수 있었다.
한편, 램프 설계가 상이한 램프여도 직류 점등 구동에 있어서 대략 20W정도까지는 안정되게 동작하지만, 10W에서는 방전을 유지할 수 없는 것도 알 수 있었다.
다음에 정격 점등 전력 180W의 램프를 이용하여, 종래의 구동 방법인 교류 구동으로 전력값을 70W~140W의 범위에서 변화시키고, 각 전력값에 있어서의 점등의 여부, 전극 마모, 플리커의 유무를 조사했다. 그 결과를 이하의 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 점등 전력 120W 이하에서는, 전극 선단 표면의 온도가 낮기 때문에, 아크 스폿이 안정되지 않고, 전극이 손모함과 함께, 플리커가 관찰되었다.
Figure 112009068671540-pat00003
도 10(a)(b)에 대기 전력 점등 모드에 있어서의, 그 외의 파형예에 대해서 나타낸다. 동 도는 점등 전력 지령 신호와 전력·전류 파형의 일례를 나타낸 것이며, 종축은 신호 레벨·전류값, 전력값을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다.
도 10(a)은 대기 전력 지령 신호에 따라 직류 구동하고, 소정의 시간에서 음극 동작과 양극 동작을 반전시키는 파형예이다.
이것은 본래, 교류 구동으로 정상 점등되는 고압 방전 램프를 직류 구동시키는 경우, 상기 서술한 바와 같이 입력이 높은 경우에는 돌기의 소실이 발생한다.
정격 전력의 50% 이하의 전력이라도 손모가 반드시 전혀 없는 것은 아니며, 그 손모량이 매우 경미하여, 예를 들면 대기 전력 점등이라는 비교적 단시간(예를 들면 1시간 정도)이면 문제는 없지만, 화면에 투사시키는 투영 모드로 사용하는 경우에는 약간의 손모량이라도 예를 들면 5000시간을 넘는 조도 유지율을 만족시키기 위해서는 문제가 되는 것이 상정된다.
특히 직류 점등 구동의 경우, 특허 문헌 4에서 나타내는 바와 같이 돌기를 생성하는 프로세스가 없기 때문에 손모량의 크기가 조도 특성에 크게 영향을 주는 것은 용이하게 상상된다. 이것을 회피하기 위해서 예를 들면 직류 구동의 도중에 극성을 반전시키는 경우(도 10(a))나 점등 모드의 변경마다 직류 구동의 극성을 반전시키는(도 10(b)) 것을 생각할 수 있다. 이에 의해 전극에 대한 열적인 부하에 편향이 발생하는 것을 회피하여, 50% 이하의 전력으로 조도 수명 특성을 확보할 수 있다.
그런데, 대기 전력 점등시에는, 램프에 직류 전류를 공급할 필요가 있어, 도 4에 나타낸 풀브릿지 회로(2)의 스위칭 소자(Q1~Q4)에 직류의 구동 신호를 주고, 스위칭 소자 Q1, Q4, 혹은 Q3, Q2를 온 상태로 유지할 필요가 있다.
그 때문에, 스위칭 소자 Q1, Q4의 게이트 G1, G4, 혹은 Q3, Q2의 게이트 G3, G2에 하이 레벨의 신호를 계속적으로 줄 필요가 있으며, 스위칭 소자 Q1, Q3의 게이트 구동 신호에는, 스위칭 소자 Q2, Q4의 게이트 구동 신호보다, 하이 레벨의 전압을 인가할 필요가 있다.
스위칭 소자 Q1, Q3의 게이트 G1, G3에 공급하는 하이 레벨의 구동 신호는, 다른 전원을 이용하거나, 혹은, 차지 펌프 회로 등을 이용하여 생성시키는 것도 생각되지만, 부품 점수도 증가하고, 비용도 증가한다.
그래서, 실제의 회로 구성에 있어서는, 예를 들면 콘덴서를 충전함으로써, 스위칭 소자 Q1, Q2로의 하이 레벨의 게이트 구동 신호를 생성하고 있다. 이 경우, 상기 콘덴서가 방전되어 버리므로, 장시간에 걸쳐, 스위칭 소자 Q1, Q3를 온 상태로 유지하는 것은 어렵고, 주기적으로 이 콘덴서를 충전할 필요가 있다. 이러한 콘덴서를 이용한 구동 회로를 이용한 경우, 콘덴서를 충전하는 기간, 스위칭 소자 Q1, Q3는 일시적으로 오프가 되고, 도 11, 도 12에 나타내는 바와 같이 주기적인 극성 반전 동작이 행해지게 된다.
도 11, 도 12는, 상기와 같이 주기적인 극성 반전 동작이 행해지는 경우의 대기 전력 점등 모드에 있어서의 파형예를 나타낸 것이다. 동 도는 점등 전력 지령 신호와 전력·전류 파형의 일례를 나타낸 것이며, 도 11은, 직류 구동시, 극성 반전이 없는 경우의 파형예를 나타내고, 도 12는, 직류 구동시, 극성 반전을 행하는 경우의 파형예를 나타낸다. 또한, 종축은 신호 레벨·전류값, 전력값을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 70ms 마다 1ms의 반전 동작이 있던 경우에 있어서도 직류 구동 동작과 변함없는 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.
또한, 도 12와 같이 도 10(a)과 동일한 파형으로 한 경우에 있어서도 조도 수명 특성에 영향을 주는 일 없이, 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 확인했다.
다음에 대기 전력 점등 등의 정상 점등의 50% 이하의 동작 전력으로부터 정상 점등으로 이행하는 경우를 생각한다. 이 경우에 있어서 소정 시간만큼, 교류 전류를 공급하는 기간을 설치한 후에 정상 점등으로 동작시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면 정상 점등 전력으로 이행하기까지는 수은이 증발하여, 일정 압력 동작이 되려면 일정 시간이 필요하지만, 이 기간을 직류 점등 동작시키면 상기 서술한 바와 같이 양극 동작하는 측의 전극의 돌기가 소실되는 것이 용이하게 상상되기 때문이다. 이러한 관점에서 서서히 동작 전력이 높아짐과 함께 교류 구동 동작으로 이행하는 것이 바람직하다(도 10). 또한 교류 구동 동작으로 이행하고 나서 동작 전력을 높게 하는 쪽이, 각각 양극, 음극 동작하고 있던 전극에 대해서 비교적 낮은 전력으로 교류 구동 동작함으로써 반대 극성을 경험하는 쪽이, 열적인 부하를 급격하게 주는 일 없이, 서서히 전극 온도를 올릴 수 있으므로 열스트레스에 의한 전극 선단부의 깨짐 등을 방지할 수 있다.
일반적으로 고압 방전 램프에 사용되는 전극은 주로 텅스텐으로 구성되어 있으며, 조도 수명 특성을 개선할 목적으로 99.999% 이상의 매우 고순도의 텅스텐이 사용된다. 고순도의 텅스텐은 불순물이 적다는 의미에서 장수명을 기대할 수 있는 반면, 결정립이 조대화하기 때문에, 무르다는 결점을 가지고 있다. 특히 선단부는 매우 고온이 되기 때문에 결정립이 조대화하기 쉽다. 열적인 스트레스가 급격하게 가해짐으로써 열응력에 의해 결정립계 간에서 깨짐이 발생하는 등의 문제가 발생한다. 따라서, 정상 점등으로 이행하는 경우는 교류 구동으로 이행하고 나서 전력을 이행시키는 것이 바람직하다.
이러한 견지에서 보면 정상 점등으로 이행하는 경우에는 정격 동작하는 교류 구동 주파수와 반드시 동일한 주파수일 필요는 없다. 오히려 전력 이행과 함께 주파수를 변화시킴으로써 상기 서술하는 열적 부하를 극한까지 작게 할 수 있다.
도 13은, 대기 전력 점등으로부터 정상 점등으로 이행할 때의 열적 부하를 작게 할 수 있는 파형예를 나타내는 도이다. 또한, 종축은 신호 레벨·전류값, 전력값을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 대기 전력 점등으로부터 정상 점등으로 이행할 때, 점등 전력을 서서히 크게 하여 정상 점등으로 이행시키고, 동 도(a)에 나타내는 바와 같이 교류 전류값을 서서히 크게 하여 정상 점등 동작에 접근시킨다.
혹은, 동 도(b)의 변형예에 나타내는 바와 같이, 주파수, 교류 전류를 서서히 크게 하여 정상 점등 동작에 접근시키거나, 동 도(c)의 변형예에 나타내는 바와 같이, 음극 동작측의 전극과 양극 동작측의 전극 온도차가, 적어지도록, 음극 동작과 양극 동작의 시간폭을 바꾸면서 정상 점등 동작에 접근시킨다.
다음에, 본 실시예의 고압 방전 램프 점등 장치를, 도 5에 나타낸 프로젝터에 탑재한 경우에 있어서의 제어 동작예에 대해 설명한다.
도 14에, 화상 제어부에 미리 설정된 일정 기간 T1보다도 긴 기간에 있어서 화상 신호에 변화가 없는 경우의 동작 플로우 차트를 나타내고, 도 15에, 이 경우의 점등 전력 지령 신호, 전력, 전류의 타임 차트를 나타낸다.
도 14, 도 15에 있어서, 정상 점등시, 일정 기간 T1보다도 긴 기간 화상 신호에 변화가 없으면, 프로젝터 제어부(31)의 점등 제어부(31b)로부터 대기 전력 점등 모드를 선택하는 신호가 송신되고, 이 신호에 기초하여 점등 장치(30)는 대기 전력 점등 모드로 이행한다.
그리고, 화상 신호가 온이 되면, 대기 전력 점등 모드로부터 다시 정상 점등 모드로 이행한다.
상기와 같이 제어함으로써, 예를 들면, PC 등의 외부 신호를 통해서 프로젝터로부터 스크린면에 화상을 투영하고 있는 상태에서, 화면에 변화가 없는 상태가 계속되었을 때 등에 자동적으로 대기 전력 점등 모드로 이행시킬 수 있어, 전력 절약화를 도모할 수 있다.
또한, 대기 전력 점등 모드로 이행함과 함께, 고압 방전 램프의 냉각을 멈추는 등에 의해, 전력 절약을 더 도모할 수 있다. 또, 짧은 점등 시간에 반복하여 사용되는 환경인 경우, 시동시의 데미지에 의해 고압 방전 램프의 수명 시간에 악영향을 미치는 경우가 있다.
대기 전력 점등 모드를 이용함으로써 고압 방전 램프를 소등하는 일 없이, 연속 점등 동작시킴으로써 실질적으로 수명 특성이 개선됨과 함께 순시에 화면을 투영할 수 있는 등의 이점을 생각할 수 있다.
도 16에, 미리 설정된 일정 기간 T2보다도 긴 기간, 대기 전력 점등 동작이 계속된 경우의 제어 플로우 차트를 나타내고, 도 17에, 이 경우의 점등 전력 지령 신호, 전력, 전류의 타임 차트를 나타낸다.
도 16, 도 17에 나타내는 바와 같이, 정상 점등시, 일정 기간 T1보다도 긴 기간 화상 신호에 변화가 없으면, 프로젝터 제어부(31)의 점등 제어부(31b)로부터 대기 전력 점등 모드를 선택하는 신호가 송신되고, 이 신호에 기초하여 점등 장치(30)는 대기 전력 점등 모드로 이행한다. 또한, 일정 기간 T2를 넘어, 대기 전력 점등이 계속된 경우, 프로젝터 제어부(31)의 점등 제어부(31b)로부터 고압 방전 램프를 소등하는 신호가 송신된다.
점등 장치(30)는, 소등 신호를 수신하면, 고압 방전 램프(10)로의 전류의 공급을 차단하여 고압 방전 램프가 소등된다.
이 기능에 의해, 예를 들면 대기 점등 동작을 한 채로 프로젝터의 사용을 종료했을 때에 프로젝터를 끄는 것을 잊어버리는 것을 방지할 수 있다. 즉, 대기 점등 동작의 경우, 점등 전력이 낮은 것, 화상 표시 수단에 있어서 예를 들면 액정 표시 장치의 편광 방향을 오프로 함으로써 마치 소등한 것 같이 착각한다.
특히 가까이에 프로젝터가 배치되지 않는, 천정에 매단 사용 방법(천장걸이 사용)의 경우에 이러한 상황을 생각할 수 있다.
대기 전력 점등의 또 다른 효과로서 상기 서술한 콘트라스트비의 개선도 들 수 있다. 여기서 콘트라스트비가 높다는 것은 그 만큼 선명하게 한 화상을 표현할 수 있기 때문에, 스크린 조도와 아울러 프로젝터의 중요한 성능이다.
예를 들면, 화상 표시 수단으로서 액정 소자를 사용한 경우, 액정 소자의 성능에 따라서도 다르지만 대체로 콘트라스트비는 500：1 정도이다. 여기서 500：1은 백화상을 투영했을 때의 스크린면의 조도와 흑화면을 투영했을 때의 스크린면의 조도의 비율로 표시된다. 예를 들면, 흑화면 투영시에 대기 전력 점등으로서 정격 점등의 25%의 전력으로 동작시킴으로써 실질적으로 2000:1의 콘트라스트비를 달성하는 것이 가능해진다. 실제로는 상기 서술한 바와 같이 수은의 미증발에 의한 동작 압력의 저하에 수반하여 전력비 이상으로 광량이 저하하기 때문에 2000：1을 웃도는 콘트라스트비를 실현할 수 있다.
이상의 실시예에서는, 화상 표시 수단으로서 액정 소자의 예를 나타냈지만, DMD(디지털 미러 디바이스)를 사용한 DLP(디지털 라이트 프로세서)를 사용해도 된다. DLP 프로젝터의 경우, 대체로 액정 소자를 사용한 프로젝터에 비해 높은 콘트라스트비를 실현할 수 있지만, 본 발명과 조합함으로써 새로운 콘트라스트비의 개선이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 대상이 되는 고압 방전 램프를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 고압 방전 램프 점등 장치의 대상이 되는 고압 방전 램프의 전극을 나타내는 도이다.
도 3은 고압 방전 램프의 전극 돌기가 변형되는 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예의 고압 방전 램프 점등 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 프로젝터의 구성예를 나타내는 도이다.
도 6은 대기 전력 점등 모드로의 전환 제어를 행하는 경우의 처리 내용의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 정상 점등 동작시에 있어서의 방전 램프의 전류 파형의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 정상 점등 동작으로부터 대기 전력 점등으로 전환했을 때의 점등 전력 지령 신호와 전력·전류 파형의 일례를 나타내는 도이다.
도 9는 정상 점등시의 교류 전류 파형에 펄스를 중첩한 파형예를 나타내는 도이다.
도 10은 대기 전력 점등 모드에 있어서의, 그 외의 파형예를 나타내는 도이다.
도 11은 주기적인 극성 반전 동작이 행해지는 경우의 대기 전력 점등 모드에 있어서의 파형예를 나타내는 도(1)이다.
도 12는 주기적인 극성 반전 동작이 행해지는 경우의 대기 전력 점등 모드에 있어서의 파형예를 나타내는 도(2)이다.
도 13은 대기 전력 점등으로부터 정상 점등으로 이행할 때의 열적 부하를 작게 하기 위한 파형예를 나타내는 도이다.
도 14는 화상 신호가 소정 시간 이상 변화가 없는 경우에 대기 전력 점등 모드로 이행시키도록 한 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 15는 화상 신호가 소정 시간 이상 변화가 없는 경우에 대기 전력 점등 모드로 이행시키도록 한 실시예의 점등 전력 지령 신호, 전력, 전류의 타임 차트이다.
도 16은 대기 전력 점등 모드 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에 램프를 소등시키도록 한 실시예의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 대기 전력 점등 모드 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에 램프를 소등시키도록 한 실시예의 점등 전력 지령 신호, 전력, 전류의 타임 차트이다.
도 18은 종래의 방전 램프에 흐르는 전류 파형의 일례를 나타내는 도이다.
<부호의 설명>
1: 강압 초퍼 회로 2: 풀브릿지 회로
3: 스타터 회로 4: 드라이버
5: 제어부 51: 구동 신호 발생 수단
51a, 51b: 교류 신호 발생부 51c: 직류 신호 발생부
51d: 셀렉터 52: 컨트롤러
52a: 점등 동작 제어부 52b: 주파수 선택부
52c: 전력 제어부 10: 고압 방전 램프
11: 발광부 12: 시일링부
13: 도전용 금속박 14: 외부 리드
20: 전극 20: 전극
20a: 구부 20b: 축부
21: 돌기 30: 고압 방전 램프 점등 장치
31: 프로젝터 제어부 31a: 화상 제어부
31b: 점등 제어부 32: 화상 표시 장치
33: 확대 장치 34: 스크린
35: PC Cx, C2: 콘덴서
Dx: 다이오드 Lx: 리액터
R1, R2, R3, Rx: 저항 Q1~Q4, Q5, Qx: 스위칭 소자
T1: 트랜스포머 Et: 보조 전극

Claims (6)

  1. 석영 유리로 이루어지는 방전 용기에 한 쌍의 전극을 대향 배치하고, 이 방전 용기에 0.20mg/mm3 이상의 수은과, 10－6μmol/mm3~10－2μmol/mm3의 범위의 할로겐과 소정량의 희가스가 봉입되는 고압 방전 램프와, 이 고압 방전 램프에 대해서 구형파 교류 전류를 공급하여 점등시키는 급전 장치로 구성되는 고압 방전 램프 점등 장치에 있어서,
    시동 직후의 초기 점등 기간을 제외한 정상 점등 상태에 있어서의 동작 최대 전력 P(W)에 대해서 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킬 때에 직류 구동으로 동작시키고, 0.5×P(W) 이하의 전력으로 동작시킨 후에 다시 0.5×P(W)보다 높은 전력으로 동작시키는 경우에, 직류 구동으로부터 교류 구동으로 전환하고, 상기 교류 구동의 전력 또는 주파수 중 어느 하나, 또는 그 양쪽을 서서히 증대시켜서 정상 점등 동작으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프 점등 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 직류 구동으로 동작시키는 기간은, 제1 직류 구동 기간 및 제2 직류 구동 기간을 가지며, 상기 제2 직류 구동 기간에서의 구동 극성은 상기 제1 직류 구동 기간에서의 구동 극성과 반대인 것을 특징으로 하는 고압 방전 램프 점등 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 고압 방전 램프 점등 장치를 탑재한 화상을 투영하는 기능을 구비하는 프로젝터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    0.5×P(W)보다도 높은 전력으로 상기 고압 방전 램프를 점등하고 있을 때, 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 0.5×P(W) 이하의 전력 모드로 이행하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  5. 청구항 3에 있어서,
    0.5×P(W) 이하의 전력으로 상기 고압 방전 램프를 점등하고 있을 때, 일정 기간, 프로젝터의 화상 신호에 변화가 없는 경우에 자동적으로 고압 방전 램프를 소등하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
  6. 삭제
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