KR20040104700A - 고압 기체 방전 램프 동작을 위한 방법 및 회로 장치 - Google Patents

고압 기체 방전 램프 동작을 위한 방법 및 회로 장치 Download PDF

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KR20040104700A
KR20040104700A KR10-2004-7017692A KR20047017692A KR20040104700A KR 20040104700 A KR20040104700 A KR 20040104700A KR 20047017692 A KR20047017692 A KR 20047017692A KR 20040104700 A KR20040104700 A KR 20040104700A
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크사베르 리더러
카르스텐 데페
홀거 묀히
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

고압 기체 방전 램프(HID[high intensity discharge] 램프 또는 UHP[ultra high performance] 램프)의 동작을 위한 방법 및 회로 장치가 기술되고, 이러한 램프는 펄스 램프 전류로 순차적인 컬러 렌더링을 하는 프로젝션 디스플레이들(예를 들어, LCOS나 SCR-DMD 시스템들)을 조명하기에 특히 적합하다. 컬러 렌더링에서의 아티팩트는 주어진 크기와 주어진 타이밍의 적어도 하나의 보상 펄스의 생성과, 램프 전류 상의 그들의 중첩을 통해 회피된다.

Description

고압 기체 방전 램프 동작을 위한 방법 및 회로 장치{METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OPERATING A HIGH-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP}
고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 방법 및 회로 장치는 US 5,608,294호에 기술되어 있다. 이 공보에 따르면, 램프는 교류 전류로 동작하고, 이를 통해 전극들의 빠른 부식이 방지될 수 있으며, 램프의 효율이 강화될 수 있다. 하지만, 이러한 교류 전류는 또한 불안정한 아크 방전의 위험을 증가시키고, 이는 생성된 광속의 깜박거림을 유도할 수 있다. 그 원인은 본질적으로, 아크 방전이 전극 표면의 온도와 상태에 좌우되고, 또한 전극 온도의 시간 구배가 전극이 양극과 음극으로 작용하는 단계에 따라 상이하다는 사실이다. 이는 또한 램프 전류의 한 사이클동안에 전극 온도가 상당히 변한다는 결과를 가진다. 상당한 정도로 이러한 문제점을 제거하기 위해서, 전류 펄스가 램프 전류의 각각의 절반 사이클의 끝에서, 즉 극성 변경 전에 생성되는데, 이러한 펄스는 동일한 극성을 가지고 램프 전류 상에서 중첩되어, 총 전류가 증가되고 전극 온도가 상승한다. 아크 방전의 안정성은 이를 통해 상당히 개선될 수 있다.
하지만, 이러한 전류 변화는 또한 이제 램프가 다소 강하게 강조된 펄스 성분들을 포함하는 램프 교류로 동작되고, 이들 펄스 성분들이 그들의 차례에서 대응하게 펄스 증가된 광속을 생기게 한다는 결과를 가진다. 하지만, 이는 특히 그러한 램프가 순차 컬러 렌더링으로 프로젝션 디스플레이를 조명하기 위해 사용된다면 아티팩트(artefact)를 유도할 수 있다.
이는 예를 들어 삼원색이 컬러 바들의 형태로 디스플레이에 걸쳐 순차적으로 표시되는, LCOS 디스플레이에 관한 것이다(Shimizu: "Scrolling Color LCOS for HDTV Rear Projection" in SID 01 Digest of Technical Papers, vol. ⅩⅩⅩⅡ, pp. 1072 to 1075, 2001을 비교 참조하라). 광속이 전류 펄스 때문에 상승할 때는 언제나, 컬러 바들의 휘도가 그에 따라 증가한다. 그 결과, 컬러들은 항상 컬러 바들의 순시 위치들에 좌우되어 디스플레이의 다른 구역들에서보다 디스플레이의 특정 구역들에서 더 높은 휘도를 가지고 표현된다. 하지만, 양호한 화상 품질을 달성하기 위해서는, 특히 램프 교류가 간섭이나 유사한 효과들을 회피하기 위해서 이미지 반복 주파수와 동기화되면, 3개의 컬러들의 휘도가 모든 화상 구역들에서 같아야 한다.
SCR-DMD 프로젝션 디스플레이들은 또한 상기 아티팩트들에 의해 영향을 받는다(Dewald, Penn, Davis: "Sequential Color Recapture and Dynamic Filtering: A Method of Scrolling Color" in SID 01 Digest of Technical Papers, vol. ⅩⅩⅩⅡ, pp. 1076 to 1079, 2001을 참조하라).
본 발명은 회로 장치가 예를 들어 LCOS(liquid crystal on semiconductor)나 SCR-DMD(sequential color recapture - digital micro mirror) 컬러 디스플레이와 같은 프로젝션 디스플레이들을 조명하기 위해, 특별히 설계되는 고압 기체 방전 램프(HID[high intensity discharge] 램프 또는 UHP[ultra high performance] 램프)의 동작을 위한 방법 및 회로 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 프로젝션 디스플레이, 고압 기체 방전 램프, 및 그러한 회로 장치를 가진 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
도 1은 디스플레이의 한 라인에서의 컬러 활성화와 광속의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 2는 증가된 광속을 보상하기 위한 제 1 기본 함수를 도시하는 도면.
도 3은 증가된 광속을 보상하기 위한 제 2 기본 함수를 도시하는 도면.
도 4는 증가된 광속을 보상하기 위한 제 3 기본 함수를 도시하는 도면.
도 5는 제 1 기본 함수에 따라 절대 및 상대적인 광속의 시간 도표를 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 도시된 경우에 대한 보상 펄스들과의 램프 교류의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 7은 제 1 기본 함수들 중 3개의 조합과의 상대적인 광속의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 8은 도 7에 도시된 경우에 대한 보상 펄스들과의 교류 램프 전류의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 9는 제 2 기본 함수들 중 2개의 조합과의 상대적인 광속의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 도시된 경우에 대한 보상 펄스들과의 교류 램프 전류의 시간 구배를 도시하는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 교류 램프 전류에 대한 디스플레이 조명의 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 12는 교류 램프 전류를 생성하기 위한 회로 장치를 도시하는 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 특히 균질의 광속이 생성될 수 있고, 또한 광속이 비교적 짧은 시간 기간에 걸쳐 평균화될 때 고압 기체 방전 램프의 동작을 위한 방법 및 회로 장치를 제공하는 것이다.
특히, 펄스 램프 전류로 고압 기체 방전 램프를 동작하기 위한 방법 및 회로 장치가 제공되어, 이를 통해 특별히 실질적으로 자연색 결과가 생성되도록 프로젝션 디스플레이들이 조명될 수 있다.
또한, 펄스 램프 전류로 고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 방법 및 회로 장치가 제공되어, 특히 이를 통해 눈에 띄는 실질적인 아티팩트 또는 기타 시각적으로 관찰 가능한 간섭 없이 프로젝션 디스플레이들이 조명될 수 있다.
마지막으로, 아티팩트가 없는 컬러 렌더링이 순차적인 컬러 렌더링을 가지는 프로젝션 디스플레이로 달성될 뿐만 아니라, 안정한 아크 방전을 가진 깜박거림이 없는 광속이 생성될 수 있도록, 고압 기체 방전 램프가 동작될 수 있는 방법 및 회로 장치가 제공된다.
이러한 목적은 청구항 1에 따라, 램프에 적어도 하나의 제 1 전류 펄스와 각각의 제 1 전류 펄스와 연관된 적어도 하나의 제 2 전류 펄스가 중첩되는 램프 전류가 공급되고, 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 서로 반대 방향의 크기를 가지며, 그들 사이에 한정 가능한 시간차를 가지고, 상기 크기의 숫자 및/또는 레벨 및/또는 상기 제 2 전류 펄스들의 시간 길이는, 제 1 전류 펄스와 적어도 하나의 각각의 연관된 제 2 전류 펄스에 의해 생긴 광속의 변화가 적어도 실질적으로 서로 보상하도록, 조정되는, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 또한 청구항 6에 기재된 회로 장치에 의해 달성된다.
예를 들어, 제 1 전류 펄스에 의해 상승된 광속이, 하나 또는 수개의 제 2 전류 펄스들에 의해 보상되고, 그들의 반대되는 방향과 그들의 램프 전류 상의 중첩 때문에, 광속에서의 대응하는 감소를 유도하는 된다는 사실이, 특히 제 1 및 제 2 전류 펄스 사이의 시간 거리가 비교적 작다면, (짧은) 시간 기간에 걸쳐 평균화된 매우 균질한 광속을 생성하는 것을 가능하게 한다.
보상은 램프의 적용에 따라, 아티팩트 또는 전술한 기타 간섭들이 더 이상 감지할 수 없을 때, 달성되는 것으로 간주될 것이다.
종속항들은 본 발명의 또다른 유리한 실시예들에 관한 것이다.
제 1 및 제 2 전류 펄스들 사이의 시간상 거리는, 순차 컬러 렌더링으로 프로젝션 디스플레이를 조명하기 위한 램프 적용의 경우에, 청구항 2와 청구항 7에 따라 바람직하게 선택된다. 이러한 해결책의 특별한 장점은 이를 통해 프로젝션 디스플레이 원색들의 실질적으로 임의의 사이클 지속 기간 동안에 해당 램프 동작에 대해서 최적화된 전류 파형에 관해서 받아들여져야만 하는 뚜렷한 제한 없이, 아티팩트들이 비교적 간단한 방식으로 신뢰성 있게 회피될 수 있다는 점이다.
청구항 3과 청구항 4의 실시예들은, 본질적으로 고압 기체 방전 램프가 한편으로, 예를 들어 US-PS 5,608,294호에 기술된 바와 같은 예를 들어 균질한 전극 부식(램프 교류)과 깜박거림이 없는 동작(추가 전류 펄스들)에 관해서 최적화되는 램프 전류로 동작하지만, 다른 한편으로는 상이한 펄스 성분에 의해 생기는 아티팩트 없이 순차적인 컬러 렌더링으로 디스플레이들을 조명하기 위한 램프 적용에도 사용될 수 있다고 하는 장점을 가진다.
청구항 5는 가능한 본 방법의 특별히 간단한 실시예를 묘사한다.
청구항 8의 회로 장치는 비교적 간단하고 저렴한 방식으로 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 더 상세한 사항, 특징, 및 장점들은 도면을 참조로 하여 주어지는 바람직한 실시예들의 후속 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
일반적인 문제를 명확하게 하기 위해, 다음 관찰이 먼저 이루어져야 한다.
전술한 종류의 컬러 디스플레이가 램프로 조명되고 램프의 공급 전류가 전류 펄스들과 중첩되어 생성된 광속에서 대응하는 펄스의 증가를 초래할 때 디스플레이를 통한 개별 컬러들의 고르지 않은 강도 분포가 나타날 수 있다.
이는 특히 화면에서의 변동을 회피하도록, 교류 램프 전류가 원색{컬러 바(bar)들}, 즉 서브프레임 주파수의 반복율과 동기화되는, 교류 램프 전류의 경우 사실인 것으로, 이는 이후 이러한 동기가 램프 전류에 작용하는 제 1 펄스들에 대해서도 주어지기 때문이다.
따라서, 펄스 방식으로 증강된 광속은, 3색 바들이 디스플레이 상에서 동일한 각각의 위치들을 가질 때, 즉 예를 들어 청색 바가 상부의 세번째에 놓여있고, 녹색 바가 중앙 세번째에 있으며, 적색 바가 디스플레이의 하부 세번째에 있을 때, 항상 디스플레이에 가해지게 된다. 이는 청색이 항상 상부 세번째에서, 녹색은 중앙 세번째에, 그리고 적색은 디스플레이의 하부 세번째에서, 이들이 디스플레이 각각의 나머지 구역들에서 가지는 것보다 더 높은 휘도를 가진다는 것을 의미한다.
이러한 방식으로 생기는 아티팩트와 기타 시각적으로 감지 가능한 간섭은 본 발명에 의해 방지되고, 적어도 실질적인 천연색 렌더링(rendering)이 이루어지게 된다.
본 발명의 기본 아이디어는 전술한 종류의 제 1 전류 펄스에 의해 증가된 하나의 컬러 바의 컬러 휘도가, 컬러 바들이 하나의(또는 수개의) 이어지는 서브프레임 사이클이나 사이클들에서 다시 동일한 디스플레이 구역들에 도달하였을 때, 이러한 휘도가 그에 따라 감소한다는 사실에서, 디스플레이의 관련 구역들에서 보상된다는 점이다. 이는 관련 순간 또는 순간들에서 램프 전류 상에 전류 펄스가 중첩되고, 이러한 펄스(이후, 제 2 전류 펄스라고 표시됨)가 램프 전류를 감소시키고, 따라서 이에 대응하여 생성된 광속을 감소시키는 것으로 달성된다.
이미지의 반복 주파수(비디오 주파수)의 적어도 3배인 높은 서브프레임 주파수로 인해, 디스플레이의 하나의 동일한 구역에서 한가지 컬러의 교번하는 상이한 휘도가 사람 눈에 감지될 수 없지만, 상기 펄스들이 발생하지 않는 램프 전류의 단계들에서 얻는 휘도 레벨로, 즉 디스플레이의 다른 구역들에서 각각의 동일한 컬러의 휘도 레벨로 평균화된다.
도 1은 디스플레이의 한 라인에 대한 이러한 보상의 가장 간단한 경우를 도시한다. 적색(Ⅰ), 녹색(Ⅱ), 및 청색(Ⅲ)의 개별 컬러 세그먼트들의 투과율은 수직 축 상에 표시되고, 이러한 세그먼트들은 각각 적색, 녹색, 및 청색 광을 때를 맞추어 차례로 투과시킨다. 또한, 도 1은 중첩된 펄스들에 따른 광속(Ⅳ, 절대 광속)의 시간 구배를 도시한다. 광속을 증가시키는 제 1 펄스(Ⅳa)는 바로 이 순간에서 활성화되는 적색 컬러 세그먼트가 특히 강하게 점등되는 결과를 가진다. 이러한 증가된 컬러 휘도는 램프의 대응하는 더 낮은 광속을 유도하고 적색 컬러 세그먼트가 활성화되는 다음 단계에서 생성되는 제 2 펄스(Ⅳb)에 의해 보상된다. 따라서, 시간에 대해서 평균화된, 다양한 컬러들로 디스플레이의 균질한 조명이 아티팩트나 발생하는 기타 시각적으로 감지된 간섭들 없이 달성된다.
적합한 램프 전류를 생성하고 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치의 크기를 정함에 있어, 화상 품질을 최적화하기 위한 다음 요구 사항들과 파라미터들을 반드시 고려해야 하는데, 즉 보상을 위해 생성된 제 2 (전류 )펄스들의 시간 길이가 제 1 (전류) 펄스들의 길이와 같아야 한다는 점이다. 주파수, 및 이로 인한 제 2 펄스들의 시간 이동이 서브프레임 주파수나 서브프레임 사이클(또는 다수의 사이클)에 따라 매번 디스플레이의 동일한 위치에서 동일한 컬러로 활성화되어야 한다.
제 2 전류 펄스, 즉 그것의 크기는 펄스가 없는 단계 동안의 전류 램프의 레벨을 초과할 수 없다는 점을 또한 알아야 한다. 제 1 전류 펄스 동안의 램프 전류가, 특정 동작 조건들 하의 펄스가 없는 단계들에서의 램프 전류의 2배보다 크다면, 각각 충분한 크기와 전술한 시간 내의 거리를 가지는 수개의 제 2 전류 펄스들을 생성하는 것이 필수적이다(램프 전류가 제 1 펄스 동안에 적절하게 제한될 수 없다고 가정함).
램프가 극성이 교번하는 램프 전류로 동작되는 경우, 전극들의 빠르고 불규칙적인 부식을 회피하기 위해, 또는 기타 이유들로, 램프 전류의 극성이 변화하기 전에 제 1 전류 펄스가 매번 생성되도록, 전류 펄스들의 시간 내의 배치들이 일어나고, 이러한 펄스는 순시 램프 전류와 동일한 극성을 가지고 따라서 순시 램프 전류를 증가시킬 것을 또한 요구된다. 이로 인해, 아크 방전에서의 불안정성 동반하는 깜박임이 회피될 수 있다.
펄스 주파수들 상에 중첩되고 간섭을 유도하는, 어떠한 주파수 성분들도 디스플레이 상에서는 눈에 보이지 않는다는 점을 또한 알아야 한다. 마지막으로, 램프와 디스플레이를 포함하는 전체 프로젝션 시스템의 한계 주파수는 펄스 주파수의 레벨을 결정하는데 있어서 또한 고려되어야 한다.
도 2 내지 도 4는 제 1 펄스에 의해 증가된 광속의 보상(기본 함수들)의 3가지 다른 가능성들을 도시한다. 도 1에서의 표현과는 대조적으로, 이제 수직축이 펄스들에 의해 발생된 광속(상대적인 광속)의 변화(즉, 펄스들과 비펄스 램프 전류에 의해 생성된 휘도 사이의 차이)만을 도시한다. 수평축은 디스플레이 상의 모든 컬러 바, 즉 서브프레임 주파수를 통하는 전체 통로의 개수로 매번 표준화된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 기본 함수들은 또한 서로 조합될 수 있다.
상세하게, 제 1 펄스는 도 2에서 동일한 위치에서의 다음 서브프레임에서의 동일한 크기와 길이의 제 2 펄스에 의해, 보상된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 펄스는 2개의 계속되는 서브프레임들에서 동일한 길이와 절반의 크기를 가지는 2개의 제 2 펄스들에 의해 보상된다. 마지막으로 도 4에서, 제 1 펄스는 동일한 길이를 가지고 3개의 계속되는 서브프레임들에서의 제 1 펄스의 1/3 크기인 3개의 제 2 펄스들에 의해 보상된다. 제 2 펄스들의 크기는 항상 제 1 펄스 크기의 방향에 반대되는 방향을 가진다.
또한, 보상을 위해 4개 이상의 제 2 펄스들을 사용하는 것이 가능하다. 하지만, 이는 광 복사에 있어서 저주파 성분들의 비율을 증가시켜, 이로 인해 눈에 보이는 아티팩트의 발생 위험이 또한 증가된다.
또한, 개별 펄스들은 서브프레임 내의 임의의 실질적으로 원하는 위치들에서 생성될 수 있다. 결정 인자는 오로지 서로에 대해서 펄스들의 시간 내 거리이고, 이는 1개의 서브프레임(또는 다수의 서브프레임)의 시간 지속 기간에 가능한 정확하게 대응해야 한다. 그러므로, 하나 걸러 이웃의 서브프레임에서 제 2 펄스의 생성을 통해 보상을 수행하는 것도 생각해 볼 수 있다.
도 5는 다시 한번 도 1과 도 2에 도시된 제 1 기본 함수에 대한 절대적(Ⅰ) 및 상대적인(Ⅱ) 광속의 시간 구배들을 도시하고, 도 6은 이러한 보상을 실현하기 위한 대응하는 교류 램프 전류의 시간상의 구배를 도시한다. 특정 서브프레임 주파수가 주어지면, 교류 램프 전류와 그것의 위상 각의 사이클 지속 기간은 아크 방전의 안정성을 보호하기 위해 바람직하게 설정되고 동기화되어, 극성 변화가 일어나기 전에, 제 1 펄스가 항상 순시 램프 전류와 동일한 극성을 가지고 생성된다.
교류 램프 전류의 주파수가 서브프레임 주파수에 대해서 증가되어야 한다면, 전술한 바와 같이, 아크 방전의 안정성이 보호되는 추가 제 1 펄스들이 삽입되어야 한다.
하지만, 이러한 동안에 그 결과로 생기는 램프 전류가 특정 상황하에서, 직류 성분들을 포함할 수 있다는 점을 알아야 한다. 예를 들어, 도 2의 2개의 펄스 시퀀스가 조합되면, 2개의 제 1 펄스와 2개의 제 2 펄스가 항상 서로 뒤따라 나오게 된다. 램프 동작이 각각의 제 1 펄스 다음에 전류 방향을 반전시키는 것이 유리하므로, 이는 램프 전류에 있어서의 직류 성분을 유도한다. 도 2의 3개의 펄스 시퀀스들의 조합 또는 도 3의 2개의 펄스 시퀀스들의 조합은 직류 성분을 회피하는 것을 가능하게 한다.
도 7은 한 프레임 내에서 제 1 및 2개의 제 2 펄스와, 다음 서브프레임에서 2개의 제 1 및 한 개의 제 2 펄스가 존재하도록, 각각 대략 2/3의 서브프레임의 위상 이동을 수반하는, 도 2에 도시된 종류의 3개의 기본 함수들의 조합의 상대적인 광속을 도시한다. 도 8은 교류 램프 전류의 대응하는 구배를 도시한다. 180㎐의 서브프레임 주파수가 주어지면, 135㎐의 램프 주파수가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 제 1 펄스는 오직 한 개의 제 2 펄스만으로는 보상될 수 없을 수 있다. 이 경우, 도 3 또는 도 4에 도시된 (제 2 및 제 3) 기본 함수들 중 적어도 하나가 사용될 것이다.
하지만 오직 한 개의 그러한 기본 함수만이 사용된다면, 비교적 낮은 램프주파수가 그 결과가 될 것이다. 예를 들어, 도 3에 도시된 보상에서 3개의 서브프레임 내에서 오직 한 개의 제 1 펄스만이 일어나, 180㎐의 서브프레임 주파수가 단지 30㎐의 램프 주파수를 유도할 것이다. 이러한 이유로, 기본 함수들의 선형 조합이 바람직하게 된다.
도 9는 도 3에 도시된 종류의 2개의 (제 2) 기본 함수들의 조합인 상대적인 광속을 도시하는데, 이는 서로에 대해서 1.5 서브프레임의 위상 이동을 가진다. 도 10에 도시된 바와 같은 램프 전류의 시간 구배가 그 결과이다.
도 11은 도 10에 도시된 램프 전류를 가지는 램프에 의해 디스플레이가 조명될 때 발생하는 다양한 주파수 성분들의 크기를 도시한다. 도 11에서, 원형 점들은 컬러 바들이 횡단될 때의 디스플레이 조명의 직류 성분의 변조에 의해 생기는 주파수 성분들을 나타내고, 삼각형 점들은 제 1 및 제 2 펄스들에 의해 생긴 주파수 성분들을 나타낸다. 이러한 경우, 광속 사이클이 3개의 서브프레임들을 커버하므로, 서브프레임 주파수는 180㎐로 추정되고, 펄스들의 가장 낮은 주파수 성분은 60㎐에 있다.
도 12는 전술한 램프 전류들을 생성하기 위한 회로 장치의 블록도이다. 회로 장치는 본질적으로 직류 전압원(11)으로부터 얻어진 공급 전압으로부터 직류 전류를 생성하기 위한 그 자체로서 알려진 컨버터(buck converter; 강압 컨버터)(10), 직류 전류가 전술한 바와 같은 구배를 가지도록 하는 컨버터(10)를 제어하기 위한 제어 디바이스(20), 및 가능하게는 연결된 램프(31)에 대한 점등 전압을 생성하기 위해서뿐만 아니라, 컨버터(10)의 직류 전류를 적합한 교류 램프 전류로 변환하기위한 정류기(30)를 포함한다.
상세하게는, 컨버터(10)는 직렬로 연결된 인덕턴스(102)와 그 출력에서 병렬 커패시터(103)를 포함한다. 인덕턴스(102)는 폴(pole) 변경 스위치(101)(흔히 트랜지스터나 다이오드로 구현됨)의 제 1 스위칭 위치에서 직류 전압원(11)의 폴에 연결된다. 제 2 스위치 위치에서, 인덕턴스(102)는 커패시터(103)에 병렬로 연결된다. 전류 측정 디바이스(104)가 또한 제공되고, 이는 인덕턴스(102)를 통해 흐르는 전류의 레벨을 나타내는 전류 신호를 생성한다.
제어 디바이스(20)는 실질적으로 마이크로컨트롤러(201)와 스위칭 유닛(202)을 포함한다.
컨버터(10)의 출력으로부터 얻어진 전압 신호는 마이크로컨트롤러(201)의 입력에 인가된다. 마이크로컨트롤러(201)는 제 1 출력에서 스위칭 유닛(202)에 공급되는 기준 신호(램프 전류를 위해 요구된 값)를 발생시키고, 제 2 출력에서 전류 방향 신호를 생성하는데, 이 전류 방향 신호는 정류기(30)에 인가되며, 이를 통해 동기화된 방식으로 램프 전류의 정류가 이루어진다.
스위칭 유닛(202)은 제 1 논리 게이트(2021)를 포함하는데, 그것의 제 1 입력으로 전류 신호가 인가되고, 그것의 제 2 입력으로는 마이크로컨트롤러(201)에 의해 생성된 기준 신호가 인가되며, 스위칭 유닛(202)은 또한 전류 신호를 수신하는 제 2 논리 게이트(2022)를 포함한다. 스위칭 유닛(202)은 또한 제 2 논리 게이트(2022)의 출력에 연결되는 셋(set) 입력과 제 1 논리 게이트(2021)의 출력에 연결되는 리셋 입력을 구비하는 스위칭 소자(2023)를 포함한다. 마지막으로, 스위칭소자(2023)의 출력(Q)은 폴 변경 스위치(101)에 연결되고, 그것의 스위칭 위치들 사이에서 폴 변경 스위치(101)를 스위칭한다.
스위칭 디바이스는 실질적으로 다음에서 기술하는 바와 같이 동작하고, 여기서 램프의 점등 및 시운전(run-up)은 관련 분야에 공지된 것으로 여기서는 상세히 설명할 필요가 없다.
컨버터(10)의 스위칭 사이클의 시작시, 폴 변경 스위치(101)는 직류 전압원(11)의 양의 극을 인덕턴스(102)에 연결하는 제 1 (상부) 스위칭 위치에서 첫번째의 것이다. 따라서, 전류는 인덕턴스(102)를 통해 흐르고, 전류 신호에 의해 감지된 그것의 레벨이 제 1 논리 게이트(2021)의 제 2 입력에 인가된 기준 신호(전류를 위해 요구된 값)를 초과할 때까지 증가한다. 이러한 경우에서, 제 1 논리 게이트(2021)는 스위칭 소자(2023)의 리셋 입력에서 신호를 생성하여, 스위칭 소자(2023)가 폴 변경 스위치(102)를 도 12에 도시된 제 2 (하부) 스위칭 위치로 스위칭한다. 이로 인해 인덕턴스(102)는 직류 전압원(11)으로부터 분리되고, 동시에 커패시터(103)는 병렬로 연결되어, 이제 감쇠하는 전류가 그렇게 형성된 회로에서 흐르게 된다. 일단 이러한 전류가 0의 값에 도달하게 되면, 제 2 논리 게이트(2022)가 스위칭 소자(2023)의 셋 입력에서 신호를 생성하여 상기 스위칭 소자(2023)가 스위치(101)를 제 1 스위칭 위치로 스위칭시키고, 프로세스가 새로 시작한다.
폴 변경 스위치의 스위칭 주파수는 본질적으로 인덕턴스(102)의 크기 정함에 의해 한정되고, 일반적으로 대략 20㎑와 수백 ㎑ 사이에 놓인다. 커패시터(103)는 컨버터(10)에 인가된 출력 전압이 실질적으로 일정하게 유지되도록 크기가 정해져서, 또한 정류기(30)와 램프(31)를 통과하여 흐르는 전류가 실질적으로 일정하게 유지되고, 이상적인 경우에는 마이크로컨트롤러(201)에 의해 주어진 기준 값의 절반이 된다. 역으로, 마이크로컨트롤러(201)는 또한 그것의 제 1 출력에서 원하는 램프 전류의 2배나 큰 전류 기준 신호를 생성해야 한다.
램프 전류 구배는 한편으로 그것의 주파수로, 다른 한편으로는 제 1 전류 펄스가 각 극성 변경 및 전술한 바와 같이 동일한 순시 극성을 가지기 전에 생성되어야 한다는 사실에 의해 결정된다. 또한, 제 1 전류 펄스들에 따라, 제 2 전류 펄스들이 생성되어야 하고, 대응하는 방식으로 램프 전류 상에 중첩되어야 한다. 전류 펄스들의 길이와 전류 펄스 동안에 램프를 통해 흐르는 총 전류의 최대 크기는 본질적으로 램프 특성에 의해 한정된다. 모든 이러한 파라미터들은 마이크로컨트롤러(201)(또는 메모리에)에 저장되어, 마이크로컨트롤러는 적합한 구배를 갖는 전류 기준 신호를 생성할 수 있다.
디스플레이 상에 이미지 생성과 전류 펄스들을 동기화하기 위한 시간 스케줄은 가변적이거나 일정할 수 있다. 일정하고, 사전에 결정된 시간 스케줄에 관한 절차가 아래에 설명된다.
먼저, 마이크로컨트롤러(201)는 컨버터(10)의 출력에서 측정되고 전압 신호로서 공급된 전압(Umeas)으로부터 단계들의 제 1 시퀀스에서, 요구된 평균 전류 값과 제 2 펄스들 동안의 전류 값을 계산하고, 이 예에서의 제 2 펄스의 길이는 정확히 제 1 펄스와 같다. 단계들의 이러한 제 1 시퀀스는 바람직하게 규칙적인 간격으로반복된다.
그 다음, 마이크로컨트롤러(201)는 먼저 측정된 전압 값(Umeas)이 최소값과 최대값 사이에 있는지를 탐지한다. 만약 탐지하게 되면, 마이크로컨트롤러(201)는 전압 값(Umeas)과 램프 전력(P)으로부터 요구되는 평균 전류 값 IAGV=P/Umeas를 계산한다. 그 다음, 이로부터 그리고 제 1 펄스들(Ipulse)의 저장된 크기(전류 값) 및 제 2 펄스들의 저장된 숫자(ncomp)로부터 제 2 펄스들에 관한 요구되는 전류 값(Icomp)이 계산된다:
Icomp= IAGV- ΔIpulse/ncomp, 여기서 ΔIpulse= Ipulse- IAGV
단계들의 제 2 시퀀스에서, 마이크로컨트롤러(201)에서의 제 1 출력에서의 기준 신호와 또한 제 2 출력에서의 전류 방향 신호는, 이들 3개의 전류 값(IAGV, Ipulse, 및 Icomp)들에 기초하여 교류 램프 전류의 원하는 사이클에 따라 반복적으로 생성되고, 요구되는 스위칭 시간은 메모리로부터 얻어진다. 오직 매번 절반 사이클의 값들을 얻을 필요가 있는데, 이는 나머지 절반 사이클이 항상 동일한 구배(반전된 극성을 가진)를 가질 것이기 때문이다. 또한, 제 1 및 제 2 전류 펄스들이 시간 상 규칙적으로 분포하는 보통의 경우에, 오직 2개의 시간 값만이 요구되는데, 이는 2개의 전류 펄스들 사이의 간격(tconst)과 전류 펄스들의 지속 기간(tpulse)이다.
좀더 상세하게 설명하면, 먼저 기준 신호는, 펄스가 없는 위상들에 관해 원하는 램프 전류가 상술한 바와 같이 조정되도록, 평균 전류 값(IAGV)의 2배가 되도록 설정된다. 기간(tconst)이 경과한 후, 기준 신호는 램프 전류가 제 2 전류 펄스의 크기에 의해 감소가 되도록, 제 2 전류 펄스에 관해 요구된 전류 값(Icomp)의 2배가 되도록 설정된다. 펄스 기간(tpulse)이 경과한 후, 이러한 절차는 수개(n)의 제 2 전류 펄스들이 제 1 전류 펄스들 중 하나를 보상하기 위해 생성되는 경우에 n번 반복된다.
오직 1개의 제 2 전류 펄스가 생성된다면, 기준 신호는 또한 다음 단계에서 평균 전류 값(IAGV)을 2배로 하기 위해 다시 설정된다. 기간(tconst)이 경과한 후, 이제 기준 신호는 램프 전류가 제 1 전류 펄스의 값에 의해 증가되도록, 다음 제 2 전류 펄스에 관해 요구된 전류 값(Ipulse)이 2배가 되도록 설정된다. 마지막으로, 펄스 지속 시간(tpulse)이 경과한 후, 전류 방향 신호는, 정류기(30)가 램프 전류의 전류 방향을 스위칭하고 전술한 단계들의 제 1 및 제 2 시퀀스에 따라 교류 램프 전류의 제 2 절반 사이클을 개시하도록, 마이크로컨트롤러(201)의 제 2 출력에서 생성된다.
상기 주어진 계산은 램프에 의해 공급된 광속이 실질적으로 램프 전류에 실질적으로 선형적으로 좌우된다고 하는 가정에 기초하였다. 이러한 가정은 대부분의 고압 기체 방전 램프들에 관해서 정당화된다. 다른 램프들에서는 제 1 전류 펄스들 중 하나 동안에 광속이 증가되는 정도가 연관된 제 2 전류 펄스(또는 제 2 전류 펄스들의 연관된 총 개수) 동안에 광속이 감소되는 정도와 다시 같아지도록 적절하게, 전류가 제 2 전류 펄스들에 관한 추가 정정 인자를 가지고 계산되어야 한다.
LCOS나 SCR-DMD 컬러 디스플레이와 같은 프로젝션 디스플레이들을 조명하도록, 회로 장치가 설계되는 고압 기체 방전 램프를 동작시키는데 이용 가능하고, 그러한 회로 장치를 가지는 프로젝션 디스플레이, 및 프로젝션 시스템에 이용 가능하다.

Claims (9)

  1. 고압 기체 방전 램프의 동작 방법으로서, 상기 램프에는 제 1 전류 펄스와 각각의 제 1 전류 펄스와 연관된 적어도 하나의 제 2 전류 펄스가 중첩되는 램프 전류가 공급되고, 상기 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 서로 반대 방향으로 크기를 가지며, 그들 사이에 한정 가능한 시간차를 가지고, 상기 크기의 숫자 및/또는 레벨 및/또는 상기 제 2 전류 펄스들의 시간 길이는, 제 1 전류 펄스와 적어도 하나의 각각의 연관된 제 2 전류 펄스에 의해 생긴 광속의 변화가 적어도 실질적으로 서로 보상하도록, 조정되는, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 프로젝션 디스플레이를 반복적으로 생성되는 원색들로 하나의 사이클 지속 기간에 순차적으로 조명하기 위해 제공되는 고압 기체 방전 램프를 특별히 동작시키기 위한 것으로, 상기 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 원색들의 하나의 사이클 또는 다수의 사이클에 대응하는 서로간의 시간상 거리를 가지는, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 전류 펄스의 크기는 그들이 생성된 광속의 증가를 발생시키고, 이러한 증가는 생성된 광속의 대응하는 감소가 적어도 하나의 각각의 연관된 제 2 전류 펄스에 의해 영향을 받는다는 점에서 적어도 실질적으로 보상되도록 조작되는, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 램프 전류는 매번 상기 램프 전류의 극성 변경 전에, 제 1 전류 펄스들이 중첩되는 실질적으로 구형파 교류 전류인, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 모두 실질적으로 시간상 동일한 길이를 가지는, 고압 기체 방전 램프의 동작 방법.
  6. 램프 전류를 생성하고, 제 1 전류 펄스를 생성하여 그들을 상기 램프 전류 상에 중첩시키고, 각각의 제 1 전류 펄스와 연관된 적어도 하나의 제 2 전류 펄스를 생성함으로써, 고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치로서,
    상기 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 서로 반대 방향으로 크기를 가지고, 그들 사이에 한정 가능한 시간차를 가지며, 상기 크기의 숫자 및/또는 레벨 및/또는 상기 제 2 전류 펄스들의 시간 길이는, 제 1 전류 펄스와 적어도 하나의 각각의 연관된 제 2 전류 펄스에 의해 생긴 광속의 변화가 적어도 실질적으로 서로 보상하도록, 조정되는, 고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 프로젝션 디스플레이를 반복적으로 생성되는 원색들로 하나의 사이클 지속 기간에 순차적으로 조명하기 위해 제공되는 고압 기체 방전 램프를 특별히 동작시키기 위한 것으로, 상기 제 1 및 제 2 전류 펄스들은 원색들의 하나의 사이클 또는 다수의 사이클에 대응하는 서로간의 시간상 거리를 가지는, 고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 공급 전압으로부터 램프 전류를 생성하기 위한 컨버터(10)를 포함하고 마이크로컨트롤러(201)를 구비한 제어 디바이스(20)를 포함하는데, 상기 마이크로컨트롤러(201)는 상기 컨버터(10)의 출력에서의 전압 신호, 상기 컨버터(10)를 통해 흐르는 전류의 크기를 나타내는 전류 신호, 및 상기 마이크로컨트롤러(201)에 저장된 램프 전류의 명목상의 시간 경과에 좌우되어, 상기 컨버터(10)를 제어하는, 고압 기체 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 장치.
  9. 프로젝션 디스플레이, 적어도 하나의 고압 기체 방전 램프, 및 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 회로 장치를 구비한 프로젝션 시스템.
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