569646 A7 B7 五、發明説明（1) 【發明所屬之技術領域】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關電介質障壁放電燈之點燈裝置。特別是 應用於利用電介質障壁放電的螢光燈做爲光源的影像讀取 裝置。 【習知之技術】 有關該發明之電介質障壁放電燈方面，例如具有日本 特開平第2 - 7 3 5 3號，於此記載著在放電容器塡充形 成激態分子之放電用氣體，利用電介質障壁放電（別名臭 氧產生器放電或無聲放電。參照電氣學會發光改訂新版「 放電便覽」平成1年6月再版7刷發行第2 6 3頁）形成 激態分子，取出由該激態分子被放射的光之放射器。 該電介質障壁放電燈具有習知低壓水銀燈和高壓弧放 電燈所沒有的各種特徵，故應用的可能性涉及多方面。尤 其近年對光化學環境污染問題的高度關切中，對藉由該紫 外線引起的光化學反應有很大的期待。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖係表示說明電介質障壁放電燈之放電原理之槪 略構造。 對於電介質障壁放電燈2係隔著放電電漿空間3在電 極（4，5)之間存在1枚或2枚之電介質（6，7)。 圖中，燈封體8兼具電介質（6，7)之效。 該電介質障壁放電燈2點燈之際，對其兩極的電極（ 4，5 )例如自供電裝置1介由供電線1 1施加1 0 kHz〜20〇kHz 、2kV〜l〇kV的高頻交流電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 569646 A7 B7 五、發明説明（2) (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 壓。可是由於介設在放電電漿空間3和電極（4，5)之 間的電介質（6，7 )，電流不會直接由電極（4，5 ) 流至放電電漿空間3，電介質（6，7 )是經由電容器的 作用而流入電流。亦即，各電介質（6，7 )的放電電漿 空間3側之面係經由電介質的分極加以誘發電極（4，5 )側的各面和等量電性相反的電荷，使隔著放電電漿空間 3而面對面的電介質（6，7 )的各面之間進行放電。 由於多餘電流不會沿電介質（6，7 )之放電電漿空 間3側的各面流入，因此產生放電的部分，會在電介質（ 6，7 )之放電電漿空間3側的各面被誘發的電荷，經由 利用放電所移動的電荷被中和，致使放電電漿空間3之電 場減少的緣故，即使繼續對電極（4，5 )施加電壓，放 電電流不久就會停止。但對電極（4，5 )施加的電壓更 爲上昇時，放電電流會持續進行。再次產生放電後，停止 放電的部分直到施加至電極（4，5 )的電壓極性反轉時 都不會再放電。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如封入氙氣的電介質障壁放電燈之情況下，氙氣會 藉由放電分離爲離子和電子，成爲氙電漿。於該電漿中， 被特定能階所激勵的氙會加以結合，形成激態分子。氙激 態經過某一壽命時間就會解離，但此時被釋放的能量會成 爲真空紫外波長的光子被放射。電介質障壁放電燈成爲真 空紫外光源而有效動作的緣故，因此重點在於有效形成該 激態分子。 在此，在放電時阻礙有效形成激態分子的重大原因， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 569646 A7 B7 五、發明説明（3) 是將放電電獎向無助於激態分子形成的能階進fr激勵所造 成的。 放電開始後的放電電漿之電子運動是集團性，屬於能 量高，溫度低的狀態。在此狀態下，放電電漿欲形成激態 分子遷移到所需要的共鳴狀態之機率高。且放電時間長的 話，電漿的電子運動會逐漸變熱，亦即被稱爲馬克士威-波耳茲曼能量分布的熱平衡狀態，電漿溫度上昇，無法形 成激態分子，遷移至更高的激勵狀態之機率昇高。 進而連形成激態分子的情形下，也有等到經過壽命時 間，放出所預期的光子而自然解離之前，藉由後續的放電 破壞激態分子的情形。實際在氙激態之例中，由放電開始 到放出真空紫外波長的光子需要1 A s左右的期間，此期 間內的後續放電或再放電會使激態發光的效率下降。 亦即，得知電介質障壁放電再次開始時，儘量縮小後 續放電的能量是最重要的。而且施加在電介質障壁放電燈 的電壓不是正弦波形狀的電壓，是適合具有急遽變化的電 壓之意。 欲由此種構想改善電介質障壁放電燈之發光效率，故 擬施加矩形波式的電壓波形之技術，例如日本特開平 1 1 - 3 1 7 2 0 3號所介紹的。於該公開公報中揭示出 施加具有急遽上昇的電壓，同時欲抑制其後的振鈴（ ringing)，因此縮短產生振鈴的時間。 此技術乃爲滿足前述電介質障壁放電再次開始時，能 以所謂儘量縮小後續放電的能量爲重要之要件者，以茲達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ：——I——β — , (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、tT f 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 569646 A7 B7 五、發明説明（4) 到發光效率優之效果。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁，> 但是上述電介質障壁放電燈係提供一意義爲所謂發光 效率優的構成，但經過使用時間的同時會產生所謂放射照 度下降的問題。 特別是以該電介質障壁放電燈做爲影像讀取裝置之光 源的螢光燈加以利用的情況下，時間經過的同時放射照度 下降的話，會造成影像讀取元件的C C D感應器之感度降 低，產生所謂無法良好辨識影像的致命性問題。 又，就算不限於影像讀取裝置用的光源，經過使用時 間的同時而有所謂放射照度下降之現象很不理想。 因此，除了只有所謂習知之提高發光效率之技術課題 以外，還有強烈的要求解決所謂維持放射照度，亦即防止 放射照度下降之新課題。 再者，對於以電介質障壁放電燈做爲上述影像讀取裝 置之光源加以利用的技術則參照本申請人先前所申請之特 願 2 0 0 0 — 3 8 8 4 8 6 號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【本發明欲解決之課題】 本發明欲解決之課題就電介質障壁放電燈點燈裝置而 言，不光是維持發光效率，還能良好地防止隨著使用時間 的經過而降低放射照度。 【用以解決課題之手段】 爲解決上述課題，本發明之電介質障壁放電燈點燈裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 569646 A7 B7 五、發明説明（5) 置係由電介質障壁放電燈，和對該電介質障壁放電燈施力口 高電壓之供電裝置所製成。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而該供電裝置係透過昇壓變壓器槪略對前述障壁放電 燈施加周期性的波形高電壓，同時該施加的電壓波形，是 相當於一電介質障壁放電結束，爲了下一電介質障壁放電 改變電壓極性，先產生急遽的前緣波形，然後就振鈴來看 ，相對於第一極値點和第二極値點之差的第二極値點與第 三極値點之差的比率爲3 0 %以下者爲其特徵。 又，申請專利範圍第2項之發明係前述振鈴實際上並 不存在爲其特徵。 【作用】 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明人等，針對上述課題專心一意檢討的結果，認 爲使用時間之經過，同時電介質障壁放電燈（以下稱「放 電燈」）之放射照度降低的理由是在於放電用氣體溫度上 昇的緣故。該溫度上昇是經由連續施加周期性的電壓累積 而產生的，認爲無法在放電容器內進行形成有效的激態分 子之原因是經由此溫度上昇所導致的。 又，造成此溫度上昇的原因，是針對放電燈施加急遽 的前緣波形電壓之後，所產生的振動電壓波形引起的，只 用揭示於上述日本特開平1 1 一 3 1 7 2 0 3號所示的振 鈴所限定的時間是不夠的，而是振動必需限定爲那樣的大 小（亦即，「振幅」）。 具體而言，欲產生電介質障壁放電而於施加急遽上昇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 569646 A7 _B7 __ 五、發明説明（6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 波形的電壓波形之後，所產生的振動電壓波形中，其振幅 可儘量縮小，理想上不會產生振鈴就能有效防止放射照度 降低。 【本發明之實施形態】 其次，針對本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置做說 明，但先說明點燈裝置全體之構成。 第2圖係表示電介質障壁放電燈點燈裝置，故由供電 裝置1和電介質障壁放電燈2所構成。圖係表示供電裝置 1中的反相電路，在本實施例中係利甩稱爲半橋接方式的 簡化電路圖。 D C電壓源1 2的電力被變換成交流，並透過利用電 容器（1 8，1 9 ) 、F E T等的開關元件（1 4，1 5 )，施加到昇壓變壓器1 0之1次側。昇壓變壓器1 0則 將此變換成交流的高電壓，此被施加到電介質障壁放電燈 2。於反相電路的各開關元件（1 4，1 5 )上連接反相 閘極驅動電路（1 6，1 7 )，各開關元件（1 4，1 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 )的〇N或0 F F則隨著閘極信號（G u、G L )被控制 〇 於第3圖表示閘極信號（G u、G L )和燈施加電壓 波形V s ( t )之槪略關係圖。 閘極信號（G u、G L )爲低階時，連接閘極信號的 開關元件（1 4，1 5 )即變成〇F F，閘極信號（G u 、G L )爲高階時，連接閘極信號的開關元件（1 4， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9- 569646 A7 B7 五、發明説明（7) 1 5 )即變成〇N。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如此一來，1次的電介質障壁放電燈則根據開關元件 的〇N、〇F F動作，成爲急遽的上昇波形b 1和具有接 著上昇波形的振鈴B 2之槪略周期性的波形。 在此，就本發明之點燈裝置而言，最佳的電壓波形係 於急遽的上昇波形B 1之後沒有振鈴B 2，可藉由供電裝 置1造成此種電壓波形來控制放電燈。 針對此點，使用第4圖的電路模組做一說明。 電介質障壁放電燈乃如前所述，放電用氣體可爲電阻 ，電介質可爲電容器之故，如圖所示電阻和電容器可考慮 串接。此表示於變壓器之2次側，同時於1次側施加步進 的電壓之時加以模組化。 首先當變壓器T之相對於一次卷線的2次卷線之卷數 比率爲N ( n p / n s )、直流電壓源爲E、負荷電阻爲 R、負荷電容器之靜電容量爲C、一次側之電感爲Lp、二 次側之電感爲L s、相互電感爲L M、變壓器T之一次二次 間之結合係數爲k、漏洩電感爲F時， 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 導入所謂L μ 2 = k 2 L p L s的關係式。 於此考慮漏洩電感F時，導入 F = (LpLs— Lm2)/Lp或 F 二（1— k2) Ls 進而解析時間t二Ο，閉合一次側的開關S W時的電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -10- 569646 A7 B7 五、發明説明（9) 電電漿的電阻，或縮小由變壓器之二次側所觀察的漏洩電 感達成。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次，針對欲證明上述解析的實驗做一說明。 就第2圖所示的電路構成來看，藉由改變昇壓變壓器 1 0的卷線和放電燈2的封入氣體壓，來觀察放電燈2之 電壓波形，特別是急遽的上昇波形後之振鈴的狀態。 所使用的放電燈2是用氙做爲封入氣體’其封入量爲 1 9 . 3 k P a。昇壓變壓器1 0係針對一次卷線爲2 4 匝，二次卷線爲240匝、288匝、381匝、420 匝之4種情形進行實驗。 第6圖係表示上述4種的各種電壓波形。亦即，表示 針對（a )係二次側卷線爲2 4 0匝、（b )係二次側卷 線爲2 8 8匝、（c )係二次側卷線爲3 8 1匝、（d ) 係二次側卷線爲4 2 0匝的情形下之電壓波形。又，圖係 縱軸表示電壓値、橫軸表示時間，縱軸係爲5 0 0 V/ div，橫軸係爲 5//sec/div。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 在此針對振動大小的定義做說明時，如第7圖所示， 就接於急遽上昇波形（峰突）B 1的電壓振鈴來看，只要 改變第一極値點（X 1 )、第二極値點（X 2 )、第三極 値點（X 3 )…振動就會衰減。此時，採取以相對於第一 極値點（X 1 )與第二極値點（X 2 )之差（a )的第二 極値點（X 2 )和第三極値點（X 3 )之差（b )的比率 (b / a :以後爲方便該比率稱爲「振鈴率」）做爲振動 的大小。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- 569646 A7 B7 五、發明説明（ip (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，第一極値點（X 1 )、第三極値點（X 3 )爲 極大點，第二極値點（X 2 )爲極小點，，但如第3圖所示 ，對放電燈2的施加電壓之極性爲反轉時的電壓波形，理 所當然的第一極値點（X 1 )、第三極値點（X 3 )爲極 小點，第二極値點（X 2 )爲極大點。 回到第6圖所示的實驗結果，測定出電壓波形的振鈴 率係（a)爲 11.9%' (b)爲 28.8%、（c) 爲 46.6%、（d)爲 55. 3%。 亦即，得知改變二次側卷線的匝數，如（a ) ( b ) (c ) ( d )所示，振鈴率變大。 而且由該實驗顯示，改變昇壓變壓器的二次側電感， 會使放電燈的電壓波形受到很大的影響，具體而言，電感 愈小振鈴愈少。 其次，昇壓變壓器之一次側卷線2 4匝、二次側卷線 288匝，放電燈之封入氣體爲封入21·3kPa氙氣 。總之，與前述實驗之（b )相同爲變壓器（卷線數相同 )，表示增加封入氣體之壓力的其中一例。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於第8圖表示該放電燈和電壓波形，但此時的振鈴率 大約爲0 %，振鈴幾乎不變。 總之，連同一變壓器形態也顯示出改變放電燈之封入 氣體的壓力，會使振鈴受到影響。 其次，針對振鈴率和放射照度的時間性衰減做說明。 測定具有以上述實驗所求得的振鈴率之各放電燈的放 射照度之降低率。放射照度係表示亮燈5分鐘後的照度比 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 569646 A7 B7 五、發明説明（ 開始亮燈時之照度衰減的比率。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第9圖（a)係表示封入19· 3kPa氣氣，（b )係封入2 1 · 3 k P a氙氣之情形的實驗結果，但顯示 出振鈴率愈小照度降低率愈小。尤其出現振鈴率變爲3 0 %以下時，照度降低率變爲5 %以下。 如此一來，就電介質障壁放電燈來看，急遽上昇之後 防止或儘量變小振鈴的產生，就能防止施加造成燈發熱原 因的多餘正弦波式的交流電力。因而，能良好地防止隨著 燈發熱，降低激態發光的效率。 又，該實驗例係說明根據振鈴的大小，對放射照度所 產生的影響，但以滿足前述式3的條件，能令振鈴變得不 完整，此意乃爲所謂完全不會產生因振鈴產生熱，可說是 最佳實施形態。 其次，針對不會產生振鈴之其他方法做說明。 經濟部智葸財產局員工消費合作社印製 使用第7圖所示之電壓波形做說明的話，電壓波形迎 合第一極値點（X 1 )後，電壓開始下降，達到第二極値 點（X 2 )，再度於上昇運轉的瞬間使開關元件成爲 〇F F，就能實現實際上不會產生振鈴的驅動。 於第1 0圖表示進行此種驅動時之電壓波形。 再者，就開關元件爲〇F F之定時來看，並不限於第 二極値點（X 2 )的瞬間，到達第一極値點（X 1 )後， 到達第二極値點（X 2 )前的期間也沒關係。甚至連經過 第二極値點（X 2 )後，不影響燈的溫度上昇的程度，來 設定開關元件成爲〇F F的定時即可。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 569646 A7 ____B7_ 五、發明説明（1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如此一來，就本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置而 言’供電裝置是透過昇壓變壓器對障壁放電燈施加槪略周 期性波形的高電壓，該施加的電壓波形，是相當於結束一 電介質障壁放電，爲了下一電介質障壁放電而改變電壓極 个生’使之進行以下變化爲其特徵。 第一、使之產生急遽的上昇波形，然後形成相對於第 一極値點與第二極値點之差的第二極値點和第三極値點之 差的比率爲3 0 %以下的振鈴。此乃於第8圖所示之電壓 波形中，振鈴率（b / a )爲3 0 %以下。 第二、使之產生急遽的上昇波形而達到第一極値點（ 極大點）後，繪出不會產生振鈴的衰減曲線。此乃第5圖 所示之電壓波形之意。 第三、使之產生急遽的上昇波形而達到第一極値點（ 極大點）後，於到達第二極値點左右之實際上不會使燈之 溫度上昇的範圍中，開關元件變爲0 F F，就可防止產生 振鈴。此乃第1 0圖所示之電壓波形之意。同圖之縱軸係 表示電壓値。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，上述實施例中是針對使用半橋接型開關電路的 場合所做的說明，但也可使用全橋接型電路和推挽型電路 〇 而本發明雖是針對一般形態的電介質障壁放電燈所做 的說明，但當然也適用於在放電容器內面塗佈螢光體之形 態的螢光燈。 此場合下，於放電容器之內面塗佈螢光體的可視光放 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -15- 569646 A7 B7 五、發明説明（1》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 射型之燈中，起因於燈之溫度上昇，而令螢光體之可視光 變換效率降低，可視光輸出也會降低，但如按本發明般抑 制振鈴，此種問題也能一倂良好地解決。 【圖面之簡單說明】 【桌1圖】 表示說明電介質障壁放電燈之槪念圖。 【第2圖】 表示本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置。 【第3圖】 表示本發明之電介質障壁放電燈之電壓波形。 【第4圖】 表示說明本發明之模組圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【第5圖】 表示本發明之電介質障壁放電燈之電壓波形之第一形 難 〇 【第6圖】 表示有關本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置之振鈴 之實驗結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16- 569646 A7 B7 五、發明説明（侈 【第7圖】 表示本發明之電介質障壁放電燈之電壓波形之第二形 態及振鈴之說明圖。 【第8圖】 表示有關本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置之振鈴 之實驗結果。 【第9圖】 表示有關本發明之電介質障壁放電燈點燈裝置之照@ 降低率之實驗結果。 【第1 0圖】 表示本發明之電介質障壁放電燈之電壓波形之第Ξ $ 態0 ----ΓΓΚ----#! (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 符號之說明】 1 供電裝置 2 電介質障壁放電燈 3 放電電漿空間 4、5 電極 6、7 電介質 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -17-