JP2009152154A - Discharge lamp lighting device, and backlighting device for liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱陰極蛍光ランプを点灯させる放電灯点灯装置および液晶表示用バックライト装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device and a liquid crystal display backlight device for lighting a hot cathode fluorescent lamp.
現在実用化されている透過型液晶表示装置においては、表示の均一性を高めるために、直下型バックライト装置を用いたもの(図19参照)が一般的である。この液晶表示装置の表示品位について、液晶などのホールド型表示方式において輪郭ボケ等の表示ボケが生じることが知られている。この表示ボケを改善するための技術の1つとして、1フレーム期間内に照明装置の点灯期間と調光点灯期間(または非点灯期間)とを設けることで、CRTのようなインパルス型発光表示方式を実現するという手法がある。 In transmissive liquid crystal display devices that are currently in practical use, a direct backlight device (see FIG. 19) is generally used in order to improve display uniformity. Regarding the display quality of this liquid crystal display device, it is known that display blur such as outline blur occurs in a hold type display system such as liquid crystal. As one of the techniques for improving the display blur, an impulse-type light emitting display system such as a CRT is provided by providing a lighting period and a dimming lighting period (or a non-lighting period) of a lighting device within one frame period. There is a method of realizing.
例えば、特許文献1(特開2002−72988)では、液晶表示装置のバックライト光源であるCCFL(冷陰極蛍光ランプ)を点滅点灯させる技術が提案されている。また、一般照明の光源として広く用いられているHCFL(熱陰極蛍光ランプ)を表示装置に応用した技術として、特許文献2(特開昭60−72198)がある。本従来技術は、熱陰極蛍光ランプを点滅点灯させた例である。さらに、特許文献3(特開昭63−69195)には、液晶表示装置のバックライト光源として熱陰極ランプを用い、ランプフィラメントの輝点を複数にすることで、熱陰極ランプの光出力を高める技術が開示されている。
特許文献1の技術ではインパルス点灯は困難である。それは、1つには、CCFL(冷陰極蛍光ランプ)の光出力が大きく出来ないということである。つまり冷陰極ランプはグロー放電を利用するためランプ電流を多く出来ないので、インパルス点灯においてランプ出力が低下してしまうのである。たとえ強制的にランプ電流を増加してランプ出力を多くして、出力の大きいインパルス点灯制御を実現したとしても、ランプ寿命に問題が起こり、製品の信頼性を低下させることになる。
Impulse lighting is difficult with the technique of
たとえば、CCFLの電極寿命がランプ電流8mA(rms)一定で6万時間であるとき、点灯時間と消灯時間の比率が1:1(50%点灯)で、点灯期間のランプ電流を2倍の16mA(rms)で点灯させると、ランプ電極はわずか数千時間で破壊に至る。これは、冷陰極ランプの放電管内のイオン衝突による電極消耗が、電流に対して指数関数的に増加するためである。 For example, when the electrode life of the CCFL is 60,000 hours with a constant lamp current of 8 mA (rms), the ratio of the lighting time to the lighting time is 1: 1 (50% lighting), and the lamp current during the lighting period is doubled to 16 mA. When lit at (rms), the lamp electrode is destroyed in only a few thousand hours. This is because electrode consumption due to ion collision in the discharge tube of the cold cathode lamp increases exponentially with respect to the current.
さらに、CCFLでは点滅点灯させると輝度にムラが生じやすいという課題もある。CCFLではランプ電圧が高く、高電位側の漏れ電流により低電位側との輝度差が生じやすいことは良く知られているが、点滅点灯においてはさらに始動の瞬間と消灯の瞬間に、高電位側での発光が発生し、輝度差が大きくなるのである。このため、CCFLを用いてインパルス点灯を行うためには、ランプ本数や回路耐圧および回路素子数が非常に多く必要となる。 Furthermore, the CCFL also has a problem that uneven brightness tends to occur when blinking is lit. In CCFL, it is well known that the lamp voltage is high and the difference in luminance from the low potential side is likely to occur due to the leakage current on the high potential side. Light emission occurs, and the luminance difference increases. For this reason, in order to perform impulse lighting using CCFL, the number of lamps, circuit breakdown voltage, and the number of circuit elements are very large.
以上のことから、大型液晶表示装置においてCCFLを用いて画面輝度を均一にしたインパルス点灯を実現するのは難しいことが分かる。 From the above, it can be seen that it is difficult to realize impulse lighting with uniform screen brightness using CCFL in a large liquid crystal display device.
特許文献2の技術では、熱陰極蛍光ランプにおいてインパルス点灯を行う技術であり、本従来技術はランプ出力を高めたインパルス点灯が可能であるが、ランプ電極の寿命に問題がある。すなわち、始動直後のランプ電流のピーク電流が極めて大きくなり、フィラメント電極にダメージが生じるのである。
The technique of
これは、ランプに封入されている水銀の蒸気圧が始動直後には低いために起こる現象である。つまり、ランプが消えている区間でランプ内の水銀蒸気密度は低下していき、ランプ点灯直後に水銀蒸気圧は直ちに上昇するが、その蒸気圧が安定するまでの期間は水銀原子の密度が低いために、放電管の電子衝突が少なく、結果として管電圧が低い状態が瞬間的に発生する。点滅周波数が数kHz以上ではそのような現象は見られないが、数100Hz付近のインパルス点灯では上記のような現象が生じているのである。この現象は、ランプ封入ガスにより状況が多少異なる。特に顕著なのはランプにクリプトン(Kr)を混合封入した場合である。この始動直後の管電圧が低下している状態においてランプ電流が増加し、その電流がフィラメント電極の一部に集中し、フィラメント電極に塗布している電子放射性物質(エミッタ)を飛散させてしまうのである。 This is a phenomenon that occurs because the vapor pressure of mercury enclosed in the lamp is low immediately after starting. In other words, the mercury vapor density in the lamp decreases while the lamp is extinguished, and the mercury vapor pressure immediately increases immediately after the lamp is turned on, but the mercury atom density is low until the vapor pressure stabilizes. Therefore, there are few electron collisions of the discharge tube, and as a result, a state where the tube voltage is low occurs instantaneously. Such a phenomenon is not observed when the blinking frequency is several kHz or more, but the above phenomenon occurs in the impulse lighting in the vicinity of several hundred Hz. This phenomenon differs slightly depending on the lamp gas. Particularly noticeable is the case where krypton (Kr) is mixed and enclosed in the lamp. Since the lamp current increases in the state where the tube voltage is reduced immediately after starting, the current is concentrated on a part of the filament electrode, and the electron radioactive material (emitter) applied to the filament electrode is scattered. is there.
ところで熱陰極ランプの寿命は、大きく分けてフィラメント断線とエミッタ枯渇がある。フィラメント断線は、機械的なダメージによる断線もあるが、一般的にはフィラメントへの放電電流集中が主な原因であると考えられる。そしてエミッタ枯渇については、フィラメント温度が高過ぎることが原因である。つまり予熱電流が大きくなり、フィラメント温度が上昇するとエミッタが蒸発して電極から剥離してしまうのである。 By the way, the lifetime of a hot cathode lamp is roughly divided into filament disconnection and emitter depletion. Filament breakage may be due to mechanical damage, but it is generally considered that discharge current concentration on the filament is the main cause. The emitter depletion is caused by the filament temperature being too high. That is, when the preheating current increases and the filament temperature rises, the emitter evaporates and peels from the electrode.
特許文献2の技術ではこの予熱電流を減らす試みがなされている。しかしこれは、ランプ電流と予熱電流の合成電流が大き過ぎることによるフィラメント温度上昇を低減し、エミッタ蒸発を抑える作用はあるが、前述のような、ピーク電流による放電電流集中による電極ダメージは回避できない。
In the technique of
特許文献3の技術では、熱陰極蛍光ランプにおいて電極に複数の輝点をつくり、ランプの出力を高めている。しかし、インパルス点灯ではないため、表示ボケを改善することは出来ない。 In the technique of Patent Document 3, a plurality of bright spots are formed on an electrode in a hot cathode fluorescent lamp to increase the output of the lamp. However, since it is not impulse lighting, display blur cannot be improved.
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、液晶表示装置に用いた場合に動画表示品位の向上を図ると共に、照明装置の寿命を向上し、信頼性の低下を防ぐことができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and when used in a liquid crystal display device, the moving image display quality is improved, the lifetime of the lighting device is improved, and the reliability is lowered. It is an object of the present invention to provide a discharge lamp lighting device that can prevent the above-described problem.
請求項1の発明は、上記の課題を解決するために、図1に示すように、熱陰極ランプFLを高周波で点灯させる点灯回路HB1と、前記熱陰極ランプFLのフィラメントに電力を与える予熱回路HC1を備え、前記点灯回路HB1は、図2に示すように、前記熱陰極ランプFLのフィラメントに発生する輝点数が2つとなる主点灯期間t1〜t2と、前記主点灯期間と比ベてランプ光束出力が小さくかつ輝点数が1つ以下となる少なくとも1つの調光待機期間t2〜t3を有し、前記主点灯期間と前記調光待機期間を周期的に繰り返すことを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problem, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記調光待機期間は、前記熱陰極ランプFLのフィラメントに輝点の無い状態または消弧状態となる消灯期間を少なくとも1つ有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the dimming standby period has at least one extinguishing period in which the filament of the hot cathode lamp FL has no bright spot or is extinguished. And
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記主点灯期間において、前記熱陰極ランプFLの放電管への出力電力を略一定とすることを特徴とする(図5、図6)。
The invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of
請求項4の発明は、請求項2または3の発明において、図11〜図13に示すように、前記調光待機期間において、前記熱陰極ランプFLのフィラメントに輝点が1つとなる調光点灯期間を有し、連続点灯への切替信号SELに応じて、前記主点灯期間の時間比率を零かつ前記調光待機期間における消灯期間の時間比率を零とする連続点灯切替手段を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, as shown in FIGS. 11 to 13, the dimming lighting in which the filament of the hot cathode lamp FL has one bright spot during the dimming standby period as shown in FIGS. A continuous lighting switching means having a period, wherein the time ratio of the main lighting period is zero and the time ratio of the extinguishing period in the dimming standby period is zero in response to a switching signal SEL for continuous lighting. And
請求項5の発明は、請求項3の発明において、前記予熱回路が前記熱陰極ランプFLのフィラメント間に与える電圧Vfは、略方形波であることを特徴とする(図8、図9)。 The invention of claim 5 is characterized in that, in the invention of claim 3, the voltage Vf applied between the filaments of the hot cathode lamp FL by the preheating circuit is a substantially square wave (FIGS. 8 and 9).
請求項6の発明は、請求項3〜5の発明において、フィラメントに与える交流電圧は、ランプ点灯の交流周波数より低い周波数もしくは直流であり、フィラメントを支える複数の金属ピンがランプ放電経路の軸方向に並んだランプ電極を2つ有する熱陰極ランプ(図10)において、一方のランプ電極FE2ではランプ放電管中央方向に輝点E21をつくり、もう一方のランプ電極FE1ではランプ放電管中央方向と反対の方向に輝点E11をつくり、上記輝点発生を交互に行うことでフィラメントFE1,FE2に複数の輝点を発生させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the third to fifth aspects of the present invention, the AC voltage applied to the filament is lower than the AC frequency of lamp operation or DC, and the plurality of metal pins that support the filament are in the axial direction of the lamp discharge path. In the hot cathode lamp (FIG. 10) having two lamp electrodes arranged in the same manner, one lamp electrode FE2 creates a bright spot E21 in the center direction of the lamp discharge tube, and the other lamp electrode FE1 is opposite to the center direction of the lamp discharge tube. A bright spot E11 is formed in the direction of, and a plurality of bright spots are generated in the filaments FE1 and FE2 by alternately generating the bright spots.
請求項7の発明は、請求項1〜6の発明において、熱陰極ランプの放電管管壁温度が低い状態から高い状態へ変化する場合に、前記主点灯期間と前記複数の調光待機期間の周期を長くかつ前記主点灯期間の時間比率を大きくすることを特徴とする(図14)。 According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the invention, when the discharge tube wall temperature of the hot cathode lamp changes from a low state to a high state, the main lighting period and the dimming standby periods The period is long and the time ratio of the main lighting period is increased (FIG. 14).
請求項8の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えた液晶表示用バックライト装置である(図19)。
The invention of
請求項9の発明は、請求項4の放電灯点灯装置を備えた液晶表示用バックライト装置において、前記連続点灯切替手段は、液晶表示装置に入力される映像信号に応じて動作することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the backlight device for a liquid crystal display including the discharge lamp lighting device according to the fourth aspect, the continuous lighting switching means operates in accordance with a video signal input to the liquid crystal display device. And
請求項1の発明によれは、点灯状態と調光状態とを繰り返す点灯制御において、点灯直後に熱陰極ランプのフィラメントに生じる輝点(アーク放電スポット)を分割することで、電極のダメージを低減できる。したがって、ランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となる。また、ランプのフィラメント近傍の輝度ムラが改善される。したがって、輝度分布にムラがなく、インパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。 According to the first aspect of the present invention, in the lighting control that repeats the lighting state and the dimming state, the damage of the electrode is reduced by dividing the bright spot (arc discharge spot) generated in the filament of the hot cathode lamp immediately after lighting. it can. Therefore, instantaneous high output lighting is possible without increasing the number of lamps. Further, luminance unevenness near the lamp filament is improved. Therefore, there is no unevenness in the luminance distribution, which is useful for a discharge lamp lighting device that performs impulse lighting.
請求項2の発明によれば、消灯状態と点灯状態を繰り返す点灯制御においても、点灯直後に熱陰極ランプのフィラメントに生じる輝点を分割することで、電極のダメージを低減できる。したがって、ランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となる。また、消灯期間を作ることで、光束ピーク比を大きく出来、理想的なインパルス点灯となる。したがって、インパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、点灯直後に熱陰極ランプの輝度を一定に制御できる。ランプの光出力は発光管の電力に比例するので、光変動の無い安定したインパルス点灯が可能となる。したがって、インパルス点灯においてちらつきの無い放電灯点灯装置に有用である。 According to the invention of claim 3, the brightness of the hot cathode lamp can be controlled to be constant immediately after lighting. Since the light output of the lamp is proportional to the electric power of the arc tube, stable impulse lighting without light fluctuation is possible. Therefore, it is useful for a discharge lamp lighting device that does not flicker in impulse lighting.
請求項4の発明によれば、インパルス点灯から連続点灯に状況に応じて変更できる。すなわち、インパルス点灯でのランプ発光効率低下に対して、状況に応じて連続点灯に変更することで、効率を改善することが出来る。したがって、省電力を目的としたインパルス点灯の放電灯点灯装置に有用である。 According to invention of Claim 4, it can change from impulse lighting to continuous lighting according to a condition. That is, the efficiency can be improved by changing to the continuous lighting according to the situation with respect to the decrease in the lamp luminous efficiency due to the impulse lighting. Therefore, it is useful for a discharge lamp lighting device for impulse lighting for the purpose of power saving.
請求項5の発明によれば、フィラメントに生じる輝点をフィラメント両端に安定に生じさせることが出来る。その結果、フィラメント温度を適切に制御できるので、ランプエミッタの蒸発を低減することが出来、ランプの寿命を改善出来る。したがって、熱陰極ランプを長期にわたってインパルス点灯させる放電灯点灯装置に有用である。 According to the invention of claim 5, the bright spot generated in the filament can be stably generated at both ends of the filament. As a result, since the filament temperature can be controlled appropriately, the evaporation of the lamp emitter can be reduced, and the life of the lamp can be improved. Therefore, the present invention is useful for a discharge lamp lighting device that performs impulse lighting of a hot cathode lamp over a long period of time.
請求項6の発明によれは、フィラメントがランプ放電経路に平行に配置されたランプにおいて、放電路の長さが一定となり、ランプ電極付近のちらつきが低減できる。また、放電がランプ端部まで広がるのでランプ全体から発光が可能である。したがって、インパルス点灯において広範囲にムラ無く点灯させる放電灯点灯装置に有用である。 According to the invention of claim 6, in the lamp in which the filament is arranged in parallel to the lamp discharge path, the length of the discharge path becomes constant, and the flicker near the lamp electrode can be reduced. Further, since the discharge spreads to the end of the lamp, light can be emitted from the entire lamp. Therefore, the present invention is useful for a discharge lamp lighting device that illuminates uniformly over a wide range in impulse lighting.
請求項7の発明によれば、ランプ管壁温度が低い状態から点灯する際に、ランプに大きな電力を与え、ランプ温度安定を早めることが出来る。その結果、ランプ光束安定に要する時間を短縮することが出来る。したがって、瞬時にランプ光出力を安定させる放電灯点灯装置に有用である。 According to the invention of claim 7, when the lamp tube wall temperature is lit from a low state, a large electric power can be applied to the lamp, and the lamp temperature can be stabilized quickly. As a result, the time required for lamp light flux stabilization can be shortened. Therefore, it is useful for a discharge lamp lighting device that instantaneously stabilizes lamp light output.
請求項8の発明によれば、請求項1〜7の効果を有する、液晶表示用バックライト装置を提供できる。
According to invention of
請求項9の発明によれば、インパルス点灯と連続点灯を画像に応じて違和感無く調整できるので、使用者に意識させること無く、表示ボケと省電力を両立した液晶表示用バックライト装置を提供できる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the impulse lighting and the continuous lighting can be adjusted according to the image without any sense of incongruity, it is possible to provide a backlight device for liquid crystal display that achieves both display blur and power saving without making the user aware of it. .
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1の構成を示す回路図である。以下、その回路構成について説明する。商用交流電源Vinには全波整流器DBの交流入力端子が接続されている。全波整流器DBの直流出力端子には力率改善回路PFC1が接続されている。この力率改善回路PFC1は昇圧チョッパ回路を備え、出力側の平滑用コンデンサには、全波整流器DBにより全波整流された脈流電圧のピーク電圧よりも昇圧された直流電圧Vdcが充電される。発振器OSC5は昇圧チョッパ回路のスイッチング素子を高周波でオン・オフ制御して、商用交流電源Vinからの入力電流の平均値が入力電圧と相似形となるように制御することで入力力率を改善している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of
力率改善回路PFC1の出力側の平滑用コンデンサには、インバータ回路HB1が接続されている。インバータ回路HB1は、交互にオン・オフされる一対のスイッチング素子Q1,Q2の直列回路によりハーフフリッジ回路を構成しており、スイッチング素子Q1,Q2の接続点とグランド間にカップリング用のコンデンサCd1を介して共振用インダクタLr1と共振用コンデンサCr1の直列回路を接続している。発振器OSC1は、インバータ回路HB1のスイッチング素子Q1,Q2を高周波で交互にオン・オフ制御して、放電灯FLの始動、点灯、調光の各動作を制御する。共振用コンデンサCr1の両端には、放電灯FLと電流検出器CS1の直列回路が接続されている。電流検出器CS1は放電灯FLの放電管電流を検出し、その信号を予熱回路HC1に出力する。 An inverter circuit HB1 is connected to the smoothing capacitor on the output side of the power factor correction circuit PFC1. The inverter circuit HB1 forms a half-fridge circuit by a series circuit of a pair of switching elements Q1 and Q2 that are alternately turned on and off, and a coupling capacitor Cd1 between the connection point of the switching elements Q1 and Q2 and the ground. A series circuit of a resonance inductor Lr1 and a resonance capacitor Cr1 is connected via The oscillator OSC1 controls on and off of the switching elements Q1 and Q2 of the inverter circuit HB1 alternately at a high frequency, thereby controlling each operation of starting, lighting, and dimming the discharge lamp FL. A series circuit of a discharge lamp FL and a current detector CS1 is connected to both ends of the resonance capacitor Cr1. The current detector CS1 detects the discharge tube current of the discharge lamp FL and outputs the signal to the preheating circuit HC1.
放電灯FL1の2つのフィラメント電極は、予熱回路HC1の2つの出力トランスTr1,Tr2にそれぞれ接続されている。すなわち、ランプの低電圧側(電流検出器CS1接続点)のフィラメントには、予熱トランスTr2の2次側が接続され、ランプ高電圧側(共振用コンデンサCr1と共振用インダクタLr1の接続点)のフィラメントには、予熱トランスTr1の2次側が接続されている。予熱回路HC1は、スイッチング素子Q3を備えたインバータ回路である。スイッチング素子Q3は、発振器PWM1によってスイッチON時間が制御されている。なお、発振器PWM1の発振周波数は、発振器OSC1の1/2の周波数に設定される。 The two filament electrodes of the discharge lamp FL1 are connected to the two output transformers Tr1 and Tr2 of the preheating circuit HC1, respectively. That is, the secondary side of the preheating transformer Tr2 is connected to the filament on the low voltage side (current detector CS1 connection point) of the lamp, and the filament on the lamp high voltage side (connection point of the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1). Is connected to the secondary side of the preheating transformer Tr1. The preheating circuit HC1 is an inverter circuit including a switching element Q3. In the switching element Q3, the switch ON time is controlled by the oscillator PWM1. The oscillation frequency of the oscillator PWM1 is set to a half frequency of the oscillator OSC1.
調光信号発生器DIM1は、周期的にランプを点灯させるためのPWM信号を発生させている。このPWM信号がHighになると、発振器OSC1は共振用コンデンサCr1と共振用インダクタLr1の共振周波数に近い周波数で発振することでランプを瞬時始動させ、ランプを点灯させる。その後、PWM信号がLowになると、スイッチング出力を少なくし、ランプを消灯している。スイッチング出力を少なくするには、例えば共振作用が弱くなるように発振周波数を高くすれば良い。 The dimming signal generator DIM1 periodically generates a PWM signal for lighting the lamp. When this PWM signal becomes High, the oscillator OSC1 oscillates at a frequency close to the resonance frequency of the resonance capacitor Cr1 and the resonance inductor Lr1, thereby instantly starting the lamp and lighting the lamp. Thereafter, when the PWM signal becomes low, the switching output is reduced and the lamp is turned off. In order to reduce the switching output, for example, the oscillation frequency may be increased so that the resonance effect is weakened.
また、予熱回路HC1も調光信号発生器DIM1のPWM信号に応じて、ランプフィラメントに供給する電力を制御している。すなわち、PWM信号がHighになることで、インバータ回路HB1はランプを点灯させるが、この期間に、ランプ電流検出器CS1からの検出信号を受け、予熱電力を小さく制御する。また、ランプが消灯するときには、PWM信号がLowになることで、予熱電力を大きくする制御を行っている。 The preheating circuit HC1 also controls the power supplied to the lamp filament in accordance with the PWM signal of the dimming signal generator DIM1. That is, when the PWM signal becomes High, the inverter circuit HB1 turns on the lamp. During this period, the detection signal from the lamp current detector CS1 is received and the preheating power is controlled to be small. Further, when the lamp is turned off, the PWM signal becomes Low, so that the preheating power is increased.
図2に、本実施形態の動作時の電流電圧波形を示す。図には、ランプFLの電圧Vla、管電流ila、高電圧側の2箇所のフィラメント電流if1,if2、高電圧側のフィラメント電圧Vf1、スイッチング素子Q3のスイッチ電流iQ3の波形変化の様子が示されている。 FIG. 2 shows a current voltage waveform during the operation of the present embodiment. The figure shows how the voltage Vla of the lamp FL, the tube current ila, the two filament currents if1 and if2 on the high voltage side, the filament voltage Vf1 on the high voltage side, and the waveform of the switch current iQ3 of the switching element Q3 are changed. ing.
時間t0において、調光信号発生器DIM1から出力されるPWM信号がHighになると、発振器OSC1は、発振周波数が高い状態から、共振用インダクタLr1と共振用コンデンサCr1の共振周波数に近い周波数までスイッチング周波数を低下させる。そして、共振用コンデンサCr1の両端に高い共振電圧を発生させ、ランプを直ちに始動させる。 When the PWM signal output from the dimming signal generator DIM1 becomes High at time t0, the oscillator OSC1 switches from a state where the oscillation frequency is high to a frequency close to the resonance frequency of the resonance inductor Lr1 and the resonance capacitor Cr1. Reduce. Then, a high resonance voltage is generated at both ends of the resonance capacitor Cr1, and the lamp is immediately started.
時間t1においてランプが始動し、ランプに電流ilaが流れる。ランプ点灯が発生した時点から、ランプ電圧Vlaは急激に低下し、ランプはアーク放電状態に移行している。ランプが点灯すると、電流検出器CS1は予熱回路HC1に検出信号を送出し、予熱回路HC1はそれを受けて、スイッチング素子Q3のスイッチON時間を短くして、予熱電力を低下させる動作を行っている。 At time t1, the lamp starts and current ila flows through the lamp. From the time when the lamp is lit, the lamp voltage Vla rapidly decreases and the lamp is in an arc discharge state. When the lamp is lit, the current detector CS1 sends a detection signal to the preheating circuit HC1, and the preheating circuit HC1 receives it, shortens the switch ON time of the switching element Q3, and performs the operation of reducing the preheating power. Yes.
時間t2において、調光信号発生器DIM1から出力されるPWM信号がLowになると、発振器OSC1はスイッチング周波数を高め、インダクタLr1のインピーダンスを高くする。その結果、ランプ電流ilaが減少し、ランプは消灯する。 When the PWM signal output from the dimming signal generator DIM1 becomes Low at time t2, the oscillator OSC1 increases the switching frequency and increases the impedance of the inductor Lr1. As a result, the lamp current ila decreases and the lamp is turned off.
また、予熱回路HC1はこのとき、スイッチング素子Q3のスイッチON時間を長くして、予熱電力を増加させてフィラメント電極を再始動に必要な温度状態に保持する動作を行っている。 At this time, the preheating circuit HC1 performs an operation of extending the switch ON time of the switching element Q3 to increase the preheating power and maintaining the filament electrode in a temperature state necessary for restarting.
時間t3においては時間t0の時点と同じ状態となっている。以上のように、放電灯点灯回路はランプ点灯と消灯を繰り返し行っている。 At time t3, the state is the same as at time t0. As described above, the discharge lamp lighting circuit repeatedly turns on and off the lamp.
次に熱陰極ランプのダブルスポット(輝点分割)の動作について説明する。熱陰極ランプでは、アーク放電領域で点灯させるため、フィラメント電極部に電流集中(スポット)が発生する。そのスポットを2箇所発生させるのがダブルスポットである。発生のメカニズムは、フィラメント電極の電位差により放電管内の電子発生および流入箇所が変化することを利用している。 Next, the operation of the double spot (bright spot division) of the hot cathode lamp will be described. Since the hot cathode lamp is lit in the arc discharge region, current concentration (spot) occurs in the filament electrode portion. It is a double spot that generates two spots. The mechanism of generation utilizes the fact that the generation of electrons in the discharge tube and the inflow location change due to the potential difference of the filament electrode.
簡単に以下のように考えられる。
1)放電管内の電子は最も電位の低いところから発生し、もっとも高い電位のところに流れる。
2)フィラメントにあらかじめ熱電子を放出させるための電流(予熱電流)を流す必要がある。
3)フィラメントの予熱電流により、フィラメント両端に電位差が生じる。
4)フィラメント電極の電位差により電子放出と電子流入の箇所が変化する。
The following is simply considered.
1) Electrons in the discharge tube are generated from the lowest potential and flow to the highest potential.
2) It is necessary to flow a current (preheating current) for emitting thermoelectrons to the filament in advance.
3) A potential difference occurs between both ends of the filament due to the preheating current of the filament.
4) The position of electron emission and electron inflow changes depending on the potential difference of the filament electrode.
そして、タブルスポットについては、従来から様々な発生方法が提案されている。蛍光ランプを高周波で点灯させているときには、以下の方法でダブルスポットが発生する。 Various methods for generating a double spot have been proposed. When the fluorescent lamp is lit at a high frequency, a double spot is generated by the following method.
A.フィラメントに直流電圧を印加する。
B.ランプ電流と予熱電流に位相差を設ける(特に90°)。
C.ランプ電流周波数と予熱電流周波数を異ならせる。
D.インピーダンス素子で分流する。
A. A DC voltage is applied to the filament.
B. A phase difference is provided between the lamp current and the preheating current (particularly 90 °).
C. Different lamp current frequency and preheating current frequency.
D. Shunt with an impedance element.
どの方法を用いてもタブルスポットは実現可能であるが、本実施形態ではC.の方法を説明する。 Although any method can be used to realize a double spot, in this embodiment C.I. The method will be described.
図3にランプ始動時の電流波形を示す。図には、ランプ電流ila、フィラメント電流if1およびif2が示されている。図2での時間t1(始動直後)の波形を時間軸方向に拡大した図である。 FIG. 3 shows a current waveform at the time of starting the lamp. In the figure, the lamp current ila and the filament currents if1 and if2 are shown. It is the figure which expanded the waveform of the time t1 (just after a start) in FIG. 2 to the time-axis direction.
予熱回路HC1の動作周波数は、インバータ回路HB1の動作周波数の半分で動作している。時間t1より前では、ランプ電流ilaが無いため、フィラメントには予熱電流のみが流れている。すなわち、if1側の端子から流入した電流は、if2側の端子から流出している。なおこのとき、if1が正であるということは、電位的にはif1>if2であるということである。 The operating frequency of the preheating circuit HC1 is operating at half the operating frequency of the inverter circuit HB1. Prior to time t1, since there is no lamp current ila, only a preheating current flows through the filament. That is, the current flowing in from the if1 side terminal flows out of the if2 side terminal. At this time, if1 is positive means that if1> if2 in terms of potential.
時間t1でランプの放電が開始し、電子流が発生する。この図でilaが正(+)であるときは、電子はグランド側のフィラメントから発生し、高電圧側のフィラメントに向かって流れることを意味している。 At time t1, the lamp starts to discharge and an electron current is generated. In this figure, when ila is positive (+), it means that electrons are generated from the filament on the ground side and flow toward the filament on the high voltage side.
時間t11でランプ電流ilaは正、フィラメント電流if1は正である。このとき、電子は放電管で最も電位が高い位置、すなわちif1側の端子に流入する。 At time t11, the lamp current ila is positive and the filament current if1 is positive. At this time, the electrons flow into the position having the highest potential in the discharge tube, that is, the terminal on the if1 side.
時間t12でランプ電流ilaは負、フィラメント電流if1は正である。ランプ電流ilaが負であるので、今度はフィラメントから電子が放出される。このとき、電子は放電管で最も電位が低い位置、すなわちif2側の端子から放出される。 At time t12, the lamp current ila is negative and the filament current if1 is positive. Since the lamp current ila is negative, electrons are now emitted from the filament. At this time, electrons are emitted from a position having the lowest potential in the discharge tube, that is, from a terminal on the if2 side.
時間t13でランプ電流ilaは正、フィラメント電流if1は負である。このとき、電子は放電管で最も電位が高い位置、すなわちif2側の端子に流入する。 At time t13, the lamp current ila is positive and the filament current if1 is negative. At this time, the electrons flow into the position having the highest potential in the discharge tube, that is, the terminal on the if2 side.
時間t14でランプ電流ilaは負、フィラメント電流if1は負である。このとき、電子は放電管で最も電位が低い位置、すなわちif1側の端子から放出される。 At time t14, the lamp current ila is negative and the filament current if1 is negative. At this time, electrons are emitted from the discharge tube at the lowest potential, that is, from the terminal on the if1 side.
上記のようにランプ電流は半サイクル毎にフィラメントの2つの箇所に分散することが分かる。その結果、ランプのピーク電流を2つのフィラメントに分散できるので、アークスポット部の実効平均電流が少なくなる。 As described above, it can be seen that the lamp current is distributed to two locations of the filament every half cycle. As a result, since the peak current of the lamp can be distributed to the two filaments, the effective average current of the arc spot portion is reduced.
また、フィラメントに電位を与えている予熱回路の電流はランプ電流発生とともに減少させているので、フィラメントの予熱電力を低減できる。その結果、フィラメントに発生するアークスポット部の温度上昇を抑えることが出来る。 In addition, since the current of the preheating circuit that applies a potential to the filament is reduced as the lamp current is generated, the preheating power of the filament can be reduced. As a result, an increase in the temperature of the arc spot portion generated in the filament can be suppressed.
なお、本例ではフィラメント電流をランプ点灯時に減少させる制御を行っているが、フィラメント温度は比較的ゆっくりした変化であるので、消灯期間と点灯期間の全体で温度を制御しても良い。 In this example, the filament current is controlled to decrease when the lamp is lit, but the filament temperature changes relatively slowly, so the temperature may be controlled throughout the extinguishing period and the lighting period.
ところで、ランプ周波数と予熱周波数の関係を、予熱回路HC1の動作周波数=インバータ回路HB1の動作周波数の2倍としても同様なアークスポット分割が可能である。 By the way, a similar arc spot division is possible even if the relationship between the lamp frequency and the preheating frequency is set to be twice the operating frequency of the preheating circuit HC1 = the operating frequency of the inverter circuit HB1.
図4にそのときの電流波形を示す。図4には図3と同様にランプ電流ilaとフィラメント電流if1,if2が示されている。図3と動作が異なるのは、ランプ電流の半サイクル中に、フィラメント電流if1とif2に電流が分かれていることである。したがって、ピーク電流を分割する点が図3と異なっている。 FIG. 4 shows the current waveform at that time. FIG. 4 shows the lamp current ila and the filament currents if1 and if2 as in FIG. The operation differs from FIG. 3 in that the current is divided into the filament currents if1 and if2 during the half cycle of the lamp current. Therefore, it differs from FIG. 3 in that the peak current is divided.
本例では、ランプ電流の実効平均電流を小さくすることにより電極ヘのストレスを低減できる。これはアークスポットを2つに分けることにより、フィラメント電極へアーク放電が発生することによる局部発熱が少なくなり、エミッタの蒸発が低減できるからである。局部発熱のエネルギーは、放電ランプの陰極降下電圧と放電電流の積と考えられる。したがって、ランプの放電電流が半分となれば、局部発熱も半分となるのである。 In this example, the stress on the electrode can be reduced by reducing the effective average current of the lamp current. This is because by dividing the arc spot into two, local heat generation due to the occurrence of arc discharge on the filament electrode is reduced, and the evaporation of the emitter can be reduced. The energy of local heat generation is considered to be the product of the cathode fall voltage of the discharge lamp and the discharge current. Therefore, if the discharge current of the lamp is halved, the local heat generation is also halved.
また、フィラメント熱電子の放出が安定するという効果もある。アークスポットが1つで点灯している状態において、スポット部の電極温度が最適である状態と、アークスポットが2つで点灯している状態において、各スポット部の電極温度が最適である状態とを比較した場合、後者のほうが多く熱電子を供給できる。これは、最適な温度となっているエミッタの表面積が大きくなるためである。 In addition, there is an effect that emission of filament thermoelectrons is stabilized. A state where the electrode temperature of the spot portion is optimal in a state where one arc spot is lit, and a state where the electrode temperature of each spot portion is optimal in a state where two arc spots are lit. In the latter case, the latter can supply more thermoelectrons. This is because the surface area of the emitter at the optimum temperature is increased.
熱陰極ランプにおいて、エミッタの温度は寿命を大きく左右する。温度が高過ぎると蒸発し、逆に低過ぎると熱電子を十分に供給できない。そのため、点灯時に最適な温度となるように点灯中にフィラメントに与える予熱電流を調整するのが、熱陰極ランプの放電灯点灯装置の一般的な設計方法である。 In a hot cathode lamp, the temperature of the emitter greatly affects the lifetime. If the temperature is too high, it will evaporate, and if it is too low, thermionic electrons cannot be supplied sufficiently. For this reason, it is a general design method for a discharge lamp lighting device of a hot cathode lamp to adjust the preheating current applied to the filament during lighting so that the temperature is optimal at the time of lighting.
ランプを数万時間以上の長期にわたって点灯させようとすると、このフィラメント温度設計の重要度はさらに高まる。そのため、エミッタ蒸発を抑制するために通常の放電灯点灯装置の設計と比ベて低い温度で設計される。つまり、エミッタ表面温度を下げて最低限必要な熱電子発生量となるようにするのである。 The importance of this filament temperature design is further increased when the lamp is lit for a long period of tens of thousands of hours. Therefore, it is designed at a temperature lower than that of a normal discharge lamp lighting device in order to suppress emitter evaporation. That is, the emitter surface temperature is lowered so that the minimum required amount of thermoelectrons is generated.
連続的にランプを点灯させる場合、必要な熱電子量が一定なので、この設計方法でも問題ない。しかし、ランプを点滅させ、ランプ電流ピークが連続点灯の倍近くともなると、瞬間的な熱電子の供給が困難となる。 When the lamp is lit continuously, the required amount of thermoelectrons is constant, so there is no problem with this design method. However, if the lamp is flashed and the lamp current peak is nearly double that of continuous lighting, instantaneous supply of thermoelectrons becomes difficult.
本発明を用いれば、始動ごとに発生するランプ電流ピークにおいても、エミッタから放出される熱電子が多くなるので、ランプの寿命を長くすることが出来るのである。 If the present invention is used, the number of thermionic electrons emitted from the emitter increases even at the lamp current peak generated at each start-up, so that the lamp life can be extended.
本発明により、CCFL(冷陰極蛍光ランプ)を用いた場合のようにランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となり、液晶表示装置に用いれば表示性能を向上することが可能である。 According to the present invention, instantaneous high-power lighting is possible without increasing the number of lamps as in the case of using CCFLs (cold cathode fluorescent lamps), and display performance can be improved when used in a liquid crystal display device. .
(実施形態2)
図5は本発明の実施形態2を示す回路図である。以下、その構成について説明する。図には、実施形態1と同様な構成の放電灯点灯回路に加え、調光信号発生器DIM1の調光信号とハーフフリッジ型インバータ回路HB1の出力電力検出信号Vs1を入力し、インバータ回路HB1のスイッチング周波数やスイッチオン時間を制御する誤差増幅器EA1が接続されている。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a circuit
図6は本実施形態の動作状態を示す図である。図には、ランプ電圧Vla,ランプ電流ila,調光信号DIM1,ランプから出力される光出力波形が示されている。ランプが点灯および消灯を繰り返す動作は、実施形態1と変わらない。実施形態2が実施形態1と大きく異なるのは、点灯期間にランプ電力を一定にするようにランプ電流が制御されている点である。すなわち、ランプ点灯期間において、ランプ始動直後にランプ電流を大きくし、ランプの光出力を一定に制御している。 FIG. 6 is a diagram showing an operation state of the present embodiment. In the figure, the lamp voltage Vla, the lamp current ila, the dimming signal DIM1, and the light output waveform output from the lamp are shown. The operation of repeatedly turning on and off the lamp is the same as in the first embodiment. The second embodiment is greatly different from the first embodiment in that the lamp current is controlled so as to keep the lamp power constant during the lighting period. That is, in the lamp lighting period, the lamp current is increased immediately after the lamp is started, and the light output of the lamp is controlled to be constant.
前述のとおり、ランプ始動直後にランプ電圧が低下する現象があるが、このときランプ電流を一定制御すると光立ち上がりが遅くなる。図7には、従来の制御での光立ち上がり波形が示されている。ランプの光出力が始動直後の初期で低くなるのは、ランプ電力が少なくなるからである。ランプ電力は、ランプ電圧とランプ電流の積で求まる。そして、この瞬時電力を制御することで光出力を早く立ち上げることが出来る。 As described above, there is a phenomenon in which the lamp voltage decreases immediately after starting the lamp. At this time, if the lamp current is controlled to be constant, the rise of light is delayed. FIG. 7 shows a light rising waveform in the conventional control. The reason why the light output of the lamp becomes low immediately after the start is that the lamp power is reduced. The lamp power is obtained by the product of the lamp voltage and the lamp current. By controlling this instantaneous power, the light output can be quickly started up.
本実施形態では、ランプ光出力を瞬時に安定化することが出来るので、温度やランプガスのばらつきによる光出力の波形変動を抑えることが出来る。その結果、理想的なインパルス光源を実現でき、液晶表示装置に応用すれば表示ボケが良好に改善できるのである。 In the present embodiment, the lamp light output can be instantaneously stabilized, so that fluctuations in the waveform of the light output due to variations in temperature and lamp gas can be suppressed. As a result, an ideal impulse light source can be realized, and display blur can be improved satisfactorily when applied to a liquid crystal display device.
本実施形態により、CCFLを用いた場合のようにランプ本数を増加させること無く、瞬時高出力点灯が可能となり、液晶表示装置に用いれば表示性能を向上することが可能となる。 According to the present embodiment, instantaneous high-power lighting can be performed without increasing the number of lamps as in the case of using CCFL, and display performance can be improved when used in a liquid crystal display device.
(実施形態3)
図8は本発明の実施形態3を示す回路図である。以下、その構成について説明する。本実施形態は、予熱回路HC2の電圧波形が異なる。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a circuit diagram showing Embodiment 3 of the present invention. Hereinafter, the configuration will be described. In the present embodiment, the voltage waveform of the preheating circuit HC2 is different.
図8には、実施形態1と同様な放電灯点灯回路が示されているが、予熱回路HC2のランプフィラメントに与える電圧波形が異なっている。すなわち、予熱回路HC2はハーフブリッジインバータであり、ランプフィラメントには、矩形波状の電圧が印加されている。 FIG. 8 shows a discharge lamp lighting circuit similar to that of the first embodiment, but the voltage waveform applied to the lamp filament of the preheating circuit HC2 is different. That is, the preheating circuit HC2 is a half-bridge inverter, and a rectangular wave voltage is applied to the lamp filament.
図9に、本実施形態の動作時の波形を示す。図には、ランプ電流ila、フィラメント電流if1,if2が示されている。if1の波形では、矩形波と分割された正弦波の合成波形が示されている。フィラメントに流れる矩形波電流の周波数は、ランプ電流周波数と同一である。ただし、矩形波電流の位相とランプ電流の位相は90度ずれている。 FIG. 9 shows waveforms during the operation of the present embodiment. In the figure, lamp current ila and filament currents if1 and if2 are shown. The waveform of if1 shows a combined waveform of a rectangular wave and a divided sine wave. The frequency of the rectangular wave current flowing through the filament is the same as the lamp current frequency. However, the phase of the rectangular wave current and the phase of the lamp current are shifted by 90 degrees.
期間Aでは、ランプ電流ilaが負であり、このとき電位の低いif1側の端子に電流が現れる。期間Bでは、ランプ電流ilaが負であり、このとき電位の低いif2側の端子に電流が現れる。期間Cでは、ランプ電流ilaが正であり、このとき電位の高いif1側の端子に電流が現れる。期間Dでは、ランプ電流ilaが正であり、このとき電位の高いif2側の端子に電流が現れる。 In the period A, the lamp current ila is negative, and a current appears at the terminal on the if1 side having a low potential. In the period B, the lamp current ila is negative, and at this time, a current appears at the terminal on the if2 side having a low potential. In the period C, the lamp current ila is positive, and at this time, a current appears at a terminal on the if1 side having a high potential. In the period D, the lamp current ila is positive, and a current appears at the terminal on the if2 side having a high potential at this time.
本実施形態が実施形態1と異なるのは、期間Aから期間B、期間Cから期間Dヘ移行する瞬間の動作である。すなわち本実施形態では、矩形波を用いることでランプ電流がif1からif2に移動する時間が短い。正弦波を用いるときは、緩やかにif1とif2の電流移動が起こるが、この場合、アークスポット発生が不安定となることがわかった。 The present embodiment is different from the first embodiment in the operation at the moment of transition from the period A to the period B and from the period C to the period D. That is, in this embodiment, the time for the lamp current to move from if1 to if2 is short by using a rectangular wave. When a sine wave is used, current movement of if1 and if2 occurs slowly, but in this case, it has been found that arc spot generation becomes unstable.
本実施形態のように矩形波を用いると、アークスポットの位置が安定し、フィラメント電極近傍のちらつきなどが低減できる。 When a rectangular wave is used as in this embodiment, the position of the arc spot is stabilized, and flickering near the filament electrode can be reduced.
本実施形態は特に、フィラメント予熱用の電圧周波数がランプ電流の周波数よりも高いときに効果を奏する。 This embodiment is particularly effective when the voltage frequency for filament preheating is higher than the frequency of the lamp current.
(実施形態4)
図10に実施形態4の説明図を示す。本実施形態は、スポット発生の位置に関するものである。液晶バックライトなどに用いられるランプとして、図10に示すような構造の熱陰極ランプ(シームレスランプ)が提案されている。この種のランプは、ランプ端部まで発光するので液晶表示装置のバックライトには好適である。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is an explanatory diagram of the fourth embodiment. This embodiment relates to the position of spot generation. As a lamp used for a liquid crystal backlight or the like, a hot cathode lamp (seamless lamp) having a structure as shown in FIG. 10 has been proposed. Since this type of lamp emits light up to the lamp end, it is suitable for a backlight of a liquid crystal display device.
図は、ランプフィラメントFE1とFE2を有するランプにおいてタブルスポット点灯を行う例である。図には、フィラメントFE1のE11からフィラメントFE2のE21の間でA放電が行われ、フィラメントFE1のE12からフィラメントFE2のE22の間でB放電が行われ、アークスポットが2箇所に発生する状態が示されている。 The figure shows an example in which double spot lighting is performed in a lamp having lamp filaments FE1 and FE2. In the figure, A discharge is performed between E11 of filament FE1 and E21 of filament FE2, B discharge is performed between E12 of filament FE1 and E22 of filament FE2, and arc spots are generated at two locations. It is shown.
本実施形態では、A放電とB放電の放電路の長さの変化を少なく出来るので、ランプ電圧が安定してちらつきなどが発生しないという効果を奏する。 In this embodiment, since the change in the length of the discharge path of the A discharge and the B discharge can be reduced, the lamp voltage is stable and flickering does not occur.
(実施形態5)
図11に実施形態5の構成を示す。本例は、調光の制御に関するものである。図11には、実施形態1と同様な放電灯点灯回路が示されているが、調光信号発生器DIM1がモード切替器SELで制御されることが異なる。
(Embodiment 5)
FIG. 11 shows the configuration of the fifth embodiment. This example relates to dimming control. FIG. 11 shows a discharge lamp lighting circuit similar to that of the first embodiment, except that the dimming signal generator DIM1 is controlled by the mode switch SEL.
モード切替器SELについて説明する。モード切替器SELは点滅点灯と連続点灯を切替えるモード切替信号を調光信号発生器DIM1に与える。モード切替信号によって連続点灯に切り替えるとき、調光信号発生器DIM1は、点滅点灯時の点灯時間と消灯時間の比率に応じて連続点灯のランプ電力を少なく設定する。また、このときフィラメントを予熱する予熱回路HC1の動作周波数を変更したり、予熱電力を減少させ、スポット発生を1箇所に変更する制御が行われる。 The mode switch SEL will be described. The mode switch SEL gives a mode switching signal for switching between blinking lighting and continuous lighting to the dimming signal generator DIM1. When switching to continuous lighting by the mode switching signal, the dimming signal generator DIM1 sets the lamp power for continuous lighting to be small according to the ratio between the lighting time and the light-off time at the time of blinking lighting. At this time, control is performed such that the operating frequency of the preheating circuit HC1 for preheating the filament is changed, the preheating power is reduced, and spot generation is changed to one place.
図12は、本実施形態の動作状態を示す図である。図には、ランプ電圧Vla、ランプ電流ila、調光信号発生器DIM1出力、モード切替器SELの切替信号、光出力が示されている。 FIG. 12 is a diagram illustrating an operation state of the present embodiment. In the figure, lamp voltage Vla, lamp current ila, dimming signal generator DIM1 output, switching signal of mode switch SEL, and light output are shown.
時間t2以前ではモード切替器SELはLow信号を出力し、時間t2以降ではHigh信号を出力している。時間t2以前は、ランプは周期的に点滅する状態である。時間t5において始動電圧がランプに与えられ、時間t6でランプは始動し、それ以降はランプは連続点灯状態となる。t2からt5の時間は、t2以前のランプ消灯時間が設定される。 Before the time t2, the mode switch SEL outputs a Low signal, and after the time t2, outputs a High signal. Before time t2, the lamp is in a state of periodically flashing. A starting voltage is applied to the lamp at time t5, the lamp starts at time t6, and the lamp is continuously lit thereafter. During the period from t2 to t5, the lamp extinguishing time before t2 is set.
図13にモード切替時の光出力波形を示す。図には、ランプ電力、モード切替器SELの切替信号、光出力の平均値が示されている。時間t2の時点でランプ点灯が点滅点灯から連続点灯に変更されている。つまり、t2以前ではランプ電力は、インパルス的にランプに与えられているが、t2以降では連続した電力で与えられるようになる。光出力波形の平均値は、t2以前とt2以後とで変化の無いように制御されている。すなわち、ランプの放電管平均電力は同じになるように制御が行われる。 FIG. 13 shows an optical output waveform at the time of mode switching. In the figure, the average value of the lamp power, the switching signal of the mode switch SEL, and the light output is shown. At time t2, the lamp lighting is changed from blinking lighting to continuous lighting. That is, the lamp power is given to the lamp in an impulse manner before t2, but after t2, it is given as a continuous power. The average value of the optical output waveform is controlled so that there is no change between before t2 and after t2. That is, control is performed so that the average discharge tube power of the lamp is the same.
本実施形態によれば、ランプの電極損失を低減し、ランプの発光効率を改善できる。熱陰極ランプをインパルス点灯させると、ランプの発光効率が低下する。これは、ランプの電極損失が増加するためである。ランプ電極損失というのは、フィラメントを加熱するための電力と、ランプの陰極降下電圧部による発熱の2つの要素に分けて考えられる。特にフィラメントを加熱する電力については、ランプ消灯期間が存在することからも増加することがわかる。 According to this embodiment, the electrode loss of the lamp can be reduced and the luminous efficiency of the lamp can be improved. When the hot cathode lamp is turned on by impulse, the luminous efficiency of the lamp decreases. This is because the electrode loss of the lamp increases. The lamp electrode loss is considered to be divided into two elements, that is, electric power for heating the filament and heat generation by the cathode fall voltage part of the lamp. In particular, it can be seen that the electric power for heating the filament increases because the lamp extinction period exists.
たとえば、ランプ点灯の時間比が50%である場合を考える。この場合、ランプ消灯期間ではフィラメント温度を最適に保つための予熱電力が必要となる。これは、再始動時の熱電子供給が十分行われるために必要な電力である。一般的にフィラメントには、いつでも始動できる状態に温度を保持するためには、ランプ電流が無い状態で1電極あたり1〜2W程度の電力を与え続ける必要がある。つまり、ランプ点灯の時間比が50%の場合では、ランプ発光に寄与しない電力が1フィラメントあたり平均0.5W〜1W発生していることになる。液晶表示装置に熱陰極ランプを使用するときは、32インチで少なくとも4本程度必要であるので、この損失は、4〜8W程度発生してしまうのである。したがって、液晶表示装置全体のエネルギー効率を大きく下げてしまう欠点がある。連続点灯においてはこのような損失がない。 For example, consider a case where the lamp lighting time ratio is 50%. In this case, preheating power is required to keep the filament temperature optimal during the lamp extinction period. This is electric power necessary for sufficient supply of thermoelectrons during restart. In general, in order to maintain the temperature in a state where the filament can be started at any time, it is necessary to continuously apply a power of about 1 to 2 W per electrode in the absence of a lamp current. That is, when the lamp lighting time ratio is 50%, an average of 0.5 W to 1 W of electric power that does not contribute to lamp emission is generated per filament. When a hot cathode lamp is used in a liquid crystal display device, at least about 4 lamps are required for 32 inches, and this loss is generated at about 4 to 8 W. Therefore, there is a drawback that the energy efficiency of the entire liquid crystal display device is greatly reduced. There is no such loss in continuous lighting.
本実施形態は、光出力を一定にしたまま、モード切替器SELからの切替信号によりダブルスポットの点滅点灯からシングルスポットの連続点灯に切り替えることで、たとえば表示ボケの少ない映像信号では連続点灯に変更し、液晶表示装置のエネルギー消費を低減できるのである。 In the present embodiment, the light output is kept constant, and the switching signal from the mode switch SEL is switched from the blinking lighting of the double spot to the continuous lighting of the single spot, so that, for example, the video signal with little display blur is changed to the continuous lighting. In addition, the energy consumption of the liquid crystal display device can be reduced.
なお、モード切替器SELの切替信号は、映像信号内容や番組内容から判定して生成しても良い。この場合、使用者が特に操作しなくても電力消費を低減できるので好適である。 Note that the switching signal of the mode switch SEL may be generated by determining from the video signal content or the program content. In this case, the power consumption can be reduced even if the user does not perform any operation, which is preferable.
(実施形態6)
図14に実施形態6の動作を示す。本例は、ランプ始動直後の光出力特性を改善し、光出力の立ち上がりを加速するものである。図には、ランプ電力、光出力の平均値が示されている。
(Embodiment 6)
FIG. 14 shows the operation of the sixth embodiment. This example improves the light output characteristics immediately after starting the lamp and accelerates the rise of the light output. In the figure, average values of lamp power and light output are shown.
時間t0で液晶表示装置の電源が投入され、ランプが始動する。時間t0〜t10でランプは連続的に点灯している。この間、アークスポットは2つに分割され、かつランプ電流は最大電流で点灯する。最大電流というのは、フィラメントに与える予熱電流を最小としたときに、アークスポット温度が設計上限を超えない状態でのランプ電流の最大値である。そして、所定の時間t10となった時点で、制御は通常の点灯状態に移行する。 At time t0, the power of the liquid crystal display device is turned on and the lamp is started. The lamp is continuously lit at time t0 to t10. During this time, the arc spot is divided into two and the lamp current is lit at the maximum current. The maximum current is the maximum value of the lamp current when the arc spot temperature does not exceed the design upper limit when the preheating current applied to the filament is minimized. Then, when the predetermined time t10 is reached, the control shifts to a normal lighting state.
時間t10については、ランプのガス組成などから最適値が求まるが、およそ1〜2分程度である。そして時間t20の時点でモード切替信号が発生すると、ランプは連続点灯状態に移行する。 About time t10, although an optimal value is calculated | required from the gas composition etc. of a lamp | ramp, it is about 1-2 minutes. When a mode switching signal is generated at time t20, the lamp shifts to a continuous lighting state.
以上の制御により、ランプ始動直後のランプ低温状態において、光束立ち上がりを改善することが出来る。 With the above control, the rising of the luminous flux can be improved in the lamp low temperature state immediately after the lamp is started.
図15には、比較のために従来の制御での光立ち上がり波形が示されている。 FIG. 15 shows a light rising waveform in the conventional control for comparison.
CCFL(冷陰極蛍光ランプ)などにおいてもランプ輝度を早く立ち上げるためにランプ電流を一時増加させる技術がある。しかし、CCFLについては電流を増加させると寿命が悪化することもあるので、長い時間の電流増加点灯は不可能である。これに対してHCFL(熱陰極蛍光ランプ)においては、フィラメント温度を最適に保つことで、寿命を損なうことなく高出力が可能である。 In CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) and the like, there is a technique for temporarily increasing the lamp current in order to quickly increase the lamp brightness. However, with CCFL, if the current is increased, the life may be deteriorated, so that the current increase lighting for a long time is impossible. On the other hand, in the HCFL (hot cathode fluorescent lamp), high output is possible without impairing the life by keeping the filament temperature optimal.
本実施形態を用いれば、ランプ寿命を満足させながらランプの光出力を早く安定にすることが出来る。 If this embodiment is used, the light output of the lamp can be stabilized quickly while satisfying the lamp life.
なお、実施形態1〜6の制御は図16に示すような2灯点灯回路にも適用できる。図16の2灯点灯回路では、図5の実施形態において、2灯のランプFL1A,FL1Bを直列接続し、各フィラメントを予熱トランスTr1,Tr2,Tr3の2次側出力により予熱している。予熱トランスTr1,Tr2,Tr3の1次側は直列に接続され、コンデンサCr2の両端電圧を印加されている。その他の構成は図5の実施形態と同様である。 In addition, control of Embodiments 1-6 is applicable also to a 2 lamp lighting circuit as shown in FIG. In the two-lamp lighting circuit of FIG. 16, in the embodiment of FIG. 5, two lamps FL1A and FL1B are connected in series, and each filament is preheated by the secondary side outputs of the preheating transformers Tr1, Tr2 and Tr3. The primary sides of the preheating transformers Tr1, Tr2, Tr3 are connected in series, and the voltage across the capacitor Cr2 is applied. Other configurations are the same as those of the embodiment of FIG.
(実施形態7)
図17に実施形態7の回路図を示す。本例は、液晶表示装置において複数のランプをインパルス点灯し、表示ボケを改善する例である。図には、実施形態1と同様な放電灯点灯回路が設けられており、力率改善回路PFC1の出力に予熱回路を含むインバータ回路INV1〜INV4が4つ並列に接続されている。また、調光信号発生器Dimから、調光信号d1〜d4がそれぞれINV1〜INV4の発振制御回路OSC1〜OSC4に入力されている。
(Embodiment 7)
FIG. 17 shows a circuit diagram of the seventh embodiment. In this example, a plurality of lamps are impulse-lighted in a liquid crystal display device to improve display blur. In the figure, a discharge lamp lighting circuit similar to that of the first embodiment is provided, and four inverter circuits INV1 to INV4 including a preheating circuit are connected in parallel to the output of the power factor correction circuit PFC1. The dimming signals d1 to d4 are input from the dimming signal generator Dim to the oscillation control circuits OSC1 to OSC4 of INV1 to INV4, respectively.
なお、実際の液晶表示装置では、図19に示すように、ランプFL1〜FL4は4本並列に並ベられて配置されている。 In an actual liquid crystal display device, as shown in FIG. 19, four lamps FL1 to FL4 are arranged in parallel.
図18は各部の動作タイミングを示す図である。図には、ランプFL1〜FL4のランプ電流と、調光信号d1〜d4が示されている。調光信号d1〜d4は画像表示信号の更新周期に同期して出力される。各ランプFL1〜FL4は、調光信号d1〜d4に対応して点滅している。たとえば、インバータINV1は、調光信号d1に応じて点灯−消灯の動作を行っている。そして、図のようにランプを順々に点灯させることにより液晶表示装置の表示ボケを改善することが出来る。 FIG. 18 is a diagram showing the operation timing of each part. In the figure, lamp currents of the lamps FL1 to FL4 and dimming signals d1 to d4 are shown. The dimming signals d1 to d4 are output in synchronization with the update cycle of the image display signal. Each lamp FL1-FL4 blinks corresponding to the dimming signals d1-d4. For example, the inverter INV1 performs a turn-on / off operation according to the dimming signal d1. Then, the display blur of the liquid crystal display device can be improved by sequentially turning on the lamps as shown in the figure.
本実施形態を用いれば、液晶表示装置の欠点である表示ボケを簡単に改善可能であり、特に動画表示性能を改善することができる。 By using this embodiment, it is possible to easily improve display blur, which is a drawback of the liquid crystal display device, and in particular, it is possible to improve moving image display performance.
(実施形態8)
図19は実施形態1〜7の放電灯点灯装置を用いた液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。液晶パネルLCPの背面(直下)にバックライトが配置されており、バックライトは、筐体22と、この上に設置された反射板23及び複数の熱陰極蛍光ランプFL1〜FL4と、その上方に設置された拡散板25、プリズムシート等の光学シート26とから構成されている。また、筐体22の背面に熱陰極ランプFL1〜FL4を点灯するインバータの基板21が設置されている。反射板23は各熱陰極ランプFL1〜FL4の照射光を有効に前面に指向させるものである。拡散板25は熱陰極ランプFL1〜FL4及び反射板23からの光を拡散させて前面への照明光の明るさ分布を平均化する機能を有する。
(Embodiment 8)
FIG. 19 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device using the discharge lamp lighting device of the first to seventh embodiments. A backlight is disposed on the back surface (directly below) of the liquid crystal panel LCP. The backlight includes a housing 22, a
FL 熱陰極ランプ
HB1 インバータ回路
HC1 予熱回路
FL Hot cathode lamp HB1 Inverter circuit HC1 Preheating circuit
Claims (9)
前記熱陰極ランプのフィラメントに電力を与える予熱回路を備え、
前記点灯回路は、
前記熱陰極ランプのフィラメントに発生する輝点数が2つとなる主点灯期間と、
前記主点灯期間と比ベてランプ光束出力が小さくかつ輝点数が1つ以下となる少なくとも1つの調光待機期間を有し、
前記主点灯期間と前記調光待機期間を周期的に繰り返すことを特徴とする放電灯点灯装置。 A lighting circuit for lighting a hot cathode lamp at a high frequency;
A preheating circuit for supplying power to the filament of the hot cathode lamp;
The lighting circuit is
A main lighting period in which the number of bright spots generated in the filament of the hot cathode lamp is two;
Having at least one dimming standby period in which the lamp luminous flux output is smaller than the main lighting period and the number of bright spots is one or less,
The discharge lamp lighting device characterized by periodically repeating the main lighting period and the dimming standby period.
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---|---|---|---|
JP2007331166A JP2009152154A (en) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | Discharge lamp lighting device, and backlighting device for liquid crystal display |
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Publications (1)
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