JPH1126157A

JPH1126157A - Ｅｌランプ発光回路

Info

Publication number: JPH1126157A
Application number: JP9176207A
Authority: JP
Inventors: Noboru Abe; 昇安倍
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な回路構成によりＥＬランプの長寿命化
をはかる。【解決手段】昇圧型コンバータによるＥＬ発光回路に
おいて、ＥＬランプに実質的に直流分を除去して交流電
圧を加えることによってＥＬランプの寿命を従来に比べ
て大幅に延ばした。具体的にはＥＬランプに直列にコン
デンサまたは並列に高抵抗を挿入することで解決したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話やカメラ
などの携帯機器の液晶ディスプレイに使用されるエレク
トロルミネッセンス（電子無熱発光、以下ＥＬと省
略。）を応用したＥＬランプの発光回路に関するもので
ある。詳しくは、ＥＬランプに印加する電圧から直流分
を除くかあるいは実質的に低減することによって、ＥＬ
ランプの長寿命化が可能な回路構成に関わるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬランプの発光体はフィルム状に形成
され、他のランプと比較すると寿命は短い欠点があるも
のの、発熱しないため温度変化に敏感な特性を持つ液晶
ディスプレイに密着させることが可能なバックライトで
ある。さらに、発光効率が高いため、電池の消耗が少な
くてすみ、携帯機器に最適な薄型のバックライトとして
注目されている。従来のＥＬランプ発光回路は半導体素
子等から構成される正弦波発振あるいは発生回路から得
られる数ｋＨｚの交流電圧を、トランスで数十Ｖ程度に
昇圧してＥＬランプの電極間に電圧を印加する構成が一
般的であった。しかし、近年回路構成の簡略化と低コス
ト化を目的として新しい発光回路が考案され実用化され
ている。

【０００３】例えば、図３はその回路構成の一例を示す
ものである。図示するようにインダクタ５１、転流用ダ
イオード５２およびチョッピング動作をさせる半導体ス
イッチ５３とで構成される昇圧型コンバータとこの昇圧
型コンバータの出力電圧を制御する半導体スイッチ５４
が主要構成要素である。この従来方式の回路動作を図７
に示す電圧波形を用いて説明することにする。なお、図
７はＥＬランプ２の表面電極２０と裏面電極２９に印加
する電極間電圧Ｖ０であり、図に示すようにピーク電圧
数十Ｖ程度の毎秒２００〜４００回の繰り返し周期を持
つ脈動分の多い直流電圧である。まず、ｔ１期間では半
導体スイッチ５４をオフに制御するもので、その場合の
動作は以下のようである。電池１の直流電圧は、制御回
路４の電源端子に接続されているとともに、半導体スイ
ッチ５３に直列にインダクタ５１が接続される。半導体
スイッチ５３がオンすると、電池１の電圧がインダクタ
５１に印加されるため、インダクタ５１の電流が指数関
数的に増加する。所要時間を経過した後、半導体スイッ
チ５３をオフすると転流ダイオード５２にインダクタ５
１の電流が流れ、端子２０および２９に電圧が印加され
ることになる。以上に説明したオン・オフ動作を１サイ
クルとして半導体スイッチ５３を制御すると、電池１よ
り高い電圧をＥＬランプ２に加えることができる。次
に、期間ｔ１が終わり期間ｔ２に入ると半導体スイッチ
５４をオンにする。この期間表面および裏面電極２０、
２９は短絡されることになるため、ＥＬランプ２にはコ
ンバータの出力電圧が印加されなくなる。さらに、期間
ｔ２後には半導体スイッチ５４を再度オフにするため、
ＥＬランプ２にはゼロから始まる電圧が加わることにな
る。

【０００４】以上動作からわかるように、ＥＬランプ２
に印加される電圧Ｖ０は半導体スイッチ５４のオン・オ
フ制御によりピーク電圧の高い脈動直流電圧であり、そ
の基本波周波数は数百Ｈｚに制御される。この脈動電圧
をＥＬランプ２に印加することで発光させている。ま
た、電圧Ｖ０の波形においてｔ１期間中に現れる小振幅
のリップル電圧は、半導体スイッチ５３のオン・オフ周
期と一致するものである。以上の動作からわかるように
半導体スイッチ５３は５４より１０倍以上多いオン・オ
フ動作を繰り返すことが特徴である。

【０００５】ここで、ＥＬランプ２の断面構造を図６に
示す。発光体２６と絶縁体２７は表面電極（透明）２０
と裏面電極２９の間に挟まれ、さらに表面保護層２５お
よび裏面保護層２８に覆われる構造である。表面および
裏面電極間２０、２９に図７に示す電圧を印加すると、
発光体２６に電界が加わるため光が励起し、その結果光
が表面電極２０および表面保護層２５を通過して外部に
出射する。図５はＥＬランプの等価回路を示すもので、
コンデンサ２３は発光体２６による等価コンデンサであ
る。また、コンデンサ２３と並列の抵抗２１は印加電圧
を光に変換するための等価抵抗を表すものである。図７
に示す電圧Ｖｏに直流分が含まれていても抵抗２１に電
流が流れるため、この等価回路から発光作用が起こるを
説明できる。

【０００６】また、従来から交流印加方式も使用されて
いた。その回路方式の図４に、ＥＬランプ印加電圧波形
を図８に示す。図示するように電池１の直流電圧を半導
体スイッチ５３を通してインダクタ５１が接続される
が、半導体スイッチ５４〜５７が設けられ、表面電極２
０および裏面電極２９に対してブリッジ構成に接続され
ている点が図３の場合と異なる。インダクタ５１、転流
用ダイオード５２および半導体スイッチ５３で構成され
る昇圧型コンバータの動作は図３の場合と全く同一であ
る。しかしながら交流電圧を得るために、図４の回路構
成では極性の切り替えを行うために設けたものである。
即ち、ｔ１の期間は半導体スイッチ５４と５７をオンに
し、一方半導体スイッチ５５と５６はオフに制御する。
ｔ１期間が過ぎてｔ２に入ると、逆に半導体スイッチ５
５と５６がオンし、５４と５７はオフする。ｔ１＝ｔ２
に制御することにより図８に示す電圧はゼロレベルを中
心に対称的な波形になる。この方式であれば、直流分が
含まれず交流電圧をＥＬランプに印加することが可能で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７のＶｏ電
圧波形のように直流分が含まれてると、ＥＬランプに小
さい点の非発光部分が発生して、その非発光部分が時間
とともに広がる現象を本願発明者が発見したものであ
る。このような課題を解決する検討プロセスにおいて、
直流分を含まない交流電圧の印加時を比較すると、同じ
輝度の条件では直流分を含む場合、ＥＬランプの印加
電圧は、発光しない直流成分の影響で、ＥＬランプの輝
度特性を必要以上に低下させ寿命を短くすることにな
り、ＥＬランプの欠点である短寿命を、さらに悪化させ
ることになる。また、図４の方式では回路構成と動作が
複雑であり、小形に設計できないばかりか、高価になっ
てしまう。半導体スイッチ数が多いため、スイッチング
損失あるいは信頼性確保の点で問題があった。さらに、
表面電極２０と裏面電極２９の電位が図８に示すピーク
電圧まで振られ一定に保たれないため、電極部から外部
へ輻射ノイズを放出しやすい構造であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＥＬランプに
実質的に交流電圧を印加する手段を備えることにより従
来技術の課題を解決することに至ったものである。具体
的には、ＥＬランプ２に直列にコンデンサ３１を追加す
ることで、コンバータ出力電圧に含まれる直流分を除く
ものである。複雑な回路構成を使用せず、また回路変更
も必要ない。ＥＬランプに直列にコンデンサを挿入する
ことは、従来の回路技術では極普通に行われるものであ
るが、昇圧型コンバータを用いたＥＬ発光回路にコンデ
ンサを挿入した従来技術は見あたらない。また、抵抗を
ＥＬランプに並列に挿入することも同様である。これは
本発明がＥＬランプに実質的に交流電圧を印加すること
により従来技術の課題を解決できることを見いだした結
果である。さらに付け加えると、波形の歪みあるいは対
称性等にはあまり影響されず、実質的に直流分を低く抑
えた交流電圧であれば、本発明の目的効果は得られるも
のである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の回路図
であって、電池１から、インダクタ５１を通して、半導
体スイッチ５３に接続する。インダクタ５１と半導体ス
イッチ５３の接続点より、ダイオード５２を通してＥＬ
ランプ２の一方の電極に接続するともに、抵抗３３を通
して半導体スイッチ５４にも接続する。電池１と半導体
スイッチ５３の接続点から、半導体スイッチ５４に接続
するとともに、コンデンサ３１を通してＥＬランプ２の
もう一方の電極に接続する。ＥＬランプ２と並列に抵抗
３２を接続する。半導体スイッチ５３と５４を制御回路
４で、開閉制御する。

【００１０】図１の動作を図７を用いて説明する。半導
体スイッチ５４が２．５ｍｓ開状態でいるとき（図７の
ｔ１）、半導体スイッチ５３を、２０ｋＨｚでオンオフ
してその比率が９０％（閉＝４５μｓ、開＝５μｓ）で
開閉させる。この半導体スイッチ５３が閉すると、電池
１の電圧がインダクタ５１に印加されて、インダクタ５
１の電流が増加する。このインダクタ５１に蓄えられた
エネルギーが、半導体スイッチ５３が開したときに、イ
ンダクタ５１からダイオード５２とＥＬランプ２とコン
デンサ３１と電池１を通りに転流する。これにより、Ｅ
Ｌランプ２とコンデンサ３１が充電される。コンデンサ
３１値は、ＥＬランプ２の容量値（２ｎＦ）より十分大
きい値（１００ｎＦ）に設定されているため、コンデン
サ３１の充電電圧より、ＥＬランプ２の充電電圧の方が
十分大きい値に充電される。

【００１１】次に、半導体スイッチ５４が２．５ｍｓ閉
しているとき（図７のｔ２）、半導体スイッチ５３は、
開閉せずに開状態を続ける。このとき、コンデンサ３１
とＥＬランプ２の電圧を抵抗３３を通して半導体スイッ
チ５４で放電する。抵抗３３の値は、ＥＬランプ２の放
電時定数を設定するもので、ＥＬランプ２の内部容量と
ＥＬランプ２の電圧周波数から選定される。一般的にＥ
Ｌランプ２の内部容量は１〜１００ｎＦで、ＥＬランプ
２の電圧周波数は５０〜５０００Ｈｚ程度あることか
ら、１〜１００ｋΩ程度が選定される。また、抵抗３３
をの代わりに、半導体スイッチ５４のスイッチング速度
を制御して、ＥＬランプ２の放電時間を制御している場
合もある。ＥＬランプ２と並列に接続されている高抵抗
値（１０ＭΩ）の抵抗３２の働きで、コンデンサ３１に
充電された直流電圧分が、ＥＬランプ２に逆電圧として
印可されることで、ＥＬランプ２の直流電圧分がなくな
る。ＥＬランプ２の表面電極が接続されているコンデン
サ３１の電圧は、図７のＶｃの値を示す。一方、ダイオ
ード５２のカソードと半導体スイッチ５４の接続点であ
るＥＬランプ２の裏面電極は、図７のＶｏの波形電圧を
示す。

【００１２】一般的には、コンデンサ３１のもれ電流値
に対して、ＥＬランプ２のもれ電流値の方が十分に大き
い値であることが多く、特に抵抗３２を接続しなくとも
同様な効果を得られる。コンデンサ３１とＥＬランプ２
の接続がことなる本発明の回路例を、図２に示す。動作
は図１と同じであるが、ＥＬランプ２の表面電極が電池
１の負電位に接続されている。このことは、輻射ノイズ
の軽減効果がさらに期待できる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明のＥＬランプ
発光回路は、複雑な回路方式を使用せずに、ＥＬランプ
に発光に必要な電圧である交流分のみを印可できる。こ
のことで、ＥＬランプの欠点である寿命を縮めずに発光
できる。さらに、表面電極を安定電位に接続することが
可能で、発生させる輻射ノイズを最小限度に押さえるこ
とができる。また、回路構成が複雑でないため小さく設
計できる。さらに、変換効率が良いため、電池の消耗が
少ない。本発明は、ＥＬランプの欠点を補いその利点を
十分に発揮できるＥＬランプの発光回路を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例を示す回路

【図２】本発明の他の実施例

【図３】従来方式の回路図

【図４】従来の回路構成

【図５】ＥＬの等価回路

【図６】ＥＬの断面構造

【図７】ＥＬランプの電圧波形

【図８】ＥＬランプの他の電圧波形例

【符号の説明】

１電池、２ＥＬランプ、４制御回路、２０表面
透明電極、２１，２２内部等価抵抗、２３，２４内
部等価コンデンサ、２５表面（透明）保護層、２６
発光体、２７絶縁層、２８裏面保護膜、２９裏面
電極、５１インダクタ、５２転流ダイオード、５３〜
５７半導体スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インダクタ、転流ダイオードおよび半導
体スイッチで構成される昇圧型コンバータと、この昇圧
型コンバータの出力電圧を制御する半導体スイッチを備
えてＥＬランプに電圧を供給するＥＬ発光回路におい
て、前記ＥＬランプに印加する電圧に直流成分を低減す
るか若しくは実質的になくす手段を備えたことを特徴と
するＥＬランプ発光回路。
【請求項２】請求項１において、前記交流電圧印加手
段はＥＬランプに対してコンデンサを直列に接続して構
成したことを特徴とするＥＬ発光回路。
【請求項３】請求項１において、前記交流電圧印加手
段はＥＬランプに対して並列に抵抗を接続して構成した
ことを特徴とするＥＬ発光回路。
【請求項４】請求項１において、前記交流電圧印加手
段はＥＬランプに対してコンデンサを直列にかつ抵抗を
並列に接続して構成したことを特徴とするＥＬ発光回
路。
【請求項５】請求項２または４のいずれかにおいて、
前記コンデンサの容量はＥＬランプの等価入力容量より
十分大きいことを特徴とするＥＬ発光回路。