CN102196612A - 场致发射型光源的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场致发射型光源的驱动装置，其通过1个驱动装置对多个场致发射型光源进行恒定功率驱动，避免由于电路部件增大所造成的装置的大型化及成本上升。对代表光源，由功率控制电路，通过电阻检测阴极电流并控制高压稳定电路，将由电阻对高压稳定电路的输出电压进行分压而得到的门极电压驱动控制为适当的电压。另外，对其他的光源，由功率控制电路，使由电阻对输出电压进行阻抗分压的分压比，通过对控制元件的接通控制而使其可变，并控制各光源的门极电流使其与代表光源的门极电流相同。这样，即使是由于所有光源的个体差异及由老化造成的特性波动，进而阳极电压的变动等造成的特性波动，也可以以恒定功率进行驱动。

Description

场致发射型光源的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种场致发射型光源的驱动装置，该场致发射型光源通过从电子发射源场致发射的电子使荧光体受激发光。

背景技术

近年来，相对于被称为白炽灯泡及荧光灯的现有的光源，正在开发场致发射型的光源。这种光源是在真空容器内对具有电子发射源的阴极电极施加正的电压，从而使电子受激发射，并使发射的电子冲撞阳极电极上的荧光体，从而发出荧光，通过适当控制在阴极电极和阳极电极之间设置的门极电极的电压，可以降低消耗功率，同时获得高亮度的发光。

为了驱动这种场致发射型光源，需要由转换电源等得到的高压直流电压，例如，在专利文献1中，公开了如下的技术：使用利用了杂散静电容量的谐振电路，该谐振电路具有对被转换的输入电压进行升压的升压变压器，通过使该谐振电路的谐振条件与转换信号的ON/OFF定时匹配，排除由电源电路的构成部件造成的损失而提高电压转换效率，同时可以实现整体电路结构的简单化、小型化及低成本化。

专利文献：日本特开2009-238414号公报

发明内容

但是，在场致发射型光源中，不可避免地存在电子发射源及荧光体的特性的波动、电极间距离的制造的波动、因老化等导致的光源的特性的波动，即使对多个光源以相同的功率进行驱动，也存在对每个光源进行最佳驱动的条件不同的问题。

因此，在使用多个场致发射型光源用于照明等，希望以相同功率获得均匀的发光的情况下，当前只能为每个光源准备驱动装置，这样会由于电路部件的增多而导致驱动装置整体的大型化、成本上升。

本发明鉴于上述问题，提出了一种场致发射型光源的驱动装置，其可以由1个驱动装置以恒定功率驱动多个场致发射型光源，并可以避免由于电路部件增大而造成的装置的大型化及成本上升。

为了实现上述目的，根据本发明的场致发射型光源的驱动装置，其以由规定个数的光源构成的代表光源为基准，对多个场致发射型光源进行驱动，其特征在于，具有：第1控制部，其控制用于生成与所述代表光源相适应的代表门极电压的稳定化电压，并以所述代表门极电压对所述代表光源进行驱动控制；以及第2控制部，其以对施加所述代表门极电压的稳定化电压进行分压而得到的门极电压，对所述代表光源以外的其它的光源进行驱动，并且控制所述稳定化电压的分压比而进行驱动控制，以成为与所述代表光源相同的功率。

另外，根据本发明的场致发射型光源的驱动装置，是对多个场致发射型光源进行驱动的场致发射型光源的驱动装置，其特征在于，具有：第3控制部，其控制用于生成与所述多个场致发射型光源全体相适应的门极电压的稳定化电压；以及第4控制部，其以对所述稳定化电压进行分压而得到的门极电压，分别驱动所述多个场致发射型光源，并且，控制所述稳定化电压的分压比而进行驱动控制，以使得所有的光源成为相同的功率。

发明的效果

根据本发明，可以由1个驱动装置以恒定功率驱动多个场致发射型光源，并可以避免由于电路部件增大而造成的装置的大型化及成本上升。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式涉及的光源驱动装置的电路模块图。

图2同上，是表示门极电压和光源电流之间的关系的特性图。

图3同上，是表示功率控制电路的基本构成图。

图4同上，是表示、率控制电路中的各部分的电压及电流的说明图。

图5同上，是表示光源功率和光源电压之间关系的说明图。

图6是表示本发明的第2实施方式涉及的光源驱动装置的电路模块图。

图7同上，是表示高压控制电路的构成图。

图8同上，是表示向高压控制电路输入的电压和各部分的电压之间关系的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

首先，对本发明的第1实施方式进行说明。如图1所示，第1实施方式中的光源驱动装置1，将成为多个的n个(n为大于或等于2的自然数)场致发射型光源L1、L2、…、Ln作为驱动对象，以高压稳定电路10和功率控制电路20作为主要部件而构成，其中，该高压稳定电路10由输入电压VGin生成直流高电压并供给稳定化后的电压，该直流高电压用于生成向各场致发射型光源施加的门极电压，该功率控制电路20控制多个场致发射型光源L1、L2、…、Ln的门极电压，并以恒定功率驱动各场致发射型光源。

场致发射型光源(以下简称为“光源”)L1、L2、…、Ln是公知的冷阴极场致发射型发光装置，其通过在真空中使从电子发射源场致发射的电子，以高速与荧光体碰撞，从而使荧光体受激发光。本光源驱动装置1以3极构造的光源作为驱动对象，该3极构造为，在真空容器的内部以一定间隔配置具有电子发射源的阴极电极和具有荧光体的阳极电极，并在阴极电极和阳极电极之间配置门极电极。

这些光源L1、L2、…、Ln，是使电子发射源及荧光体的特性波动、电极间距离的制造波动、由老化等引起的光源的特性的波动处于一定范围内而选定的。光源驱动装置1将这些光源L1、L2、…、Ln中的任意的光源作为代表光源，以与该代表光源的特性相对应的门极电压进行驱动，并且，与以代表光源为基准的特性波动量对应，控制其它的光源的门极电压。

以下，对选定多个光源L1、L2、…、Ln中的1个光源作为代表光源，代表光源为光源L1的情况进行说明。这时，某个恒定的阳极电压Va下的光源L1的光源电流(阴极电流)和门极电压之间的关系，如图2中粗线所示的曲线所示。与之相对，光源L2、…、Ln由于特性的波动，即使是相同的阳极电压，光源电流和门极电压之间的关系也存在如图2中的虚线所围区域内的波动，如果以与代表光源L1相同的门极电压对光源L2、…、Ln进行驱动，则光源功率会波动。

因此，在对作为代表光源的光源L1以成为恒定功率的门极电压Vg进行驱动，光源电流为恒定的电流值Ik时，通过在作为波动幅度ΔVg的幅度内控制其它的光源L2、…、Ln的门极电压，从而可以对光源L2、…、Ln，以与代表光源L1相同的光源电流Ik进行驱动。这样，相对于光源特性的波动、进而阳极电压的变动，均可以以恒定功率驱动所有的光源L1、L2、…、Ln。

此外，在图2中，为了方便，将作为代表光源的光源L1的特性，表示在由光源L2、…、Ln形成的波动幅度的中心附近，但是作为代表光源，其光源特性没必要在所有光源的中心，可以将波动幅度处于规定范围内的多个光源中的任意光源作为代表光源。这是因为，本实施方式中的光源驱动装置1，并不是根据与特性波动幅度的中心之间的差控制代表光源以外的光源，而是根据其与代表光源特性之间的差进行控制。

具体地说，各光源L1、L2、…、Ln的门极电极G1、G2、…、Gn，分别经由电阻R1_1、R2_1、…、Rn_1与高压稳定电路10的输出端连接，并且经由电阻R1_2、R2_2、…、Rn_2接地。另外，在代表光源L1以外的光源L2、…、Ln的门极电极G2、…、Gn上，相对于电阻R2_2、…、Rn_2并联连接由场效应晶体管(FET)等构成的控制元件Q2、…、Qn。

而且，各光源L1、L2、…、Ln的阴极电极K1、K2、…、Kn，分别经由阴极电流检测用电阻Rk1、Rk2、…、Rkn接地，各电阻Rk1、Rk2、…、Rkn的阴极电极侧与功率控制电路20的输入端连接。此外，在各光源L1、L2、…、Ln的阳极电极A1、A2、…An上，由未图示的电源电路施加比门极电压更高的阳极电压Va。

功率控制电路20输入电阻Rk1的两端电压，生成控制高压稳定电路10的控制信号，并且输入电阻Rk2、…、Rkn的两端电压，生成对各控制元件Q2、…、Qn进行驱动控制的控制信号。即，功率控制电路20通过作为第1控制部的功能，对于代表光源L1，通过与阴极电极K1连接的电阻Rk1检测阴极电流Ik，并控制高压稳定电路10而进行驱动控制，以使得门极电压成为使代表光源L1的阴极电流Ik恒定的适当的电压，该门极电压是由电阻R1_1、R1_2对来自高压稳定电路10的输出电压Vgo进行分压而得到的。

另外，功率控制电路20通过作为第2控制部的功能，针对高压稳定电路10的输出电压Vgo，通过对控制元件Q2、…、Qn的导通控制而使由电阻R2_1、R2_2、…、Rn_1、Rn_2得到的阻抗分压的分压比可变，控制各光源L2、…、Ln的门极电压。即，各光源L2、…、Ln的门极电压，是利用由电阻R2_1、…、Rn_1、和电阻R2_2、…、Rn_2及控制元件Q2、…、Qn的导通电阻得到的分压比，对电压Vgo进行分压而得到的电压，从而分别对各光源L2、…、Ln的阴极电流进行控制，以与代表光源L1的阴极电流IK相同。这样，针对由于光源L1、L2、…、Ln的个体差异及老化引起的特性波动、进而阳极电压的变动等，均可以以恒定功率驱动光源L1、L2、…、Ln。

这种功率控制电路20如图3所示，以每个光源的比较器CP1、CP2、…、CPn作为基本结构。各比较器CP1、CP2、…、CPn基于从外部输入的比较用电压Vin、和通过各光源的阴极电流检测用电阻Rk1、Rk2、…、Rkn得到的检测电压，输出对高压稳定电路10的控制信号、和与各光源的门极侧连接的控制元件Q2、…、Qn的控制信号。

从外部向各比较器CP1、CP2、…、CPn输入的电压Vin，是基于光源的阳极电压Va的电压，是与阳极电压Va成正比的电压。这种与阳极电压成正比的电压，例如可以利用生成高压阳极电压的电源电路内的变压器及倍电压整流电路等而生成。

详细地说，在各比较器CP1、CP2、…、CPn的非反转输入端子(+端子)上，分别经由电阻Rf1、Rf2、…、Rfn连接各光源的阴极电流检测用电阻Rk1、Rk2、…、Rkn，同时连接用于输入来自外部的比较用电压Vin的电阻Rg1、Rg2、…、Rgn。各比较器Cp1、Cp2、…、Cpn，对向反转输入端子(-端子)施加的规定的基准电压Vr、和向非反转输入端子(+端子)施加的电压即基于与阳极电压Va成正比的电压Vin及阴极电流的检测电压而得到的电压进行比较，输出对高压稳定电路10的控制信号、和对与各光源的门极侧连接的控制元件Q2、…、Qn的控制信号。

以下，使用图4，以1个光源的比较器CP为代表对功率控制电路20的动作进行说明。在图4中，如果将流过与阴极电极K连接的电流检测用电阻Rk的阴极电流设为Ik、将从输入电压Vin经由电阻Rg及电阻Rf而流过电阻Rk的电流设为Iin、将电阻Rf的两端电压设为Vf、将电阻Rk的两端电压设为Vk，则在输入电压Vin与阴极电压Va成正比的前提下，为满足以下的(1)～(3)式的条件而设定输入电压Vin、电阻Rg、Rf、Rk。

Vin＞＞Vk+Vf …(1)

Va＞＞Vk     …(2)

Ik＞＞Iin    …(3)

这时，电阻Rf的两端电压Vf与阳极电压Va大致成正比，电阻Rk的两端电压Vk与阴极电流Ik大致成正比。另外，因为光源功率P为P＝Va×Ik，所以可以由与Vk×Vf大致成正比的值代表。因此，可以将如下的(4)式子中所示的由Vk×Vf所表现的功率P’，作为对实际的光源功率P的控制参数使用。

P’＝Vk×Vf

＝(Vr-Vf)×Vf

＝Vr×Vf-Vf²…(4)

图5是表示(4)式子中的功率P’和电压Vf之间关系的图表，如果将Vf＝Vk时的光源功率P作为100％，则在Vf＝0.5×Vr时，Vk＝0.5×Vr，功率P’为100％，成为与实际的光源功率P的变化相似的曲线。因此，经由高压稳定电路10的输出Vgo或控制元件Q而控制各光源的门极电压，使比较器CP的非反转输入即电压(Vk+Vf)与反转输入即恒定的基准电压Vr相等，由此，可以以与代表光源相同的恒定功率驱动各光源。

此外，高压稳定电路10，例如通过基于功率控制电路20的比较器CP1的输出，控制针对将输入电压VGin降压并稳定化而得到的电压的分压比，生成向代表光源L1施加适当的门极电压的电压，并作为电压Vgo输出。

这样，在本实施方式中，通过将代表多个光源的代表光源的门极电压控制成为适当电压，并在此基础上，根据光源特性的波动对其它光源的门极电压进行校正，从而可以以恒定功率驱动所有的光源。这样，不必如现有技术所示，对每一个光源设置用于确保适当的门极电压的高压稳定电路及功率控制电路，可以通过削减部件数量而实现降低成本的目的。

此外，在以上的说明中，对从光源特性处于一定范围内的多个光源中选定任意1个作为代表光源的例子进行说明，但作为代表光源，也可以选定多个具有类似特性的光源。例如，也可以在一定范围内的光源特性中，将彼此具有类似的光源特性的多个光源组合在一起而将全体光源区分为多个光源群，并将多个光源群中的任意1个光源群选定作为代表。

在这种情况下，光源驱动装置1也和上述的说明具有相同的动作。即，对多个代表光源(代表光源群)，通过功率控制电路20将高压稳定电路10的输出Vgo控制为可以施加代表光源群的适当门极电压的电压，并且将其它的光源群的门极电压控制为可以成为与代表光源群相同功率的电压。

下面，对本发明的第2实施方式进行说明。

在上述的第1实施方式中，在作为驱动对象的多个光源中设定任意的代表光源，以与该代表光源的特性对应的方式控制其它的光源。与之相对，在第2实施方式中，不是设定代表光源，而是预先调查多个光源全体的代表特性，并利用高压稳定电路10产生与该代表特性相适合的高压。并且，基于高压稳定电路10的输出，以相同结构的电路控制各光源的门极电压。

因此，如图6所示，第2实施方式的光源驱动装置1A相对于第1实施方式，取代功率控制电路20而变更为由高压控制电路30对高压稳定电路10进行控制。另外，与此同时，功率控制电路20的功能发生一些改变，在功率控制电路20A中，控制多个光源L1、L2、…、Ln的各自的门极电压。因此，对光源L1也追加门极电压控制用的控制元件Q1。因为其它结构与第1实施方式相同，所以以下以高压控制电路30作为中心进行说明。

高压控制电路30如图7所示，以比较器CPh、和由FET等构成的控制元件Qh为中心构成。具体地说，在比较器CPh的输出端子侧，连接通过电阻R30对高压稳定电路10的输出电压Vgo进行控制的控制元件Qh。

比较器CPh的输出侧经由电阻R31、R32与反转输入端子(-端子)连接，并经由电阻R33接地。向比较器CPh的反转输入端子(-端子)施加由电阻R32和电阻R33对基准电压Vrh分压而得到的电压。另一方面，在比较器CPh的非反转输入端子(+端子)上，连接对与光源的阴极电压Va成正比的输入电压Vin进行分压的电阻R34、R35，而且经由电阻R36施加控制元件Qh的阳极侧电压。

这样构成的高压控制电路30具有作为第3控制部的功能，其控制用于产生适合多个光源L1、L2、…、Ln整体的门极电压的稳定化电压。即，高压控制电路30将高压稳定电路10的输出电压Vgo控制为可以施加适合各光源L1、L2、…、Ln的代表特性的门极电压的电压。在该控制动作中，如果将向比较器Chp的非反转输入端子施加的电压设为V1、比较器CPh的输出侧的电压设为V2、将控制元件Qh的阳极侧电压设为V3，则高压控制电路30的输入电压Vin(与阳极电压Va成正比电压)和电压V1、V2、V3之间的关系，如图8所示。

从图8可知，如果向高压控制电路30输入的电压Vin升高，则与输入电压Vin成正比的比较器CPh的非反转输入侧的电压V1升高，相对于该电压V1的升高，比较器CPh的输出电压V2更加升高。这时，因为由比较器CPh的输出而控制元件Qh导通，电压V3降低，所以高压稳定电路10的输出电压Vgo也降低。

因此，通过设定各电阻的电阻值而得到与输入电压Vin的变化相适应的电压Vgo，可以与光源电压(阳极电压)Va的变化相对应，控制基于电压V3的代表特性的门极电压。但是，在这种情况下，因为电压V3的变化相对于与光源的阳极电压Va成正比的输入电压Vin的变化而成为直线形，所以会因为阳极电压和与其相适应的门极电压之间的关系不是直线形而发生误差。

关于该误差，通过由功率控制电路20A对包含每个光源特性波动的各光源进行恒定功率控制，可以进行校正。这时，功率控制电路20A具有如下的作为第4控制部的功能：以对来自于高压稳定电路10的输出电压Vgo进行分压而得到的门极电压分别驱动多个光源L1、L2、…、Ln，并且控制电压Vgo的分压比而进行驱动控制，从而使所有的光源成为相同功率，但除了对代表光源的控制之外的实质上的功能与第1实施方式相同。

这样，在第2实施方式中，相对于第1实施方式，因为没有在多个光源中设置代表光源，所以即使代表光源发生异常也不会对其它的光源的控制产生影响。另外，因为所有的光源由同样结构的电路驱动，所以也不会产生由于电路间的差而造成的光源驱动特性上的差。

此外，第2实施方式也与第1实施方式相同地，可以对具有一定范围内的光源特性的多个光源，将相互之间具有类似光源特性的光源组合在一起，而将全体光源区分为多个光源群进行驱动。在此情况下，光源的门极电压为了形成与全体的代表特性相适应的门极电压，既可以对每个光源群进行控制，也可以对每个光源进行单独控制。

Claims (4)

1.一种场致发射型光源的驱动装置，其具有电源部，该电源部可与规定的电力源连接地构成，并且使用由该电力源供给的电力生成电压稳定的直流电力，该驱动装置与多个场致发射型光源的门极电极连接，通过将来自所述电源部的电力向所述多个场致发射型光源的各门极电极输入，从而驱动所述多个场致发射型光源，

其特征在于，

所述多个场致发射型光源具有规定个数的代表光源和至少一个其他光源，

该驱动装置具有：

第1控制部，其构成为向所述代表光源的门极电极施加与所述电源部的电压对应的电位的代表门极电压，并且，对所述电源部的电压进行控制，以使得所述代表门极电压与所述代表光源相适合；以及

第2控制部，其构成为向所述其他光源的门极电极施加将所述电源部的电压分压而生成的门极电压，并且，对所述分压的比值进行控制，以使得所述其他电源的驱动功率与代表光源的驱动功率相同。

2.一种场致发射型光源的驱动装置，其具有电源部，该电源部可与规定的电力源连接地构成，并且使用由该电力源供给的电力生成电压稳定的直流电力，该驱动装置与多个场致发射型光源的门极电极连接，通过将来自所述电源部的电力向所述多个场致发射型光源的各门极电极输入，从而驱动所述多个场致发射型光源，

其特征在于，具有：

第3控制部，其控制所述电源部的电压；以及

第4控制部，其构成为针对每个场致发射型光源而对所述电源部的电压进行分压，并且，将由所述分压生成的各门极电压分别向场致发射型光源的门极电极施加，并对所述各分压的比值进行控制，以使得所述所有场致发射型光源的驱动功率彼此相同，

在第3控制部中，对所述电源部的电压进行控制，以使得所述各门极电压分别与各场致发射型光源相适合。

3.根据权利要求1所述的场致发射型光源的驱动装置，其特征在于，

所述第1控制部构成为，基于所述代表光源的阴极电流及阳极电压，控制所述电源部的电压，

所述第2控制部构成为，基于所述其他光源的阴极电流及阳极电压，控制所述各分压的比值。

4.根据权利要求2所述的场致发射型光源的驱动装置，其特征在于，

所述第3控制部构成为，基于所述各场致发射型光源的阴极电流及阳极电压，控制所述电源部的电压，

所述第4控制部构成为，基于所述各场致发射型光源的阴极电流及阳极电压，控制所述各分压的比值。

Images