JP4226769B2 - 電界放射型ランプの駆動回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電界放射型ランプ（ＦＥＤ（Field Emission Display）ランプ）に付設される駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３にＦＥＤランプに付設された従来の駆動回路を示す。同図において、１はＦＥＤランプであり、カソード電極１−１とグリッド電極１−２とアノード電極１−３とを備えている。このＦＥＤランプ１に対して駆動回路２′が付設されている。
【０００３】
駆動回路２′は、高耐圧の抵抗器Ｒ１とＮＰＮ型の高耐圧のトランジスタＴｒ１とから構成され、抵抗器Ｒ１の一端はグリッド用電源端子ＰＧに接続され、他端はトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタは接地されている。また、トランジスタＴｒ１のコレクタと抵抗器Ｒ１との接続点にＦＥＤランプ１のグリッド電極１−２が接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタにＦＥＤランプ１のカソード電極１−１が接続されている。
【０００４】
駆動回路２′において、抵抗器Ｒ１の値は２ＭΩとされ、グリッド用電源端子ＰＧにはグリッド用電圧ＶＧとしてＶＧ＝２ｋＶが印加されている。また、ＦＥＤランプ１において、アノード用電源端子ＰＡにはアノード用電圧ＶＡとしてＶＡ＝１０ｋＶが印加されている。また、ＦＥＤランプ１を点灯させる場合には、駆動回路２′のトランジスタＴｒ１のベースに端子（駆動信号電圧用端子）ＰＳを介して「Ｌ」レベルの駆動信号電圧ＶＳが、消灯させる場合には「Ｈ」レベルの駆動信号電圧ＶＳが与えられる。
【０００５】
〔駆動信号電圧ＶＳが「Ｌ」レベルの場合：ランプ点灯〕
駆動信号電圧ＶＳが「Ｌ」レベルとされると、トランジスタＴｒ１はオフとされ、ＦＥＤランプ１のグリッド電極１−２にはグリッド用電圧ＶＧ＝２ｋＶが抵抗器Ｒ１を介して印加される。これにより、カソード電極１−１から電子が引き出され、グリッド電極１−２を通過してアノード電極１−３へ至り、アノード電極１−３により加速されて蛍光面（図示せず）に衝突する。この結果、蛍光面を構成する蛍光体が電子衝撃により励起され、その蛍光体に応じた色で蛍光面が発光する。
【０００６】
〔駆動信号電圧ＶＳが「Ｈ」レベルの場合：ランプ消灯〕
駆動信号電圧ＶＳが「Ｈ」レベルとされると、トランジスタＴｒ１はオンとされ、ＦＥＤランプ１のグリッド電極１−２はトランジスタＴｒ１を介して接地される。これにより、カソード電極１−１からの電子の引き出しが中断され、ＦＥＤランプ１は消灯する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この駆動回路２′によると、ＦＥＤランプ１が消灯している間、抵抗器Ｒ１の両端にはグリッド用電源電圧ＶＧ＝２ｋＶが印加され、大電流が流れる。このため、抵抗器Ｒ１として大電力用抵抗器が必要であり、またトランジスタＴｒ１として大電流トランジスタが必要であり、コストがアップする。また、ＦＥＤランプ１が消灯しているにも拘わらず、抵抗器Ｒ１において無駄な電力が消費される。なお、ＦＥＤランプ１の消灯時の無駄な消費電力を減らすために抵抗器Ｒ１の値を大きくすると、グリッド電極１−２に印加されるグリッド電圧が低下してしまう。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、小電力用抵抗器や低電流トランジスタの使用を可能としてコストを低減することのできる、また無駄な消費電力を小さくすることのできる電界放射型ランプの駆動回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、電界放射型ランプのグリッド電極への電源の供給ラインに第１の抵抗器の一端を接続し、第１の抵抗器の他端に第１の三端子能動素子の第１の出力端子を接続し、第１の三端子能動素子の第２の出力端子を接地し、第１の三端子能動素子の第１の出力端子と第１の抵抗器の他端との接続点に電界放射型ランプのカソード電極を接続するようにしたものである。
この発明によれば、第１の三端子能動素子の入力端子に所定の電圧を印加しオンとすると、電界放射型ランプのカソード電極が第１の三端子能動素子を介して接地され、カソード電極とグリッド電極との間に第１の抵抗器の端子間電圧が加わり、電界放射型ランプが点灯する。この間、第１の抵抗器には電流が流れるが、第１の抵抗器の値はグリッド電圧の値とは関係なく大きくすることが可能であり、第１の抵抗器の値を大きくすることによって第１の抵抗器での消費電力を小さくすることができる。第１の三端子能動素子をオフとすると、電界放射型ランプのカソード電極が非接地とされ、カソード電極とグリッド電極とが同電位となり、グリッド電極によるカソード電極からの電子の引き出しが中断され、電界放射型ランプが消灯する。この間、第１の抵抗器には電流が流れず、電力は消費されない。
【００１０】
上記構成を基本とし、電界放射型ランプのグリッド電極と第１の抵抗器の一端との間に第２の抵抗器を接続する。第２の抵抗器はグリッド電極に印加される電圧を調整する。
また、第１の三端子能動素子の入力端子に可変抵抗器を接続し、この可変抵抗器を介して第１の三端子能動素子の入力端子に直流電圧を供給する。可変抵抗器の抵抗値を調整することによって、第１の三端子能動素子の入力端子への電流を変化させ、第１の三端子能動素子の第１の出力端子と第２の出力端子との間を流れる電流、すなわち電界放射型ランプのカソード電流（グリッド電流とアノード電流の合計）を制御することができる。
【００１１】
また、第１の三端子能動素子の入力端子に第３の抵抗器を接続し、第１の三端子能動素子の入力端子に第２の三端子能動素子の第１の出力端子を接続し、第２の三端子能動素子の第２の出力端子を接地し、第２の三端子能動素子の入力端子に駆動信号を入力する。第２の三端子能動素子の入力端子へ駆動信号を与えることにより、例えば駆動信号を「Ｌ」レベルとすることにより、第２の三端子能動素子をオフとし、第１の三端子能動素子をオンとし、電界放射型ランプのカソード電極を第１の三端子能動素子を介して接地し、カソード電極とグリッド電極との間に第１の抵抗器の端子間電圧を加え、電界放射型ランプを点灯させることができる。なお、第３の抵抗器を可変抵抗器とすれば、第１の三端子能動素子の入力端子への電流を変化させ、電界放射型ランプのカソード電流を制御することができる。
【００１２】
また、第１の抵抗器の値は、１ＭΩ〜２００ＭΩとする。また、第１の三端子能動素子の第１の出力端子と第２の出力端子との間に第４の抵抗器を接続する。第４の抵抗器を接続することにより、第１の三端子能動素子として耐圧の低い素子の使用が可能となる。
【００１３】
なお、本発明において、三端子能動素子とは、入力端子に供給される電流又は電圧信号に応じて第１，第２の出力端子間を流れる電流を制御する機能を有し、具体的にはバイポーラトランジスタ及びＦＥＴを含むトランジスタで実現することができる。特に、バイポーラトランジスタの場合には、ＮＰＮ型のトランジスタが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係るＦＥＤランプに付設された駆動回路の一実施の形態を示す回路図である。同図において、図３と同一符号は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００１５】
本実施の形態の駆動回路２では、高耐圧の抵抗器Ｒ１の一端をグリッド用電源端子ＰＧに接続し、他端をＮＰＮ型の高耐圧のトランジスタＴｒ１のコレクタに接続し、抵抗器Ｒ１の一端とグリッド用電源端子ＰＧとの接続点とＦＥＤランプ１のグリッド電極１−２との間に抵抗器Ｒ２を接続している。
【００１６】
また、抵抗器Ｒ１の他端とトランジスタＴｒ１のコレクタとの接続点にＦＥＤランプ１のカソード電極１−１を接続し、トランジスタＴｒ１のエミッタを接地している。さらに、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒ２を設け、このトランジスタＴｒ２のコレクタをトランジスタＴｒ１のベースに接続し、エミッタをトランジスタＴｒ１のエミッタに接続している。また、トランジスタＴｒ１のベースに可変抵抗器ＲＶを接続し、外部抵抗（図示せず）を介して端子（直流電源用端子）ＰＤに直流電圧ＶＤを印加するようにしており、トランジスタＴｒ２のベースに電流制限抵抗Ｒ３を接続し、端子（駆動信号電圧用端子）ＰＳを介して駆動信号電圧ＶＳを与えるようにしている。
【００１７】
本実施の形態において、抵抗器Ｒ１の値は５０ＭΩとされ、抵抗器Ｒ２の値は２ＭΩとされ、可変抵抗器ＲＶの値は０〜１００ＭΩとされ、電流制限抵抗Ｒ３の値は１０ｋΩとされている。また、トランジスタＴｒ１の耐圧は２ｋＶ以上とされ、トランジスタＴｒ２の耐圧は５０Ｖ以上とされている。また、グリッド用電源端子ＰＧにはグリッド用電圧ＶＧとしてＶＧ＝２ｋＶが印加され、アノード用電源端子ＰＡにはアノード用電圧ＶＡとしてＶＡ＝１０ｋＶが印加され、直流電源用端子ＰＤには直流電圧ＶＤとしてＶＤ＝５Ｖが印加されている。
【００１８】
また、この実施の形態では、ＦＥＤランプ１を点灯させる場合には、駆動回路２のトランジスタＴｒ２のベースに駆動信号電圧用端子ＰＳを介して「Ｌ」レベルの駆動信号電圧ＶＳを、消灯させる場合には「Ｈ」レベルの駆動信号電圧ＶＳを与えるようにしている。
【００１９】
〔駆動信号電圧ＶＳが「Ｌ」レベルの場合：ランプ点灯〕
駆動信号電圧ＶＳが「Ｌ」レベルとされると、トランジスタＴｒ２がオフとされ、直流電圧ＶＤ＝５Ｖが可変抵抗器ＲＶを介してトランジスタＴｒ１のベースに印加され、トランジスタＴｒ１がオンとされる。この場合、ＦＥＤランプ１のカソード電極１−１がトランジスタＴｒ１を介して接地され、トランジスタＴｒ１には可変抵抗器ＲＶを介するベース電流Ｉｂに応じたコレクタ電流Ｉｃが流れる。
【００２０】
これにより、ＦＥＤランプ１のカソード電極１−１とグリッド電極１−２との間に電圧が加わり、カソード電極１−１から電子が引き出され、グリッド電極１−２を通過してアノード電極１−３へ至り、アノード電極１−３により加速されて蛍光面（図示せず）に衝突する。この結果、蛍光面を構成する蛍光体が電子衝撃により励起され、その蛍光体に応じた色で蛍光面が発光する。
【００２１】
この時のＦＥＤランプ１のカソード電流（グリッド電流とアノード電流の合計）は、直流電圧ＶＤと可変抵抗器ＲＶの値で決まるトランジスタＴｒ１のベース電流Ｉｂによって制御することが可能である。また、抵抗器Ｒ１は５０ＭΩと大きく、抵抗器Ｒ１に流れる電流はごく僅かであり、抵抗器Ｒ１での消費電力は少ない。また、トランジスタＴｒ１のコレクタ電流Ｉｃに影響を与えることなく、抵抗器Ｒ２の値を任意に選択することができ、ＦＥＤランプ１のグリッド電極１−２に印加される電圧を調整することができる。これにより、個々のランプの電流特性に合わせて抵抗器Ｒ２の値を設定し、ＦＥＤランプ１のカソード電流を制御し、安定した点灯駆動を行うことができる。
【００２２】
〔駆動信号電圧ＶＳが「Ｈ」レベルの場合：ランプ消灯〕
駆動信号電圧ＶＳが「Ｈ」レベルとされると、トランジスタＴｒ２がオンとされ、トランジスタＴｒ１へのベース電流Ｉｂが流れなくなって、トランジスタＴｒ１がオフとされる。これにより、ＦＥＤランプ１のカソード電極１−１が非接地とされ、カソード電極１−１とグリッド電極１−２とが同電位となり、グリッド電極１−２によるカソード電極１−１からの電子の引き出しが中断され、ＦＥＤランプ１が消灯する。この間、抵抗器Ｒ１には電流が流れず、電力は消費されない。
【００２３】
〔本実施の形態の駆動回路２と従来の駆動回路２′との比較〕
従来の駆動回路２′では、ランプ消灯時に抵抗器Ｒ１に電流が流れ、ここで無駄な電力が消費されていた。これに対し、本実施の形態の駆動回路２では、ランプ消灯時には抵抗器Ｒ１に電流が流れず、ここでの電力消費はない。なお、トランジスタＴｒ２に電流が流れるが、その量はごく僅かである。
【００２４】
一方、従来の駆動回路２′では、ランプ点灯時の無駄な電力消費はない。これに対し、本実施の形態の駆動回路２では、ランプ点灯時に抵抗器Ｒ１に電流が流れ、ここで無駄な電力が消費される。しかし、抵抗器Ｒ１の値は５０ＭΩと大きく、抵抗器Ｒ１に流れる電流はごく僅かであり、抵抗器Ｒ１での電力消費は小さい。
【００２５】
すなわち、従来の駆動回路２′ではランプ消灯時に抵抗器Ｒ１で消費される電力（ＰＷ１）が無駄となるのに対し、本実施の形態の駆動回路２ではランプ消灯時にトランジスタＴｒ２で消費される電力（ＰＷ２）とランプ点灯時に抵抗器Ｒ１で消費される電力（ＰＷ３）との和が無駄な消費電力となる。しかし、ＰＷ２＋ＰＷ３はＰＷ１よりも遙かに小さく、従来の駆動回路２′よりも無駄な消費電力を小さくすることができる。本実施の形態の駆動回路２によってＦＥＤランプ１を駆動したことろ、無駄な消費電力は従来の１／２５という結果が得られた。
【００２６】
また、本実施の形態の駆動回路２では、抵抗器Ｒ１に流れる電流が僅かであり、またトランジスタＴｒ１に流れる電流も僅かである。したがって、抵抗器Ｒ１として小電力用抵抗器の使用が可能となり、トランジスタＴｒ２として低電流トランジスタの使用が可能となり、これによりコストを低減することができる。
【００２７】
なお、図２に示すように、トランジスタＴｒ１のコレクタとエミッタとの間に抵抗器Ｒ４を接続すれば、トランジスタＴｒ１として耐圧の低いトランジスタの使用が可能となる。例えば、抵抗器Ｒ４として抵抗器Ｒ１と同じ５０ＭΩの抵抗器を使用すれば、トランジスタＴｒ１のオフ時にそのコレクタ・エミッタ間に加わる電圧は（１／２）・ＶＧとなる。この場合、ＦＥＤランプ１のカソード電極１−１には抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ４とによる分圧電圧が印加されるが、グリッド・カソード間に生じる電圧差が小さく、ＦＥＤランプ１が点灯することはない（ＦＥＤランプ１の特性からグリッド・カソード間電圧を点灯時の１／２にすると消灯する）。
【００２８】
また、本実施の形態では、駆動回路２における抵抗器Ｒ１を５０ＭΩとしたが、５０ＭΩに限られるものではない。すなわち、本実施の形態では、抵抗器Ｒ１の値をグリッド電圧とは関係なく設定することができる。従来回路との比較からいえば抵抗器Ｒ１は２ＭΩ以上とすべきだが、あくまでもそれは従来回路において抵抗器Ｒ１を２ＭΩとしたときの比較であり、その値は自由である。実際には、１ＭΩ〜１００ＭΩの範囲から適切な値を選択・設定する。
また、本実施の形態では、トランジスタＴｒ１のベースに可変抵抗器ＲＶを接続するようにしたが、その値が固定された抵抗器を接続するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、第１の三端子能動素子の第１の出力端子と第１の抵抗器の他端との接続点に電界放射型ランプのカソード電極を接続するようにしたので、ランプが消灯している間は第１の抵抗器に電流が流れず、ランプが点灯している間は第１の抵抗器に電流が流れるが、第１の抵抗器の値はグリッド電圧の値とは関係なく大きくすることが可能であり、第１の抵抗器の値を大きくすることによって第１の抵抗器での消費電力を小さくすることができ、小電力用抵抗器や低電流トランジスタの使用を可能としてコストを低減することができ、無駄な消費電力を小さくすることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＦＥＤランプに付設された駆動回路の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】 本発明に係るＦＥＤランプに付設された駆動回路の他の実施の形態を示す回路図である。
【図３】 従来のＦＥＤランプに付設された駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１…ＦＥＤランプ、１−１…カソード電極、１−２…グリッド電極、１−３…アノード電極、２…駆動回路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４…抵抗器、Ｒ３…電流制限抵抗、ＲＶ…可変抵抗器、Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ、ＰＡ…アノード電源用端子、ＰＧ…グリッド電源用端子、ＰＳ…駆動信号電圧用端子、ＰＤ…直流電源用端子。

Claims (6)

1. 電子を放出するカソード電極と，このカソード電極から電子を引き出すグリッド電極と，前記カソード電極から引き出された電子を加速するアノード電極とを備えた電界放射型ランプに付設される電界放射型ランプの駆動回路であって、
   前記電界放射型ランプのグリッド電極への電源の供給ラインにその一端が接続された第１の抵抗器と、
   この第１の抵抗器の他端に第１の出力端子が接続され第２の出力端子が接地された第１の三端子能動素子とを備え、
   前記第１の三端子能動素子の第１の出力端子と前記第１の抵抗器の他端との接続点に前記電界放射型ランプのカソード電極が接続されている
   ことを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。
2. 請求項１において、前記電界放射型ランプのグリッド電極と前記第１の抵抗器の一端との間に第２の抵抗器が接続されていることを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。
3. 請求項１において、前記第１の三端子能動素子の入力端子に可変抵抗器が接続され、この可変抵抗器を介して前記第１の三端子能動素子の入力端子に直流電圧が供給されることを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。
4. 請求項１において、前記第１の三端子能動素子の入力端子に接続された第３の抵抗器と、前記第１の三端子能動素子の入力端子に接続された第１の出力端子と，接地された第２の出力端子と，駆動信号が入力される入力端子とを有する第２の三端子能動素子とを備えたことを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。
5. 請求項１において、前記第１の抵抗器の値が１ＭΩ〜２００ＭΩとされていることを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。
6. 請求項１において、前記第１の三端子能動素子の第１の出力端子と第２の出力端子との間に第４の抵抗器が接続されていることを特徴とする電界放射型ランプの駆動回路。

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