JP2018084634A - 集積回路装置、蛍光表示管、昇圧制御方法 - Google Patents

集積回路装置、蛍光表示管、昇圧制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】表示品質の向上を電力損失の低減を図りつつ実現する。
【解決手段】電子を放出するフィラメントと、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づきアノードを駆動するアノード駆動回路と、を備えた蛍光表示管において、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる制御を行う。これにより、負荷変動に対し出力電圧値が概ね一定に保たれ、表示品質の向上が図られる。このとき、出力電圧値の低下は昇圧動作の停止に伴い実現されるため、例えば発熱による電力消費によって電圧値を低下させる場合よりも電力損失の低減が図られる。
【選択図】図3

Description

本発明は、電子を放出するフィラメントと、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管における集積回路装置、及び蛍光表示管とその昇圧制御方法に関し、特には、アノードの駆動電圧にチャージポンプ型昇圧回路による出力電圧を用いる場合に好適な技術に関する。
各種情報を表示する表示デバイスとして、VFD(Vacuum Fluorescent Display:蛍光表示管)が広く知られている。
周知のようにVFDは、電子を放出するフィラメント(直熱形カソード)と、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードが密封容器内に配置される。フィラメントに電圧を印加し加熱させることで熱電子を放出させ、熱電子をアノード上の蛍光体に衝突させることでアノードが点灯される。アノードは、所定のパターンで配列されており、点灯対象とするアノードに対して選択的に駆動電圧(直流電圧)を印加することで、該アノードの蛍光体のみがフィラメントより放出された熱電子によって励起発光され、所要の情報表示が実現される。
なお、VFDにおいては、フィラメントから放出された熱電子を加速させるグリッドがフィラメントとアノードとの間に配置される場合がある。
ここで、VFDにおいて、アノードの駆動電圧は所定の入力電圧を昇圧して生成される場合がある。そして、この場合の昇圧回路としては、コスト面を考慮してチャージポンプ型の昇圧回路が用いられることがある。
なお、チャージポンプ型昇圧回路については、例えば下記特許文献1、2を参照されたい。
しかしながら、チャージポンプ型昇圧回路を用いた場合には、負荷の変動、すなわちアノードの点灯率や駆動条件等の変化に伴う負荷の変動に起因して、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値(アノードの駆動電圧値)に変動が生じる。
このような出力電圧値の変動幅が大きくなると、アノードの輝度変化が知覚され易くなり、表示品質を損なう虞がある。
特許文献2には、チャージポンプ型昇圧回路(倍電圧回路)の出力電圧をアノード駆動電圧として用いるVFDにおいて、該出力電圧の検出結果を帰還電圧として得、該帰還電圧に基づき出力電圧値が一定となるように入力電圧を調節する構成が開示されている。
特開2005−70595号公報 特開2003−29711号公報
しかしながら、特許文献2では、出力電圧の一定化(安定化)にあたり、シャントレギュレータを用いて電圧値の調節を行っている。換言すれば、発熱等の電力消費によって電圧値を調節している。このため、出力電圧安定化にあたっての電力損失が比較的大きくなる。
本発明は上記の事情に鑑み為されたものであり、表示品質の向上を電力損失の低減を図りつつ実現することを目的とする。
本発明に係る集積回路装置は、電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、前記アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管における前記集積回路装置であって、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備えるものである。
これにより、負荷変動に対し出力電圧値が概ね一定に保たれる。このとき、出力電圧値の低下は、昇圧動作の停止に伴い実現される。
上記した本発明に係る集積回路装置においては、前記チャージポンプ型昇圧回路のうち少なくともチャージポンプコンデンサを除いた回路部であるチャージポンプ回路部を備えた構成とすることが可能である。
これにより、蛍光表示管を実装する基板がチャージポンプ回路部を備える必要がなくなる。
上記した本発明に係る集積回路装置においては、前記チャージポンプ回路部は、チャージポンプコンデンサごとに設けられる逆流防止素子としてそれぞれスイッチを有しており、チャージポンプ型昇圧回路は、それぞれのスイッチが所定のタイミングでオン/オフ動作を繰り返すことで昇圧動作を行う構成とすることが可能である。
これにより、逆流防止素子としてダイオードを用いる場合のような電圧ドロップが生じない。
上記した本発明に係る集積回路装置においては、前記昇圧制御部は、前記昇圧動作を停止させる制御として、前記スイッチのうち最後段の前記スイッチをオフ状態で維持させる制御を行う構成とすることが可能である。
これにより、昇圧動作の停止中に出力コンデンサによる放電電流が入力側に逆流してしまうことの防止が図られる。
上記した本発明に係る集積回路装置においては、前記昇圧制御部は、前記出力電圧値が第一閾値を超えたことに応じて前記昇圧動作を停止させ、前記昇圧動作が停止された状態において前記出力電圧値が前記第一閾値よりも小さい第二閾値未満となったことに応じて前記昇圧動作を再開させる構成とすることが可能である。
これにより、出力電圧値に応じた昇圧動作の停止/再開制御にヒステリシス特性が与えられる。
また、本発明に係る蛍光表示管は、電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備えるものである。
上記本発明に係る蛍光表示管によっても、上記した本発明に係る集積回路装置と同様の作用が得られる。
また、本発明に係る昇圧制御方法は、電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、を備えた蛍光表示管における昇圧制御方法であって、前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる制御を行うものである。
上記本発明に係る昇圧制御方法によっても、上記した本発明に係る集積回路装置と同様の作用が得られる。
本発明によれば、表示品質の向上を電力損失の低減を図りつつ実現することができる。
実施の形態としての蛍光表示管を備えた表示ユニットの回路構成を示した図である。 蛍光表示管の構造についての説明するための図である。 チャージポンプ回路部の内部構成及び出力電圧安定化のための構成を説明するための図である。 実施の形態のリミッタ回路による動作を説明するための波形図である。 実施の形態のリミッタ回路による効果を説明するための実験結果を示した図である。 従来の表示ユニットの回路構成を示した図である。 閾値に係る変形例について説明するための波形図である。
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
<1.表示ユニットの構成>
<2.チャージポンプ回路部、及び出力電圧安定化のための構成>
<3.チャージポンプ回路部を内蔵とする場合の留意点>
<4.閾値に係る変形例>
<5.実施の形態のまとめ>
<6.変形例>
<1.表示ユニットの構成>

図1は、実施の形態としての蛍光表示管1を備えた表示ユニット100の回路構成を示した図である。なお、以下の説明では蛍光表示管を「VFD」(Vacuum Fluorescent Display)と表記することもある。
表示ユニット100は、ユニット基板101と、ユニット基板101上に実装された蛍光表示管1及びコントローラ102とを備えている。
コントローラ102は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピュータを備えて構成され、蛍光表示管1による表示動作を制御する。コントローラ102は、該表示動作を制御するためのn系統(nは2以上の自然数)のデジタル信号を蛍光表示管1に対して供給する。
ユニット基板101は、後述するチャージポンプ回路部20の入力電圧VINの電圧源である入力電圧源Vi、及びI/F(インタフェース)デコーダ21におけるロジック回路の電源電圧として用いられるロジック電圧VDDの電圧源であるロジック電圧源Vdを有している。なお、これら入力電圧VIN、ロジック電圧VDDは、例えば表示ユニット100が有する不図示の電源回路部により生成されるものであり、例えばVIN=12V程度、VDD=5V程度とされる。
またユニット基板101には、蛍光表示管1の外付け部品として入力コンデンサCi、チャージポンプコンデンサCc1、チャージポンプコンデンサCc2、平滑コンデンサCh、及び抵抗Roが実装されている。
蛍光表示管1は、IC(Integrated Circuit)チップとして構成された集積回路装置2と、発光による情報表示を行う表示部3とを備えると共に、複数のリード端子Tを備えている。
ここで、図2により蛍光表示管1の構造について説明しておく。なお、図2Aは蛍光表示管1の一部を透視して表した概略透視図、図2Bは図2AのA−A’断面によって切断した蛍光表示管1の概略断面図である。
蛍光表示管1は、表示管基板1aと表示管基板1aの表面を覆うカバー部材1bとで構成された密封容器1cを備え、密封容器1c内においてフィラメント(直熱形カソード)FiとアノードAnとグリッドGrとを有する表示部3が形成されている。ここで、密閉容器1c内は真空状態とされている。
表示部3において、電子を放出するフィラメントFiは複数設けられている(図2Bの黒丸部分)。アノードAnは、フィラメントFiから放出された電子を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されて成る。アノードAnは、表示管基板1a上に例えばパターン印刷により形成され、表示すべき情報に応じた所定のパターンにより配列されている。このように複数のアノードAnが所定パターンで配列された部分のことを以下、「アノードパターン部3a」と表記する。
本例の蛍光表示管1は、例えば文字や数字等の情報であれば1桁や1文字である等、情報を所定単位ごとに区分して表示させることが可能とされている。図2の例では、単一の数字やアルファベット等の表示を可能とする7セグメント分のアノードAn(7つの独立したアノードAn)によって該所定単位分の表示領域が形成されている。このような所定単位分の表示領域を以下「表示ブロック」と表記する。アノードパターン部3aにおいては、このような表示ブロックが表示管基板1a上に複数配列されている。具体的に本例では、表示ブロックは表示管基板1a上において一列に配列されている。
なお、表示ブロックについて、図2Aに示すような7セグメント分のアノードAnの配列パターンはあくまで一例であり、表示ブロックを構成するアノードAnの配列パターンは該パターンに限定されるものではない。
グリッドGrは、フィラメントFiからアノードAnに対して放出される電子を加速させるメッシュ状の電極とされ、表示ブロックごとに形成されている。
リード端子Tは、表示管基板1a上に複数形成されている。これら複数のリード端子Tには、フィラメントFiやアノードAn、及びグリッドGrの駆動に必要とされる各種の電気信号(デジタル信号や電源電圧等)を蛍光表示管1外部より入力するためのリード端子Tが含まれる。各リード端子Tには導電体によるリードが接続され、該リードを介して図1に示したユニット基板101側との電気的接続が行われる。
蛍光表示管1において、カバー部材1bは例えばガラスで構成され、少なくとも表示管基板1aと対向する部分が透明とされている。つまり、該透明な部分を介してアノードAnの点灯に伴う表示情報を外部より目視することが可能とされている。
蛍光表示管1において情報が表示される側の面(つまり上記透明部分におけるアノードAnとの対向面とは逆側の面)を「表面S1」と表記する。また、蛍光表示管1における表面S1とは逆側の面を「裏面S2」と表記する。
蛍光表示管1において、アノードパターン部3aにおける表示ブロックのうち所望の表示ブロックに情報を表示させる際には、フィラメントFiに駆動電圧を印加した状態において、該表示ブロックに対応して設けられたグリッドGrと該表示ブロック内の所定のアノードAnとに直流電圧を印加する。これにより、該表示ブロックにおける所定のアノードAnにおける蛍光体のみがフィラメントFiより放出された熱電子によって励起発光され、情報の表示が実現される。
説明を図1に戻す。
蛍光表示管1においては、図2に示した表示部3のアノードAnやグリッドGrの駆動を行う駆動回路が集積回路装置2内に構成されている。
図2では図示を省略したが、蛍光表示管1においては、集積回路装置2が表示管基板1aに実装されて、表示部3と共に密閉空間内に位置されている。すなわち、蛍光表示管1は所謂CIG(Chip In Glass)−VFDとして構成されている。
集積回路装置2は、チャージポンプ回路部20、I/Fデコーダ21、発振器22、メモリ23、タイミング制御部24、アノードドライバ部25、グリッドドライバ部26、アノード端子部27、及びグリッド端子部28を有する。なお、アノード端子部27、グリッド端子部28は、それぞれアノードドライバ部25、グリッドドライバ部26が各アノードAn、各グリッドGrを駆動するために必要な複数の端子を包括的に表したものである。
ここで、集積回路装置2は、I/Fデコーダ21がコントローラ102からの上述したn系統のデジタル信号を入力するためのn個のデジタル信号端子tif(tif1〜tifn)と、ユニット基板101における抵抗Roを発振器22と接続するための発振器端子toscと、チャージポンプ回路部20の入力電圧VINを入力するための入力電圧端子tviと、ユニット基板101に形成されたチャージポンプコンデンサCc1、Cc2、平滑コンデンサChをそれぞれチャージポンプ回路部20と接続するためのコンデンサ端子tc(tc11、tc12、tc21、tc22)、出力電圧端子tchと、ロジック電圧VDDを入力するためのロジック電圧端子tvdと、接地端子としてのグランド端子tgndとを有している。
また、蛍光表示管1には、集積回路装置2が有する上記の各端子tに対応したリード端子Tが設けられている。具体的には、n個のデジタル信号リード端子Tif(Tif1〜Tifn)と、発振器リード端子Toscと、入力電圧リード端子Tviと、コンデンサリード端子Tc(Tc11、Tc12、Tc21、Tc22)と、出力電圧リード端子Tchと、ロジック電圧リード端子Tvdと、グランドリード端子Tgndである。
また、リード端子Tとしては、表示部3におけるフィラメントFiに駆動電圧を印加するためのフィラメントリード端子Tf(Tf1、Tf2)も設けられている。なお、フィラメントFiの駆動電圧は、表示ユニット100に設けられた対応する電源回路により生成される。本例では、フィラメントFiの駆動電圧は直流電圧とされている。
フィラメントリード端子Tf1、Tf2を除き、各リード端子Tと対応する端子tとの間は、表示管基板1aに形成された例えばアルミ等による配線により接続されている。
ここで、抵抗Ro、入力電圧源Vi、平滑コンデンサCh、ロジック電圧源Vdは、それぞれ発振器リード端子Toscとグランドとの間、入力電圧リード端子Tviとグランドとの間、出力電圧リード端子Tchとグランドとの間、ロジック電圧リード端子Tvdとグランドとの間に挿入されている。
なお図1において、端子t、リード端子Tそれぞれの配置位置は必ずしも実際の配置位置を反映したものではない。
集積回路装置2において、チャージポンプ回路部20は、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2、及び平滑コンデンサChと共にチャージポンプ型昇圧回路を構成するものであり、入力電圧VINを昇圧した出力電圧Voを得る。出力電圧Voは、アノードドライバ部25、グリッドドライバ部26にそれぞれアノードAn、グリッドGrの駆動のための電源電圧として供給される。
なお、本例におけるチャージポンプ回路部20の内部構成については後述する。
I/Fデコーダ21は、シフトレジスタ、カウンタ、AND回路、OR回路等を組み合わせたロジック回路を有しており、デジタル信号端子tif1〜tifnを介してコントローラ102から入力されるn系統のデジタル信号と、発振器22が出力する発振信号とに基づき、例えばRAMで構成されたメモリ23に対する表示データの書き込みや、タイミング制御部24の動作制御を行う。
本例では、n系統のデジタル信号として、少なくともチップセレクト信号CS、クロックCLK、及びデータ信号DATがコントローラ102より供給される。データ信号DATは、例えば8ビットを1ワードとするシリアルデータとされ、何れのアノードAnを点灯させるべきか表す表示データと、タイミング制御部24が出力するタイミング信号を調整するための制御データとを含む。I/Fデコーダ21は、チップセレクト信号CSとクロックCLKとに従って、データ信号DATの各ビット値を1ワード単位で順次取り込み、取り込んだデータ信号に基づいて表示データのメモリ23への書き込み、及びタイミング制御部24への制御データの出力を行う。
タイミング制御部24は、発振器22が出力する発振信号とI/Fデコーダ21からの制御データとに基づき、メモリ23からアノードドライバ部25への表示データの出力タイミング制御、及びアノードドライバ部25によるアノードAnの駆動電圧の出力タイミング制御、及びグリッドドライバ部26によるグリッドGrの駆動電圧の出力タイミング制御を行う。
また、タイミング制御部24は、図示するように入力端子tviを介して入力電圧VINが入力されると共に、チャージポンプ回路部20による出力電圧Voが分岐入力され、これら入力電圧VINと出力電圧Voとに基づき、チャージポンプ回路部20による昇圧動作に係る制御も行う。なお、これについては後述する。
本例では、表示ブロックごとに形成された個々のグリッドGrに駆動電圧を順次印加しつつ、グリッドGrが駆動中である表示ブロックにおけるアノードAnに駆動電圧を印加して、所定の1スキャン期間において各表示ブロックを順次点灯させていくスキャン表示方式が採用されている。
このため、タイミング制御部24は、上記した制御データに基づき、1スキャン期間ごとに各グリッドGrのオン/オフタイミングを表す「スキャン信号」としてのタイミング信号を生成し、該スキャン信号をグリッドドライバ部26に出力する。グリッドドライバ部26は、該スキャン信号に従って、チャージポンプ回路部20からの出力電圧Voをグリッド端子部28を介して個々のグリッドGrに駆動電圧として順次印加していく。
また、タイミング制御部24は、グリッドGrの駆動タイミングに同期したタイミング信号をメモリ23とアノードドライバ部25に出力して、表示ブロックごとの表示データを順次メモリ23からアノードドライバ部25に出力させると共に、アノードドライバ部25にアノードAnの駆動タイミングを指示する。
アノードドライバ部25は、このようにメモリ23から順次出力される表示ブロックごとの表示データに基づき特定されるアノードAnに対して、出力電圧Voを、上記のタイミング信号に従ったタイミングでアノード端子部27を介して駆動電圧として印加する。これにより、表示部3においてコントローラ102からの指示に従った情報表示が行われる。
<2.チャージポンプ回路部、及び出力電圧安定化のための構成>

続いて、図3を参照してチャージポンプ回路部20の内部構成、及び出力電圧安定化のための構成について説明する。
なお、図3では、チャージポンプ回路部20の内部構成と共に、タイミング制御部24内における昇圧動作制御に係る構成、及びチャージポンプコンデンサCc1、Cc2、平滑コンデンサChの各コンデンサ、及びこれらコンデンサに係るリード端子T(Tc11、Tc12、Tc21、Tc22、Tch)と端子t(tc11、tc12、tc21、tc22、tch)、及び入力電圧VINに係る入力電圧リード端子Tviと入力電圧端子tviを併せて示している。
図3に示すように、チャージポンプ回路部20は、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)で構成された三つのスイッチSW(スイッチSW1、スイッチSW2、及びスイッチSW3)を備えている。本例において、これらスイッチSW1、SW2、SW3はPch(チャンネル)型のMOSFETとされている。
スイッチSW1、SW2、SW3は、入力電圧端子tviと出力電圧端子tchとの間において、入力電圧端子tvi側から同順で直列に挿入されている。スイッチSW1、SW2、SW3には、タイミング制御部24から各々スイッチ制御信号Ssが供給される。図示のように、スイッチSW1、SW3にはスイッチ制御信号Ss1が供給され、スイッチSW2にはスイッチ制御信号Ss2が供給される。
ここで、スイッチ制御信号Ss1、Ss2は共に矩形波信号とされ、スイッチ制御信号Ss2はスイッチ制御信号Ss1の反転信号とされる。
スイッチSW1とスイッチSW2の接続点はコンデンサ端子tc12に接続されている。コンデンサ端子tc12は、コンデンサリード端子Tc12を介してチャージポンプコンデンサCc1の正極側端子に接続されている。チャージポンプコンデンサCc1の負極側端子は、コンデンサリード端子Tc11を介してコンデンサ端子tc11に接続されている。
また、スイッチSW2とスイッチSW3の接続点はコンデンサ端子tc22に接続され、コンデンサ端子tc22はコンデンサリード端子Tc22を介してチャージポンプコンデンサCc2の正極側端子に接続されている。チャージポンプコンデンサCc2の負極側端子は、コンデンサリード端子Tc21を介してコンデンサ端子tc21に接続されている。
タイミング制御部24内には、スイッチ回路40とスイッチ回路41とが備えられている。
スイッチ回路40は、スイッチQ1とスイッチQ2とによるプッシュプル回路を備えており、これらスイッチQ1とスイッチQ2との接続点であるプッシュプル回路の出力点がコンデンサ端子tc11と接続されている。
スイッチ回路40のスイッチQ1、Q2は、スイッチ制御信号Ss1によりオン/オフされる。このとき、スイッチ回路40のスイッチQ1は、スイッチ回路40のスイッチQ2がオンであればオフ、オフであればオンするように構成されている。具体的に、これらスイッチQ1、Q2は、スイッチ制御信号Ss1がLレベルであればスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされ、スイッチ制御信号Ss1がHレベルのときスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされる。
上記のようにスイッチ制御信号Ss1がLレベルである(このときスイッチSW1、SW3は共にオン)ことによりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされた状態では、プッシュプル回路の出力点、つまりコンデンサ端子tc11はスイッチQ2を介して接地される。一方、スイッチ制御信号Ss1がHレベルであり(スイッチSW1、SW3は共にオフ)、上記のようにスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされた状態では、コンデンサ端子tc11は入力電圧VINと接続される。
スイッチ回路41としても、スイッチ回路40と同様のスイッチQ1とスイッチQ2とによるプッシュプル回路を備えている。但し、スイッチ回路41においては、スイッチQ1、Q2がスイッチ制御信号Ss2によりオン/オフされ、プッシュプル回路の出力点がコンデンサ端子tc21に接続されている。
スイッチ回路41においては、スイッチ制御信号Ss2がLレベルである(このときスイッチSW2はオン)ことによりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされた状態では、コンデンサ端子tc21はスイッチQ2を介して接地される。一方、スイッチ制御信号Ss2がHレベルであり(スイッチSW2はオフ)、スイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされた状態では、コンデンサ端子tc21は入力電圧VINと接続される。
上記構成を踏まえ、チャージポンプ回路部20による昇圧動作(チャージポンプ動作)について説明する。
先ず、スイッチ制御信号Ss1がLレベルとされてスイッチSW1がオンとされる第一フェーズでは、スイッチ制御信号Ss2がHレベルであることによりスイッチSW2がオフとされる。また、スイッチ回路40においては、スイッチQ1がオフ、スイッチQ2はオンの状態とされる。
このため、第一フェーズにおいてはチャージポンプコンデンサCc1に対してスイッチSW1→コンデンサ端子tc12→コンデンサリード端子Tc12を介して充電電流が流れ、チャージポンプコンデンサCc1には入力電圧VIN分の電荷が蓄積される。
次いで、スイッチ制御信号Ss1がHレベルとされてスイッチSW1がオフされる第二フェーズでは、スイッチ制御信号Ss2がLレベルであることよりスイッチSW2がオンとされる。
このとき、スイッチ回路41においては、スイッチ制御信号Ss2によりスイッチQ1がオフ、スイッチQ2がオンとされる。つまり、チャージポンプコンデンサCc2は、コンデンサリード端子Tc21→コンデンサ端子tc21→スイッチ回路41のスイッチQ2を介して負極側端子が接地される。また、第二フェーズにおいて、スイッチ回路40側では、スイッチ制御信号Ss1によりスイッチQ1がオン、スイッチQ2がオフとされるため、チャージポンプコンデンサCc1は、コンデンサリード端子Tc11→コンデンサ端子tc11→スイッチ回路41のスイッチQ1を介して入力電圧VINと接続される。
従って、第二フェーズにおいては、スイッチ回路40のスイッチQ1→コンデンサ端子tc11→コンデンサリード端子Tc11→チャージポンプコンデンサCc1→コンデンサリード端子Tc12→コンデンサ端子tc12→スイッチSW2→コンデンサ端子tc22→コンデンサリード端子Tc22を介してチャージポンプコンデンサCc2に充電電流が流れる。このとき、スイッチ回路40のスイッチQ1は入力電圧VINに接続されているため、チャージポンプコンデンサCc2にはチャージポンプコンデンサCc1の充電電荷に入力電圧VINが上乗せされた分の電荷が蓄積される。すなわち、「VIN×2」として表すことのできる電荷が蓄積される。
ここで、スイッチ制御信号Ss1=Hレベル、スイッチ制御信号Ss2=Lレベルによる第二フェーズが終了し、再び第一フェーズが訪れると、スイッチ制御信号Ss1=LレベルであることからスイッチSW3がオンとされる。また、第一フェーズにおいては、スイッチ制御信号Ss2=Hレベルであることからスイッチ回路41のスイッチQ1はオン、スイッチQ2はオフとされ、チャージポンプコンデンサCc2の負極側端子は該スイッチQ1を介して入力電圧VINと接続されている。
従って、第二フェーズから再び第一フェーズに転じた場合には、スイッチ回路41のスイッチQ1→コンデンサ端子tc21→コンデンサリード端子Tc21→チャージポンプコンデンサCc2→コンデンサリード端子Tc22→コンデンサ端子tc22→スイッチSW3→出力電圧端子tch→出力電圧リード端子Tchを介して平滑コンデンサChに充電電流が流れる。すなわち、平滑コンデンサChには、上述のように第二フェーズにてチャージポンプコンデンサCc2に蓄積された電荷にさらに入力電圧VINが上乗せされた分の電荷が蓄積される。
この結果、本例のチャージポンプ回路部20においては、平滑コンデンサChの両端子間電圧である出力電圧Voとして、入力電圧VINの略3倍の電圧値による直流電圧が得られる。
ここで、図3に示したチャージポンプ回路部20では、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2や平滑コンデンサChの放電電流の逆流を防止するための逆流防止素子として、一般的なダイオードではなくスイッチSW(SW1、SW2、SW3)を用いている。
ダイオードを用いる場合には、充/放電の切り替えに伴いダイオードにおいて電圧ドロップが生じるが、上記のようにスイッチSWを用いることで該電圧ドロップを低減でき、例えば3倍昇圧であれば入力電圧値の3倍の出力電圧値を得る等、理想倍率による出力電圧値を得ることの容易化を図ることができる。
続いて、出力電圧Voを安定化するためのリミッタ回路30について説明する。
リミッタ回路30は、タイミング制御部24内に設けられ、図示するように分圧抵抗R1、分圧抵抗R2、コンパレータ31、フリップフロップ32、マルチプレクサ33、インバータ34、レベルシフタ35、及びレベルシフタ36を備えている。
分圧抵抗R1と分圧抵抗R2は、出力電圧Voとグランドとの間において直列接続され、これら分圧抵抗R1と分圧抵抗R2との接続点(分圧点)がコンパレータ31の非反転入力端子と接続されている。コンパレータ31の反転入力端子には基準電圧Vrefが入力され、これによりコンパレータ31は、上記の分圧点に得られる出力電圧Voの検出値が基準電圧Vrefとしての所定の閾値(以下「閾値Th」と表記する)を超えた場合にHレベル(論理=「1」)を、また上記検出値が閾値Th未満となった場合にLレベル(論理=「0」)となる信号を出力する。
フリップフロップ32はDフリップフロップとされ、入力端子(D)にコンパレータ31の出力信号(出力値)が、クロック端子(CK)に前述したクロックCLKがそれぞれ入力される。
フリップフロップ32は、入力端子(D)への入力値をクロックCLKの立ち上がりタイミングで出力端子(Q)より出力する。
マルチプレクサ33は、二入力一出力型のマルチプレクサとされ、一方の入力端子に前述したロジック電圧VDDが、他方の入力端子にクロックCLKが入力されると共に、選択制御端子にフリップフロップ32の出力信号(出力値)が入力される。マルチプレクサ33は、フリップフロップ32の出力値が「1」である場合、すなわち出力電圧Voの検出値が閾値Thを超えた場合にはロジック電圧VDDを選択出力し、該出力値が「0」である場合、すなわち出力電圧Voの検出値が閾値Th未満である場合にはクロックCLKを選択出力する。
マルチプレクサ33の出力信号は、レベルシフタ35によるレベル調整を経て、スイッチ制御信号Ss1として前述したスイッチSW1、SW3とスイッチ回路40とに供給される。また、マルチプレクサ33の出力信号は、分岐してインバータ34による極性反転を経てレベルシフタ36によるレベル調整を受けた上で、スイッチ制御信号Ss2としてスイッチSW2とスイッチ回路41とに供給される。
上記構成によるリミッタ回路30の動作を図4の波形図を参照して説明する。
図4において、図中の時点t1よりも以前の期間では、出力電圧Voの検出値が閾値Th未満の状態を保っており、スイッチ制御信号Ss1、Ss2がそれぞれクロックCLKに応じた周期信号とされている。すなわち、スイッチSW1及びSW3とスイッチSW2とが交互にオン/オフを繰り返す状態とされ、チャージポンプ回路部20による昇圧動作(チャージポンプ動作)が継続的に行われている。
時点t1において、出力電圧Voの検出値が閾値Thを超えたことに応じては、その直後におけるクロックCLKの立ち上がりタイミングにおいて、フリップフロップ32の出力値がそれまでの「0」から「1」に変化する。すなわち、マルチプレクサ33による出力がそれまでのクロックCLKからロジック電圧VDDに変化する。
これに伴い、スイッチ制御信号Ss1はHレベルを、スイッチ制御信号Ss2はLレベルをそれぞれ維持する状態となり、従って、スイッチSW1及びSW3はオフ状態を維持し、スイッチSW2はオン状態を維持することになる。このように、少なくとも何れかのスイッチSWが停止状態を維持するようにされることで、チャージポンプ回路部20による昇圧動作が停止状態とされる。昇圧動作が停止状態となると、平滑コンデンサChへの充電が停止され、以降は平滑コンデンサChの充電電荷が負荷側に徐々に放電されていき出力電圧Voが低下していく。
昇圧動作が停止状態とされた以降、出力電圧Voの検出値が閾値Th未満となった時点t2が到来すると、時点t2直後におけるクロックCLKの立ち上がりタイミングにおいて、マルチプレクサ33による出力がそれまでのロジック電圧VDDからクロックCLKに変化する。これにより、スイッチSW1及びSW3とスイッチSW2とがクロックCLKによる周期で交互にオン/オフを繰り返す状態とされ、チャージポンプ回路部20による昇圧動作が再開される。
以降、時点t3で再び検出値が閾値Thを超えたことに応じては昇圧動作が停止され、さらに以降の時点t4で再び検出値が閾値Th未満となったことに応じては昇圧動作が再開されるといったように、出力電圧Voの値に応じて昇圧動作の停止/再開が繰り返される。
これにより、出力電圧Voの値が概ね一定に保たれる。すなわち、チャージポンプ回路部20の負荷の変動に対し出力電圧Voの一定化を図る動作(安定化動作)が実現される。
このとき、安定化にあたっての出力電圧Voの低下は、昇圧動作の停止に伴い実現される。このため、発熱等の電力消費によって出力電圧Voの値(又は入力電圧値等、出力電圧値を間接的に調整可能な電圧の値)を低下させる場合よりも電力損失の低減が図られる。
ここで、本例では、昇圧動作を停止させる制御として、複数のスイッチSWのうち少なくとも最後段の(最も負荷寄りの)スイッチSW3をオフ状態で維持させる制御を行っている。
このように、少なくともスイッチSW3をオフ状態で維持させることで、昇圧動作の停止中において、平滑コンデンサCh(出力コンデンサ)による放電電流は負荷側のみに流されるようになり、放電電流が入力側に逆流してしまうことの防止が図られる。
従って、安全性の向上を図ることができる。
図5は、リミッタ回路30による効果を説明するための実験結果を示しており、負荷電流の変化に対する出力電圧Voの変動特性をリミッタ回路30の有り/無しの各場合ごとに表している。実線はリミッタ回路30有りの場合、点線は無しの場合の特性を表す。図5では、リミッタ回路30有り/無しの各特性を、さらに入力電圧VIN=13V、12Vとした各場合に分けて表している(VIN=12Vは■、13Vは▲のプロット)。
具体的な実験結果として、入力電圧VIN=12V時、負荷電流=略0mA〜略30mAの変化に対する出力電圧Voの変動幅は、リミッタ回路30無しの場合(点線と■プロット)には略36.0V〜略32.0V(変動幅=略4.0V)であり、リミッタ回路30有りの場合(実線と■プロット)には略33.4V〜略32.2V(変動幅=略1.2V)であった。
また、入力電圧VIN=13V時における出力電圧Voの同変動幅は、リミッタ回路30無しの場合(点線と▲プロット)には略39.0V〜略35.0V(変動幅=略4.0V)であるのに対し、リミッタ回路30有りの場合(実線と▲プロット)には略34.2V〜略32.8V(変動幅=略1.4V)であった。
図5の結果より、リミッタ回路30を設けたことで出力電圧Voの変動幅が低減されたことが分かる。
出力電圧Voの変動幅低減により、アノードAnの輝度変化の抑制が図られ、表示品質の向上を図ることができる。
<3.チャージポンプ回路部を内蔵とする場合の留意点>

ここで、従来のCIG−VFDにおいては、例えば図6に示す表示ユニット100’のように、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2、Cc2’及び平滑コンデンサChを含むチャージポンプ型昇圧回路50全体を蛍光表示管1’の外付け回路としてユニット基板101’に実装していた。
この場合、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2、Cc2’及び平滑コンデンサChが外付けとされたことから、図中に示す集積回路装置2’のように、端子tとしては、コンデンサ端子tc11、tc12、tc21、tc22が省略される。この場合は、チャージポンプ型昇圧回路50に設けられたプッシュプル回路のスイッチQ11、Q12を制御するためのスイッチ制御端子tswが設けられる。また、従来の蛍光表示管1’には、該スイッチ制御端子tswに対応するリード端子Tとしてスイッチ制御リード端子Tswが設けられる。
なお、図6に示すチャージポンプ型昇圧回路50は、逆流防止素子としてダイオードを備えた一般的な構成によるチャージポンプ型昇圧回路であり、動作については周知であることから詳細説明は省略する。
しかしながら、上記のようにチャージポンプ型昇圧回路50全体を外付けとする場合には、蛍光表示管1’を使用する顧客側において、ユニット基板101’にチャージポンプ型昇圧回路50を実装する負担が生じる。
この点に鑑み、実施の形態の蛍光表示管1においては、チャージポンプ回路部20を集積回路装置2に内蔵することで、顧客側の負担軽減を図っている。
但し、チャージポンプ回路部20を集積回路装置2に内蔵した場合には、外付けとされたチャージポンプコンデンサCc1、Cc2及び平滑コンデンサChとチャージポンプ回路部20との間をそれぞれ接続するための配線長が従来よりも長くなってしまう。
前述のように、チャージポンプ型昇圧回路は、負荷変動に伴って出力電圧Voが変動する。このため、アノードAnの点灯率や駆動条件等が変化してチャージポンプ型昇圧回路の負荷が変動した場合には、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧VoつまりアノードAnの駆動電圧も変動し、該変動の幅が大きいと輝度の変化が知覚され易くなって、表示品質を損なう虞がある。
このような負荷変動に伴う出力電圧Voの変動幅は、チャージポンプ型昇圧回路内でチャージポンプ動作を司る回路部の配線抵抗が大きいほど拡大傾向となることが分かっている。特に、チャージポンプコンデンサCc1、Cc2とチャージポンプ回路部20との間の配線抵抗が大きい場合には、出力電圧Voの変動が顕著となって、表示品質を著しく損なう虞がある。
このため、リミッタ回路30により出力電圧Voの安定化を図る構成は、本例の蛍光表示管1のようにチャージポンプ回路部20を集積回路装置2に内蔵する場合に適用して特に好適なものである。
なお、上記は、図6のようにチャージポンプ型昇圧回路50を蛍光表示管1’の外付け回路とする場合へのリミッタ回路30の適用を否定するものではない。
図6のようにチャージポンプ型昇圧回路50が逆流防止素子としてダイオードを備える場合においても、出力電圧Voの安定化は、同様に出力電圧Voの値に応じて昇圧動作の停止/再開制御を行うことで実現することができる。具体的に、図6に示す構成では、昇圧動作の停止/再開の切り替えは、「スイッチQ11=オン、スイッチQ12=オフ」又は「スイッチQ11=オフ、スイッチQ12=オン」で維持させる状態と、スイッチQ11、Q12が交互にオン/オフを繰り返す状態とを切り替えることで実現する。この場合、集積回路装置2’には、スイッチQ11及びQ12によるプッシュプル回路にスイッチ制御端子tswを介して与えられるべきスイッチ制御信号として、スイッチ制御信号Ss1又はSs2の何れかを出力可能に構成されたリミッタ回路30を設ける。
なお、スイッチQ11、Q12を独立してオン/オフできる構成が採られる場合、昇圧動作を停止させるにあたってはスイッチQ11、Q12の双方をオフ状態で維持させることもできる。
ここで、リミッタ回路30は、集積回路装置2’(又は2)に内蔵されることに限定されず、少なくとも蛍光表示管2’(又は2)に設けられればよい。
<4.閾値に係る変形例>

上記では、昇圧動作の停止/再開にあたって基準とする閾値Thを一つのみとした例を挙げたが、複数の閾値Thに基づいて昇圧動作の停止/再開を制御してもよい。
例えば、図7の波形図に例示するように、出力電圧Voに対する閾値Thとして上限側の第一閾値ThU、及び下限側の第二閾値ThL(但し、ThU>ThL)を設け、出力電圧Voの検出値が第一閾値ThUを超えたことに応じて昇圧動作を停止させ、昇圧動作が停止された状態において出力電圧Voの検出値が第二閾値ThL未満となったことに応じて昇圧動作を再開させるといった構成を採ることができる。
これにより、出力電圧Voの値に応じた昇圧動作の停止/再開制御にヒステリシス特性が与えられる。
図7に例示するように、出力電圧Voには、いわゆるリップル成分として、平滑コンデンサChの充放電に伴う比較的微少な電圧値変動が生じるが、上記のヒステリシス特性により、該リップル成分に反応して昇圧動作の停止/再開が小刻みに行われてしまうこと、つまりは制御のチャタリングが発生してしまうことの防止が図られる。
なお、この場合のリミッタ回路30においては、コンパレータ31としてヒステリシスコンパレータを備えるものとすればよい。
<5.実施の形態のまとめ>

上記のように実施の形態の集積回路装置(2又は2’)は、電子を放出するフィラメント(Fi)と、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノード(An)と、アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管(1又は1’)における集積回路装置であって、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づきアノードを駆動するアノード駆動回路(アノードドライバ部25)と、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部(リミッタ回路30)と、を備えるものである。
これにより、負荷変動に対し出力電圧値が概ね一定に保たれる。このとき、出力電圧値の低下は、昇圧動作の停止に伴い実現される。
従って、表示品質の向上が図られる。また、発熱等の電力消費によって出力電圧値(又は入力電圧値等、出力電圧値を間接的に調整可能な電圧の値)を低下させる場合よりも電力損失の低減が図られる。
このように本実施の形態によれば、表示品質の向上を電力損失の低減を図りつつ実現することができる。
また、実施の形態の集積回路装置(2)においては、チャージポンプ型昇圧回路のうち少なくともチャージポンプコンデンサ(Cc)を除いた回路部であるチャージポンプ回路部(20)を備えている。
これにより、蛍光表示管を実装する基板がチャージポンプ回路部を備える必要がなくなる。
従って、蛍光表示管を上記基板に実装する顧客側において、チャージポンプ型昇圧回路の実装に伴う負担を軽減することができる。
さらに、実施の形態の集積回路装置においては、チャージポンプ回路部は、チャージポンプコンデンサごとに設けられる逆流防止素子としてそれぞれスイッチを有しており、チャージポンプ型昇圧回路は、それぞれのスイッチが所定のタイミングでオン/オフ動作を繰り返すことで昇圧動作を行っている。
これにより、逆流防止素子としてダイオードを用いる場合のような電圧ドロップが生じない。
従って、例えば3倍昇圧であれば入力電圧値の3倍の出力電圧値を得る等、理想倍率による出力電圧値を得ることの容易化を図ることができる。
さらにまた、実施の形態の集積回路装置においては、昇圧制御部は、昇圧動作を停止させる制御として、スイッチのうち最後段のスイッチをオフ状態で維持させる制御を行っている。
これにより、昇圧動作の停止中に出力コンデンサによる放電電流が入力側に逆流してしまうことの防止が図られる。
従って、安全性の向上を図ることができる。
また、実施の形態の集積回路装置においては、昇圧制御部は、出力電圧値が第一閾値を超えたことに応じて昇圧動作を停止させ、昇圧動作が停止された状態において出力電圧値が第一閾値よりも小さい第二閾値未満となったことに応じて昇圧動作を再開させている。
これにより、出力電圧値に応じた昇圧動作の停止/再開制御にヒステリシス特性が与えられる。
従って、出力電圧のリップル成分に反応して昇圧動作の停止/再開制御にチャタリングが発生してしまうことの防止を図ることができる。
また、実施の形態の蛍光表示管(1又は1’)は、電子を放出するフィラメントと、電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づきアノードを駆動するアノード駆動回路と、チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備えている。
このような実施の形態の蛍光表示管によっても、上記した実施の形態の集積回路装置と同様の作用及び効果が得られる。
<6.変形例>

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれまでで説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、上記では、フィラメントFiから放出される電子を加速させるためのグリッドGrを有する蛍光表示管に対して本発明が適用される場合を例示したが、本発明は、グリッドGrが省略されたいわゆる2極管構造が採られた蛍光表示管にも好適に適用することができる。
また、上記では、チャージポンプコンデンサを二つ設ける(つまり略3倍の昇圧を行う)場合に本発明を適用する例を挙げたが、本発明はチャージポンプコンデンサが一つとされる場合、或いは3以上とされる場合にも好適に適用することができる。
さらに、本発明は、CIG−VFD以外のVFDにも好適に適用することができる。
1、1’ 蛍光表示管、1a 表示管基板、An アノード、Fi フィラメント、2、2’ 集積回路装置、3 表示部、20 チャージポンプ回路部、24 タイミング制御部、25 アノードドライバ部、27 アノード端子部、Cc1、Cc2 チャージポンプコンデンサ、Ch 平滑コンデンサ、Vi 入力電圧源、Vd ロジック電圧源、Ci 入力コンデンサ、SW1〜SW3 スイッチ、30 リミッタ回路、31 コンパレータ、32 フリップフロップ、33 マルチプレクサ、34 インバータ、35、36 レベルシフタ、40、41 スイッチ回路、Q1、Q2、Q11、Q12 スイッチ、R1、R2 分圧抵抗、Vref 基準電圧、CLK クロック、50 チャージポンプ型昇圧回路

Claims (7)

  1. 電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、前記アノードの点消灯制御を行う集積回路装置とを有する蛍光表示管における前記集積回路装置であって、
    入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、
    前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備える
    集積回路装置。
  2. 前記チャージポンプ型昇圧回路のうち少なくともチャージポンプコンデンサを除いた回路部であるチャージポンプ回路部を備えた
    請求項1に記載の集積回路装置。
  3. 前記チャージポンプ回路部は、前記チャージポンプコンデンサごとに設けられる逆流防止素子としてそれぞれスイッチを有しており、
    前記チャージポンプ型昇圧回路は、それぞれの前記スイッチが所定のタイミングでオン/オフ動作を繰り返すことで前記昇圧動作を行う
    請求項2に記載の集積回路装置。
  4. 前記昇圧制御部は、
    前記昇圧動作を停止させる制御として、前記スイッチのうち最後段の前記スイッチをオフ状態で維持させる制御を行う
    請求項3に記載の集積回路装置。
  5. 前記昇圧制御部は、
    前記出力電圧値が第一閾値を超えたことに応じて前記昇圧動作を停止させ、前記昇圧動作が停止された状態において前記出力電圧値が前記第一閾値よりも小さい第二閾値未満となったことに応じて前記昇圧動作を再開させる
    請求項1乃至請求項4の何れかに記載の集積回路装置。
  6. 電子を放出するフィラメントと、
    前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、
    入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、
    前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる昇圧制御部と、を備える
    蛍光表示管。
  7. 電子を放出するフィラメントと、前記電子の移動を制御するアノード電極上に蛍光体が形成されたアノードと、入力電圧を昇圧するチャージポンプ型昇圧回路の出力電圧に基づき前記アノードを駆動するアノード駆動回路と、を備えた蛍光表示管における昇圧制御方法であって、
    前記チャージポンプ型昇圧回路の出力電圧値に応じて、前記チャージポンプ型昇圧回路の昇圧動作を停止/再開させる制御を行う
    昇圧制御方法。
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