JPH11204255A - Ｅｌランプ発光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＬランプ回路の効率向上を図ること。 【解決手段】 ＥＬランプの駆動回路において、ＥＬラ
ンプは等価的にコンデンサと抵抗が接続されたものと見
ることができるため、ＥＬランプに印加した電圧が切り
替わる期間、等価コンデンサに蓄積された静電エネルギ
を電池側に変換するＤＣ／ＤＣ回路を付加することで、
電池に回生させるための回路と制御を行うことにしたも
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（以降ＥＬと略す。）を応用したＥ
Ｌシートのフィルム形状のランプを、発光させる駆動回
路であるＥＬランプ発光回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＥＬランプ発光回路には、半導体
による正弦波発振回路を用い数ｋＨｚの交流電圧に変換
した後、トランスで数十Ｖに昇圧してＥＬランプに印加
することで発光させていた。しかし、近年別の新しい方
法として、インダクタと数十ＫＨｚでスイッチングさせ
る半導体スイッチと転流用ダイオードとから構成される
昇圧チョッパ回路によって、まず数十Ｖの直流電圧に変
換した後、ブリッジ構成した半導体スイッチにより数百
Ｈｚの交流に変換してからＥＬランプに印加してＥＬを
発光させる回路方式が提案されている。

【０００３】この従来方式を図７および８を用いて動作
原理を説明する。電池１にはインダクタ２と半導体スイ
ッチ５１によって直列回路を構成する。また、制御回路
３にも電圧を供給する構成である。半導体スイッチ５１
が閉となると、電池１の直流電圧がインダクタ２に印加
されるため、インダクタ２の電流が増加する。所定時間
経過後、半導体スイッチ５１を開とすると、インダクタ
２に蓄えられた電流はダイオード４１を通過してブリッ
ジ構成された半導体スイッチ５２〜５５群を通してＥＬ
７の端子に転流することになる。この場合、半導体スイ
ッチ５２と５５が閉となっている時は半導体スイッチ５
３と５４は開である。このように半導体スイッチ５２〜
５５群を数百Ｈｚ程度の周期で切り替え制御することに
より交流電圧が得られる。一方、半導体スイッチ５１は
数十ＫＨｚで開閉動作をさせているため、半導体スイッ
チ５２〜５５の開閉周期が切り替わるまで期間ｔ1にお
いて、ＥＬランプ７に電流が流れることになり、ＥＬラ
ンプ７の端子電圧が図８に示すように上昇する。半導体
スイッチ５２と５５が閉から開になると同時に、半導体
スイッチ５３と５４が閉となるように制御するため、Ｅ
Ｌランプ７に流れる電流の方向が逆に変わり、ＥＬラン
プ７の端子電圧の極性が切替る。これが期間ｔ3であ
る。

【０００４】ｔ１からｔ３に半導体スイッチ群が切り替
る際、閉となっている半導体スイッチ５２と５５が開と
なり、反対に開となっていた半導体スイッチ５３と５４
が閉となるため、半導体スイッチ５５の逆導通特性によ
り半導体スイッチ５３と５５を通してＥＬランプ７の残
電圧が放電される。残電圧を放電した後、半導体スイッ
チ５２〜５５の開閉動作が切り替わるまでの期間ｔ３で
は、ＥＬランプ７に電流が流れてＥＬランプ７の電圧が
負方向に充電されて、電圧が負方向に上昇（下降）す
る。さらに、ｔ３から再びｔ１に切り替るとき、閉とな
っている半導体スイッチ５３と５４が開となり、逆に開
である半導体スイッチ５２と５５が閉となるため、半導
体スイッチ５３の逆導通特性により半導体スイッチ５３
と５５を通して、再度ＥＬランプ７の残電圧を放電さ
る。この動作を繰り返すことにより図８に示す波形電圧
がＥＬランプ７に印加されて、ＥＬランプ７が発光する
ことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＥＬランプ方式のバッ
クライトは面発光の構造を持つため、導光板を使用する
発光ダイオード方式に比較して、薄型・軽量の設計がで
きる。また、むら無い均一に光るので、液晶ディスプレ
イのバックライトに採用されることが多くなっている。
さらに、無熱発光であり基本的に発光効率が良いのが特
徴である。しかし、ＥＬランプは交流で発光させるた
め、直流電源を交流電圧に変換する回路の変換効率が悪
いと変換回路の電力を損失が多くなり、ＥＬランプの発
光効率が良くても発光駆動回路を含めた全体では、発光
効率の良いＥＬランプの特徴を十分に発揮できない。前
述したように従来技術では、印加する交流電圧が降下す
る期間、即ちｔ３にＥＬランプに充電された静電エネル
ギを回路中に損失として消費していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＥＬランプ７
を発光させるためにＥＬランプ７に充電された静電エネ
ルギを印加電圧の降下期間時にただ放電させて回路中で
消費させずに、その静電エネルギをインダクタと半導体
スイッチで構成されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路により
電池１に電気エネルギとして回生させるものである。こ
れにより単に回路中で消費していた静電エネルギを回収
することができ、ＥＬランプ７を効率良く発光できるも
のである。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１と図５を用いて本発明の原理
を詳細に説明することにする。まず、図１において、半
導体スイッチ５２が閉となると、電池１の電圧がインダ
クタ２に印加されるため、インダクタ２の電流が増加す
る。一定時間経過後、半導体スイッチ５２を開とすると
同時に、半導体スイッチ５４を閉にしてインダクタ２に
蓄えられた電流を半導体スイッチ５４を通してＥＬラン
プ７に転流する。転流期間中インダクタのエネルギが放
出されるために、インダクタ２の電流は減少する。イン
ダクタ２の電流が停止したときには、ＥＬランプ７の電
圧の方が電池１の電位より高いため、ＥＬランプ７の充
電電圧によりインダクタ２の電流が逆流しないように、
半導体スイッチ５４を開にする。この半導体スイッチ５
２と５４が数十ｋＨｚの周期で交互に開閉を繰り返して
いる時間が、図５に示すｔ１の期間である。このような
動作を繰り返すことによって、ＥＬランプ７の端子電圧
が上昇して所定の値である百Ｖ近くに達する。

【０００８】インダクタ２の電流が停止した後に半導体
スイッチ５２が開となっている期間に、半導体スイッチ
５４を閉とすると、ＥＬランプ７から半導体スイッチ５
４とインダクタ２の経路で、電池１にＥＬランプ７の百
Ｖ近く充電された電圧が印加される。このためＥＬラン
プ７の電荷が半導体スイッチ５４とインダクタ２を通し
て電池１に逆流することになる。半導体スイッチ５４を
開、半導体スイッチ５２を閉とすると、インダクタ２に
流れている電流が半導体スイッチ５２を通して電池１に
電流が転流される。この半導体スイッチ５２と５４が数
十ｋＨｚの周波数で交互に開閉を繰り返している時間
が、図５に示すｔ２の期間で、ＥＬランプ７の端子電圧
は電池１の電圧までＥＬランプ７の電荷を電池１に回生
しながら降下することになる。図５に示すｔ５の期間に
おいては、半導体スイッチ５２と５４が開となっている
時間である。ｔ１、ｔ２からｔ５へ繰り返すことによ
り、ＥＬランプ７に脈流電圧が印加されるになり発光す
る。このＥＬランプ７端子の交流電圧は数百Ｈｚ程度の
周波数が適している。

【０００９】本発明の原理を図１で示したが、具体的な
本発明の実施例を図３に示す。電池１制御回路３の電源
端子に接続されているとともに、インダクタ２を通し
て、半導体スイッチ５２３に接続している。半導体スイ
ッチ５２３には逆導通ダイオード５２１を並列に接続し
ている。インダクタ２と半導体スイッチ５２３の接続点
において、半導体スイッチ５４３とダイオード５４２を
通してＥＬランプ７に接続すると共に、ダイオード５４
１を逆方向に電流が流れるように接続する。さらに、Ｅ
Ｌランプ７に並列にコンデンサ６を挿入する。コンデン
サ６は原理的には不要であるが、ＥＬランプ７の電気特
性の内部直列抵抗分が大きいのが一般的であるために接
続するものであり、これによりＥＬランプ７の発光効率
を向上できる。

【００１０】図６に示すＥＬランプ７部の出力電圧波形
を用いて説明する。同図のｔ１の期間は半導体スイッチ
５４３は開となっている。半導体スイッチ５２３が閉と
なると、電池１の電圧がインダクタ２に印加されるた
め、インダクタ２の電流が増加し、半導体スイッチ５２
３を開にしてインダクタ２に蓄えられた電流をダイオー
ド５４１を通してＥＬランプ７に転流する。この半導体
スイッチ５２３が数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返す
と、図示する波形となりＥＬランプ７の端子電圧が上昇
して百Ｖ近くに達する。

【００１１】図６に示すｔ２の期間は半導体スイッチ５
２３は開となっている。インダクタ２の電流が停止した
後に、半導体スイッチ５４３を閉とするとダイオード５
４２を通して、ＥＬランプ７とコンデンサ６に充電され
ていた百Ｖ近い電圧が、インダクタ２と電池１の直列回
路に印加されて、ダイオード５４２から半導体スイッチ
５４３およびインダクタ２を通して電池１に電流が逆流
する。半導体スイッチ５４３を開にすると、インダクタ
２に流れている電流がダイオード５２１を通して電池１
に電流が転流される。この半導体スイッチ５４３が数十
ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返している期間ｔ２に、Ｅ
Ｌランプ７の端子電圧が電池１の電圧まで降下すること
なる。図５のｔ５の期間は、この半導体スイッチ５２３
と５４３が開している時間である。図５におけるｔ１、
ｔ２からｔ５へ繰り返すことで、ＥＬランプ７に脈流電
圧を印加して発光させる。この図１と図３は、ＥＬラン
プ７の端子は極性が変わらない一方向の電圧が印加され
る。この回路では、直流分が含まれるため、ＥＬランプ
７に発光しない無駄な直流電圧分を印加してＥＬランプ
７の寿命を縮めることになっている。

【００１２】次に、両方向即ち交流電圧を印加する本発
明による他の実施例を図２に示す。電池１のプラス端子
より半導体スイッチ５１とインダクタ２と半導体スイッ
チ５２を通して、電池１のマイナス端子に接続して閉回
路を形成する。一方、半導体スイッチ５１とインダクタ
２の接続点から半導体スイッチ５３を通して、ＥＬラン
プ７の一方の端子に接続する。さらに、一方の端子を電
池１のマイナス端子に接続する。インダクタ２と半導体
スイッチ５２の接続点より半導体スイッチ５４を通し
て、半導体スイッチ５３とＥＬランプ７の接続点に接続
する。半導体スイッチ５１〜５４の制御端子はそれぞれ
制御回路３によって制御される構成である。

【００１３】図６のｔ１期間は、半導体スイッチ５１が
閉で半導体スイッチ５３が開としている。また、半導体
スイッチ５２が閉の時は半導体スイッチ５４が開で、半
導体スイッチ５４が閉の時は半導体スイッチ５２が開と
なっている。同時に閉にならないように、半導体スイッ
チ５２および５３は数十ｋＨｚの周波数で交互に開閉を
繰り返すことになる。半導体スイッチ５２が閉で半導体
スイッチ５４が閉の時は、半導体スイッチ５１と半導体
スイッチ５２を通して、インダクタ２に電池１の電圧が
印加されるため、インダクタ２に流れる電流は時間とと
もに上昇する。その電流方向は半導体スイッチ５１から
半導体スイッチ５２に流れる。半導体スイッチ５２が開
にして半導体スイッチ５４が閉すると、インダクタ２に
流れていた電流は、ＥＬランプ７の電圧が電池１の電圧
より高いとしても、インダクタ２の働きで電池１から半
導体スイッチ５１とインダクタ２と半導体スイッチ５４
を通りＥＬランプ７に転流してＥＬランプ７の電圧を上
昇させる。インダクタ２の電流が降下して停止したとき
に、ＥＬランプ７の電圧によりインダクタ２の電流が逆
流しないように半導体スイッチ５４は開する。

【００１４】図６のｔ２範囲は、半導体スイッチ５１が
閉で半導体スイッチ５３が開である。半導体スイッチ５
４が閉の時は半導体スイッチ５２が開で、半導体スイッ
チ５２が閉の時は半導体スイッチ５４が開となってい
る。同時に閉とせずに数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り
返している。半導体スイッチ５４が閉で半導体スイッチ
５２が開の時は、半導体スイッチ５４と半導体スイッチ
５１を通してインダクタ２に、ＥＬランプ７の正の残電
圧と電池１の電圧の差電圧が印加されるため、インダク
タ２に流れる電流は時間とともに上昇する。その電流方
向は半導体スイッチ５４から半導体スイッチ５１に向か
って流れる。半導体スイッチ５２が閉にして半導体スイ
ッチ５４が開とすると、インダクタ２に流れていた電流
は、インダクタ２の働きで半導体スイッチ５２とインダ
クタ２と半導体スイッチ５１に転流して、ＥＬランプ７
の電圧を低い電圧に変換して電池１に回生させることに
なる。インダクタ２の電流が降下して停止したときに、
電池１の電圧によりインダクタ２の電流が逆流しないよ
うに半導体スイッチ５２は開となる。

【００１５】図６のｔ３期間では、半導体スイッチ５２
が閉で半導体スイッチ５４が開となっている。半導体ス
イッチ５１が閉の時は半導体スイッチ５３が開で、半導
体スイッチ５３が閉の時は半導体スイッチ５１が開であ
る。同時に閉とせずに数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り
返している。半導体スイッチ５１が閉で半導体スイッチ
５３が開の時は、半導体スイッチ５１と半導体スイッチ
５２を通して、インダクタ２に電池１の電圧が印加され
るため、インダクタ２に流れる電流は時間とともに上昇
する。その電流方向は半導体スイッチ５１から半導体ス
イッチ５２に流れる。半導体スイッチ５１が開として半
導体スイッチ５３が閉とすると、インダクタ２に流れて
いた電流は、インダクタ２の働きで半導体スイッチ５３
からインダクタ２と半導体スイッチ５２を通る方向でＥ
Ｌランプ７に転流し、ＥＬランプ７の電圧を降下（負に
上昇）させる。インダクタ２の電流が降下して停止した
ときに、ＥＬランプ７の電圧によりインダクタ２の電流
が逆流しないように半導体スイッチ５３は開となる。

【００１６】図６のｔ４期間では、半導体スイッチ５２
が閉で半導体スイッチ５４が開となっている。半導体ス
イッチ５３が閉の時は半導体スイッチ５１が開で、半導
体スイッチ５１が閉の時は半導体スイッチ５３が開であ
る。同時に閉とせずに数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り
返している。半導体スイッチ５３が閉で半導体スイッチ
５１が開の時は、半導体スイッチ５２と半導体スイッチ
５３を通して、ＥＬランプ７の負の残電圧がインダクタ
２に印加されるため、インダクタ２に流れる電流は時間
とともに上昇する。その電流方向は半導体スイッチ５２
から半導体スイッチ５３に流れる。半導体スイッチ５１
が閉にして半導体スイッチ５３が開となると、インダク
タ２に流れていた電流はインダクタ２の働きで半導体ス
イッチ５２とインダクタ２と半導体スイッチ５１に流れ
て、電池１を充電する方向に流れる。インダクタ２の電
流が減少して零になったときに、電池１の電圧によりイ
ンダクタ２の電流が逆流しないように半導体スイッチ５
１は開にする。

【００１７】本発明による図２に示す原理動作を実現す
る他の実施例を図４に示す。図６のｔ１期間は半導体ス
イッチ５１３と５４３が閉であるが、半導体スイッチ５
３３と５３４と５４４が開となっている。半導体スイッ
チ５２３が数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返してい
る。半導体スイッチ５２３が閉の時は、半導体スイッチ
５１３と半導体スイッチ５２３を通してインダクタ２に
電池１の電圧が印加されるため、インダクタ２に流れる
電流は時間とともに上昇する。その電流方向は半導体ス
イッチ５１３から半導体スイッチ５２３に流れる。半導
体スイッチ５２３が開となると、インダクタ２に流れて
いた電流はＥＬランプ７の電圧が電池１の電位より高い
としても、インダクタ２の逆起電力の働きで電池１から
半導体スイッチ５１３とインダクタ２と半導体スイッチ
５４３とダイオード５４１を通り、コンデンサ６とＥＬ
ランプ７に転流してＥＬランプ７の電圧を上昇させる。
インダクタ２の電流が降下して零になった場合、ＥＬラ
ンプ７の電圧によりインダクタ２に電流が逆流しないよ
うにダイオード５４１を接続している。

【００１８】図６のｔ２期間は、半導体スイッチ５２３
と５３４が開となっていれば、半導体スイッチ５１３、
５３３および５４３は開でも閉でも良い。半導体スイッ
チ５４４が数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返してい
る。半導体スイッチ５４４が閉である時に、半導体スイ
ッチ５４４とダイオード５４２を通してインダクタ２
に、ＥＬランプ７の正の残電圧と電池１の差電圧が印加
されるため、インダクタ２に流れる電流は時間とともに
上昇する。その電流方向は半導体スイッチ５４４からダ
イオード５１１に流れる。半導体スイッチ５４４が開に
すると、インダクタ２に流れていた電流はインダクタ２
の逆起電力の働きでダイオード５２１とインダクタ２と
ダイオード５１１に転流して、ＥＬランプ７の電圧を低
い電圧に変換して電池１に静電エネルギを回生させる。

【００１９】図６のｔ３期間は、半導体スイッチ５２３
と５３４が閉となっている。一方、半導体スイッチ５３
３と５４３と５４４が開である。半導体スイッチ５１３
が数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返している。半導体
スイッチ５１３が閉の時は、半導体スイッチ５１３と半
導体スイッチ５２３を通して、インダクタ２に電池１の
電圧が印加されるため、インダクタ２に流れる電流は時
間とともに上昇する。その電流方向は半導体スイッチ５
１３から半導体スイッチ５２３に流れる。半導体スイッ
チ５１３が開となると、インダクタ２に流れていた電流
は、インダクタ２の逆起電力の働きでダイオード５３２
から半導体スイッチ５３４とインダクタ２と半導体スイ
ッチ５２３を通る方向でコンデンサ６とＥＬランプ７に
転流してＥＬランプ７の電圧を降下（負に上昇）させ
る。インダクタ２の電流が降下して停止したときに、Ｅ
Ｌランプ７の電圧によりインダクタ２の電流が逆流しな
いようにダイオード５３２を接続している。

【００２０】図６のｔ４期間は、半導体スイッチ５４３
が開となっていれば、半導体スイッチ５１３、５２およ
び５４４は開でもあるいは閉でも良い。半導体スイッチ
５３３は数十ｋＨｚの周波数で開閉を繰り返している。
半導体スイッチ５３３が閉の時は、半導体スイッチ５３
３とダイオード５３１とダイオード５２１を通して、Ｅ
Ｌランプ７の負の残電圧がインダクタ２に印加されるた
め、インダクタ２に流れる電流は時間とともに上昇す
る。その電流方向はダイオード５２１から半導体スイッ
チ５３３に流れる。半導体スイッチ５３３が開となる
と、インダクタ２に流れていた電流はインダクタ２の逆
起電力の働きでダイオード５１１と５２１を通して電池
１に流れて、電池１を充電する方向に電流が流れるため
回生動作となる。

【００２１】ＥＬランプ７はコンデンサ負荷であるた
め、本来、コンデンサ６をＥＬランプ７と並列に接続す
る必要はない。ＥＬランプ７の等価回路は内部抵抗分が
大きいので、コンデンサ６を接続することで、さらに変
換効率が良くなる。また、本明細書では、直流電源に電
池１を示しているが、直流電源であれば交流電源から電
圧変換した電源を使用しても同様の効果を発揮できる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、ＥＬランプの特徴
である発光効率をさらに良くするために、本発明のＥＬ
ランプ発光回路は、ＥＬランプ端子に印加した電圧を降
下させる時に、ＥＬランプ端子に充電された電荷を放電
させずに、電池に回生する。これにより、発光効率が上
がり消費電流を少なくできる。さらに、電池の消耗が少
なくなり長い時間発光できる。エネルギ消費量の削減に
寄与できる。また、負荷ＥＬ容量が１０ｎＦでＥＬ周波
数が４００Ｈｚで、ＥＬに印加する電圧が２００Ｖ_p-p
に駆動する条件で従来と本発明による比較を行うと、従
来発光回路では、３Ｖ＊３５ｍＡ＝１０５ｍＷに対し
て、本発明回路では、３Ｖ＊２９ｍＡ＝８７ｍＷで、１
７％の消費電力を軽減できた。従って、本発明はＥＬラ
ンプ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】本発明の原理を説明する回路図である。

【図２】本発明の動作を説明する基本回路図である。

【図３】本発明による実施例である。

【図４】本発明による他の実施例である。

【図５】本発明による実施例の動作波形である。

【図６】本発明による電圧波形である。

【図７】従来技術を説明する回路図である。

【図８】従来技術による電圧波形である。

【符号の説明】

１電池、２ インダクタ、 ３ 制御回路、６ コンデ
ンサ、７ ＥＬランプ、５１〜５６ 半導体スイッチ、
５１１、５２１、５３１、５３２、５４１、５４２ ダ
イオード、５１３、５２３、５３３、５３４、５４３、
５４４ トランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体スイッチで構成する昇圧回
   路によって直流電源を所要の電圧に変換しエレクトロル
   ミネッセンス（ＥＬ）ランプに印加する電圧制御機能を
   備えたＥＬランプ発光回路において、前記ＥＬに印加さ
   れる電圧は脈流もしくは交流電圧であると共に、ＥＬラ
   ンプに充電された電気エネルギを放電期間中に前記直流
   電源に回生する手段を備えたことを特徴とするＥＬラン
   プ発光回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記回生手段は直流
   電源に直列にインダクタと半導体スイッチを接続し、更
   にこの半導体スイッチと並列にＥＬランプと半導体スイ
   ッチの直列回路を接続して脈流電圧を発生する構成であ
   ることを特徴とするＥＬランプ発光回路。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記回生手段は直流
   電源に直列に半導体スイッチ、インダクタおよび半導体
   スイッチを接続し、更にインダクタと並列に複数の半導
   体スイッチとＥＬランプを接続し、交流電圧を発生する
   構成であることを特徴とするＥＬランプ発光回路。