JPH1167447A - Ｅｌ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】靜電容量差やばらつきのあるＥＬ素子を、固有
な変圧器を用いることなく最適状態で駆動できる回路を
有するＥＬ装置とする。 【解決手段】発振状態を持続させるための少なくても１
個以上のトランジスタ２，２′や演算増幅器やモストラ
ンジスタ等からなる一連の能動素子と、共振波を得るた
めの中間タップを持つ変圧器１の１次側巻き線と、変圧
器の２次側に構成した補償要素とＥＬ素子を直列接続し
て、その接続点と１次側発振要素とを結合して複合共振
回路による発振回路を構成し、種々なＥＬ素子の個々の
靜電容量値に対して出力電圧が一定になるようにする。
また、１次側と２次側を靜電容量で結合する。能動素子
の入力回路を高インピ−ダンス回路としたことで入力電
源Ｖinの適合範囲を拡大することや、全機能を一体化し
たバックライト用や装飾用とできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１】

【産業上の利用分野】最近エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）素子が液晶のバックライトに用いられてから、
急速に信頼性が向上し、さらにコストも激減したことか
ら、にわかに脚光を浴びてきた。元来ＥＬ素子は、輝度
は劣るものの消費電力が少なく、可搬装置に適するもの
と考えられていたが、信頼性と駆動電源を含めた変換効
率が悪く、或る一部の装置に限定的に使用されていたの
みである。しかしながら、ＥＬ素子が持つ魅力は、カラ
−表示が可能なことや種々な絵柄や文字の構成が容易で
あることから、人体用ワッペン、ジヨッギングや夜間登
山、夜間スキ−などのウエア−、テントのロ−プやテン
トの輪郭の発光などのキャンプ用品、ペット動物の首輪
などで使用できる発光体リンク、ヘア−バンドのような
若者向けグッズ、ワッペンを始めとした人体用装飾品、
発光靴などの子供向けグッズ、夜間パ−テイ−の案内
板、駐車場の車止め、トナカイ、サンタ、ソリなどの絵
柄を発光させたクリスマスリ−スなど、枚挙にいとまが
ないが、従来の考え方から飛躍した装飾品の現出が可能
となる。さらに、バックライトのように面状に発光でき
ることや、ファイバ−状、短冊状に発光面が構成できる
ことから、非常灯、階段の手すり灯、ステップ灯、常夜
灯、フットランプなどの事故防止用品への適応も可能と
なる。本発明は、有機発光体を始めとした交流式ＥＬ素
子を駆動するための交流電源に用いる発振回路の改善に
よって、上述した種々な分野に適合可能なＥＬ装置を提
供するものである。

【００２】

【従来の技術】ＥＬ素子は、発光層に用いる材質や、そ
の厚み、面積などの違いによって発光開始電圧Ｖｔｈ
や、駆動源が交流であったり、直流電源であったりする
などの特性が種々異なることが良く知られている。その
ため、例えば、交流駆動用電源変圧器は、ＴＤＫ社、フ
ァクスサ−ビス、Ｂｏｘ．６５６５−６１に開示されて
いるように種々な形式のものが市販されている。図２
（イ）、（ロ）に前述したＴＤＫ社のＥＬパネル点灯用
インバ−タトランスの結線図と回路をそれぞれ示す。図
２図から明らかなように、ここで推奨している回路は、
基本的なハ−トレ発振回路と呼ばれる回路を構成してい
るものと考えられる。回路の変圧器部分は、ブッラクボ
ックスとなっているが、図に示したように１次側をＬ1
の単巻き変圧器で構成し、２次側をＬ2で構成している
ものとして、以下論を進める。つまり、この回路では、
１次側のＬとＣ1，Ｃ2によって共振回路が構成され、２
２のＮＰＮトランジスタによって負性抵抗が作られる、
と共に共振回路の抵抗成分が相殺され共振状態が持続
し、連続的な発振交流電圧が得られる。さらに、当該発
振電圧を２次コイルを巻き上げることで昇圧し、所望と
する交流電圧を２次側に生じさせ、ＥＬ素子に加えるこ
とで素子が発光する。このようなことから、仮に素子の
発光電圧が一定として、発振回路に供給する電源を乾電
池のような電圧が低いものを用いれば、その値に相応し
て１次巻き線に対する２次巻き線の巻き上げ比が増加
し、２次側のインダクタンスも増加する。図ではＥＬ素
子の等価回路を簡単なコンデンサＣと抵抗Ｒで示してい
るが、ＥＬ素子の抵抗値は、イオン電流に基づくもの
や、電子の再結合によると考えられていることから、２
個のダイオ−ドを直列に逆接続した等価回路も提案され
ている。つまり、ＥＬ素子での等価抵抗Ｒは、非線形性
を示し点灯時と点灯電圧Ｖthでは著しくその値が異な
る。一方、ＥＬの靜電容量は、素子の材質や製法、補助
誘電体膜の構成によって異なり、前載の公知文献に記さ
れているようにＥＬパネル面積が２０ｃｍ2では１４．
７ｎＦ、３２ｃｍ2では２４．７ｎＦとその面積には比
例せず、この事例では８％の差異で比較的靜電容量に開
きが少ないが、一般的に等価抵抗や靜電容量は、測定方
法や測定電圧の差などによって特異な値を示す。さら
に、装飾用パネルでの靜電容量値は、同一目的に対する
表示面でも、最小値に対して最大値が１０倍程度の開き
となり、コンデンサの電極面積と空隙と、当該、空隙中
の誘電体の誘電率から求めた靜電容量値が、線形性や原
理原則で必ずしも説明できるものではないので、ＥＬ素
子周辺回路の設計が難しい。また、ＥＬ素子の固有な問
題として駆動電源の波形がsin波であったりその他パル
ス波であっても、正負対称性がないと、ＥＬ素子中に存
在するＣｕなどの不純物イオンがＥＬ中の一方の電極に
蓄積することで劣化を起こすため、出力波形も重要な要
素の一つである。結局、ＥＬ素子固有な上述した特性か
らＥＬ素子駆動用電源では１次回路の共振周波数と２次
出力回路の共振周波数が一致するとき最大効率が得られ
るものの、現実には必ずしも両者の共振周波数は一致せ
ず、トランスの１次側と、２次側に構成される共振器の
共振点の差に基づく高調波を含んだ出力となる。さら
に、周知な実用回路では入力電源電圧が異なったり、装
飾用ＥＬのように種々な絵柄が作られると、それぞれの
絵柄に応じて電極間靜電容量がまちまちな値となるの
で、ＥＬ素子の電極間靜電容量と２次側のインダクタン
スによる共振回路の共振周波数は、種々な値となり著し
く発光効率が損なわれる。一部効率改善を目的としてＥ
Ｌ素子に直列にインダクタンスを挿入する手法も用いら
れているが、ＥＬ素子の個々に対して特定したインダク
タンスを設定しなければいけないのであまり良い結果が
得られていない。すなわち、従来回路では、１次側共振
回路の共振点と２次側の共振点を一致させることがかな
り困難なことである。またさらに、１次側回路と２次側
回路との共振周波数にづれがあれば、出力波形は、歪波
となる。つまり、この波形で駆動したＥＬパネルを液晶
用のバックライトに用いると、このノイズによる不要画
が液晶パネルに生じ易くなる。一般的にはＥＬ素子の駆
動周波数は、高周波になるほど効率が良いとされている
が、述上した理由によって、直流駆動式を別にして、交
流駆動式の実用装置での発振周波数は、ＥＬ素子に合わ
せた６０Ｈｚから５ＫＨｚが適宜用いられている。すな
わち、従前回路によってこのような問題点を除去する為
には、ＥＬ素子の特性にあわせた種々な形式の変圧器が
必要になることとなる。一方、この様なことから、述上
したＥＬ素子が持つ固有な特性は、装飾用を始めとした
ＥＬ素子の利用分野の拡大を阻害するばかりでなく、コ
スト高の一要因にもなっている。

【００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、種々な特
性や靜電容量にばらつきを有するＥＬ素子の駆動回路中
に用いる変圧器の種類を低減すると共に、ＥＬ素子に整
合するように変圧器の特性を逐一変えることなく、回路
常数をわずか変更することによって、各種ＥＬ素子に整
合する駆動回路を有するＥＬ装置を得ようとするもので
ある。

【００４】

【課題を解決するための手段】発振状態を持続させるた
めのトランジスタや演算増幅器やモストランジスタ等か
らなる一連の能動素子と、共振波を得るための中間タッ
プを有する１次側巻き線と昇圧するための２次巻き線と
を有する変圧器と、２次側巻き線側には補償要素を付加
し、２次側巻き線のインダクタンスと当該補償要素とＥ
Ｌ素子の靜電容量とで構成される２次側共振回路とから
なり、かつ、１次側と２次側を結合して正帰還回路を構
成することで発振波を得て、種々なＥＬ素子の靜電容量
値に対して出力電圧が一定になるよう構成したＥＬ装置
を得る。また、１次側と２次側を靜電容量結合にしたＥ
Ｌ装置を得る。能動素子の入力回路を高インピ−ダンス
回路としたことで入力電源Ｖinの適合範囲を拡大したＥ
Ｌ装置。全機能を一体化した装飾用やバックライト用Ｅ
Ｌ装置。

【００５】

【作 用】ここで本発明の理解を助けるため図２に示す
従来例について考察する。いま、電源電圧Ｖinとの関係
やＬ1によって構成された共振回路から、その共振周波
数をオ−ダエステメイト的に求めてみる。まず、ここで
電源電圧を２個の単三電池の直列接続と仮定すれば電源
電圧Ｖinは、約３Ｖととなり、さらに、ＥＬ素子の発光
電圧Ｖｔｈを１００Ｖと仮定し、その最適駆動周波数を
２ｋＨｚ、また、トランジスタのエミッタ回路に流れる
電流値を２００ｍＡと仮定すれば、従来から良く知られ
ている理論によれば、Ｌ1のインピ−ダンス１５Ωが容
易に求められる。またこの時のインダクタンスは約１ｍ
Ｈとなる。上記値から１００Ｖの電圧を得るには、さら
にＬ1とＣ2に構成した共振回路の電圧上昇分やトランス
の相互インダクタンスＭを無視して、この駆動インダク
タンス１ｍＨに１００／３を乗じた値が、おおよそ２次
側インダクタンスの概略値となり３３．３ｍＨが得られ
る。ここで上記３３．３ｍＨと平均的なＥＬパネル素子
の靜電容量値３０ｎＦを用いて２次側回路の共振点を求
めれば、約５ＫＨｚとなり駆動周波数の２ＫＨｚに比べ
かなりかけ離れたものとなり、ＥＬ素子に加わる波形が
高調波が乗った歪波となったり、出力電圧も低く、Ｖin
が３Ｖではほぼ使用できない。さらに、１次側インダク
タンスは、Ｖinが５Ｖでは、１次側１．７ｍＨで２次側
は５７ｍＨとなる。さらに、ＥＬ素子とで作られる共振
周波数は、約１．２ＫＨｚとなる。このことは、ＥＬ素
子の発光電圧を一定としたとき電源電圧を低くすればす
るほど変圧器の巻き線の巻き数比が大きくなったり、逆
に電源電圧を高くすれば巻き数比を小さく設定すること
で２次回路の共振点が変化することも意味する。すでに
発振周波数を２ＫＨｚと仮定して論をすすめたが、Ｖin
が３Ｖのとき、２次回路の共振周波数が５ＫＨｚと算出
され、１次側とかけはなれた２次側の共振周波数が得ら
れている。したがって、Ｌ2とＥＬ素子で作られる共振
回路回路からみれば、このインダクタンス比では所望す
る駆動電圧が得られないことになる。以上述べた内容か
らも良く解るように、従来回路では低い電源電圧Ｖinを
用いて長い線状ＥＬ素子や面積の大きなＥＬパネルを発
光させるインバ−タ回路に用いる変圧器は、個々の素子
に適合するものを特別に設計することが必要になるし、
この回路でのＶｉｎは、５Ｖ近傍の入力値に限定され
る。

【００６】図３は、本発明に依る各部分の作用と機能を
説明するための説明図である。本発明のＥＬ装置は、図
示したように、変圧器３１の巻き線、つまりコイルをＬ
1，Ｌ2，Ｌ3によって構成し、能動素子部３２と、Ｒｆ
とＣｅで構成された分圧帰還要素３３と等価抵抗Ｒｅ
と、容量成分Ｃｅで構成されたＥＬ素子と、結合部３４
と電池からなる電源部３６とによって構成される。本発
明に依るＥＬ装置の発振形式は、従前から多用されてい
るハ−トレイ発振回路やコルピッツ形発振回路と、ＥＬ
素子とＬ3と分圧帰還要素３３とによって構成したＣＲ
Ｌ位相変位発振回路を結合部３４で結合した複合発振回
路を構成することで、ＥＬ素子の特性に適合する発振周
波と駆動電圧を得るものである。また、本発明が持つ１
側面は、変圧器の特性を変えることなく、結合部３４を
ただ単に電気的導線で構成したり、靜電容量で構成した
り、場合によっては抵抗器などで構成することで、効率
を変化して出力電圧を可変する機能をも有するものであ
る。当該装置の第１の発振要素は、昇圧変圧器３１のコ
イルＬ2とコンデンサＣ2によって与えるばかりでなく、
コンデンサＣ2を点線で示すＣ2’に移動しても遜色のな
い発振状態が得られる。図２では能動素子は、ただ単に
１個のＮＰＮトランジスタを用いたコレクタ接地形回路
を図示しているが、後で詳述するように、この能動素子
だけにこだわるわけでなく、各種能動素子をＥＬ素子や
用途に合わせて適宜用いる。まず、図示していない電源
スイッチが投入され、電源３６によって電力が３２の能
動素子に与えられると、瞬間的に３２の能動素子に電流
が流れＬ2の端子間には電圧が発生する。当該電圧は、
Ｌ2によって昇圧されると共に、Ｌ2とＣ2によって構成
された並列共振回路の共振周波数に従ってリンキング波
を発生する。この波形は、ただちに３１の端子ｃから結
合コンデンサＣ2を介して能動素子、ここではＮＰＮト
ランジスタのベ−ス回路に帰還される。当該第１の帰還
要素では、正帰還回路を構成しているので回路内の抵抗
成分は、能動素子に生じる負性抵抗成分によって相殺さ
れ、振動、つまり発振状態が持続する。一方、以上述べ
た第一の帰還要素により発振した交流電圧は、Ｌ3のコ
イルで巻き上げられ、３０Ｖから４００Ｖの交流電圧
が、ＥＬ素子に加わるように設定される。ＥＬ信号用電
源を別に設け、ただ単にＥＬ素子のバイアス電圧とし
て、当該、回路を用いる時には、ＥＬの点灯電圧Ｖｔｈ
によりわずかに低い電圧が発生するようにＬ1，Ｌ2コイ
ルの巻き線数に対してコイルＬ3の巻き数を設定する。
また、バックライトや装飾用ＥＬ装置の電源部として
は、Ｖthより高く最大印加電圧以下の電圧が得られるコ
イルＬ1，Ｌ2，Ｌ3の巻き数を設定する。変圧器３１の
２次巻き線Ｌ3のｄ端子は、図示したように直接接地回
路に接続しても良く、ＥＬと第２の帰還要素３３が直列
接続された接続点に結合しても良い。 当該ＥＬ素子と
帰還要素の接続部３４は、あとで詳述するが、図では電
気的導線によってトランス３１の端子ａに接続する、と
共にコンデンサＣ2を介してトランジスタのベ−スに帰
還電圧を導くように構成することで、１次回路と２次回
路で複合共振回路が構成され、効率のよいＥＬ装置が得
られた。すでに述べたようにＥＬ素子では、ＥＬ素子に
用いる材料と、補助誘電体膜の厚み、面積などの差異に
よって、ＥＬ素子の容量成分Ｃｅがまちまちな値となる
が、本発明では従来例が持つ弊害を除去、Ｃeのばらつ
きに対応して出力電圧が一定になるＥＬ装置を提供する
ものである。また蛇足ながら、ここでは煩雑さを避ける
ためそのデ−タを省略したが、本発明によるＥＬ装置の
各部の回路常数の決定や、従来例との比較は、非線形回
路解析になることと、等価回路が決定されていないため
に非常に困難なため、アナログ回路シミュレ−タを用い
てシミュレ−ションを行い、良好な結果が得られたこと
を付記しておく。

【００７】

【実施例１】図１は本発明に依るＥＬ装置の第１の実施
例を図示したもので、本発明のＥＬ装置は、すでに述べ
たように、基本要素として、Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3によって構
成した昇圧発振変圧器１と、２個のトランジスタ２、
２’で構成した能動素子部と、ＲｆとＣｅで構成された
分圧帰還要素３と、等価抵抗Ｒｅと容量成分Ｃｅで構成
されたＥＬ素子と、結合部４と電池か直流電源からなる
電源部６とによって構成される。本発明によるＥＬ装置
の発振形式は、従前から多用されているハ−トレイ発振
回路やコルピッツ形発振回路とＥＬ素子とＬ3と分圧帰
還要素３によって構成したＣＲＬ位相変位発振回路を結
合部４によって結合した複合発振回路を構成すること
で、ＥＬ素子の特性に適合する発振周波と駆動電圧を得
るものである。当該装置の第１の発振要素は、昇圧変圧
器１のコイルＬ2とＣ2によって与えられる。図での能動
素子部は、発振用トランジスタの入力インピ−ダンスを
高くするために２個のＮＰＮトランジスタ２、２’を用
い、周知なダ−リントン形エミッタ接地回路とした。図
ではエミッタ接地回路例を図示したが、もちろん、ダ−
リントン接続としたコレクタ接地回路でも本発明の主旨
に従えば、発振回路が容易に構成できる。ただ、一般的
には図３に示すコレクタ接地形回路は、高い入力インピ
−ダンスを呈するものとされるが、当該ＥＬ装置では、
ただ１個のトランジスタによるコレクタ接地回路で能動
素子部を構成しても、ダ−リントン回路のように高イン
ピ−ダンス化ができず、効率が低下する。本発明では、
図１に示すように周知なダ−リントン形回路の第１トラ
ンジスタ２’のコレクタに抵抗器６を挿入することで、
さらに高インピ−ダンス化して効率を向上することや、
過電流に対する保護機能を持たせる。つまり、当該抵抗
器は負荷回路の切断や何らかの不都合により発振が停止
したとき、トランジスタに過剰直流電流が流れることを
防止する保護抵抗器としている。通常、当該抵抗器は、
５から１０Ω程度の低い抵抗値を持った固定抵抗器を用
いる。まず、図示していない電源スイッチが投入され、
電源６のＶｉｎによって電力が２、２’のＮＰＮトラン
ジスタに与えられると、瞬間的に２、２’のトランジス
タに電流が流れＬ1のａ，ｂ端子間に電圧が発生する。
当該電圧は、Ｌ2によって昇圧されると共にＬ2とＣ2に
よって構成された並列共振回路の共振周波数に従ったリ
ンキング波を発生する。この波形は、ただちに変圧器３
１の端子ｃから結合コンデンサＣ1を介して能動素子、
ここではＮＰＮトランジスタのベ−ス回路に帰還され
る。当該能動素子のコレクタ回路ではリンキング波に対
して正帰還となることは前述通りである。当該第１の帰
還要素では、正帰還回路を構成しているので回路内の抵
抗成分は、能動素子に生じる負性抵抗成分によって相殺
され、振動、つまり発振状態が持続する。また、第一の
共振回路Ｌ2，Ｃ2は、トランジスタのコレクタ回路、Ｌ
1、Ｃ2によっても構成することもできるが、周知なよう
に、並列共振回路の共振点でのインピ−ダンスは、共振
点から外れた周波数でのインピ−ダンスより大きい値を
示すことから、共振回路をトランジスタのコレクタ回路
に挿入すると、低い入力電源Ｖinを用いた時には、共振
点での電力の注ぎこみが低下するのため、ここでは帰還
要素を構成するＬ2に対してＣ2を付加、発振用の共振回
路とした。一方、以上述べたように第一の帰還要素によ
り発振した交流電圧は、Ｌ3のコイルで巻き上げられ、
３０Ｖから４００Ｖの交流電圧がＥＬ素子に加わるよう
に巻き上げ比が設定される。現在多用されているＥＬ素
子の点灯方法では、当該ＥＬ電源は、すでに述べたよう
に最低、２種類の動作点の設定が要求されるが、前述し
たように変圧器の巻き線比を目的に合わせて決定する。
本発明による１実施例では、変圧器１の２次巻き線Ｌ3
のｄ端子を接地線に結合し、ＥＬの一方の端子と第２の
帰還要素３とを直列接続する。ＥＬと帰還要素３との接
続点ｐは、結合部３４に電気的に接続する。すでに詳述
した図３では、結合部３４をただ単に電気的導線で構成
したが、当該実施例では、接合部３４をＣ3で示したコ
ンデンサを用いた。また、この帰還要素３にＥＬ素子の
図示していない位相調整用インダクタンスを用い、ＥＬ
素子に当該位相調整用インダクタンスが直列に接続され
ているものでは、その接続点から図１ではコンデンサＣ
3を介して変圧器１の端子ｃに接続する、と共にトラン
ジスタ２’のベ−スにコンデンサＣ1を介して帰還電圧
を導くように構成することで、変圧器の１次側回路と２
次側回路がＱの高い複合共振回路を呈することになる。
また、図示したように端子ｄをただ単に接地してもよ
く、ＥＬ素子と補償要素との直列接続点ｐに接続しても
よい。また、端子ｄをただ単に接地した、図示した回路
では、ＥＬ素子と補償要素２の直列接続点をコンデンサ
Ｃ3を介して変圧器１の端子ｃに接続するれば、図３に
示した回路に比べ、約２０％以上高い交流電圧をＥＬ素
子に加えることができた。換言すると、図２の方式に比
べ同一出力電圧を得るのに、変圧器１の２次側巻き線が
少なくなり変圧器が小形化されることである。さらに、
本発明では、ＥＬ素子に適合する最適電圧を得るための
可変要素５を付加し出力電圧が可変できるものとした。
以上の構成によれば、特殊な変圧器を用いること無く、
現在多量に市販されている電源トランスで種々なＥＬ素
子を効率よく発光させることができた。ちなみに、その
主な仕様を記せば、電源Ｖｉｎに単三形乾電池２本を用
い、変圧器として１００Ｖ，３Ｖ−３Ｖ形センタタップ
付きで、発振周波数は、１．５ＫＨｚである。また、Ｖ
ｉｎは、トランジスタの電流容量が耐えれば３Ｖでも５
Ｖでも良いが、Ｖｉｎが５Ｖの場合には、変圧器を電源
Ｖｉｎに合わせ１００Ｖ，５Ｖ−５Ｖ形の方が好まし
い。つまり、このような変圧器でも可変要素による出力
電圧変化を加味すれば、１００Ｖ前後の出力電圧が得ら
れるので、ＥＬ素子に印加する電圧をオ−バドライブに
ならないように設定することが容易になる。さらに、本
発明を構成する回路素子は、トランジスタや抵抗器、ま
たコンデンサなどの回路部品がチップ部品として容易に
入手できるものであるから、変圧器にアモルハス磁性材
料の高磁束密度材料を用いることで、容積が１５ＣＣ以
下の小形化ができる。

【００８】

【実施例２】図４は本発明による第２の実施例を図示し
たものである。図では能動素子にＮチャネルパワ−モス
ＦＥＴを用いた態様を示したが、ＰチヤネルモスＦＥＴ
や他のＦＥＴでも同様の動作が得られる。まず、図示し
ていない電源スイッチが投入され、電源６のＶｉｎによ
って電力が４２のモスＦＥＴに与えられれば、瞬間的に
４２のモスＦＥＴに電流が流れＬ1のａ，ｂ端子間には
電圧が発生する。当該電圧は、Ｌ1によって昇圧される
と共にＬ1とＣ2によって構成された並列共振回路の共振
周波数に従ったリンキング波を発生する。この波形は、
ただちに変圧器１の端子ｃから結合コンデンサＣ1を介
して能動素子、ここではＮチャネルモストランジスタの
ゲ−ト回路に印加される。図の構成によれば能動素子の
ソ−ス回路ではリンキング波に対して正帰還となる。以
後の動作は、実施例１で詳述した態様に従って動作す
る。ただ、当該第２の実施例は、大形パネルなどの電力
をより多く使用するものにも適するが、１．５Ｖでも動
作のＦＥＴなどを用いることで電源が乾電池などの低い
電圧でも良好に動作する。一方、以上述べたように第一
の帰還要素により発振した交流電圧は、Ｌ3のコイルを
巻き上げ、３０Ｖから４００Ｖの交流電圧がＥＬ素子に
加わるように巻き上げ比を設定するが、バイポ−ラトラ
ンジスタに比べ瞬時電力を大きくつぎ込める利点や、モ
ストランジスタ自身の閉状態でのインピ−ダンスが大き
く、巻き数比を小さく設定でき、かつ、変圧器の小形化
が可能となった。参考までに記せば、同一電圧を得るた
めのインダクタンス比は、３／４以下となり、また、変
圧器の巻き数は、インダクタンスと２乗の関係にあるか
ら、さらに小形な変圧器を用いた回路でＥＬ素子が駆動
できる。さらに、第２の実施例でも、ＥＬ素子に適合す
る最適電圧を得るため、可変要素５を付加するが、やや
出力波形の対称性は悪くなる傾向にある。しかし第一の
実施例での可変要素５の抵抗値範囲が１ｋから１０ｋΩ
なのに対して当該実施例でのそれは、５０ｋから１５０
ｋΩとなり、１桁以上高い抵抗値で有効に機能する。い
ずれにしても、１個の可変要素を付加することで出力電
圧が可変できるものとした。第２の実施例では、能動素
子のインピ−ダンスが高いため、バイアス電位付加回路
で消費される無効電力が少なく、効率が非常に改善され
た。ただ可変要素の抵抗値が極端に高い値なので、小形
なボリュ−ム、可変抵抗器の入手が困難である。そのた
め本発明では、チップ形固定抵抗器を数個基板上に装着
して、当該抵抗器を並列または直列にジャンパ線を用い
て結合し、所望の抵抗値を得たり、抵抗体をトリ−ミン
グして所望の抵抗値を得て必要とする出力電圧を得た。
さらに、本発明に依る回路は、ＩＣ化に際し回路全体で
わずか２、３個の外付け部品を付加すれば良いので、超
小形回路が得られる。また、当該第２の実施例でも特殊
な変圧器を用いること無く、現在多量に市販されている
電源トランスで種々なＥＬ素子を効率よく発光させるこ
とができた。さらに、第２の実施例でも回路を構成する
回路素子、トランジスタや抵抗器、またコンデンサなど
の回路部品がチップ部品として容易に入手できる。変圧
器のコア−にシリコン含有率６．５％のＮＫス−パ−コ
アと呼ばれる珪素綱板を用いたり、アモルハス磁性材料
を用いることで、容積が１２ｃｃ以下の小形回路が構成
できる。さらに、従来例のように種々な特性を持った変
圧器をＥＬ素子それぞれに合わせて個別に用意する事も
なくなるので生産性も向上する。なお、図４では図１と
同一機能のものは同一記号や付番を用いた。

【００９】

【実施例３】図５は第３の実施例を図示したものであっ
て変圧器の２次コイルにタップｆを付加し、ＥＬの駆動
電流の位相調整を行うと共にｆ端子から帰還信号を取り
出す方式である。図に於いてＬ4は帰還要素を得ると共
にＥＬの靜電容量による電流位相を補償するものであっ
て、Ｃｆの外付けコンデンサの容量を変えることによっ
て効率向上を計るものである。この方式では変圧器に端
子が１端子増えたものの効率は、さらに改善された。以
上詳述したように本発明では、発振状態を持続させるた
めのトタンジスタや演算増幅器やモストランジスタ等か
らなる一連の能動素子と、共振波を得るための変圧器の
１次側巻き線と、２次側巻き線とＥＬ素子の靜電容量で
構成される２次側共振回路とをそれぞれ結合すること
で、種々なＥＬ素子のそれぞれ個々な靜電容量値に対し
て、出力電圧が一定になるＥＬ装置が得られた。本発明
の主旨に従えば、ここで詳述した種々な能動素子の動作
態様と、その組み合わせによる種々な回路構成が可能と
なる。また、詳細な説明では、あえて演算増幅器を用い
た回路については述べてないが、図１に示すトランジス
タ２、２’を１個で構成し、入力インピ−ダンスを高め
るために演算増幅器を前段２’のトランジスタに置き換
えて用いるなどは、当然、先に述べた能動素子の範疇に
含まれることは、その言を待たない。以上詳述したよう
にＥＬ素子を駆動する回路部や変圧器が小形化できる
と、人体装飾用ＥＬパネルが等が具現化できる。

【０１０】

【実施例４】図６は、本発明による数多い実施態様の中
から厳選して図示した、人体装飾用ＥＬ装置の表面を平
面状に構成した１実施例である。なお図６（イ）は、正
面図、（ロ）は、模式的な側破断図である。図に示す構
造は、人体用ワッペンや案内標識等に適応できる構造を
持ち、おわん状、または、面状に表示面を構成し、ＥＬ
素子５１を目視可能な状態で面に配置する。当該表示面
５０または当該面上には、もちろんＥＬ素子を図示した
ように文字または絵柄状で構成するが、ＥＬ素子の外、
種々な文字、絵柄などをＥＬ素子と独立して、周知な手
段を用いてカラ−インキや蛍光塗料を用いて表示面に適
宜印刷する。当該ＥＬ装置には、すでに詳述した、電池
５２や回路５３、変圧器５４等が一体で組み込まれる。
無論、外部電源や大容量電池を別途設けても良い。図で
は電池をボタン電池で示したが、ペ−パ−電池を用いれ
ば実装が容易になる。さらに、ＥＬを間欠的に発光させ
るときには、すでにＬＥＤ点灯装置などで用いられてい
る、図示してない電源用振動スイッチや、人間の動作に
よって電源回路を開閉する回路をも１体化して組み込む
ことで、電池の損耗が防止されたり書画の美観や表現効
果が向上したりする。

【０１１】

【実施例５】図７、は、本発明による数多い実施態様の
中からさらに厳選して図示した、人体装飾用ＥＬ装置を
曲線や円弧状に構成した１実施例を鳥瞰図として図示し
たものである。図に示す構造は、人体用腕輪、ヘア−バ
ンド等に適応できる構造を持ち、夜間のジョギング、ス
キ−、登山などに用いれば危険防止におおいに役立つば
かりでなく、犬などの首輪として用いれば、夜間でのペ
ットの交通事故の防止にもなる。当該実施例では、湾曲
状に表示面を構成し、図示したようにＥＬ素子６１を目
視可能な状態で面に配置する。当該表示面６０は、ＥＬ
素子６１を図示したように配置するのは無論のこと、文
字または絵柄状で構成すればさらに効果が向上する。ま
た、ＥＬ素子をカラ−化にしたり、ＥＬ素子の外、種々
な文字、絵柄などをＥＬ素子と独立して周知な手段を用
いて、カラ−や蛍光塗料を用いて表示面６１に適宜印刷
することで美観が一層向上する。図７に依るＥＬ装置で
は、弾力性のある樹脂などで全体を構成すれば脱着が容
易になるため、全体的に薄い形状で構成されるが、当該
装置でも、すでに詳述した、電池５２や回路５３変圧器
５４等が一体で組み込む。そこで、歩行やスキ−中に支
障の生じない部分、例えば６４に示すようにわずか凸部
を設けて封入したりする。図は電源Ｖinに単５形電池を
用いた態様について示したが、ペ−パ−電池を用いれば
薄型化が可能となる。

【発明の効果】述上のように本発明によるＥＬ装置で
は、能動素子のバイアス回路の消費電力が少なく、効率
が非常に改善されるばかりでなく、発振回路であっても
可変要素を変化することで、容易に必要とする出力電圧
を得られるため、種々な駆動電圧に対応した駆動源が容
易に得られるから、形状の差異や靜電容量の差異が有っ
ても同一状態でＥＬ素子を駆動できる効果を有すると共
にＥＬ素子の全く新規な用途を生み出す効果がある。ま
た、特殊な変圧器を用いること無く、現在多量に市販さ
れている電源トランスで種々なＥＬ素子を効率よく発光
させることができるので、ＥＬパネルやその類似品の普
及を促進する効果も得られる。さらに、本発明によるＥ
Ｌ装置では、述上の他、１）．容積が１５ＣＣ以下の小
形変圧器でＥＬ素子を駆動点灯できる。２）．従来例の
ように多くの特性を持った変圧器をＥＬ素子それぞれに
合わせて個別に用意する事もなくなるので生産性も向上
する。３）．液晶用のバックライトに用いてもノイズが
発生しない。４）装置全体が小形になりＥＬ装置が一体
化できるので人体装飾用に用いることができる。５）．
出力波形がグランドに対して正負対称波となるのでＥＬ
素子の寿命が改善される。６）．可搬用装置に用いれば
効率が改善されたことによって電池の寿命が著しく伸び
る。７）．なんらかの不都合によりＥＬ素子が断線し発
振が停止してもトランジスタを破損することが無い。
８）．結合部にコンデンサを用いたり、抵抗器をもちい
たり、ただ単に電気的導線を用いることで、出力電圧を
大幅に変化できる，９）．ＤＣ−ＤＣコンバ−タを用い
なくても電池電源で動作する。などの多くの効果を持っ
たＥＬ装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明によるＥＬ装置の基本回路を示す第１の
実施例の構成図である。 図２（イ）は、従来の変圧器の構成図である。 図２（ロ）は、従来の変圧器を用いたＥＬ素子駆動回路
である。 図３は、本発明によるＥＬ装置の第２の実施例を示す構
成図である。 図４は、本発明によるＥＬ装置の第３の実施例を示す構
成図である。 図５は、本発明によるＥＬ装置を人体用装飾装置とした
１実施例の正面図（イ）と模式的側破断面図（ロ）を図
示したものである。 図６は、本発明によるＥＬ装置を人体用装飾用とした第
２の実施例を模式的に図示したものである。

【符号の説明】

ＥＬはエレクトロルミネッセンス、ＡＣは交流、ＤＣは
直流、Ｃはコンデンサまたはキャパシタンス、Ｒは抵
抗、Ｌはコイルまたはインダクタンス、Ｈｚは周波数の
単位、Ｖｔｈは発光開始電圧、や閾値、ＬＥＤは発光ダ
イオ−ド、Ｑは共振回路の先鋭度やＬＣの良否の指標、
ｃｃは容積の単位のそれぞれである。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】 ＥＬ装置

【特許請求範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】最近エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）素子が液晶のバックライトに用いられてから、
急速に信頼性が向上し、さらにコストも激減したことか
ら、にわかに脚光を浴びてきた。元来ＥＬ素子は、輝度
は劣るものの消費電力が少なく、可搬装置に適するもの
と考えられていたが、信頼性と駆動電源を含めた変換効
率が悪く、或る一部の装置に限定的に使用されていたの
みである。しかしながら、ＥＬ素子が持つ魅力は、カラ
ー表示が可能なことや種々な絵柄や文字の構成が容易で
あることから、人体用ワッペン、ジヨッギングや夜間登
山、夜間スキーなどのウエアー、テントのロープやテン
トの輪郭の発光などのキャンプ用品、ペット動物の首輪
などで使用できる発光体リンク、ヘアーバンドのような
若者向けグッズ、ワッペンを始めとした人体用装飾品、
発光靴などの子供向けグッズ、夜間パーテイーの案内
板、駐車場の車止め、トナカイ、サンタ、ソリなどの絵
柄を発光させたクリスマスリースなど、枚挙にいとまが
ないが、従来の考え方から飛躍した装飾品の現出が可能
となる。さらに、バックライトのように面状に発光でき
ることや、ファイバー状、短冊状に発光面が構成できる
ことから、非常灯、階段の手すり灯、ステップ灯、常夜
灯、フットランプなどの事故防止用品への適応も可能と
なる。本発明は、有機発光体を始めとした交流式ＥＬ素
子を駆動するための交流電源に用いる発振回路の改善に
よって、上述した種々な分野に適合可能なＥＬ装置を提
供するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ素子は、発光層に用いる材質や、そ
の厚み、面積などの違いによって発光開始電圧Ｖｔｈ
や、駆動源が交流であったり、直流電源であったりする
などの特性が種々異なることが良く知られている。その
ため、例えば、交流駆動用電源変圧器は、ＴＤＫ社、フ
ァクスサービス、Ｂｏｘ．６５６５−６１に開示されて
いるように種々な形式のものが市販されている。図２
（イ）、（ロ）に前述したＴＤＫ社のＥＬパネル点灯用
インバータトランスの結線図と回路をそれぞれ示す。図
２図から明らかなように、ここで推奨している回路は、
基本的なハートレ発振回路と呼ばれる回路を構成してい
るものと考えられる。回路の変圧器部分は、ブッラクボ
ックスとなっているが、図に示したように１次側をＬ１
の単巻き変圧器で構成し、２次側をＬ２で構成している
ものとして、以下論を進める。つまり、この回路では、
１次側のＬとＣ１，Ｃ２によって共振回路が構成され、
２２のＮＰＮトランジスタによって負性抵抗が作られ
る、と共に共振回路の抵抗成分が相殺され共振状態が持
続し、連続的な発振交流電圧が得られる。さらに、当該
発振電圧を２次コイルを巻き上げることで昇圧し、所望
とする交流電圧を２次側に生じさせ、ＥＬ素子に加える
ことで素子が発光する。このようなことから、仮に素子
の発光電圧が一定として、発振回路に供給する電源を乾
電池のような電圧が低いものを用いれば、その値に相応
して１次巻き線に対する２次巻き線の巻き上げ比が増加
し、２次側のインダクタンスも増加する。図ではＥＬ素
子の等価回路を簡単なコンデンサＣと抵抗Ｒで示してい
るが、ＥＬ素子の抵抗値は、イオン電流に基づくもの
や、電子の再結合によると考えられていることから、２
個のダイオードやチェナーダイオードを直列に逆接続し
た等価回路も提案されている。つまり、ＥＬ素子での等
価抵抗Ｒは、非線形性を示し点灯時と点灯電圧Ｖｔｈで
は著しくその値が異なる。一方、ＥＬの靜電容量は、素
子の材質や製法、補助誘電体膜の構成によって異なり、
前載の公知文献に記されているようにＥＬパネル面積が
２０ｃｍ２では１４．７ｎＦ、３２ｃｍ２では２４．７
ｎＦとその面積には比例せず、この事例では８％の差異
で比較的靜電容量に開きが少ないが、一般的に等価抵抗
や靜電容量は、測定方法や測定電圧の差などによって特
異な値を示す。さらに、装飾用パネルでの靜電容量値
は、同一目的に対する表示面でも、最小値に対して最大
値が１０倍程度の開きとなり、コンデンサの電極面積と
空隙と、当該、空隙中の誘電体の誘電率から求めた靜電
容量値が、線形性や原理原則で必ずしも説明できるもの
ではないので、ＥＬ素子周辺回路の設計が難しい。ま
た、ＥＬ素子の固有な問題として駆動電源の波形がｓｉ
ｎ波であったりその他パルス波であっても、正負対称性
がないと、ＥＬ素子中に存在するＣｕなどの不純物イオ
ンがＥＬ中の一方の電極に蓄積することで劣化を起こす
ため、出力波形も重要な要素の一つである。結局、ＥＬ
素子固有な上述した特性からＥＬ素子駆動用電源では１
次回路の共振周波数と２次出力回路の共振周波数が一致
するとき最大効率が得られるものの、現実には必ずしも
両者の共振周波数は一致せず、トランスの１次側と、２
次側に構成される共振器の共振点の差に基づく高調波を
含んだ出力となる。さらに、周知な実用回路では入力電
源電圧が異なったり、装飾用ＥＬのように種々な絵柄が
作られると、それぞれの絵柄に応じて電極間靜電容量が
まちまちな値となるので、ＥＬ素子の電極間靜電容量と
２次側のインダクタンスによる共振回路の共振周波数
は、種々な値となり著しく発光効率が損なわれる。一部
効率改善を目的としてＥＬ素子に直列にインダクタンス
を挿入する手法も用いられているが、ＥＬ素子の個々に
対して特定したインダクタンスを設定しなければいけな
いのであまり良い結果が得られていない。すなわち、従
来回路では、１次側共振回路の共振点と２次側の共振点
を一致させることがかなり困難なことである。またさら
に、１次側回路と２次側回路との共振周波数にづれがあ
れば、出力波形は、歪波となる。つまり、この波形で駆
動したＥＬパネルを液晶用のバックライトに用いると、
このノイズによる不要画が液晶パネルに生じ易くなる。
一般的にはＥＬ素子の駆動周波数は、高周波になるほど
効率が良いとされているが、述上した理由によって、直
流駆動式を別にして、交流駆動式の実用装置での発振周
波数は、ＥＬ素子に合わせた６０Ｈｚから５ＫＨｚが適
宜用いられている。すなわち、従前回路によってこのよ
うな問題点を除去する為には、ＥＬ素子の特性にあわせ
た種々な形式の変圧器が必要になることとなる。一方、
この様なことから、述上したＥＬ素子が持つ固有な特性
は、装飾用を始めとしたＥＬ素子の利用分野の拡大を阻
害するばかりでなく、コスト高の一要因にもなってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、種々な特
性や靜電容量にばらつきを有するＥＬ素子の駆動回路中
に用いる変圧器の種類を低減すると共に、ＥＬ素子に整
合するように変圧器の特性を逐一変えることなく、回路
常数をわずか変更することによって、各種ＥＬ素子に整
合する駆動回路を有するＥＬ装置を得ようとするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発振状態を持続させるた
めのトランジスタや演算増幅器やモストランジスタ等か
らなる一連の能動素子と、共振波を得るための中間タッ
プを有する１次側巻き線と昇圧するための２次巻き線と
を有する変圧器と、２次側巻き線側には補償要素を付加
し、２次側巻き線のインダクタンスと当該補償要素とＥ
Ｌ素子の靜電容量とで構成される２次側共振回路とから
なり、かつ、１次側と２次側を結合して正帰還回路を構
成することで発振波を得て、種々なＥＬ素子の靜電容量
値に対して出力電圧が一定になるよう構成したＥＬ装置
を得る。また、１次側と２次側を靜電容量結合にしたＥ
Ｌ装置を得る。能動素子の入力回路を高インピーダンス
回路としたことで入力電源Ｖｉｎの適合範囲を拡大した
ＥＬ装置。全機能を一体化した装飾用やバックライト用
ＥＬ装置。

【０００５】

【作 用】ここで本発明の理解を助けるため図２に示す
従来例について考察する。いま、電源電圧Ｖｉｎとの関
係やＬ１によって構成された共振回路から、その共振周
波数をオーダエステメイト的に求めてみる。まず、ここ
で電源電圧を２個の単三電池の直列接続と仮定すれば電
源電圧Ｖｉｎは、約３Ｖととなり、さらに、ＥＬ素子の
発光電圧Ｖｔｈを１００Ｖと仮定し、その最適駆動周波
数を２ｋＨｚ、また、トランジスタのエミッタ回路に流
れる電流値を２００ｍＡと仮定すれば、従来から良く知
られている理論によれば、Ｌ１のインピーダンス１５Ω
が容易に求められる。またこの時のインダクタンスは約
１ｍＨとなる。上記値から１００Ｖの電圧を得るには、
さらにＬ１とＣ２に構成した共振回路の電圧上昇分やト
ランスの相互インダクタンスＭを無視して、この駆動イ
ンダクタンス１ｍＨに１００／３を乗じた値が、おおよ
そ２次側インダクタンスの概略値となり３３．３ｍＨが
得られる。ここで上記３３．３ｍＨと平均的なＥＬパネ
ル素子の靜電容量値３０ｎＦを用いて２次側回路の共振
点を求めれば、約５ＫＨｚとなり駆動周波数の２ＫＨｚ
に比べかなりかけ離れたものとなり、ＥＬ素子に加わる
波形が高調波が乗った歪波となったり、出力電圧も低
く、Ｖｉｎが３Ｖではほぼ使用できない。さらに、１次
側インダクタンスは、Ｖｉｎが５Ｖでは、１次側１．７
ｍＨで２次側は５７ｍＨとなる。さらに、ＥＬ素子とで
作られる共振周波数は、約１．２ＫＨｚとなる。このこ
とは、ＥＬ素子の発光電圧を一定としたとき電源電圧を
低くすればするほど変圧器の巻き線の巻き数比が大きく
なったり、逆に電源電圧を高くすれば巻き数比を小さく
設定することで２次回路の共振点が変化することも意味
する。すでに発振周波数を２ＫＨｚと仮定して論をすす
めたが、Ｖｉｎが３Ｖのとき、２次回路の共振周波数が
５ＫＨｚと算出され、１次側とかけはなれた２次側の共
振周波数が得られている。したがって、Ｌ２とＥＬ素子
で作られる共振回路回路からみれば、このインダクタン
ス比では所望する駆動電圧が得られないことになる。以
上述べた内容からも良く解るように、従来回路では低い
電源電圧Ｖｉｎを用いて長い線状ＥＬ素子や面積の大き
なＥＬパネルを発光させるインバータ回路に用いる変圧
器は、個々の素子に適合するものを特別に設計すること
が必要になるし、この回路でのＶｉｎは、５Ｖ近傍の入
力値に限定される。

【０００６】図３は、本発明に依る各部分の作用と機能
を説明するための説明図である。本発明のＥＬ装置は、
図示したように、変圧器３１の巻き線、つまりコイルを
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって構成し、能動素子部３２と、
ＲｆとＣｅで構成された分圧帰還要素３３と等価抵抗Ｒ
ｅと、容量成分Ｃｅで構成されたＥＬ素子と、結合部３
４と電池からなる電源部３６とによって構成される。本
発明に依るＥＬ装置の発振形式は、従前から多用されて
いるハートレイ発振回路やコルピッツ形発振回路と、Ｅ
Ｌ素子とＬ３と分圧帰還要素３３とによって構成したＣ
ＲＬ位相変位発振回路を結合部３４で結合した複合発振
回路を構成することで、ＥＬ素子の特性に適合する発振
周波と駆動電圧を得るものである。また、本発明が持つ
１側面は、変圧器の特性を変えることなく、結合部３４
をただ単に電気的導線で構成したり、靜電容量で構成し
たり、場合によっては抵抗器などで構成することで、効
率を変化して出力電圧を可変する機能をも有するもので
ある。当該装置の第１の発振要素は、昇圧変圧器３１の
コイルＬ２とコンデンサＣ２によって与えるばかりでな
く、コンデンサＣ２を点線で示すＣ２’に移動しても遜
色のない発振状態が得られる。図３では能動素子は、た
だ単に１個のＮＰＮトランジスタを用いたコレクタ接地
形回路を図示しているが、後で詳述するように、この能
動素子だけにこだわるわけでなく、各種能動素子をＥＬ
素子や用途に合わせて適宜用いる。まず、図示していな
い電源スイッチが投入され、電源３６によって電力が３
２の能動素子に与えられると、瞬間的に３２の能動素子
に電流が流れＬ２の端子間には電圧が発生する。当該電
圧は、Ｌ２によって昇圧されると共に、Ｌ２とＣ２によ
って構成された並列共振回路の共振周波数に従ってリン
キング波を発生する。この波形は、ただちに３１の端子
ｃから結合コンデンサＣ２を介して能動素子、ここでは
ＮＰＮトランジスタのベース回路に帰還される。当該第
１の帰還要素では、正帰還回路を構成しているので回路
内の抵抗成分は、能動素子に生じる負性抵抗成分によっ
て相殺され、振動、つまり発振状態が持続する。一方、
以上述べた第一の帰還要素により発振した交流電圧は、
Ｌ３のコイルで巻き上げられ、３０Ｖから４００Ｖの交
流電圧が、ＥＬ素子に加わるように設定される。ＥＬ信
号用電源を別に設け、ただ単にＥＬ素子のバイアス電圧
として、当該、回路を用いる時には、ＥＬの点灯電圧Ｖ
ｔｈによりわずかに低い電圧が発生するようにＬ１，Ｌ
２コイルの巻き線数に対してコイルＬ３の巻き数を設定
する。また、バックライトや装飾用ＥＬ装置の電源部と
しては、Ｖｔｈより高く最大印加電圧以下の電圧が得ら
れるコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の巻き数を設定する。変圧
器３１の２次巻き線Ｌ３のｄ端子は、図示したように直
接接地回路に接続しても良く、ＥＬと第２の帰還要素３
３が直列接続された接続点に結合しても良い。当該ＥＬ
素子と帰還要素の接続部３４は、後に詳述するが、図で
は電気的導線によってトランス３１の端子ａに接続す
る、と共にコンデンサＣ２を介してトランジスタのベー
スに帰還電圧を導くように構成することで、１次回路と
２次回路で複合共振回路が構成され、効率のよいＥＬ装
置が得られた。すでに述べたようにＥＬ素子では、ＥＬ
素子に用いる材料と、補助誘電体膜の厚み、面積などの
差異によって、ＥＬ素子の容量成分Ｃｅがまちまちな値
となるが、本発明では従来例が持つ弊害を除去、Ｃｅの
ばらつきに対応して出力電圧が一定になるＥＬ装置を提
供するものである。また蛇足ながら、ここでは煩雑さを
避けるためそのデータを省略したが、本発明によるＥＬ
装置の各部の回路常数の決定や、従来例との比較は、非
線形回路解析になることと、等価回路が決定されていな
いために非常に困難なため、アナログ回路シミュレータ
を用いてシミュレーションを行い、良好な結果が得られ
たことを付記しておく。

【０００７】

【実施例１】図１は本発明に依るＥＬ装置の第１の実施
例を図示したもので、本発明のＥＬ装置は、すでに述べ
たように、基本要素として、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって
構成した昇圧発振変圧器１と、２個のトランジスタ２、
２’で構成した能動素子部と、ＲｆとＣｅで構成された
分圧帰還要素３と、等価抵抗Ｒｅと容量成分Ｃｅで構成
されたＥＬ素子と、結合部４と電池か直流電源からなる
電源部６とによって構成される。本発明によるＥＬ装置
の発振形式は、従前から多用されているハートレイ発振
回路やコルピッツ形発振回路とＥＬ素子とＬ３と分圧帰
還要素３によって構成したＣＲＬ位相変位発振回路を結
合部４によって結合し、複合発振回路を構成すること
で、ＥＬ素子の特性に適合する発振周波と駆動電圧を得
るものである。当該装置の第１の発振要素は、昇圧変圧
器１のコイルＬ２とＣ２によって与えられる。図での能
動素子部は、発振用トランジスタの入力インピーダンス
を高くするために２個のＮＰＮトランジスタ２、２’を
用い、周知なダーリントン形エミッタ接地回路とした。
図ではエミッタ接地回路例を図示したが、もちろん、ダ
ーリントン接続としたコレクタ接地回路でも本発明の主
旨に従えば、発振回路が容易に構成できる。＿一般的に
は図３に示すコレクタ接地形回路は、高い入力インピー
ダンスを呈するものとされるが、当該ＥＬ装置では、た
だ１個のトランジスタによるコレクタ接地回路で能動素
子部を構成しても、ダーリントン回路のように高インピ
ーダンス化ができず、効率が低下する。本発明では、図
１に示すように周知なダーリントン形回路の第１トラン
ジスタ２’のコレクタに抵抗器７を挿入することで、さ
らに高インピーダンス化して効率を向上することや、過
電流に対する保護機能を持たせる。つまり、当該抵抗器
は負荷回路の切断や何らかの不都合により発振が停止し
たとき、トランジスタに過剰直流電流が流れることを防
止する保護抵抗器としている。通常、当該抵抗器は、５
から１０Ω程度の低い抵抗値を持った固定抵抗器を用い
る。まず、図示していない電源スイッチが投入され、電
源６のＶｉｎによって電力が２、２’のＮＰＮトランジ
スタに与えられると、瞬間的に２、２’のトランジスタ
に電流が流れＬ１のａ，ｂ端子間に電圧が発生する。当
該電圧は、Ｌ２によって昇圧されると共にＬ２とＣ２に
よって構成された並列共振回路の共振周波数に従ったリ
ンキング波を発生する。この波形は、ただちに変圧器３
１の端子ｃから結合コンデンサＣ１を介して能動素子、
ここではＮＰＮトランジスタのベース回路に帰還され
る。当該能動素子のコレクタ回路ではリンキング波に対
して正帰還となることは前述通りである。当該第１の帰
還要素では、正帰還回路を構成しているので回路内の抵
抗成分は、能動素子に生じる負性抵抗成分によって相殺
され、振動、つまり発振状態が持続する。また、第一の
共振回路Ｌ２，Ｃ２は、トランジスタのコレクタ回路、
Ｌ１、Ｃ２によっても構成することもできるが、周知な
ように、並列共振回路の共振点でのインピーダンスは、
共振点から外れた周波数でのインピーダンスより大きい
値を示すことから、共振回路をトランジスタのコレクタ
回路に挿入すると、低い入力電源Ｖｉｎを用いた時に
は、共振点での電力の注ぎこみが低下するのため、ここ
では帰還要素を構成するＬ２に対してＣ２を付加、発振
用の共振回路とした。一方、以上述べたように第一の帰
還要素により発振した交流電圧は、Ｌ３のコイルで巻き
上げられ、３０Ｖから４００Ｖの交流電圧がＥＬ素子に
加わるように巻き上げ比が設定される。現在多用されて
いるＥＬ素子の点灯方法では、当該ＥＬ電源は、すでに
述べたように最低、２種類の動作点の設定が要求される
が、前述したように変圧器の巻き線比を目的に合わせて
決定する。本発明による１実施例では、変圧器１の２次
巻き線Ｌ３のｄ端子を接地線に結合し、ＥＬの一方の端
子と第２の帰還要素３とを直列接続する。ＥＬと帰還要
素３との接続点ｐは、結合部３４に電気的に接続する。
すでに詳述した図３では、結合部３４をただ単に電気的
導線で構成したが、当該実施例では、接合部３４をＣ３
で示したコンデンサを用いた。また、この帰還要素３に
ＥＬ素子の図示していない位相調整用インダクタンスを
用い、ＥＬ素子に当該位相調整用インダクタンスが直列
に接続されているものでは、その接続点から図１ではコ
ンデンサＣ３を介して変圧器１の端子ｃに接続する、と
共にトランジスタ２’のベースにコンデンサＣ１を介し
て帰還電圧を導くように構成することで、変圧器の１次
側回路と２次側回路がＱの高い複合共振回路を呈するこ
とになる。また、図示したように端子ｄをただ単に接地
してもよく、ＥＬ素子と補償要素との直列接続点ｐに接
続してもよい。また、端子ｄをただ単に接地した、図示
した回路では、ＥＬ素子と補償要素２の直列接続点をコ
ンデンサＣ３を介して変圧器１の端子ｃに接続するれ
ば、図３に示した回路に比べ、約２０％以上高い交流電
圧をＥＬ素子に加えることができた。換言すると、図２
の方式に比べ同一出力電圧を得るのに、変圧器１の２次
側巻き線が少なくなり変圧器が小形化されることであ
る。さらに、本発明では、ＥＬ素子に適合する最適電圧
を得るための可変要素５を付加し出力電圧が可変できる
ものとした。以上の構成によれば、特殊な変圧器を用い
ること無く、現在多量に市販されている電源トランスで
種々なＥＬ素子を効率よく発光させることができた。ち
なみに、その主な仕様を記せば、電源Ｖｉｎに単三形乾
電池２本を用い、変圧器として１００Ｖ，３Ｖ−３Ｖ形
センタタップ付きで、発振周波数は、１．５ＫＨｚであ
る。また、Ｖｉｎは、トランジスタの電流容量が耐えれ
ば３Ｖでも５Ｖでも良いが、Ｖｉｎが５Ｖの場合には、
変圧器を電源Ｖｉｎに合わせ１００Ｖ，５Ｖ−５Ｖ形の
方が好ましい。つまり、このような変圧器でも可変要素
による出力電圧変化を加味すれば、１００Ｖ前後の出力
電圧が得られるので、ＥＬ素子に印加する電圧をオーバ
ドライブにならないように設定することが容易になる。
さらに、本発明を構成する回路素子は、トランジスタや
抵抗器、またコンデンサなどの回路部品がチップ部品と
して容易に入手できるものであるから、変圧器にアモル
ハス磁性材料の高磁束密度材料を用いることで、容積が
１５ＣＣ以下の小形化ができる。

【０００８】

【実施例２】図４は本発明による第２の実施例を図示し
たものである。図では能動素子にＮチャネルパワーモス
ＦＥＴを用いた態様を示したが、ＰチヤネルモスＦＥＴ
や他のＦＥＴでも同様の動作が得られる。まず、図示し
ていない電源スイッチが投入され、電源６のＶｉｎによ
って電力が４２のモスＦＥＴに与えられれば、瞬間的に
４２のモスＦＥＴに電流が流れＬ１のａ，ｂ端子間には
電圧が発生する。当該電圧は、Ｌ１によって昇圧される
と共にＬ１とＣ２によって構成された並列共振回路の共
振周波数に従ったリンキング波を発生する。この波形
は、ただちに変圧器１の端子ｃから結合コンデンサＣ１
を介して能動素子、ここではＮチャネルモストランジス
タのゲート回路に印加される。図の構成によれば能動素
子のソース回路ではリンキング波に対して正帰還とな
る。以後の動作は、実施例１で詳述した態様に従って動
作する。ただ、当該第２の実施例は、大形パネルなどの
電力をより多く使用するものにも適するが、１．５Ｖで
も動作のＦＥＴなどを用いることで電源が乾電池などの
低い電圧でも良好に動作する。一方、以上述べたように
第一の帰還要素により発振した交流電圧は、Ｌ３のコイ
ルを巻き上げ、３０Ｖから４００Ｖの交流電圧がＥＬ素
子に加わるように巻き上げ比を設定するが、バイポーラ
トランジスタに比べ瞬時電力を大きくつぎ込める利点
や、モストランジスタ自身の閉状態でのインピーダンス
が大きく、巻き数比を小さく設定でき、かつ、変圧器の
小形化が可能となった。参考までに記せば、同一電圧を
得るためのインダクタンス比は、３／４以下となり、ま
た、変圧器の巻き数は、インダクタンスと２乗の関係に
あるから、さらに小形な変圧器を用いた回路でＥＬ素子
が駆動できる。さらに、第２の実施例でも、ＥＬ素子に
適合する最適電圧を得るため、可変要素５を付加する
が、やや出力波形の対称性は悪くなる傾向にある。しか
し第一の実施例での可変要素５の抵抗値範囲が１ｋから
１０ｋΩなのに対して当該実施例でのそれは、５０ｋか
ら１５０ｋΩとなり、１桁以上高い抵抗値で有効に機能
する。いずれにしても、１個の可変要素を付加すること
で出力電圧が可変できるものとした。第２の実施例で
は、能動素子のインピーダンスが高いため、バイアス電
位付加回路で消費される無効電力が少なく、効率が非常
に改善された。ただ可変要素の抵抗値が極端に高い値な
ので、小形なボリューム、可変抵抗器の入手が困難であ
る。そのため本発明では、チップ形固定抵抗器を数個基
板上に装着して、当該抵抗器を並列または直列にジャン
パ線を用いて結合し、所望の抵抗値を得たり、抵抗体を
トリーミングして所望の抵抗値を設定して、ＥＬ素子を
駆動するために必要な出力電圧を得た。さらに、本発明
に依る回路は、ＩＣ化に際し回路全体でわずか２、３個
の外付け部品を付加すれば良いので、超小形回路が得ら
れる。また、当該第２の実施例でも特殊な変圧器を用い
ること無く、現在多量に市販されている電源トランスで
種々なＥＬ素子を効率よく発光させることができた。さ
らに、第２の実施例でも回路を構成する回路素子、トラ
ンジスタや抵抗器、またコンデンサなどの回路部品がチ
ップ部品として容易に入手できる。変圧器のコアーにシ
リコン含有率６．５％のＮＫスーパーコアと呼ばれる珪
素綱板を用いたり、アモルハス磁性材料を用いること
で、容積が１２ｃｃ以下の小形回路が構成できる。さら
に、従来例のように種々な特性を持った変圧器をＥＬ素
子それぞれに合わせて個別に用意する事もなくなるので
生産性も向上する。なお、図４では図１と同一機能のも
のは同一記号や付番を用いた。

【０００９】

【実施例３】図５は第３の実施例を図示したものであっ
て変圧器の２次コイルにタップｆを付加し、ＥＬの駆動
電流の位相調整を行うと共にｆ端子から帰還信号を取り
出す方式である。図に於いてＬ４は帰還要素を得ると共
にＥＬの靜電容量による電流位相を補償するものであっ
て、Ｃｆの外付けコンデンサの容量を変えることによっ
て効率向上を計るものである。この方式では変圧器に端
子が１端子増えたものの効率は、さらに改善された。以
上詳述したように本発明では、発振状態を持続させるた
めのトタンジスタや演算増幅器やモストランジスタ等か
らなる一連の能動素子と、共振波を得るための変圧器の
１次側巻き線と、２次側巻き線とＥＬ素子の靜電容量で
構成される２次側共振回路とをそれぞれ結合すること
で、種々なＥＬ素子のそれぞれ個々な靜電容量値に対し
て、出力電圧が一定になるＥＬ装置が得られた。本発明
の主旨に従えば、ここで詳述した種々な能動素子の動作
態様と、その組み合わせによる種々な回路構成が可能と
なる。また、詳細な説明では、あえて演算増幅器を用い
た回路については述べてないが、図１に示すトランジス
タ２、２’を１個で構成し、入力インピーダンスを高め
るために演算増幅器を前段２’のトランジスタに置き換
えて用いるなどは、当然、先に述べた能動素子の範疇に
含まれることは、その言を待たない。以上詳述したよう
にＥＬ素子を駆動する回路部や変圧器が小形化できる
と、人体装飾用ＥＬパネルが等が具現化できる。

【００１０】

【実施例４】図６は、本発明による数多い実施態様の中
から厳選して図示した、人体装飾用ＥＬ装置の表面を平
面状に構成した１実施例である。なお図６（イ）は、正
面図、（ロ）は、模式的な側破断図である。図に示す構
造は、人体用ワッペンや案内標識等に適応できる構造を
持ち、おわん状、または、面状に表示面を構成し、ＥＬ
素子５１を目視可能な状態で面に配置する。当該表示面
５０または当該面上には、もちろんＥＬ素子を図示した
ように文字または絵柄状で構成するが、ＥＬ素子の外、
種々な文字、絵柄などをＥＬ素子と独立して、周知な手
段を用いてカラーインキや蛍光塗料を用いて表示面に適
宜印刷する。当該ＥＬ装置には、すでに詳述した、電池
５２や回路５３、変圧器５４等が一体で組み込まれる。
無論、外部電源や大容量電池を別途設けても良い。図で
は電池をボタン電池で示したが、ペーパー電池を用いれ
ば実装が容易になる。さらに、ＥＬを間欠的に発光させ
るときには、すでにＬＥＤ点灯装置などで用いられてい
る、図示してない電源用振動スイッチや、人間の動作に
よって電源回路を開閉する回路をも１体化して組み込む
ことで、電池の損耗が防止されたり書画の美観や表現効
果が向上したりする。

【００１１】

【実施例５】図７、は、本発明による数多い実施態様の
中からさらに厳選して図示した、人体装飾用ＥＬ装置を
曲線や円弧状に構成した１実施例を模式的な鳥瞰図とし
て図示したものである。図に示す構造は、人体用腕輪、
ヘアーバンド等に適応できる構造を持ち、夜間のジョギ
ング、スキー、登山などに用いれば危険防止におおいに
役立つばかりでなく、犬などの首輪として用いれば、夜
間でのペットの交通事故の防止にもなる。当該実施例で
は、湾曲状に表示面を構成し、図示したようにＥＬ素子
６１を目視可能な状態で面に配置する。当該表示面６０
には、ＥＬ素子６１を図示したように配置するのは無論
のこと、文字または絵柄状で構成すればさらに効果が向
上する。また、ＥＬ素子をカラー化にしたり、ＥＬ素子
の外、種々な文字、絵柄などをＥＬ素子と独立して周知
な手段を用いて、カラーや蛍光塗料を用いて表示面６１
に適宜印刷することで美観が一層向上する。図７に依る
ＥＬ装置では、弾力性のある樹脂などで全体を構成すれ
ば脱着が容易になるため、全体的に薄い形状で構成され
るが、当該装置でも、すでに詳述した、電池５２や回路
５３変圧器５４等が一体で組み込む。そこで、歩行やス
キー中に支障の生じない部分、例えば６４に示すように
わずか凸部を設けて封入したりする。図は電源Ｖｉｎに
単５形電池を用いた態様について示したが、ペーパー電
池を用いれば薄型化が可能となる。

【００１２】

【発明の効果】述上のように本発明によるＥＬ装置で
は、能動素子のバイアス回路の消費電力が少なく、効率
が非常に改善されるばかりでなく、発振回路中の可変要
素を変化することで、容易に必要とする出力電圧を得ら
れるため、種々な駆動電圧に対応した駆動源が容易に得
られるから、形状の差異や靜電容量の差異が有っても同
一状態でＥＬ素子を駆動できる効果を有すると共にＥＬ
素子の全く新規な用途を生み出す効果がある。また、特
殊な変圧器を用いることも無く、現在多量に市販されて
いる電源トランスで種々なＥＬ素子を効率よく発光させ
ることができるので、ＥＬパネルやその類似品の普及を
促進する効果も得られる。さらに、本発明によるＥＬ装
置では、述上の他、１）．容積が１５ＣＣ以下の小形変
圧器でＥＬ素子を駆動点灯できる。２）．従来例のよう
に多くの特性を持った変圧器をＥＬ素子それぞれに合わ
せて個別に用意する事もなくなるので生産性も向上す
る。３）．液晶用のバックライトに用いてもノイズが発
生しない。４）装置全体が小形になりＥＬ装置が一体化
できるので人体装飾用に用いることができる。５）．出
力波形がグランドに対して正負対称波となるのでＥＬ素
子の寿命が改善される。６）．可搬用装置に用いれば効
率が改善されたことによって電池の寿命が著しく伸び
る。７）．なんらかの不都合によりＥＬ素子が断線し発
振が停止してもトランジスタを破損することが無い。
８）．結合部にコンデンサを用いたり、抵抗器をもちい
たり、ただ単に電気的導線を用いることで、出力電圧を
大幅に変化できる，９）．ＤＣ−ＤＣコンバータを用い
なくても電池電源で動作する。などの多くの効果を持っ
たＥＬ装置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ＥＬ装置の基本回路を示す第１の
実施例の構成図である。

【図２】（イ）は、従来の変圧器の１構成図である。ま
た（ロ）は、従来の変圧器を用いたＥＬ素子の駆動回路
例である。

【図３】本発明によるＥＬ装置の機能説明のための説明
図である。

【図４】本発明によるＥＬ装置の第２の実施例を図示し
たものである。

【図５】本発明によるＥＬ装置の第３の実施例を図示し
たものである。

【図６】本発明によるＥＬ装置を人体用装飾用として平
面状に構成した実施例を模式的に図示したもので（イ）
は正面図、また（ロ）は、側面図のそれぞれである。

【図７】本発明によるＥＬ装置を円弧状に人体用装飾用
として構成した実施例を模式的に図示したものである。

【符号の説明】１、２１、３１、４１、５４、６４ 変成器 ２、２２、３２、４２ 能動素子部 ３、３３ 分圧帰還要素 ４、３４ 結合部 ５、３５ 可変要素 ６、２３、３６、５２、６４ 電源 ７ 保護抵抗器 ５３ 回路基板 ５０、６０ 表示面 ５１、６１ ＥＬ素子 Ｖｉｎ 直流入力電源 ＥＬ エレクトロルミネッセンス Ｃｆ，Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃｅコンデンサまたはキャパ
シタンス Ｒｆ、Ｒｅ 抵抗器 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３トランスのコイル Ｈｚ 周波数の単位 Ｖｔｈ 発光開始電圧や閾値 ＬＥＤ 発光ダイオード Ｑ 共振回路の先鋭度やＬＣの良否の指標 ｃｃ 容積の単位

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振状態を持続させるための少なくても１
   個以上のトランジスタや演算増幅器やモストランジスタ
   等からなる一連の能動素子と、共振波を得るための中間
   タップを有する１次側巻き線と２次側巻き線とで構成し
   た変圧器と、ＥＬ素子の靜電容量と当該変圧器の２次巻
   き線で構成される２次側共振回路とを結合して、正帰還
   回路を構成することによって昇圧した交流出力電圧を発
   生し、ＥＬ素子の種々な靜電容量値に対しても出力電圧
   が一定になるよう構成したことを特徴としたＥＬ装置。
2. 【請求項２】２次側と１次側の結合を靜電容量結合にし
   たことを特徴とした請求項１記載のＥＬ装置。
3. 【請求項３】能動素子要素の入力回路を高インピ−ダン
   ス回路としたことを特徴とした請求項１記載のＥＬ装
   置。
4. 【請求項４】能動素子の入力部分に可変要素を付加して
   出力電圧を可変可能としたことを特徴とした請求項１記
   載のＥＬ装置。
5. 【請求項５】ＥＬ素子の位相補正回路を変圧器の２次巻
   き線に設けたことを特徴とした請求項１記載のＥＬ装
   置。
6. 【請求項６】発振状態を持続させるための少なくても１
   個のトランジスタや演算増幅器やモストランジスタ等か
   らなる一連の能動素子と、共振波を得るための１次側巻
   き線を有する変圧器と、当該変圧器の２次側共振回路と
   ＥＬ素子の靜電容量とが共同して発振回路を構成すると
   共に、前記構成要素とＥＬ素子を一体に構成し、ＥＬ素
   子に交流電圧を印加して発光させるたことを特徴とした
   ＥＬ装置。
7. 【請求項７】電源部を電池で構成し内蔵したことを特徴
   とした請求項６記載のＥＬ装置。