(57)【要約】  インバータ（１１）が、ＥＬランプ（１４）に、直列キャパシタ（１５）及び分路抵抗（１６）を含むハイパス・フィルタにより結合される。当該抵抗は、ＥＬランプに対して並列に結合される。当該ハイパス・フィルタは、０．００５秒より大きい時定数を有する。当該キャパシタは、ＥＬランプのキャパシタンスの少なくとも１０倍のキャパシタンスを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＥＬランプを含むＥＬパネルをインバータから駆動する電源であって、
前記インバータを前記ＥＬランプに結合して、前記ＥＬランプにかかるＤＣバイアスを排除するハイパス・フィルタを備える電源。
【請求項２】
前記ハイパス・フィルタが、直列キャパシタ及び分路抵抗を含む請求項１記載の電源。
【請求項３】
前記分路抵抗が、前記ＥＬランプに対して並列に結合されている請求項２記載の電源。
【請求項４】
前記ハイパス・フィルタが、０．００５秒より大きい時定数を有する請求項２記載の電源。
【請求項５】
前記直列キャパシタが、前記ＥＬランプのキャパシタンスの少なくとも１０倍のキャパシタンスを有する請求項２記載の電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ動作型インバータに関し、特に、ＥＬパネルのランプにＤＣバイアスを生成すること無しに当該ＥＬパネルを駆動するインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において用いられているように、そして当業者により理解されるように、「厚膜」は、ＥＬランプの１つの種類を指し、そして「薄膜」は、ＥＬランプの別の種類を指す。これらの用語は、おおざっぱには、実際の厚さに関係付けられ、異なる学問分野を実際に識別する。一般的に、薄膜ＥＬランプは、様々な層の真空蒸着により、通常、ガラス基板又は直前の層の上に作られる。厚膜ＥＬランプは、一般的に、インクの層を基板上に被着することにより、例えば、ロール塗布、吹きつけ（スプレーすること）、又は様々な印刷技術により作られる。幾つかのランプ層が典型的には同じ要領で又はスクリーン印刷により被着されるにも拘わらず、インクを被着する技術だけに限られない。薄い厚膜ＥＬランプは、用語に関しての矛盾ではなく、そのようなランプは、薄膜ＥＬランプより相当に厚い。
【０００３】
本明細書において用いられているように、ＥＬ「パネル」は、各発光範囲がＥＬ「ランプ」である１又はそれより多くの発光範囲を含む単一のシートである。ＥＬランプは、本質的に、２つの導電性電極間の誘電体層を有するキャパシタである。なお、２つの導電性電極の１つは、透過性である。誘電体層は、蛍光体粒子を含むことができ、又は誘電体層に隣接した蛍光体粒子の分離層が存在することができる。蛍光体粒子は、比較的僅かな電流を用いて、強い電界の存在下で光を放射する。
【０００４】
厚膜ＥＬランプの文脈においては、及び当業者により理解されるように、「無機」は、シリコン又はガリウムを母体結晶として含まない結晶質の発光材料を指す。（結晶体は、偶然に、不純物でもって、又は故意にドーピングされ得る。「母体」は、ドーパントでなく、結晶体自体を指す。用語「無機」は、ＥＬランプを作る他の材料と関連しない。
【０００５】
ＥＬ発光体粒子は、典型的には、硫化亜鉛ベースの材料であり、それは、硫化銅（Ｃｕ２Ｚ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）及び硫化カドミウム（ＣｄＳ）のような１又はそれより多くの化合物を、固溶体で硫化亜鉛結晶構造内に、又は粒子構造内の第２の相又はドメインとして含む。ＥＬ発光体は、典型的には、ドーパント、例えば、臭素、塩素、マンガン、銀等のような適度の量の他の材料を、色中心として、活性剤として、又は所望の発光体の特性を変更するため粒子格子の中の欠陥を変更するため含む。放出される光の色は、ドーピング・レベルにより決定される。原理的には理解されるにも拘わらず、ＥＬ発光体粒子の輝度は、詳細には理解されていない。発光体の輝度は、時間及び使用につれ劣化し、発光体が湿気又は高い周波数（１０００ヘルツ以上）の交流に晒される場合劣化がより大きい。
【０００６】
最近（１９８５年以降）のＥＬランプは、典型的には、約０．１７８ｍｍの厚さを有するポリエステル又はポリカーボネート材料の透明な基板を含む。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム酸化物の透明な前面電極は、基板上に１０００Å程の厚さに真空被着される。発光体層は、前面電極の上にスクリーン印刷され、そして誘電体層は、発光体層の上にスクリーン印刷される。背面電極は、誘電体層の上にスクリーン印刷される。また、それらの層をロール塗布で被着することが、当該技術において知られている。
【０００７】
用いるインクは、結合剤、溶媒、及び充填剤を含み、その充填剤は、インクの性質を決定する。典型的な溶媒は、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）である。結合剤は、典型的には、ポリビニリデンフルオライド／ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ／ＨＦＰ）、ポリエステル、ビニール、エポキシ、又はカイナー（Ｋｙｎａｒ）（登録商標）９３０１、Ａｔｏｆｉｎａにより市販されている専売のターポリマ（三元共重合体）のようなフルオロポリマである。発光体層は、典型的には、溶媒、結合剤及び硫化亜鉛粒子を含むスラリーからスクリーン印刷される。誘電体層は、典型的には、溶媒、結合剤、及びチタニア（ＴｉＯ２）又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ２）の粒子を含むスラリーからスクリーン印刷される。背面（不透明な）電極は、典型的には、溶媒、結合剤、及び銀又は炭素のような導電性粒子を含むスラリーからスクリーン印刷される。当該技術において長く知られているように、化学的に同じ又は化学的に似ている、各層に対する溶媒及び結合剤は、隣接層間の化学的適合性及び良好な密着力を与える（米国特許Ｎｏ．４，８１６，７１７（Ｈａｒｐｅｒ他）を参照）。
【０００８】
電源が低電圧バッテリである携帯型電子装置、自動車用ディスプレイ、及び他の応用においては、ＥＬランプは、直流を交流に変換するインバータにより給電される。ＥＬランプが十分に発光するため、約１２０ボルトを越えたピーク・ツー・ピーク電圧が、必要である。実際の電圧は、ランプの構成、そして、特に、発光体粉体内の電界強度に依存する。ＥＬランプを流れる交流の周波数は、ランプの寿命に影響を与え、２００ヘルツと１０００ヘルツとの間の周波数が、好ましい。イオン移動が、発光体の中で２００ヘルツ以下の周波数で生じる。１０００ヘルツを越えると、発光体の寿命は、周波数に反比例する。
【０００９】
適切な電圧が、変圧器を用いたインバータから得ることができる。小さいパネルについては、変圧器は、比較的高価である。従来技術は、インダクタがＥＬランプを介してか又は蓄積キャパシタにかのいずれかに放電されるとき、インダクタに蓄積されたエネルギが、ＥＬランプに高電圧で小電流として供給される幾つかのタイプのインバータを開示する。蓄積キャパシタにかかる電圧は、インバータからの一連の高周波数パルスによりポンピングされて上昇する。また、容量性のポンプ回路が、知られているが、商用的には広く用いられていない。
【００１０】
インバータにより生成された直流は、ＥＬランプを給電するため交流に変換されねばならない。米国特許Ｎｏ．４，５２７，０９６（Ｋｉｎｄｌｍａｎｎ）は、この目的のためのスイッチング・ブリッジを開示する。このスイッチング・ブリッジは、二極双投スイッチとして作用して、ＥＬランプを通る電流を低周波数で交番させる。米国特許Ｎｏ．５，３１３，１４１（Ｋｉｍｂａｌｌ）は、ＡＣ電圧を直接生成するインバータを開示する。どちらかの技術を用いた複数のインバータが、商業的に入手可能である。
【００１１】
一般的に、インバータは、正弦波交流電流のほぼ近似である電圧を生成する。特に、電流の正及び負の半サイクルが、必ずしも同一ではない。その結果、発光体層からのイオン移動を起こすＤＣバイアスが、そして銀粒子を用いた場合には背面電極からの銀イオン移動を起こすＤＣバイアスが、ＥＬランプ上に生じる。ＥＬランプと直列接続のＤＣ阻止キャパシタを用いることが、当該技術において知られている。例えば、米国特許Ｎｏ．５，３４７，１９８（Ｋｉｍｂａｌｌ）を参照されたい。銀イオン移動を阻止する又は遅らせるため障壁層を用いることが当該技術において知られている。例えば、米国特許Ｎｏ．６，４４５，１２８（Ｂｕｓｈ他）を参照されたい。
【００１２】
Ｋｉｍｂａｌｌ特許に言及されているように、キャパシタは、ＥＬランプよりはるかに高い漏洩抵抗を有する。従って、キャパシタと直列接続されるＥＬランプの両端間のＤＣ電圧降下は、最小である。また、Ｋｉｍｂａｌｌ特許に言及されているように、「オフ」状態ですら、例えば、ドライバがＥＬランプを完全に放電することなしにターン・オフされるとき、ＥＬランプを流れる微少の電流が存在する。この微少の電流は、非常に小さいＤＣバイアスに対応するが、イオン移動を起こさせることが分かった。
【００１３】
ＥＬランプの放電を制御して、交流電流をシミュレートすること（例えば、米国特許Ｎｏ．５，８８６，４７５（ホリウチ他））が、又はＥＬランプにより放出される音響雑音を低減すること（例えば、米国特許Ｎｏ．６，５５５，９６７（Ｌｙｎｃｈ他））が、或いはＥＬランプからのエネルギを回復すること（例えば、米国特許Ｎｏ．５，９８２，１０５（Ｍａｓｔｅｒｓ））が、当該技術において知れている。制御された放電が既知であるとはいえ、そのようなことは、ゼロ・ボルトまで放電することと同じではない。例えば、ＥＬランプからの音響雑音に接続されている回路は、ＥＬランプの両端間の電圧を或る一定のレベルまで低減するだけである。なお、当該或る一定のレベルより下では、電圧の急激な変化が、仮にも雑音があるならば、不可聴雑音を起こす。その急激な変化は、必ずしもゼロ・ボルトまではなく、１０又は１２ボルト程の大きさの残留電圧を残すことができる。
【００１４】
他のタイプの回路は、同じ問題を有する。ポンピングを用いるいずれの回路（容量性であれ、誘導性であれ）も、減少する戻り、即ち、ＥＬランプが放電するにつれ１ポンプ・サイクル当たりの電荷がより少なくなることに直面する。その結果、ゼロ・ボルト前のポンピング停止に至り、そしてＥＬランプが完全には放電されないことが生じる。「Ｈブリッジ」出力のような均衡した又は対称であるように見える回路は、無い。処理変動により、トランジスタは僅かに異なる電圧で切り替わるようになる。注意深く整合された又は補償されたスイッチング素子は、ＥＬランプ用ＤＣインバータのマーケットでは高価過ぎる。その結果、ＥＬランプ上にＤＣバイアスが生じることになる。小さいＤＣバイアスでさえ、有害であり、それにより、適正に駆動されたランプと比較して寿命が短くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、前述のことに鑑みて、本発明の目的は、ＤＣバイアスをＥＬパネル上に生成することなしに、ＥＬパネルをバッテリから駆動する電源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述の目的は、インバータが、直列キャパシタ及び分路抵抗を含むハイパス・フィルタによりＥＬランプに結合されるようにした本発明により達成される。当該抵抗は、ＥＬランプに対して並列に結合され、そして当該ＥＬランプより低い抵抗値を有し、それにより、ＥＬランプを通る微少の電流を分流する。ハイパス・フィルタは、０．００５秒より大きい時定数を有し、そしてキャパシタは、ＥＬランプのキャパシタンスの少なくとも１０倍のキャパシタンスを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のより完全な理解は、添付図面と共に以下の詳細な説明を考慮することにより得ることができる。
【００１８】
図１において、インバータ１１は、例えば、バッテリ１２から低い直流電圧により給電され、そしてその低い直流電圧を高い交流電圧に変換する。本発明に従って、インバータ１１は、キャパシタ１５及び抵抗１６を含むハイパス・フィルタによりＥＬパネル１４に結合される。
【００１９】
インバータ１１は、ＥＬパネル１４の定格の輝度まで十分な電圧及び電流をそのＥＬパネル１４に供給するいずれかの適切なインバータである。インバータ１１は、ポンプ・タイプの回路に基づく変圧器、又はポンプ・タイプの回路であることができる。インバータ１１の出力は、シングル・エンデッド（電圧と回路接地）型又はフローティング（例えば、Ｈブリッジ）型であることができる。
【００２０】
ハイパス・フィルタは、直列キャパシタ１５及び分路抵抗１６を含む。キャパシタ１５は、直流がＥＬパネル１４を通ることを阻止するが、しかしインバータ１１内の回路不平衡を補正することができない。抵抗１６は、ＥＬパネル１４に対して並列に結合され、そしてＥＬパネル１４からのいずれの残留ＤＣバイアスを放電する。
【００２１】
ＥＬパネルは、「損失の大きい」又は「漏洩の多い」キャパシタである。即ち、キャパシタのプレート間に跨る抵抗１７により表された有限の固有抵抗値が存在する。この抵抗値は、極めて大きく、数十メガオームであり、そしてＥＬパネルを放電するため依拠されることができない。別の言い方をすれば、ＥＬパネルの時定数は、長すぎていて、そしてＥＬパネルがそれ自体で完全に放電することができる前にＤＣバイアスからの損傷が、生じる。抵抗１６は、１メガオームのオーダの抵抗値を有し、そしてＥＬパネル１４を迅速に放電させるが、しかしインバータ１１の動作に干渉するほど迅速ではなく放電させる。抵抗１６は、間欠的である従来技術の放電回路とは異なり実質的に連続的にＥＬパネル１４に結合される。
【００２２】
キャパシタ１５は、ＥＬパネル１４のキャパシタンスと直列接続状態にあって、分圧器を形成する。そういうことで、キャパシタ１５は、ＥＬパネル１４にかかっている電圧を必ず低減する。その低減は、キャパシタ１５のキャパシタンスがＥＬパネル１４のキャパシタンスの少なくとも１０倍、好ましくは２０倍のキャパシタンスであることを要求することにより最小にされる。より大きい電圧降下が、より小さいキャパシタの両端間にある。１０：１又は２０：１の比は、大きいように見えるが、そうではない。ＥＬパネルのキャパシタンスは、誘電体材料の誘電率、誘電体層の厚さ、等々により影響を受けるが、しかし典型的には約０．４６５ｎＦ／平方ｃｍ（３ｎＦ／平方インチ）である。従って、約３２３平方ｃｍ（５０平方インチ）のパネルに対してさえ、キャパシタ１５は、ほぼ０．９μＦから１．８μＦの値を有することが単に必要なだけである。
【００２３】
キャパシタ１５及び抵抗１６は一緒で、ＥＬパネル１４に印加されるパルスの周波数と比較して、低い時定数を有する。上で与えられた値を用いると、ハイパス・フィルタは、約１ヘルツの周波数に対応する約１秒の時定数を有し、それは、ＥＬパネルに典型的に印加されるパルスの周波数、２００−１０００Ｈｚよりはるかに低い。０．００５秒より大きい時定数は、十分である。従って、本発明に従って構成されたハイパス・フィルタは、当該ハイパス・フィルタを省略した場合と比較して、ＥＬパネルに印加される電圧を極めて僅かに低減するだけである。他方、ＤＣバイアスを完全に排除することにより、ランプ輝度及びランプ寿命が改善される。
【００２４】
このように本発明を説明してきたが、当業者には、様々な変更を本発明の範囲内で行うことができることが明らかであろう。例えば、キャパシタ１５が、図１の回路において示されるＥＬパネル１４の上にあるか又はその下にあるかは重要ではない。抵抗１６が、インバータ１１の外部にあるよう示されているが、当該インバータ１１は、典型的には単一の集積回路デバイスであり、そこで抵抗１６を集積回路の中に組み込むこともできるであろう。オーミック抵抗がインピーダンスより好ましい。半導体デバイスは、カットオフ電圧を有し、そして特別のバイアス回路がないと、ＥＬパネル１４をゼロ・ボルトまで放電するために適していない。複数のランプを有するＥＬパネルにおいては、各ランプ（又は、一緒に動作するランプの群）は、それ自身の分路抵抗を有する。単一の直列キャパシタは、十分であるが、しかし５〜６個のキャパシタを所望ならば用いることができるであろう。幾つかのより小さいキャパシタを用いることは、或る状況では単一のより大きいキャパシタを用いるより好ましい場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態に従って構成された電源を示す一部ブロック・一部概略図である。
【図１】
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