(57)【要約】【課題】簡素な回路構成で電界放出型ランプを一定電力で駆動し、回路部品の増大による装置の大型化やコスト上昇を回避する。【解決手段】電力制御回路部２０において、コンパレータＣＰの反転入力端子（−端子）に基準電圧Ｖrを印加する一方、非反転入力端子（＋端子）に、入力電圧Ｖinを比較用として入力するための抵抗Ｒ1を接続すると共に、ランプＬのカソード電極を接続し、更に抵抗Ｒ2を介して接地する。そして、コンパレータＣＰの反転入力端子（−端子）に印加される基準電圧Ｖrと非反転入力端子（＋端子）に印加される電圧（抵抗Ｒ2の両端電圧）とを比較して、コンパレータＣＰの出力で制御素子Ｑの導通を制御し、ゲート電圧安定化回路部１０を介したランプＬのゲート電圧制御を行うと共に、ランプ電圧Ｖaの変動に対してランプＬを一定電力で駆動する定電力制御を行う。【選択図】図２
2012248480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に電子放出源を有するカソード電極と蛍光体を有するアノード電極とを所定間隔で配置し、前記カソード電極と前記アノード電極との間にゲート電極を配置した３極構造を有する電界放出型ランプの駆動装置であって、
前記電界放出型ランプのゲート電極に、安定化したゲート電圧を印加するゲート電圧安定化回路部と、
前記アノード電極に印加されるランプ電圧に比例する電圧と、前記カソード電極に流れるランプ電流に比例する電圧との和が一定の基準電圧となるよう、前記ゲート電圧安定化回路部から印加される前記ゲート電圧を制御し、前記電界放出型ランプを一定電力で駆動する電力制御回路部と
を備えたことを特徴とする電界放出型ランプの駆動装置。
【請求項２】
前記電力制御回路部は、
前記ランプ電圧が一定の電圧であるとき、前記ランプ電圧に比例する電圧と前記ランプ電流に比例する電圧とが等しくなるよう、前記ゲ−ト電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の電界放出型ランプの駆動装置。
【請求項３】
前記電力制御回路部は、
前記ランプ電圧に比例する電圧から第１の抵抗を介して第１の電流を流すと共に、前記ランプ電流と前記第１の抵抗を経由した前記第１の電流とを第２の抵抗を介してグランドへ流す回路と、
前記第２の抵抗の両端電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路とを備え、
前記比較回路の出力により、前記第２の抵抗の両端電圧が前記基準電圧と等しくなるよう前記ゲ−ト電圧を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の電界放出型ランプの駆動装置。
【請求項４】
前記電力制御回路部は、
前記ランプ電圧に比例する電圧から第１の抵抗を介して第２の抵抗へ第１の電流を流すと共に、前記ランプ電流と前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗を経由した前記第１の電流とを第３の抵抗を介してグランドへ流す回路と、
前記第２の抵抗の両端電圧と前記第３の抵抗の両端電圧との和を前記基準電圧と比較する比較回路とを備え、
前記比較回路の出力により、前記第２の抵抗の両端電圧と前記第３の抵抗の両端電圧との和が前記基準電圧と等しくなるよう前記ゲ−ト電圧を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の電界放出型ランプの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出源から電界放出された電子により蛍光体を励起発光させる電界放出型ランプの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱電球や蛍光灯といった従来のランプに対し、電界放出型のランプが開発されている。この種のランプは、真空容器内で、電子放出源を有するカソード電極に対して正の電圧を与えて電子を電界放出させ、放出させた電子をアノード電極上の蛍光体に衝突させて蛍光発光させるものであり、カソード電極とアノード電極との間に設けたゲート電極の電圧を適正に制御することで、低消費電力でありながら、高輝度の発光を得ることができる。
【０００３】
このような電界放出型ランプを駆動するには、スイッチング電源等による高圧の直流電圧が必要であり、例えば、特許文献１には、スイッチングされた入力電圧を昇圧する昇圧トランスの有する浮遊静電容量を利用した共振回路を用い、この共振回路の共振条件にスイッチング信号のオン／オフタイミングをマッチングさせることで、電源回路の構成部品による損失を排除して電圧変換効率を高めるとともに、全体の回路構成を単純化して小型コンパクト化及び低コスト化を図ることのできる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電界放出型ランプには、電子放出源や蛍光体の特性バラツキ、電極間距離の製造上のバラツキ、経年変化等に起因するランプ特性のバラツキが存在することは避けられず、最適な駆動条件がランプ毎に異なるという問題がある。このため、電界放出型ランプを一定の電力で駆動しようとすると、駆動装置の回路構成が複雑化して回路部品が増大し、駆動装置全体の大型化、コスト上昇を招いてしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡素な回路構成で電界放出型ランプを一定電力で駆動することができ、回路部品の増大による装置の大型化やコスト上昇を回避することのできる電界放出型ランプの駆動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電界放出型ランプの駆動装置は、真空容器の内部に電子放出源を有するカソード電極と蛍光体を有するアノード電極とを所定間隔で配置し、前記カソード電極と前記アノード電極との間にゲート電極を配置した３極構造を有する電界放出型ランプの駆動装置であって、前記電界放出型ランプのゲート電極に、安定化したゲート電圧を印加するゲート電圧安定化回路部と、前記アノード電極に印加されるランプ電圧に比例する電圧と、前記カソード電極に流れるランプ電流に比例する電圧との和が一定の基準電圧となるよう、前記ゲート電圧安定化回路部から印加される前記ゲート電圧を制御し、前記電界放出型ランプを一定電力で駆動する電力制御回路部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡素な回路構成で電界放出型ランプを一定電力で駆動することができ、回路部品の増大による装置の大型化やコスト上昇を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ランプ駆動装置の回路ブロック図
【図２】電力制御回路部の構成図
【図３】ランプ電力とランプ電圧との関係を示す説明図
【図４】電力制御回路部の他の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
先ず、本発明の実施の第１形態について説明する。図１において、符号１は、電界放出型ランプＬを駆動するランプ駆動装置１であり、電界放出型ランプＬは、真空中で電子放出源から電界放出させた電子を高速で蛍光体に衝突させることで蛍光体を励起発光させる周知の冷陰極電界放出型発光装置である。以下では、電界放出型ランプＬを、単に「ランプＬ」と記載する。
【００１１】
ランプ駆動装置１は、真空容器の内部に電子放出源を有するカソード電極と蛍光体を有するアノード電極とを所定間隔で配置し、カソード電極とアノード電極との間にゲート電極を配置した３極構造のランプを駆動対象としている。このため、ランプ駆動装置１は、入力電圧ＶＧinから所定の直流高電圧を生成し、安定化したゲート電圧ＶgをランプＬのゲート電極Ｇに印加するゲート電圧安定化回路部１０と、ゲート電圧安定化回路部１０を介して印加されるランプＬのゲート電圧を制御し、ランプＬを一定電力で駆動する電力制御回路部２０とを主要部として構成されている。
【００１２】
具体的には、ランプＬのゲート電極Ｇは、ゲート電圧安定化回路部１０の出力端に接続されると共に、抵抗Ｒg1,Ｒg2を介してグランドＧＮＤに接続（接地）されている。抵抗Ｒg1,Ｒg2の接続部は、ランプＬのゲート電極Ｇに印加される電圧を制御するため、ゲート電圧安定化回路部１０に接続され、抵抗Ｒg1の両端電圧が検出されてゲート電圧安定化回路部１０に入力される。また、抵抗Ｒg2とグランドＧＮＤとの間には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等からなる制御素子Ｑが並列に介装され、この制御素子Ｑの導通が電力制御回路部２０によって制御される。
【００１３】
尚、ランプＬのアノード電極Ａには、図示しない電源回路からゲート電圧Ｖgよりも高圧のアノード電圧（ランプ電圧）Ｖaが印加される。
【００１４】
図２に示すように、電力制御回路部２０は、制御素子Ｑを駆動制御するコンパレータ（比較回路）ＣＰを主要として構成されている。詳細には、コンパレータＣＰの出力側は、制御素子Ｑの制御入力端子に接続されると共に、抵抗Ｒ3を介して入力電圧Ｖin側に接続されている。また、コンパレータＣＰの入力側は、反転入力端子（−端子）に、外部の入力電圧Ｖinから抵抗Ｒ4とダイオードＤとにより生成される基準電圧Ｖrが印加される一方、非反転入力端子（＋端子）に、入力電圧Ｖinを比較用として入力するための第１の抵抗としての抵抗Ｒ1が接続されると共に、ランプＬのカソード電極が接続され、更に第２の抵抗としての抵抗Ｒ2を介して接地されている。
【００１５】
尚、電力制御回路部２０への入力電圧Ｖinは、ランプ電圧Ｖaに基づく電圧であり、ランプ電圧Ｖaに比例する電圧である。このようなランプ電圧に比例する電圧は、例えば、高圧のランプ電圧を生成する電源回路内のトランスや倍電圧整流回路等を利用して生成することができる。
【００１６】
このような構成を有する電力制御回路部２０は、コンパレータＣＰの反転入力端子（−端子）に印加される基準電圧Ｖrと、非反転入力端子（＋端子）に印加される電圧（抵抗Ｒ2の両端電圧）とを比較して制御素子Ｑを制御し、ゲート電圧安定化回路部１０を介したランプＬのゲート電圧制御を行うと共に、ランプ電圧Ｖaの変動に対してランプＬを一定電力で駆動する定電力制御を行う。
【００１７】
先ず、ランプＬのゲート電圧制御について説明する。制御素子ＱのインピーダンスをＺとすると、ランプＬのゲート電極ＧとグランドＧＮＤとの間の合成抵抗Ｒは、以下の（１）式で与えられる。従って、合成抵抗Ｒ（Ｒg1,Ｒg2,Ｚ）を流れる電流をＩgとすると、ランプＬのゲート電圧Ｖgは、以下の（２）式で与えられる。  
Ｒ＝Ｒg1＋(Ｒg2×Ｚ)／(Ｒg2＋Ｚ)          …（１）
Ｖg＝(Ｒg1＋(Ｒg2×Ｚ)／(Ｒg2＋Ｚ))×Ｉg  …（２）
【００１８】
このため、ゲート電圧安定化回路部１０により、ゲート電極Ｇに接続される抵抗Ｒg1の両端電圧ＶRg1が一定値となるように制御すれば、電流Ｉg（＝ＶRg1／Ｒg1）が一定値となり、コンパレータＣＰで制御素子Ｑの導通を制御してインピーダンスＺを可変することにより、ランプＬのゲート電圧Ｖgを制御することができる。
【００１９】
詳細には、ランプ電圧Ｖaが一定の場合、ゲート電圧Ｖgが上昇すると、カソード電極ＫからコンパレータＣＰの非反転入力端子（＋端子）側の抵抗Ｒ2を経てグランドＧＮＤに流れる電流（ランプ電流）Ｉkが増加し、抵抗Ｒ2の両端電圧が上昇する。この抵抗Ｒ2の両端電圧が基準電圧Ｖrを超えると、コンパレータＣＰの出力がハイレベルとなり、制御素子ＱがＯＮ（導通）方向に制御されてインピーダンスＺが減少する。
【００２０】
その結果、（２）式から分かるようにランプＬのゲート電圧Ｖgが低下し、ゲート電圧Ｖgの低下に伴ってランプ電流Ｉkが減少する。すなわち、ランプ電圧Ｖaが一定の場合、抵抗Ｒ2の両端電圧が基準電圧Ｖrと等しくなるようにゲート電圧Ｖgを制御し、ランプ電流Ｉkを制御することになる。
【００２１】
一方、ランプ電圧Ｖaが変動した場合には、電力制御回路部２０は、ランプ電流Ｉkの変動による抵抗Ｒ2の両端電圧の変動を検出し、抵抗Ｒ2の両端電圧が基準電圧Ｖrと等しくなるようにゲート電圧を制御することで、ランプＬの電力が一定となるように制御する。すなわち、電力制御回路部２０への入力電圧Ｖin（ランプ電圧Ｖaに比例する電圧）を、以下の（３）式の条件を満足するように設定すると、この条件下で抵抗Ｒ1,Ｒ2を流れる電流Ｉinは、（４）式で表すことができる。  
Ｖin＞＞Ｖr  …（３）
Ｉin≒Ｋ1×Ｖa  …（４）
但し、Ｋ1：係数
【００２２】
従って、ランプ電力Ｐは、Ｐ＝Ｖa×Ｉkであることから、（４）式の関係を用いて以下の（５）式でランプ電力Ｐを近似的に求めることができる。  
Ｐ＝Ｖa×Ｉk
≒Ｋ2×Ｉin×Ｉk  …（５）
但し、Ｋ2：係数
【００２３】
ここで、抵抗Ｒ2の両端電圧Ｖ2は、以下の（６）式に示すように、ランプ電圧Ｖaに比例する電圧からの電流Ｉinと、ランプ電流Ｉkとの和から求めることができる。  
Ｖ2＝Ｒ2×(Ｉin＋Ｉk)  …（６）
【００２４】
従って、Ｖ2＝Ｖrとするとき、（５）式のランプ電力Ｐは、以下の（７）式で表現することができる。  
Ｐ≒Ｋ2×(Ｋ1×Ｖa×Ｖr／Ｒ2−Ｋ12×Ｖa2）  …（７）
【００２５】
図３は、（７）式によるランプ電圧Ｖaとランプ電力Ｐとの関係を示しており、Ｉin＝Ｉkのとき（Ｒ2×Ｉin＝Ｒ2×Ｉk＝０．５Ｖrのとき）、ランプ電力Ｐが１００％となる。従って、コンパレータＣＰの非反転入力である電圧Ｖ2（＝Ｒ2×(Ｉin＋Ｉk)）が反転入力である一定の基準電圧Ｖrと等しくなるように、制御素子Ｑを介してランプＬのゲート電圧を制御することにより、ランプ電圧Ｖaが変動してもランプＬを一定の電力で駆動することが可能となる。
【００２６】
以上の電力制御回路部２０は、コンパレータＣＰにおいて基準電圧Ｖrと比較する比較用電圧Ｖ2を２本の抵抗Ｒ1,Ｒ2を用いて生成しており、部品点数の少ない簡素な回路構成で耐ノイズ性の高い定電力駆動を実現することができるが、ランプ電圧Ｖaに比例する電圧である入力電圧Ｖinからランプ電流Ｉkと等しい電流Ｉinを流すため、回路の消費電力が若干増加する。
【００２７】
このため、電力制御回路部２０は、図４に示すような回路構成としても良い。すなわち、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2との間に、第３の抵抗としての抵抗Ｒ12を追加し、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ12との接続点をコンパレータＣＰの非反転入力端子（＋端子）に接続することで、抵抗Ｒ12の両端電圧と抵抗Ｒ2の両端電圧との和と基準電圧Ｖrとを比較し、制御素子Ｑを介してランプＬのゲート電圧を制御する。
【００２８】
詳細には、入力電圧Ｖinにより抵抗Ｒ1及び抵抗Ｒ12を介して抵抗Ｒ2に流れる電流をＩin'、抵抗Ｒ12の両端電圧をＶ12、抵抗Ｒ2の両端電圧をＶ2とすると、以下の（８）〜（１０）式の条件を満足するように、抵抗Ｒ1,Ｒ12,Ｒ2を設定する。  
Ｖin＞＞Ｖ12＋Ｖ2  …（８）
Ｖa＞＞Ｖ2         …（９）
Ｉk＞＞Ｉin'       …（１０）
【００２９】
（８）〜（１０）式の条件下では、抵抗Ｒ2の両端電圧Ｖ2はランプ電流Ｉkにほぼ比例し、また、抵抗Ｒ12の両端電圧Ｖ12は入力電圧Ｖinにほぼ比例する。このため、抵抗Ｒ12の両端電圧Ｖ12は、ランプ電圧Ｖaを用いて以下の（１１），（１２）式のように近似することができる。  
Ｖ2 ≒Ｒ2×Ｉk  …（１１）
Ｖ12≒Ｋ3×Ｖa  …（１２）
但し、Ｋ3：係数
【００３０】
ここで、電圧（Ｖ12＋Ｖ2）が基準電圧Ｖrと等しくなるように（Ｖ12＋Ｖ2＝Ｖr）、制御素子Ｑを介してランプＬのゲート電圧を制御するとき、ランプ電力Ｐは、以下の（１３）式で表現することができる。  
Ｐ≒(Ｖr×Ｖa−K3×Ｖa2)／Ｒ2  …（１３）
【００３１】
（１３）式によるランプ電圧Ｖaとランプ電力Ｐとの関係は、前述の図３と同様であり、Ｖ12＝Ｖ2のとき（Ｖ12＝Ｖ2＝０．５Ｖrのとき）、ランプ電力Ｐは１００％となる。図４の回路構成においては、コンパレータＣＰの非反転入力である電圧（Ｖ12＋Ｖ2）が反転入力である一定の基準電圧Ｖrと等しくなるように制御素子Ｑを介してランプＬのゲート電圧を制御するため、入力電圧Ｖinからの電流Ｉin'をランプ電流Ｉkよりも大幅に小さくすることができ、回路の消費電力を低減しつつ、ランプＬを一定の電力で駆動することが可能となる。
【００３２】
このように本実施の形態においては、コンパレータＣＰの比較入力側に設けた数本の抵抗（抵抗Ｒ1,Ｒ2、或いは抵抗Ｒ1,Ｒ12,Ｒ2）による簡素な回路構成で、ランプ電圧に比例する電圧とランプ電流に比例する電圧との和が一定の基準電圧となるようゲート電圧を制御してランプＬを低電力駆動することができ、回路部品の増大による装置の大型化やコスト上昇を回避して、小型、安価な駆動装置を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ランプ駆動装置
１０  ゲート電圧安定化回路部
２０  電力制御回路部
ＣＰ  コンパレータ（比較回路）
Ｒ1  抵抗（第1の抵抗）
Ｒ2  抵抗（第２の抵抗）
Ｒ12  抵抗（第３の抵抗）
【図１】
2012248480.tif 000003
【図２】
2012248480.tif 000004
【図３】
2012248480.tif 000005
【図４】
2012248480.tif 000006