点滅回路
【課題】消費電力を少なくするとともに、部品点数を少なくすることで低コスト化を図った点滅回路を提供することを目的とする。
【解決手段】発光サイリスタ２０の第１端子であるアノード端子は、抵抗１３を介して電源ＶＤＤに接続するとともにコンデンサ１５を介してグランドに接続し、第２端子であるカソード端子は抵抗１４を介してグランドに接続し、第３端子であるゲート端子は抵抗１１と抵抗１２の直列回路の接続中心に接続する。
【解決手段】発光サイリスタ２０の第１端子であるアノード端子は、抵抗１３を介して電源ＶＤＤに接続するとともにコンデンサ１５を介してグランドに接続し、第２端子であるカソード端子は抵抗１４を介してグランドに接続し、第３端子であるゲート端子は抵抗１１と抵抗１２の直列回路の接続中心に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を点滅駆動する点滅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子を点滅駆動する回路として、例えば非安定マルチバイブレータ回路がある。以下、図にしたがって説明する。図１１は従来の非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を示す。図１１において、５１〜５４は抵抗、５５はＬＥＤ（発光ダイオード）、５６、５７はコンデンサ、５８、５９はＮＰＮトランジスタ、６１、６２はダイオードである。
【０００３】
抵抗５１〜５４の一端は電源ＶＤＤと接続され、抵抗５１の他端はＬＥＤ５５のアノードと接続され、ＬＥＤ５５のカソードはコンデンサ５６の一端とトランジスタ５８のコレクタと接続される。抵抗５２の他端はコンデンサ５６の他端に接続されるとともに、トランジスタ５９のベースおよびダイオード６２のカソードに接続される。抵抗５３の他端はコンデンサ５７の一端に接続されるとともに、トランジスタ５８のベースおよびダイオード６１のカソードに接続される。抵抗５４の他端はコンデンサ５７の他端に接続されるとともにトランジスタ５９のコレクタと接続される。またトランジスタ５８、５９のエミッタおよびダイオード６１、６２のカソードはグランドに接続されている。
【０００４】
次に動作を説明する。いま、トランジスタ５８がオフで、トランジスタ５９がオンであったとする。このとき、トランジスタ５９のコレクタ電位は略０Ｖであり、抵抗５４を介してコレクタ電流が流れる状態となっている。このとき、コンデンサ５７には抵抗５３を介して電源ＶＤＤから充電電流が流れ込み、コンデンサ５７の他端は略０Ｖとなっているので、抵抗５３の抵抗値とコンデンサ５７の容量値で決まる時定数で充電されていく。
【０００５】
このとき、コンデンサ５７の充電電圧がトランジスタ５８にベース電流を生じるレベルに達すると、トランジスタ５８はオンしてコレクタ電位は略０Ｖとなって、コレクタ電流を生じ、ＬＥＤ５５には電源ＶＤＤ、抵抗５１を介して流れる順電流を生じる。この順電流によりＬＥＤ５５は点灯する。このとき、トランジスタ５８のコレクタ電位が略０Ｖにまで低下することで、コンデンサ５６に充電されていた電荷はダイオード６２を介して放電され、しかるのちコンデンサ５６は抵抗５２を介して電源ＶＤＤから充電されていく。これに伴いトランジスタ５９のベース電位が所定電圧に達すると再び該トランジスタ５９はオンとなる。
【０００６】
このようにして、図１１の回路のトランジスタ５８がオンのとき、トランジスタ５９はオフで、トランジスタ５９がオンとなるとトランジスタ５８はオフになるというように、交互にオン、オフ状態が入れ替わりつつ反転することで発振することになる。これに伴い、トランジスタ５８のコレクタに接続されているＬＥＤ５５には断続的に順電流を生じ、ＬＥＤ５５は所定周期で点滅動作を行う。
【０００７】
このような非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を開示するものとして、例えば、特開平６−２６８４８５号公報が挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２６８４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、図１１に示す従来の点滅回路においては、トランジスタ５８がオンのときトランジスタ５９はオフ、トランジスタ５９がオンとなるとトランジスタ５８はオフになるというように、交互にオン状態、オフ状態が入れ替わりつつ反転して発振することになり、これに伴い、トランジスタ５８のコレクタに接続されているＬＥＤ５５には断続的に順電流を生じ、ＬＥＤ５５は所定周期で点滅動作を行うのであるが、ＬＥＤ５５の点灯状態においてはその駆動電流は抵抗５１を介して電源ＶＤＤから供給されており、それに加えてＬＥＤ５５の消灯状態においてもトランジスタ５９はオン状態になっているので、抵抗５４を介して電源ＶＤＤからコレクタ電流が供給されている。
【０００９】
このように電源ＶＤＤからみると、ＬＥＤ５５の点灯、消灯の状態に無関係に、常にＬＥＤ５５の順電流を超えるような電源電流を生じており、その結果、消費電流が大きいものとなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、電源ＶＤＤとして乾電池やバッテリーといった限られた電気容量しか備えないものを用いる場合には、電源ＶＤＤの電池はＬＥＤ駆動時の順電流や消灯時にも流れ続ける無効電流を負担することで消耗が激しくなってしまい、長時間動作をさせることができないという問題があった。それに加えて、ＬＥＤの点灯状態においてはその順電流は電池から供給されるので、電池が消耗してその内部抵抗が増加したときに前記順電流を供給しようとすると電池電圧が低下してしまい、ＬＥＤ点滅回路の動作を継続することができなくなって、電池の容量すべてを使い切ることができないという問題もあった。
【００１１】
なお前述した図１１に示す従来の点滅回路は、トランジスタ、抵抗、コンデンサといった個別部品を用いて構成する場合の例を示したが、シリコンＩＣチップを用いて集積化された駆動回路を用いる構成も可能である。この場合にはアナログ回路的な動作を行う発振回路を用い、発振回路で作成されたクロック信号をもとにカウンタ回路等のデジタル回路を用いて所定周期でのＬＥＤ駆動を行うことになる。
【００１２】
このように、従来構成の点滅回路においては、発光素子であるＬＥＤ以外の部品点数が多く必要であったり、シリコンＩＣチップを用いた専用の駆動ＩＣを用いる必要があったりするなど、点滅回路を備えた点滅装置を低コストで実現するうえでの制約となっていた。
【００１３】
本発明は、消費電力を少なくするとともに、部品点数を少なくすることで低コスト化を図った点滅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の点滅回路は、電力を供給する電源部と、前記電源部から電力を供給されることにより充電を行う充電部と、前記充電部における電圧が所定の値に達すると発光素子に電流が流れる発光素子回路とを設け、前記発光素子回路に電流が流れることにより前記充電部が放電されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成を有する本発明に拠れば、発光素子を点灯させるための電流は充電部に充電されたものを使用するので、電源部から供給される電流は微小なものでよい。また本発明の点滅回路に要する能動素子は発光素子のみでよいので、別途半導体チップ等を備える必要がなく、低コストの回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。なお各図に共通する要素には同一の符号を付す。図１は本発明の実施例１に係る点滅回路を示す回路図である。
【実施例１】
【００１７】
図１において、１は点滅回路で、点滅回路１には、三端子スイッチ素子としての発光サイリスタ１０、抵抗１１〜１４、コンデンサ１５が設けられている。抵抗１１、１３の一端は電源ＶＤＤと接続され、抵抗１３の他端はコンデンサ１５の一端と発光サイリスタ１０のアノードに接続されており、コンデンサ１５の他端はグランドと接続される。抵抗１１の他端は抵抗１２の一端と発光サイリスタ１０のゲート端子に接続される。抵抗１２の他端はグランドに接続される。発光サイリスタ１０のカソードは抵抗１４を介してグランドに接続されている。
【００１８】
即ち、発光サイリスタ１０の第１端子であるアノード端子は、抵抗１３を介して電源ＶＤＤに接続されるとともにコンデンサ１５を介してグランドに接続され、第２端子であるカソード端子は抵抗１４を介してグランドに接続され、第３端子であるゲート端子は抵抗１１と抵抗１２の直列回路の接続中心に接続されている。
【００１９】
図２は図１で示した発光サイリスタ１０の構成を示す構成図である。図２（ａ）は回路シンボルを示し、発光サイリスタ１０はアノード端子Ａ、カソード端子Ｋ、ゲート端子Ｇの三つの端子を備えていることを示す。
【００２０】
図２（ｂ）は発光サイリスタの断面構造を示す図である。本図にて示す発光サイリスタ１０はＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic-Chemical Vapor Deposition）法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず、所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１とを順に積層させたＮＰＮの３層構造からなるウェハーを構成する。
【００２１】
次いで、最上層のＮ型層１０１の一部に公知のフォトリソグラフィー法を用いて選択的にＰ型不純物領域１０４を形成する。さらに、公知のドライエッチング法により溝部を形成することで素子分離を行う。また、前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型層１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０４とＮ型領域１０１にもそれぞれアノード電極とゲート電極が形成される。
【００２２】
図２（ｃ）は発光サイリスタの別の形態を示す。図２（ｃ）の構成においては、ＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０５を順に積層させたＰＮＰＮの４層構造のウェハーを構成する。
【００２３】
さらに公知のドライエッチング法を用いて溝部を形成することで素子分離を行う。また前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。同様に、最上層となるＰ型領域１０５の一部を露出させ、該領域１０５に金属配線を形成してアノード電極を形成する。それと同時にＮ型領域１０１にゲート電極が形成される。
【００２４】
図２（ｄ）は図２（ｂ）および図２（ｃ）と対比させて描いた発光サイリスタの等価回路である。発光サイリスタ１０はＰＮＰトランジスタ１１１とＮＰＮトランジスタ１１２とからなり、ＰＮＰトランジスタ１１１のエミッタが発光サイリスタ１０のアノード端子Ａに相当し、ＰＮＰトランジスタ１１１のベースが発光サイリスタ１０のゲート端子Ｇに対応しており、該ゲート端子はＮＰＮトランジスタ１１２のコレクタとも接続される。またＰＮＰトランジスタ１１１のコレクタはＮＰＮトランジスタ１１２のベースと接続され、ＮＰＮトランジスタ１１２のエミッタは発光サイリスタ１０のカソード端子Ｋに相当している。
【００２５】
なお、図２に示した発光サイリスタ１０は、ＧａＡｓウェハー基材上にＡｌＧａＡｓ層を構成したものであるが、これに限定されるものではなく、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰといった材料を用いるものであってもよく、またはサファイヤ基板上にＧａＮやＡｌＧａＮといった材料を成膜したものであっても良い。
【００２６】
次に実施例１の動作を説明する。図３は実施例１の点滅回路の動作を説明する回路図、図４は実施例１の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。図３において、破線にて囲まれた１９は電池等からなる電源ＶＤＤの内部をモデル化して示すもので、ＶＤＤは電池の電圧発生部、ｒ０は前記電源の内部抵抗をモデル化して示している。なお図３においては、抵抗１１〜１４の抵抗値をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｋとし、またコンデンサ１５の容量値をＣとして図中に記載している。
【００２７】
また、発光サイリスタ１０のアノード電位をＶａ、ゲート電位をＶｇ、カソード電流をＩｋと記号している。さらに、抵抗１１、１２を流れる電流をＩ１とし、抵抗１３を介してコンデンサ１５に流れる充電電流をＩ２と記号して図中に記載している。また図４の上段波形の実線部は発光サイリスタ１０のアノード電位波形であって、発光サイリスタ１０のオフ状態、オン状態を反映して鋸波状に変化する。なお図中に記載したＴ１は発光サイリスタ１０のオフ期間を示し、Ｔ２は発光サイリスタ１０のオン期間を示している。
【００２８】
いま、発光サイリスタ１０のオフ状態においては、そのアノード端子の電流は略ゼロであるので破線矢印にて示した電流Ｉ２が抵抗１３を介してコンデンサ１５の充電電流となって流れ、該充電電流によりコンデンサ１５の両端電位が上昇する。
【００２９】
図４の上段波形の破線部は発光サイリスタ１０のゲート電位波形であって、発光サイリスタ１０のオフ状態には抵抗１１と抵抗１２とで電源電圧ＶＤＤを分圧する電位に維持され、発光サイリスタ１０のオン状態においてはそのゲート・カソード電位差が略０Ｖとなるのに応じて急速に電位低下する波形となる。
【００３０】
いま、発光サイリスタ１０がオフ状態にあるとき、図４の上段に示すように、アノード電位Ｖａは上昇過程にあって、前記ゲート電位Ｖｇを超えて図中に記載した閾値電圧Ｖｔ分だけ高い電位になったとする。閾値電圧Ｖｔは図２で示した発光サイリスタ１０のアノード・ゲート間電圧であって、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すアノード・ゲート間のＰＮ接合の順電圧に相当するものである。
【００３１】
このとき発光サイリスタ１０のアノード端子からゲート端子を抜けて流れる電流を生じて、発光サイリスタ１０はターンオンさせられる。これにより発光サイリスタ１０のアノード電位は急激に低下させられて、コンデンサ１５に充電されていた電荷は発光サイリスタ１０のアノード、カソード、抵抗１４を介する破線矢印Ｉｋのループで放電させられる。
【００３２】
この結果、図４の下段波形に示すように、期間Ｔ２において示すように放電電流Ｉｋが流れ、それに応じてコンデンサ１５の両端電圧が低下してアノード電位Ｖａが急激に低下する波形が得られる。放電によりコンデンサ１５の蓄積電荷が略ゼロとなるに従い、発光サイリスタ１０のアノード電流（これはカソード電流に略等しい）が略ゼロとなると、発光サイリスタ１０はターンオフすることになる。上記した過程を繰り返すことで発光サイリスタ１０には断続的に電流Ｉｋを生じることになる。
【００３３】
さて、図２を用いて説明したように、図３に示す発光サイリスタ１０は、ＡｌＧａＡｓなどの発光材料を用いて構成されたものであり、オン状態においてアノード・カソード間に電流を流すことで、その電流値に応じた光出力を得ることができる。また、発光サイリスタ１０のオフ状態においては、アノード・カソード間には電流が流れないので、発光サイリスタ１０による発光はなく、この結果、発光サイリスタ１０は前記アノード・カソード間の電流波形に応じた点滅動作が行われることになる。
【００３４】
さて、図３において、コンデンサ１５への充電電流のピーク値(Ｉ２peak)は電源電圧ＶＤＤと抵抗１３の抵抗値Ｒ３とに応じて定まるものであって、
Ｉ２peak = ＶＤＤ／（ｒ０＋Ｒ３）
と概算することができる。発光サイリスタ１０の点滅周期が目視により判別できる程度にゆっくりである場合には、抵抗１３の抵抗値Ｒ３およびコンデンサ１５の容量値Ｃからなる時定数回路は大きな値となり、抵抗１３の抵抗値Ｒ３も大きな値となって前記したピーク電流Ｉ２peakは小さくすることができる。
【００３５】
一方、コンデンサ１５の放電過程においては、図３に示すように、破線で示すＩｋ電流のループで放電電流が流れる。該電流Ｉｋは主としてコンデンサ１５に蓄積されていた電荷によるものであって、１９で示す電圧源から供給される電流とは異なる。なお１９で示す電圧源から供給される電流は前記電流Ｉ１と電流Ｉ２を合計したものである。
【００３６】
ここで、抵抗１１および抵抗１２を介して流れる電流Ｉ１は、抵抗１１、１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２から
Ｉ１＝ＶＤＤ／（Ｒ１＋Ｒ２）
であるので、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の値を大きく設定することで、抵抗１１、１２を介して流れる電流値を目的とするところに応じて無視しうる程度にまで小さくすることができる。
【００３７】
この結果、電圧源１９から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源１９が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗ｒ０が大きく増大したあとでも図３に示す点滅回路１においては点滅動作を継続することができ、前記乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００３８】
以上詳細に説明したように、実施例１における点滅回路１においては、電圧源から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗が大きく増大したあとでも実施例１に示した点滅回路１においては点滅動作を継続することができ、乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００３９】
また、実施例１では、点滅回路１に要する能動素子は発光サイリスタ１０のみでよく、別途半導体ＩＣチップ等を準備する必要がなく、きわめて低コストで所望の点滅回路を構成することが可能になるという効果が得られる。
【実施例２】
【００４０】
次に実施例２の点滅回路を説明する。図５は実施例２の点滅回路を示す回路図である。図５において、実施例２の点滅回路２には、三端子スイッチ素子としての発光サイリスタ２０、抵抗２１〜２４およびコンデンサ２５が設けられている。
【００４１】
抵抗２１、２４の一端はそれぞれ電源ＶＤＤに接続され、抵抗２１の他端は抵抗２２の一端と発光サイリスタ２０のゲート端子に接続されており、抵抗２２の他端はグランドに接続される。抵抗２４の他端は発光サイリスタ２０のアノード端子と接続される。コンデンサ２５の一端は電源ＶＤＤに接続され、コンデンサ２５の他端は発光サイリスタ２０のカソード端子と抵抗２３の一端に接続され、抵抗２３の他端はグランドに接続されている。
【００４２】
即ち、発光サイリスタ２０の第１端子であるアノード端子は、抵抗２４を介して電源ＶＤＤに接続され、第２端子であるカソード端子はコンデンサ２５と抵抗２３との接続中心に接続され、第３端子であるゲート端子は抵抗２１と抵抗２２の直列回路の接続中心に接続されている。
【００４３】
図６は図５で示した発光サイリスタ２０の構成を示す図である。図６（ａ）は発光サイリスタ２０の回路シンボルを示し、アノード端子Ａ、カソード端子Ｋ、ゲート端子Ｇの三つの端子を備えている。図６（ｂ）は図６（ａ）にて示した発光サイリスタの断面構造を示す図である。
【００４４】
図６（ｂ）にて示す発光サイリスタ２０はＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず、所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１とを順に積層させたＮＰＮの３層構造からなるウェハーを構成する。
【００４５】
次いで、最上層のＮ型層１０１の一部に公知のフォトリソグラフィー法を用いて選択的にＰ型不純物領域１０４を形成する。さらに公知のドライエッチング法により溝部を形成することで素子分離を行う。また、前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０４とＰ型領域１０２にもそれぞれアノード電極とゲート電極が形成される。
【００４６】
図６（ｃ）は発光サイリスタの別の形態を示す。本構成においては、ＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０５を順に積層させたＰＮＰＮの４層構造のウェハーを構成する。
【００４７】
さらに公知のドライエッチング法を用いて溝部を形成することで素子分離を行う。また前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。同様に、最上層となるＰ型領域１０５の一部を露出させ、該領域１０５に金属配線を形成してアノード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０２の露出した部分にゲート電極が形成される。
【００４８】
図６（ｄ）は図６（ｂ）、図６（ｃ）と対比させて描いた発光サイリスタの等価回路である。発光サイリスタ２０はＰＮＰトランジスタ１１１とＮＰＮトランジスタ１１２とからなり、ＰＮＰトランジスタ１１１のエミッタが発光サイリスタ２０のアノード端子Ａに相当し、ＮＰＮトランジスタ１１２のベースが発光サイリスタ２０のゲート端子Ｇに対応しており、該端子はＰＮＰトランジスタ１１１のコレクタとも接続される。またＰＮＰトランジスタ１１１のベースはＮＰＮトランジスタ１１２のコレクタと接続され、ＮＰＮトランジスタ１１２のエミッタは発光サイリスタ２０のカソード端子Ｋに相当している。
【００４９】
なお、図６で示した発光サイリスタ２０はＧａＡｓウェハー基材上にＡｌＧａＡｓ層を構成したものであるが、これに限定されるものではなく、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰといった材料を用いるものであってもよく、またはサファイヤ基板上にＧａＮやＡｌＧａＮといった材料を成膜したものであっても良い。
【００５０】
次に実施例２の動作を説明する。図７は実施例２の点滅回路の動作を説明するための回路図、図８は実施例２の動作を示すタイムチャートである。図７において、破線にて囲まれた１９は電池等からなる電源ＶＤＤの内部をモデル化して示すもので、ＶＤＤは電池の電圧発生部で、ｒ０は前記電源の内部抵抗をモデル化して示している。
【００５１】
図７において、抵抗２１〜２４の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒａとし、コンデンサ２５の容量値をＣとして図中に記載している。また発光サイリスタ２０のカソード電位をＶｋ、ゲート電位をＶｇ、アノード電流をＩａと記号している。また抵抗２１および抵抗２２を流れる電流をＩ１とし、抵抗２３を介してコンデンサ２５に流れる充電電流をＩ２と記号して図中に記載している。
【００５２】
図８の上段波形の実線部は発光サイリスタ２０のカソード電位波形Ｖｋであって、発光サイリスタ２０のオフ状態、オン状態を反映して鋸波状に変化する。なお図中に記載したＴ１は発光サイリスタ２０のオフ期間を示し、Ｔ２は発光サイリスタ２０のオン期間を示している。いま、発光サイリスタ２０のオフ状態においては、そのカソード端子の電流は略ゼロであるので、図７に破線矢印にて示した電流Ｉ２が抵抗２３を介してコンデンサ２５の充電電流となって流れ、該充電電流によりコンデンサ２５の両端電圧が増加する。
【００５３】
また、図８の上段波形の破線部は発光サイリスタ２０のゲート電位波形Ｖｇであって、発光サイリスタ２０のオフ状態には抵抗２１と２２とで電源電圧ＶＤＤを分圧する電位に維持され、発光サイリスタ２０のオン状態においては発光サイリスタ２０のアノード・ゲート電位差が略０Ｖとなるのに応じて急速に電位上昇する波形となる。
【００５４】
いま、発光サイリスタ２０がオフ状態にあるとき、コンデンサ２５への充電電流の変化に伴い、発光サイリスタ２０のカソード電位Ｖｋは下降過程にあって、前記ゲート電位Ｖｇを下回って図中に記載した閾値電圧Ｖｔ分だけ低い電位となったとする。閾値電圧Ｖｔは図６で示した発光サイリスタ２０のアノード・ゲート間電圧であって、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すゲート・カソード間のＰＮ接合の順電圧に相当するものである。
【００５５】
このとき、発光サイリスタ２０のゲート端子からカソード端子を抜けて流れる電流を生じて、該発光サイリスタ２０はターンオンさせられる。これにより発光サイリスタ２０のカソード電位Ｖｋは急激に上昇させられて、コンデンサ２５に充電されていた電荷は抵抗２４、発光サイリスタ２０のアノード、カソードを介して図７の破線矢印Ｉａのループで放電させられる。この結果、図８の下段波形に示すように、期間Ｔ２のように放電電流Ｉａが流れ、それに応じてコンデンサ２５の両端電圧が低下してカソード電位Ｖｋが急激に上昇する波形が得られる。
【００５６】
前記放電によりコンデンサ２５の蓄積電荷が略ゼロとなるに従い、発光サイリスタ２０のアノード電流（これはカソード電流に略等しい）が略ゼロとなると、該発光サイリスタ２０はターンオフすることになる。上記した過程を繰り返すことで、発光サイリスタ２０には断続的に電流Ｉａを生じることになる。
【００５７】
さて、図６を用いて説明したように、本実施例に用いられる発光サイリスタ２０はＡｌＧａＡｓなどの発光材料を用いて構成されたものであり、オン状態においてアノード・カソード間に電流を流すことで該電流値に応じた光出力を得ることができる。また発光サイリスタ２０のオフ状態においてはアノード・カソード間には電流が流れないので、該発光サイリスタ２０による発光はなく、この結果、発光サイリスタ２０は前記アノード・カソード間の電流波形に応じた点滅動作が行われることになる。
【００５８】
さて、図７において、コンデンサ２５への充電電流のピーク値(Ｉ２peak)は電源電圧ＶＤＤと抵抗２３の抵抗値Ｒ３とに応じて定まるものであって、
Ｉ２peak = ＶＤＤ／（ｒ０＋Ｒ３）
と概算することができる。発光サイリスタの点滅周期が目視により判別できる程度にゆっくりである場合には、抵抗値Ｒ３、コンデンサ２５の容量値Ｃからなる時定数回路は大きな値となり、抵抗値Ｒ３も大きな値となって前記した電流Ｉ２peakは小さくすることができる。
【００５９】
一方、コンデンサ２５の放電過程においては、図７で示したように、破線で示すＩａ電流のループで放電電流が流れ、該電流は主としてコンデンサ２５に蓄積されていた電荷によるものであって、１９で示す電圧源から供給される電流とは異なる。なお、１９で示す電圧源から供給される電流は前記電流Ｉ１と電流Ｉ２とを合計したものである。ここで、抵抗２１、２２を介して流れる電流Ｉ１は、それぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２から
Ｉ１＝ＶＤＤ／（Ｒ１＋Ｒ２）
であるので、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の値を大きく設定することで、それを介して流れる電流値を目的とするところに応じて無視しうる程度にまで小さくすることができる。
【００６０】
この結果、電圧源１９から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さい。そのため、電源１９が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗ｒ０が大きく増大したあとでも図７に示した点滅回路においては点滅動作を継続することができ、前記乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００６１】
以上詳細に説明したように実施例２においては、発光サイリスタ２０を使用した点滅回路において、電圧源から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗が大きく増大したあとでも実施例２の点滅回路においては点滅動作を継続することができ、乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００６２】
また、点滅回路に要する能動素子はサイリスタのみでよく、別途半導体ＩＣチップ等を準備する必要がなく、きわめて低コストで所望の点滅回路を構成することが可能になるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上記実施例１、２で説明した点滅回路１、２は、各種の電子機器のインジケータ、あるいはイルミネーション装置や警告用の保安装置に適用することができる。図９に多機能プリンタを示す。図９に示す多機能プリンタ（ＭＦＰ）２００はスキャナ部２０１とプリンタ部２０２を有し、スキャナ部２０１には操作パネル２０３が設けられ、操作パネル２０３にはインジケータ２０４が配設されている。またプリンタ部２０２にも操作パネル２０５が設けられ、この操作パネル２０５にもインジケータ２０６が配設されている。上記のインジケータ２０４、２０６に本発明の点滅回路を用いることにより、操作者への通知を行うことができる。
【００６４】
また図１０は自転車を示す側面図である。図１０において、自転車３００のリアフォーク部３０１には尾灯３０３が取付けられている。この尾灯３０３に、本発明に係る赤色光を発する発光サイリスタを用いた点滅回路を用いることにより、夜間に走行中に後続の車両等に自車の存在を知らせることができ、夜間等における交通事故を未然に防止することに役立つ。なお符号３０２で示すのは車輪のスポークである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１の点滅回路を示す回路図である。
【図２】実施例１における発光サイリスタの構成を示す構成図である。
【図３】実施例１の点滅回路の動作を示す回路図である。
【図４】実施例１の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。
【図５】実施例２の点滅回路を示す回路図である。
【図６】実施例２における発光サイリスタの構成を示す構成図である。
【図７】実施例２の点滅回路の動作を示す回路図である。
【図８】実施例２の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。
【図９】多機能プリンタを示す斜視図である。
【図１０】自転車を示す側面図である。
【図１１】従来の非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、２ 点滅回路
１０、２０ 発光サイリスタ
１１、１２、１３、１４ 抵抗
２１、２２、２３、２４ 抵抗
１５、２５ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を点滅駆動する点滅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子を点滅駆動する回路として、例えば非安定マルチバイブレータ回路がある。以下、図にしたがって説明する。図１１は従来の非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を示す。図１１において、５１〜５４は抵抗、５５はＬＥＤ（発光ダイオード）、５６、５７はコンデンサ、５８、５９はＮＰＮトランジスタ、６１、６２はダイオードである。
【０００３】
抵抗５１〜５４の一端は電源ＶＤＤと接続され、抵抗５１の他端はＬＥＤ５５のアノードと接続され、ＬＥＤ５５のカソードはコンデンサ５６の一端とトランジスタ５８のコレクタと接続される。抵抗５２の他端はコンデンサ５６の他端に接続されるとともに、トランジスタ５９のベースおよびダイオード６２のカソードに接続される。抵抗５３の他端はコンデンサ５７の一端に接続されるとともに、トランジスタ５８のベースおよびダイオード６１のカソードに接続される。抵抗５４の他端はコンデンサ５７の他端に接続されるとともにトランジスタ５９のコレクタと接続される。またトランジスタ５８、５９のエミッタおよびダイオード６１、６２のカソードはグランドに接続されている。
【０００４】
次に動作を説明する。いま、トランジスタ５８がオフで、トランジスタ５９がオンであったとする。このとき、トランジスタ５９のコレクタ電位は略０Ｖであり、抵抗５４を介してコレクタ電流が流れる状態となっている。このとき、コンデンサ５７には抵抗５３を介して電源ＶＤＤから充電電流が流れ込み、コンデンサ５７の他端は略０Ｖとなっているので、抵抗５３の抵抗値とコンデンサ５７の容量値で決まる時定数で充電されていく。
【０００５】
このとき、コンデンサ５７の充電電圧がトランジスタ５８にベース電流を生じるレベルに達すると、トランジスタ５８はオンしてコレクタ電位は略０Ｖとなって、コレクタ電流を生じ、ＬＥＤ５５には電源ＶＤＤ、抵抗５１を介して流れる順電流を生じる。この順電流によりＬＥＤ５５は点灯する。このとき、トランジスタ５８のコレクタ電位が略０Ｖにまで低下することで、コンデンサ５６に充電されていた電荷はダイオード６２を介して放電され、しかるのちコンデンサ５６は抵抗５２を介して電源ＶＤＤから充電されていく。これに伴いトランジスタ５９のベース電位が所定電圧に達すると再び該トランジスタ５９はオンとなる。
【０００６】
このようにして、図１１の回路のトランジスタ５８がオンのとき、トランジスタ５９はオフで、トランジスタ５９がオンとなるとトランジスタ５８はオフになるというように、交互にオン、オフ状態が入れ替わりつつ反転することで発振することになる。これに伴い、トランジスタ５８のコレクタに接続されているＬＥＤ５５には断続的に順電流を生じ、ＬＥＤ５５は所定周期で点滅動作を行う。
【０００７】
このような非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を開示するものとして、例えば、特開平６−２６８４８５号公報が挙げられる。
【特許文献１】特開平６−２６８４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、図１１に示す従来の点滅回路においては、トランジスタ５８がオンのときトランジスタ５９はオフ、トランジスタ５９がオンとなるとトランジスタ５８はオフになるというように、交互にオン状態、オフ状態が入れ替わりつつ反転して発振することになり、これに伴い、トランジスタ５８のコレクタに接続されているＬＥＤ５５には断続的に順電流を生じ、ＬＥＤ５５は所定周期で点滅動作を行うのであるが、ＬＥＤ５５の点灯状態においてはその駆動電流は抵抗５１を介して電源ＶＤＤから供給されており、それに加えてＬＥＤ５５の消灯状態においてもトランジスタ５９はオン状態になっているので、抵抗５４を介して電源ＶＤＤからコレクタ電流が供給されている。
【０００９】
このように電源ＶＤＤからみると、ＬＥＤ５５の点灯、消灯の状態に無関係に、常にＬＥＤ５５の順電流を超えるような電源電流を生じており、その結果、消費電流が大きいものとなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、電源ＶＤＤとして乾電池やバッテリーといった限られた電気容量しか備えないものを用いる場合には、電源ＶＤＤの電池はＬＥＤ駆動時の順電流や消灯時にも流れ続ける無効電流を負担することで消耗が激しくなってしまい、長時間動作をさせることができないという問題があった。それに加えて、ＬＥＤの点灯状態においてはその順電流は電池から供給されるので、電池が消耗してその内部抵抗が増加したときに前記順電流を供給しようとすると電池電圧が低下してしまい、ＬＥＤ点滅回路の動作を継続することができなくなって、電池の容量すべてを使い切ることができないという問題もあった。
【００１１】
なお前述した図１１に示す従来の点滅回路は、トランジスタ、抵抗、コンデンサといった個別部品を用いて構成する場合の例を示したが、シリコンＩＣチップを用いて集積化された駆動回路を用いる構成も可能である。この場合にはアナログ回路的な動作を行う発振回路を用い、発振回路で作成されたクロック信号をもとにカウンタ回路等のデジタル回路を用いて所定周期でのＬＥＤ駆動を行うことになる。
【００１２】
このように、従来構成の点滅回路においては、発光素子であるＬＥＤ以外の部品点数が多く必要であったり、シリコンＩＣチップを用いた専用の駆動ＩＣを用いる必要があったりするなど、点滅回路を備えた点滅装置を低コストで実現するうえでの制約となっていた。
【００１３】
本発明は、消費電力を少なくするとともに、部品点数を少なくすることで低コスト化を図った点滅回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の点滅回路は、電力を供給する電源部と、前記電源部から電力を供給されることにより充電を行う充電部と、前記充電部における電圧が所定の値に達すると発光素子に電流が流れる発光素子回路とを設け、前記発光素子回路に電流が流れることにより前記充電部が放電されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成を有する本発明に拠れば、発光素子を点灯させるための電流は充電部に充電されたものを使用するので、電源部から供給される電流は微小なものでよい。また本発明の点滅回路に要する能動素子は発光素子のみでよいので、別途半導体チップ等を備える必要がなく、低コストの回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。なお各図に共通する要素には同一の符号を付す。図１は本発明の実施例１に係る点滅回路を示す回路図である。
【実施例１】
【００１７】
図１において、１は点滅回路で、点滅回路１には、三端子スイッチ素子としての発光サイリスタ１０、抵抗１１〜１４、コンデンサ１５が設けられている。抵抗１１、１３の一端は電源ＶＤＤと接続され、抵抗１３の他端はコンデンサ１５の一端と発光サイリスタ１０のアノードに接続されており、コンデンサ１５の他端はグランドと接続される。抵抗１１の他端は抵抗１２の一端と発光サイリスタ１０のゲート端子に接続される。抵抗１２の他端はグランドに接続される。発光サイリスタ１０のカソードは抵抗１４を介してグランドに接続されている。
【００１８】
即ち、発光サイリスタ１０の第１端子であるアノード端子は、抵抗１３を介して電源ＶＤＤに接続されるとともにコンデンサ１５を介してグランドに接続され、第２端子であるカソード端子は抵抗１４を介してグランドに接続され、第３端子であるゲート端子は抵抗１１と抵抗１２の直列回路の接続中心に接続されている。
【００１９】
図２は図１で示した発光サイリスタ１０の構成を示す構成図である。図２（ａ）は回路シンボルを示し、発光サイリスタ１０はアノード端子Ａ、カソード端子Ｋ、ゲート端子Ｇの三つの端子を備えていることを示す。
【００２０】
図２（ｂ）は発光サイリスタの断面構造を示す図である。本図にて示す発光サイリスタ１０はＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ（Metal Organic-Chemical Vapor Deposition）法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず、所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１とを順に積層させたＮＰＮの３層構造からなるウェハーを構成する。
【００２１】
次いで、最上層のＮ型層１０１の一部に公知のフォトリソグラフィー法を用いて選択的にＰ型不純物領域１０４を形成する。さらに、公知のドライエッチング法により溝部を形成することで素子分離を行う。また、前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型層１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０４とＮ型領域１０１にもそれぞれアノード電極とゲート電極が形成される。
【００２２】
図２（ｃ）は発光サイリスタの別の形態を示す。図２（ｃ）の構成においては、ＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０５を順に積層させたＰＮＰＮの４層構造のウェハーを構成する。
【００２３】
さらに公知のドライエッチング法を用いて溝部を形成することで素子分離を行う。また前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。同様に、最上層となるＰ型領域１０５の一部を露出させ、該領域１０５に金属配線を形成してアノード電極を形成する。それと同時にＮ型領域１０１にゲート電極が形成される。
【００２４】
図２（ｄ）は図２（ｂ）および図２（ｃ）と対比させて描いた発光サイリスタの等価回路である。発光サイリスタ１０はＰＮＰトランジスタ１１１とＮＰＮトランジスタ１１２とからなり、ＰＮＰトランジスタ１１１のエミッタが発光サイリスタ１０のアノード端子Ａに相当し、ＰＮＰトランジスタ１１１のベースが発光サイリスタ１０のゲート端子Ｇに対応しており、該ゲート端子はＮＰＮトランジスタ１１２のコレクタとも接続される。またＰＮＰトランジスタ１１１のコレクタはＮＰＮトランジスタ１１２のベースと接続され、ＮＰＮトランジスタ１１２のエミッタは発光サイリスタ１０のカソード端子Ｋに相当している。
【００２５】
なお、図２に示した発光サイリスタ１０は、ＧａＡｓウェハー基材上にＡｌＧａＡｓ層を構成したものであるが、これに限定されるものではなく、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰといった材料を用いるものであってもよく、またはサファイヤ基板上にＧａＮやＡｌＧａＮといった材料を成膜したものであっても良い。
【００２６】
次に実施例１の動作を説明する。図３は実施例１の点滅回路の動作を説明する回路図、図４は実施例１の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。図３において、破線にて囲まれた１９は電池等からなる電源ＶＤＤの内部をモデル化して示すもので、ＶＤＤは電池の電圧発生部、ｒ０は前記電源の内部抵抗をモデル化して示している。なお図３においては、抵抗１１〜１４の抵抗値をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｋとし、またコンデンサ１５の容量値をＣとして図中に記載している。
【００２７】
また、発光サイリスタ１０のアノード電位をＶａ、ゲート電位をＶｇ、カソード電流をＩｋと記号している。さらに、抵抗１１、１２を流れる電流をＩ１とし、抵抗１３を介してコンデンサ１５に流れる充電電流をＩ２と記号して図中に記載している。また図４の上段波形の実線部は発光サイリスタ１０のアノード電位波形であって、発光サイリスタ１０のオフ状態、オン状態を反映して鋸波状に変化する。なお図中に記載したＴ１は発光サイリスタ１０のオフ期間を示し、Ｔ２は発光サイリスタ１０のオン期間を示している。
【００２８】
いま、発光サイリスタ１０のオフ状態においては、そのアノード端子の電流は略ゼロであるので破線矢印にて示した電流Ｉ２が抵抗１３を介してコンデンサ１５の充電電流となって流れ、該充電電流によりコンデンサ１５の両端電位が上昇する。
【００２９】
図４の上段波形の破線部は発光サイリスタ１０のゲート電位波形であって、発光サイリスタ１０のオフ状態には抵抗１１と抵抗１２とで電源電圧ＶＤＤを分圧する電位に維持され、発光サイリスタ１０のオン状態においてはそのゲート・カソード電位差が略０Ｖとなるのに応じて急速に電位低下する波形となる。
【００３０】
いま、発光サイリスタ１０がオフ状態にあるとき、図４の上段に示すように、アノード電位Ｖａは上昇過程にあって、前記ゲート電位Ｖｇを超えて図中に記載した閾値電圧Ｖｔ分だけ高い電位になったとする。閾値電圧Ｖｔは図２で示した発光サイリスタ１０のアノード・ゲート間電圧であって、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すアノード・ゲート間のＰＮ接合の順電圧に相当するものである。
【００３１】
このとき発光サイリスタ１０のアノード端子からゲート端子を抜けて流れる電流を生じて、発光サイリスタ１０はターンオンさせられる。これにより発光サイリスタ１０のアノード電位は急激に低下させられて、コンデンサ１５に充電されていた電荷は発光サイリスタ１０のアノード、カソード、抵抗１４を介する破線矢印Ｉｋのループで放電させられる。
【００３２】
この結果、図４の下段波形に示すように、期間Ｔ２において示すように放電電流Ｉｋが流れ、それに応じてコンデンサ１５の両端電圧が低下してアノード電位Ｖａが急激に低下する波形が得られる。放電によりコンデンサ１５の蓄積電荷が略ゼロとなるに従い、発光サイリスタ１０のアノード電流（これはカソード電流に略等しい）が略ゼロとなると、発光サイリスタ１０はターンオフすることになる。上記した過程を繰り返すことで発光サイリスタ１０には断続的に電流Ｉｋを生じることになる。
【００３３】
さて、図２を用いて説明したように、図３に示す発光サイリスタ１０は、ＡｌＧａＡｓなどの発光材料を用いて構成されたものであり、オン状態においてアノード・カソード間に電流を流すことで、その電流値に応じた光出力を得ることができる。また、発光サイリスタ１０のオフ状態においては、アノード・カソード間には電流が流れないので、発光サイリスタ１０による発光はなく、この結果、発光サイリスタ１０は前記アノード・カソード間の電流波形に応じた点滅動作が行われることになる。
【００３４】
さて、図３において、コンデンサ１５への充電電流のピーク値(Ｉ２peak)は電源電圧ＶＤＤと抵抗１３の抵抗値Ｒ３とに応じて定まるものであって、
Ｉ２peak = ＶＤＤ／（ｒ０＋Ｒ３）
と概算することができる。発光サイリスタ１０の点滅周期が目視により判別できる程度にゆっくりである場合には、抵抗１３の抵抗値Ｒ３およびコンデンサ１５の容量値Ｃからなる時定数回路は大きな値となり、抵抗１３の抵抗値Ｒ３も大きな値となって前記したピーク電流Ｉ２peakは小さくすることができる。
【００３５】
一方、コンデンサ１５の放電過程においては、図３に示すように、破線で示すＩｋ電流のループで放電電流が流れる。該電流Ｉｋは主としてコンデンサ１５に蓄積されていた電荷によるものであって、１９で示す電圧源から供給される電流とは異なる。なお１９で示す電圧源から供給される電流は前記電流Ｉ１と電流Ｉ２を合計したものである。
【００３６】
ここで、抵抗１１および抵抗１２を介して流れる電流Ｉ１は、抵抗１１、１２のそれぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２から
Ｉ１＝ＶＤＤ／（Ｒ１＋Ｒ２）
であるので、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の値を大きく設定することで、抵抗１１、１２を介して流れる電流値を目的とするところに応じて無視しうる程度にまで小さくすることができる。
【００３７】
この結果、電圧源１９から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源１９が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗ｒ０が大きく増大したあとでも図３に示す点滅回路１においては点滅動作を継続することができ、前記乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００３８】
以上詳細に説明したように、実施例１における点滅回路１においては、電圧源から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗が大きく増大したあとでも実施例１に示した点滅回路１においては点滅動作を継続することができ、乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００３９】
また、実施例１では、点滅回路１に要する能動素子は発光サイリスタ１０のみでよく、別途半導体ＩＣチップ等を準備する必要がなく、きわめて低コストで所望の点滅回路を構成することが可能になるという効果が得られる。
【実施例２】
【００４０】
次に実施例２の点滅回路を説明する。図５は実施例２の点滅回路を示す回路図である。図５において、実施例２の点滅回路２には、三端子スイッチ素子としての発光サイリスタ２０、抵抗２１〜２４およびコンデンサ２５が設けられている。
【００４１】
抵抗２１、２４の一端はそれぞれ電源ＶＤＤに接続され、抵抗２１の他端は抵抗２２の一端と発光サイリスタ２０のゲート端子に接続されており、抵抗２２の他端はグランドに接続される。抵抗２４の他端は発光サイリスタ２０のアノード端子と接続される。コンデンサ２５の一端は電源ＶＤＤに接続され、コンデンサ２５の他端は発光サイリスタ２０のカソード端子と抵抗２３の一端に接続され、抵抗２３の他端はグランドに接続されている。
【００４２】
即ち、発光サイリスタ２０の第１端子であるアノード端子は、抵抗２４を介して電源ＶＤＤに接続され、第２端子であるカソード端子はコンデンサ２５と抵抗２３との接続中心に接続され、第３端子であるゲート端子は抵抗２１と抵抗２２の直列回路の接続中心に接続されている。
【００４３】
図６は図５で示した発光サイリスタ２０の構成を示す図である。図６（ａ）は発光サイリスタ２０の回路シンボルを示し、アノード端子Ａ、カソード端子Ｋ、ゲート端子Ｇの三つの端子を備えている。図６（ｂ）は図６（ａ）にて示した発光サイリスタの断面構造を示す図である。
【００４４】
図６（ｂ）にて示す発光サイリスタ２０はＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず、所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１とを順に積層させたＮＰＮの３層構造からなるウェハーを構成する。
【００４５】
次いで、最上層のＮ型層１０１の一部に公知のフォトリソグラフィー法を用いて選択的にＰ型不純物領域１０４を形成する。さらに公知のドライエッチング法により溝部を形成することで素子分離を行う。また、前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０４とＰ型領域１０２にもそれぞれアノード電極とゲート電極が形成される。
【００４６】
図６（ｃ）は発光サイリスタの別の形態を示す。本構成においては、ＧａＡｓウェハー基材を用い、公知のＭＯ−ＣＶＤ法により前記基材の上層に所定の結晶をエピタキシャル成長させることで作成される。まず所定のバッファ層（図示しない）をエピタキシャル成長させた後、ＡｌＧａＡｓ基材にＮ型不純物を含ませたＮ型層１０３と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０２と、Ｎ型不純物を含ませたＮ型層１０１と、Ｐ型不純物を含ませ成層したＰ型層１０５を順に積層させたＰＮＰＮの４層構造のウェハーを構成する。
【００４７】
さらに公知のドライエッチング法を用いて溝部を形成することで素子分離を行う。また前記エッチングの過程でサイリスタの最下層となるＮ型領域１０３の一部を露出させ、該領域１０３に金属配線を形成してカソード電極を形成する。同様に、最上層となるＰ型領域１０５の一部を露出させ、該領域１０５に金属配線を形成してアノード電極を形成する。それと同時にＰ型領域１０２の露出した部分にゲート電極が形成される。
【００４８】
図６（ｄ）は図６（ｂ）、図６（ｃ）と対比させて描いた発光サイリスタの等価回路である。発光サイリスタ２０はＰＮＰトランジスタ１１１とＮＰＮトランジスタ１１２とからなり、ＰＮＰトランジスタ１１１のエミッタが発光サイリスタ２０のアノード端子Ａに相当し、ＮＰＮトランジスタ１１２のベースが発光サイリスタ２０のゲート端子Ｇに対応しており、該端子はＰＮＰトランジスタ１１１のコレクタとも接続される。またＰＮＰトランジスタ１１１のベースはＮＰＮトランジスタ１１２のコレクタと接続され、ＮＰＮトランジスタ１１２のエミッタは発光サイリスタ２０のカソード端子Ｋに相当している。
【００４９】
なお、図６で示した発光サイリスタ２０はＧａＡｓウェハー基材上にＡｌＧａＡｓ層を構成したものであるが、これに限定されるものではなく、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰといった材料を用いるものであってもよく、またはサファイヤ基板上にＧａＮやＡｌＧａＮといった材料を成膜したものであっても良い。
【００５０】
次に実施例２の動作を説明する。図７は実施例２の点滅回路の動作を説明するための回路図、図８は実施例２の動作を示すタイムチャートである。図７において、破線にて囲まれた１９は電池等からなる電源ＶＤＤの内部をモデル化して示すもので、ＶＤＤは電池の電圧発生部で、ｒ０は前記電源の内部抵抗をモデル化して示している。
【００５１】
図７において、抵抗２１〜２４の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒａとし、コンデンサ２５の容量値をＣとして図中に記載している。また発光サイリスタ２０のカソード電位をＶｋ、ゲート電位をＶｇ、アノード電流をＩａと記号している。また抵抗２１および抵抗２２を流れる電流をＩ１とし、抵抗２３を介してコンデンサ２５に流れる充電電流をＩ２と記号して図中に記載している。
【００５２】
図８の上段波形の実線部は発光サイリスタ２０のカソード電位波形Ｖｋであって、発光サイリスタ２０のオフ状態、オン状態を反映して鋸波状に変化する。なお図中に記載したＴ１は発光サイリスタ２０のオフ期間を示し、Ｔ２は発光サイリスタ２０のオン期間を示している。いま、発光サイリスタ２０のオフ状態においては、そのカソード端子の電流は略ゼロであるので、図７に破線矢印にて示した電流Ｉ２が抵抗２３を介してコンデンサ２５の充電電流となって流れ、該充電電流によりコンデンサ２５の両端電圧が増加する。
【００５３】
また、図８の上段波形の破線部は発光サイリスタ２０のゲート電位波形Ｖｇであって、発光サイリスタ２０のオフ状態には抵抗２１と２２とで電源電圧ＶＤＤを分圧する電位に維持され、発光サイリスタ２０のオン状態においては発光サイリスタ２０のアノード・ゲート電位差が略０Ｖとなるのに応じて急速に電位上昇する波形となる。
【００５４】
いま、発光サイリスタ２０がオフ状態にあるとき、コンデンサ２５への充電電流の変化に伴い、発光サイリスタ２０のカソード電位Ｖｋは下降過程にあって、前記ゲート電位Ｖｇを下回って図中に記載した閾値電圧Ｖｔ分だけ低い電位となったとする。閾値電圧Ｖｔは図６で示した発光サイリスタ２０のアノード・ゲート間電圧であって、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すゲート・カソード間のＰＮ接合の順電圧に相当するものである。
【００５５】
このとき、発光サイリスタ２０のゲート端子からカソード端子を抜けて流れる電流を生じて、該発光サイリスタ２０はターンオンさせられる。これにより発光サイリスタ２０のカソード電位Ｖｋは急激に上昇させられて、コンデンサ２５に充電されていた電荷は抵抗２４、発光サイリスタ２０のアノード、カソードを介して図７の破線矢印Ｉａのループで放電させられる。この結果、図８の下段波形に示すように、期間Ｔ２のように放電電流Ｉａが流れ、それに応じてコンデンサ２５の両端電圧が低下してカソード電位Ｖｋが急激に上昇する波形が得られる。
【００５６】
前記放電によりコンデンサ２５の蓄積電荷が略ゼロとなるに従い、発光サイリスタ２０のアノード電流（これはカソード電流に略等しい）が略ゼロとなると、該発光サイリスタ２０はターンオフすることになる。上記した過程を繰り返すことで、発光サイリスタ２０には断続的に電流Ｉａを生じることになる。
【００５７】
さて、図６を用いて説明したように、本実施例に用いられる発光サイリスタ２０はＡｌＧａＡｓなどの発光材料を用いて構成されたものであり、オン状態においてアノード・カソード間に電流を流すことで該電流値に応じた光出力を得ることができる。また発光サイリスタ２０のオフ状態においてはアノード・カソード間には電流が流れないので、該発光サイリスタ２０による発光はなく、この結果、発光サイリスタ２０は前記アノード・カソード間の電流波形に応じた点滅動作が行われることになる。
【００５８】
さて、図７において、コンデンサ２５への充電電流のピーク値(Ｉ２peak)は電源電圧ＶＤＤと抵抗２３の抵抗値Ｒ３とに応じて定まるものであって、
Ｉ２peak = ＶＤＤ／（ｒ０＋Ｒ３）
と概算することができる。発光サイリスタの点滅周期が目視により判別できる程度にゆっくりである場合には、抵抗値Ｒ３、コンデンサ２５の容量値Ｃからなる時定数回路は大きな値となり、抵抗値Ｒ３も大きな値となって前記した電流Ｉ２peakは小さくすることができる。
【００５９】
一方、コンデンサ２５の放電過程においては、図７で示したように、破線で示すＩａ電流のループで放電電流が流れ、該電流は主としてコンデンサ２５に蓄積されていた電荷によるものであって、１９で示す電圧源から供給される電流とは異なる。なお、１９で示す電圧源から供給される電流は前記電流Ｉ１と電流Ｉ２とを合計したものである。ここで、抵抗２１、２２を介して流れる電流Ｉ１は、それぞれの抵抗値Ｒ１、Ｒ２から
Ｉ１＝ＶＤＤ／（Ｒ１＋Ｒ２）
であるので、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の値を大きく設定することで、それを介して流れる電流値を目的とするところに応じて無視しうる程度にまで小さくすることができる。
【００６０】
この結果、電圧源１９から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さい。そのため、電源１９が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗ｒ０が大きく増大したあとでも図７に示した点滅回路においては点滅動作を継続することができ、前記乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００６１】
以上詳細に説明したように実施例２においては、発光サイリスタ２０を使用した点滅回路において、電圧源から供給される電流は微小な電流値であってもよく、またそのピーク値は著しく小さくすることができる。そのため、電源が例えば乾電池であって、それが消耗した後にその内部抵抗が大きく増大したあとでも実施例２の点滅回路においては点滅動作を継続することができ、乾電池の蓄積エネルギーを最大限に活用して長時間にわたって点滅させることが可能となるのである。
【００６２】
また、点滅回路に要する能動素子はサイリスタのみでよく、別途半導体ＩＣチップ等を準備する必要がなく、きわめて低コストで所望の点滅回路を構成することが可能になるのである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
上記実施例１、２で説明した点滅回路１、２は、各種の電子機器のインジケータ、あるいはイルミネーション装置や警告用の保安装置に適用することができる。図９に多機能プリンタを示す。図９に示す多機能プリンタ（ＭＦＰ）２００はスキャナ部２０１とプリンタ部２０２を有し、スキャナ部２０１には操作パネル２０３が設けられ、操作パネル２０３にはインジケータ２０４が配設されている。またプリンタ部２０２にも操作パネル２０５が設けられ、この操作パネル２０５にもインジケータ２０６が配設されている。上記のインジケータ２０４、２０６に本発明の点滅回路を用いることにより、操作者への通知を行うことができる。
【００６４】
また図１０は自転車を示す側面図である。図１０において、自転車３００のリアフォーク部３０１には尾灯３０３が取付けられている。この尾灯３０３に、本発明に係る赤色光を発する発光サイリスタを用いた点滅回路を用いることにより、夜間に走行中に後続の車両等に自車の存在を知らせることができ、夜間等における交通事故を未然に防止することに役立つ。なお符号３０２で示すのは車輪のスポークである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例１の点滅回路を示す回路図である。
【図２】実施例１における発光サイリスタの構成を示す構成図である。
【図３】実施例１の点滅回路の動作を示す回路図である。
【図４】実施例１の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。
【図５】実施例２の点滅回路を示す回路図である。
【図６】実施例２における発光サイリスタの構成を示す構成図である。
【図７】実施例２の点滅回路の動作を示す回路図である。
【図８】実施例２の点滅回路の動作を示すタイムチャートである。
【図９】多機能プリンタを示す斜視図である。
【図１０】自転車を示す側面図である。
【図１１】従来の非安定マルチバイブレータ回路を用いた点滅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、２ 点滅回路
１０、２０ 発光サイリスタ
１１、１２、１３、１４ 抵抗
２１、２２、２３、２４ 抵抗
１５、２５ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する電源部と、
前記電源部から電力を供給されることにより充電を行う充電部と、
前記充電部における電圧が所定の値に達すると発光素子に電流が流れる発光素子回路とを設け、
前記発光素子回路に電流が流れることにより前記充電部が放電されることを特徴とする点滅回路。
【請求項２】
前記充電部はコンデンサを有する請求項１記載の点滅回路。
【請求項３】
前記発光素子回路は発光サイリスタを有する請求項２記載の点滅回路。
【請求項４】
前記発光サイリスタのアノード端子は前記コンデンサの一端側に接続され、前記発光サイリスタのカソード端子は前記コンデンサの他端側に接続される請求項３記載の点滅回路。
【請求項５】
電源と、
発光機能を有する三端子スイッチ素子と、
抵抗を介して前記電源に接続されたコンデンサとを具備し、
前記三端子スイッチ素子の第１端子は抵抗を介して前記電源に接続されるとともに前記コンデンサを介してグランドに接続され、第２端子は抵抗を介してグランドに接続され、第３端子は抵抗の直列回路の接続中心に接続されることを特徴とする点滅回路。
【請求項６】
電源と、
発光機能を有する三端子スイッチ素子と、
前記電源に接続されたコンデンサとを具備し、
前記コンデンサはグランドに接続された抵抗に接続され、
前記三端子スイッチ素子の第１端子は前記電源に接続され、第２端子は前記コンデンサと前記抵抗との接続中心に接続され、第３端子は抵抗の直列回路の接続中心に接続されることを特徴とする点滅回路。
【請求項７】
前記三端子スイッチ素子は発光サイリスタであり、前記第１端子はアノード端子、前記第２端子はカソード端子、前記第３端子はゲート端子である請求項６記載の点滅回路。
【請求項１】
電力を供給する電源部と、
前記電源部から電力を供給されることにより充電を行う充電部と、
前記充電部における電圧が所定の値に達すると発光素子に電流が流れる発光素子回路とを設け、
前記発光素子回路に電流が流れることにより前記充電部が放電されることを特徴とする点滅回路。
【請求項２】
前記充電部はコンデンサを有する請求項１記載の点滅回路。
【請求項３】
前記発光素子回路は発光サイリスタを有する請求項２記載の点滅回路。
【請求項４】
前記発光サイリスタのアノード端子は前記コンデンサの一端側に接続され、前記発光サイリスタのカソード端子は前記コンデンサの他端側に接続される請求項３記載の点滅回路。
【請求項５】
電源と、
発光機能を有する三端子スイッチ素子と、
抵抗を介して前記電源に接続されたコンデンサとを具備し、
前記三端子スイッチ素子の第１端子は抵抗を介して前記電源に接続されるとともに前記コンデンサを介してグランドに接続され、第２端子は抵抗を介してグランドに接続され、第３端子は抵抗の直列回路の接続中心に接続されることを特徴とする点滅回路。
【請求項６】
電源と、
発光機能を有する三端子スイッチ素子と、
前記電源に接続されたコンデンサとを具備し、
前記コンデンサはグランドに接続された抵抗に接続され、
前記三端子スイッチ素子の第１端子は前記電源に接続され、第２端子は前記コンデンサと前記抵抗との接続中心に接続され、第３端子は抵抗の直列回路の接続中心に接続されることを特徴とする点滅回路。
【請求項７】
前記三端子スイッチ素子は発光サイリスタであり、前記第１端子はアノード端子、前記第２端子はカソード端子、前記第３端子はゲート端子である請求項６記載の点滅回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−８１３３６（Ｐ２０１０−８１３３６Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４８０１１（Ｐ２００８−２４８０１１）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【出願人】（５００００２５７１）株式会社沖デジタルイメージング (186)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]