專利名稱：用于增強的晶體管驅(qū)動的電荷恢復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電致發(fā)光顯示器及其控制器，尤其涉及提供給控制電路的功率。
背景技術(shù)：
電致發(fā)光顯示器具有用于顯示信息的可選擇地被照明的區(qū)域。和競爭的技術(shù)相比，這種顯示器的優(yōu)點在于，它們可以是大的、可彎曲的并且成本相對地較低。
雖然電致發(fā)光燈在19世紀(jì)50年代便被公知了，但是它們具有短的壽命，并且直到19世紀(jì)80年代才研制了可彎曲的電致發(fā)光裝置。不過，其被用作LCD背景光，僅僅在近期，實際的電致發(fā)光顯示器才成為可利用的。
電致發(fā)光顯示器一般包括在兩個電極之間的熒光材料層，例如摻雜的硫化鋅粉。通常至少一個電極由提供在透明基板例如聚酯或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上的透明材料例如銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成。顯示器可以借助于在基板上沉積電極層和熒光體層被構(gòu)成，例如通過絲網(wǎng)印刷，在這種情況下，可以由導(dǎo)電的例如添加銀的油墨構(gòu)成不透明的電極。電致發(fā)光裝置的例子在WO 00/72638和WO 99/55121中披露了。
上述的一般類型的電致發(fā)光顯示器通過在燈的電極之間提供合適頻率的交流電壓被照射而激勵熒光體。一般地說，在電致發(fā)光顯示器中使用的熒光體需要幾百伏的電壓。一般這種電致發(fā)光顯示器具有在100pF-1μF范圍內(nèi)的電容。
因為只需要小的電流，這種相對較高的驅(qū)動電壓可以容易地借助于一種電路例如熟知的“逆向變換器”由低壓直流電源產(chǎn)生。
該電路包括一個電感器和一個串聯(lián)連接的震蕩開關(guān)。和所述震蕩開關(guān)并聯(lián)，設(shè)置有串聯(lián)連接的二極管和電容器。開關(guān)在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)之間震蕩。在閉合狀態(tài)下，來自直流電源的電流通過電感器和開關(guān)流動。當(dāng)開關(guān)打開時，電流通路被中斷，但是和電感器相關(guān)的磁場強迫電流保持流動。因此電感器強迫電流流過二極管對電容器充電。二極管阻止當(dāng)開關(guān)閉合時電容器的放電。因此電容器可被充電到一個比直流電源的電壓較高的電壓，并且在這個電壓下可以從電容器汲取電流。
為了由逆向變換器向負(fù)載提供交流電流，可以和電容器并聯(lián)一個H橋路。一般地說，H橋路包括兩個并聯(lián)分支，每個分支具有串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)。在每個分支上，在第一和第二開關(guān)之間，具有一個節(jié)點，負(fù)載便被連接在兩個分支的各自的節(jié)點之間。電流可以沿一個方向通過一個分支的第一開關(guān)和另一個分支的第二開關(guān)，并沿另一個方向通過另外兩個開關(guān)流過負(fù)載。H橋路的開關(guān)被這樣操作，使得電流首先沿一個方向然后沿另一個方向流過負(fù)載。
在這種變換器電路以及H橋路中使用的開關(guān)元件一般是場效應(yīng)晶體管(FET)。FET的電阻取決于施加于其柵極端的電壓。施加于柵極上的電壓越高，F(xiàn)ET的阻值越低。在電致發(fā)光顯示器的控制電路中希望具有低的阻值，因為這樣可以實現(xiàn)高效率的驅(qū)動，即對于相同的亮度，汲取較低的電流。對于電池操作的裝置，尤其如此，其中希望增長電池的使用壽命。
在電致發(fā)光顯示器電路中使用的MOSFET一般需要大于4V的柵極電壓，最好具有9V范圍內(nèi)的柵極電壓。因此，由2AA電池構(gòu)成的一般的電源不能提供足夠的功率來驅(qū)動FET?？梢蕴峁└嗟碾姵?，但是這在許多希望把產(chǎn)品制造成盡量小的應(yīng)用中是不希望的。用于增加提供給FET的電壓的一種已知的方法是使用電壓倍增電路。不過，在電池的使用壽命將要結(jié)束時，即使電壓倍增器也只能由2AA電池達到3.5V的電壓。可以串聯(lián)設(shè)置幾個倍增電路，但是這使得效率較低并且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種用于由低壓直流電源對電容負(fù)載提供高壓交流電流或脈動的直流電流的控制電路，其中在操作期間從電容負(fù)載放電的高壓電流被用作輔助電源，用于驅(qū)動所述控制電路的開關(guān)元件。
本發(fā)明對于電致發(fā)光顯示器是最有用的。如上所述，這些顯示器一般由通過H橋路提供的交流電流來驅(qū)動。當(dāng)H橋路處于第一狀態(tài)時，電容負(fù)載被沿一個方向充電。然后，H橋路被轉(zhuǎn)換成第二狀態(tài)，以沿相反的方向?qū)﹄娙葚?fù)載充電。在從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)之后的瞬間，或反之亦然，電容負(fù)載放電。在大多數(shù)應(yīng)用中，該電荷被丟失。因為電容負(fù)載通過變換器電路被充電到一個高電壓，這個電荷損失是一個大的能量損失。不過，本發(fā)明人認(rèn)識到，這個高壓電荷源可被用作輔助電源，用于對電致發(fā)光顯示器的控制電路提供柵極驅(qū)動，其可以比現(xiàn)有技術(shù)的裝置中的柵極驅(qū)動較高，而不需要附加的電池。
來自電容負(fù)載的放電可能是一種不受控制的放電，不過最好借助于和H橋路并聯(lián)的受控制的放大電路來實現(xiàn)。
雖然在某些情況下存儲電容負(fù)載的全部電壓是合適的或希望的，但是在大多數(shù)情況下，這個電壓對于相關(guān)的控制電路太高，因而必須以某種方式例如借助于分壓電路被減少。不過，最好是限制所產(chǎn)生的電壓。因此控制電路還可以包括電壓限制器件，用于限制輔助電源的電壓。
最好設(shè)置輔助電源用于提供至少4V更好為9V的電壓。不過，因為本發(fā)明通常用于提供用于控制高壓硅FET的電源，因此，電壓限制器件最好限制輔助電源的電壓為額定的12V。
雖然可以使用任何合適的電壓限制器件，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，利用和輔助電源并聯(lián)的齊納二極管限制輔助電源的電壓。這幫助降低電路的成本和元件數(shù)量。輔助電源最好還包括低壓電容器，在其上存儲來自電容負(fù)載的電荷。
如上所述，本發(fā)明特別適用于控制電致發(fā)光顯示器，因此控制電路的開關(guān)元件最好是MOSFET，設(shè)置輔助電源用于提供電流以控制這些元件。
當(dāng)控制電路包括具有兩個并聯(lián)支路的H橋路的通常結(jié)構(gòu)時，每個支路具有和一個第二開關(guān)元件串聯(lián)的一個第一開關(guān)元件和在第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件之間的一個節(jié)點，輔助電源最好用于控制每個開關(guān)元件。類似地，控制電路還通常包括由低壓直流電流供電的變換器，其被設(shè)置用于向H橋路供應(yīng)電流，以便對電容負(fù)載充電到高于所述直流電源的電壓。因此輔助電源最好用于(附加地或者另外地)控制每個開關(guān)元件。
因此，從另一方面來看，本發(fā)明提供一種上述的控制電路，其中輔助電源的輸出用于對電路的H橋路部分和電壓變換器部分的晶體管提供控制信號?？刂齐娐纷詈镁哂猩厦嫣岢龅钠渌膬?yōu)選的特征。本發(fā)明還擴展到由這種控制電路驅(qū)動的電致發(fā)光顯示器。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種借助于一種控制電路由低壓直流電源向電容負(fù)載提供高壓交流電流或脈動的直流電流方法，其中在操作期間從電容負(fù)載放電的高壓電流被用作輔助電源用于驅(qū)動所述控制電路的開關(guān)元件。
至少在優(yōu)選實施例中，所述方法還包括上面針對本發(fā)明的其它方面所述的特征和優(yōu)點。


現(xiàn)在僅以舉例的方式參照

本發(fā)明的實施例，其中圖1a，1b表示利用本發(fā)明的H橋路的操作；圖2a，2b表示利用本發(fā)明的逆向變換器的操作；以及圖3表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
參見圖1a，其中示出了按照本發(fā)明的電路。該電路包括和二極管D以及H橋路結(jié)構(gòu)H串聯(lián)連接的電流源I。提供平滑電容器Cs和H橋路結(jié)構(gòu)并聯(lián)并被連接到地電位。
圖1a中的H橋路結(jié)構(gòu)H包括4個開關(guān)元件SA-SD，為了簡化，它們被表示為簡單的開關(guān)。在實際電路中，開關(guān)SA-SD由場效應(yīng)晶體管(FET)來提供。H橋路包括兩個并聯(lián)支路，每個支路具有串聯(lián)設(shè)置的兩個開關(guān)SA，SD以及SC，SB。呈電致發(fā)光燈的形式的容性負(fù)載CL在處于支路的開關(guān)之間的每個支路上的節(jié)點連接在H橋路的支路之間。H橋路的一端和地電位相連。
開關(guān)SA-SD的位置由極性電壓VP控制，該電壓隨時間的變化示于圖1a和1b。當(dāng)VP為低時，開關(guān)SA，SB打開而不導(dǎo)通，開關(guān)SC，SD閉合而導(dǎo)通。這種情況示于圖1a。當(dāng)VP為高時，開關(guān)SA，SB閉合而導(dǎo)通，開關(guān)SC，SD打開而不導(dǎo)通。這種情況示于圖1b。
現(xiàn)在說明圖1a，1b所示的電路的操作。變換器例如被表示為電流源I的逆向變換器或正向變換器通過二極管D向平滑電容器CS以及容性負(fù)載CL提供電流。容性負(fù)載CL被充電的方向由開關(guān)SA-SD的位置確定。電容器CS和CL一直被充電直到電流源I停止供給電流。電容器CS和CL上的電壓因而升高。來自電容器的反向電流被二極管D阻止。
因而，當(dāng)容性負(fù)載CL被完全充電到負(fù)載電壓VL時，在其上的電荷是CLVL，在平滑電容器上的電荷是CSVL。當(dāng)極性電壓VP升高時，如圖1b所示，被充電的容性負(fù)載CL的極性相對于平滑電容器CS以及電流源被反向。因而，在圖1b中的點Y相對于地電位處于-VL的電位，同時點X的電位相對于地電位為+VL。這個電位差引起電流流動，直到點X和點Y處于相同的電位。
如果平滑電容器CS的電容大，其向容性負(fù)載CL供應(yīng)足夠的電荷而使容性負(fù)載CL上的電壓升高到接近于負(fù)載電壓VL。不過，在這個過程中，平滑電容器CS已經(jīng)向容性負(fù)載提供了2CLVL2的能量，其必須由電流源I取代。因而，在H橋路的每個周期，從電流源I汲取4CLVL2的能量。
圖2a，2b表示用于把容性負(fù)載充電到一個高電壓的逆向變換器的結(jié)構(gòu)。通過用圖1的二極管D的下游的元件CS，CL，SA-SD代替圖2中的二極管D的下游的元件CL，圖2所示的逆向變換器可用于圖1所示的H橋路結(jié)構(gòu)H。為了簡化，圖2示出了容性負(fù)載CL而沒有H橋路。
如圖2a所示，逆向變換器包括和電感器L以及開關(guān)S串聯(lián)連接的直流電源。開關(guān)S連接在電感器和地電位之間。在實際的結(jié)構(gòu)中，開關(guān)S由場效應(yīng)晶體管提供，即輸出FET。不過，為清楚起見，在圖2a，2b中，開關(guān)S被表示為一個簡單的開關(guān)。
和開關(guān)S并聯(lián)提供有和容性負(fù)載CL串聯(lián)的二極管D。容性負(fù)載CL被設(shè)置在二極管和地電位之間。
開關(guān)S由開關(guān)電壓VS控制，該電壓按圖2a所示隨時間變化。當(dāng)開關(guān)電壓VS高時，開關(guān)D閉合而導(dǎo)通。這種情況如圖2a所示。當(dāng)開關(guān)電壓VS低時，開關(guān)S打開，因而不導(dǎo)通。這種情況示于圖2b。
圖2a，2b所示的電路的操作如下。當(dāng)開關(guān)電壓VS高時，如圖2a所示，電流I從直流電源經(jīng)過電感器L和閉合的開關(guān)S向地流動。假定容性負(fù)載CL上的電壓高于直流電源的電壓，則沒有電流流過二極管D。
當(dāng)開關(guān)電壓VS低時，如圖2b所示，通過電感器L和開關(guān)的電流通路被打開的開關(guān)S中斷。不過在和電感器L相關(guān)的磁場中存儲的能量強迫電流I繼續(xù)流動，并且電感器L產(chǎn)生足夠高的電壓，使得電流I流過二極管D對容性負(fù)載CL充電。用這種方式，隨著開關(guān)電壓從高到低的每次轉(zhuǎn)換，在容性負(fù)載CL上的電壓VL增加，如圖2b所示。二極管D阻止電流從容性負(fù)載向回流動到地，或者當(dāng)開關(guān)S閉合時向直流電源流動。
由此可見，通過對開關(guān)S施加交流開關(guān)電壓VS，容性負(fù)載CL可被充電到任何所需的電壓。
圖3表示一種電路，其中從容性負(fù)載的放電被用于對控制電路的晶體管提供操作功率。
電感器L、FET以及二極管D1構(gòu)成如參照圖2a，2b所述的逆向變換器。還示出了平滑電容器C1。為簡化起見，圖1a，1b的H橋路被省略了。其應(yīng)當(dāng)在標(biāo)號VPP的軌線上被連接到所示的電路上。
在圖3中，VDD表示直流電源，PWM表示用于驅(qū)動逆向變換器的脈寬調(diào)制信號，DISCHAARGE表示用于在H橋路的方向被轉(zhuǎn)換之前放電來自容性負(fù)載的電流的控制信號，VDDA表示輔助電源電路的輸出，其被用于驅(qū)動控制電路的開關(guān)元件。
圖3的電路的逆向變換器由PWM信號和DISCHARGE電流的反相的邏輯與操作的結(jié)果驅(qū)動。即，當(dāng)容性負(fù)載放電時，DISCHARGE信號為高，因而逆向變換器不工作。當(dāng)容性負(fù)載完成放電時，DISCHARGE信號為低，逆向變換器由PWM信號驅(qū)動。當(dāng)PWM信號為高時，逆向變換器FET處于導(dǎo)通狀態(tài)，從VDD通過電感器L和FET到地具有一個電流通路。當(dāng)PWM信號為低時，逆向變換器的FET成不導(dǎo)通的，因而切斷電流通路。不過，當(dāng)電感器L的磁場崩潰時，電流被強制(在高壓下)繼續(xù)通過電感器L以及二極管D1流動，從而對存儲電容器C1和容性負(fù)載(未示出)充電。用這種方式，當(dāng)FET借助于PWM信號被脈沖導(dǎo)通和截止時，存儲電容器C1和容性負(fù)載可被充電到比直流電源的電壓高得多的電壓。
當(dāng)DISCHARGE信號為高時，npn晶體管T1導(dǎo)通，因而允許電流流過其集電極。這又使得電流流入pnp晶體管T2的基極，因而使得T2導(dǎo)通。當(dāng)T2處于導(dǎo)通狀態(tài)時，從容性負(fù)載和平滑電容器C1到輔助電源電容器C2具有電流通路。用這種方式，使用容性負(fù)載的放電對輔助電源電容器C2充電。提供齊納二極管D2和輔助電源電容器C2并聯(lián)，以便限制加于輔助電源電容器上的電壓。該齊納二極管典型地限制該電壓為大約12V。
然后使用輔助電源電路的輸出(VDDA)向H橋路的FET供電，而不從電池(VDD)汲取功率。H橋路的FET一般至少需要4V的基極電壓，它們的電阻在較高的電壓(最好大約9V)下較小，使得H橋路的效率更高。因而輔助電源電路提供一個用于操作這些FET的高壓電源，而不從直流電源吸收功率，并且不必使用電壓倍增電路。因而這種電路作為一個整體效率更高，因而延長電池的壽命。
權(quán)利要求
1.一種用于由低壓直流電源向容性負(fù)載供應(yīng)高壓交流電流或脈動直流電流的控制電路，其中從容性負(fù)載放電的高壓電流被用作用于驅(qū)動所述控制電路的開關(guān)元件的輔助電源。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其中容性負(fù)載的放電借助于和H橋路并聯(lián)連接的受控的放電電路來實現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制電路，其中所述電路包括電壓限制器件，用于限制所述輔助電源的電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的控制電路，其中所述電壓限制器件把輔助電源的電壓限制為額定12V。
5.如權(quán)利要求3或4所述的控制電路，所述電壓限制器件包括和所述輔助電源并聯(lián)連接的齊納二極管。
6.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述輔助電源包括低壓電容器。
7.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中控制電路的開關(guān)元件是MOSFET。
8.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述控制電路還包括和容性負(fù)載并聯(lián)連接的平滑電容器。
9.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述容性負(fù)載是電致發(fā)光顯示器。
10.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述控制電路包括具有兩個并聯(lián)支路的H橋路，每個支路具有串連連接的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件，以及在所述第一和第二開關(guān)元件之間的節(jié)點，所述容性負(fù)載在使用時被連接在兩個支路的各自的節(jié)點之間，其中用于控制所述開關(guān)元件的控制信號通過所述輔助電源被提供。
11.如權(quán)利要求10所述的控制電路，其中所述控制電路包括變換器，其由所述低壓直流電源供電，并被設(shè)置用于向H橋路供應(yīng)電流，以把所述容性負(fù)載充電到高于所述直流電源的電壓的電壓，其中用于所述變換器的開關(guān)元件的控制信號通過所述輔助電源被提供。
12.如前面任何一個權(quán)利要求所述的控制電路，其中所述輔助電源被設(shè)置用于提供至少為4V的電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的控制電路，其中所述輔助電源被設(shè)置用于提供至少為9V的電壓。
14.一種用于借助于控制電路從低壓直流電源對容性負(fù)載提供高壓交流電流或脈動直流電流的方法，其中在操作期間從容性負(fù)載放電的高壓電流被用作用于驅(qū)動所述控制電路的開關(guān)元件的輔助電源。
全文摘要
一種用于電致發(fā)光顯示器的控制電路，其中使用逆向變換器和H橋路從低壓直流電源向容性負(fù)載提供高壓交流電流。每當(dāng)容性負(fù)載的極性被反向時，容性負(fù)載放電。這個高壓放電被存儲在低壓電容器上，接著被用作輔助電源用于向控制電路的開關(guān)元件供電。
文檔編號G09G3/30GK1867960SQ200480029974
公開日2006年11月22日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者克里斯·弗賴爾 申請人:佩利康有限公司