用于电容性负载的驱动电路的制作方法

专利名称：用于电容性负载的驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于例如(但不一定限于)与场致发光(EL)显示器一起使用的电容性 负载的驱动电路。
背景技术：
已开发出可应用于消费者商品的两种薄柔性显示器技术印刷场致发光(EL)显示 器和聚合物分散液晶(PDLC)显示器。
当在场致发光材料上产生电场时，场致发光材料发出光，且因此发出辉光。首先知 道的场致发光材料是例如硫化锌等无机微粒物质，而更近期发现的场致发光材料包含许 多称为有机发光二极管(OLED)的小分子有机发射体和一些称为发光聚合物(LEP) 的塑料(合成有机聚合物质)。呈掺杂和囊封形式的无机微粒仍在使用，尤其是当混合 到粘合剂中并作为相对较厚层施加到衬底表面时；LEP可被用作粘合剂基质中的微粒材 料或(具有一些优点)独立地用作相对较薄的连续膜。
此场致发光效应已用于显示器的构造中。在一些类型的这些显示器中，提供大面积 的场致发光(EL)材料(此上下文中一般称为磷光体)以形成背光，其可通过界定显示 器将展示的特征的遮罩来观看。在其它类型中，改为存在个别小面积的EL材料。这些 显示器具有许多应用；实例为简单的数字时间与日期显示(将用于手表或时钟中)、移 动电话显示器、家务装置(例如，洗碗机或洗衣机)的控制面板以及手持式遥控器(用 于电视、视频或DVD播放器、数字盒、立体声或音乐中心或类似的娱乐装置)。
聚合物分散液晶可用于形成通过吸收、反射和/或散射过程为显示器提供完全透射的 场"开启"状态与光学非透射的基场"关闭"状态之间的无起偏振器高对比度电光快门 操作的装置。手性向列材料似乎尤其适当；如现在所解释，其具有很好地适合本发明实 施例的特殊特性。因此，液晶技术中的相对较近发展已产生可充当光学快门的材料(例 如，由瑞侃(Raychem)在商标名NCAP下制造的向列曲线对准相位液晶，或染色手性 向列液晶)；在一种状态下其吸收入射光而在另一状态下其透射所述光。
有可能在同一产品中将两种技术一起使用以产生在所有光级均可见的显示器，且产 品可认为是依赖于混合技术。这种分段显示器对于例如移动电话等装置是合乎需要的， 在所述装置中，键区等可经重新配置以依据装置的操作模式显示不同的键。此显示器展 示于第WO2005/121878号PCT公开案中。
此混合技术的严重不利方面是，表现不同性质的两个电容性负载的EL显示器和 PDLC显示器通常在不同AC电压和频率下操作。EL通常在约100V峰值和400Hz下驱 动(出于背光的目的)，而较高电容PDLC应在约42V峰值和60Hz下驱动。至此认为 有必要针对所述两种技术使用两个单独的高电压电源和阵列驱动器。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于电容性负载的驱动电路，其经配置以(在使 用中)在第一输出处提供用于第一电容性负载的第一AC信号，且在第二输出处提供用 于第二电容性负载的第二 AC信号，所述第一和第二 AC信号的电压和频率不同，其中 所述驱动电路包括电流源、连接到电流源和用于产生第一AC信号的第一输出的第一切 换电路、连接到电流源和用于产生第二AC信号的第二输出的第二切换电路，其中所述 第一和第二切换电路中的每一者经配置以可控制地切换相关输出连接到电流源时的极 性，其中驱动电路经配置使得(在使用中)第一和第二切换配置以不同频率切换极性。
此配置利用以下有利条件以不同频率切换的电容性负载将以不同速率充电且因此 充电到不同电压，这将取决于第一和第二负载的电容的相对值。其允许使用共同电流源 (即，可能仅需要单一电流源)来产生不同频率和不同电压信号。
优选地，电流源包括电压转换器。电压转换器优选地包括用于低电压(通常DC) 电流的输入，和用于高电压(与输入相比时)(通常DC)电流的输出，所述输出将提供 到第一和第二切换电路两者。通常，电压转换器包括转换器开关，其重复切换促使产生 高电压电流。电压转换器可包括返驰(flyback)转换器。因此，可从例如返驰转换器等 单一电压转换器驱动所述两个电容性负载。
返驰转换器可包括串联配置的电感器和转换器开关。转换器开关经配置以(在使用 中)在第一状态与第二状态之间交替，藉此在第一状态中，提供穿过电感器和转换器开 关的电流路径，所述电流路径在第二状态中中断，使得当转换器开关从第一状态改变为 第二状态时，电感器产生高电压电流电压。
电感器可以是简单的电感器或线圈的形式，或例如变压器等任何其它电感元件。
返驰转换器还可包括输出二极管，其经配置以防止当转换器开关处于第一状态时电
流流回到返驰转换器中。
输出二极管可以是允许电流在驱动电路的操作电压范围内大体仅在一个方向上流 动的任何适宜的装置。举例来说，在一些实施例中，所述二极管可由晶体管内的结提供。 输出二极管的作用可认为是允许比DC电源电压高的电压在电流不从电容性负载朝电感 器流回的情况下存储在电容性负载上。
转换器开关可以是任何适宜的切换装置，且一般来说是晶体管。在优选配置中，转 换器开关是场效应晶体管(FET)。在尤其优选配置中，转换器开关是n沟道FET。然而， 可想象出，可使用例如双极晶体管、开关等其它切换构件。
电压转换器可经配置以便(在使用中)产生具有AC分量(其具有"源"频率)的 高电压DC信号。所述电路可经配置使得(在使用中)第一切换电路每AC分量循环切 换极性一次；第一切换电路因此可以源频率的频率的一半切换。所述电路可经配置以每 第一切换电路的半个循环对第一电容性负载放电一次(且因此每AC分量循环放电一 次)。
第一切换电路在使用中切换时的频率可以是第二切换电路在使用中切换时的频率 的整数倍。这可确保当第二切换电路切换时，第一切换电路同时或大体同时正在切换。 当两个切换电路同时或大体如此切换时，第一和第二电容性负载也可同时或大体如此放 电。
可在任一个或两个切换电路与其各自输出之间提供电阻器。此电阻器可用于控制各 自输出处的电压输出和连接到各自输出的负载充电的速度两者。如优选实施例且如上所 述，如果来自电源的电流的AC分量的一个以上循环将施加到电容性负载中的一者(本 文中为较低频率负载)，那么有效的是对施加到较低频率负载的AC信号滤波，使得施加 到较低频率负载的电压与源电流相比变平滑。因此，电阻器可连接到较低频率负载的切 换电路。
与较低频率负载相关联的电阻器R的电阻可经选择使得由电阻器R和较低频率电容 性负载的电容形成的RC滤波器的特征频率落在两个电容性负载在使用中切换极性的频 率之间。这确保抑制施加到PDLC元件的信号的不需要的高频率分量，而不拒绝有用的 较低频率分量。给定较低频率电容性负载的总电容为C，且电阻器R的电阻为R，则特 1
征频率可以是2 rf C。
另外或作为替代，所述电路可进一步包括连接在任一或两个切换电路与其各自输出 之间的滤波电容器。优选地，其连接到较低频率负载。其可除上述电阻器外另外提供，
且可与所述电阻器串联或并联。上文给出的特征频率中"C"的值因此可以是滤波电容
器和相关电容性负载的总电容。
第一和第二电容性负载中的每一者可包括多个片段，其中驱动电路经配置以向每一 片段供应一AC信号。每一片段可包括一片段电极，其中第一或第二电容性负载进一步
包括在片段之间共享的共同电极。
在此情况下，可能需要选择性地驱动每一片段。因此，每一切换电路可包括多个
片段开关装置，其每一者可受控制以将片段电极切换到电流源；以及共同电极开关装置，
其可受控制以将共同电极切换到电流源。开关装置的每一者可选择性地在电流源与参考
电压(例如，接地)之间切换相关电极。通常，每一开关装置将包括半H桥，其包括连 接在电极与电流源之间的顶部开关和连接在电极与参考电压之间的底部开关。
驱动电路可经配置使得关于将被提供AC信号的片段电极的片段切换装置共同切换 且与所述切换电路的共同切换装置相反地切换。因此，在使用中，电流源将连接到将被 提供AC信号的片段电极或共同电极，其中另一电极或另一组电极连接到参考电压。这 可由切换装置表示，所述切换装置当待照亮的片段电极连接到电流源且共同电极连接到 参考电压时具有第一状态，且当片段电极连接到参考电压且共同电极连接到电流源时具 有第二状态。
另外，切换装置可具有第三状态，其中片段电极和共同电极两者的相关电极与电流 源和参考电位两者脱离连接。在此情况下，任一电极上的电压允许浮动，但电容性负载 上的电位差将保持大体恒定。这在高频率负载上尤其有用，在高频率负载中电路可经配 置使得(在使用中)当高频率负载的切换装置从第一状态切换为第二状态时，其通过第 三状态进行此操作。这允许来自电流源的电压在高频率负载的切换期间保持为高，且因 此从低频率负载损失较少电荷。
在另一替代方案中，第一和第二电容性负载的共同电极可包括在第一与第二电容性 负载之间共享的共同的共同电极，其通常为导电底板的形式。在此情况下，共同的共同 电极可(在使用中)连接到第一或第二输出中正在以较高频率切换极性的任一输出(在 优选实施例中，为第一输出)。这将导致共同的共同电极处于与连接到另一输出的片段 电极相同的极性持续一半的所施加循环，且因此将导致施加到第二电容性负载的电压的 进一步可能有用的减少。
优选地，第一电容性负载是场致发光(EL)显示器。优选地，第二电容性负载是聚 合物分散液晶(PDLC)显示器。


现在下文中仅借助实例提供对参看附图描述的本发明实施例的描述，附图中
图l展示现有技术驱动电路；
图2展示用于图1的驱动电路的驱动信号；
图3展示根据本发明实施例的驱动电路；
图4展示用于图3的驱动电路的驱动信号；
图5展示根据本发明替代实施例的电路。
具体实施例方式
图1展示典型的现有技术驱动电路，其能够在任一时间产生仅一个电压和频率的 AC信号。电容性负载(通常是EL或PDLC显示器)展示为电容器Cu、 Q^等。显示 器通常包括待单独激活的若干片段，每一片段包括第一片段电极但与其它片段共享第二 共同的底板电极5。这描绘为所描绘的电容器的每一者的第二电极并联连接。
驱动电路包括电流源，其包括电压转换器l，所述电压转换器1经配置以取得处于 VDC的DC输入并在点2处输出较高电压变化的DC信号VPP。电压转换器1包括转换 器开关(SW1)、电感器(L)、 二极管(D)、平滑电容器(Cs)和放电开关(SW2)。
高电压信号(VPP)通过半H桥开关3a (包括开关SW3、 SW4)、 3b等分配到显示 器的各种片段(CLa、 Cu…)，且借助半H桥开关4 (包括开关SW5、 SW6)分配到共 同底板电极。这些半H桥经配置以在VPP与接地之间切换每一电极(不论是片段电极 还是共同电极)，且包括选择性地将电极连接到VPP的第一 "顶部"开关SW3、 SW5 和选择性地将电极连接到接地的第二 "底部"开关(SW4、 SW6)。半H桥可通常集成 到单一高电压阵列驱动器IC中。在此实施例中，接地可看作参考电位。
图2展示此电路的操作。对于将接收功率的片段， 一侧上的半H桥必须切换到VPP， 而另一侧上的半H桥切换到接地。在图2所示的情况下，SW3将片段电极连接到VPP， 而SW6将底板连接到接地。
对转换器开关SW1进行脉冲控制以便在电感器(L)中产生电流，使得一旦断开 SW1，就通过二极管(D)向平滑电容器(Cs)中放电，且接着通过开关SW3向负载电 容器(显示器元件、Cu等)中放电。这促使节点VPP的电压升高且负载(VL)上的电 压也升高。
当已实现充足电压时，转换器开关SW1停止脉冲控制，且SW2接通以便对负载电
容和平滑电容放电。在一个实施例中，可通过包含电阻器或其它构件(未图示)来限制 流经SW2的电流。这防止负载的过分快的放电。
一旦电压己放电到接近于接地，H桥开关的状态就颠倒。在此情况下，开关SW3 和SW6断开，而SW4和SW5闭合。对SW1的脉冲控制现可重新开始，VPP再次升高 但由于H桥开关的极性的变化，负载电容器(CL)上的电压现降低到负峰值。以此方 式，在显示器片段上产生一个单一电压和频率的AC驱动信号。
如果需要供应一个以上电压和频率，那么至此必需提供如上所述的多个此类电路。 然而，发明者认为这可能没有必要。
图3展示根据本发明实施例的驱动电路，其能够基于两种不同的显示器技术使用单 一组电源组件和单一电压转换器实现两个不同的峰值电压和频率。虽然展示两个EL片
段Cua、 Cub和两个PDLC片段CL2a、 Cl21)，但将预期任何数目的片段可连接到此电路。
电压转换器11如上文参看图1所描述；相应组件已被给以相同参考标号。第一切 换电路12选择性地将第一电容性负载(EL片段Cua、 Cub等)连接到来自电流源电压 转换器的输出VPP，且第二切换电路13选择性地将第二电容性负载(PDLC片段CL2a、 CL2b等)连接到同一电压转换器输出VPP。
在切换电路内，半H桥开关装置SW5和SW6提供VPP或接地(此实施例中为参 考电压)到共同EL底板电极14的选择性连接。多个半H桥开关装置(例如，SW3和 SW4)提供接地或VPP到每一 EL片段电极的选择性连接。许多片段开关装置SW3、 SW4 可用于单一底板连接。类似地，半H桥开关装置SW5和SW6提供VPP或接地到共同 PDLC底板电极15的选择性连接。多个半H桥开关装置(例如，SW3和SW4)提供接 地或VPP到每一PDLC片段电极的选择性连接。许多片段开关装置SW3、 SW4可用于 单一底板连接。
电压转换器组件(SW1、 L、 D、 Q和SW2)的操作与现有技术(见图2)中描述 的操作相同。EL开关装置(SW3、 SW4、 SW5和SW6)的操作也与现有技术(见图2) 中描述的操作相同。
PDLC开关装置(SW7到SW10)的操作描述于图4中。本质上，这些PDLC开关
装置也以与现有技术相同的方式操作，不同之处在于施加到电容性负载的电压的极性以
比电压转换器11操作的频率低的频率交换。此较低频率可见于图4中，其中PDLC开
关装置(SW7到SW10)以比开关SW2的频率(即，电压转换器ll的周期)低的频率
切换，其表明多个VPP脉冲的发生持续PDLC开关装置(SW7到SW10)中的任一者的
单一周期。将看出，PDLC开关装置的每一周期存在整数个VPP脉冲，且在所展示的实
施例中，每PDLC开关装置周期存在八个VPP脉冲。
其它实施例也可具有不同数目的VPP脉冲。举例来说，每PDLC周期存在大致2、 3、 4、 5、 6、 7、 9、 10、 15、 20个或更多VPP脉冲。
这导致多个高频率半循环在正且接着负的方向上施加到PDLC。这针对VBP2和VS2 的曲线图而展示于图4中。将了解，VS2展示当开关SW7和SW10允许电流通过时(且 当SW9和SW8为断路时)的周期波形。此外，VBP2展示当开关SW8和SW9允许电 流通过时(且当SW7和SW10为断路时)的周期波形。因此，如可从VS2-VBP2的曲 线图中看出，这导致作为片段的输出与共同底板电极开关装置处的电压之间的差的电 压。
包含与每一PDLC元件(CL2a等)串联的电阻器R会对此施加的信号进行滤波，从 而在PDLC元件(VL2)上导致较低电压较低频率信号。电阻器R的效果在于，PDLC
元件(CLh等)的放电的时间常数增加，且藉此，PDLC元件(Cua等)在VPP周期内
不放电。这导致(如可在VL2的曲线图中看出)与方波的近似，其趋于正和负且其上施 加有AC纹波。此波形适于驱动PDLC元件。
电阻器R的大小应经选择使得由电阻器R和电容性负载(此处，PDLC元件)的电 容形成的RC滤波器的特征频率落在EL和PDLC元件切换极性的频率之间。这确保抑 制施加到PDLC元件的信号的不需要的高频率分量，而不抑制有用的较低频率分量。给
1
定PDLC元件的总电容为C，且电阻器R的电阻为R，则特征频率将为2^C。
在替代实施例(未图示)中，所述电路进一步包括与电阻器R并联或串联连接的滤 波电容器。上文给出的特征频率中"C"的值因此可以是滤波电容器和相关电容性负载 的总电容。
参看图2所示的VL的频率，将看出其具有与VPP相同的频率。参看图4中VL2 的频率，将看出其具有比VPP低的频率，且因此，VL2具有比VL低的频率。
在另一实施例中，附图的图5所示的电路，针对两种技术使用共同底板驱动的实施
方案也是可能的。在此情况下，共同(EL和PDLC)底板20以高(EL)频率(即，VPP
的频率)切换。这描绘于所述电路中，方式是通过将先前共同EL和PDLC底板电极14、
15合并为一个电极20。重新使用先前开关命名法，先前开关对SW3,4、 SW5，6和SW7,8
保留但开关SW9，10省略，因为由开关对SW5,6切换共同的共同电极20。开关对的每一
者根据图2和4切换，其中SW9和SW10的切换省略。PDLC段上所得的电压差仅在所
施加的半循环的一半期间处于高电压，且因此所得的PDLC电压减小。
在优选配置中，上文提及的任何开关均为场效应晶体管(FET)。然而，可想象出，
可使用例如双极晶体管、开关等其它切换构件
在替代方案中，EL开关装置经由第三状态切换负载的极性，其中片段电极和共同 电极两者的电极与电流源和接地两者脱离连接。在此情况下，任一电极上的电压允许浮 动，但电容性负载上的电位差将保持大体恒定。这允许来自电流源的电压在EL片段的 切换期间保持为高，且因此从PDLC片段损失较少电荷，VL2上的纹波将减小。
权利要求
1. 一种用于电容性负载的驱动电路，其经配置以在使用中在第一输出处提供用于第一电容性负载的第一AC信号，且在第二输出处提供用于第二电容性负载的第二AC信号，所述第一和第二AC信号的电压和频率不同，其中所述驱动电路包括电流源、连接到所述电流源和用于产生所述第一AC信号的所述第一输出的第一切换电路、连接到所述电流源和用于产生所述第二AC信号的所述第二输出的第二切换电路，其中所述第一和第二切换电路中的每一者经配置以可控制地切换相关输出连接到所述电流源时的极性，其中所述驱动电路经配置使得在使用中所述第一和第二切换配置以不同频率切换极性。
2. 根据权利要求l所述的驱动电路，其中所述电流源包括电压转换器。
3. 根据权利要求2所述的驱动电路，其中所述电压转换器包括用于低电压DC电流 的输入，和用于较高电压DC电流的输出，所述输出将提供到第一和第二切换电路两者。
4. 根据权利要求3所述的驱动电路，其中所述电压转换器包括转换器开关，所述转 换器开关的重复切换促使产生所述高电压电流。
5. 根据权利要求2到4中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述电压转换器包括 返驰转换器。
6. 根据权利要求2到5中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述电压转换器可经 配置以便在使用中产生具有带有"源"频率的AC分量的高电压DC信号。
7. 根据权利要求6所述的驱动电路，其中所述电路经配置使得在使用中所述第一切 换电路每所述AC分量的循环切换极性一次。
8. 根据权利要求7所述的驱动电路，其中所述电路经配置以每所述第一切换电路的 半个循环对所述第一电容性负载放电一次，且因此每所述AC分量的循环放电一次。
9. 根据权利要求6到9中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述第一切换电路在 使用中切换的频率是所述第二切换电路在使用中切换的频率的整数倍。
10. 根据权利要求9所述的驱动电路，其中在使用中，当所述第二切换电路切换时， 所述第一切换电路同时或大体同时切换。
11. 根据权利要求IO所述的驱动电路，其中在使用中，当两个切换电路同时或大体 如此切换时，第一和第二电容性负载两者也同时或大体如此放电。
12. 根据任何前述权利要求所述的驱动电路，其中在任一或两个切换电路与其各自输 出之间提供电阻器。
13. 根据附属于权利要求9到11中任一权利要求时的权利要求12所述的驱动电路，其中电阻器连接到所述第二输出的所述切换电路。
14. 根据权利要求13所述的驱动电路，其中所述电阻器R的电阻使得在使用中由所 述电阻器R和将附接到所述第二输出的负载的电容形成的RC滤波器的特征频率落在所 述两个电容性负载在使用中切换极性的频率之间。
15. 根据任何前述权利要求所述的驱动电路，其中所述电路进一步包括连接在任一或 两个切换电路与其各自输出之间的滤波电容器。
16. 根据附属于权利要求9时的权利要求15所述的驱动电路，其中所述滤波电容器 连接到所述第二输出。
17. 根据任何前述权利要求所述的驱动电路，其中所述第一和第二电容性负载每一者 包括多个片段，每一片段具有一片段电极，其中所述驱动电路经配置以相对于每一负载 的共同的共同电极向每一片段供应一AC信号，其中每一切换电路包括多个片段开关 装置，其每一者可受控制以将所述片段电极切换到所述电流源；以及一共同电极开关装 置，其可受控制以将所述共同电极切换到所述电流源。
18. 根据权利要求17所述的驱动电路，其中所述开关装置经配置以在所述电流源与 参考电压之间切换相关电极。
19. 根据权利要求18所述的驱动电路，其中每一开关装置包括半H桥，其包括连接 在所述电极与所述电流源之间的顶部开关和连接在所述电极与所述参考电压之间的底 部开关。
20. 根据权利要求17到19中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述驱动电路经配 置使得在使用中关于将被提供所述AC信号的片段电极的所述片段切换装置共同切换且 与所述切换电路的共同切换装置相反地切换。
21. 根据权利要求17到20中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述切换装置在待 照亮的所述片段电极连接到所述电流源且所述共同电极连接到所述参考电压的情况下 具有第一状态，且在所述片段电极连接到所述参考电压且所述共同电极连接到所述电流 源的情况下具有第二状态，且另外，所述切换装置在片段电极和共同电极两者的所述相 关电极与所述电流源和所述参考电位两者脱离连接的情况下具有第三状态。
22. 根据附属于权利要求9时的权利要求21所述的驱动电路，其中所述电路经配置 使得在使用中当所述第二负载的所述切换装置从所述第一状态切换为所述第二状态时， 其通过所述第三状态进行此操作。
23. 根据权利要求17到22中任一权利要求所述的驱动电路，其中所述第一和第二电 容性负载的所述共同电极包括在第一与第二电容性负载之间共享的共同的共同电极，其 中所述共同的共同电极在使用中连接到所述第一或第二输出中正以较高频率切换极性 的任一输出。
24. 根据任何前述权利要求所述的驱动电路，其与包括场致发光(EL)显示器的第 一电容性负载和包括聚合物分散液晶(PDLC)显示器的第二电容性负载组合。
全文摘要
本发明揭示一种用于驱动显示器的场致发光(EL)片段和聚合物分散液晶(PDLC)片段的驱动电路。所述电路包括返驰转换器(11)，其用于产生AC输出电压；第一切换电路(12)，其用于将所述输出电压选择性地连接到所述EL片段；以及第二切换电路(13)，其用于将所述输出电压选择性地连接到所述PDLC片段。为了在所要求的频率下驱动所述EL片段和PDLC片段，施加到所述PDLC片段的所述输出电压的极性以比所述输出电压的极性针对所述EL片段交换的频率低的频率交换。以此方式，仅需要单一高电压电源来驱动所述EL片段和PDLC片段两者。
文档编号H05B33/08GK101395965SQ200780007513
公开日2009年3月25日 申请日期2007年1月25日 优先权日2006年2月10日
发明者克斯托弗·吉姆斯·牛顿·弗若尔, 理查德·盖·布雷克斯里 申请人:佩利康有限公司