专利名称：背光控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背光控制电路(Backlight Control Circuit),特别是 涉及一种以较低耐压规格之电容器来达到高输出电压的背光控制电 路。
背景技术：
液晶显示装置中，以背光控制电路来控制发光二极管自液晶屏幕 背后发光，以令使用者得以观看屏幕上的画面。
早期由于发光二极管背光只应用于小尺寸屏幕，所需的背光照明 亮度毋须太强，因此可将所有的发光二极管全部串联或全部并联。以 全串联为例，如图1所示，现有技术中之背光控制电路1包含有一个 背光控制集成电路10，此背光控制集成电路IO具有一个输入端和一个 输出端，该输入端与一个输入端电容器Cin连接，以接收输入电压Vin; 该输出端与一个输出端电容器Cout连接，以提供输出电压Vout。(除 集成电路10和两电容器之外，根据目前的集成电路整合技术，仍需要 配合一些外接元件，如磁性元件等，因与本案无关，故予以省略。)背 光控制集成电路IO通过其内部的电压供应电路11，根据误差放大电路 13的讯号15,来提供输出电压Vout给串联的发光二极管Ll-LN。同时， 在串联的发光二极管路径上，设有一个电阻R，藉由萃取节点Vsensel 处的电压，并与参考电压Vref比较，以检査通过发光二极管串联路径 上的电流是否符合所需，当电流低于默认值时，节点Vsensel处的电压 下降，此时误差放大电路13送出之讯号15，将控制电压供应电路11 拉高输出电压Vout，亦即拉升发光二极管串联路径上的电流。又，为 防止电压供应电路11无限制地拉高电压(例如误差放大电路13故障 或发光二极管串联路径断路)，通常会在背光控制电路10中增设一个
过电压保护电路12，其侦测输出电压Vout，并于输出电压Vout过高时， 发出讯号控制电压供应电路11，使其停止拉高电压(视电路设计而定， 可完全停止供应电压，或将电压保持在某一上限值；在背光控制电路 中，一般采取第二种作法。)
过电压保护电路12的一般作法如图2所示，可从输出电压Vout 萃取分压，将节点Vsense2处的电压与预先设定的参考电压Vovp比较， 并根据比较结果来发出讯号控制电压供应电路11。
再请参阅图3，此为发光二极管全并联时，现有技术背光控制电 路之一例。如图所示，此背光控制电路2包含有一个背光控制集成电 路20，在此背光控制集成电路20中各发光二极管L1-LN上的电流， 分别由电流源CS1-CSN所控制。背光控制集成电路20包括一个最低 电压选择电路21，用以选择所有发光二极管L1-LN之阴极端中，电压 最低者，并将此选定电压与参考电压Vref比较，藉此控制电压供应电 路ll。如此，输出电压Vout将受控制，而使所有的电流源电路都有足 够的工作电压可以正常工作，也使所有的发光二极管正常发亮。
背光控制集成电路20中，也可以包括一个过电压保护电路12， 其作法与前述相同，故予省略。
上述全串联或全并联安排方式中，发光二极管的数目都有所限制， 因此自然思及可以串并联并用。对此，现有技术之一例如图4所示， 其中使用图l所示的已知背光控制集成电路IO来提供电压给发光二极 管的串并联电路，但仅检査通过发光二极管L1-LN串联路径上的电流， 其它发光二极管串联路径则不予侦测。
另一种现有技术的作法是使用图3所示之已知背光控制集成电路 20，而构成如图5所示的发光二极管串并眹电路。 以上图1、 4、 5所示的电路中，当发光二极管串联数目越高时， 即表示输出电压Vout相对应地必须升高。此时，输出端的电容器Cout 也相对应地必须使用较高耐压规格的电容器；如此，势必提高背光控 制电路的整体成本。
发明内容
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种能以较 低耐压规格之电容器来达到高输出电压的背光控制电路，以解决前述 问题。
为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种背
光控制电路，包含电压供应电路，其从一输入端接受一输入电压，
而对一输出端产生一输出电压，此输出电压提供作为发光元件之工作
电压；至少一个电连接在输入端与接地之间的输入端电容器；以及至 少一个电连接在输出端与输入端之间的输出端电容器。
上述实施例中，为防范输出端电容器与输入端连接所可能造成的 噪声问题，可进一步在电压供应电路中包括一个噪声过滤电路。
此外，提供输入电压的电源，以具有低内部阻抗者为佳，亦即其 提供电流(current sourcing)和吸收电流(current sinking)的阻值皆低者为佳。
以下将通过对具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、 技术内容、特点及其所达成之功效。
图式说明-
图1为现有技术之全串联发光二极管电路与背光控制电路的示意 电路图。
图2为现有技术之过电压保护电路的示意电路图。 图3为现有技术之全并联发光二极管电路与背光控制电路的示意 电路图。
图4为示意电路图，示出现有技术之串并联发光二极管电路与背 光控制电路的一例。
图5为示意电路图，示出现有技术之串并联发光二极管电路与背 光控制电路的另一例。
图6为根据本发明一实施例之背光控制电路的示意电路图。
图7为示意电路图，用以说明电源的内部模型。
图8、 9举例说明在电压供应电路11中，如何设置噪声过滤电路60。
图10A-10D举例说明稳压器电路的四个实施例。
图IIA与图IIB举例说明低通滤波电路的两个实施例。
图12A与图12B举例说明尖峰电压箝止电路的两个实施例。
图中符号说明
1，2，3背光控制电路
5电源
10背光控制集成电路
11电压供应电路
12过电压保护电路
13误差放大电路
15讯号
20背光控制集成电路
21最低电压选择电路
30背光控制集成电路
51, 52路径
53, 54理想二极管
60噪声过滤电路
70对噪声敏感的元件群
80 对噪声不敏感的元件群
Cin 输入端电容器
Cout 输出端电容器
CS1-CSN 电流源
L1-LN 发光二极管
R， Rsl，Rs2电阻
Vs 理想电压源
具体实施例方式
一般而言，由于发光二极管在制造时的变异，白光或蓝光发光二 极管的跨压可能为3.3V至4V。在电路设计上，必须以保守方式考虑各 个发光二极管的变异，因此，通常以4V乘以发光二极管路径上串联的 发光二极管数目，来计算所需的输出电压Vout。换言之，假设每一条 发光二极管路径上串联的发光二极管数目超过(含)13个，Vout即应大 于50V。 (4*13=52>50)
以低厚度，小体积，低寄生串联电阻，环保要求等总体效能成本 比来考量，在发光二极管背光电路应用上，陶瓷电容器乃是首选。然
而，目前陶瓷电容器的常用耐压规格，其等级为
6.3V/10V/16V/25V/50V/100V/200V/....,而规格每升高一级(亦即使用
较高规格的电容器)，成本即相对增加若干倍。例如，耐压规格为ioov 的电容器，其成本是耐压规格50V之电容器的两倍有余。因此，假设 每一条发光二极管路径上串联的发光二极管数目超过(含)13个，依 照图1、 4、 5所示的现有技术电路，便必须使用耐压规格为100V的电 容器，来作为输出电容器Cout。
但在本发明中，则可采用较经济的方式，使用较低耐压规格的电 容器来作为输出电容器Cout。请参考图6，其中以示意电路图的方式显 示本发明的其中一个实施例。在本实施例的背光控制电路3中，包括 有背光控制集成电路30，以及外接的电容器元件Cin和Ccmt。输入电
压Vin，由电源5所供应。如图所示，本发明的其中一个特点是，将输 出电容器Cout接到输入端而不接到地。因此，输出电容器Cout上的跨 压值只有Vout-Vin,即可使用比Vout值低的耐压规格的电容器。
一般而言，在目前的笔记本电脑或类似产品上白光发光二极管背 光控制电路常见应用场合中，输入电压Vin可能是由3~4颗锂电池或 锂聚合物电池串接所供应，该电压大约在24V以下(含充电器电压)， 通常为10V-24V左右，但在电池能量将尽时，可能下降至10V以下； 最大输出电压Vout大约为40V-60V，其可能是10~15颗白光发光二极 管串接。另外也有一些应用场合，输入电压Vin可能是由2颗锂电池 或锂聚合物电池串接所供应，大约在15V以下(含充电器电压)，通 常为6.6V-15V，但在电池能量将尽时，可能下降至6.6V以下；最大输 出电压Vout大约为24V-32V，其可能是6-8颗白光发光二极管串接。 (亦即，在大多数场合下，电压供应电路ll为升压电路。)如采用图 1、 4、 5所示的现有技术电路，当输出电压Vout大于50V时，输出端 便必须使用耐压规格为100V的电容器。但若将本发明的实施例应用于 上述场合，则输入端可使用耐压规格为25V的电容器，而输出端可使 用耐压规格为50V的电容器；或于其它场合下，输出端可使用耐压规 格为25V或其它规格的电容器，等等，视输出电压Vout与输入电压 Vin的差值而定，而不必使用耐压规格与输出电压Vout相同或比Vout 更高的电容器。
如采用图6所示的实施例，则由于输出端通过输出电容器Cout而 连接至输入端，因此输出端上的噪声(例如涟波噪声，ripple noise)， 也会从输入端传送至背光控制电路3之内。对此，本发明也提出解决 之道。
首先，提供输入电压Vin的电源，以具有低内部阻抗的电源为佳。 请参阅图7，代表提供输入电压Vin的电源模型。图中的电源5包括一 个理想的电压源Vs和两条路径一条提供电流(current sourcing)的
路径51，其上具有一个理想的二极管52 (在此定义其导通跨压为零) 和电阻Rsl，以及另一条吸收电流(current sinking)的路径53，其上 具有一个理想的二极管54和电阻Rs2 (Rsl, Rs2—般称为内阻或内部 阻抗)。
根据本案发明人的推导，当输出端上的噪声通过输出电容器Cout 而耦合至输入端时，其耦合效应与Cout/Cin的比值、Rsl和Rs2的阻 值有关；当Cout/Cin的比值、Rsl和Rs2的阻值越大时，耦合效应越 大。
因此，根据本发明，提供输入电压Vin的电源，以具有低内部阻 抗者为佳，亦即以Rsl和Rs2的阻值皆低者为佳。根据本发明，符合 此条件之电源包括锂离子(Li-ion)电池、锂聚合物(Li-polymer)电 池、镍镉电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)、适当配备下的燃料电池(Fuel Cell)、以及并联有超级电容(Super Capacitor, —般为电容值0.1F以上 者)的电源等。
其次，为避免电压供应电路11受噪声影响，在背光控制电路3中， 应包含具有过滤噪声功能的电路，例如稳压器电路(regulator)、滤波
电路如低通滤波电路(low-pass filter)、或尖峰电压箝止电路(spike
voltage clamper)等，将噪声予以过滤之后，再输入至电压供应电路11
内部，这些具有过滤噪声功能的电路，可以设置在IC内部或外部。
上述作法之概念可参照图8，在电压供应电路ll内部，包括有对 噪声敏感的元件群70，和对噪声不敏感的元件群80。对噪声敏感的元 件例如为参考电压供应电路(reference voltage supplier)、电流设定电路 (current bias circuit)、误差放大器(error amplifier)、比较器(comparator)、 震荡器(oscillator)、电压传感器(voltage sensor)、电流传感器(current sensor)、温度传感器(temperature sensor)等等。对噪声不敏感的元件刺 如为电位转换电路(level shifter)、功率输出级(power stage)等等。(由 于电压供应电路ll为本技术者所熟知，故在此仅略举数例说明，而不 一一详细绘示。)根据本发明，可将输入端输入的电压，先经由噪声 过滤电路60，将噪声过滤之后，再供应给对噪声敏感的元件；至于对 噪声不敏感的元件，则可直接接收输入电压。但当然，如图9所示，
对噪声不敏感的元件，亦可接收过滤噪声后的电压；又，虽然图标中 将噪声过滤电路60绘示在电压供应电路11的内部，但当然也可将噪 声过滤电路60设置在电压供应电路11的外部、甚至背光控制集成电 路30的外部。
如前所述，具有过滤噪声功能的电路60，例如可为稳压器电路 (regulator)、滤波电路如低通滤波电路(low-pass filter)、或尖峰电 压箝止电路(spike voltage clamper)。以上所述各电路的具体作法，可 参阅图10-12。
图10A-10D标出稳压器电路的四个实施例。图标电路，都可以将 输入电压Vin予以调整(regulation)后，转换成无噪声的内部电压 Vinternal,供电压供应电路11的内部元件使用。
图11A、 11B标出低通滤波电路的两个实施例。图标电路，都可 以将输入电压Vin中的高频噪声予以过滤后，转换成内部电压 Vinteraal,供电压供应电路11的内部元件使用。
图12A、 12B标出尖峰电压箝止电路的两个实施例。图标电路， 都可以将输入电压Vin中突然出现的高压突波予以过滤，并将过滤后 的电压转换成内部电压Vintemal，供电压供应电路11的内部元件使用。
除以上所述外，稳压器电路、低通滤波电路、和尖峰电压箝止电 路尚有其它各种实施方式，熟悉本技术者可根据电路设计上的需要， 做相应的电路变化，都应包含在本发明的概念之内。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使熟悉本 技术者易于了解本发明的内容而已，并非用来限定本发明之权利范围。 如前所述，对于熟悉本技术者，当可在本发明精神内，立即思及各种 等效变化。例如，虽然本发明是针对发光二极管串联导致必须提供高
输出电压的情况而设，但在如图2所示之发光二极管全并联结构中， 也可以使用本发明的安排方式。又例如，所有实施例中所示直接连接 的两元件，可在其间插入不影响主要功能的电路，例如开关电路、二 极管电路、电阻电路等。再例如，所示实施例中，输入端与输出端各 仅设一个电容器，但若要在输入端或输出端设置超过一个电容器，当 然也是可以的。又例如，实施例中虽然以电容器Cin和Cout为独立元 件，而将其它部分整合在集成电路30之中，但其它整合方式也是可能 的。再例如，所示实施例中，背光控制集成电路30中包含电流源、最 低电压选择电路、误差放大器等等，以产生讯号15来控制电压供应电 路11，但此仅为举例说明背光控制集成电路30的其中一种实施方式； 背光控制集成电路30中，可采用其它方式来控制电压供应电路n。又， 虽然所示发光元件为发光二极管，但也可以是其它发光元件，如有机 发光二极管；所述"背光"控制电路，可以不一定是控制"背光"，也 可以用在主动发光面板，或发光二极管照明装置等等。故凡依本发明 之概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求 范围内。
权利要求
1.一种背光控制电路，包含电压供应电路，其为一升压电路，从一输入端接受一输入电压，而对一输出端产生一输出电压，此输出电压提供作为发光元件之工作电压；至少一个电连接在输入端与接地之间的输入端电容器；以及至少一个电连接在输出端与输入端之间的输出端电容器。
2. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输入电压在24V以 下，输出电压在40V-60V的范围内。
3. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输入电压由3或4 颗串联的锂离子电池或锂聚合物电池所供应，输出电压在40V-60V的 范围内。
4. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输入电压在15V以 下，输出电压在24V-32V的范围内。
5. 如权利要求l所述的背光控制电路，其中该输入电压由2颗串 联的锂离子电池或锂聚合物电池所供应，输出电压在24V-32V的范围 内。
6. 如权利要求l所述的背光控制电路，其中该输出端电容器的耐 压规格，比输出电压为低。
7. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输出电压大于50V， 而该输出端电容器的耐压规格为小于或等于50V。
8. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输出电压大于25V，而该输出端电容器的耐压规格为小于或等于25V。
9. 如权利要求l所述的背光控制电路，其中该输出电压提供作为 至少一组串联发光元件之工作电压，且该组串联发光元件之数目大于 或等于13。
10. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该输入端与一电源 电连接，且此电源具有低内部阻抗。
11. 如权利要求10所述的背光控制电路，其中该电源选自以下电 源之一锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、燃料电 池、以及并联有超级电容的电源。
12. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中该电压供应电路中 具有噪声过滤电路，此噪声过滤电路接收输入电压后，产生内部电压 供电压供应电路的内部元件使用。
13. 如权利要求12所述的背光控制电路，其中该电压供应电路中 具有对噪声敏感的元件，该对噪声敏感的元件接收噪声过滤电路所产 生的内部电压。
14. 如权利要求12所述的背光控制电路，其中该噪声过滤电路为 稳压器电路、滤波电路、或尖峰电压箝止电路。
15. 如权利要求13所述的背光控制电路，其中该对噪声敏感的元 件包括以下元件之一或多者参考电压供应电路、电流设定电路、误 差放大器、比较器、震荡器、电压传感器、电流传感器、温度传感器。
16. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中所述的发光元件为 发光二极管。
17. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中所述的发光元件为 白光发光二极管。
18. 如权利要求1所述的背光控制电路，其中所述的发光元件为 有机发光二极管。
全文摘要
本发明提出一种背光控制电路，包含电压供应电路，为一升压电路，从一输入端接受一输入电压，而对一输出端产生一输出电压，此输出电压作为提供发光元件的工作电压；至少一个电连接在输入端与接地之间的输入端电容器；以及至少一个电连接在输出端与输入端之间的输出端电容器。本发明以较低耐压规格的电容器来达到高输出电压的背光控制电路，可降低背光控制电路的整体成本。
文档编号G02F1/13GK101191956SQ200610163008
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者刘景萌 申请人:立锜科技股份有限公司