CN101494037A - 电力传输电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电容连接型电力传输电路，能够抑制由静电电容变动导致的接收侧的电压变动，防止对显示面板内的负载电流变动的影响。该电容连接型电力传输电路由分别形成在发送基板侧(100)和显示面板(200)的基板上的静电耦合用电极(3A、3B和13A、13B)夹着显示面板的绝缘基板(201)来构成静电电容，通过其电容来构成非接触传输路径，用由二极管构成的整流电路(11)来对在显示面板侧的电极获得的交流电压信号进行整流。进一步通过由分路调整器构成的稳压电路(12)对显示面板(200)内的负载变动维持稳定的电压，其中，该分路调整器由电阻和串联连接多个二极管而形成的二极管阵列所构成。

Description

电力传输电路
技术领域
本发明涉及以非接触方式从一块基板向另一块基板传输电力的电力传输电路，尤其涉及有效适用于以非接触方式向液晶显示面板等平板型显示面板电传输电力的电路。
背景技术
若能够不使用线缆等机械性部件而以非接触方式向以液晶面板为代表的平板型显示面板传输电力，则能够期待削减安装在显示面板上的布线材料等部件、降低显示面板安装的成本、以及简化制造工序。另外，还有利于显示面板应用范围的扩大。
例如，在由以薄膜晶体管(TFT)构成的有源矩阵型显示面板所构成的显示装置中，使用挠性印制线(电)缆等布线部件来从安装有显示控制电路的电路基板向显示面板提供电力。对此，作为通过非接触传输路径而从外部***接收电力、并对显示电路和液晶面板等显示器件进行电力供给的现有技术，具有专利文献1。专利文献1作为通过其非接触传输路径的电力供给而公开了利用静电感应(静电耦合)方式、电磁感应和电磁波的方式。
专利文献1：日本特开2005-301219号公报
发明内容
使用电磁波、电磁感应来作为非接触传输路径时，需要使用高频的载波。为此，显示面板一侧的整流元件被要求具有较高的性能(响应速度)，难以用显示面板上的TFT来实现。另外，电磁感应需要在显示面板上形成谐振用线圈和电容器，导致面积增大。
而静电耦合方式仅能够由传输用电极构成，因此面积较小即可。但是，因收发之间的电容变动而在接收一侧产生的电压容易发生变动。而且，显示面板内的负载电流的变动也容易受到影响，难以实用化。
本发明的目的在于提供一种电容连接型电力传输电路，其能抑制由连接电容(静电电容)的变动而引起的接收一侧的电压变动，防止对显示面板内的负载电流变动的影响。
为了实现上述目的，本发明由分别形成在发送基板侧和显示面板的基板上的静电耦合用电极夹着显示面板的绝缘层(绝缘基板)来构成静电电容，通过该电容而构成非接触传输路径，用由二极管构成的整流电路来对由面板一侧的电极所获得的交流电压信号进行整流。并且，通过由串联连接了电阻和多个二极管的二极管阵列构成的分路调节器(shunt regulator)来对面板内的负载变动维持稳定的电压。
由静电耦合(静电电容)产生的电源-负载间的阻抗与由负载产生的阻抗的变动相比通常是无法忽视的值，负载阻抗的变动导致负载电压也同时变动。在整流电路之后***分路调节器的稳压电路，由此抑制该负载电压的变动。另外，与由静电耦合构成的静电电容串联地***电感(inductance)来构成谐振电路，并将交流电力信号的频率设定在谐振频率附近，由此降低电源-负载间的阻抗。
将全波整流电路(diode bridge：二极管电桥)应用于对通过静电电容传输的交流信号进行整流的电路，由此防止静电电容的充电，并对整流电路采用倍压整流电路，从而能够使所需的电源电压减半。另外，分别通过二极管电桥来使以与经由静电耦合传输的交流信号不同的方式(电磁耦合等)来传输的交流信号汇合，由此能够自动选择获得更高的电压的方式。而且，当使用低温多晶硅来直接在基板上形成二极管时，能够不额外准备半导体芯片而仅由一体集成在显示面板上的元件来实现电源供给所需的电路。
附图说明
图1是说明作为本发明实施例1的显示基板结构的展开立体图，该结构采用了通过非接触传输路径来发送显示用电力信号的发送基板和实现接收的电力传输电路。
图2A是本发明实施例1的整流电路11和稳压电路12的第一例的电路图。
图2B是说明图2A的电路工作的图。
图2C是说明图2A的电路工作的图。
图3是用数值计算结果来说明本发明实施例1的负载电流-电压特性的图。
图4A是说明作为在耦合电容上串联连接了电感的本发明实施例2的电力传输结构的展开立体图。
图4B是图4A的电路结构说明图。
图5是用数值计算结果来说明添加了电感的情况下的本发明实施例2的负载电流-电压特性的图。
图6A是说明本发明实施例2的LC电路的其他主要部分结构例的图。
图6B是说明本发明实施例2的LC电路的其他主要部分结构例的图。
图6C是说明本发明实施例2的LC电路的其他主要部分结构例的图。
图7A是说明本发明实施例3的整流电路11和稳压电路12的说明图。
图7B是说明图7A所示的电路工作的图。
图7C是说明图7A所示的电路工作的图。
图7D是说明图7A所示的电路工作的图。
图8是说明并用以静电耦合传输电力的***和以电磁感应传输电力的***的本发明实施例4的电路图。
图9是说明作为本发明实施例5的显示面板结构的展开立体图，该结构采用了通过非接触传输路径来发送显示用电力信号的发送基板和实现接收的电力传输电路。
具体实施方式
下面，参照附图并根据实施例来详细说明本发明的优选方式。
[实施例1]
图1是说明作为本发明实施例1的显示基板结构的展开立体图，该结构采用了通过非接触传输路径发送显示用电力信号的发送基板和实现接收的电力传输电路。在此，假设由有源矩阵基板构成的液晶显示面板作为被提供电力的一侧的例子。该显示面板通常由集成有关系到显示功能的电路元件的显示电路基板、面板对置基板以及由这些基板所夹持的液晶部构成。在图1中，显示面板的对置基板和液晶部省略图示而示出面板电路基板来作为接收基板200。该接收基板200具有呈矩阵状配置有多个像素的显示区域和显示驱动电路，将其统一由符号14来表示。
沿着信号流来说明图1的各构成元素。在构成发送基板100的绝缘基板101(第一绝缘基板)的表面(与接收基板200相对的面)上形成有交流信号发生电路1、平衡传输线路2、一对静电耦合用电极3A、3B。在发送基板100中，作为交流信号由交流信号发生电路1生成应传输给作为显示面板的接收基板200的电力，并通过构成发送基板100的绝缘基板101上的发送线路2传输至一对静电耦合用电极3A、3B。在图1中，传输线路由两条信号线为一对的平衡传输线路2来构成，但也可以为微带线那样的非平衡传输线路。在交流信号发生电路1和静电耦合用电极3A、3B的间隔远小于所传输的交流信号的最高频率成分的波长时，可以没有明示的传输线路。
在构成接收基板200的绝缘基板201(第二绝缘基板)的表面(与发送基板相反的面)上形成有显示区域、显示驱动电路14以及一对静电耦合用电极13A、13B。构成发送基板100的绝缘基板101上的静电耦合用电极3A、3B被配置为分别与构成接收基板200的绝缘基板(第二绝缘基板)201上的静电耦合用电极13A、13B相对。由此，成为在这些静电耦合用电极3A、3B和静电耦合用电极13A、13B之间***有第二绝缘基板201的形式，各构成一对静电电容。第二绝缘基板201由玻璃、塑料等绝缘性材料构成。
由作为显示面板的接收基板200一侧的静电耦合电极13A、13B感应到的交流电压直接输入到整流电路11并被转换为脉动信号。然后，该脉动信号被输入到稳压电路12，并在稳定后被提供给作为负载的显示区域和显示驱动电路14。
图2A是本发明实施例1的整流电路11和稳压电压12的第一例的电路图。图2B和图2C是说明图2A的电路工作的图。本实施例的整流电路11如图2A所示那样采用由二极管电桥进行的全波整流方式。当对通过由静电电容构成的静电耦合部20而传输的来自交流信号发生电路1的交流信号进行整流时，需要通过交流信号的交变来可靠进行静电电容的充放电动作。因此，与使用交流信号的半周期的单波整流方式相比，全周期、也即是使用交变电压的全波整流方式是合适的。例如，如图2B所示，在端子A的电位高于端子B的情况下，各个耦合用静电电容如图2B中那样被充电。接着，如图2C所示，在端子A的电位低于端子B的情况下，静电电容的电荷被强制放电，接着以相反极性进行充电。在这些充放电过程中，在整流电路11中流过电流，作为结果而输出脉动电流。
用稳压电路12使整流后的脉动信号稳定。在本实施例中，采用分路方式构成该稳压电路12。该电路由串联电阻R(例如1Ωk)、决定输出电压的串联二极管、以及电容器C(例如1μF)构成。
该分路方式调整器(regulator)的特征在于，为了使电压稳定，不具有明示的反馈环路、误差放大电路。其优点是能够使电流规模非常小，还能够用难以构成误差放大电路的电路元件(显示面板上的低温多晶硅薄膜晶体管)来实现。而其缺点是当负载的功耗较大时，稳压电路本身的电力损失变大，结果是难以稳定输出电压。但是，如本实施例那样，适用于液晶显示面板等低功耗器件是不成问题的。
图3是用数值计算结果来说明本发明实施例1的负载电流-电压特性的图。图3示出使用10pF的耦合用静电电容和由LTPS-TFT(低温多晶硅薄膜晶体管)构成的二极管来构成整流电路11和稳压电路12时的负载电流-电压特性。假设稳压电路12上串联连接有4个二极管。负载电流的变动范围考虑液晶显示面板的功耗而取为40～400μA。所提供的交流信号是频率为13.56MHz的正弦波。根据图3可知，若正弦波的有效值为10V，则在假设的负载电流范围内收敛于大致5V以内。
[实施例2]
图4A是说明作为在耦合电容上串联连接了电感的本发明实施例2的电力传输结构的展开立体图。图4B是图4A的电路结构说明图。在此，与实施例1相同地示出液晶显示面板作为例子。通过构成静电耦合部20的各耦合用电容和与这些耦合用电容串联连接的各电感4而构成串联谐振电路。通过以其谐振频率传输交流信号，能够使静电耦合部20的交流电感降低。图4B的其他结构与上述图2A的电路相同。
具体而言，设添加的电感(一侧的电感)为L，耦合电容(相同一侧的电容)为C，则谐振频率f由下式表示。
f = 1 / ( 2 π ( LC ) )
例如，在交流频率13.56MHz、耦合电容为10pF的情况下，由上述得到的电感为13.4μH。
图5是用数值计算结果来说明添加了电感的情况下的本发明实施例2的负载电流-电压特性的图。根据图5可知，与没有添加电感4的情况相比，电荷电压的稳定所需的有效值从11V降低到9V。没有削减由负载21消耗的电力就能够降低供给电压是由于提高了电力的传输效率。
图6A、图6B、图6C是说明本发明实施例2的LC电路的其他主要部分结构例的图。图6A、图6B、图6C都是通过变压器5(transformer)来电磁耦合交流信号发生电路1和静电耦合部20。在图6A中，流信号发生电路1一侧和静电耦合部20一侧的线圈匝数相同。在图6B中，静电耦合部20一侧的线圈匝数比流信号发生电路1一侧的线圈匝数多，使静电耦合部20一侧感应的电压上升。在图6C中，在静电耦合部20一侧设置电容器C来构成谐振电路，使交流信号的振幅增大，对面板传输较高的电压。也可以将电容器C取为可变电容电容器来调整谐振频率。该谐振电路与公知例那样的电磁感应方式中使用的谐振电路等同。但是，在实施例2中，将所有的电感安装在显示面板之外、即发送基板一侧。因此，与实施例1同样地在显示面板上仅集成静电电容即可，不会使接收电路的面积增大。
[实施例3]
图7A是说明本发明实施例3的整流电路11和稳压电路12的说明图，由倍压整流方式(2倍整流电路)构成实施例1中所示的整流电路。图7B、图7C、图7D是说明图7A所示的电路工作的图。实施例3的电路优点是与实施例1相比，能够以一半的交流电压(有效值)来提供电力。参照图7B～图7D来说明图7A的电路工作。首先如图7B所示那样，当端子A的电位高于端子B时，与实施例1同样地对电容耦合部20的耦合用静电电容充图示的符号的电荷。接着，当端子A的电位低于端子B时，在显示面板200的分路调整器12一侧不流过电流，静电电容的电荷被放电，各个耦合用静电电容被如图7C所示那样被充电。接着，当端子A电位变高时，如图7D所示那样，各静电电容的基板间电位成为与电源电位相同的方向，通过整流电路11之前的端子CD间的电位成为电源电压的大约2倍。不久当各静电电容被放电时则返回图7A的状态。
本实施例的倍压整流方式与实施例1所示的全波整流方式不同，端子A的电位低于端子B的期间不向分路调整器12提供电流。由此，在负载电荷较低情况下，本发明是有效的。
[实施例4]
图8是说明并用以静电耦合传输电力的***和以电磁感应传输电力的***的本发明实施例4的电路图。分别对静电电容耦合部20的静电电容和电磁连接部5的感应线圈连接整流电路11(整流电路A)，将各整流电路的输出并联连接在稳压电路(分路调整器)12上。从交流信号发生电路1通过静电电容耦合部20和电磁连接部5的感应线圈中任意一方而传输的交流信号，通过各个整流电路而被转换为脉动信号并由分路调整器12进行稳定。
当从静电电容耦合部20的静电电容和电磁连接部5的感应线圈这两者传输了交流信号时，自动选择分路调整器12的输入电压、也即是在端子EF间能够产生更高的电压的方式。例如，在静电耦合方式一方获得较高的电压的情况下，交流信号通过静电电容侧的整流电路11(整流电路B)。端子EF间感应的电压(瞬时值、且减去二极管的正向效果量)高于由感应线圈感应的电压(瞬时值、且减去二极管的正向电压下降量)，因此感应线圈侧的整流电路A由该整流电路二极管的工作而为非导通。根据实施例4，通过自动选择对显示面板的电力供给装置，即使使显示面板移动也总能使之发挥功能。
[实施例5]
图9是说明作为本发明实施例5的显示面板结构的展开立体图，该结构采用了通过非接触传输路径来发送显示用电力信号的发送基板和实现接收的电力传输电路。在图9中，在构成发送基板100的第一绝缘基板101上设有与实施例1中说明的相同的交流信号发生电路1、传输线路2、一对电力发送侧静电耦合用电极134、135。除此之外，设有图像信号处理电路130、信号发送侧静电耦合用电极131、发送侧公共电位静电耦合用电极132。并且在实施例5中还装备有电磁发送电力的电力发送用线圈133。在该电力发送用线圈133上施加交流电力的交流信号发生电路没有特别进行图示。还能够在发送基板100方面的合适的空间或内表面设置该交流信号发生电路。上述交流信号发生电路1也是同样的。
实施例5是将提供电力的显示面板取为液晶显示面板的，因此与上述发送基板100相对的接收基板201为液晶显示面板200的有源矩阵基板。在该接收基板201之上设有分别与发送基板100侧的静电耦合用电极134、135成对的电力接收侧静电耦合用电极254、235、整流电路以及稳压电路236。这些电力传输电路的结构和工作与上述实施例1相同。不言而喻，同样能够将实施例2～4的电路适用于本实施例。
在接收基板201上还设有信号接收侧静电耦合用电极231、接收侧公共电位静电耦合用电极232、矩阵排列有多个像素装置的显示部AR、用于驱动像素的驱动电路242等。另外，装备有与上述电力发送用线圈133电磁耦合来接收电力的电力接收用线圈233。在对电力发送侧静电耦合用电极和电力发送用线圈输入了电力信号的情况下，由与实施例4相同的方法来选择静电耦合和电磁耦合中任意一方以作为电力的传输方式。在确定以静电耦合来传输电力的情况下，基于该电磁耦合的电力收发结构不是必须的。
液晶显示面板200是接收基板201和对置基板202以夹着液晶部(非显示)的形式粘合而构成的。在该对置基板202的内表面形成有滤色片、黑底，在TN方式等情况下形成有对置电极。这样，实施例5通过同时采用以静电耦合(以及电磁耦合)传输电力的***和对显示面板的显示部传输显示信号的***，不仅是不需要用于传输电力的连接布线，也不需要用于传输显示信号的连接布线。

Claims (8)

1.一种电力传输电路，以非接触方式从发送基板侧向接收基板侧传输电力，其特征在于：
上述发送基板具有第一绝缘基板，在该第一绝缘基板上具有交流电力信号发生电路和与该交流电力信号发生电路的输出相连接的发送侧静电耦合用电极，
上述接收基板具有第二绝缘基板，在该第二绝缘基板上具有接收侧静电耦合用电极、整流电路、稳压电路以及负载，
上述发送侧静电耦合用电极和上述接收侧静电耦合用电极构成一对非接触传输路径，该一对非接触传输路径由隔着绝缘层而彼此层叠配置的一对静电电容构成，
用上述整流电路对通过上述静电电容而输入的交流电力进行整流，并通过上述稳压电路将其提供给上述负载。
2.根据权利要求1所述的电力传输电路，其特征在于：
上述接收基板为具有二维配置的多个像素和驱动该像素的显示驱动电路且构成平板型显示面板的有源矩阵基板。
3.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
构成上述静电电容的上述绝缘层为上述第一绝缘基板和上述第二绝缘基板中的任意一方或双方。
4.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
上述整流电路是由与上述一对接收侧静电耦合用电极的各输出相连接的4个二极管构成的电桥电路。
5.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
上述整流电路是由与上述一对接收侧静电耦合用电极的各输出相连接的2个二极管构成的倍压整流电路。
6.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
上述稳压电路是由电阻和串联连接多个二极管而形成的二极管阵列所构成的分路调整器。
7.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
在上述交流电力信号发生电路与上述一对发送侧静电耦合用电极各自之间具有被串联***的电感，且具有由该电感和上述静电电容构成的谐振电路。
8.根据权利要求1或2所述的电力传输电路，其特征在于：
在上述第一绝缘基板上与上述发送侧静电耦合用电极并联而设置有发送侧电磁感应线圈，
在上述第二绝缘基板上配置有与上述发送侧静电耦合用电极感应耦合的接收侧电磁感应线圈，
上述接收侧静电耦合用电极的输出与上述整流电路的输出并联而连接在上述稳压电路的输入上。
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