DE102004060199A1

DE102004060199A1 - Helligkeitssensor

Info

Publication number: DE102004060199A1
Application number: DE102004060199A
Authority: DE
Inventors: Gerfried Dipl.Ing. Rüdiger; Jens Dipl.-Ing. Richter; Oliver Dr. Narwark
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29
Also published as: EP1825718A1; US7919935B2; WO2006063937A1; KR20070091650A; US20080150432A1

Abstract

An die Spannungsversorgung ist ein EL-Element (10) angeschlossen, welches intermittierend als Leuchtmittel und als Helligkeitssensor betrieben wird. Hierzu veranlaßt die Verarbeitungseinheit (15) die steuerbare Wechselspannungsquelle (20) dazu, die Spannung für eine kurze Zeit abzusenken. Dabei wird die Stromstärke von den Strommeßmitteln (14) gemessen und das entsprechende Meßsignal mittels des Analog-Digitalwandlers (A/D) digitalisiert. Eine Verarbeitungseinheit (15) bestimmt hieraus sowie aus der effektiven Spannung mittels im Speicher (16) abgelegter, empirisch ermittelter Kalibrierdaten bzw. Kalibrierfunktion eine Helligkeit, d. h. die Leuchtdichte des auf das EL-Element (10) einfallenden Lichts. Der ermittelten Helligkeit ordnet die Verarbeitungseinheit (15) unter Verwendung im Speicher (16) abgelegter Sollwerte ein Betriebsspannungsniveau zu, welches die gewünschte Emissions-Helligkeit des EL-Elements (10) im Leuchtmittelbetrieb gewährleistet. Optional wird die so ermittelte Betriebsspannung noch korrigiert, um eine alterungsbedingte Helligkeitsabnahme des EL-Elements (10) zu berücksichtigen. Der ggf. korrigierte Wert wird als Soll-Betriebsspannung über den Steuerkanal (21) ausgegeben und vom Netzgerät (20) bis zum nächsten Meßintervall gehalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Helligkeitssensoren, insbesondere auch Helligkeitssensoren zur Erfassung der Umgebungshelligkeit zur Regelung von Elektrolumineszenzelementen.

Helligkeit, d.h. einfallende Strahlung im Spektralbereich sichtbaren Lichts, wird üblicherweise mittels photoelektrischer Sensoren gemessen. Hierunter fallen Fotowiderstände, Fotodioden, Fotoelemente, Vakuumfotozellen oder gasgefüllte Fotozellen.

Soll die Helligkeit integral über eine größere Fläche gemessen werden, stoßen die herkömmlichen photoelektrischen Sensoren häufig an Grenzen. Dies liegt in den geringen Abmessungen der das Meßlicht aufnehmenden Flächen genannter Sensoren begründet.

Der integrale Lichteinfall auf einer größeren Fläche ist beispielsweise dann als Meßgröße interessant, wenn die "Umgebungshelligkeit" bzw. "Raumhelligkeit" bestimmt werden soll, d.h. die Ausleuchtung eines Raumes insgesamt. Wird hier dagegen nur der Lichteinfall auf eine kleine Fläche erfaßt, so kann das Meßergebnis unter Umständen die tatsächlichen Lichtverhältnisse völlig unzureichend wiedergeben. Dies kann man sich am Beispiel eines abgedunkelten Raumes verdeutlichen, bei welchem nur durch den Türspalt Licht einfällt. Liegt ein kleinflächiger Helligkeitssensor zufällig im Lichtkegel des Türspalts, so wird das Meßergebnis eine wesentlich größere Umgebungshelligkeit vortäuschen, als in dem Raum tatsächlich, integral betrachtet, herrscht.

Um den integralen Lichteinfall auf eine größere Fläche bzw. die mittlere Helligkeit des auf die Fläche einfallenden Lichts zu messen, behilft man sich bei der Verwendung herkömmlicher Helligkeitssensoren durch Einsatz mehrerer Sensoren, welche über die Fläche verteilt angeordnet werden, oder durch bewegliche Anordnung eines Sensors. Beide Maßnahmen sind jedoch umso aufwendiger und damit teurer, je höher der Flächenanteil sein soll, dessen Lichteinfall tatsächlich erfaßt wird. Zudem wird weiterhin der Lichteinfall nicht wirklich integral erfaßt, sondern lediglich an einzelnen Teilflächen und dann durch Extrapolation auf die Gesamtfläche hochgerechnet. Entsprechend ergibt sich ein Extrapolationsfehler.

Angesichts der geschilderten Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Helligkeitssensor zur Messung des integralen Lichteinfalls auf eine Fläche zu schaffen, welche gegenüber dem Stand der Technik zuverlässige Meßergebnisse liefern und mit möglichst geringem technischen Aufwand umsetzbar sind.

Besondere Bedeutung erwächst der beschriebenen Problematik auch, wenn eine mit leuchtenden bzw. beleuchtbaren Flächen ausgestattete Arbeitsumgebung oder auch dekorative Raumgestaltung automatisch an die dort herrschenden Lichtverhältnisse angepaßt werden soll. Werden beispielsweise Flüssigkristallanzeigen mit Hintergrundbeleuchtung, großflächig hinterleuchtete Bilder, Schautafeln oder Werbedisplays eingesetzt, möchte man die Beleuchtung idealerweise vom externen Lichteinfall auf eben diese Flächen abhängig machen. Herkömmliche Helligkeitssensoren lassen sich jedoch in der Regel nur neben den genannten Flächen anordnen, um deren Erscheinungsbild bzw. deren Funktion nicht zu stören. Aussagen über den Lichteinfall auf die leuchtenden bzw. beleuchtbaren Flächen selbst sind dann wiederum nur durch Extrapolation erhältlich und entsprechend fehlerbehaftet. Selbst wenn man im Erscheinungsbild der leuchtenden bzw. beleuchtbaren Fläche lokale Unterbrechungen in Form von Meßlichteinlässen für Helligkeitssensoren akzeptieren würde, wäre deren Anteil an der Gesamtfläche naturgemäß stark begrenzt.

Für die genannten Anwendungsgebiete werden als Leuchtmittel neuerdings oft Elektroluminszenzelemente (kurz: EL-Elemente) eingesetzt, mittels welchen sich bei äußerst geringer Einbautiefe große, gleichmäßig illuminierte Flächen realisieren lassen.

In der Druckschrift US 5,747,938 wird ein EL-Element zur Hinterleuchtung eines Videodisplays beschrieben, wobei die Helligkeit durch einen externen Licht-Detektor gesteuert wird: Auch hier ist der Helligkeitssensor neben dem Display angeordnet, mißt also nicht die Intensität des tatsächlich auf die Display-Fläche einfallenden Lichts.

Entsprechend ist es insbesondere auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Ansteuerelektronik zur Regelung von Elektrolumineszenzelementen in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit zu schaffen, wobei möglichst der Lichteinfall auf das Elektrolumineszenzelement selbst erfaßt wird. Das Verfahren soll zudem möglichst kostengünstig umsetzbar sein.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch Verwendung eines Elektrolumineszenzelements, welches zumindest zwei Elektrodenschichten und eine Schicht mit eingelagerten Elektroluminophoren aufweist, als Helligkeitssensor gelöst. Dabei wird die Kapazität des Elektrofumineszenzelements oder eine hiervon abhängige Größe als vom Lichteinfall abhängiges Signal gemessen. Praktisch umsetzbar ist dies beispielsweise durch Messung des aufgrund einer an das Elektrolumineszenzelement angelegten Wechselspannung fließenden Stroms.

Für den Fachmann völlig überraschend ist somit die Regelung der Helligkeit eines Elektrolumineszenzelments in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit möglich, ohne daß zusätzliche Helligkeitssensoren vorgesehen werden müssen. Das Elektrolumineszenzelement wird hierzu bevorzugt wechselweise als Leuchtmittel und Helligkeitssensor betrieben; besonders bevorzugt erfolgt der intermittierende Betrieb als Helligkeitssensor jeweils für eine Zeitspanne nahe oder unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges, d.h. für Intervalle im Bereich von 40-60 Millisekunden oder besser darunter.

Unter einer Regelung in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit wird im Rahmen dieser Anmeldung auch die Abschaltung des Betriebs als Leuchtmittel ab Unterschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit und/oder die Aufnahme des Betriebs als Leuchtmittel ab Überschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit verstanden. Größere bzw. geringere Helligkeit des Elektrolumineszenzelments (d.h. Lichtemission höherer bzw. niedrigerer Intensität) ist bei der erfindungsgemäßen Regelung durch Anhebung bzw. Absenkung der Betriebsspannung des Elektrolumineszenzelements erzielbar. Eine aufgrund der Spannungsänderung mögliche Verschiebung des Farbortes der emittierten Strahlung kann durch Anpassung der Frequenz der Wechselspannung ausgeglichen werden. Eine Frequenzerhöhung bewirkt dabei in der Regel eine Verschiebung sowohl der x- als auch der y-Koordinate des Farborts im CIE-System hin zu niedrigeren Werten. Übliche Nennbetriebsbereiche von Elektrolumineszenzelementen liegen bei 50-200 Volt (und teilweise darüber)/50 Hz bis einige Kilohertz (typischerweise 400-2000 Hz).

Beim intermittierenden Betrieb als Helligkeitssensor bietet sich die oben erwähnte Messung des aufgrund der an das Elektrolumineszenzelement angelegten Wechselspannung fließenden Stroms als von der Umgebungshelligkeit abhängige Meßgröße an. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit wird hierzu die Spannung abgesenkt, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte, besser ein Fünftel der (Nenn-)Betriebsspannung beim Betrieb als Leuchtmittel. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die angelegte Spannung (d.h. der Betrag der Spannungsamplitude) für den Betrieb als Helligkeitssensor zwischen 5 und 50 Volt (effektiv), vorzugsweise am unteren Ende der angegebenen Spanne.

So kann eine Änderung der Umgebungsleuchtdichte von 0 auf 300 Candela pro Quadratmeter bei einer Meßfrequenz von 400 Hz in einem Spannungsbereich von etwa 10-15 Volt als Änderung der Kapazität um etwa 50% registriert werden.

Die Kosteneinsparung durch Wegfall eines zusätzlichen Helligkeitssensors ist beachtlich. Ferner ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Beleuchtungshelligkeit in Abhängigkeit des tatsächlich auf die Leuchtfläche einfallenden Lichts zu regeln. Die mittels eines Elektrolumineszenzelements ausgeführte Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige kann so quasikontinuierlich an ständig wechselnden lokalen Lichteinfall angepaßt werden, d.h. an Bedingungen, die insbesondere bei mobilen Anwendungen, etwa Anzeigen im Automobilbereich, vorherrschen. Selbstverständlich können auch andere Leuchtelemente so fortlaufend ab sich ändernde Lichtverhältnisse angepaßt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine Auswerteschaltung zum Anschluß an ein Elektrolumineszenzelement für dessen Betrieb als Helligkeitssensor gemäß Anspruch 29 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen können gemäß den Ansprüchen 30-31 gestaltet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine Ansteuerelektronik zur Regelung der Helligkeit eines Elektrolumineszenzelements in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit gemäß Anspruch 32 gelöst.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch einen Helligkeitssensor gemäß Anspruch 33 gelöst, welcher einen mit einem herkömmlichen Elektrolumineszenzelement vergleichbaren Kondensatoraufbau besitzt.

Zumindest eine der Elektrodenschichten ist dabei vorzugsweise auf ein Substrat aufgesputtert oder aufgedampft. Als Substrat kann vorteilhafterweise eine, vorzugsweise transparente, Kunststoffolie, beispielsweise aus Polyethylentherephthalat (PET), verwendet werden. Ein besoders geeignetes Elektrodenmaterial ist Indium-Zinn-Oxid (Indium-Tin-Oxide, ITO). Ferner können Elektrodenschichten vorteilhafterweise aus Druckpasten mit ITO oder ATO (Antimon-Tin-Oxide, Antimon-Zinn-Oxid) oder transparenten, organischen Leitlacken bestehen. Die Elektrodenschicht, welche auf der dem zu messenden Lichteinfall abgewandten Seite der disperse Elektroluminophoren enthaltenden Schicht angeordnet ist, braucht nicht transparent ausgeführt zu sein.

Häufig wird eine opake Ausführung der Rückkseite sogar erwünscht sein, um ein nur von der Helligkeit auf der Vorderseite abhängiges Meßsignal zu erhalten. Vice versa bietet die transparente Ausführung aller Elektroden- und Isolierschichten auf Vorder- und Rückseite die Möglichkeit, integral die Summe des Lichteinfalls von beiden Seiten zu messen. Opake Abdeckungen von Teilflächen gestatten es, eben diese Teilflächen aus der Helligkeitsmessung auszunehmen, sollte dies erwünscht sein

Die Elektroluminophore (Leuchtpigmente) sind in ein möglichst transparentes, jedenfalls nicht völlig opakes, organisches oder anorganisches Bindemittel eingebettet. Ausgangsstoffe sind meist dotierte Zinksulfide. Grundsätzlich eignen sind alle im Bereich der Elektrolumineszenztechnologie üblichen Elektroluminophore.

Meist ist auf der dem Substrat abgewandten Seite des Helligkeitssensors eine Isolierschicht vorgesehen. Auch das Vorsehen weiterer Isolier- bzw. Dielektrikumsschichten kann zweckmäßig sein.

Erfindungsgemäße Helligkeitssensoren lassen sich wie herkömmliche Elektrolumineszenzelemente mit fast beliebiger Flächenausdehnung bei äußerst geringer Dicke herstellen, so daß auch der Lichteinfall auf mehrere Quadratmeter große Flächen integral meßbar ist. Zudem kann der dünne Schichtaufbau erfindungsgemäßer Helligkeitssensoren je nach Gestaltung insbesondere des Substrats biegsam ausgeführt werden, so daß sich beispielsweise auch zylindrische oder anders im Raum gekrümmte Meßflächen darstellen lassen, um den Lichteinfall aus verschiedenen Richtungen zu messen.

Es empfiehlt sich insbesondere bei großflächigen Ausführungen, die Elektrodenschichten über sogenannte Bus-Bars, d.h. berandende bzw. umrandende, gut leitende Strukturen aus Silber- und/oder Kuper- und/oder Carbonpasten, Metallfolien oder dergleichen zu kontaktieren.

Der Fachmann wird je nach Bedarf und je nach erwünschter Meßgenauigkeit bei erfindungsgemäßen Helligkeitssensoren bzw. Auswerteschaltungen Vorkehrungen zur Kompensation externer Störeinflüsse, z.B. Temperatureffekte, treffen.

Unter Umständen kann es erforderlich sein, bei der Meßdatenauswertung auch Alterungseffekte des Sensors zu berücksichtigen, vor allem dann, wenn dieser auch als Leuchtmittel betrieben wird. Insbesondere in letzterem Fall ist denkbar, daß sich das Meßsignal mit zunehmender Betriebsdauer verändert. Eine entsprechende Kompensation kann mittels empirisch anhand eines Baumusters zu gewinnenden Daten umgesetztwerden.

Für die erfindungsgemäße Regelung der Helligkeit eines Elektrolumineszenzelements besteht vorteilhafterweise ferner die Möglichkeit, dessen alterungsbedingte Helligkeitsabnahme in der Regelcharakteristik mit zu berücksichtigen.

Vorzugsweise wird dabei die Betriebsspannung bzw. Betriebsfrequenz nicht lediglich in Abhängigkeit der reinen Betriebsdauer, sondern in Abhängigkeit der bisher (kumulativ) eingetragenen elektrischen Energie angepaßt. Hierzu wird die elektrische Leistung bzw. eine mit dieser in Relation stehende Größe kontinuierlich erfaßt. Das über die elektrische Leistung gebildete Integral von der ersten Aufnahme des Betriebs bis zum momentanen Zeitpunkt entspricht dem kumulativen elektrischen Energieeintrag. Üblicherweise wird ein alterungsbedingter Helligkeitsverlust durch eine Spannungsanhebung (d.h. eine Anhebung der Spannungsamplitude) ausgeglichen.

Die Anpassung der Betriebsspannung in Abhängigkeit des kumulativen elektrischen Energieeintrags bietet geringere Abweichungen von der Soll-Helligkeit eines entsprechend geregelten EL-Elements. Es wurde nämlich gefunden, daß ein bestimmter alterungsbedingter Helligkeitsverlust später eintritt, wenn ein EL-Element häufig mit reduzierter Betriebsspannung betrieben wird (wie dies bei der der erfindungsgemäß vorliegenden Helligkeitsregelung in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit üblicherweise der Fall ist), als bei ständigem Betrieb mit Nenn-Betriebsspannung.

Eine Anpassung der Frequenz der Wechselspannung kann einer Änderung der Leuchtfarbe des EL-Elements mit zunehmendem Alter entgegenwirken.

Die in Abhängigkeit vom kumulativen elektrischen Energieeintrag zu wählende Anpassung der Spannungsamplitude und/oder Frequenz kann in Form diskreter Vergleichswerte und/oder anhand einer Funktion in mathematisch analytischer Form gespeichert werden. Eine derartige Funktion bzw. eine geeignete Zahl an Vergleichswerten läßt sich anhand eines Baumusters des anzusteuernden EL-Elements empirisch gewinnen oder auch durch Zurückgreifen auf Erfahrungs- oder Schätzwerte. Für die Formulierung der Funktion anhand entsprechender vorliegender Werte bietet sich die lineare oder polynome Regression an, wobei letztere eine höhere Genauigkeit der Wiedergabe des ermittelten Zusammenhangs zwischen dem kumulativem Energieeintrag und der zur Erlangung gleichbleibender Leuchtdichten erforderlichen Spannungsregulierung erlaubt.

Die Berücksichtigung von Alterungseffekten in einem erfindungsgemäßen Regelvorgang zur Einstellung einer gewünschten Helligkeit kann vorteilhafterweise folgende Schritte umfassen:

– Ermittlung einer gewünschten Leuchtstärke durch Messen der Umgebungshelligkeit im Sensorbetrieb
– Ermittlung eines Spannungsgrundniveaus (= des Spannungsniveaus, welches beim nicht-gealterten EL-Element der gewünschten Helligkeit entspricht)
– Ermittlung eines Spannungskorrekturfaktors in Abhängigkeit des kumulativen elektrischen Energientrags zum Zeitpunkt der Einleitung des Regelvorgangs zum Ausgleich des erwarteten alterungsbedingten Helligkeitsverlusts
– optional Ermittlung eines Frequenzkorrekturfaktors zum Ausgleich einer erwarteten Farbortverschiebung
– Einstellung der gegenüber dem Spannungsgrundniveau um den Spannungskorrekturfaktor erhöhten Spannungsamplitude
– optional Einstellung der um den Frequenzkorrekturfaktor angepaßten Frequenz.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Umsetzung erfolgt die Kompensation der Alterung durch stufenweise Anpassung der Spannungsamplitude und/oder Frequenz. Vorzugsweise wird dabei eine neue Kompensationsstufe erst beim nächsten Einschaltvorgang des EL-Elements eingestellt, nachdem (gemäß einem gespeicherten Zusammenhang) eine Anpassung der Einstellparameter aufgrund des Erreichens eines entsprechenden kumulativen elektrischen Energieeintrags vorgegeben ist. Hierdurch wird verhindert, daß das Nachregeln für den Betrachter als plötzliche sprunghafte Änderung der Helligkeit erkennbar wird.

Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen und technischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander kombinierbar.

Anhand der zugehörigen Zeichnungen werden Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei rein schematisch aufzufassen.
1 zeigt den Meßkondensator eines erfindungsgemäßen Helligkeitssensors in einer nicht maßstäblichen Schnittdarstellung, insbesondere sind Schichtdicken aus Anschaulichkeitsgründen stark vergrößert. Der Bereich der Elektrodenanschlüsse ist nicht dargestellt.
2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Meßkondensators mit einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung.
3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines EL-Elements mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerelektronik.
4a zeigt die Abhängigkeit der x-Koordinate des Farborts (im CIE-System) der von einem EL-Element emittierten Strahlung in Abhängigkeit von Betriebsspannung und Betriebsfrequenz.
4b zeigt die Abhängigkeit der y-Koordinate des Farborts (im CIE-System) der von einem EL-Element emittierten Strahlung in Abhängigkeit von Betriebsspannung und Betriebsfrequenz.
1 zeigt den Schichtaufbau des Meßkondensators eines erfindungsgemäßen Helligkeitssensors. Nicht dargestellt ist die zugehörige elektronische Schaltung, welche die Messung der Kapazität (oder einer davon abhängigen Größe) des Meßkondensators erlaubt. Die gemessene Kapazität ist ein Maß für die Helligkeit des auf den Meßkondensator (in der Zeichnung von oben her) einfallenden Lichts.
Der Meßkondensator weist ein transparentes Kunststoffoliensubstrat 1 auf, auf welches eine transparente ITO-Elektrodenschicht 2 vakkumtechnisch aufgesputtert ist. Die je nach Anwendung für das Kunststoffoliensubstrat 1 geeigneten Materialien sind vielfältig, beispielsweise Polycarbonat (PC), Polyalkylenterephthalate, Polyamid (PA), Polyacrylat, Polymethacrylat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PUR), Polyoxymethylen (POM), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyimid (PI), Polyetherimiden (PEI), Polyether, Polyetherketone (PEK), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder dergleichen Folien, die im optisch sichtbaren Wellenlängenbereich hohe Transparenz aufweisen. Besonders geeignet sind Folien aus Polyethylentherephthalat (PET).
Auf der Elektrodenschicht 2 ist eine Schicht 3 mit dispersen Elektroluminophoren 4 angeordnet, wobei es sich um eine transparente Matrix 5 handelt, in welche die Elektroluminophoren 4 eingelagert sind. Die Schicht 3 kann als gegossene oder extrudierte Folie, aber auch als Siebdruckschicht oder dergleichen ausgeführt sein. Insbesondere die Darstellung der Elektroluminophore 4 ist rein schematisch aufzufassen. In der Praxis bemüht man sich um möglichst der Kugelform angenäherte Partikeln. Elektroluminophore sind in der Regel empfindlich gegen Feuchtigkeitseinwirkung. Darum können zusätzliche Schichten integriert werden, welche die Funktion einer Feuchtigkeitssperre bzw. Dampfsperre übernehmen. Diese können jedoch insbesondere dann weitgehend entfallen, wenn mikroverkapselte Elektroluminophore 4 verwendet werden. Die Mikroverkapselung ist üblicherweise oxidisch oder nitridisch, allerdings ist auch eine organische Mikroverkapselung oder eine diamantartige Carbonverkapselung ("diamond-like carbon") denkbar.
Auf der Schicht 3 oder einer darauf befindlichen isolierenden Zwischenschicht (nicht dargestellt) ist die Rückelektrodenschicht 6 angeordnet, welche nach ihrer der Schicht 3 abgewandten Seite zu mittels der Isolierschicht 7 isoliert ist.
Die Rückelektrodenschicht kann beispielsweise durch Rakeln, Rollenbeschichtung, Vorhanggießen, Sprühen oder drucktechnisch (meist mittels Siebdrucks) in Form einer intrinsisch leitfähigen Polymerschicht und/oder Silber- bzw. Carbonleitpasten und/oder einer Schicht mit Metalloxiden, beispielsweise Indium-Zinn-Oxiden (ITO) oder Antimon-Zinn-Oxiden (ATO) hergestellt sein.
Die Isolierschicht 7 kann eine dünne Lackschicht oder dergleichen sein, zusätzlich oder stattdessen kann aber auch eine isolierende Kunststoffolie auflaminiert sein.
Der abgebildete Meßkondensator weist an seiner dem zu messenden Lichteinfall abgewandten Seite eine selbstklebende Beschichtung 8 auf, mittels welcher er auf einfache Weise an unterschiedlichsten Oberflächen befestigt werden kann.
Nicht dargestellt sind Anschlußmittel zum Anschluß an die zugehörige elektronische Schaltung. Diese können jedoch gestaltet sein wie die Anschlüsse herkömmlicher Dickschicht-Elektrolumineszenzelemente an deren Spannungsversorgung, also beispielsweise mit sogenannten Bus-bars, also besser leitfähigen Verdrahtungselementen, welche beispielsweise mittels Siebdruck unter Verwendung von Silberleitpasten und/oder Kupferleitpasten und/oder Carbonleitpasten oder dgl. hergestellt werden können.
Durch Anlegen einer Wechselspannung, üblicherweise im unteren dreistelligen Volt-Bereich, läßt sich der dargestellte Meßkondensator auch wie ein herkömmliches EL-Element als Leuchtmittel und somit zusammen mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerelektronik (beispielsweise wie in 3 dargestellt) verwenden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung 9 zum Betrieb eines EL-Elements 10 als Helligkeitssensor. Das EL-Element 10 kann vorteilhafterweise aufgebaut sein, wie der in 1 beschriebene Meßkondensator. Es wird mit Wechselspannung von beispielsweise 10 Volt (effektiv) versorgt, welche im dargestellten Beispiel von einem mittels eines Akkumulators 11 gespeisten Inverter 12 bereitgestellt wird. Alternativ ist selbstredend auch der Einsatz eines Netzgeräts denkbar.
Die Auswerteschaltung 9 besitzt Spannungsmeßmittel 13 und Strommeßmittel 14 zur Messung der Spannung respektive des Stroms. Die Meßsignale werden mittels eines Analog-Digitalwandlers (A/D) digitalisiert. Eine Verarbeitungseinheit 15 bestimmt hieraus mittels im Speicher 16 abgelegter, empirisch ermittelter Kalibrierdaten eine Helligkeit, d.h. die Leuchtdichte des auf das EL-Element einfallenden Lichts. Die Helligkeit kann auch mittels einer mathematisch analytisch formulierten, ggf. einen oder mehrere Kalibrierparameter enthaltenden Funktion berechnet werden.
Ein Beispiel eines Satzes Kalibrierdaten ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Tabelle
Der ermittelte Helligkeitswert wird über einen Ausgabekanal 17 und eine elektronische Anzeige 18 ausgegeben.
Die in 3 dargestellte Ansteuerelektronik 19 ist ähnlich aufgebaut wie die Auswerteschaltung 9. Einander entsprechende Komponenten sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Wechselspannungsversorgung erfolgt über eine steuerbare Wechselspannungsquelle 20, kann aber auch wie in 2 ausgeführt sein. An die Spannungsversorgung ist ein EL-Element 10 angeschlossen, welches intermittierend als Leuchtmittel und als Helligkeitssensor betrieben wird. Hierzu veranlaßt die Verarbeitungseinheit 15 über einen Steuerkanal 21 die steuerbare Wechselspannungsquelle 20 dazu, die Spannung für eine kurze Zeit, beispielsweise einmal pro Sekunde für ein Meßintervall von 40 Millisekunden, auf die Meßspannung von beispielsweise 10 Volt abzusenken. Hierfür ist ein Zeitgeber 22 vorgesehen.
Dabei wird die Stromstärke von den Strommeßmitteln 14 gemessen und das entsprechende Meßsignal mittels des Analog-Digitalwandlers (A/D) digitalisiert. Eine Verarbeitungseinheit 15 bestimmt hieraus sowie aus der effektiven Spannung mittels im Speicher 16 abgelegter, empirisch ermittelter Kalibrierdaten eine Helligkeit, d.h. die Leuchtdichte des auf das EL-Element einfallenden Lichts. Die Helligkeit kann auch mittels einer mathematisch analytisch formulierten, ggf. einen oder mehrere Kalibrierparameter enthaltenden Funktion berechnet werden.
Der für die Helligkeitsermittlung benötigte Spannungswert kann entweder mit entsprechenden Spannungsmeßmitteln 13 gemessen werden, oder aber es wird, bei Verwendung eines entsprechend stabilisierten und genau steuerbaren Netzgeräts 20, auf den über den Steuerkanal 21 vorgegebenen Spannungswert zurückgegriffen.
Der ermittelten Helligkeit ordnet die Verarbeitungseinheit 15 unter Verwendung im Speicher 16 abgelegter Sollwerte ein Betriebsspannungsniveau zu, welches die gewünschte Emissions-Helligkeit des EL-Elements 10 im Leuchtmittelbetrieb gewährleistet. Optional wird die so ermittelte Betriebsspannung noch korrigiert, um eine alterungsbedingte Helligkeitsabnahme des EL-Elements 10 zu berücksichtigen. Hierfür wird laufend die Betriebsdauer bzw. der (mit Spannung und Stromstärke berechnete) elektrische Energieentrag kumulativ erfaßt. Der ggf. korrigierte Wert wird als Soll-Betriebsspannung über den Steuerkanal 21 ausgegeben und vom Netzgerät 20 bis zum nächsten Meßintervall gehalten. Ferner kann dem Netzgerät 20 optional auch über den Steuerkanal 21 eine angepaßte Wechselspannungsfrequenz vorgegeben werden, um eine etwaige Korrektur des Farborts der vom EL-Element 10 emittierten Strahlung zu erreichen. Der einer solchen Korrektur zugrundeliegende Zusammenhang zwischen Farbort, Betriebsspannung und Betriebsfrequenz ist exemplarisch in den 4a-b wiedergegeben.

Claims

Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10), welches zumindest zwei Elektrodenschichten (2, 6) und eine Schicht (3) mit eingelagerten Elektroluminophoren (4) aufweist, als Helligkeitssensor, indem der aufgrund einer an das Elektrolumineszenzelement (10) angelegten Wechselspannung fließende Strom und/oder die Kapazität des Elektrolumineszenzelements (10) als vom Lichteinfall abhängiges Signal gemessen wird.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Elektrolumineszenzelement (10) auch als Leuchtmittel betrieben wird.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 2, wobei der Betrieb des Elektrolumineszenzelements (10) als Helligkeitssensor der Regelung der Helligkeit des Elektrolumineszenzelements (10) als Leuchtmittel in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit dient.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 3, wobei die Regelungscharakteristik die Abschaltung des Betriebs als Leuchtmittel ab Überschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit und/oder die Aufnahme des Betriebs als Leuchtmittel ab Unterschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit umfaßt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 4, wobei sich die Regelungscharakteristik auf die Abschaltung des Betriebs als Leuchtmittel ab Überschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit und/oder die Aufnahme des Betriebs als Leuchtmittel ab Unterschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit beschränkt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß einem der Ansprüche 2-5, wobei der Betrieb als Helligkeitssensor intermittierend zum Betrieb als Leuchtmittel erfolgt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 6, wobei der intermittierende Betrieb als Helligkeitssensor jeweils für eine Zeitspanne nahe oder unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges erfolgt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 7, wobei der intermittierende Betrieb als Helligkeitssensor jeweils für eine Zeitspanne von 40 Millisekunden oder weniger erfolgt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß einem der Ansprüche 2-8, wobei für den Betrieb als Helligkeitssensor eine niedrigere elektrische Spannung an das Elektrolumineszenzelement (10) angelegt wird als für den Betrieb als Leuchtmittel.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 9, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor weniger als die Hälfte der maximalen für den Betrieb als Leuchtmittel angelegten Spannung beträgt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß Anspruch 10, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor weniger als ein Fünftel der maximalen für den Betrieb als Leuchtmittel angelegten Spannung beträgt.
Verwendung eines Elektrolumineszenzelements (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor zwischen 1 und 50 Volt (Betrag der Spannungsamplitude) beträgt.
Verfahren zur Regelung der Helligkeit eines als Leuchtmittel betriebenen Elektrolumineszenzelements (10), welches zumindest zwei Elektrodenschichten (2, 6) und eine Schicht (3) mit eingelagerten Elektroluminophoren (4) aufweist, in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit, wobei das Elektrolumineszenzelement (10) selbst als Sensor zur Messung der Umgebungshelligkeit dient, indem der aufgrund einer an das Elektrolumineszenzelement (10) angelegten Wechselspannung fließende Strom und/oder die Kapazität des Elektrolumineszenzelements (10) als von der Umgebungshelligkeit abhängiges Signal ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Regelungscharakteristik die Abschaltung des Betriebs als Leuchtmittel ab Überschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit und/oder die Aufnahme des Betriebs als Leuchtmittel ab Unterschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei sich die Regelungscharakteristik auf die Abschaltung des Betriebs als Leuchtmittel ab Überschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit und/oder die Aufnahme des Betriebs als Leuchtmittel ab Unterschreiten einer festgesetzten Umgebungshelligkeit beschränkt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13-15, wobei der Betrieb als Helligkeitssensor intermittierend zum Betrieb als Leuchtmittel erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der intermittierende Betrieb als Helligkeitssensor jeweils für eine Zeitspanne nahe oder unterhalb der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der intermittierende Betrieb als Helligkeitssensor jeweils für eine Zeitspanne von 40 Millisekunden oder weniger erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13-18, wobei für den Betrieb als Helligkeitssensor eine niedrigere elektrische Spannung an das Elektrolumineszenzelement (10) angelegt wird als für den Betrieb als Leuchtmittel.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor weniger als die Hälfte der maximalen für den Betrieb als Leuchtmittel angelegten Spannung beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor weniger als ein Fünftel der maximalen für den Betrieb als Leuchtmittel angelegten Spannung beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13-21, wobei die angelegte Spannung für den Betrieb als Helligkeitssensor zwischen 1 und 50 Volt (Betrag der Spannungsamplitude) beträgt
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13-22, wobei die Helligkeit des Elektrolumineszenzelements (10) durch Veränderung der Spannungsamplitude und/oder der Frequenz nachgeregelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei eine alterungsbedingt erwartete Helligkeitsabnahme des Elektrolumineszenzelements (10) durch Anpassung der Spannungsamplitude und/oder der Frequenz zumindest teilweise ausgeglichen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei die Anpassung der Spannungsamplitude und/oder der Frequenz in Abhängigkeit der Betriebsstundenzahl und/oder des kumulativen elektrischen Energieeintrags erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei die Abhängigkeit von der Betriebsstundenzahl und/oder dem kumulativen elektrischen Energieeintrag anhand gespeicherter diskreter Vergleichswerte und/oder mathematisch analytisch anhand einer gespeicherten Funktion berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24-26, wobei die Anpassung der Spannungsamplitude und/oder der Frequenz zum zumindest teilweisen Ausgleich der alterungsbedingt erwarteten Helligkeitsabnahme in Stufen erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei die Anhebung der Spannungsamplitude und/oder der Frequenz auf eine neue Stufe jeweils erst beim nächsten folgenden Einschalten des Elektrolumineszenzelements (10) erfolgt.
Auswerteschaltung zum Anschluß an ein Elektrolumineszenzelement (10) für dessen Betrieb als Helligkeitssensor, welche folgendes aufweist: eine Meßeinrichtung (14) zur Messung der Kapazität des Elektrolumineszenzelements und/oder zur Messung des aufgrund der angelegten Wechselspannung fließenden Stroms, eine Recheneinheit (15), welche zur Berechnung eines Helligkeitswerts in Abhängigkeit des gemessenen Stroms und/oder der gemessenen Kapazität ausgestattet ist, eine Ausgabeschnittstelle (17) zur Ausgabe eines des berechneten Helligkeitswerts entsprechenden Signals.
Auswerteschaltung gemäß Anspruch 29, aufweisend eine Spannungsversorgung (11, 12) zur Anlegung einer Wechselspannung an das Elektrolumineszenzelement (10),
Auswerteschaltung gemäß Anspruch 30, wobei die Spannungsversorgung (11, 12) für mindestens eine Spannungsamplitude ausgelegt ist, deren Betrag zwischen 1 und 50 Volt liegt.
Ansteuerelektronik zur Regelung der Helligkeit eines Elektrolumineszenzelements (10) in Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit, welche folgendes aufweist: eine Spannungsversorgung (20) zur Anlegung einer variablen Wechselspannung an das Elektrolumineszenzelement (10), eine Meßeinrichtung (14) zur Messung des aufgrund der angelegten Wechselspannung fließenden Stroms und/oder zur Messung der Kapazität des Elektrolumineszenzelements (10), eine Regeleinheit (15), welche einen Signaleingang zum Empfang eines Meßsignals von der Meßeinrichtung sowie einen Signalausgang (21) zur Ausgabe eines Steuersignals an die Spannungsversorgung (20) aufweist, und welche zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 23-28 ausgestattet ist.
Helligkeitssensor zur Messung des integralen Lichteinfalls auf eine Fläche, aufweisend – zwei sich über die Fläche erstreckende Elektrodenschichten (2, 6), von welchen zumindest eine lichtdurchlässig ist, – eine eingelagerte Elektroluminophoren (4) enthaltende Schicht (3) zwischen den Elektrodenschichten (2, 6), – Anschlußmittel zum Anschluß einer elektronischen Schaltung, welche die Messung der Kapazität des aus den Elektrodenschichten (2, 6) gebildeten Kondensators und/oder einer davon abhängigen Größe erlaubt, – eine elektronische Schaltung, welche die Messung der Kapazität des aus den Elektrodenschichten (2, 6) gebildeten Kondensators und/oder einer davon abhängigen Größe erlaubt.