DE4207076C2 - Vorrichtung zur Helligkeitseinstellung bei einer Leuchtstoffröhre mittels eines elektrisch ansteuerbaren Flüssigkristallelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hellig­ keitseinstellung bei einer Lichtabstrahlung von Leucht­ stoffröhren, insbesondere zur Verwendung im Bereich der Luft- und Raumfahrt, bei der ein zur mindestens bereichsweisen Abdeckung der Leuchtstoffröhre vorge­ sehenes Absorptionselement als ein elektrisch ans teuer­ bares Flüssigkristallelement ausgebildet ist, das mit einer eine jeweilige Lichtdurchlässigkeit vorgebenden Steuereinheit verbunden ist,
Zur Helligkeitseinstellung bei Leuchtstoffröhren sind aufwendige Schaltgeräte mit Dimmeinrichtungen im Vor­ schaltgerät erforderlich, da zur Ermöglichung einer Lichtemission durch Gasentladung spezielle elektrische Bedingungen bereitgestellt werden müssen, die eine bei­ spielsweise bei Glühbirnen in einfacher Weise mögliche Helligkeitseinstellung durch eine Phasenanschnitt­ steuerung nicht zulassen. Diese Vorschaltgeräte be­ nötigen zum einen ein vergleichsweise großes Bau­ volumen, zum anderen tritt aufgrund der erforderlichen Transformatoren auch ein erhebliches Baugewicht auf. Sowohl das Bauvolumen als auch das Baugewicht stellen erhebliche Nachteile bei einer Verwendung im Bereich der Luft- und Raumfahrt dar, bei denen beide Parameter einen erheblichen Einfluß auf die Betriebs- und Bau­ kosten haben.

In der US Re.32.521 wird ein Lichtmodulator beschrie­ ben, der mit Hilfe eines Flüssigkristallelementes dazu dient, einer Lichtstrahlung Informationsgehalte über­ tragende Signalanteile aufzumodulieren. Das Flüssig­ kristallelement ist hier als eine steuerbare Blende ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, eine Leucht­ stoffröhre in einem Teil ihrer Ausdehnung mit einer derartigen Flüssigkristallblende zu versehen. Einem vom nichtverdunkelbaren Hauptanteil der Leuchtstoffröhre abgestrahlten Lichtanteil wird hierdurch ein modulier­ tes Lichtsignal überlagert.

In der US 4 556 289 wird ebenfalls eine Vorrichtung beschrieben, die unter Verwendung eines Flüssig­ kristallelementes eine Lichtregelung durchführt. Kleine Flüssigkristallkugeln sind hierzu in einem Medium ein­ gebettet, das von einer kugelförmigen Hülle umschlossen ist. Insbesondere wird auch angegeben, daß spezielle Mischungen unterschiedlicher Flüssigkristalle verwendet werden können.

Die US 4 749 261 schreibt die Verwendung eines Flüssig­ kristallelementes als Abblendelement im Bereich der Automobiltechnik. Es ist beispielsweise möglich, Fensterscheiben oder lichtdurchlässige Schiebedächer mit einer steuerbaren Lichtdurchlässigkeit zu versehen.

Eine Verwendung von Flüssigkristallen im Bereich der Gebäudetechnik wird in der DE 38 16 069 beschrieben. Es wird hier eine Abdunklung von Verglasungen für Fenster oder Türen angegeben. Eine alternative Verwendung ist auch im Bereich von Fahrzeugen und Flugzeugen möglich. In Abhängigkeit von der Intensität einer jeweiligen Sonneneinstrahlung erfolgt eine Abdunklung eines der Verglasung vorgeschalteten Verkleidungselementes.

In den DE 88 12 322 U1 wird die Verwendung einer steuerbaren Blende im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik angegeben. Es wird hierzu eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere ein Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges, mit einer steuerbaren Flüssigkristallblende versehen. In Abhängigkeit von einer angelegten Steuerspannung kann die jeweilige Lichtdurchlässigkeit vorgegeben werden.

In den Pat. Abstr. of Jp., P-1040, 23.4.90, Vol. 14, N. 199 von JP 2-4061 (A) wird eine farbige Flüssig­ kristallanzeige beschrieben. Es werden zwei konzen­ trisch zueinander angeordnete Glaszylinder verwendet, die die Flüssigkristallelemente einschließen. Zusätz­ lich wird ein farbiger Filter verwendet. Innerhalb des inneren Glaszylinders wird eine Leuchtstofflampe ange­ ordnet. Bei einer Rotation der Vorrichtung können farbige Bilder und Motive erzeugt werden.

In den Pat. Abstr. of Jp., P-882, 12.6.89, Vol. 13, N. 250 von Jp 1-50020 (A) wird ein Flüssigkristallelement angegeben, das zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit von dünnen Flächen Verwendung findet. Es sind spezielle Luftschichten und Luftlöcher vorgesehen, mit deren Hilfe eine Wärmeabführung durch Luftumwälzung durchge­ führt wird.

Ein Fernsehen mit einer Flüssigkristalleinrichtung wird in den Pat. Abstr. of Jp., P-625, 12.10.87, Vol., N. 311 von Jp 62-102226 (A) beschrieben. Zur Beleuch­ tung ist eine U-förmige Leuchtstofflampe vorgesehen. Durch diese Leuchtstofflampe wird der Wirkungsgrad des abgestrahlten Lichtes erhöht und die Beleuchtungskosten können reduziert werden.

Auch in den Pat. Abstr. of Jp., P-122, 15.6.82, Vol. 6. N. 104 von Jp 57-37331 (A) wird eine Flüssigkristall­ anzeige beschrieben. Im Bereich eines Umfanges eines Zylinders werden Flüssigkristallelemente angeordnet. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Feldes und es wird eine Anzeige in unterschiedliche Richtungen ermöglicht.

Aus der DE 36 36 059 A1 ist eine Anordnung zur Wieder­ gabe von Bildern mittels einer Bildröhre bekannt, bei der in unterschiedlichen Richtungen polarisiertes Licht verwendet wird. Im Bereich einer Frontscheibe der Bild­ röhre ist ein Polarisator und eine beidseitig mit durch­ sichtigen Elektrodenflächen versehene Flüssigkristall­ folie angeordnet. Es werden zeitlich ineinander ver­ schachtelt zwei verschiedene Bilder mit einer gemein­ samen Bildröhre wiedergegeben. Das den beiden Bildern jeweils zugeordnete Licht ist in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert. Zur Umschaltung ist eine Um­ schaltvorrichtung vorgesehen, die im Takt der Bild­ wechsel die Flüssigkistallfolie derart umschaltet, daß ein Bild jeweils mit in einer Richtung polarisiertem Licht erscheint und das andere Bild mit senkrecht dazu polarisiertem Licht versehen ist. Wird eine derartige Anordnung mit einer Polarisationsbrille betrachtet, so können entweder zwei verschiedene Beobachter auf dem­ selben Bildschirm gleichzeitig verschiedene Bilder betrachten, oder es ist möglich, daß ein Betrachter durch unterschiedliche Brillengläser beide Bilder gleichzeitig sieht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart aus zu­ bilden, daß eine Verwendung von schweren Bauelementen vermieden wird. Gleichzeitig soll ein geringes Einbau­ volumen sowie eine ökonomische Ausbildung ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Flüssigkristallelement folienartig ausgebildet und die Leuchtstoffröhre in Längsrichtung umgebend rohr­ förmig angeordnet ist und daß die Leuchtstoffröhre vom Flüssigkristallelement mindestens bereichsweise um­ wickelt ist daß das Flüssigkristallelement in eine Mehrzahl separat ansteuerbarer Segmente unterteilt ist und daß durch die Anzahl der jeweils angesteuerten Segmente ein variabler Transmissionsgrad einstellbar ist.

Bei derartigen Flüssigkristallelementen wird zwischen Abdeckschichten eine Substanz angeordnet, die flüssig­ kristalline Eigenschaften aufweist und bei der eine Orientierung der jeweiligen Moleküle in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung erfolgt. In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausrichtung der Moleküle ist das Flüssigkristallelement entweder lichtdurchlässig, oder es findet eine Lichtabsorption statt. Die Einstellung der jeweiligen optischen Eigenschaften erfolgt mit einem geringen Energieeinsatz im wesentlichen durch die Generierung eines elektrischen Feldes. Die auftretenden Ströme sind im Idealfall zu vernachlässigen. Die Flüssigkristallelemente lassen sich mit einer sehr geringen Dicke und damit auch mit einem sehr geringen Gewicht herstellen. Statt der schweren Vorschaltgeräte können somit wesentlich leichtere Bauelemente verwendet werden. Der Betrieb der Leuchtstoffröhren bei Ver­ wendung von Flüssigkristallelementen erfolgt derart, daß die Leuchtstoffröhren im wesentlichen konstant be­ trieben werden und lediglich die in den Bereich des Passagierraumes des Flugzeuges gelangende Lichtmenge durch die jeweilige Ansteuerung der Flüssigkristall­ elemente gesteuert wird.

Eine äußerst leichte und flexible Ausbildung des Flüssigkristallelementes wird dadurch bereitgestellt, daß das Flüssigkristallelement folienartig ausgebildet ist.

Sowohl die Erstmontage als auch eine Durchführung von Wartungs- und Servicesarbeiten wird erheblich dadurch erleichtert, daß das Flüssigkristallelement rohrförmig ausgebildet ist.

Eine Verwendung von folienartigen Absorptionselementen, bei denen keine exakte Anpassung der Dimensionierung an die jeweilige Leuchtstoffröhre erfolgen muß, wird da­ durch ermöglicht, daß die Leuchtstoffröhre vom Flüssig­ kristallelement mindestens bereichsweise umwickelt ist.

Eine besonders einfach zu realisierende Steuermöglich­ keit wird dadurch bereitgestellt, daß das Flüssig­ kristallelement in eine Mehrzahl separat ansteuerbarer Segmente unterteilt ist.

Eine analoge Ansteuerung des Flüssigkristallelementes kann dadurch erfolgen, daß die Steuereinheit eine Gleichspannung zur Ansteuerung des Flüssigkristall­ elementes bereitstellt.

Bei einer Verwendung von einem segmentartig unterteil­ ten Flüssigkristallelement ist insbesondere auch daran gedacht, daß die Steuereinheit ein digitales Signal zur Ansteuerung der Segmente bereitstellt.

Die Konstruktion eines folienartigen Flüssigkristall­ elementes kann dadurch erfolgen, daß das Flüssig­ kristallelement aus zwei Trägerfolien ausgebildet ist, die ein Flüssigkristalltropfen enthaltendes Substrat begrenzen und im Bereich ihrer dem Substrat zugewandten Oberflächen mit Elektroden versehen sind.

Eine preiswerte, flexible und für einen langen Zeitraum beständige Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß die Trägerfolien als Polyesterfolien ausgebildet sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Leuchtstoffröhre, die mit einem folienartigen Flüssigkristall­ element umwickelt ist,

Fig. 2 eine Leuchtstoffröhre, auf die ein rohr­ förmiges Flüssigkristallelement aufgeschoben ist,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der elektrischen Ansteuerung des Flüssigkristall­ elementes,

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Licht­ durchlässigkeit in Abhängigkeit von einer an­ gelegten Spannung,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Flüssigkristall­ elementes, das in eine Vielzahl von Sektionen unterteilt ist, die jeweils separat ansteuer­ bar sind,

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Flüssigkristall­ element, bei dem Flüssigkristallpartikel zwischen zwei Trägern angeordnet sind.

Die Vorrichtung zur Helligkeitseinstellung bei einer Leuchtstoffröhre (1) besteht im wesentlichen aus einem Flüssigkristallelement (2), das zwischen der Leucht­ stoffröhre (1) und einem für die Beleuchtung vorge­ sehenen Zielobjekt angeordnet ist.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 besteht das Flüssigkristallelement (2) aus einer Flüssig­ kristallfolie, die um die Leuchtstoffröhre (1) herumge­ wickelt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist es aber auch möglich, das Flüssigkristallelement (2) rohrförmig auszubilden und die Leuchtstoffröhre (1) damit zu umschließen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß das Flüssigkristallelement (2) mit einem Abstand zur Leuchtstoffröhre (1) angeordnet werden kann und ein unmittelbarer Wärmeübergang von der Leuchtstoffröhre (1) zum Flüssigkristallelement (2) vermieden wird. Aufgrund der geringen Energieaufnahme der Leuchtstoffröhre (1) ist aber auch ein unmittel­ barer Kontakt zwischen der Leuchtstoffröhre (1) und dem Flüssigkristallelement (2) bei einer Mehrzahl aller Anwendungen unkritisch.

Zur Vorgabe der Lichtdurchlässigkeit des Flüssig­ kristallelementes (2) ist dieses mit einer Steuerein­ heit (3) verbunden, die über Leitungen (4) an das Flüssigkristallelement (2) angeschlossen ist. Eine Steuerkurve (5) kann entsprechend der Darstellung in Fig. 4 in einem Koordinatenkreuz eingetragen werden, das aus einer Spannungsachse (6) sowie einer Transmissionsachse (7) ausgebildet ist. Bei zunehmender Spannung nähert sich die Steuerkurve (5) einer Maximal­ transmission (8). Bei einer Verwendung von folien­ artigen Flüssigkristallelementen (2) können die Flüssigkristallelemente (2) bis zu einer Flächengröße von etwa 1 qm ausgebildet werden. Statt einer Verwen­ dung eines derartigen großflächigen Elementes ist es aber auch möglich, das Flüssigkristallelement (2) ent­ sprechend der Darstellung in Fig. 5 in Segmente (9) zu unterteilen. Die Segmente (9) sind über ein Verteil­ element (10) an die Steuereinheit (3) angeschlossen. Bei der Verwendung derartiger Segmente (9) ist es nicht erforderlich, eine Steuerkurve entsprechend Fig. 4 vorzugeben. Es ist vielmehr in einfacher Weise möglich, eine digitale Ansteuerung vorzugeben, bei der zur Vorgabe einer mittleren Helligkeit ein bestimmter Anteil der Segmente (9) entweder vollständig licht­ durchlässig bzw. lichtundurchlässig angesteuert wird. Der erforderliche Steuerungsaufwand kann hierdurch er­ heblich reduziert werden.

Der prinzipielle Aufbau eines folienartigen Flüssig­ kristallelementes (2) ist in Fig. 6 dargestellt. Zwischen zwei Trägerfolien (11, 12) ist ein Substrat (13) angeordnet, das tropfenförmige Flüssig­ kristallbereiche enthält. Die Trägerfolien (11, 12) können als dünne und flexible Polyesterfolien ausge­ bildet sein. Zur Aufnahme der Flüssigkristalltropfen besteht das Substrat (13) zu einem vorgebbaren Anteil aus einem Polymerfilm, der gemeinsam mit den Flüssigkristalltropfen eine Emulsion ausbildet. Ohne Anlegen einer Spannung an Elektroden (14, 15), die im Bereich der dem Substrat (13) zugewandten Flächen der Trägerfolien (11, 12) angeordnet sind, orientieren sich die Moleküle der Flüssigkristalle im wesentlichen an den Oberflächen der jeweiligen Tropfen. Hieraus resultiert eine ungeordnete Molekularstruktur, die zu einer Lichtabsorption führt. Bei Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden (14, 15) erfolgt eine Ausrichtung der Moleküle in Richtung der elektrischen Feldlinien. Durch diese gleichartige Ausrichtung wird eine Lichttransmission ermöglicht.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Helligkeitseinstellung bei einer Lichtabstrahlung von Leuchtstoffröhren, insbesonde­ re zur Verwendung im Bereich der Luft- und Raum­ fahrt, bei der ein zur mindestens bereichsweisen Abdeckung der Leuchtstoffröhre vorgesehenes Ab­ sorptionselement als ein elektrisch ansteuerbares Flüssigkristallelement ausgebildet ist, das mit einer eine jeweilige Lichtdurchlässigkeit vorgeben­ den Steuereinheit verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Flüssigkristallelement (2) folienartig ausgebildet und die Leuchtstoffröhre (1) in Längsrichtung umgebend rohrförmig angeordnet ist und daß die Leuchtstoffröhre (1) vom Flüssig­ kristallelement (2) mindestens bereichsweise um­ wickelt ist, daß das Flüssigkristallelement (2) in eine Mehrzahl separat ansteuerbarer Segmente (9) unterteilt ist und daß durch die Anzahl der jeweils angesteuerten Segmente (9) ein variabler Trans­ missionsgrad einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (3) eine Gleichspannung zur Ansteuerung des Flüssigkristallelementes (2) bereitstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (3) ein digitales Signal zur Ansteuerung der Segmente (9) bereitstellt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall­ element (2) aus zwei Trägerfolien (11, 12) ausge­ bildet ist, die ein Flüssigkristalltropfen ent­ haltendes Substrat (13) begrenzen und im Bereich ihrer dem Substrat (13) zugewandten Oberflächen mit Elektroden (14, 15) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trägerfolien (11, 12) als Polyester­ folien ausgebildet sind.