NO873293L - Fremgangsmaate og kretsanordning for lysstyrkestyring av en lampe. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for lysstyrkeavhengig styring av en lampe, nærmere bestemt anvendt for belysning av en LCD (væskekrystallfremviser). LCD'er er fortrinnsvis anvendt i kvartsklokker og lommekalkulatorer. Da vaeskekrystallfremvisere tillater et vesentlig mindre energi-forbruk under operasjon, og følgelig kun svært liten strøm-forsyningsenergi, har det vært et økende bruk i anordninger anvendt innenfor kommunikasjonsområdet.

Vaeskekrystallf remvisere er passive fremvisere, dvs. de styrer lyset som faller inn på dem. Vaeskekrystallf remvisere er forsynt med fremre og bakre polariserere med et sjikt av "twisted nematic liquid crystals". Ignorerer man varmeveks-lingen blir lengdeaksen til de langstrakte molekylene parallelle med hverandre i den nematiske fasen. Som reaksjon på et elektrisk felt tilført den elektriske krystallfremviseren kan det bli tilveiebragt det opprinnelige opake væskekrystallsjiktet bli transparent.

Dersom ikke noe eksternt elektrisk felt påføres, så blir akseretningen til hvert molekylsjikt dreiet en liten vinkel i forhold til tilliggende molekylsjikt. Dersom lyset (dags-lysbelysningen eller lyset fra en lampe) f.eks. går fra den bakre med en horisontal polarisasjon, så blir lyset vertikalt polarisert når det forlater væskekrystallsjiktet. Dersom polarisatoren anordnet ved fronten også har en vertikal orientering, så utbreder seg lyset uhindret gjennom denne polarisatoren, og for en observatør ser billedarealet ut som om det er lyst.

Vaeskekrystallf remvisere kan bli delt i reflekterende fremvisere, dvs. lyset som faller fra den fremre delen reflek-teres eller absorberes avhengig av brytert Ustanden til billedelementene, en sendende fremvisning, dvs. lys som entrer fra den bakre delen blir styrt tilsvarende med informasjonen som skal bli fremvist og en transflektiv fremviser som har en halvpermanent reflektor som har egen- skapene til transmissive og reflektive fremvisninger. I den negative kontrastfremvisningsmodus blir informasjonen fremvist i lys kontrast på en mørk bakgrunn, mens ved positiv kontrastfremvisningsmodus blir fremstillingen av informasjonen bevirket ved hjelp av mørke tegn på en lys bakgrunn.

Ved vaeskekrystallf remvisere lagvis anbragt mellom fremre og bakre glassplater og mellom en tetning påført langs kantene mellom glassplatene. Transparente elektroder blir anordnet på glassplatene slik at når en spenning blir påført to elektroder, blir væskekrystallsjiktet underlagt et elektrisk felt. Dette elektriske feltet bevirker at alle molekylsjiktene blir innrettet med det elektriske feltet, som et resultat av hvilke vridningen i det elektriske krystallsjiktet og følgelig av rotasjonsretningen til polarisasjonen for det innfallende lyset forsvinner. Dersom lyset til en horisontal polarisasjon, inn fra bak fra, faller dette lyset med en horisontal polarisasjon ved den fremre vertikalorienterte polarisatoren som forhindrer lyset fra å passere den. Billedarealet synes observatøren som mørkt.

For fremvisning av tegn, kurver og bilder anvendes ofte en matrisefremvisning. En slik matrisefremviser har horisontale og vertikale billedelementer som alltid er anordnet parallelt med hverandre. For å fremvise sett med bestemte tegn, f.eks. tall, anvendes ofte en segmentfremvisning, f.eks. en syv-segmentfremvisning. For en direkte driving ved hjelp av adresser eller valg av respektive billedelementer og deres lysstyrkestyring er vaeskekrystallfremviseren forbundet med en styrekrets. Dersom hvert segment eller hvert billedelement (pixel) er direkte drevet, er et stort antall drIverkretser og matelinjer nødvendig. En vaeskekrystallf remviser for f.eks. et femsifret tall med hvert syv segmenter krever 35 styre-ledere og en felles returleder når hvert segment må bli individuelt drevet. En vekselspenning med en frekvens som overskrider 30 Hz er ofte anvendt for å drive væskekrystallfremviseren for å tilveiebringe et flakke-fritt bilde.

For å redusere antall matelinjer og drlverkretser blir vaeskekrystallf remviserne styrt i multipleksmodus, dvs. f.eks. at hver kolonne eller hver linje aktiveres tidssekvensmessig. Spenningsamplitudeforskjellen mellom spenningen over aktiverte og ikke aktiverte segmenter (eller billedelementer) avtar i forhold til økende multipleksforhold, idet terskel-spenningene til aktiverte og ikke aktiverte billedelementer ikke blir adskilt og i tillegg varierer i forhold til temperatur. For høye multipleksforhold blir en tilsvarende steil styrekarakteristikk følgelig nødvendig, idet en pulsamplitudemodulasjon ofte anvendes for lysstyrkestyring av billedelementene, dvs. amplituden til drivpulsene bestemmer permeabiliteten for lyset og følgelig lysstyrken til billed-elementet .

Når brytermekanismen i væskekrystallsjiktet er basert på en termisk effekt, må varmegenereringen i vaeskekrystallf remviseren bli holdt innenfor grenser. På grunn av innfallende sollys, ved omgivelsebelysningsnivået, kan være opptil IO<5>lux, kan vaeskekrystallfremviseren bli vanskelig å lese.

For å forbedre lesbarheten er det kjent for en væskekrystallfremviser med positiv kontrastfremvisning å anbringe en lyskilde ved frontflaten til vaeskekrystallf remviseren (DE-PS 23 10 219).

DE-PS 30 29 122 beskriver dessuten en væskekrystallfremvis-ningsanordning for et motorkjøretøy. Transmissiv fremvisning er anbragt ved den bakre side med et luminiserende legeme, som får valgfri innføring av omgivelseslys, eller lys til en lyskilde inn i væskekrystallen er av en bevegelig struktur.

I dagslysmodusen er lyskilden I frakoblet tilstand, og dagslyset blir konsentrert ved hjelp av en linse og belyser det luminiserende legemet. Det luminiserende legemet har et reflekterende belegg på dets bakside, gjennom hvilket innfallende dagslys belyser væskekrystallsjiktet bakfra.

I nattmodusen blir det luminiserende legemet anbragt ved den bakre enden av væskekrystallfremviseranordningen, og lyskilden blir slått på. Lyset fra lyskilden, reflektert fra det reflekterende belegget til det luminiserende legemet blir nå anvendt for å belyse væskekrystallfremvisningsanordningen.

Koblingen av lyskilden og samtidig motordrive-lesejusteringen av det luminiserende legemet til nattmodus blir bevirket ved hjelp av en bryter som er påvirkbar til på- eller av-slåing av lyset til motorkjøretøyet. For å forhindre manuell drift av en bryter er det mulig å bruke en elektrisk bryter, som avhengig av lysstyrken (en målt lysstyrke, f. eks. ved hjelp av kadmiumssulfidfotofølere) til det innfallende omgivelseslyset kobles lyskilden på, og motoren for lesejustering av det luminiserende legemet. Det er virkelig tilfelle at overoppvarming av vaeskekrystallf remvisningsanordningen ved varmestråling fra lyskilden forhindres, men på den andre siden høynes kompleksiteten og kostnadene ved å anvende lesejustering av det luminiserende legemet.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for lysstyrkeavhengig styring av en lampe på en slik måte at overoppvarming av vaeskekrystallf remviseren blir forhindret i vesentlig grad.

Dette blir tilveiebragt ved hjelp av en fremgangsmåte hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har den fordelen at endringen av operasjonsspenningen i avhengighet av målt lysstyrke til innfallende omgivelseslys sikrer på den ene siden en god lesbarhet av vaeskekrystallf remviseren, også med innfallende sollys, og på den andre siden forhindres overoppvarming av væskekrystallfremviseren på grunn av at varmegenereringen av lampen i betydelig grad er forhindret.

Fremgangsmåten ifølge krav 2 har den fordelen at væskekrystallfremviseren kan bli optimalt belyst ved enhver omgivel-seslysintensitet inntil f.eks. på grunn av kontinuerlig bestråling av sollys, en kritisk temperatur (grensetemperatur tilnærmet 90°C) er nådd. Forsøk beviser at diffusorskjerm for bakgrunnsbelysning (for en vaeskekrystallf remviser med positiv kontrastfremvisning) virker som en reflektor i tilfelle av direkte lysbestråling, slik at også når lampen er koblet av blir det tilveiebragt en egnet lesbarhet.

Fordelaktig utførelsesform av fremgangsmåten fremgår av de øvrige kravene.

Kretsanordningen for å utføre fremgangsmåten fremgår av de karakteristiske trekkene til krav 6 og krever en billig krets og er enkel å utføre idet den kan bli integrert I stor grad.

Ytterligere fordelaktige utførelsesformer av kretsen fremgår av de øvrige kravene.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til en utførelsesform vist på medfølgende tegning.

Ved kretsanordningen vist på figuren blir pulsbreddemodula-sjonsmetoden anvendt, og operasjonsspenningen UB for en lampe L varieres i avhengighet av målt lysstyrke for det innfallende omgivelseslyset og i avhengighet av målt omgivelsestemperatur. Kretsanordningen har en serieanordnet komparator, idet operasjonsforsterkeren 01 til 04 er slik at de kan bli anvendt som komparatorer.

En pulsgenerator IG innbefatter en sagtannsgenerator SG som er Innbefattet av den fjerde operasjonsforsterkeren 04 med to RC nettverk RI, Cl; R2, C2, en tredje operasjonsforsterker 03 er anordnet etter denne operasjonsforsterkeren 04, og en spenningsdeler R5 , R6 er forbundet med en av dens innganger.

Motstanden R2 har en ledning forbundet med terminalen til operasjonsspenningskilden BQ, og dens andre ledning er forbundet med både utgangen til den fjerde operasjonsforsterkeren 04, med ledningen til den andre kondensatoren C2, med en første ledning til den første motstand RI og med den ikke-inverterende inngangen til den tredje operasjonsforsterkeren 03. Den andre terminalen til kondensatoren C2 er forbundet med jord. Både den inverterende inngangen til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 og den første terminalen til den første kondensatoren Cl, hvis andre terminal er forbundet med jord, er forbundet med den andre terminalen til den første motstanden RI. En spenningsdeler sammensatt av en fjerde motstand R4, den femte og sjette motstanden R5, R6 er forbundet mellom terminalene til operasjonsspenningskilden BQ. Den inverterende inngangen til den andre operasjonsforsterkeren 02 og den ikke-inverterende inngangen til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 er forbundet med det første uttaket til spenningsdeleren. Den inverterende inngangen til den tredje operasjonsforsterkeren 03 er forbundet med det andre uttaket til spenningsdeleren.

En tredje spenningsdeler, dannet av en tredje kondensator C3 og en fototransistor Tl er forbundet med operasjonsspenningskilden BQ. En tredje motstand R3 er anordnet parallelt med hovedstrømbanen til fototransistoren Tl. Den ikke-inverterende inngangen til den andre operasjonsforsterkeren 02 og utgangen til den tredje operasjonsforsterkeren 03 er forbundet med uttaket til den tredje spenningsdeleren.

En fjerde spenningsdeler innbefattet av en syvende og åttende motstand R7, R8, og en femte spenningsdeler innbefattet av en niende motstand R9 og en PTC motstand KL er forbundet med operasjonsspenningskilden BQ. Uttaket til den fjerde spenningsdeleren er forbundet med både utgangen til den andre operasjonsforsterkeren 02 og den ikke-inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren. Uttaket til den femte spenningsdeleren er forbundet med den inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren 01.

En første terminal til en ellevte motstand Ril og en første terminal til en tiende motstand RIO er forbundet med utgangen til den første operasjonsforsterkeren 01. Den andre terminalen til den ellevte motstanden Ril er forbundet med en terminal til operasjonsspenningskilden BO. Basisen til en brytertransistor T2 er forbundet med den andre terminalen til den tiende motstand RIO. Emitteren til brytertransistoren T2 er forbundet med en terminal til operasjonsspenningskilden BO, og kollektoren til brytertransistoren T2 er forbundet med en terminal til lampen L. Den andre terminalen til lampen L er forbundet med en terminal til operasjonsspenningskilden

BQ.

Operasjonsmodusen på kretsanordningen vist på figuren vil nå bli beskrevet nærmere.

Sagtanngeneratoren SG innbefatter den fjerde operasjonsforsterkeren 04 med åpen koblingsutgang. Den første kondensatoren Cl og den andre kondensatoren C2 er ladet i det vesentlige samtidig via den andre motstanden R2 inntil differensspenningen mellom den inverterende og ikke-inverterende inngangen til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 blir negativ. Utgangstransistoren til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 blir så koblet gjennom, og den andre kondensatoren C2 blir utladet i en kortere tidsperiode. Utgangstransistoren til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 forblir ledende inntil den første kondensatoren Cl har blitt utladet via den første motstanden RI og utgangstransistoren i en slik grad at differensialspennlngen mellom de inverterende og ikke-inverterende inngangene til den fjerde operasjonsforsterkeren 04 blir positiv igjen.

Sagtannspenningen faller, og den andre kondensatoren C2 med avtagende frontflanke (ved det Ideelle tilfelle lineære forhold til tiden) og en brattere bakre flanke (dvs. ideelle tilfelle et abrupt fall) resulterer ved den tredje opera-sjonsforssterkeren 03 i en kortere ledeperiode og en lengre ikke-ledende periode for utgangstransistoren. Den tredje kondensatoren C3 forbundet med kollektoren til utgangstransistoren blir hurtig utladet og ladet gjennom den ikke-ledende perioden til utgangstransistoren via hovedstrømbanen til fototransistoren Tl. Strømmen frembragt av fototransistoren Tl har en amplitude som øker i forhold til den økende luminiserende intensiteten, slik at den tredje kondensatoren C3 blir ladet i en større grad. Ved hjelp av den tredje motstanden R3 som er anordnet parallelt med hovedstrømbanen til fototransistoren Tl, blir lampen L forhindret fra å gå ut fullstendig i tilfelle av fullstendig mørke.

Ved hjelp av den andre operasjonsforsterkeren 02 blir et rektangulært pulsformet signal med en lysavhengig pulslengde og en amplitude lik halvdelen av operasjonsforsterkeren UB frembragt fra sagtannspenningsfallet over den tredje kondensatoren C3.

Resistansverdien til den niende motstanden R9 bestemmes slik at ved den inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren 01 blir en likespenning, som overskrider likespennlngen til en avtagende verdi ved den Ikke-inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren 01, frembragt under den kritiske temperaturen. Som et resultat derav blir differensialspennlng mellom ikke-inverterende og inverterende innganger til den første operasjonsforsterkeren 01 invertert, og utgangstransistoren til den første operasjonsforsterkeren 01 er periodisk ikke-ledende og ledende slik at brytertransistoren T2 alltid er ikke-ledende for en lang tidsperiode og ledende for en kort tidsperiode i tilfelle av mørke, og omvendt i en korresponderende grad når det er lyst.

PTC-motstanden KL som blir drevet i trinnområdet til R/V-karakteristikk blir sterkt resistiv når den blir oppvarmet til en temperatur på f.eks. 90°C. På grunn av det resul-terende økede spenningsfallet ved den inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren 01 vil spenningsfor-skjellen mellom den Inverterende og ikke-inverterende inngangen til den første operasjonsforsterkeren 01 ikke reverseres mer, og brytertransistoren T2 forblir i den ikke-ledende tilstanden, og lampen L forblir følgelig mørk inntil temperaturen har avtatt igjen.

PTC-motstanden KL må i denne situasjonen være anordnet slik at ingen selvoppvarming og/eller varistoreffekt kan fore-komme. Ved bruk av egnede materialer med en fortrinnsvis høy resistanstemperaturvariasjon er det mulig å tilveiebringe en svært høy styrenøyakt ighet og en hurtig reaksjon på PTC-motstanden KL for en PTC-motstand KL av liten størrelse.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for lysstyrkeavhengig styring av en lampe, nærmere bestemt for å belyse en vaeskekrystallf remviser,karakterisert vedat operasjonsspenningen (UB) for lampen (L) endres i avhengighet av målt lysstyrke til det innfallende omgivelseslyset.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at operasjonsspenningen (UB) for lampen (L) endres i avhengighet av målt omgivelsestemperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at operasjonsspenningen (UB) endres ved hjelp av pulsbreddemodulasj onen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at operasjonsspenningen (UB) endres ved hjelp av pul sampl i tudemodulasj onen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisertved at operasjonsspenningen (UB) kobles av når en forhåndsinnstillbar terskelverdi fra temperaturen over-skrides .

6. Krets for å utføre fremgangsmåten ifølge krav 1,karakterisert vedat pulsvarigheten til pulsene frembragt av en pulsgenerator (IG) endres i avhengighet av den målte lysstyrken, og at en bryter (T2) inkorporert i strømsløyfen til lampen (L) styres ved hjelp av således frembragte strømpulser.

7. Krets for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1,karakterisert vedat pulshøyden til pulsene frembragt av en pulsgenerator (IG) endres i avhengighet av den målte lysstyrken, og at en styrbar motstand inkorporert i strømsløyfen til lampen (L) endres ved hjelp av de således frembragte strømpulser.

8. Krets ifølge krav 5 og 6,karakterisert vedat styrepulser tilføres en første komparator som sammenligner pulshøyden med en avtagende spenning ved et uttak for en spenningsdeler, som er forbundet med operasjonsspenningskilden (BQ) og består av en PTC- motstand (KL) og en motstand (R9), og at den første komparator er forbundet med basisen til brytertransistoren (T2) hvis emitter er forbundet med en terminal til operasjonsspenningskilden (BQ) og hvis kollektor er forbundet med en terminal til lampen (L).

9. Krets ifølge krav 8,karakterisert vedat for forming av styrepulsene tilføres disse pulsene en andre komparator hvis utgang er forbundet med den første komparator .

10. Krets ifølge krav 9,karakterisert vedat pulser frembragt ved hjelp av sagtanngeneratoren (SG) tilføres en tredje komparator hvis utgang er forbundet med den andre komparatoren.

11. Krets ifølge krav 10,karakterisert vedat sagtanngeneratoren (SG) er sammensatt av fire komparatorer innbefattende to RC-nettverk.

12. Krets ifølge et hvilket som helst av kravene 8 til 11,karakterisert vedat operasjonsforsterkeren (01 04) anvendes som komparatorer og er innbefattet av samme elementer.

13. Krets ifølge krav 12,karakterisert vedat utgangen til den tredje operasjonsforsterkeren (03) er forbundet med uttaket til en spenningsdeler som er forbundet med operasjonsspenningskilden (BQ) og er sammensatt av en kondensator (C3) og en fototransistor (Tl).

14 . Krets ifølge krav 13,karakterisert vedat en motstand (R3) er anordnet parallelt med hovedstrømbanen til fototransistoren (Tl).