SE522059C2 - Anordning och metod för mätning av temperatur vid flytande kristallskärm(LCD) - Google Patents

Description

522 059 ¿mg¿;§¿;~=“ n ~ | o v nu Exempelvis beskrivs i sammandraget till japanska patentet JP-A-9- 160001 ett LCD-styrsystem vari LCD:ns kontrast styrs med hjälp av mätning av den omgivande temperaturen och justering av kontrasten efter att ha jämfört den mätta temperaturen med en lagrad temperatur och en kontrastinställning baserad på den lagrade temperaturen. Ett liknande system beskrivs även i sammandraget till japanska patentet JP-A-8- 114785. Ett sådant styrsystem har nackdelen att kontrastjusteringen baseras på en omgivningstemperatur som kan avvika avsevärt från de flytande kristallernas temperatur. Detta är fallet oavsett om temperaturen mäts utanför den utrustning i vilken LCD är monterad, eller inuti utrustningens kåpa.

Det är också känt, t ex genom JP-A 9-258161, att ansluta en liten termoelementsavkännare på en LCD-skärm för att mäta dess temperatur.

Detta medför emellertid nackdelen att endast en punktbestämning av LCD-temperaturen erhålls. Därför kan avsevärda fel uppträda, exempelvis i ett fall då solljus faller på endast en del av utrustningen.

Genom japanska patentpublikationen No. 54-064998 är det vidare känt att täcka ytan på en LCD-skärm med en tunn tennoxidfilm, och mäta tennoxidñlmens motstånd för att bestämma LCD:ns temperatur.

Tennoxidfilmen kan också fungera som uppvärmande organ för att tillhandahålla en lämplig arbetstemperatur hos de flytande kristallerna.

Om detta praktiseras i anslutning till en pekskärm har den uppfinningen nackdelen att även ett mycket transparent avkänningsskikt som tillkommer skulle minska LCD:ns visuella kontrast på ett oönskat sätt.

Eftersom pekskärmen som täcker LCD:n orsakar en viss kontrast- och ljusförlust i sig själv är det i allmänhet inte önskvärt att täcka LCD:n med ännu ett transparent skikt. 522 059 .- , , , , , - . - - u Redogörelse för uppfinningen Det övergripande syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för mätning av temperaturen hos en LCD försedd med en pekskärm, varvid mätningen utförs i pekskärmen, mycket nära de flytande temperaturuppskattning över kristallerna och ger en integrerad huvudsakligen hela LCD-ytan.

Detta och andra syften uppnås med uppfinningen såsom den är definierad i de medföljande kraven.

I en första aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålls en anordning för mätning av temperaturen i en LCD försedd med en pekskärm.

Enligt denna aspekt av uppfinningen är ett av de lager som utgör pekskärmen, nämligen det nedersta lagret som är anbringat i anslutning till LCD-ytan, försett med ett transparent ledande skikt med ett känt förhållande mellan temperatur och dess elektriska motstånd. Vid valda intervall mäts det transparenta skiktets motstånd och tolkas som temperaturen hos pekskärmens nedersta lager.

Eftersom pekskärmens nedersta lager är i termisk kontakt med LCD-ytan, och då LCD:ns glasskiva som avskiljer de flytande kristallerna från pekskärmens nedersta lager har utmärkt värmeledningsförmåga, utgör temperaturen hos pekskärmens nedersta lager en god uppskattning av temperaturen hos LCD:ns flytande kristaller.

Eftersom pekskärmens nedersta lager täcker huvudsakligen hela LCD- ytan motsvarar det uppmätta elektriska motståndet i pekskärmens nedersta lager en övergripande uppskattning vilken, i fallet med ojämn temperaturfördelning, utgör ett integrerat mått på både varmare och kallare ytor på LCD:n. lO 522 059 I allmänhet finns redan de komponenter som är nödvändiga för att utöva uppfinningen i LCD / pekskärmsaggregatet. Eventuellt tillkommande komponenter är billiga och är lätta att bygga samman vilket möjliggör kostnadseffektiv produktion.

Förutom att vara kostnadseffektiv gör uppfinningen det onödigt att anbringa ett tillkommande ternperaturkänsligt skikt utöver pekskärmen, varigenom en oönskad reduktion av LCD:ns visuella kontrast undviks.

Således uppvisar föreliggande uppfinning ett antal fördelar, såsom: - beräkning av de flytande kristallernas temperatur med hög noggrannhet då temperaturmätningen görs mycket nära de flytande kristallerna; - temperaturmätning som är känslig för temperaturgradienter över LCD- skärmen eftersom mätningen görs över hela LCD-ytan; - kostnadseffektivitet till följd av få komponenter, vilka komponenter är billiga och lätta att bygga samman, och - kombination av temperaturavkännaren med den redan befintliga pekskärmen vilket undviker ytterligare kontrastförluster.

I en andra aspekt av uppfinningen tillhandahålls en metod för tillverkning av en anordning enligt metoden. - ...v I. 522 059 Kort ritningsbeskrivning Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med exempel, varvid hänvisning görs till de medföljande ritningarna i vilka: sidotvärsnittsvy av ett LCD- och Fig. 1 är en schematisk pekskärmsaggregat för användning vid föreliggande uppfinning.

Fig.2 är ett diagram som visar förhållandet mellan det elektriska motståndet (R) för en polyetentereftalatfilm och temperaturen (T).

Fig. 3 är ett kretsschema som visar en typisk konventionell krets för användning med en pekskärm.

Fig. 4 är ett kretsschema för en LCD-temperaturmätande krets enligt uppfinningen kombinerad med en pekskärm. som visar motstånd och Fig. 5 är ett förenklat kretsschema spänningar i en temperaturmätande anordning enligt uppfinningen.

Fig. 6 är ett schematiskt blockschema för en krets för justering av en LCD-skärm.

Fig. 7 är en schematisk, delvis transparent vy av en portabel telefon som innefattar en temperaturmätningsanordning enligt uppfinningen.

Fig. 8 är ett flödesschema som visar en metod för tillverkning av en LCD-temperaturmätningsanordning enligt uppfinningen.

Det skall noteras att samma hänvisningsnummer i olika figurer hänför sig till samma komponenter. « . a - n 522 059 ..- nu 6 Detaljerad beskrivning av utfóringsformer En utföringsform av föreliggande uppfinning skall beskrivas i det följande.

Fig. 1 är en schematisk sidotvärsnittsvy av ett typiskt konventionellt LCD / pekskärmsaggregat lämpligt för användning vid föreliggande uppfinning. Aggregatet innefattar en pekskärm 20 som täcker en flytande kristall-indikator (LCD) 2. LCD:n 2 innefattar en övre glasskiva 3, en nedre glasskiva 4, och dístanselement 5 och flytande kristaller 6 tillhandahållna mellan den övre och den nedre glasskivan. LCD:n är typiskt fäst på ett tryckt kretskort (ej visat). Pekskärmen 20 innefattar ett övre lager 21, ett nedre lager 22 och distanser 23. Pekskårmen 20 kan vara fäst mot LCD:ns övre glasskiva 3 med hjälp av ett vidhäftande skikt 9, såsom visas, förutsatt att det vidhäftande skiktet har god värmeledningsförmåga. För att säkerställa bästa möjliga termiska ledningsförmåga mellan den övre föredras emellertid att glasskivan och pekskärmens nedre lager pekskärmen placeras direkt på LCD:n.

Pekskärmens 20 övre lager 21 görs typiskt av ett plastmaterial, såsom en polyesterfilm. Det nedre lagret 22 görs typiskt av ett plastmaterial, såsom en polyesterfilm, eller en glasskiva. På de inre ytorna, dvs de ytor som är riktade mot varandra, är lagren 21, 22 belagda med ett ledande skikt, typiskt indium-tennoxid, 24 resp. 25. Då användaren trycker på pekskärmen och därigenom försätter övre och nedre lagren i kontakt, dvs lagrens ledande skikt 24, 25, kan således en elektrisk spänningssignal överföras genom de ledande skikten 24, 25.

Konventionellt är en typisk pekskärm 20 ansluten till den aktuella utrustningen såsom i exemplet på ett kretsschema enligt fig. 3. En styrenhet (ej visad men antydd med kretsledningarna CTRL) öppnar och sluter omkopplarna 31, 32, 33, 34, 35. En analog/ digital(A/ D)-omvandlare 36 är tillhandahållen för att konvertera uppmätta spänningsvärden från analog till digital representation. 522 059 ¿2g¿;¶g3 Då pekskärmens funktion inte i sig är ämne för föreliggande uppfinning skall denna, med exempel, endast beskrivas mycket kort som en bakgrund för att förstå uppfinningen.

Dä användaren trycker på en viss punkt på pekskärrnen kortsluts de övre och nedre ledande skikten 24 och 25 vid den punkten, såsom beskrivits ovan. För att bestämma läget för denna punkt sluter styrenheten först omkopplarna 31 och 32 för att anbringa en spänning Vcc över det ledande skiktet 24 på pekskärmens övre lager 21, öppnar omkopplarna 33 och 34 och försätter omkopplaren 35 i ett tillstånd som ansluter A/ D- omvandlaren 36 till det ledande skiktet 25 på pekskärmens nedre lager 22 via kopplingspunkten 38. En första spänning, vars storlek beror på den position där användaren har kortslutit pekskärmen, avges från A/ D- omvandlaren till godtyckligt registrerande organ.

Denna första spänning ger en representation av den vertikala positionen (vid betraktande av fig. 3) av det område som nedtryckts av användaren. I ett efterföljande steg öppnar styrenheten omkopplarna 31 och 32, sluter omkopplarna 33 och 34 och försätter omkopplaren 35 i ett tillstånd som ansluter A/D-omvandlaren 36 till pekskärmens övre lager 21. Den motsvarande tvärställda positionen för området som nedtryckts av användaren bestäms sedan på ett analogt sätt.

Enligt uppfinningen kan de flytande kristallemas temperatur erhållas genom att bestämma temperaturen hos pekskärmens nedre lager. Detta uppnås, enligt uppfinningen, genom att införa ett temperaturstabilt motstånd Rs i serie med det ledande skiktet 25 på pekskärmens nedre lager 22, medan det ledande skiktet har en temperaturberoende resistans Rts. Med valda intervall läggs en spänning Vcc över serien av motståndet lO 522 059 . . OI n , a n o ' I I' 8 Rs och pekskärmens nedre lager (Rts), och spänningsnivän Vts mellan motståndet Rs och pekskärmens nedre lager Rts mäts.

Detta illustreras i det förenklade kretsschemat i fig. 4, vilket motsvarar den konventionella kretsen enligt fig. 3, som visar en krets enligt uppfinningen vari ett temperaturstabilt motstånd 37 med en resistans Rs år placerat mellan omkopplaren 34 och kopplingspunkten 38. Det ledande skiktet på pekskärmens nedre lager 22 har en temperaturkånslig resistans Rts. En spänning mellan Vts mellan motståndet 37 och pekskärmens nedre lager 22 mäts vid kopplingspunkten 38. Detta illustreras schematiskt i ñg. 5.

Därefter är styrenheten (ej visad) programmerad för att, vid valda tidspunkter mellan dess normala arbetssätt såsom beskrivits ovan, öppna omkopplarna 31 och 32, sluta omkopplarna 33 och 34 för att anbringa en spänning Vcc över motståndet 37 och det nedre lagrets ledande skikt 25 och försätta omkopplaren 35 i ett tillstånd som kopplar A/D-omvandlaren 36 till kopplingspunkten 38 mellan motståndet 37 och det nedre lagrets ledande skikt 25.

Dä den anbringade spänningen Vcc, den uppmätta spänningen Vts och det temperaturstabila motständets resistans Rs är känd, kan temperaturen i pekskärmens nedre lager beräknas, exempelvis med Ohms lag: Rts = Vts-Rs/ (Vcc-Vts) (1) Om, enligt uppfinningen, förhållandet mellan den elektriska resistansen och temperaturen för det ledande skiktet 25 på pekskärmens nedre lager 22 är känd är resistansen Rts användbar för att bestämma lagrets 22 temperatur. För ett visst material, såsom en viss polyesterfilm belagd med indium-tennoxid, kan detta förhållande vara tillgängligt från tillverkaren 522 059 n , , , , , v | o a nu 9 av filmmaterialet. I annat fall kan det erhållas lätt genom att helt enkelt mäta den elektriska resistansen i ett provmaterial vid en vald uppsättning temperaturer som motsvarar de temperaturer vid vilka LCD:n är avsedd att arbeta.

Ett exempel på detta visas i diagrammet enligt fig. 2, som visar förhållandet mellan den elektriska resistansen (R) i en polyeten- tereftalatfilm belagd med ett ledande skikt och temperaturen (T). Det är av diagrammets kurva uppenbart den elektriska resistansen R i denna film förändras väsentligt inom ett temperaturområde från ung. -20 °C till +10 °C vilket gör det möjligt att upprätta ett tämligen tillförlitligt samband mellan temperatur och resistans. Vid temperaturer över ung. +10 °C kan ett mindre tillförlitligt samband uppställas. Med avseende på uppfinningen är således polyetentereftalatñlmen enligt fig. 2 lämplig att använda i tillämpningar där driftstemperaturen för de flytande kristallerna är inom området -20 °C till +10 °C.

För att välja vilket material som skall användas för pekskärmens nedre lager är det således nödvändigt att bedöma arbetstemperaturen för den LCD som uppfinningen skall tillämpas på. Typiskt kan den omgivnings- temperatur som den utrustning som innefattar LCD:n är specificerad för, t. ex. en mobil telefon eller en bärbar dator vid vilka föreliggande skall utövas, användas som en uppfinning approximation av driftstemperaturen.

Med användning av ekvation (1) och ett resistans-temperaturdiagram, motsvarande det i fig. 2, för det material som faktiskt används i det genomskinliga lagret, bestäms temperaturen i pekskärmens nedre lager 22. Eftersom LCDzns övre glasskiva 3 har utmärkt värmeledningsförmåga utgör temperaturen på pekskärmens nedre lager 22 en god uppskattning av de flytande kristallernas 6 temperatur. 522 059 , a o u n ~ . » a Q u u- Således kan de flytande kristallernas 6 temperatur beräknas med god noggrannhet genom att mäta spänningen Vts mellan motståndet 37 och det ledande skiktet 25 på pekskärmens nedre lager.

Detta förfarande är väl lämpat för automatisering, eftersom förhållandet mellan temperatur och motstånd i pekskärmens nedre lager lätt kan överföras till en ekvation för implementering i ett datorprogram som exekveras i en lämplig mikroprocessor. Ett datorprogram är också användbart för att styra mätningen av Vts och för att beräkna resistansen i pekskärmens nedre lager Rts.

Med uppfinningen erhålls en god beräkning av LCD-temperaturen med redan befintliga komponenter, såsom pekskärmen, till följd av den nära kontakten mellan pekskärmens nedre lager och LCD:n. Endast en ytterligare komponent - ett billigt motstånd - och en okomplicerad omprogrammering av styrenheten är nödvändig.

Eftersom därtill inga ytterligare genomskinliga skikt tillkommer uppstår ingen ytterligare kontrastförlust.

Eftersom pekskärmen täcker hela LCD-ytan utjämnas eventuella oregelbundenheter i temperaturfördelningen över skärmens yta eftersom den uppmätta resistansen är ett totalvärde taget över hela pekskärmens nedre lager. Därför tillhandahålls ett lämpligt medelvärde för användning vid bestämning av en temperaturhärledd kontrastjustering av LCD:n, istället för en punktuppskattning.

För att illustrera användningen av det temperaturavkännande elementet enligt föreliggande uppfinning för justering av kontrasten i en LCD visar 522 059 ll ñg. 6 ett schematiskt blockschema av en krets för justering av en LCD- skärm .

Enligt fig. 6 är ett TEMPERATURAVKÄNNANDE ELEMENT, allmänt i form av det nedre lagret av en pekskärm som samverkar med ett temperaturstabilt motstånd, anordnat i anslutning till en LCD-SKÄRM, för att leverera en såsom beskrivits spänningssignal Vts.

Spänningssignalen Vts överförs till en SKÄRMSTYRNING, till exempel en ovan, speciellt förprogrammerad mikroprocessor eller en del av en övergripande styrenhet. SKÄRMSTYRNINGEN svarar på den anbringade spänningen Vts med en LCD-styrspänningssignal Vlcd som överförs till LCD-SKÄRMEN.

Kontrastjustering av en LCD är dock i sig själv konventionell och väl känd för en fackman inom området och därför ges ingen ytterligare förklaring avseende detta i denna beskrivning Föreliggande uppfinning är särskilt användbar för LCD:er som används för att visa visuell information i mobila elektroniska enheter, såsom portabel telefoner, handburna datorer osv.

Exempelvis visas schematiskt i fig. 7 en portabel telefon 41 försedd med en LCD 43 och en pekskärm 42 som täcker LCD:n, varvid pekskärmens nedre lager är ledande och fungerar som temperaturavkännande element.

Den portabla telefonens 41 elektronikenhet innefattar ett temperatur- stabilt motstånd 44, en A/D-omvandlare 45 ansluten mellan motståndet 44 och det ledande skiktet på pekskärmens nedre lager 42 och en styrenhet 46 ansluten till A/D-omvandlaren 45. Styrenheten 46 är programmerad för att utföra de ovan beskrivna beräkningarna. Det skall tydlighets skull jordpotentialanslutningar och kontrastjusterande komponenter, eftersom noteras att för visas inte spänningskällor, dessa komponenter är konventionella och deras användning är väl känd av fackmän inom området. En portabel telefon enligt flg. 9 har fördelen att lO 522 059 12 användaren tillhandahålls en LCD som alltid visar information med god ljuskontrast, oavsett omgivningstemperatur såväl som den portabla telefonens inre temperatur.

Ett motsvarande arrangemang är användbart för en handburen dator.

Fig. 8 är ett flödesschema som illustrerar stegen i metod för att framställa ett LCD-temperaturavkännande pekskärmsaggregat enligt föreliggande uppfinning. Metoden innefattar stegen att: täcka en flytande skristallskärm (LCD) med en pekskärm, som illustreras med 101, varvid pekskärmen har ett undre lager täckt med ett ledande skikt enligt beskrivningen ovan; ansluta ett temperaturstabilt motstånd till det ledande skiktet på pekskärmens undre lager, som illustreras med 102; tillhandahålla en mätanslutning mellan det temperaturstabila motståndet och det ledande skiktet på pekskärmens undre lager, som illustreras med 103; och tillhandahålla en styrenhet för att övervaka en spänning mellan det temperaturstabila motståndet och det ledande skiktet på pekskärmens undre lager, som illustreras med 104, varvid spänningen uppträder som svar på en spänning anbringad över det temperaturstabila motståndet i serie med det ledande skiktet på pekskärmens undre lager.

Det skall förstås att omfattningen av föreliggande uppfinning inte är begränsad till de exempel på utföringsformer som beskrivits ovan, utan bestäms av omfattningen av de bifogade patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 522 059 /3 n | ~ - Q n c v ; u »o PATENTKRAV

1. Anordning för mätning av temperaturen i en flytande kristallskärm (LCD) (2) genom att använda ett temperaturkänsligt ledande skikt (25) som täcker LCD:n, kännetecknad av att det ledande skiktet (25) utgör en del av en pekskärm (20) som är anbringad på LCD:n (2), och att anordningen innefattar organ (37, 38) för att mäta en elektrisk egenskap hos pekskärmens (20) ledande skikt (2 5), varvid värdet för den elektriska egenskapen är representativt för en uppskattning av LCD:ns temperatur.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den elektriska egenskapen är den elektriska resistansen för det ledande skiktet (25) eller spänningen över det ledande skiktet.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att organet för mätning av den elektriska egenskapen innefattar: - ett temperaturstabilt motstånd (37) anslutet till det ledande skiktet (25); och ' - en mätanslutning (38) anordnad mellan det ledande skiktet (25) och det temperaturstabila motståndet (37) för att mäta en spänningssignal (Vts) som är representativ för det ledande skiktets temperatur och tjänar som en uppskattning av LCD:ns (2) temperatur.

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att därtill innefatta en styrenhet för att övervaka spänningssignalen (Vts) och för att justera LCD:ns (2) kontrastnivå som svar på spänningssignalen (Vts). 10 15 20 25 30 522 059 /4

5. Portabel telefon (41) med en flytande kristallskärm (LCD) (43), kännetecknad av en anordning enligt något av föregående krav för mätning av LCD:ns temperatur.

6. Portabel dator med en flytande kristallskärm (LCD) (43), kännetecknad av en anordning enligt något av föregående krav för mätning av LCD:ns temperatur.

7. Metod för tillverkning av en anordning för bestämning av temperaturen i en flytande kristallskärm (LCD), kännetecknad av stegen att: - täcka (101) LCD:n med en pekskärm, varvid pekskärmen har ett skikt anordnat i värmeledande förhållande med LCD:n; - tillhandahålla organ (102-104) för att mäta en elektrisk egenskap hos skiktet, varvid värdet på den elektriska egenskapen är representativt för LCD:ns temperatur.

8. Metod enligt krav 7, kännetecknad av att steget att tillhandahålla organ för att mäta en _ elektrisk egenskap hos pekskårmen innefattar stegen att - ansluta (102) ett temperaturstabilt motstånd till skiktet; och - tillhandahålla (103) en mätanslutning mellan skiktet och det temperaturstabila motståndet.

9. Metod enligt krav 7, kännetecknad av att steget att tillhandahålla organ för att mäta en elektrisk egenskap hos pekskärmen innefattar stegen att tillhandahålla (104) en spänningssignal vid styrenhet för att övervaka en mätanslutningen.