專(zhuān)利名稱(chēng):具體地用于照明液晶顯示器的燈的依賴(lài)于亮度與溫度的控制的方法和電路裝置的制作方法
本發(fā)明涉及具體地用于照明一液晶顯示器(LCD)的燈的依賴(lài)于亮度的控制方法。LCD被優(yōu)先應(yīng)用于石英鐘表和袖珍計(jì)算機(jī)中。由于液晶顯示器容許基本上無(wú)功率的操作，因此只需非常低的功率供應(yīng)，它們亦不斷地被應(yīng)用于通訊領(lǐng)域中所使用的設(shè)備中。
液晶顯示器為被動(dòng)式顯示器，意即它們控制入射到其上面的光。液晶顯示器在前方和后方偏振器之間。配置有一層“扭曲型向列液晶”。在忽略熱波動(dòng)的情況下，長(zhǎng)形分子的縱軸在向列相中是彼此相互平行地排列的。在響應(yīng)施加在電晶顯示器上的電場(chǎng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)使其原來(lái)不透明的液晶層變?yōu)橥该鞯囊壕印?br>如果沒(méi)有施加外電場(chǎng)時(shí)，那么每個(gè)分子層的軸線(xiàn)方向相對(duì)于其相鄰分子層而言轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)小的角度。例如，如果該光(日光照明或來(lái)自一燈的燈光)以水平偏振自后方進(jìn)入時(shí)，那么該光在離開(kāi)液晶層時(shí)是垂直偏振的。如果設(shè)置在前方的偏振器也具有垂直偏振取向，那么該光就無(wú)阻礙地通過(guò)此偏振器，而對(duì)于觀(guān)察者而言，該象區(qū)給人以明亮的印象。
液晶顯示器可劃分成反射式顯示器，意即由前方入射的光依賴(lài)于象素的切換狀態(tài)而被反射或吸收;透射式顯示器，意即從后方進(jìn)入的光是由相應(yīng)待顯示的信息控制的;及透射-反射式(transflective)顯示器，此種顯示器含有一具有透射式和反射式顯示器的特性的半永久反射體。在常閉型顯示器中，信息是以白字黑底的方式顯示的，而在常開(kāi)型顯示器中信息則以黑字白底的方式顯示的。
在液晶顯示器中，液晶層是夾在前方與后方玻璃片之間及涂敷在玻璃片間沿邊緣處的密封劑之間。在玻璃片上配置以透明的電極，以致當(dāng)在兩電極上施加以電壓時(shí)，該液晶層就受到電場(chǎng)的作用。此電場(chǎng)導(dǎo)致所有分子層與電場(chǎng)方向一致，其結(jié)果在電晶層中的扭曲結(jié)構(gòu)并因此該入射光的偏振的方向的施光消失。當(dāng)一水平偏振光從后方進(jìn)入，此光是以水平偏振入射設(shè)置在前方的、垂直取向的偏振器，該偏振器則阻止該光通過(guò)。觀(guān)察者所目擊的象區(qū)則為黑暗的。
矩陣顯示器往往應(yīng)用于字符、圖形和圖象的顯示。這種矩陣顯示器具有彼此被安排成相互平行的水平的和垂直的象素。為顯示一組例如數(shù)字的特定字符，往往應(yīng)用例如七段顯示的分段顯示器。為了在尋址或選擇過(guò)程中分別直接驅(qū)動(dòng)象素以及它們的亮度控制，須將該液晶顯示器連接到一控制電路。當(dāng)每個(gè)分段或每個(gè)象素是直接地被驅(qū)動(dòng)時(shí)，就需要數(shù)量相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)電路和饋送導(dǎo)線(xiàn)。例如對(duì)于一五位數(shù)字各有七段的液晶顯示器，當(dāng)須將各個(gè)分段獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)時(shí)，就需有35條控制導(dǎo)線(xiàn)和一條公用回線(xiàn)。為了獲得無(wú)閃爍圖象，就要用頻率超過(guò)30赫茲的交流電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)該液晶顯示器。
為減少饋送導(dǎo)線(xiàn)和驅(qū)動(dòng)電路的數(shù)目，以多路復(fù)用方式來(lái)控制液晶顯示器，意即，例如每個(gè)列或行是按照時(shí)序激勵(lì)的。跨在被激勵(lì)和未被激勵(lì)的分段(或象素)之間的電壓幅值差相對(duì)于遞增的多路復(fù)用比值而減少，此外，被激勵(lì)和未被激勵(lì)的象素的閾電壓是沒(méi)有差異的，并相對(duì)于溫度而發(fā)生變化。對(duì)于高的多路復(fù)用比值，就因此需要一相應(yīng)的陡斜控制特性，一脈沖振幅調(diào)制往往被應(yīng)用于象素的亮度控制，意即驅(qū)動(dòng)脈沖的振幅決定透光性，并因此決定象素的亮度。
由于液晶層中開(kāi)關(guān)機(jī)理是基于熱效應(yīng)，因此在液晶顯示器中熱生成必須保持在限度之內(nèi)。由于可能發(fā)生入射陽(yáng)光，環(huán)境照明提高達(dá)10勒克司的情況下，以致很難讀出該液晶顯示器。
為改善常開(kāi)型液晶顯示器的易讀性，已知可將一光源放置在該液晶顯示器的前工作面(西德書(shū)23 10 219)。
此外，西德書(shū)30 29 122公開(kāi)一種用于一機(jī)動(dòng)車(chē)輛上的液晶顯示器裝置。該透射式顯示器在其后側(cè)配備了一發(fā)光體，該發(fā)光體對(duì)于隨意導(dǎo)入到液晶層中的環(huán)境光或一光源光為一活動(dòng)結(jié)構(gòu)。
在日光工作方式下該光源是在斷路狀態(tài)，而該日光是通過(guò)一透鏡集中并照亮該發(fā)光體。該發(fā)光體在其后側(cè)具有一反射覆蓋層，入射的日光由后方照亮該液晶層。
在夜間工作方式下該發(fā)光體被設(shè)置在液晶顯示器件的后方，且光源是點(diǎn)亮的。由光源發(fā)出的光從發(fā)光體的反射覆蓋層反射后，被用來(lái)照亮該液晶顯示器器件。
點(diǎn)亮光源及同時(shí)對(duì)發(fā)光體的電機(jī)驅(qū)動(dòng)重調(diào)校到夜間工作方式是通過(guò)一實(shí)用的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的照明設(shè)備的點(diǎn)亮和熄滅的關(guān)開(kāi)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為避免手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)器?？蓱?yīng)用一依賴(lài)于入射的環(huán)境光的亮度(例如通過(guò)硫化鎘光敏器件測(cè)定的亮度)而工作的開(kāi)關(guān)器點(diǎn)亮光源及接通用以重調(diào)校發(fā)光體的電機(jī)。的確這樣做即可避免由于光源的熱輻射所造成的液晶顯示器器件的過(guò)熱現(xiàn)象，但另一方面對(duì)發(fā)光體的重調(diào)校則要求更高的設(shè)計(jì)工作和更昂貴的成本。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用這樣的方式達(dá)到一有效程度地避免造成液晶顯示器過(guò)熱的依賴(lài)于亮度的燈的控制方法以及實(shí)行按照本發(fā)明的方法的電路裝置。
本發(fā)明的這個(gè)目的是通過(guò)一種其特征在于用于該燈的工作電壓是依賴(lài)于測(cè)定的入射的環(huán)境光的亮度而改變的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于依賴(lài)于測(cè)定的環(huán)境光的亮度而改變工作電壓，一方面在用日光照射時(shí)保證液晶顯示器也具有良好的易讀性，另一方面也可顯著地避免由于該燈的熱生成而造成的液晶顯示器的過(guò)熱現(xiàn)象。
按照本發(fā)明的基于上述方法的其特征在于用于該燈的工作電壓是依賴(lài)于所測(cè)定的環(huán)境溫度而改變的另一方法的優(yōu)點(diǎn)在于在任何環(huán)境光強(qiáng)度下可以最適宜地照射該液晶顯示器，例如由于用日光連續(xù)照射，直至達(dá)到臨界溫度(極限溫度約為90℃)。試驗(yàn)證明用于背影照明(用于常開(kāi)型液晶顯示器)的漫射體屏在直接日照的場(chǎng)合下起著一反射器的作用，以致當(dāng)該燈被熄掉時(shí)也還能獲得適宜的易讀性。
按照本發(fā)明的方法的有益的實(shí)施例包括通過(guò)脈沖寬度調(diào)制或脈沖幅度調(diào)制改變?cè)摕舻墓ぷ麟妷旱姆椒ǎ驮谔幚砼c溫度相關(guān)的場(chǎng)合下，該燈的工作電壓是在溫度超過(guò)一預(yù)先給定的閾值時(shí)被切斷的方法。
用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的電路裝置包括一脈沖發(fā)生器，該發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間是依賴(lài)于被測(cè)定的亮度而改變的，并且裝在燈的電流回路中的開(kāi)關(guān)器是通過(guò)利用如此而產(chǎn)生的電流脈沖而受控制的。
上述的電路裝置的電路成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易并能在很大程度上集成化。
本發(fā)明的另一個(gè)有益的電路裝置的實(shí)施例包括一脈沖發(fā)生器，該發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖的脈沖振幅是依賴(lài)于被測(cè)定的亮度而改變的，并且裝在燈的電流回路中的可控電阻通過(guò)利用如此產(chǎn)生的電流脈沖而改變。
本發(fā)明的另一有益的電路裝置的實(shí)施例除將上述兩實(shí)施例的電路裝置結(jié)合在一起外，并包括一第一比較器，在此電路裝置中將控制脈沖施加到此第一比較器，該比較器將脈沖振幅與一在分壓器的一抽頭上的遞減電壓進(jìn)行比較，該分壓器被連接到工作電壓源，并由一正溫度系數(shù)電阻和另一電阻組成，而該第一比較器被連接到一開(kāi)關(guān)晶體管的基極，該晶體管的發(fā)射極是被連接到工作電壓源的一端，而其集電極則被連接到燈的一個(gè)端。
本發(fā)明的又另一個(gè)有益的電路裝置的實(shí)施例除了如上面所述電路裝置的實(shí)施例之外，還具有這樣的特征為了對(duì)控制脈沖整形，而將這些脈沖加到一第二比較器，該第二比較器的輸出端則被連接到第一比較器。
本發(fā)明的另一個(gè)有益的電路裝置的實(shí)施例除了如上述電路裝置實(shí)施例外還包含產(chǎn)生脈沖的鋸齒波發(fā)生器，該發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖是被施加到一第三比較器，而該第三的輸出端則被連接到第二比較器。
本發(fā)明的又另一個(gè)有益的電路裝置的實(shí)施例除了如上述電路裝置一樣外還具有這樣的特征該鋸齒波發(fā)生器是由包含兩個(gè)阻容網(wǎng)路的第四比較器組成的。
本發(fā)明電路裝置的其他的實(shí)施例，在實(shí)施上述各個(gè)實(shí)施例過(guò)程中，應(yīng)用了4個(gè)運(yùn)算放大器作為比較器，而且由相同的元件組成的。
在上述其他電路裝置的實(shí)施例中，其第三運(yùn)算放大器的輸出端被連接到一分壓器的抽頭、而該分壓器被連接到工作電壓源，并由一電容器及一光敏晶體管組成的。
另一個(gè)有益的電路裝置的實(shí)施例除了如上述的實(shí)施例外，另外還包含一個(gè)與所述光敏晶體管的主電流路徑并聯(lián)的電阻。
下文將參照附圖中所示的一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明以及如何將之實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)的敘述。在附圖中所示的電路裝置中，應(yīng)用了脈沖寬度調(diào)制方法，而燈L的工作電壓UB則依賴(lài)于測(cè)定的入射環(huán)境光的亮度和依賴(lài)于測(cè)定的環(huán)境溫度而改變的。該電路裝置具有串聯(lián)配置的比較器，可用作為比較器的運(yùn)算放大器01至04。
一脈沖發(fā)生器IG包括一鋸齒波發(fā)生器SG，該鋸齒波發(fā)生器是由具有兩組阻容網(wǎng)路R1、C1和R2、C2的第四運(yùn)算放大器04，順次配置在該第四運(yùn)算放大器04之后的第三運(yùn)算放大器03，及一連接到該第三運(yùn)算放大器03的輸入端之一的分壓器R5、R6組成的。
電阻R2的一引線(xiàn)連接到工作電壓源BQ的一端，而該電阻R2的第二引線(xiàn)則連接到第四運(yùn)算放大器04的輸出端、第二電容C2的一引線(xiàn)，第一電阻R1的第一引線(xiàn)和第三運(yùn)算放大器03的非倒相輸入端。電容C2的第二條引線(xiàn)接地。第四運(yùn)算放大器04的倒相輸入端和第一電容C1的第一端皆連接到第一電阻R1的第二端，而該第一電容C1的第二端接地。一分壓器由第四電阻R4及第五電阻R5和第六電阻R6組成，并被連接在工作電壓BQ的兩端之間。第二運(yùn)算放大器02的倒相輸入端及第四運(yùn)算放大器04的非倒相輸入端被連接到該分壓器的第一抽頭。第三運(yùn)算放大器03的倒相輸入端被連接到該分壓器的第二抽頭。
由一第三電容C3和一光敏晶體管T1組成的一第三分壓器被連接到工作電壓源BQ。一第三電阻R3配置成并聯(lián)于該光敏晶體管T1的主電流路徑。第二運(yùn)算放大器02的非倒相輸入端和第三運(yùn)算放大器03的輸出端被連接到第三分壓器的抽頭上。
由一第七電阻R7和一第八電阻R8組成的第四分壓器，及由一第九電阻R9和一正溫度系數(shù)電阻KL組成的第五分壓器，均被連接到工作電壓源BQ。第四分壓器的抽頭被連接到第二運(yùn)算放大器02的輸出端及第一運(yùn)算放大器01的非倒相輸入端。第五分壓器的抽頭則被連接到第一運(yùn)算放大器01的倒相輸入端。
一第十一電阻R11的第一端和一第十電阻R10的第一端被連接到第一運(yùn)算放大器01的輸出端。第十一電阻R11的第二端被連接到工作電壓源BQ的一端。開(kāi)關(guān)晶體管T2的基極被連接到第十電阻R10的第二端。該開(kāi)關(guān)晶體管T2的發(fā)射極被連接到工作電壓源BQ的一端，而該開(kāi)關(guān)晶體管的集電極被連接到燈L的一端。燈L的第二端點(diǎn)則連接到工作電壓源BQ的另一端。
圖1中所示電路裝置的工作方式將在下文中較詳細(xì)的敘述。
鋸齒被發(fā)生器SG包括帶有開(kāi)路集電極輸出的第四運(yùn)算放大器04。第一電容和第二電容基本上同時(shí)地通過(guò)第二電阻而被充電，直至第四運(yùn)算放大器04的倒相和非倒相輸入端之間的差動(dòng)電壓變成負(fù)值為止。然后第四運(yùn)算放大器04的輸出晶體管被接轉(zhuǎn)，而在短的時(shí)間階段內(nèi)第二電容C2放電。第四運(yùn)算放大器04的輸出晶體管保持導(dǎo)通，直至第一電容C1經(jīng)過(guò)第一電阻R1和該輸出晶體管放電的程度達(dá)到使第四運(yùn)算放大器04的倒相和非倒相輸入端之間的差動(dòng)電壓又再變成正值為止。
跨在第二電容C2上的鋸齒波電壓降有一較平坦的前沿(在理想情況下對(duì)時(shí)間而言是線(xiàn)性的)和一較陡峭的后沿(在理想情況下急劇下降)，造成第三運(yùn)算放大器03的輸出晶體管短時(shí)間導(dǎo)通及長(zhǎng)時(shí)間不導(dǎo)通。連接到這輸出晶體管的集電極的第三電容C3，在輸出晶體管的不導(dǎo)通階段內(nèi)經(jīng)過(guò)光敏晶體管T1的主電流路徑迅速地放電和充電。光敏晶體管T1所產(chǎn)生的電流具有一對(duì)應(yīng)于遞增的照明強(qiáng)度而遞增的幅值，以致第三電容C3充電的程度更高。通過(guò)配置成并聯(lián)于光敏晶體管T1的主電流路徑的第三電阻R3，可避免在完全黑暗的情況下燈L完全地熄滅。
通過(guò)第二運(yùn)算放大器02，一具有脈沖長(zhǎng)度依賴(lài)于光的和脈沖幅度等于工作電壓UB的一半的矩形脈沖信號(hào)是由跨在第三電容C3的鋸齒波電壓降產(chǎn)生的。
第九電阻R9的阻值是如此確定的，即在第一運(yùn)算放大器01的倒相輸入端的一直流電壓超過(guò)該第一運(yùn)算放大器01的非倒相輸入端一遞減的直流電壓值的情況是在低于臨界溫度下產(chǎn)生的。其結(jié)果是第一運(yùn)算放大器01的非倒相和倒相輸入端間的差動(dòng)電壓被倒置過(guò)來(lái)，而第一運(yùn)算放大器01的輸出晶體管是周期性地不導(dǎo)通和導(dǎo)通，以致開(kāi)關(guān)晶體管T2在黑暗的情況下總是在一長(zhǎng)的時(shí)間階段內(nèi)不導(dǎo)通而在短的時(shí)間階段內(nèi)導(dǎo)通，當(dāng)在明亮的情況下，情況則用相反的方式而達(dá)到對(duì)應(yīng)的程度。
工作在R/θ特性的陡峭區(qū)的正溫度系數(shù)電阻KL當(dāng)被加熱到例如90℃的溫度時(shí)變?yōu)楦唠娮栊?。因?yàn)樵诘谝贿\(yùn)算放大器01的倒相輸入端的合成遞增電壓降，該第一運(yùn)算放大器01的倒相和非倒相輸入端的電壓差將不會(huì)再倒置，而開(kāi)關(guān)晶體管T2將保持在不導(dǎo)通狀態(tài)，因此直至溫度再降低前，燈L保持熄滅狀態(tài)。
在這樣狀況下必須配備以正溫度系數(shù)電阻KL，以致不會(huì)發(fā)生自動(dòng)加熱和/或變阻效應(yīng)。通過(guò)應(yīng)用具有特別高電阻-溫度變化的適宜材料制成的尺寸小的正溫度系數(shù)電阻KL就可能獲得一非常高的控制精度和正溫度系數(shù)電阻KL的快速響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.具體地說(shuō)用于照明-液晶顯示器的燈的依賴(lài)于亮度的控制方法，其特征在于用于燈(L)的工作電壓(UB)是依賴(lài)于測(cè)定的入射環(huán)境光的亮度而改變的。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于用于燈(L)的工作電壓(UB)是依賴(lài)于測(cè)定的環(huán)境溫度而改變的。
3.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于該工作電壓(UB)是通過(guò)脈沖寬度調(diào)制而改變的。
4.按照權(quán)利要求
1的方法，其特征在于該工作電壓(UB)是通過(guò)脈沖幅度調(diào)制而改變的。
5.按照權(quán)利要求
2的方法，其特征在于當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)先給定的閾值時(shí)工作電壓(UB)被切斷。
6.用于執(zhí)行按照權(quán)利要求
1的方法的電路裝置，其特征在于由一脈沖發(fā)生器(IG)產(chǎn)生的脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間是依賴(lài)于被測(cè)定的亮度而改變的，并且一裝在燈(L)的電流回路中的開(kāi)關(guān)器(T2)是通過(guò)利用如此而產(chǎn)生的電流脈沖而控制的。
7.用于執(zhí)行按照權(quán)利要求
1的方法的電路裝置，其特征在于由一脈沖發(fā)生器(IG)產(chǎn)生的脈沖的脈沖振幅是依賴(lài)于被測(cè)定的亮度而改變的，并且一裝在燈(L)的電流回路中的可控電阻通過(guò)利用如此產(chǎn)生的電流脈沖而變化的。
8.按照權(quán)利要求
6和7的電路裝置，其特征在于控制脈沖被施加到一第一比較器，該比較器將脈沖振幅與在一分壓器的一抽頭上的遞減電壓進(jìn)行比較，該分壓器被連接到工作電壓源(BQ)并由一正溫度系數(shù)電阻(KL)和一電阻(R9)組成的，而該第一比較器被連接到開(kāi)關(guān)晶體管(T2)的基極，該晶體管的發(fā)射極被連接到工作電壓源(BQ)的一端，而其集電極則被連接到燈的一個(gè)端。
9.按照權(quán)利要求
8的電路裝置，其特征在于為了對(duì)控制脈沖整形而將這些脈沖施加到一第二比較器，該第二比較器的輸出端則被連接到第一比較器。
10.按照權(quán)利要求
9的電路裝置，其特征在于由鋸齒波發(fā)生器(SG)產(chǎn)生的脈沖被施加到一第三比較器，而該第三比較器的輸出端則被連接到第二比較器。
11.按照權(quán)利要求
10的電路裝置，其特征在于該鋸齒波是由一包含兩個(gè)阻容網(wǎng)路的第四比較器組成的。
12.按照權(quán)利要求
8至11中的任意一項(xiàng)的電路裝置，其特征在于應(yīng)用4個(gè)運(yùn)算放大器(01…，04)作為比較器，而且這些運(yùn)算放大器由相同的元件組成的。
13.按照權(quán)利要求
12的電路裝置，其特征在于第三運(yùn)算放大器(03)的輸出端是被連接到一分壓器的抽頭，該分壓器被連接到工作電壓源(BQ)，并由一電容(C3)和一光敏晶體管(T1)組成的。
14.按照權(quán)利要求
13的電路裝置，其特征在于一電阻(R3)被配置成并聯(lián)于該光敏晶體管(T1)的主電流路徑。
專(zhuān)利摘要
具體地說(shuō)為了對(duì)用于照明一液晶顯示器的燈的進(jìn)行依賴(lài)于亮度的控制，已知須依賴(lài)于測(cè)定的入射環(huán)境光的亮度將燈點(diǎn)亮或熄滅。為防止當(dāng)液晶顯示器例如直接暴露于日光而造成顯示器的過(guò)熱現(xiàn)象，燈的工作電壓需依賴(lài)于測(cè)定的入射環(huán)境光的亮度而改變。此外實(shí)現(xiàn)了另一改良，即燈的工作電壓需依賴(lài)于測(cè)定的環(huán)境溫度而改變，更具體地說(shuō)當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)先給定的閾值時(shí)，工作電壓被切斷。執(zhí)行本方法的電路裝置只需稍小的設(shè)計(jì)工作和成本，電路可在很大程度上被集成化。
文檔編號(hào)G09G3/18GK87105479SQ87105479
公開(kāi)日1988年2月17日 申請(qǐng)日期1987年8月6日
發(fā)明者路德維?！さ莾?nèi)賴(lài), 埃克哈德·瓦爾特斯 申請(qǐng)人:菲利蒲光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan