DE102006009975A1

DE102006009975A1 - Beleuchtungseinrichtung und Displaysystem mit einer Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102006009975A1
Application number: DE102006009975A
Authority: DE
Inventors: Christian Breuer; Andreas Huber
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-06
Also published as: KR20080109776A; JP2009528562A; TW200745605A; EP1992172A1; WO2007099125A1; CA2642928A1; CN101395927A; US20090026983A1

Abstract

Es wird eine Beleuchtungseinrichtung (10, 11) mit mindestens einer Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) offenbart, die von einem Betriebsgerät (2) mit einem elektrischen Signal gemäß einer im Betriebsgerät (2) gespeicherten Lichtkurve (3) angesteuert wird. Weiterhin wird ein Displaysystem mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Lichtquelle und ein Displaysystem mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung.

Displaysysteme und deren Beleuchtungseinrichtungen sind beispielsweise in den Druckschriften US 5,633,755 und US 6,323,982 beschrieben. Displaysysteme, wie etwa DLP-Projektoren (kurz für „digital light processing projector"), umfassen eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, deren Licht auf einen DMD-Chip (kurz für „digital mirror device chip") gelenkt wird. Der DMD-Chip umfasst mikroskopisch kleine schwenkbare Spiegel, die das Licht entweder auf die Projektionsfläche lenken, wenn das zugehörige Pixel angeschaltet sein soll oder das Licht von der Projektionsfläche weg lenken, beispielsweise auf einen Absorber, wenn das zugehörige Pixel ausgeschaltet sein soll. Jeder Spiegel wirkt somit als Lichtventil, das den Lichtfluss eines Pixels steuert. Diese Lichtventile werden vorliegend DMD-Lichtventile genannt. Zur Farberzeugung umfasst ein DLP-Projektor im Falle einer Beleuchtungseinrichtung, die weißes Licht aussendet, beispielsweise ein Filterrad, das zwischen Beleuchtungseinrichtung und DMD-Chip angeordnet ist und Filter verschiedener Farben, beispielsweise Rot, Grün und Blau enthält. Mit Hilfe des Filterrades wird aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung Licht der jeweils gewünschten Farbe sequenziell durchgelassen.

Die Farbtemperatur solcher Displaysysteme hängt in der Regel mit dem Farbort des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung zusammen. Dieser ändert sich in der Regel mit den Betriebsparametern der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung, wie beispielsweise Spannung, Stromstärke und Temperatur. Weiterhin ist abhängig von den in der Beleuchtungseinrichtung verwendeten Lichtquellen das Verhältnis zwischen Stromstärke und Lichtfluss nicht notwendigerweise linear. Dies führt bei Änderung der Stromstärke ebenfalls zu einer Änderung des Farbortes des Lichtes der Lichtquelle und damit zu einer Änderung der Farbtemperatur des Displaysystems.

Weiterhin ist die Farbtiefe des Displaysystems durch die minimale Einschaltdauer eines Pixels begrenzt. Zur Erhöhung der Farbtiefe kann beispielsweise Dithering eingesetzt werden, bei dem einzelne Pixel mit einer geringeren Frequenz als der regulären Frequenz von 1/60 Hz geschalten werden. Hierbei kommt es allerdings in der Regel zu einem für den menschlichen Betrachter sichtbaren Rauschen.

Das Kontrastverhältnis des Displaysystems ist durch das Verhältnis des maximalen Lichtflusses bei vollständig geöffneten Lichtventilen zu minimalen Lichtfluss bei vollständig geschlossenen Lichtventilen definiert. Zur Erhöhung des Kontrastverhältnisses eines Displaysystems kann beispielsweise der minimale Lichtfluss bei vollständig geschlossenen Lichtventilen mittels einer mechanischen Blende weiter verringert werden. Eine mechanische Blende beansprucht jedoch Platz in der Beleuchtungseinrichtung oder dem Displaysystem, erhöht das Gewicht der Beleuchtungseinrichtung oder des Displaysystems und stellt außerdem eine zusätzliche potentielle Quelle für Störungen dar.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, deren Farbort gezielt angepasst werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Displaysystem mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung anzugeben. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Beleuchtungseinrichtung zur Verwendung in einem Displaysystem anzugeben, mit deren Hilfe auf einfache Art und Weise die Farbtiefe und/oder das Kontrastverhältnis des Displaysystems verbessert werden kann.

Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Displaysystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise des Displaysystems sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 sowie 16 bis 20 angegeben.

Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung umfasst ein Betriebsgerät, das mit einem elektrischen Signal gemäß einer im Betriebsgerät gespeicherten Lichtkurve mindestens eine Lichtquelle ansteuert.

Mit dem Begriff „Lichtkurve" ist vorliegend eine Funktion der Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Zeit zu verstehen. Das Betriebsgerät generiert das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle entsprechend der Lichtkurve, so dass die Lichtquelle die jeweils gewünschte Beleuchtungsstärke erzeugt.

Bei dem elektrischen Signal, mit dem die Lichtquelle angesteuert wird, handelt es sich bevorzugt um ein Stromstärkesignal.

Die Beleuchtungseinrichtung kann bevorzugt in einem Displaysystem eingesetzt werden, dessen Farben sequenziell angesteuert sind. Mit Hilfe der Lichtkurve kann der Lichtfluss der Beleuchtungsquelle für jede Farbe vorteilhafterweise derart gezielt zeitlich variiert werden, dass bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung in einem Displaysystem mit sequenzieller Farbsteuerung, der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung für jede Farbe gesondert derart auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden kann, dass die Farbtemperatur des Displaysystems an einen gewünschten Wert angepasst ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung weist die Lichtkurve Segmente mit zeitlich konstanter Beleuchtungsstärke auf. Besonders bevorzugt setzt sich die Lichtkurve aus Segmenten mit zeitlich konstanter Beleuchtungsstärke zusammen. Dies bedeutet, dass für eine Zeit t_x die Lichtkurve eine zeitlich konstante Beleuchtungsstärke B_x aufweist und dem darauf folgenden Zeitintervall t_x+1 eine ebenfalls zeitlich konstante Beleuchtungsstärke B_x+1. Wird die Beleuchtungseinrichtung in einem Displaysystem mit sequenzieller Farbsteuerung verwendet, ist bevorzugt während des Zeitintervalls t_x eine einzige Farbe des Displaysystems angeschaltet und während des darauf folgenden Zeitintervalls t_x+1 eine andere Farbe.

Beim Wechsel auf die andere Farbe wechselt auch die Lichtkurve auf eine andere zeitlich konstante Beleuchtungsstärke, falls für die Einstellung einer bestimmten Farbtemperatur eine andere Helligkeit dieser Farbe notwendig sein sollte. So wird die Lichtquelle bei jeder Farbe mit einem entsprechenden elektrischen Signal versorgt, um die Farbtemperatur des Displaysystems an einen gewünschten Wert anzupassen.

Der Wechsel zwischen den Beleuchtungsstärken der einzelnen Segmente kann beispielsweise durch eine Variation des Betriebsstromes und/oder Ansteuerung der Lichtquellen mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) erreicht werden. Eine Variation des Betriebsstromes wird bevorzugt bei Gasentladungslampen eingesetzt, während PWM-Signale in der Regel zur Ansteuerung von Leuchtdioden angewendet wird. Ein pulsweitenmoduliertes Signal, vorzugsweise ein Rechtecksignal, signalisiert innerhalb einer festen Grundperiode für eine bestimmte Zeit t_ein den Zustand „ein" und für die restliche Dauer der Grundperiode t_aus den Zustand „aus". Das Verhältnis aus Einschaltzeit und Grundperiode t_ein/(t_ein + t_aus) bezeichnet man als Tastverhältnis. Es gibt den prozentualen zeitlichen Anteil an, über den das Rechtecksignal innerhalb der Grundperiode angeschaltet ist.

Enthält die Lichtkurve kurze Segmente mit sehr niedriger Beleuchtungsstärke, so kann dadurch bei gleicher Einschaltdauer der Lichtventile die von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandte Lichtmenge verringert werden, wodurch sich vorteilhafterweise die Farbtiefe des Displaysystems erhöhen lässt, ohne beispielsweise ein sichtbares Rauschen zu erzeugen, wie bei dem oben beschriebenen Dithering. Die minimale Dauer, die ein kurzes Segment aufweisen kann, hängt von den verwendeten Lichtventilen ab. Bei DMD-Lichtventilen beträgt diese bevorzugt ca. 8 μs, bei LCD-Lichtventilen ca. 1 ms.

Vorliegend wird mit „LCD-Lichtventil" ein Lichtventil bezeichnet, das mittels einer flüssigkristallinen Matrix realisiert ist. Die Beleuchtungsstärke weist während dieser kurzen Segmente bevorzugt einen der folgenden Werte auf: 50 %, 25 %, 12,5 %. Jede Halbierung bringt in der Regel ein zusätzliches Bit an Farbtiefe.

Bevorzugt weist die Lichtkurve ein periodisches Signal auf, dessen Periode zwischen 16 ms und 20 ms beträgt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, oder besteht aus einem solchen. Eine periodische Wiederholung mit einer Periodendauer zwischen 16 ms und 20 ms bietet den Vorteil, dass für das menschliche Auge kein Flimmern zu erkennen ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist das Betriebsgerät dazu geeignet, dass die Lichtkurve beispielsweise durch einen Benutzer oder durch ein externes Steuersignal während des Betriebs gezielt verändert wird. Hierdurch kann beispielsweise durch eine Variation der Lichtkurve der Farbort des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung so angepasst werden, dass die Farbtemperatur des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, durch einen Benutzer oder automatisch an eine gewünschte Anwendung angepasst wird.

Besonders bevorzugt skaliert das Betriebsgerät die Lichtkurve proportional zu einem vorgegebenen Referenzwert. Hierdurch kann der durchschnittliche Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung mithilfe des Betriebsgerätes abgesenkt oder auch angehoben werden, je nachdem, welcher Farbort der Beleuchtungseinrichtung für die jeweilige Anwendung erwünscht ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Skalierung linear. Durch eine Absenkung oder Anhebung des Lichtflusses mittels der Lichtkurve kann das Kontrastverhältnis des Displaysystems in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, vorteilhafterweise verbessert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung erfasst das Betriebsgerät Betriebsparameter der Lichtquelle. Betriebsparameter der Lichtquelle sind beispielsweise Spannung, Temperatur, Stromstärke und Farbe des Lichtes. Ist in dem Betriebsgerät etwa die Abhängigkeit des Spektrums der Lichtquelle von deren Betriebsparametern abgespeichert, so kann das Betriebsgerät vorteilhafterweise das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle derart regeln, dass Änderungen im Spektrum der Lichtquelle aufgrund geänderter Betriebsparameter ausgeglichen und damit der Farbort der Beleuchtungseinrichtung sowie die Farbtemperatur des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung verwendet ist, konstant gehalten wird. Weiterhin können auf diese Art und Weise Nichtlinearitäten in der Beleuchtungsstärke-Stromstärke-Kennlinie dynamisch ausgeglichen werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform hält das Betriebsgerät den Lichtfluss der Lichtquelle mittels einer Regelschleife aus den Betriebsparametern der Lichtquelle und dem vorgegebenen Referenzwert konstant. Hierdurch kann vorteilhafterweise der Farbort der Beleuchtungseinrichtung konstant gehalten werden.

Weiterhin verändert das Betriebsgerät bevorzugt während des Betriebs den Referenzwert gezielt, beispielsweise auf Grund der Eingabe entsprechender Werte durch einen menschlichen Benutzer. So kann der Farbort der Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise während des Betriebs durch einen Benutzer in gewünschter Art und Weise verändert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist in dem Betriebsgerät die Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie der Lichtquelle gespeichert. Dies ermöglicht, dass das Betriebsgerät das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle derart regelt, dass der Lichtfluss der Lichtquelle konstant gehalten wird. Weiterhin ist es so möglich, die relativen Beziehungen der Beleuchtungsstärke einzelner Segmente untereinander trotz einer nichtlinearen Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie einzuhalten. Umfasst die Beleuchtungseinrichtung mehrere Lichtquellen, so kann in dem Betriebsgerät entweder eine Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie gespeichert sein, falls die Lichtquellen alle dieselbe Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie aufweisen, oder es können mehrere Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie in dem Betriebsgerät gespeichert sein, falls die Lichtquellen unterschiedliche Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie aufweisen. Letzteres ist in der Regel der Fall, wenn Lichtquellen verschiedener Farbe in der Beleuchtungseinrichtung verwendet sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine oder mehrere Lichtquellen, die Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Norm-Farbtafel aussenden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet, in einem Displaysystem verwendet zu werden, dessen Farben sequenziell mittels eines Farbmodulators, wie einem Filterrad, erzeugt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung umfasst diese mindestens zwei Lichtquellen, die Licht unterschiedlicher Farben aussenden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere in einem Displaysystem verwendet werden, das keinen Farbmodulator aufweist. Die Farben werden bei dieser Ausführungsform direkt durch die Lichtquellen erzeugt, die sequenziell nacheinander gemäß der Lichtkurve mit einem elektrischen Signal angesteuert werden. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Lichtkurve hierbei Segmente mit konstanter Beleuchtungsstärke jeweils während den Zeitintervallen auf, in denen die einzelnen Farben eingeschaltet sind. Auf diese Art und Weise wird die Helligkeit jeder Farbe gemäß der Beleuchtungsstärke des jeweiligen Lichtkurvensegmentes eingestellt und damit der Farbort der Beleuchtungseinrichtung auf einen gewünschten Wert eingestellt.

Besonders bevorzugt umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtquelle. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann mithilfe der Lichtkurve rotes, grünes und blaues Licht sequenziell hintereinander erzeugen, derart dass bei einem menschlichen Betrachter ein weißer Farbeindruck hervorgerufen wird.

Als Lichtquellen sind in der Beleuchtungseinrichtung beispielsweise Gasentladungslampen, Halbleiterleuchtdioden, organische Leuchtdioden oder Laserdioden verwendet.

Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet in einem Displaysystem verwendet zu werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Displaysystem um einen DLP-Projektor. Weiterhin kann die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise auch in einem LCD-Bildschirm verwendet sein, bei dem die Lichtventile mittels einer flüssigkristallinen Matrix erzeugt sind. Die Farben können in einem LCD-Display entweder direkt durch die Hinterleuchtung erzeugt werden oder mittels einer Filterplatte. Sollen die Farben direkt durch die Hinterleuchtung erzeugt werden, so ist beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung geeignet, die mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Farben aufweist, wie oben beschrieben.

Weiterhin ist die Beleuchtungseinrichtung insbesondere zur Verwendung mit einem Displaysystem geeignet, dessen Farben sequenziell angesteuert sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems wird die Lichtkurve über eine Kommunikationsschnittestelle an die darzustellenden Bildinhalte angepasst (insbesondere die Leistung/mittlere Beleuchtungsstärke). Das bietet den Vorteil, dass beispielsweise die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle(n) dynamisch an die Helligkeit der Bildinhalte angepasst werden kann. Hierdurch können sowohl Kontrast als auch Farbtiefe verbessert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems passt das Betriebsgerät die Lichtkurve durch zeitliche Skalierung an die Geschwindigkeit des Synchronisationssignals an. Das Synchronisationssignal weist in der Regel eine Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz auf und entspricht damit der Frequenz eines Videosignals. Die Synchronisation erfolgt derart, dass sämtliche Segmente der Lichtkurve linear skaliert werden, bis eine volle Periode der Lichtkurve in eine volle Periode des Synchronisationssignals passt. Danach wird noch die Phasenbeziehung der beiden Signale auf einen festen Wert eingestellt. Die Lichtkurve weist dann in der Regel eine Dauer von 16,67 ms oder 20 ms auf. Wird ein Filterrad verwendet, so spielt das Filterrad in dieser Zeit zwischen einmal und achtmal alle Farben durch. Die Lichtkurve beinhaltet also in der Regel mehrere Farbfilterperioden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems ist das Synchronisationssignal mit einem sequenziellen Farbmodulator verbunden. Als sequenzieller Farbmodulator wird eine Vorrichtung bezeichnet, die aus Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel nacheinander, also sequenziell, unterschiedliche Farben selektiert. Bei einem Farbmodulator kann es sich beispielsweise um ein Filterrad handeln.

Bei einer Ausführungsform des Displaysystems sind in dem Betriebsgerät mehrere Lichtkurven abgespeichert, die abhängig von dem Synchronisationssignal von dem Betriebsgerät ausgewählt werden können, um entsprechende elektrische Signale zur Ansteuerung der Lichtquellen auszugeben. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Farbtemperatur des Displaysystems durch Wahl der Lichtkurve anzupassen.

Weitere Vorteile, Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A und 1B, schematische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele der Beleuchtungseinrichtung,
2A, eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Displaysystems,
2B, ein schematisches Diagramm einer Lichtkurve, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Displaysystems verwendet ist,
3, eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Displaysystems,
4A bis 4C, schematische Diagramme von drei beispielhaften Lichtkurven zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung,
4D, eine tabellarische Darstellung der Lichtkurve aus 4C, und
4E bis 4G, schematische Diagramme dreier weiterer beispielhaften Lichtkurven zur exemplarische Erläuterung des Aufbaus einer Lichtkurve,
5, ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Stromstärken-Beleuchtungsstärken-Kennlinie einer Lichtquelle zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Lichtquellen, zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1A umfasst eine Lichtquelle 1, vorliegend eine Gasentladungslampe, die Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet. Bei der Gasentladungslampe 1 handelt es sich um eine Punktlichtquelle mit einem sehr kleinen Bogenabstand, die eine hohe Energiedichte von ca. 300 W/mm³ aufweist.
Alternativ ist die Verwendung beispielsweise von organischen Leuchtdioden (OLED), Halbleiterleuchtdioden (LED) oder Laserdioden (LD) möglich.
Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß der 1A ein Betriebsgerät 2, wie beispielsweise einen Funktionsgenerator, der elektrische Signale mit einer Leistung von 300 W bereitstellen kann. Das Betriebsgerät 2 steuert die Lichtquelle 1 mit einem elektrischen Stromstärkesignal an, das einer Lichtkurve 3 folgt. Lichtkurven 3 werden später in Zusammenhang mit den 2A und 4A bis 4C näher erläutert.
Die Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß der 1B umfasst ein Betriebsgerät 2 wie das der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß 1A, mit dem Unterschied, dass die Beleuchtungseinrichtung 11 drei Lichtquellen 1 umfasst, die Licht verschiedener Farben aussenden. Vorliegend handelt es sich um eine LED, die rotes Licht aussendet (im Folgenden kurz „rote LED" genannt), um eine LED, die grünes Licht aussendet (im Folgenden kurz „grüne LED" genannt) und um eine LED, die blaues Licht aussendet (im Folgenden kurz „blaue LED" genannt). Die rote LED ist in den Figuren mit dem Bezugszeichen 1R, die grüne LED mit dem Bezugszeichen 1G und die blaue LED mit dem Bezugszeichen 1B gekennzeichnet.
Wie bei der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß der 1A steuert das Betriebsgerät 2 die Lichtquellen 1R, 1G, 1B der Beleuchtungseinrichtung 11 mit einem elektrischen Signal an, das einer Lichtkurve 3 entspricht. Die LEDs 1R, 1G, 1B sind auf einen Träger 4, beispielsweise eine Metallkernplatine montiert und mit dem Betriebsgerät 2 elektrisch leitend verbunden. In dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß 1B ist wie in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß 1A eine Lichtkurve 3 gespeichert, gemäß derer elektrische Signale von dem Betriebsgerät 2 zur Ansteuerung der LEDs 1R, 1G, 1B erzeugt werden.
Das Displaysystem gemäß 2A umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1A. Diese Beleuchtungseinrichtung 10 sendet weißes Licht aus, das mittels einer Optik 51, beispielsweise einer Linse, auf farbige Filter eines Filterrads 6 gebündelt wird. Dem Filterrad 6 ist in Abstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung 10 eine weitere Optik 52, beispielsweise ebenfalls eine Linse, nachgeordnet, die das von dem Filterrad 6 selektierte Licht auf einen DMD-Chip 71 lenkt.
Der DMD-Chip 71 umfasst, wie in der Beschreibungseinleitung bereits beschrieben, mikroskopisch kleine schwenkbare Spiegel, die das farbige Licht entweder auf eine Projektionsoptik 8 lenken oder von dieser weg, je nachdem ob das zugehörige Pixel ausgeschaltet sein soll oder nicht. Der DMD-Chip 71 umfasst mit anderen Worten die Lichtventile zur Steuerung der einzelnen Pixel des Displaysystems. Das Filterrad 6 fungiert vorliegend als Farbmodulator, der sequentiell nacheinander einzelne Farben aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10 selektiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Filterrad 6 einen roten Filter, einen grünen Filter und einen blauen Filter. Ein alternatives Filterrad 6 mit weiteren Farben ist weiter unten in Verbindung mit 4C beschrieben.
Die in dem Betriebsgerät 2 des Displaysystems gemäß der 2A gespeicherte Lichtkurve 3 der 2B umfasst vorliegend drei Segmente S_R, S_G, S_B, die den einzelnen Farben der Filter des Filterrades 6, Rot, Grün und Blau zugeordnet sind. Das erste Segment S_R hat ein Zeitintervall t_R, während dem die Lichtkurve 3 eine konstante Beleuchtungsstärke B_R aufweist. Das erste Segment S_R ist der Farbe Rot zugeordnet, das heißt, dass während des Zeitintervalls t_R der rote Filter des Filterrades 6 rotes Licht aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10 selektiert. Nach dem Zeitintervall t_R wechselt die Beleuchtungsstärke der Lichtkurve auf die Beleuchtungsstärke B_G, die während eines Zeitintervalls t_G des zweiten Segmentes S_G konstant gehalten wird, das der Farbe Grün zugeordnet ist. Daher selektiert während des Zeitintervalls t_G der grüne Filter des Filterrads 6 grünes Licht aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10. Nach Ablauf des Zeitintervalls t_G wechselt das Filterrad 6 auf den blauen Filter und die Lichtkurve 3 in das dritte Segment S_B. Das bedeutet, dass die Beleuchtungsstärke der Lichtkurve 3 auf den Wert B_B wechselt, der während eines Zeitintervalls t_B konstant gehalten wird. Aufgrund der unterschiedlichen Werte der Beleuchtungsstärke innerhalb der verschiedenen Segmente S_R, S_G, S_B der Lichtkurve 3, die den einzelnen Farben Rot, Grün und Blau der Filter des Filterrades 6 zugeordnet sind, wird die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung 10 so angepasst, dass die Helligkeiten der einzelnen Farben Rot, Grün und Blau einem gewünschten Wert entsprechen, die zu einer vorgegebenen Farbtemperatur des Displaysystems führen. Die drei Segmente S_R, S_G, S_B der Lichtkurve 3 bilden eine Periode der Lichtkurve 3, die eine Dauer zwischen 16 ms und 20 ms aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Das Displaysystem des Ausführungsbeispieles gemäß 3 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß 1B. Weiterhin umfasst das Displaysystem gemäß 3 keinen sequentiellen Farbmodulator 6, wie etwa ein Filterrad, wie das Displaysystem gemäß der 2A. Die einzelnen Pixel des Displaysystems gemäß der 3 werden nicht mittels eines DMD-Chips 71 an- und ausgeschalten, sondern mittels einer flüssigkristallinen Matrix 72. Diese flüssigkristalline Matrix 72 ist der Beleuchtungseinrichtung 11 in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet. Zur Farberzeugung schaltet vorliegend das Betriebsgerät 2 die einzelnen Lichtquellen verschiedener Farbe 1R, 1G, 1B der Beleuchtungseinrichtung nacheinander einzeln gemäß einer in dem Betriebsgerät 2 gespeicherten Lichtkurve 3 mittels eines elektrischen Signals an. Als Lichtkurve 3 kann beispielsweise die oben beschriebene Lichtkurve 3 gemäß der 2B oder eine ähnliche Lichtkurve 3 verwendet sein, mittels derer die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen 1R, 1G, 1B unterschiedlicher Farbe gemäß einer vorgegebenen Farbtemperatur des Displaysystems angesteuert werden.
Die Lichtkurve 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4A umfasst eine periodische Abfolge von jeweils drei Segmenten S_R, S_G, S_B. Das erste Segment S_B ist der Farbe Blau zugeordnet, das zweite Segment S_R der Farbe Rot und das dritte Segment S_G der Farbe Grün. Diese Lichtkurve 3 kann beispielsweise alternativ zu der Lichtkurve 3 gemäß der 2B in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtungen 10, 11 abgespeichert sein, die in den Displaysystemen gemäß der 2A und 3 verwendet sind.
Das erste Segment S_B der Lichtkurve der 4A ist der Farbe Blau zugeordnet und weist eine Dauer t_B von ca. 1300 μs auf. Während dieses Zeitintervalls t_B beträgt der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 ca. 120 %.
An das erste Segment S_B schließt sich ein zweites Segment S_R an, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eine Dauer von t_R aufweist. Während eines ersten Zeitintervalls t_R1 des Zeitintervalls t_R beträgt der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 kurzfristig ca. 150 %, während der Lichtfluss in einem zweiten Zeitintervall t_R2, das sich an das erste Zeitintervall t_R1 direkt anschließt und mit diesem das Zeitintervall t_R ausbildet, ca. 120 % beträgt. Das Zeitintervall t_R1 ist hierbei deutlich kürzer als das Zeitintervall t_R2. Das Zeitintervall t_R1 beträgt vorliegend ca. 100 μs, während das Zeitintervall t_R2 vorliegend ca. 1200 μs beträgt.
An das zweite Segment S_R schließt sich ein drittes Segment S_G an, das der Farbe Grün zugeordnet ist und eine Dauer t_G von ebenfalls ca. 1300 μs aufweist. Auch das Zeitintervall t_G teilt sich wie das Zeitintervall t_R in zwei Zeitintervalle t_G1 und t_G2 auf, wobei das erste Zeitintervall t_G1 deutlich länger ist als das zweite Zeitintervall t_G2. Das erste Zeitintervall t_G1 beträgt vorliegend ca. 1200 μs, während das zweite Zeitintervall t_G ₂ des grünen Segmentes eine Dauer von ca. 100 μs aufweist. Während des ersten Zeitintervalls t_G1 weist die Lichtkurve 3 einen konstanten Wert von ca. 85 % auf, der für das Zeitintervall t_G ₂ kurzfristig auf einen Wert von ca. 45 % abgesenkt ist.
Nach Ablauf dieser drei Segmente S_R, S_G, S_B erfolgt eine im Wesentlichen periodische Wiederholung dieser drei Segmente S_R, S_G, S_B, wobei die Anordnung der kurzen Zeitintervalle t_R1, t_G ₂ innerhalb der Segmente, in denen der Lichtfluss gegenüber dem restlichen Segment S_R, S_G deutlich angehoben oder abgesenkt ist von der Periodizität abweicht. Die kurzen Zeitintervalle der Lichtkurve 3, in denen die Beleuchtungsstärke stark abgesenkt ist, dienen der Erhöhung der Farbtiefe wie bereits im allgemeinen Beschreibungsteil beschrieben. Die kurzen Segmente innerhalb derer die Beleuchtungsstärke stark angehoben sind, sind zur Stabilisierung der Elektroden von Gasentladungslampen vorgesehen, falls solche als Lichtquellen 1 verwendet werden. Werden andere Lichtquellen 1, beispielsweise LEDs verwendet, sind solche kurzen angehobenen Segmente innerhalb der Lichtkurve 3 nicht notwendig.
Die 4B zeigt zwei Lichtkurven 3. Die Diagramme stellen die Beleuchtungsstärke und die Farbe in Abhängigkeit der Zeit dar. Sie enthalten jeweils eine volle Periode der Lichtkurvenform, in der Regel mit einer Dauer zwischen 16 und 20 ms. Bei weißen Lichtquellen werden die Farben durch Farbfilter erzeugt, bei mehreren farbigen Lichtquellen, beispielsweise LEDs, schaltet das Betriebsgerät 2 zwischen den Farben um.
Die Lichtkurve des Ausführungsbeispiels gemäß 4C ist auf ein Filterrad 6 mit sechs verschiedenen Filtern mit den Farben Gelb, Grün, Magenta, Rot, Cyan und Blau ausgelegt. Dementsprechend setzt sich die Lichtkurve 3 aus einer periodischen Abfolge sechs verschiedener Segmente S_Y, S_G, S_M, S_R, S_C, S_B zusammen, die der jeweiligen Farbe zugeordnet sind. Die Segmente S_Y, S_G, S_M, S_R, S_C, S_B werden in Folgenden mit der Farbe bezeichnet, der sie zugeordnet sind. Jedes Segment S_Y, S_G, S_M, S_R, S_C, S_B der Lichtkurve 3 weist hierbei einen konstanten Wert des Lichtflusses während dem größten Teil der Dauer des jeweiligen Segmentes auf.
Den einzelnen Segmenten S_Y, S_G, S_M, S_R, S_C, S_B sind wieder Zeitintervalle t_Y, t_G, t_M, t_R, t_C, t_B zugeordnet, die sich in zwei oder drei Zeitintervalle t_Y1, t_Y2, t_G1, t_G2, t_M1, t_M2, t_M3, t_R1, t_R2, t_C1, t_C2, t_C3, t_B1, t_B2 aufteilen, wobei jeweils eines der Zeitintervalle deutlich länger ist als die anderen. Diese Zeitintervalle werden im Folgenden als „lange Zeitintervalle" bezeichnet. Die Werte des Lichtflusse in den langen Zeitintervallen der einzelnen Segmente sind der Tabelle in 4D in der Zeile „segment light level" zu entnehmen. Das gelbe und das grüne Segment S_Y, S_G weisen einen konstanten Lichtfluss von 80 % während des langen Zeitintervalls auf. Das magentafarbene und das rote Segment S_M, S_R weisen einen Lichtfluss von 120 % während des langen Zeitintervalls auf, während das cyanfarbene Segment S_C einen Lichtfluss von 80 % während des langen Zeitintervalls aufweist und das blaue Segment S_B einen Lichtfluss von 120 % während des langen Zeitintervalls. Am Ende eines jeden Segmentes befindet sich eine kurze Zeitdauer, während derer das Lichtniveau gegenüber dem langen Zeitintervall stärker abgesenkt ist. Diese Werte sind der Tabelle in 4D unter der Zeile „negative pulse light level" zu entnehmen. Bei dem gelben und bei dem grünen Segment S_Y, S_G ist der Lichtfluss auf einen Wert von 40 %, bei dem magentafarbenen und dem roten Segment S_M, S_R auf einen Wert von 60 %, bei dem cyanfarbenen Segment S_C, auf einen Wert von 40 % und bei dem blauen Segment S_B auf einen Wert von 60 % abgesenkt. Weiterhin findet am Ende des magentafarbenen Segmentes S_M und am Ende des cyanfarbenen Segmentes S_C eine Kommunikation statt, die mit Pfeilen symbolisiert ist und jeweils mit einem gegenüber dem langen Zeitintervall angehobenen Lichtfluss verknüpft ist.
Die Segmentgrößen der unterschiedlichen Farben sind, wie der Tabelle in 4D in der Zeile „segment size" zu entnehmen, nicht identisch, sondern betragen bei dem gelben und dem grünen Segment S_Y, S_G einen Wert von 60°, bei dem magentafarbenen Segment S_M einen Wert von 40°, bei dem roten Segment S_R einen Wert von 70°, bei dem cyanfarbenen Segment S_C einen Wert von 62° und bei dem blauen Segment S_B einen Wert von 68°. Diese Werte sind auf die Lichtkurve 3 abgestimmt.
In Verbindung mit einer Lichtkurve 3, deren Segmente S_R, S_G, S_B den Farben Rot, Grün und Blau zugeordnet sind, wie beispielsweise in den 2B und 4A gezeigt, findet in der Regel ein Filterrad 6 mit zwei roten, zwei blauen und zwei grünen Filtern Anwendung. Die Filter sind hierbei bevorzugt in der Reihenfolge, Rot, Grün, Blau, Rot, Grün, Blau angeordnet. Die Größen der einzelnen Farbfiltersegmente können hierbei gleich sein (60° für alle sechs Filter) oder unterschiedlich, abgestimmt auf die verwendete Lichtkurve 3.
Im Folgenden werden anhand der 4E, 4F und 4G die Funktionen der einzelnen Zeitintervalle innerhalb der Segmente S_R, S_G, S_B beispielhaft näher erläutert.
Die Lichtkurve 3 gemäß der 4E umfasst wie die Lichtkurve 3 gemäß der 4A eine periodisches Abfolge eines Segmentes S_B, das der Farbe blau zugeordnet ist, eines Segmentes S_R, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eines Segmentes S_G, das der Farbe Grün zugeordnet ist. Jedes Segment S_R, S_G, S_B weist eine Dauer von ca. 1500 μs auf. Das Zeitintervall t_B, das Zeitintervall t_R und das Zeitintervall t_G, die dem jeweiligen Segment S_R, S_G, S_B zugeordnet sind, weisen daher gleiche Länge auf. Innerhalb eines Segmentes S_R, S_G, S_B weist die Lichtkurve 3 jeweils einen konstanten Wert auf. Während des Zeitintervalls t_B weist die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 95 % auf, während des Zeitintervalls t_R einen Wert von ca. 100 % und während des Zeitintervalls t_G einen Wert von ca. 110 %. Mittels der unterschiedlichen Niveaus der Lichtkurve 3 wird der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung derart angepasst, dass ein Displaysystem mit dieser Beleuchtungseinrichtung eine gewünschte Farbtemperatur aufweist.
Die Lichtkurve 3 gemäß der 4F zeigt exemplarisch kurze Zeitintervalle t_B2, t_B3, t_R2, t_G1, t_G2, t_G3 zum Ende jedes Segmentes S_R, S_G, S_B, ähnlich wie sie bereits oben in Verbindung mit 4A beschrieben wurden. Die Lichtkurve 3 setzt sich wiederum aus einer periodischen Abfolge eines Segmentes S_B, das der Farbe Blau zugeordnet ist, eines Segmentes S_R, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eines Segmentes S_G, das der Farbe Grün zugeordnet ist, zusammen. Das Zeitintervall t_B, t_R, t_G jedes Segmentes unterteilt sich vorliegend in drei Zeitintervalle eines langen Zeitintervalls t_1B, t_1R, t_1G zu Beginn jeden Segmentes S_R, S_G, S_B und zweier kurzer Zeitintervalle t_B2, t_B3, t_R2, t_G1, t_G2, t_G3 jeweils zum Ende jedes Segmentes S_R, S_G, S_B. Während der kurzen Zeitintervalle t_B2, t_B3, t_R2, t_G1, t_G2, t_G3 ist der Lichtfluss der Lichtkurve 3 stufenweise abgesenkt. Beispielhaft sei hier das Segment S_B, das der Farbe Blau zugeordnet ist, beschrieben. Während dem Zeitintervall t_B1 beträgt die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 110 %. In dem Zeitintervall t_B2, das direkt auf das Zeitintervall t_B1 folgt, beträgt die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 55 %, während der Wert der Lichtkurve 3 in dem an das Zeitintervall t_B2 anschließenden Zeitintervall t_B3 auf ca. 30 % abgesenkt ist. Das Zeitintervall t_B1 weist eine Dauer von ca. 1300 μs auf, während die Zeitintervalle t_B2 und t_B3 jeweils eine Dauer von ca. 10 μs aufweisen. Die restlichen Segmente S_R, S_G der Lichtkurve sind identisch aufgebaut, wie das Segment S_B, das der Farbe Blau zugeordnet ist. Die Absenkung der Lichtkurve 3 während der kurzen Zeitintervalle t_B2, t_B3, t_RZ, t_G1, t_G2, t_G3 dient dazu, die Farbtiefe des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, zu verbessern.
Die Lichtkurve 3 gemäß der 4G zeigt die beiden anhand der 4E und 4F bereits erläuterten Lichtkurvenformen gemeinsam in einer Lichtkurve 3, wie sie auch in einer Beleuchtungseinrichtung Anwendung finden kann. Die Beschreibung der kurzen Segmente t_B2, t_B3, t_R2, t_G1, t_G2, t_G3 zum Ende jedes Segmentes S_R, S_G, S_B der 4F ist hierbei auch für die kurzen Zeitintervalle t_B2, t_B3, t_R2, t_G1, t_G2, t_G3 der 4G gültig, während die Niveaus der Lichtkurve 3 während des langen Zeitintervallen t_B1, t_R2, t_G3 jedes Segmentes S_R, S_G, S_B dem Wert gemäß der Lichtkurve 3 der 4E entspricht.
Die Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie des Ausführungsbeispiels gemäß der 5 ist annähernd linear. Sie gibt auf der y-Achse eine Stromstärke in Prozent an und auf der y-Achse ein Lichtlevel in Prozent.
Mittels der Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie, die ebenfalls in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 gespeichert sein kann, ist es möglich, dass bei veränderten Lampenbetriebsparametern, wie etwa der Stromstärke, die Helligkeit der Lichtquelle 1, 1R, 1G, 1B der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 auf der von der Lichtkurve 3 vorgegebenen Beleuchtungsstärke gehalten wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüche beinhaltet auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Beleuchtungseinrichtung (10, 11) mit mindestens einer Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B), die von einem Betriebsgerät (2) mit einem elektrischen Signal gemäß einer im Betriebsgerät (2) gespeicherten Lichtkurve (3) angesteuert wird.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach Anspruch 1, bei der die Lichtkurve (3) eine Funktion der Beleuchtungsstärke (B) in Abhängigkeit der Zeit (t) ist.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach Anspruch 2, bei der die Lichtkurve (3) Segmente (S) mit zeitlich konstanter Beleuchtungsstärke (B) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Lichtkurve (3) ein periodisches Signal aufweist, dessen Periode zwischen 16 ms und 20 ms beträgt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Betriebsgerät (2) die Lichtkurve (3) während des Betriebs gezielt verändert.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Betriebsgerät (2) die Lichtkurve (3) proportional zu einem vorgegeben Referenzwert skaliert.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der das Betriebsgerät (2) Betriebsparameter der Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) erfasst.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach Anspruch 7 unter Rückbezug auf Anspruch 6, bei der das Betriebsgerät (2) den Lichtfluss der Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) mittels einer Regelschleife aus den Betriebsparametern der Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) und dem vorgegebenen Referenzwert konstant hält.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das Betriebsgerät (2) während des Betriebs den Referenzwert gezielt verändert.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der in dem Betriebsgerät (2) die Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie der Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) gespeichert ist.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die mindestens zwei Lichtquellen (1, 1R, 1G, 1B) umfasst, die Licht unterschiedlicher Farben aussenden.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach Anspruch 12, die mindestens eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) umfasst.
Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche, bei der als Lichtquellen (1, 1R, 1G, 1B) Gasentladungslampen, Halbleiterleuchtdioden, organische Leuchtdioden oder Laserdioden verwendet sind.
Displaysystem mit einer Beleuchtungseinrichtung (10, 11) nach einem der obigen Ansprüche.
Displaysystem nach Anspruch 15, dessen Farben sequenziell angesteuert sind.
Displaysystem nach einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem die Lichtkurve (3) über eine Kommunikationsschnittstelle an die darzustellenden Bildinhalte angepasst ist.
Displaysystem nach Anspruch 17, bei dem das Betriebsgerät (2) die Lichtkurve (3) durch zeitliche Skalierung an die Geschwindigkeit des Synchronisationssignals anpasst.
Displaysystem nach einem der Ansprüche 17 bis 18, bei dem das Synchronisationssignal mit einem sequenziellen Farbmodulator (6) verbunden ist.
Displaysystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem in dem Betriebsgerät (2) mehrere Lichtkurven (3) abgespeichert sind, die abhängig von dem Synchronisationssignal von dem Betriebsgerät (2) ausgewählt werden, um das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle (1, 1R, 1G, 1B) zu modulieren.