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Die
Erfindung betrifft eine Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung
von Anzeigevorrichtungen sowie eine Anzeigevorrichtung.
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Im
Rahmen der allgemein wachsenden Nachfrage nach immer flacheren Anzeigevorrichtungen
hat die Nachfrage nach LCD-(Liquid
Crystal Display-)Anzeigevorrichtungen bzw. -Bildschirmen und nach
TFT- (Thin Film Transistor-) Anzeigevorrichtungen bzw. -Bildschirmen
verstärkt
zugenommen. LCD- und TFT-Bildschirme haben ebenso wie Plasmabildschirme
gegenüber
herkömmlichen
Röhrengeräten den
Vorteil einer flachen Bauweise. LCD- und TFT-Bildschirme weisen zusätzlich eine
gegenüber
Plasmabildschirmen höhere
Lebensdauer und einen geringeren Energieverbrauch auf.
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Allerdings
schließt
das geringe Kontrastverhältnis
der LCD- und TFT-Bildschirme von cirka 800:1 bei einer Leuchtdicke
von 500 Candela pro m2 einen breiten Einsatz
aus. Im Gegensatz dazu erreichen Plasmageräte Kontrastverhältnisse
von 3000:1 bei sehr hohen Leuchtdichten von 1000 Candela pro m2. Herkömmliche
Röhrengeräte erreichen
im Vergleich sogar Kontrastwerte von 10000:1. Jedoch können diese
Röhrengeräte nicht
in flacher Bauweise hergestellt werden.
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Ein
geringes Kontrastverhältnis
wirkt sich besonders stark bei LCD- oder TFT-Fernsehgeräten aus,
wenn dort beispielsweise Bildsequenzen mit Nachtszenen dargestellt
werden sollen. Aufgrund des schlechten Kontrastverhältnisses
bisheriger TFT-Bildschirme
können
diese kein sattes bzw. dunkles Schwarz darstellen.
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Eine
Vergrößerung des
Kontrastverhältnisses
bei LCD- und TFT-Bildschirmen
ist mit einer Verbesserung der Lichtventile möglich, die in diesen Bildschirmtypen
eingesetzt werden. Lichtventile sind Elemente, die gesteuert werden,
um Licht durchzulassen oder zu sperren. Bei LCD-Anzeigen enthalten diese
Ventile Flüssigkristalle,
die durch ihre Ausrichtung Licht polarisieren können. Bei TFT-Anzeigen enthalten
die Lichtventile Transistoren. Die Verbesserung der Lichtventile
zielt darauf ab, eine Erhöhung der
maximalen Filterdämpfung
zu erreichen. Die Verstärkung
der Dämpfung
stößt jedoch
an technische Grenzen. Bei einer starken Hintergrundbeleuchtung der
Anzeigevorrichtungen und der begrenzten Filterdämpfung ist der Kontrast begrenzt,
wodurch schwarze Stellen in einem dunklen Grauton erscheinen.
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Bisher
wurden zur Hintergrundbeleuchtung der LCD- und TFT-Bildschirme meist
Kaltkathodenflueszenzlampen (CCFL) eingesetzt. In letzter Zeit gewinnt
allerdings die Hinterleuchtung solcher Bildschirmtypen durch Halbleiterlichtquellen
immer mehr an Bedeutung. Dabei können
Lichtleiter verwendet werden, um das Licht der Halbleiterlichtquellen
an den entsprechenden Bildschirmbereich zu leiten. Möglich ist
auch eine direkte Hinterleuchtung unter Verzicht auf Lichtleiter.
Bei einer direkten Hinterleuchtung kann eine Halbleiterlichtquelle,
insbesondere eine Licht emittierende Diode (LED) oder mehrere zu
einer Leuchtgruppe zusammengefasste Halbleiterlichtquellen, einen
bestimmten Bereich der LCD- oder TFT-Anzeigevorrichtung ausleuchten.
Die Hinterleuchtungeinrichtung für
einen einzelnen Bereich wird als Lichtkachel bezeichnet. Im Falle
quadratischer Lichtkacheln hinterleuchtet jede Lichtkachel dann
einen Bereich von n·n
Pixel bzw. Bildpunkten des LCD- oder TFT-Bildschirmes. Die Anzahl
der n·n-Pixel
eines solchen Bereiches des LCD- oder TFT-Displays ist meist direkt
proportional zu der Anzahl der in diesem Bereich enthaltenen Lichtventile.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf kostengünstige Art
und Weise eine Verbesserung herbeizuführen.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. des
Patentanspruchs 17. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
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Zur
Kontrastverbesserung wird bei erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtungen eine
Steuerung vorgesehen, welche die Leuchtstärke der einzelnen Lichtquellen
der Lichtquellenanordnung an die darzustellende Information anpasst.
Als Lichtquellen können
insbesondere Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente wie LEDs
oder Laser eingesetzt werden, aber auch andere Lichtquellen, die
eine flächenmäßige Ausleuchtung
ermöglichen
und bereichsweise in der Leuchtstärke gesteuert werden können. Durch
die Verwendung der Steuereinrichtung zur Regulierung der Leuchtstärke der
einzelnen Lichtquellen wird eine Kontrastverbesserung erreicht.
Erfindungsgemäße Lichtquellen
können
auch durch Leuchtgruppen gebildet sein. Eine Leuchtgruppe ist die
Zusammenfassung mehrerer strahlungsemittierender Halbleiterbauelemente
zu einer Lichtquellengruppe, die wiederum selbst als Bauelement ausgeführt sein
kann. Beispielsweise kann eine Leuchtgruppe durch eine Multichip-Bauform
gebildet sein, bei der mehrere Halbleiterbauelemente in einem Gehäuse angeordnet
sind.
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Die
Kontrastverbesserung entsteht, indem nicht nur die Wirkung der Lichtventile
zur Herstellung des Kontrastes benutzt wird, sondern ebenfalls eine Regelung
der Leuchtstärke
der entsprechenden Lichtquellen der Lichtquellenanordnung erfolgt.
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Insbesondere
kann dieses Verfahren bei LCD- oder TFT-Fernsehgeräten eingesetzt werden, da die
Auflösung
des Fernsehbildes im Allgemeinen geringer ist als die technische
Auflösung
der LCD- oder TFT-Bildmatrix. Daher müssen in dem Bereich, welcher
von einer Lichtquelle beziehungsweise Halbleiterlichtquelle einer
Leuchtgruppe hinterleuchtet wird, nur Kontrastvariationen in kleinerem
Umfang dargestellt werden.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass eine Lichtquelle oder eine Leuchtgruppe
jeweils einen Bereich innerhalb der Anzeigevorrichtung bzw. der
Informationswiedergabevorrichtung hinterleuchtet, welcher mehrere
Lichtventile enthält.
Dies hat den Vorteil, dass eine Halbleiterlichtquelle beziehungsweise
eine Leuchtgruppe die Hinterleuchtung für einen bestimmten Bereich
abdeckt. Dadurch kann eine großflächigere
Beleuchtung modular durch Lichtkacheln aufgebaut werden.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Anpassung der Leuchtstärke der
einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen durch eine
getaktete Stromversorgung erzielt wird, z.B. durch eine Pulsweitensteuerung
oder eine Frequenzsteuerung. Zusätzlich
ist eine Änderung
der Pulstaktung möglich.
Durch Taktung bzw. die Änderung
des Pulstaktes einer Lichtquelle kann die subjektive Helligkeitsempfindung
des Betrachters beeinflusst werden. Beispielsweise bewirkt die Verringerung
des Pulstaktes beim Betrieb einer Lichtquelle, dass im zeitlichen
Mittel weniger Energie an der Lichtquelle abfällt.
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Da
die Taktung im allgemeinen weit schneller geschieht als das menschliche
Auge auflösen
kann, kann ein menschlicher Betrachter die einzelnen Lichtblitze
nicht mehr getrennt auflösen.
Das Auge des Betrachters registriert eine verringerte Anzahl an Lichtblitzen
welche einzeln nicht mehr auflösbar
sind, als verringerte Gesamthelligkeit der Lichtquelle. In dieser Ausführungsform
kann die Steuerung diesen Effekt nutzen, um die Leuchtstärke durch
eine Variation der Pulstaktfrequenz für den Betrachter zu variieren.
Die Variation der Pulsfrequenz kann mit Hilfe der q-Bit (qualifier-Bit)
Technologie erfolgen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Anpassung der Leuchtstärke der
Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen durch eine Änderung
der Höhe
des Betriebsstroms erreicht wird. Eine Änderung des Stroms durch eine
Lichtquelle bewirkt eine Änderung ihrer
Leuchtstärke.
Eine erfindungsgemäße Steuerung
kann somit direkt den Strom an den einzelnen Lichtquellen bzw. Halbleiterlichtquellen
beziehungsweise Leuchtgruppen variieren, um dadurch die Leuchtstärke anzupassen.
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Eine
zusätzliche
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Anpassung der Lichtquellen beziehungsweise
Leuchtgruppen zeilen- oder spaltenweise erfolgt. Eine Ausführungsform
dieser Art hat den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung
nicht alle Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen einzeln ansteuern
muss, sondern zeilen- oder spaltenweise darauf zugreifen kann. Dadurch
reduziert sich in dieser Ausführungsform
der notwendige Aufwand an Schaltlogik.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
in einem regelmäßigen Gitter
angeordnet sind, wobei die Anordnung aus der Gruppe der rechteckigen,
parallelogrammartigen, hexagonalen und rhombischen Gitteranordnungen
ausgewählt
wird. Bisher verwendete Gitteranordnungen sind meist rechteckige
Gitteranordnungen. Diese erlauben eine einfache Ansteuerung und
erlauben insbesondere eine einfache Art der zeilen- oder spaltenweisen
Ansteuerung der Lichtquellen einer Lichtquellenanordnung. Jedoch
kann es bei speziellen Ausführungsformen
der Erfindung zweckmäßig sein, eine
andere Gitteranordnung zu wählen.
Beispielsweise erlauben hexagonale Gitteranordnungen im Allgemeinen
eine dichtere Packung der einzelnen Halbleiterlichtquellen beziehungsweise
Leuchtgruppen und ermöglichen
dadurch eine größere Gesamtbeleuchtungsstärke.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass den Halbleiterlichtquellen beziehungsweise
Leuchtgruppen mindestens ein Diffusor in der Hauptabstrahlrichtung
nachgeordnet ist. Die Verwendung eines solchen Diffusors bewirkt
eine homogenere Lichtverteilung an der durch die Lichtquellen hinterleuchteten
Fläche
der Anzeigevorrichtung bzw. Informationswiedergabevorrichtung.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform der
Lichtquellenanordnung sieht vor, dass jeder Lichtquelle beziehungsweise
jeder Leuchtgruppe jeweils mindestens ein Homogenisierungselement (White-Box-Element)
und/oder ein Lichtleiter in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Die
Elemente können
auch insbesondere Pixelfeldern zugeordnet sein. Ein White-Box-Element
entspricht in etwa einem Reflektor zur Homogenisierung des abgestrahlten
Lichtes und/oder zur Strahlformung. Ein White-Box-Element, ein Lichtleiter
und/oder eine Kombination aus Lichtleiter und Reflektor verbessern
die homogene Hinterleuchtung eines Bereiches des Bildschirms durch
die Lichtquelle beziehungsweise Leuchtgruppe. Zusätzlich kann
der Einsatz solcher Bauelemente auch scharfe Hell-Dunkel-Übergärge zwischen den Leuchtbereichen
einzelner Lichtkacheln verhindern.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass den Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
mindestens ein BEF (Brightness Enhancement Film) zugeordnet ist.
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Ein
solcher BEF-Film ermöglicht
bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eine Erhöhung der
subjektiven Lichtausbeute. Insbesondere verstärkt eine solche Folie die direkte
Lichtabstrahlung senkrecht zur Darstellungsebene. Ein Betrachter,
der direkt vor der Anzeigevorrichtung sitzt, empfindet deren Abstrahlung
subjektiv als heller, wenn dort ein solcher Brightness Enhancement
Film angeordnet ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Lichtquellen beziehungsweise die Leuchtgruppen
auf einem Träger
angeordnet sind. Mögliche
Träger
können
alle Formen von Platinen sein, insbesondere Metallkernplatinen, welche über eine
erhöhte
Wärmeleitfähigkeit
verfügen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung die Leuchtstärke der
einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen automatisch
anpaßt.
Zur automatischen Steuerung verwendet die Steuerungseinrichtung
einen Algorithmus. In diesem Algorithmus wird mindestens eine der
nachfolgenden Eingangsgrößen verarbeitet.
Dazu zählen
- – die
Kontrastwerte innerhalb des hinterleuchteten Bereichs einer Lichtquelle
beziehungsweise einer Leuchtgruppe (Lichtkachel),
- – die
Kontrastwerte der hinterleuchteten Bereiche benachbarter Lichtquellen
beziehungsweise Leuchtgruppen,
- – die
Einstellung in einem zeitlich vorhergehenden Video- oder Darstellungsbild
und/oder
- – die
Kontrastwerte der gesamten von der Anzeigevorrichtung wiedergegebenen
Information und die allgemeine Helligkeit der Umgebung, welche beispielhafterweise
durch einen Sensor, insbesondere einen AL-Sensor (Ambient Light
Sensor) gemessen werden kann.
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Ein
Ambient Light Sensor ist ein Helligkeitssensor, dessen spektrale
Empfindlichkeit an jene des menschlichen Auges angepasst ist. Die
Kontrastwerte sind insbesondere zweidimensionale Werte
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Weiters
können
auch zusätzlich
spezielle Algorithmen zur automatischen Steuerung verwendet werden.
Zum Beispiel, um bei der Wiedergabe von Breitbandkinofilmen die
schwarzen Balken an den oberen und unteren Bildrändern zu erkennen und in den
entsprechenden Bereichen dann gegebenenfalls die Hinterleuchtung
ganz abzuschalten. Auch ist es möglich,
das Videobild so anzupassen, dass es in y-Richtung in das passende
Raster der Lichtkachel fällt.
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In
beispielhafter Weise kann auch ein anderer Algorithmus dazu verwendet
werden, eingeblendete Untertitel bei der Wiedergabe einer Bildsequenz zu
erkennen. Bei Einblendung einer weißen Schrift kann diese unter
Umständen
hohe Kontrastunterschiede innerhalb des von einer Lichtquelle beziehungsweise
Leuchtgruppe hinterleuchteten Bereiches erzeugen. Damit solche extrem
hohen Kontrastunterschiede nicht die Kontrastwiedergabe der gesamten
Bildinformation der Bildsequenz stören, kann beispielsweise eine
erfindungsgemäße Steuerung dadurch
reagieren, dass der extrem hohe Kontrast einer weißen Schrift
durch einen abgemilderten Kontrast, beispielsweise jenen einer grauen
Schrift, variiert wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Steuerung automatisch die Leuchtstärke der
einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen anpasst, wobei
sie im Falle der Darstellung von Bildsequenzen und insbesondere
Filmen einen Algorithmus verwendet, der weitere Eingangsgrößen verarbeitet.
Diese weiteren Eingangsgrößen können bei
der Darstellung einer Bildsequenz insbesondere eines Filmes die
zweidimensionalen Kontrastwerte eines oder mehrerer Bilder der Bildsequenz
sein. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, auch auf schnelle Kontrastwechsel innerhalb
eines Bereiches der Darstellung zu reagieren. Zur Darstellung eines
Bildes der Sequenz können
die Kontrastwerte von vorangegangen Bildern und bei zeitversetzter
Darstellung auch die Kontrastwerte von darauffolgenden Bildern ausgewertet
und zur Kontraststeuerung verwendet werden.
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Da
die Kontrastwerte im Wesentlichen normierte Helligkeitswerte darstellen,
kann die Steuerung der Lichtquellen bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen
auch derart gestaltet sein, dass als Eingangsgrößen der Algorithmen anstelle
der Kontrastinformationen die entsprechenden Helligkeitswerte verarbeitet
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung entsteht, wenn die Steuerung zusätzlich die Lichtventile ansteuert,
um insbesondere die grafische Auflösung der wiedergegebenen Information
anzupassen. Dadurch kann eine Steuerungseinrichtung automatisch
die Auflösung
der wiederzugebenden Information an das Raster der Lichtkacheln anpassen.
Beispielhafterweise kann die Steuerung die Auflösung einer darzustellenden
Information derart anpassen, dass der Rand der Darstellung genau mit
Rändern
der Lichtkacheln der Hinterleuchtungsanordnung zusammenfällt.
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Insbesondere
können
auch Breitbandkinofilme durch eine solche automatische Ansteuerung
an das Bildschirmformat der Informationswiedergabevorrichtung angepasst
werden. Zusätzlich
ermöglicht eine
solche Ansteuerung eine optimale Ausnutzung der einzelnen hinterleuchteten
Bereiche. Optimal heißt
in diesem Zusammenhang eine nach einem Optimierungskriterium vorgenommene
Anpassung der durch das Lichtventilraster wiedergegeben Information
an das Raster der Hinterleuchtungsanordnung. Die Anpassung der Information
kann durch eine Änderung
der Auflösung
und/oder eine Verschiebung der Darstellung innerhalb des Lichtventilrasters
erfolgen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Steuerung im Falle einer direkten
Hinterleuchtung der Lichtventile die Überlagerung der Emission benachbarter
Lichtquellen bzw. Leuchtgruppen bei der Anpassung der Leuchtstärke der
einzelnen Lichtquellen bzw. Leuchtgruppen in einem Algorithmus als
Eingangsgröße berücksichtigt.
In diesem Falle bedeutet eine direkte Hinterleuchtung den Verzicht
auf White-Box-Elemente, Lichtleiter oder Lichtleiter und Reflektoren.
Wird auf die Verwendung dieser Elemente bei der Hinterleuchtung
eines Bildschirms verzichtet, bilden sich ausgehend von den Lichtquellen
bzw. Leuchtgruppen gegenseitig überlagernde
Leuchtkegel aus. Diese Überlagerung
kann von einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung
bei der Berechnung der Lichtstärkeanpassung
der einzelnen Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
berücksichtigt
werden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 die
schematische Darstellung der Funktionsweise einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 die
schematische Darstellung der Funktionsweise einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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3 die
schematische Darstellung der Funktionsweise einer dritten Ausführungsform
der Erfindung,
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4 die
schematische Darstellung der Funktionsweise einer vierten vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung und
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5 die
schematische Darstellung des Aufbaus einer Anzeigevorrichtung mit
Lichtventilen.
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Alle
dargestellten Figuren sind schematisch; sie dienen der Erläuterung
und sind nicht maßstäblich.
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1 zeigt
die schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei
wird mit Hilfe einer Lichtventilanordnung 2 und einer Lichtquellenanordnung 1 eine
Information I dargestellt bzw. angezeigt, welche von einem Betrachter
(Pfeil) aufgenommen werden kann. In dieser Ausführungsform wird eine darzustellende
Information I in die Anzeigevorrichtung eingespeist.
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Die
Information I wird an zwei Steuereinheiten 4 und 5 weitergeleitet.
Steuereinheit 5 dient der Ansteuerung der Lichtventile.
Derartige Steuerungseinrichtungen 5 sind bereits aus herkömmlichen
Anzeigevorrichtungen mit Lichtventilen bekannt. In der Ausführungsform
gemäß 1 wird
die Lichtquellenanordnung 1, welche als Hintergrundbeleuchtung
für die
Lichtventilanordnung 2 dient, mit Hilfe einer weiteren
Steuerungseinrichtung 4 auch zur Wiedergabe von darzustellenden
Informationen genutzt. Dazu kann die Steuerung 4 die Helligkeiten
der einzelnen Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
der Lichtquellenanordnung 1 regulieren.
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Die
Steuerung 4 entnimmt dem darzustellenden Informationssignal
eine oder mehrere der folgenden Informationen:
- – die Kontrastinformation über die
gesamte darzustellende Fläche,
- – die
Kontrastinformationen eines oder mehrerer Bereiche der Fläche, welche
jeweils von einer einzelnen Lichtquelle oder einer Lichtquellengruppe hinterleuchtet
werden,
- – die
Kontrastinformation der jeweils unmittelbaren Nachbarzellen bzw.
-bereiche,
- – gegebenenfalls
die Kontrasteinstellung des zeitlich vorhergehenden oder nachfolgenden
Bildes und/oder
- – die
Umgebungshelligkeit.
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Insbesondere
kann bei der Darstellung einer Sequenz von Bildern, beispielweise
eines Videofilms oder eines Fernsehsignales, die Kontrastinformation von
vorhergegangenen Bildern oder im Falle einer zeitversetzten Darstellung,
auch die Kontrastinformation von nachfolgenden Bildern zur Kontrastverbesserung
der Darstellung eines Bildes der Sequenz verwendet werden. Die Kontrastverbesserung
geschieht, indem die Steuerung 4 durch einen oder mehrere
Algorithmen die eingehenden Informationen auswertet und die Helligkeit
der einzelnen Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
entsprechend dem Sollwert reguliert.
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Eine
Leuchtgruppe ist die Zusammenfassung mehrerer strahlungsemittierender
Halbleiterbauelemente zu einer Lichtquellengruppe. In dieser speziellen
Ausführungsform
ist weiter vorgesehen, dass mindestens ein Sensor 3 der
Steuerung 4 zusätzliche
Informationen über
die Umgebungshelligkeit im Bereich der Anzeige- bzw. Informationswiedergabevorrichtung
liefert. Diese Informationen werden ebenfalls durch einen oder mehrere
Algorithmen ausgewertet und die Steuerung 4 regelt nach
Auswertung der oben angeführten
Informationen automatisch die Leuchtstärke der einzelnen Halbleiterlichtquellen
beziehungsweise Leuchtgruppen nach. Besonders bevorzugt werden zur
Ermittlung der Umgebungshelligkeit ein oder mehrere Helligkeitssensoren
(Ambient Light Sensoren) verwendet. Ambient Light Sensoren sind
Sensoren, deren Empfindlichkeitsspektrum auf die Empfindlichkeit
des menschlichen Auges, also das des Betrachters optimiert sind.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist
zusätzlich
das weitere Merkmal auf, dass die Steuerung 4 noch zusätzlich die
Steuerung 5 beeinflusst, gekennzeichnet durch einen Wirkungspfeil.
Dabei beeinflußt
die Steuerung 4 die Auflösung, welche von der Steuerung 5 an
die Lichtventilanordnung 2 weitergegeben wird. Diese Beeinflussung
der Auflösung
ist insbesondere vorteilhaft, da das Raster der Lichtventilanordnung 2 meist
nicht mit dem Raster der Lichtquellenanordnung 1 übereinstimmt.
Das Raster der Lichtventilanordnung ist im Allgemeinen feiner als
jenes der Lichtquellenanordnung 1. Bei einer Anpassung
der Auflösung,
die in herkömmlichen
Anzeigevorrichtungen durch die Steuerungsanordnung 5 allein
vorgegeben wird, kann eine optimale und gleichmäßige Aufteilung der Lichtventile
der Lichtventilanordnung 2 auf das Raster der Lichtquellenanordnung 1 erreicht
werden.
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Unter
einer Auflösung
mit optimaler Aufteilung ist in diesem Zusammenhang beispielsweise
zu verstehen, dass die Einhüllende
der Fläche,
welche von den zur Darstellung genutzten Lichtventilen gebildet
wird, bei der Projektion auf die Lichtquellenanordnung 1 keine
Bereiche, die von einzelnen Lichtquellen bzw. Lichtquellengruppen
hinterleuchtet werden, schneidet, sondern jeweils mit deren Grenzen zusammenfällt. Die
Auflösung
wird also so angepasst, dass die dadurch bestimmte Wiedergabefläche im Idealfall
deckungsgleich mit einer aus Leuchtkacheln der Hinterleuchtungsanordnung
gebildeten Fläche
ist.
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2 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung. Darzustellende Information I wird in die Informationswiedergabevorrichtung
eingespeist. Die Information wird an zwei Steuerungseinheiten 24 und 25 weitergeleitet,
wobei die Steuerungseinheit 24 Einfluss auf die Steuerungseinheit 25 nehmen
kann. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen
beschränken
sich jedoch nicht darauf, dass die Steuerungen 24 und 25 oder
deren Äquivalente
in den anderen Ausführungsformen
getrennt ausgeführt
sind, sondern beide Steuerungen können auch gemeinsam als integrierte
Einheit ausgeführt
sein. Die Steuerung 25 steuert die Lichtventilanordnung 22,
während
die Steuerung 24 die Lichtquellenanordnung 21 ansteuert.
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Ein
Betrachter registriert das Licht, welches von der Lichtquellenanordnung 21 ausgeht
und dem eine Information durch die Lichtventilanordnung 22 aufgeprägt wird.
Die bevorzugte Betrachtungsrichtung ist in den 1 bis 4 jeweils
durch einen Pfeil angedeutet.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
nutzt die Steuerung 24 eine oder mehrere der auch anhand von 1 beschriebenen
Informationen um die Helligkeit der einzelnen Halbleiterlichtquellen
beziehungsweise Leuchtgruppen der Lichtquellenanordnung 21 anzusteuern.
In Unterschied zu 1 ist kein Helligkeitssensor
vorgesehen.
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Das
Raster der Lichtquellenanordnung 21 entsteht dadurch, dass
einzelne Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen, Teilbereiche der
Lichtventilanordnung hinterleuchten. Diese Teilbereiche, sogenannte
Lichtkacheln bilden zusammengesetzt die Hinterleuchtungsanordnung
der Fläche.
Die Anzahl der Lichtkacheln ist allgemeinen geringer als die Anzahl
der Lichtventile. Dadurch weisen Halbleiterlichtquellenanordnungen und
Lichtventilanordnungen unterschiedliche Raster auf. Daher kann es
vorteilhaft sein, durch eine Beeinflussung der Steuerung 25 durch
die Steuerung 24 eine Änderung der
Auflösung
zu erreichen. Eine Änderung
der Auflösung
der Information ist besonders vorteilhaft, wenn dadurch zur Darstellung
der Information mittels der Lichtventilanordnung 22 ganze
Lichtkacheln der Lichtquellenanordnung 21 zur Hinterleuchtung
benutzt werden müssen.
Mit anderen Worten wird die Auflösung
derart angepasst, dass der Rand der daraus resultierenden Darstellung,
projiziert auf die Lichtquellenanordnung 21, genau die
Ränder
einzelner Lichtkacheln trifft.
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3 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform
wird darzustellende Information I in die schematisch dargestellte
Informationswiedergabevorrichtung eingespeist. Die Information wird
weitergeleitet an die beiden Steuerungseinheiten 34 und 35.
Dabei wertet die Steuerung 35 die Information aus und steuert
entsprechend die Lichtventile der Lichtventilanordnung 32 an.
Die Steuerungseinheit 34 wertet eine oder mehrere Kontrastinformationen
der eingehenden Information aus. Dazu verwendet sie einen oder mehrere Algorithmen,
wie sie anhand der 1 und 2 beschrieben
sind.
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Im
Anschluss an die Auswertung der eingehenden Informationen durch
einen oder mehrere Algorithmen steuert die Steuerung 34 automatisch
die Helligkeit der einzelnen Halbleiterlichtquellen beziehungsweise
Halbleiterlichtquellengruppen der Lichtquellenanordnung 31.
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Da
es sich bei den Kontrastinformationen im Allgemeinen um normierte
Helligkeitsinformationen handelt, können weitere Ausführungsformen
der Erfindung als Eingangsinformationen auch die entsprechenden
Helligkeitsinformationen anstelle der obengenannten Kontrastinformationen
verarbeiten.
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Als
Wirkung der Steuerung 34 sieht der Betrachter eine durch
die Ansteuerung der Lichtquellenanordnung 31 kontrastverbesserte
Darstellung der mit Hilfe der Lichtventilanordnung 32 dargestellten Information.
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4 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung, bei der die darzustellende Information I in das System
eingespeist wird. Die Information wird an zwei Steuerungseinheiten 44 und 45 weitergeleitet. Erfindungsgemäße Ausführungsformen
beschränken
sich aber nicht darauf, dass die Steuerungseinheiten 45 und 44 getrennt
ausgeführt
sein müssen, sondern
beinhalten insbesondere auch die Möglichkeit, beide Steuerungen 44 und 45 gemeinsam
in einer Gesamtsteuerung zu integrieren.
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Die
Steuerung 45 dient der Ansteuerung der Lichtventilanordnung 42.
Steuerung 44 wertet mit Hilfe eines oder mehrerer Algorithmen
Informationen aus. Dieses können
Helligkeits- und/oder
Kontrastinformationen der eingespeisten dazustellenden Information
sein, wie sie in den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
beschrieben sind. Zusätzlich
kann eine Steuerung 44 die Informationen mindestens eines
Sensors 43, welche die Umgebungshelligkeit des Raumes,
in welchem die Informationswiedergabevorrichtung betrieben wird,
aufnehmen und auswerten.
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Die
Auswertung geschieht mittels eines oder mehrerer zuvor beschriebener
Algorithmen. Als Folge dieser Auswertung wird eine automatische
Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen, beziehungsweise Halbleiterlichtquellengruppen
der Lichtquellenanordnung 41 bewirkt. Dabei kann sowohl
zur Kontrastverbesserung der Gesamtdarstellung die Helligkeit einzelner
Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Lichtquellengruppen variiert
werden, als auch die Helligkeit einzelner Zeilen oder Spalten von
Halbleiterlichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen. Sowohl die
Helligkeiten einzelner Leuchtkacheln als auch die Helligkeiten der
Zeilen oder Spalten des von den Leuchtkacheln gebildeten Rasters
können
durch die Steuerungseinheit 44 automatisch angesteuert beziehungsweise
variiert werden.
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Durch
eine gezielte Auswertung der eingehenden Informationen erzeugt die
Steuerung 44 somit eine Kontrastverbesserung der dargestellten
Information, welche von einem Betrachter wahrgenommen werden kann.
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5 zeigt
den schematischen Aufbau einer Informationswiedergabevorrichtung
mittels Lichtventilen. Dabei zeigt 5a eine
Querschnittsdarstellung des schematischen Aufbaus einer solchen
Informationswiedergabevorrichtung und 5b die
Aufsicht auf eine solche Anordnung.
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In 5a sind mehrere Halbleiterlichtquellen beziehungsweise
Halbleiterlichtquellengruppen 55 auf einen Träger 56 angeordnet.
Der Träger 56 kann dabei
eine Platine insbesondere eine Metallkernplatine sein. Metallkernplatinen
ermöglichen
aufgrund ihrer höheren
Wärmeleitfähigkeit
eine bessere Kühlung
der Halbleiterlichtquellen. Die Halbleiterlichtquellen beziehungsweise
Halbleiterlichtquellengruppen 55 koppeln ihr abgestrahltes
Licht in sogenannte White-Box-Elemente 54 ein. Diese White-Box-Elemente
entsprechen in etwa Reflektoren zur Strahlformung. Die Abmessung
der White-Box-Elemente an ihrer Lichtaustrittsseite bestimmt in
diesem Ausführungsbeispiel
die Größe der Lichtkacheln.
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Dieser
Zusammenhang ist durch die gestrichelten Linien, welche die entsprechenden 5a und 5b verbinden,
dargestellt. Lichtaustrittsseitig nachgeordnet ist den Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen
meist ein Diffusor 53 und mindestens eine BEF-Folie (Brightness
Enhancement Film) 52. Der Diffusor 53 sorgt für eine Homogenisierung
des abgestrahlten Lichtes und Brightness Enhancement Filme dienen
der Verbesserung der Abstrahlcharakteristik der Anzeigevorrichtung.
Dieser Hinterleuchtung ist weiters eine Lichtventilanordnung 51,
die dem abgestrahlten Licht eine Information aufmoduliert, nachgeordnet.
Eine derartige Lichtventilanordnung kann mehrschichtig aufgebaut
sein und zusätzlich
mehrere Filter enthalten.
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In 5b ist der schematische Aufbau einer Anzeigevorrichtung
in Aufsicht dargestellt. Die Hinterleuchtung einer solchen Vorrichtung
setzt sich im Allgemeinen durch einzelne Lichtkacheln 57a, 57b, 57c zusammen.
Je nach Bildschirmgröße können sowohl
in x- als auch in y-Richtung eine beliebige Anzahl (v, w) von Lichtkacheln
zur Hinterleuchtung einer Fläche
angeordnet werden. Die den Lichtkacheln nachgeordnete Lichtventilanordnung 51 ist
in 5b innerhalb der Lichtkachel 57a durch
ein Schachbrettmuster schematisch angedeutet. Das Raster der Lichtventilanordnung 51 ist
im Allgemeinen feiner als das Raster der Lichtkacheln.
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Spezielle
Ausführungsformen
der Erfindung sehen vor, dass die Informationswiedergabevorrichtung
beispielsweise ein 32''-TFT-Fernseher ist. Dabei hat
bei einem Bildformat von 16:9 die Lichtventilanordnung eine Pixelauflösung von
1366 × 768
Pixel. Dieses Lichtventilraster wird hinterleuchtet durch eine Anordnung
von Lichtkacheln. Beispielsweise kann diese Lichtkachelanordnung
durch 22 × 12
(v × w)
Lichtkacheln, also insgesamt 264 Lichtkacheln gebildet werden. Diese
Lichtkacheln enthalten als Halbleiterlichtquellen LEDs der Produktbezeichnung
MultiLED oder Advanced Power TopLED beziehungsweise daraus aufgebaute
Leuchtgruppen. In diesem Ausführungsbeispiel hinterleuchtet
somit jede Lichtkachel einen Bereich von ca. 64 × 64 Pixel der Lichtventilanordnung.
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Alternativ
kann dieses Ausführungsbeispiel auch
von 43 × 24
(v × w)
also 1032 Lichtkacheln hinterleuchtet werden, wobei jede Lichtkachel
beispielsweise eine Power TopLED enthält. Dadurch werden ca. 32 × 32 Pixel
der Lichtventilanordnung jeweils durch eine Lichtkachel, die jeweils
eine Power TopLED enthält,
hinterleuchtet.
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MultiLED,
Power TopLED und Advanced Power TopLED sind Bezeichnungen von Halbleiterlichtquellen,
welche von der Firma Osram vertrieben werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, die Erfindung für einen 45-Zoll-TFT-Bildschirm
zu verwenden. Bei einem Bildformat von 16:9 hat die Lichtventilanordnung
damit eine Pixelauflösung
von 1920 × 1080
Pixel. Zur Hinterleuchtung könnten
hier beispielsweise 30 × 17 (v × w) also
510 Lichtkacheln verwendet werden, welche als Lichtquelle jeweils
eine MultiLED oder eine Advanced Power TopLED enthalten. In diesem
speziellen Ausführungsbeispiel
hinterleuchtet jede Lichtkachel dann jeweils einen Bereich der Lichtventilanordnung,
welcher ca. 64 × 64
Pixel umfasst.