DE102008010470A1

DE102008010470A1 - Farbverwaltungssteuereinheit für einen konstanten Farbpunkt in einem Zeitfolge-Leuchtsystem

Info

Publication number: DE102008010470A1
Application number: DE102008010470A
Authority: DE
Inventors: Len Li Kevin Lim; Joon Chok Lee; Boon Keat Tan
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2008-08-28
Also published as: KR101000686B1; TW200847105A; JP2008268890A; US20080204382A1; KR20080078599A; CN101257752A

Abstract

Es wird ein Farbverwaltungssystem für ein Zeitfolge-Leuchtsystem beschrieben. Das Farbverwaltungssystem weist mehrere Lichtquellen, eine Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit auf. Die Ansteuerschaltung ist mit den mehreren Lichtquellen gekoppelt und die Steuereinheit ist mit der Ansteuerschaltung gekoppelt. Die Ansteuerschaltung steuert die mehreren Lichtquellen. Die Steuereinheit erzeugt erste und zweite Steuersignale für einen ersten Unterframe einer zeitlichen Sequenz von Unterframes. Das erste Steuersignal entspricht einer ersten Lichtquelle einer ersten Farbe, die eine Primärfarbe für den ersten Unterframe ist. Das zweite Steuersignal entspricht einer zweiten Lichtquelle einer zweiten Farbe, die eine ergänzende Farbe für den ersten Unterframe ist. Ausführungsformen des Farbverwaltungssystems halten einen Farbpunkt der Primärfarbe jedes Unterframes aufrecht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In herkömmlichen Zeitfolge-Ansteuersystemen (field sequential drive systems), die mit Leuchtdioden (LEDs) arbeiten, werden zwei oder mehr LEDs in einer Sequenz während des Zeitraums eines Frames (Bildschirminhalts) angesteuert. Um die verschiedenen Farben innerhalb eines Frames individuell anzusteuern, wird der Frame in Unterframes unterteilt. Jeder Unterframe entspricht einer Farbe. Das heißt, jeder Frame hat so viele Unterframes, wie das System verschiedene Farben hat. Zum Beispiel gibt es in einem System, das mit roten, grünen und blauen (RGB-)LEDs arbeitet, drei Unterframes innerhalb jedes Frames, um jede der drei Farben zu verarbeiten. Jede Farbe entspricht einem Unterframe. Insbesondere werden die roten LEDs während eines Unterframes angesteuert, die grünen LEDs werden während eines anderen Unterframes angesteuert, und die blauen LEDs werden während des verbleibenden Unterframes angesteuert. Nur eine einzige Farbe wird während jedes Unterframes angesteuert.
Wenn die kombinierte Lichtausgabe optisch homogenisiert wird und die Ansteuerfrequenz oberhalb einer kritischen Frequenz liegt, so unterscheidet der menschliche Sehapparat nicht zwischen den voneinander verschiedenen elementaren LED-Lichtquellen. Oder anders ausgedrückt: Der menschliche Sehapparat nimmt eine einzelne Lichtquelle wahr, die eine einzelne Farbe erzeugt. Die wahrgenommene Farbe ist eine Kombination der angesteuerten Farben. Wenn zum Beispiel Rot, Blau und Grün alle der Reihe nach angesteuert werden, so kann der menschliche Sehapparat die Farbe Weiß oder eine Variation davon wahrnehmen.
Leider kann dieser Systemtyp instabil sein, weil die LED-Lichtquellen in der Regel über elektrische und Temperatur-Nennbedingungen hinweg instabil sind. Jede Verschiebung bei der Farbe oder der Helligkeit der elementaren LED-Lichtquelle während eines Unterframes führt zu einer Verschiebung der wahrgenommenen Farbe der kombinierten Lichtausgabe.
Dieses Problem manifestiert sich in einer Zeitfolge-Flüssigkristallanzeige (Field Sequential Liquid Crystal Display – FS-LCD), die mit RGB-LEDs arbeitet. In der Regel enthält jeder Bildframe einer herkömmlichen FS-LCD drei Unterframes. In jedem Unterframe wird jeweils nur eine einzige Art von Farb-LED angesteuert oder erhellt. Zum Beispiel werden im Unterframe der roten LEDs nur die roten LEDs angesteuert, und das Flüssigkristallelement jedes Pixels moduliert dieses rote Licht weiter Pixel für Pixel. Die gleiche Aktion wird für die grünen und blauen LEDs der Reihe nach ausgeführt. Oder anders ausgedrückt: Jedes Pixel moduliert die Primärfarben Rot, Grün und Blau Pixel für Pixel unter Verwendung der Flüssigkristalltechnologie. Wie oben erläutert, führen individuelle Farbverschiebungen bei den Primärfarben Rot, Grün oder Blau zu wahrgenommenen Farbverschiebungen für die sequenziell kombinierte Farbkombination für jeden Pixel.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es werden Ausführungsformen eines Systems beschrieben. In einer Ausführungsform ist das System ein Farbverwaltungssystem für ein Zeitfolge-Leuchtsystem (field sequential lighting system). Das Farbverwaltungssystem weist mehrere Lichtquellen, eine Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit auf. Die Ansteuerschaltung ist mit den mehreren Lichtquellen gekoppelt und die Steuereinheit ist mit der Ansteuerschaltung gekoppelt. Die Ansteuerschaltung steuert die mehreren Lichtquellen an. Die Steuereinheit erzeugt erste und zweite Steuersignale für einen ersten Unterframe einer zeitlichen Sequenz von Unterframes. Das erste Steuersignal entspricht einer ersten Lichtquelle einer ersten Farbe, die eine Primärfarbe für den ersten Unterframe ist. Das zweite Steuersignal entspricht einer zweiten Lichtquelle einer zweiten Farbe, die eine Ergänzungsfarbe für den ersten Unterframe ist. Ausführungsformen des Farbverwaltungssystems halten einen Farbpunkt der Primärfarbe jedes Unterframes aufrecht. Andere Ausführungsformen des Systems werden ebenfalls beschrieben.
Es werden auch Ausführungsformen einer Vorrichtung beschrieben. In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Farbverwaltungssteuereinheit für ein Zeitfolge-Leuchtsystem. Die Farbverwaltungssteuereinheit weist eine Signalgeneratorschaltung, eine optische Rückkopplungsschaltung und eine Steuerschaltung auf. Die Signalgeneratorschaltung erzeugt mehrere Versorgungssignale für mehrere Lichtquellen mit mehreren Farben. Die optische Rückkopplungsschaltung erzeugt ein optisches Rückmeldungssignal auf der Grundlage mindestens eines Sensorsignals, das mindestens einer der mehreren Farben entspricht. Die Steuerschaltung ist zwischen der Signalgeneratorschaltung und der optischen Rückkopplungsschaltung gekoppelt. Die Steuerschaltung implementiert eine Farbmischung von mindestens zwei Farben der mehreren Farben während jedes Unterframes gemäß einem Farbverarbeitungsalgorithmus. Es werden noch andere Ausführungsformen der Vorrichtung beschrieben.
Ausführungsformen eines Verfahrens werden ebenfalls beschrieben. In einer Ausführungsform ist das Verfahren ein Verfahren zum Aufrechterhalten eines konstanten Farbpunktes für eine Farbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem. Das Verfahren weist auf das Erzeugen eines primären Lichtsignals aus einer ersten Lichtquelle während im Wesentlichen eines gesamten ersten Unterframes, das Erzeugen eines ersten ergänzenden Lichtsignals aus einer zweiten Lichtquelle während eines ersten Abschnitts des ersten Unterframes und das Erzeugen eines zweiten ergänzenden Lichtsignals aus einer dritten Lichtquelle während eines zweiten Abschnitts des ersten Unterframes. Das Verfahren weist des Weiteren das Mischen des primären Lichtsignals, des ersten ergänzenden Lichtsignals und des zweiten ergänzenden Lichtsignals auf, um eine Pseudo-Primärfarbe während des ersten Unterframes zu erzeugen. Andere Ausführungsformen des Verfahrens werden ebenfalls beschrieben.
Weitere Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines Farbverwaltungssystems.
2 zeigt ein Schaubild einer Ausführungsform einer Farbverwaltungssystemsteuereinheit für ein Zeitfolge-Leuchtsystem.
3 zeigt ein Wellendiagramm von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs in einer zeitlichen Sequenz für ein Zeitfolge-Leuchtsystem.
4A zeigt ein Wellendiagramm von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes einer Primärfarbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem.
4B zeigt ein weiteres Wellendiagramm von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes einer Primärfarbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem.
4C zeigt ein weiteres Wellendiagramm von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes einer Primärfarbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Farbverwaltungsverfahrens zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes während eines Unterframes für ein Zeitfolge-Leuchtsystem.
6 zeigt ein Schaubild einer anderen Ausführungsform eines Farbverwaltungssystems.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Videoprojektors, der eine Zeitfolgebeleuchtung implementiert.
8 zeigt eine Ausführungsform einer LED-basierten Videoprojektionswand, die eine Zeitfolgebeleuchtung implementiert.
In dieser Beschreibung können ähnliche Bezugszahlen zum Bezeichnen ähnlicher Elemente verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines Farbverwaltungssystems 100. Das veranschaulichte Farbverwaltungssystem 100 weist mehrere Lichtquellen 102, eine Ansteuerschaltung 104, eine Steuereinheit 106 und einen optischen Sensor 108 auf. Ausführungsformen des Farbverwaltungssystems 100 können in verschiedenen Anwendungen implementiert sein. Eine Anwendung, in der das Farbverwaltungssystem 100 implementiert werden kann, ist eine Zeitfolge-Flüssigkristallanzeige (Field Sequential Liquid Crystal Display – FS-LCD).
In einer Ausführungsform weisen die mehreren Lichtquellen 102 mehrere Leuchtdioden (LEDs) auf. Jedoch können in anderen Ausführungsformen auch andere Arten von Lichtquellen 102 verwendet werden. Zum Beispiel werden in einigen Ausführungsformen Laser anstelle von LEDs verwendet. Der Einfachheit halber werden im vorliegenden Text vorkommende Verweise auf LEDs als eine beispielhafte Ausführungsform der Lichtquellen 102 verstanden, und die Beschreibungen solcher beispielhafter Ausführungsformen können auch auf andere Ausführungsformen Anwendung finden, in denen andere Arten von Lichtquellen 102 verwendet werden.
Die LEDs 102 weisen verschiedenfarbige LEDs auf. Zum Beispiel können die LEDs 102 rote, grüne und blaue (RGB-)LEDs aufweisen. Jede Farbe kann durch eine einzelne LED 102 oder eine Gruppe (zum Beispiel eine Anordnung) von LEDs 102 erzeugt werden. Die RGB-LEDs 102 können implementiert sein, um in einigen Fällen weißes Licht zu erzeugen, wenn die roten, grünen und blauen Lichtfarben kombiniert werden. Es ist anzumerken, dass die Lichtsignale von den verschiedenen LEDs 102 auf mindestens zwei Arten kombiniert werden können. Erstens können die Lichtsignale von den LEDs 102 durch gleichzeitiges Ansteuern der LEDs 102 kombiniert werden. Zweitens können die Lichtsignale kombiniert werden, indem die LEDs 102 zu getrennten Zeiten angesteuert werden, aber sequenziell mit einer Frequenz, die oberhalb einer kritischen Frequenz liegt, bei der der menschliche Sehapparat zwischen den separaten Farben unterscheiden könnte. Oder anders ausgedrückt: Die Lichtsignale werden in einer Sequenz, eines nach dem anderen, so rasch erzeugt, dass der menschliche Sehapparat die individuellen Farben so kombiniert, dass er eine resultierende kombinierte Farbe wahrnimmt, ungeachtet der Tatsache, dass die Farben genau genommen zu keinem Zeitpunkt miteinander vermischt werden. Herkömmliche FS-LCD-Systeme arbeiten mit dieser zweiten, sequenziellen, Technik zum Erzeugen der Wahrnehmung einer Farbmischung.
Die Ansteuerschaltung 104 enthält Schaltungen zum Ermöglichen des Ansteuerns der LEDs 102. In Implementierungen, in denen LEDs 102 verwendet werden, kann die Ansteuerschaltung 104 Strombegrenzungswiderstände in einer bekannten Weise enthalten. In Implementierungen, in denen andere Arten von Lichtquellen 102 verwendet werden, kann die Ansteuerschaltung 104 durch andere Arten analoger oder digitaler Schaltungen verkörpert sein. Die Ansteuerschaltung 104 empfängt ein oder mehrere Versorgungssignale 110 von der Steuereinheit 106. In einigen Ausführungsformen bestimmen die Versorgungssignale 110 die Farbe und die Helligkeit der LEDs 102. Wenn LEDs 102 verwendet werden, so können die Versorgungssignale 110 pulsweitenmodulierte (pulse-width-modulated – PWM) Signale sein. Zum Beispiel können die PWM-Signale 110 ein PWM_R-Signal für die roten LEDs 102, ein PWM-Signal für die grünen LEDs 102 und ein PWM_B-Signal für die blauen LEDs 102 auweisen.
Die Steuereinheit 106 verwendet die Versorgungssignale 110 zum Steuern des Anteils des Lichts von jeder der verschiedenen Farben der LEDs 102. In einer Ausführungsform verwendet die Steuereinheit 106 einen oder mehrere Farbverarbeitungsalgorithmen zum Erzeugen der Versorgungssignale 110. Eine ausführlichere Illustration und Erläuterung einer Ausführungsform der Steuereinheit 106 ist in 2 und in der begleitenden Beschreibung gegeben.
Der optische Sensor 108 detektiert die Lichtsignale von den LEDs 102 und stellt ein oder mehrere Sensorsignale 112 für die Steuereinheit 106 bereit. Auf diese Weise gibt der optische Sensor 108 eine optische Rückmeldung an die Steuereinheit 106. In einer Ausführungsform tastet der optische Sensor 108 individuelle Komponenten (d. h. RGB) des durch die LEDs 102 erzeugten vermischten Lichtsignals ab. Der optische Sensor 108 kann diese abgetasteten Sensorsignale 112 entweder als analoge oder als digitale Signale an die Steuereinheit 106 senden. Zum Beispiel ist der optische Sensor 108 ein Farbsensor mit drei Kanälen zum Detektieren von drei verschiedenen Farben. Zum Beispiel detektiert Kanal X die Rotlichtsignalkomponente und erzeugt das SENSE_X-Signal; Kanal Y detektiert die Grünlichtsignalkomponente und erzeugt das SENSE_Y-Signal; und Kanal Z detektiert die Blaulichtsignalkomponente und erzeugt das SENSE_Z-Signal. Es ist anzumerken, dass andere Ausführungsformen andere Farb- und Leuchtkonventionen anstelle von RGB und XYZ verwenden können.
Nach dem Erhalt der optischen Rückmeldungssignale 112 von dem optischen Sensor 108 kann die Steuereinheit 106 eines oder mehrere der Versorgungssignale 110 zu dem Treiber 104 modifizieren. Auf diese Weise steuert die Steuereinheit 106 die Lichtquellen 102, um die resultierende Farbe der kombinierten Lichtsignale zu bestimmen. In einer Ausführungsform können die Steuereinheit 106 und der optische Sensor 108 gemäß einer bekannten Farbkorrelation kalibriert werden. Die Korrelation gestattet es der Steuereinheit 106, eine Farbe in einem bestimmten Farbraum zu spezifizieren, wie zum Beispiel XYZ, Yxy, Yu'v' und RGB.
2 zeigt ein Schaubild einer Ausführungsform einer Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 für ein Zeitfolge-Leuchtsystem. Eine Art von Zeitfolge-Leuchtsystem ist eine Zeitfolge-Leuchtanzeige. Genauer gesagt, veranschaulicht 2 eine detaillierte Ausführungsform der in 1 gezeigten Steuereinheit 106. Obgleich im vorliegenden Text konkrete Komponenten gezeigt und beschrieben sind, können andere Ausführungsformen der Steuereinheit 106 weniger oder mehr Schaltungen und Komponenten enthalten, um weniger oder mehr Farbverwaltungsoperationen zu implementieren. Außerdem sind im Interesse der Einfachheit und besseren Verständlichkeit viele herkömmliche Merkmale im vorliegenden Text nicht gezeigt oder beschrieben, können aber in bestimmten Implementierungen der Steuereinheit 106 enthalten sein.
Die veranschaulichte Steuereinheit 106 weist eine Systemsteuereinheit 114, eine Schnittstellensteuereinheit 116, ein oder mehrere interne Register 118 und eine Farbsteuereinheit 120 auf. In einer Ausführungsform führt die Systemsteuereinheit 114 interne Funktionen aus, wie zum Beispiel Organisation, Schnittstellenverbindung zwischen Blöcken, Erzeugen von Steuersignalen und so weiter. Die Schnittstellensteuereinheit 116 ist mit der Systemsteuereinheit 114 gekoppelt und verwaltet die Kommunikation mit Hilfe bekannter Protokolle. Zum Beispiel kann die Schnittstellensteuereinheit 116 eine serielle Schnittstellensteuereinheit zum Verwalten der I²C Kommunikationsprotokolle sein, obgleich auch andere Arten von Schnittstellenprotokollen implementiert werden können.
Die Schnittstellensteuereinheit 116 ist auch mit den internen Registern 118 gekoppelt, welche die primäre Komponente zum Konfigurieren der Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 sind. In einer Ausführungsform enthalten die internen Register 118 eine Registerbank. Jedes Bit innerhalb der Register wird auf eine Spezifikation, Funktion oder Betriebsart abgebildet. Die internen Register 118 können auch eine Reihe von Kalibrierungsregistern enthalten, die in einer gut bekannten Weise verwendet werden können.
Die Farbsteuereinheit 120 ist mit den internen Registern 118 sowie mit der Systemsteuereinheit 114 gekoppelt. In einer Ausführungsform werden Steuersignale von der Systemsteuereinheit 114 zu der Farbsteuereinheit 120 übermittelt. Die Farbsteuereinheit 120 enthält Farbverarbeitungsalgorithmen, welche die Sensordaten von dem optischen Sensor 108 bearbeiten. Die Algorithmen korrigieren die relative Einschaltdauer (das Tastverhätnis) der PWM-Ausgabe, wenn es eine Nichtübereinstimmung zwischen der gewünschten Farbe und der tatsächlich erzeugten Farbe () gibt, wie sie durch den optischen Sensor 108 gemessen wurde. Die Farbsteuereinheit 120 konvertiert auch die eingegebenen Farbkoordinaten in ein intern verstandenes Format. In einer Ausführungsform ist das standardmäßig voreingestellte Eingabeformat CIE-RGB (Lichtart E).
In Bezug auf die Farbverarbeitungsalgorithmen kann die Farbsteuereinheit 120 je nach dem Betriebsmodus der Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 einen oder mehrere Algorithmen implementieren. Es ist bekannt, dass die zeitgemittelte Helligkeit einer LED linear mit der relativen Einschaltdauer skaliert. Wenn die Farbe einer LED, N, bei einer relativen Einschaltdauer von 100% unter Verwendung ihrer CIE-Farbwerte als ein Vektor folgendermaßen definiert wird: CN' = iNX + jNY + kNZ
Dann kann die Farbe der LED N für andere Werte einer relativen Einschaltdauer K durch die folgende Gleichung definiert werden: CN = KNCN'.
Wenn Licht, das von zwei LEDs A und B abgegeben wird, vermischt wird, dann ist die Farbe der vermischten LED-Lichtquelle M durch die folgende Gleichung gegeben: CM = KACA' + KBCB'
Da des Weiteren die Farbe für die LEDs A und B bei einer relativen Einschaltdauer von 100% gegeben ist durch: CA' = iAX + jAY + kAZ und CB' = iBX + jBY + kBZ,kann die Gleichung für die resultierende Farbe geschrieben werden als: CM = KA (iAX + jAY + kAZ) + KB (iBX + jBY + kBZ),wobei K_A der Wert der relativen Einschaltdauer für die LED A ist und K_B der Wert der relativen Einschaltdauer für die LED B ist. In einer Ausführungsform werden die RGB-Helligkeitswerte durch Ändern des LED-Ansteuerstroms von einer oder mehreren LEDs 102 angepasst. Alternativ werden die RGB-Helligkeitswerte durch Ändern mindestens eines der PWM-Signale 110 von dem PWM-Generator 122 angepasst. Es ist anzumerken, dass die Anpassung der relativen Einschaltdauer im Vergleich zur Anpassung des LED-Ansteuerstroms eine linearere Beziehung zur LED-Helligkeit aufweist.
Es ist des Weiteren zu beachten, dass die Farbe alternativ auch durch einen dreidimensionalen Vektor unter Verwendung standardmäßiger CIE-Farbwerte dargestellt werden kann, da eine Farbe eine Helligkeitskomponente und eine Farbartkomponente aufweist. Des Weiteren können, obgleich sich die vorangegangene Beschreibung auf LEDs bezieht, ähnliche Ausdrücke und Gleichungen auch für andere Lichtquellen, wie zum Beispiel Laser, abgeleitet werden.
Um eine solche Steuerung für die LEDs 102 zu implementieren, enthält die Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 einen PWM-Generator 122. Die Farbsteuereinheit 120 erzeugt eine relative Einschaltdauer von PWM-Ausgaben für jede Farbe und übermittelt die relative Einschaltdauer von PWM-Ausgaben an den PWM-Generator 122. Der PWM-Generator 122 empfängt die Werte der relativen Einschaltdauer von der Farbsteuereinheit 120 und erzeugt ein oder mehrere PWM-Signale 110 entsprechend den Werten der relativen Einschaltdauer. Zum Beispiel kann der PWM-Generator 122 ein PWMR-Signal 110 erzeugen, um die roten LEDs 102 zu speisen, ein PWM_G-Signal 110 erzeugen, um die grünen LEDs 102 zu speisen, und ein PWM_B-Signal 110 erzeugen, um die blauen LEDs 102 zu speisen. Auf diese Weise kann die Farbsteuereinheit 120 jedes der PWM-Signale 110 für jede Farbe der LEDs 102 steuern.
Die veranschaulichte Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 enthält auch ein Modusauswahlmodul 124. In einer Ausführungsform bestimmt das Modusauswahlmodul 124 den Gerätebetriebsmodus (zum Beispiel normal, Standby, interner/externer Takt usw.), wie es dem Fachmann bekannt ist.
Die veranschaulichte Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 enthält auch einen internen Oszillator 126. In einer Ausführungsform erzeugt der interne Oszillator 126 ein Taktsignal CLK für die Logikschaltungen. Alternativ kann das erzeugte Taktsignal CLK mit einem externen Taktsignal 128, das über einen Multiplexer 130 ausgewählt wird, umgangen werden. Verschiedene Implementierungen von Taktsignalen sind bestens bekannt.
Die veranschaulichte Farbverwaltungssystemsteuereinheit 106 enthält auch Sensorschaltungen 132, die mit der Farbsteuereinheit 120 gekoppelt sind. In einer Ausführungsform empfangen die Sensorschaltungen 132 die Sensorsignale 112 und geben ein oder mehrere entsprechende Signale an die Farbsteuereinheit 120 weiter. Zum Beispiel können die Sensorschaltungen 132 ein SENSE_X-Signal 112, ein SENS_Y-Signal 112 und ein SENSE_Z-Signal 112 empfangen. Obgleich Ausführungsformen der Sensorschaltungen 132 verschiedene Implementierungen enthalten können, weist eine Ausführungsform einen Multiplexer, einen programmierbaren Verstärker und einen Analog-Digital-Wandler (Analog-to-Digital Converter – ADC) auf. Der Multiplexer wählt eines der ankommenden Sensorsignale 112 aus und leitet das ausgewählte Sensorsignal 112 an den programmierbaren Verstärker weiter. Die Verstärkung des programmierbaren Verstärkers kann verstellt werden, um das Sensorsignal 112 für die Weiterverarbeitung zu erhöhen. Der ADC konvertiert das ausgewählte Sensorsignal 112 von einem analogen Signal in ein digitales Signal, das durch die Farbsteuereinheit 120 verwendet werden kann. Andere Ausführungsformen der Sensorschaltungen 132 können andere Komponenten oder Konfigurationen enthalten. Damit die Sensorschaltungen 132 funktionieren können, wird in einer Ausführungsform ein Spannungssignal von einer Bezugsspannung, VREF 134 oder einer externen VREF 136 in die Sensorschaltungen 132 eingespeist. Die interne VREF 134 oder externe VREF 136 kann durch einen Multiplexer 138 ausgewählt werden.
3 zeigt ein Wellendiagramm 150 von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs 102 in einer zeitlichen Sequenz für ein Zeitfolge-Leuchtsystem wie zum Beispiel eine Zeitfolge-Anzeige oder ein anderes Leuchtsystem. Die Ansteuersignale werden auf Frames ausgerichtet, wobei das Ansteuersignal für jede Farbe während eines entsprechenden Unterframes aufgedrückt wird. Zum Beispiel wird das Ansteuersignal für die roten LEDs 102 während des ersten Unterframes aufgedrückt. Dann wird das Ansteuersignal für die grünen LEDs 102 während des zweiten Unterframes aufgedrückt. Schließlich wird das Ansteuersignal für die blauen LEDs 102 während des dritten Unterframes aufgedrückt. Auf diese Weise ist die resultierende Farbe, die durch einen Betrachter wahrgenommen wird, ungefähr weiß, wenn die Frame-Frequenz oberhalb einer kritischen Frequenz liegt, bei der der Betrachter nicht in der Lage ist, zwischen den individuellen RGB-Farben zu unterscheiden.
Wenn in einer anderen Ausführungsform nur die Farbe Rot angezeigt werden soll, so würde das Ansteuersignal für die roten LEDs 102 jeden dritten Unterframe aufgeprägt werden, während das Ansteuersignale für die grünen und blauen LEDs 102 nicht aufgeprägt werden würde. Auf diese Weise würde der Betrachter nur Rot sehen. Durch Ausweitung können verschiedene resultierende Farben erzeugt werden, indem ein oder mehrere der Ansteuersignale in einer ähnlichen sequenziellen Weise aufgeprägt werden.
4A zeigt ein Wellendiagramm 160 von LED-Ansteuersignalen zum Ansteuern von LEDs 102 zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes einer Primärfarbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem, wie zum Beispiel einer Zeitfolge-Anzeige oder einem anderen Leuchtsystem. Insbesondere entspricht das Wellendiagramm 160 PWM-Ansteuersignalen. Angesichts der Tatsache, dass der Farbpunkt einer LED 102 sich im zeitlichen Verlauf verschieben kann, kann das Aufprägen individueller Farben während jedes Unterframes, wie oben beschrieben, zu einer merklichen Verschiebung des Farbpunktes jeder Primärfarbe (zum Beispiel RGB) führen. Um den Farbpunkt jeder Primärfarbe aufrecht zu erhalten, kann die Farbsteuereinheit 120 Daten aus den Sensorschaltungen 132 zum Erzeugen von "Pseudo"-Primärfarben verwenden. Eine Pseudo-Primärfarbe ist eine Primärfarbe, die aus mehr als einer einzigen Farb-LED zusammengesetzt ist. Es ist anzumerken, dass sich der Begriff "Primärfarbe" im Sinne des vorliegenden Textes nicht unbedingt auf eine der RGB-Primärfarben bezieht. Vielmehr bezieht er sich auf die Farben, die primär während jedes Unterframes verwendet werden. Auf diese Weise kann jede Farbe eine "Pseudo"-Primärfarbe sein, wenn sie die Farbe ist, die primär während eines der individuellen Unterframes verwendet wird.
4A veranschaulicht die Verwendung von "Pseudo-Primärfarben" zum Aufrechterhalten des Farbpunktes jeder Primärfarbe, die während jedes Unterframes verwendet wird. Zum Beispiel kann die Farbsteuereinheit 120 im RGB-Farbraum das rote Ansteuersignal während im Wesentlichen des gesamten ersten Unterframes aufprägen. Des Weiteren kann während des ersten Unterframes die Farbsteuereinheit 120 das grüne Ansteuersignal während eines Abschnitts des ersten Unterframes aufprägen. Außerdem kann die Farbsteuereinheit 120 das blaue Ansteuersignal während eines anderen Abschnitts des ersten Unterframes aufprägen. Auf diese Weise ist die resultierende Farbe während des ersten Unterframes eine Mischung der roten, grünen und blauen Farben, die proportional zu den entsprechenden Ansteuersignalen erzeugt werden. In diesem Szenario können die grünen und blauen Farben als ergänzende Farben während des ersten Unterframes bezeichnet werden, weil sie verwendet werden um die Farbe Rot zu ergänzen. Es ist anzumerken, dass die Aufprägezeiten der grünen und blauen LEDs 102 einander ganz oder teilweise überlappen können, oder sie können zeitlich voneinander getrennt sein. Außerdem ist anzumerken, dass in einigen Ausführungsformen die ergänzende Aufprägedauer einer Gegenfarbe für eine bestimmten Unterframe größer sein kann als die Aufprägedauer der Primärfarbe. Die resultierende Pseudo-Primärfarbe C_PR für den ersten Unterframe kann ausgedrückt werden als: CPR = KRCR' + KGCG' + KBCB'wobei:

C_R': = rote LED-Farbe bei 100% relativer Einschaltdauer,
C_G': = grüne LED-Farbe bei 100% relativer Einschaltdauer,
C_B': = blaue LED-Farbe bei 100% relativer Einschaltdauer,
K_R: = relative Einschaltdauer der roten LED,
K_G: = relative Einschaltdauer der grünen LED, und
K_B: = relative Einschaltdauer der blauen LED.

Da R, G und B zusammen ein RGB-Dreieck in der CIE 1931 XY-Tafel bilden, ist C_PR ein Farbpunkt innerhalb des RGB-Dreiecks. Dies gestattet es der Farbsteuereinheit 120, den Farbpunkt der Pseudo-Primärfarbe CPR durch Anpassen von K_R, K_G und K_B mit Bezug auf Farbverschiebungen in den elementaren RGB-LEDs 102 aufrecht zu erhalten. In anderen Ausführungsformen können andere Farbverarbeitungsalgorithmen implementiert werden.
Die gleiche Technik kann auf die anderen zwei Pseudo-Primärfarben – Pseudogrün und Pseudoblau – während der zweiten und dritten Unterframes angewendet werden. Verschiebungen zu diesen Pseudo-Primärfarben können mit Hilfe eines Dreifarbsensors detektiert werden, der die Farbe jeder Pseudo-Primärfarbe während ihres jeweiligen Unterframes abtastet. Obgleich es verschiedene bekannte Techniken zur optischen Rückmeldung gibt, sind einige Techniken zur optischen Rückmeldung ausführlich in den US-Patenten Nr. 6,894,442 und 6,448,550 beschrieben, die durch Bezugnahme in den vorliegenden Text mit aufgenommen werden.
Obgleich das Wellendiagramm 160 die Verwendung von Pseudo-Primärfarben unter Verwendung von RGB-LEDs 102 veranschaulicht, können in anderen Ausführungsformen andere Farbkombinationen verwendet werden. Zum Beispiel implementiert eine Ausführungsform Pseudo-Primärfarben für RGB- und weiße LEDs 102. Eine andere Ausführungsform implementiert Pseudo-Primärfarben für RGB- und gelbe LEDs 102. Es können noch weitere Farbkombinationen implementiert werden.
Obgleich 4A Wellendiagramme zeigt, die PWM-Ansteuersignalen entsprechen, können des Weiteren andere Ausführungsformen andere Arten von Ansteuersignalen zum Ansteuern der LEDs 102 verwenden. Zum Beispiel zeigt 4B ein Wellendiagramm 162, in dem die LED-Ansteuersignale LED-Ansteuerströme sind. Die Amplitude jedes Ansteuerstroms wird innerhalb jedes der Unterframes moduliert. Als ein weiteres Beispiel zeigt 4C ein Wellendiagramm 164, in dem die LED-Ansteuersignale zeitmultiplexierte (time-division multiplexed) Ansteuersignale sind. Jeder Unterframe ist in mehrere Segmente unterteilt, wobei jede Lichtquellenfarbe einem der Segmente entspricht. In der gezeigten Ausführungsform ist jeder Unterframe in ein rotes Segment, T_R, ein grünes Segment, T_G, und ein blaues Segment, T_B, unterteilt. Die individuellen Ansteuersignale während jedes Segments werden bearbeitet, um eine bestimmte "Pseudo-Primärfarbe" für den Unterframe zu erzeugen.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Farbverwaltungsverfahrens 180 zum Aufrechterhalten eines Farbpunktes während eines Unterframes für ein Zeitfolge-Leuchtsystem, wie zum Beispiel eine Zeitfolge-Anzeige oder ein anderes Leuchtsystem. Zum Beispiel kann das Farbverwaltungsverfahren 180 in Verbindung mit dem Farbverwaltungssystem 100 von 1 implementiert werden, obgleich das Farbverwaltungsverfahren 180 auch mit anderen Farbverwaltungssystemen implementiert werden kann.
Bei Block 182 erzeugt das Farbverwaltungssystem 100 ein primäres Lichtsignal von einer ersten Lichtquelle 102 während im Wesentlichen eines gesamten ersten Unterframes. Bei Block 184 erzeugt das Farbverwaltungssystem 100 ein erstes ergänzendes Lichtsignal von einer zweiten Lichtquelle 102 während eines ersten Abschnitts des ersten Unterframes. Bei Block 186 erzeugt das Farbverwaltungssystem 100 ein zweites ergänzendes Lichtsignal während eines zweiten Abschnitts des ersten Unterframes. Auf diese Weise erzeugt das Farbverwaltungssystem 100 eine Pseudo-Primärfarbe, welche die erste Primärfarbe (zum Beispiel Rot) und zwei ergänzende Farben (zum Beispiel Grün und Blau) enthält. Obgleich das Farbverwaltungsverfahren 180 drei Farben zum Erzeugen der Pseudo-Primärfarbe während des ersten Unterframes kombiniert, können andere Ausführungsformen auch weniger oder mehr Farben zum Erzeugen anderer Pseudo-Primärfarben verwenden. Diese Technik kann auch zum Erzeugen anderer Pseudo-Primärfarben während anschließender Unterframes verwendet werden. Dann endet das gezeigte Verfahren 180.
6 zeigt ein Schaubild einer anderen Ausführungsform eines Farbverwaltungssystems 200. Das gezeigte Farbverwaltungssystem 200 weist RGB-LEDs 102, LED-Treiber 104, eine Steuereinheit 106 und einen optischen Sensor 108 auf. Jede dieser Komponenten funktioniert folgendermaßen.
Das Farbverwaltungssystem 200 weist auch eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 202 und einen Lichtleiter 204 auf. In einer Ausführungsform ermöglicht der Lichtleiter 204 die Farbmischung der Lichtsignale von den RGB-LEDs 102. Das Lichtmischen kann gleichzeitig und/oder sequenziell erfolgen. Der Lichtleiter 204 fungiert auch als ein Rücklicht, um mindestens einen Teil des vermischten Lichts in Richtung der LCD 202 zu lenken. Auf diese Weise kann das Licht von dem Lichtleiter 204 zum Anzeigen von Bildern auf der LCD 202 verwendet werden.
Es können noch weitere Ausführungsformen des Farbverwaltungssystems implementiert werden. Insbesondere können Ausführungsformen in jeder Art von Leuchtsystem implementiert werden, das mit einer oben beschriebenen Zeitfolge-Beleuchtung arbeitet. Als ein Beispiel können einige Ausführungsformen von Videoprojektoren 210, wie in 7 gezeigt, eine Zeitfolge-Leuchtprojektion implementieren, die in ähnlicher Weise funktionieren würde wie die oben beschriebene Zeitfolge-LCD. Insbesondere veranschaulicht 7 einen Videoprojektor 210 mit einer Steuereinheit 106, einer Ansteuerschaltung 104, einer Lichtquelle 102 und einer optischen Linse 212. Als ein weiteres Beispiel können Festkörper-Leuchtmodule zur allgemeinen Beleuchtung eine oben beschriebene Zeitfolge-Beleuchtung implementieren. In einer anderen Ausführungsform kann ein Zeitfolge-Farbverwaltungssystem für mehrfarbige LED-Anzeigen implementiert werden, wie zum Beispiel RGB-LED-basierte Videowände 220, wie in 8 gezeigt. Im Allgemeinen verwenden LED-basierte Videowände ein Cluster aus RGB-LEDs 102 als einen Pixel. Die LEDs 102 werden durch LED-Treiber 104 angesteuert, die durch eine oben beschriebene Steuereinheit 106 gesteuert werden. In einer Ausführungsform gibt jeder Pixel die gleiche Pseudo-Primärfarbe während eines bestimmten Unterframes aus. Um die angezeigten Farben zu verändern, wird die Helligkeit jedes Pixels entsprechend den Videodaten moduliert. Oder anders ausgedrückt: Die kombinierte Farbe eines Pixels während eines Unterframes ist die Summe der verschiedenen Farben multipliziert mit ihrer jeweiligen relativen Einschaltdauer und ihrer jeweiligen modulierten Helligkeit. In anderen Allzweck- und Spezial-Beleuchtungsanwendungen können andere Ausführungsformen von Farbverwaltungssystemen implementiert werden.
Obgleich die Operationen des Verfahrens oder der Verfahren im vorliegenden Text in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt und beschrieben sind, kann die Reihenfolge der Operationen jedes Verfahrens so geändert werden, dass bestimmte Operationen in einer umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden können oder so dass bestimmte Operationen mindestens teilweise gleichzeitig mit anderen Operationen ausgeführt werden können. In einer anderen Ausführungsform können Befehle oder Teiloperationen eigenständiger Operationen in einer intermittierenden und/oder alternierenden Weise implementiert werden.
Obgleich konkrete Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, darf die Erfindung nicht auf diese beschriebenen und veranschaulichten konkreten Formen oder Anordnungen von Teilen beschränkt werden. Der Geltungsbereich der Erfindung ist anhand der dem vorliegenden Text angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6894442 [0045]
- US 6448550 [0045]

Claims

Farbverwaltungssystem für ein Zeitfolge-Leuchtsystem, das Farbverwaltungssystem aufweisend: mehrere Lichtquellen; eine Ansteuerschaltung, die mit den mehreren Lichtquellen gekoppelt ist, wobei die Ansteuerschaltung dem Ansteuern der mehreren Lichtquellen dient; und eine Steuereinheit, die mit der Ansteuerschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit zum Erzeugen erster und zweiter Steuersignale für einen ersten Unterframe einer zeitlichen Sequenz von Unterframes dient, wobei das erste Steuersignal einer ersten Lichtquelle einer ersten Farbe entspricht, die eine Primärfarbe für den ersten Unterframe ist, und wobei das zweite Steuersignal einer zweiten Lichtquelle einer zweiten Farbe entspricht, die eine ergänzende Farbe für den ersten Unterframe ist.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerschaltung dafür konfiguriert ist, ein erstes Ansteuersignal auf der Grundlage des ersten Steuersignals zu erzeugen, um die erste Lichtquelle für im Wesentlichen den gesamten ersten Unterframe anzusteuern, und ein zweites Ansteuersignal auf der Grundlage des zweiten Steuersignals zu erzeugen, um die zweite Lichtquelle für einen Abschnitt des Unterframes anzusteuern.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit des Weiteren dafür konfiguriert ist, ein drittes Steuersignal für den ersten Unterframe der zeitlichen Sequenz von Unterframes zu erzeugen, wobei das dritte Steuersignal einer dritten Lichtquelle einer dritten Farbe entspricht, die eine andere ergänzende Farbe für den ersten Unterframe ist, und wobei die Ansteuerschaltung des Weiteren dafür konfiguriert ist, die dritte Lichtquelle über eine kürzere Zeit als die zweite Lichtquelle während des ersten Unterframes entsprechend dem dritten Ansteuersignal anzusteuern.
Farbverwaltungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die ersten und zweiten Ansteuersignale PWM-Signale, Ansteuerstromsignale oder zeitmultiplexierte Signale sind.
Farbverwaltungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren einen Generator für pulsweitenmodulierte Signale umfasst, der mit der Steuereinheit und der Ansteuerschaltung gekoppelt ist, wobei der Generator zum Erzeugen erster und zweiter PWM-Signale dient, die den ersten und zweiten Steuersignalen entsprechen.
Farbverwaltungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mehreren Lichtquellen mehrere Leuchtdioden aufweisen, wobei die mehreren Leuchtdioden rote, blaue und grüne Leuchtdioden umfassen.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 6, wobei die mehreren Leuchtdioden in eine LED-basierte Videowand integriert sind.
Farbverwaltungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen optischen Sensor aufweist, der mit der Steuereinheit gekoppelt ist, wobei der optische Sensor dazu dient, mindestens eine Farbkomponente von Licht zu detektieren, das durch die mehreren Lichtquellen erzeugt wird.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, einen Farbverarbeitungsalgorithmus zu implementieren, um mindestens eines der ersten und zweiten Steuersignale auf der Grundlage eines Sensorsignals von dem optischen Sensor anzupassen.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 8 oder 9, das ferner einen Lichtleiter umfasst, der zwischen den mehreren Lichtquellen und dem optischen Sensor angeordnet ist, um die Farbmischung der ersten und zweiten Farben von den ersten und zweiten Lichtquellen zu ermöglichen.
Farbverwaltungssystem nach Anspruch 10, das des Weiteren eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display – LCD) umfasst, die mit dem Lichtleiter gekoppelt ist, wobei der Lichtleiter dafür konfiguriert ist, als ein Rücklicht für die LCD zu fungieren.
Farbverwaltungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die mehreren Lichtquellen in einen Zeitfolge-Videoprojektor integriert sind.
Farbverwaltungssteuereinheit für ein Zeitfolge-Leuchtsystem, die Farbverwaltungssteuereinheit aufweisend: eine Signalgeneratorschaltung zum Erzeugen mehrerer Versorgungssignale für mehrere Lichtquellen, die mehrere Farben aufweisen; eine optische Rückkopplungsschaltung zum Erzeugen eines optischen Rückmeldungssignals auf der Grundlage mindestens eines Sensorsignals, das mindestens einer der mehreren Farben entspricht; und eine Steuerschaltung, die zwischen der Signalgeneratorschaltung und der optischen Rückkopplungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung dazu dient, eine Farbmischung von mindestens zwei Farben der mehreren Farben während jedes Unterframes zu implementieren.
Farbverwaltungssteuereinheit nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung ferner dafür konfiguriert ist, erste und zweite Steuersignale für einen ersten Unterframe einer zeitlichen Sequenz von Unterframes zu erzeugen, wobei das erste Steuersignal einer ersten Lichtquelle einer ersten Farbe entspricht, die eine Primärfarbe für den ersten Unterframe ist, und das zweite Steuersignal einer zweiten Lichtquelle einer zweiten Farbe entspricht, die eine ergänzende Farbe für den ersten Unterframe ist.
Farbverwaltungssteuereinheit nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerschaltung dafür konfiguriert ist, die Farbmischung entsprechend folgendem Farbverarbeitungsalgorithmus auszuführen:
wobei C_P die vermischte Farbe ist, die durch die Farbmischung während eines der Unterframes erzeugt wird, K_n ein Wert der relativen Einschaltdauer ist und C_n' eine Farbe bei 100% relativer Einschaltdauer ist.
Farbverwaltungssteuereinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die mehreren Versorgungssignale mehrere pulsweitenmodulierte Signale umfassen, die den mehreren Lichtquellen entsprechen.
Verfahrens zum Aufrechterhalten eines konstanten Farbpunktes für eine Farbe in einem Zeitfolge-Leuchtsystem, das Verfahren aufweisend: Erzeugen eines primären Lichtsignals von einer ersten Lichtquelle während im Wesentlichen eines gesamten ersten Unterframes; Erzeugen eines ersten ergänzenden Lichtsignals von einer zweiten Lichtquelle während eines ersten Abschnitts des ersten Unterframes; Erzeugen eines zweiten ergänzenden Lichtsignals von einer dritten Lichtquelle während eines zweiten Abschnitts des ersten Unterframes; und Mischen des primären Lichtsignals, des ersten ergänzenden Lichtsignals und des zweiten ergänzenden Lichtsignals zum Erzeugen einer Pseudo-Primärfarbe während des ersten Unterframes.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die ersten, zweiten und dritten Lichtquellen rote, blaue und grüne Leuchtdioden aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner aufweisend ein Wechseln der ersten, zweiten und dritten Lichtquellen als die primäre Lichtquelle und der entsprechenden ergänzenden Lichtquellen während sequenzieller Unterframes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner aufweisend: Detektieren der Pseudo-Primärfarbe während des ersten Unterframes; und Anpassen mindestens eines der Lichtsignale entsprechend einem Farbverarbeitungsalgorithmus auf der Grundlage des Detektierens der Pseudo-Primärfarbe während des ersten Unterframes.