EP1877998A1 - Lichtquellenanordnung zur hinterleuchtung von anzeigevorrichtungen sowie anzeigevorrichtung - Google Patents

Lichtquellenanordnung zur hinterleuchtung von anzeigevorrichtungen sowie anzeigevorrichtung

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EP1877998A1
EP1877998A1 EP06742282A EP06742282A EP1877998A1 EP 1877998 A1 EP1877998 A1 EP 1877998A1 EP 06742282 A EP06742282 A EP 06742282A EP 06742282 A EP06742282 A EP 06742282A EP 1877998 A1 EP1877998 A1 EP 1877998A1
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EP
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light
light source
light sources
source arrangement
arrangement according
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EP06742282A
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Inventor
Axel Schwab
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • G09G2360/144—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light being ambient light
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Definitions

  • Light source arrangement for backlighting of display devices and display device
  • the invention relates to a light source arrangement for the backlighting of display devices and to a display device.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • TFT Thin Film Transistor
  • US 2002/0070914 A1 describes a backlight for an LCD display with a field of light-emitting diodes.
  • the low contrast ratio of the LCD and TFT screens of about 800: 1 at a luminance of 500 candela per m 2 makes a wide application.
  • plasma devices achieve contrast ratios of 3000: 1 at very high luminances of up to 1000 candela per m 2 .
  • conventional Tube devices even achieve contrast values of 10000: 1.
  • these tube devices can not be manufactured in a flat design.
  • a low contrast ratio has a particularly strong effect on LCD or TFT screens, for example in televisions, if, for example, image sequences with night scenes are to be displayed there. Due to the poor contrast ratio of previous LCD or TFT screens, they can not display rich or dark black.
  • Increasing the contrast ratio of LCD and TFT screens is possible with the improvement of the light valves used in these types of screen to pass or block light.
  • the improvement of the light valves aims to increase the maximum filter attenuation of the light valves.
  • the gain of the damping encounters technical limits. With strong backlighting of the display devices and limited filter attenuation, the contrast is limited, causing black spots to appear in a dark shade of gray.
  • the invention has for its object to provide a light source arrangement, which improves the contrast ratio of display devices. Furthermore, a display device with improved contrast ratio is to be specified.
  • a light source arrangement for backlighting a display device comprises a plurality of light sources and a control device which adjusts the light intensity of individual light sources or of groups of light sources to the information to be reproduced.
  • the light intensity is defined as an SI unit and is often referred to as luminosity or brightness.
  • the contrast improvement - ie the increase in the ratio of the brightness of the brightest pixel to the brightness of the darkest pixel - is created by not only the effect of the light valves of a display device is used to produce the contrast, but also takes place a regulation of the light intensity of the corresponding light sources of the light source assembly.
  • Light valves are elements that are controlled to pass or block light. In LCD displays, these valves contain liquid crystals that can polarize light by their orientation. In TFT displays, the light valves contain transistors.
  • the light source arrangement can be used in LCD or TFT television sets, as the resolution of the television picture is generally lower than the technically possible resolution of the LCD or TFT picture matrix.
  • the resolution of the television picture is generally lower than the technically possible resolution of the LCD or TFT picture matrix.
  • only contrast variations need to be displayed on a smaller scale.
  • Radiation-emitting semiconductor components such as light-emitting diodes (LEDs) are preferred as light sources organic light-emitting diodes, or laser diodes used. Alternatively, other light sources that allow areal illumination and can be controlled individually or in groups in light intensity can be used.
  • LEDs light-emitting diodes
  • other light sources that allow areal illumination and can be controlled individually or in groups in light intensity can be used.
  • An advantageous embodiment of the light source arrangement has one or more light guides in order to guide the light of the semiconductor light sources to the corresponding screen areas.
  • Each light source is preferably arranged downstream of a light guide in the emission direction such that a majority of the radiation coupled out of the light source passes into the light guide.
  • the radiation coupled out by the light sources is preferably formed by means of one or more beam shaping elements.
  • Beam shaping elements are, for example, lenses, collimators and / or diffusers.
  • the beam shaping is particularly preferably such that the area illuminated by a light source is increased.
  • the beam shaping elements are arranged downstream of the light sources in the emission direction such that a majority of the light coupled out of a light source passes through a beam shaping element.
  • a light source is formed by a lighting group.
  • An illumination group is the combination of one or more radiation-emitting semiconductor components to form a light source, which in turn is itself designed as a separate component in an advantageous embodiment.
  • Such a lighting group is formed for example by a multi-chip design, in the a plurality of radiation-emitting semiconductor chips are arranged in a common housing.
  • a light source preferably illuminates a certain area of the display device to be backlit, for example an LCD or TFT display device.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a light source backlit a region within the display device, which contains a plurality of light valves.
  • the backlighting device for a single area is called a light tile.
  • a light tile backlights a plurality of pixels of a display device.
  • a light tile backlighs a range of n * m pixels of the display device, wherein in the special case of square light tiles m is equal to n.
  • the number of pixels of such a region is preferably directly proportional to the number of light valves contained in this region.
  • a light tile preferably backlights 4096 pixels, particularly preferably 1024 pixels, of a display device.
  • Square light tiles therefore preferably illuminate a range of 64 ⁇ 64 pixels, particularly preferably 32 ⁇ 32 pixels.
  • Light tiles for backlighting such a number of pixels are advantageously so small that the contrast differences within a light tile are usually low.
  • the brightness of the areas that differ from neighboring light tiles are backlit, often only slightly, so that during operation of the light source arrangement adjacent light sources can be operated with a similar intensity.
  • finely graded, substantially uniform transitions between strongly and slightly backlit areas of the backlit display device are advantageously achieved.
  • the information to be reproduced is an image sequence
  • the brightness of the region of the display device illuminated by a light tile often changes only slightly in successive images of the image sequence. Abrupt changes in the intensity of a light tile are avoided as possible.
  • based on the number of pixels only a comparatively small number of light sources are necessary for the backlighting.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the adaptation of the luminous intensity of the individual light sources or groups of light sources is achieved in that the control device controls the power supply for the individual light sources or the groups of light sources.
  • This is preferably achieved by supplying the light sources with a temporally varying current, for example an analog current or a digitally timed current.
  • the power is provided in individual pulses, for which different types of modulation are possible.
  • the light intensity of the light source is preferably changed by a pulse width control, ie a change in the duration of a pulse at the same clock frequency, by a frequency control, ie a change in the duration of a clock in particular constant duration of a pulse, or by a combination of the two.
  • the extension of the clock frequency calls at the same pulse duration In the operation of a light source in the temporal average in the viewer, the sensation of a lower brightness, since the light source is provided on average less energy.
  • the clock frequency is chosen in each case so high that the human eye is not able to resolve the individual light pulses generated thereby separately.
  • the eye of the observer registers a reduced number of light pulses, which are individually no longer resolvable, as reduced brightness of the light source.
  • the control device uses this effect to vary the light intensity by a modulation such as a pulse width control and / or frequency control for the viewer.
  • the pulse width control and / or frequency control is preferably carried out with the aid of a q-bit (qualifier bit) technology.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the adjustment of the light intensity of the individual light sources or groups of light sources is achieved by changing the height of the operating current.
  • a change in the current amplitude by a light source causes a change in their intensity.
  • a correspondingly configured control device thus varies the current intensity at the individual light sources or groups of light sources, in order thereby to adapt the light intensity.
  • An advantageous embodiment of the light source arrangement provides that the adaptation of the light intensity of the light sources takes place in rows and / or columns.
  • An embodiment of this type has the advantage that the control device does not have to individually control all the light sources, but can access them in rows and / or columns. This simplifies the necessary control effort in this embodiment.
  • a further advantageous embodiment of the light source arrangement provides that the light sources are arranged corresponding to a regular grid, the arrangement being selected from the group of rectangular, parallelogram-like, hexagonal and rhombic grid arrangements.
  • a rectangular grid arrangement allows a particularly simple control, since the light sources can then be controlled in a simple manner in rows and / or columns.
  • hexagonal grating assemblies generally allow more dense packing of the individual light sources, thereby allowing greater overall illuminance.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that at least one diffuser is arranged downstream of the light sources in the emission direction in such a way that a large part of the radiation coupled out of the light sources reaches the diffuser.
  • the use of such a diffuser causes a more homogeneous distribution of light at the surface of the display device or information reproduction device backlit by the light sources.
  • Light source arrangement provides that each light source in each case at least one homogenization element (white box element) is arranged downstream in the emission direction such that a majority of the radiation coupled out of the light source passes into the homogenization element.
  • the homogenizing elements are in particular associated with backlit areas (pixel fields) of the display device.
  • a white box element preferably comprises a reflector which is that of the light source emitted light is homogenized, so preferably the surface illuminated by the white box element appears to the viewer at all points substantially the same light, and / or used for beam shaping.
  • a white box element, a light guide and / or a combination of light guide and white box element improve the homogeneity of the backlighting of a portion of the display device that is backlit by a light source.
  • the homogenization elements are arranged so that no sharp light-dark transitions between the luminous areas, in particular individual light tiles, occur.
  • a further preferred embodiment of the light source arrangement provides that at least one BEF (Brightness Enhancement Film) film is assigned to the light sources.
  • BEF Brightness Enhancement Film
  • Such a BEF film enhances the light emission perpendicular to the display plane by focusing the radiation in the direction of the surface normal of the display plane. A viewer, in front of the BEF film
  • the radiation perceives as brighter, if such a BEF film is arranged downstream of the light sources in the emission direction.
  • a further advantageous embodiment of the light source arrangement provides that the light sources or the lighting groups are arranged on a common carrier.
  • Possible carriers may be all forms of circuit boards, in particular metal core boards, which have an increased thermal conductivity.
  • light sources in particular individual light sources or groups of light sources, which preferably backlight different areas of the display device, operated by the control device, in particular at the same times, with mutually different light intensity. Areas in which the information to be displayed should have a low brightness for the viewer are in this way backlit with low light intensity, while areas in which the information to be displayed should have a greater brightness for the viewer are backlit with higher light intensity.
  • the ratio of the brightness of the brightest to the brightness of the darkest pixel is increased.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that the control device controls the light intensity of the light sources, in particular of individual light sources or groups of light sources.
  • the control device thus adjusts the light intensity of the light sources according to their algorithm automatically.
  • a contrast enhancement is achieved, for example, by increasing the ratio of the brightness of the brightest to the brightness of the darkest pixel.
  • the controller uses an algorithm. In this algorithm, at least one of the following input variables is processed.
  • contrast values that is to say in particular the standardized brightnesses of the pixels of the information to be reproduced, which are backlit by a light source (light tile), in particular the mean value of the brightnesses and / or the greatest and smallest brightness of these pixels, the contrast values of adjacent light tiles, in particular the mean value of the brightnesses and / or the maximum and minimum brightness of a pixel of one, several or each of these light tiles, the contrast values of the total information reproduced by the display device, that is, for example, the brightness of the brightest and the brightness of the darkest pixel, and / or the brightness of the surroundings of the display device.
  • the contrast values that is to say in particular the standardized brightnesses of the pixels of the information to be reproduced, which are backlit by a light source (light tile), in particular the mean value of the brightnesses and / or the greatest and smallest brightness of these pixels, the contrast values of adjacent light tiles, in particular the mean value of the brightnesses and / or the maximum and minimum brightness of a pixel of one
  • the brightnesses or contrast values of the pixels of the information to be reproduced are preferably determined by the control unit from the signal fed into the display device, which contains the information to be reproduced.
  • the brightness of the environment is measured, for example, by a sensor, in particular an AL sensor (Ambient Light Sensor).
  • An ambient light sensor is a brightness sensor whose spectral sensitivity is preferably matched to that of the human eye.
  • the contrast values are in particular two-dimensional values.
  • the control device thus preferably creates a matrix, in particular when the light sources are arranged in rows (x-direction) and columns (y-direction).
  • the number of rows and columns of the matrix preferably corresponds to those of the light sources, so that each light source is assigned one cell of the matrix.
  • the contrast values for example the averaged brightnesses, of the pixels of the information to be displayed assigned to the individual light sources are expediently entered into the cells of the matrix.
  • the desired light intensity of the light tiles for example, including the light intensity of adjacent light tiles, can then be determined simply by means of matrix operations.
  • the control device is particularly preferably adapted to the intensity of the Controlling light sources in the representation of an image of the image sequence in dependence on the brightness or contrast values of one or more temporally preceding and / or subsequent images of the image sequence.
  • the brightness or contrast values are, for example, the contrast values of the pixels assigned to a light tile, the contrast values of the pixels that are backlit by adjacent light sources, and / or the contrast values of the entire image, ie, for example, the brightness of the brightest and the brightness of the darkest pixel. This makes it possible to respond even to rapid contrast changes within a range of representation.
  • flickering of the light sources is preferably suppressed in the case of rapid brightness changes within a light tile.
  • the brightness or contrast values of one or more preceding images and, in particular with time-shifted representation, particularly preferably also the contrast values of one or more subsequent images are evaluated and used for the control.
  • special control algorithms will additionally be used by the controller.
  • another algorithm is used to recognize superimposed subtitles when playing a sequence of pictures, in particular a movie.
  • high contrast differences are produced within the region of the display device that is illuminated by a light source.
  • the control device makes, for example, the extremely high contrast of a white font by one reduced contrast, for example those of a gray font, varies.
  • the control device is designed in such a way that the corresponding brightness values are processed as input variables of the algorithms instead of the contrast values.
  • the brightness values of the individual pixels can easily be determined in conventional codings of information to be reproduced for transmission to a display device and can therefore be processed particularly easily by the control device.
  • control device additionally controls the light valves in order in particular to adapt the graphic resolution of the reproduced information.
  • control device adapts, for example, the resolution of the information to be reproduced to the grid of the light tiles.
  • control device adjusts the resolution of an information to be displayed such that the edge of the representation coincides exactly with edges of the light tiles of the backlighting arrangement.
  • control allows optimal utilization of the individual backlit areas.
  • Optimal in this context means an adjustment made according to an optimization criterion of the information reproduced by the light valve grid information to the grid of the backlighting arrangement.
  • the adaptation of the information takes place, for example, by a change in the resolution and / or a shift in the representation within the light valve grid.
  • the control device preferably shifts the information to be reproduced relative to the original one It also changes the size of the information to be displayed, for example by rescaling the information to be reproduced, that is to say the representation on the display device becomes relative to the originally intended size of the information to be reproduced enlarged or reduced.
  • Particularly broadband cinema films or other information whose aspect ratio does not correspond to the aspect ratio of the display device are adapted by such control to the screen format of the display device, in particular to the grid of the light tiles of the light source arrangement. For example, it is possible to adapt the video image so that it falls in the x and / or y direction into the appropriate grid of the light tiles.
  • the control device is then preferably suitable for recognizing black bars, in particular on the upper and lower image edges, and then possibly completely switching off the backlighting in the corresponding areas.
  • control device adapts the degree of opening of the light valves backlit by a light tile to the light intensity of the light tile. For example, the control device opens a light valve at a low light intensity stronger than at a higher light intensity, so that preferably the brightness of the light valve associated pixel is substantially independent of the light intensity of the light source, which backlit the light valve.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the control device in the case of a direct backlighting of the light valves, the superposition of the emission Adjacent light sources or lighting groups in the adaptation of the light intensity of the individual light sources or light groups in an algorithm considered as input.
  • a direct backlight means a waiver of optical elements between the light sources and the backlit display device, for example, the waiver of white box elements and / or light guide. If the use of optical elements in the backlighting of a display device is dispensed with, starting from the light sources, light cones are formed which overlap one another. This overlay is in one embodiment by the controller in the calculation of
  • Adjusted light intensity of the individual light sources or lighting groups preferably operates a lower intensity light source when pixels within the illuminated portion of the display device that are to have high brightness are also backlit by an adjacent light source.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the mode of operation of a further embodiment of a display device according to the invention, 3, a schematic representation of the operation of a third embodiment of a display device according to the invention,
  • FIG 4 a schematic representation of the operation of a fourth advantageous embodiment of a display device according to the invention.
  • Figure 5 a schematic representation of the structure of a display device with light valves.
  • FIG. 1 shows the schematic view of a first embodiment of a display device according to the invention.
  • information I is displayed or displayed with the aid of a light valve arrangement 2 and a light source arrangement 1, which can be recorded by a viewer.
  • the preferred viewing direction is indicated in the figures 1 to 4 in each case by an arrow.
  • information I to be reproduced is fed to the display device.
  • Control unit 5 serves to control the light valves.
  • Such control units 5 are already known in principle from conventional display devices with light valves.
  • the light source arrangement 1 is used as backlight is used for the light valve assembly 2, with the help of the control device 4 also used to reproduce the information I.
  • the control device 4 controls the brightness of the individual light sources 55 of
  • Light source arrangement 1 which in the present case are semiconductor light sources.
  • the control device 4 takes from the information signal to be displayed, which transmits the information I to be reproduced to the display device, one or more of the following information and uses them as input variables for an algorithm or several algorithms for controlling the light intensity of the individual light sources 55: the contrast information over the whole to be displayed area
  • the normalized brightness of the brightest and the darkest pixel of the information I the contrast information of one or more regions of the
  • the contrast information from a previous image or, in particular in the case of a time-shifted representation, also the Contrast information from a subsequent image is used to enhance the contrast of displaying an image of the sequence.
  • the contrast improvement takes place in that the control device 4 evaluates the input variables taken from the incoming information by one or more algorithms and regulates the brightness of the individual light sources in accordance with a desired value.
  • the controller 4 includes a microelectronic controller, not shown, that stores the available information and processes it according to one or more algorithms and outputs appropriate control signals.
  • At least one sensor 3 of the control device 4 supplies additional information about the ambient brightness in the region of the display device. This additional information is also evaluated by one or more algorithms and the controller 4 adjusts the light intensity of the individual light sources accordingly.
  • the control device 4 preferably increases the light intensity of the light sources 55 during operation when high ambient brightness is present.
  • One or more brightness sensors are particularly preferably used to determine the ambient brightness.
  • Ambient light sensors are sensors whose sensitivity spectrum is preferably optimized for the sensitivity of the human eye, ie the eye of the observer.
  • the control device 4 additionally influences the control unit 5, indicated by an action arrow.
  • the control device 4 influences the resolution of the information to be reproduced I, which is passed from the control unit 5 to the light valve assembly 2.
  • This influence the resolution is particularly advantageous since the grid of the light valve arrangement 2 in the present case does not coincide with the grid of the light source arrangement 1.
  • the grid of the light valve assembly 2 is finer than that of the light source assembly 1. While the resolution is predetermined in conventional display devices by the control unit 5 alone, by means of a predetermined by the controller 4 adjustment of the resolution optimal and uniform division of the light valves of the light valve assembly 2 on the Grid of the light source assembly 1 achieved.
  • a resolution with optimum division is to be understood, for example, as meaning that the envelope of the surface formed by the light valves used for the representation, when projected onto the light source arrangement 1, does not intersect regions which are backlit by individual light sources, but instead each coincides with their boundaries.
  • the resolution is thus adapted so that the reproduction area determined thereby is ideally congruent with an area formed by light tiles of the backlighting arrangement.
  • the total number of pixels per row is preferably an integer multiple of the number of pixels per row of a light tile, and / or the total number of pixels per column is an integral multiple of the number of pixels per column of a light tile.
  • FIG. 2 shows a further advantageous embodiment of a display device according to the invention.
  • Information to be reproduced I is fed to the display device.
  • the information is forwarded to a control device 24 and a control unit 25, wherein the control device 24 for acting on the Control unit 25 is provided.
  • the embodiments of the present invention are not limited to the fact that the control device 24 and the control unit 25 or their equivalents are made separately in the other embodiments, but both may also be implemented together as an integrated unit.
  • the control unit 25 controls the light valve assembly 22 while the controller 24 controls the light source assembly 21.
  • a viewer registers the light which emanates from the light source arrangement 21 and to which the information I to be reproduced is impressed by the light valve arrangement 22.
  • control device 24 uses one or more of the information or input variables also described with reference to FIG. 1 in order to control the brightness of the individual light sources 55 of the light source arrangement 21. In contrast to FIG. 1, no brightness sensor is provided.
  • the grid of the light source arrangement 21 arises because individual light sources 55 backlight portions of the light valve arrangement. These sub-areas or light tiles form the backlighting arrangement of the area.
  • the number of light tiles is presently less than the number of light valves.
  • the light source arrangement and the light valve arrangement have different rasters. Therefore, it is advantageous to achieve a change in the resolution by influencing the control unit 25 by the control device 24.
  • a change in the resolution of the information is particularly advantageous when used to display the information by means of the light valve assembly 22 whole light tiles of the light source assembly 21 for backlighting. In other words, the Resolution adjusted so that the edge of the resulting representation, projected onto the light source assembly 21, exactly hits the edges of individual light tiles.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a display device according to the invention.
  • information I to be reproduced is fed to the display device shown schematically.
  • the information is forwarded to the control device 34 and the control unit 35.
  • the control unit 35 evaluates the information and controls the light valves of the light valve arrangement 32 accordingly.
  • the controller 34 extracts one or more of the above-described contrast information from the information I to be reproduced and evaluates it. For this purpose, it uses one or more algorithms, as described on the basis of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2.
  • control device 34 controls the brightness of the individual light sources of the light source arrangement 31, which in the present case are semiconductor light sources.
  • contrast information is generally normalized brightness information
  • further advantageous embodiments of the invention process the corresponding brightness information instead of the aforementioned contrast information as input information.
  • the observer sees through the activation of the light source arrangement 31 Contrast enhanced representation of the information shown by means of the light valve assembly 32.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of a display device according to the invention, in which the information to be reproduced I is fed into the system.
  • the information I is forwarded to a control device 44 and a control unit 45.
  • embodiments of the invention are not limited to the fact that the control unit 45 and the control device 44 must be designed separately, but in particular also include the possibility of integrating the control device 44 and the control unit 45 together in an overall control.
  • the control unit 45 serves to control the light valve arrangement 42.
  • the control unit 44 evaluates with the aid of one or more algorithms input variables which are taken from the information I.
  • the input quantities may be brightness and / or contrast information of the fed-in information to be reproduced, as described in the preceding exemplary embodiments.
  • a control device 44 can receive and evaluate the information of at least one sensor 43, which measures the ambient brightness of the room in which the display device is operated, as an input variable.
  • the evaluation is done by means of one or more of the previously described algorithms. As a result of this evaluation, an activation of the light sources 55 of the light source arrangement 41 is effected.
  • the brightness of individual light sources is preferably varied to improve the contrast of the overall presentation.
  • the brightness of groups of light sources for example, individual lines or Columns of light sources can be varied.
  • the control device thus controls the light intensity or the brightness of individual light tiles or the brightness of groups of light tiles, for example the rows or columns of the grid formed by the light tiles.
  • control device 44 thus produces a contrast enhancement of the displayed information, which can be perceived by a viewer.
  • FIG. 5 shows the schematic structure of a display device with light valves.
  • FIG. 5a shows a schematic cross-section of the structure of such a display device
  • FIG. 5b shows a schematic plan view of such a display device.
  • a plurality of light sources 55 are arranged on a support 56.
  • the light sources 55 are preferably light groups, so that a light source 55 comprises a plurality of light-emitting semiconductor components, which are particularly preferably arranged in a common housing.
  • the carrier 56 is presently a circuit board, in particular a metal core board. Metal core boards allow, due to their higher thermal conductivity, a particularly efficient cooling of the light sources 55.
  • the light sources 55 couple their emitted light into homogenizing elements, so-called white-box elements 54. The dimension of the white box elements on their
  • Light exit side determines the size of the light tiles in this embodiment.
  • These white box elements include reflectors for beam shaping.
  • the reflectors are present shaped so that the entire light exit side of the Light tiles lit as evenly as possible when operating the light source.
  • the relationship between the dimensions of the light exit side of the white box elements and the size of the light tiles is shown by the dashed lines connecting Figures 5a and 5b.
  • a diffuser 53 and at least one BEF (Brightness Enhancement Film) film 52 for the light sources or luminous groups.
  • the diffuser 53 ensures an improved homogenization of the emitted light.
  • the BEF foil 52 serves to improve the emission characteristic of the display device by focusing the radiation in the direction of the observer and is commercially available, for example, from 3M.
  • This backlighting is a light valve assembly 51, which modulates the radiated light information, downstream.
  • Such a light valve arrangement is generally of multilayer construction and expediently contains a plurality of filters, for example polarization filters.
  • FIG. 5b the schematic structure of the display device is shown in plan.
  • the backlighting of the display device is composed of individual light tiles 57a, 57b, 57c.
  • the number v, w of the light tiles is expediently adapted to the size of the display device.
  • the light valve arrangement 51 arranged downstream of the light tiles is shown in FIG. 5b only within the light tile 57a and is schematically indicated by a checkerboard pattern.
  • the grid of the light valve arrangement 51 is finer in this embodiment than the grid of light tiles.
  • specific embodiments of the invention contemplate that the display device is a 32 "TFT television, with the light valve arrangement having a pixel resolution of 1366 x 768 pixels or more, with a 16: 9 aspect ratio.
  • This light valve grid is backlit by an array of light tiles
  • this light tile arrangement comprises 22 ⁇ 12 (vxw) light tiles, ie a total of 264 light tiles.
  • These light tiles preferably contain LEDs of the product designation MultiLED or Advanced Power TopLED or light groups constructed thereof as light sources In this exemplary embodiment, therefore, each light tile has a backlight of approximately 64 x 64 pixels of the light valve arrangement.
  • the display device can also be backlit by 43 ⁇ 24 (v ⁇ w), ie 1032 light tiles, each light tile containing, for example, a power top LED.
  • v ⁇ w ie 1032 light tiles
  • each light tile containing, for example, a power top LED.
  • approximately 32 ⁇ 32 pixels of the light valve arrangement are backlit in each case by a light tile which, for example, in each case comprises a power top LED.
  • MultiLED, Power TopLED and Advanced Power TopLED are names of semiconductor light sources, which are distributed by Osram.
  • the display device comprises a 45-inch TFT screen.
  • the light valve arrangement thus has a pixel resolution of 1920 x 1080 pixels.
  • 30 ⁇ 17 (vxw), ie 510 light tiles, are used here, which preferably each contain a MultiLED or an Advanced Power TopLED as the light source.
  • each light tile backlit then each a portion of the light valve assembly, which comprises approximately 64 x 64 pixels.

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Abstract

Es wird eine Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung angegeben, die eine Mehrzahl von Lichtquellen (1) und eine Steuerungseinrichtung (4) enthält, welche die Lichtstärke der Lichtquellen an die wiederzugebende Information (I) anpasst. Ferner wird eine derartige Anzeigevorrichtung angegeben.

Description

Beschreibung
Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen sowie Anzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen sowie eine Anzeigevorrichtung .
Im Rahmen der allgemein wachsenden Nachfrage nach immer flacheren Anzeigevorrichtungen hat die Nachfrage nach LCD- (Liquid Crystal Display-) Anzeigevorrichtungen bzw. LCD- Bildschirmen und nach TFT- (Thin Film Transistor-) Anzeigevorrichtungen bzw. TFT-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 .
Bisher wurden zur Hintergrundbeleuchtung von LCD- und TFT- Bildschirmen meist Kaltkathodenfluoreszenzlampen (CCFL) eingesetzt. In letzter Zeit gewinnt allerdings die Hinterleuchtung solcher Bildschirmtypen durch
Halbleiterlichtquellen immer mehr an Bedeutung. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 2002/0070914 Al eine Hintergrundbeleuchtung für eine LCD-Anzeige mit einem Feld von Leuchtdioden .
Allerdings schließt das geringe Kontrastverhältnis der LCD- und TFT-Bildschirme von cirka 800:1 bei einer Leuchtdichte von 500 Candela pro m2 einen breiten Einsatz aus. Im Gegensatz dazu erreichen Plasmageräte Kontrastverhältnisse von 3000:1 bei sehr hohen Leuchtdichten von bis zu 1000 Candela pro m2. Herkömmliche Röhrengeräte erreichen im Vergleich sogar Kontrastwerte von 10000:1. Jedoch können diese Röhrengeräte nicht in flacher Bauweise hergestellt werden.
Ein geringes Kontrastverhältnis wirkt sich besonders stark bei LCD- oder TFT-Bildschirmen, zum Beispiel in Fernsehgeräten, aus, wenn dort beispielsweise Bildsequenzen mit Nachtszenen dargestellt werden sollen. Aufgrund des schlechten Kontrastverhältnisses bisheriger LCD- oder TFT-Bildschirme können diese kein sattes bzw. dunkles Schwarz darstellen.
Eine Vergrößerung des Kontrastverhältnisses bei LCD- und TFT- Bildschirmen ist mit einer Verbesserung der Lichtventile möglich, die in diesen Bildschirmtypen eingesetzt werden, um Licht durchzulassen oder zu sperren. Die Verbesserung der Lichtventile zielt darauf ab, eine Erhöhung der maximalen Filterdämpfung der Lichtventile 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquellenanordnung bereitzustellen, die das Kontrastverhältnis von Anzeigevorrichtungen verbessert. Weiterhin soll eine Anzeigevorrichtung mit verbessertem Kontrastverhältnis angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Lichtquellenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug ausdrücklich in die Beschreibung aufgenommen wird.
Eine Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen und eine Steuerungseinrichtung, welche die Lichtstärke von einzelnen Lichtquellen oder von Gruppen von Lichtquellen an die wiederzugebende Information anpasst. Die Lichtstärke ist als SI-Einheit definiert und wird oft auch als Leuchtstärke oder Helligkeit bezeichnet.
Die Kontrastverbesserung - also die Vergrößerung des Verhältnisses der Helligkeit des hellsten Bildpunkts zur Helligkeit des dunkelsten Bildpunkts - entsteht, indem nicht nur die Wirkung der Lichtventile einer Anzeigevorrichtung zur Herstellung des Kontrastes genutzt wird, sondern ebenfalls eine Regelung der Lichtstärke der entsprechenden Lichtquellen der Lichtquellenanordnung erfolgt.
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.
Insbesondere kann die Lichtquellenanordnung bei LCD- oder TFT- Fernsehgeräten eingesetzt werden, da die Auflösung des Fernsehbildes im Allgemeinen geringer ist als die technisch mögliche Auflösung der LCD- oder TFT-Bildmatrix. In dem Bereich, welcher von einer Lichtquelle hinterleuchtet wird, müssen nur Kontrastvariationen in kleinerem Umfang dargestellt werden.
Bevorzugt sind als Lichtquellen Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente wie Leuchtdioden (LEDs) , einschließlich organischer Leuchtdioden, oder Laserdioden eingesetzt. Alternativ können auch andere Lichtquellen, die eine flächenmäßige Ausleuchtung ermöglichen und einzeln oder gruppenweise in der Lichtstärke gesteuert werden können, benutzt werden .
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Lichtquellenanordnung weist einen oder mehrere Lichtleiter auf, um das Licht der Halbleiterlichtquellen an die entsprechenden Bildschirmbereiche zu leiten. Bevorzugt ist jeder Lichtquelle ein Lichtleiter in Abstrahlrichtung derart nachgeordnet, dass ein Großteil der aus der Lichtquelle ausgekoppelten Strahlung in den Lichtleiter gelangt .
Möglich ist aber auch eine direkte Hinterleuchtung unter Verzicht auf Lichtleiter. Bei einer direkten Hinterleuchtung wird die von den Lichtquellen ausgekoppelte Strahlung bevorzugt mittels eines oder mehrerer Strahlformelemente geformt. Strahlformelemente sind beispielsweise Linsen, Kollimatoren und/oder Diffusoren. Die Strahlformung erfolgt besonders bevorzugt derart, dass der von einer Lichtquelle hinterleuchtete Bereich vergrößert wird. Die Strahlformelemente sind dabei den Lichtquellen in der Abstrahlrichtung derart nachgeordnet, dass ein Großteil des aus einer Lichtquelle ausgekoppelten Lichts durch ein Strahlformelement tritt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Lichtquelle von einer Leuchtgruppe gebildet. Eine Leuchtgruppe ist die Zusammenfassung eines oder mehrerer strahlungsemittierender Halbleiterbauelemente zu einer Lichtquelle, die bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wiederum selbst als separates Bauelement ausgeführt ist. Eine solche Leuchtgruppe ist beispielsweise durch eine Multichip-Bauform gebildet, bei der mehrere Strahlungsemittierende Halbleiterchips in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Eine Lichtquelle leuchtet bevorzugt einen bestimmten Bereich der zu hinterleuchtenden Anzeigevorrichtung, beispielsweise einer LCD- oder TFT-Anzeigevorrichtung, aus. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Lichtquelle einen Bereich innerhalb der Anzeigevorrichtung hinterleuchtet, welcher mehrere Lichtventile enthält .
Dies hat den Vorteil, dass eine Lichtquelle die Hinterleuchtung für einen bestimmten Bereich der Lichtventilanordnung abdeckt. Dadurch kann eine großflächigere Beleuchtung modular durch Lichtkacheln aufgebaut werden.
Die Hinterleuchtungseinrichtung für einen einzelnen Bereich wird als Lichtkachel bezeichnet. In der Regel hinterleuchtet eine Lichtkachel eine Mehrzahl von Bildpunkten (Pixeln) einer Anzeigevorrichtung. Im Falle rechteckiger Lichtkacheln hinterleuchtet eine Lichtkachel einen Bereich von n*m Pixeln der Anzeigevorrichtung, wobei im Sonderfall quadratischer Lichtkacheln m gleich n ist. Die Anzahl der Pixel eines solchen Bereiches ist vorzugsweise direkt proportional zu der Anzahl der in diesem Bereich enthaltenen Lichtventile.
Bevorzugt hinterleuchtet eine Lichtkachel 4096 Pixel, besonders bevorzugt 1024 Pixel, einer Anzeigevorrichtung. Quadratische Lichtkacheln beleuchten also bevorzugt einen Bereich von 64 x 64 Pixeln, besonders bevorzugt von 32 x 32 Pixeln.
Lichtkacheln zur Hinterleuchtung einer solchen Anzahl von Pixeln sind vorteilhafterweise so klein, dass die Kontrastunterschiede innerhalb einer Lichtkachel in der Regel gering sind. Zudem unterscheiden sich die Helligkeiten der Bereiche, die von benachbarten Lichtkacheln hinterleuchtet werden, oft nur geringfügig, so dass im Betrieb der Lichtquellenanordnung benachbarte Lichtquellen mit ähnlicher Lichtstärke betrieben werden können. Dadurch werden vorteilhafterweise fein abgestufte, im Wesentlichen gleichmäßige Übergänge zwischen stark und schwach hinterleuchteten Bereichen der hinterleuchteten Anzeigevorrichtung erzielt. Handelt es sich bei der wiederzugebenden Information um eine Bildsequenz, ändert sich die Helligkeit des von einer Lichtkachel hinterleuchteten Bereichs der Anzeigevorrichtung bei aufeinander folgenden Bildern der Bildsequenz oft nur geringfügig. Abrupte Änderungen der Lichtstärke einer Lichtkachel werden so möglichst vermieden. Vorteilhafterweise ist, bezogen auf die Anzahl der Pixel, dennoch nur eine vergleichsweise geringe Zahl von Lichtquellen für die Hinterleuchtung notwendig.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anpassung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen dadurch erzielt wird, dass die Steuerungseinrichtung die Stromversorgung für die einzelnen Lichtquellen oder die Gruppen von Lichtquellen steuert. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass die Lichtquellen mit einem zeitlich variierenden Strom, beispielsweise einem Analogstrom oder einem digital getakteten Strom, versorgt werden. Bei einer getakteten Stromversorgung wird der Strom in einzelnen Pulsen zur Verfügung gestellt, wozu unterschiedliche Modulationsarten möglich sind. Zum Beispiel wird die Lichtstärke der Lichtquelle bevorzugt durch eine Pulsweitensteuerung, also eine Veränderung der Dauer eines Pulses bei gleicher Taktfrequenz, durch eine FrequenzSteuerung, also eine Veränderung der Dauer eines Takts bei insbesondere gleich bleibender Dauer eines Pulses, oder durch eine Kombination von beiden verändert. Beispielsweise ruft die Verlängerung der Taktfrequenz bei gleich bleibender Pulsdauer beim Betrieb einer Lichtquelle im zeitlichen Mittel beim Betrachter die Empfindung einer geringeren Helligkeit hervor, da der Lichtquelle im zeitlichen Mittel weniger Energie zur Verfügung gestellt wird.
Die Taktfrequenz ist dabei in jedem Fall so hoch gewählt, dass das menschliche Auge nicht in der Lage ist, die dadurch erzeugten einzelnen Lichtpulse getrennt aufzulösen. Das Auge des Betrachters registriert eine verringerte Anzahl an Lichtpulsen, welche einzeln nicht mehr auflösbar sind, als verringerte Helligkeit der Lichtquelle. Beispielsweise nutzt die Steuerungseinrichtung diesen Effekt, um die Lichtstärke durch eine Modulation wie eine Pulsweitensteuerung und/oder Frequenzsteuerung für den Betrachter zu variieren. Die Pulsweitensteuerung und/oder FrequenzSteuerung erfolgt bevorzugt mit Hilfe einer q-Bit (qualifier-Bit) Technologie.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Anpassung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Gruppen von Lichtquellen durch eine Änderung der Höhe des Betriebsstroms erreicht wird. Eine Änderung der Stromamplitude durch eine Lichtquelle bewirkt eine Änderung ihrer Lichtstärke . Eine entsprechend ausgestaltete Steuerungseinrichtung variiert somit die Stromstärke an den einzelnen Lichtquellen bzw. Gruppen von Lichtquellen, um dadurch die Lichtstärke anzupassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Lichtquellenanordnung sieht vor, dass die Anpassung der Lichtstärke der Lichtquellen zeilen- und/oder spaltenweise erfolgt. Eine Ausführungsform dieser Art hat den Vorteil, dass die Steuerungseinrichtung nicht alle Lichtquellen einzeln ansteuern muss, sondern zeilen- und/oder spaltenweise darauf zugreifen kann. Dadurch vereinfacht sich in dieser Ausführungsform der notwendige Steuerungsaufwand. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Lichtquellenanordnung sieht vor, dass die Lichtquellen entsprechend einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind, wobei die Anordnung aus der Gruppe der rechteckigen, parallelogrammartigen, hexagonalen und rhombischen Gitteranordnungen ausgewählt ist. Beispielsweise erlaubt eine rechteckige Gitteranordnung eine besonders einfache Ansteuerung, da die Lichtquellen dann in einfacher Weise zeilen- und/oder spaltenweise angesteuert werden können. 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 Lichtquellen und ermöglichen dadurch eine größere Gesamtbeleuchtungsstärke .
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass den Lichtquellen mindestens ein Diffusor in der Abstrahlrichtung derart nachgeordnet ist, dass ein Großteil der aus den Lichtquellen ausgekoppelten Strahlung in den Diffusor gelangt . Die Verwendung eines solchen Diffusors bewirkt eine homogenere Lichtverteilung an der durch die Lichtquellen hinterleuchteten Fläche der Anzeigevorrichtung bzw. Informationswiedergabevorrichtung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Lichtquellenanordnung sieht vor, dass jeder Lichtquelle jeweils mindestens ein Homogenisierungselement (White-Box-Element) in Abstrahlrichtung derart nachgeordnet ist, dass ein Großteil der aus der Lichtquelle ausgekoppelten Strahlung in das Homogenisierungselement gelangt. Die Homogenisierungselemente sind insbesondere hinterleuchteten Bereichen (Pixelfeldern) der Anzeigevorrichtung zugeordnet. Ein White-Box-Element umfasst bevorzugt einen Reflektor, der das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht homogenisiert, sodass bevorzugt die von dem White-Box-Element beleuchtete Fläche dem Betrachter an allen Stellen im Wesentlichen gleich hell erscheint, und/oder zur Strahlformung dient .
Ein White-Box-Element, ein Lichtleiter und/oder eine Kombination aus Lichtleiter und White-Box-Element verbessern die Homogenität der Hinterleuchtung eines Bereiches der Anzeigevorrichtung, der von einerLichtquelle hinterleuchtet wird. Bevorzugt sind die Homogenisierungselemente so angeordnet, dass keine scharfen Hell-Dunkel-Übergänge zwischen den Leuchtbereichen, insbesondere einzelner Lichtkacheln, auftreten.
Eine weiterhin bevorzugte Ausführungsform der Lichtquellenanordnung sieht vor, dass den Lichtquellen mindestens eine BEF- (Brightness Enhancement Film) -Folie zugeordnet ist. Eine solche BEF-Folie verstärkt die Lichtabstrahlung senkrecht zur Darstellungsebene indem sie die Strahlung in Richtung der Flächennormale der Darstellungsebene fokussiert. Ein Betrachter, der direkt vor der
Anzeigevorrichtung sitzt, empfindet deren Abstrahlung daher als heller, wenn eine solche BEF-Folie den Lichtquellen in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Lichtquellenanordnung sieht vor, dass die Lichtquellen beziehungsweise die Leuchtgruppen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Mögliche Träger können alle Formen von Platinen sein, insbesondere Metallkernplatinen, welche über eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit verfügen.
Zweckmäßigerweise werden Lichtquellen, insbesondere einzelne Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen, die vorzugsweise unterschiedliche Bereiche der Anzeigevorrichtung hinterleuchten, von der Steuerungseinrichtung, insbesondere zu gleichen Zeiten, mit voneinander verschiedener Lichtstärke betrieben. Bereiche, in denen die darzustellende Information für den Betrachter eine geringe Helligkeit besitzen soll, werden auf diese Weise mit geringer Lichtstärke hinterleuchtet, während Bereiche, in denen die darzustellende Information für den Betrachter eine größere Helligkeit besitzen soll, mit höherer Lichtstärke hinterleuchtet werden. Vorteilhafterweise wird auf diese Weise zum Beispiel das Verhältnis der Helligkeit des hellsten zur Helligkeit des dunkelsten Pixels vergrößert .
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerungseinrichtung die Lichtstärke der Lichtquellen, insbesondere von einzelnen Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen, steuert. Die Steuerungseinrichtung passt also die Lichtstärke der Lichtquellen entsprechend ihres Algorithmus automatisch an. Durch die Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen wird eine Kontrastverbesserung erreicht, indem beispielsweise das Verhältnis der Helligkeit des hellsten zur Helligkeit des dunkelsten Pixels vergrößert wird. Zur Steuerung verwendet die Steuerungseinrichtung einen Algorithmus . In diesem Algorithmus wird mindestens eine der nachfolgenden Eingangsgrößen verarbeitet. Dazu zählen die Kontrastwerte, das heißt insbesondere die normierten Helligkeiten der Bildpunkte der wiederzugebenden Information, die von einer Lichtquelle (Lichtkachel) hinterleuchtet werden, insbesondere der Mittelwert der Helligkeiten und/oder die größte und kleinste Helligkeit dieser Bildpunkte, - die Kontrastwerte benachbarter Lichtkacheln, insbesondere der Mittelwert der Helligkeiten und/oder die größte und kleinste Helligkeit eines Bildpunkts einer, mehrerer oder jeder dieser Lichtkacheln, die Kontrastwerte der gesamten von der Anzeigevorrichtung wiedergegebenen Information, also beispielsweise die Helligkeit des hellsten und die Helligkeit des dunkelsten Pixels, und/oder die Helligkeit der Umgebung der Anzeigevorrichtung.
Die Helligkeiten bzw. Kontrastwerte der Bildpunkte der wiederzugebenden Information werden von der Steuerungseinheit bevorzugt aus dem in die Anzeigevorrichtung eingespeisten Signal, das die wiederzugebende Information enthält, ermittelt.
Die Helligkeit der Umgebung wird beispielsweise durch einen Sensor, insbesondere einen AL-Sensor (Ambient Light Sensor) gemessen. Ein Ambient Light Sensor ist ein Helligkeitssensor, dessen spektrale Empfindlichkeit vorzugsweise an jene des menschlichen Auges angepasst ist .
Die Kontrastwerte sind insbesondere zweidimensionale Werte. Bevorzugt erstellt die Steuerungseinrichtung also eine Matrix, insbesondere bei Anordnung der Lichtquellen in Zeilen (x- Richtung) und Spalten (y-Richtung) . Die Anzahl der Zeilen und Spalten der Matrix entspricht bevorzugt denen der Lichtquellen, sodass jeder Lichtquelle eine Zelle der Matrix zugeordnet ist. In die Zellen der Matrix werden zweckmäßigerweise die Kontrastwerte, beispielsweise die gemittelten Helligkeiten, der den einzelnen Lichtquellen zugeordneten Bildpunkte der wiederzugebenden Information eingetragen. Die gewünschte Lichtstärke der Lichtkacheln, beispielsweise unter Einbeziehung der Lichtstärke benachbarter Lichtkacheln, kann dann einfach mittels Matrixoperationen ermittelt werden.
Insbesondere im Falle der Darstellung von Bildsequenzen, beispielsweise von Filmen, ist die Steuerungseinrichtung besonders bevorzugt dazu eingerichtet, die Lichtstärke der Lichtquellen bei der Darstellung eines Bildes der Bildsequenz in Abhängigkeit von den Helligkeits- bzw. Kontrastwerten von einem oder mehreren zeitlich vorhergehenden und/oder nachfolgenden Bildern der Bildsequenz steuern. Die Helligkeits- bzw. Kontrastwerte sind dabei beispielsweise die Kontrastwerte der einer Lichtkachel zugeordneten Bildpunkte, die Kontrastwerte der Bildpunkte, die von benachbarten Lichtquellen hinterleuchtet werden und/oder die Kontrastwerte des gesamten Bildes, also beispielsweise die Helligkeit des hellsten und die Helligkeit des dunkelsten Pixels. Dadurch ist es möglich, auch auf schnelle Kontrastwechsel innerhalb eines Bereiches der Darstellung zu reagieren. Beispielsweise wird bevorzugt ein Flackern der Lichtquellen bei schnellen Helligkeitswechseln innerhalb einer Lichtkachel unterdrückt. Zur Darstellung eines Bildes der Bildsequenz werden bevorzugt die Helligkeits- bzw. Kontrastwerte eines oder mehrerer vorangegangener Bilder und, insbesondere bei zeitversetzter Darstellung, besonders bevorzugt auch die Kontrastwerte eines oder mehrerer darauf folgender Bilder ausgewertet und zur Steuerung verwendet .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden von der Steuerungseinrichtung zusätzlich spezielle Algorithmen zur Steuerung verwendet werden. Beispielsweise wird ein weiterer Algorithmus dazu verwendet, eingeblendete Untertitel bei der Wiedergabe einer Bildsequenz, insbesondere eines Films, zu erkennen. Beispielsweise bei Einblendung einer weißen Schrift vor dunklem, insbesondere schwarzem, Hintergrund werden hohe Kontrastunterschiede innerhalb des von einer Lichtquelle hinterleuchteten Bereiches der Anzeigevorrichtung erzeugt. Damit solche extrem hohen Kontrastunterschiede nicht die Kontrastwiedergabe der gesamten Bildinformation der Bildsequenz stören, wird von der Steuerungseinrichtung beispielsweise der extrem hohe Kontrast einer weißen Schrift durch einen abgemilderten Kontrast, beispielsweise jenen einer grauen Schrift, variiert.
Da die Kontrastwerte im Wesentlichen normierte Helligkeitswerte darstellen, ist die Steuerungseinrichtung bei einer zweckmäßigen Ausführungsform derart gestaltet, dass als Eingangsgrößen der Algorithmen anstelle der Kontrastwerte die entsprechenden Helligkeitswerte verarbeitet werden. Die Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte sind bei üblichen Kodierungen einer wiederzugebenden Information zur Übermittlung an eine Anzeigevorrichtung leicht zu bestimmen und können daher von der Steuerungseinrichtung besonders einfach verarbeitet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steuert die Steuerungseinrichtung zusätzlich die Lichtventile, um insbesondere die grafische Auflösung der wiedergegebenen Information anzupassen. Dadurch passt die Steuerungseinrichtung zum Beispiel die Auflösung der wiederzugebenden Information an das Raster der Lichtkacheln an. Beispielsweise passt die Steuerungseinrichtung die Auflösung einer darzustellenden Information derart an, dass der Rand der Darstellung genau mit Rändern der Lichtkacheln der Hinterleuchtungsanordnung zusammenfällt .
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 erfolgt zum Beispiel durch eine Änderung der Auflösung und/oder eine Verschiebung der Darstellung innerhalb des Lichtventilrasters . Bevorzugt verschiebt die Steuerungseinrichtung also die wiederzugebende Information relativ zu der ursprünglich vorgesehenen Position auf der Anzeigevorrichtung in x- und/oder y-Richtung und/oder sie verändert die Größe der wiederzugebenden Information, beispielsweise indem sie die wiederzugebende Information reskaliert, das heißt die Darstellung auf der Anzeigevorrichtung wird relativ zu der ursprünglich vorgesehenen Größe der wiederzugebenden Information vergrößert oder verkleinert .
Besonders bevorzugt werden Breitbandkinofilme oder andere Informationen, deren Seitenverhältnis nicht mit dem Seitenverhältnis der Anzeigevorrichtung übereinstimmt, durch eine solche Steuerung an das Bildschirmformat der Anzeigevorrichtung, insbesondere an das Raster der Lichtkacheln der Lichtquellenanordnung, angepasst. Beispielsweise ist es möglich, das Videobild so anzupassen, dass es in x- und/oder y- Richtung in das passende Raster der Lichtkacheln fällt. Die Steuerungseinrichtung ist dann bevorzugt dazu geeignet, schwarze Balken, insbesondere an den oberen und unteren Bildrändern, zu erkennen und in den entsprechenden Bereichen dann gegebenenfalls die Hinterleuchtung ganz abzuschalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung den Öffnungsgrad der von einer Lichtkachel hinterleuchteten Lichtventile an die Lichtstärke der Lichtkachel anpasst. Beispielsweise öffnet die Steuerungseinrichtung ein Lichtventil bei einer geringen Lichtstärke stärker als bei einer höheren Lichtstärke, so dass bevorzugt die Helligkeit des dem Lichtventil zugeordneten Bildpunkts im Wesentlichen unabhängig von der Lichtstärke der Lichtquelle ist, die das Lichtventil hinterleuchtet .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerungseinrichtung im Falle einer direkten Hinterleuchtung der Lichtventile die Überlagerung der Emission benachbarter Lichtquellen bzw. Leuchtgruppen bei der Anpassung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen bzw. Leuchtgruppen in einem Algorithmus als Eingangsgröße berücksichtigt. In diesem Falle bedeutet eine direkte Hinterleuchtung einen Verzicht auf optische Elemente zwischen den Lichtquellen und der hinterleuchteten Anzeigevorrichtung, beispielsweise den Verzicht auf White-Box-Elemente und/oder Lichtleiter. Wird auf die Verwendung von optischen Elementen bei der Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung verzichtet, bilden sich ausgehend von den Lichtquellen Leuchtkegel aus, die sich gegenseitig überlagern. Diese Überlagerung wird bei einer Ausführungsform von der Steuerungseinrichtung bei der Berechnung der
Lichtstärkeanpassung der einzelnen Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen berücksichtigt. Beispielsweise betreibt die Steuerungseinrichtung vorzugsweise eine Lichtquelle mit geringerer Intensität, wenn Pixel innerhalb des von der Lichtquelle hinterleuchteten Bereichs der Anzeigevorrichtung, die eine hohe Helligkeit aufweisen sollen, auch von einer benachbarten Lichtquelle hinterleuchtet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhaften Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1, eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer ersten Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 2, eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer weiteren Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, Figur 3, eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer dritten Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 4, eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer vierten vorteilhaften Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung und
Figur 5, eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Anzeigevorrichtung mit Lichtventilen.
Alle dargestellten Figuren sind schematisch und dienen der Erläuterung. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Figur 1 zeigt die schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Dabei wird mit Hilfe einer Lichtventilanordnung 2 und einer Lichtquellenanordnung 1 eine Information I dargestellt bzw. angezeigt, welche von einem Betrachter aufgenommen werden kann. Die bevorzugte Betrachtungsrichtung ist in den Figuren 1 bis 4 jeweils durch einen Pfeil angedeutet.
In dieser Ausführungsform wird eine wiederzugebende Information I in die Anzeigevorrichtung eingespeist.
Die Information I wird an eine Steuerungseinrichtung 4 und eine Steuereinheit 5 weitergeleitet. Steuereinheit 5 dient der Ansteuerung der Lichtventile. Derartige Steuereinheiten 5 sind bereits aus herkömmlichen Anzeigevorrichtungen mit Lichtventilen grundsätzlich bekannt. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird die Lichtquellenanordnung 1, welche als Hintergrundbeleuchtung für die Lichtventilanordnung 2 dient, mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 4 auch zur Wiedergabe der Information I genutzt . Dazu steuert die Steuerungseinrichtung 4 die Helligkeiten der einzelnen Lichtquellen 55 der
Lichtquellenanordnung 1, die vorliegend Halbleiterlichtquellen sind.
Die Steuerungseinrichtung 4 entnimmt dem darzustellenden InformationsSignal, das die wiederzugebende Information I an die Anzeigevorrichtung übermittelt, eine oder mehrere der folgenden Informationen und verwendet sie als Eingangsgrößen für einen Algorithmus oder mehrere Algorithmen zur Steuerung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen 55: die Kontrastinformation über die gesamte darzustellende Fläche
- vorliegend die normierte Helligkeit des hellsten und des dunkelsten Bildpunkts der Information I, die Kontrastinformationen eines oder mehrerer Bereiche der
Fläche, welche jeweils von einer einzelnen Lichtquelle oder einer Gruppe von Lichtquellen hinterleuchtet werden - vorliegend die normierte Helligkeit des hellsten und des dunkelsten Bildpunkts der Information I innerhalb dieses
Bereichs bzw. dieser Bereiche, die entsprechenden KontrastInformationen der von jeweils unmittelbar benachbarten Lichtquellen beleuchteten Flächen bzw. Bereiche, gegebenenfalls die eine oder mehrere der oben genannten
Kontrastinformationen des zeitlich vorhergehenden und/oder nachfolgenden Bildes, und/oder die Umgebungshelligkeit.
Insbesondere wird bei der Darstellung einer Sequenz von Bildern, beispielweise eines Videofilms oder eines Fernsehsignales, die Kontrastinformation von einem vorhergegangenen Bild oder, insbesondere im Falle einer zeitversetzten Darstellung, auch die Kontrastinformation von einem nachfolgenden Bild zur Kontrastverbesserung der Darstellung eines Bildes der Sequenz verwendet. Die Kontrastverbesserung geschieht, indem die Steuerungseinrichtung 4 durch einen oder mehrere Algorithmen die der eingehenden Informationen entnommenen Eingangsgrößen auswertet und die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen entsprechend einem Sollwert reguliert. Vorzugsweise enthält die Steuerungseinrichtung 4 einen nicht dargestellten mikroelektronischen Controller, der die verfügbaren Informationen speichert und gemäß eines oder mehrerer Algorithmen aufbereitet und entsprechende Steuersignale abgibt.
In dieser speziellen Ausführungsform ist weiter vorgesehen, dass mindestens ein Sensor 3 der Steuerungseinrichtung 4 zusätzliche Informationen über die Umgebungshelligkeit im Bereich der Anzeigevorrichtung liefert. Diese zusätzlichen Informationen werden ebenfalls durch einen oder mehrere Algorithmen ausgewertet und die Steuerungseinrichtung 4 regelt die Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen entsprechend nach. Beispielsweise erhöht die Steuerungseinrichtung 4 vorzugsweise im Betrieb die Lichtstärke der Lichtquellen 55, wenn eine hohe Umgebungshelligkeit vorliegt. Besonders bevorzugt werden zur Ermittlung der Umgebungshelligkeit ein oder mehrere Helligkeitssensoren (Ambient Light Sensoren) verwendet. Ambient Light Sensoren sind Sensoren, deren Empfindlichkeitsspektrum vorzugsweise auf die Empfindlichkeit des menschlichen Auges, also das Auge des Betrachters optimiert sind.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform beeinflusst die Steuerungseinrichtung 4 zusätzlich die Steuerungseinheit 5, angedeutet durch einen Wirkungspfeil. Dabei beeinflußt die Steuerungseinrichtung 4 die Auflösung der wiederzugebenden Information I, welche von der Steuerungseinheit 5 an die Lichtventilanordnung 2 weitergegeben wird. Diese Beeinflussung der Auflösung ist insbesondere vorteilhaft, da das Raster der Lichtventilanordnung 2 vorliegend nicht mit dem Raster der Lichtquellenanordnung 1 übereinstimmt. Das Raster der Lichtventilanordnung 2 ist feiner als jenes der Lichtquellenanordnung 1. Während die Auflösung in herkömmlichen Anzeigevorrichtungen durch die Steuerungseinheit 5 allein vorgegeben wird, wird mittels einer durch die Steuerungseinrichtung 4 vorgegebenen Anpassung der Auflösung eine optimale und gleichmäßige Aufteilung der Lichtventile der Lichtventilanordnung 2 auf das Raster der Lichtquellenanordnung 1 erreicht.
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 hinterleuchtet werden, schneidet, sondern jeweils mit deren Grenzen zusammenfällt. Die Auflösung wird also derart angepasst, dass die dadurch bestimmte Wiedergabefläche im Idealfall deckungsgleich mit einer aus Lichtkacheln der Hinterleuchtungsanordnung gebildeten Fläche ist. Mit anderen Worten ist bevorzugt die Gesamtzahl der Pixel pro Zeile ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Pixel pro Zeile einer Lichtkachel und/oder die Gesamtzahl der Pixel pro Spalte ist ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Pixel pro Spalte einer Lichtkachel .
Figur 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Eine wiederzugebende Information I wird in die Anzeigevorrichtung eingespeist. Die Information wird an eine Steuerungseinrichtung 24 und eine Steuerungseinheit 25 weitergeleitet, wobei die Steuerungseinrichtung 24 zur Einwirkung auf die Steuerungseinheit 25 vorgesehen ist. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschränken sich jedoch nicht darauf, dass die Steuerungseinrichtung 24 und die Steuerungseinheit 25 oder deren Äquivalente in den anderen Ausführungsformen getrennt ausgeführt sind, sondern beide können auch gemeinsam als integrierte Einheit ausgeführt sein. Die Steuerungseinheit 25 steuert die Lichtventilanordnung 22, während die Steuerungseinrichtung 24 die Lichtquellenanordnung 21 ansteuert.
Ein Betrachter registriert das Licht, welches von der Lichtquellenanordnung 21 ausgeht und dem die wiederzugebende Information I durch die Lichtventilanordnung 22 aufgeprägt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel nutzt die Steuerungseinrichtung 24 eine oder mehrere der auch anhand von Figur 1 beschriebenen Informationen bzw. Eingangsgrößen um die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen 55 der Lichtquellenanordnung 21 anzusteuern. In Unterschied zu Figur 1 ist kein Helligkeitssensor vorgesehen.
Das Raster der Lichtquellenanordnung 21 entsteht dadurch, dass einzelne Lichtquellen 55 Teilbereiche der Lichtventilanordnung hinterleuchten. Diese Teilbereiche bzw. Lichtkacheln bilden zusammengesetzt die Hinterleuchtungsanordnung der Fläche. Die Anzahl der Lichtkacheln ist vorliegend geringer als die Anzahl der Lichtventile. Dadurch weisen Lichtquellenanordnung und die Lichtventilanordnung unterschiedliche Raster auf. Daher ist es vorteilhaft, mittels einer Beeinflussung der Steuerungseinheit 25 durch die Steuerungseinrichtung 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. 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.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform wird wiederzugebende Information I in die schematisch dargestellte Anzeigevorrichtung eingespeist. Die Information wird weitergeleitet an die Steuerungseinrichtung 34 und die Steuerungseinheit 35. Dabei wertet die Steuerungseinheit 35 die Information aus und steuert entsprechend die Lichtventile der Lichtventilanordnung 32 an. Die Steuerungseinrichtung 34 entnimmt der wiederzugebenden Information I eine oder mehrere der oben beschriebenen Kontrastinformationen und wertet sie aus. Dazu verwendet sie einen oder mehrere Algorithmen, wie sie anhand der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 und 2 beschrieben sind.
In Abhängigkeit von den durch einen oder mehrere Algorithmen ausgewerteten Kontrastinformationen steuert die Steuerungseinrichtung 34 die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen der Lichtquellenanordnung 31, die vorliegend Halbleiterlichtquellen sind.
Da es sich bei den Kontrastinformationen im Allgemeinen um normierte Helligkeitsinformationen handelt, verarbeiten weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung die entsprechenden Helligkeitsinformationen anstelle der obengenannten KontrastInformationen als Eingangsinformationen.
Als Wirkung der Steuerungseinrichtung 34 sieht der Betrachter eine durch die Ansteuerung der Lichtquellenanordnung 31 kontrastverbesserte Darstellung der mit Hilfe der Lichtventilanordnung 32 dargestellten Information.
Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die wiederzugebende Information I in das System eingespeist wird. Die Information I wird an eine Steuerungseinrichtung 44 und eine Steuerungseinheit 45 weitergeleitet. Erfindungsgemäße Ausführungsformen beschränken sich aber nicht darauf, dass die Steuerungseinheit 45 und die Steuerungseinrichtung 44 getrennt ausgeführt sein müssen, sondern beinhalten insbesondere auch die Möglichkeit, die Steuerungseinrichtung 44 und die Steuerungseinheit 45 gemeinsam in einer GesamtSteuerung zu integrieren.
Die Steuerungseinheit 45 dient der Ansteuerung der Lichtventilanordnung 42. Die Steuerungseinrichtung 44 wertet mit Hilfe eines oder mehrerer Algorithmen Eingangsgrößen aus, die der Information I entnommen werden. Die Eingangsgrößen können Helligkeits- und/oder Kontrastinformationen der eingespeisten wiederzugebenden Information sein, wie sie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind. Zusätzlich kann eine Steuerungseinrichtung 44 die Informationen mindestens eines Sensors 43, welcher die Umgebungshelligkeit des Raumes, in welchem die Anzeigevorrichtung betrieben wird, misst, als Eingangsgröße aufnehmen und auswerten.
Die Auswertung geschieht mittels eines oder mehrerer der zuvor beschriebenen Algorithmen. Als Folge dieser Auswertung wird eine Ansteuerung der Lichtquellen 55 der Lichtquellenanordnung 41 bewirkt. Dabei wird zur Kontrastverbesserung der Gesamtdarstellung bevorzugt die Helligkeit einzelner Lichtquellen variiert. Alternativ kann die Helligkeit von Gruppen von Lichtquellen, beispielsweise einzelner Zeilen oder Spalten von Lichtquellen, variiert werden. Die Steuerungseinrichtung steuert also die Lichtstärke bzw. die Helligkeit einzelner Lichtkacheln oder die Helligkeit von Gruppen von Lichtkacheln, beispielsweise der Zeilen oder Spalten des von den Lichtkacheln gebildeten Rasters.
Durch eine gezielte Auswertung der eingehenden Informationen erzeugt die Steuerungseinrichtung 44 somit eine Kontrastverbesserung der dargestellten Information, welche von einem Betrachter wahrgenommen werden kann.
Figur 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Anzeigevorrichtung mit Lichtventilen. Dabei zeigt Figur 5a einen schematischen Querschnitt des Aufbaus einer solchen Anzeigevorrichtung und Figur 5b die schematische Aufsicht auf eine solche Anzeigevorrichtung .
In Figur 5a sind mehrere Lichtquellen 55, vorliegend Halbleiterlichtquellen, auf einem Träger 56 angeordnet. Die Lichtquellen 55 sind bevorzugt Leuchtgruppen, sodass eine Lichtquelle 55 mehrere lichtemittierende Halbleiterbauelemente umfasst, die besonders bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Der Träger 56 ist vorliegend eine Platine, insbesondere eine Metallkernplatine. Metallkernplatinen ermöglichen aufgrund ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit eine besonders effiziente Kühlung der Lichtquellen 55. Die Lichtquellen 55 koppeln ihr abgestrahltes Licht in Homogenisierungselemente, sogenannte White-Box-Elemente, 54 ein. Die Abmessung der White-Box-Elemente an ihrer
Lichtaustrittsseite bestimmt in diesem Ausführungsbeispiel die Größe der Lichtkacheln. Diese White-Box-Elemente umfassen Reflektoren zur Strahlformung. Die Reflektoren sind vorliegend so geformt, dass die gesamte Lichtaustrittsseite der Lichtkacheln bei Betrieb der Lichtquelle möglichst gleichmäßig leuchtet.
Der Zusammenhang zwischen den Abmessungen der Lichtaustrittsseite der White-Box-Elemente und der Größe der Lichtkacheln ist durch die gestrichelten Linien, welche die Figuren 5a und 5b verbinden, dargestellt. Lichtaustrittsseitig nachgeordnet ist den Lichtquellen beziehungsweise Leuchtgruppen vorliegend ein Diffusor 53 und mindestens eine BEF(Brightness Enhancement Film) -Folie 52. Der Diffusor 53 sorgt für eine verbesserte Homogenisierung des abgestrahlten Lichtes. Die BEF- Folie 52 dient der Verbesserung der Abstrahlcharakteristik der Anzeigevorrichtung durch Fokussierung der Strahlung in Richtung des Betrachters und ist beispielsweise von der Firma 3M kommerziell erhältlich. Dieser Hinterleuchtung ist eine Lichtventilanordnung 51, die dem abgestrahlten Licht eine Information aufmoduliert, nachgeordnet. Eine derartige Lichtventilanordnung ist in der Regel mehrschichtig aufgebaut und enthält zweckmäßigerweise mehrere Filter, beispielsweise Polarisationsfilter.
In Figur 5b ist der schematische Aufbau der Anzeigevorrichtung in Aufsicht dargestellt. Die Hinterleuchtung der Anzeigevorrichtung setzt sich aus einzelnen Lichtkacheln 57a, 57b, 57c zusammen. In x- und in y-Richtung ist eine Anzahl v bzw. w von Lichtkacheln zur Hinterleuchtung der
Strahlungsaustrittsfläche der Anzeigevorrichtung angeordnet. Die Anzahl v, w der Lichtkacheln wird zweckmäßigerweise an die Größe der Anzeigevorrichtung angepasst. Die den Lichtkacheln nachgeordnete Lichtventilanordnung 51 ist in Figur 5b nur innerhalb der Lichtkachel 57a dargestellt und durch ein Schachbrettmuster schematisch angedeutet. Das Raster der Lichtventilanordnung 51 ist bei diesem Ausführungsbeispiel feiner als das Raster der Lichtkacheln. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Anzeigevorrichtung beispielsweise ein 32"-TFT-Fernseher ist. Dabei hat bei einem Bildformat von 16:9 die Lichtventilanordnung eine Pixelauflösung von 1366 x 768 Pixel oder mehr. Dieses Lichtventilraster wird hinterleuchtet durch eine Anordnung von Lichtkacheln. Beispielsweise umfasst diese Lichtkachelanordnung 22 x 12 (v x w) Lichtkacheln, also insgesamt 264 Lichtkacheln. Diese Lichtkacheln enthalten bevorzugt als Lichtquellen LEDs der Produktbezeichnung MultiLED oder Advanced Power TopLED beziehungsweise daraus aufgebaute Leuchtgruppen. In diesem Ausführungsbeispiel hinterleuchtet somit jede Lichtkachel einen Bereich von ca. 64 x 64 Pixel der Lichtventilanordnung.
Alternativ kann die Anzeigevorrichtung auch von 43 x 24 (v x w) , also 1032 Lichtkacheln, hinterleuchtet werden, wobei jede Lichtkachel beispielsweise eine Power TopLED enthält. Dadurch werden ca. 32 x 32 Pixel der Lichtventilanordnung jeweils durch eine Lichtkachel, die beispielsweise jeweils eine Power TopLED umfasst, hinterleuchtet.
MultiLED, Power TopLED und Advanced Power TopLED sind Bezeichnungen von Halbleiterlichtquellen, welche von der Firma Osram vertrieben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Anzeigevorrichtung einen 45-Zoll-TFT-Bildschirm. Bei einem Bildformat von 16:9 hat die Lichtventilanordnung damit eine Pixelauflösung von 1920 x 1080 Pixel. Zur Hinterleuchtung werden hier beispielsweise 30 x 17 (v x w) , also 510 Lichtkacheln, verwendet, welche als Lichtquelle bevorzugt 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 x 64 Pixel umfasst.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2005 020 568.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtquellenanordnung zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtquellen (1) und eine Steuerungseinrichtung (4) enthält, welche die Lichtstärke von einzelnen Lichtquellen oder von Gruppen von Lichtquellen an eine wiederzugebende Information (I) anpasst.
2. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquellen mindestens ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement umfassen.
3. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 2, bei der jede Lichtquelle eine Mehrzahl von Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen umfasst.
4. Lichtquellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Lichtventilanordnung (2) enthält, welche insbesondere eine Mehrzahl von Lichtventilen aufweist.
5. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 4, bei der eine Lichtquelle einen Bereich mit mehreren Lichtventilen hinterleuchtet .
6. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung die Lichtstärke der Lichtquellen durch eine Taktung der Energieversorgung steuert.
7. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung die Lichtstärke der Lichtquellen durch eine Änderung ihres Betriebsstroms steuert.
8. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lichtquellen zeilen- und spaltenweise angeordnet sind.
9. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 8 , bei der Steuerungseinrichtung die Lichtstärke der Lichtquellen zeilen- und/oder spaltenweise steuert .
10. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lichtquellen entsprechend einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind.
11. Lichtquellenanordnung nach Anspruch 10, bei der das Gitter rechteckige, parallelogrammartige, hexagonale oder rhombische Grundeinheiten aufweist.
12. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der den Lichtquellen mindestens ein Diffusor (53) in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
13. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der den Lichtquellen mindestens ein Homogenisierungselement (54) und/oder ein Lichtleiter in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
14. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der den Lichtquellen mindestens eine BEF(Brightness Enhancement FiIm)-FoIIe in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
15. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lichtquellen auf einem gemeinsamen Träger, insbesondere einer Platine, angeordnet sind.
16. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, Lichtquellen, die verschiedene Bereiche der Anzeigevorrichtung hinterleuchten, zu gleichen Zeiten mit unterschiedlicher Lichtstärke zu betreiben.
17. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Lichtstärken der Lichtquellen in Abhängigkeit von mindestens einer der folgenden Eingangsgrößen zu beeinflussen:
Kontrastwerte innerhalb des hinterleuchteten Bereichs einer
Lichtquelle,
Kontrastwerte der hinterleuchteten Bereiche benachbarter
Lichtquellen,
Kontrastwerte der von der Anzeigevorrichtung wiedergegebenen
Information,
Umgebungshelligkeit.
18. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen im Falle der Wiedergabe einer Bildsequenz, insbesondere eines Films, in Abhängigkeit von den Kontrastwerten eines Bildes oder mehrerer Bilder der Bildsequenz zu variieren.
19. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung zusätzlich die Lichtventilanordnung ansteuert, um insbesondere die grafische Auflösung der wiedergegebenen Information anzupassen.
20. Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerungseinrichtung bei einer direkten Hinterleuchtung die Überlagerung der Emission benachbarter Lichtquellen bei der Anpassung der Lichtstärke der einzelnen Lichtquellen berücksichtigt.
21. Anzeigevorrichtung mit einer Lichtquellenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche .
22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 21, die einen LCD- oder TFT-Bildschirm umfasst.
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