WO2007068594A1 - Anzeigevorrichtung mit einer vielzahl von bildpunkten und verfahren zum anzeigen von bildern - Google Patents

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Andreas Huber
Peter Niedermeier
Oskar Schallmoser
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Definitions

  • Display device with a plurality of pixels and method for displaying images
  • the invention relates to a display device with a plurality of pixels, comprising a
  • An image signal generating device for generating color and brightness values for the plurality of pixels, a light modulation device coupled to the image signal generation device for modulating the plurality of pixels based on the color and brightness values, and a lighting device for backlighting the light modulation device.
  • Display devices in particular flat screens, of the type mentioned above are widely known. They are particularly suitable for use as a computer monitor or as a screen for extra-flat TV sets.
  • Light emitted from a light source is used to backlight a modulation device having a plurality of pixels, typically a liquid crystal display (LCD).
  • LCD liquid crystal display
  • Contrast range desirable. Because movies often contain scenes with a large contrast range, where contrast is the ratio between the difference between maximum and minimum brightness and a minimum displayable brightness gradation.
  • a disadvantage of using two light modulation devices is in particular in the high cost of light modulation devices that significantly affect the cost of a video.
  • the second modulation device and an image signal generating device required therefor require additional power.
  • the series connection of two light modulation devices absorbs a larger proportion of the incident light, so that a particularly powerful light source must be used, which in turn requires more energy.
  • Object of the present invention is to describe a display device of the type mentioned, which has a particularly high contrast range.
  • the display device should be inexpensive to manufacture and economical in energy consumption.
  • a display device of the type mentioned at the beginning in which the lighting device has a drive device for driving a multiplicity of light sources and the drive device is coupled to the image signal generation device or the light modulation device, so that a predetermined group of light sources, which are used to backlight a partial region of the light source Light modulation device is arranged, can be controlled by the driving device in dependence of the brightness values for contrast enhancement.
  • the illumination of particularly dark image areas can be reduced, so that the contrast range of the illustrated Overall picture increases.
  • the darkening of groups of light sources additionally provides energy savings through more efficient use of light.
  • a high contrast can advantageously be achieved with only one light modulator by partially dimming the illumination device, ie the predetermined group of light sources. Due to the dimming darker display areas can be darkened more, which has a greater contrast result.
  • each light source of the plurality of light sources can be controlled individually by the drive device. In this way, even small image areas can be darkened individually.
  • a display device advantageously operates according to a method of displaying images on a display device having a plurality of pixels, comprising the steps of:
  • Light modulation device based on the color and brightness values
  • corrected color and brightness values for modulating the predetermined groups of pixels are calculated on the basis of the received color and brightness values of the image signal, taking into account the calculated brightness characteristics.
  • the weaker backlighting of predetermined groups of pixels can be taken into account in the modulation, so that, for example, details in darkened image areas can be represented particularly well.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a screen according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a flow chart for a method for displaying images, 3A to be displayed, exemplary brightness values,
  • FIG. 3B shows actual brightness values displayed according to the prior art
  • FIG. 3C shows brightness characteristics for the exemplary brightness values
  • Figure 3E actually displayed brightness values according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows in schematic form a structure of a display device 1, in the embodiment of a flat panel, according to an embodiment of the invention in cross section.
  • the screen 1 has an image signal generating device 2, a light modulation device 3 and a lighting device 4. Between the
  • Lighting device 4 and the light modulation device 3, a diffuser 5 is optionally arranged, which distributes the light of the lighting device 4 for the backlighting of the light modulation device 3.
  • a ground glass 6 is additionally arranged, which scatters the translucent light through the light modulation device 3 and at the same time protects the light modulation device 3 from contact.
  • the ground glass 6 or the diffuser 5 can also serve to select light of a predetermined polarization direction.
  • the image signal generating device 2 has an image signal decoder 7, an image memory 8, a processing unit 9 and a selection means 10.
  • the lighting device 4 has a drive device 11 and a plurality of light sources 12, in the exemplary embodiment, light-emitting diodes.
  • the light modulation device 3 comprises a plurality of pixels 13 suitable for modulating the incident light.
  • the individual pixels 13 are composed of subpixels 14, for example one subpixel 14 each for the three primary colors red, green and blue, which allow only the light of the respective primary color to pass through corresponding filters.
  • the drive device 11 of the lighting device 4 is set up to control each of the light sources 12 individually, so that the individual light sources 12 spatially assigned groups of pixels 15A, 15B and 15C can be backlit differently.
  • the modulator 5 has three mutually delimited areas, so that light of a light source 12 backlit only one group of pixels 15A, 15B or 15C. Alternatively, illumination of adjacent groups 15A, 15B or 15C may also be considered by the processing unit 9.
  • display devices 1 naturally have substantially more pixels 13 and light sources 12 used for their illumination than can be shown in FIG.
  • an illumination device 4 with approximately 200 light-emitting diodes can be used as the light sources 12 are arranged, for example, strip or kacheiförmig.
  • Figure 2 illustrates a method for displaying images on a display device 1 according to an embodiment of the invention.
  • an image signal for example a television signal
  • the image signal decoder 7 which contains the color and brightness values I so ii contained therein for the pixels 13.
  • the decoded image and brightness values I so ii are stored in the image memory 8 for further processing.
  • luminance characteristics I Char for predetermined groups of pixels 15 are calculated on the basis of the color and brightness values I so ii stored in the image memory 8.
  • the screen 1 has three groups 15A, 15B and 15C of picture elements.
  • the upper, middle and lower groups 15A, 15B and 15C are each assigned to one of the light sources 12 and illuminated by them.
  • the processing unit 9 in the second step 22 it is recognized by the processing unit 9 in the second step 22 that the lower screen area corresponding to the lower group of pixels 15C represents a particularly dark image area.
  • This information is then stored in the brightness characteristic I C har generated for the group 15C.
  • the plurality of pixels 13 are modulated by the light modulation device 3 in consideration of the decoded color and brightness values Isoii. For example, by applying different voltages to the individual pixels 13 of the light modulation device 3, the permeability of the pixels 13 or of the subpixels 14 for individual colors can be influenced in such a way that an overall image is created for a viewer.
  • crystals of a liquid crystal display are deflected by generating an electric field such that their polarization direction changes so that the light of a predetermined polarization is either transmitted or absorbed.
  • the processing unit 9 takes into account the previously calculated brightness characteristic I Char in the actual actual modulation of the pixels 13.
  • the color and brightness values corrected from the received color and brightness values I so are ii taking into account the calculated brightness characteristic I C har Ikorr used to modulate the pixels 13 of the light modulation device 3.
  • a fourth step 24 the lighting device 4 with the associated drive device 11 is controlled by the processing device 9 such that the illumination of the individual groups of pixels 15A, 15B and 15C corresponds to the previously determined brightness characteristics I C har.
  • the group of pixels 15C are darkened by darkening the associated lower light source 12.
  • the described process is repeated after a predetermined time, so that both the pixels 13 of the light modulation device 3 and the light sources 12 of the lighting device 4 are continuously driven according to the needs of each current image signal.
  • FIG. 3A shows brightness values I so II for each of the pixels 13 to be represented by the screen 1.
  • brightness values I so are considered alone, but no color information.
  • the calculation described below is performed for each of the illustrated colors, such as red, green and blue.
  • the three first pixels 13 of the first group of pixels 15A are intended to represent a very bright image area.
  • the next three pixels 13 of the second group of pixels 15B represent a medium-bright image area.
  • the last three pixels 13 of the last group 15C represent a very dark image area.
  • a brightness value I is such for each of the pixels to be displayed 13 in percent.
  • FIG. 3B shows the actually displayed brightness intensity I S d ⁇ of a screen 1 according to FIG State of the art with an exemplary contrast ratio of 1:10.
  • a light modulation device 3 can only represent ten different brightness levels.
  • the brightness values shown in FIG. 3A can only be displayed correctly in the regions of the first and second group of pixels 15A and 15B.
  • the very low brightness in the area of the third group of pixels 15C no longer allows a signal and thus realistic representation.
  • this image area is completely darkened, so that details contained therein are no longer displayed.
  • FIG. 3C shows luminance characteristics I Char determined according to an embodiment of the invention.
  • the respective maximum value of a group of pixels 15A, 15B or 15C is used as the brightness characteristic.
  • the first light source 12 of the first group 15A is driven at 100 percent of the possible power, the second light source 12 at 60 percent of the possible power, and the third light source 12 at only one percent of the possible power. Since the luminous intensity of light-emitting diodes used as light source 12 in the exemplary embodiment increases substantially linearly with an operating current, the individual light sources 12 can be controlled as required, for example, by current control.
  • FIG. 3D shows corrected brightness values Ikorr for driving the modulation device 3, which are calculated by the processing unit 9, for example.
  • the Embodiment yield the corrected brightness values Ikorr by dividing the displayed brightness values I so ii of Figure 3A by the calculated brightness characteristic I C har of Figure 3B.
  • FIG. 3E the brightness values I lst perceived by a viewer on the screen 6 are shown. Since the brightness values I visible on the ground glass 6 essentially result from multiplication of the illumination intensity corresponding to the brightness characteristic I C har shown in FIG. 3C with the corrected brightness values I kOrr of FIG. 3D used for the modulation, the brightness values I illustrated in FIG For each of the individual pixels 13, the brightness values I contained in the image signal are exactly the same . Thus, a true-to-life rendition of the image signal is possible.
  • individual image areas can also be specifically darkened or lightened with the aid of the selection means 10.
  • a screen 1 is used to display the image signal
  • the method of the invention can of course be used in other display methods and devices, for example, in a projection or rear projection, such as a video projector or so-called beamer.
  • a reflective one instead of a filtering light modulation device 3 such as a liquid crystal display
  • Modulation device 9 such as a matrix of controllable mirrors (Digital Mirror Device - DMD) to use.
  • light-emitting diodes instead of the light-emitting diodes used in the exemplary embodiment, it is also possible to use other light sources 12, in particular small-area light sources, which are suitable for illuminating individual groups of pixels 15. It is advantageous if the light sources
  • OLEDs organic, surface-emitting light-emitting diodes

Abstract

Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildpunkten und Verfahren zum Anzeigen von Bildern Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Bildpunkten (13), aufweisend eine Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) zum Erzeugen von Farb- und Helligkeitswerten für die Vielzahl von Bildpunkten (13), eine mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) gekoppelte Lichtmodulationsvorrichtung (3) zur Modulation der Vielzahl von Bildpunkten (13) auf Grundlage der Färb- und Helligkeitswerte und eine Beleuchtungsvorrichtung (4) zum Hinterleuchten der Lichtmodulationsvorrichtung (3), der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beleuchtungsvorrichtung (4) eine Ansteuervorrichtung (11) zum Ansteuern einer Vielzahl von Lichtquellen (12) aufweist und die Ansteuervorrichtung (11) mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) oder der Lichtmodulationsvorrichtung (3) gekoppelt ist, sodass eine vorbestimmte Gruppe von Lichtquellen (12), die zur Hinterleuchtung eines Teilbereiches der Lichtmodulationsvorrichtung (3) eingerichtet ist, durch die Ansteuervorrichtung (11) in Abhängigkeit der Helligkeitswerte zur Kontrastverstärkung ansteuerbar ist. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Bildpunkten (13) .

Description

Beschreibung
Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildpunkten und Verfahren zum Anzeigen von Bildern
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildpunkten, aufweisend eine
Bildsignalerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Färb- und Helligkeitswerten für die Vielzahl von Bildpunkten, eine mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung gekoppelte Lichtmodulationsvorrichtung zur Modulation der Vielzahl von Bildpunkten auf Grundlage der Färb- und Helligkeitswerte und eine Beleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten der LichtmodulationsVorrichtung .
Anzeigevorrichtungen, insbesondere Flachbildschirme, der oben genannten Art sind vielfach bekannt. Sie eignen sich insbesondere zur Verwendung als Computermonitor oder als Bildschirm für besonders flache Fernsehgeräte. Von einer Lichtquelle ausgestrahltes Licht wird zur Hinterleuchtung einer Modulationsvorrichtung mit einer Vielzahl von Bildpunkten, in der Regel eine Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display - LCD), verwendet. Durch Ansteuern der einzelnen Bildpunkten der Lichtmodulationsvorrichtung mit aus einer Bildsignalerzeugungsvorrichtung erzeugten Färb- und Helligkeitswerten scheint nur ein Anteil des eingestrahlten Lichtes durch die Lichtmodulationsvorrichtung durch, sodass helle und dunkle beziehungsweise verschiedenfarbige Bildpunkte erzeugt werden können, die sich dann für einen Betrachter zu einem Gesamtbild zusammenfügen.
Insbesondere bei Anzeigevorrichtungen im Bereich der Unterhaltungselektronik ist ein besonders hoher Kontrastumfang wünschenswert. Denn Kinofilme enthalten oft Szenen mit einem großen Kontrastumfang, wobei Kontrast als das Verhältnis zwischen der Differenz von maximaler und minimaler Helligkeit und einer minimal darstellbaren Helligkeitsabstufung ist.
Für eine wirklichkeitsgetreue Abbildung ist es daher wichtig, zum Einen sehr feine Helligkeitsabstufungen und zum Anderen den gesamten Bereich zwischen voller Leuchtintensität eines weißen Bildpunktes und keiner Leuchtintensität, also einen schwarzen Bildpunkt, darstellen zu können. Dies tritt beispielsweise bei Szenen mit sehr ungleichmäßiger Beleuchtung auf, etwa bei der gleichzeitigen Darstellung von Innen- und Außenaufnahmen oder Licht- und Schattenbereichen.
Handelsübliche Anzeigevorrichtungen weisen oft ein Kontrastverhältnis von deutlich weniger als 1:1000 auf. Das menschliche Auge ist jedoch dazu in der Lage, einen wesentlich größeren Kontrastumfang aufzulösen. Daher sind zur wirklichkeitsgetreuen Wiedergabe von Filmen
Anzeigevorrichtungen mit Kontrastumfängen von mehr als 1:1000 wünschenswert .
Aus der US 6,891,672 B2 ist ein Bildschirm mit einem erhöhten Kontrastumfang bekannt. Von einer Lichtquelle ausgestrahltes Licht wird zunächst durch eine erste und dann durch eine zweite Modulationsvorrichtung moduliert. Dadurch können sehr kontrastreiche Bilder dargestellt werden, sodass beispielsweise auch dunkle Bildbereiche noch fein in der Helligkeit abgestuft dargestellt werden können.
Ein Nachteil einer Verwendung von zwei Lichtmodulationsvorrichtungen besteht insbesondere in den hohen Kosten der Lichtmodulationsvorrichtungen, die die Kosten eines Bildschirmes wesentlich beeinflussen. Zusätzlich benötigt die zweite Modulationsvorrichtung und eine dafür benötigte Bildsignalerzeugungsvorrichtung zusätzliche Energie. Des Weiteren absorbiert die Hintereinanderschaltung von zwei Lichtmodulationsvorrichtungen einen größeren Anteil des einfallenden Lichtes, sodass eine besonders leistungsstarke Lichtquelle eingesetzt werden muss, die ihrerseits mehr Energie benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zu beschreiben, der einen besonders hohen Kontrastumfang aufweist. Dabei soll die Anzeigevorrichtung kostengünstig herzustellen und sparsam im Energieverbrauch sein.
Die Aufgabe wird durch eine Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Beleuchtungsvorrichtung eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern einer Vielzahl von Lichtquellen aufweist und die Ansteuervorrichtung mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung oder der Lichtmodulationsvorrichtung gekoppelt ist, sodass eine vorbestimmte Gruppe von Lichtquellen, die zur Hinterleuchtung eines Teilbereiches der Lichtmodulationsvorrichtung eingerichtet ist, durch die Ansteuervorrichtung in Abhängigkeit der Helligkeitswerte zur Kontrastverstärkung ansteuerbar ist.
Durch die gezielte Ansteuerung von Gruppen von Lichtquellen, die zur Hinterleuchtung von Teilbereichen der Lichtmodulationsvorrichtung eingerichtet sind, kann die Beleuchtung von besonders dunklen Bildbereichen vermindert werden, sodass der Kontrastumfang des dargestellten Gesamtbildes zunimmt. Das Abdunkeln von Gruppen von Lichtquellen bewirkt zusätzlich eine Energieeinsparung durch eine effizientere Lichtausnutzung.
Gemäß der Erfindung lässt sich ein hoher Kontrast vorteilhafterweise mit nur einem Lichtmodulator erzielen, indem die Beleuchtungsvorrichtung, das heißt die vorbestimmte Gruppe von Lichtquelle, partiell gedimmt wird. Durch das Dimmen können als dunkel vorgesehenen Anzeigebereiche stärker abgedunkelt werden, was einen größeren Kontrast zur Folge hat.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jede Lichtquelle der Vielzahl von Lichtquellen einzeln durch die Ansteuervorrichtung ansteuerbar. Auf diese Weise können auch kleine Bildbereich einzeln abgedunkelt werden.
Eine Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet mit Vorteil gemäß einem Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildpunkten mit den folgenden Schritten:
- Empfang eines Bildsignals mit Färb- und Helligkeitswerten für die Vielzahl von Bildpunkten,
- Berechnen von Helligkeitscharakteristiken für eine Mehrzahl von unterschiedlichen vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten aus denen sich ein anzuzeigendes Bild zusammensetzt,
- Modulieren der Bildpunkte durch eine
Lichtmodulationsvorrichtung auf Grundlage der Färb- und Helligkeitswerten, und
- Beleuchten der unterschiedlichen vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten durch jeweils eine Lichtquelle oder eine vorbestimmte Gruppe von Lichtquellen in Abhängigkeit von der für die jeweilige vorbestimmte Gruppe von Bildpunkten berechnete Helligkeitscharakteristik .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden auf Grundlage der empfangenen Färb- und Helligkeitswerte des Bildsignals unter Berücksichtigung der berechneten Helligkeitscharakteristiken korrigierte Färb- und Helligkeitswerte zum Modulieren der vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten berechnet.
Durch eine Korrektur der zur Lichtmodulation verwendeten Färb- und Helligkeitswerte anhand der berechneten Helligkeitscharakteristiken, kann die schwächere Hinterleuchtung von vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten bei der Modulation berücksichtigt werden, sodass beispielsweise Details in abgedunkelten Bildbereichen besonders gut dargestellt werden können.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispiel. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen schematischen Aufbau eines Bildschirmes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Anzeigen von Bildern, Figur 3A anzuzeigende, beispielhafte Helligkeitswerte,
Figur 3B tatsächliche nach dem Stand der Technik angezeigte Helligkeitswerte,
Figur 3C Helligkeitscharakteristiken für die beispielhaften Helligkeitswerte,
Figur 3D korrigierte Helligkeitswerte, und
Figur 3E tatsächlich angezeigte Helligkeitswerte gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
Figur 1 zeigt in schematischer Form einen Aufbau einer Anzeigevorrichtung 1, im Ausführungsbeispiel eines Flachbildschirms, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Querschnitt .
Der Bildschirm 1 weist eine Bildsignalerzeugungsvorrichtung 2, eine Lichtmodulationsvorrichtung 3 sowie eine Beleuchtungsvorrichtung 4 auf. Zwischen der
Beleuchtungsvorrichtung 4 und der Lichtmodulationsvorrichtung 3 ist optional ein Diffuser 5 angeordnet, der das Licht der Beleuchtungsvorrichtung 4 zur Hinterleuchtung der Lichtmodulationsvorrichtung 3 verteilt. Vor der Lichtmodulationsvorrichtung 3 ist zusätzlich eine Mattscheibe 6 angeordnet, die das durch die Lichtmodulationsvorrichtung 3 durchscheinende Licht streut und zugleich die Lichtmodulationsvorrichtung 3 vor Berührung schützt. Die Mattscheibe 6 oder der Diffuser 5 können auch dazu dienen, Licht einer vorbestimmten Polarisationsrichtung auszuwählen. Die Bildsignalerzeugungsvorrichtung 2 weist einen Bildsignaldecoder 7, einen Bildspeicher 8, eine Verarbeitungseinheit 9 sowie ein Auswahlmittel 10 auf. Die Beleuchtungsvorrichtung 4 weist eine Ansteuervorrichtung 11 sowie eine Vielzahl von Lichtquellen 12, im Ausführungsbeispiel Leuchtdioden, auf. Die Lichtmodulationsvorrichtung 3 umfasst eine Vielzahl von Bildpunkten 13, die zur Modulation des einfallenden Lichtes geeignet sind. Dabei setzen sich die einzelnen Bildpunkte 13 aus Subbildpunkten 14 zusammen, beispielsweise je einem Subbildpunkt 14 für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau, die durch entsprechende Filter nur das Licht der jeweiligen Grundfarbe passieren lassen.
Die Ansteuervorrichtung 11 der Beleuchtungsvorrichtung 4 ist dazu eingerichtet, jede der Lichtquellen 12 einzeln anzusteuern, sodass den einzelnen Lichtquellen 12 räumlich zugeordnete Gruppen von Bildpunkte 15A, 15B und 15C unterschiedlich stark hinterleuchtet werden können. Der Modulator 5 weist drei voneinander abgegrenzte Bereiche auf, sodass Licht einer Lichtquelle 12 jeweils nur eine Gruppe von Bildpunkten 15A, 15B oder 15C hinterleuchtet. Alternativ kann eine Beleuchtung von angrenzenden Gruppen 15A, 15B oder 15C auch von der Verarbeitungseinheit 9 berücksichtigt werden.
In Praxis weisen Anzeigevorrichtungen 1 selbstverständlich wesentlich mehr Bildpunkte 13 und zu deren Ausleuchtung verwendete Lichtquellen 12 aus, als dies in Figur 1 dargestellt werden kann. Beispielsweise kann zur Ausleuchtung eines 32"-Bildschirms mit etlichen Hunderttausend Bildpunkten 13 eine Beleuchtungsvorrichtung 4 mit etwa 200 Leuchtdioden als Lichtquellen 12 eingesetzt werden. Die Lichtquellen 12 sind dabei zum Beispiel streifen- oder kacheiförmig angeordnet .
Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung 1 entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
In dem Ausführungsbeispiel wird in einem ersten Schritt 21 zunächst ein Bildsignal, beispielsweise ein Fernsehsignal, durch den Bildsignaldecoder 7 empfangen, der die darin enthaltenen Färb- und Helligkeitswerte Isoii für die Bildpunkte 13 enthält. Die decodierten Bild- und Helligkeitswerte Isoii werden zur weiteren Verarbeitung in dem Bildspeicher 8 abgelegt.
In einem zweiten Schritt 22 werden anhand der in dem Bildspeicher 8 abgelegten Färb- und Helligkeitswerte Isoii Helligkeitscharakteristiken IChar für vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten 15 berechnet. Im in der Figur 1 vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bildschirm 1 drei Gruppen 15A, 15B und 15C von Bildpunkten auf. Die obere, mittlere und untere Gruppe 15A, 15B bzw. 15C ist dabei jeweils einer der Lichtquellen 12 zugeordnet und wird durch diese beleuchtet.
Im Ausführungsbeispiel wird im zweiten Schritt 22 durch die Verarbeitungseinheit 9 erkannt, dass der untere Bildschirmbereich entsprechend der unteren Gruppe von Bildpunkten 15C einen besonders dunklen Bildbereich darstellt. Diese Information wird dann in der für die Gruppe 15C erzeugten Helligkeitscharakteristik IChar abgelegt. In einem dritten Schritt 23 wird die Vielzahl von Bildpunkten 13 durch die Lichtmodulationsvorrichtung 3 unter Berücksichtigung der decodierten Färb- und Helligkeitswerte Isoii moduliert. Beispielsweise kann durch das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die einzelnen Bildpunkte 13 der Lichtmodulationsvorrichtung 3 die Durchlässigkeit der Bildpunkte 13 beziehungsweise der Subbildpunkte 14 für einzelne Farben, so beeinflusst werden, dass für einen Betrachter ein Gesamtbild entsteht. Üblicherweise werden dazu Kristalle einer Flüssigkeitskristallanzeige durch Erzeugen eines elektrischen Feldes so ausgelenkt, dass sich ihre Polarisationsrichtung so ändert, dass das Licht einer vorbestimmten Polarisation entweder durchgelassen oder absorbiert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt die Verarbeitungseinheit 9 die zuvor berechnete Helligkeitscharakteristik IChar bei der tatsächlichen aktuellen Modulation der Bildpunkte 13. Dazu werden aus den empfangenen Färb- und Helligkeitswerten Isoii unter Berücksichtigung der berechneten Helligkeitscharakteristik IChar korrigierte Färb- und Helligkeitswerte Ikorr berechnet, die zur Modulation der Bildpunkte 13 der Lichtmodulationsvorrichtung 3 verwendet werden .
Parallel wird in einem vierten Schritt 24 die Beleuchtungsvorrichtung 4 mit der zugehörigen Ansteuervorrichtung 11 durch die Verarbeitungsvorrichtung 9 so angesteuert, dass die Beleuchtung der einzelnen Gruppen von Bildpunkten 15A, 15B und 15C den vorher bestimmten Helligkeitscharakteristiken IChar entspricht. Dazu kann im gegebenen Beispiel, bei dem der untere Bildbereich des Bildschirmes 1 einen besonders dunklen Bildabschnitt enthält, die Gruppe von Bildpunkten 15C durch Abdunkeln der zugehörigen unteren Lichtquelle 12 abgedunkelt werden.
In Abhängigkeit einer Bildwiederholrate des anzuzeigenden Bildes wird der beschriebene Vorgang nach einer vorbestimmten Zeit wiederholt, sodass sowohl die Bildpunkte 13 der Lichtmodulationsvorrichtung 3 als auch die Lichtquellen 12 der Beleuchtungsvorrichtung 4 fortlaufend den Bedürfnissen eines jeweils aktuellen Bildsignals entsprechend angesteuert werden .
Figur 3A zeigt Helligkeitswerte Isoii für jeden der Bildpunkte 13, die durch den Bildschirm 1 dargestellt werden sollen. Der Einfachheit halber werden in der Figur 3A sowie in den folgenden Figuren nur Helligkeitswerte Isoii allein, jedoch keine Farbinformationen betrachtet. In der Praxis wird die im Folgenden beschriebene Berechnung für jede einzelne der dargestellten Farben, beispielsweise Rot, Grün und Blau, durchgeführt .
In dem dargestellten Beispiel sollen die drei ersten Bildpunkte 13 der ersten Gruppe von Bildpunkten 15A einen sehr hellen Bildbereich darstellen. Die nächsten drei Bildpunkte 13 der zweiten Gruppe von Bildpunkten 15B stellen einen mittelhellen Bildbereich dar. Die letzten drei Bildpunkte 13 der letzten Gruppe 15C stellen einen sehr dunklen Bildbereich dar. In der Figur 3A ist dabei jeweils ein Helligkeitswert Isoii für jeden der darzustellenden Bildpunkte 13 in Prozent angegeben.
Figur 3B zeigt die tatsächlich angezeigte Helligkeitsintensität ISdτ eines Bildschirmes 1 gemäß dem Stand der Technik mit einem beispielhaften Kontrastverhältnis von 1:10. In diesem Beispielfall kann eine Lichtmodulationsvorrichtung 3 nur zehn unterschiedliche Helligkeitsstufen darstellen.
Die in Figur 3A dargestellten Helligkeitswerte können nur in den Bereichen der ersten und zweiten Gruppe von Bildpunkten 15A und 15B korrekt dargestellt werden. Die sehr geringe Helligkeit im Bereich der dritten Gruppe von Bildpunkten 15C lässt eine signal- und damit wirklichkeitsgetreue Darstellung nicht mehr zu. In der Figur 3B wird dieser Bildbereich völlig abgedunkelt, sodass darin enthaltene Details nicht mehr dargestellt werden.
In der Figur 3C sind gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ermittelte Helligkeitscharakteristiken IChar dargestellt. Im dargestellten Beispiel wird als Helligkeitscharakteristik der jeweilige Maximalwert einer Gruppe von Bildpunkten 15A, 15B oder 15C verwendet.
Dementsprechend wird in dem Beispiel die erste Lichtquelle 12 der ersten Gruppe 15A mit 100 Prozent der möglichen Leistung angesteuert, die zweite Lichtquelle 12 mit 60 Prozent der möglichen Leistung und die dritte Lichtquelle 12 nur mit einem Prozent der möglichen Leistung. Da die Leuchtintensität von im Ausführungsbeispiel als Lichtquelle 12 verwendeten Leuchtdioden im Wesentlichen linear mit einem Betriebsstrom ansteigt, können die einzelnen Lichtquellen 12 beispielsweise durch eine Stromsteuerung bedarfsgerecht angesteuert werden.
Figur 3D zeigt korrigierte Helligkeitswerte Ikorr zur Ansteuerung der Modulationsvorrichtung 3, die beispielsweise durch die Verarbeitungseinheit 9 berechnet werden. Im Ausführungsbeispiel ergeben sich die korrigierten Helligkeitswerte Ikorr durch Division der anzuzeigenden Helligkeitswerte Isoii der Figur 3A durch die berechnete Helligkeitscharakteristik IChar der Figur 3B.
In der Figur 3E werden die von einem Betrachter auf der Mattscheibe 6 wahrgenommenen Helligkeitswerte Ilst dargestellt. Da sich die auf der Mattscheibe 6 sichtbaren Helligkeitswerte Ilst im Wesentlichen durch Multiplikation der Beleuchtungsintensität entsprechend der in Figur 3C dargestellten Helligkeitscharakteristik IChar mit dem zur Modulation verwendeten korrigierten Helligkeitswerten IkOrr der Figur 3D ergeben, entsprechen die gemäß dem Ausführungsbeispiel dargestellten Helligkeitswerte Ilst für jeden einzelnen der Bildpunkte 13 exakt der in dem Bildsignal enthaltenen Helligkeitswerte Isoii- Somit ist eine naturgetreue Wiedergabe des Bildsignals möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können einzelne Bildbereiche auch mit Hilfe des Auswahlmittels 10 gezielt abgedunkelt oder aufgehellt werden. Beispielsweise ist es möglich einen Bildbereich mit einer Gruppe 15 von Bildpunkten 13 durch Vorgabe eines Benutzers aufzuhellen oder abzudunkeln, zum Beispiel um etwa in einem unteren Bildbereich eingeblendete Untertitel besser lesbar zu machen oder durch Abdunkelung auszublenden.
Werden beispielsweise in einem unteren Bildbereich eines Kinofilms weiße Untertitel auf einem schwarzen Hintergrund eingeblendet, in dem keine Bildinformationen enthalten sind, kann durch Herunterregeln oder Ausschalten der zugehörigen Lichtquelle 12 der Gruppe von Bildpunkten 15C die Anzeige der störenden Untertitel auf der Mattscheibe 6 verhindert werden. Obwohl in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Bildschirm 1 zur Anzeige des Bildsignals verwendet wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch bei anderen Anzeigeverfahren und -Vorrichtungen, beispielsweise bei einer Projektion oder Rückprojektion, etwa durch einen Videoprojektor oder so genannten Datenbeamer, eingesetzt werden. In diesem Fall ist es auch möglich, anstelle einer filternden Lichtmodulationsvorrichtung 3 wie einer Flüssigkristallanzeige eine reflektierende
Modulationsvorrichtung 9 wie etwa eine Matrix von steuerbaren Spiegeln (Digital Mirror Device - DMD) zu verwenden.
Gleichfalls können an Stelle der im Ausführungsbeispiel verwendeten Leuchtdioden auch andere, insbesondere kleinflächige Lichtquellen 12 eingesetzt werden, die dazu geeignet sind, einzelne Gruppen von Bildpunkten 15 zu beleuchten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Lichtquellen
12 derart ausgebildet sind, dass ihre Leuchtfläche bzw. Abstrahlcharakteristik den zu hinterleuchtenden Bildpunkten
13 räumlich zugeordnet werden kann. Beispielsweise können auch organische, flächenemittierende Leuchtdioden (OLEDs) mit einer Leuchtfläche von weniger als 5mm2 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Bildschirm
2 BilderzeugungsVorrichtung
3 LichtmodulationsVorrichtung
4 BeleuchtungsVorrichtung
5 Diffuser
6 Mattscheibe
7 Bildsignaldecoder
8 Bildspeicher
9 Verarbeitungseinheit
10 Auswahlmittel
11 Ansteuervorrichtung
12 Lichtquelle
13 Bildpunkt
14 Subbildpunkt
15 Gruppe von Bildpunkten
21 bis 24 Verfahrensschritte
Isoii anzuzeigender Helligkeitswert
Isdi angezeigter Helligkeitswert (Stand der Technik]
Ichar Helligkeitscharakteristik
IkOrr korrigierter Helligkeitswert
Ilst angezeigter Helligkeitswert (erfindungsgemäß)

Claims

Patentansprüche
1. Anzeigevorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Bildpunkten
(13), aufweisend:
- eine Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) zum Erzeugen von Färb- und Helligkeitswerten (Ison) für die Vielzahl von Bildpunkten (13), eine mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) gekoppelte Lichtmodulationsvorrichtung (3) zur Modulation der Vielzahl von Bildpunkten (13) auf Grundlage der Farb- und Helligkeitswerte (Isoii) und
- eine Beleuchtungsvorrichtung (4) zum Hinterleuchten der Lichtmodulationsvorrichtung (3) , dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (4) eine Ansteuervorrichtung (11) zum Ansteuern einer Vielzahl von Lichtquellen (12), insbesondere Leuchtdioden, aufweist und
- die Ansteuervorrichtung (11) mit der Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) oder der Lichtmodulationsvorrichtung (3) gekoppelt ist, sodass eine vorbestimmte Gruppe von Lichtquellen, die zur Hinterleuchtung eines Teilbereiches der
Lichtmodulationsvorrichtung (3) eingerichtet ist, durch die Ansteuervorrichtung (11) in Abhängigkeit der Helligkeitswerte (Isoii) zur Kontrastverstärkung ansteuerbar ist.
2. Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen der Beleuchtungsvorrichtung (4) und der Lichtmodulationsvorrichtung (3) ein Diffuser (5) angeordnet ist, der Licht der vorbestimmten Gruppe von Lichtquellen (12) auf eine vorbestimmte Gruppe (15) von Bildpunkten (13) des Teilbereiches der Lichtmodulationsvorrichtung (3) verteilt, und
- die Bildsignalerzeugungsvorrichtung (2) eine Helligkeitscharakteristik (Ichar) der Gruppe von Bildpunkten (15) berechnet, sodass die Gruppe von Lichtquellen bedarfsgerecht durch die Ansteuervorrichtung
(11) ansteuerbar ist.
3. Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- jede Lichtquelle (12) der Vielzahl von Lichtquellen (12) einzeln durch die Ansteuervorrichtung (11) ansteuerbar ist.
4. Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (12) flächenemittierende Lichtquellen sind, insbesondere organische Leuchtdioden.
5. Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung (1) mit einer Vielzahl von Bildpunkten
(13) mit folgenden Schritten: Empfangen eines Bildsignals mit Färb- und Helligkeitswerten (Isoii) für die Vielzahl von Bildpunkten
(13)
- Berechnen von Helligkeitscharakteristiken (Ichar) für eine Mehrzahl von unterschiedlichen vorbestimmten Gruppen (15) von Bildpunkten (13) aus denen sich ein anzuzeigendes Bild zusammensetzt,
- Modulieren der Bildpunkte (13) durch eine Lichtmodulationsvorrichtung (3) auf Grundlage der Farb- und Helligkeitswerten (Ison) und - Beleuchten der unterschiedlichen vorbestimmten Gruppen von Bildpunkten (15) durch jeweils eine Lichtquelle (12) oder eine vorbestimmte Gruppe von Lichtquellen (12) in Abhängigkeit von der für die jeweilige vorbestimmte Gruppe von Bildpunkten (15) berechneten Helligkeitscharakteristik
(Ichar) •
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- auf Grundlage der empfangenen Färb- und Helligkeitswerte (Isoii) des Bildsignals unter Berücksichtigung der berechneten Helligkeitscharakteristiken (Ichar) korrigierte Färb- und Helligkeitswerte (IkOrr) zum Modulieren der vorbestimmten Gruppe von Bildpunkten (13) berechnet werden .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Helligkeitscharakteristiken (Ichar) auf Grundlage des Minimums, des Mittels oder des Maximums der vorbestimmten Gruppe von Bildpunkten (15) zugeordneten Helligkeitswerte (Isoii) durchgeführt wird.
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