WO2007099125A1 - Beleuchtungseinrichtung und displaysystem mit einer beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung und displaysystem mit einer beleuchtungseinrichtung Download PDF

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WO2007099125A1
WO2007099125A1 PCT/EP2007/051908 EP2007051908W WO2007099125A1 WO 2007099125 A1 WO2007099125 A1 WO 2007099125A1 EP 2007051908 W EP2007051908 W EP 2007051908W WO 2007099125 A1 WO2007099125 A1 WO 2007099125A1
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light
lighting device
display system
curve
color
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PCT/EP2007/051908
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Christian Breuer
Andreas Huber
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3155—Modulator illumination systems for controlling the light source
    • H—ELECTRICITY
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3111—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources
    • H04N9/3114—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources by using a sequential colour filter producing one colour at a time

Definitions

  • the invention relates to a lighting device with at least one light source and a display system with such a lighting device.
  • Display systems and their lighting devices are described for example in the publications US 5,633,755 and US 6,323,982.
  • Display systems such as DLP projectors (short for "digital light processing projector"), include a lighting device with a light source whose light is directed to a DMD chip (short for "digital mirror device chip”).
  • the DMD chip comprises microscopically small pivoting mirrors which either direct the light onto the projection surface if the associated pixel is to be switched on or direct the light away from the projection surface, for example onto an absorber if the associated pixel is to be switched off.
  • Each mirror thus acts as a light valve that controls the light flux of a pixel.
  • These light valves are called DMD light valves in the present case.
  • For color generation comprises a DLP projector in the case of a lighting device that emits white light, such as a filter wheel, which is arranged between lighting device and DMD chip and filters of different colors, such as red, green and blue. With the aid of the filter wheel, light of the respectively desired color is transmitted sequentially from the white light of the illumination device.
  • the color temperature of such display systems is generally associated with the color location of the light of the illumination device. This usually changes with the operating parameters of the light sources of the illumination device, such as voltage, current and temperature. Furthermore, depending on the light sources used in the illumination device, the ratio between current intensity and light flux is not necessarily linear. This leads to a change in the current also to a change in the color location of the light of the light source and thus to a change in the color temperature of the display system.
  • the color depth of the display system is limited by the minimum duty cycle of a pixel.
  • dithering in which individual pixels are switched at a frequency lower than the regular frequency of 1/60 Hz.
  • this usually leads to a visible to the human observer noise.
  • the contrast ratio of the display system is defined by the ratio of maximum light flux with fully opened light valves to minimal light flux with fully closed light valves.
  • the minimum light flux can be further reduced with completely closed light valves by means of a mechanical diaphragm.
  • a mechanical shutter takes up space in the lighting device or the display system, increases the weight of the lighting device or the display system, and also provides an additional potential source of interference.
  • Indicate lighting device whose color location can be adjusted specifically. Another object is to provide a display system with such a lighting device. Furthermore, it is desirable to provide a lighting device for use in a display system, with the aid of which the color depth and / or the contrast ratio of the display system can be improved in a simple manner.
  • Preferred embodiments of the illumination device or the display system are specified in the dependent claims 2 to 14 and 16 to 20.
  • An illumination device comprises an operating device which activates at least one light source with an electrical signal in accordance with a light curve stored in the operating device.
  • the term "light curve" is to be understood as meaning a function of the illuminance as a function of time.
  • the operating device generates the electrical signal for controlling the light source in accordance with the light curve, so that the light source generates the respectively desired illuminance.
  • the electrical signal with which the light source is driven it is preferably a current signal.
  • the illumination device can preferably be used in a display system whose colors are driven sequentially.
  • the light flux of the illumination source for each color can advantageously be temporally varied in such a way that when using the illumination device in a display system with sequential color control, the light flux of the illumination device for each color can be adjusted separately in a desired manner such that the color temperature of the display system is adjusted to a desired value.
  • Lighting device has the light curve segments with temporally constant illuminance.
  • the light curve is composed of segments with temporally constant illuminance. This means that for a time t x the light curve has a temporally constant illuminance B x and the following time interval t x + i has a likewise constant illumination intensity B x + I. If the illumination device is used in a display system with sequential color control, a single color of the display system is preferably switched on during the time interval t x and a different color during the subsequent time interval t x + i.
  • the light curve changes to a different time constant illuminance, if for the setting of a certain color temperature a different brightness of this color should be necessary.
  • the light source is supplied with a corresponding electrical signal for each color to adjust the color temperature of the display system to a desired value.
  • the change between the illuminance levels of the individual segments can be achieved for example by a variation of the operating current and / or control of the light sources by means of a pulse width modulated signal (PWM signal).
  • PWM signal pulse width modulated signal
  • a variation of the operating current is preferably used in gas discharge lamps, while PWM signals is generally used for driving light emitting diodes.
  • a pulse width modulated signal preferably a square wave signal within a fixed pitch period for a certain time t e i n the state "on" and for the remainder of the fundamental period t from the "off" state.
  • the ratio of on-time and basic period tein / (t e in + t off ) is called the duty cycle. It indicates the percentage of time over which the square wave signal is turned on within the fundamental period.
  • the light curve contains short segments with very low illumination intensity, the light quantity emitted by the illumination device can thereby be reduced for the same switch-on duration of the light valves, whereby advantageously the color depth of the display system can be increased without, for example, producing visible noise, as in the case described above dithering.
  • the minimum duration that a short segment may have depends on the light valves used. For DMD light valves, this is preferably about 8 ⁇ s, for LCD light valves about 1 ms.
  • LCD light valve refers to a light valve that is realized by means of a liquid-crystalline matrix, the illuminance during these short segments preferably having one of the following values: 50%, 25%, 12.5% Usually an extra bit of color depth.
  • the light curve has a periodic signal whose period is between 16 ms and 20 ms, with the limits included, or consists of such.
  • a periodic repetition with a period between 16 ms and 20 ms offers the advantage that no flicker can be detected for the human eye.
  • the operating device is suitable for purposefully changing the light curve during operation, for example, by a user or by an external control signal.
  • the color locus of the light of the illumination device can be adapted such that the color temperature of the display system in which the illumination device is used is adapted by a user or automatically to a desired application.
  • the operating device scales the light curve in proportion to a predetermined reference value.
  • the average luminous flux of the illumination device can be lowered or also raised by means of the operating device, depending on which color locus of the illumination device is desired for the respective application.
  • the Scaling linear By lowering or raising the luminous flux by means of the light curve, the contrast ratio of the display system in which the illumination device is used can advantageously be improved.
  • the operating device detects operating parameters of the light source.
  • Operating parameters of the light source are, for example, voltage, temperature, current and color of the light. If the operating device stores the dependence of the spectrum of the light source on its operating parameters, the operating device can advantageously regulate the electrical signal for controlling the light source in such a way that changes in the spectrum of the light source are compensated due to changed operating parameters and thus the color locus of the illumination device and the color temperature of the display system in which the lighting device is used is kept constant. Furthermore, non-linearities in the illuminance-current intensity characteristic curve can be compensated dynamically in this way.
  • the operating device keeps the light flux of the light source constant by means of a control loop from the operating parameters of the light source and the predetermined reference value.
  • the color location of the illumination device can advantageously be kept constant.
  • the operating device preferably changes the reference value during operation, for example, on the basis of the input of corresponding values by a human User.
  • the color location of the illumination device can advantageously be changed during operation by a user in the desired manner.
  • the current intensity-illuminance characteristic of the light source is stored in the operating device. This allows the operating device to regulate the electrical signal for driving the light source such that the light flux of the light source is kept constant. Furthermore, it is possible to maintain the relative relationships of the illuminance of individual segments with each other despite a non-linear current intensity-illuminance characteristic. If the illumination device comprises a plurality of light sources, then either a current intensity / luminance characteristic can be stored in the operating device if the light sources all have the same current intensity / luminance characteristic, or a plurality of current intensity / luminance characteristic can be stored in the operating device, if such Light sources have different amperage-illuminance characteristic. The latter is usually the case when light sources of different colors are used in the lighting device.
  • Lighting device comprises this one or more light sources that emit light with a color location in the white area of the CIE standard color chart.
  • Such a lighting device is particularly suitable for use in a display system whose colors are generated sequentially by means of a color modulator, such as a filter wheel.
  • a color modulator such as a filter wheel.
  • Lighting device comprises these at least two light sources that emit light of different colors.
  • a lighting device can be used in particular in a display system that has no color modulator.
  • the colors are generated directly by the light sources, which are sequentially driven in accordance with the light curve with an electrical signal.
  • the light curve in this case has segments with constant illuminance in each case during the time intervals in which the individual colors are turned on. In this way, the brightness of each color is adjusted according to the illuminance of the respective light curve segment, and thus the color locus of the illumination device is set to a desired value.
  • the illumination device comprises a red, a green and a blue light source.
  • a lighting device can generate red, green and blue light sequentially in succession with the aid of the light curve, so that a white color impression is produced in a human observer.
  • light sources for example, gas discharge lamps, semiconductor light-emitting diodes, organic light-emitting diodes or laser diodes are used in the illumination device.
  • the illumination device is particularly suitable for use in a display system.
  • the display system is a DLP projector.
  • the illumination device can also be used in an LCD screen in which the light valves are produced by means of a liquid-crystalline matrix.
  • the colors can be generated in an LCD display either directly by the backlighting or by means of a filter plate. If the colors are to be generated directly by the backlight, then, for example, a lighting device is suitable which has at least two light sources of different colors, as described above.
  • the illumination device is particularly suitable for use with a display system whose colors are driven sequentially.
  • the light curve is adapted via a communication interface to the image content to be displayed (in particular the power / average illuminance).
  • the image content to be displayed in particular the power / average illuminance.
  • the operating device adapts the light curve to the speed of the synchronization signal by time scaling.
  • the synchronization signal usually has a frequency of 50 Hz or 60 Hz and thus corresponds to the frequency of a video signal.
  • the synchronization is performed such that all segments of the light curve are linearly scaled until a full period of the light curve is in a full period of the synchronization signal fits. Thereafter, the phase relationship of the two signals is set to a fixed value.
  • the light curve then usually has a duration of 16.67 ms or 20 ms. If a filter wheel is used, the filter wheel will play all colors between once and eight times during this time.
  • the light curve thus usually contains several color filter periods.
  • the synchronization signal is connected to a sequential color modulator.
  • a sequential color modulator is a device which selects different colors one after the other from light having a color location in the white region of the CIE standard color plate, ie sequentially.
  • a color modulator may be a filter wheel.
  • a plurality of light curves are stored in the operating device, which can be selected depending on the synchronization signal from the operating device to output corresponding electrical signals for controlling the light sources. In this way it is possible to adjust the color temperature of the display system by selecting the light curve.
  • FIGS. 1A and 1B show schematic representations of two exemplary embodiments of the illumination device
  • FIG. 2A a schematic sectional view of a first embodiment of a display system
  • FIG. 2B is a schematic diagram of a light curve used in the first embodiment of the display system.
  • FIG. 3 a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a display system
  • FIGS. 4A to 4C are schematic diagrams of three exemplary light curves for operating a lighting device according to the invention.
  • FIGS. 4E to 4G are schematic diagrams of three further exemplary light curves for exemplifying the structure of a light curve
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of an exemplary current intensity illuminance characteristic of a light source for operating a lighting device according to the invention.
  • the illumination device 10 comprises a light source 1, in the present case a gas discharge lamp, which emits light with a color location in the white region of the CIE standard color plate.
  • a gas discharge lamp which emits light with a color location in the white region of the CIE standard color plate.
  • the gas discharge lamp 1 is a point light source with a very small arc distance, which has a high energy density of about 300 W / mirW.
  • OLED organic light emitting diodes
  • LED semiconductor light emitting diodes
  • LD laser diodes
  • the illumination device 10 comprises an operating device 2, such as a function generator, which can provide electrical signals with a power of 300 W.
  • the operating device 2 controls the light source 1 with an electric current signal, which follows a light curve 3. Light curves 3 will be explained later in connection with FIGS. 2A and 4A to 4C.
  • the illumination device 11 according to FIG. 1B comprises an operating device 2 such as that of the illumination device 10 according to FIG. 1A, with the difference that the
  • Lighting device 11 comprises three light sources 1, which emit light of different colors. In the present case, this is an LED that emits red light (hereafter referred to as “red LED”), an LED that emits green light (hereafter referred to as “green LED”), and an LED that emits blue light (hereafter “blue The red LED is identified by the reference symbol IR in the figures, the green LED by the reference symbol IG and the blue LED by the reference symbol IB.
  • the operating device 2 activates the light sources IR, IG, IB of the illumination device 11 with an electrical signal which corresponds to a light curve 3.
  • the LEDs IR, IG, IB are mounted on a support 4, such as a metal core board and electrically connected to the operating device 2.
  • the illumination device 10 according to FIG. 1A stores a light curve 3, according to which electrical signals are generated by the operating device 2 for driving the LEDs IR, IG, IB.
  • the display system according to FIG. 2A comprises a
  • Lighting device 10 according to the embodiment of Figure IA.
  • This illumination device 10 emits white light, which is focused by means of optics 51, for example a lens, on colored filters of a filter wheel 6.
  • the filter wheel 6 is in the emission of the illumination device 10, a further optics 52, for example, also a lens downstream, which directs the light selected by the filter wheel 6 on a DMD chip 71.
  • the DMD chip 71 comprises microscopically small pivoting mirrors which direct the colored light either onto or away from a projection optics 8, depending on whether the associated pixel is to be switched off or not.
  • DMD chip 71 comprises the light valves for controlling the individual pixels of the display system.
  • the filter wheel 6 functions as a color modulator, which sequentially selects individual colors from the white light of the illumination device 10 one after the other.
  • the filter wheel 6 includes a red filter, a green filter, and a blue filter. An alternative filter wheel 6 with further colors is described below in connection with FIG. 4C.
  • the light curve 3 of FIG. 2B stored in the operating device 2 of the display system according to FIG. 2A in the present case comprises three segments S R , S G , S B associated with the individual colors of the filters of the filter wheel 6, red, green and blue.
  • the first segment S R has a time interval t 1, during which the light curve 3 has a constant illuminance B R.
  • the first segment S R is associated with the color red, that is, during the time interval t R, the red filter of the filter wheel 6 selects red light from the white light of the illumination device 10.
  • the illuminance of the light curve changes to the illuminance B Q , which is kept constant during a time interval tg of the second segment S G associated with the color green.
  • the green filter of the filter wheel 6 selects green light from the white light of the illumination device 10.
  • the filter wheel 6 changes to the blue filter and the light curve 3 changes to the third segment S B. This means that the illuminance of the light curve 3 changes to the value Bg, which is kept constant during a time interval tg.
  • the individual colors red, green and blue are associated with the filter of the filter wheel 6, the illuminance of the illumination device 10 is adjusted so that the brightnesses of the individual colors red, green and blue correspond to a desired value, which lead to a predetermined color temperature of the display system.
  • the three segments S R , S G , S B of the light curve 3 form a period of the light curve 3, which has a duration between 16 ms and 20 ms, the limits being included.
  • the display system of the exemplary embodiment according to FIG. 3 comprises a lighting device 11 according to FIG. 1B. Furthermore, the display system according to FIG. 3 does not include a sequential color modulator 6, such as a filter wheel, such as the display system according to FIG. 2A.
  • the individual pixels of the display system according to FIG. 3 are not switched on and off by means of a DMD chip 71, but by means of a liquid-crystalline matrix 72. This liquid-crystalline matrix 72 is arranged downstream of the illumination device 11 in its emission direction.
  • the operating device 2 switches on the individual light sources of different colors IR, IG, IB of the illumination device successively individually according to a light curve 3 stored in the operating device 2 by means of an electrical signal.
  • the light curve 3 described above can be used in accordance with Figure 2B or a similar light curve 3, by means of which the brightness of the individual light sources IR, IG, IB different color are controlled according to a predetermined color temperature of the display system.
  • the light curve 3 in the embodiment according to FIG. 4A comprises a periodic sequence of three each Segments S R , S G , S B.
  • the first segment S B is associated with the color blue, the second segment S R with the color red and the third segment S G with the color green.
  • this light curve 3 can be stored in the operating device 2 of the lighting devices 10, 11 that are used in the display systems according to FIGS. 2A and 3, for example.
  • the first segment S B of the light curve of FIG. 4A is associated with the color blue and has a duration t B of approximately 1300 ⁇ s. During this time interval t B , the luminous flux of the illumination device 10, 11 is approximately 120%.
  • the first segment S B is followed by a second segment S R , which is associated with the color red and has a duration of t R.
  • the light flux is the
  • Lighting device 10, 11 in the short term about 150%, while the light flux in a second time interval t R2 , which directly adjoins the first time interval t Ri and forms with this the time interval t R , about 120%.
  • the time interval t R i is significantly shorter than the time interval t R2 .
  • the time interval t Ri is approximately 100 ⁇ s, while the time interval t R2 in the present case amounts to approximately 1200 ⁇ s.
  • the second segment S R is followed by a third segment S G , which is associated with the color green and has a duration t G of likewise approximately 1300 ⁇ s.
  • the time interval t G is divided as the time interval t R in two time intervals t G i and t G2 , wherein the first time interval t G i is significantly longer than the second time interval t G2 .
  • the first time interval t G i is presently about 1200 ⁇ s, while the second Time interval t G2 of the green segment has a duration of about 100 microseconds.
  • the light curve 3 has a constant value of approximately 85%, which is temporarily lowered for the time interval t G 2 to a value of approximately 45%.
  • FIG. 4B shows two light curves 3.
  • the diagrams represent the illuminance and the color as a function of time. They each contain a full period of the light curve shape, as a rule with a duration between 16 and 20 ms.
  • the colors are generated by color filters, with several colored light sources, such as LEDs, the operating device 2 switches between the colors.
  • the light curve of the embodiment of Figure 4C is designed on a filter wheel 6 with six different filters with the colors yellow, green, magenta, red, cyan and blue. Accordingly, the light curve 3 is composed of a periodic sequence of six different segments S ⁇ , S G , S M , S R , S C , S B , which are assigned to the respective color.
  • the segments S ⁇ , S G , S M , S R , S 0 , S B are denoted below by the color to which they are assigned.
  • Each segment S ⁇ , S G , S M , S R , S C , S B of the light curve 3 in this case has a constant value of the light flux during most of the duration of the respective segment.
  • the individual segments S ⁇ , S G , S M , S R , S 0 , S B are again assigned time intervals t ⁇ , t G , t M , t R , t c , t B , which are divided into two or three time intervals t ⁇ i, t ⁇ 2, t G1, t G2, t m i, t m, t m, Ri, t R2, t C i, t C2A t C 3 t, B i, t B2 split, wherein each one of said time intervals significantly is longer than the others.
  • the values of the light flux in the long time intervals of the individual segments are shown in the table in FIG. 4D in the "segment light level" line.
  • the yellow and green segments S ⁇ , S G have a constant luminous flux of 80% during the long time interval.
  • the magenta and red segments S M , S R have a luminous flux of 120% during the long time interval, while the cyan segment S c has a luminous flux of 80% during the long time interval and the blue segment S B has a luminous flux of 120%. during the long time interval.
  • At the end of each segment is a short period of time during which the light level is lowered more than the long time interval.
  • S G is the flux of light to a value of 40%, in the magenta and the red segment S M , S R to a value of 60%, in the cyan segment S 0 , to a value of 40% and lowered to the blue segment S B to a value of 60%.
  • a communication takes place at the end of the magenta segment S M and at the end of the cyan segment S 0 , which is symbolized by arrows and is in each case linked to a light flux which has been raised relative to the long time interval.
  • segment sizes of the different colors are not identical, as can be seen in the table in FIG. 4D in the "segment size" row, but are 60 ° for the yellow and green segments S ⁇ , S G , for the magenta segment S M has a value of 40 °, the value of 70 ° for the red segment S R , a value of 62 ° for the cyan segment S 0 and a value of 68 ° for the blue segment S B. These values are based on the light curve 3 coordinated.
  • a filter wheel 6 with two red, two blue and two green filters application.
  • the filters are preferably arranged in the order of red, green, blue, red, green, blue.
  • the sizes of the individual color filter segments can be the same (60 ° for all six filters) or different, matched to the light curve used.
  • the light curve 3 according to FIG. 4E like the light curve 3 according to FIG. 4A, comprises a periodic sequence of a segment S B associated with the color blue, a segment S R associated with the color red and a segment S G containing the color S Color is associated with green.
  • Each segment S R , S G , S B has a duration of approximately 1500 ⁇ s.
  • the time interval t B , the time interval t R and the time interval t G which are assigned to the respective segment S R , S G , S B , therefore have the same length.
  • the light curve 3 in each case has a constant value.
  • the light curve 3 has a value of about 95%, during the time interval t R a value of about 100% and during the time interval t G a value of about 110%.
  • the light flux of the illumination device is adapted such that a display system with this illumination device has a desired color temperature.
  • the light curve 3 according to FIG. 4F shows by way of example short time intervals t B2 , t B3 , t R2 , t Gi , t G2 , t G3 at the end of each segment S R , S G , S B , similar to those already described above in connection with FIG 4A.
  • the light curve 3 is in turn composed of a periodic sequence of a segment S B , which is associated with the color blue, a segment S R , which is associated with the color red and a segment S G , which is associated with the color green together.
  • the time interval t B , t R , t G of each segment is divided here into three time intervals of a long time interval ti B , tiR, ti G at the beginning of each segment S R , S G , S B and two short time intervals t B2 , t B , t R2 , t G i, t G2 , t G 3 respectively to the end of each segment S R , S G , S B.
  • the short Time intervals t B2 , t B 3, t R2 , t G i, t G2 , t G 3 the light flux of the light curve 3 is gradually lowered.
  • the segment S B associated with the color blue is described here.
  • the light curve 3 is a value of about 110%.
  • the light curve 3 is a value of about 55%, while the value of the light curve 3 in the time interval t B 3 following the time interval t B2 is about 30 % is lowered.
  • the time interval t B i has a duration of approximately 1300 ⁇ s, while the time intervals t B2 and T B3 each have a duration of approximately 10 ⁇ s.
  • the remaining segments S R , S G of the light curve are constructed identically, as the segment S B , which is associated with the color blue.
  • the lowering of the light curve 3 during the short time intervals t B2 , t B3 , t R2 , t Gi , t G2 , t G3 serves to improve the color depth of the display system in which the illumination device is used.
  • the light curve 3 according to FIG. 4G shows the two forms of light curves already explained with reference to FIGS. 4E and 4F together in a light curve 3, as can also be used in a lighting device.
  • 4F is here also for the short time intervals t B2 , t B3 , t R2, t Gi, G2, t G3 of FIG 4G valid, while the levels of the light curve 3 during the long time intervals t B t i, R2, G3 of each segment S R, S G, S B t the value according to the light curve 3 corresponds to FIG. 4E.
  • the amperage-illuminance characteristic of the embodiment according to FIG. 5 is approximately linear. It indicates a current in percent on the y-axis and a light level in percent on the y-axis.
  • the amperage-illuminance characteristic which may also be stored in the operating device 2 of the lighting device 10, 11, it is possible that, with changed lamp operating parameters, such as the current intensity, the brightness of the light source 1, IR, IG, IB of the lighting device 10, 11 is maintained at the predetermined by the light curve 3 illuminance.

Abstract

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

Description

Beleuchtungseinrichtung und Displaysystem mit einer Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Lichtquelle und ein Displaysystem mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung.
Displaysysteme und deren Beleuchtungseinrichtungen sind beispielsweise in den Druckschriften US 5,633,755 und US 6,323,982 beschrieben. Displaysysteme, wie etwa DLP- Projektoren (kurz für „digital light processing projector") , umfassen eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle, deren Licht auf einen DMD-Chip (kurz für „digital mirror device chip") gelenkt wird. Der DMD-Chip umfasst mikroskopisch kleine schwenkbare Spiegel, die das Licht entweder auf die Projektionsfläche lenken, wenn das zugehörige Pixel angeschaltet sein soll oder das Licht von der Projektionsfläche weg lenken, beispielsweise auf einen Absorber, wenn das zugehörige Pixel ausgeschaltet sein soll. Jeder Spiegel wirkt somit als Lichtventil, das den Lichtfluss eines Pixels steuert. Diese Lichtventile werden vorliegend DMD-Lichtventile genannt. Zur Farberzeugung umfasst ein DLP- Projektor im Falle einer Beleuchtungseinrichtung, die weißes Licht aussendet, beispielsweise ein Filterrad, das zwischen Beleuchtungseinrichtung und DMD-Chip angeordnet ist und Filter verschiedener Farben, beispielsweise Rot, Grün und Blau enthält. Mit Hilfe des Filterrades wird aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung Licht der jeweils gewünschten Farbe sequenziell durchgelassen. Die Farbtemperatur solcher Displaysysteme hängt in der Regel mit dem Farbort des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung zusammen. Dieser ändert sich in der Regel mit den Betriebsparametern der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung, wie beispielsweise Spannung, Stromstärke und Temperatur. Weiterhin ist abhängig von den in der Beleuchtungseinrichtung verwendeten Lichtquellen das Verhältnis zwischen Stromstärke und Lichtfluss nicht notwendigerweise linear. Dies führt bei Änderung der Stromstärke ebenfalls zu einer Änderung des Farbortes des Lichtes der Lichtquelle und damit zu einer Änderung der Farbtemperatur des Displaysystems.
Weiterhin ist die Farbtiefe des Displaysystems durch die minimale Einschaltdauer eines Pixels begrenzt. Zur Erhöhung der Farbtiefe kann beispielsweise Dithering eingesetzt werden, bei dem einzelne Pixel mit einer geringeren Frequenz als der regulären Frequenz von 1/60 Hz geschalten werden. Hierbei kommt es allerdings in der Regel zu einem für den menschlichen Betrachter sichtbaren Rauschen.
Das Kontrastverhältnis des Displaysystems ist durch das Verhältnis des maximalen Lichtflusses bei vollständig geöffneten Lichtventilen zu minimalen Lichtfluss bei vollständig geschlossenen Lichtventilen definiert. Zur Erhöhung des Kontrastverhältnisses eines Displaysystems kann beispielsweise der minimale Lichtfluss bei vollständig geschlossenen Lichtventilen mittels einer mechanischen Blende weiter verringert werden. Eine mechanische Blende beansprucht jedoch Platz in der Beleuchtungseinrichtung oder dem Displaysystem, erhöht das Gewicht der Beleuchtungseinrichtung oder des Displaysystems und stellt außerdem eine zusätzliche potentielle Quelle für Störungen dar. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Beleuchtungseinrichtung anzugeben, deren Farbort gezielt angepasst werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Displaysystem mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung anzugeben. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Beleuchtungseinrichtung zur Verwendung in einem Displaysystem anzugeben, mit deren Hilfe auf einfache Art und Weise die Farbtiefe und/oder das Kontrastverhältnis des Displaysystems verbessert werden kann.
Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Displaysystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst .
Bevorzugte Ausführungsformen der Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise des Displaysystems sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 sowie 16 bis 20 angegeben.
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung umfasst ein Betriebsgerät, das mit einem elektrischen Signal gemäß einer im Betriebsgerät gespeicherten Lichtkurve mindestens eine Lichtquelle ansteuert.
Mit dem Begriff „Lichtkurve" ist vorliegend eine Funktion der Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Zeit zu verstehen. Das Betriebsgerät generiert das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle entsprechend der Lichtkurve, so dass die Lichtquelle die jeweils gewünschte Beleuchtungsstärke erzeugt. Bei dem elektrischen Signal, mit dem die Lichtquelle angesteuert wird, handelt es sich bevorzugt um ein Stromstärkesignal .
Die Beleuchtungseinrichtung kann bevorzugt in einem Displaysystem eingesetzt werden, dessen Farben sequenziell angesteuert sind. Mit Hilfe der Lichtkurve kann der Lichtfluss der Beleuchtungsquelle für jede Farbe vorteilhafterweise derart gezielt zeitlich variiert werden, dass bei Verwendung der Beleuchtungseinrichtung in einem Displaysystem mit sequenzieller Farbsteuerung, der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung für jede Farbe gesondert derart auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden kann, dass die Farbtemperatur des Displaysystems an einen gewünschten Wert angepasst ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung weist die Lichtkurve Segmente mit zeitlich konstanter Beleuchtungsstärke auf. Besonders bevorzugt setzt sich die Lichtkurve aus Segmenten mit zeitlich konstanter Beleuchtungsstärke zusammen. Dies bedeutet, dass für eine Zeit tx die Lichtkurve eine zeitlich konstante Beleuchtungsstärke Bx aufweist und dem darauf folgenden Zeitintervall tx+i eine ebenfalls zeitlich konstante Beleuchtungsstärke Bx+I . Wird die Beleuchtungseinrichtung in einem Displaysystem mit sequenzieller Farbsteuerung verwendet, ist bevorzugt während des Zeitintervalls tx eine einzige Farbe des Displaysystems angeschaltet und während des darauf folgenden Zeitintervalls tx+i eine andere Farbe.
Beim Wechsel auf die andere Farbe wechselt auch die Lichtkurve auf eine andere zeitlich konstante Beleuchtungsstärke, falls für die Einstellung einer bestimmten Farbtemperatur eine andere Helligkeit dieser Farbe notwendig sein sollte. So wird die Lichtquelle bei jeder Farbe mit einem entsprechenden elektrischen Signal versorgt, um die Farbtemperatur des Displaysystems an einen gewünschten Wert anzupassen.
Der Wechsel zwischen den Beleuchtungsstärken der einzelnen Segmente kann beispielsweise durch eine Variation des Betriebsstromes und/oder Ansteuerung der Lichtquellen mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) erreicht werden. Eine Variation des Betriebsstromes wird bevorzugt bei Gasentladungslampen eingesetzt, während PWM-Signale in der Regel zur Ansteuerung von Leuchtdioden angewendet wird. Ein pulsweitenmoduliertes Signal, vorzugsweise ein Rechtecksignal, signalisiert innerhalb einer festen Grundperiode für eine bestimmte Zeit tein den Zustand „ein" und für die restliche Dauer der Grundperiode taus den Zustand „aus". Das Verhältnis aus Einschaltzeit und Grundperiode tein/ ( tein+ taus) bezeichnet man als Tastverhältnis. Es gibt den prozentualen zeitlichen Anteil an, über den das Rechtecksignal innerhalb der Grundperiode angeschaltet ist.
Enthält die Lichtkurve kurze Segmente mit sehr niedriger Beleuchtungsstärke, so kann dadurch bei gleicher Einschaltdauer der Lichtventile die von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandte Lichtmenge verringert werden, wodurch sich vorteilhafterweise die Farbtiefe des Displaysystems erhöhen lässt, ohne beispielsweise ein sichtbares Rauschen zu erzeugen, wie bei dem oben beschriebenen Dithering. Die minimale Dauer, die ein kurzes Segment aufweisen kann, hängt von den verwendeten Lichtventilen ab. Bei DMD-Lichtventilen beträgt diese bevorzugt ca. 8 μs, bei LCD-Lichtventilen ca. 1 ms. Vorliegend wird mit „LCD-Lichtventil" ein Lichtventil bezeichnet, das mittels einer flüssigkristallinen Matrix realisiert ist. Die Beleuchtungsstärke weist während dieser kurzen Segmente bevorzugt einen der folgenden Werte auf: 50%, 25%, 12,5%. Jede Halbierung bringt in der Regel ein zusätzliches Bit an Farbtiefe.
Bevorzugt weist die Lichtkurve ein periodisches Signal auf, dessen Periode zwischen 16 ms und 20 ms beträgt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind, oder besteht aus einem solchen. Eine periodische Wiederholung mit einer Periodendauer zwischen 16 ms und 20 ms bietet den Vorteil, dass für das menschliche Auge kein Flimmern zu erkennen ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist das Betriebsgerät dazu geeignet, dass die Lichtkurve beispielsweise durch einen Benutzer oder durch ein externes Steuersignal während des Betriebs gezielt verändert wird. Hierdurch kann beispielsweise durch eine Variation der Lichtkurve der Farbort des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung so angepasst werden, dass die Farbtemperatur des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, durch einen Benutzer oder automatisch an eine gewünschte Anwendung angepasst wird.
Besonders bevorzugt skaliert das Betriebsgerät die Lichtkurve proportional zu einem vorgegebenen Referenzwert. Hierdurch kann der durchschnittliche Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung mithilfe des Betriebsgerätes abgesenkt oder auch angehoben werden, je nachdem, welcher Farbort der Beleuchtungseinrichtung für die jeweilige Anwendung erwünscht ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Skalierung linear. Durch eine Absenkung oder Anhebung des Lichtflusses mittels der Lichtkurve kann das Kontrastverhältnis des Displaysystems in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, vorteilhafterweise verbessert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung erfasst das Betriebsgerät Betriebsparameter der Lichtquelle. Betriebsparameter der Lichtquelle sind beispielsweise Spannung, Temperatur, Stromstärke und Farbe des Lichtes. Ist in dem Betriebsgerät etwa die Abhängigkeit des Spektrums der Lichtquelle von deren Betriebsparametern abgespeichert, so kann das Betriebsgerät vorteilhafterweise das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle derart regeln, dass Änderungen im Spektrum der Lichtquelle aufgrund geänderter Betriebsparameter ausgeglichen und damit der Farbort der Beleuchtungseinrichtung sowie die Farbtemperatur des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung verwendet ist, konstant gehalten wird. Weiterhin können auf diese Art und Weise Nichtlinearitäten in der Beleuchtungsstärke- Stromstärke-Kennlinie dynamisch ausgeglichen werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform hält das Betriebsgerät den Lichtfluss der Lichtquelle mittels einer Regelschleife aus den Betriebsparametern der Lichtquelle und dem vorgegebenen Referenzwert konstant. Hierdurch kann vorteilhafterweise der Farbort der Beleuchtungseinrichtung konstant gehalten werden.
Weiterhin verändert das Betriebsgerät bevorzugt während des Betriebs den Referenzwert gezielt, beispielsweise auf Grund der Eingabe entsprechender Werte durch einen menschlichen Benutzer. So kann der Farbort der Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise während des Betriebs durch einen Benutzer in gewünschter Art und Weise verändert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung ist in dem Betriebsgerät die Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie der Lichtquelle gespeichert. Dies ermöglicht, dass das Betriebsgerät das elektrische Signal zur Ansteuerung der Lichtquelle derart regelt, dass der Lichtfluss der Lichtquelle konstant gehalten wird. Weiterhin ist es so möglich, die relativen Beziehungen der Beleuchtungsstärke einzelner Segmente untereinander trotz einer nichtlinearen Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie einzuhalten. Umfasst die Beleuchtungseinrichtung mehrere Lichtquellen, so kann in dem Betriebsgerät entweder eine Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie gespeichert sein, falls die Lichtquellen alle dieselbe Stromstärke- Beleuchtungsstärke-Kennlinie aufweisen, oder es können mehrere Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie in dem Betriebsgerät gespeichert sein, falls die Lichtquellen unterschiedliche Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie aufweisen. Letzteres ist in der Regel der Fall, wenn Lichtquellen verschiedener Farbe in der Beleuchtungseinrichtung verwendet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst diese eine oder mehrere Lichtquellen, die Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Norm-Farbtafel aussenden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet, in einem Displaysystem verwendet zu werden, dessen Farben sequenziell mittels eines Farbmodulators, wie einem Filterrad, erzeugt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der
Beleuchtungseinrichtung umfasst diese mindestens zwei Lichtquellen, die Licht unterschiedlicher Farben aussenden. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere in einem Displaysystem verwendet werden, das keinen Farbmodulator aufweist. Die Farben werden bei dieser Ausführungsform direkt durch die Lichtquellen erzeugt, die sequenziell nacheinander gemäß der Lichtkurve mit einem elektrischen Signal angesteuert werden. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Lichtkurve hierbei Segmente mit konstanter Beleuchtungsstärke jeweils während den Zeitintervallen auf, in denen die einzelnen Farben eingeschaltet sind. Auf diese Art und Weise wird die Helligkeit jeder Farbe gemäß der Beleuchtungsstärke des jeweiligen Lichtkurvensegmentes eingestellt und damit der Farbort der Beleuchtungseinrichtung auf einen gewünschten Wert eingestellt.
Besonders bevorzugt umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtquelle. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann mithilfe der Lichtkurve rotes, grünes und blaues Licht sequenziell hintereinander erzeugen, derart dass bei einem menschlichen Betrachter ein weißer Farbeindruck hervorgerufen wird.
Als Lichtquellen sind in der Beleuchtungseinrichtung beispielsweise Gasentladungslampen, Halbleiterleuchtdioden, organische Leuchtdioden oder Laserdioden verwendet.
Die Beleuchtungseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet in einem Displaysystem verwendet zu werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Displaysystem um einen DLP-Projektor . Weiterhin kann die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise auch in einem LCD-Bildschirm verwendet sein, bei dem die Lichtventile mittels einer flüssigkristallinen Matrix erzeugt sind. Die Farben können in einem LCD-Display entweder direkt durch die Hinterleuchtung erzeugt werden oder mittels einer Filterplatte. Sollen die Farben direkt durch die Hinterleuchtung erzeugt werden, so ist beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung geeignet, die mindestens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Farben aufweist, wie oben beschrieben .
Weiterhin ist die Beleuchtungseinrichtung insbesondere zur Verwendung mit einem Displaysystem geeignet, dessen Farben sequenziell angesteuert sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems wird die Lichtkurve über eine Kommunikationsschnittestelle an die darzustellenden Bildinhalte angepasst (insbesondere die Leistung/mittlere Beleuchtungsstärke) . Das bietet den Vorteil, dass beispielsweise die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle (n) dynamisch an die Helligkeit der Bildinhalte angepasst werden kann. Hierdurch können sowohl Kontrast als auch Farbtiefe verbessert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems passt das Betriebsgerät die Lichtkurve durch zeitliche Skalierung an die Geschwindigkeit des Synchronisationssignals an. Das Synchronisationssignal weist in der Regel eine Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz auf und entspricht damit der Frequenz eines Videosignals. Die Synchronisation erfolgt derart, dass sämtliche Segmente der Lichtkurve linear skaliert werden, bis eine volle Periode der Lichtkurve in eine volle Periode des Synchronisationssignals passt. Danach wird noch die Phasenbeziehung der beiden Signale auf einen festen Wert eingestellt. Die Lichtkurve weist dann in der Regel eine Dauer von 16,67 ms oder 20 ms auf. Wird ein Filterrad verwendet, so spielt das Filterrad in dieser Zeit zwischen einmal und achtmal alle Farben durch. Die Lichtkurve beinhaltet also in der Regel mehrere Farbfilterperioden .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Displaysystems ist das Synchronisationssignal mit einem sequenziellen Farbmodulator verbunden. Als sequenzieller Farbmodulator wird eine Vorrichtung bezeichnet, die aus Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel nacheinander, also sequenziell, unterschiedliche Farben selektiert. Bei einem Farbmodulator kann es sich beispielsweise um ein Filterrad handeln.
Bei einer Ausführungsform des Displaysystems sind in dem Betriebsgerät mehrere Lichtkurven abgespeichert, die abhängig von dem Synchronisationssignal von dem Betriebsgerät ausgewählt werden können, um entsprechende elektrische Signale zur Ansteuerung der Lichtquellen auszugeben. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Farbtemperatur des Displaysystems durch Wahl der Lichtkurve anzupassen.
Weitere Vorteile, Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren IA bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Es zeigen: Figuren IA und IB, schematische Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele der Beleuchtungseinrichtung,
Figur 2A, eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Displaysystems,
Figur 2B, ein schematisches Diagramm einer Lichtkurve, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Displaysystems verwendet ist,
Figur 3, eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Displaysystems,
Figuren 4A bis 4C, schematische Diagramme von drei beispielhaften Lichtkurven zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung,
Figuren 4D, eine tabellarische Darstellung der Lichtkurve aus Figur 4C, und
Figuren 4E bis 4G, schematische Diagramme dreier weiterer beispielhaften Lichtkurven zur exemplarische Erläuterung des Aufbaus einer Lichtkurve,
Figur 5, ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Stromstärken-Beleuchtungsstärken-Kennlinie einer Lichtquelle zum Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Lichtquellen, zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IA umfasst eine Lichtquelle 1, vorliegend eine Gasentladungslampe, die Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet. Bei der Gasentladungslampe 1 handelt es sich um eine Punktlichtquelle mit einem sehr kleinen Bogenabstand, die eine hohe Energiedichte von ca. 300 W/mirW aufweist.
Alternativ ist die Verwendung beispielsweise von organischen Leuchtdioden (OLED) , Halbleiterleuchtdioden (LED) oder Laserdioden (LD) möglich.
Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß der Figur IA ein Betriebsgerät 2, wie beispielsweise einen Funktionsgenerator, der elektrische Signale mit einer Leistung von 300 W bereitstellen kann. Das Betriebsgerät 2 steuert die Lichtquelle 1 mit einem elektrischen Stromstärkesignal an, das einer Lichtkurve 3 folgt. Lichtkurven 3 werden später in Zusammenhang mit den Figuren 2A und 4A bis 4C näher erläutert.
Die Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß der Figur IB umfasst ein Betriebsgerät 2 wie das der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß Figur IA, mit dem Unterschied, dass die
Beleuchtungseinrichtung 11 drei Lichtquellen 1 umfasst, die Licht verschiedener Farben aussenden. Vorliegend handelt es sich um eine LED, die rotes Licht aussendet (im Folgenden kurz „rote LED" genannt) , um eine LED, die grünes Licht aussendet (im Folgenden kurz „grüne LED" genannt) und um eine LED, die blaues Licht aussendet (im Folgenden kurz „blaue LED" genannt) . Die rote LED ist in den Figuren mit dem Bezugszeichen IR, die grüne LED mit dem Bezugszeichen IG und die blaue LED mit dem Bezugszeichen IB gekennzeichnet.
Wie bei der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß der Figur IA steuert das Betriebsgerät 2 die Lichtquellen IR, IG, IB der Beleuchtungseinrichtung 11 mit einem elektrischen Signal an, das einer Lichtkurve 3 entspricht. Die LEDs IR, IG, IB sind auf einen Träger 4, beispielsweise eine Metallkernplatine montiert und mit dem Betriebsgerät 2 elektrisch leitend verbunden. In dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß Figur IB ist wie in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß Figur IA eine Lichtkurve 3 gespeichert, gemäß derer elektrische Signale von dem Betriebsgerät 2 zur Ansteuerung der LEDs IR, IG, IB erzeugt werden .
Das Displaysystem gemäß Figur 2A umfasst eine
Beleuchtungseinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IA. Diese Beleuchtungseinrichtung 10 sendet weißes Licht aus, das mittels einer Optik 51, beispielsweise einer Linse, auf farbige Filter eines Filterrads 6 gebündelt wird. Dem Filterrad 6 ist in Abstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung 10 eine weitere Optik 52, beispielsweise ebenfalls eine Linse, nachgeordnet, die das von dem Filterrad 6 selektierte Licht auf einen DMD-Chip 71 lenkt.
Der DMD-Chip 71 umfasst, wie in der Beschreibungseinleitung bereits beschrieben, mikroskopisch kleine schwenkbare Spiegel, die das farbige Licht entweder auf eine Projektionsoptik 8 lenken oder von dieser weg, je nachdem ob das zugehörige Pixel ausgeschaltet sein soll oder nicht. Der DMD-Chip 71 umfasst mit anderen Worten die Lichtventile zur Steuerung der einzelnen Pixel des Displaysystems. Das Filterrad 6 fungiert vorliegend als Farbmodulator, der sequentiell nacheinander einzelne Farben aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10 selektiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Filterrad 6 einen roten Filter, einen grünen Filter und einen blauen Filter. Ein alternatives Filterrad 6 mit weiteren Farben ist weiter unten in Verbindung mit Figur 4C beschrieben.
Die in dem Betriebsgerät 2 des Displaysystems gemäß der Figur 2A gespeicherte Lichtkurve 3 der Figur 2B umfasst vorliegend drei Segmente SR, SG, SB, die den einzelnen Farben der Filter des Filterrades 6, Rot, Grün und Blau zugeordnet sind. Das erste Segment SR hat ein Zeitintervall t^, während dem die Lichtkurve 3 eine konstante Beleuchtungsstärke BR aufweist. Das erste Segment SR ist der Farbe Rot zugeordnet, das heißt, dass während des Zeitintervalls tR der rote Filter des Filterrades 6 rotes Licht aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10 selektiert. Nach dem Zeitintervall tR wechselt die Beleuchtungsstärke der Lichtkurve auf die Beleuchtungsstärke BQ, die während eines Zeitintervalls tg des zweiten Segmentes SG konstant gehalten wird, das der Farbe Grün zugeordnet ist. Daher selektiert während des Zeitintervalls tg der grüne Filter des Filterrads 6 grünes Licht aus dem weißen Licht der Beleuchtungseinrichtung 10. Nach Ablauf des Zeitintervalls tg wechselt das Filterrad 6 auf den blauen Filter und die Lichtkurve 3 in das dritte Segment SB. Das bedeutet, dass die Beleuchtungsstärke der Lichtkurve 3 auf den Wert Bg wechselt, der während eines Zeitintervalls tg konstant gehalten wird. Aufgrund der unterschiedlichen Werte der Beleuchtungsstärke innerhalb der verschiedenen Segmente SR, SG, SB der Lichtkurve 3, die den einzelnen Farben Rot, Grün und Blau der Filter des Filterrades 6 zugeordnet sind, wird die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung 10 so angepasst, dass die Helligkeiten der einzelnen Farben Rot, Grün und Blau einem gewünschten Wert entsprechen, die zu einer vorgegebenen Farbtemperatur des Displaysystems führen. Die drei Segmente SR, SG, SB der Lichtkurve 3 bilden eine Periode der Lichtkurve 3, die eine Dauer zwischen 16 ms und 20 ms aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Das Displaysystem des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 3 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß Figur IB. Weiterhin umfasst das Displaysystem gemäß Figur 3 keinen sequentiellen Farbmodulator 6, wie etwa ein Filterrad, wie das Displaysystem gemäß der Figur 2A. Die einzelnen Pixel des Displaysystems gemäß der Figur 3 werden nicht mittels eines DMD-Chips 71 an- und ausgeschalten, sondern mittels einer flüssigkristallinen Matrix 72. Diese flüssigkristalline Matrix 72 ist der Beleuchtungseinrichtung 11 in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet. Zur Farberzeugung schaltet vorliegend das Betriebsgerät 2 die einzelnen Lichtquellen verschiedener Farbe IR, IG, IB der Beleuchtungseinrichtung nacheinander einzeln gemäß einer in dem Betriebsgerät 2 gespeicherten Lichtkurve 3 mittels eines elektrischen Signals an. Als Lichtkurve 3 kann beispielsweise die oben beschriebene Lichtkurve 3 gemäß der Figur 2B oder eine ähnliche Lichtkurve 3 verwendet sein, mittels derer die Helligkeit der einzelnen Lichtquellen IR, IG, IB unterschiedlicher Farbe gemäß einer vorgegebenen Farbtemperatur des Displaysystems angesteuert werden.
Die Lichtkurve 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 4A umfasst eine periodische Abfolge von jeweils drei Segmenten SR, SG, SB. Das erste Segment SB ist der Farbe Blau zugeordnet, das zweite Segment SR der Farbe Rot und das dritte Segment SG der Farbe Grün. Diese Lichtkurve 3 kann beispielsweise alternativ zu der Lichtkurve 3 gemäß der Figur 2B in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtungen 10, 11 abgespeichert sein, die in den Displaysystemen gemäß der Figuren 2A und 3 verwendet sind.
Das erste Segment SB der Lichtkurve der Figur 4A ist der Farbe Blau zugeordnet und weist eine Dauer tB von ca. 1300 μs auf. Während dieses Zeitintervalls tB beträgt der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 ca. 120 %.
An das erste Segment SB schließt sich ein zweites Segment SR an, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eine Dauer von tR aufweist. Während eines ersten Zeitintervalls tRi des Zeitintervalls tR beträgt der Lichtfluss der
Beleuchtungseinrichtung 10, 11 kurzfristig ca. 150 %, während der Lichtfluss in einem zweiten Zeitintervall tR2, das sich an das erste Zeitintervall tRi direkt anschließt und mit diesem das Zeitintervall tR ausbildet, ca. 120 % beträgt. Das Zeitintervall tRi ist hierbei deutlich kürzer als das Zeitintervall tR2. Das Zeitintervall tRi beträgt vorliegend ca. 100 μs, während das Zeitintervall tR2 vorliegend ca. 1200 μs beträgt.
An das zweite Segment SR schließt sich ein drittes Segment SG an, das der Farbe Grün zugeordnet ist und eine Dauer tG von ebenfalls ca. 1300 μs aufweist. Auch das Zeitintervall tG teilt sich wie das Zeitintervall tR in zwei Zeitintervalle tGi und tG2 auf, wobei das erste Zeitintervall tGi deutlich länger ist als das zweite Zeitintervall tG2. Das erste Zeitintervall tGi beträgt vorliegend ca. 1200 μs, während das zweite Zeitintervall tG2 des grünen Segmentes eine Dauer von ca. 100 μs aufweist. Während des ersten Zeitintervalls tGi weist die Lichtkurve 3 einen konstanten Wert von ca. 85% auf, der für das Zeitintervall tG2 kurzfristig auf einen Wert von ca. 45% abgesenkt ist.
Nach Ablauf dieser drei Segmente SR, SG, SB erfolgt eine im Wesentlichen periodische Wiederholung dieser drei Segmente SR, SG, SB, wobei die Anordnung der kurzen Zeitintervalle tRi, tG2 innerhalb der Segmente, in denen der Lichtfluss gegenüber dem restlichen Segment SR, SG deutlich angehoben oder abgesenkt ist von der Periodizität abweicht. Die kurzen Zeitintervalle der Lichtkurve 3, in denen die Beleuchtungsstärke stark abgesenkt ist, dienen der Erhöhung der Farbtiefe wie bereits im allgemeinen Beschreibungsteil beschrieben. Die kurzen Segmente innerhalb derer die Beleuchtungsstärke stark angehoben sind, sind zur Stabilisierung der Elektroden von Gasentladungslampen vorgesehen, falls solche als Lichtquellen 1 verwendet werden. Werden andere Lichtquellen 1, beispielsweise LEDs verwendet, sind solche kurzen angehobenen Segmente innerhalb der Lichtkurve 3 nicht notwendig.
Die Figur 4B zeigt zwei Lichtkurven 3. Die Diagramme stellen die Beleuchtungsstärke und die Farbe in Abhängigkeit der Zeit dar. Sie enthalten jeweils eine volle Periode der Lichtkurvenform, in der Regel mit einer Dauer zwischen 16 und 20 ms. Bei weißen Lichtquellen werden die Farben durch Farbfilter erzeugt, bei mehreren farbigen Lichtquellen, beispielsweise LEDs, schaltet das Betriebsgerät 2 zwischen den Farben um. Die Lichtkurve des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 4C ist auf ein Filterrad 6 mit sechs verschiedenen Filtern mit den Farben Gelb, Grün, Magenta, Rot, Cyan und Blau ausgelegt. Dementsprechend setzt sich die Lichtkurve 3 aus einer periodischen Abfolge sechs verschiedener Segmente Sγ, SG, SM, SR, SC, SB zusammen, die der jeweiligen Farbe zugeordnet sind. Die Segmente Sγ, SG, SM, SR, S0, SB werden in Folgenden mit der Farbe bezeichnet, der sie zugeordnet sind. Jedes Segment Sγ, SG, SM, SR, SC, SB der Lichtkurve 3 weist hierbei einen konstanten Wert des Lichtflusses während dem größten Teil der Dauer des jeweiligen Segmentes auf.
Den einzelnen Segmenten Sγ, SG, SM, SR, S0, SB sind wieder Zeitintervalle tγ, tG, tM, tR, tc, tB zugeordnet, die sich in zwei oder drei Zeitintervalle tγi, tγ2, tG1, tG2, tMi, tm, tm, tRi, tR2, tCi, tC2A tC3, tBi, tB2 aufteilen, wobei jeweils eines der Zeitintervalle deutlich länger ist als die anderen. Diese Zeitintervalle werden im Folgenden als „lange Zeitintervalle" bezeichnet. Die Werte des Lichtflusse in den langen Zeitintervallen der einzelnen Segmente sind der Tabelle in Figur 4D in der Zeile „segment light level" zu entnehmen. Das gelbe und das grüne Segment Sγ, SG weisen einen konstanten Lichtfluss von 80% während des langen Zeitintervalls auf. Das magentafarbene und das rote Segment SM, SR weisen einen Lichtfluss von 120% während des langen Zeitintervalls auf, während das cyanfarbene Segment Sc einen Lichtfluss von 80% während des langen Zeitintervalls aufweist und das blaue Segment SB einen Lichtfluss von 120% während des langen Zeitintervalls. Am Ende eines jeden Segmentes befindet sich eine kurze Zeitdauer, während derer das Lichtniveau gegenüber dem langen Zeitintervall stärker abgesenkt ist. Diese Werte sind der Tabelle in Figur 4D unter der Zeile „negative pulse light level" zu entnehmen. Bei dem gelben und bei dem grünen Segment Sγ, SG ist der Lichtfluss auf einen Wert von 40%, bei dem magentafarbenen und dem roten Segment SM, SR auf einen Wert von 60 %, bei dem cyanfarbenen Segment S0 , auf einen Wert von 40 % und bei dem blauen Segment SB auf einen Wert von 60 % abgesenkt. Weiterhin findet am Ende des magentafarbenen Segmentes SM und am Ende des cyanfarbenen Segmentes S0 eine Kommunikation statt, die mit Pfeilen symbolisiert ist und jeweils mit einem gegenüber dem langen Zeitintervall angehobenen Lichtfluss verknüpft ist.
Die Segmentgrößen der unterschiedlichen Farben sind, wie der Tabelle in Figur 4D in der Zeile „segment size" zu entnehmen, nicht identisch, sondern betragen bei dem gelben und dem grünen Segment Sγ, SG einen Wert von 60°, bei dem magentafarbenen Segment SM einen Wert von 40°, bei dem roten Segment SR einen Wert von 70°, bei dem cyanfarbenen Segment S0 einen Wert von 62° und bei dem blauen Segment SB einen Wert von 68°. Diese Werte sind auf die Lichtkurve 3 abgestimmt .
In Verbindung mit einer Lichtkurve 3, deren Segmente SR, SG, SB den Farben Rot, Grün und Blau zugeordnet sind, wie beispielsweise in den Figuren 2B und 4A gezeigt, findet in der Regel ein Filterrad 6 mit zwei roten, zwei blauen und zwei grünen Filtern Anwendung. Die Filter sind hierbei bevorzugt in der Reihenfolge, Rot, Grün, Blau, Rot, Grün, Blau angeordnet. Die Größen der einzelnen Farbfiltersegmente können hierbei gleich sein (60° für alle sechs Filter) oder unterschiedlich, abgestimmt auf die verwendete Lichtkurve 3.
Im Folgenden werden anhand der Figuren 4E, 4F und 4G die Funktionen der einzelnen Zeitintervalle innerhalb der Segmente SR, SG, SB beispielhaft näher erläutert. Die Lichtkurve 3 gemäß der Figur 4E umfasst wie die Lichtkurve 3 gemäß der Figur 4A eine periodisches Abfolge eines Segmentes SB, das der Farbe blau zugeordnet ist, eines Segmentes SR, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eines Segmentes SG, das der Farbe Grün zugeordnet ist. Jedes Segment SR, SG, SB weist eine Dauer von ca. 1500 μs auf. Das Zeitintervall tB, das Zeitintervall tR und das Zeitintervall tG, die dem jeweiligen Segment SR, SG, SB zugeordnet sind, weisen daher gleiche Länge auf. Innerhalb eines Segmentes SR, SG, SB weist die Lichtkurve 3 jeweils einen konstanten Wert auf. Während des Zeitintervalls tB weist die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 95% auf, während des Zeitintervalls tR einen Wert von ca. 100% und während des Zeitintervalls tG einen Wert von ca. 110%. Mittels der unterschiedlichen Niveaus der Lichtkurve 3 wird der Lichtfluss der Beleuchtungseinrichtung derart angepasst, dass ein Displaysystem mit dieser Beleuchtungseinrichtung eine gewünschte Farbtemperatur aufweist.
Die Lichtkurve 3 gemäß der Figur 4F zeigt exemplarisch kurze Zeitintervalle tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3 zum Ende jedes Segmentes SR, SG, SB, ähnlich wie sie bereits oben in Verbindung mit Figur 4A beschrieben wurden. Die Lichtkurve 3 setzt sich wiederum aus einer periodischen Abfolge eines Segmentes SB, das der Farbe Blau zugeordnet ist, eines Segmentes SR, das der Farbe Rot zugeordnet ist und eines Segmentes SG, das der Farbe Grün zugeordnet ist, zusammen. Das Zeitintervall tB, tR, tG jedes Segmentes unterteilt sich vorliegend in drei Zeitintervalle eines langen Zeitintervalls tiB, tiR, tiG zu Beginn jeden Segmentes SR, SG, SB und zweier kurzer Zeitintervalle tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3 jeweils zum Ende jedes Segmentes SR, SG, SB. Während der kurzen Zeitintervalle tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3ist der Lichtfluss der Lichtkurve 3 stufenweise abgesenkt. Beispielhaft sei hier das Segment SB, das der Farbe Blau zugeordnet ist, beschrieben. Während dem Zeitintervall tBi beträgt die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 110%. In dem Zeitintervall tB2, das direkt auf das Zeitintervall tBi folgt, beträgt die Lichtkurve 3 einen Wert von ca. 55%, während der Wert der Lichtkurve 3 in dem an das Zeitintervall tB2 anschließenden Zeitintervall tB3 auf ca. 30% abgesenkt ist. Das Zeitintervall tBi weist eine Dauer von ca. 1300 μs auf, während die Zeitintervalle tB2 und tB3 jeweils eine Dauer von ca. 10 μs aufweisen. Die restlichen Segmente SR, SG der Lichtkurve sind identisch aufgebaut, wie das Segment SB, das der Farbe Blau zugeordnet ist. Die Absenkung der Lichtkurve 3 während der kurzen Zeitintervalle tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3 dient dazu, die Farbtiefe des Displaysystems, in dem die Beleuchtungseinrichtung Verwendung findet, zu verbessern. Die Lichtkurve 3 gemäß der Figur 4G zeigt die beiden anhand der Figuren 4E und 4F bereits erläuterten Lichtkurvenformen gemeinsam in einer Lichtkurve 3, wie sie auch in einer Beleuchtungseinrichtung Anwendung finden kann. Die Beschreibung der kurzen Segmente tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3 zum Ende jedes Segmentes SR, SG, SB der Figur 4F ist hierbei auch für die kurzen Zeitintervalle tB2, tB3, tR2, t Gi, tG2, tG3 der Figur 4G gültig, während die Niveaus der Lichtkurve 3 während des langen Zeitintervallen tBi, tR2, tG3 jedes Segmentes SR, SG, SB dem Wert gemäß der Lichtkurve 3 der Figur 4E entspricht.
Die Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie des Ausführungsbeispiels gemäß der Figur 5 ist annähernd linear. Sie gibt auf der y-Achse eine Stromstärke in Prozent an und auf der y-Achse ein Lichtlevel in Prozent. Mittels der Stromstärke-Beleuchtungsstärke-Kennlinie, die ebenfalls in dem Betriebsgerät 2 der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 gespeichert sein kann, ist es möglich, dass bei veränderten Lampenbetriebsparametern, wie etwa der Stromstärke, die Helligkeit der Lichtquelle 1, IR, IG, IB der Beleuchtungseinrichtung 10, 11 auf der von der Lichtkurve 3 vorgegebenen Beleuchtungsstärke gehalten wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüche beinhaltet auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

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