DE19621911A1 - Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-Display mit dreifarbiger LED-Hintergrundbeleuchtung - Google Patents
Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-Display mit dreifarbiger LED-HintergrundbeleuchtungInfo
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Description
Farbdisplays sind seit langem auf dem Markt. In der Regel werden sie aus einer dreifarbigen
LCD-Leuchtmatrix aufgebaut. Ihre Helligkeit bekommen sie durch weiße Hintergrundbeleuchtung,
aufgebaut aus Neonleuchtstoffröhren, Halogenlampen, Metalldampflampen etc. Nachteilig hierbei ist
vor allem, wenn diese Displays in Projektionsgeräte eingebaut werden, die starke Hitzeentwicklung
der Hintergrundbeleuchtung, die gegebenenfalls das Display schädigen. Ein weiterer Schwachpunkt
ist, daß diese LCDs über eine Polarisationsfolie verfügen, die allein 50% der Hintergrundbeleuchtung
absorbiert.
Bei hochauflösenden LCD- oder TFT-Displays entsteht bei der Produktion eine hohe
Ausschußquote, da es technisch sehr aufwendig ist, ein fehlerfreies Display zu fertigen. Für jeden
Bildpunkt müssen drei LCDs aufgebaut werden, das sind rund 4,4 Millionen LDCs bei einer
Auflösung von 1280 × 1024 Pixeln.
Ziel der Erfindung ist es, mit Hilfe einfacher Monochrom-LCD-Displays und roter, grüner und blauer
Hintergrundbeleuchtung bei kompakter Bauweise die Lichtausbeute deutlich zu verbessern und
gleichzeitig durch die einfache Bauweise die Ausschußquote bei der Produktion zu verringern.
Erfindungsgemäß wird dieses durch die technische Lehre des Anspruchs eins gelöst.
Im einfachsten Fall kann ein Farbdisplay aus nur einem Monochrom-LCD-Display aufgebaut werden,
das mit einer zyklischen grün-blau-rot Hintergrundbeleuchtung farbige Bilder erzeugt. Das
Monochrom-Display wird dabei als aktive Lochmaske benutzt. Die Hintergrundbeleuchtung kann
zum Beispiel aus einer Weißlichtquelle aufgebaut sein, die mittels einer rotierenden Farbscheibe
jeweils die drei Farben erzeugt. Um ein farbiges Bild zu erzeugen, müssen die drei Farbanteile
miteinander gemischt werden. Bei Erzeugung von 25 Bildern pro Sekunde bedeutet dies, daß im
einfachsten Fall pro Bild und pro Farbe 1/75 Sekunde zur Verfügung steht. Die Farbintensität wird
dabei durch Öffnen der Mikroblende (LCD-Pixel) erzeugt. Die Kompensation der unterschiedlichen
Helligkeiten durch Inhomogenitäten der Beleuchtung wird dabei durch eine Basisöffnungszeit erzielt,
das heißt, daß das jeweils dunkelste blau, rot und grün der Grundöffnungszeit entsprechen. Dieser
Wert wird jedem weiteren Farbwert aufgeschlagen. Er wird für jeden Pixel in Kombination zur Farbe
ermittelt und gespeichert. Somit ist es zum Beispiel auch möglich, Farbschwankungen der
Farbscheiben oder allgemein der Farbhintergrundbeleuchtung zu kompensieren.
Besser ist es jedoch, die Hintergrundbeleuchtung mittels Farbdioden zu erzeugen. Für jede der drei
Farben gibt es eine Diode. Für die flächige Ausleuchtung benötigt man also eine Vielzahl von
Dioden, die in Abhängigkeit ihres Abstrahlwinkels kaskadenartig nebeneinander positioniert werden.
Jede einzelne Diode beleuchtet somit eine Vielzahl von LCD-Pixeln. Über Pulsweitenmodulation ist
man in der Lage, die Helligkeit jeder einzelnen Diode zu steuern und somit auch die Helligkeit des
gesamten Displays zu beeinflussen.
Ein großer Nachteil bei den klassischen Displays ist die Polarisationsfolie zwischen LCD und
Beleuchtung, die üblicherweise 50% des Lichtes absorbiert. Selbstpolarisierende Flüssigkristalle
(PDLC = polymer dispersed liquid crystal) haben diesen Nachteil nicht, da sie auf Polarisationsfolien
verzichten können. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, das Display aus PDLC-Flüssigkristallen
aufzubauen. Die Lichtausbeute wird somit deutlich erhöht.
Eine Variante zur Steuerung der Farbintensität der einzelnen Bildpunkte ist die-Nutzung der
Grauwerteinstellung des Displays. In Abhängigkeit der Intensität
- - schwache Farbe = hoher Grauwert,
- - intensive Farbe = niedriger Grauwert
können somit die einzelnen Farbpixel individuell gesteuert werden. Durch die Vielzahl der sich
überlappenden Dioden-Lichtquellen kann es zu Unstetigkeitsstellen bei der Hintergrundbeleuchtung
kommen. Diese lokalen Minimas und Maximas können durch die Kalibrierung der einzelnen Pixel
kompensiert werden. Für jede Farbe (blau, rot, grün) gibt es zu jedem Pixel einen signifikanten
Basisgrauwert, so daß der Betrachter des Displays einen homogen ausgeleuchteten farbigen
Bildschirm pro Farbe sieht. Diese Kalibrierung wird digital abgespeichert und dient als Abgleich der
zu projezierenden Farbwerte.
Es ist sinnvoll, daß die digitale Steuerung zwischen Hintergrundbeleuchtung, Display und Bilddaten
von einem leistungsfähigen Controller übernommen wird, vorzugsweise von einem PC. Umgekehrt
kann das Display somit auch als PC-Monitor genutzt werden.
Ein derart aufgebautes Display kann ein Bindeglied zwischen unserer digitalen und analogen
Bilddarstellung werden. Es ist sowohl als reiner PC als auch als einfaches digitales
Fernsehempfangsgerät zu verkaufen.
Eine besonders interessante Anwendung wäre die Darstellung hochaufgelöster Bild- und
Schriftinformationen, wie sie typischerweise durch Zeitschriften und Tageszeitungen publiziert
werden. Wie schon oben erwähnt, sind sämtliche technische Voraussetzungen zur Projektion und
Speicherung zur Information durch den PC vorhanden. Nutzt man die Verbreitung von Daten über
TV-Kanäle, so hat man ein kostengünstiges Transportmittel für die riesigen Datenfluten. Der
Anwender benötigt nur noch ein TV-Empfangsteil in seinem Basisgerät. Die Daten könnten zu
tarifgünstigen Zeiten (z. B. Nachts) gesendet und über spezielle digitale Codes verschlüsselt sein.
Für die zu jeder gewünschten Zeit möglichen Decodierung benötigt der Anwender einen
Softwareschlüssel, der auf einer Scheckkarte gespeichert ist, oder man erhält seinen Schlüssel digital
via Telefonnetz. Die Gebühren für die Nutzung der Informationen können dann, je nach System,
entweder beim Kauf der Software-Scheckkarten oder direkt über die Telefonrechnung abgebucht
werden. Möglich wäre auch eine Verbindung von bereits gebräuchlichen Kreditkarten und
Softwareschlüssel, so daß der Anwender, wie gewohnt, per electronic cash die Gebühren begleichen
kann. Auf dem oben beschriebenen Wege ist es möglich, einer breiten Bevölkerungsschicht riesige
Datenmengen zugänglich zu machen. Die Infrastruktur wie TV-Kanäle, Satelliten, Telefonnetze etc.
sind weltweit flächendeckend vorhanden.
Besonders sinnvoll wird die Anwendung, wenn man das erfindungsgemäße Farbdisplay als Basis für
ein Projektionsgerät benutzt. Die kompakte, leistungsstarke Diodenbeleuchtung ermöglicht es, mit
einem sehr hohen Wirkungsgrad eine qualitativ hochwertige Hintergrundbeleuchtung zu realisieren.
Schwachpunkte solcher Diodenbeleuchtungen waren bislang die blauen Dioden. Seitdem es
5A-N-Dioden mit 100 facher Lichtausbeute im Vergleich zu SIC-Leuchtdioden gibt, ist dieser Nachteil
behoben. Somit ist es möglich, eine Standardhintergrundbeleuchtung mit zehnfacher Lebensdauer
und einer Energieeinsparung von 75% im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungen herzustellen.
Im folgenden Teil wird das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt:
Fig. 1 Schematische Darstellung des Displays mit Projektionsanwendung,
Fig. 2 Schematische Darstellung einer Anwendung des Displays.
In Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Display schematisch dargestellt. Die drei Grundfarben blau
(1), grün (2) und rot (3) hinterleuchten das Monochromdisplay (4, 9). Der Microcontroller (7),
vorzugsweise ein PC, synchronisiert die Beleuchtung mit dem Display (4, 9) und den einzelnen
LCD-Pixeln. Die Bilddaten werden über ein TV-Modul (8) geliefert, das aus einem Empfangsteil und
einem Framegrabber besteht, so daß über einen schnellen Datenbus, vorzugsweise PCI, die digitalen
Bilddaten zum Microcontroller gelangen. Über ein optisches Linsensystem (5) kann das Bild vom
Farbdisplay auf beliebig große Projektionswände (6) vergrößert werden.
In Fig. 2 wird schematisch dargestellt, wie die gebührenpflichtigen Daten abgerechnet werden. Das
Display (9) mit Controller verfügt über ein TV-Empfangsteil (10) und einen Telefonanschluß (12)
sowie über einen Telefonkartenleser (11) oder ähnliche Paykartensysteme. Derartig ausgestattet
können beliebige Datenmengen über TV-Kanäle übermittelt werden und vom Kunden selektiv und
zeitunabhängig gespeichert und wieder abgerufen werden können. Eine Anwendung wäre z. B. die
Verbreitung regionaler Tageszeitungen.
Zusammenfassend bleibt zu sagen, daß das erfindungsgemäße Display überall in technischen Geräten
Einsatz finden kann. Es stellt nicht nur einen hohen Gebrauchswert durch seine qualitativ
hochwertigen optische Bilder dar, sondern ist auch aus energiepolitischer und volkswirtschaftlicher
Sicht von großem Nutzen. Berücksichtigt man, daß die Lebensdauer einer Diodenbeleuchtung
10 mal so groß ist wie eine Standard-Glühfadenbeleuchtung bei gleichzeitig 75% Energieersparnis,
so lassen sich bei flächendeckendem Einsatz der Erfindung als TV-Gerät leicht ein bis zwei Kern-
oder Kohlekraftwerke mit einer Leistung von drei bis fünf Gigawatt einsparen.
Claims (7)
1. Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display mit dreifarbiger LED
Hintergrundbeleuchtung, bestehend aus roten, grünen und blauen Leuchtdioden, Microcontroller-
Objektiven und LCD-Displays, dadurch gekennzeichnet, daß das Monochromdisplay (4, 9) mit
grünem (1), blauen (2) und rotem (3) Licht hinterleuchtet wird und daß zur Erzeugung eines Bildes
jeweils die Rot-, Blau- und Grünanteile des Lichtes hintereinander erzeugt werden, und daß das
LCD-Display (4, 9) mit einer höheren (mindestens der dreifachen) Taktfrequenz der Beleuchtung
läuft.
2. Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display (4, 9) mit dreifarbiger LED
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hintergrundbeleuchtung (1, 2, 3) aus LEDs besteht, die über Pulsweitenmodulation angesteuert
werden.
3. Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display (4, 9) mit dreifarbiger LED
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Display aus
PDCL-Streuzellen besteht.
4. Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display (4, 9) mit dreifarbiger LED
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwerte des
Monochrom-Displays einerseits die Farbintensität pro Pixel steuern, andererseits aber auch zum
Ausgleich für Beleuchtungsinhomogenitäten dienen.
5. Farbdisplay, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display (4, 9) mit dreifarbiger LED
Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten
Steuerungen von Microcontrollern ausgeführt werden - vorzugsweise von einem PC (7).
6. Anwendungen des erfindungsgemäßen Farbdisplays, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display
(4, 9) mit dreifarbiger LED Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das LCD-Farbdisplay (4, 9) über ein TV-Empfangsteil (10) verfügt,
einen Telefonanschluß (12) und einen Kartenleser (11) aufweist, mittels einer Soft- und
Hardwarelösung Freischaltungen von Informationen ermöglicht.
7. Anwendungen des erfindungsgemäßen Farbdisplays, aufgebaut aus einem Monochrom-LCD-Display
(4, 9) mit dreifarbiger LED Hintergrundbeleuchtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das LCD-Farbdisplay (4, 9) mit geeigneten Linsensystemen (5) als
Projektionsmonitor (13) genutzt werden kann.
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