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Texas Instruments DLP® Products

Einführung in die BrilliantColor™-Technologie

von David C. Hutchison


Dieses White Paper beschreibt die von Texas Instruments entwickelte BrilliantColor™-Technologie. Diese Technologie nutzt Innovationen im Bereich der Bildverarbeitung zur Verbesserung der optischen Leistungsfähigkeit von DLP-Projektionssystemen und erweitert die Farbdarstellungsmöglichkeiten im Vergleich zu den aktuellen RGBFarbrädern. Die BrilliantColor™-Technologie kann auch mit neuen Farbradmodellen kombiniert werden, die eine Erweiterung der traditionellen 3-Farbensysteme ermöglichen und somit umfangreichere Farbpaletten für DLP-Anzeigesysteme verfügbar machen. Die OEM-Hersteller (OEM = Original Equipment Manufacturer) können damit hellere Anzeigen mit maßgeschneiderter Farbpalette liefern, die konkurrierende Technologien nicht bieten.

Abbildung 1: Farbpalette eines typischen Fernsehers oder Projektors

Abbildung 1: Farbpalette eines typischen Fernsehers oder Projektors

Einführung
Historisch bedingt erfolgt die Darstellung der Farben bei den meisten Anzeigegeräten durch Verwendung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau. Durch die Kombination der drei Farben kann jede Farbe erzeugt werden, die sich innerhalb des dreieckigen Farbbereichs befindet, der durch diese drei Grundfarben festgelegt ist (siehe Abbildung 1). Dies limitiert jedoch die Anzahl der darstellbaren Farben, so dass häufig anzutreffende brillante gelbe und cyanblaue Farbtöne schwer erzeugt werden können.

Abbildung 2: Lichtweg einer DLP -Anzeige

Abbildung 2: Lichtweg einer DLP -Anzeige

Die aktuellen Anzeigesystemen für Endverbraucher sind üblicherweise ein Kompromiss zwischen Farbpalette und Helligkeit. Es besteht die Möglichkeit, die Farbpalette durch Erhöhung der Sättigung bei den Grundfarben zu erweitern. Bei gesättigten Grundfarben werden die roten, grünen und blauen Farbpunkte des RGB-Dreiecks näher an den Rand des sichtbaren Farbspektrums verschoben und decken so einen größeren Bereich im sichtbaren Farbspektrum ab. Da die gesättigten Grundfarben typischerweise nicht besonders hell sind, führt deren Verwendung zu einer geringeren Helligkeit bei der Darstellung von Weißtönen und gesättigten Farben. Durch Hinzufügen von gelben, cyanblauen und magentaroten Farben ist es möglich, in einem Bild sowohl helle weiße Punkte als auch tiefere rote, grüne und blaue Farbpunkte darzustellen. Die RGB-Farbpalette wurde erfolgreich zur Farbdarstellung bei Röhrenmonitoren (CRT = Cathode Ray Tube) eingesetzt. Die ersten DLP-Anzeigesysteme arbeiteten nach einem ähnlichen Prinzip, wobei das Bild mit Hilfe eines Digital Micromirror Device (DLP-Chip) in seine roten, grünen und blauen Farbkomponenten zerlegt wurde.

Einflüsse auf die Bildhelligkeit
Bei Anzeigesystemen, die auf Lampenbasis arbeiten, ist die Bildhelligkeit von verschiedenen Faktoren abhängig. Abbildung 2 zeigt den typischen Lichtweg eines DLP-Bildes.

Abbildung 3: Spektralenergieverteilung einer typischen Lampe

Abbildung 3: Spektralenergieverteilung einer typischen Lampe

Die Lichtstärke der Lampe (Lumen), der Wirkungsgrad des optischen Systems, des Farbrads und der Projektionsfläche ergeben die Bildhelligkeit. Die Bildhelligkeit ist das Produkt aus dem Wirkungsgrad des optischen Systems, der von der Lampe gelieferten Lichtmenge und dem Verstärkungsfaktor der Projektionsfläche. Jede Verbesserung der Lichtausbeute auf dem Lichtweg führt daher auch zu einer höheren Bildhelligkeit.

Verbesserung der Lichtausbeute
Anzeigesysteme auf Lampenbasis zerlegen zur Darstellung eines Bildes das weiße Lampenspektrum in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau. Bei der Erzeugung der roten, grünen und blauen Farbkomponenten für die bei Fernsehgeräten und Projektoren erforderliche Standard-Farbpalette wird das von der Lampe gelieferte Energiespektrum nicht voll ausgenutzt. Dieser Lichtverlust ergibt sich aus der Tatsache, dass Teile der Lampenenergie nicht durch die zur Bilddarstellung verwendeten Rot-, Grün- und Blaufilter gelangen (siehe Abbildung 3).

Abbildung 4: Verbesserte Bildhelligkeit durch den Einsatz von BrilliantColor™ am Beispiel eines .45 720p-Systems

Abbildung 4: Verbesserte Bildhelligkeit durch den Einsatz von BrilliantColor™ am Beispiel eines .45 720p-Systems

Bei der BrilliantColor™-Technologie wird dieses Problem durch den Einsatz zusätzlicher Farbfilter gelöst. Abbildung 3 zeigt, dass bei einer Wellenlänge von 580 nm eine erhebliche Menge der Lampenenergie nicht genutzt wird. Mit Hilfe eines Gelbfilters ist es möglich, auch diese Energie zu nutzen. Darüber hinaus kann die Lichtausbeute im Bereich von 500 nm durch einen Cyanfilter verbessert werden. Ein Projektionssystem, das mit einer 5-Farben-Beleuchtungsoptik arbeitet, kann die Bildhelligkeit um bis zu 50 % erhöhen. Tabelle 1 zeigt, welche Verbesserungen in einem DLP-Anzeigesystem durch den Einsatz des neuen DLD-Chips .45 720p und eines Farbrads mit fünf Farben erzielt werden können.

Abbildung 5: BrilliantColor™-Farbpalette

Abbildung 5: BrilliantColor™-Farbpalette

Verbesserte Farbpalette
Neben der verbesserten Lichtausbeute bietet die BrilliantColor™-Technologie auch eine deutlich erweiterte Farbpalette. Die RGB-Farbpalette basiert auf einem dreieckigen Farbbereich, deren Farbpunkte durch die farbmetrischen Einstellungen der Rot-, Grün- und Blaufilter festgelegt sind. Alle damit darstellbaren Farben werden durch Mischen der Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Dieser Farbenraum ist zwar für viele Anwendungen ausreichend, jedoch für die Darstellung lebhaft heller Farben wie Gelb und Cyanblau nur bedingt geeignet. Der Grund dafür ist, dass sich diese in der Natur häufig anzutreffenden, lebhaft hellen Farben außerhalb des dreieckigen RGB-Farbbereichs befinden. Das Hinzufügen von Farben erlaubt eine Erweiterung dieses dreieckigen RGB-Farbbereichs zu einem größeren Polygon, so dass mehr Farben dargestellt werden können. Abbildung 4 zeigt das RGB-Dreieck gemäß der Farbnorm Rec. 709, so wie es heute bei vielen Fernsehgeräten verwendet wird. Der Einsatz eines Farbrads mit mehr Grundfarben ergibt zusammen mit der BrilliantColor™-Technologie eine Erweiterung der Farbpalette auf den Farbbereich, der durch das äußere Polygon (punktierte Linie) definiert ist.

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