DE102010037899B4

DE102010037899B4 - Display

Info

Publication number: DE102010037899B4
Application number: DE201010037899
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: DE102010037899A1; WO2012042016A1

Abstract

Anzeigevorrichtung (1) zur Bilddarstellung für Fernseher oder Computer mit zwei Trägerplatten (20), wobei mindestens eine Trägerplatte (20) eine Elektrodenschicht (30) aufweist, die ein Anzeigeelement (10) ansteuert, wobei das Anzeigeelement (10) eine Bildmatrix (M) aus Bildpunkten (11) aufweist, die in horizontalen Zeilen (Z) und vertikalen Spalten (S) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (30) einen ersten Speicher (50) aufweist, in dem Anzeigewerte (12) eines Bildframes (A, B) für die Bildpunkte (11) nacheinander Zeile (Z) für Zeile (Z + 1) gespeichert werden, ohne die aktuell durch das Anzeigeelement dargestellte Bildinformation der vorhergehenden Bildperiode zu verändern, und dass die Bildpunkte (11) gleichzeitig angesteuert werden, wenn alle Anzeigewerte (12) einer Bildperiode (T, T + 1) für die komplette Bildmatrix (M) im ersten Speicher (50) vollständig vorhanden sind.

Description

Die vorliegende Vorrichtung betrifft eine Anzeigevorrichtung zur Bilddarstellung für Fernseher oder Computer mit zwei Trägerplatten, wobei mindestens eine Trägerplatte eine Elektrodenschicht aufweist, die ein Anzeigeelement ansteuert, wobei das Anzeigeelement eine Bildmatrix aus Bildpunkten aufweist, die in horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten angeordnet sind.
In herkömmlichen Anzeigevorrichtungen werden Bilder pixelweise aufgebaut. Hierbei werden die Daten sequentiell, Zeile für Zeile und darin Punkt für Punkt auf dem Display in die einzelnen Bildpunkte eingeschrieben. Da dieser Schreibvorgang Zeit benötigt, wird der erste Bildpunkt – je nach Bildwechselsequenz – um einen bestimmten Zeitpunkt vor dem letzten Bildpunkt des kompletten Bildes dargestellt. Ein komplettes Bildframe ist nur für eine Bruchzeit auf dem gesamten Bildschirm verfügbar.
Derartige Anzeigevorrichtungen, bei denen die Bildinformation zeilenweise Punkt für Punkt aufgebaut wird, sind beispielhaft aus den Schriften US 7 205 965 B2 , DE 60 2005 006 233 T2 bekannt.
Insbesondere wird dieses Problem bei den Anzeigevorrichtungen zur Bilddarstellung in 3D sichtbar. Es ist bekannt, dass, um einen stereoskopischen Seheindruck zu gewinnen, das Gehirn zwei Bilder benötigt, die in horizontaler Ebene leicht versetzt sind. Aus diesen unterschiedlichen Bildern gewinnt das Gehirn die Tiefeninformation. Der Bildschirm muss daher auf der gleichen Fläche zwei Bilder anzeigen, eines für das linke Auge und eines für das rechte Auge. Die Bilder sollen in schneller Reihenfolge abwechselnd dargestellt werden, damit das Gehirn die beiden Einzelbilder als ein räumliches Gesamtbild wahrnehmen kann. Zur Trennung dieser Bilder wird eine Shutterbrille eingesetzt, die synchron zum dargestellten Bild jeweils nur eines ihrer Gläser transparent erscheinen lässt. Der Bildwechsel muss dabei sehr schnell erfolgen, damit der Betrachter die Abdunkelung der Brillengläser nicht wahrnehmen kann. Wird der Bildwechsel zu früh durchgeführt, sind noch Teile des letzten Bildes sichtbar. Wird er zu spät durchgeführt, so wird bereits das nächste Bild aufgebaut. In diesen Fällen kommt es zu Zwischenbildern, so genannten Geisterbildern, die im schlimmsten Falle zu Kopfschmerzen führen können.
Zur Synchronisierung der Shutterbrille muss ein Zeitraum gefunden werden, bei dem alle Bildpunkte des neuen anzuzeigenden Bildes bereits komplett dargestellt sind, das nächste Bild aber noch nicht begonnen wurde. Wird das Abdunkeln der Brillengläser nicht genau mit dem Bildwechsel synchronisiert, werden die Informationen für ein Auge sichtbar, die für das andere Auge bestimmt sind. In diesen Fällen kommt es zu einem drastischen Abschwächen von 3D-Effekt. Weiterhin darf der Zeitraum in dem die Brille das Bild frei schaltet, nicht zu kurz sein, da die Bildhelligkeit mit längerer Abdunkelung immer weiter abnimmt. Das Bild auf dem Bildschirm muss dann umso heller dargestellt werden, was einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge hat.
Die Schrift WO 2009/051603 A1 offenbart hierzu eine Anzeigevorrichtung zur Bilddarstellung von 3D-Bilder, die Bildframes für ein linkes und ein rechtes Auge nacheinander bereitstellt, wobei eine Beleuchtungsplatte der Anzeigevorrichtung ausgeschaltet wird, während ein Bildframe geladen wird. Ein Anzeigeelement wird hierbei lediglich für einen kurzen Moment beleuchtet, wenn Anzeigewerte eines Bildframes ungefähr zur Hälfe in einem Framebuffer vorhanden sind.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine kontinuierliche pixelbasierte Bildänderung vermeidet, was ein grundsätzliches Problem der herkömmlichen Anzeigevorrichtungen darstellt.
Diese Aufgabe wird durch sämtliche Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner wird die Aufgabe durch sämtliche Merkmale des unabhängigen Anspruches 17 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen 18 bis 22 sind sämtliche, vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Anzeigewerte für die Bildpunkte eines Bildframes nacheinander, Zeile für Zeile, in einem ersten Speicher gespeichert werden, wobei die Bildpunkte erst dann gleichzeitig angesteuert werden, wenn alle Anzeigewerte der Bildperiode für die komplette Bildmatrix in dem ersten Speicher vollständig vorhanden sind. Auf diese Weise kann die komplette Bildinformation eines ganzen Bildframes in den Speicher geschrieben werden, ohne die aktuell durch das Anzeigeelement dargestellte Bildinformation der vorhergehenden Bildperiode zu verändern. Nach Abschluss des Schreibvorganges wird simultan für alle Bildpunkte eine Übernahme der Ladung vom Speicher auf die jeweils aktuelle Zelle der Bildmatrix getriggert. Danach kann der Bildaufbau für das nächste Bild im Speicher erfolgen. Die Zwischenspeicherung erfolgt komplett auf der Anzeigenvorrichtung. Die Technik der seriellen Übertragung der Bildinformation zum Ausgabemedium bleibt unverändert.
Vorteilhafterweise kann der Speicher eine Speichermatrix von Speicherelementen aufweisen, wobei jedem Bildpunkt ein Speicherelement zugeordnet ist. Folglich kann jeder Bildpunkt direkt mit einem Speicherelement verbunden werden. Der Informationsaufbau eines kompletten Bildframes für alle Bildpunkte des Anzeigeelements kann in dem Speicher ausgeführt werden. Erst in einem separaten nachfolgenden Schritt kann die Informationsübergabe an die Bildpunkte des Anzeigeelements durch ein Überschreiben der Anzeigewerte aus dem Speicher auf die Bildpunkte durchgeführt werden. Die Speicherelemente können hierbei als Kondensatoren, Transistoren, oder supraleitende magnetische Speicherelemente ausgebildet sein.
Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme kann einen zweiten Speicher vorsehen, um die Anzeigenwerte für ein neues Bildframe einer nachfolgenden Bildperiode zwischenzuspeichern, während der erste Speicher die Bildpunkte während einer aktuellen Bildperiode ansteuert. Auf eine vorteilhafte Weise können alle Bildpunkte des Anzeigeelements synchron das jeweils aktuelle Bildframe darstellen, das die Anzeigewerte umfasst, die der erste Speicher über die komplette Bildperiode zur Verfügung stellt. Anschließend, wenn der Speichervorgang in dem zweiten Speicher abgeschlossen ist und alle Anzeigewerte der nächsten Bildperiode darin vollständig vorhanden sind, übernimmt der zweite Speicher das Ansteuern der Bildpunkte. Der zweite Speicher kann vorteilhafterweise angrenzend an den ersten Speicher angeordnet sein. Der zweite Speicher kann auch eine Speichermatrix von Speicherelementen aufweisen, die den Bildpunkten des Anzeigeelements zugeordnet sind. Die Speicherelemente des zweiten Speichers können beispielsweise als Kondensatoren ausgebildet sein.
Alternativ kann eine Ansteuereinheit vorgesehen werden, die Ansteuerschaltungen für jedes Flüssigkristallmolekül aufweist, wobei insbesondere die Ansteuereinheit alle Anzeigewerte eines vollständig abgespeicherten Bildframes einer Bildperiode an die Bildpunkte gleichzeitig übergibt. Hierbei können die Ansteuerschaltungen zum Beispiel als Transistoren ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit kann erfindungsgemäß den Übernahmeimpuls generieren, wenn der Speichervorgang eines kompletten Bildframes in dem Speicher vollständig abgeschlossen ist. Nach dem Überschreiben beginnt der Bildaufbau des nachfolgenden Bildframes in dem Speicher. Die Steuerungselektronik muss bis auf die Erzeugung des Übernahmeimpulses nicht verändert werden. Das aktuell durch die Bildmatrix dargestellte Bildframe bleibt innerhalb einer Bildperiode unverändert. Es entstehen keine Zwischenbilder.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann vorteilhafterweise zum Darstellen von 3D-Bildern ausgelegt werden, wobei ein Bildframe für ein linkes Auge und ein Bildframe für ein rechtes Auge nach einander durch die Anzeigevorrichtung dargestellt werden können. Die Anzeigevorrichtung kann mit einer Shutterbrille synchronisiert werden, die das erste Bildframe an das linke Auge und das zweite Bildframe an das rechte Auge adressiert, um einen 3D-Effekt zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Anzeigevorrichtung als ein LCD-Bildschirm ausgeführt werden. Hierbei können die Bildpunkte als Flüssigkristallmoleküle oder ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle ausgebildet sein. Flüssigkristalle sind organische Verbindungen, die sowohl Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Festkörpern aufweisen. Flüssigkristallmoleküle weisen ein Dipolmoment auf. Die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ordnen sich zudem derart, dass eine spontane Polarisation in dem Flüssigkristall entsteht. Außerdem weisen die Flüssigkristalle eine starke Doppelbrechung auf, sodass ein Licht, das eine solche Flüssigkeit passiert, elliptisch polarisiert wird. Legt man an die Flüssigkeit eine Spannung an, richten sich die Flüssigkristallmoleküle an dem elektrischen Feld aus, der Effekt der Doppelbrechung bleibt aus. Ein Bildpunkt auf dem Anzeigeelement kann somit hell oder dunkel dargestellt werden.
Vorteilhafterweise kann das Flüssigkristall-Anzeigeelement zwischen zwei Trägerplatten angeordnet werden, die als Glasplatten ausgebildet sind. Hierbei können die Innenseiten der Glasplatten mit mindestens einer Elektrodenschicht überzogen werden, die insbesondere aus Indium/Tin Oxyd ausgebildet sein kann. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Elektrodenschicht werden die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet. Je nach der Höhe der Spannung können die Flüssigkristallmoleküle unterschiedlich von ihrer ursprünglichen Orientierung abgelenkt werden. Je nach dem Winkel zwischen der optischen Achse der Flüssigkristallmoleküle und der Einfallsrichtung des Lichts kann die Form der Ellipse, die die Polarisation des Lichtes bestimmt, variiert werden. Auf diese Weise kann die Lichtintensität, die einen Bildpunkt verlässt, geändert werden.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Glasplatten zumindest eine Orientierungsschicht aufweisen, um die Flüssigkristallmoleküle in eine vordefinierte Richtung zu zwingen. Die Orientierungsschichten können beispielsweise aus einem polymerischen Material ausgebildet sein. Des Weiteren können die Orientierungsschichten auf den Elektrodenschichten angeordnet sein. Das Flüssigkristall-Anzeigeelement kann hierbei zwischen den Orientierungsschichten angebracht werden. Vorteilhafterweise können in den Orientierungsschichten, Rillen eingebracht werden, die die naheliegenden Flüssigkristallmoleküle in eine vordefinierte Raumrichtung ausrichten. Auf diese Weise kann in der Flüssigkristallschicht eine Helix erzeugt werden, wenn kein elektrisches Feld anliegt. Um dies zu erreichen, werden die Glasplatten um einen bestimmten Winkel zueinander gedreht, so dass die durch die Orientierungsschichten beeinflussten Flüssigkristallmoleküle dieser Drehung folgen. Somit kann ein schraubenförmiger Übergang der Dipolmomente von Flüssigkristallmolekülen geschaffen werden. Es kann somit eine Helix gebildet werden, deren Gangwinkel dem Winkel zwischen den Glasplatten entspricht. Der Winkel kann als 90°, 180°, oder 270° gewählt werden.
Erfindungsgemäß können zwei Polarisatoren an den Außenseiten der Glasplatten angeordnet werden. Vorteilhafterweise können die Polarisatoren als Polarisationsfilter ausgeführt werden, wobei insbesondere deren Polarisationsrichtungen um 90° zueinander verdreht sind. Somit kann das durch den unteren Polarisator polarisierte Licht in der Flüssigkristallschicht eine Drehung seiner Polarisationsebene von 90° erfahren und anschließend ungehindert durch den oberen Polarisator passieren. Wird aber ein Feld angelegt, so zwingt dieses Feld die Flüssigkristallmoleküle sich entlang der Feldlinien auszurichten. Die Helix wird zerstört. Folglich findet keine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes statt. Das Licht kann nicht mehr den oberen Polarisationsfilter ungehindert passieren. Die Ausbreitung des Lichtes wird hiermit gehindert, der Punkt auf dem Display bleibt dunkel. Werden die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren parallel zueinander ausgewählt, so bleibt der Bildpunkt dunkel und wird erst mit zunehmender Spannung transparent. Dies ermöglicht ein Erzeugen des Kontrastverhältnisses auf dem Anzeigeelement. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Polarisatoren um 180° beziehungsweise um 270° zueinander gedreht werden, um ein noch besseres Kontrastverhältnis zu erreichen. Vorteilhafterweise können die Polarisationsrichtungen der Orientierungsschichten gleich den Polarisationsrichtungen der nächstliegenden Polarisatoren ausgewählt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an den Außenseiten des Flüssigkristall-Anzeigerelements mindestens eine, insbesondere zwei Kompensationsfolien angeordnet werden, um eine Farbaufspaltung des das Flüssigkristallanzeigenelement durchleuchtenden Lichts auszugleichen. Während der Ausbreitung des Lichts durch das Flüssigkristall kann es zu einer Farbverschiebung kommen, da die Brechzahlen und die Ausbreitungsrichtung des Lichts von der Wellenlänge abhängen. Die Kompensationsfolien können vorteilhafterweise dazu dienen, dass die Phasenverschiebung für unterschiedliche Farben aufgehoben wird. Somit kann erreicht werden, dass ein Verschmieren der Farben verhindert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann das Anzeigeelement zwei Flüssigkristallschichten aufweisen, um eine Farbaufspaltung zu verhindern. Die erste Flüssigkristallschicht kann hierbei durch eine Spannung aktiv angesteuert werden, wobei die zweite Flüssigkristallschicht in eine entgegengesetzte Richtung verdreht ist. Durchläuft das Licht die zwei Schichten wird die Phasenverschiebung, die durch die erste Flüssigkristallschicht bedingt wurde, durch die zweite Schicht kompensiert.
Des Weiteren kann eine Farbfilterschicht vorgesehen sein, um in einem RGB Farbraum drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zum Erzeugen abzubilden. Hierbei kann die Farbfilterschicht vorteilhafterweise farbselektive Polarisationsfilter umfassen. Um einen Farbton an einem Bildpunkt abzubilden, werden drei Flüssigkristallmoleküle benötigt. Den drei Flüssigkristallmolekülen kann jeweils ein Farbfilter zugeordnet sein, der die Farben Rot, Grün und Blau selektiv durchlässt. Der gewünschte Farbton wird durch die Anteile der Grundfarben Rot, Grün und Blau nachgebildet. In einer weiteren Ausführungsform kann die Farbfilterschicht gefärbte Filter umfassen, um weißes Licht in die Farben Rot, Grün oder Blau umzuwandeln. Alternativ kann anstelle der Farbfilterschicht ein spezielles Gas in dem Flüssigkristall-Anzeigeelement dissoziiert werden, das bestimmte Wellenlängen des einströmenden Lichts absorbiert und somit bestimmte Pixel farbig erscheinen lässt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an dem Flüssigkristallanzeigeelement eine Verstärkerplatte angeordnet wird. Die Verstärkerplatte kann Speicherelemente, insbesondere Kondensatoren, für jedes Flüssigkristallmolekül umfassen. Die Speicherelemente können vorteilhafterweise zur Erhaltung der Ladung von Flüssigkristallmolekülen während einer Bildperiode dienen. Um die Anzeigenwerte eines Bildframes mittels Flüssigkristall-Anzeigeelements darzustellen, wird eine Ladung auf die Flüssigkristallmoleküle aufgebracht, deren Höhe der Dateninformation entspricht. Die aufgebrachte Ladung kann sich aber relativ schnell abbauen. Um die Ladung zu erhalten, kann den Flüssigkristallmolekülen jeweils ein zusätzlicher Kondensator parallel geschaltet werden. Nach dem Aufbringen der Ladung, werden die Flüssigkristallmoleküle durch die zusätzlichen Speicherelemente wieder in den hochohmigen Zustand geschaltet, in dem die Speicherelemente einen zusätzlichen Widerstand aufbauen. Dadurch wird die Ladung länger erhalten, so dass die Ausstrahlungshelligkeit des Flüssigkristall-Anzeigeelementes während einer Bildperiode im Wesentlichen erhalten bleibt.
Alternativ kann das Anzeigeelement ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle aufweisen, um die Ladung an den Bildpunkten während einer Bildperiode zu erhalten. Die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle besitzen die Eigenschaft, elektrische Felder lange zu speichern. Somit kann ein verbesserter Kontrast des dargestellten Bildframes erreicht werden. Erst nachdem die Anzeigewerte für das nächste Bildframe in dem ersten bzw. zweiten Speicher zur Verfügung stehen, können die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle umgeschaltet werden.
Erfindungsgemäß kann angrenzend an eine der Glasplatten eine Beleuchtungsplatte angeordnet werden, um das Anzeigeelement entweder aktiv auszuleuchten oder mit reflektiertem Licht einer Lichtquelle passiv auszuleuchten. Eine aktive Beleuchtungsplatte kann beispielsweise Leuchtdioden oder organische Leuchtdioden umfassen. Alternativ kann die Beleuchtungsplatte als ein Spiegel ausgeführt sein, der das Licht einer insbesondere punktuellen Lichtquelle auf das Flüssigkristall-Anzeigeelement reflektiert.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann somit zur Bilddarstellung von 3D-Bildern dienen, wobei insbesondere die Anzeigevorrichtung als LCD-Bildschirm ausgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können OLEDs als Bildpunkte vorgesehen werden. Hierbei können die Trägerplatten aus unterschiedlichen Trägermaterialien ausgebildet sein, die unter anderem flexibel ausgeführt sein können. Hierbei können die OLED-Bildpunkte durch Anliegen einer Spannung mittels der Elektrodenschicht direkt ein farbiges Licht emittieren.
Erfindungsgemäß entsteht ebenfalls der Vorteil, dass durch nicht mehr pixelweise sondern bildweise Bildaufbau auch Probleme der Bilddarstellung beim normalen 2D-Fernsehbetrieb, die insbesondere bei der Ausgabe von berechneten Zwischenbildern entstehen, vermindert werden können.
Des Weiteren wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen 18 bis 22 sind vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Möglichkeit, Bilder für Fernseher und Computer mittels eines Anzeigeelements darzustellen, das zwischen zwei Trägerplatten angeordnet wird und eine Bildmatrix umfasst, die in horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten angeordnet sind. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bildaufbau eines Bildframes in zwei von einander getrennten Schritten erfolgt. Im ersten Schritt werden alle Anzeigewerte eines Bildframes für die Bildpunkte nacheinander Zeile für Zeile in einem ersten Speicher gespeichert. Im zweiten Schritt werden die Bildpunkte gleichzeitig angesteuert. Der zweite Schritt wird eingeleitet, wenn der erste Schritt, das heißt wenn der Speichervorgang für alle Anzeigewerte einer Bildperiode für die komplette Bildmatrix in dem Speicher vollständig abgeschlossen ist. Hierbei wird jedem Bildpunkt ein Speicherelement zugeordnet.
In einer möglichen Alternative der vorliegenden Erfindung, kann ein zweiter Speicher vorgesehen werden, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens abwechselnd mit dem ersten Speicher durchzuführen. Hierbei wird ein Bildframe in dem ersten Speicher aufgebaut, während der zweite Speicher die Übergabe der Anzeigewerte an Bildpunkte der Anzeigevorrichtung übernimmt. In einer noch weiteren Alternative der Erfindung kann eine Ansteuereinheit vorgesehen werden, die den zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Hierbei generiert die Ansteuereinheit ein Übernahmeimpuls wenn der Speichervorgang des ersten Schrittes in dem Speicher komplett abgeschlossen ist. Die Bildpunkte können dabei als Flüssigkristallmoleküle, ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle oder OLEDs ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Darstellung von 3D-Bildern dienen. Hierbei kann das Anzeigeelement vorteilhafterweise als ein Flüssigkristall-Anzeigeelement ausgeführt werden, das eine Bildmatrix aus Flüssigkristallmolekülen umfasst. Die Anzeigeinformation für das jeweilige Flüssigkristallmolekül kann erfindungsgemäß in einem ersten Schritt in einen ersten Speicher eingeschrieben werden. Die Flüssigkristallmoleküle behalten zu diesem Zeitpunkt noch ihre bisherigen Spannungsinformationen. Dadurch wird das elektrische Feld noch nicht verändert und die Flüssigkristalle behalten ihre bisherige Richtung. Nach Einschreiben eines kompletten Bildframes wird im zweiten Schritt die Bildinformation aus dem Speicher nun direkt an die Flüssigkristallmoleküle übertragen. Auf diese Weise wird das elektrische Feld aller Pixel des gesamten Bildschirms gleichzeitig verändert und die neue Bildinformation wird simultan in allen Pixeln angezeigt. Für eine Shutterbrille steht nun der komplette Zeitraum bis zum Aufbau eines neuen Bildframes zur Verfügung. Die für die Brille jeweils linken und rechten Bilder sind vollständig voneinander getrennt. Somit können Geisterbilder bei der Darstellung des Bildframes komplett vermieden werden. Die Synchronisierung der Shutterbrille und Anzeigevorrichtung kann also genauer erfolgen.
Weiterhin wird das dargestellte Bild innerhalb dieses Zeitraumes nicht verändert. Folglich muss die Bildhelligkeit des Displays im 3D-Betrieb nicht angehoben werden. Herkömmliche Monitore, die den 3D-Effekt mittels Shutterbrillen erzeugen, müssen deutlich heller strahlen, da aufgrund der kurzen Zeit, in der das linke oder rechte Stereobild der Shutterbrille zu Verfügung steht, die Ausgangshelligkeit verloren wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung nicht mit einer extrem hohen Bildfrequenz betrieben werden muss, mit der bisher der Effekt der Geisterbildung vermieden werden sollte. Vorteilhafterweise kann das herkömmliche Verfahren zur Synchronisation der Shutterbrille und der Anzeigenvorrichtung unverändert bleiben.
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden und mit einer Shutterbrille synchronisiert werden, die ein Bildframe einem linken Auge und ein Bildframe einem rechten Auge abwechselnd adressiert, um ein 3D-Effekt zu erzeugen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
1 eine mögliche Ausführungsalternative des erfindungsgemäßen Schalters als ein LCD-Bildschirm,
2 eine beispielhafte Darstellung eines Bildpunktes in einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung,
3 eine beispielhafte Darstellung eines Bildpunktes in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
4 einen beispielhaften Ablauf eines herkömmlichen Verfahrens zur Bilddarstellung auf einer Bildmatrix,
5 einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bilddarstellung auf einer Bildmatrix und
6 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer Zeile der Bildmatrix.
In 1 ist eine Ausführungsalternative der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Anzeigevorrichtung 1 ist hierbei als ein LCD-Bildschirm ausgeführt, der unter anderem zur Darstellung von 3D-Bildern ausgelegt ist. Es sind zwei Trägerplatten 20 abgebildet, die laut der dargestellten Ausführungsform als Glasplatten 20 hergestellt werden können. Die Glasplatten 20 weisen jeweils eine Elektrodenschicht 30 auf, die an den Innenseiten 21 der Glasplatten 20 angeordnet ist. Zwischen den Glasplatten 20 ist ein Flüssigkristall-Anzeigeelement 10 angeordnet, das eine Bildmatrix M aus Flüssigkristallmolekülen 11 aufweist, die in horizontalen Zeilen Z und vertikalen Spalten S angeordnet sind. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Elektrodenschicht 30 werden die Flüssigkristallmoleküle 11 entlang der Feldlinien ausgerichtet. Die Ladung an den Flüssigkristallmolekülen 11 entspricht hierbei den Anzeigewerten 12 eines aktuellen Bildframes A, das durch die Bildmatrix M gebildet wird. Zur Erzeugung eines 3D-Effekts wird ein Bildframe A einer Bildperiode für ein linkes Auge und ein nächstes Bildframe der nachfolgenden Bildperiode durch die Bildmatrix M nach einander dargestellt. An den Außenseiten 22 der Glasplatten 20 sind zwei Polarisatoren 40 angebracht. Die Polarisatoren 40 weisen unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf, die in der dargestellten Ausführungsalternative um 90° zueinander verdreht sind. Das Anzeigeelement 10 wird mit dem Licht einer Beleuchtungsplatte 60 beleuchtet. Zunächst passiert das durch die Beleuchtungsplatte 60 emittierte Licht den unteren Polarisator 40 und wird linear polarisiert. Zunächst durchläuft das polarisierte Licht die untere Glasplatte 20, tritt in das Anzeigeelement 10 ein und erfährt eine Drehung der Polarisationsebene um 90°. Anschließend tritt das Licht durch den oberen Polarisator 40 ungehindert aus, wenn keine Spannung durch die Elektrodenschicht 30 angelegt ist. Erfindungsgemäß ist ein Speicher 50 an einer der Glasplatten 20 vorgesehen. Die Anzeigewerte 12 für die Flüssigkristallmoleküle 11 des Bildframes A werden zuerst in dem Speicher 50 vollständig gespeichert und anschließend an die Flüssigkristallmoleküle 11 gleichzeitig übergeben. Während einer kompletten Zeitperiode zwischen dem Bildwechsel zeigen die Flüssigkristallmoleküle 11 die Anzeigewerte 12 des kompletten Bildframes A.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Bildpunktes in einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und 3 in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung. Beide Figuren zeigen die Grundbausteine eines Bildpunktes basierend auf der LCD-Technologie. Hierbei ist ein Flüssigkristall-Anzeigeelement 10 zwischen zwei Glasplatten 20 angeordnet. Die Glasplatten 20 weisen an den Seiten 21, die dem Anzeigeelement 10 zugewandt sind, jeweils eine Elektrodenschicht 30 auf. Des Weiteren weisen die Glasplatten 20 eine Ansteuereinheit 70 auf, die Ansteuerschaltungen 71 für Flüssigkristallmoleküle umfasst. Zudem werden die Glasplatten mit einer Orientierungsschicht versehen, um die Flüssigkristallmoleküle in eine vordefinierte Richtung auszurichten. An den Außenseiten 22 der Glasplatten 20 ist jeweils ein Polarisator 40 angebracht, der beispielhaft als Polarisationsfilter ausgeführt werden kann. Der schematisch dargestellte Bildpunkt ist ausgelegt, eine beliebige Farbe in einem RGB-Farbraum darzustellen. Die Farbe setzt sich aus drei Grundfarben, Rot, Grün und Blau zusammen. Dem Bildpunkt sind daher drei Flüssigkristallmoleküle zugeordnet, die die Grundfarben abbilden. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Elektrodenschicht 30 wird ein elektrisches Feld in das Anzeigeelement 10 induziert. Die Flüssigkristallmoleküle richten sich an das Feld aus. Je stärker das angelegte Feld ist, desto stärker ist die Neigung der optischen Achsen der Flüssigkristallmoleküle an das Feld. Wenn ein linear polarisiertes Licht, das durch den oberen Polarisator 40 polarisiert wurde, in die Flüssigkristallschicht 10 eintritt, wird es elliptisch polarisiert. Je nach Ausrichtung der optischen Achse der Flüssigkristallmoleküle zu Lichtausbreitungsrichtung, das heißt je nach der Höhe der angelegten Spannung, ändert sich die Polarisation des Lichtes. Das Verhältnis der Intensität zwischen zwei senkrecht zueinander polarisierten Teilbündeln elliptisch polarisierten Lichts kann somit variiert werden und schließlich die Intensität des Lichtes, das durch den unteren Polarisator 80 durchgelassen wird. Somit wird zum Einen der Anteil der jeweiligen Grundfarbe R, G, B auf dem Bildpunkt geändert, um den Bildpunkt farbig darzustellen, und zum Anderen die Helligkeit des Bildpunktes erzeugt, um ein Kontrastverhältnis auf dem Anzeigeelement 10 zu erzeugen.
Die Flüssigkristallmoleküle in 2 werden im Gegensatz zu der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung nacheinander angesteuert, was zu einer Zeitdifferenz in der Darstellung von Anzeigeinformationen auf einzelnen Flüssigkristallmolekülen führt. Wie in der 3 gezeigt ist, ist erfindungsgemäß ein Speicher 50 vorgesehen, der Speicherelemente 51 für jedes Flüssigkristallmolekül umfasst. Die Anzeigewerte für die Flüssigkristallmoleküle werden zuerst nacheinander in die Speicherelemente 51 des Speichers 50 eingeschrieben. Die Flüssigkristallmoleküle behalten zu diesem Zeitpunkt ihre bisherigen Spannungsinformationen. Das elektrische Feld wird noch nicht durch die Elektrodenschicht 30 verändert. Die Flüssigkristalle behalten ihre Ausrichtung. Nachdem der Speichervorgang im Speicher 50 komplett abgeschlossen ist, werden nun die gespeicherten Anzeigewerte simultan an die Flüssigkristallmoleküle übertragen. Das elektrische Feld aller Bildpunkte der gesamten Bildmatrix wird gleichzeitig durch die Elektrodenschicht 30 verändert. Die neue Bildinformation wird simultan allen Flüssigkristallmolekülen übergeben. Ein vollständiges Bildframe wird die ganze Zeit zwischen dem Bildwechsel bis zum Aufbau eines neuen Bildframes durch das Anzeigeelement 10 dargestellt.
In 4 ist ein bekanntes Verfahren dargestellt, wobei ein Bildframe A(ti) auf. einer Bildmatrix einer Anzeigevorrichtung pixelweise aufgebaut wird. Hierbei werden die Daten sequentiell, Zeile für Zeile und dann Punkt für Punkt auf dem Display in die einzelnen Bildpunkte eingeschrieben. Anfangs ist das bisherige Bildframe noch fast vollständig sichtbar. Überschreiben der Anzeigewerte wird fortgesetzt. Erst am Ende des Bildaufbaus ist das Bildframe A(dt) nur für eine kurze Zeit dt vollständig sichtbar. Insbesondere wird dieses Problem bei der Bilddarstellung in 3D sichtbar, wobei die Anzeigevorrichtung auf der gleichen Bildmatrix zwei Bilder anzeigen muss, eines für das linke Auge und eines für das rechte Auge. Eine Shutterbrille lässt synchron zum dargestellten Bild jeweils nur eines ihrer Gläser transparent erscheinen, sodass die Bilder abwechselnd dem linken oder dem rechten Auge adressiert werden. Der Zeitpunkt dt, in dem die Shutterbrille geschaltet wird, muss sehr genau bestimmt werden, bei dem alle Bildpunkte des neuen anzuzeigenden Bildes bereits komplett dargestellt sind, das nächste Bild aber noch nicht begonnen wurde. Hierbei können Geisterbilder entstehen, wenn die Informationen für ein Auge sichtbar sind, die für das andere Auge bestimmt sind, wie zum Beispiel das nächste Bildframe B(ti + T), wenn der Bildwechsel zu spät vorgenommen wurde. Die Zeit, in der das gesamte Bildframe A(dt) verfügbar ist, ist sehr kurz. Daher muss die Anzeigevorrichtung mit einer erhöhten Helligkeit ausstrahlen, damit der Betrachter in der kurzen Zeit dt die Bildinformationen wahrnehmen kann, was zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs führen kann.
Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bilddarstellung sind schematisch in 5 auf der gesamten Bildmatrix und in 6 am Beispiel einer Zeile Z der Bildmatrix M dargestellt. Hierbei werden Anzeigewerte für die Bildpunkte eines Bildframes A nacheinander, Zeile Z für Zeile Z, in einem ersten Speicher 50 gespeichert. Die Bildpunkte werden erfindungsgemäß erst dann durch eine Ansteuereinheit 70 gleichzeitig angesteuert, wenn alle Anzeigenwerte der kommenden Bildperiode für die komplette Bildmatrix in dem Speicher 50 vollständig vorhanden sind. Die Anzeigewerte 12 des Bildframes A werden in den Speicher 50 geschrieben, wobei für jedes Flüssigkristallmolekül ein Speicherelement 51 vorgesehen ist. Die aktuelle Bildinformation auf dem Anzeigeelement wird noch nicht verändert. Nach Abschluss des Schreibvorganges werden die Anzeigewerte 12 des Bildframes A simultan an alle Bildpunkte durch eine Ansteuereinheit 70 über eine Elektrodenschicht 30 übergeben. Die Ansteuereinheit 70 weist hierbei Ansteuerschaltungen 71 für jedes Flüssigkristallmolekül auf.
Somit werden Geisterbilder bei der erfindungsgemäßen Bilddarstellung komplett vermieden. Außerdem kann zur Erzeugung eines 3D-Effekts die Synchronisierung genauer erfolgen. Das dargestellte Bildframe wird innerhalb einer Zeit zwischen Bildwechseln nicht verändert. Die Zeit, in der ein Brillenglas geöffnet wird, kann somit vergrößert werden.
Bezugszeichenliste

1: Anzeigevorrichtung
10: Anzeigeelement
11: Bildpunkte
12: Anzeigewerte
20: Trägerplatten
21: Innenseiten der Trägerplatten 20
22: Außenseiten der Trägerplatten 20
30: Elektrodenschichten
40: Polarisatoren
50: erster Speicher
51: Speicherelemente
60: Beleuchtungsplatte
70: Ansteuereinheit
71: Ansteuerschaltungen
80: Orientierungsschicht
90: Farbfilterschicht
T: Bildperiode
T + 1: nachfolgende Bildperiode
A: Bildframe der Bildperiode T
B: Bildframe der nachfolgenden Bildperiode T + 1
M: Bildmatrix
S: Spalten der Bildmatrix M
Z: Zeilen der Bildmatrix M

Claims

Anzeigevorrichtung (1) zur Bilddarstellung für Fernseher oder Computer mit zwei Trägerplatten (20), wobei mindestens eine Trägerplatte (20) eine Elektrodenschicht (30) aufweist, die ein Anzeigeelement (10) ansteuert, wobei das Anzeigeelement (10) eine Bildmatrix (M) aus Bildpunkten (11) aufweist, die in horizontalen Zeilen (Z) und vertikalen Spalten (S) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (30) einen ersten Speicher (50) aufweist, in dem Anzeigewerte (12) eines Bildframes (A, B) für die Bildpunkte (11) nacheinander Zeile (Z) für Zeile (Z + 1) gespeichert werden, ohne die aktuell durch das Anzeigeelement dargestellte Bildinformation der vorhergehenden Bildperiode zu verändern, und dass die Bildpunkte (11) gleichzeitig angesteuert werden, wenn alle Anzeigewerte (12) einer Bildperiode (T, T + 1) für die komplette Bildmatrix (M) im ersten Speicher (50) vollständig vorhanden sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (50) eine Speichermatrix von Speicherelementen (51) aufweist, wobei jedem Bildpunkt (11) ein Speicherelement (51) zugeordnet ist.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente (51) als Kondensatoren, Transistoren, supraleitende oder magnetische Speicherelemente ausgebildet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Speicher vorgesehen ist, um die Anzeigewerte (12) für ein neues Bildframe (B) einer nachfolgenden Bildperiode (T + 1) zwischenzuspeichern, während der erste Speicher (50) das Bildframe (A) einer vorherigen Bildperiode (T) ansteuert.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Speicher (50) eine Ansteuereinheit (70) aufweist, die Ansteuerschaltungen (71) für jedes Flüssigkristallmolekül (11) aufweist, wobei insbesondere die Ansteuereinheit (70) alle Anzeigewerte (12) eines vollständig abgespeicherten Bildframes (A, B) einer Bildperiode (T, T + 1) an die Flüssigkristallmoleküle (11) gleichzeitig übergibt.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildframe (A) für ein linkes Auge (L) und ein Bildframe (B) für ein rechtes Auge (R) nacheinander darstellbar sind, wobei das Bildframe (A) an das linke Auge (L) und das Bildframe (B) an das rechte Auge (R) mittels einer Shutterbrille (2) adressierbar sind, um einen 3D-Effekt zu erzeugen.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (11) als Flüssigkristallmoleküle (11) oder als ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle (11) ausgebildet sind, wobei insbesondere die Trägerplatten (20) als Glasplatten (20) ausgebildet sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen einer Spannung mittels der Elektrodenschicht (30) die Flüssigkristallmoleküle (11) ausrichtbar sind, um ein Bildframe (A, B) einer Bildperiode (T, T + 1) durch die Bildmatrix (M) zu bilden.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigenvorrichtung (1) ein LCD-Bildschirm ist, der insbesondere zur Bilddarstellung von 3D-Bildern dient.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Polarisatoren (40), insbesondere an den Außenseiten der Trägerplatten (20), vorgesehen sind, die als Polarisationsfilter ausgeführt sind und unterschiedliche Polarisationsrichtungen aufweisen, wobei insbesondere deren Polarisationsrichtungen um 90°, bevorzugt um 180° oder insbesondere bevorzugt 270° zueinander verdreht sind.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (20) zumindest eine Orientierungsschicht (80) aufweisen, um die Flüssigkristallmoleküle (11) in eine vordefinierte Richtung zu zwingen, die insbesondere den Polarisationsrichtungen der nächstliegenden Polarisatoren (40) entspricht.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenseiten des Anzeigeelements (10) mindestens eine, insbesondere zwei Kompensationsfolien angeordnet sind, um eine Farbaufspaltung des das Anzeigeelement (10) durchleuchtenden Lichts auszugleichen.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbfilterschicht (90) vorgesehen ist, um in einem RGB-Farbraum drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zum Erzeugen eines farbigen Bildes abzubilden.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an eine der Trägerplatten (20) eine Beleuchtungsplatte (60) angeordnet ist, um das Anzeigeelement (10) aktiv auszuleuchten oder mit dem reflektierten Licht einer Lichtquelle passiv auszuleuchten.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anzeigeelement (10) eine Verstärkerplatte angeordnet ist, die Speicherelemente, insbesondere Kondensatoren, für jeden Bildpunkt (11) aufweist, um die Ladung der Bildpunkte (11) während einer Bildperiode (T, T + 1) zu erhalten.
Anzeigevorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (11) als OLEDs ausgebildet sind.
Verfahren zur Bilddarstellung für Fernseher oder Computer mittels zweier Trägerplatten (20), wobei mindestens eine Trägerplatte (20) eine Elektrodenschicht (30) aufweist, die ein Anzeigeelement (10) ansteuert, wobei das Anzeigeelement (10) eine Bildmatrix (M) aus Bildpunkten (11) aufweist, die in horizontalen Zeilen (Z) und vertikalen Spalten (S) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufbau einen ersten Schritt aufweist, wobei Anzeigewerte (12) eines Bildframes (A, B) für die Bildpunkte (11) nacheinander Zeile (Z) für Zeile (Z + 1) in einem ersten Speicher (50) gespeichert werden, ohne die aktuell durch das Anzeigeelement dargestellte Bildinformation der vorhergehenden Bildperiode zu verändern, und einen zweiten Schritt, wobei die Bildpunkte (11) gleichzeitig angesteuert werden, wenn der Speichervorgang für alle Anzeigewerte (12) einer Bildperiode (T, T + 1) für die komplette Bildmatrix (M) im ersten Speicher (50) vollständig abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigewerte (12) eines Bildframes (A, B) in einer Speichermatrix des Speichers (50) gespeichert werden, wobei jedem Bildpunkt (11) ein Speicherelement (51) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigewerte (12) für ein neues Bildframe (B) einer Bildperiode (T + 1) in einem zweiten Speicher zwischengespeichert werden, während der erste Speicher (50) ein Bildframe (A) einer vorherigen Bildperiode (T) ansteuert.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigewerte (12) eines Bildframes (A, B), die im Speicher (50) vollständig abgespeichert sind, gleichzeitig durch eine Ansteuereinheit (70) an die Bildpunkte (11) übergeben werden, wobei die Ansteuereinheit (70) Ansteuerschaltungen (71) für jeden Bildpunkt (11) aufweist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bildframe (A) für ein linkes Auge (L) und ein Bildframe (B) für ein rechtes Auge (R) nacheinander dargestellt werden, und wobei das Bildframe (A) an das linke Auge (L) und das Bildframe (B) an das rechte Auge (R) mittels einer Shutterbrille (2) adressiert werden, um einen 3D-Effekt zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunkte (11) als Flüssigkristallmoleküle, oder ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle, oder OLEDs ausgebildet sind.
Verfahren zur Bilddarstellung nach einem der Ansprüche 17 bis 22 mit einer Anzeigevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
System zur Darstellung von 3D-Bildern mit einer Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22 betrieben wird, und einer Shutterbrille, die ein Bildframe (A) einem linken Auge (L) und ein Bildframe (B) einem rechten Auge (R) abwechselnd adressiert, um einen 3D-Effekt zu erzeugen.