DE19531760A1 - Bildschirm zur Anzeige dreidimensionaler Bilder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildschirm zur Anzeige dreidi­ mensionaler Bilder gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 3.

Ein Flüssigkristallbildschirm (LCD: Liquid Crystal Display) beispielsweise ist ein Gerät, auf dem Bilder und Texte zwei­ dimensional angezeigt werden können. Er wird zur Zeit vorwie­ gend in mobilen Computern eingesetzt. Flüssigkristallbild­ schirme polarisieren das Licht in einem bestimmten Winkel. Dies ist eine Eigenschaft, die Teil der Flüssigkristallan­ zeigetechnik ist.

Zur Flüssigkristallanzeigetechnik gehören sogenannte Polari­ sationsfilter. Ein Polarisationsfilter ist nur für Licht ei­ ner ganz bestimmten Polarisationsrichtung durchlässig. Diese Richtung ist auch als Polarisationswinkel definiert. Werden zwei Polarisationsfilter mit gleichem Polarisationswinkel übereinander gelegt, dann sind diese durchsichtig. Werden zwei Polarisationsfilter mit unterschiedlichem Polarisati­ onswinkel aufeinander gelegt, dann sind diese lichtundurch­ lässig. Gleiches funktioniert auch, wenn zwischen den Polari­ sationsfiltern ein Abstand besteht oder wenn eine Polarisati­ onsbrille in Zusammenhang mit einem polarisierendem Bild­ schirm verwendet wird.

In Vergnügungszentren ist es bekannt, zur Darstellung von dreidimensionalen Filmen den Polarisationseffekt auszunützen. Dabei wird das Bild für das linke Auge vertikal polarisiert auf eine Ebene projiziert und das Bild für das rechte Auge horizontal polarisiert auf dieselbe Ebene projiziert. Eine entsprechende Polarisationsbrille sorgt dafür, daß nur das Bild vom jeweiligen Auge gesehen wird, das gesehen werden soll. Hierdurch wird der dreidimensionale Eindruck vermit­ telt, wobei ein Positionsunterschied eines Objektes für das linke bzw. rechte Auge noch zu berücksichtigen ist.

Einen technologischen Hintergrund bezüglich der Flüssigkri­ stallanzeigetechnik vermittelt folgender druckschriftlicher Stand der Technik: DE-Z Funkschau, Okt. 1995, "Neue Display- Technik", Dr. Joachim Glück, Seiten 48 bis 51 und Magazin für Computertechnik (c′t), 1994, Heft 7, "Twist in Farbe und Schwarzweiß", Georg Schnurer, Seiten 122 bis 126.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bildschirm beispielsweise für Computer anzugeben, der unter Anwendung der Licht-Polari­ sationstechnik die Darstellung dreidimensionaler Bilder ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bildschirm der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß mit den in den kennzeich­ nenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 3 angegebenen Merkmalen gelöst.

Danach erfolgt ein räumliches oder zeitliches Unterteilen der zweidimensionalen Anzeigefläche unter Anwendung der Licht- Polarisationstechnik. Der Bildschirm ist in einem Fall zei­ len- und/oder spaltenweise unterteilt in der Form, daß je­ weils zwei benachbarte Bildpunkte eine unterschiedliche Polarisierung aufweisen. Bei LCD-Bildschirmen ist dabei eine negierte Ansteuerung der benachbarten Bildpunkte notwendig. In einem anderen Fall ist der Bildschirm in der Weise aufge­ baut, daß auf der Anzeigefläche zur Anzeige eines zweidimen­ sionalen Bildes eine Flüssigkristallschicht mit um 90 Grad verdrillten Flüssigkristallen angeordnet ist, die nach einem Anlegen einer Spannung für die Dauer des Anlegens der Span­ nung ganz flächig um 90 Grad zurückverdrillte Flüssigkristalle hat. Ein gegebenenfalls an sich vorhandener oberer Polarisa­ tionsfilter, z. B. bei LCD-Bildschirmen, kann in diesem Fall entfallen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 sind die einzelnen Bildpunkte eines polarisierenden Bildschirms nach einem vor­ gegebenen Schema polarisiert und angesteuert. Benötigt wird bei einer entsprechend übrigen bildwerten Ansteuerung des Bildschirmes lediglich noch eine entsprechende Brille, die ein Glas mit einem beispielsweise vertikalen Polarisati­ onsfilter und eines mit einem beispielsweise horizontalen Polarisationsfilter hat. Unter übriger bildwerter Ansteuerung ist eine solche Ansteuerung zu verstehen, daß die durch die Einzelbereiche des Flächenelementes in die eine Richtung polarisierten Bildpunkte der Anzeigefläche ein Bild für das eine Auge und die durch die Einzelbereiche des Flächenelemen­ tes in die andere Richtung polarisierten Bildpunkte der Anzeigefläche ein Bild für das andere Auge entstehen lassen.

Die einzelnen Bildpunkte sind nach einem solchen vorgegebenen Schema polarisiert, daß wenigstens in eine der beiden mögli­ chen Ausdehnungsrichtungen des Anzeigefeldes des Bildschirmes jeweils zwei benachbarte Bildpunkte eine unterschiedliche Polarisierung aufweisen. Z.B. weist ein 1. Bildpunkt eine ho­ rizontale, ein 2. Bildpunkt eine vertikale, ein 3. Bildpunkt wieder eine horizontale usw. Polarisierung auf. Je nachdem, welche der Ausdehnungsrichtungen für die abwechselnde Polari­ sierung maßgebend ist, erfolgt letztlich eine zeilenweise oder eine spaltenweise Polarisierung. Sind beide Ausdehnungs­ richtungen gleichzeitig maßgebend, erfolgt sowohl eine zei­ len- als auch eine spaltenweise Polarisierung. Die zeilen­ weise Polarisierung hat den Vorteil, daß ein Computer den Bildspeicher leicht verwalten kann. Ein Vorteil in der spal­ tenweisen Polarisierung besteht darin, daß die Polarisierung im gleichen Fertigungsprozeß durchführbar ist, in dem das Aufbringen der sogenannten RGB-Streifen bei Farbbildschirmen erfolgt.

Um eine zeilenweise oder punktweise wechselnde Polarisierung zu erhalten, könnten streifenweise polarisierte Filter statt normale Polarizer auf die Gläser geklebt werden, die die Kri­ stallflüssigkeit begrenzen. Denkbar ist auch, eine Polarisa­ tionsschicht beim Anbringen der sogenannten RGB-Streifen mit einzubauen.

Da durch die unterschiedliche Polarisierung benachbarter Bildpunkte die Möglichkeit besteht, daß sich die Flüssigkri­ stalle der benachbarten Bildpunkte bei einer gleichen Hel­ ligkeits-Ansteuerung in den gleichen Winkel drehen und somit der Bildpunkt mit der vertikalen Polarisierung dann hell ist, während der Bildpunkt mit der horizontalen Polarisierung dunkel erscheint, ist jeder zweite Bildpunkt negiert anzu­ steuern. Der Negierungseffekt des Bildschirms hebt sich da­ durch auf.

Wie schon erwähnt, sieht ein Betrachter mittels einer ent­ sprechenden Brille mit dem einen Auge die vertikal polari­ sierten Bildpunkte und mit dem anderen Auge die horizontal polarisierten Bildpunkte. Auf diese Weise ist ein dreidimen­ sionales Sehen möglich. Wird der Bildschirm ohne Brille be­ trachtet, kann bei entsprechender Ansteuerung der Bildpunkte ein zweidimensionales Bild mit doppelter Auflösung angezeigt werden. Somit ist der Bildschirm auch als Standard-Bildschirm einsetzbar.

Eine optische oder eventuell auch prismatische Linse, die für einen Betrachter jeweils benachbarte vertikal und horizontal polarisierte Bildpunkte zu einem Bildpunkt integrieren, ver­ hindert, daß schwarze Zwischenzeilen oder Zwischenspalten gesehen werden.

Der gleiche Effekt wird auch erreicht, wenn die Bildpunkte so nahe beieinander liegend angeordnet sind, daß ein Betrachter zwei benachbarte Bildpunkte als einen sieht. Dies ist der Fall, wenn das Verhältnis der Entfernung des Betrachters zum Abstand zweier benachbarter Bildpunkte des Bildschirms größer ungefähr 600 ist.

Eine weitere Möglichkeit zu verhindern, daß schwarze Zwi­ schenzeilen bzw. -spalten gesehen werden, ist, die abwech­ selnde Polarisierung der Bildpunkte sowohl zeilen- als auch spaltenweise vorzunehmen. Die entspricht letztlich einer schachbrettartigen Polarisierung des Anzeigenfeldes des Bild­ schirmes.

Statt die zwei Polaritäten für das linke und das rechte Auge eines Betrachters räumlich über die Anzeigefläche verteilt zu bewerkstelligen, können diese gemäß dem Lösungsvorschlag nach Anspruch 3 auch dadurch bewerkstelligt werden, daß die Pola­ risierung ganzflächig zeitlich wechselt, bei einer entspre­ chenden übrigen bildwerten Ansteuerung des Bildschirmes. Durch die Trägheit des Auges erscheint das Bild bei ausrei­ chend hoher Wechselrate in voller Auflösung dreidimensional. Diese Lösungsform ermöglicht das dreidimensionale Sehen unter anderem auch im Zusammenhang mit einem bekannten Röhrenbild­ schirmgerät. Unter bildwerter Ansteuerung ist hierzu zu verstehen, daß zeitlich nacheinander ein Bild für das eine und dann für das andere Auge eines Betrachters geliefert wird.

Die wechselnde Polarisierung erfolgt durch einen Polarisie­ rungsfilter, der auf der Anzeigefläche eines Bildschirmes angeordnet ist und elektrisch umschaltbar ist. Der elektrisch umschaltbare Polarisierungsfilter erzeugt dann abwechselnd ganz flächig vertikal und horizontal polarisierte Bilder, wobei die Wechselrate bei größer 50 Hz liegen sollte, um ein Flimmern zu vermeiden. Der elektrisch umschaltbare Polarisie­ rungsfilter ist durch eine Flüssigkristallschicht ohne einem oberen Polarisationsfilter gebildet. Die Flüssigkristalle der Flüssigkristallschicht sind dabei um 90 Grad verdrillt, so daß das Licht eine Drehung der Polarität um 90 Grad erfährt. Bei einer angelegten Spannung richten sich die Flüs­ sigkristalle in Richtung des erzeugten Feldes aus und die Flüssigkristalle werden um 90 Grad zurück gedreht. Die Pola­ rität des Lichtes beträgt damit wieder 0 Grad. Bei alternie­ rendem Spannungspegel wechselt somit die Polarität zwischen 0 und 90 Grad.

Um Umschaltvorgänge für einen Betrachter unsichtbar zu ma­ chen, könnten auf dem umschaltbaren Polarisierungsfilter zu­ sätzlich kreuzweise polarisierende Polarisierungsfilter auf­ gebracht sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Bildschirmes zur An­ zeige dreidimensionaler Bilder mit räumlicher Ver­ teilung von Polarisierungsfiltern gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 mögliche Verteilungsschemen von Polarisierungsfil­ tern eines Bildschirmes nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Bildschirmes zur An­ zeige dreidimensionaler Bilder mit einem zeitlich umschaltbaren Polarisierungsfilter gemäß einer wei­ teren erfindungsgemäßen Realisierung.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Bildschirm handelt es sich um einen polarisierenden Bildschirm, der auch unter der Be­ zeichnung Flüssigkristallbildschirm bekannt ist. Die Grundle­ genden Komponenten sind, von unten nach oben aufgezählt, ein unterer Polarisierungsfilter UPF, eine erste Glasplatte GP1, eine erste Flüssigkristallebene FKE1, eine zweite Glasplatte GP2 und ein oberer Polarisierungsfilter OPF. Der andere Polarisationsfilter OPF stellt allgemein ein Flächenelement dar.

Der untere Polarisierungsfilter UPF kann durch eine Folie ge­ bildet sein. Er weist eine Polarisierung auf, die durch schräg nach hinten laufende parallele Linien angezeigt ist.

Der obere Polarisierungsfilter OPF ist entsprechend den Bild­ punkten BP des Anzeigefeldes des Bildschirms in kleine Felder (Einzelbereiche) unterteilt, die zueinander in Reihen und Spalten angeordnet sind. Er weist für eine Farbdarstellung zusätzlich einen Farbfilter auf, der pro Bildpunkt BP für je­ weils die Farben Rot R, Gelb B und Blau B einen Anteil auf­ weist. Die Felder des oberen Polarisierungsfilters OPF sind entsprechend ihrer Polarisierung mit in unterschiedliche Richtungen weisenden Linien markiert. Felder, die eine entsprechende Polarisierung wie der untere Polarisierungs­ filter UPF haben, sind entsprechend dem unteren Polarisie­ rungsfilter mit schräg nach hinten laufenden Linien markiert. Felder, die eine Gegenteilige Polarisierung haben, sind mit um 90 Grad gedreht verlaufenden Linien markiert. Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 sind die Felder insgesamt in der Weise polarisiert, daß ein spaltenweiser Polarisationswechsel zwischen benachbarten Bildpunkten BP gegeben ist.

Durch den Polarisationswechsel zwischen benachbarten Bild­ punkten BP ist es notwendig, daß die Ansteuerung der benach­ barten Bildpunkte BP zueinander jeweils negiert erfolgt. Dies ist in der Fig. 1 durch zwei verschiedene Symbole in der er­ sten Flüssigkristallebene FKE1 angedeutet.

Fig. 2 zeigt in dem mit b) gekennzeichneten Schema nochmals die spaltenweise Polarisierung der einzelnen Bildpunkte BP des oberen Polarisierungsfilters OPF. Neben diesem Schema der Polarisierung der einzelnen Bildpunkte BP des oberen Polari­ sationsfilters OPF sind auch die mit a) und c) gekennzeichne­ ten Schemen möglich. Das Schema a) zeigt dabei eine zeilen­ weise und c) eine zeilen- und spaltenweise Polarisierung der Bildpunkte BP des oberen Polarisierungsfilters.

In der Fig. 3 ist im unteren Teil ein Flüssigkristallbild­ schirm dargestellt, dessen Aufbau in der Fig. 1 bereits er­ läutert ist. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß der obere Polarisationsfilter OPF insgesamt gleichgerichtet pola­ risiert ist, wobei die Polarisationsrichtung gegenüber dem unteren Polarisationsfilter UPF um 90 Grad gedreht ist. Die­ ser Bildschirm könnte auch durch einen Röhrenbildschirm ge­ bildet sein.

Auf dem in der Fig. 3 dargestellten Flüssigkristallbild­ schirm ist ein zeitlich ganz flächig umschaltbarer Polarisati­ onsfilter aufgebracht. Dieser besteht aus einer dritten Glas­ platte GP3, einer zweiten Flüssigkristallebene FKE2 und einer vierten Glasplatte GP4. Auf der vierten Glasplatte ist kein oberer Polarisationsfilter angebracht, wie beispielsweise beim unteren Teil der Fig. 3, der quasi einen Basisbild­ schirm darstellt.

Die Flüssigkristalle in der zweiten Flüssigkristallebene FKE2 sind gegenüber den Flüssigkristallen der ersten Flüssigkri­ stallebene FKE1 um 90 Grad verdrillt ausgerichtet. Durch An­ legen einer Spannung an die zweite Flüssigkristallebene FKE2 können die Flüssigkristalle in dieser Ebene, die sich an dem dadurch global entstehenden Feld ausrichten, um 90 Grad zu­ rück verdreht werden. Damit läßt sich die Polarisierung in der zweiten Flüssigkristallebene FKE2 zwischen 0 und 90 Grad umschalten.

Optional kann auf der vierten Glasplatte GP4 ein kreuzweise polarisierender Filter KPF aufgebracht sein, durch den Um­ schaltvorgänge in der zweiten Flüssigkristallebene FKE2 un­ sichtbar gemacht werden.

Claims (7)

1. Bildschirm zur Anzeige dreidimensionaler Bilder auf einer zeilen- und spaltenweise in Bildpunkte unterteilten zweidi­ mensionalen Anzeigefläche unter Anwendung der Licht-Polarisa­ tionstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweidimensionalen Anzeigefläche ein die Anzeigefläche über­ spannendes Flächenelement (OPF) angeordnet ist mit pro Bild­ punkt (BP) der Anzeigefläche in einer von zwei eingestellten Richtungen lichtpolarisierenden Einzelbereichen, die über das Flächenelement (OPF) verteilt in der Weise angeordnet sind, daß von einer unterschiedlichen Lichtpolarisierung zeilen- und/oder spaltenweise jeweils zwei benachbarte Bildpunkte (BP) der Anzeigefläche betroffen sind.

2. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei auf der Flüssigkristall- bzw. Fluoreszenztech­ nik basierenden Anzeigeflächen die elektronische Ansteuerung der Bildpunkte (BP) der Anzeigefläche in der Weise durchge­ führt ist, daß entsprechend der Verteilung der unterschied­ lich lichtpolarisierenden Einzelbereiche des Flächenelementes (OPF) zeilen- und/oder spaltenweise jeweils zwei benachbarte Bildpunkte (BP) zueinander negiert angesteuert sind.

3. Bildschirm zur Anzeige dreidimensionaler Bilder auf einer zeilen- und spaltenweise in Bildpunkte unterteilten zweidi­ mensionalen Anzeigefläche unter Anwendung der Licht-Polarisa­ tionstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweidimensionalen Anzeigefläche ein auf der Flüssigkristall­ technik basierendes Flächenelement (GP3, FKE2, GP4) angeord­ net ist, dessen Flüssigkristallschicht um 90 Grad verdrillte Flüssigkristalle aufweist, die nach einem Anlegen einer al­ ternierend vorhandenen und nicht vorhandenen Ansteuerspannung für die Dauer des Anlegens der Ansteuerspannung ganz flächig um 90 Grad zurückverdrillte Flüssigkristalle aufweist.

4. Bildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einem oberen Polarisationsfilter (OPF) aufweisenden Anzeigenflächen der obere Polarisationsfilter (OPF) weggelassen ist.

5. Bildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß oberhalb des Flächenelementes (GP3, FKE2, GP4) ein über die Bildpunkte (BP) der Anzeigefläche verteilt kreuzwei­ se lichtpolarisierender Polarisationsfilter (KPF) angeordnet ist.

6. Bildschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische bzw. prismatische Linse vorgesehen ist, die für die Augen eines Betrachters zwei einander benachbarte Bildpunkte (BP) zu einem Bildpunkt (BP) integriert.

7. Bildschirm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier einander be­ nachbarter Bildpunkte (BP) im Verhältnis zur Entfernung eines Betrachters zur Anzeigefläche so klein gewählt ist, daß diese für die Augen des Betrachters zu einem Bildpunkt (BP) inte­ griert sind.