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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine optische Anordnung, wie sie beispielsweise
bei einem Display verwendet werden kann, das in einem zweidimensionalen
(2D) und einem autostereoskopischen, dreidimensionalen (3D) Modus
arbeiten kann. Die Erfindung betrifft auch Displays mit derartigen
optischen Anordnungen.
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HINTERGRUNDBILDENDE TECHNIK
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GB 2 317 295 und
EP 0 829 744 offenbaren ein
Display, das in 2D- und 3D-Modi betrieben werden kann. Die
1 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht die Grundstruktur eines Beispiels eines
derartigen Displays in den Modi 2D und 3D. Im 3D-Modus verfügt das Display über eine
kompakte, ausgedehnte Hintergrundbeleuchtung
1, die hinter einem
Raumlichtmodulator (RLM) angeordnet ist, der als Flüssigkristallbauteil
(LED)
2 realisiert ist. Das LCD
2 verfügt über einen
hinteren Polarisator und einen vorderen Polarisator
4.
Im 3D-Modus ist das Display vom Typ mit vorderer Parallaxebarriere,
wobei die Parallaxebarriere durch eine strukturierte, auf einem
Träger
6 ausgebildete
Verzögerungseinrichtung
5 und
einen Polarisator
7 gebildet ist.
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Im
ebenfalls in der 1 veranschaulichten 2D-Modus
ist der Polarisator 7 entfernt, so dass die Parallaxebarriere
tatsächlich
deaktiviert ist.
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Die 2 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht den Betrieb im 3D-Modus. Die Verzögerungseinrichtung 5 verfügt über Bereiche,
wie 8, die die Polarisationsrichtung des durch sie hindurch
laufenden Lichts um 90° drehen,
und Bereiche, wie 9, die die Polarisation des durch sie
hindurch tretenden Lichts nicht ändern.
Die Bereiche 8 entsprechend den Schlitzen der Parallaxebarriere,
wohingegen die Bereiche 9 den undurchsichtigen Barriereabschnitten zwischen
den Schlitzen entsprechen.
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In
der 2 sind die Polarisationsrichtungen in der Zeichnungsebene
durch Doppelkopfpfeile dargestellt, wohingegen Polarisationsrichtungen
orthogonal zur Zeichnungsebene durch ausgefüllte Kreise repräsentiert
sind. Unpolarisiertes Licht von der Hintergrundbeleuchtung 1 fällt auf
den Eingangspolarisator 3, der die Polarisationskomponente
orthogonal zur Zeichnungsebene im Wesentlichen sperrt und eine Transmissionsachse 10 aufweist,
die die Polarisationskomponenten in der Zeichnungsebene durchlässt. Das
LCD 2 ist von einem Typ, der so gesteuert wird, dass die
Polarisationsrichtung über
die Anordnung variiert, wobei eine Drehung von 90° maximaler Helligkeit
entspricht. Die Transmissionsachse 11 des Ausgangspolarisators 4 verläuft orthogonal
zur Transmissionsachse 10 des Eingangspolarisators 3, so
dass der Ausgangspolarisator 4 nur Licht durchlässt, das
orthogonal zur Zeichnungsebene polarisiert ist.
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Licht
vom Ausgangspolarisator 4, das durch die Bereiche 9 läuft, erfährt keine Änderung
der Polarisation. Der Polarisator 7 verfügt über eine
Transmissionsachse 12 orthogonal zur Transmissionsachse 11 des
Polarisators 4, so dass durch die Bereiche 9 laufendes
Licht im Wesentlichen ausgeblendet wird und diese Bereiche 9 dunkel
oder undurchsichtig erscheinen. Durch die Bereiche 8 laufendes
Licht erfährt
eine Drehung seiner Polarisationsrichtung um 90°, um parallel zur Transmissionsachse 12 des
Polarisators 7 zu verlaufen. Der Polarisator 7 lässt so dieses
Licht durch, so dass die Kombination aus der strukturierten Verzögerungseinrichtung 5 und
dem Polarisator 7 als Parallaxebarriere wirkt. Im 2D-Modus
des Displays wird der Polarisator 7 so verstellt oder herausgenommen,
dass er sich außerhalb
des Lichtpfads vom Display zu einem Betrachter befindet. So ist
die Barrierestruktur nicht mehr erkennbar und Licht sowohl von den
Bereichen 8 als auch den Bereichen 9 wird zu einem
Betrachter durchgelassen.
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Die 3 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht das Aussehen der Parallaxebarriere im 3D-Modus
bei 15, und sie veranschaulicht auch die Pixelstruktur
des Displays. Das LCD 2 verfügt über Bildelemente (Pixel) für Rot (R),
Grün (G)
und Blau (B), die als Zeilen und Spalten angeordnet sind. Bilder
zur Betrachtung durch das linke und das rechte Auge eines Betrachters
sind als verschachtelte Spalten (LR) von Pixeln angeordnet, und
sie wirken mit den Schlitzbereichen 8 der Verzögerungseinrichtung 5 zusammen,
um Betrachtungsfenster 16 in einer Ebene zu bilden, die
um einen bevorzugten Betrachtungsabstand von der Vorderseite des
Displays entfernt ist. Idealerweise sollte das Lichttransmissionsprofil
für jedes
Fenster eine "Nach
oben ausgerichteter Hut"-Funktion
mit konstanter Lichtintensität
innerhalb des Fensters und der Lichtintensität 0 außerhalb desselben sein. Jedoch
existiert, wie es unter 18 in der 3 dargestellt
ist, über
jedes Fenster hinweg eine gewisse Intensitätsvariation sowie eine von
0 abweichende Intensität
außerhalb
jedes Fensters, was zu Übersprechen
zwischen dem linken und dem rechten Bild führt.
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Im
2D-Betriebsmodus, wie er in der 4 dargestellt
ist, wird Licht von den "schwarzen" Bereichen der Verzögerungseinrichtung 5 vertikal
polarisiert, wohingegen dasjenige von den "Schlitz"bereichen 8 horizontal polarisiert
wird. Dies führt
zu verschiedenen Intensitätsverteilungen
in der Betrachtungsebene auf Grund der zwei Polarisationen, die sich
zueinander aufsummieren, da sie orthogonal sind und nicht interferieren.
Wenn die strukturierte Verzögerungseinrichtung 5 als
strukturierte Halbwellenplatte realisiert ist, wobei die optische
Achse jedes Schlitzbereichs 8 anders als die optische Achse
jedes schwarzen Bereichs 9 orientiert ist, erfährt durch die
schwarzen Bereiche 9 laufendes Licht auf Grund der langsamen
Achse der Verzögerungseinrichtung nur
einen einzelnen Brechungsindex, wohingegen durch die Bereiche 8 laufendes
Licht sowohl die schnelle als auch die langsame Achse der Verzögerungseinrichtung
erfährt
und so einen anderen optischen Pfad zurücklegt. Wenn ein Polarisator
in diesem Pfad platziert wird, werden die Polarisationen gleich
gemacht, und die Lichtpfade können
interferieren. Jedoch existiert im Allgemeinen zwischen den Pfaden
eine Relativphasenverschiebung, und so wird durch Addieren der Amplituden
(statt der Intensitäten)
die Variation nicht aufgehoben. Dies führt zu einer Helligkeitsvariation
im 2D-Modus über
das Display hinweg, was unerwünscht
ist.
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Die
5 der
beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht den 2D-Modus eines 2D/3D-Displays des
Typs, wie er in
GB 2 236 728 und
EP 0 887 666 offenbart ist.
Das Display der
5 unterscheidet sich von dem
in der
2 dargestellten dahingehend, dass der Polarisator
7,
anstatt dass er für
den 2D-Modus entfernt
würde,
so angeordnet ist, dass seine Transmissionsachse
12 unter –45° zur Transmissionsachse
11 des
Polarisators
4 verläuft.
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Der
untere Teil der 5 veranschaulicht den Effekt
des Displays auf die Lichtwellenfront im 2D-Modus. Die langsame
Achse der Bereiche 9 ist mit der Polarisationsrichtung
des Lichts vom Polarisator 4 ausgerichtet, so dass, wie es
unter 20 dargestellt ist, Licht von den Bereichen 9 eine
gleichmäßige Wellenfront
zeigt. Die Polarisationsrichtung des durch die Bereiche 8 laufenden
Lichts wird um 90° gedreht
und erfährt
sowohl die schnelle als auch die langsame Achse der Bereiche 8.
Dies ist bei 21 veranschaulicht.
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Der
Polarisator 7 ist so orientiert, dass er Licht von den
Bereichen 8 und 9 durchlässt. Insbesondere lässt der
Polarisator 7 einen Teil des Lichts von den Bereichen 9 durch,
das nur die langsame Achse der Verzögerungseinrichtung 5 erfahren
hat. Jedoch lässt
der Polarisator 7 Licht von den Bereichen 8 durch,
das sowohl die schnelle als auch die langsame Achse erfahren hat.
Daher lässt
der Polarisator 7 eine ungleichmäßige Wellenfront durch, wie es
unter 22 dargestellt ist, und dies führt, wie oben beschrieben,
zu einer ungleichmäßigen Fensterausleuchtung
im 2D-Modus.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen:
eine optische Anordnung mit einem Eingangspolarisator zum Durchlassen
von Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung, einem Polarisationsmodifizierelement
zum Empfangen von Licht der ersten Polarisationsrichtung vom Eingangspolarisator,
und einem Ausgangspolarisator zum Analysieren von Licht vom Polarisationsmodifizierelement,
wobei das Polarisationsmodifizierelement über zumindest eine erste und
eine zweite Gruppe von Bereichen verfügt, wobei der oder jeder Bereich
der ersten Gruppe die Polarisation des Lichts vom Eingangspolarisator
auf eine von der ersten Polarisationsrichtung verschiedene zweite
Polarisationsrichtung ändert,
und der oder jeder Bereich der zweiten Gruppe Licht einer dritten
Polarisationsrichtung verschieden von der zweiten Polarisationsrichtung
liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangspolarisator mit
dem Polarisationsmodifizierelement auf solche Weise zusammenwirkt,
dass jeder erste Lichtpfad durch den oder jeden Bereich der ersten
Gruppe und den Ausgangspolarisator im Wesentlichen dieselbe Abschwächung und
Phasenänderung
für Licht
vom Eingangspolarisator zeigt, wie dies auch für jeden zweiten Lichtpfad durch den
oder jeden Bereich der zweiten Gruppe und den Ausgangspolarisator
gilt.
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Die
Bereiche der ersten und der zweiten Gruppe können verschachtelt sein und über erste bzw.
zweite parallele Streifen verfügen.
Die ersten Streifen kön nen
eine erste Breite aufweisen, und die zweiten Streifen können eine
zweite Breite aufweisen, die größer als
die erste Breite ist.
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Die
zweite und die dritte Polarisationsrichtung können im Wesentlichen orthogonal
zueinander verlaufen.
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Die
dritte Polarisationsrichtung kann dieselbe wie die erste Polarisationsrichtung
sein.
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Die
Anordnung kann über
einen alternativen Betriebsmodus verfügen, in dem der Ausgangspolarisator
so angeordnet ist, dass er Licht von den Bereichen der ersten oder
der zweiten Gruppe durchlässt und
Licht von den Bereichen der anderen Gruppe betreffend die erste
und die zweite Gruppe schwächt. Die
eine Gruppe betreffend die erste und die zweite Gruppe kann die
erste Gruppe sein. Der Ausgangspolarisator kann so angeordnet sein,
dass er im Alternativmodus Licht von der anderen Gruppe betreffend die
erste und die zweite Gruppe sperrt.
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Das
Polarisationsmodifizierelement kann über eine strukturierte Verzögerungseinrichtung
verfügen,
und der Ausgangspolarisator kann so ausgebildet sein, dass er dieselben
Anteile der der langsamen und der schnellen Achse entsprechenden
Komponenten des Lichts von der ersten und der zweiten Gruppe von
Bereichen durchlässt.
Der Ausgangspolarisator kann so ausgebildet sein, dass er nur die
der langsamen Achse entsprechende Lichtkomponente von der ersten
und der zweiten Gruppe von Bereichen durchlässt. Die Verzögerungseinrichtung
kann ein fotopolymerisiertes Polymer enthalten. Die Verzögerungseinrichtung
kann bei der Frequenz sichtbaren Lichts für eine Verzögerung einer halben Welle sorgen.
Die langsame Achse des oder jedes Bereichs der ersten Gruppe kann
unter 45° zur
ersten Polarisationsrichtung orientiert sein, und die langsame Achse
des oder jedes Bereichs der zweiten Gruppe kann parallel zur ersten
Polarisationsrichtung angeordnet sein. Der Ausgangspolarisator kann
Licht mit einer Polarisationsrichtung durchlassen, die unter 45° zur ersten
Polarisationsrichtung ausgerichtet ist. Der Ausgangspolarisator
kann für
den Alternativmodus so umorientierbar sein, dass er Licht mit einer Polarisationsrichtung
im Wesentlichen orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung durchlässt.
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Die
langsame Achse des oder jedes Bereichs der ersten Gruppe kann unter
22,5° zur
ersten Polarisationsrichtung orientiert sein, und die langsame Achse
des oder jedes Bereichs der zweiten Gruppe kann unter –22,5° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert sein.
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Die
langsame Achse des oder jedes Bereichs der ersten Gruppe kann parallel
zur ersten Polarisationsrichtung verlaufen, und die langsame Achse
des oder jedes Bereichs der zweiten Gruppe kann unter 45° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert sein.
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Die
Anordnung kann über
ein weiteres Polarisationsmodifizierelement zwischen dem Eingangs- und
dem Ausgangspolarisator verfügen.
Das weitere Element kann eine weitere Verzögerungseinrichtung sein. Die
weitere Verzögerungseinrichtung
kann bei der Frequenz sichtbaren Lichts für eine Verzögerung um eine halbe Welle
sorgen. Die weitere Verzögerungseinrichtung
kann eine Flüssigkristallanordnung sein.
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Die
weitere Verzögerungseinrichtung
kann über
eine langsame Achse verfügen,
die unter 22,5° zur
ersten Polarisationsrichtung orientiert ist. Der Ausgangspolarisator
kann Licht mit einer Polarisationsrichtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung durchlassen.
Die weitere Verzögerungseinrichtung und
die Ausgangspolarisator können
für den
Alternativmodus als Einheit um 180° um eine Achse parallel zur
langsamen Achse des oder jedes Bereichs der ersten Gruppe drehbar
sein.
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Die
weitere Verzögerungseinrichtung
kann mindestens einen Bereich aufweisen, dessen langsame Achse zwischen
einer ersten Orientierung im Wesentlichen parallel zum ersten und
zweiten Lichtpfad und einer zweiten Orientierung im Wesentlichen orthogonal
zur ersten Orientierung umschaltbar ist. Die weitere Verzögerungseinrichtung
kann eine Freedericksz-Zelle sein.
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Die
erste Orientierung kann für
den Alternativmodus gelten, die zweite Orientierung kann unter 22,5° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert sein und der Ausgangspolarisator
kann Licht mit einer Polarisationsrichtung orthogonal zur ersten
Polarisationsrichtung durchlassen.
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Die
zweite Orientierung kann für
den Alternativmodus gelten, und sie kann unter 67,5° zur ersten Polarisationsrichtung
orientiert sein, und der Ausgangspolarisator kann Licht mit einer
Polarisationsrichtung orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung durchlassen.
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Die
zweite Orientierung kann für
den Alternativmodus gelten, und sie kann unter 22,5° zur ersten Polarisationsrichtung
orientiert sein, und der Ausgangspolarisator kann Licht mit einer
Polarisationsrichtung durchlassen, das unter 45° zur ersten Polarisationsrichtung
orientiert ist.
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Die
weitere Verzögerungseinrichtung
kann über
mindestens einen Bereich verfügen,
dessen langsame Achse zwischen einer dritten und einer vierten Orientierung
im Wesentlichen orthogonal zum ersten und zweiten Lichtpfad umschaltbar
ist. Die dritte Orientierung kann orthogonal zur ersten Polarisationsrichtung
verlaufen, und die vierte Orientierung kann für den Alternativmodus gelten,
und sie kann unter 67,5° zur
ersten Polarisationsrichtung orientiert sein.
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Das
weitere Element kann eine Polarisationsrotationseinrichtung aufweisen.
Die Rotationseinrichtung kann mindestens einen Bereich aufweisen, der
für eine
Polarisationsrotation von 45° sorgt.
Die Rotationseinrichtung kann eine verdrillt-nematische Flüssigkristallanordnung
aufweisen.
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Die
Flüssigkristallvorrichtung
kann, an einer Flüssigkristallfläche näher am Eingangspolarisator eine
Orientierungsrichtung parallel zur ersten Polarisationsrichtung
aufweisen, und an einer Flüssigkristallfläche näher am Ausgangspolarisator
kann sie eine Orientierungsrichtung aufweisen, die unter 45° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert ist.
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Die
Flüssigkristallanordnung
kann an einer Flüssigkristallfläche näher am Eingangspolarisator eine
Orientierungsrichtung aufweisen, die unter 22,5° zur ersten Polarisationsrichtung
orientiert ist, und sie kann an einer Flüssigkristallfläche näher am Ausgangspolarisator
eine Orientierungsrichtung aufweisen, die unter 112,5° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert ist.
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Die
Flüssigkristallanordnung
kann an einer Flüssigkristallfläche näher am Eingangspolarisator eine
Orientierungsrichtung aufweisen, die unter 12,5° zur ersten Polarisationsrichtung
orientiert ist, und sie kann an einer Flüssigkristallfläche näher am Ausgangspolarisator
eine Orientierungsrichtung aufweisen, die unter 102,5° zur ersten
Polarisationsrichtung orientiert ist.
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Die
Polarisationsrotationseinrichtung kann für den Alternativmodus deaktivierbar
sein.
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Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Display mit einer
Anordnung gemäß der ersten
Erscheinungsform der Erfindung geschaffen.
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Das
Display kann einen Raumlichtmodulator, wie einen Flüssigkristall-Raumlichtmodulator
aufweisen.
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Das
Display kann einen Autostereoskopiemodus aufweisen. Die Anordnung
kann, wenn sie im Alternativmodus arbeitet, eine vordere oder eine hintere
Parallaxebarriere bilden.
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In
der gesamten vorliegenden Beschreibung gelten positive Winkelwerte
entweder in der Uhrzeiger- oder der Gegenuhrzeigerrichtung, wobei
sich negative Werte dann auf Winkel in der Gegenrichtung beziehen.
Auch werden alle Winkel von Polarisationsrichtungen und von langsamen
Achsen von Verzögerungseinrichtungen "Modulo 180°" ausgedrückt. So
entspricht jeder Winkel ⎕ jedem Winkel (⎕ + n·180°), wobei
n eine beliebige ganze Zahl ist. Jedoch kann, bei bestimmten Anordnungen,
auf Grund der Art ihres Aufbaus, ein Wert ⎕ wegen verbessertem
Funktionsvermögen
gegenüber
dem Wert (⎕ + 180°)
bevorzugt sein.
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So
ist es möglich,
eine optische Anordnung zu schaffen, die zur Verwendung in Displays
geeignet ist. Wenn eine derartige Anordnung beispielsweise in einem
autostereoskopischen 3D-Display, das auch über einen 2D-Betriebsmodus
verfügt,
verwendet wird, führt
sie zu einer wesentlichen Verringerung oder einer Unterdrückung von
Schwankungen der Lichtintensität über das
Display im 2D-Modus.
Wenn beispielsweise die Anordnung im 3D-Modus als Parallaxebarriere
arbeitet, werden im 2D-Modus Streifen schwacher Intensität (entsprechend
der Barriere oder den Schlitzbereichen im 3D-Modus) im Wesentlichen
unterdrückt,
so dass, im Vergleich mit bekannten Displaytypen, dieser visuelle
Störeffekt
bis zu dem Punkt entfernt oder verringert werden kann, an dem keine
Erkennbarkeit für
einen Beobachter vorliegt.
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Verschiedene
Ausführungsformen
erlauben Änderungen
des Betriebsmodus durch Verdrehen der Anordnung oder durch vollständige elektronische Maßnahmen.
Es muss kein Teil des Displays entfernt werden, so dass es nicht
erforderlich ist, irgendeine Lageranordnung oder eine komplizierte
Ausrichtungsanordnung für
bewegliche Teile vorzusehen. Bei drehbaren Teilen kann eine Ausrichtung
mit dem Display sehr leicht bewerkstelligt werden. Es sind keine
Elektroden muster feiner Auflösung
für schaltbare Flüssigkristallelemente
erforderlich. In ähnlicher
Weise ist keine Subpixelausrichtung von Flüssigkristallelementen für einen
Raumlichtmodulator erforderlich.
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Die
Achromasie heller und dunkler Zustände kann verbessert werden.
Dies führt
zu verringertem Übersprechen
im 3D-Betriebsmodus.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun, beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
weiter beschrieben.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht eines bekannten Displaytyps in
einem 3D- und einem 2D-Betriebsmodus;
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2 ist
ein Schnittdiagramm des Displays der 1 zum Veranschaulichen
des 3D-Betriebsmodus;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht des Displays der 1 im
3D-Modus;
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4 zeigt
Schnittansichten des Displays der 1 im 2D-Modus,
um Helligkeitsvariationen zu veranschaulichen;
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5 ist
eine schematische Darstellung eines anderen bekannten Displaytyps
zum Veranschaulichen des Mechanismus, gemäß dem über das Display in einem 2D-Modus Helligkeitsvariationen
auftreten;
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6 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer optischen Anordnung, die
als Teil eines Displays ausgebildet ist, das eine erste Ausführungsform
der Erfindung bildet;
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7 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine zweite Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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8 ist
eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen verschiedener
körperlicher Anordnungen
des Displays der 7;
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9 ist
eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen verschiedener
körperlicher Anordnungen
des Displays der 7;
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10 ist
eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen verschiedener
körperlicher Anordnungen
des Displays der 7;
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11 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine dritte Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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12 veranschaulicht
schematisch einen 2D-Modus des Displays der 11;
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13 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine vierte Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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14 ist
ein Schnittdiagramm zum Veranschaulichen verschiedener körperlicher
Anordnungen des Displays der 11 und 12;
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15 ist
ein Schnittdiagramm zum Veranschaulichen verschiedener körperlicher
Anordnungen des Displays der 11 und 12;
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16 ist
ein Schnittdiagramm zum Veranschaulichen verschiedener körperlicher
Anordnungen des Displays der 11 und 12;
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17 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine fünfte Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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18 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine sechste Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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19 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer optischen Anordnung und
eines Displays, die eine siebte Ausführungsform der Erfindung bilden;
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20 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer optischen Anordnung und
eines Displays, die eine achte Ausführungsform der Erfindung bilden;
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21 ist
ein Kurvenbild zum Veranschaulichen von Kombinationen von Eingangspolarisationen,
Verdrillungswinkeln und Verzögerungen
zum Erzeugen einer Polarisationsrotation von 45°;
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22 ist
ein Diagramm zum Veranschaulichen einer optischen Anordnung und
eines Displays, die eine neunte Ausführungsform der Erfindung bilden;
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23 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine zehnte Ausführungsform
der Erfindung bilden;
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24 enthält Schnittansichten
der körperlichen
Anordnungen einer optischen Anordnung und eines Displays, die eine
elfte Ausführungsform
der Anordnung bilden;
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25 veranschaulicht
schematisch eine optische Anordnung und ein Display, die eine zwölfte Ausführungsform
der Erfindung bilden; und
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26 veranschaulicht
Elektrodenmuster für
ein Schalt-LCD und ein Beispiel des Aussehens eines Displays mit
einem derartigen LCD.
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Gleiche
Bezugszahlen kennzeichnen in allen Zeichnungen gleiche Teile.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Nachfolgend
wird die Erfindung mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Die 6 veranschaulicht
eine eine Ausführungsform
der Erfindung bildende optische Anordnung, die einen Teil eines
autostereoskopischen Displays bildet, das ebenfalls eine Ausführungsform
der Erfindung bildet und über
einen autostereoskopischen 3D-Betriebsmodus und einen 2D-Betriebsmodus
verfügt.
Der 2D-Betriebsmodus ist in der 6 veranschaulicht,
und in diesem Modus unterscheiden sich die Anordnung und das Display
der 6 von denen der 5 dahingehend,
dass die Transmissionsachse 12 des Ausgangspolarisators 7 unter
45° zur
Transmissionsachse 11 des Polarisators 4 orientiert
ist, wobei der Letztere über
einen Ausgangspolarisator eines Flüssigkristalldisplays (LCD) 2,
das einen Raumlichtmodulator bildet, verfügt.
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Da
Flüssigkristallvorrichtungen
typischerweise so angeordnet werden, dass die Transmissionsachse 11 ihrer
Ausgangspolarisatoren unter –45° zur Bildvertikale
des durch derartige Vorrichtungen angezeigten Bilds verläuft, ist
dies die Orientierung, die in der 6 und den
anderen Zeichnungen dargestellt ist. Demgemäß werden alle Winkel auf die
Vertikale in den Zeichnungen bezogen, und demgemäß ist die Transmissionsrichtung 11 des
Polarisators 4 dahingehend gekennzeichnet, dass sie unter –45° orientiert
ist. So sind die langsamen Achsen der Bereiche 8 unter
0° orientiert,
wohingegen die langsamen Achsen der Bereiche 9 unter –45° orientiert
sind. Die Transmissionsachse 12 des Ausgangspolarisators 7 ist
unter 0° orientiert.
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Wie
es im unteren Teil der 6 dargestellt ist, und wie es
bereits unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben
wurde, erfährt
in der Richtung der Transmissionsachse 11 des Polarisators 4 polarisiertes
Licht nur die langsame Achse der Bereiche 9, und so weist
es eine gleichmäßige Wellenfront
auf, wie es unter 20 dargestellt ist. Die Bereiche 8 durchlaufendes
Licht erfährt
sowohl die schnelle als auch die langsame Achse der Bereiche 8,
wie es unter 21 dargestellt ist. Licht "f",
das die schnelle Achse erfahren hat, verfügt über eine Wellenfront, die vor
Licht "s" verläuft, das
die langsame Achse der strukturierten Verzögerungseinrichtung 5 erfahren
hat. Jedoch ist die Transmissionsachse 12 des Ausgangspolarisators 7 im
2D-Betriebsmodus so orientiert, dass nur Licht aus den Bereichen 8 und 9 durchgelassen
wird, das die langsame Achse erfahren hat; Licht, das die schnelle
Achse erfahren hat, wird durch den Ausgangspolarisator 7 wirkungsvoll
gelöscht.
So verfügt, wie
es unter 24 dargestellt ist, Licht aus dem gesamten Gebiet
des Displays über
eine im Wesentlichen gleichmäßige Wellenfront,
so dass Intensitätsvariationen über das
Display hinweg, die sich aus der Strukturierung der Verzögerungseinrichtung 5 ergeben,
im Wesentlichen beseitigt oder im Pegel bis an den Punkt abgesenkt
werden, an dem unerwünschte visuelle
Störeffekte
durch einen Betrachter des Displays im Wesentlichen nicht wahrnehmbar
sind.
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Bei
der in der 6 veranschaulichten Ausführungsform
erfährt
durch die Bereiche 9 laufendes Licht nur die langsame Achse.
Jedoch kann bei anderen Ausführungsformen,
bei denen durch jeden der Bereiche 8 und 9 laufendes
Licht die schnelle und die langsame Achse erfährt, der Ausgangspolarisator 7 so
angeordnet werden, dass er gleiche Anteile der der schnellen und
der langsamen Achse entsprechenden Komponenten von jedem der Bereiche 8 und 9 durchlässt, so
dass das Ausgangslicht eine gleichmäßige Wellenfront zeigt. In ähnlicher
Weise sind die Orientierungen dergestalt, dass Licht von den Bereichen 8 und 9 denselben
Schwächungsgrad erfährt. Demgemäß zeigt
jeder Lichtpfad durch die Anordnung dieselbe Schwächung und
Phasenfunktion für
beide Bereiche 8 und 9.
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Um
das in der 6 dargestellte Display im autostereoskopischen
3D-Modus zu betreiben, ist ein Ausgangspolarisator mit einer unter
45° orientierten Transmissionsachse,
d. h. orthogonal zur Transmissionsachse 11 des LCD-Ausgangspolarisators 4,
erforderlich. Wenn Licht von den Bereichen 9 durch einen
derartigen Polarisator gesehen wird, ist es im Wesentlichen gelöscht, so
dass diese Bereiche undurchsichtig erscheinen, wohingegen Licht
durch die Bereiche 8 durchgelassen wird, die demgemäß auf effektive
Weise Schlitze einer Parallaxebarriere bilden. Um zwischen dem 3D-
und dem 2D-Betriebsmodus zu wechseln, können austauschbare Polarisatoren 7 vorhanden
sein, oder der Polarisator 7 kann drehbar angeordnet sein.
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Die 7 veranschaulicht
eine optische Anordnung und ein autostereoskopisches 3D/2D-Display,
die eine andere Ausführungsform
der Erfindung bilden. Die in der 7 dargestellte
Anordnung unterscheidet sich von der in der 6 dargestellten dahingehend,
dass zwischen der strukturierten Verzögerungseinrichtung 5 und
dem Ausgangspolarisator 7 eine weitere Halbwellen-Verzögerungseinrichtung 25 angeordnet
ist und die Transmissionsachse 12 des Ausgangspolarisators 7 für den 2D-Betriebsmodus
unter –45° orientiert
wird. Die Verzögerungseinrichtung 25 ist
eine solche mit einer gleichmäßigen Lage,
deren langsame Achse unter –22,5° orientiert
ist.
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Die
Polarisationsrichtungen des durch die Bereiche 8 und 9 laufenden
Lichts sind unter 26 bzw. 27 dargestellt. Nachdem
das Licht der Bereiche 8 und 9 durch die Verzögerungseinrichtung 25 gelaufen
ist, sind die Polarisationen desselben so gedreht, wie es unter 28 bzw. 29 dargestellt
ist. Wie bei der vorigen Ausführungsform
lässt der
Polarisator 7 nur Licht durch, das durch die langsame Achse
beeinflusst wurde, so dass Ausgangslicht 30 und 31 aus den
Schlitzbereichen 8 bzw. den Barrierebereichen 9 in
der Phase, der Amplitude und der Polarisation aneinander angepasst
ist.
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Im
3D-Betriebsmodus ist die Verzögerungseinrichtung 25 überflüssig, und
die Transmissionsachse 12 des Ausgangspolarisators 7 muss
unter 45° verlaufen.
Dies kann zweckdienlicherweise dadurch bewerkstelligt werden, dass
die Verzögerungseinrichtung
und der Polarisator 7 als einstückiges Element 32 ausgebildet
werden, wie es in der 8 dargestellt ist. Der Parallaxebarriere 7 und
die Verzögerungseinrichtung 25 werden
auf entgegengesetzten Seiten eines nicht doppelbrechenden Trägers 33 hergestellt,
wohingegen die strukturierte Verzögerungseinrichtung 5 auf
einer Seite eines nicht doppelbrechenden Trägers 34 hergestellt
wird. Die 2D-Konfiguration ist rechts in der 8 veranschaulicht,
wohingegen die 3D-Konfiguration links veranschaulicht ist. Im 3D-Modus
ist der Polarisator 7 zwischen der strukturierten Verzögerungseinrichtung 5 und
der gleichmäßigen Verzögerungseinrichtung 25 angeordnet, so
dass die gleichmäßige Verzögerungseinrichtung 25 im
Wesentlichen keinen Effekt ausübt
und für
einen Betrachter im Wesentlichen unsichtbar ist. Ein Umschalten
zwischen den Modi kann dadurch bewerkstelligt werden, dass der den
Polarisator 7 und die Verzögerungseinrichtung 25 tragende
Träger 33 um
180° um
eine vertikale Achse gedreht wird, wie es durch den Pfeil 35 veranschaulicht
ist. Daher ist es nicht erforderlich, einen zusätzlichen Aufnahmeraum anzubringen,
da das gesamte Display immer "in
Gebrauch" ist.
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Die 9 veranschaulicht
eine Anordnung, die sich von der in der 8 dargestellten
dadurch unterscheidet, dass der Ausgangspolarisator 7 und die
gleichmäßige Verzögerungseinrichtung 25 auf derselben
Seite des Trägers 33 ausgebildet
sind. Eine derartige Anordnung sorgt für erhöhten Schutz der Verzögerungseinrichtung 25 und
verringert das Erfordernis einer "Hartbeschichtung" auf beiden Seiten des Trägers mit
Schutzüberzügen. Es
können Antireflexionsbeschichtungen
nach Bedarf vorhanden sein, und sie sind vorzugsweise im Wesentlichen nicht
doppelbrechend, um eine unerwünschte Änderung
der optischen Wirkung der Anordnung zu vermeiden.
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Die 10 bis 12 veranschaulichen eine
andere Anordnung und ein Display, bei denen die Verzögerungseinrichtung 25 als
elektrisch schaltbare Halbwellen-Verzögerungseinrichtung realisiert ist,
um zwischen dem 2D- und dem 3D-Betriebsmodus
umzuschalten. Die Verzögerungseinrichtung 25 ist
zwischen einem Zustand, in dem sie als Halbwellen-Verzögerungseinrichtung
mit einer unter 22,5° orientierten
langsamen Achse wirkt (wie es in der 11 für den autostereoskopischen
3D-Modus dargestellt ist), und einem Zustand, in dem sie im Wesentlichen
für eine
Verzögerung
null sorgt (wie es in der 12 für den 2D-Modus
dargestellt ist) umschaltbar. Beispielsweise kann, im 2D-Modus,
die langsame Achse so geschaltet werden, dass sie orthogonal zur
Ebene der Verzögerungseinrichtung 25 und
im Wesentlichen parallel zu den Lichtpfaden durch die Anordnung
und das Display verläuft.
Die schaltbare Verzögerungseinrichtung 25 kann
als Flüssigkristallvorrichtung
realisiert sein, wie als nematische Flüssigkristallvorrichtung mit
Freedericksz-Konfiguration mit antiparalleler Ausrichtung. Anordnungen
dieses Typs sind in Liquid Crystals, 2002, Vol. 29, Nr. 1 "Criteria for the
first order Freedericksz transition", Jianra Shi. offenbart. Wenn bei einer
derartigen Vorrichtung eine Spannung an die Flüssigkristallschicht angelegt
wird, liegen die Flüssigkristalldirektoren,
und demgemäß die langsame optische
Achse, im Wesentlichen orthogonal zur Ebene der Vorrichtung, um
Licht, das in der Normalrichtung durch die Vorrichtung läuft, einen
gleichmäßigen Brechungsindex,
und demgemäß keine
Doppelbrechung, zu zeigen.
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Die
Flüssigkristallvorrichtung
kann so konfiguriert sein, dass sie in jedem Zustand gleichmäßige arbeitet,
in welchem Fall das gesamte Display als Einheit zwischen dem 2D-
und dem 3D-Modus umschaltbar ist. Alternativ können geeignet strukturierte Elektroden
innerhalb der Flüssigkristallvorrichtung vorhanden
sein, so dass verschiedene Gebiete des Displays unabhängig voneinander
für 2D-
oder 3D-Betrieb konfiguriert werden können.
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Wie
es in den 11 und 12 dargestellt ist,
sind die langsamen Achsen der Bereiche 8 und 9 der
Verzögerungseinrichtung 5 unter –22,5° bzw. –67,5° orientiert,
um symmetrisch zur Transmissionsachse 11 des Polarisators 4 orientiert
zu sein. Die Transmissionsachse 12 des Polarisators 7 verläuft orthogonal
zur Transmissionsachse 11.
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Im
in der 11 dargestellten 3D-Modus ist die
Verzögerungseinrichtung 25 so
konfiguriert, dass ihre langsame Achse unter +22,5° verläuft. Die
Polarisationen 26 und 27 werden demgemäß in die
Polarisationen 28 und 29 gewandelt. Der Polarisator 7 löscht im
Wesentlichen die Polarisation 29 aus den Bereichen 9,
und er lässt
die Polarisation 28 aus den Schlitzbereichen 8 mit
minimaler Schwächung
durch. Die optische Anordnung fungiert so als Parallaxebarriere.
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Wie
es in der 12 dargestellt ist, ist die Verzögerungseinrichtung 25 im
2D-Modus effektiv deaktiviert, so dass die Polarisationen 26 und 27 von den
Bereichen 8 bzw. 9 unverändert durchgelassen werden,
wie es unter 28 bzw. 29 dargestellt ist. Der Polarisator 7 lässt demgemäß Licht
aus den Bereichen 8 und 9 durch, die hinsichtlich
der Phase, der Amplitude und der Polarisation aneinander angepasst
sind, wie es unter 30 und 31 dargestellt ist.
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Im
3D-Modus können
die Verzögerungseinrichtungen 5 und 25 über im Wesentlichen übereinstimmende
Dispersionen verfügen.
Demgemäß führt das
Vorliegen or thogonaler Polarisatoren 4 und 7 gemeinsam
mit Verzögerungseinrichtungen
mit übereinstimmenden
Dispersionen zu guter Löschung über das
gesamte Spektrum sichtbaren Lichts innerhalb der Bereiche 9,
was zu guter Übersprechensfunktion
im 3D-Modus führt.
Die übereinstimmenden Dispersionen
der Verzögerungseinrichtungen 5 und 25 führen zu
einer hellen, besser achromatischen Funktion durch die Schlitzbereiche 8.
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Die 13 veranschaulicht
ein Display mit hinterer Parallaxebarriere, bei dem die hintere
Parallaxebarriere durch eine optische Anordnung vom selben Typ gebildet
ist, wie er in den 11 und 12 dargestellt
ist. Jedoch wird bei der in der 13 dargestellten
Anordnung der hintere Polarisator des LCD zum Ausgangspolarisator 7 der
optischen Anordnung, und der Eingangspolarisator 4 unterscheidet
sich vom LCD. Auch ist die schaltende Flüssigkristallverzögerungseinrichtung 25 in
der Richtung der Lichttransmission durch die Anordnung vor der strukturierten
Verzögerungseinrichtung 5 angeordnet.
Dies ermöglicht
es, dass sich die strukturierte Verzögerungseinrichtung 5,
die tatsächlich
die hintere Parallaxebarriere im 3D-Modus bildet, näher am LCD 2 des
Displays liegt, wie es in der 14 dargestellt
ist, um den Abstand zwischen der Barriere und den Anzeigepixeln
zu verringern. Das Verringern dieses Abstands erlaubt es, den Abstand
für beste
Betrachtung vor dem Display zu verkürzen, um es beispielsweise
zu ermöglichen,
das Display bei einem Handgerät
zu betrachten, wie Handys und persönlichen, digitalen Assistenten.
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Das
Display vom Typ mit hinterer Parallaxebarriere ist zur Verwendung
bei transflektiven Displays mit sowohl einem Transmissions- als
auch einem Reflexionsbetriebsmodus geeigneter. Durch Anordnen der
Parallaxebarriere hinter dem LCD 2 des Displays wird eine
Schwächung
von Licht im Reflexionsmodus, das zweimal durch eine vordere Parallaxebarriere
laufen würde,
im Wesentlichen beseitigt, und dies ermöglicht es, einen helleren Reflexionsmodus
zu erzielen.
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Wie
es in der 14 dargestellt ist, sind beim
Schalt-LCD 25 die strukturierte Verzögerungseinrichtung und das
LCD 2 des Displays als einzelne Vorrichtungen ausgebildet,
die anschließend
zusammengebracht werden, um das vollständige Display zu bilden. So
verfügt
das Schalt-LCD 25 über
Glassubstrate 40 und 41, die strukturierte Verzögerungseinrichtung 5 ist
auf einem Glassubstrat 42 ausgebildet, und das LCD 2 des
Displays verfügt über Glassubstrate 43 und 44.
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Wie
es in der 15 dargestellt ist, kann das Substrat 42 dadurch
weggelassen werden, dass die strukturierte Verzögerungseinrichtung auf dem
Substrat 41 des Schalt-LCD 25 ausgebildet wird.
Daher kann ein Display mit verringerter Dicke geschaffen werden,
was für
Anwendungen in Vorrichtungen geeignet ist, die relativ dünn sein
müssen.
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Die
16 veranschaulicht
eine weitere Dickenverringerung durch Weglassen des Substrats
41 und
durch gemeinsames Nutzen des Substrats
44 für das Schalt-LCD
25 und
das LCD
2 des Displays. In diesem Fall sind die Verzögerungseinrichtung
5 und der
Polarisator
7 effektiver als interne Komponenten innerhalb
des LCD
25 ausgebildet. Diese Komponenten, und insbesondere
der Polarisator
7, müssen demgemäß von einem
Typ sein, der einer anschließenden
Temperatur- und chemischen Behandlung zum Herstellen transparenter
Elektroden und Ausrichtungsschichten für die Vorrichtung
25 standhalten kann.
Beispiele, wie sie für
diese interne Anwendung geeignet sind, sind in
EP 0 887 692 und von Bobrov et al.
in "Lyotropic thin
film polarisators",
Proc. SID 2000 offenbart. Die
7 veranschaulicht
eine Anordnung mit hinterer Parallaxebarriere, die sich von der
in der
13 dargestellten Anordnung dadurch unterscheidet,
dass die langsamen Achsen der Bereiche
8 und
9 unter
0° und –45° angeordnet
sind, die Flüssigkristallverzögerungseinrichtung
25 eine
langsame Achse aufweist, die im 3D-Modus unter 22,5° orientiert
ist, und der Polarisator
4 eine Transmissionsachse
11 aufweist,
die unter 0° orientiert
ist. Diese Konfiguration sorgt für
besser achromatisches Ausgangslicht im 3D-Modus, wie es in der
17 veranschaulicht
ist, und so werden Fehler bei der Farbwiedergabe verringert.
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Die 18 veranschaulicht
den 2D-Modus eines anderen Displays vom Typ mit hinterer Parallaxebarriere,
bei dem der 2D-Modus auftritt, wenn die Flüssigkristallverzögerungseinrichtung 25 ausgeschaltet
ist. Eine derartige Anordnung kann bevorzugt sein, wenn es zu erwarten
ist, dass hauptsächlich
der 2D-Modus verwendet
wird, und der Energieverbrauch von Bedeutung ist, beispielsweise
in Batterie-betriebenen Geräten.
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Beim
Display der 18 sind die Achsen der Bereiche 8 und 9 unter
90° bzw.
45° orientiert.
Im 2D-Modus, wenn die Flüssigkristallverzögerungseinrichtung 25 ausgeschaltet
ist, ist die langsame Achse der Verzögerungseinrichtung unter 22,5° orientiert. Die
Transmissionsachse 11 des Polarisators 4 verläuft orthogonal
zur Transmissionsrichtung 12 des Polarisators 7 und
ist unter 45° orientiert.
Wenn die Flüssigkristallverzögerungseinrichtung 25 eingeschaltet
ist, ist die Verzögerung
im Wesentlichen beseitigt, und das Display arbeitet im autostereoskopischen
3D-Modus.
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Die 19 veranschaulicht
ein anderes Display mit hinterer Parallaxebarriere, bei dem die
Flüssigkristallverzögerungseinrichtung 25 als
Polarisationsrotationseinrichtung wirkt, um eine Drehung der Polarisationsrichtung
von Licht vom Polarisator 4 von 45° zu erzeugen. Die Rotationseinrichtung 25 ist
eine verdrillt-nematische Vorrichtung mit einem Relativwinkel zwischen
Ausrichtungsrichtungen 50 und 51 an den Flächen einer
verdrillt-nematischen Flüssigkristallschicht
näher am
Polarisator 4 bzw. näher
an der Verzögerungseinrichtung 5.
Die Ausrichtungsrichtung 50 ist als parallel zur Transmissionsachse 11 veranschaulicht,
und daher existiert zwischen den Ausrichtungsrichtungen 50 und 51 eine
Verdrillung von 45°.
Jedoch kann das LCD 25 unter einem beliebigen Winkel zur
Transmissionsachse 11 orientiert sein, und es erzeugt eine
Drehung der Polarisationsrichtung von es durchlaufendem Licht von
45°.
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Im
2D-Modus sorgt die Vorrichtung 25 für eine Polarisationsdrehung
von 45°.
Für Betrieb
im autostereoskopischen 3D-Modus wird an die verdrillt-nematische
Flüssigkristallschicht
eine Spannung angelegt, damit die Flüssigkristalldirektoren orthogonal
zur Ebene der Vorrichtung ausgerichtet werden und für keine
Polarisationsrotation sorgen.
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Das
in der
20 dargestellte Display unterscheidet
sich von dem in der
19 dargestellten dadurch, dass
die Verdrillung der Vorrichtung
25 90° beträgt. Eine derartige Vorrichtung
ist "selbst kompensierend", und sie kann bei
niedrigerer Spannung betrieben werden. Eine Drehung von 45° ist bei
einer derartigen Vorrichtung durch geeignete Wahl von Winkeln und
der Verzögerung
erzielbar. Eine Vorrichtung dieses Typs ist in unserer
britischen Patentanmeldung Nr. 0215057.1 offenbart
(am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung unter dem Titel "Polarisationsrotationseinrichtung,
Parallaxebarriere, Display und optischer Modulator" unter der Bezugsnummer P52138GB
eingereicht).
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Bei
linear polarisiertem Licht, das auf einen verdrillt-nematischen
Flüssigkristall
fällt,
kann eine lineare Polarisation mit einem Polarisationsazimut jedes
beliebigen ausgewählten
Werts mit jedem beliebigen Verdrillungswinkel der Vorrichtung erzielt
werden, vorausgesetzt, dass die Verdrillung (⎕), die Verzögerung (⎕n·d) und
die Orientierung des Eingangsdirektors vom Polarisator (⎕)
korrekt gewählt
sind. Für
eine Drehung linear polarisierten Lichts um 45° in Bezug auf die Eingangspolarisation
können
unter Berücksichtigung
der Stokesparameter für
linear polarisiertes Licht, das sich durch eine verdrillt-nematische Struktur
ausbreitet, die folgenden Gleichungen hergeleitet werden:
wobei ⎕ die Wellenlänge des
einfallenden Lichts ist. Diese Gleichungen können numerisch gelöst werden,
um einen Satz von Lösungen
zu bilden, wie es in der
21 grafisch
veranschaulicht ist.
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Die 22 veranschaulicht
eine Anordnung, die sich von der in der 20 dargestellten
dadurch unterscheidet, dass die Winkel und Verzögerungen so geändert sind,
dass das Funktionsvermögen über das
sichtbare Spektrum hinweg optimiert ist. Wenn eine Spannung an die
Flüssigkristallschicht
der Vorrichtung 25 angelegt wird, hat diese keine optische Auswirkung
auf das System. Die Verzögerung
und die Orientierung können
demgemäß für den Zustand optimiert
werden, in dem eine Polarisationsänderung in solcher Weise erforderlich
ist, dass die Intensität und
die Farbe, wie sie durch die Schlitz- und die Barrierebereiche der
strukturierten Verzögerungseinrichtung 5 erzeugt
werden, im Wesentlichen identisch sind.
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Die 23 veranschaulicht
ein Display mit vorderer Parallaxebarriere mit einer schaltbaren
Verzögerungseinrichtung 25,
bei der die langsame Achse zwischen einer Orientierung von 22,5° im 3D-Modus
(unten links in der 23 veranschaulicht) und einer
Orientierung von 45° im
2D-Modus (unten rechts in der 23 veranschaulicht)
umgeschaltet wird. Eine derartige umschaltbare Verzögerungseinrichtung
kann als Flüssigkristallvorrichtung
vom in der Ebene schaltenden Typ realisiert werden, beispielsweise
mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall
(FLC) (wie z. B. von Clark N. A. und Lagarwell S. T., 1980, Appl.
Phys. Lett., 36, 899 offenbart); mit einem antiferroelektrischen
Flüssigkristall
(AFLC), oder eine bistabile, verdrillt-nematische (BTN) Vorrich tung
(wie z. B. von D. W. Verreman und W. R. Heffner, F. Appl. Phys.,
52, 3032, 1981 offenbart) (wie z. B. von Chandani et al. 1989, Jpn.
J. Appl. Phys., 28, L1261 offenbart). Die Polarisatoren 4 und 7 und die
strukturierte Verzögerungseinrichtung 5 sind
so angeordnet, wie es in der 12 dargestellt
ist.
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Die 24 veranschaulicht
ein Display von einem Typ ähnlich
dem, wie er in der 9 dargestellt ist, wobei jedoch
der 3D- und der 2D-Modus dem elektrisch schaltbaren Display der 10 ähneln. Daher
kann das Display der 24 als "mechanisches Analogon" des Displays der 10 angesehen
werden, wobei die geschaltete Flüssigkristallverzögerungseinrichtung
beispielsweise durch eine Verzögerungseinrichtung
mit einer festen Lage ersetzt ist.
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Die 25 veranschaulicht
eine Anordnung, die sich von der der 12 dahingehend
unterscheidet, dass die Transmissionsachse 12 des Polarisators 7 parallel
zur Transmissionsachse 11 des Polarisators 4 verläuft. Licht
aus den Bereichen 8 und 9 stimmt hinsichtlich
der Phase, der Amplitude und der Polarisation überein.
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Auch
die anderen elektrisch schaltbaren Ausführungsformen verfügen über mechanische Analogons,
wie dies vom Fachmann leicht erkennbar ist. Bei geschalteten verdrillt-nematischen
Anordnungen können
verdrillte, feste Strukturen von Verzögerungseinrichtungen verwendet
werden. Beispielsweise können
derartige Strukturen dadurch verwendet werden, dass einem Flüssigkristallpolymer
oder einem reaktiven Mesogenmaterial ein chiraler Dotierstoff zugesetzt
wird, um die gewünschte
Schraubenstruktur zu erzeugen, gefolgt von einem Polymerisieren.
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Im
Gegensatz zu den bisher beschriebenen Flüssigkristallmodi sind auch
Versionen mit einem Schalten außerhalb
der Ebene (OPS) möglich. OPS-Modi
können
entweder homogener Ausrichtung, homöotroper Ausrichtung oder hybrider
Ausrichtung (HAN) entsprechen. Es kann inverser Betrieb jedes beliebigen
homogen ausgerichteten nematischen LCD mit positiver Dielektrizitätskonstante dadurch
(mit guter Näherung)
erzielt werden, dass eine homöotrope
Ausrichtung und ein anisotropes Flüssigkristallmaterial mit negativer
Anisotropie der Dielektrizitätskonstante
verwendet werden. Daher kann, durch Wechseln von einer Ausrichtung
auf die andere, der Zustand des Displays ohne Spannungsversorgung
zwischen dem 2D- und dem 3D-Modus gewechselt werden. HAN-LCDs können anstelle
homogen ausgerichteter nematischer LCDs dadurch verwendet werden,
dass ein fach die Dicke doppelt so groß gemacht wird (vorausgesetzt,
dass die Verdrillung 0° beträgt) und
die Ausrichtung von homogen auf homöotrop geändert wird. Es kann auch der
zenitale, bistabile nematische (ZBN) Modus verwendet werden, der
den Vorteil zeigt, dass er tatsächlich
bistabil ist und demgemäß einen
sehr niedrigen Energieverbrauch zeigt, da Energie nur erforderlich
ist, um von einem Zustand auf den anderen umzuschalten. Im einen
Zustand nimmt ein ZBN-LCD die Konfiguration eines HAN ein, während es
im anderen diejenige eines homöotrop
ausgerichteten LCD einnimmt.
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Alle
oben beschriebenen optischen Anordnungen können als vordere oder hintere
Parallaxebarrieren verwendet werden. Auch können, wie oben angegeben, verschiedene
Gebiete des Displays gleichzeitig im 2D- und im 3D-Modus arbeiten.
Als Beispiel veranschaulicht die 26 Elektrodenmuster 55 und 56 auf
den Substraten eines Beispiels eines Schalt-LCDs 25, um
es zu ermöglichen,
dass verschiedene Bereiche gleichzeitig in verschiedenen Modi arbeiten.
Auch veranschaulicht die 26 das Aussehen
des Displays, dessen oberer und unterer Bereich im 2D-Modus arbeiten,
um Text anzuzeigen, während
der mittlere Bereich im 3D-Modus arbeitet, um ein Bild anzuzeigen.
Bei derartigen Anordnungen ist es wünschenswert, dass die Helligkeiten
der verschiedenen Bereiche zur Übereinstimmung
gebracht werden, beispielsweise durch Einstellen des in Software
verwendeten Graustufenbereichen.
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In
der gesamten vorliegenden Beschreibung gelten positive Winkelwerte
entweder in der Uhrzeiger- oder der Gegenuhrzeigerrichtung, wobei
sich negative Werte dann auf Winkel in der Gegenrichtung beziehen.
Auch werden alle Winkel von Polarisationsrichtungen und von langsamen
Achsen von Verzögerungseinrichtungen "Modulo 180°" ausgedrückt. So
entspricht jeder Winkel ⎕ jedem Winkel (⎕ + n·180°), wobei
n eine beliebige ganze Zahl ist. Jedoch kann, bei bestimmten Anordnungen,
auf Grund der Art ihres Aufbaus, ein Wert ⎕ wegen verbessertem
Funktionsvermögen
gegenüber
dem Wert (⎕ + 180°)
bevorzugt sein.
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So
ist es möglich,
eine optische Anordnung zu schaffen, die zur Verwendung in Displays
geeignet ist. Wenn eine derartige Anordnung beispielsweise in einem
autostereoskopischen 3D-Display, das auch über einen 2D-Betriebsmodus
verfügt,
verwendet wird, führt
sie zu einer wesentlichen Verringerung oder einer Unterdrückung von
Schwankungen der Lichtintensität über das
Display im 2D-Modus.
Wenn beispielsweise die Anordnung im 3D-Modus als Parallaxebarriere
arbeitet, werden im 2D-Modus Streifen schwacher Intensität (entsprechend
der Barriere oder den Schlitzbereichen im 3D-Modus) im Wesentlichen
unterdrückt,
so dass, im Vergleich mit bekannten Displaytypen, dieser visuelle
Störeffekt
bis zu dem Punkt entfernt oder verringert werden kann, an dem keine
Erkennbarkeit für
einen Beobachter vorliegt.
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Verschiedene
Ausführungsformen
erlauben Änderungen
des Betriebsmodus durch Verdrehen der Anordnung oder durch vollständige elektronische Maßnahmen.
Es muss kein Teil des Displays entfernt werden, so dass es nicht
erforderlich ist, irgendeine Lageranordnung oder eine komplizierte
Ausrichtungsanordnung für
bewegliche Teile vorzusehen. Bei drehbaren Teilen kann eine Ausrichtung
mit dem Display sehr leicht bewerkstelligt werden. Es sind keine
Elektrodenmuster feiner Auflösung
für schaltbare Flüssigkristallelemente
erforderlich. In ähnlicher
Weise ist keine Subpixelausrichtung von Flüssigkristallelementen für einen
Raumlichtmodulator erforderlich.
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Die
Achromasie heller und dunkler Zustände kann verbessert werden.
Dies führt
zu verringertem Übersprechen
im 3D-Betriebsmodus.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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So
ist es möglich,
eine optische Anordnung bereitzustellen, die zur Verwendung in Displays
geeignet ist. Im Gebrauch beispielsweise in einem autostereoskopischen
3D-Display, das auch über
einen 2D-Betriebsmodus verfügt,
sorgt eine derartige Anordnung für
eine wesentliche Verringerung oder Unterdrückung von Variationen der Lichtintensität über das
Display hinweg im 2D-Modus. Wenn beispielsweise die Anordnung im
3D-Modus als Parallaxebarriere arbeitet, werden im 2D-Modus schwache
Intensitätsstreifen
(entsprechend der Barriere- oder den Schlitzbereichen im 3D-Modus)
im Vergleich zu bekannten Displaytypen wesentlich unterdrückt, und dieser
visuelle Störeffekt
kann bis zu dem Punkt entfernt oder verringert werden, zu dem er
für einen
Betrachter nicht erkennbar ist.
