DE69629875T2

DE69629875T2 - Räumlicher Lichtmodulator und gerichtete Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69629875T2
Application number: DE69629875T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Sandford-on-Thames Oxford Harrold; Graham John Henley-on-Thames Oxon Woodgate
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: DE69629875D1; EP0752610B1; US6023315A; JPH0949986A; EP0752610A3; EP0752610A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen räumlichen Lichtmodulator und eine gerichtete Anzeigevorrichtung. Die gerichtete Anzeigevorrichtung kann beispielsweise eine dreidimensionale (3D) autostereoskopische Anzeigevorrichtung sein.
Der Ausdruck "räumlicher Lichtmodulator", wie er hierin verwendet wird, ist definiert, nicht nur Einrichtungen einzuschließen, die Licht von einer externen Lichtquelle modulieren, sondern auch Einrichtungen, die Licht einer modulierbaren Intensität emittieren.
32 der zugehörigen Zeichnungen veranschaulicht das Bildelement-(Pixel-) Muster und die Farbfilteranordnung eines bekannten Typs einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung (LDC), die in einer bekannten 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung in Verbindung mit einem linsenförmigen Schirm 30, der Linsenelemente, wie etwa 30a und 30b, umfasst, verwendet werden kann. Die LCD ist um 90° gedreht, so dass die ursprünglichen Zeilen von Pixeln nun vertikale Spalten von Pixeln unter den Linseneinheiten sind. Die Buchstaben R, G und B zeigen die Farbfilter an, die jedem Pixel zugeordnet sind.
Wenn sie geeignet beleuchtet werden, wirken die Pixel der Spalten, die durch V1 und V2 angezeigt sind, mit dem linsenförmigen Schirm 30 zusammen, um zweidimensionale (2D) Bilder in benachbarten Beobachtungsfenstern zu liefern, so dass, wenn die Augen eines Betrachters in den Fenstern platziert sind, ein 3D-Bild wahrnehmbar ist. Um ein vollständiges Farbbild bereitzustellen, sind die LCD-Pixel gruppiert und als zusammengesetzte Pixel adressiert, welche jeweils ein rotes Pixel, ein grünes Pixel und ein blaues Pixel umfassen. Rechtecke, wie etwa 41, zeigen die Gruppierungen der Pixel an, um die zusammengesetzten Farbpixel zu bilden.
Innerhalb der Gruppierungen oder des "Mosaiks", die in 32 gezeigt sind, sind die RGB-Pixel jedes zusammengesetzten Pixels vertikal voneinander beabstandet und in einer gemeinsamen Spalte angeordnet. Jedoch stellt diese Tafel gravierende praktische Nachteile dar. Eine Verwendung einer auf diese Weise gedrehten LCD verkompliziert die Schnittstelle mit standardisierten Video- oder Computersignalen und erfordert üblicherweise einen Speicherrahmen. Beispielsweise erfordert es diese Anordnung, dass Daten für drei Zeilenperioden gespeichert werden. Weiter ist jedes zusammengesetzte Pixel vertikal ausgedehnt, und dies verringert die Fähigkeit des Betrachters, die einzelnen Pixel jedes zusammengesetzten Pixels in eine einzige Farbe bei kurzen Beobachtungsabständen zu integrieren. Auch erzeugt diese Anordnung dunkle Zeilen in dem Bild, die von den Lücken zwischen den Spalten V1 und V2 herrühren, von welchem kein Licht austritt.
33 veranschaulicht eine weitere bekannte Anordnung von LCD-Pixeln und eines Farbfiltermusters in einer bekannten 3Dautostereoskopischen Anzeigevorrichtung. Die LCD der 33 unterscheidet sich von jener der 32 dahingehend, dass sie in ihrer normalen, ungedrehten Konfiguration verwendet wird. Um zusammengesetzte Farbpixel bereitzustellen, sind die einzelnen Pixeln zusammenkopiert, wie angezeigt, beispielsweise durch ein längliches Rechteck 41. In diesem Fall wirken die Pixel unter den Linseneinheiten 30a, 30b und 30c zusammen, um ein zusammengesetztes Farbpixel zu bilden.
Diese Anordnung verringert die erreichte 3D-Horizontalauflösung gravierend, die bereits durch die Erfordernis verringert ist, mehrfache Beobachtungsbilder V1 und V2 zu erzeugen. Die zusammengesetzten Pixel sind auch in hohem Maße horizontal ausgedehnt, und dies verringert die Fähigkeit des Betrachters, die einzelnen Pixel in eine einzige Farbe bei kurzen Beobachtungsabständen zu integrieren. Weiter ist eine komplizierte horizontale Datenverzögerungsschaltung erforderlich. Auch diese Anordnung erzeugt dunkle Zeilen in den Bildern, die von den Zwischenspaltenlücken herrühren, aus welchen kein Licht austritt.
34 veranschaulicht einen bekannten Typ einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung unter Verwendung von RGGB-Viereckpixeln. Diese Anordnung weist sämtliche der Nachteile auf, die mit der Anordnung, die in 32 gezeigt ist, einhergehen. Ferner sind die zusammengesetzten Pixel noch weiter in der vertikalen Richtung ausgedehnt, was das Problem eines Mangels an einer Farbintegration bei kurzen Beobachtungsabständen erhöht.
35 veranschaulicht eine LCD, die in Übereinstimmung mit der Technik ausgeführt ist, die in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 752 609 offenbart ist, die aber die standardisierte Farbfilteranordnung eines bekannten Typs einer 2D-Deltatafel verwendet. Das Dreieck 41 zeigt die RGB-Pixel an, die ein zusammengesetztes Farbpixel bilden, zur Verwendung in 2D-Anzeigevorrichtungen. Jedoch ist eine derartige Anordnung für eine 3D-Verwendung ungeeignet, weil die Pixel jedes zusammengesetzten Pixels auf unterschiedliche Beobachtungsfenster durch ein Parallaxenelement, wie etwa einen linsenförmigen Schirm, gerichtet würden.
36 zeigt eine LCD vom RGGB-Typ, in welcher jedes zusammengesetzte Farbpixel ein rotes Pixel, zwei grüne Pixel und ein blaues Pixel umfasst. Jedoch ist eine derartige Anordnung ungeeignet für eine 3D-Verwendung, weil einzelne Pixel jedes zusammengesetzten Farbpixels nicht in das gleiche Fenster durch ein Parallaxenelement gerichtet würden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein räumlicher Lichtmodulator bereitgestellt, wie in dem angehängten Anspruch 1 definiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine gerichtete Anzeigevorrichtung bereitgestellt, wie in dem angehängten Anspruch 20 definiert.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den anderen angehängten Ansprüchen definiert.
Es ist somit möglich, einen SLM bereitzustellen, der zur Verwendung in gerichteten Anzeigevorrichtungen wie etwa autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtungen geeignet ist und in welchem elektronische Signalverarbeitungsanforderungen und Probleme einer Farbintegration für zusammengesetzte Farbpixel wesentlich verringert sind. Die Trennungen zwischen einzelnen Pixeln jedes zusammengesetzten Pixels können verringert werden, so dass eine Farbintegration über einen wesentlich größeren Bereich von Beobachtungsabständen auftritt.
Die Erfindung wird weiter im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Pixel- und Farbfilteranordnung eines SLM, die eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet;
2 eine Pixel- und Farbfilteranordnung eines SLM, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet;
3 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster mit einigen unbenutzten Pixeln bereitgestellt sind;
4 eine 3D-autostereoskopische Anzeigevorrichtung, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind;
5 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung bildet und drei Fenster bereitstellt;
6 eine 3D-austostereoskopische Anzeigevorrichtung, die eine sechste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster mit einigen unbenutzten Pixeln bereitgestellt sind;
7 einen Teil der 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die drei Fenster bereitstellt;
8 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine achte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind;
9 eine 3D-autostereoskopische Anzeigevorrichtung, die eine neunte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind;
10 bis 12 unterschiedliche Farbfilteranordnungen für SLMs, die Ausführungsformen der Erfindung bilden;
13 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine zehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ verwendet wird;
14 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine elfte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ eingeschlossen ist;
15 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ enthalten ist;
16 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ enthalten ist;
17 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ enthalten ist;
18 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine fünfzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei vier Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ enthalten ist;
19 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei vier Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ enthalten ist;
20 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine siebzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei vier Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ eingeschlossen ist;
21 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine achtzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ eingeschlossen ist;
22 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine neunzehnte Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGGB-Typ eingeschlossen ist;
23 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine zwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
24 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine einundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
25 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine zweiundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
26 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine dreiundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei drei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
27 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine vierundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei vier Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
28 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine fünfundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
29 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die eine sechsundzwanzigste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind und ein SLM vom RGYB-Typ verwendet wird;
30 ein schematisches Schaltungs-Blockdiagramm einer Anordnung zum Erzeugen von RGGB-Daten aus RGB-Daten;
31 ein Diagramm, das eine Erzeugung von RGGB- und RGYB-Daten aus RGB-Daten veranschaulicht und vergleicht;
32 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung eines bekannten Typs, die eine Tafel mit gedrehten Streifen eines bekannten Typs einschließt;
33 eine 3D-autostereoskopische Anzeigevorrichtung eines bekannten Typs unter Verwendung einer Tafel mit nichtgedrehten Streifen eines bekannten Typs;
34 einen Teil einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung eines bekannten Typs unter Verwendung einer RGGB-Tafel eines bekannten Typs;
35 eine LCD eines bekannten Typs und eine bekannte Farbfilteranordnung zum Bilden einer 2D-Farbtafel;
36 eine RGGB-Anzeigetafel eines bekannten Typs zur 2D-Verwendung;
37 und 38 jeweilige Teile einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, wobei zwei Fenster bereitgestellt sind; und
39 und 40 jeweilige Teile einer 3D-autostereoskopischen Anzeigevorrichtung, die weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, wobei vier Fenster bereitgestellt sind.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchgehend gleiche Teile in den Zeichnungen.
1 veranschaulicht einen SLM, der eine Flüssigkristalleinrichtung (LCD) vom passiven Matrixtyp mit SLM-Pixelpositionen in einer Anordnung, die in der EP 0 625 861 offenbart ist, umfasst. Alternativ kann eine aktive Matrix-LCD mit aktiven Elementen und Elektroden, die in den Bereichen zwischen Pixeln angeordnet sind, versehen werden. Die LCD umfasst Zeilenelektroden, wie etwa R1 und R2, die auf einem Substrat angeordnet sind und Zickzack-Spaltenelektroden, wie etwa C1 und C2, die auf einem gegenüberliegenden Substrat angeordnet sind, gegenüberstehen. Polarisatoren und Ausrichtungsschichten (nicht gezeigt) sind bereitgestellt, und ein Flüssigkristallmaterial ist zwischen den Substraten angeordnet, um so die Einrichtung zu bilden.
Um eine Vollfarbanzeigevorrichtung bereitzustellen, ist eine Farbfilteranordnung bereitgestellt, die diagonale rote, grüne und blaue Streifen umfasst, wobei jeder Streifen in einer ein zigen diagonalen Zeile einzelner Pixel ausgerichtet ist. Die Farben der einzelnen Pixel sind durch die Buchstaben R, G und B angezeigt.
Dreiecke 21, 22 und 23 veranschaulichen die Gruppierungen von Tripletts von LCD-Pixeln, die zusammengesetzte Farbpixel bilden. Beispielsweise zeigen die Ecken des Dreiecks 21 zu roten, grünen und blauen Pixeln 24, 25 bzw. 26, die adressiert sind, um so ein einziges zusammengesetztes Vollfarbpixel der Anzeigevorrichtung zu bilden. Die Dreiecke 21 bis 23 bilden somit Mosaike, die veranschaulichen, wie die einzelnen Pixel gruppiert sind, um die zusammengesetzten Farbpixel zu bilden. Diese Anordnung wird nachstehend als ein "dreieckiges Mosaik" bezeichnet.
Verglichen mit den in den 32 und 33 gezeigten bekannten Anordnungen sind die zusammengesetzten Pixel, die in 1 gezeigt sind, weniger in den horizontalen bzw. vertikalen Richtungen ausgedehnt. Die einzelnen Pixel, die jedes zusammengesetzte Pixel bilden, sind so nah wie möglich aneinander, mit der Einschränkung, dass sämtliche der Pixel jedes zusammengesetzten Pixels in das gleiche Beobachtungsfenster abgebildet werden müssen. Weiter weist, anstelle dass es eine im Wesentlichen längliche Form aufweist, wie in 33 und 34 gezeigt, jedes zusammengesetzte Pixel eine relativ kleine vertikale und horizontale Ausdehnung auf und weist somit ein erbessertes Aspektverhältnis auf. Die verringerte Ausdehnung lässt es zu, dass zusammengesetzte Pixel von näheren Beobachtungsabständen aus betrachtet werden, bevor ein Mangel einer Farbintegration ein Problem wird.
2 veranschaulicht eine LCD, die das gleiche dreieckige Mosaik der einzelnen Pixel aufweist, um zusammengesetzte Farbpixel zu bilden, wie es in 1 gezeigt ist, aber mit einem horizontal gestreiften Farbfilter. Das Filter umfasst wiederholte Gruppen von AGB-Streifen, die jeweils in einer einzigen Zeile von Punkten ausgerichtet sind. Eine Fertigung von Anzeigevorrichtungen unter Verwendung horizontal gestreifter Filter kann einfacher sein als diagonal gestreifte Filter, beispiels weise bezüglich einer Ausrichtung der Streifen mit den Punkten.
3 veranschaulicht diagrammartig die Verwendung einer LCD des in 1 oder 2 gezeigten Typs in Kombination mit einem Parallaxenelement, das als ein linsenförmiger Schirm 30 gezeigt ist, der Linseneinheiten, wie etwa 30a und 30b aufweist. Alternative Parallaxenelemente schließen Parallaxenbarrieren, Hologramme und, für stereoskopische Anzeigevorrichtungen, die nur zwei Ansichten bereitstellen, Mikropolarisatorelemente (beispielsweise wie in der EP 0 721 132 offenbart) ein. In dem stereoskopischen Fall sind die Mikropolarisatoren an der gleichen Stelle wie die Beobachtungsspalten in dem autostereoskopischen Fall mit zwei Ansichten angeordnet, so dass die Farbinformation für jede Ansicht die gleiche Struktur auf dem SLM aufweist.
Um drei Ansichten in drei Beobachtungsfenstern bereitzustellen, ist jede Linseneinheit (30a, 30b) des linsenförmigen Schirms 30 mit drei Spalten von Pixeln ausgerichtet. Die drei Spalten von Pixeln, die jeweils mit linsenförmigen Anzeigestreifen drei unterschiedlicher Ansichten ausgerichtet sind, sind als w1, w2 und w3 angezeigt, die auf drei benachbarte Fenster durch den linsenförmigen Schirm 30 abgebildet werden.
Die Spalten von Pixeln unter jeder der Linseneinheiten des linsenförmigen Schirms 30 bilden eine Gruppe derart, dass die Spalten jeder Gruppe im Allgemeinen miteinander zusammenhängend sind, die Spalten als Gruppen unter jeweiligen Linseneinheiten derart angeordnet sind, dass jede Gruppe eine Anzahl von N Spalten gleich der Anzahl von Beobachtungen umfasst, die von der 3D-Anzeigevorrichtung bereitzustellen sind, Obwohl es wünschenswert ist, dass die Spalten jeder Gruppe zusammenhängend sind und dass möglicherweise auch die Gruppen zusammenhängend sind, ist dies nicht wesentlich.
Damit jede der Ansichten w1, w2 und w3 in Vollfarbe angezeigt wird, müssen die Pixel, die zusammengruppiert sind, um jedes zusammengesetzte Farbpixel zu bilden, in Pixelspalten der gleichen Fenster angeordnet sein. Beispielsweise zeigt das Dreieck 31 an, dass Pixel 32 und 33 von der Spalte w1, die mit der Linseneinheit 30a ausgerichtet ist, mit einem Pixel 34 in der Spalte w1 gruppiert sind, die mit der Linseneinheit 30b ausgerichtet ist. Somit sind alle drei Pixel 32 bis 34 in den Spalten w1 angeordnet und werden deshalb in das gleiche Fenster abgebildet.
In dem dreieckigen Mosaik, das in 3 gezeigt ist, werden manche der Pixel, wie etwa 35, nicht verwendet und können gesteuert werden, die gleiche Erscheinung wie Nicht-Anzeigeteile der LCD aufzuweisen. Beispielsweise können, wo eine schwarze Maske oder eine Maske angeordnet ist, um Bereiche zwischen Pixeln abzudecken, die nicht verwendeten Pixel 35 gesteuert werden, undurchsichtig zu sein. Alternativ kann die schwarze Maske während einer Fertigung ausgedehnt werden, um derartige nicht verwendete Pixel abzudecken, die in irgendeinem bestimmten Zustand nicht adressiert werden müssen. Obwohl aus dem Standpunkt einer Effizienz vorzuziehen wäre, sämtliche der Pixel zu benutzen, kann es in vielen Anwendungen akzeptabel sein, dass manche der Pixel nicht benutzt sind.
4 bis 16 veranschaulichen LCDn, die sich von der Anordnung, die in 3 gezeigt ist, in der Anordnung der dreieckigen Mosaike unterscheiden, um so die Pixel in zusammengesetzte Farbpixel zu gruppieren. Somit veranschaulicht 4 ein dreieckigen Mosaik, in welchem sämtliche der Pixel verwendet werden. Beispielsweise veranschaulicht ein Dreieck 50, dass die Pixel 51, 52 und 53 zusammengruppiert sind, um ein zusammengesetztes Farbpixel zu bilden. Die Pixel 51 und 52 sind in der gleichen Zeile angeordnet, aber um sechs Spalten beabstandet, wohingegen das Pixel 53 in einer angrenzenden Zeile ist, aber von dem Pixel 51 und 52 um drei Spalten beabstandet ist. Somit sind sämtliche der Pixel 51 bis 53 in w1 Spalten und werden durch den linsenförmigen Schirm 30 in das gleiche Fenster abgebildet.
5 veranschaulicht ein weiteres dreieckiges Mosaik, in welchem kein relativer vertikaler Versatz zwischen zusammenge setzten Farbpixeln in unterschiedlichen Fenstern vorhanden ist, wie durch die Dreiecke 50, 54 und 55 angezeigt.
6 veranschaulicht eine Anordnung, in welcher zusammengesetzte Farbpixel, die durch Dreiecke, wie etwa 55, angezeigt sind, für die Ansicht w2 vertikal um eine Zeile bezüglich der zusammengesetzten Farbpixel für die Ansichten w1 und w3 verschoben sind, die durch die Dreiecke 51 bzw. 54 angezeigt sind. Weiter werden manche Pixel, wie etwa 56, nicht verwendet.
Die in 7 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von jener in 5 gezeigten dahingehend, dass die dreieckigen Mosaike für abwechselnde Zeilen zusammengesetzter Farbpixel horizontal umgekehrt sind, beispielsweise wie durch die Dreiecke 51 und 57 angezeigt.
Die in 8 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von jener in 6 gezeigten dahingehend, dass die dreieckigen Mosaike in abwechselnden Zeilen zusammengesetzter Farbpixel umgekehrt sind. Dies lässt eine vollständige Ausnutzung der Pixel zu und verringert die vertikale Teilung der zusammengesetzten Farbpixel.
Die in 9 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von jener in 7 gezeigten dahingehend, dass die dreieckigen Mosaike, wie etwa 58, für die Ansicht w2 horizontal bezüglich der Mosaike, die durch Dreiecke 59 und 60 für die Ansichten w1 bzw. w3 angezeigt sind, horizontal umgekehrt sind.
Obwohl die 3 bis 9 LCDn zur Verwendung in Drei-Fensterautostereoskopischen Anzeigevorrichtungen veranschaulichen, können die LCDn einfach zur Verwendung in autostereoskopischen Anzeigevorrichtungen angeordnet werden, die eine andere Anzahl von Fenstern bereitstellen, beispielsweise Zwei- oder Vier-Fenster-Systeme, wie in den 37 bis 40 gezeigt. Es ist erforderlich, dass die Mosaike derart sind, dass die Pixel, die jeweils zusammengesetzte Farbpixel umfassen, immer aus Elementen der Sätze von Pixeln ausgewählt werden, die wegen ihrer Positionen bezüglich der Parallaxen-Erzeugungselemente in das gleiche Fenster abgebildet werden.
LCDn mit einer super-twisted nematischer (STN) passiver Matrix sind anfällig für ein Bild-abhängiges Übersprechen, das nachteilig sein kann, wenn sie in 3D-Anwendungen verwendet werden, wo ein niedriges Übersprechen zwischen Fenstern wichtig ist. Insbesondere erscheint ein Übersprechen zwischen Fenstern als ein Geisterbild, das den 3D-Effekt verringern oder zerstören kann. Jedoch ist ein Übersprechen zwischen zusammengesetzten Farbpixeln des gleichen Fensters oder zwischen Pixeln des gleichen zusammengesetzten Farbpixels weniger ein Problem hinsichtlich des 3D-Effekts. Verschiedene Techniken sind bekannt, um ein Übersprechen in LCDn mit STN-passiver Matrix zu verringern, und diese können zusammen mit Pixelmosaik- und Farbfilteranordnungen zum Minimieren eines Übersprechens zwischen Fenstern eingesetzt werden, d.h. ein Inter-Fenster-Übersprechen kann auf Kosten eines Intra-Fenster-Übersprechens minimiert werden. Ein Infra-Fenster-Übersprechen führt zu einem Farbmischen in der Anzeigevorrichtung. Verfahren zum Verringern eines Übersprechens in Anzeigevorrichtungen mit passiver Matrix schließen ein Mehrfachzeilen-Adressieren ein.
Die 10 bis 12 veranschaulichen, dass unterschiedliche Farbmuster mit den gleichen dreieckigen Mosaiken, die in den 3 bis 19 gezeigt sind, verwendet werden können, um so zusammengesetzte Farbpixel zu bilden. Auf ähnliche Weise können unterschiedliche Farbfiltermuster mit den gleichen dreieckigen Mosaiken verwendet werden, die in den 37 bis 40 gezeigt sind. Insbesondere veranschaulichen die 10 bis 12 unterschiedliche Farbfilteranordnungen für das dreieckige Mosaik, das in 7 veranschaulicht ist. 10 veranschaulicht ein gestreiftes Farbfilter, das ein sich wiederholendes Muster von RGB-Streifen aufweist, wobei jeder Streifen davon mit einer einzigen diagonalen Linie von Pixeln ausgerichtet ist. 11 veranschaulicht die Verwendung horizontal gestreifter Farbfilter, wobei jeder Farbstreifen mit einer einzigen horizontalen Zeile von Pixeln ausgerichtet ist. 12 veranschaulicht die Verwendung eines Farbfilters, das ein Feld von Filterbereichen aufweist, wobei jedes davon mit drei benachbarten Pixeln, wie etwa jenen, die bei 61, 62 und 63 angezeigt sind, ausgerichtet ist.
Die voranstehend beschriebenen LCDn sind von dem RGB-Typ, in welchem jedes zusammengesetzte Farbpixel ein einziges rotes Pixel, ein einziges grünes Pixel und ein einziges blaues Pixel umfasst. Jedoch sind andere Kombinationen möglich, und die 13 bis 22 veranschaulichen LCDn, in welchen jedes zusammengesetzte Farbpixel ein einziges rotes Pixel, ein einziges blaues Pixel und zwei grüne Pixel (RGGB) umfasst. Eine derartige Anordnung lässt es zu, dass die wahrgenommene Auflösung der LCD verbessert wird. Insbesondere ist die visuelle Auflösung des menschlichen Auges in dem grünen Bereich des sichtbaren Spektrums größer als für die roten und blauen Bereiche, so dass, indem die "grüne Auflösung" der LCD erhöht wird, die wahrgenommene Auflösung in hohem Maße zum Nachteil eines Erhöhens der Anzahl von Pixeln um ein Drittel verglichen mit den in den 3 bis 12 gezeigten Anordnungen erhöht wird.
Die Verwendung von RGGB-Pixeln (und RGYB-Pixeln, wie nachstehend beschrieben) ist insbesondere wichtig bei räumlich multiplexierten 3D-Anzeigevorrichtungen, da eine Auflösung erstklassig ist, weil die Pixel verwendet werden müssen, um zumindest ein Bild für das linke Ruge und eines für das rechte Ruge zu erzeugen. Jedwede Technik, die die effektive Auflösung der Anzeigevorrichtung erhöhen wird, wird erstklassig sein.
13 veranschaulicht die Pixel- und Farbfilteranordnung einer LCD, die mit einem linsenförmigen Schirm 30 zusammenwirkt, um eine autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung mit zwei Ansichten zu bilden. Die zusammengesetzten Farbpixel sind durch ein rechteckiges Mosaik gebildet, d. h. die Pixel jedes zusammengesetzten Pixels sind an den Ecken oder Scheiteln eines Rechtecks, wie etwa 70, angeordnet. Das zusammengesetzte Pixel 70 wird durch den linsenförmigen Schirm 30 auf das erste Fenster abgebildet, wohingegen das zusammengesetzte Pixel 73 auf das zweite Fenster abgebildet wird. Jede Zeile und Spalte der Beobachtungsdaten weist eine grüne Komponente auf, wodurch die Auflösung der Vorrichtung signifikant verbessert wird, da die grünen (Luminanzinformation-tragenden) Pixel gleichförmig verteilt sind. In dem RGYB-Fall, der nachstehend beschrieben ist, enthält jede Spalte und Zeile G- und/oder Y-Pixel.
Die LCD, die in 14 gezeigt ist, macht Gebrauch von dem gleichen rechteckigen Mosaik, wie es in 13 gezeigt ist, weist aber eine unterschiedliche Farbfilteranordnung auf, so dass die Auslegung der RGGB-Pixel unterschiedlich ist.
15 veranschaulicht die Verwendung einer RGGB-Anzeigevorrichtung des in den 13 und 14 gezeigten Typs, um eine Drei-Fenster-Anzeigevorrichtung bereitzustellen. In diesem Fall sind die Mosaike Parallelogramme, beispielsweise wie bei 75 bis 78 gezeigt. Die Mosaike 75, 78 und 76 zeigen eine Information für Ansichten 1, 2 bzw. 3 an.
Die in 16 gezeigte LCD unterscheidet sich von jener in 15 gezeigten dahingehend, dass eine unterschiedliche Farbfilteranordnung bereitgestellt ist. Auf ähnliche Weise unterscheidet sich die LCD der 17 von jener der 15 dahingehend, dass eine unterschiedliche Farbfilteranordnung bereitgestellt ist und die Parallelogramm-Mosaike horizontal bezüglich jenen der 15 umgekehrt sind.
18 veranschaulicht eine RGGB-LCD des in 13 gezeigten Typs zum Bereitstellen einer Vier-Fenster-autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtung, die rechteckige Mosaike, wie etwa 80 bis 82, aufweist.
Die 19 und 20 veranschaulichen weitere Farbfilteranordnungen zur Verwendung mit rechteckigen Mosaiken, die in
18 veranschaulicht sind, um autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtungen mit vier Ansichten bereitzustellen.
Die voranstehend beschriebenen LCDn sind alle von dem Typ, der in der EP 0 625 861 zum Bereitstellen angrenzender Beobachtungsfenster in autostereoskopischen 3D-Anzeigevorrichtungen offenbart ist. Jedoch können ähnliche Farbmosaike in anderen Typen von LCDn bereitgestellt werden, und dies ist in den 21 und 22 veranschaulicht, die Anordnungen von Pixeln zeigen, derart, dass Spalten und Zeilen voneinander durch eine schwarze Maske getrennt sind, so dass Abbildungsfenster, die durch den linsenförmigen Schirm 30 erzeugt werden, nicht zusammenhängend sind, sondern durch dunkle Bereiche getrennt sind. Rechteckige Mosaike 83 und 84 von RGGB-Pixeln bilden die zusammengesetzten Farbpixel derart, dass die Pixel jedes Mosaiks in das gleiche Beobachtungsfenster durch den linsenförmigen Schirm 30 abgebildet werden. Die 21 und 22 zeigen zwei unterschiedliche Farbfilteranordnungen für eine derartige LCD.
Die LCDn, die in den 23 bis 29 gezeigt sind, unterscheiden sich von jenen in den 13 bis 22 gezeigten dahingehend, dass die zusammengesetzten Farbpixel RGYB-Pixel umfassen, d. h. eines der grünen Pixel der zusammengesetzten Farbpixel, die in den 13 bis 22 gezeigt sind, ist durch ein Luminanz- oder Y-Pixel ersetzt, das im Wesentlichen kein Farbfilter aufweist. Eine derartige Anordnung stellt eine verbesserte wahrgenommene Auflösung und eine erhöhte Helligkeit bereit. Jede Spalte und Zeile enthält G- und/oder Y-Pixel für eine optimale Betriebsweise.
Die 23 bis 25 veranschaulichen rechteckige Mosaike und Farbfilteranordnungen für autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtungen mit zwei Ansichten. 26 veranschaulicht ein Parallelogramm-Mosaik und eine Farbbilderanordnung für eine autostereoskopische 3D-Anzeigevorrichtung mit drei Ansichten. 27 veranschaulicht ein rechteckiges Mosaik und eine Farbfilteranordnung für eine autostereoskopische SD-Anzeigevorrichtung mit vier Ansichten. Die in den 23 bis 27 gezeigten LCDn sind von dem Typ, der in der EP 0 625 861 offenbart ist.
Die 28 und 29 veranschaulichen rechteckige Mosaike und Farbfilteranordnungen für autostereoskopische 3D-Anzeigevor richtungen mit zwei Ansichten des Typs, der in den 21 und 22 veranschaulicht ist.
Die in 30 veranschaulichte Anordnung umfasst eine Anzeigeschnittstelle unter Verwendung eines herkömmlichen RGB-Videoeingangssignals, das als 3D-Ansicht 1 angezeigt ist, um die Daten zu verarbeiten und zwei grüne Kanäle bei voller Auflösung auszugeben, während die roten und blauen Daten unterabgetastet oder gemittelt werden, um die geeignete Pixelinformation für diese Farben zu ergeben. Alternativ können die Daten spezifisch als RGGB-Daten von einer Videoquelle erzeugt werden. Dies verringert Bandbreitenanforderungen der Videoquelle, aber würde eine nicht-standardisierte Ausrüstung erfordern.
Die Schnittstelle erzeugt die Daten für jedes RGGB-Pixel aus den Daten aufeinander folgender RGB-Pixel, die von der Quelle zugeführt werden. Einer der grünen Ausgangskanäle empfängt die grünen Daten direkt. Der andere grüne Kanal empfängt die grünen Daten über ein Ein-Pixel-Verzögerungselement. Die Schnittstelle wird durch einen Steuerschaltkreis (nicht gezeigt) betrieben, so dass aufeinander folgende Paare von RGB-Pixeln von der Quelle auf die Hälfte der Anzahl von RGGB-(oder RGYB-)Pixeln verarbeitet werden.
Die roten und blauen Ausgangsdaten werden durch jeweilige Funktionsgeneratoren zugeführt, die die roten und blauen Daten für das gegenwärtige Pixel und über jeweilige Verzögerungen von dem vorangehenden Pixel empfangen. Die Signale können, falls erforderlich, durch einen zusätzlichen Schaltkreis (nicht gezeigt) normalisiert werden. Ein derartiger Schaltkreis kann den in der 31 veranschaulichten Prozess implementieren.
Der untere Teil in 31 veranschaulicht eine Erzeugungs-/Normalisierungs-RGGB-Erzeugungsstrategie. Die RGB-Daten von aufeinander folgenden Pixeln P1 und P2 werden aufaddiert, und die Amplituden werden dann wie erforderlich herunterskaliert, um sicherzustellen, dass die roten und blauen Intensitäten unterhalb des maximal zugelassenen Ausgangs sind. Die grüne In tensität wird dann in zwei Komponenten aufgeteilt, derart, dass ein G-Ausgang der herunterskalierten Amplitude der G-Komponente für das Pixel P1 entspricht und der andere G-Ausgang der herunterskalierten Amplitude der G-Komponente des Pixels P2 entspricht.
Der obere Teil der 31 veranschaulicht eine ähnliche Technik zum Ableiten von RGYB-Daten, wieder von aufeinander folgenden RGB-Pixeln P1 und P2. Die R-, G- und B-Komponenten von den aufeinander folgenden Pixeln werden summiert, und die Y-Komponente wird gleich der niedrigsten der summierten Komponenten oder dem maximalen Ausgang gesetzt, was auch immer niedriger ist. Die Y-Komponente wird dann von den R-, G- und B-Komponenten subtrahiert, um so die RGYB-Ausgangsdaten bereitzustellen. Dies ist analog zu dem "Polychromatischen Farbentfernungs" -Prozess beim Drucken, wo gleiche Beträge von Cyan-, Gelb- und Magenta-Tinten durch schwarze Tinte ersetzt werden. Die Verwendung eines Y-Pixels lässt ein helleres Bild zu, da eine Normalisierung für die Verwendung eines zweiten grünen Pixels nicht durchgeführt werden muss. Weiße Bilder lassen es zu, dass sämtliche der Pixel eingeschaltet werden.
Es ist somit möglich, autostereoskopische und stereoskopische 3D-Anzeigevorrichtungen bereitzustellen, die geringen Artefakten, wie etwa einer verringerten Farbtrennung oder einem "Aufbrechen" unterliegen, die von Pixelpositionsunterschieden in jedem Fenster herrühren. Eine elektronische Datenmanipulation und eine Reihenfolge zum Adressieren der LCDn ist relativ einfach, und es ist eine Kompatibilität mit standardisierten integrierten Treiberschaltungen vorhanden. Eine Farbfilterfertigung ist relativ einfach. Ein Übersprechen zwischen Fenstern kann relativ niedrig gehalten werden, und ein Übersprechen zwischen Pixeln innerhalb jedes Fensters kann eingesetzt werden, um dies zu erreichen. Nicht-geschaltete Teile der LCD können angeordnet werden, um einen kleinen Beitrag zu dem Hintergrund-Kontrastpegel bereitzustellen. RGGB-Anzeigevorrichtungen stellen eine verbesserte Auflösung bereit, und RGYB-Anzeigevorrichtungen stellen verbesserte Helligkeit und Auflösung bereit. Eine elektronische Adressierung ist relativ ein fach, da die erforderliche Größe eines Zeilenspeichers verglichen mit bekannten Techniken verringert ist.
Die hierin offenbarten Techniken können beispielsweise auf Dünnfilmtransistor-twisted-nematische, super-twisted nematische, ferroelektrische Flüssigkristall-, Plasma-, Elektrolumineszenz- und Kathodenstrahlrohr-Anzeigevorrichtungen angewandt werden.
Weiter sind derartige Anzeigevorrichtungen auch zur Verwendung in einem "umgekehrten 2D" -Modus geeignet. In diesem Modus ist eine Adressierung der Anzeigevorrichtung derart modifiziert, dass die Farbmosaike für 2D unterschiedlich von jenen sind, die für den 3D-Modus verwendet werden. Dies ist für sämtliche Farbfilterkonfigurationen so. Farbmosaike für 2D sind bekannt und werden nicht weiter beschrieben werden.
Derartige SLMn und 3D-Anzeigevorrichtungen können in vielen Anwendungen wie etwa Personalcomputer-Spielen, 3D-Fernsehen, computergestütztem Design, medizinischer Bildgebung, Arcade-Computerspielen und wissenschaftlicher Visualisierung verwendet werden.

Claims

Räumlicher Lichtmodulator, umfassend eine Vielzahl von Bildelementen (24–26, 32–35, 51–53), die in Zeilen, die in einer ersten Richtung verlaufen, und in Spalten, die in einer zweiten Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung verlaufen, angeordnet sind, wobei die Spalten in Gruppen von N Spalten angeordnet sind, wobei N eine Ganzzahl größer als 1 ist, wobei die Spalten innerhalb jeder Gruppe in ersten bis N-ten Rängen angeordnet sind, und die Bildelemente (24–26, 32–35, 51–53) als Sätze von Farbbildelementen angeordnet sind, um zusammengesetzte vollständige Farbbildelementsätze zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente jedes Satzes in den Scheitelpunkten eines Polygons (21–23, 31, 50, 54, 55, 57, 58–60, 70, 73, 75–78, 80–84) angelegt sind und in entsprechenden Spalten des gleichen Rangs in zumindest zwei unterschiedlichen Gruppen angelegt sind.
Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygone (21–23, 31, 50, 54, 55, 57, 58–60, 70, 73, 75–78, 80–84) der Sätze im Wesentlichen von der gleichen Form und Größe sind.
Modulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungen der Polygone (21–23, 31, 50, 54, 55, 57, 58–60, 70, 73, 75–78, 80–84) der Sätze variieren.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelpunkte jedes Polygons (21–23, 31, 50, 54, 55, 57, 58–60, 70, 73, 75–78, 80–84) in benachbarten Gruppen der Spalten angelegt sind.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelpunkte jedes Polygons (21–23, 31, 50, 54, 55, 57, 58–60, 70, 73, 75–78, 80–84) in benachbarten Zeilen angeordnet sind.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygone Dreiecke (21–23, 31, 50, 55, 57, 58–60) sind.
Modulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente jedes Satzes rote, grüne und blaue Bildelemente (RGB) umfassen.
Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygone Rechtecke (70, 73, 80–84) sind.
Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygone Parallelogramme (75–78) sind.
Modulator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente jedes Satzes rote, grüne, grüne und blaue Bildelemente umfassen (RGGB).
Modulator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildelemente jedes Satzes rote, grüne, weiße und blaue Bildelemente (RGYB) umfassen.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch weitere Bildelemente (35), die nicht Elemente der Sätze sind, und die angeordnet sind, Bereichen des Modulators zwischen den Bildelementen (24–26, 32–34, 51–53) der Sätze zu ähneln.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Farbfilter, das eine Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Streifen aufweist.
Modulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen mit einer jeweiligen einzelnen Zeile der Bildelemente (24–26, 32–34, 51–53) ausgerichtet ist.
Modulator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen mit einer jeweiligen einzigen diagonalen Linie der Bildelemente (24–26, 32–34, 51–53) ausgerichtet ist.
Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Farbfilter, das eine Vielzahl von Bereichen aufweist, wobei jeder mit einer jeweiligen Gruppe benachbarter Bildelemente (24–26, 32–34, 51–53) ausgerichtet ist.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Spalten jeder Gruppe zusammenhängend sind.
Modulator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen der Spalten zusammenhängend sind.
Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Flüssigkristallvorrichtung umfasst.
Gerichtete Anzeigevorrichtung, die einen Modulator nach einem der voranstehenden Ansprüche einschließt.