DE69729617T2

DE69729617T2 - Räumlicher Lichtmodulator, gerichtete Anzeige und gerichtete Lichtquelle

Info

Publication number: DE69729617T2
Application number: DE69729617T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Sandford-on-Thames Harrold; Graham John Henley-on-Thames Woodgate
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2017-09-27
Also published as: JPH10142572A; GB2317710A; EP0833183A1; US5969850A; EP0833183B1; GB9620210D0; DE69729617D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen räumlichen Lichtmodulator. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine gerichtete Anzeige, wie eine autostereoskopische Anzeige. Die Erfindung betrifft ferner eine gerichtete Lichtquelle z. B. zur Verwendung in gerichtete Anzeigen.
Ein bekannter Typ einer autostereoskopischen, dreidimensionalen (3D) Anzeige ist in 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Die Anzeige umfasst einen räumlichen Lichtmodulator in Form einer Flüssigkristallanzeige (LCD) 1, welche mit einem Parallaxenelement in Form einer Parallaxenschranke 2 verbunden ist. Die LCD 1 umfasst eine Vielzahl von Bildelementen (Pixel), die als eine zweidimensionale (2D) Anordnung angeordnet sind. Die Pixel sind in einer Flüssigkristallschicht 3 geformt und als Gruppen von Pixelsäulen konfiguriert. Jede Gruppe gehört zu einem vertikal orientierten Schlitz 4 der Parallaxenschranke 2. Die Gruppen von Säulen können zwei oder mehr Säulen umfassen und jede Säule ist so eingerichtet, dass sie eine vertikale Scheibe eines jeweiligen 2D-Bilds anzeigt. Die Anzeige wird von einem geeigneten Rücklicht (nicht gezeigt) in Richtung von Pfeil 5 beleuchtet und die Parallaxenschranke erzeugt Lichtkegel in Form von Keilen, welche den Säulen jeder Gruppe entsprechen. In Gesichtsfeld-korrigierten Anzeigen überlappen sich diese Keile, um linke und rechte Betrachtungszonen für die linken bzw. rechten Augen eines Betrachters zu definieren. Vorausgesetzt, dass die Augen des Beobachters in den korrekten Betrachtungszonen bleiben, kann der Beobachter somit ein 3D-Bild wahrnehmen.
Um dem Beobachter eine größere Betrachtungsfreiheit zu ermöglichen, ist es bekannt, eine Beobachternachführungsanzeige bereitzustellen, bei welcher sich die Betrachtungszonen bewegen, um den Beobachter innerhalb eines zulässigen Bewegungsbereichs zu verfolgen. In dem in 1 gezeigten Anzeigentyp kann dies mittels eines mechanischen Nachführsystems erreicht werden. Ein solches System misst die Position des Beobachters und bewegt die Parallaxenschranke 2 lateral in Bezug auf die LCD 1, so dass die Augen des Beobachters innerhalb der korrekten Betrachtungszonen verbleiben. Jedoch erfordern solche Anordnungen eine Bewegung von optischen Komponenten, wobei dies das Gewicht und den Stromverbrauch der Anzeige erhöht, während ihre Robustheit verringert wird. Für eine Anzeige, die zwei Betrachtungszonen zur Verfügung stellt, sieht jedes Auge des Beob achters maximal die halbe Anzahl von Pixeln der LCD 1, und zwar sowohl in dem 3D-Modus und in einem 2D-Modus der Anzeige, wo beide Augen die gleiche Bildinformation sehen. Deshalb wird in dem 2D-Modus die Hälfte der LCD-Auflösung effektiv verschwendet.
Es ist auch möglich, eine autostereoskopische 3D-Anzeige mit Beobachternachführung ohne sich bewegende Teile zur Verfügung zu stellen, wie z. B. in EP 0 721 131 und EP 0 726 482 offenbart ist. Jedoch ermöglichen solche Anzeigen lediglich, dass jedes Auge des Beobachters nur ein Drittel der Pixel der LCD in sowohl dem 3D- als auch 2D-Funktionsmodus sieht.
Eine herkömmliche Parallaxenschranke 2 umfasst im Wesentlichen eine undurchsichtige Platte oder Schicht mit lichtdurchlässigen Schlitzen 4, die parallel zueinander ausgebildet und gleichmäßig beabstandet sind. Die Schlitze erstrecken sich vertikal, um eine laterale Parallaxe bereitzustellen. Jedoch kann die passive Parallaxenschranke 2 durch eine aktive Parallaxenschranke ersetzt werden, wie z. B. in JP 03-119889 offenbart ist. Die aktive Schranke umfasst eine gedreht-nematische (TN) LCD mit vertikal gestreiften Elektroden und Interelektrodenlücken. Die Elektroden definieren die Pixel der LCD, wohingegen die Zwischenelektrodenlücken Lücken zwischen den Pixeln definieren, die im Wesentlichen ungeschaltet bleiben, und zwar ungeachtet der elektrischen Felder, die auf den TN-Flüssigkristall durch die Elektroden angelegt werden. Die Abstände der Schranke und Anzeige-SLMs sind im Wesentlichen gleich.
Die LCD kann so konfiguriert werden, dass sie eine normalerweise weide oder normalerweise schwarze Funktion bereitstellt. 2 veranschaulicht das vergrößerte Erscheinungsbild eines kleinen Abschnitts einer LCD, die in dem normalerweise weißen Modus betrieben wird. Insbesondere ist die LCD so eingerichtet, dass sie als eine Parallaxenschranke wirkt, wobei das sich vertikal erstreckende Pixel 6 so kontrolliert wird, dass es durchsichtig ist, um einen Schlitz der Barriere zu bilden, wohingegen die Pixel zwischen den durchlässigen Schlitzen wie 8 so gesteuert werden, dass sie undurchsichtig sind. Jedoch bleiben die ungeschalteten Bereiche 9 teilweise oder vollständig durchlässig. Dies verhindert, dass ein guter Kontrast in Hinblick auf die undurchsichtigen Bereiche der Schranke erzielt wird und kann zu einer Überlagerung führen, was zu unerwünschten, sichtbaren Artefakten in dem durch den Beobachter gesehenen 3D-Bild führt. Um ein 2D-Bild anzuzeigen, kann die gesamte Parallaxenschranke 2 im Wesentlichen einheitlich durchlässig ge macht werden, so dass alle Pixel der LCD beiden Augen des Beobachters sichtbar sind und die volle räumliche Auflösung der LCD in einem solchen 2D-Modus verwendet werden kann. In diesem Modus wird die Parallaxenschranke effektiv "ausgeschaltet", anders als im 2D-Modus von Anzeigen mit nicht-schaltbaren Parallaxenschranken.
3 veranschaulicht das Erscheinungsbild der aktiven Schranke 2, wenn sie so konfiguriert ist, dass sie im normalerweise schwarzen Modus betrieben wird. Ein Betrieb in entweder dem normalerweise schwarzen Modus oder dem normalerweise weißen Modus wird zum Zeitpunkt der Herstellung festgelegt. Wiederum wird das Pixel 6 so kontrolliert, dass es durchlässig ist, so dass es einen Schlitz formt, und die Schlitze werden von undurchsichtigen Bereichen getrennt. Jedoch kann die vertikale Lücke 10 zwischen den Pixeln 6 und 7 nicht kontrolliert werden, so dass sie durchlässig ist und kann unerwünschte, sichtbare Artefakte erzeugen. Wie wohl bekannt ist, erlaubt der normalerweise schwarze Modus keine gute Extinktion von polarisiertem Licht in den schwarzen oder undurchsichtigen Flächen und liefert einen schlechteren Betrachtungswinkel. Eine schlechte Extinktion führt zu einem Bildleck aufgrund der schwarzen Flächen, was die Überlagerung in dem 3D-Anzeigemodus der Funktion erhöht. In dem voll-aufgelösten 2D-Modus, in dem alle Schlitze klargeschaltet sind, bleiben die nicht-geschalteten Zwischenelektrodenbereiche im Wesentlichen undurchsichtig, so dass der Anzeigenkontrast vermindert ist. Jedoch ist es ein ernsthafteres Problem, dass Moire-Muster aufgrund einer Interferenz zwischen den Restmustern der ungeschalteten Zwischenelektrodensäulen der aktiven Schranke 2 und der darunterliegenden Struktur der LCD 1 in dem 2D-Modus erzeugt werden. Ferner liegt eine erhöhte Diffraktion der Schranke 2 vor.
Eine bekannte Anzeige, die in einer Sanyo-Pressemitteilung mit dem Titel "2D/3D Switchable Display", ausgegeben am 10. Mai 1996, offenbart ist, zeigt eine Anzeige, die zwischen 2D- und 3D-Moden in jeder von sechzehn festgelegten Zonen geschaltet werden kann. Dies wird durch die Verwendung einer passiven hinteren Parallaxenschranke und einem überlagerten 4 × 4-Segment, elektrisch schaltbarem Diffusor in der Form eines polymer-dispergierten Flüssigkristalls erreicht.
Eine Projektionsanzeige, bei welcher die Zwischenelektrodenlücken über der Anzeige vor der Betriebszeit schwarzgeschaltet werden, ist in McDonnell 93 offenbart. Dies wird gemacht, um zu vermeiden, dass eine separate schwarze Matrixschicht verwendet wird.
EP 0 540 137 offenbart eine 3D-Bildanzeige, die eine elektrisch erzeugte Parallaxenschranke, die in einer LCD geformt ist, aufweist. Jedoch gibt es keine wesentliche Offenbarung der Struktur oder der Funktion einer solchen Parallaxenschranke. Insbesondere gibt es keine Offenbarung in Bezug auf eine Steuerung des Flüssigkristalls in den Lücken zwischen den Elektroden.
US 5 122 888 offenbart eine Kamera-fokussierende Platte, die einen dynamischen Flüssigkristall enthält. Ein Phasendiffraktionsgitter kann in dem Flüssigkristall durch Anlegen eines elektrischen Felds eingerichtet werden, um die Moleküle des Flüssigkristalls zu drehen und den Brechungsindex von Licht, das durch den Flüssigkristall hindurchgeht, zu ändern, um so einen Diffusor zu erzeugen. Es gibt eine Offenbarung der Brechungsindexänderung in den Lücken zwischen den Elektroden durch ein leckendes elektrisches Feld, jedoch ist die sich ergebende Brechungsindexänderung geringer als jene, die in dem Flüssigkristall an den Elektroden auftritt, und ein Brechungsindexprofil in Form einer Sinuswelle wird erzeugt.
EP 0 586 098 offenbart eine Licht modulierende Vorrichtung zur Verwendung in der Rekonstruktion eines eindimensionalen Hologramms. Die Vorrichtung enthält eine Anzahl von Pixeln, die eine kleine Breite in der horizontalen Richtung aufweisen, welche jedoch relativ lang sind. Steuerelemente für die Pixel sind an den Enden der Pixel angeordnet und nicht zwischen angrenzenden Pixeln platziert. Von der Vorrichtung wird behauptet, dass sie eine gute Ausrichtung in der horizontalen Richtung aufweist. Jedoch gibt es keine Offenbarung in Bezug auf das Schalten eines Anzeigemediums an Lücken zwischen den Elektroden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein räumlicher Lichtmodulator, wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt. Der räumliche Lichtmodulator umfasst einen Modulatorbereich, der zwischen einem Klarmodus, bei welchem der Bereich eine im Wesentlichen einheitliche Durchlässigkeit aufweist, und einem Schrankenmodus, bei welchem der Bereich eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, parallelen, durchlässigen Streifen, die sich in einer ersten Richtung erstrecken und durch kontinuierliche, im Wesentlichen undurchsichtige Unterbereich getrennt sind, aufweist, schaltbar ist, wobei der Bereich Bildelemente umfasst, die durch von Lücken getrennten Adressierelektroden definiert sind, wobei der Modulator Mittel zum Schalten der Durchlässigkeit der Lücken zwischen den Elektroden durch Streufelder umfasst.
Die Bildelemente können längliche Bildelemente umfassen, die durch jeweilige längliche Adressierelektroden, die sich in der ersten Richtung erstrecken, definiert sind. Die Bildelemente können zusammen undurchsichtig schaltbar sein, um die Unterbereiche zu definieren, und können voneinander beabstandet sein, um die durchlässigen Schlitze zu definieren. Die Lücken können unabhängig von den Bildelementendurch durch diese Mittel zwischen durchlässig und undurchsichtig schaltbar sein.
Die Bildelemente können eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen umfassen, wobei jedes von diesen zwischen durchlässig und undurchsichtig schaltbar ist. Die Lücken können zwischen durchlässig und undurchsichtig unabhängig schaltbar sein.
Der Modulator kann eine Flüssigkristallanzeige einschließlich einer ersten Schicht aus einem flüssigkristallinen Material umfassen. Die erste Schicht kann ein ferroelektrisches, flüssigkristallines Material, ein antiferroelektrisches, flüssigkristallines Material oder ein super-twisted, nematisches Flüssigkristallmaterial umfassen. Die erste Schicht kann einen anisotropischen Farbstoff enthalten.
Die Adressierelektroden können eine passive Matrixadressieranordnung umfassen.
Die undurchsichtigen Unterbereiche können reflektierend sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein räumlicher Lichtmodulator, wie in Anspruch 14 definiert, bereitgestellt. Der räumliche Lichtmodulator umfasst einen Modulatorbereich, der schaltbar ist zwischen einem ersten Modus, bei welchem der Bereich so eingerichtet ist, dass er Licht einer im Wesentlichen einheitlichen Polarisation liefert, und einem zweiten Modus, bei welchem der Bereich so eingerichtet ist, dass er Licht der ersten Polarisation in einer Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, parallelen Streifen liefert, und Licht einer von der ersten Polarisation verschiedenen zweiten Polarisation in kontinuierlichen Unterbereichen, die die Streifen trennen, liefert, wobei der Bereich Bildelemente umfasst, die durch von Lücken getrennte Adressierelektroden definiert sind, und wobei der Modulator Mittel zum Schalten der Durchlässigkeit der Lücken zwischen den Elektroden durch Streufelder umfasst.
Die zweite Polarisation kann orthogonal zu der ersten Polarisation sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine gerichtete Anzeige mit dem Modulator gemäß den ersten oder zweiten Aspekten der Erfindung im Zusammenwirken mit einer Bildanzeige bereitgestellt.
Die Bildanzeige kann einen weiteren räumlichen Lichtmodulator umfassen. Der weitere räumliche Lichtmodulator kann eine weitere Flüssigkristallvorrichtung, einschließlich einer zweiten Schicht aus einem flüssigkristallinen Material, umfassen. Die Anzeige kann erste und zweite Substrate mit der ersten Schicht dazwischen und ein drittes Substrat mit der zweiten Schicht zwischen den zweiten und dritten Substraten umfassen. Die Anzeige kann einen einzelnen Polarisator zwischen den ersten und zweiten Schichten umfassen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine gerichtete Lichtquelle mit einem Modulator gemäß den ersten oder zweiten Aspekten der Erfindung im Zusammenwirken mit einer diffusen Lichtquelle zur Verfügung gestellt.
Die Lichtquelle kann einen Linsenschirm mit Linsen, die sich in der ersten Richtung erstrecken, umfassen.
Es ist somit möglich, einen SLM bereitzustellen, der zur Verwendung in autostereoskopischen und stereoskopischen 3D-Anzeigen geeignet ist. Zum Beispiel kann der SLM in einer autostereoskopischen Anzeige in dem Schrankenmodus betrieben werden, um eine Parallaxenschranke mit einer guten Kontrastleistung zu definieren und geringe Überlagerungspegel zur Verfügung zu stellen. In dem Klarmodus wird eine im Wesentlichen einheitliche Durchlässigkeit bereitgestellt, so dass die volle Auflösung einer zugehörigen Bildanzeige verwendet werden kann, während Moire-Effekte mit der Anzeigenstruktur im Wesentlichen vermindert oder vermieden werden. In manchen Ausführungsformen können verschiedene Gebiete des SLM gleichzeitig in den Klar- und Schrankenmoden betrieben werden, so dass ein oder mehrere Teile) einer gerichteten Anzeige ein 3D-Bild anzeigen und ein oder mehrere Teile) ein 2D-Bild anzeigen. Ebenso ist in manchen Ausführungsformen der Schrankenmodus so ausgebildet, dass die Positionen der durchlässigen Schlitze senkrecht zu der ersten Richtung elektronisch verändert werden können. Eine solche Anordnung ermöglicht es, ohne bewegliche Teile in einer autostereoskopischen 3D-Anzeige den Beobachter zu verfolgen. Für eine solche Anwendung kann der SLM angrenzend an die Bildanzeige angeordnet sein, um die Positionen der Betrachtungszonen zu steuern. In einer alternativen Anordnung kann der SLM mit einem Rücklicht verbunden werden, um eine gerichtete Lichtquelle zur Verfügung zu stellen, die Licht in Lichtstrahlen oder "Teilen" aussendet, deren Richtung elektronisch gesteuert werden kann.
Der SLM weist keine schwarze Maske auf, so dass der Herstellungsprozess vereinfacht ist. Eine volle Helligkeit wird in Teilen des SLM erzielt, die so gesteuert werden, dass sie durchlässig oder "weiß" sind, und der gesamte Modulator oder von dem Nutzer gewählte Teile hiervon können geschaltet werden, um insgesamt klar oder "weiß" zu sein, ohne verbleibende schwarze Maskengebiete übrigzulassen, die Moire-Muster durch Interferenz mit der ähnlichen Pixelstruktur einer Bildanzeige erzeugen würden.
Es ist möglich, Gebrauch von "bistabilen" flüssigkristallinen Materialien, wie ferroelektrischen Flüssigkristallen (FLC), antiferroelektrischen Flüssigkristallen (AFLC) mit einem scharf definierten elektrooptischen Übergang, und super-twisted, nematische (STN) Flüssigkristalle zu verwenden. Dies ermöglicht die Verwendung einer passiven Matrixadressierung, so dass es keine undurchsichtigen Zwischenelektrodenbereiche gibt, wie in dem Fall der aktiven Matrixadressierung, wo elektronische Geräte, wie Dünnschichttransistoren, in den Lücken zwischen den undurchsichtigen Adressierelektroden angeordnet werden müssen. Der Stromverbrauch wird auch verringert, so dass der SLM zur Verwendung in Batterie-betriebenen Anzeigen, wie Laptop, Personalcomputer (PC) und persönlichen digitalen Assistenten (PDA) geeignet ist. Ein solcher SLM weist deshalb die Vorteile einer verbesserten Apertur und somit Helligkeit, Einfachheit und verminderten Kosten im Vergleich zu twisted-nematischen (TN) Techniken unter Verwendung von Dünnschichttransistoren, wie sie z. B. in JP 0 3-119889 offenbart sind, zusätzlich zu anderen, weiter oben genannten Vorteilen auf.
Die Erfindung wird nun mittels eines Beispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, in denen
1 einen horizontalen Querschnitt eines bekannten Typs einer autostereoskopischen 3D-Anzeige zeigt;
2 das Erscheinungsbild eines repräsentativen Unterbereichs eines SLM zeigt, der in dem normalerweise weißen Modus arbeitet, um eine elektronische Parallaxenschranke bereitzu stellen;
3 das Erscheinungsbild eines SLM veranschaulicht, der in dem normalerweise schwarzen Modus arbeitet, um eine elektronische Parallaxenschranke bereitzustellen;
4 einen horizontalen Querschnitt eines Teils einer autostereoskopischen 3D-Anzeige, die eine Ausführungsform der Erfindung bildet, zeigt;
5 einen horizontalen Querschnitt eines SLM, der eine Ausführungsform der Erfindung bildet, zeigt;
6 das Erscheinungsbild des SLM von 5 um eine Apertur herum, während der Funktion, veranschaulicht;
7a ein Diagramm der Pulslänge in Mikrosekunden gegen die Pulsamplitude in Volt ist, welche τ-V-Kurven für Pixel- und Zwischenpixel-Flüssigkristall-Bereiche zeigt;
7b ein Diagramm der Transmittanz gegen die Spannung ist, das das Pixel- und Zwischenpixel-Schalten veranschaulicht,
8 einen horizontalen Querschnitt einer 3D-Anzeige, die eine Ausführungsform der Erfindung bildet, zeigt;
9 die Struktur der Anzeige, die in 8 gezeigt ist, detaillierter veranschaulicht;
10 eine zur 9 ähnliche Ansicht ist, die eine alternative Position eines inneren Polarisators zeigt;
11 eine zur 9 ähnliche Ansicht ist, in der ein innerer Polarisator durch einen Farbstoff in einer Gast-Wirt-Anordnung ersetzt ist;
12 eine geeignete Orientierung der Reibrichtung des FLC-Schran ken-SLM in Bezug auf die SLM-Anzeige veranschaulicht;
13 einen bevorzugten Neigungswinkel für einen Farbstoff-FLC veranschaulicht;
14 einen Standard-Neigungswinkel für einen Farbstoff-FLC veranschaulicht;
15 die Anzeige von 10 mit einer schwarzen Maske in einer alternativen Position zeigt;
16 die Struktur einer 3D-Anzeige unter Verwendung eines gerichteten Rücklichts, welche eine Ausführungsform der Erfindung bildet, zeigt;
17 bis 22 den 4, 8 bis 11 bzw. entsprechen, jedoch alternative Konfigurationen von 3D-Anzeigen mit hinteren Parallaxenschranken zeigen;
23 die Struktur einer 3D-Anzeige mit einer hinteren, reflektierenden Parallaxenschranke zeigt;
24 bis 26 alternative Anordnungen von reflektierenden Parallaxenschranken in einem SLM zeigen;
27a ein Elektrodenmuster für einen SLM zeigt, das zwischen einem Schrankenzustand, der festgelegte durchlässige Schlitze bereitstellt, und einem klaren Zustand geschaltet werden kann;
27b ein Elektrodenmuster für einen SLM zeigt, der in Bereichen schaltbar ist;
28 ein Elektrodenmuster für einen SLM zeigt, der in seinem Schrankenmodus Schlitze bereitstellt, deren Positionen steuerbar sind, um eine Betrachternachführung in einer 3D-Anzeige zu ermöglichen;
29 ein Elektrodenmuster für einen SLM zeigt, der eine Beobachternachführung und dynamisch konfigurierbare 2D- und 3D-Zonen in einer 3D-Anzeige ermöglicht;
30 eine mögliche Konfiguration von 2D- und 3D-Zonen auf einer Anzeige mit dem Elektrodenmuster von 29 veranschaulicht;
31 und 32 zwei Anordnungen von zeitlich gemultiplexten 3D-Anzeigen unter Verwendung eines SLM des in den 8 und 18 gezeigten Typs veranschaulichen;
33 die Verwendung eines SLM des in 5 gezeigten Typs veranschaulicht, um ein lenkbares Rücklicht in einer zeitlich. gemultiplexten 3D-Anzeige bereitzustellen;
34 die Verwendung eines SLM des in 5 gezeigten Typs in einer 3D-Anzeige mit räumlichem und zeitlichem Multiplexen veranschaulichen;
35 eine der 34 ähnliche Anzeige veranschaulicht, jedoch mit einer hinteren Parallaxenschranke;
36 die Funktion einer Anzeige des in 8 gezeigten Typs für eine gleichzeitige Nachführung von zwei Betrachtern veranschaulicht;
37 das Erscheinungsbild eines SLM des in 5 gezeigten Typs für verschiedene Beobachternachführmoden zeigt; und
38 ein Diagramm ist, welches den Effekt der Schlitzbreite auf die Fensterqualität oder Überlagerung und Helligkeit veranschaulicht.
Gleiche Bezugszahlen beziehen sich in den Zeichnungen auf gleiche Teile.
4 veranschaulicht eine autostereoskopische 3D-Anzeige des vorderen Parallaxenschrankentyps mit einer LCD 1 und einer elektronischen Parallaxenschranke in der Form einer LCD 2. Die LCD 1 kann von dem gleichen Typ sein wie in 1 gezeigt ist, und umfasst eine flüssigkristalline Schicht 3, die eine 3D-Anordnung von Pixeln zum Modulieren von Licht, das von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) in der Richtung 5 mit räumlich gemultiplexten 2D-Bildern, die aus verschiedenen Betrachtungspunkten aufgenommen sind, bereitstellt.
Die LCD 2 ist so ausgebildet und gesteuert, dass sie als eine Parallaxenschranke wirkt, die die durchlässigen Streifen oder Schlitze wie 4 bereitstellt. Jeder Schlitz 4 ist zu einer Gruppe von Pixelsäulen ausgerichtet, wobei jede Säule der Gruppe einen sich vertikal erstreckenden Streifen eines jeweiligen 2D-Bilds anzeigt. Wie im Weiteren beschrieben ist, weist die LCD 2 einen Schrankenelektrodenabstand auf, der wenigstens dem zweifachen Pixelabstand der LCD 1 entspricht.
Die Struktur der LCD 2 ist detaillierter in 5 gezeigt. Die LCD 2 umfasst ein Substrat 11, das eine Elektrodenanordnung und eine Ausrichtungsschicht (nicht gezeigt) trägt, und ein Substrat 12, das Säulenelektroden 13 und eine Ausrichtungsschicht (nicht gezeigt) trägt. Eine Flüssigkristallschicht 14 ist zwischen den Substraten 11 und 12 angeordnet und umfasst FLC-, AFLC- oder STN-Flüssigkristalle in geeigneter Weise. Insbesondere umfasst die Flüssigkristallschicht 14 Flüssigkristallmaterialien mit scharfer Schwelle und wird durch eine passive Matrixelektrodenanordnung, einschließlich der Säulenelektroden 13, adressiert. Die Elektroden sind durchsichtig und können aus Indiumzinnoxid (ITO) gefertigt sein. Es gibt keine schwarze Maske.
6 veranschaulicht das Erscheinungsbild eines kleinen Teils der LCD 2 während der Funktion. Die LCD 2 weist orthogonal orientierte Eingangs- und Ausgangspolarisatoren (nicht gezeigt in 5) auf. In einem Schrankenmodus der Funktion legen Säulenelektroden 15 und 16 den vertikal orientierten, länglichen Pixeln elektrische Felder an, um die Pixel in ihren klaren oder durchlässigen Zustand zu schalten. Die Säulenelektroden 15 und 16 sind im Wesentlichen durchsichtig, jedoch sind ihre Umrisse in 6 zum Zwecke der Veranschaulichung gezeigt. Ferner werden Streufelder oder geeignete elektrische Pulse den Elektroden angelegt, so dass die Zwischenelektrodenlücken 17, 18 und 19 auch in den durchlässigen Zustand geschaltet werden. Deshalb wird ein sich vertikal erstreckender, durchlässiger Schlitz geformt und solche Schlitze werden parallel und gleichmäßig beabstandet bereitgestellt, indem die LCD 2 in geeigneter Weise gesteuert wird, um eine elektronische Parallaxenschranke zu formen, die in Kombination mit der LCD 1 eine autostereoskopische Anzeige formt.
In den Bereichen wie 20 und 21 bewirken die Elektroden, das die Pixel und die Lücken zwischen den Pixeln innerhalb der Flüssigkristallschicht 14 in den undurchsichtigen Zustand geschaltet werden. Die Randabschnitte 22 können auch in den undurchsichtigen Zustand geschaltet werden, so dass die LCD 1 als eine Parallaxenschranke wirkt, die eine Vielzahl von parallelen, gleichmäßig beabstandeten, kontinuierlichen durchlässigen Schlitzen, die von kontinuierlich undurchsichtigen Bereichen wie 20 und 21 getrennt sind, umfasst.
Im Klarmodus der Funktion liefert die Elektrodenanordnung, einschließlich der Elektroden 13, 15 und 16, Felder in der Weise, dass die gesamte Flüssigkristallschicht 14 in den klaren oder durchlässigen Zustand geschaltet wird. Die LCD 2 ist somit über ihren Modulationsbereich kontinuierlich und im Wesentlichen einheitlich durchlässig. In diesem Klarmodus der LCD 2 funktioniert die Anzeige als eine voll aufgelöste 2D-Anzeige.
Die LCD 2 liefert eine gute Betrachtungswinkelleistung und eine gute Kontrastleistung, ohne einen der visuellen Artefakte, die in den 2 und 3 veranschaulicht sind, zu erzeugen. Bei Verwendung in der in 4 gezeigten autostereoskopischen 3D-Anzeige können somit geringe Überlagerungspegel in dem 3D-Modus erzielt werden. In dem 2D-Modus werden visuelle Artefakte, wie Moire-Interferenz mit der Pixelstruktur, der LCD 1, im Vergleich zu Anordnungen mit schwarzen Masken, ungeschalteten Lücken zwischen den Elektroden oder undurchsichtigen Adressierelektroden innerhalb der Parallaxenschranke LCD stark vermindert oder beseitigt.
Die Teile der Flüssigkristallschicht 14 in den Lücken zwischen den Elektroden wie 13 haben ihre eigenen Schalteigenschaften, wie in 7a veranschaulicht ist, welche das τ-V-Diagramm für an die Adressierelektroden angelegte Pulse ist. Der Bereich der τ-V-Ebene, der mit A bezeichnet ist, ist der Schaltbereich für das Pixel, wohingegen ein Bereich C der Schaltbereich für eine angrenzende Zwischenelektrodenlücke ist. Sowohl das Pixel als auch die Zwischenelektrodenlücke werden in den Bereich B geschaltet, wohingegen keines in den Bereich D geschaltet wird.
Die in 7a gezeigten Kurven beziehen sich auf eine Anordnung mit einer 4- Mikrometer-Zwischenelektrode oder -Zwischenpixellücke mit 50 Mikrometer Pixeln.
In dem Fall von 2D-Matrix-förmigen, elektronischen Parallaxenschranken, liegen sowohl horizontale als auch vertikale Lücken vor. Die Schalteigenschaften der horizontalen und vertikalen Lücken können verschieden sein, wenn sie eine verschiedene Orientierung in Bezug auf die Schwingungs- oder Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls haben. Somit können die horizontalen und vertikalen Lücken und das Pixel wie erforderlich gesteuert werden.
Die Lücken können in einer separaten Adressierphase so geschaltet werden, dass sie vollständig undurchsichtig oder klar sind. Alternativ können geeignete Daten- und Taktspannungen zu verschiedenen Zeiten auf die gleichen Elektroden angelegt werden, um das Schalten der Lücke und des Pixels unabhängig zu steuern. Die Breite der Zwischenpixellücken kann auch gesteuert werden, um das Schalten durch Streufelder angrenzender Elektroden zu ermöglichen. Zu diesem Zweck beträgt die Zwischenpixellücke vorzugsweise zwischen 0,1 und 30 Mikrometer, und stärker bevorzugt zwischen 1 und 5 Mikrometer. Die Adressiersignale sind so eingerichtet, dass sowohl die Pixel als auch die Zwischenelektrodenlücken in einer binären Weise geschaltet werden. Somit ist keine schwarze Maske erforderlich, um einen hohen Kontrast und eine geringe Überlagerung zu erzielen. In dem voll aufgelösten 2D-Modus wird die flüssigkristalline Schicht 14 so gesteuert, dass Licht durch alle Teile der LCD 2 übertragen wird. Somit gibt es keine oder im Wesentlichen keine Erzeugung von Moire-Mustern.
Die in 4 gezeigte LCD 1 umfasst Substrate 25 und 26 zusätzlich zu der gepixelten Flüssigkristallschicht 3. Die Substrate 11, 12, 25 und 26 umfassen typischerweise Glas mit einer Dicke von 0,7 Millimeter. Zudem ist wenigstens ein Polarisator mit einer Dicke von typischerweise 0,2 Millimeter zwischen den Flüssigkristallschichten 2 und 14 angeordnet. Für eine hochaufgelöste Anzeigetafel, z. B. des XGA-Typs mit 1024 × 768 Farbpixeln, beträgt der Abstand der Pixel in der Schicht 3 typischerweise 80 Mikrometer. Wie zuvor beschrieben, erzeugt die 3D-Anzeige Betrachtungszonen für die Augen des Betrachters und die breitesten Teile dieser Betrachtungszone sind in einer zu der Anzeige parallelen Ebene angeordnet und werden als Betrachtungsfenster bezeichnet. Typischerweise sind Betrachtungsfenster in der Größenordnung von 65 Millimeter entsprechend dem typischen interokularen Abstand in der Ebene angeordnet, welche der nominale oder feste Betrachtungsabstand für die Anzeige ist. Dies führt zu einem Betrachtungsabstand in der Größenordnung von 850 Millimeter. Dies ist relativ groß für Anzeigen von z. B. weniger als 12 Inch diagonaler Größe.
In diesem Beispiel beträgt der Abstand der Elektroden in der LCD 2 vorzugsweise weniger als 40 Mikrometer und stärker bevorzugt weniger als 11 Mikrometer.
8 veranschaulicht eine Anzeige des in 14 gezeigten Typs, in welcher jedoch eines der mittleren Substrate wie 26, entfernt worden ist. Die Anzeige ist als eine einzelne Vorrichtung geformt, mit dem Substrat 11, das den LCDs 1 und 2 gemeinsam ist. Die konsequente Verminderung der Dicke zwischen den Schichten 3 und 14 führt zu einem nominalen Betrachtungsabstand in der Größenordnung von 350 Millimeter, was insbesondere für Anzeigen, deren diagonale Größe weniger als 12 Inch beträgt, akzeptabler ist.
9 zeigt stärker detailliert die Struktur der Anzeige von 8. Die Anzeige umfasst einen Eingangspolarisator 30 für die LCD 1, einen inneren Polarisator 31, der als ein Ausgangspolarisator für die LCD 1 wirkt, und einen Eingangspolarisator für die LCD 2 sowie einen Ausgangspolarisator 32 für die LCD 2. Die Polarisationsabsorptionsrichtungen der Polarisatoren sind durch einen Punkt für eine zu der Ebene von 9 senkrechten Richtung und durch einen Pfeil für eine zu der Ebene von 9 parallelen Richtung angegeben.
Die LCD 1 umfasst ferner eine schwarze Maske 33, die z. B. Halbleiterstrukturen bedeckt, die einen Teil des LCD-Adressierungskreises formen, der auf oder nahe dem Substrat 11 zwischen dem Substrat und dem inneren Polarisator 31 angeordnet ist. Das Substrat 25 trägt eine Pixelstruktur definierende Schicht, z. B. in der Form einer 2D-Anordnung von Elektroden. Beispiele von verschiedenen Konfigurationen zum Definieren von verschiedenen Pixelstrukturen sind mit 34 und 35 gezeigt. Geeignete Farbfilter (nicht gezeigt) können auch vorgesehen sein. Die Anordnung 34 umfasst eine herkömmliche rechtwinklige Anordnung von Elektroden, die eine entsprechende Anordnung von Pixeln definieren. Die Anordnung 35 definiert eine Anordnung des Typs, die in EP 0 625 861 definiert ist, wobei angrenzende Pixelsäulen horizontal im Wesentlichen zusammenhängen.
Das Substrat 12 trägt eine Parallaxenstruktur definierende Schicht 36 in der Form von parallelen, sich vertikal erstreckenden Säulenelektroden. Beispiele von Elek trodenanordnungen sind weiter unten beschrieben.
Die Polarisatoren 30 und 31 haben im Wesentlichen orthogonale Polarisationsrichtungen. In gleicher Weise haben die Polarisatoren 31 und 32 orthogonale Polarisationsrichtungen. Nun erfolgt eine Beschreibung der LCD 1 für den Fall des TN-Flüssigkristalleffekts. Licht aus einer unpolarisierten, Lambertschen Lichtquelle (nicht gezeigt) wird durch den Eingangspolarisator 30 linear polarisiert und tritt durch die Flüssigkristallschicht 3 hindurch. Die Pixel der Schicht 3 drehen die Polarisation von hindurch tretendem Licht selektiv und der innere Polarisator 31 analysiert die Ausgangspolarisation aus der Schicht 3 in der bekannten Weise für LCDs. Licht, das durch die LCD 1 hindurchtritt, wird somit räumlich moduliert mit räumlich gemultiplexten 2D-Bildern.
In dem autostereoskopischen 3D-Modus wird die LCD 2 so gesteuert, dass durchlässige Schlitze 4 bereitgestellt werden, und durch horizontal zusammenhängende undurchsichtige Bereiche wie 37 und 38 getrennt sind. Insbesondere dreht der Bereich 4 das linear polarisierte Licht aus dem Polarisator 31 um vorzugsweise 90°, so dass das abgegebene Licht durch den Ausgangspolarisator 32 hindurchtritt. Die Bereiche 37 und 38 werden so gesteuert, dass sie die Polarisation von Licht aus dem inneren Polarisator 31 nicht drehen, so dass der Ausgangspolarisator 32 das Licht sperrt.
Der durchlässige Schlitz 4 ist zu den Pixelsäulen, die mit 39, 40 und 41 bezeichnet sind, ausgerichtet. Die LCD 2 wirkt somit als eine Parallaxenschranke und liefert eine Anzahl von abgegebenen Lichtkegeln in einer Keilform (typisch zwei), wobei das Licht aus den Pixelsäulen 39, 40 und 41 gerichtet ist. Diese Anordnung wird mit den relativen Abständen der Pixelsäulen der LCD 1 wiederholt und die Pixel der LCD 2 sind dergestalt ausgebildet, dass eine Gesichtsfeld-korrigierte Anzeige bereitgestellt wird und zu den zuvor beschriebenen Betrachtungszonen und Betrachtungsfenstern führt. Ein Betrachter, dessen Augen in zwei angrenzenden Betrachtungszonen angeordnet sind, sieht deswegen ein autostereoskopisches 3D-Bild. Jedes Auge des Betrachters sieht typischerweise die Hälfte der Pixel der LCD 1, so dass die individuellen 2D-Bilder typischerweise die Hälfte der räumlichen Auflösung der LCD 1 aufweisen.
In dem 2D-Modus bewirkt die Schicht 36, dass die gesamte Flüssigkristallschicht 14 in einen im Wesentlichen einheitlichen durchlässigen Zustand geschaltet wird.
Die Parallaxenschranke "verschwindet" somit und die LCD 2 wird für einen Betrachter im Wesentlichen unsichtbar. Somit sehen beide Augen des Betrachters die gesamte LCD 1, die deshalb 2D-Bilder mit der vollen räumlichen Auflösung der LCD 1 anzeigen kann. Die Abwesenheit von undurchsichtigen Bereichen, wie schwarze Masken oder undurchsichtige Elektroden in der LCD 2, beseitigt im Wesentlichen Moire-Muster, die durch Interferenz mit der Struktur der LCD 1 verursacht sind. Die Fähigkeit einen klaren, unverfälschten Schrankenzustand zu erzeugen, ermöglicht, dass ein vollaufgelöster 2D-Modus, der Artefakt-frei ist, bereitgestellt wird.
Die in 10 gezeigte Anzeige unterscheidet sich von jener, die in 9 gezeigt ist, darin, dass der innere Polarisator 31 zwischen dem Substrat 11 und der Flüssigkristallschicht 14 angeordnet ist. Eine solche Anordnung kann durch die Herstellungserfordernisse bevorzugt sein und funktioniert in der gleichen Weise wie die Anzeige von 9.
11 veranschaulicht einen Aufbau, bei welchem der innere Polarisator 31 weggelassen ist, wobei die Schicht 14 einen FLC mit einem Farbstoff, der mit dem Flüssigkristall in einer Gast-Wirt-Anordnung ausgerichtet ist, umfasst. Die durch den Farbstoff erfolgende Absorption beseitigt die Notwendigkeit für einen inneren Polarisator.
Licht aus der nicht-polarisierten Quelle wird durch den Eingangspolarisator 30 polarisiert und durch die Flüssigkristallschicht 3 moduliert. Abhängig von dem erforderlichen Graustufenwert ändern die Pixel der Flüssigkristallschicht 3 das Eingangslicht in Anteilen von gewollten (W) und ungewollten (UW) Lichtpolarisationen. Damit der Graustufeninhalt sichtbar ist, muss der Anteil der ungewollten Polarisation für alle Schrankenpixel gesperrt werden, wobei dies durch den Ausgangspolarisator 32 sichergestellt wird. Der Anteil der gewollten Polarisation muss auch für die Pixel der Schicht 14 gesperrt werden, die in den undurchsichtigen Zustand geschaltet werden, muss jedoch von den Pixeln durchgelassen werden, die in den klaren oder durchsichtigen Zustand geschaltet werden. Dies wird durch den Effekt des Farbstoff-FLC in der Schicht 14 erzielt.
Die Ausgangspolarisation einer LCD-Anzeige mit standardmäßig orientierter Tafel und TN-aktiver Matrix ist typischerweise in einem Winkel von 45° zur Horizontalen geneigt, wie in 12 gezeigt ist. Um den besten Gebrauch von diesem Licht ohne unnötige Verluste zu machen, ist es bevorzugt, die LCD 2 unter Verwendung des FLC-Effekts zu konfigurieren, wie in der Bodenhälfte von 11 gezeigt ist. Die Polarisation der LCD 1 ist zu der Polarisation der LCD 2 an deren Grenzfläche ausgerichtet. Die Polarisatoren über der LCD 2 sind im Wesentlichen orthogonal. In diesem Fall liegt, wie gezeigt ist, die Schwingungsrichtung der FLC-Ausrichtungsschicht bei im Wesentlichen 22,5° zur Horizontalen, und der FLC mit einem üblichen Kegelwinkel von 45° (Neigungswinkel 22,5°) wird verwendet. In diesem Modus ist der FLC zwischen zwei stabilen Zuständen schaltbar, in denen das LC-Molekül in den Richtungen der Linien D1 und D2 ausgerichtet ist. In einem Zustand (aus) sind die LC-Moleküle zu der Eingangspolarisation ausgerichtet, so dass die LC-Schicht keinen Effekt hat und das Eingangslicht durch den Ausgangspolarisator ausgelöscht wird. In dem anderen Zustand (an) werden die LC-Moleküle zu D2 geschalten und in dieser Position funktionieren die anisotropen Moleküle als eine Wellenplatte, welche die Polarisationsebene des Eingangslicht dreht, um eine wesentliche Transmission des Eingangslichts durch die LCD 2 zu ermöglichen. Parallele Polarisatoren über der LCD 2 geben einen geringeren Kontrast, jedoch eine höhere Transmission.
13 veranschaulicht die bevorzugte Anordnung für die Farbstoff-FLC-Ausführungsformen. Die LCD 1 ist wie oben aufgebaut, jedoch verwendet die LCD 2 in diesem Fall einen FLC, der einen dichromatischen Farbstoff, vorzugsweise einen schwarzen dichromatischen Farbstoff, in einer Gast-Wirt-Konfiguration aufweist. In diesem Fall hat der FLC einen ungewöhnlich hohen Neigungswinkel von 45°. Demzufolge schaltet beim Schalten von D1 zu D2 der FLC zwischen Richtungen, die zu dem Eingangspolarisationszustand ausgerichtet und orthogonal sind. Dies maximiert den Unterschied zwischen den An- und Aus-Zuständen in dieser Ausführungsform, die keinen inneren Polarisator erfordert.
14 veranschaulicht, dass andere Neigungswinkel, einschließlich den standardmäßigen 22,5° möglich sind, dass jedoch in diesen Fällen die Lichttransmission verglichen mit jener, die in 13 gezeigt ist, vermindert ist.
Die LCD 1 kann z. B. von dem twisted-nematischen (TN) Aktivmatrixtyp sein, wobei die schwarze Maske 33 die Apertur der Pixel steuert. Die LCD 1 zur Bildanzeige kann durch andere Typen von Vorrichtungen, wie Plasma-, plasmaadressierte Flüssigkristall-(PALC), Feldemissions-Anzeigen und elektrolumineszente Geräte, ersetzt werden.
Die in 15 gezeigte Anzeige unterscheidet sich von jener, die in 10 gezeigt ist, darin, dass die Schicht 34, 35 zwischen der Flüssigkristallschicht 3 und dem Substrat 11 angeordnet ist, wohingegen die schwarze Maske 33 zwischen der Schicht 3 und dem Substrat 25 angeordnet ist.
16 zeigt eine autostereoskopische 3D-Anzeige des Mikropolarisatortyps, die in EP 0 721 132 offenbart ist. Die LCD 2 unterscheidet sich von jener, die z. B. in 15 gezeigt ist, darin, dass sie ihren eigenen Eingangspolarisator 40 und ihr eigenes Ausgangssubstrat 12 hat, jedoch den Ausgangspolarisator 32 weglässt. Ein Linsenschirm 41 mit einer Anordnung von parallelen, gleichmäßig beabstandeten, konvergierenden Linsen ist auf der Ausgangsseite des Substrats 12 angeordnet, um ein Rücklicht zu formen. Die LCD 1 von 16 unterscheidet sich von jener von 9 darin, dass sie keinen Eingangs- oder Ausgangspolarisator hat, jedoch ihre eigenen Substrate 25 und 26 aufweist.
Die LCD 2 empfängt Licht 5 aus einer nicht-polarisierten, Lambertschen Lichtquelle 5, welches durch den Eingangspolarisator 40 polarisiert wird. In dem 3D-Modus der Funktion formt die zusammenhängende Rücklichtpixelstruktur-definierende Schicht 36 eine Vielzahl von angrenzenden Pixeln innerhalb der Flüssigkristallschicht 14, die länglich, vertikal und parallel zu alternierenden Pixeln sind, die Ausgangslicht von orthogonalen linearen Polarisationen liefern. Der Linsenschirm 41 erzeugt die Betrachtungszonen, indem Licht aus der Schicht 14 in die zusammenhängenden Lichtkegel oder -keile gerichtet wird, das durch die Pixel der LCD 1 moduliert wird.
Die in 16 gezeigte Anzeige kann verwendet werden, um die Bewegung eines Betrachters zu verfolgen, so dass die Betrachtungszonen oder -fenster an den Augen des Betrachters gehalten werden, der deshalb im Vergleich zu nicht-nachgeführten Anzeigen über einen vergrößerten Betrachtungsbereich ein 3D-Bild wahrnehmen kann. Die Pixel der LCD 2 werden in Antwort auf die Position des Betrachters, wie durch ein Betrachterverfolgungssystem erfasst, gesteuert. Die angrenzenden orthogonal polarisierenden Pixel werden effektiv bewegt, so dass die Betrachtungsfenster die Bewegungen des Betrachters verfolgen.
In dem 2D-Modus werden die Pixel der LCD 2 so gesteuert, dass sie Licht einer einheitlichen Polarisation über der LCD 2 liefern. Der Betrachter kann deshalb ein 2D-Bild mit der vollen räumlichen Auflösung der LCD 1 sehen.
Die in 17 gezeigte Anzeige unterscheidet sich von jener, die in 4 gezeigt ist, darin, dass die optische Reihenfolge der LCD 1 und der LCD 2 umgekehrt ist. Diese Anordnung wirkt deshalb als eine hintere Parallaxenschranke-3D-autostereoskopische-Anzeige, funktioniert jedoch andererseits in der gleichen Weise wie die Anzeige von 4. In gleicher Weise zeigt 18 eine Anzeige, die sich von jener von 8 darin unterscheidet, dass sie eine hintere Parallaxenschrankenanzeige ist.
19 zeigt die Struktur der Anzeige von 18, welche Struktur sich von jener von 9 in der Reihenfolge der Komponenten unterscheidet. Die Funktion wird in Bezug auf 9 beschrieben.
Die in 20 gezeigte Anzeige unterscheidet sich von jener, die in 19 gezeigt ist, darin, dass der innere Polarisator 31 auf der anderen Seite des Substrats 12 angeordnet ist.
21 zeigt eine Anzeige, die sich von jener, die in 19 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass der innere Polarisator 31 weggelassen ist und die Flüssigkristallschicht 14 einen Farbstoff in einer Gast-Wirt-Anordnung enthält. Die Funktion der in 21 gezeigten Anzeige ist die gleiche, wie bei jener, die in 11 gezeigt ist.
22 zeigt eine Anzeige, die sich von jener, die in 20 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass die Positionen der Schicht 34, 35 und der schwarzen Maske 33 ausgetauscht sind.
23 zeigt eine Anzeige, die sich von jener, die in 21 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass die Schicht 14 einen Flüssigkristallschicht-schaltbaren Reflektor umfasst. Somit wird Licht, das durch undurchsichtige Pixel in der LCD 2 von 21 absorbiert würde, durch die Schicht 14 in der Anzeige von 23 zur Wiederverwendung reflektiert. Die Effizienz der Lichtausnutzung wird deshalb verbessert.
24, 25 und 26 veranschaulichen Ausführungsformen, bei denen die LCD 2 mit einer reflektierenden, im Gegensatz zu einer absorbierenden Schranke implementiert ist. Dies kann die Gesamtlichteffizienz der hinteren Parallaxenelement-Ausführungsformen verbessern.
In 24 wird das Eingangslicht durch den Polarisator 30 in eine lineare Polarisation umgewandelt, dann durch eine breitbandige Viertelwellenplatte 50 in eine zirkulare Polarisation. Die LCD 2 weist eine Schicht 51 mit einem Chirp-Abstandcholesterischen, schaltbaren Reflektor auf. In dem Schrankenmodus weist die Schicht Bereiche von cholesterischen reflektierenden und klaren (nicht-cholesterischen Zuständen auf. Ein Schalten zwischen diesen Zuständen wird wie zuvor beschrieben erreicht. Zirkular polarisiertes Licht, das auf den cholesterischen Reflektor stößt, wird reflektiert, wohingegen jenes, das auf die klaren Teile stößt, durchgelassen wird. Das transmittierte Licht wird dann durch eine Viertelwellenplatte 52 in eine lineare Polarisation umgewandelt, so dass es zu dem erforderlichen Eingangspolarisationszustand der darauffolgenden LCD 1 passt. Der cholesterische Zustand weist eine Chirp-Abstand auf, um eine zirkulare Polarisation über sowohl einen breiten Winkel und einen breiten Bereich von Wellenlängen zu reflektieren.
Die Ausführungsform von 25 unterscheidet sich von jener von 24 durch eine alternative Position für den linearen Polarisator.
In der Ausführungsform von 26 wird eine Schicht 51a, die einen breitbandigen diffraktiven Reflektor enthält, als das Parallaxen-erzeugende Element. verwendet. Der Lagenreflektor wird in Bereichen, die durchlässig sein sollen (um einen Parallaxen-SLM zu formen) angeschaltet/abgeschaltet, indem die Orientierung von angrenzenden anisotropen LC-Molekülen durch ein elektrisches Feld in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird. Das Gitter wird ausgeschaltet, indem die angrenzende LC-Schicht geschaltet wird, so dass es im Wesentlichen keinen Unterschied im Brechungsindex zwischen dem angrenzenden orientierten LC und dem diffraktiven Reflektor gibt. Dies löscht das Gitter effektiv aus, das in diesen Bereichen unsichtbar wird. In angeschalteten Bereichen werden die angrenzenden LCs in eine Orientierung geschalten, in der ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Gitter und dem LC vorliegt, wodurch die reflektierende Funktion des Gitters ermöglicht wird.
27a veranschaulicht eine Elektrodenanordnung für die LCD 2 von 5. Eine zusammenhängende, ebene Gegenelektrode 60 ist auf dem Substrat 11 angeordnet, wohingegen die Parallaxenstruktur-definierende Schicht 36 die Form einer Elektrode hat, die darin geformt eine Vielzahl von Schlitzen, die den Parallaxenschrankenschlitzen entsprechen sollen, aufweist. Die Anordnung ermöglicht ein Schalten zwischen dem Klarmodus und dem Schrankenmodus, bei welchen die Positionen der Schlitze fixiert sind. Der LC kann durch Anlegen eines geeigneten Signals (V an/aus) von einem Zustand in den anderen geschaltet werden.
27b veranschaulicht eine Elektrodenanordnung für die LCD 2 mit Bereichen von geteilten Elektroden, die eine 2D/3D-Funktion in einer Anzahl von konfigurierbaren Zonen ermöglicht. Solche SLMs sind zur Verwendung mit einer mechanischen Nachführung geeignet, wie z. B. in der britischen Patentanmeldung Nr. 9619097.0 offenbart ist.
Die in 28 gezeigte Elektrodenanordnung umfasst eine zusammenhängende, ebene Elektrode 60, die einer Vielzahl von parallelen, einheitlich beabstandeten Säulenelektroden wie 61 gegenüberliegt. Die Pixel und Zwischenelektrodenlücken können durch Zuführen von geeigneten Signalen V1, V2, ... Vn an die einzelnen Elektroden individuell geschaltet werden, was ermöglicht, dass die Schlitzorte der Schranke in dem 3D-Modus bewegt werden, um so eine elektronische Nachführung durchzuführen, wie z. B. im Weiteren beschrieben ist. Ebenso können voll aufgelöste 2D-Zonen, die sich über die volle Höhe der Anzeige erstrecken, mit 3D-Zonen kombiniert werden, indem die den Elektroden 61 zugeführten Signale in geeigneter Weise gesteuert werden.
29 veranschaulicht eine XY-Passivmatrix-Adressieranordnung, die Säulenelektroden wie 61 und Reihenelektroden wie 62 umfasst. Taktsignale Vr1, Vr2, ... Vrn können den Elektroden 62 in Folge angelegt werden, um Daten entsprechend den Säulensignalen V1, ... Vn einer Reihe zu einem Zeitpunkt zuzuführen, um den Modus der Anzeige aufzufrischen. Die Lücken zwischen den Pixeln können durch Streufelder oder durch "frame ahead gap blanking" gesteuert werden. Alternativ können die Lücken durch verschiedene Takt- und Datenspannungen, angelegt an die gleichen Reihen- und Säulenelektroden und optional an andere Reihen- und Säulenelektroden, ohne den Zustand der angrenzenden Pixel zu ändern, geschaltet werden.
Die in 29 gezeigte Elektrodenanordnung kann verwendet werden, um jede gewünschte Konfiguration von 2D- und 3D-Bildzonen gleichzeitig zu liefern. Zum Beispiel veranschaulicht 30 einen 3D-Hintergrund 63 mit 2D-Bildzonen 64, 65 und 66. Zusätzlich weist die 2D-Zone 66 eine eingesetzte 3D-Bildzone 67 auf. In den 3D-Zonen werden die entsprechenden Pixel der LCD 2 gesteuert, um Paral laxenschranken zu ergeben, wohingegen die Pixel in den Bereichen der 2D-Zonen gesteuert werden, um durchlässig zu sein.
Das Vorliegen der Parallaxenschranke über die 3D-Bereiche ergibt einen Unterschied in der Intensität zwischen den 2D- und 3D-Zonen, welcher in dem Steuersignal elektronisch kompensiert werden kann. Eine Kompensierung durch Einstellen der 2D-Zonen auf einen zwischenliegenden Dämpfungsgraupegel kann verwendet werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen, ist jedoch nicht für die LCD 2 geeignet, wenn binäre Schalteffekte verwendet werden, z. B. in dem Fall von Standard-FLCs. Das Vorliegen einer Grenze um eine eingesetzte 2D- oder 3D-Bildzone verhindert eine vertikale Parallaxe, die durch die Trennung der LCDs 1 und 2, gesehen durch einen Betrachter über oder unter der Achse der Anzeige, verursacht wird, wobei die Randpixel einer eingesetzten Zone in der falschen Bildzone erscheinen.
31 zeigt eine zeitlich gemultiplexte, 3D-autostereoskopische Anzeige, bei welcher die Bild-LCD ein schneller SLM z. B. des FLC-Typs ist, und die Parallaxenschranke LCD gleichermaßen von dem schnell schaltenden Typ wie FLC ist. Der mittlere Teil von 31 zeigt die Erzeugung eines Betrachtungsfensters 70 für das linke Auge während eines ersten Felds, bei welchem Bilddaten eines. ersten 2D-Bilds durch die LCD 1 angezeigt werden. Die Fenster werden in einer Vielzahl von Lappen erzeugt, wie in der 3D-Anzeigetechnologie bekannt ist. Die Schlitze 4 der durch die LCD 2 geformten Parallaxenschranke befinden sich in einer ersten lateralen Position in Bezug auf die Pixel der LCD 1.
Der untere Teil von 31 veranschaulicht die Erzeugung von Betrachtungsfenstern 71 für das rechte Auge. In diesem Fall wird ein zweites Feld von Bilddaten, die ein von dem rechten Auge des Betrachters zu betrachtendes Bild darstellen, durch die LCD 1 angezeigt. Die LCD 2 wird so kontrolliert, dass die Pixel 4 eine verschiedene laterale Position in Bezug auf die Pixel der LCD 1 aufweisen.
32 zeigt eine zeitlich gemultiplexte Anzeige, die sich von jener, die in 31 gezeigt ist, darin unterscheidet, dass die optische Reihenfolge der schnellen SLM 1 und der dynamischen Parallaxenschranke LCD 2 umgekehrt sind.
33 zeigt die Verwendung des in 16 gezeigten lenkbaren Rücklichts in einer zeitlich multiplexten Anzeige. 2D-Bilddaten werden in Folge der schnellen SLM 1 zugeführt, und die LCD 2 wird so kontrolliert, das Licht, das jedem 2D-Bild entspricht, auf ein jeweiliges der Betrachtungsfenster 70 und 71 gerichtet wird.
34 zeigt eine Anordnung, welche ein räumliches und zeitliches Multiplexing kombiniert, um vier Betrachtungsfenster 72 bis 75 bereitzustellen. Während jedes Felds werden zwei räumlich gemultiplexte 2D-Bilder durch die SLM 1 angezeigt. Somit werden zwei Betrachtungsfenster 73 und 75 in einem Feld bereitgestellt, wohingegen zwei Betrachtungsfenster 72 und 74 in dem nächsten Feld bereitgestellt werden.
Die Anzeige von 35 unterscheidet sich von jener, die in 34 gezeigt ist, darin, dass die optischen Reihenfolgen der SLM 1 und der Schranke 2 umgekehrt sind.
Ein gleichzeitiges Nachführen von mehreren Betrachtern ist auch möglich. Zum Beispiel zeigt 36 eine Anzeige des in 9 gezeigten Typs zum Bereitstellen eines Pfads von Betrachtungsfenstern für einen ersten Betrachter und ein weiteres Paar von Betrachtungsfenstern für einen zweiten Betrachter. Die Erzeugung der individuellen Betrachtungsfenster ist in den mittleren und unteren Abschnitten von 36 gezeigt.
Die Schlitze in den zwei Feldern der in den 32 und 35 gezeigten Anzeigen müssen nicht einander angrenzen. Ferner kann die Breite der Schlitze elektrisch angepasst werden, um die Helligkeit in Bezug auf die Betrachtungsfensterqualität zu steuern, was eine Maßnahme bezüglich des 3D-Überlagerungspegels ist. 38 zeigt dies für eine Pixelapertur 76 einer rechtwinkligen Form und für einen engen Schlitz 77 und einen breiten Schlitz 78. Die Variation der Intensität mit der Betrachterposition für die Schlitze 77 und 78 ist mit 79 bzw. 80 veranschaulicht. Das Profil 79 zeigt, dass die Lichtintensität vermindert wird, jedoch die Fensterform besser ist. Für den breiteren Schlitz 78 zeigt das entsprechende Intensitätsprofil 80 eine größere Intensität, jedoch eine schlechtere Fensterform.
37 zeigt verschiedene Nachführmoden für einen LCD 2 des in 5 gezeigten Typs. Jeder Schlitz ist aus einer Anzahl von Pixeln aufgebaut und wird für den Fall von vier Pixeln veranschaulicht. Die vier Pixel werden so gesteuert, dass sie durchsichtig sind. Um einen Betrachter zu verfolgen, wie in dem oberen Teil von 37 veranschaulicht ist, können die Pixel so geschaltet werden, dass ein Pixel an einem Rand des Schlitzes auf Schwarz geschaltet wird, während ein Pixel, das dem anderen Rand des Schlitzes nächst liegt, auf Weiß geschaltet wird. Dies ergibt eine Einschritt-Nachführung und minimiert ein Flackern. Die optische Leistung ist optimal für eine Einschritt-Nachführung, wobei unerwünschte sichtbare Artefakte minimiert sind, wobei dies deshalb die normale Funktion darstellt.
Der mittlere Teil von 37 zeigt eine Zweischritt-Nachführung, bei welcher zwei Pixel an einem Rand auf Schwarz geschaltet werden, wenn zwei Pixel, welche an den anderen Rand angrenzen, auf Weiß geschaltet werden. Dieser Nachführmodus ermöglicht eine Anpassung an schnellere Betrachterbewegungen.
Der untere Teil von 37 veranschaulicht eine Sprungnachführung, bei welcher keine Pixel klar bleiben, d. h. der Ort des durchlässigeren Schlitzes springt, so dass es keinen Überlapp zwischen einer Schlitzposition und der nächsten Schlitzposition gibt. Dieser Modus ermöglicht eine extreme Betrachterbewegung und Fehlerbeseitigung.
Es ist somit möglich, Geräte und Anzeigen, die in 3D-Arbeitsstationen, medizinischer Bildgebung, wissenschaftlicher Visualisierung, Videospielen, Videotelefonen und 3D-TV verwendet werden, bereitzustellen.

Claims

Räumlicher Lichtmodulator, welcher einen Modulatorbereich mit Bildelementen, die mittels durch Lücken (17–19) getrennte Adressierelektroden (13, 15, 16, 36, 61, 62) definiert sind, und Mittel zum Schalten des Transmissionsgrads der Lücken (17–19) zwischen den Elektroden durch Streufelder und zum Schalten des Transmissionsgrads der Bildelemente umfasst, welcher geeignet ist, den Modulatorbereich zwischen einem Löschmodus, in welchem der Bereich einen im Wesentlichen einheitlichen Transmissionsgrad hat, und einem Sperrmodus, in welchem der Bereich eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, parallelen, durchlässigen Streifen (15–19), die sich in einer ersten Richtung erstrecken und durch kontinuierliche Unterbereiche (20, 21) aus undurchsichtigen Bildelementen und Lücken getrennt sind, schaltbar zu machen.
Modulator nach Anspruch 1, bei welchem die Bildelemente längliche Bildelemente, die durch jeweilige längliche, sich in der ersten Richtung erstreckende Adressierelektroden definiert sind, umfassen.
Modulator nach Anspruch 2, bei welchem die Bildelemente miteinander undurchsichtig geschaltet werden können, um die Unterbereiche (20, 21) zu definieren und beabstandet sind, um die durchsichtigen Schlitze zu definieren.
Modulator nach Anspruch 2, bei welchem die Lücken (17–19) unabhängig von den Bildelementen durch die Mittel zwischen durchsichtig und undurchsichtig geschaltet werden können.
Modulator nach Anspruch 1, bei welchem die Bildelemente eine zweidimensionale Anordnung von Bildelementen umfassen, von denen jedes unabhängig zwischen durchsichtig und undurchsichtig schaltbar ist.
Modulator nach Anspruch 5, bei welchem die Lücken unabhängig zwischen durchsichtig und undurchsichtig schaltbar sind.
Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Flüssigkristallvorrichtung (2) eine erste Schicht (14) aus flüssigkristallinem Material umfasst.
Modulator nach Anspruch 7, bei welchem die erste Schicht (14) ein ferroelektrisches, flüssigkristallines Material umfasst.
Modulator nach Anspruch 7, bei welchem die erste Schicht (14) ein antiferroelektrisches, flüssigkristallines Material umfasst.
Modulator nach Anspruch 7, bei welchem die erste Schicht (14) ein supertwiste-nematisches, flüssigkristalliens Material umfasst.
Modulator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei welchem die erste Schicht (14) einen anisotropischen Farbstoff umfasst.
Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Adressierelektroden (13, 15, 1, 36, 60–62) eine Passivmatrix-Adressieranordnung umfassen.
Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die undurchsichtigen Unterbereiche (20, 21) reflektierend sind.
Räumlicher Lichtmodulator, welcher einen Modulatorbereich mit Bildelementen, die mittels durch Lücken getrennte Adressierelektroden definiert sind, und Mittel zum Schalten des Polarisations-Transmissionsgrads der Lücken zwischen den Elektroden durch Streufelder und zum Schalten des Polarisations-Transmissionsgrads der Bildelemente umfasst, welcher geeignet ist, dem Modulatorbereich zwischen einem ersten Modus, in welchem der Bereich eine im Wesentlichen einheitliche Zufuhr von Licht einer ersten Polarisation ist, und einem zweiten Modus, in welchem der Bereich eine Zufuhr von Licht der ersten Polarisation in einer Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten parallelen Streifen und von Licht einer von der ersten Polarisation verschiedenen zweiten Polarisation in kontinuierlichen Unterbereichen, die aus Bildelementen und Lücken geformt sind und welche die Streifen trennen, ist.
Modulator nach Anspruch 14, bei welchem die zweite Polarisation orthogonal zur ersten Polarisation ist.
Gerichtete Anzeige mit dem Modulator (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mit einer Bildanzeige (1) zusammenwirkt.
Anzeige nach Anspruch 16, bei welcher die Bildanzeige (1) einen weiteren räumlichen Lichtmodulator umfasst.
Anzeige nach Anspruch 17, bei welcher der weitere räumliche Lichtmodulator (1) eine weitere Flüssigkristallvorrichtung, einschließlich einer zweiten Schicht (3) aus flüssigkristallinem Material, umfasst.
Anzeige nach Anspruch 18 oder 19, welche erste und zweite Substrate (12, 11) mit der ersten Schicht (14) dazwischen und ein drittes Substrat (25) mit der zweiten Schicht (3) zwischen den zweiten und dritten Substraten (11, 25) umfasst.
Anzeige nach Anspruch 18 oder 19, wenn nicht von Anspruch 11 abhängig, mit einem einzelnen Polarisator (31) zwischen den ersten und zweiten Schichten (14, 3).
Gerichtete Lichtquelle mit einem Modulator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welcher mit einer diffusen Lichtquelle (5) zusammenwirkt.
Gerichtete Lichtquelle nach Anspruch 21, welche eine linsenförmige Lage (41) mit sich in Richtung der Streifen erstreckenden Linsen umfasst.