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Die Erfindung bezieht sich auf eine
autostereoskopische Anzeige. Eine solche Anzeige kann in Spielevorrichtungen,
Computermonitoren, Laptop-Anzeigen, Workstations und in der professionellen
Bilderzeugung, beispielsweise zum Gebrauch in der Medizin, beim
Entwurf oder durch Architekten, verwendet werden.
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Beim normalen Sehen nehmen die beiden menschlichen
Augen Ansichten der Welt wegen ihrer räumlichen Trennung im Kopf aus
zwei verschiedenen Perspektiven wahr. Diese zwei Perspektiven werden
daraufhin vom Gehirn verwendet, um die Entfernung zu verschiedenen
Objekten in einer Szene zu beurteilen. Um eine Anzeige zu erzeugen,
die effektiv ein 3D-Bild anzeigt, muss diese Situation wieder hergestellt
werden und ein so genanntes "stereoskopisches
Paar" von Bildern,
eines für
jedes Auge eines Betrachters, geliefert werden.
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Die meisten 3D-Anzeigen können je
nach der Technik, die verwendet wird, um die verschiedenen Ansichten
für die
Augen zu liefern, in zwei Typen klassifiziert werden. Typischerweise
zeigen stereoskopische Anzeigen die beiden Bilder mit einer weiten Ansichtsfreiheit
an. Allerdings ist jede der Ansichten, beispielsweise durch die
Farbe, durch den Polarisationszustand oder durch den Anzeigezeitpunkt,
codiert, so dass ein Filtersystem einer Brille, die der Betrachter
trägt,
die Ansichten zu trennen versucht, um jedes Auge nur die Ansicht
sehen zu lassen, die für es
bestimmt ist.
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Autostereoskopische Anzeigen erfordern keine
von dem Betrachter getragenen Betrachtungshilfsmittel. Statt dessen
sind die zwei Ansichten lediglich von definierten Raumbereichen
aus sichtbar. Derjenige Raumbereich, in dem ein Bild über den
gesamten aktiven Anzeigebereich sichtbar ist, wird als ein "Betrachtungsbereich" bezeichnet. Falls
der Betrachter so angeordnet ist, dass ein Auge in einem Betrachtungsbereich
ist, während
das andere Auge in dem anderen Betrachtungsbereich ist, ist ein
richtiger Satz von Ansichten sichtbar, wobei ein 3D-Bild wahrgenommen
wird.
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Für
autostereoskopische Anzeigen vom "Flachbett"-Typ werden die Betrachtungsbereiche durch
eine Kombination einer Bildelementstruktur (Pixel-Struktur) der
Anzeige und eines allgemein als Parallaxeoptik bezeichneten optischen
Elements gebildet. Ein Beispiel einer solchen Optik ist eine Parallaxesperre.
Dieses Element ist ein Schirm mit vertikalen durchlässigen Schlitzen,
die durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind. Eine Anzeige dieses
Typs ist in 1 der beigefügten Zeichnung
gezeigt. Ein räumlicher
Lichtmodulator (SLM) 1 vom Flüssigkristalltyp umfasst Glassubstrate 2,
zwischen denen eine Flüssigkristallschicht
zusammen mit dazugehörenden
Elektroden und Ausrichtschichten angeordnet ist. Eine Hintergrundbeleuchtung 3 beleuchtet
den SLM 1 von hinten, während
an der Vorderfläche
des SLM 1 eine Parallaxesperre 4 angeordnet ist.
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Der SLM 1 umfasst eine zweidimensionale Matrix
(2D-Matrix) von Pixel-Öffnungen,
wobei die Pixel als Spalten angeordnet sind, die, wie bei 5 gezeigt ist,
durch die Zwischenräume 6 getrennt
sind. Die Parallaxesperre 4 besitzt vertikal verlaufende
Schlitze 7 mit einem horizontalen Abstand in der Nähe eines ganzzahligen
Vielfachen des horizontalen Abstands der Pixel-Spalten 5,
so dass jedem Schlitz Gruppen von Spalten von Pixeln zugeordnet
sind. Wie in 1 gezeigt
ist, sind jedem Schlitz 7 der Parallaxesperre 4 drei
Pixel-Spalten zugeordnet, die als die Spalten 1, 2 und 3 bezeichnet
sind.
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Die Funktion der Parallaxenoptik
wie etwa der Parallaxesperre 4 besteht darin, das durch
die Pixel durchgelassene Licht auf bestimmte Ausgangswinkel zu begrenzen.
Diese Begrenzung definiert den Sehwinkel jeder der Pixel-Spalten
hinter dem zugeordneten Schlitz. Der Sehwinkelbereich jedes Pixels
ist durch die Pixel-Breite und durch den Abstand zwischen den Ebenen,
die die Pixel und die die Parallaxeoptik enthalten, bestimmt. Wie
in 1 gezeigt ist, sind
die drei jedem Schlitz 7 zugeordneten Spalten 5 in
jeweiligen Betrachtungsfenstern sichtbar.
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2 der
beigefügten
Zeichnung zeigt die von einem SLM 1 und einer Parallaxesperre 4 erzeugten
Winkelzonen des Lichts, wobei die Schlitze der Parallaxesperre einen
horizontalen Abstand haben, der gleich einem genauen ganzzahligen
Vielfachen des Abstands der Pixel-Spalten ist. In diesem Fall vermischen
sich die von verschiedenen Orten über der Anzeigefläche kommenden
Winkelzonen, wobei eine keine reine Betrachtungszone für das Bild 1
oder für
das Bild 2 gibt. Somit sieht jedes Auge eines Betrachters kein einzelnes
Bild auf der gesamten Anzeige, sondern statt dessen Schnitte verschiedener
Bilder in verschiedenen Bereichen auf der Anzeigefläche. Um
dieses Problem zu überwinden,
wird der Abstand der Parallaxeoptik etwas verringert, so dass die
Winkelzonen in einer allgemein als die "Fensterebene" bekannten vorgegebenen Ebene vor der
Anzeige konvergieren. Diese Abstandsänderung einer Parallaxeoptik
wird als "Betrachtungspunktkorrektur" bezeichnet und ist
in 3 der beigefügten Zeichnung
gezeigt. Die Betrachtungsebene ist bei 8 gezeigt, während die
sich ergebenden im Wesentlichen drachenförmigen Betrachtungsbereiche
bei 9 und 10 gezeigt sind. Sofern das linke und
das rechte Auge des Betrachters in den Betrachtungsbereichen 9 bzw. 10 verbleiben,
sieht jedes Auge auf der gesamten Anzeige das für es bestimmte einzelne Bild, so
dass der Betrachter den 3D-Effekt wahrnimmt.
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Die Fensterebene 8 definiert
den optimalen Betrachtungsabstand der Anzeige. Ein Betrachter, dessen
Augen sich in dieser Ebene befinden, nimmt die beste Funktion der
Anzeige wahr. Während
sich die Augen quer in dieser Ebene bewegen, bleibt das Bild auf
der Anzeige, bis die Augen die Kante der Betrachtungsbereiche 9 und 10 erreichen,
woraufhin die gesamte Anzeige schnell zum nächsten Bild wechselt, während sich
ein Auge in den benachbarten Betrachtungsbereich bewegt. Die Linie
der Fensterebene in jedem Betrachtungsbereich wird allgemein ein "Betrachtungsfenster" genannt.
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"Molecular
architectures in thin plastic films by in-situ photopolymerisation
of reactive liquid crystals",
D. J. Broer, SID 95 Digest, offenbart ein Verfahren zur Herstellung
gemusterter optischer Wellenplatten.
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"Surface
induced parallel alignment of liquid crystals by linearly polymerised
photopolymers", Schadt
u. a., Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 31, 1992, S. 2155,
offenbart eine Technik auf der Grundlage der Photopolymerisation
von Flüssigkristall-Ausrichtschichten,
die die Nichtkontaktausrichtung von Flüssigkristallen umfasst, die
durch Vernetzung von Polyvinyl-Methoxycinnamat unter Verwendung
von polarisiertem Licht erhalten werden.
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"Photo-alignment
and Patterning of LC Displays",
Schadt, SID Information Display 12/97, offenbart eine Photomusterung
von Ausrichtschichten für Flüssigkristalle,
die nur einen Maskierungsschritt erfordert.
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EP
0 689 084 offenbart die Verwendung von reaktiven Mesogen-Schichten
als optische Elemente und als Ausrichtflächen.
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US
5 537 144 und
US 5 327
285 offenbaren Photolithographietechniken zum Mustern von
Polarisatoren oder Verzögerungselementen.
Durch Ätzen eines
gedehnten Films aus PVA durch einen Photoresist wird eine Matrix
von Verzögerungselementen erzeugt.
Dies entfernt in bestimmten Bereichen selektiv das PVA und zerstört in ihnen
somit effektiv die Doppelbrechung. Außerdem wird das mechanische Entfernen
des PVA beschrieben. Somit kann eine solche Technik dazu verwendet
werden, ein Einschicht-Element zu erzeugen, in dem diese Bereiche als
Verzögerungselemente
wirken, wobei die optischen Achsen parallel zueinander sind, während andere
Bereiche im Wesentlichen den Widerstand null haben.
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"Four
domain TNLCD fabricated by reverse rubbing for double evaporation", Chen u. a., SID
95 Digest, S. 865, offenbart die Verwendung einer Technik, die das
Doppelreiben einer Ausrichtschicht in einer aktiven Flüssigkristallvorrichtung
(LCD) umfasst. Um eine verbesserte Betrachtungswinkelfunktion der Vorrichtung
zu ermöglichen, ändert sich
die Richtung der Flüssigkristallausrichtung
in jedem Pixel.
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"Photo-induced
alignment and patterning of hybrid liquid crystalline polymer films
on single substrates",
Schadt u. a., Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 34, Nr. 6B,
15. Juni 1995, offenbart eine Technik zum Bilden eines gemusterten
Verzögerungselements
auf einem einzelnen Substrat. Die Technik ist in der Weise gezeigt,
dass zwischen gekreuzten Polarisatoren ein festes Verzögerungsmuster
gebildet wird, um ein durch das gemusterte Verzögerungselement dargestelltes
festes Bild sichtbar zu machen.
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Gemäß der Erfindung wird eine autostereoskopische
Anzeige geschaffen, wie sie in dem beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
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In den weiteren beigefügten Ansprüchen sind
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung definiert.
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Die Erfindung wird beispielhaft weiter
beschrieben mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, in der:
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1 eine
schematische horizontale Schnittansicht einer bekannten autostereoskopischen 3D-Anzeige
ist;
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2 eine
schematische Draufsicht ist, die die Ausgangslichtrichtungen für eine 3D-Anzeige ohne
Betrachtungspunktkorrektur veranschaulicht;
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3 eine
schematische Draufsicht ist, die die Betrachtungsfenstererzeugung
durch eine autostereoskopische 3D-Anzeige mit korrigiertem Betrachtungspunkt
veranschaulicht;
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4 ein
optisches Element zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung
veranschaulicht;
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5 eine
Draufsicht des Elements und der Vorrichtung aus 4 ist;
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6 ein
weiteres optisches Element zur Verwendung in Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulicht;
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7 eine
Draufsicht des Elements und der Vorrichtung aus 6 ist;
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8 ein
weiteres optisches Element zur Verwendung in Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulicht;
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9 eine
Draufsicht des Elements und der Vorrichtung aus 8 ist;
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10 graphische
Darstellungen des Transmissionsgrads in beliebigen Einheiten in
Abhängigkeit
von der Wellenlänge
in Nanometern für
ein Halbwellen-Verzögerungselement
veranschaulicht, das mit seiner optischen Achse um 45° zwischen
gekreuzten und parallelen Polarisatoren angeordnet ist;
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11 eine
graphische Darstellung des Transmissionsgrads in Prozent in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
in Nanometern von zwei gekreuzten Polarisatoren ohne irgendein optisches
Zwischenelement ist;
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12 eine
Orientierung der Ausrichtschicht und ein Aussehen der Maske für eine Parallaxesperre
zur Verwendung in einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, die durch die Raummodulation der
Schlitzkanten eine verringerte Beugung schafft;
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13 die 13a und 13e umfasst und ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Elements veranschaulicht;
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14 die 14a bis 14i umfasst und ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines optischen Elements veranschaulicht;
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15 die 15a bis 15i umfasst und ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines optischen Elements veranschaulicht;
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16 die 16a bis 16i umfasst und ein nochmals weiteres
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements veranschaulicht;
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17 die 17a bis 17i umfasst und ein nochmals weiteres
Verfahren zur Herstellung eines weiteren optischen Elements veranschaulicht;
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18 die
Verwendung eines optischen Elements des in 4 gezeigten Typs als eine geneigte Parallaxesperre
veranschaulicht;
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19a, 19b und 20 Draufsichten 2D/3D-schaltbarer autostereoskopischer
Anzeigen sind, die Ausführungsformen
der Erfindung bilden, die Vorrichtungen des in 4 gezeigten Typs verwenden;
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21 die
Verwendung eines optischen Elements des in 4 gezeigten Typs als eine Parallaxesperre
veranschaulicht, die eine Betrachterpositionsangabe liefert;
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22 ein
optisches Element zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung
veranschaulicht;
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23 eine
Draufsicht des Elements und der Vorrichtung aus 22 ist;
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24, 25 und 26 graphische horizontale Schnittansichten
von autostereoskopischen 3D-Anzeigen sind, die alternative Vorrichtung
sind;
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27a eine
graphische horizontale Schnittansicht eines gemusterten Verzögerungselements und
einer vereinfachten herkömmlichen
LCD ist;
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27b eine
graphische horizontale Schnittansicht einer vereinfachten LCD mit
einem inneren Verzögerungselement
und einem dünnen
Substrat ist; und
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28 bis 31 Verfahren zur Herstellung
der LCDs des in 27b gezeigten
Typs veranschaulichen.
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Gleiche Bezugszeichen beziehen sich
in der gesamten Zeichnung auf gleiche Teile.
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4 zeigt
ein passives optisches Polarisationsmodulations-Element 11,
das eine Schicht aus doppelbrechendem Material enthält, das
einen im Wesentlichen festen Betrag der Doppelbrechung besitzt.
Die Dicke und die Doppelbrechung der Schicht sind so beschaffen,
dass sie als Halbwellenplatte dient, wobei aber verschiedene Bereiche
als Verzögerungselemente
wirken, deren optische Achsen in verschiedenen Richtungen orientiert
sind. Insbesondere besitzt das Element 11 die ersten Verzögerungselemente 12 und
die zweiten Verzögerungselemente 13.
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Die Verzögerungselemente 12 und 13 umfassen
parallele vertikale Streifen, die in der Schicht gebildet sind und
miteinander abwechseln. Die Streifen 12 besitzen die gleiche
Breite, und ihre optischen Achsen sind um 45° in Bezug auf eine Referenzrichtung
ausgerichtet. Die Streifen 13 besitzen die gleiche Breite,
und ihre optischen Achsen sind um 90° in Bezug auf die Referenzrichtung
ausgerichtet.
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Das in 4 gezeigte
optische Element 11 wirkt mit einem Eingangspolarisator 14 zusammen, um
eine optische Vorrichtung zu bilden. Der Eingangspolarisator 14 kann
beispielsweise einen Ausgangspolarisator einer Flüssigkristallvorrichtung
umfassen. Der Eingangspolarisator 14 liefert linear polarisiertes
Licht, dessen Polarisationsvektor (d. h. Durchlass-Achse) beispielsweise,
wie es typischerweise in Flüssigkristallvorrichtungen
mit Aktivmatrix verwendet wird, um 45° zur Referenzrichtung liegt. Allerdings
können
mit geeigneten Änderungen
der Orientierungen der optischen Achsen die Elemente 12 und 13 andere
Pola risationsrichtungen verwendet werden, die für andere Anzeigebetriebsarten
geeignet sind.
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Der Polarisationsvektor des Lichts
von dem Polarisator 14 ist parallel zu den optischen Achsen der
Verzögerungselemente 12,
die somit im Wesentlichen keine Wirkung auf die Richtung des Polarisationsvektors
haben. Dementsprechend ist der Polarisationsvektor des Lichts, das
die Verzögerungselemente 12 verlässt, um
45° zur
Referenzrichtung geneigt. Die optischen Achsen der Bereiche 13 sind
um 45° zum
Polarisationsvektor des Eingangslichts ausgerichtet. Dementsprechend
verhalten sich die Verzögerungselemente 13 wie
Halbwellenplatten, die den Polarisationsvektor des Lichts um 90° drehen,
so dass der Polarisationsvektor des Ausgangslichts von den Verzögerungselementen 13 um
135° zur
Referenzrichtung geneigt ist.
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Die 6 und 7 zeigen eine Anordnung,
die sich von der in den 4 und 5 gezeigten dadurch unterscheidet,
dass die optischen Achsen des Elements 11 und die Polarisationsrichtung
des Polarisators 14 um 45° gedreht sind. Somit liegt der
Polarisationsvektor des Lichts von dem Polarisator 14 ebenso wie
der des Lichts, das die Verzögerungselemente 12 verlässt, bei
0°, während der
Polarisationsvektor des Lichts, das die Verzögerungselemente 13 verlässt, um
90° gedreht
ist.
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Die 8 und 9 zeigen eine optische Vorrichtung
des in den 4 und 5 gezeigten Typs, die mit
einem Ausgangspolarisator 15 zusammenwirkt, so dass sie
eine Parallaxesperre bildet. Die Polarisationsrichtung des Ausgangspolarisators 15 ist
orthogonal zu der des Eingangspolarisators 14. Somit löscht der
Polarisator 15 Licht, das durch die Verzögerungselemente 12 läuft, im
Wesentlichen aus, während
er Licht, das die Verzögerungselemente 13 verlässt, durchlässt.
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Die von den Verzögerungselementen 13 ausgeführte Polarisationsdrehung
funktioniert im Allgemeinen nicht optimal über das gesamte Arbeitsspektrum.
Somit werden einige Teile des sichtbaren Spektrums weniger durchgelassen
als andere. 10 zeigt
den berechneten Transmissionsgrad von unpolarisiertem Licht durch
die in den 8 und 9 gezeigte Vorrichtung, wobei
das Element 11 aus einem als RM257 bekannten einachsig-doppelbrechenden
Material hergestellt ist, das von Merck (UK) verfügbar ist.
Wenn die Polarisationsachsen der Polarisatoren 14 und 15 orthogonal
sind, ist der Transmissionsgrad konstruktionsgemäß in dem Bereich der Mitte
des Arbeitsspektrums am höchsten,
während
er zu beiden Enden des sichtbaren Spektrums abfällt. Falls die Mittelwellenlänge richtig
gewählt
ist, behält
das durchgelassene Licht ein gutes weißes Farbgleichgewicht.
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10 zeigt
außerdem
die Funktion für
eine Vorrichtung des in den 8 und 9 gezeigten Typs, bei der
aber die Polarisationsachsen der Polarisatoren 14 und 15 parallel
zueinander sind und die optischen Achsen der Verzögerungselemente 12 und 13 vertauscht
sind. In diesem Fall beruht die Auslöschung des Lichts durch die
Verzögerungselemente 12 auf
einer Breitband-Halbwellenfunktion. Die Mittelwellenlänge schafft
eine gute Auslöschung
des Lichts, während
der Transmissionsgrad zu den Rändern
des Spektrums wesentlich steigt. Um Übersprechpegel von höchstens
1% sicherzustellen, muss die Parallaxesperre in einer autostereoskopischen
Anzeige ein Kontrastverhältnis
von 100 : 1 über
das sichtbare Spektrum liefern. Wie in 10 gezeigt ist, wird dies mit parallelen
Polarisatoren und Polarisationsdrehern, die als Sperrbereiche zwischen
Schlitzbereichen der Parallaxesperre wirken, nicht erreicht.
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11 zeigt
die Funktion des Transmissionsgrads durch zwei gekreuzte Polarisatoren
ohne optisches Zwischenelement. Die Auslöschung des Lichts ist wesentlich
verbessert, und das gewünschte Kontrastverhältnis wird
im gesamten Wellenlängenbereich
von 450 bis 750 Nanometern erreicht. Da die optischen Achsen der
Verzögerungselemente 12 auf den
Polarisationsvektor des Eingangslichts ausgerichtet sind und somit
im Wesentlichen keine Wirkung auf den Polarisationsvektor haben,
entspricht dies der in 8 gezeigten
Anordnung. Im Allgemeinen ist eine solche Anordnung bevorzugt, da
sie die Kontrastverhältnisanforderungen
einer Parallaxesperre erfüllen
kann. Allerdings kann in Anordnungen, in denen die Farblosigkeit
des durchgelassenen Lichts wichtiger als entweder das Kontrastverhältnis oder die
farblose Auslöschung
des Lichts ist, eine Anordnung des in den 8 und 9 gezeigten
Typs verwendet werden, bei der aber die optischen Achsen der Verzögerungselemente
in den zwei Bereichen vertauscht sind und die Achse des Ausgangspolarisators
um 90° gedreht
ist.
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Um eine genaue Einhaltung der Toleranz
der relativen Neigungen der streifen-förmigen
Verzögerungselemente 12 und 13 und
der Pixel-Struktur einer LCD, deren Teil der Polarisator 14 ist,
zu ermöglichen,
kann das Element 11 mit dem Eingangspolarisator 14 verbunden
sein. Außerdem
ermöglicht
dies eine Anpassung der Indices an der Grenzfläche, um Reflexionen in der
Vorrichtung zu verringern. Beispiele geeigneter Materialien, die
die Anforderungen hoher Durchsichtigkeit, hoher Farblosigkeit und
einer thermischen Ausdehnung, die ähnlich der des Polarisators 14 und
des Elements 11 ist, erfüllen, umfassen organische Klebemittel
wie etwa Epoxidharze, Acrylpolymere und Klebemittel auf Polyurethan-Grundlage.
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Die in den 8 und 9 gezeigte
Vorrichtung kann als die Parallaxesperre 4 der in 1 gezeigten autostereoskopischen
3D-Anzeige verwendet werden. Die Verzögerungselemente 13 wirken
dann als Schlitze der Parallaxesperre, während die Verzögerungselemente 12 als
die undurchsichtigen Bereiche zwischen den Schlitzen wirken.
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Bei Betrachtung von Positionen außerhalb der
Achse pflanzt sich Licht, das das Auge eines Betrachters erreicht,
schräg
durch die Schicht, die das Element 11 bildet, aus. Solche
schrägen
Lichtstrahlen erfahren wegen ihrer anderen Orientierung in der doppelbrechenden
Schicht und des längeren
Ausbreitungswegs durch die Schicht eine etwas andere optische Wegdifferenz.
Licht durch die Sperreschlitze kann somit bei Betrachtung außerhalb
der Achse Farb- und Transmissionsgradänderungen erfahren. Allerdings
ist der Bildkontrast durch die Betrachtungswinkelfunktion der Parallaxesperre
wesentlich unbeeinflusst, wenn die optischen Achsen der Bereiche 12 entweder
um 0° oder
90° zur
Durchlassachse des Polarisators 14 ausgerichtet sind. Für 3D-Anzeigen,
die LCDs als den SLM verwenden, kann die Betrachtungswinkelfunktion
so konfiguriert werden, dass sie der Farbigkeit des weißen Zustands
die minimale Sichtbarkeit verleiht. In einigen Anordnungen können Färbungsänderungen
dazu neigen, in einer Richtung parallel zur Ausrichtungsrichtung
der Sperreschlitze schlechter zu sein. Ähnlich kann die LCD eine Betrachtungswinkelfunktion
haben, die so konfiguriert ist, dass die am stärksten begrenzte Betrachtungsrichtung
allgemein in vertikaler Richtung liegt. Die Betrachtung außerhalb
der Achse verursacht für die
LCD eine Verschlechterung des Kontrasts und der Färbung der
Anzeige. Somit beeinflusst die Funktion der Parallaxesperre die
Bilderscheinung des SLM nicht wesentlich, falls der schlechteste
Betrachtungswinkel des Verzögerungselements
auf den schlechtesten Betrachtungswinkel des SLM ausgerichtet ist.
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Die Winkelbetrachtungseigenschaften
der Anzeige können
dadurch weiter verbessert werden, dass die optische Achse in den
Schlitzbereichen des Verzögerungselements 13 vertikal
in Bezug auf die Anzeigeorientierung angeordnet wird. Eine Vorneigung
in der Fläche
der Ausrichtschicht und/oder eine schiefwinklige Fläche in dem
doppelbrechenden Material können
ihrerseits eine Winkeländerung
der Farbigkeit verursachen. Die sichtbare Erscheinung dieser Änderung
wird somit verringert, wenn die Richtung der Ausrichtschicht in
dem Schlitz 13 auf die vertikale Achse der Vorrichtung
ausgerichtet ist, wenn die Vorrichtung eine LCD umfasst. Folglich
ist es außerdem
vorteilhaft, die schiefwinklige Fläche in der doppelbrechenden
Schicht zu verringern.
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Die Verzögerungselemente 12 und 13 sind
in einer einzigen Schicht gebildet, deren optische Eigenschaften
abgesehen von der optischen Achse gleichförmig in der gesamten Schicht
sind. Ferner kann die Schicht eine im Wesentlichen konstante Dicke
haben. Eine solche Anordnung ermöglicht,
dass die Schicht 11 ohne einen Luftzwischenraum und ohne
die Notwendigkeit einer Planarisierung mit anderen Schichten verbunden
wird.
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In der in 1 gezeigten Anzeige ist die Betrachtungsfreiheit
des 3D-Bildes teilweise durch die Ausrichtung der Sperreschlitze
auf die Pixel der LCD bestimmt. Eine Neigung der Sperreschlitze
in Bezug auf die LCD bewirkt eine Fehlausrichtung des Randes, was
zum Verlust an Betrachtungsfreiheit und potenziell zu Bereichen
des Bildübersprechens
auf der Anzeige führt.
Dies bewirkt eine erhöhte
Sichtbelastung für
einen Betrachter und ist somit unerwünscht. Dadurch, dass die Schicht 11 in
Kontakt mit dem Polarisator 14 gebildet wird, können solche
Neigungen im Wesentlichen vermieden werden. Insbesondere gibt es
Techniken, um die gewünschte
Ausrichtung zu erzeugen, wobei dadurch, dass die Schicht 11 einteilig
mit der zugeordneten LCD oder anderen Vorrichtung gebildet wird,
eine genaue Ausrichtung während
der Herstellung geliefert werden kann, während sie durch Umgebungsbedingungen
wie etwa mechanische Stöße und Temperaturänderungen
nicht wesentlich beeinflusst wird.
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Um eine Anzeige des in 8 gezeigten Typs in der
2D-Betriebsart zu betreiben, kann der Ausgangspolarisator 15 entnommen
oder auf andere Weise deaktiviert werden. In dieser Betriebsart
ist es wünschenswert,
dass die gemus terte Struktur der optischen Achse des Elements 11 unsichtbar
ist. Beispielsweise sollten die Verzögerungselemente 12 und 13 die
gleiche Lichtabsorptionsfunktion besitzen, um die Sichtbarkeit von
Moire-Überlagerungen
in der LCD-Struktur zu vermeiden. Ein weiterer Artefakt, der vermieden
werden sollte, ist die Beugung an der Phasenstruktur der Parallaxesperre.
Eine solche Beugung kann sich mit der Pixel-Struktur der LCD überlagern
und einige Moire-Interferenzeffekte
mit niedrigem Kontrast ergeben. Bei dem optischen Element 11 kann
der Beugungswirkungsgrad der Phasenstruktur im Vergleich zu bekannten
Anordnungen verringert sein. Die orthogonalen linearen Polarisationszustände in dem
Licht von den Verzögerungselementen 12 und 13 stören sich
gegenseitig nicht wesentlich. Da die Verzögerungselemente in dem gleichen
Material gebildet sind und im Wesentlichen den gleichen Brechungsindex
haben, wird der Phasensprung zwischen den Verzögerungselementen 12 und 13 minimiert.
Außerdem
gibt es keine geätzte oder
geschnittene Kante zwischen den Bereichen, die zur Verschlechterung
der 2D-Betriebsart durch Streuung beiträgt.
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12 zeigt
eine weitere Technik zur Verringerung der Beugungspegel. Während der
Herstellung des optischen Elements 11, wie sie im Folgenden
ausführlicher
beschrieben wird, wird eine Maske mit dem bei 20 gezeigten
Aussehen verwendet, um eine der bei 21 gezeigten Orientierungen
der Ausrichtschicht zu definieren, um das Element zu bilden. Die
Schlitze der Parallaxesperre werden somit durch nicht geradlinige
Grenzen definiert. Statt dessen besitzen die Grenzen eine Sinusschwingungsform.
Es können
andere Wellenformen verwendet werden, einschließlich jener, die nicht periodisch
sind oder eine veränderliche
Periode haben. Wegen der verschiedenen Seitenverhältnisse
führt dies
zu mehreren Differenzbrechungsstrukturen, so dass die Brechungseffekte
unscharf werden. Diese Struktur ermöglicht außerdem eine gewisse vertikale
Unschärfeerzeugung
der Beugungsstruktur. Allerdings sollte beispielsweise durch Wahl
und/oder Änderung
der Periode der Wellenform darauf geachtet werden, dass eine vertikale Überlagerung
der Beugungsstruktur mit der vertikalen Pixel-Struktur minimiert wird.
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13 zeigt
ein erstes Verfahren zur Herstellung des optischen Elements
11.
Das Element wird auf einem Substrat
30 hergestellt, auf
dem beispielsweise durch Rotationsbeschichtung eine Ausrichtschicht
31 gebildet
wird. Die Ausrichtschicht umfasst ein linear photopolymerisierbares
Material wie etwa das in "Surface
Induced Parallel Alignment of Liquid Crystals by Linearly Polymerised
Photopolymers",
Schadt u. a., Japanese Journal of Applied Physics, Bd. 31, 1992;
S. 2155, und in
EP 0 689 084 beschriebene.
Die Ausrichtschicht
31 wird durch eine Maske
32 mit
der Strahlung mit einer ersten linearen Polarisation bestrahlt,
um bestrahlte Bereiche A zu bilden. Daraufhin werden die nicht bestrahlten
Bereiche der Schicht
31 durch eine Maske
33 mit
einer Strahlung mit einer anderen linearen Polarisation bestrahlt,
um die bestrahlten Bereiche B zu bilden. Alternativ braucht die
Maske
33, wie in "Photo-alignment
and Patterning of LC Displays",
Schadt, Information Display 12/97, offenbart ist, nicht erforderlich zu
sein, da die zweite Belichtung die Ausrichtrichtungen der bei der
ersten Maskenbelichtung erzeugten Bereiche nicht wesentlich beeinflusst.
Somit schaffen die abwechselnden Bereiche der Ausrichtschicht
31 verschiedene
Ausrichtrichtungen, die sich beispielsweise um 45° oder 90° unterscheiden.
Daraufhin wird die Ausrichtschicht
31 beispielsweise durch
Rotationsbeschichtung mit einer Verzögerungsschicht
34 bedeckt.
Die Verzögerungsschicht
34 umfasst
irgendein geeignetes doppelbrechendes Material, das in einer vorgegebenen
Richtung ausgerichtet und nachfolgend befestigt werden kann. Ein
geeignetes Material umfasst ein reaktives Flüssigkristallpolymer, das ein
Diacrylat und/oder ein Monoacrylat enthält. Ein Beispiel eines geeigneten
Materials ist als RM 257 von Merck (UK) bekannt. Daraufhin wird
die Verzögerungsschicht
34,
beispielsweise durch Belichten mit Ultraviolettstrahlung, fixiert
oder polymerisiert, um das fixierte Verzögerungselement
35 zu
bilden.
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Die optische Achse der Verzögerungsschicht 34 nimmt
die abwechselnden Richtungen an, die von den darunter liegenden
Teilen der Ausrichtschicht 31 auferlegt werden, und erfordert
somit keine selektive Polymerisation. Außerdem gibt es keine Entnahme des
Verzögerungsmaterials
während
der Verarbeitung, was eine Fernbelichtung von einer breiten Flächenquelle
ermöglicht
und das Risiko, das das Restmaterial an einer Maske haften bleibt,
vermeidet.
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Das Substrat 30 wird in
der Weise ausgewählt,
dass irgendeine Doppelbrechung, die ansonsten die Funktion des optischen
Elements beeinflussen würde,
beispielsweise das Kontrastverhältnis verringern
oder die Farbfunktion einer Vorrichtung verschlechtern würde, minimiert
wird. Beispielsweise kann das Substrat 30 ein geeignetes
Floatgas mit geeigneter Ebenheit sein, um die Randstruktur im Fall einer
3D-Anzeige nicht zu stören,
wenn das optische Element in dem Polarisator 14 oder in
dessen Nähe angeordnet
ist. Alternativ kann das Substrat ein Kunststoff oder Polymer mit
niedriger Doppelbrechung und ausreichender thermischer Stabilität sein, der
die Verarbeitung (der Ausrichtschicht) übersteht. Ein Beispiel eines
geeigneten Materials ist Polyethersulfon.
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14 zeigt
ein zweites Verfahren zur Herstellung des optischen Elements. Das
Substrat 30 wird, beispielsweise durch Rotationsbeschichtung, mit
einer Polyimid-Ausrichtschicht 31 beschichtet. Das Polyimid
kann ein Material umfassen, das als PI 2555 bekannt und von DuPont
verfügbar
ist, und das im Verhältnis
1 : 20 in einem Lösungsmittel
aufgelöst wird,
das ein Gemisch aus N-methyl-2-pyrrolidin
und 1-Methoxypropan-2-ol umfasst, das als T9039 bekannt und ebenfalls
von DuPont erhältlich
ist. Beispielsweise wird die Schicht 31 durch 30 Sekunden Rotation
in einer offenen Becherrotationsauftragmaschine bei 4000 U/min gebildet.
Daraufhin wird die Polyimidschicht 31 zwei Stunden lang
durch Erwärmen
bei 170°C
ausgehärtet.
Die Ausrichtschicht 31 wird mit einem weichen Tuch gerieben,
um eine Vorzugsrichtung und eine Vorneigung auf der mit A bezeichneten
Ausrichtschicht aufzuerlegen.
-
Auf der Ausrichtschicht 31 wird
beispielsweise durch Rotationsbeschichtung eine Schicht 36 aus einem
Photoresist gebildet. Der Photoresist 36 wird durch eine
Maske 37, z. B. in Form einer Chromkopie einer gewünschten
Parallaxesperre, selektiv belichtet, so dass der Photoresist nach
der Belichtung durch die Maske 37 diejenigen Bereiche des
optischen Elements bedeckt, die die undurchsichtigen Bereiche zwischen
den Parallaxesperre-Schichten bilden sollen. Daraufhin wird der
belichtete Photoresist entfernt.
-
Daraufhin wird das Element erneut
gerieben, um eine zweite, andere Ausrichtung der Ausrichtschicht,
beispielsweise um 45° oder
90° gegenüber der
vorausgehenden Ausrichtung, einzuführen. In einigen Fällen kann
es erforderlich sein, die freigelegten Bereiche der Ausrichtschicht 31 unter
einem anderen Winkel zu reiben als dem, der im Fall einer zuvor
ungeriebenen Ausrichtschicht erforderlich wäre, um die gewünschte Ausrichtrichtung
zu erzielen. Dies kann erforderlich sein, da die ursprüngliche
Ausrichtschicht nach dem erneuten Reiben immer noch eine Wirkung
auf die Oberflächenenergie
haben kann. Somit kann eine Reiberichtung erforderlich sein, die
sich von der gewünschten
Ausrichtorientierung um einen Betrag von bis zu 20° unterscheidet, um
die Oberflächenenergie
zu korrigieren. Die erneut geriebenen Bereiche sind mit B bezeichnet.
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Daraufhin wird der verbleibende Photoresist beispielsweise
durch Waschen mit Aceton entfernt. Daraufhin wird durch Rotation
eine Verzögerungsschicht 39,
beispielsweise von dem oben anhand von 13 beschriebenen Typ, aufgetragen, wobei
ihre optische Achse diejenigen Richtungen annimmt, die durch die
darunter liegenden Teile der Ausrichtschicht 31 auferlegt
werden. Daraufhin wird die Verzögerungsschicht 39,
beispielsweise durch Belichten mit Ultraviolettstrahlung, fixiert,
um das Verzögerungselement 40 zu
bilden.
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15 zeigt
ein drittes Verfahren zur Herstellung des optischen Elements. Die
in den 15a bis 15e gezeigten Schritte sind
die gleichen wie die in den 14a bis 14e gezeigten und werden
nicht weiter beschrieben.
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Nach dem in 15e gezeigten Schritt wird auf der Ausrichtschicht 31 und
auf dem Photoresist 38 eine weitere Ausrichtschicht 41 abgeschieden. Die
Ausrichtschicht 41 kann wie zuvor beschrieben Polyimid
sein. Daraufhin wird die Ausrichtschicht 41 beispielsweise
wie oben beschrieben gerieben, um eine in 15g mit B bezeichnete zweite, andere Ausrichtung
einzuführen.
Daraufhin wird der Photoresist 38 beispielsweise wie oben
beschrieben entfernt, wobei nachfolgend die obigen Bereiche der Ausrichtschicht 41 entfernt
werden. Wie in 15h gezeigt
ist, lässt
dies die Ausrichtschicht 31 teilweise durch die Bereiche 42 der
Ausrichtschicht 41 bedeckt zurück. Somit liefern die Bereiche 42 die
Ausrichtrichtung B, während
die Bereiche der Ausrichtschicht 31 zwischen den Bereichen 42 die
Ausrichtrichtung A liefern. Daraufhin werden die Ausrichtschicht 31 und die
Bereiche 42 mit einem doppelbrechenden Material bedeckt,
das daraufhin wie oben beschrieben fixiert wird, um das optische
Element zu bilden.
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16 zeigt
ein viertes Verfahren zur Herstellung des optischen Elements. Dieses
Verfahren unterscheidet sich von dem in 15 gezeigten dadurch, dass die Ausrichtschicht 31 eine
Photoausrichtschicht, beispielsweise von dem anhand von 13 beschriebenen Typ, ist.
Der in 16b gezeigte
erste Ausrichtschritt wird durch Bestrahlen mit linear polarisiertem
Ultraviolettlicht ausgeführt.
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17 zeigt
ein fünftes
Verfahren zur Herstellung der optischen Vorrichtung. Das in 17 gezeigte Verfahren unterscheidet
sich von dem in 15 gezeig ten
dadurch, dass die Ausrichtschicht 41 eine Photoausrichtschicht,
beispielsweise von dem obenbeschriebenen Typ, ist. Der anhand von 15 beschriebene zweite Reibeschritt
ist durch Bestrahlen mit linear polarisiertem Ultraviolettlicht
ersetzt, um die wie in 17g gezeigte
gewünschte Ausrichtrichtung
B zu liefern.
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18 zeigt
eine weitere Anwendung einer Parallaxesperre von dem in den 8 und 9 gezeigten Typ. Die Verwendung einer
Parallaxesperre dieses Typs in einer autostereoskopischen 3D-Anzeige ist
in C. van Berkel u. a., Proc. SPIE 3012, Feb 97, offenbart. Dieser
Anzeigetyp erzeugt eine größere Anzahl
von Ansichten als beispielsweise die in 1 gezeigte Anzeige, um die Betrachtungsfreiheit
zu erhöhen,
verringert aber proportional die Auflösung des Bildes in jeder Ansicht.
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Das optische Element 11 unterscheidet
sich von dem in 8 gezeigten
dadurch, dass die Streifen 12 und 13 um einen
kleinen Winkel 45 zu den Spalten der Pixel der Anzeige
geneigt sind. Die Richtung der Ausrichtschicht für den Streifen 13 kann
beispielsweise auf im Wesentlichen 45° zur Durchlassrichtung des Ausgangspolarisators
eingestellt sein, während
die Richtung der Ausrichtschicht der Streifen 12 vorzugsweise
parallel oder senkrecht zur Durchlassrichtung des Anzeigepolarisators
ist. Der obere Teil von 18 zeigt
das optische Element 11 mit dem entnommenen Polarisator 15,
um eine 2D-Betriebsart der Anzeige zu liefern, während der untere Teil von 18 das Aussehen in der 3D-Betriebsart
mit vorhandenem Polarisator 15 zeigt.
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19a zeigt
eine autostereoskopische 3D-Anzeige vom hinteren Parallaxesperrentyp,
die eine Parallaxesperre des in den 8 und 9 gezeigten Typs in Verbindung
mit einem SLM in Form einer LCD 1 verwendet. Der Eingangspolarisator
der LCD 1 umfasst den Ausgangspolarisator 15 der
Parallaxesperre.
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Um eine 2D-Betriebsart zu liefern,
umfasst die in 19 gezeigte
Anzeige einen schaltbaren Diffusor 48, der zwischen dem
Eingangspolarisator 14 und der von dem optischen Element
gebildeten Verzögerungsmatrix 11 angeordnet
ist. Der schaltbare Diffusor 48 kann als Polymer-dispergierte
Flüssigkristalle
(PDLC) ausgeführt
sein, der zwischen einem klaren Zustand und einem Streuzustand schaltbar
ist. In dem klaren Zustand wird die Verzögerungsmatrix 11 durch
den Polarisator 15 analysiert, um eine Parallaxesperre
zu bilden. Wenn der Diffusor 48 in den Streuzustand geschaltet
ist, wird die Ausgangspolarisation der Verzögerungsmatrix 11 durch
die Diffusionswirkung des Diffusors 48 verwürfelt, so
dass keine Parallaxesperre gebildet wird und die Anzeige in einer
2D-Betriebsart mit voller Auflösung
arbeitet.
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Die in 19b gezeigte
Anzeige unterscheidet sich von der in 19a gezeigten
dadurch, dass der Diffusor 48 weggelassen ist und der Polarisator 14 entnehmbar
gemacht ist, um die 2D-Betriebsart zu liefern. Eine solche Anordnung
ist gleichwertig einer Anordnung, bei der der Polarisator 15 entnehmbar ist,
und ermöglicht,
die Kosten zu senken.
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In der in 19a gezeigten Anordnung kann es in der
2D-Betriebsart einen gewissen Restartefakt geben, während die
3D-Betriebsart optimiert ist. 20 zeigt
eine alternative Anordnung, in der der schaltbare Diffusor 48 zwischen
der Verzögerungsmatrix 11 und
dem Polarisator 15 der LCD 1 angeordnet ist. Bei
dieser Anordnung gibt es in der 2D-Betriebsart keine Restwirkung
der Parallaxesperre, während
die 3D-Betriebsart durch Reststreuung in dem klaren Zustand des
Diffusors 48 verschlechtert sein kann.
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21 zeigt
eine weitere Anwendung einer Parallaxesperre des in den 8 und 9 gezeigten Typs. Die Sperre besitzt
einen allgemein mit 49 bezeichneten herkömmlichen
Abschnitt, der mit einem zugeordneten SLM oder dergleichen zusammen wirkt,
um die Betrachtungsfenster zu bilden. Allerdings besitzt der Träger einen
Abschnitt 50 mit einem Abstand, der doppelt so groß wie der
Abschnitt 49 ist, der mit dem zugeordneten SLM zusammen
wirkt, um eine Angabe der Betrachterposition zu liefern. Anzeigen
dieses Typs sind offenbart in der britischen Patentanmeldung Nr.
9702259.4 und in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 98300826.9.
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22 zeigt
eine weitere optische Vorrichtung, beispielsweise zur Verwendung
als Teil einer Parallaxesperre, die sich von der in den 6 und 7 gezeigten dadurch unterscheidet, dass
auf der Ausgangsseite der gemusterten Halbwellenplatte 11 eine gleichförmige oder
ungemusterte Halbwellenplatte 51 vorgesehen ist. Die optischen
Achsen der Streifen 12 sind in Bezug auf die Durchlassrichtung
des Eingangspolarisators 14 um –22,5 Grad geneigt orientiert,
während
die optischen Achsen der Bereiche 13 um +22,5 Grad in Bezug
auf sie ausgerichtet sind. Die Halbwellenplatte 51 besitzt
eine optische Achse, die um 67,5° zu
der Durchlassrichtung des Polarisators 14 ausgerichtet
ist. Somit besitzen die Bereiche 12 gekreuzte optische
Achsen und sind somit im Wesentlichen farblos, während die Bereiche 13 eine Kombinationswellenplatte
mit einer Gesamthalbwellenfunktion bilden, die im Vergleich zu der
in 4 gezeigten Einwellenplattenanordnung
eine verbesserte Farbfunktion aufweist. Dies wird auf Kosten einer
zusätzlichen
Wellenplatte 51 und der Notwendigkeit der genauen Orientierung
der optischen Achse für
die Bereiche 12 erreicht, die Sperrbereiche bilden, wenn
die in den 22 und 23 gezeigte Anordnung als
Parallaxesperre verwendet wird. Kombinationen gemusterter und ungemusterter
Verzögerungselemente
dieses Typs sind offenbart in der britischen Patentanmeldung Nr.
9725097.4.
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24 zeigt
eine autostereoskopische 3D-Anzeige, die eine Anordnung von Elementen
des in
20 gezeigten
Typs verwendet. Die LCD
1 ist von dem in
EP 0 721 132 offenbarten Mikropolarisatortyp.
Die Parallaxenoptik umfasst einen linsenförmigen Schirm
52,
der zwischen der LCD
1 und einem kompakten Illuminator
angeordnet ist. Der kompakte Illuminator umfasst die Hintergrundbeleuchtung
3,
den Polarisator
14, die Verzögerungsmatrix
11 und
den schaltbaren Diffusor
48. Weitere Einzelheiten der Konstruktion
und des Betriebs dieses Anzeigetyps sind offenbart in
EP 0 721 132 , deren Inhalt hier durch
Literaturhinweis eingefügt
ist.
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25 zeigt
eine autostereoskopische 3D-Anzeige vom Strahlvereinigertyp. Der
LCD
1 ist ein linsenförmiger
Schirm
52 als Parallaxeoptik zugeordnet, hinter dem ein
kompakter Illuminator angeordnet ist, der die Hintergrundbeleuchtung
3,
den Polarisator
14, den schaltbaren Diffusor
48 und
die Verzögerungsmatrix
11 umfasst.
Die Anordnung ist verdoppelt und das Ausgangslicht von den zwei
Anzeigeanordnungen wird durch einen Strahlvereiniger in Form eines
Halbspiegels
53 vereinigt. Jeder kompakte Illuminator unterscheidet
sich von dem in
24 gezeigten
dadurch, dass die Positionen des schaltbaren Diffusors
48 und
der Verzögerungsmatrix
11 miteinander
vertauscht sind, so dass er der in
19 gezeigten
Anordnung ähnelt.
Strahlvereinigeranzeigen sind offenbart in
EP 0 602 934 , deren Inhalt hier durch
Literaturhinweis eingefügt
ist.
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In einigen Anwendungen autostereoskopischer
3D-Anzeigen kann es erforderlich sein, zwischen dem SLM 1 und
einem Betrachter einen Berührungsbildschirm
bereitzustellen, um die Wechselwirkung mit der Anzeige zu ermöglichen.
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Um die Betrachtungsentfernung zu
minimieren, sollte die Verzögerungssperre 11 zwischen
dem SLM 1 und dem Berührungsbildschirm
positioniert sein. Es kann möglich
sein, einen Polarisator in den Raum zwischen dem Berührungsbildschirm
und dem SLM 1 einzuführen,
wobei dies aber zur Einführung von
Schmutz in die Anzeige und somit zur Verschlechterung der Anzeigequalität führen kann.
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26 veranschaulicht
eine alternative Anordnung und zeigt eine Anzeige vom vorderen Parallaxesperrentyp.
Zwischen der Verzögerungssperre 11 und
dem 3D-Polarisator 15 ist ein Berührungsbildschirm 55 angeordnet.
Der Polarisator 14 ist durch den Anzeigepolarisator des
SLM 1 gebildet.
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Da der Berührungsbildschirm 55 in
dieser Anordnung zwischen der Sperre 11 und dem Polarisator 15 angeordnet
ist, muss seine Doppelbrechung berücksichtigt werden, um die 3D-Betriebsart
der Anzeige nicht zu verschlechtern. Beispielsweise kann der Berührungsbildschirm 55 einen
Verbund durchsichtiger Elektroden umfassen, wobei an einem Glassubstrat
ein Abstandshalterkunststoff angebracht sein kann. Irgendeine Doppelbrechung
in dem Berührungsbildschirm 55 offenbart
sich dann in der 3D-Betriebsart als Verlust des Kontrasts und der
Färbung.
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Das Problem der Doppelbrechung in
dem Berührungsbildschirm 55 kann
auf wenigstens zwei Arten beseitigt oder verringert werden. Auf
die erste Art kann der Berührungsbildschirm 55 aus
einem Kunststoff mit niedriger Doppelbrechung hergestellt sein,
so dass es keine wesentliche Verschlechterung des Polarisationsausgangs
der Sperre 11 gibt. In der zweiten Art kann die optische
Achse des Berührungsbildschirms 55 auf
den Polarisator 15 ausgerichtet sein, so dass es wenigstens
für die
Beleuchtung auf der Achse keine wesentliche Änderung der Polarisation gibt,
wenn der Berührungsbildschirm 55 eine
von null verschiedene gleichförmige
Verzögerung
besitzt.
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Falls die Verzögerung des Berührungsbildschirms 55 steuerbar
ist, kann der Berührungsbildschirm
in einer farblosen Konfiguration, wie sie beispielsweise bei 51 in 23 gezeigt ist, selbst als gleichförmige Wellenplatte
verwendet werden. Somit werden in dieser Anordnung die Anzahl der
Zusatzkomponenten und die Kosten dieser farblosen Anordnung verringert,
während
die Anzeigefunktion verbessert werden kann.
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27a zeigt
in vereinfachter Form eine herkömmliche
LCD, die die Glassubstrate 2 und eine Flüssigkristallschicht 60 mit
einer gemusterten Verzögerungsmatrix 11 umfasst,
die außerhalb
des unteren Substrats 2 angeordnet sind. Bei Verwendung
in einer autostereoskopischen 3D-Anzeige ist die optimale Betrachtungsentfernung
für eine
LCD mit gegebenem Pixel-Abstand und gegebener Breite durch die Trennung
zwischen der Parallaxesperre bestimmt, die durch die Matrix 11 und
die in der Schicht 60 gebildete Pixel-Ebene gebildet wird.
Diese Entfernung ist allgemein durch die Dicke des LCD-Substrats 2,
einen (in 27a nicht
gezeigten) Polarisator und irgendwelche Schutz- oder Antireflexionsbeschichtungen
bestimmt, die vorhanden sein können. Für eine Substratdicke
von 1,1 mm beträgt
die Entfernung etwa 1,3 mm. Die Dicke des Substrats 2 kann bei
gegebener Trennung von etwa 0,9 mm auf 0,7 mm verringert werden.
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Wenn die Trennung kleiner als dies
sein muss, kann ein dünneres
Substrat 2 verwendet werden. Allerdings ist die Herstellung
einer LCD mit einem sehr dünnen
Substrat schwierig, wobei möglicherweise
keine ausreichend robuste Vorrichtung produziert wird.
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27b zeigt
eine LCD, die sich von der in 27a gezeigten
dadurch unterscheidet, dass die Matrix 11 in den herkömmlichen
Substraten 2 angeordnet und durch ein dünnes Substrat, beispielsweise
mit einer Dicke zwischen 20 und 500 Mikrometern, das aus Glas hergestellt
ist, von der Flüssigkristallschicht 60 getrennt
ist. Eine solche Anordnung ermöglicht
es, eine verhältnismäßig kleine
Trennung zwischen der Pixel-Ebene und der Parallaxesperre bereitzustellen,
während
die Substrate 2 mit herkömmlicher Dicke erhalten werden,
um die mechanische Starrheit zu schaffen.
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28 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Bei a wird
ein Standardglassubstrat 2 bereitgestellt. Wie bei b gezeigt
ist, werden auf dem Substrat 2 die gemusterte Verzögerungsmatrix 11 und
der Polarisator 14 gebildet. Der Polarisator kann aus irgendeinem
Material bestehen, das mit den Verarbeitungsschritten bei der Bildung
einer LCD verträglich
ist, wie es beispielsweise in der britischen Patentanmeldung Nr.
9713627.9 offenbart ist. Wie bei c gezeigt ist, wird das dünne Substrat 6 auf
dem Polarisator 14 angeordnet, während, wie bei d gezeigt ist,
auf dem Substrat 61 weitere Komponenten wie etwa eine Ausrichtschicht,
eine Elektrode, Farbfilter und eine schwarze Maske 62 gebildet
werden. Wie bei e gezeigt ist, wird ein weiteres Standardglassubstrat 2,
beispielsweise mit einer Ausrichtschicht und einer Aktivmatrix 63,
bereitgestellt, das zusammen mit dem Substrat 2 und den
zugeordneten Elementen 11, 14, 61, 62 eine
Zelle bildet, die die Flüssigkristallschicht 60 enthält.
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29 zeigt
ein Verfahren, das sich von dem in 28 gezeigten
dadurch unterscheidet, dass der Polarisator 14 auf der
Gegenseite des dünnen
Substrats 61 gegenüber
der Matrix 11 gebildet ist.
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Diese Verfahren ermöglichen,
Verarbeitungen wie etwa Rotieren und Reiben der Anordnungsschicht
auf einer verhältnismäßig robusten
Basis anstatt allein auf dem dünnen
Substrat 61 auszuführen. Somit
kann eine verhältnismäßig kleine
Trennung zwischen der Pixel-Ebene und den Parallaxeträger vorgesehen
sein, während
herkömmliche
Herstellungstechniken verwendet werden können, um eine robuste Vorrichtung
zu bilden.
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30 zeigt
ein Verfahren, in dem die Verarbeitungsschritte auf dem dünnen Substrat 61 ausgeführt werden.
Bei a wird ein Standardglassubstrat 2 bereitgestellt, während bei
b auf dem Substrat 2 die gemusterte Verzögerungsmatrix 11 und
der Polarisator 14 gebildet werden. Bei c wird das dünne Substrat 61 bereitgestellt,
während
bei d auf dem dünnen
Substrat 61 die Ausrichtschicht, die Elektrode, die Farbfilter
und die Schwarzmaske 62 gebildet werden. Wie bei e gezeigt
ist, werden daraufhin die bei b und d gebildeten Baueinheiten mit
dem dünnen
Substrat 61 auf dem Polarisator 14 zusammengebracht.
Daraufhin wird die Vorrichtung dadurch, dass auf einem weiteren
Standardglassubstrat 2 die Ausrichtschicht und die Aktivmatrix 63 gebildet
werden und die Flüssigkristallschicht 60 bereitgestellt
wird, fertig gestellt.
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31 zeigt
ein Verfahren, in dem die Schritte a bis d die gleichen wie in dem
in 30 gezeigten Verfahren
sind. Wie bei e gezeigt ist, wird hier allerdings zwischen dem oberen
Standardglassubstrat 2 und dem dünnen Substrat 61 die
Zelle gebildet, die den Flüssigkristall 60 enthält, wonach
das untere Substrat 2 mit der Matrix 11 und dem
Polarisator 14 wie bei f gezeigt an der Unterseite des
Substrats 61 angebracht werden.
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Die Hauptsubstrate 2 können aus
einem Kunststoffmaterial gebildet werden, sofern es genügend Beständigkeit
gegenüber
Wärme und
Lösungsmitteln
besitzt, dass es mit der Herstellung des Rests der Vorrichtung verträglich ist.
Das Hauptsubstrat ist vorzugsweise isotrop oder besitzt wenigstens
eine im Wesentlichen gleichförmige
Doppelbrechung.