DE69732820T2

DE69732820T2 - Parallaxeschranke und Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69732820T2
Application number: DE69732820T
Authority: DE
Inventors: Richard Robert Horsham Moseley; Graham John Henley-on-Thames Woodgate; Adrian Marc Simon Headington Jacobs; Jonathan Stanford-on-Thames Harrold; David Wallingford Ezra
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-13
Also published as: DE69732820D1; US6437915B2; US6046849A; JP3888627B2; JP3452472B2; US20020001128A1; JPH10123461A; JP2003337226A; EP0829744B1; JP2003177357A; EP0829744A3; JP3998247B2; EP0829744A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Parallaxschranke und ein Display. Derartige Displays können als schaltbare zweidimensionale (2D)/dreidimensionale (3D) Displays eingesetzt werden und finden Anwendung in Spielvorrichtungen, Computerbildschirmen, Laptop-Displays, Workstations und professioneller Bildbearbeitung, beispielsweise für medizinische, Design- oder architektonische Anwendungen.
Bei gewöhnlichem Sehen nehmen die beiden menschlichen Augen aufgrund ihrer räumlichen Trennung innerhalb des Kopfes Ansichten der Umgebung von zwei verschiedenen Blickwinkeln wahr. Diese beiden Blickwinkel werden dann vom Gehirn zur Festlegung des Abstands zu verschiedenen Gegenständen eines Schauplatzes weiterverarbeitet. Um ein Display zur wirksamen Darstellung eines 3D Bildes bereitzustellen ist es notwendig diese Situation wiederherzustellen und ein sogenanntes „stereoskopisches Paar" von Bildern mit jeweils einem Bild für ein Auge eines Betrachters bereitzustellen.
Die Mehrzahl der 3D Displays können in zwei Klassen in Abhängigkeit von der Technik zur Bereitstellung der verschiedenen Ansichten an die Augen klassifiziert werden. Stereoskopische Displays stellen typischerweise beide der Bilder über ein breites Blickfeld dar. Jedoch ist jede der Ansichten verschlüsselt, z.B. hinsichtlich Farbe, Polarisationszustand oder Zeitpunkt der Darstellung, so dass ein Filtersystem aus einer vom Betrachter getragenen Brille versucht die Ansichten zu trennen, um jedem Auge lediglich die Ansicht, welche für das jeweilige Auge vorgesehen ist, sichtbar zu machen.
Autostereoskopische Displays erfordern keine Sichthilfen, die von dem Betrachter zu tragen sind. Stattdessen sind die beiden Ansichten lediglich von bestimmten Bereichen im Raum aus sichtbar. Der Raumbereich, in welchem ein Bild über die Gesamtheit der aktiven Displayfläche sichtbar ist, wird als „Sichtbereich" bezeichnet. Ist der Betrachter derart positioniert, dass ein Auge in einem Sichtbereich ist und das andere Auge in dem anderen Sicht bereich ist, so wird ein korrekter Satz von Ansichten gesehen und ein 3D Bild wird wahrgenommen.
Bei autostereoskopischen Displays vom „Flat-Panel"-Typ werden die Sichtbereiche über eine Kombination der Bildkomponenten (Pixel)-Anordnung des Displays und einer optischen Komponente, im Allgemeinen als Parallaxoptik bezeichnet, ausgebildet. Ein Beispiel einer derartigen Optik ist eine Parallaxschranke. Diese Komponente ist ein Schirm mit vertikalen lichtdurchlässigen Schlitzen, die durch lichtundurchlässige Schlitze getrennt sind. Ein Display dieses Typs ist in 1 der begleitenden Abbildungen dargestellt. Ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) 1 vom Flüssigkristalltyp weist Glassubstrate 2 auf, zwischen denen eine Flüssigkristallschicht mit zugehörigen Elektroden und Ausrichtungsschichten liegen. Ein Hintergrundlicht 3 beleuchtet den SLM 1 und eine Parallaxschranke 4 liegt an der Vorderseite des SLM 1.
Der SLM 1 weist eine 2D Anordnung von Pixelaperturen auf, wobei die Pixel als Spalten, wie mit Hilfe des Bezugszeichens 5 gezeigt, und durch Abstände 6 voneinander getrennt angeordnet sind. Die Parallaxschranke 4 hat vertikal ausgedehnte Schlitze 7 mit einem horizontalen Abstand nahe einem ganzzahligen Vielfachen des horizontalen Abstands der Pixelspalten 5, so dass Gruppen von Pixelspalten jedem Schlitz zugehörig sind. Wie in 1 dargestellt, sind drei als Spalten 1, 2 und 3 bezeichnete Pixelspalten jedem Schlitz 7 der Parallaxschranke 4 zugeordnet.
Die Aufgabe der Parallaxoptik, beispielsweise der Parallaxschranke 4, ist es, das durch die Pixel hindurchgelassene Licht auf bestimmte Ausgangswinkel zu beschränken. Diese Beschränkung definiert den Sichtwinkel jeder der Pixelspalten hinter dem zugehörigen Schlitz. Der Sichtwinkelbereich jedes Pixels wird durch die Pixelbreite und durch den Abstand der die Pixel und die Parallaxoptik beinhaltenden Ebenen bestimmt. Wie in 1 gezeigt, sind die jedem Schlitz 7 zugehörigen drei Spalten 5 in entsprechenden Sichtfenstern sichtbar.
2 der begleitenden Abbildungen zeigt die Winkelzonen des von einem SLM 1 und einer Parallaxschranke 4 erzeugten Lichts, wobei die Parallaxschrankenschlitze einen horizontalen Abstand aufweisen, der exakt einem ganzzahligen Vielfachen des Pixelspaltenabstands entspricht. In diesem Fall vermischen sich die Winkelzonen von verschiedenen Stellen über der Dis playoberfläche und eine alleinige Zone für Ansichten des Bildes 1 oder des Bildes 2 existiert nicht. Folglich sieht jedes Auge eines Betrachters nicht ein einzelnes Bild über der Gesamtheit des Displays, sondern statt dessen Scheiben von verschiedenen Bildern an verschiedenen Stellen der Displayoberfläche. Um dieses Problem zu umgehen wird der Abstand der Parallaxoptik geringfügig reduziert, so dass die Winkelzonen in einer bestimmten Ebene vor dem Display, im Allgemeinen als „Fensterebene" bekannt, zusammenlaufen. Diese Änderung im Parallaxoptikabstand wird als „Sichtpunktkorrektur" bezeichnet und ist in 3 der begleitenden Abbildungen dargestellt. Die Fensterebene ist mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet und die sich ergebenden, im Wesentlichen drachenförmig ausgebildeten Sichtbereiche sind mit Bezugszeichen 9 und 10 versehen gezeigt. Vorausgesetzt, dass das linke und rechte Auge des Betrachters innerhalb des entsprechenden Sichtbereichs 9 und 10 liegt, sieht jedes Auge das einzelne für das Auge bestimmte Bild entlang des gesamten Displays, so dass der Betrachter den 3D Effekt wahrnimmt.
Die Fensterebene 8 bestimmt den optimalen Sichtabstand des Displays. Ein Betrachter, dessen Augen innerhalb dieser Ebene liegen, nimmt das beste Leistungsvermögen des Displays wahr. Bewegen sich die Augen lateral innerhalb dieser Ebene, so bleibt das Bild auf dem Display erhalten bis die Augen die Kanten der Sichtbereiche 9 und 10 erreichen, wonach das ganze Display schnell zum nächsten Bild wechselt sobald sich ein Auge in den benachbarten Sichtbereich bewegt. Die Linie der Fensterbene innerhalb jedes Sichtbereichs wird im Allgemeinen als „Sichtfenster" bezeichnet.
4 der begleitenden Abbildungen zeigt ein autostereoskopisches Display, das sich von dem in 1 gezeigten Display dadurch unterscheidet, dass die Parallaxschranke 4 an der rückseitigen Oberfläche des SLM 1 liegt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Schranke 4 hinter dem SLM 1 von möglichen Schädigungen entfernt liegt. Ebenso lässt sich die Lichteffizienz des Displays verbessern, indem die lichtundurchlässigen Teile der rückseitigen Oberfläche der Parallaxschranke 4 reflektiv gemacht werden, als ob man auf die Schlitze 7 auftreffendes Licht wiederverwertet.
Ein schaltbarer Diffusor 11 ist zwischen der Parallaxschranke 4 und dem SLM 1 gezeigt. Ein derartiger Diffusor weist beispielsweise einen polymerdispergierten Flüssigkristall auf, der zwischen einem wenig streuenden oder im Wesentlichen klaren Zustand und einem stark streuenden Zustand schaltbar ist. Im wenig streuenden Zustand wird das Display, wie soeben beschrieben, als ein autostereoskopisches Display betrieben. Wird der Diffusor in den stark streuenden Zustand geschaltet, so werden Lichtstrahlen beim Durchtreten durch den Diffusor abgelenkt und bilden eine gleichförmige oder „Lambertsche" Verteilung, die den Effekt der Parallaxschranke 4 „auswäscht" und damit die Ausbildung von Sichtbereichen verhindert. In diesem Zustand verhält sich das Display als ein gewöhnliches 2D Display mit der vollständigen räumlichen Auflösung des SLM 1, das zur Darstellung von 2D Bildern bereitsteht.
Bei den soeben beschriebenen Displays besteht das grundlegende Prinzip darin, dass eine Untermenge der Gesamtzahl an Pixeln des SLM 1 jedem Auge zu jedem Zeitpunkt zugängig ist. Folglich nutzt jeder der in den Sichtbereichen dargestellten Ansichten einen Teil der gesamten Auflösung des SLM 1. In einem gewöhnlichen zweisichtigen räumlichen Multiplexautostereoskopischen Display erfasst jedes Auge die Darstellung von einem Bild mit lediglich der Hälfte der gesamten Auflösung. Für ein Dreisichtsystem beträgt die Auflösung in jedem Auge nur ein Drittel. Die Darstellung von komplexen kleinen Zeichen, beispielsweise von Text und Details innerhalb von Bildern, kann hierdurch rückwirkend beeinflusst sein. Es ist wünschenswert in das Display Vorrichtungen zum Abschalten oder Überbrücken des Parallax-Bildsystems mit einzuschließen, so dass die vollständige Auflösung des SLM 1 für jedes Auge zur Darstellung von detaillierter 2D Information sichtbar wird. Obwohl der in 4 gezeigte Diffusor eine derartige Umschaltung bereitstellt, führt dies zu einer Erhöhung der Kosten und der Komplexität des Displays.
US 2 631 496 offenbart ein auf einem einzelnen Bild basierendes autostereoskopisches Display, bei dem eine Parallax-Komponente durch eine Polarisatorkomponente mit alternierenden Streifen von senkrecht orientierten Polarisatoren bereitgestellt wird. Die Polarisatorkomponente arbeitet mit einem Bild, bei dem die linke und rechte Ansicht mit senkrechten Polarisationen in vertikalen Spalten kodiert sind. Die Kodierung wechselt bei jeder Bildstreifenspalte. Die Polarisatorkomponente arbeitet folglich auf ähnliche Weise wie eine Parallaxschranke, jedoch derart, dass das Tastverhältnis, d.h. das Verhältnis der Weite jedes eingesetzten Schlitzes zu jedem eingesetzten lichtundurchlässigen Bereich, im Wesentlichen eins beträgt. Hieraus resultiert ein vergleichsweise hohes Übersprechen und schlechte Sichtfreiheit für den Betrachter. Eine derartige Anordnung ermöglicht keinen 2D Sichtbetrieb mit voller Auflösung ohne Bildartefakte.
Proc. SPIE Vol. 2177, Seiten 181 „Novel 3D Stereoscopic Imaging Technology", S. M. Faris, 1994 beschreibt ein Display, das als stereoskopisches Display oder autostereoskopisches Display mit Hilfe von Mikropolarisatoren betrieben werden kann. Im Besonderen sind zwei Mikropolarisatorschichten oberhalb des räumlichen Multiplex-Bildes angebracht und bewegbar, so dass zwischen autostereoskopischer und stereoskopischer Ansicht umgeschaltet werden kann. Eine derartige Anordnung kann nicht zur Bereitstellung eines 2D Sichtmodus mit hoher Auflösung betrieben werden.
E. Nakayama et al, „2D/3D Compatible LC Display without Special Glasses", Proc. Third Internal Display Workshops vol. 2, Seiten 453–456, 1996 beschreibt ein 3D Display des rückseitigen Parallaxschrankentyps, das ähnlich zu dem in 4 der begleitenden Abbildungen gezeigten Display ist. Ein schaltbarer Diffusor liegt wie in 4 gezeigt zwischen der Parallaxschranke und dem SLM um das Display in einem 2D Modus mit voller Auflösung betreiben zu können.
Um die Ausbildung von Sichtfenstern im 2D Modus zu unterbinden, muss die Streuung des Diffusors die Sicht des Betrachters auf die Parallaxschranke vollständig verhindern. Damit der 3D Modus des autostereoskopischen Displays jedoch wirksam wird, sollten die Beabstandungen zwischen den Schlitzen der Parallaxschranke eine starke Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Diese Anforderungen sind zueinander inkompatibel und die Inkompatibilität kann lediglich durch starke Rückstreuung im schaltbaren Diffusor, wodurch die Durchlässigkeit des Displays stark reduziert wird oder durch eine reflektive Gestaltung der Parallaxschranke auf der Seite des Betrachters, wodurch das 3D Bild beschädigt wird, umgangen werden. Obwohl ferner eine rückseitige reflektive Schicht im Zusammenhang mit der Parallaxschranke eingesetzt werden kann, als ob Licht wiederverwertet und die Helligkeit verbessert wird, muss doch das gesamte vom Betrachter erfasste Licht durch die Schlitze der Parallaxschranke hindurchtreten, weshalb die Helligkeit des Displays im 2D Modus verschlechtert ist. Gewöhnlich beträgt das Tastverhältnis der Parallaxschranke 2:1, so dass lediglich ein Drittel des Hintergrundlichts durch das Display hindurchtritt. Die reflektive Schicht kann diese Situation verbessern, jedoch die vollständige Helligkeit nicht wiederherstellen. Des Weiteren würde Rückstreuung im schaltbaren Diffusor die Helligkeit des Displays im 2D Modus reduzieren. Falls der schaltbare Diffusor für starke Rückstreuung im Betriebsmodus mit hoher Zerstreuung ausgelegt ist, ist es schwierig die Zerstreuungsniveaus die im Modus mit niedriger Zerstreuung notwendig wären um sicherzustellen, dass das 3D Display nicht unter erhöhtem Übersprechen leidet, zu erreichen.
J. B. Eichenlaub, Proc. SPIE 2177, Seiten 4–15, „An Autostereoscopic Display with High Brightness and Power Efficiency", 1994 beschreibt ein 3D Display vom rückseitigen Parallaxschrankentyp, das in einen 2D Modus mit voller Auflösung mit Hilfe eines schaltbaren Diffusors oder einer Lampenanordnung schaltbar ist. Jedoch weist eine deratige Anordnung die eingangs beschriebenen Nachteile auf. Jedoch ist das optische System eines derartigen Displays nicht mit dem schlanken Design von derzeitigen Flat-Panel Displaysystemen kompatibel, bei denen der Aufbau des Hintergrundlichts Dickenabmessungen von weniger als 1 cm hat.
US 5 264 964 beschreibt ein passives Display vom rückseitigen Parallaxschrankentyp. Das Display ist zwischen stereoskopischem und autostereoskopischem Sichtbetrieb schaltbar. Die rückseitige Parallaxschranke weist zwei Mikropolarisatoren mit einer dazwischenliegenden nematischen Flüssigkristallschicht auf. Die Mikropolarisatoren haben derart ausgerichtete Polarisations- und Nicht-Polarisationsbereiche, dass Polarisationsbrillen bei inaktivem, die Polarisation des Lichts nicht beeinflussendem Zustand des Flüssigkristalls, zu tragen sind, um das Bild autostereoskopisch wahrzunehmen. Befindet sich der Flüssigkristall in seinem aktiven Zustand, so dreht er die Polarisation des Lichts um 90°. Die ausgerichteten Polarisationsbereiche der Mikropolarisatoren sperren dann Licht, so dass eine rückseitige Parallaxschranke ausgebildet wird und das Licht autostereoskopisch gesehen werden kann.
Befindet sich das Display im 2D Modus, trifft Licht von beiden polarisierten und unpolarisierten Bereichen des Eingangs-Mikropolarisators in die Flüssigkristallschicht. Die polarisierten Bereiche haben eine geringere Durchlässigkeit als die unpolarisierten Bereiche und dies verursacht Moire- Effekte bei der Beleuchtung des Displays. Daraus resultieren Beleuchtungsstreifen im Display und flimmernde Beleuchtung falls sich der Betrachter bewegt. Die 2D Bildansicht wird hierdurch sehr schlecht. Des Weiteren lassen mit einer Polarisationsrichtung zusammenhängende Bildpixel Licht von Schrankenbereichen/Barrierenbereichen der senkrechten Polarisationsrichtung nicht hindurch. Dies verursacht weitere Ungleichmäßigkeiten in der Beleuchtung und führt zur Zerstörung von vertikalen Pixellinien.
Im 3D Modus dieser Vorrichtung erscheinen lichtundurchlässige Bereiche farbig und lassen eine erhebliche Menge von Licht hindurch aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Polarisationsänderung in Abhängigkeit von der Wellenlänge des einfallenden Lichts. Die Polarisation wird um 90° lediglich bei der „ausgewählten" Wellenlänge gedreht. Bei anderen Wellenlängen ist die Drehung annähernd gleich. Dies führt zu erheblichem Übersprechen, was zu schlechter 3D Bildqualität führt. Ebenso ist das Tastverhältnis der Schranke 1:1, was eine begrenzte Sichtfreiheit und hohe Pegel von Übersprechen mit sich bringt.
„Molecular architectures in thin plastic films by in-situ photopolymerisation of reactive liquid crystals" Philips SID 95 Digest offenbart ein Verfahren zur Herstellung von gemusterten optischen Wellenplatten.
„Surface induced parallel alignment of liquid crystals by linearly polymerised photopolymers" Schadt et al Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 31, 1992, Seiten 2155 ff. offenbart ein Verfahren basierend auf der Photopolymerisation von Flüssigkristallen, die durch Querverbindung von Polyvinylmethoxycinnamaten mit polarisiertem Licht erhalten werden.
EP 0 689 084 offenbart die Verwendung von reaktiven Mesogenschichten als optische Komponenten und Ausrichtungsoberflächen.
US 5 537 144 und US 5 327 285 offenbaren photolithographische Verfahren zur Strukturierung von Polarisatoren sowie, in manchen Fällen, von Kompensatoren. Eine Anordnung von Wellenplatten wird durch Bleichen einer gestreckten Schicht von PVA durch eine Photolackmaske in einer heißen feuchten Atmosphäre oder mit Wasser basierten Bleichmitteln erzeugt. Dies verändert die Materialeigenschaften, so dass die Kompensationseigenschaften des Materials selektiv in bestimmten Bereichen zerstört werden. Folglich kann eine derartige Technik zur Bereitstellung eines einzelnen Schichtelements verwendet werden, bei dem manche Bereiche als Kompensatoren mit parallel zueinander liegenden optischen Achsen und andere Bereiche mit im Wesentlichen keiner Kompensation wirken.
„Four domain TNCLD fabricated by reverse rubbing or double evaporation" Chen et al SID 95 Digest, Seite 865 offenbart die Verwendung einer Technik mit 2-fach-Reibung einer Ausrichtungsschicht in einer aktiven Flüssigkristallvorrichtung (LCD). Die Flüssigkristallausrichtungsrichtung variiert innerhalb jedes Pixels zur Bereitstellung einer besseren Winkelsicht-Leistungsfähigkeit der Vorrichtung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Parallaxschranke bereitgestellt mit: einer Polarisationsänderungsschicht mit Aperturbereichen zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht einer ersten Polarisation, getrennt durch Schrankenbereiche zur Bereitstellung von Licht einer von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation, wobei wenigstens einer der Aperturbereiche und der Schrankenbereiche die Polarisation von hindurchtretendem Licht ändert; und einem wahlweise in einem ersten Modus zum Hindurchlassen von Licht der zweiten Polarisation und zum Blocken von Licht der dritten Polarisation sowie in einem zweiten Modus zum Hindurchlassen von Licht der dritten Polarisation betreibbaren Polarisator.
Eine derartige Parallaxschranke kann somit in einem Parallaxschrankenmodus oder in einem Nicht-Parallaxschrankenmodus betrieben werden. Bei Beleuchtung mit Licht der ersten Polarisation erlaubt der Nicht-Schrankenmodus das Hindurchlassen des im Wesentlichen gesamten Lichts, so dass bei Verwendung in einem 3D-autostereoskopischen Display ein 2D-Modus bei vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit bereitgestellt werden kann.
Die Aperturbereiche können parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Der Polarisator kann ein gleichförmiger Polarisator sein.
Die dritte Polarisation kann senkrecht zur zweiten Polarisation stehen.
Die erste, zweite und dritte Polarisation können lineare Polarisationen sein. Die Aperturbereiche können zur Drehung der Lichtpolarisation angeordnet sein und die Schrankenbereiche können derart angeordnet sein, dass sie die Lichtpolarisation nicht drehen, so dass die dritte Polarisation mit der ersten Polarisation übereinstimmt. Eine derartige Anordnung ermöglicht es den Schrankenbereichen ein Maximum an achromatischer Extinktion von Licht aufzuweisen, falls die Schranke im Schrankenmodus betrieben wird.
Die Aperturbereiche können Kompensatoren aufweisen. Die Aperturbereiche können Halbwellenplatten aufweisen. Alternativ hierzu können die Aperturbereiche Polarisationsdrehführungen aufweisen.
Die Polarisationsänderungsschicht kann eine Halbwellenplatte aufweisen, die Aperturbereiche können im Wesentlichen um +/– 45° zur ersten Polarisation ausgerichtete optische Achsen aufweisen, und die Schrankenbereiche können im Wesentlichen parallel zur ersten Polarisation ausgerichtete optische Achsen haben.
Der Polarisator kann Licht der zweiten Polarisation im zweiten Modus hindurchlassen.
Der Polarisator kann aus einer Lichtstrecke durch die Polarisationsänderungsschicht im zweiten Modus entfernbar sein. Der Polarisator muß nicht mit großer Genauigkeit positioniert werden, damit der Schrankenmodus wirksam wird. Im Besonderen ist es lediglich erforderlich, dass der Polarisator die Polarisationsänderungsschicht umschließt und angemessen genau drehbar um eine im Wesentlichen senkrecht zur Schicht liegende Achse ausgerichtet ist. Folglich erlaubt ein Entfernen des Polarisators den Nicht-Schrankenbetrieb und verhältnismäßig einfache und kostengünstige Ausrichtungsvorrichtungen können zur Ausrichtung des Polarisators im Schrankenmodus bereitgestellt werden.
Der Polarisator kann von einem Betrachter im ersten Modus zu tragende Brillen aufweisen.
Der Polarisator kann um im Wesentlichen ungefähr 90° um eine im Wesentlichen senkrecht zur Polarisationsänderungsschicht zwischen ersten und zweiten Positionen zum Betrieb im entsprechenden ersten und zweiten Modus liegenden Achse drehbar sein.
Der Polarisator kann eine Polarisationsschicht und eine Kompensatorschicht aufweisen, die zwischen einem Nicht-Kompensationsmodus und einem Kompensationsmodus durch Bereitstellen einer Viertelwellenkompensation schaltbar ist.
Der Polarisator kann eine Polarisationsschicht und einen schaltbaren Diffusor mit einem zerstreuenden Depolarisationsmodus und einem nichtzerstreuenden Nicht-Depolarisationsmodus aufweisen. Der Diffusor kann zwischen der polarisierenden Schicht und der Polarisationsänderungsschicht angeordnet sein. Alternativ hierzu kann die Polarisationsänderungsschicht zwischen der polarisierenden Schicht und dem Diffusor angeordnet sein.
Die Schranke kann eine zwischen der Polarisationsänderungsschicht und dem Polarisator liegende und an der Polarisationsänderungsschicht befestigte Viertelwellenplatte sowie eine zwischen der ersten Viertelwellenplatte und dem Polarisator liegende und an dem Polarisator befestigte zweite Viertelwellenplatte, wobei die erste und zweite Viertelwellenplatten im Wesentlichen senkrecht zueinander stehende optische Achsen haben, aufweisen. Die Viertelwellenplatten zwischen der Polarisationsänderungsschicht und dem Polarisator konvertieren Licht in zirkulare Polarisation und von zirkularer Polarisation, so dass die Drehausrichtung des Polarisators relativ zur Polarisationsänderungsschicht zusätzlich vereinfacht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Display bereitgestellt mit einer Schranke gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und einem räumlichen Lichtmodulator zur Versorgung der Polarisationsänderungsschicht mit Licht der ersten Polarisation.
Der räumliche Lichtmodulator kann eine Lichtemissionsvorrichtung wie beispielsweise ein Elektrolumineszenzdisplay sein. Alternativ hierzu kann der räumliche Lichtmodulator selektive Dämpfung von Licht bereitstellen und mit einer Lichtquelle verknüpft sein. Der räumliche Lichtmodulator kann eine Flüssigkristallvorrichtung aufweisen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Display bereitgestellt mit einer Schranke gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, einer Lichtquelle zur Versorgung des Polarisators mit Licht, und einem räumlichen Lichtmodulator mit einem Eingangspolarisator zum Durchlassen von Licht von den Aperturbereichen.
Der räumliche Lichtmodulator kann eine Flüssigkristallvorrichtung aufweisen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Display bereitgestellt mit: einer wahlweise in einem ersten Modus zur Bereitstellung von Licht einer ersten Polarisation und in einem zweiten Modus zur Bereitstellung von unpolarisiertem Licht betreibbaren Lichtquelle; einer Polarisationsänderungsschicht mit Aperturbereichen zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation, getrennt durch Schrankenbereiche, zur Bereitstellung von Licht einer von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation; und einem räumlichen Lichtmodulator mit einem Eingangspolarisator zum Hindurchlassen von Licht der zweiten Polarisation und zum Sperren von Licht der dritten Polarisation.
Die Aperturbereiche können parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Die Lichtquelle kann eine im ersten Modus betreibbare Quelle für polarisiertes Licht und eine im zweiten Modus betreibbare Quelle für umpolarisiertes Licht aufweisen. Die Quelle für polarisiertes Licht kann wenigstens eine erste Lichtemissionsvorrichtung zur Bereitstellung von Licht durch einen Polarisator hindurch an eine erste Lichtführung aufweisen. Die Lichtquelle für unpolarisiertes Licht kann wenigstens eine zweite Lichtemissionsvorrichtung zur Bereitstellung von Licht an eine zweite Lichtführung aufweisen, wobei eine dieser Lichtführungen derart angeordnet sein kann, dass sie Licht durch die andere der beiden Lichtführungen hindurch bereitstellt.
Die Lichtquelle kann wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung, eine Lichtführung und einen im ersten Modus innerhalb einer optischen Strecke zwischen der oder jeder Lichtemissionsvorrichtung und der Lichtführung sowie in einem zweiten Modus außerhalb dieser optischen Strecke liegenden Polarisator aufweisen.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Display bereitgestellt mit: einer Polarisationsänderungsschicht mit Aperturbereichen zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation, getrennt durch Schrankenbereiche zur Bereitstellung von Licht einer von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation; einem räumlichen Lichtmodulator mit einem Eingangspolarisator zum Durchlassen von Licht der zweiten Polarisation sowie zum Sperren von Licht der dritten Polarisation; einer Lichtquelle; einer Maske mit Polarisationsbereichen zur Bereitstellung von Licht der ersten Polarisation aus der Lichtquelle sowie Nicht-Polarisationsbereichen zum Durchlassen von Licht der Lichtquelle; und einer Parallaxoptik zum gemeinsamen Betrieb mit der Maske um Licht von den Polarisationsbereichen durch den räumlichen Lichtmodulator hindurch auf einen ersten Sichtbereich und Licht von den Nicht-Polarisationsbereichen durch den räumlichen Lichtmodulator hindurch auf einen zweiten Sichtbereich zu lenken.
Die Maske kann zum Verschieben der ersten und der zweiten Sichtbereiche relativ zur Parallaxoptik verschiebbar sein.
Die Parallaxoptik kann eine Anordnung von Parallaxerzeugungskomponenten aufweisen.
Die Aperturbereiche können parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Jede der Parallaxerzeugungskomponenten kann optisch zylindrisch mit einer im Wesentlichen senkrecht zu den Schlitzbereichen liegenden Achse ausgebildet sein.
Die Anordnung kann einen linsenförmigen Schirm aufweisen. Des Weiteren kann die Anordnung eine Parallaxschranke aufweisen.
Die Polarisations- und Nicht-Polarisationsbereiche können lateral ausgedehnte Streifen aufweisen.
Die Maske kann des Weiteren lichtundurchlässige Bereiche aufweisen, die wenigstens teilweise die Polarisationsbereiche von den Nicht-Polarisationsbereichen trennen.
Die dritte Polarisation kann senkrecht zur zweiten Polarisation liegen.
Die erste, zweite und dritte Polarisation können lineare Polarisationen sein. Die Aperturbereiche können zur Drehung der Lichtpolarisation angeordnet sein und die Schrankenbereiche können derart angeordnet sein, dass sie die Lichtpolarisation nicht drehen, so dass die dritte Polarisation mit der ersten Polarisation übereinstimmt.
Die Aperturbereiche können Kompensatoren aufweisen.
Die Aperturbereiche können Halbwellenplatten aufweisen.
Die Aperturbereiche können Polarisationsdrehführungen aufweisen.
Folglich ist es möglich, ein Display bereitzustellen, beispielsweise vom Flat-Panel Typ, das in einem 2D-Modus bei voller Auflösung und breitem Sichtfeld und in einem gerichteten autostereoskopischen 3D-Modus betreibbar ist. Wird die Flüssigkristallvorrichtung mit wenigstens teilweise durch eine schwarze Maske definierten Pixelaperturen ausgeführt, so sind mit der schwarzen Maske im 2D-Modus keine unerwünschten sichtbaren Artefakte verknüpft.
Die Ausrichtung des Abstands der Polarisationsänderungsschicht bestimmt den Abstand der Parallaxschranke, der gewöhnlicht im Bereich von 0.1 Mikrometer eingestellt wird. Die Schranke kann aus einem Glassubstrat bestehen, das eine ähnliche thermische Ausdehnung wie der räumliche Lichtmodulator aufweist, so dass Fehlausrichtungen während der Erwärmung des Systems zwischen Einschalt- und Betriebstemperaturen minimiert werden. Die Ausrichtung mit hoher Toleranz lässt sich während der Herstellung festlegen und bleibt unbeeinflusst vom Umschalten zwischen 2D- und 3D-Modus. Es bestehen sechs kritische Freiheitsgrade der Ausrichtungstoleranz in derartigen Displays hinsichtlich der Ausrichtung der Aperturen der Schranken bezüglich dem räumlichen Lichtmodulator und diese müssen nicht im Feld festgelegt werden. Da die entfernbare oder schaltbare Komponente eine gleichförmige Polarisationskomponente sein kann, ist eine genaue Ausrichtung lediglich hinsichtlich eines Freiheitsgrads notwendig, d. h. Drehung um eine senkrecht zur Displayoberfläche ausgerichtete Achse. Die Drehung um die beiden anderen Achsen und die räumliche Positionierung lassen sich allesamt mit geringen einfach zu erfüllenden Toleranzanforderungen festlegen. Folglich ist die mechanische Montage wesentlich vereinfacht und Kosten, Größe und Gewicht lassen sich reduzieren.
Es ist möglich, verschiedene Bereiche des Displays unabhängig voneinander zu schalten, um 3D- und 2D-Bereiche gleichzeitig auf der Displayoberfläche zu vermischen.
Ein farbiges 3D-Display lässt sich mit geringem Gegensprechen mit Hilfe von einfachen und günstigen doppelbrechenden Komponenten herstellen. Der 2D-Modus kann im Wesentlichen genauso hell sein wie bei einem gewöhnlichen Display bei gleichem Sichtwinkel. Folglich lässt sich dasselbe Hintergrundlicht wie für ein gewöhnliches Display verwenden und zwischen Batterielebensdauer und Helligkeit muss kein Kompromiss eingegangen werden. Eine Entspiegelungsbeschichtung lässt sich auf die äußeren Oberflächen anbringen um Reflektionen zu vermindern und den Displaykontrast zu verbessern. Eine derartige zusätzliche Schicht erzeugt minimale Absorptions- oder Reflektionsverluste.
Bei Anwendung in einem Betrachter-Nachführungsdisplay kann die Nachführung durch relative Bewegung zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und der Polarisationsänderungsschicht erzeugt werden. Folglich kann die Polarisationsänderungsschicht jederzeit an dem mechanischen System befestigt bleiben. Der Polarisator muss keineswegs am mechanischen System befestigt sein, so dass der Aufbau vereinfacht wird. Tatsächlich ist es nicht erforderlich, den Polarisator in unmittelbarer Nachbarschaft zur Polarisationsänderungsschicht zu befestigen und er kann in der Tat als eine von einem Betrachter zu tragende Brille bereitgestellt werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein autostereoskopisches Display mit einem Flüssigkristalldisplay mit einem Polarisator, einer Polarisationsänderungsschicht und einem weiteren Polarisator bereitgestellt, wobei die Polarisationsänderungsschicht und eine Komponente aus Polarisator und weiterem Polarisator eine Parallaxschranke gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweisen und die Polarisationsänderungsschicht eine Schicht aus doppelbrechendem Material mit im Wesentlichen festgelegter Doppelbrechung sowie mit wenigstens einem ersten Kompensator mit einer in einer ersten Richtung ausgerichteten optischen Achse und mit wenigstens einem zweiten Kompensator mit einer in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung ausgerichteten Achse aufweist.
Der wenigstens eine erste Kompensator kann eine Mehrzahl an ersten Kompensatoren aufweisen und der wenigstens eine zweite Kompensator kann eine Mehrzahl an zweiten Kompensatoren aufweisen, wobei die ersten und zweiten Kompensatoren als reguläre Matrix angeordnet sein können. Die ersten und zweiten Kompensatoren können erste und zweite Streifen aufweisen, die sich gegenseitig abwechseln. Die ersten Streifen können eine erste Breite und die zweiten Streifen können eine zweite Breite aufweisen, wobei die zweite Breite geringer als die erste Breite ist.
Die ersten und zweiten Kompensatoren können eine Kompensation bei (2m + 1)λ/2 aufweisen, wobei m eine ganze Zahl und λ eine Wellenlänge des sichtbaren Lichts darstellen.
Die zweite Richtung kann im Wesentlichen bei 45° zur ersten Richtung liegen.
Der Polarisator oder der weitere Polarisator können lineare Polarisatoren zum Durchlassen von Licht mit bestimmtem Polarisationswinkel hinsichtlich der ersten optischen Achse aufweisen.
Der bestimmte Winkel kann im Wesentlichen 0° entsprechen.
Beispielsweise lässt sich eine optische Komponente mit einer Polarisationsänderungsschicht gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung einsetzen um eine Parallaxschranke bereitzustellen, die in einem autostereoskopischen Display eingesetzt werden kann und deren Parallaxschrankenbetrieb abgestellt werden kann um ein derartiges Display in einem zweidimensionalen (2D) Modus zu betreiben. Eine Vorrichtung diesen Typs ist in GB-A-2317295 (entsprechende GB Anmeldung Nr. 9713985.1) offenbart. Bei Betrieb im 2D-Modus ist es von Vorteil, jegliche Änderungen der Lichtabsorption zwischen den als Schlitzen im 3D-Modus betriebenen Bereichen und den Bereichen zwischen den Schlitzen zu vermeiden. Ansonsten könnten im 2D-Modus sichtbare Moire Muster durch Überlagerung der Absorptionsveränderungen anhand der Pixelstruktur oder des Displays erzeugt werden.
Die optische Komponente lässt sich mit Hilfe eines einzelnen photolithographischen Maskenschrittes herstellen, so dass folglich die Komplexität der Herstellung und die Kosten der Komponente verringert werden. Die Komponente lässt sich auf ein weiteres Substrat bonden, als ob eine Schädigung ihrer Oberfläche ohne Beeinflussung der optischen Eigenschaften der Komponente vermieden wird. Die Komponente kann auf einem Glassubstrat ausgebildet sein, das die Aufbringung einer kostengünstigen Entspiegelungsschicht auf der gegenüberliegenden Substratoberfläche vor der Ausbildung der Komponente ermöglicht.
Die Komponente lässt sich mit Hilfe bekannter Verfahren, wie beispielsweise Rotationsbeschichtung und Photolithographiemaskierung sowie Reibetechniken, herstellen. Folglich lassen sich optische Komponenten diesen Typs in Großserie zu geringen Kosten herstellen. Die Komponente wird ohne Entfernung des Kompensationsmaterials hergestellt und lässt sich so einfacher ohne Einbringung von Oberflächenartefakten oder Schädigungen sowie ohne nachfolgend erforderliche Planarisierung herstellen. Durch Anwendung von Photolithographietechniken können die Kompensationsbereiche mit hoher Präzision und Auflösung hergestellt werden, so dass eine derartige Komponente zum Betrieb in einer sichtpunktkorrigierten Parallaxschranke geeignet ist. Des Weiteren ist es möglich, eine Komponente mit hohem Grad an Formbeständigkeit bereitzustellen.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft mit Bezug zu den begleitenden Abbildungen beschrieben:
1 zeigt eine schematische horizontale Schnittansicht eines autostereoskopischen 3D-Displays bekannter Ausführung;
2 zeigt einen Grundriss mit Lichtkegeln eines nichtsichtpunktkorrigierten Displays;
3 zeigt eine zur 2 ähnliche Ansicht zur Darstellung der Erzeugung von Sichtbereichen eines sichtpunktkorrigierten Displays;
4 ist eine schematische horizontale Schnittansicht eines weiteren autostereoskopischen 3D-Displays bekannter Ausführung;
5 ist eine schematische Ansicht einer Parallaxschranke einer Ausführungsform der Erfindung;
6a, 6b und 6c sind schematische Ansichten einer Anordnung zur Umschaltung zwischen Betriebsarten der Schranke aus 5;
7 zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
11a zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
11b zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines autostereoskopischen Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
13 zeigt ein Diagramm mit teilweiser Durchlässigkeit/Transmission über der Wellenlänge in Nanometern zur Darstellung der Durchlässigkeit/Transmission von umpolarisiertem Licht durch zwei Polarisatoren mit dazwischenliegender Halbwellenplatte;
14 zeigt ein Diagramm der Lichtdurchlässigkeit in Prozent über der Wellenlänge in Nanometern zur Darstellung der Durchlässigkeit von Licht durch gekreuzte Polarisatoren;
15 mit 15(a) bis 15(e) stellt ein erstes Verfahren zur Herstellung einer Polarisationsänderungsschicht dar;
16 mit 16(a) bis 16(d) stellt ein zweites Verfahren zur Herstellung einer Polarisationsänderungsschicht dar;
17 mit 17(a) bis 17(d) stellt ein drittes Verfahren zur Herstellung einer Polarisationsänderungsschicht dar;
18 mit 18(a) bis 18(j) stellt ein viertes Verfahren zur Herstellung einer Polarisationsänderungsschicht dar;
19 zeigt einen schematischen Grundriss eines autostereoskopischen 3D-Displays einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
20 zeigt ein Diagramm der teilweisen Lichtdurchlässigkeit über der Wellenlänge in Nanometern zur Darstellung der Lichtextinktion durch ein System mit gekreuzten Polarisatoren sowie zwei dazwischenliegenden Viertelwellenplatten;
21 ist eine schematische Ansicht einer Parallaxschranke einer Weiteren Ausführungsform der Erfindung;
22 ist eine schematische Ansicht einer Parallaxschranke einer weiteren Ausführungsform der Erfindung:
23 zeigt einen Grundriss der Parallaxschranke aus 22; und
24 zeigt eine schematische Ansicht einer Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
25 zeigt eine optische Komponente und eine optische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
26 zeigt einen Grundriss der Komponente und Vorrichtung aus 27;
27 zeigt eine optische Komponente und eine optische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
28 zeigt einen Grundriss der Komponente und Vorrichtung aus 29;
29 zeigt eine optische Komponente und eine optische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
30 zeigt einen Grundriss der Komponente und Vorrichtung aus 29;
31 zeigt Diagramme der Durchlässigkeit in beliebigen Einheiten über der Wellenlänge in Nanometern eines zwischen gekreuzten und parallelen Polarisatoren liegenden Halbwellenkompensators;
32 zeigt ein Diagramm der Durchlässigkeit in Prozent über der Wellenlänge in Nanometern von zwei gekreuzten Polarisatoren ohne zwischenliegende optische Komponente; und
33 zeigt die Orientierung der Ausrichtungsschicht und das Erscheinungsbild der Maske einer Parallaxschranke gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit verminderter Streuung durch räumliche Modulation der Schlitzkanten.
Referenzzeichen kennzeichnen entsprechende Teile der Abbildungen.
Die Parallaxschranke in 5 weist eine Polarisationsänderungsschicht 20 und einen Polarisator in Gestalt einer polarisierenden Schicht 21 auf. Die Polarisationsänderungsschicht 20 weist Aperturbereiche 22 in Gestalt von parallel verlängerten Schlitzbereichen auf, die derart angeordnet sind, dass sie die lineare Polarisation 23 von einfallendem Licht um 90 Grad drehen können. Die Aperturbereiche 22 sind beispielsweise durch Schrankenbereiche 24 voneinander getrennt, die derart angeordnet sind, dass sie die Polarisation des einfallenden Lichts nicht beeinflussen. Die Bereiche 22 können beispielsweise angemessen ausgerichtete Halbwellenpolarisationskompensatoren oder 90° Polarisationsrotatoren aufweisen. Die Aperturbereiche 22 sind in gewünschtem Abstand der Parallaxschranke angeordnet, schließen eine wie weiter oben beschriebene beliebige Sichtpunktkorrektur ein und weisen eine für die Parallaxschrankenschlitze erforderliche Weite auf. Typische Werte für den Abstand und die Weite derartiger Schlitze sind entsprechend 200 Mikrometer und 50 Mikrometer. Die Aperturbereiche 22 weisen eine zur Drehung der Eingangspolarisation um 90° ausgerichtete optische Achse auf. Wird die Parallaxschranke beispielsweise vor einem Flüssigkristalldisplay (LCD) vom Dünnfilmtransistor (TFT)-Typ angeordnet, so wird Licht vom LCD bei +45° bezogen auf eine vertikale Achse des LCD, zu welchem die streifenförmigen Aperturbereiche 22 parallel ausgerichtet sind, polarisiert. Die optische Achse ist damit derart ausgerichtet, dass die aus den Schlitzbereichen austretende Lichtpolarisation 25 bei –45° zur selben vertikalen Achse ausgerichtet ist. Die Schrankenbereiche 24 sind transparente Bereiche mit wenig oder keinem Einfluss auf das durchgelassene Licht, welches folglich bei +45° polarisiert bleibt.
Die polarisierende Schicht 21 weist eine mit 26 gekennzeichnete Polarisationsrichtung auf, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisationsrich tung 23 des einfallenden Lichtes liegt und damit von Licht, das durch die Bereiche 24 hindurchtritt. Jedoch ist die Polarisationsrichtung 26 parallel zur Polarisationsrichtung des durch die Schlitzbereiche 22 hindurchtretenden Lichtes, so dass die Parallaxschranke in einem Schrankenmodus betrieben wird, wobei einfallendes Licht durch die Schlitzbereiche 22 hindurchgelassen wird und durch die über die Schrankenbereiche 24 definierten Teile der Schranke wesentlich gesperrt oder ausgelöscht wird.
Um die Parallaxschranke in einem Nicht-Schrankenmodus zu betreiben wird die polarisierende Schicht 21 beispielsweise durch Entfernen abgeschaltet. In diesem Betrieb sind die Streifenbereiche 22 im Wesentlichen unsichtbar, da diese von keiner polarisierenden Schicht analysiert werden. Durch Anordnung der Bereiche 22 und 24 zur Bereitstellung einer im Wesentlichen gleichen Durchlässigkeit sollten keine unerwünschten sichtbaren Artefakte wie beispielsweise Moire-Überlagerung mit der Pixelstruktur eines zugehörigen LCD auftreten. Obwohl die Schlitzbereiche 22 weiterhin die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes drehen ist dies für das menschliche Auge nicht sichtbar falls die polarisierende Schicht 21 entfernt wurde. In diesem Betriebsmodus stellt die Parallaxschranke die vollständige räumliche Auflösung des zugehörigen LCD für ein 2D-Display mit sehr geringer Dämpfung von Licht bereit. Die Parallaxschranke in 5 kann als Ersatz der in 1 gezeigten vorderen Parallaxschranke 4 dienen als ob ein autostostereoskopisches 3D-Display gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung bereitgestellt wird.
Ein geeigneter Weg die polarisierende Schicht 21 entfernbar anzuordnen ist in 6a dargestellt. Die Polarisatorschicht 21 ist an den Rückstand des autostereoskopischen Displays über doppelte Scharniere 30 und 31 befestigt. Dies ermöglicht es die Polarisatorschicht 21 über die Vorderseite des Displays an der Referenzlinie der Scharniere ausgerichtet zu drehen, wobei die Drehung des Weiteren wahlweise von einer Bezugsposition der den Scharnieren der Polarisatorschicht gegenüberliegenden Kante abhängt. Im 2D-Betrieb wird der Polarisator über die Rückseite der Displayeinheit geklappt und bündig zur Rückseite der Displayeinheit gelagert.
Ein weiterer geeigneter Weg zur Anordnung der entfernbaren Polarisatorschicht 21 ist in 6(b) dargestellt. Die Polarisatorschicht 21 ist auf einer transparenten Schicht mit einem transparenten und nicht polarisierenden longitudinalen Bereich ausgebildet. Die Schicht ist um an jeder Seite des LCD 1 und der Polarisationsänderungsschicht 20 gelegene Rollen 28 und 29 gewickelt. Die Rollen 28 und 29 werden beispielsweise von einem elektrischen Motor angetrieben, so dass der Polarisationsbereich 21 oder der transparente, nicht-polarisierende Bereich der Schicht vor dem LCD 1 und der Schicht 20 angeordnet werden können. Ebenso können die Rollen 28 und 29 manuell betrieben werden. Liegt die Polarisatorschicht 21 vor dem LCD 1 und der Schicht 20, so wird das Display im 3D-Modus betrieben und falls der transparente, nicht-polarisierende Bereich der Schicht vor dem LCD 1 und der Schicht 20 liegt, wird das Display im 2D-Modus betrieben.
6(c) zeigt einen weiteren Weg zwischen dem 3D- und dem 2D-Betriebsmodus umzuschalten. In diesem Fall liegt die Polarisatorschicht 21 durchgehend vor dem LCD 1 und der Schicht 20, ist jedoch drehbar um eine senkrecht zu der Schicht 21 liegenden Achse angeordnet. Ist die drehbare Position der Polarisatorschicht 21 derart, dass sie Licht der Schlitzbereiche 22 hindurchlässt, jedoch Licht der Schrankenbereiche 24 auslöscht, so wird in das Display in einem 3D-Modus mit einer wie in A dargestellten vorderen Parallaxschranke betrieben. Folglich wird eine Schranke mit engen lichtdurchlässigen Schlitzen und breiten lichtundurchlässigen Beabstandungen ausgebildet. Wird jedoch die Polarisatorschicht um 90° gedreht, so sperrt oder löscht sie Licht von den Schlitzbereichen 22 aus, lässt jedoch Licht von den Schrankenbereichen 24 hindurch. In diesem Fall wird, wie in B dargestellt, Licht durch die breiten „Schlitze" hindurchgelassen, wobei enge und undurchlässige „Beabstandungen" ausgebildet werden. Obwohl man sich die in B dargestellte Anordnung als Parallaxschranke betrieben vorstellen kann, sind die Sichtbereiche nicht ebenso klar definiert und ein breiter 2D-Bereich ergibt sich. Die restlichen undurchlässigen Bereiche werden die Helligkeit im 2D-Modus verglichen mit Displays, bei denen keine durch die Parallaxschranke ausgebildeten lichtundurchlässigen Bereiche vorliegen, reduzieren. Dies ist eine geeignete Technik, die jedoch einige restliche Moire-Effekte im 2D-Modus von schwarzen Flächen auf der Maske mit sich bringen kann.
Sind die Parallaxschranken 4 der wie beispielsweise in den 1 und 4 gezeigten Displays bekannter Art entfernbar um einen 2D-Betriebsmodus mit vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit bereitzustellen, so wären diese mit Fassungen zur Festlegung der Position bezüglich fünf Freiheitsgraden, und zwar bezüglich zweier Translationsachsen und dreier Rotationsachsen, mit Positionierungstoleranzen im Bereich von 5 Mikrometer auszustatten. Es ist ebenso besonders schwer, die Parallelität zwischen der Paral laxschranke 4 und dem SLM 1 aufrecht zu erhalten. Jegliche Wölbung in einer der Komponenten würde Abweichungen in dem Moire-Muster generierenden Fenster hervorrufen. Dies führt zu eingeschränkter Sichtfreiheit und erhöhtem Zwischensprechen des Displays. Eine entfernbare Komponente würde zur Kompensation derartiger Wölbungen eingesetzt werden müssen und dies lässt sich in robuster Weise bei geringen Betriebskosten unter Aufrechterhaltung von einfacher Bedienbarkeit und angemessener Größe der entfernbaren Komponente schwer erreichen.
Die wie in 5 gezeigte wirksame Ebene der Parallaxschranke liegt an der Ebene der Polarisationsänderungsschicht 20. Die Anordnung dieser Schicht 20 zu dem zugehörigen LCD bestimmt die optische Anordnung des autostereoskopischen Displays. Bei der in 5 gezeigten Parallaxschranke lässt sich die Schicht 20 dauerhaft an dem zugehörigen LCD befestigen und kann sich so jeglichen Wölbungen innerhalb des LCDs anpassen und dadurch die Degradation der Fensterqualität minimieren. Dies sichert Festigkeit und ermöglicht die Anwendung von Klebstoffen oder anderen Arten fester Verbindungen, beispielsweise während der Herstellung oder bei nachfolgender Anpassung mit Hilfe von Präzisionsausrichtungsgeräten, die in LCD Produktionslinien verfügbar sind. Die entfernbare polarisierende Schicht 21 muss lediglich bei Austausch entlang einer Rotationsachse vor der Schicht 20 wieder ausgerichtet werden. Die Toleranz bei der Translationspositionierung ist lediglich dadurch gegeben, dass die Gesamtheit der Displayoberfläche mit der Polarisatorschicht 21 bedeckt wird und Drehungen um Achsen innerhalb der Ebene der Displayoberfläche keine Auswirkung auf die Polarisationsabsorptionsachse haben. Folglich betrifft die einzige Anforderung eine Rotationsanordnung um eine zur Displayoberfläche senkrechte Achse um eine gute Lichtextinktion von den Schrankenbereichen 24 sicherzustellen. Um Lichtverluste der Schrankenbereiche 24 unterhalb von +1% zu reduzieren, ist eine Ausrichtungstoleranz in der Größenordnung von plus oder minus 5° erforderlich und diese Anforderung lässt sich leicht erfüllen.
7 zeigt den Betrieb der Parallaxschranke aus 5 in einem rückseitigen autosteroskopischen Display mit Parallaxschranke. Die Polarisationsänderungsschicht 20 liegt benachbart zum LCD 1 und die Polarisatorschicht 21 wird als Eingangspolarisator betrieben und liegt zwischen der Schicht 20 und der Hintergrundbeleuchtung 3. Das LCD 1 weist einen Eingangspolarisator 32 auf, dessen Polarisationsrichtung derart ausgerichtet ist, dass Licht von den Streifenbereichen 22 hindurchgelassen wird und Licht von den Schrankenbereichen 24 gesperrt wird. Folglich liegen die Polarisationsrichtungen der Eingangspolarisatorschicht 21 und dem LCD Polarisator 32 senkrecht zueinander. Um einen 2D-Modus mit vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit bereitzustellen wird die Polarisatorschicht 21 aus der Lichtstrecke entfernt.
Die Streifenbereiche 22 sind in den Abbildungen dargestellt als auf einem Substrat und besonders auf der äußeren Oberfläche des Substrats hergestellte Streifenbereiche, d. h. der vom LCD 1 abgewiesenen Oberfläche des Substrats. Dies stellt jedoch lediglich ein Beispiel dar, da die Streifenbereiche 22 auf beiden Seiten des Substrats hergestellt werden können. Werden die Streifenbereiche auf der inneren Substratoberfläche, d.h. dem LCD 1 gegenüberliegend, hergestellt, so können diese in Kontakt mit dem LCD 1 sein und sind damit von Kratzen und Verschmutzung durch das Substrat geschützt. Des Weiteren wird der optimale Sichtabstand des Displays im 3D-Modus durch die Trennung der Flüssigkristallschicht im LCD 1 und der Streifenbereiche 22 eingestellt. Mit Hilfe der Streifenbereiche 22 auf der inneren Oberfläche des Substrats wird die Trennung vermindert und folglich wird der optimale Sichtabstand reduziert.
8 zeigt ein rückseitiges Parallaxschranken-Display bei dem der entfernbare Polarisator 21 Teil der Hintergrundbeleuchtung darstellt. Die Hintergrundbeleuchtung weist eine Lichtquelle 33 und einen Reflektor 34 auf, die im 3D-Modus, Licht durch die Polarisatorschicht 21 in die Lichtführung 35 lenken. Die Lichtführung 35 weist auf ihrer Ausgangs- oberfläche eine gemusterte Schicht 36 zur Bereitstellung einer gleichmäßigen Beleuchtung des LCD 1 sowie einen die Polarisation erhaltenden Diffusor 37 zur Zerstreuung des Ausgangslichts in einen breiteren Winkelbereich auf. Derartige Diffusoren können naturgemäß linsenförmig ausgebildet sein.
Diese Anordnung ermöglicht den Einsatz eines vergleichsweise schmalen Polarisators 21 an der Eingangsoberfläche der Lichtführung 35. Der Polarisator 21 lässt sich aus der Lichtstrecke mit Hilfe einer vergleichsweise geringen Bewegung herausnehmen, um einen 2D-Betriebsmodus bei vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit zu erreichen.
9 zeigt ein autostereoskopisches Display mit einer Quelle polarisierten Lichts vom in 8 dargestellten Typ, bei dem jedoch der Polarisator 21 am Eingang der Lichtführung 35 befestigt ist. Die Lichtquelle 33 wird für 3D-Betrieb beleuchtet.
Das Display weist des Weiteren eine unpolarisierte Hintergrundbeleuchtung in Form einer Lichtquelle 38, einen Reflektor 39 und eine Lichtführung 40 auf. Die Lichtführungen 35 und 40 liegen derart, dass Ausgangslicht der Lichtführung 40 durch die Lichtführung 35 hindurchtritt. Im 2D-Modus mit vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit ist die Lichtquelle 33 abgeschaltet und die Lichtquelle 39 beleuchtet, so dass unpolarisiertes Licht durch die Lichtführung 35 tritt und das LCD 1 über die Schicht 20 beleuchtet.
10 zeigt ein Beispiel eines vorderseitigen Parallaxschranken- autostereoskopischen Displays, das zwischen 2D und 3D-Betrieb ohne mechanischen Antriebsmechanismus schaltbar ist. Die Polarisationsänderungsschicht 20 liegt benachbart zur äußeren Oberfläche des LCD 1 und die Ausgangspolarisatorschicht 21 ist am Ausgang des Displays angeordnet. Ein schaltbarer Viertelwellenrotator 41 liegt zwischen der Polarisatorschicht 21 und der Schicht 20. Der Rotator 41 ist zwischen einem ersten Zustand, bei dem die durchgelassene Polarisation nicht beeinflusst wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Polarisationszustände gleichmäßig durch die Polarisatorschicht 21 hindurchgelassen werden, umschaltbar. Im zweiten Zustand wirkt der Rotator 41 als Viertelwellenplatte mit einer um 45° zur Polarisationsachse der Polarisatorschicht 21 ausgerichteten optischen Achse. Folglich werden die linearen Polarisationen der Bereiche 22 und 24 beide in zirkulare Polarisationen von gegenseitiger Drehrichtung umgewandelt, von denen 50% von der Polarisatorschicht 21 hindurchgelassen werden.
Ein Vorteil dieses Typs von Anordnung liegt darin, dass die Steuerkomponente 41 räumlich geregelt werden kann, so dass die beiden Moden in unterschiedlichen Bereichen gemeinsam vorliegen können. Dies ermöglicht es, dass einige Teile des Displays in einem 2D-Modus und andere Teile in einem 3D-Modus betrieben werden können.
Das in 11a gezeigte Display unterscheidet sich von dem in 10 gezeigten Display dadurch, dass der schaltbare Viertelwellenrotator 41 durch einen schaltbaren Diffusor 42 ersetzt ist. Der Diffusor 42 ist elektronisch zwischen einem depolarisierenden und einen nicht-depolarisierenden Zustand schaltbar. Derartige Diffusoren können als polymer-dispergierte Flüssigkristallvorrichtungen ausgeführt sein.
Im wenig streuenden Zustand hat der schaltbare Diffusor 42 im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Betrieb, so dass das Display in dem autostereskopischen 3D-Modus betrieben wird. In dem stärker streuenden Zustand zeigt der Diffusor 42 zwei Effekte. Erstens zerstört der Diffusor die Polarisation des einfallenden Lichtes, so dass Licht von den Bereichen 22 und 24 im Wesentlichen gleichmäßig durch die Ausgangspolarisatorschicht 21 hindurchgelassen wird. Zweitens zerstört der Diffusor die Richtung des Lichts durch das System durch Zerstreuung des hindurchgelassenen Lichts in beliebige Richtungen. Jedoch muss der Zerstreuungseffekt des Diffusors 42 nicht zwangsläufig stark ausgebildet sein, da der Verlust an Polarisation ausreicht, um das Display in einem 2D-Modus zu betreiben. Der Diffusor 42 ist lediglich erforderlich, um ausreichende Zerstreuung für einen angemessenen Sichtwinkel des Displays bereitzustellen. Demnach ist der Diffusor 42 erforderlich, um weniger dichte Streuung von Licht verglichen mit Systemen bekannter Art bereitzustellen, so dass ein hellerer 2D-Modus erzielt werden kann.
Das in 11b gezeigte Display unterscheidet sich von dem in 11a gezeigten Display dadurch, dass die Positionen der Schicht 20 und des schaltbaren Diffusors 42 gegenseitig ausgetauscht werden können.
Ein schaltbarer Diffusor 42 kann ebenso in einer rückseitigen Parallaxschrankenanordnung verwendet werden. Der Diffusor 42 kann ebenso steuerbar sein, so dass verschiedene Bereiche zum Betrieb in verschiedenen Moden gesteuert werden können, als ob ein Display, bei dem einige Bereiche im 2D-Modus und andere Bereiche gleichzeitig im 3D-Modus betrieben werden können, bereitgestellt wird. Diese Anordnung kann geeigneter sein, da der Diffusor im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Sichtbarkeit des Bildes im 2D-Modus hat.
Die hierin beschriebenen Parallaxschranken können in dem in GB-A-2321815 (entsprechende Anmelde-Nummer 9702259.4) beschriebenen Display verwendet werden. Dieses Display ist vom autostereoskopischen Typ und beinhaltet eine für einen Betrachter sichtbare Anzeige, so dass der Betrachter sich an der optimalen Sichtposition ausrichten kann. Unter Umständen kann es von Vorteil sein, die sichtbare Positionsanzeige abschalten zu können und dies lässt sich durch Abschalten des Teils der Parallaxschranke erreichen, das die Anzeige bereitstellt, wie beispielsweise oben für gemischten 3D- und 2D-Betrieb beschrieben wurde.
12 zeigt ein Display vom rückseitigen Parallaxschrankentyp, das dem in 7 gezeigten Display ähnlich ist, bei dem jedoch die Polarisatorschicht 21 durch eine Maske 43 und eine Parallaxoptik 44 ersetzt ist, wobei die Parallaxoptik 44 als linsenförmiger Schirm dargestellt ist, der jedoch alternativ eine Parallaxschranke aufweisen kann. Die Parallaxoptik 44 ist optional, da die Parallaxe zwischen den Maskenkomponenten der Maske 43 und einer Pixel-Schwarzmaske innerhalb des LCD 1 zur Erzeugung der Sichtzonen 45, jedoch mit größerem Überlapp an den Grenzen zwischen den Zonen, dienen. Die Maske 43 weist horizontal angeordnete Streifen auf, die beispielsweise als Gruppen von drei Streifen angeordnet sind, wobei jede Gruppe einen polarisierenden Streifen, einen durchsichtigen Streifen und einen undurchsichtigen Streifen, aufweist. Jede Gruppe der Streifen ist mit einer Parallaxkomponente in der Form einer Linse des linsenförmigen Schirms 44 verknüpft.
Die Maske 43 ist vertikal in Bezug zu dem linsenförmigen Schirm 44 bewegbar. In der in 12 dargestellten Position sind die Polarisationsstreifen zu den Linsen des Schirms 44 derart angeordnet, als ob ein 3D-Betrieb für einen Betrachter in einer mit 45 gekennzeichneten Zone bereitgestellt wird. Ein sich in der normalen Sichtzone des Displays der Zone 45 befindender Betrachter nimmt demnach ein 3D-Bild wahr.
Ist ein 2D-Betrieb erforderlich, wird die Maske 43 relativ zum Schirm 44 derart bewegt, dass die durchlässigen Streifen in die Zone 45 abgebildet werden. Somit kann das Display in einem 2D-Modus mit vollständiger Auflösung und hoher Helligkeit betrieben werden. Ein Umschalten zwischen 3D- und 2D-Modus lässt sich somit durch eine vergleichsweise geringe Bewegung erzielen. Die dunklen oder lichtundurchlässigen Streifen werden zur Vermeidung von Verlusten von polarisiertem Licht im unpolarisierten Sichtbereich und umgekehrt verwendet.
Die Maske 43 kann durch ein beliebiges geeignetes, wie beispielsweise in JP 63-158525A beschriebenes Verfahren hergestellt werden.
Obwohl die optischen Funktionen der Bereiche 22 und 24 der Parallaxschranke umgedreht sein könnten, so dass die Schrankenbereiche 24 die Polarisation drehen und die Streifenbereiche 22 im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Polarisation hätten, wird die weiter oben beschriebene Anordnung mit Bezug zur 5 im Allgemeinen bevorzugt. Besonders werden die dunklen Niveaus der lichtundurchlässigen Bereiche, die durch die Schrankenbereiche 24 und die zugehörigen Bereiche der Polarisatorschicht 21 ausgebildet sind in wirksamer Weise durch zwei gekreuzte Polarisatoren ohne eine dazwischenliegende (optisch aktive) Komponente bereitgestellt. Hiermit wird eine starke Extinktion von Licht über einen bereiten Bereich von Wellenlängen bereitgestellt und dadurch Übersprechen im Display minimiert.
Eine mögliche weitere Anordnung der Parallaxschranke in den Displays ist durch die beiden Polarisatoren mit parallelen Polarisationsrichtungen, der zur Bereitstellung der Polarisationsdrehung optisch aktiven Schrankenbereiche 24 und der die Polarisation nicht beeinflussenden Schlitzbereiche 22, gegeben. Wie weiter oben beschrieben, hängen die kritischen lichtundurchlässigen Bereiche der Schranke in einer derartigen Anordnung von der Leistungsfähigkeit des Polarisationsrotationsmaterials zur Erzielung einer hohen Extinktion und geringem Lichtverlust von weniger als 1% ab. Eine mögliche Vorrichtung hierfür nutzt eine polymerisierte Schicht von verdrehten, nematischen Flüssigkristallen mit einer Dicke, die das erste Minimalkriterium wie die Schranken 24 erfüllt. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung liegt darin, dass die Schlitzbereiche 22 neutral sind und deshalb eine optimale chromatische Leistungsfähigkeit zur Bereitstellung eines 3D-Modus mit reduzierter Farbunausgewogenheit aufweisen.
Die Polarisationsdrehung durch die Streifenbereiche 22 kann nicht generell über einen derartig breiten Bereich von Wellenlängen durchgeführt werden. Deshalb werden einige Teile des sichtbaren Spektrums weniger als andere hindurchgelassen. 13 zeigt die berechnete Transmission/Durchlässigkeit von umpolarisiertem Licht durch einen Ausgangspolarisator des LCD 1, eine aus einem einachsigen doppelbrechenden Material hergestellte Wellenplatte und die Polarisatorschicht 21. Sind die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren gekreuzt angeordnet, ist die Durchlässigkeit durch die Bauweise im Zentrum des sichtbaren Spektrums am Höchsten, nimmt jedoch zu jedem Ende des sichtbaren Spektrums hin ab. Wird die zentrale Wellenlänge korrekt gewählt, so hält das durchgelassene Licht einen guten Weißfarbabgleich aufrecht. Es kann erforderlich sein, den Abgleich zwischen roten, grünen und blauen Farbkanälen des LCD 1 einzustellen, um eine korrekte Farbwiedergabe im 3D-Modus zu garantieren. Ein derartiger Farbabgleich kann beispielsweise vorkalibriert und in Treibern der 3D-Bildsoftware oder im Aufbau von Farbfiltern des LCD eingestellt sein, um zwischen 2D- und 3D-Farbspektren zu optimieren.
Die in 13 gezeigte Kurve von parallelen Polarisatoren ist diejenige, die für die lichtundurchlässigen Schrankenbereiche eingesetzt worden wäre, falls die Schrankenbereiche 24 diese Polarisation gedreht hätten. Die zentrale Wellenlänge des Systems stellt eine gute Extinktion von Licht bereit. Jedoch fällt die Durchlässigkeit in Richtung der Kanten des Spektrums wesentlich ab. Um Übersprechniveaus von nicht mehr als 1% zu garantieren ist ein 100 : 1 Kontrastverhältnis über das sichtbare Spektrum von der Schranke bereitzustellen. Wie in 13 gezeigt, wäre dies nicht mit parallelen Polarisatoren und Polarisationsrotatoren als Schrankenbereiche 24 zu erreichen.
14 zeigt die Transmission/Durchlässigkeit durch zwei gekreuzte Polarisatoren ohne eine dazwischenliegende optische Komponente. Die Extinktion von Licht ist wesentlich verbessert und das gewünschte Kontrastverhältnis wird über den gesamten Wellenlängenbereich von 450 bis 750 Nanometern erreicht. Diese Anordnung mit Wellenplatten zur Erzeugung der Schlitzaperturen und gekreuzten Polarisatoren zur Definition der lichtundurchlässigen Bereiche der Schranke stellt somit beispielsweise die optimale Konfiguration für die meisten Anwendungen dar.
15 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Polarisationsänderungsschicht 20. In 15a wird eine Ausrichtungsschicht 60 auf das Substrat 61 aufgebracht. Die Ausrichtungsschicht 60 kann beispielsweise geriebenes Polyimid, Polyamid oder Siliziumdioxid aufweisen. 15(b) zeigt die Aufbringung einer optischen Kompensationsschicht 62, deren Ausrichtung durch die Ausrichtungsschicht 60 festgelegt ist. Die Kompensationsschicht 62 weist ein geeignetes doppelbrechendes Material auf, das in einer bestimmten Richtung ausgerichtet und nachfolgend befestigt wird. Ein geeignetes Material weist ein Flüssigkristallpolymer auf. Wie in 15(c) gezeigt, werden die Bereiche 63 der Kompensationsschicht 62 ultravioletter Strahlung durch eine Maske 64 ausgesetzt, wie im Falle einer Photopolymerisation. Wie in 15(d) gezeigt, werden die nichtpolymerisierten Berei che beispielsweise durch einen Ätzprozess entfernt um die gewünschte gemusterte Anordnung der optischen Kompensatoren offen zu legen.
Der gemusterte Kompensator wird dann mit Hilfe einer Planarisationsschicht 65 planarisiert. Die Schicht 65 füllt die durch die Entfernung von unpolymerisiertem Material zurückgebliebenen Lücken wie in 15(e) gezeigt auf. Das Material der Planarisationsschicht 65 ist vorzugsweise isotrop, transparent und hat eine im Wesentlichen ähnliche Dicke wie die der Kompensatoren 63. Geeignete Materialien beinhalten Acryl- und Epoxid-Harze.
Das Verfahren zur Herstellung der in 16 gezeigten Polarisationsänderungsschicht 20 unterscheidet sich von dem in 15 dargestellten Verfahren dadurch, dass nach der selektiven in 16(c) gezeigten Polymerisation das unpolymerisierte Kompensatormaterial 62 nicht entfernt wird. Die Schicht wird auf eine Temperatur oberhalb des isotropen Übergangspunkts des unpolymerisierten Kompensatormaterials erwärmt, das in einem isotropen Zustand durch Belichtung mit ultravioletter Strahlung langer Wellenlänge ausgehärtet wird. Hieraus resultiert eine Schicht mit Bereichen isotropen Materials 66 und doppelbrechenden Materials 63 wie in 16(d) gezeigt.
Das in 17 gezeigte Verfahren unterscheidet sich von dem in 16 gezeigten Verfahren dadurch, dass ein chiraler Dotierstoff zur Mischung vor der Aufbringung als Kompensatorschicht 67 hinzugefügt wird. Der chirale Dotierstoff führt zu einer kontinuierlichen Drehung der Kompensatorrichtung beim Passieren der Schicht als ob ein Kompensator mit geführter Verdrehung bereitgestellt wird. Selektive Polymerisation wird wie in 17(c) gezeigt durchgeführt.
18 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Kompensatoranordnung, das sich von dem in 15 gezeigten Verfahren dadurch unterscheidet, dass ein weiterer gemusterter Kompensator 72 ausgebildet wird. Nach der Auftragung der in 18(e) gezeigten Planarisationsschicht 65 wird eine weitere Ausrichtungsschicht 69, beispielsweise vom selben Typ wie die Ausrichtungsschicht 60, z. B. auf dieselbe Art und Weise, aufgetragen. Die Ausrichtungsschicht 69 wird mit einer Ausrichtung aufgetragen, die von der der Ausrichtungsschicht 60 verschieden ist. Eine beispielsweise vom selben Typ wie die Kompensatorschicht 62 ausgebildete weitere Kompensatorschicht 70 wird beispielsweise auf dieselbe Art und Weise auf die Ausrichtungsschicht 69 aufgetragen. Die Schicht 70 wird selektiv ultravioletter Strahlung durch eine Maske 71 ausgesetzt, so dass die die weiteren gemusterten optischen Kompensatoren ausbildenden Bereiche 72 photopolymerisiert werden. Die unpolymerisierten Bereiche werden sodann wie in 18(i) entfernt und eine weitere Planarisationsschicht 73 wird wie in 18(j) gezeigt ausgebildet. Durch Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, alternierende Bereiche von in verschiedenen Richtungen ausgerichteten Kompensatoren, wie weiter unten beschrieben, bereitzustellett. Durch Wiederholung der in den 18(b) bis 18(e) gezeigten Verfahrensschritte können mehrfach gestapelte Schichten von gemusterten Kompensatoren hergestellt werden.
Die Polarisationsdrehung lässt sich mit Hilfe von wenigstens zwei physikalischen Effekten erzielen. Gemäß dem ersten Effekt wird die Polarisationsdrehung durch einen optischen Kompensator, bei dem ein doppelbrechendes Material eingesetzt wird, bereitgestellt. Ein derartiges Material ist dadurch ausgezeichnet, dass der Brechungsindex der Lichtausbreitung innerhalb des Materials von der Orientierung der Polarisation hinsichtlich der optischen Achse des Materials abhängt. Die optische Achse ist durch die molekulare oder kristalline Struktur des Materials festgelegt. Im Falle eines einachsigen doppelbrechenden Materials liegt ein Brechungsindex zur Lichtausbreitung mit einer Polarisationsebene parallel zur optischen Achse und ein weiterer Brechungsindex zur Lichtausbreitung mit einer Polarisationsebene senkrecht zur optischen Achse vor. Licht mit einer Polarisationsebene zwischen diesen Achsen kann als Summe dieser Polarisationen ohne Beschränkung der Allgemeinheit betrachtet werden. Hat das Material eine derart gewählte Dicke, dass Licht der Wellenlänge λ eine Phasenverschiebung von π zwischen der schnellen und der langsamen Polarisation erfährt, so wird diese Komponente als "Halbwellenplatte" oder "λ/2 Platte" bezeichnet. Die Dicke ist hierbei gegeben durch: t = (2m + 1)λ/(2Δn),wobei Δn die Differenz zwischen den beiden Brechungsindizes und m eine ganze Zahl darstellen.
Eben polarisiertes Licht, das auf eine derartige optische Komponente fällt, erfährt eine Drehung in der Polarisationsebene vom Zweifachen des Winkels zwischen der einfallenden Polarisationsebene und der optischen Achse des Materials. Ist folglich eine Halbwellenplatte um 45 Grad zu der einfallenden Polarisationsebene ausgerichtet, so verlässt das Licht die Komponente mit einer 90 Grad Änderung innerhalb der Polarisationsebene.
Ein zweiter physikalischer Effekt wird durch einen Polarisationsrotator bereitgestellt. Ein derartiges Element weist ein Material auf, welches doppelbrechend in einem beliebigen dünnen Teilschnitt ist, bei dem jedoch der Winkel der optischen Achse in bestimmter Weise zwischen den Teilschnitten in Gestalt einer Helix rotiert. Eine derartige optische Komponente verursacht Polarisationsdrehungen durch Führung und kann zur Rotation einer einfallenden Polarisationsebene um 90 Grad für einen breiten Wellenlängenbereich ausgebildet sein.
Die Drehung der Polarisation lässt sich des Weiteren durch eine Kombination dieser beiden Effekte bereitstellen, beispielsweise um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
Die Toleranz der Winkelausrichtung der Polarisatorschicht 21 mit Bezug zum LCD 1 wird durch den Pegel von Lichtverlusten, die durch die lichtundurchlässigen Bereiche der Parallaxschranke toleriert werden können, festgelegt. Derartige Verluste müssen gering sein und vorzugsweise unterhalb 1 liegen. Die Extinktion von Licht von zwei ideal gekreuzten Polarisatoren mit einem Winkel θ zwischen ihren Achsen ist gegeben durch: I(θ) = I(0)cos2(θ).
Die Drehwinkel für 1% Lichtverlust sind durch die Lösungen der Gleichung I(θ)/I(0) = 0.01 festgelegt und die Winkel betragen θ = 84.3°, 95.7°. Folglich liegt eine Toleranz von näherungsweise plus und minus 5 Grad um den Zielwert von 90 Grad vor. Eine derartige Winkeltoleranz lässt sich leicht durch einfache Mechanik oder Ausrichtung durch Augenmaß bezüglich einer Referenzmarke erreichen.
19 zeigt ein Display vom vorderseitigen Parallaxschrankentyp, bei dem die Parallaxschranke durch die Bereitstellung einer an der Schicht 20 mit ihrer schnellen Achse vertikal ausgerichtet befestigten Viertelwellenplatte 46 und einer an der Polarisatorschicht 21 mit ihrer schnellen Achse horizontal ausgerichtet befestigten Viertelwellenplatte 47 abgeändert ist. Die Polarisationsrichtungen der Polarisatorschicht 21 und ein Ausgangspolarisator 48 des LCD 1 liegen bei jeweils minus und plus 45 Grad.
Die Viertelwellenplatte 46 konvertiert das linear polarisierte Licht von der Schicht 20 in zirkular polarisiertes Licht. Entsprechend konvertiert die Viertelwellenplatte 47 das zirkular polarisierte Licht zurück in linear polarisier tes Licht. Mit einer derartigen Anordnung kann die Toleranz der Winkelausrichtung wesentlich entspannt werden. In der Praxis sind Viertelwellenplatten lediglich "ideal" für die ausgelegte Wellenlänge. Bei anderen Wellenlängen ist die Kompensation innerhalb der Platte nicht genug um ideale zirkulare Polarisation zu erzeugen und ein elliptisch polarisierter Zustand ergibt sich. Werden die beiden Viertelwellenplatten 46 und 47 jedoch derart angeordnet, dass ihre optischen Achsen gegenseitig senkrecht stehen, so wird die Ungenauigkeit der Kompensation einer Platte im Wesentlichen durch die Ungenauigkeit der anderen Platte aufgehoben.
Werden die Polarisatorschicht 21 und die Viertelwellenplatte 47 um eine im Wesentlichen senkrecht zur Displayoberfläche stehende Achse gedreht, so geht die Aufhebung der Mangelhaftigkeit der Viertelwellenplatten 46 und 47 verloren und die nicht ideale Beschaffenheit dieser Platten zeigt sich. 20 zeigt die Extinktion von Licht durch die Schrankenbereiche 24 bei Einsatz dieser Anordnung sowie für relative Winkeldrehungen von 0, 5, 10 und 15 Grad. Durchlässigkeiten unterhalb von 1% lassen sich für den Großteil des sichtbaren Spektrums für Winkelverschiebungen von bis zu 10 Grad erreichen. Folglich kann eine Ausrichungstoleranz von plus oder minus 10 Grad erzielt werden, was doppelt so groß ist verglichen damit, dass die Viertelwellenplatten 46 und 47 weggelassen werden.
21 zeigt eine weitere Parallaxschranke, die sich von der in 5 dargestellten Parallaxschranke dadurch unterscheidet, dass die Polarisationsänderungsschicht 20 einen gemusterten Kompensator aufweist. Der gemusterte Kompensator kann beispielsweise mit Hilfe des in 18 gezeigten und weiter oben beschriebenen Verfahrens hergestellt worden sein. Die Aperturbereiche 22 weisen λ/2-Platten auf, deren optische Achsen um 45° in Bezug zur Polarisationsrichtung des Lichts 23 ausgerichtet sind. Die Schrankenbereiche 24 weisen λ/2-Platten auf, deren optische Achsen um 0° Grad zur Polarisationsrichtung des Lichts 23 ausgerichtet sind. Folglich ist die Polarisation des durch die Schrankenbereiche 24 hindurchtretenden Lichts 23 nicht beeinträchtigt und das Licht wird durch die Polarisationsschicht 21 ausgelöscht. Die Polarisation des durch die Aperturbereiche 22 hindurchtretenden Lichts 23 wird um 90° gedreht und somit tritt das Licht durch die Polarisationsschicht 21 hindurch. Somit wird die Vorrichtung im 3D-Modus als eine wie oben beschriebene Parallaxschranke betrieben.
Ein Vorteil der in 21 gezeigten Parallaxschranke ist es, dass der die Schicht 20 ausbildende gemusterte Kompensator planar ist, so dass im Wesentlichen kein Phasensprung des durch die Bereiche 22 und 24 der Schicht 20 hindurchtretenden Lichts auftritt. Streueffekte werden hiermit reduziert, so dass im Wesentlichen keine Schwankungen in der Beleuchtungsgleichmäßigkeit oder Flimmern der Beleuchtung bei Bewegung eines Betrachters relativ zum Display auftreten.
Streueffekte können ebenso durch die Planarisation der Schicht, wie beispielsweise in den 15 bis 17 gezeigt, reduziert werden.
Die in den 22 und 23 gezeigte Parallaxschranke unterscheidet sich von der in 21 gezeigten Parallaxschranke dadurch, dass die Polarisationsvektoren und die optischen Achsen um 45° gedreht sind. Ein Eingangspolarisator 21, der den Ausgangspolarisator eines zugehörigen LCD aufweisen kann, weist eine bei 45° orientierte Polarisationsachse auf. Dies ist üblich für LCD-Ausgangspolarisatoren, z. B. vom verdrehten nematischen Typ. Die optischen Achsen der Aperturbereiche 22 sind bei 90° orientiert ausgerichtet, wobei die optischen Achsen der Schrankenbereiche 24 bei 45° ausgerichtet sind, als ob sie parallel zum Polarisationsvektor des Lichtes vom Eingangspolarisator 21' liegen. Die Polarisatorschicht 21 hat ihre Polarisationsachse bei –45° orientiert, als ob diese senkrecht zur Polarisationsachse des Eingangspolarisators 21' (–45° entspricht optisch + 135° wie in 23 gezeigt) liegt.
24 zeigt eine Anordnung, bei der die Polarisatorschicht 21 weggelassen ist und die polarisierende Funktion durch von einem Betrachter zu tragende analysierende Brille 21'' bereitgestellt wird. Die Brille 21'' weist polarisierende Linsen mit einer bei 90° orientierten polarisierenden Achse auf, als ob diese senkrecht zum Polarisationsvektor des polarisierten Lichts 23 liegt. Jedoch können die Polarisationsachsen und die optischen Achsen um einen beliebigen Winkel gedreht werden sofern die Winkelbeziehungen aufrecht erhalten werden. Eine derartige Anordnung ermöglicht den Einsatz von gewöhnlichen polarisierenden Sonnenbrillen, die zur Betrachtung des Displays in einem 2D-Modus entfernt werden können.
Ein weiterer wichtiger verfahrenstechnischer Aspekt liegt in der Abstimmung der Sichtwinkel der Schicht 20 und, falls vorhanden, der Platte 80 zum LCD 1. Bei Betrachtung von einer hauptachsenverschobenen Position geht Licht, das die Augen des Betrachters erreicht, schräg durch die Schicht 20 hindurch. Derart schräge Lichtstrahlen erfahren leicht verschiedene Polarisationsbedingungen aufgrund ihrer verschiedenen Ausrichtung innerhalb der doppelbrechenden Schichten und der verschiedenen Schichtdicken. Kontrast und Farbgüte des LCDs nehmen mit zunehmendem Sichtwinkel ab. Die Aperturbereiche 24 der Schranke können ebenso Farb- und Durchlässigkeitsänderungen bei hauptachsenverschobener Betrachtung erfahren. Es ist deshalb hinsichtlich der Schichtdicken von Wellenplatten wünschenswert, diese derart zu wählen, dass eine farblose Durchlässigkeit für den breitesten Winkelbereich erzielt wird.
Um die Güte der die Polarisationsdrehung ausführenden Komponenten bei Ausführung derartiger Komponenten als doppelbrechende Kompensatoren zu verbessern, können diese als zwei oder drei Schichten eines Kompensators mit bestimmten Dicken und mit relativen optischen Achsenwinkeln hergestellt werden. Kombinationen von Wellenplatten mit Breitbandfunktionalität sind beispielsweise in Proc. Ind. Acad. Sci, Vol. 41, Nr. 4, Sektion A, Seiten 130 ff., S. Pancharatnam "Achromatic Combinations of Birefringent Plates", 1955, beschrieben.
25 zeigt eine passive polarisationsmodulierende optische Komponente 11 mit einer Schicht von doppelbrechendem Material mit im Wesentlichen festgelegter Doppelbrechung. Die Dicke und Doppelbrechung der Schicht ist derart, dass sie als Halbwellenplatte wirkt, jedoch mit verschiedenen Bereichen, die als Kompensatoren mit in verschiedenen Richtungen orientierten optischen Achsen wirken. Im Besonderen weist die Komponente 11 erste Kompensatoren 12 und zweite Kompensatoren 13 auf. Die Kompensatoren 12 und 13 weisen innerhalb der Schicht parallele vertikale Streifen auf, die gegenseitig alternieren. Die Streifen 12 haben dieselbe Breite und haben ihre optische Achse bei 45° in Bezug zu einer Referenzrichtung ausgerichtet. Die Streifen 13 haben dieselbe Breite und haben ihre optischen Achsen bei 90° zur Referenzrichtung ausgerichtet.
Die in 25 dargestellte optische Komponente 11 wird mit einem Eingangspolarisator 14 zur Ausbildung einer optischen Vorrichtung gemeinsam betrieben. Der Eingangspolarisator 14 kann beispielsweise einen Ausgangspolarisator einer Flüssigkristallvorrichtung aufweisen. Der Eingangspolarisator 14 stellt linear polarisiertes Licht bereit, dessen Polarisationsvektor um 45° zur Referenzrichtung ausgerichtet ist.
Der Polarisationsvektor des Lichts vom Polarisator 14 liegt parallel zu den optischen Achsen der Kompensatoren 12, die somit im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Polarisationsvektor haben. Entsprechend weist Licht, das die Kompensatoren 12 verlässt, einen um 45° zur Referenzrichtung ausgerichteten Polarisationsvektor auf. Die optischen Achsen der Bereiche 13 sind um 45° zum Polarisationsvektor des Eingangslichts ausgerichtet. Entsprechend wirken die Kompensatoren 13 als Halbwellenplatten und drehen den Polarisationsvektor von Licht um 90°, so dass das Ausgangslicht der Kompensatoren 13 einen um 135° zur Referenzrichtung ausgerichteten Polarisationsvektor aufweist.
Die 27 und 28 zeigen eine Anordnung, die sich von den in den 25 und 26 gezeigten Anordnungen dadurch unterscheiden, dass die optischen Achsen der Komponente 11 und die Polarisationsrichtung des Polarisators 14 um 45° gedreht sind. Folglich liegt der Polarisationsvektor des vom Polarisator 14 kommenden Lichts, wie auch das die Kompensatoren 12 verlassende Licht bei 0°, wobei jedoch die Kompensatoren 13 verlassendes Licht einen um 90° gedrehten Polarisationsvektor aufweist.
Die 29 und 30 zeigen eine optische Vorrichtung vom in den 25 und 26 gezeigten Typ, die mit einem Ausgangspolarisator 15 zur Ausbildung einer Parallaxschranke zusammenwirken. Die Polarisationsrichtung des Ausgangspolarisators 15 liegt senkrecht zu der des Eingangspolarisators 14. Der Polarisator 15 löscht damit durch die Kompensatoren 12 hindurchtretendes Licht wesentlich aus und lässt die Kompensatoren 13 verlassendes Licht hindurchtreten.
Die von den Kompensatoren 13 durchgeführte Polarisationsdrehung wirkt im Allgemeinen nicht optimal über das gesamte sichtbare Spektrum. Deshalb werden Teile des sichtbaren Spektrums besser hindurchgelassen als andere. 31 zeigt die berechnete Durchlässigkeit von unpolarisiertem Licht durch die in den 29 und 30 gezeigte Vorrichtung, wobei die Komponente 11 aus einem einachsigen doppelbrechenden Material besteht. Stehen die Polarisationsachsen der Polarisatoren 14 und 15 senkrecht zueinander, ist die Durchlässigkeit aufgrund der Ausführung im Zentrum des sichtbaren Spektrums am Höchsten, fällt jedoch zu beiden Enden des sichtbaren Spektrums hin ab. Wird die zentrale Wellenlänge korrekt gewählt, so hält das hindurchgelassene Licht einen guten Weißfarbabgleich aufrecht.
31 zeigt die Güte für eine Vorrichtung von einem in den 29 und 30 gezeigten Typ, bei der jedoch die Polarisationsachsen der Polarisatoren 14 und 15 parallel zueinander liegen und die optischen Achsen der Kompensatoren 12 und 13 vertauscht sind. In diesem Fall hängt die Extinktion von Licht durch die Kompensatoren 12 von der Güte der breitbandigen Halbwellenplatte ab. Die zentrale Wellenlänge stellt eine gute Extinktion von Licht bereit, jedoch nimmt die Durchlässigkeit in Richtung der Kanten des Spektrums wesentlich zu. Um Übersprechniveaus von nicht mehr als 1 sicherzustellen, muß die Parallaxschranke in einem autostereoskopischen Display ein 100 : 1 Kontrastverhältnis über den sichtbaren Spektralbereich bereitstellen. Wie in 31 gezeigt, wäre dies mit parallelen Polarisatoren und mit als Schrankenbereiche zwischen den Schlitzbereichen und der Parallaxschranke wirkenden Polarisationsrotatoren nicht erreichbar.
32 zeigt die Durchlässigkeitsgüte durch zwei gekreuzte Polarisatoren ohne eine dazwischenliegende optische Komponente. Die Extinktion von Licht wird wesentlich verbessert und das gewünschte Kontrastverhältnis wird über den gesamten Wellenlängenbereich von 450 bis 750 Nanometern erreicht. Dies entspricht der in 29 gezeigten Anordnung, da die Kompensatoren 12 ihre optischen Achsen zum Polarisationsvektor des Eingangslichts ausgerichtet haben und deshalb im Wesentlichen keinen Einfluss auf den Polarisationsvektor zeigen. Im Allgemeinen ist eine derartige Anordnung zu bevorzugen, da diese im Stande ist, die Kontrast-verhältnisanforderung einer Parallaxschranke zu erfüllen. Jedoch kann für Anwendungen, bei denen die Achromatizität von hindurchgelassenem Licht wichtiger als das Kontrastverhältnis und achromatische Extinktion von Licht ist, eine Anordnung vom in den 29 und 30 gezeigten Typ, jedoch mit einer um 90° gedrehten Ausgangspolarisationsrichtung, bevorzugt werden.
Die Komponente 11 kann auf den Eingangspolarisator 14 gebondet sein, um ein genaues Abmaß von relativen Neigungen der streifenförmigen Kompensatoren 12 und 13 und der Pixelstruktur eines LCDs, wovon der Polarisator 14 einen Teil darstellt, zu ermöglichen. Dies erlaubt es ebenso, einen Brechungsindexabgleich an der Grenzfläche durchzuführen, so dass die Reflektionen innerhalb der Vorrichtung abnehmen. Beispiele von geeigneten Materialen, die die Anforderungen an die hohe Transparenz, Achromatizität und thermische Ausdehnung ähnlich zu denen des Polarisators 14 und der Komponente 11 erfüllen, beinhalten organische Klebstoffe wie beispielsweise E poxidharze, Acryl-Polymere und Polymere basierend auf Polyurethan-Klebstoffen.
Die in den 29 und 30 gezeigte Vorrichtung kann als Parallaxschranke 4 des in 1 gezeigten autostereoskopischen 3D-Displays genutzt werden. Die Kompensatoren 13 wirken dann als Schlitze der Parallaxschranke, wohingegen die Kompensatoren 12' als undurchlässige Bereiche zwischen den Schlitzen agieren. Bei Betrachtung von hauptachsenverschobenen Positionen wandert das das Auge eines Betrachters erreichende Licht schräg durch die die Komponente 11 ausbildende Schicht. Derart schräge Lichtstrahlen erfahren leicht verschiedene Polarisationsbedingungen wegen ihrer verschiedenen Ausrichtungen innerhalb der doppelbrechenden Schicht und des längeren Ausbreitungswegs durch die Schicht. Durch die Schrankenschlitze hindurchtretendes Licht kann deshalb Farb- und Durchlässigkeitsänderungen bei hauptachsenverschobener Betrachtung erfahren. Jedoch bleibt der Bildkontrast im Wesentlichen unbeeinflusst von der Sichtwinkelgüte der Parallaxschranke. Bei 3D-Displays mit LCDs als SLM kann die Sichtwinkelgüte zur Bereitstellung einer minimalen Sichtbarkeit der Chromatizität im Weisszustand konfiguriert werden. In einigen Anordnungen ist es möglich, dass die Farbvariationenin einer Richtung parallel zur Ausrichtung der Schrankenschlitze schlechter erscheinen. Ebenso kann das LCD eine derart konfigurierte Sichtwinkelgüte haben, dass die eingeschränkteste Blickrichtung im Allgemeinen die vertikale Richtung ist. Beim LCD verursacht hauptachsenverschobene Betrachtung eine Degradation des Kontrasts und der Färbung des Displays. Wird demnach der schlechteste Sichtwinkel des Kompensators mit dem schlechtesten Sichtwinkel des SLM ausgerichtet, so kann die Güte der Parallaxschranke durch das schlechte Erscheinungsbild des SLM verschleiert werden.
Die Kompensatoren 12 und 13 sind in einer einzelnen Schicht ausgebildet, deren optische Eigenschaften, abgesehen von den optischen Achsen, gleichmäßig innerhalb der Schicht ausgebildet sind. Des Weiteren kann die Schicht von im Wesentlichen konstanter Dicke sein. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, die Schicht 11 auf andere Schichten ohne ein Luftspalt oder ohne Anforderungen hinsichtlicht Planarisation zu bonden.
Die Sichtfreiheit des 3D-Bildes wird zum Teil durch die Ausrichtung der Schrankenschlitze zu den Pixeln des LCDs in dem in 1 dargestellten Display bestimmt. Schiefstellung der Schrankenschlitze mit Bezug zum LCD verursacht eine Streifenfehlausrichtung, die zu einem Verlust an Sichtfreiheit und potentiellen Bereichen von Übersprechen auf dem Display führt. Dies verursacht eine erhöhte Sichtbelastung für den Betrachter und ist deshalb unerwünscht. Durch Ausbildung der Schicht 11 in Kontakt mit dem Polarisator 14 können derartige Schrägstellungen im Wesentlichen vermieden werden. Im Besonderen existieren Verfahren zur Bereitstellung der gewünschten Ausrichtung und durch integrierte Ausbildung der Schicht 11 mit dem zugehörigen LCD oder einer anderen Vorrichtung kann eine genaue Ausrichtung während der Herstellung erreicht werden, die nicht wesentlich von Umwelteinflüssen wie beispielsweise mechanischem Stoß oder Temperaturänderungen beeinflusst wird.
Um ein Display von einem wie in 1 dargestellten Typ im 2D-Modus zu betreiben kann der Ausgangspolarisator 15 entfernt oder auf eine andere Art und Weise abgeschaltet werden. In diesem Modus ist es wünschenswert, dass die gemusterte Struktur der optischen Achsen der Komponente 11 sichtbar ist. Beispielsweise sollten die Kompensatoren 12 und 13 dieselbe Lichtabsorptionsgüte aufweisen, um die Sichtbarkeit von Moire-Mustern in der LCD Struktur zu vermeiden. Ein weiterer Artefakt, der vermieden werden sollte, ist die Beugung der Phasenstruktur der Parallaxschranke. Eine derartige Beugung kann mit der Pixelstruktur des LCDs überlagern und zu Moire-Interferenzeffekten mit niedrigem Kontrast führen. Mit Hilfe der optischen Komponente 11 ist die Beugungseffizienz der Phasenstruktur wesentlich erniedrigt verglichen mit bekannten Anordnungen. Beispielsweise überlagern sich die senkrechten linearen Polarisationszustände des Lichts der Kompensatoren 12 und 13 nicht wesentlich. Der Phasensprung zwischen den Kompensatoren 12 und 13 wird minimiert, da die Kompensatoren aus demselben Material mit im Wesentlichen demselben Brechungsindex gebildet sind.
33 zeigt ein weiteres Verfahren zur Reduzierung der Beugungsniveaus. Während der weiter unten detaillierter beschriebenen Herstellung der optischen Komponente 11 wird eine Maske mit dem bei 20 gezeigten Erscheinungsbild zur Definition einer der bei 21 gezeigten Orientierungen der Ausrichtungsschicht zur Ausbildung der Komponente genutzt. Die Parallaxschrankenschlitze werden somit durch nicht geradlinige Grenzen definiert. Stattdessen sind die Grenzen als sinusförmige Wellen ausgebildet. Hieraus resultiert eine Mehrzahl von verschiedenen Beugungsstrukturen wegen der verschiedenen Aspektverhältnisse, so dass die Beugungseffekte verwischen. Diese Struktur ermöglicht ebenso ein vertikales Verwischen der Beugungsstruktur. Jedoch sollte Sorgfalt walten, um eine Überlagerung der Beugungsstruktur in vertikaler Richtung mit der vertikalen Pixel-Struktur zu minimieren.

Claims

Parallaxschranke mit: einer Polarisationsänderungsschicht (20) mit Aperturbereichen (22) zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht einer ersten Polarisation, getrennt durch Schrankenbereiche (24) zur Bereitstellung von Licht einer von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation, wobei wenigstens einer der Apertur- (22) und Schrankenbereiche (24) die Polarisation des durchtretenden Lichtes verändert; und einem Polarisator (21), der wahlweise in einem ersten Modus zum Durchlassen von Licht der zweiten Polarisation und zum Sperren von Licht der dritten Polarisation sowie in einem zweiten Modus zum Durchlassen von Licht der dritten Polarisation betrieben werden kann.
Schranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Schranke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) ein gleichmäßiger Polarisator ist.
Schranke nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Polarisation senkrecht zur zweiten Polarisation liegt.
Schranke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Polarisation lineare Polarisationen sind.
Schranke nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Aperturbereiche (22), die zur Rotation der Lichtpolarisation angeordnet sind und durch die Schrankenbereiche (24), die derart angeordnet sind, dass die Lichtpolarisation nicht gedreht wird, so dass die dritte Polarisation mit der ersten Polarisation übereinstimmt.
Schranke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) Kompensatoren aufweisen.
Schranke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) Halbwellenplatten aufweisen.
Schranke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) Polarisationsrotationsführungen aufweisen.
Schranke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsänderungsschicht (20) eine Halbwellenplatte aufweist, die Aperturbereiche (22) optische Achsen haben, die um +45° oder –45° zur ersten Polarisation ausgerichtet sind, und die Schrankenbereiche (24) im Wesentlichen parallel zur ersten Polarisation ausgerichtete optische Achsen aufweisen.
Schranke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) im zweiten Modus Licht der zweiten Polarisation durchlässt.
Schranke nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) im zweiten Modus aus einem sich durch die Polarisationsänderungsschicht (20) erstreckenden Lichtweg entfernbar ist.
Schranke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) eine von einem Betrachter im ersten Modus zu tragende Brille aufweist.
Schranke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) im Wesentlichen um 90° um eine im Wesentlichen senkrecht zur Polarisationsänderungsschicht (20) zwischen einer einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus entsprechenden ersten und zweiten Position drehbar ist.
Schranke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) eine Polarisationsschicht (21) und eine Kompensationsschicht (41) aufweist, die zwischen einem Nicht-Kompensationsmodus und einem Kompensationsmodus durch Bereitstellen einer Viertelwellenrotation schaltbar ist.
Schranke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (21) eine Polarisationsschicht (21) und einen schaltbaren Diffusor (42) mit einem Zerstreuungs- und Depolarisationsmodus und einem Nicht-Zerstreuungs- und Nicht-Depolarisationsmodus aufweist.
Schranke nach Anspruch 16, dass der Diffusor zwischen der Polarisationsschicht (21) und der Polarisationsänderungsschicht (20) liegt.
Schranke nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsänderungsschicht (20) zwischen der Polarisationsschicht (21) und dem Diffusor (42) liegt.
Schranke nach einem der vorangehenden Ansprüche mit: einer zwischen der Polarisationsänderungsschicht (20) und dem Polarisator (21) liegenden und an der Polarisationsänderungsschicht (20) befestigten ersten Viertelwellenplatte (46); und einer zwischen der ersten Viertelwellenplatte (46) und dem Polarisator (21) liegenden und an dem Polarisator (21) befestigten zweiten Viertelwellenplatte (47), wobei die erste und zweite Viertelwellenplatte (46, 47) im Wesentlichen senkrecht zueinander stehende optische Achsen aufweisen.
Display mit einer Schranke nach einem der vorangehenden Ansprüche und einem räumlichen Lichtmodulator (1) zur Versorgung der Polarisationsänderungsschicht (20) mit Licht der ersten Polarisation.
Display nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Lichtmodulator (21) eine Lichtemissionsvorrichtung ist.
Display nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Lichtmodulator (1) selektive Dämpfung von Licht bereitstellt und mit einer Lichtquelle (3) verknüpft ist.
Display nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Lichtmodulator (1) eine Flüssigkristallvorrichtung aufweist.
Display mit einer Schranke nach einem der Ansprüche 1 bis 19, einer Lichtquelle (3) zur Versorgung des Polarisators (21) mit Licht und einem räumlichen Lichtmodulator (1) mit einem Eingangspolarisator (32) zum Durchlassen von Licht der Aperturbereiche (22).
Display nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Lichtmodulator (1) eine Flüssigkristallvorrichtung aufweist.
Display mit: einer Lichtquelle (21, 33–40) zum selektiven Betrieb in einem ersten Modus zum Bereitstellen von Licht einer ersten Polarisation und in einem zweiten Modus zum Bereitstellen von unpolarisiertem Licht; einer Polarisationsänderungsschicht (20) mit Aperturbereichen (22) zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation, getrennt durch Barrienbereiche (24) zur Bereitstellung von Licht einer von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation; und einem räumlichen Lichtmodulator (1) mit einem Eingangspolarisator (32) zum Durchlassen von Licht der zweiten Polarisation sowie zum Sperren von Licht der dritten Polarisation.
Display nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Display nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (21, 33–40) eine im ersten Modus betreibbare Quelle für polarisiertes Licht und eine im zweiten Modus betreibbare Lichtquelle für unpolarisiertes Licht aufweist.
Display nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für polarisiertes Licht wenigstens eine erste Emissionsvorrichtung (33) zur Bereitstellung von Licht durch einen Polarisator (21) hindurch an eine erste Lichtführung (35) aufweist.
Display nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für unpolarisiertes Licht wenigstens eine zweite Lichtemissionsvorrichtung (38) zur Bereitstellung von Licht an eine zweite Lichtführung (40) aufweist, wobei eine (40) der ersten und zweiten Lichtführungen derart angeordnet ist, dass diese Licht durch die andere (35) der ersten und zweiten Lichtführungen bereitstellt.
Display nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung (33), eine Lichtführung (35) und einen Polarisator (21) im ersten Modus innerhalb einer optischen Strecke zwischen der oder jeder Lichtemissionsvorrichtung (33) und der Lichtführung (35) liegend und im zweiten Modus außerhalb dieser Strecke liegend aufweist.
Display mit: einer Polarisationsänderungsschicht (20) mit Aperturbereichen (22) zur Bereitstellung von Licht einer zweiten Polarisation bei Empfang von Licht einer ersten Polarisation, getrennt durch Schrankenbereiche (24) zur Bereitstellung von Licht einer von von der zweiten Polarisation verschiedenen dritten Polarisation bei Empfang von Licht der ersten Polarisation; einem räumlichen Lichtmodulator (1) mit Eingangspolarisator zum Durchlassen von Licht der zweiten Polarisation und zum Sperren von Licht der dritten Polarisation; einer Lichtquelle (3); einer Maske (43) mit Polarisationsbereichen zur Bereitstellung von Licht der Lichtquelle (3) mit der ersten Polarisation, und Nicht-Polarisationsbereichen zum Durchlassen von Licht der Lichtquelle (3); und einer Parallaxoptik (44) zum gemeinsamen Betrieb mit der Maske (43) um Licht von den Polarisationsbereichen durch den räumlichen Lichtmodulator (1) auf einen ersten Sichtbereich (45) und Licht von den Nichtpolarisationsbereichen durch den räumlichen Lichtmodulator (1) auf einen zweiten Sichtbereich zu lenken.
Display nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (43) zum Verschieben der ersten und zweiten Sichtbereiche (45) relativ zur Parallaxoptik (44) verschiebbar ist.
Display nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallaxoptik (44) eine Anordnung von Parallaxerzeugungskomponenten aufweist.
Display nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) parallel verlängerte Schlitzbereiche aufweisen.
Display nach Anspruch 35 bei Abhängigkeit von Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Parallaxerzeugungskomponenten optisch zylindrisch mit einer im Wesentlichen senkrecht zu den Schlitzbereichen (22) liegenden Achse ist.
Display nach Anspruch 34 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen linsenförmigen Schirm (44) aufweist.
Display nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations- und Nicht-Polarisationsbereiche lateral ausgedehnte Streifen aufweisen.
Display nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (43) des Weiteren lichtundurchlässige Bereiche aufweist, die wenigstens teilweise die Polarisationsbereiche von den Nicht-Polarisationsbereichen trennen.
Display nach einem der Ansprüche 26 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Polarisation senkrecht zur zweiten Polarisation ist.
Display nach einem der Ansprüche 26 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Polarisation lineare Polarisationen sind.
Display nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) zur Rotation der Lichtpolarisation angeordnet sind und die Schrankenbereiche (24) derart angeordnet sind, dass die Lichtpolarisation nicht rotiert wird, so dass die dritte Polarisation der ersten Polarisation entspricht.
Display nach Anpruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) Kompensatoren aufweisen.
Display nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche (22) Halbwellenplatten aufweisen.
Display nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturbereiche Polarisationsrotationsführungen aufweisen.
Autostereoskopisches Display mit: Flüssigkristalldisplay (1) mit einem Polarisator (32), einer Polarisationsänderungsschicht (11) und einem weiteren Polarisator (14), wobei die Polarisationsänderungsschicht (11) und eine Komponente aus Polarisator (32) und weiterem Polarisator (14) eine Parallaxschranke nach Anspruch 1 aufweisen und die Polarisationsänderungsschicht (11) eine Schicht aus doppelbrechendem Material mit im Wesentlichen festgelegter Doppelbrechung und wenigstens einen ersten Kompensator (12) mit einer in einer ersten Richtung liegenden optischen Achse und wenigstens einen zweiten Kompensator (13) mit einer in einer von den ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung liegenden optische Achse aufweist.
Display nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Kompensator (12) eine Mehrzahl an ersten Kompensatoren und der wenigstens eine zweite Kompensator (13) eine Mehrzahl an zweiten Kompensatoren aufweist und dass die ersten und zweiten Kompensatoren (12, 13) als regelmäßige Matrix angeordnet sind.
Display nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kompensatoren (12, 13) erste und zweite Streifen aufweisen, die sich gegenseitig abwechseln.
Display nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Streifen (12) eine erste Weite und die zweiten Streifen (13) eine zweite Weite aufweisen, wobei die zweite Weite kleiner ist als die erste Weite.
Display nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kompensatoren (12, 13) eine Kompensation bei (2m + 1)λ/2 aufweisen, wobei m eine ganze Zahl und λ die Wellenlänge des Lichts ist.
Display nach einem der Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Richtung im Wesentlichen um 45° ausgerichtet zur ersten Richtung liegt.
Display nach einem der Ansprüche 46 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (32) oder der weitere Polarisator (14) einen linearen Polarisator zum Durchlassen von Licht mit einer Polarisation eines bestimmten Winkels bezogen auf die erste optische Achse aufweisen.
Display nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Winkel im Wesentlichen null entspricht.