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Die Erfindung betrifft Stereodisplays, genauer gesagt, eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse sowie ein Stereodisplay unter Verwendung derselben.
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Bei der Informationsübertragung erfolgte vor Längerem ein Übergang von bloßer sprachlicher Übertragung, wie der Telefonie, zur Übertragung audiovisueller Information, wobei die Entwicklung dahingehend weiterläuft, dreidimensionale statt zweidimensionaler Bilder anzuzeigen.
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Im Allgemeinen werden Stereobilder unter Ausnutzung der Tatsache erzeugt, dass die Augen des Betrachters voneinander beabstandet sind, typischerweise ungefähr 65 mm, wodurch das linke und das rechte Auge geringfügig verschiedene Bilder wahrnehmen. Dieser Unterschied zwischen Bildern aufgrund der Positionsdifferenz der Augen wird als Binokularverschiedenheit bezeichnet. Wenn ein Stereodisplay auf Grundlage dieses Prinzips konstruiert wird, ist dafür zu sorgen, dass das linke Auge nur Bilder für das linke Auge sieht, während das rechte Auge nur Bilder für das rechte Auge sieht.
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Genauer gesagt, sehen das linke und das rechte Auge zwei verschiedene zweidimensionale Bilder. Wenn diese Bilder über die Netzhaut an das Gehirn übertragen werden, vereinigt dieses die Bilder, wobei sich ein echtes dreidimensionales Bild ergibt. Diese Fähigkeit wird als Stereosehen bezeichnet, und bei einem Stereodisplay ist dieses Prinzip realisiert.
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Technologien zum Anzeigen derartiger dreidimensionaler Stereobilder können in solche unter Ausnutzung der genannten Binokularverschiedenheit und solche gemäß einem volumetrischen Messverfahren, bei dem die Wahrnehmung pro Volumeneinheit genutzt wird, unterteilt werden. Als Beispiel des volumetrischen Messverfahrens besteht ein Anzeigeverfahren entsprechend integrierender Photographie (IP), bei dem integrierte Bilder wie Hologramme wahrgenommen werden. Beim IP-Anzeigeverfahren wird ein Mikrolinsenarray verwendet, was es erübrigt, dass die Benutzer Brillen tragen.
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Ein derartiges IP-Anzeigeverfahren unter Verwendung eines Mikrolinsenarrays, als repräsentative Technologie zum Realisieren dreidimensionaler Bilder, wurde als Erstes im Jahr 1908 von Lippman vorgeschlagen, jedoch hat es aufgrund der bisherigen technologischen Einschränkungen bei derartigen Displays keine beträchtliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. In den letzten Jahren setzten jedoch wieder Forschungsvorhaben in Zusammenhang mit der Entwicklung hoch auflösender Displays ein.
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Nachfolgend wird ein herkömmliches Stereodisplay unter Bezugnahme auf die 1 erläutert, die ein herkömmliches Stereodisplay vom IP-Typ veranschaulicht.
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Wie es aus der 1 erkennbar ist, verfügt dieses herkömmliche Stereodisplay über eine Anzeigevorrichtung 10 und ein Linsenarray 20 aus Mikrolinsen als Linseneinheit.
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Wenn hierbei angenommen wird, dass die Mikrolinsen des Linsenarrays 20 eine Brennweite f aufweisen, kann, wenn der Abstand a zwischen der Anzeigevorrichtung 10 und dem Linsenarray 20 bestimmt wird, der Abstand b zwischen dem Linsenarray 20 und der Position an der ein integriertes Bild erzeugt wird, durch die folgende Gleichung berechnet werden: 1/a + 1/b = 1/f: Gleichung 1
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Wenn bei diesem Stereodisplay die Form der Mikrolinsen des Linsenarrays 20 (d. h. der Konvexitätsgrad einer Linsenebene) bestimmt wird, wird die Brennweite f auf Grundlage der ebenen Form der Mikrolinsen bestimmt. Da der Abstand a zwischen dem Linsenarray 20 und der Anzeigevorrichtung 10 im Stereodisplay auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist, kann der Abstand b zwischen dem Linsenarray 20 und dem integrierten Bild durch die Brennweite f und den Abstand a zwischen dem Linsenarray 20 und der Anzeigevorrichtung 10 bestimmt werden.
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Jedoch bestehen bei diesem herkömmlichen Stereodisplay vom IP-Typ die folgenden Probleme.
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Wenn ein Linsenarray mit einer gekrümmten Linsenebene hergestellt wird, sind die Kontrolle pro Bereich der gekrümmten Linse und die Anbringung/Ausrichtung zwischen dem Linsenarray und einer Anzeigevorrichtung unter ihm schwierig, was zu einer Beeinträchtigung bei der visuellen Wahrnehmung führt.
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Daher wurde bei den Bemühungen, die Form des Linsenarrays zu ändern, eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse eingeführt, die auf einer Brechungsindexdifferenz von Flüssigkristallen unter dem Einfluss eines elektrischen Felds beruht. Eine derartige elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse benötigt keine Bearbeitung einer Linsenebene, sondern sie kann mit einer vereinfachten Elektrodenanordnung und durch Anlegen einer Spannung realisiert werden, wodurch keine Probleme durch eine Linsenbearbeitung entstehen.
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Die
US 2004/0169630 A1 beschreibt einen optischen Flüssigkristallmodulator, der ein erstes Substrat mit einer ersten Elektrodenstruktur und ein zweites Substrat mit einer zweiten Elektrodenstruktur, die der ersten Elektrodenstruktur gegenüberliegt, aufweist. Die erste Elektrodenstruktur weist zwei Linsenbereiche in einem aktiven Bereich auf. Der erste Zylinderlinsenbereich und der zweite Zylinderlinsenbereich sind aus einer Vielzahl von parallelen Elektrodenstreifen aus einem transparenten Elektrodenmaterial zusammengesetzt. An einem Randbereich der Elektroden sind diese mit einer Potentialgradientenelektrode verbunden, welche aufgrund ihres intrinsischen Widerstands lineare Potentialgradienten innerhalb der Elektrodenstruktur bei unterschiedlich angelegten Spannungen sorgt. Da die Elektroden durch eine Potentialgradientenelektrode miteinander verbunden sind, sind sie nicht unabhängig voneinander ansteuerbar
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Die
US 2007/0139333 A1 beschreibt ein optisches Element, bei dem auf einem ersten Substrat eine erste Elektrode aus ITO ausgebildet ist. Auf der Seite der ersten Elektrode des ersten Substrats ist eine Flüssigkristallschicht ausgebildet, die zwischen dem ersten Substrat und einem zweiten Substrat mittels Abstandshaltern eingeschlossen ist. Auf der von der Flüssigkristallschicht abgewandten Seite des zweiten Substrats ist eine zweite Elektrode aus Aluminium ausgebildet, welche ein kreisförmiges Loch aufweist. Über der zweiten Elektrode ist eine dritte Elektrode aus ITO gebildet, welche durch eine Isolierschicht von der zweiten Elektrode getrennt ist. Um die Funktion des optischen Elements als Flüssigkristalllinse zu erreichen, wird von einer Spannungsversorgungseinheit eine erste Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angelegt. Ferner wird eine zweite Spannung, welche unabhängig von der ersten Spannung ist, zwischen der ersten Elektrode und der dritte Elektrode angelegt. Die zweite Spannung wird von einer zweiten Spannungsversorgungseinheit ausgegeben. Wenn die zweite Spannung variiert wird, können die optischen Eigenschaften der Linse entsprechend gesteuert werden.
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Die
US 2006/0146208 A1 beschreibt eine Flüssigkristalltafel mit einer Parallaxen-Barriere für eine stereoskopische Anzeigevorrichtung und ein Herstellungsverfahren hierfür. Die Flüssigkristalltafel mit einer Parallaxen-Barriere ist dazu angepasst, zwischen einem zweidimensionalen und einem dreidimensionalen Anzeigemodus hin und her zu schalten. Hierzu weist die Flüssigkristalltafel einen Barrierenbereich und erste und zweite Transmissionsbereiche auf. Der Barrierenbereich kann durch Anlegen einer Spannung an einen Flüssigkristall in seiner Lichtdurchlässigkeit entsprechend geschaltet werden. Zum Anlegen der Spannungen an die Elektroden im Barrierenbereich werden mehrere parallel zueinander verlaufende Hauptleitungen verwendet, wobei die Zuleitung zu den einzelnen Elektroden einige der Hauptleitungen überqueren. Hierfür ist eine Isolationsschicht zwischen den Hauptleitungen und den einzelnen Zuleitungen vorgesehen. Somit kann durch Anlegen entsprechender Spannungen erreicht werden, dass Licht durch alle Zonen der Flüssigkristalltafel dringt, also durch die Barrierenbereiche und den ersten und zweiten Transmissionsbereiche, wenn die stereoskopische Anzeigevorrichtung im 2D-Modus ist. Während im 3D-Modus Licht nur durch die ersten und zweiten Transmissionsbereiche, jedoch nicht durch den Barrierenbereich dringt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse mit einfachem Aufbau sowie ein diese verwendendes Stereodisplay zu schaffen.
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Diese Aufgabe ist durch die Flüssigkristalllinse gemäß dem Anspruch 1 und das Stereodisplay gemäß dem Anspruch 8 gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein herkömmliches Stereodisplay vom IP-Typ zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht, die eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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3 ist ein Diagramm, das stückweise die optische Pfaddifferenz bei der Flüssigkristalllinse der 2 zeigt;
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4 ist ein Blockdiagramm der Flüssigkristalllinse der 2;
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5A ist eine Draufsicht, die erste Elektroden und Metallleitungen in einem Linsenbereich eines ersten Substrats zeigt, die mit einem im Blockdiagramm der 4 dargestellten Spannungsgenerator verbunden sind, um eine Konvexlinse zu realisieren;
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5B ist eine der 5A entsprechende Ansicht, jedoch betreffend die Realisierung einer Konkavlinse;
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6 ist ein Diagramm, das stückweise die optische Pfaddifferenz zum Realisieren des Profils einer Konvexlinse bei der Flüssigkristalllinse der Ausführungsform zeigt;
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7 ist ein der 6 entsprechendes Diagramm, jedoch betreffend die Realisierung einer Konkavlinse;
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8 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der optimalen Tiefe zum Realisieren des Profils einer Konvexlinse bei der Flüssigkristalllinse der Ausführungsform;
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9 ist eine der 8 entsprechende Ansicht, jedoch betreffend die Realisierung des Profils einer Konkavlinse; und
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10 ist eine Schnittansicht, die ein Stereodisplay unter Verwendung der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse der Ausführungsform zeigt.
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Eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ist so konzipiert, dass der Pfad von einfallendem Licht stückweise unter Verwendung der Differenz zwischen dem Brechungsindex des eine Linse aufbauenden Materials und dem Brechungsindex von Luft gesteuert wird. Wenn bei einer derartigen Linse verschiedene Spannungen auf Basis der Positionen verschiedener Elektroden an eine Flüssigkristallschicht angelegt werden, um diese durch verschiedene elektrische Felder anzusteuern, erfährt durch diese Schicht laufendes Licht an verschiedenen Positionen verschiedene Phasenänderungen, wodurch die Flüssigkristallschicht den Pfad von einfallendem Licht auf dieselbe Weise wie eine tatsächliche Linse steuern kann. Dabei erfolgt eine Umschaltung zwischen einer Konvexlinse und einer Konkavlinse durch Ändern einer optischen Pfaddifferenz durch Anlegen eines elektrischen Felds.
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Wie es aus den 2 und 3 erkennbar ist, verfügt eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung über ein erstes und ein zweites Substrat 310 und 320, die einander gegenüberstehend angeordnet sind und jeweils über mehrere einander entsprechende Linsenbereiche verfügen, mehrere erste Elektroden 311, die auf dem ersten Substrat 310 voneinander beabstandet pro Linsenbereich L vorhanden sind, eine zweite Elektrode 321, die über die gesamte Fläche des zweiten Substrats 320 hinweg ausgebildet ist, Spannungsquellen zum Anlegen verschiedener Spannungen an die jeweiligen ersten Elektroden 311 und eine zwischen das erste Substrat 310 und das zweite Substrat 320 eingefüllte Flüssigkristallschicht 330.
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Hierbei bestehen die ersten und zweiten Elektroden 311 und 321 aus transparenten Metallen, wie Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinkoxid (IZO), um Transmissionsverluste an ihren Orten zu verhindern.
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Genauer gesagt, liegen die mehreren ersten Elektroden 311 gleich beabstandet in jedem Linsenbereich L auf dem ersten Substrat 310 vor. Bei dieser elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, die durch ein Ansteuern der Flüssigkristallschicht 330 betrieben wird, zeigt der Linsenbereich L eine optische Pfaddifferenz entsprechend derjenigen einer Einzellinse, und innerhalb der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 300 sind mehrere Linsenbereiche L mit jeweils einer derartigen optischen Pfaddifferenz periodisch wiederholt. Gemäß der 2 ist der Linsenbereich L in der horizontalen Richtung wiederholt, und die ersten Elektroden 311 zeigen eine in einer vorgegebenen Richtung (in die Zeichnung hinein) Form eines langgestreckten Stabs.
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Der Zweckdienlichkeit der Beschreibung halber entspricht, betreffend eine Konvexlinse, ein Rand E des Linsenbereichs L dem tiefsten Abschnitt derselben, während das Zentrum O des Linsenbereichs L dem höchsten Abschnitt desselben entspricht. Demgegenüber entspricht bei einer Konkavlinse der Rand E dem höchsten Abschnitt derselben, während das Zentrum O dem tiefsten Abschnitt derselben entspricht.
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Die ersten Elektroden 311 können äquidistant angeordnet sein, wie es dargestellt ist, oder sie können, falls erforderlich, mit allmählich zunehmendem oder abnehmendem Abstand vom Rand E zum Zentrum O angeordnet sein. Im Vergleich zur äquidistanten Anordnung erfordern unterschiedliche Abstände zwischen den ersten Elektroden 311 eine genauere Regulierung der Pegel der an die jeweiligen ersten Elektroden 311 angelegten Spannungen. Dazu kann die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse zusätzlich eine Spannungspegel-Reguliereinheit (nicht dargestellt) aufweisen. In ähnlicher Weise kann die Breite der ersten Elektroden 311 allmählich vom Rand E zum Zentrum O zunehmen oder abnehmen.
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Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 330 zeigen die Eigenschaft, auf die Stärke und die Verteilung eines elektrischen Felds anzusprechen, wie es an die ersten und die zweiten Elektroden 311 und 321 angelegt wird, und sie zeigen dann eine Phasenverteilung ähnlich der, wie sie bei der in der 3 dargestellten elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse vorhanden ist.
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Auf dem ersten Substrat 310 mit den ersten Elektroden 311 und auf der zweiten Elektrode 321 sind ein erster Ausrichtungsfilm 312 bzw. ein zweiter Ausrichtungsfilm 322 ausgebildet. Damit in diesem Fall die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 in einem Anfangszustand ohne angelegte Spannung als transparente Schicht wirken kann, zeigt der erste Ausrichtungsfilm 312 eine Reiberichtung, die mit der Längsrichtung der ersten Elektroden 311 übereinstimmt, und der zweite Ausrichtungsfilm 322 zeigt eine dazu antiparallele Reiberichtung.
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Hierbei ändern Spannungen, wie sie an die ersten und die zweiten Elektroden 311 und 321 angelegt werden, das Verhalten der Flüssigkristallmoleküle der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, wobei für einen Brechungsindex in Form einer räumlichen Parabelfunktion gesorgt wird.
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Hierbei wird die Minimalspannung, d. h. eine Schwellenspannung, an die dem Zentrum O des Linsenbereichs L entsprechende erste Elektrode
311 angelegt. Diese Schwellenspannung ist eine Rechteckwechselspannung mit einem Spitzenwert von ungefähr 1,4~2 V. Die Schwellenspannung ist durch
gegeben (Δε ist die Anisotropie der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkristalle, K1 ist der Elastizitätsmodul derselben, und ε
0ist die absolute Dielektrizitätskonstante). Weiterhin wird an die dem Rand E des Linsenbereichs L entsprechende erste Elektrode
311 die höchste Spannung angelegt. Bei dieser handelt es sich ebenfalls um eine Rechteckwechselspannung, jedoch mit einem Spitzenwert von ungefähr 2,5~10 V.
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Die 2 und 3 zeigen die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 mit dem Phaseneffekt einer Konvexlinse, jedoch kann sie selektiv die Phasenverteilung einer Konvexlinse (siehe die 6 und 8) oder die Phasenverteilung einer Konkavlinse (siehe die 7 und 9) aufweisen.
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Um die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 mit dem Phaseneffekt einer Konvexlinse zu versehen, wird an die am Rand E des Linsenbereichs L liegende erste Elektrode 311 die höchste Spannung angelegt, während an die anderen ersten Elektroden 311 angelegte Spannungen allmählich fortlaufend zum Zentrum O hin abnehmen. An die zweite Elektrode 321 wird die Massespannung angelegt. Bei diesem Anlegen von Spannungen ist das vertikale elektrische Feld am Rand E des Linsenbereichs L am stärksten, und seine Stärke nimmt von dort aus ab. Dadurch werden, wenn angenommen wird, dass die Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 330 eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigen, dieselbe entsprechend dem elektrischen Feld auf solche Weise ausgerichtet, dass sie am Rand E des Linsenbereichs L aufrecht stehen, während sie im Zentrum O desselben näher zur horizontalen Ebene hin verkippt sind. Im Ergebnis ist, betreffend die Lichttransmission, der optische Pfad am Rand E des Linsenbereichs am kürzesten, während er von dort zum Zentrum O hin allmählich zunimmt. Wenn die Längenänderung des optischen Pfads unter Verwendung einer Phasenebene dargestellt wird, ist es ersichtlich, dass diese elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse ähnliche Lichttransmissionseffekte wie eine Konvexlinse zeigt.
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Um andererseits die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 mit demselben Phaseneffekt wie dem einer Konkavlinse zu versehen, wird die höchste Spannung an die im Zentrum O des Linsenbereichs L liegende erste Elektrode 311 angelegt, während die an die anderen ersten Elektroden 311 angelegten Spannungen fortlaufend zum Rand E hin allmählich kleiner werden. An die zweite Elektrode 321 wird wiederum die Massespannung angelegt. Durch dieses Anlegen der Spannungen ist das vertikale elektrische Feld im Zentrum des Linsenbereichs L am stärksten, und seine Stärke nimmt von dort aus ab. Dadurch werden, wenn wiederum angenommen wird, dass die Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 300 eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante zeigen, dieselben entsprechend dem elektrischen Feld auf solche Weise ausgerichtet, dass sie im Zentrum O des Linsenbereichs L aufrecht stehen, während sie am Rand E desselben stärker zur horizontalen Ebene hin verkippt sind. Infolgedessen ist, betreffend die Lichttransmission, der optische Pfad im Zentrum O des Linsenbereichs L am kürzesten, während er mit zunehmendem Abstand vom Zentrum O zum Rand E des Linsenbereichs L allmählich zunimmt. Wenn diese Längenänderung des optischen Pfads unter Verwendung einer Phasenebene dargestellt wird, ist ersichtlich, dass die so betriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse Lichttransmissionseffekte ähnlich denen einer Konkavlinse zeigt.
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Betreffend die Realisierung der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 300 als Konvexlinse oder Konkavlinse, wie oben beschrieben, ist zu beachten, dass diese Linsen nicht einfach das Anlegen umgekehrter Spannungen erfordern, wobei an die jeweiligen ersten Elektroden 311 angelegte Spannungen vom Rand E zum Zentrum O des Linsenbereichs L allmählich zunehmen oder abnehmen. Genauer gesagt, zeigen eine Konvexlinse und eine Konkavlinse, wie sie durch die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 realisiert werden, verschiedene Krümmungen betreffend die optische Pfaddifferenz, weswegen die an die ersten Elektroden 311 angelegten Spannungen mit verschieden regulierten Raten vom Rand E zum Zentrum O hin allmählich erhöht oder verringert werden müssen.
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Genauer gesagt, zeigt die als Konvexlinse betriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 in der Nähe des Rands E eine starke Krümmung, während sie in der Nähe des Zentrums O eine flache Krümmung aufweist, wobei diese Krümmungen in einer ersten Richtung zeigen. Demgemäß müssen nicht nur die höchste Spannung an die am Rand E liegende ersten Elektrode und die niedrigste Spannung an die im Zentrum O liegende erste Elektrode gelegt werden, sondern es müssen auch die an die jeweiligen ersten Elektroden 311 gelegten Spannungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Krümmungen einer Konvexlinse vom Rand E zum Zentrum O mit verschiedenen Raten allmählich verringert werden.
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Auch zeigt die als Konkavlinse betriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 in der Nähe des Rands E eine starke Krümmung, während sie in der Nähe des Zentrums O eine flache Krümmung aufweist, wobei diese Krümmungen in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung zeigen. Demgemäß müssen nicht nur die höchste Spannung an die im Zentrum O liegende ersten Elektrode und die niedrigste Spannung an die am Rand E liegende erste Elektrode gelegt werden, sondern es müssen auch die an die jeweiligen ersten Elektroden 311 gelegten Spannungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Krümmungen einer Konkavlinse vom Rand E zum Zentrum O mit verschiedenen Raten allmählich erhöht werden.
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In der 3 kennzeichnet der Buchstabe S den Linsenhub. Wenn pro Linsenbereich eine optische Pfaddifferenz auftritt, da die Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallschicht 300 durch ein elektrisches Feld angesteuert werden, wie es erzeugt wird, wenn Spannungen an die ersten und zweiten Elektroden 311 und 321 angelegt werden, ist der Linsenhub S der Bereich, der die größte optische Pfaddifferenz zeigt. Der Linsenhub S ist dadurch einstellbar, dass die höchste an die ersten Elektroden 311 anzulegende Spannung eingestellt wird, und er kann einen partiellen Effekt auf die Krümmung einer sich ergebenden Konvexlinse oder Konkavlinse zeigen.
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Nachfolgend wird eine Ansteuerungseinheit zum Ermöglichen eines Umschaltens zwischen der Konvexlinse und der Konkavlinse, wie sie oben beschrieben sind, erläutert.
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Die 4 ist ein Blockdiagramm der bisher beschriebenen elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse, die 5A ist eine Draufsicht, die erste Elektroden 311 und Metallleitungen in einem Linsenbereich des ersten Substrats 310 zeigt, die mit einem in der 4 vorhandenen Spannungsgenerator verbunden sind, um eine Konvexlinse zu realisieren, und die 5B ist eine der 5A entsprechende Ansicht zum Realisieren einer Konkavlinse.
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Wie es aus der 5 erkennbar ist, verfügt, in Draufsicht, die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 der beschriebenen Ausführungsform über einen aktiven Bereich 151 als zentralen Anzeigebereich sowie Kontaktbereiche 152 am oberen und unteren Ende desselben. Obwohl diese Kontaktbereiche 152 nur am oberen und unteren Ende des aktiven Bereichs 151 dargestellt sind, können sie auch an dessen linkem und rechtem Ende vorhanden sein. Im letzteren Fall sind die ersten Elektroden 311, die mit Metallleitungen (siehe die Bezugszahl 340 in den 5A und 5B) in Kontakt gelangen, an ihren linken und rechten Enden orthogonal umgebogen und an den umgebogenen Stellen mit einem externen Generator 160 zum Erzeugen einer verteilten Spannung und flexiblen gedruckten Leiterplatten (nicht dargestellt) über Verbinder verbunden.
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Spannungssignale, wie sie an die jeweiligen auf dem ersten Substrat 310 vorhandenen ersten Elektroden (311 in der 2) zu liefern sind, werden vom außerhalb des ersten Substrats 310 vorhandenen Generator 160 für verteilte Spannungen erzeugt und übertragen. Dieser Generator 160 verfügt über ein Konkav-Widerstandsarray 166 zum Erzeugen verteilter Spannungen zum Ansteuern der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse als Konkavlinse, ein Konvex-Widerstandsarray 167 zum Erzeugen verteilter Spannungen zum Ansteuern der Linse als Konvexlinse sowie eine Auswähleinheit 165 zum Auswählen einer Ansteuerung des Konkav-Widerstandsarrays 166 oder des Konvex-Widerstandsarrays 167.
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Hierbei kann die Auswähleinheit 165 eine Ansteuerung des Konkav-Widerstandsarrays 166 oder des Konvex-Widerstandsarrays 167 unter Steuerung durch eine externe Steuerungseinheit 170 auswählen. Wenn entweder das Konkav-Widerstandsarray 166 oder das Konvex-Widerstandsarray 167 ausgewählt ist, werden vom ausgewählten Array n ausgegebene Spannungssignale über Verbindungsleitungen 161 an die in den Kontaktbereichen 162 ausgebildeten Metallleitungen (340, siehe die 5A und 5B) übertragen. In diesem Fall entspricht die Anzahl der Ausgangsanschlüsse des Konkav-Widerstandsarrays 166 der Anzahl der Ausgangsanschlüsse des Konvex-Widerstandsarrays 167, und die Gesamtanzahl der Ausgangsanschlüsse entspricht der Anzahl der mit ihnen verbundenen Metallleitungen 340. Die Steuerungseinheit 170, die die Auswahl eines speziellen Arrays ermöglicht, kann manuell oder automatisch betrieben werden. Der automatische Betrieb der Steuerungseinheit 170 kann auf Information beruhen, die die Tiefe eines anzuzeigenden Bilds oder den Abstand zwischen einem Betrachter und der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse enthält.
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Betreffend jeden Linsenbereich L verfügen, wie es in den 5A und 5B dargestellt ist, die Metallleitungen 340, an die über die Verbindungsleitungen 161 Spannungssignale vom Generator 160 angelegt werden, über elektrische Kontakte 345 zu den ersten Elektroden 311 an Schnittstellen mit den Metallleitungen 340 an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Zentrum O. Dadurch wird die Gesamtanzahl von n Spannungssignalen von der Minimal- bis zur Maximalspannung über die Kontakte 345 von den Metallleitungen 340 an die ersten Elektroden 311 angelegt. Wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, sind die Kontakte 345 zwischen den Metallleitungen 340 und den ersten Elektroden 311 symmetrisch in Bezug auf das Zentrum O angeordnet. In diesem Fall sind, wenn angenommen wird, dass in jedem Kontaktbereich insgesamt n Metallleitungen 340 vorhanden sind, in jedem Linsenbereich insgesamt 2n – 1 erste Elektroden 311 vorhanden, die mit den Metallleitungen 340 in Kontakt stehen. Wie dargestellt, kann jede erste Elektrode 311 an ihren beiden Enden die Metallleitungen 340 schneiden, oder sie kann, fallabhängig, nur an einem Ende die Metallleitung 340 schneiden.
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An die Metallleitungen 340 werden abhängig davon, ob die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 eine Konvexlinse oder eine Konkavlinse realisiert, verschiedene Spannungen angelegt.
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Die 5A veranschaulicht das Anlegen von Spannungen zum Realisieren einer Konvexlinse durch die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300. In dieser Zeichnung werden insgesamt n Spannungen V1min, V11, V12, ..., V1max – 1 und Vmax sequenziell vom Zentrum O an der linken Seite der Zeichnung bis zum Rand E an die Metallleitungen 340 angelegt, und außerdem werden auf der rechten Seite der Zeichnung symmetrische Spannungen von der Maximalspannung V1max bis zur Minimalspannung V1 min sequenziell vom Rand E bis zum Zentrum O angelegt.
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Die 5B zeigt das Anlegen von Spannungen zum Realisieren einer Konkavlinse durch die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300. In dieser Zeichnung werden insgesamt n Spannungen V2max, V2max – 1, V21, ... und V2min vom Zentrum O auf der linken Seite der Zeichnung bis zum Rand E sequenziell an die Metallleitungen 340 angelegt, und außerdem werden auf der rechten Seite der Zeichnung symmetrische Spannungen von der Minimalspannung V2min bis zur Maximalspannung V2max sequenziell vom Rand E bis zum Zentrum O angelegt.
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Gemäß der 6, die die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse als Konvexlinse zeigt, ist das vertikale elektrische Feld am Rand B des Linsenbereichs stärker als im Zentrum A, wodurch sich im Zentrum A ein konvexes Profil der Linse ergibt. In diesem Fall sind Flüssigkristallmoleküle im Zentrum A aufgrund eines schwachen vertikalen elektrischen Felds im Wesentlichen verkippt, während sie aufgrund eines starken vertikalen elektrischen Felds am Rand B aufrecht stehen.
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Die Zeichnung veranschaulicht die optische Pfaddifferenz als positionsabhängige Differenz verfügbarer Brechungsindizes von Flüssigkristallen, wenn die Stärke eines elektrischen Felds am Rand B stärker als im Zentrum A ist. Dabei beträgt der Linsenhub im Zentrum A ungefähr 20 μm.
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Gemäß der 7, die eine als Konkavlinse betriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse zeigt, ist das vertikale elektrische Feld im Zentrum A des Linsenbereichs größer als am Rand B, wodurch die Linse im Zentrum A ein konkaves Linsenprofil zeigt. In diesem Fall stehen Flüssigkristallmoleküle aufgrund eines starken vertikalen elektrischen Felds im Zentrum A aufrecht, während sie am Rand B aufgrund des schwachen vertikalen elektrischen Felds im Wesentlichen verkippt sind.
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Wie für die 6 gilt auch für die 7, dass es sich um eine Differenz verfügbarer Brechungsindizes handelt. Im Fall der 7 beträgt der Linsenhub am Rand B ungefähr 20 μm.
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Der Linsenhub in den 6 und 7 stellt einen Simulationswert dar, der durch Einstellen der Stärke des elektrischen Felds auf mehr oder weniger als 20 μm eingestellt werden kann.
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Gemäß den 8 und 9 verfügt ein Stereodisplay unter Verwendung der beschriebenen elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse über eine Anzeigetafel 100 und die genannte Linse 200 bzw. 250, die um einen ersten Abstand a von der Anzeigetafel 100 beabstandet ist. Außerdem kann unter der Anzeigetafel 100 an der Seite entgegengesetzt zur Linse 200 bzw. 250 eine Lichtquelle vorhanden sein, die jedoch weggelassen werden kann, wenn die Anzeigetafel 100 selbst leuchtend ist.
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Die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse kann zwischen einer Konvexlinse (8) und einer Konkavlinse (9) umgeschaltet werden. Dieses Umschalten beruht auf einer Regulierung der Brennweite f1 oder f2. Wenn die Brennweite einen positiven Wert zeigt, wird ein Konvexlinsenarray 200 realisiert, während bei negativer Brennweite ein Konkavlinsenarray 250 realisiert wird.
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Genauer gesagt, ist dann, wenn die optimale Tiefe eines Bildes, wie es von der Anzeigetafel 100 abgestrahlt wird, um über die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse auf dem Stereodisplay angezeigt zu werden, länger als der Abstand zwischen der Anzeigetafel und der Linse ist, wie es in der 8 dargestellt ist, die Brennweite f1 zu f1 = (1/a + 1/z1) – 1 > 0 gegeben. Die Brennweite f1 ist größer als null und demgemäß arbeitet die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse als Konvexlinse. Wenn dagegen die optimale Tiefe des Bilds kürzer als der Abstand zwischen der Anzeigetafel und der Linse ist, wie es in der 9 dargestellt ist, ist die Brennweite f2 zu f2 = (1/a + 1/z2) – 1 < 0 gegeben. Die Brennweite f2 ist nun kleiner als null, weswegen die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse als Konkavlinse betrieben wird.
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Hierbei wird der Abstand zwischen der Anzeigetafel 100 und der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 200 oder 250 als erster Abstand a bezeichnet, und diese Linse kann zwischen einer Konvexlinse und einer Konkavlinse umgeschaltet werden, wobei aber auch, ohne Umschaltung, einfach die optimale Tiefe oder die Brennweite geändert werden kann.
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Nachfolgend wird eine konkrete Konfiguration eines Stereodisplays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung anhand der 10 beschrieben.
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Dieses Stereodisplay verfügt über die beschriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300, an die Spannungen angelegt werden, damit sie tatsächlich als Linse arbeitet, eine unter der Linse 300 angeordnete Anzeigetafel 350, die ein zweidimensionales Bild ausstrahlt, und eine unter der Anzeigetafel 350 angeordnete Lichtquelle 700, die Licht auf sie lenkt.
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Wenn die Anzeigetafel 350 selbst leuchtend ist, wie ein OLED, kann die Lichtquelle 700 weggelassen werden.
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Die Anzeigetafel 350 enthält erste und zweite Bildpixel P1 und P2, die abwechselnd und wiederholt angeordnet sind, um ein erstes bzw. ein zweites Bild IM1 und IM2 anzuzeigen. Die Anzeigetafel 350 kann ein beliebiges Flachdisplay sein, beispielsweise ein LCD, ein OLED, PDP (Plasmaanzeigetafel), ein FED (Feldemissionsdisplay) usw. Die Anzeigetafel 350 liegt unter der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 300, um zweidimensionale Bilder zu dieser abzustrahlen.
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Die beschriebene elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse 300 arbeitet so, dass sie wegen ihres Linsenprofils die empfangenen zweidimensionalen Bildsignale in dreidimensionale Bildsignale umwandelt, was jedoch nur dann der Fall ist, wenn Spannungen an sie angelegt werden; andernfalls lässt sie einfach die zweidimensionalen Bildsignale der Anzeigetafel 350 durch. So kann sie als Schaltbauteil arbeiten, das zweidimensionale Bilder anzeigt, wenn keine Spannung an sie angelegt wird, während sie dreidimensionale Bilder anzeigt, wenn Spannungen an sie angelegt werden.
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Falls erforderlich können bei der in der 2 dargestellten elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse 300 die mehreren ersten Elektroden 311 in jedem Linsenbereich L in mehrere Schichten unterteilt werden. Beispielsweise kann ein Teil derselben auf dem ersten Substrat 310 angeordnet werden, während der andere Teil auf einem auf diesem vorhandenen ersten Isolierfilm (nicht dargestellt) angeordnet wird. In diesem Fall liegen die ersten Elektroden 311 auf dem ersten Substrat 310 abwechselnd zu den Elektroden 311 auf dem ersten Isolierfilm, um dadurch das erste Substrat 310 von oben her gesehen im Wesentlichen vollständig zu bedecken.
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Durch ein Unterteilen der Elektroden 311 in zwei oder mehr Schichten können Kurzschlüsse zwischen ihnen vermieden werden, und die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse kann mit einem stabileren Profil versehen werden.
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Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, zeigen eine elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse und ein Stereodisplay unter Verwendung derselben gemäß der Erfindung die folgenden Effekte.
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Die elektrisch gesteuerte Flüssigkristalllinse kann abhängig von Information, wozu die Bildtiefe oder der Abstand zwischen der Linse und einem Betrachter gehören, zwischen dem Profil einer Konvexlinse und demjenigen der Konkavlinse umgeschaltet werden, wodurch sich eine Verbesserung der visuellen Erkennbarkeit ergibt. Diese Linse kann auf effektive Weise verschiedene Bildtiefen meistern, falls erforderlich, wodurch ein vergrößerter anzeigbarer Tiefenbereich realisiert wird.
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Durch das Anbringen einer Spannungspegel-Reguliereinheit zum Steuern des Linsenhubs beim Realisieren der elektrisch gesteuerten Flüssigkristalllinse als Konvexlinse oder Konkavlinse kann die visuelle Erkennbarkeit noch weiter verbessert werden.
