WO2013045103A2 - Mehrlagen-bildanzeigevorrichtung und -verfahren - Google Patents

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    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/44—Arrangements combining different electro-active layers, e.g. electrochromic, liquid crystal or electroluminescent layers

Definitions

  • the invention relates to a multi-layer image display device. It further relates to a method of manufacturing and a method of operating such an image display device.
  • Such image display devices which are also known as multilayer displays, are preferred in video game consoles for so-called arcade games (also known as arcade machines) used and contribute there by their 3D-like multi-level image display to increase the fun on the game.
  • arcade games also known as arcade machines
  • 3D-like multi-level image display to increase the fun on the game.
  • other, more serious applications are conceivable.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide an image display device of the type mentioned, which can be realized with extensive recourse to standard commercial components, and has the highest possible image quality, high luminosity and long life. Furthermore, a corresponding production method and an associated operating method should be specified.
  • the object related to the device is achieved by the features of independent claim 1.
  • FIG. 1 is a two-layer display of conventional design in section, FIG. 2 a in its light intensity compared to the variant in FIG. 1 significantly improved two-layer display,
  • FIG. 3 shows a production step, which is indicated in a perspective view in part in the production of such a two-layer display
  • FIG. 4 shows a further, particularly preferred variant of a FIG. 3 produced two-layer displays together with associated electronic control unit
  • FIG. 5 shows a further variant of a two-layer display according to the invention
  • FIG. 6 is an illustrative sketch of possible viewing angle ranges in liquid crystal displays
  • FIG. 7 is a schematic diagram relating to the correction of viewing angle and other influence dependent image artifacts on a liquid crystal panel.
  • FIG. 1 is a two-layer or two-layer image display, also known as a double-layer display or two-layer display or two-level display.
  • 2 of a known type of construction, which comprises a rear liquid crystal display 4 (LCD) with a rectangular image surface and a similarly oriented front liquid crystal display 6 with a likewise rectangular image surface having substantially the same dimensions are arranged one behind the other so that the image produced by the rear liquid crystal screen 4 shines through the front liquid crystal screen 6, thus giving the viewer 8 a total impression of a true-parallax 3D image with two image planes between the background image and the foreground image.
  • LCD liquid crystal display 4
  • 6 similarly oriented front liquid crystal display 6 with a likewise rectangular image surface having substantially the same dimensions
  • the two liquid crystal screens 4, 6 are each arranged standing upright on a horizontal base surface, the respective image surface having the shape of a rectangle, the generally longer edge parallel to the base surface, ie horizontal and its shorter Edge perpendicular thereto, that is, vertically aligned, and that the viewer looks in a substantially horizontal direction from the front on the front liquid crystal screen 6 (image in landscape view similar to a television set in the usual setting).
  • the terms "horizontally extending” and “vertically extending” meant alignment parallel to the longer outer edge (edge) and parallel to the shorter edge of the image surface. In this sense, the information should also be understood when the image display device 2 is placed in space in a different way, which of course is possible and possibly even useful for certain applications.
  • TN Twisted Nematic
  • Each cell in this case comprises a see a rear polarizing filter 10 (in short: polarizer) and a front polarizing filter 12 (analyzer short) arranged liquid crystal 14, the liquid crystal molecules in the tension-free state, a continuous screw (English twist) of about 90 ° form.
  • the polarizing filters 10 and 12 may be formed as flat foils covering not only a single cell but the entire array of liquid crystals 14.
  • TN cell is used here only for a particularly simple and descriptive description, and that the variants of the invention described below can also be implemented with other cell types.
  • the polarization planes of the two polarizing filters 10 and 12 are correspondingly rotated by 90 ° relative to one another, so that in the voltage-free state emitted by the light source 16 in the manner of a backlight and at
  • the rear polarizing filter 10 Passing through the rear polarizing filter 10 linearly polarized light passes through the liquid crystal 14 with rotation of the polarization direction and then passes freely through the front polarizing filter 12.
  • the polarization plane of the rear polarizing filter 10 is vertically (v) aligned and the plane of polarization of the front polarizing filter 12 is horizontal (h).
  • the front liquid crystal panel 6 has the same structure as the rear liquid crystal panel 4, so also has a rear polarizing filter 20, a front polarizing filter 22 and an intervening array of liquid crystals 24 with transparent E electrodes 28, which can be controlled separately with each for each subpixel Cell voltage V can be acted upon.
  • the polarization planes of the polarizing filters 20 and 22 correspond to those of the polarizing filters 10 and 12 in the rear liquid crystal panel 4.
  • a thin-film depolarization filter 26 arranged between the rear liquid crystal panel 4 and the front liquid crystal panel 6, which converts incident polarized light into unpolarized light the front liquid crystal panel 6 - as well as the rear liquid crystal panel 4 illuminated directly by the light source 16 - is illuminated with unpolarized light.
  • This construction has the advantage that commercially available liquid crystal screens 4 and 6 could be used without any modification.
  • the disadvantage is that comparatively much light is absorbed by the optically successively arranged polarization filters 12 and 20 and the depolarization filter 26 therebetween, and consequently the image display device 2 is rather faintly faint to the viewer.
  • the front liquid crystal panel 6 is a color screen of basically the same type as the rear liquid crystal panel 4, except that no rear polarizing filter and no depolarization filter are provided.
  • it may be a liquid crystal panel 6 of the same type as the rear liquid crystal panel 4, in which the rear polarizing filter has been removed. Accordingly, the alignment of the rows and columns of liquid crystal cells and the stress-free alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 24 between the substrate plates of the respective cell are basically the same as those of the rear liquid crystal panel 4 which is analogous to that shown in FIG. 1 is constructed.
  • the orientation of the front polarizing filter 22 is hereby rotated with respect to its plane of polarization by 90 ° to the front polarizing filter 12 of the rear liquid crystal screen 4, in this example thus selected vertically (v).
  • the polarized light entering the liquid crystal 24 of the front liquid crystal panel 6 is further rotated therewith in accordance with its polarization direction in accordance with the voltage V applied to the cell, and its forward polarization component leaves the front liquid crystal panel 6 through the front polarizing filter 22 acting as an analyzer towards the viewer 8.
  • the polarization plane of the front polarizing filter 22 of the front liquid crystal panel 6 is rotated by 90 ° to the front polarizing filter 12 of the rear liquid crystal panel 4.
  • FIG. 1 In a first step, two substantially identical, commercially available liquid crystal displays 4 and 6 with a generally rectangular image area and with identical configuration of polarization filters 10, 12 and 20, 22 and liquid crystals 14, 24 are provided.
  • Each of the two liquid crystal screens 4 and 6 thus has a rear, ie rear polarizing filter 10 or 20 with, for example, vertical (v) polarization plane and a front, that is front polarizing filter 12 and 22 rotated by 90 °, in this example so horizontal ( h) polarization plane, between each of which a matrix of liquid crystals 14 and 24 is arranged, which are driven in a similar manner via a respectively associated interface 30 or 32 and are connectable to an associated image computer.
  • Each of the two interfaces 30 and 32 is thus designed for an image representation in which the illumination of the liquid crystal screen 4 or 6 takes place from the rear side 34 or 36 and the generated image is viewed from the front side 38 or 40.
  • the liquid crystal panel 6 in front of the image display device 2 to be manufactured is now oriented in a second step so that the rear polarizing filter 20 becomes the front polarizing filter 22 'and vice versa the front polarizing filter 22 becomes the rear polarizing filter 20' (see Fig. 4).
  • the entire front liquid crystal display 6 is thus rotated by 180 ° around its vertical axis A, for example.
  • a 180 ° rotation could take place about the horizontal axis B.
  • the now front polarizing filter 22 'of the front liquid screen 6 has the same, here in the example vertical (v) polarization plane as the rear polarizing filter 10 of the rear liquid screen 4, while the now rear polarizing filter 20' of the front liquid screen 6, the same in the example horizontal (h) polarization plane as the immediately opposite front polarizing filter 12 of the rear liquid screen 4 has.
  • the results in FIG. 4 illustrated configuration are identical.
  • the now rear polarization filter 20 'of the front liquid crystal screen 6 equipped here in the example with a horizontal polarization plane could be removed so that-apart from the polarity of the electrodes 28 -the polarization filter 20' shown in FIG. 2 known configuration results.
  • this is not necessary since the light incident on the polarization filter 20 'is already suitably oriented or polarized in the passage direction by the polarization filter 12 which is oriented in the same direction, and therefore its intensity is practically not further weakened when passing through the polarization filter 20'.
  • the polarization filter 20 is not removed, since the structure of the image display device 2 can then take place with sole recourse to unmodified, commercially available displays. Alternatively, if necessary, it may still be removed (or not present in advance) to minimize the transmission losses and imaging artifacts that are unavoidable in the filter pass, even in "proper" alignment with respect to the polarization plane of the incoming light
  • the positions of the respective image information on the front liquid crystal panel 6 are mirrored relative to the position on the rear liquid crystal panel 4, since the front liquid crystal panel 6 is actually provided and driven to do so from the original front side 40 3, but which has now become the rear side according to FIG.
  • the image information must therefore also be displayed in mirrored form by means of suitable control electronics in order to produce a corresponding unadulterated image to obtain.
  • an electronic mirror unit 42 which may be implemented as specialized hardware, but possibly also in the form of software running on a universal or special computer, and a mirror of the image content of the front liquid crystal screen 6 to be displayed, depending on its installation position either at the vertical or at the horizontal image centerline 44 (ie, axis mirroring at the mid-perpendicular on the corresponding outer image edge).
  • the mirroring unit 42 can be, for example, part of a separate image computer or a ballast module, which is connected to the front liquid crystal display 6 on the data side via the commercially available, unmodified interface 32.
  • one of the interface 32 downstream, integrated into the liquid crystal display screen 6 control electronics could be addressed with appropriate mirroring routine, if already available at the factory.
  • a common image computer 46 is provided, which calculates both the background image 48 to be displayed on the rear liquid crystal screen 4 (in this case a mountain landscape) and the foreground basic image 50 (here an aircraft, for example) to be displayed on the front liquid crystal screen 6.
  • two separate image computers can be provided for this purpose.
  • the foreground image 50 is previously displayed in the mirror unit 42 at the vertical image center line 44, alternatively at the horizontal image center line (corresponding to the vertical image center line) or horizontal screen centerline of the front liquid crystal display 6) mirrored, to allow in the result the desired for the viewer 8 unadulterated, correct position representation of both image planes.
  • the mirroring unit 42 may be part of the picture display device 2 ready for sale, which is then addressed by the user via the standard interface 30 and the interface 52 extended by the mirroring function.
  • the structure described can be generalized to more than two layers of liquid crystal displays by starting from the one shown in FIG. 4, successively in front of the front liquid crystal screen 6, ie in the direction towards the viewer 8, further liquid crystal screens are suitably aligned and mounted. A third, before in FIG. For example, if the liquid crystal screen to be mounted on the front liquid crystal screen 6 is to be aligned again like the rear liquid crystal screen 4, no image reflection would be necessary for this third layer or image plane. In turn, it would be necessary for a fourth layer, etc.
  • multi-layer image display device multilayer display
  • the mutually facing polarization filters of directly consecutive liquid crystal screens are aligned with respect to their polarization plane similar, and that the polarization planes of the lying on the other side polarizing filters are rotated by 90 ° contrast.
  • image splitting of the type described above is then necessary in each case, while it is dispensed with in the first, third and so forth image planes.
  • liquid crystal screens of the type "Normaiiy White” with corresponding configuration and alignment of liquid crystals and polarization filters
  • the described principles can be analogously transferred to other configurations, for example, when “Normaiiy Black” liquid crystal displays are used. be used.
  • an image computer of the type described can then be used in order to achieve an inversion or mirroring of the image content and, as a result, an unadulterated and correct image reproduction in comparison with the drive-side design "incorrect" mounting position of a liquid crystal screen.
  • a subpixel of the front liquid crystal screen 6 provided with a specific color filter is illuminated in a largely diffuse manner by the entire rear liquid crystal screen 4, ie receives lighting contributions from each subpixel of the rear liquid crystal screen 4 , which are attenuated more or less according to the geometric beam path. Due to the different degrees of dispersion of the incident at different angles on the respective subpixel of the front liquid crystal screen 6 light rays is usually ensured that there is sufficient "white" light with the desired spectral component arrives, even if on the rear liquid crystal screen 4 is a predominantly uniform background image of a particular Basic color is displayed.
  • Such effects can be modeled physically in a comparatively simple manner and taken into account in the color control of the two screens:
  • objects or structures shown on the rear liquid crystal screen 4 can be reproduced to a certain extent in false color representation or negative representation, for the viewer 8 by a complementary basic coloration of the front liquid crystal panel 6 is compensated.
  • a suitably configured image computer or the like can again be provided.
  • the interplay of two or more pixel- or pixel-oriented liquid crystal displays 4 and 6 may result in optical artifacts and distortions such as moire or the like due to the geometric pixel or raster structure. Because these artifacts form here in and with pre-polarized light, the effects of these phenomena can be more easily reduced or suppressed than if they were formed with unpolarized light.
  • the phenomena mentioned are optically significant spatially and / or areally distributed intensity pattern or spectrally diffracted refractive and / or diffraction patterns. These phenomena are usually added to the desired optical representation and distort it.
  • the structure of these active, reflective polarizers 60 ensures that only light in the predetermined direction of polarization can be forwarded relative to the front polarizing filter 22 of the liquid crystal screen 6, depending on the "normal black mode” or "normally white mode” used.
  • the active reflective polarizer 60 and the front polarizing filter 22 of the liquid display screen 6 have the same polarization orientation, and for the "normal white mode” both have expediently an unequal polarization orientation, typically rotated 90 degrees.
  • the structure of the active, reflective polarizer 60 used initially allows light to pass through the polarization plane predetermined by the corresponding positioning of this component and, at the same time, reflects light in different positions of this component, which light can not pass directly through the predetermined polarization plane.
  • the back reflection takes place, depending on the given already existing polarization, at different boundary layers within the active, reflective polarizer 60 used.
  • each reflected light component depending on which plane it was reflected, additionally a further incremental optical rotation of the plane of polarization per plane passing through.
  • FIG. 5 illustrates:
  • the active reflective polarizer 60 is in the optical path between the back liquid crystal.
  • tall screen 4 and the front liquid crystal screen 6 are arranged.
  • the rear liquid crystal panel 4 has a rear polarizing filter 10 and a front polarizing filter 12.
  • the front liquid crystal panel 6 may have a rear polarizing filter 20, but may also be remote from the outset and therefore shown in FIG. 5 is shown in dashed lines, and a front polarizing filter 22.
  • the voltage supply of the liquid crystals 14 and 24 associated electrodes is not shown here for simplicity.
  • the front polarizing filter 12 of the rear liquid crystal screen 4, the active polarizer 60 and possibly the rear polarizing filter 20 of the front liquid crystal screen 6 are matched with respect to their polarization planes, that is usually aligned the same way that from behind on the front polarizing filter 12th the rear liquid crystal screen 4, located in the polarization in passage orientation and the polarization filter 12 thus passing without substantial attenuation light can also pass the following active, reflective polarizer 60 and possibly the rear polarizing filter 20 of the front liquid crystal screen 6 without significant weakening.
  • one or more of the normally conventional polarizing filters 10, 12, 20, 22 may be configured as active, reflective polarizers of the type described above.
  • liquid crystal displays Due to typical applications of commercially available liquid crystal displays, for example, as display devices of portable computers such as notebooks and netbooks, these liquid crystal displays are in their cell voltage-transmission characteristic
  • FIG. 6 illustrates.
  • Satisfactory image quality is achieved when viewed with a viewing angle within the marked area. Outside this range, color shifts, reduced contrast and reduced brightness are very disturbing.
  • the best viewing angle results when viewed in the direction of the bisector of the defined angle range, ie in the direction perpendicular to the (flat) screen surface.
  • the best viewing angle is usually provided by the LDC displays, which are usually available for use in notebooks and which are comparatively inexpensive due to their production in particularly large quantities.
  • angle of, for example, 20 to 50 degrees with respect to the orthogonal inclined which is shown in the right half of the picture. As already mentioned, this is achieved, inter alia, by a gamma characteristic shifted in relation to the symmetrical design, which is implemented in the drive hardware.
  • liquid crystal screens used are digital modules whose display information is supplied by means of time-sequential data streams, which then control each individual pixel in succession, a pixel-precise manipulation of the display data can thus also be represented, and thus also pixel-accurately assigned Correct the gamma characteristic. Not only can the correction of the gamma characteristic be realized, but also a compensation of all components in the optical path - such as the polarizers - and the optical caused by them Arrange or at least significantly simplify artifacts. This correction described here is particularly advantageous for multi-layer displays with more than two levels and the use of the above-mentioned freely available, cost-effective notebook liquid crystal displays in order to achieve acceptable optical results.
  • FIG. 7 illustrates: In the upper half of the picture, an LCD display 70 is shown, which is connected via an interface 72 to an associated image computer 74 and is controlled by it. An original image S stored in digital form in the image computer 74 is displayed on the LCD display 70 in such a way that a viewer 8 viewing the display surface at an angle of inclination to the orthogonal has an image f (S) optimized with respect to its physiological perception. sees.
  • the observer When viewed in the direction of the orthogonal, on the other hand, the observer perceives a certain color, brightness, contrast and possibly further optical parameters "distorted" image f * (S) in order to eliminate this disturbing influence and an unadulterated view from the vertical direction to enable, in the extension shown in the lower half of the image calculator 74 is equipped with a correction module 76, which images the original image S first using a suitable mapping rule on an image g (S), which then via the interface 72 to the LCD display
  • the mapping rule S - * g (S) is such that the image f * (g (S)) perceived by the viewer 8 when viewed from vertical direction of view is as well as possible in terms of color, brightness and contrast with the original image.
  • mapping rule used for predistortion or general preprocessing can be implemented in the correction module 76 in the usual way in the manner of a local or global digital filter or as a combination of a plurality of such filters.
  • this technique is applied to each of the successively arranged liquid crystal displays of a multilayer display.
  • Further advantageous aspects of the invention relate to the use of self-luminous, emissive screens in multi-layer configurations, inter alia in combination with the heretofore described transmissive screens, e.g. B. of the type LCD.
  • a specific embodiment and embodiment of the present invention is directed in this connection to the use of O-LEDs (Organic Light Emitting Diode) in screens for improving the SD effect.
  • O-LEDs Organic Light Emitting Diode
  • a combination of the below-described embodiment of the present invention with all or certain features of the previously described embodiments leads to an amplification of the individual effects and the overall effect and is expressly part of the present invention. It is particularly advantageous if the emissive screen layers are also used in such a way and possibly combined with other layers that "polarized” light is "processed” as far as possible in the entire optical path of the 3-D image display device and a depolarization, for instance by optical diffusion , is avoided as far as possible.
  • the front screen itself emits light, ie does not need a backlight for image production, but still - especially in the Wavelength range of visible light - so optically transparent (ie transparent) is that he lets the image generated by the rear screen shine through in perceptible way, there are completely new possibilities of two- or multi-layer image display and the associated electronic control.
  • the color representation when the front screen is able to emit colored light, that is to say, for example, when an intensely green luminous foreground object is displayed in front of an intensely red background image.
  • the front screen is an OLED screen, so based on the technique of organic light-emitting diodes (OLEDs), which are made in particular as thin-film elements using organic semiconducting materials, and the matrix are combined into a screen with individually controllable pixels.
  • OLEDs organic light-emitting diodes
  • Such monitors have comparatively low response times and, due to their high energy efficiency during operation, generate only relatively little waste heat.
  • LED screens As possible alternatives to OLED screens according to the invention, LED screens, plasma screens (PDPs), field emission screens (FEDs), electroluminescent screens (ELs) and surface-conducting electron emitter screens (SEDs) may be mentioned, provided they are designed and manufactured correspondingly transparent are. Even if the emitting unit cells of these screen types should not have the desired optical transparency, it is possible to provide comparatively highly transparent intermediate spaces of suitable extent between the unit cells, accepting a correspondingly lower pixel density and a correspondingly lower resolution relatively much light from the rear screen position can pass through the thus designed front screen position and the background image remains perceptible as such. Additionally or alternatively, suitably designed apertures (free openings) may also be present in the respective screen of the front layers, for example in the form of flat, pixel-free areas or the like.
  • the rear screen is a non-emissive screen, which is illuminated during operation by a light source located behind it.
  • a light source located behind it.
  • it may be a liquid crystal display (LCD) or thin-film transistor (TFT) screen with LED backlight (LED backlight).
  • a plasma based light source based on exciplex excitation is used to achieve appropriate light distribution, luminance, spectral integrity, and efficiency.
  • exciplexing is meant in particular metastable aggregates or complexes of two or more atoms or molecules, in particular with dissimilar partners.
  • cold cathode tubes, electroluminescent films or other bulbs can be used for backlighting.
  • a further variant of the present invention is the illumination known as Edge-Light, which emanates from the edge of the screen and is optionally distributed via optical waveguides into the surface.
  • the rear screen is also an emissive screen, in particular an OLED screen or a plasma screen or an EL screen.
  • an image display device with three or more layers of screens arranged behind one another, wherein at least one of the arranged in front of the rearmost screen screens is an emissive screen in the above sense.
  • one of the screens located further back could also emit light in a wavelength range outside the visible spectrum instead of / in addition to visible light, which is at least partially transmitted by a screen in front of it and thereby converted into visible light.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the self-illuminating and at the same time predominantly transparent embodiment of at least one of the front screens in a multilayer display abolishes the basic limitations of existing LCD systems and offers novel possibilities for extremely bright, high-contrast and color-intensive 3D images. Representations are created with parallax effect, without requiring particularly bright separate light sources for backlighting.
  • Screens must be at least partially permeable - for example by appropriate transparency, proportional aperture or aperture pattern, or by means of suitable optical devices such.
  • an actually volumetric image representation can be achieved, in which each viewer receives different image information from different angles at the same time, depending on the viewing angle receives additional aids such as optical barriers, (shutter) glasses, polarization filters, eye tracking or the like, whose depth resolution depends significantly on the number of screen layers used.
  • FIG. 8 shows a two-layer image display device according to a first variant of the invention
  • FIG. 9 shows a two-layer image display device according to a second variant of the invention.
  • FIG. Fig. 10 shows a three-layer image display device as an example of another one
  • FIG. 8 shows a two-layer image display device 102 shown in cross-section as viewed in the direction of the viewer 104, a front screen 106 and a rear screen 108 with substantially the same dimensions, which are arranged at a distance d one behind the other.
  • the two screens 106, 108 are arranged one behind the other in such a way that the background image generated by the rear screen 108 is visible to the viewer 104 through the front screen 106.
  • foreground images or foreground objects displayed on the front screen 106 overlap, so to speak, over or in front of the background image, so that-at least with moving motifs-the impression of a 3D image with spatial depth and parallax effect arises.
  • FIG. 8 shows a two-layer image display device 102 shown in cross-section as viewed in the direction of the viewer 104, a front screen 106 and a rear screen 108 with substantially the same dimensions, which are arranged at a distance d one behind the other.
  • the two screens 106, 108 are
  • the rear screen 108 is an LCD screen which is illuminated by a light source 110 arranged behind it, for example in the form of an LED panel, but preferably via a plasma light source based on exciplex excitation.
  • the rear screen is therefore not self-illuminating, but rather represents an array of individually controllable color filters which pass more or less light of corresponding color from the light source 110 in the direction of the observer 104, whereby At the observation distance, the desired image impression is produced in a known manner.
  • the front screen 106 is designed as a self-luminous, optically transparent OLED screen with an array of individually controllable organic light-emitting diodes with a suitable emission wavelength, ie color.
  • the rear screen 108 For the generation of the foreground image, therefore, it is not necessary for the rear screen 108 to transmit light from the light source 110. Rather, the background image can be completely dark. However, if there is a background image of appropriate brightness, then due to the optical transparency of the front screen 106, it will shine through it, and is the more noticeable the lower the local emission power there is.
  • suitable preparation of the foreground image and the background image in one of the two screens 1 06, 108 upstream image computer 1 12 the part of the image display device 102 or may be separated from her, can thus represent complex 3 D scenarios.
  • FIG. 9 variant differs from that in FIG. 8 in that the rear screen 108 itself is an emissive screen, for example an OLED screen or a plasma screen. A separate light source for backlighting is therefore not needed.
  • the image calculator 1 12 has been omitted in this illustration.
  • FIG. 10 a three-layer image display device 102 with a rear screen 108 and two screens 106, 106 'in front of it is shown, wherein at least one of the two front screens 106, 106' is an optically transparent, self-luminous screen in the above-mentioned sense is.
  • both front screens 106, 106 ' may be transparent and self-luminous.
  • the multi-layer image display device has at least the following along a longitudinal direction of extension from back to front in this order arranged components: a light source, a first liquid crystal layer, a second liquid crystal layer, wherein the first liquid crystal layer at least one polarizing filter is associated and the second liquid crystal layer at least one polarizing filter is associated, the light of the light source further by at least an optical and / or electro-optical Retardationselement is passed before it reaches a viewer 8.
  • the at least one optical and / or electro-optical retardation element is associated with at least one polarization filter and satisfies a retardation function f (x) which satisfies the necessary condition that the transit time difference is either equal to zero or an integer multiple n of the wavelength ⁇ , ie ⁇ * ⁇ corresponds.
  • the Retardationselement consists of a flat, dimensionally unstable and transparent element, such as a film.
  • the Retardationselement consists of a signal processing electronic component.
  • the Retardationselement consists of an electronic control that allows delaying the duration of the Retardationselement.
  • an air layer is provided between the first and second liquid crystal screen, which is between 1 and 10,000 pm.
  • Figure 1 1 shows a representation of an image display device according to the invention, in which the respective functional layers are shown schematically.
  • the first liquid crystal screen 214 has a polarizing filter 210, 212 on its two flat sides.
  • the efficiency of these front polarizing filters 210, 212 is at least 40%, and more preferably 50%.
  • the thickness of the polarizing filters 210, 212 is between 100 ⁇ and 350 ⁇ .
  • the thickness of this Retardationseiements 230 which is also referred to as a running film, is preferably between 5 pm and 500 ⁇ .
  • the transit time difference of this Retardationseiements 230 is preferably ⁇ / 4.
  • the second liquid crystal layer of this first preferred embodiment is separated by an air gap 250, which is preferably between 1 m and 10,000 ⁇ m.
  • the second liquid-crystal image layer has only at the end of the transmission direction 54 a polarization filter 222, which is likewise provided with a retardation element 260.
  • the thickness of the polarizing filter 222 is between 100 ⁇ and 350 ⁇ .
  • the transit time difference of this circular polarization filter 260 satisfies the retardation function f (x) and has the resulting wavelengths ⁇ ⁇ , the result.
  • the denominator x is to be dimensioned such that the transit time difference of all optical layers is either 0 or a multiple n of ⁇ .
  • the thickness of the two liquid crystal layers is between 600 ⁇ and
  • the entire multi-layer image display device of this embodiment thus comprises three polarization filters 210, 212, 222, two screens and two retardation elements 230 and 260.
  • the thickness of the entire arrangement is between 1.505 ⁇ and 17.050 ⁇ .
  • the first liquid crystal panel has the same structure as in the first embodiment.
  • the second liquid crystal screen now has a polarization filter 220 and a retardation element 221 on its two flat sides.
  • the first retardation element 221 in the transmission direction 54 has a transit time difference of ⁇ / 4 and the second retardation element has a transit time difference of ⁇ / ⁇ 2 .
  • the denominator x 2 is to be dimensioned so that the transit time difference of all optical layers is either 0 or a multiple n of ⁇ corresponds.
  • the first liquid crystal screen has a polarizing filter 210, 212 on its two flat sides. Between the first and second liquid crystal screens, a retardation layer 230 having a delay of ⁇ / 2 is disposed.
  • the second liquid crystal screen has on its two flat sides a polarization filter 220, 222 and on the side facing away from the first liquid crystal screen side a Retardationselement 260 with a transit time difference of A / x 3 .
  • the denominator x 3 is to be dimensioned so that the compensation of all optical layers is either 0 or a multiple n of ⁇ corresponds.
  • the first liquid crystal screen has a polarizing filter on its two flat sides. Between the first and second liquid crystal screen a retardation layer is arranged, which has a delay or difference of ⁇ / 2.
  • the second wellssigkristallbiidconnect has only on the side facing away from the first diessigkristallbiidprocess side on a polarizing filter with Retardationselement and transit time difference of X / x 4 .
  • the denominator x 4 is to be dimensioned such that the compensation of all optical layers is either 0 or corresponds to a multiple n of ⁇ .
  • the frequency range for the linear polarizing filter 210, 212, 220, 222 and circular polarizing filters 212, 230; 220, 221; 222, 260 is in each case between 400 and 700 ⁇ .
  • the various possible combinations of the above four preferred embodiments are summarized in the table below.
  • the top line represents the reference numbers of the individual layers 1 to 4.
  • line 2 reads as follows: A polarizing filter 210 adjacent to the liquid crystal layer 214 is used. Further, on the other side of the liquid crystal layer 214, a polarizing filter 212 and a retardation element 230 adjoin. After the air layer 250, another polarization filter 220 follows with a retardation element 221. Finally, the liquid crystal layer 224 is followed by a polarization filter 222 having a retardation element 260.
  • Line 5 contains the respective thicknesses of the individual layers in ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung mit zumindest folgenden entlang einer Längserstreckungsrichtung von hinten nach vorne in dieser Reihenfolge angeordneten Komponenten: a) eine Lichtquelle, b) einer ersten Flüssigkristallschicht, c) einer zweiten Flüssigkristallschicht, wobei der ersten Flüssigkristallschicht mindestens ein Polarisationsfilter beigeordnet ist und der zweiten Flüssigkristallschicht mindestens ein Polarisationsfilter beigeordnet ist, wobei das Licht der Lichtquelle ferner durch mindestens ein optisches und/oder elektro-optisches Retardationselement geleitet wird, bevor es einen Betrachter erreicht.

Description

Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung und -verfahren
Die Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Bildanzeigevorrichtung.
Derartige Bildanzeigevorrichtungen, die auch als Multilayer-Displays bekannt sind, kommen bevorzugt bei Videospielkonsolen für sogenannte Arcade-Spiele (auch als Arcade-Automaten bezeichnet) zum Einsatz und tragen dort durch ihre 3D-artige Mehrebenen-Bilddarstellung zur Steigerung des Spielspaßes bei. Selbstverständlich sind auch andere, ernsthaftere Anwendungen denkbar.
Bei der Entwicklung und Herstellung derartiger Bildanzeigevorrichtungen besteht ein möglicher Ansatz darin, das jeweilige Gerät„von Grund auf zu designen" und die einzelnen Komponenten entsprechend dem Anwendungszweck zu optimieren und ggf. neu zu entwickeln. Ein alternativer Ansatz zielt darauf ab, möglichst nur handelsübliche Komponenten zu verwenden und miteinander zu kombinieren, um auf diese Weise Kostenvorteile zu realisieren. Dennoch werden natürlich auch in diesem Fall eine möglichst hohe Bildqualität, eine hohe Leuchtstärke und eine lange Lebensdauer angestrebt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildanzeigevorrichtung der genannten Art bereitzustellen, die unter weitgehendem Rückgriff auf handelsübliche Standard-Bauteile verwirklicht werden kann, und die eine möglichst hohe Bildqualität, eine hohe Leuchtstärke und eine lange Lebensdauer besitzt. Des Weiteren sollen ein entsprechendes Herstellungsverfahren und ein zugehöriges Betriebsverfahren angegeben werden. Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Weitere, für sich genommen erfinderische Lösungen der genannten Aufgabe sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 2 und 1 5 spezifiziert. Verfahrensbezogene Lösungen sind weiterhin in den Ansprüchen 1 6 bis 21 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, die in verschiedener Weise mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und untereinander kombinierbar sind, und die zum Teil ebenfalls für sich genommen einen erfinderischen Gehalt besitzen, sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der vorliegenden Lösung wird eine wesentlich leistungsfähigere Mehrebenen- Displaylösung aufgezeigt, die im Vergleich zum Stand der Technik folgende Vorteile aufweist:
1 . Wesentlich geringere elektrische Leistungsaufnahme durch wesentlich verbesserte Gesamt-Transmissivität, da nicht wie üblich die vorhandene Polarisierung des Lichts zwischen den unterschiedlichen Flüssigkristallbildschirmen mittels optischer Folien depolarisiert wird, um anschließend mit etwa 50% Verlust am ersten Polarisationsfilter des folgenden Flüssigkristallbildschirms wieder neu polarisiert zu werden.
2. Wesentlich verbesserte Ablesbarkeit und größere Blickwinkel ohne störende Artefakte durch lichtabsorbierende und erneute Polarisation benötigende Depolarisations-Filme oder Folien.
3. Wesentlich verbesserte Ablesbarkeit und größere Blickwinkelbereiche ohne störende Artefakte bei der Bildwiedergabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und gehen im Übrigen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen in jeweils stark vereinfachter und schematisierter Darstellung:
FIG. 1 ein Zweilagen-Display herkömmlicher Bauart im Schnitt, FIG. 2 ein in seiner Lichtstärke gegenüber der Variante in FIG. 1 deutlich verbessertes Zweilagen-Display,
FIG. 3 einen in teils perspektivischer Darstellung angedeuteten Fertigungsschritt bei der Herstellung eines derartigen Zweilagen-Displays,
FIG.4 eine weitere, besonders bevorzugte Variante eines gemäß FIG. 3 hergestellten Zweilagen-Displays mitsamt zugehöriger elektronischer Ansteu- erungseinheit,
FIG. 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Zweilagen-Displays,
FIG. 6 eine illustrative Skizze zu möglichen Blickwinkelbereichen bei Flüssigkristallbildschirmen, und
FIG. 7 eine Prinzipskizze betreffend die Korrektur von vom Betrachtungswinkel und anderen Einflüssen abhängigen Bildartefakten bei einem Flüssigkristallbildschirm.
In FIG. 1 ist eine auch als Doppelschicht-Display oder Zweilagen-Display oder Zweiebenen-Display bezeichnete zweischichtige bzw. zweilagige Bildanzeigevor- richtung 2 bekannter Bauart schematisch im Schnitt dargestellt, die einen hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 (engl. Liquid Crystal Display, kurz LCD) mit rechteckför- miger Bildfläche und einen gleichartig ausgerichteten vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 mit ebenfalls rechteckförmiger, im Wesentlichen gleiche Abmessungen aufweisender Bildfläche umfasst, die derart hintereinander angeordnet sind, dass das vom hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 erzeugte Bild durch den vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 hindurch scheint und so insgesamt beim Betrachter 8 den Eindruck einer zwei Bildebenen umfassenden 3D-Darstellung mit echtem Parallaxeneffekt zwischen Hintergrundbild und Vordergrundbild erzeugt.
Für die folgende Beschreibung wird vereinfachend angenommen, dass die beiden Flüssigkristallbildschirme 4, 6 jeweils aufrecht stehend auf einer horizontalen Grundfläche hintereinander angeordnet sind, wobei die jeweilige Bildfläche die Form eines Rechtecks besitzt, dessen im Allgemeinen längere Kante parallel zur Grundfläche, sprich horizontal und dessen kürzere Kante senkrecht dazu, sprich vertikal ausgerichtet ist, und dass der Betrachter im Wesentlichen in horizontaler Richtung von vorne auf den vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 schaut (Bilddarstellung im Querformat ähnlich wie bei einem Fernsehgerät in üblicher Aufstellung). Demgemäß bedeuteten die Angaben„horizontal verlaufend" und„vertikal verlau- fend" eine Ausrichtung parallel zur längeren Außenkante (Rand) und parallel zur kürzeren Kante der Bildfläche. In diesem Sinne sind die Angaben auch zu verstehen, wenn die Bildanzeigevorrichtung 2 in anderer Weise im Raum aufgestellt wird, was selbstverständlich möglich und für gewisse Anwendungen möglicherweise sogar sinnvoll ist.
Der hintere Flüssigkristallbildschirm 4 ist als Farbbildschirm konzipiert und in konventioneller Weise nach Art einer Matrix bzw. eines Arrays von einzeln elektrisch ansteuerbaren Flüssigkristallzellen, beispielsweise vom Typ TN-Zelle (TN = Twisted Nematic), aufgebaut. Zur zeichnerischen Vereinfachung ist hier nur eine einzelne Zelle vom Typ TN dargestellt. Jede einzelne Zelle umfasst in diesem Fall einen zwi- sehen einem hinteren Polarisationsfilter 10 (kurz: Polarisator) und einem vorderen Polarisationsfilter 12 (kurz: Analysator) angeordneten Flüssigkristall 14, dessen Flüssigkristallmoleküle im spannungsfreien Zustand eine kontinuierliche Verschraubung (engl. Twist) von etwa 90° ausbilden. Die Polarisationsfilter 10 und 12 können als flache Folien ausgebildet sein, die nicht nur eine einzelne Zelle, sondern das gesamte Array der Flüssigkristalle 14 überdecken.
Es sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass die TN-Zelle hier nur für eine besonders einfache und anschauliche Beschreibung herangezogen wird, und dass die weiter unten beschriebenen Varianten der Erfindung auch mit anderen Zelltypen realisiert werden können.
Die Polarisationsebenen der beiden Polarisationsfilter 10 und 12 sind entsprechend um 90° gegeneinander verdreht, so dass im spannungsfreien Zustand das von der Lichtquelle 16 nach Art einer Hintergrundbeleuchtung ausgestrahlte und beim
Durchtritt durch den hinteren Polarisationsfilter 10 linear polarisierte Licht den Flüssigkristall 14 unter Drehung der Polarisationsrichtung durchquert und anschließend ungehindert durch den vorderen Polarisationsfilter 12 tritt. Beispielsweise ist die Polarisationsebene des hinteren Polarisationsfilters 10 vertikal (v) ausgerichtet und die Polarisationsebene des vorderen Polarisationsfilters 12 horizontal (h). Durch Anlegen einer elektrischen Spannung U an die transparenten Elektroden 18 der Zelle richten sich die Flüssigkristallmoleküle der hier beispielhaft gewählten TN-Zelle zunehmend parallel zum elektrischen Feld aus, und es erfolgt eine zunehmende Absorption des Lichts im vorderen Polarisationsfilter 12. Damit nimmt die optische Transparenz der Zelle mit zunehmender Spannung U kontinuierlich ab; die Zelle wird also mit zunehmender Spannung dunkler (Normally White Mode).
Alternativ könnte natürlich auch das umgekehrte Funktionsprinzip verwirklicht sein. Üblicherweise ordnet man dabei die Polarisationsfilter parallel zueinander an; dann ist die Zelle ohne Spannung dunkel und wird erst mit zunehmender Spannung transparent (Normally Black Mode).
Durch einzeln ansteuerbare Subpixel, die mit entsprechenden Farbfiltern - etwa in den Grundfarben Rot, Grün, Blau - versehen sind, wird in üblicher Weise eine Farbdarstellung ermöglicht.
Bei der Bildanzeigevorrichtung 2 gemäß FIG. 1 ist der vordere Flüssigkristallbildschirm 6 gleich aufgebaut wie der hintere Flüssigkristallbildschirm 4, besitzt also ebenfalls einen hinteren Polarisationsfilter 20, einen vorderen Polarisationsfilter 22 und ein dazwischen liegendes Array von Flüssigkristallen 24 mit transparenten E- lektroden 28, die mit der jeweils für jedes Subpixel getrennt steuerbaren Zellenspannung V beaufschlagt werden können. Die Polarisationsebenen der Polarisationsfilter 20 und 22 entsprechen denjenigen der Polarisationsfilter 10 und 12 beim hinteren Flüssigkristallbildschirm 4. Durch einen zwischen dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 und dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 angeordneten, als dünne Folie ausgestalteten Depolarisationsfilter 26, der einfallendes polarisiertes Licht in unpolarisiertes Licht umwandelt, wird der vordere Flüssigkristallbildschirm 6 - ebenso wie der direkt von der Lichtquelle 16 beleuchtete hintere Flüssigkristall- bildschirm 4 - mit unpolarisiertem Licht beleuchtet. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass problemlos handelsübliche Flüssigkristallbildschirme 4 und 6 ohne jegliche Modifikation eingesetzt werden könnten. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass durch die optisch hintereinander angeordneten Polarisationsfilter 12 und 20 und den dazwischen liegenden Depolarisationsfilter 26 vergleichsweise viel Licht absor- biert wird, mithin die die Bildanzeigevorrichtung 2 für den Betrachter ziemlich lichtschwach ist. Versucht man dies durch eine Lichtquelle 1 6 mit entsprechend hoher Leuchtkraft zu kompensieren, so führt dies zu starker Wärmebelastung der einzelnen optischen Komponenten und damit auch zu einer relativ geringen Lebensdauer der Bildanzeigevorrichtung 2. Die genannten Nachteile gelten auch dann, wenn anstelle einer ausdrücklich als Depolarisationsfilter 26 vorgesehenen oder ausgelegten optischen Komponente ein optischer Diffusor, etwa eine optisch diffusive Folie, zwischen den beiden Flüssigkristallbildschirmen angeordnet ist, die zwangsläufig und technisch/physikalisch unvermeidbar eine Depolarisationswirkung besitzt.
Zur Vermeidung derartiger Nachteile ist bei der Bildanzeigevorrichtung gemäß FIG. 2 der vordere Flüssigkristallbildschirm 6 ein Farbbildschirm von grundsätzlich gleicher Bauart wie der hintere Flüssigkristallbildschirm 4, jedoch mit dem Unterschied, dass kein hinterer Polarisationsfilter und auch kein Depolarisationsfilter vorgesehen ist. Es kann sich insbesondere um einen zum hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 baugleichen Flüssigkristallbildschirm 6 handeln, bei dem der hintere Polarisationsfilter entfernt wurde. Die Ausrichtung der Zeilen und Spalten von Flüssigkristallzellen und die spannungslose Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Flüssigkristall 24 zwischen den Substratplatten der jeweiligen Zelle sind demnach grundsätzlich gleich gewählt wie beim hinteren Flüssigkristallbildschirm 4, der analog zu demjenigen gemäß FIG. 1 aufgebaut ist. Die Ausrichtung des vorderen Polarisationsfilters 22 ist hierbei bezüglich seiner Polarisationsebene um 90° zum vorderen Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 verdreht, hier im Beispiel also vertikal (v) gewählt. Dies bedeutet, dass das aus dem vorderen Polarisationsfilter 12 im hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 austretende Licht bereits polarisiert ist - hier im Beispiel mit horizontaler (h) Polarisationsebene - und in diesem Zustand direkt in den jeweiligen Flüssigkristall 24 des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 eintritt, ohne zuvor nochmals einen Polarisationsfilter und/oder Depolarisationsfilter durch- laufen zu müssen. Das in den Flüssigkristall 24 des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 eintretende polarisierte Licht wird dort in Bezug auf seine Polarisationsrichtung entsprechend der an der Zelle anliegenden Spannung V weitergedreht, und sein in Durchlassrichtung befindlicher Polarisationsanteil verlässt den vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 durch den als Analysator wirksamen vorderen Polarisationsfil- ter 22 in Richtung zum Betrachter 8. Um bei gleicher Einbaulage von vorderem Flüssigkristallbildschirm 6 und hinterem Flüssigkristallbildschirm 4 eine nicht invertierte oder farblich verzerrte Bilddarstellung zu erhalten, ist also die Polarisationsebene des vorderen Polarisationsfilters 22 des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 um 90° zum vorderen Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 verdreht angeordnet. Dies könnte bei handelsüblichen, baugleichen Flüssigkristallbildschirmen, die als montagefertige und betriebsbereite Einheiten erhältlich sind, beispielsweise dadurch geschehen, dass der ursprünglich in„falscher" Ausrichtung angebrachte vordere Polarisationsfilter 22 von der Matrix der Flüssigkristalle 24 des vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 abgelöst wird und anschließend ein Polarisationsfilter von passender Abmessung und mit um 90° verdrehter Polarisationsebene wieder aufgebracht wird. Dies wäre allerdings relativ aufwendig, zumal auch noch - wie oben beschrieben - der hintere Polarisationsfilter entfernt werden müsste.
Zur Vereinfachung des Aufbaus kommt daher das in FIG. 3 illustrierte Herstellungsverfahren zum Einsatz: In einem ersten Schritt werden zwei im Wesentlichen baugleiche, handelsübliche Flüssigkristallbildschirme 4 und 6 mit im Allgemeinen rechteckförmiger Bildfläche und mit identischer Konfiguration von Polarisationsfil- tern 10, 12 und 20, 22 sowie Flüssigkristallen 14, 24 bereitgestellt. Jeder der beiden Flüssigkristallbildschirme 4 und 6 weist also einen hinteren, sprich rückseitigen Polarisationsfilter 10 bzw. 20 mit zum Beispiel vertikaler (v) Polarisationsebene und einen vorderen, sprich frontseitigen Polarisationsfilter 12 bzw. 22 mit um 90° gedrehter, hier im Beispiel also horizontaler (h) Polarisationsebene auf, zwischen de- nen jeweils eine Matrix von Flüssigkristallen 14 bzw. 24 angeordnet ist, die in gleichartiger Weise über eine jeweils zugehörige Schnittstelle 30 bzw. 32 angesteuert werden bzw. mit einem zugehörigen Bildrechner verbindbar sind. Jede der beiden Schnittstellen 30 und 32 ist also für eine Bilddarstellung ausgelegt, bei der die Beleuchtung des Flüssigkristallbildschirms 4 bzw. 6 von der Rückseite 34 bzw. 36 erfolgt und das erzeugte Bild von der Vorderseite 38 bzw. 40 betrachtet wird. Der in der zu fertigenden Bildanzeigevorrichtung 2 vordere Flüssigkristallbildschirm 6 wird nun in einem zweiten Schritt derart ausgerichtet, dass der hintere Polarisationsfilter 20 zum vorderen Polarisationsfilter 22' wird und umgekehrt der vordere Polarisationsfilter 22 zum hinteren Polarisationsfilter 20' wird (vgl. FIG. 4). Gegenüber der in FIG. 3 dargestellten Ausrichtung wird der komplette vordere Flüssigkristallbildschirm 6 also beispielsweise um 180° um seine vertikale Achse A gedreht. Alternativ könnte auch eine 180°-Drehung um die horizontale Achse B erfolgen. Damit besitzt der nunmehr vordere Polarisationsfilter 22' des vorderen Flüssigkeits- bildschirms 6 die gleiche, hier im Beispiel vertikale (v) Polarisationsebene wie der hintere Polarisationsfilter 10 des hinteren Flüssigkeitsbildschirms 4, während der nunmehr hintere Polarisationsfilter 20' des vorderen Flüssigkeitsbildschirms 6 die gleiche, hier im Beispiel horizontale (h) Polarisationsebene wie der ihm unmittelbar gegenüberliegende vordere Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkeitsbild- schirms 4 besitzt. Insgesamt ergibt sich die in FIG. 4 dargestellte Konfiguration.
Die beiden genannten Schritte können natürlich in einem einzigen Durchgang verwirklicht werden; die hier vorgenommene gedankliche Unterteilung ist insofern von rein illustrativer Natur.
Anschließend oder auch schon vorher könnte der nunmehr hintere, hier im Beispiel mit horizontaler Polarisationsebene ausgestattete Polarisationsfilter 20' des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 entfernt werden, so dass sich - abgesehen von der Polarität der Elektroden 28 - unmittelbar die aus FIG. 2 bekannte Konfiguration ergibt. Andererseits ist dies nicht notwendig, da das auf den Polarisationsfilter 20' fallende Licht durch den gleich ausgerichteten vorgeschalteten Polarisationsfilter 12 bereits geeignet in Durchgangsrichtung ausgerichtet bzw. polarisiert ist und daher seine Intensität beim Durchqueren des Polarisationsfilters 20' praktisch nicht weiter geschwächt wird. Man könnte insofern - funktionell gesehen - die beiden Polarisati- onsfilter 12 und 20' auch als einen einzigen Polarisationsfilter betrachten. In ferti- gungstechnischer Hinsicht ist es natürlich von Vorteil, wenn der Polarisationsfilter 20' nicht entfernt wird, da der Aufbau der Bildanzeigevorrichtung 2 dann unter alleinigem Rückgriff auf unmodifizierte, handelsübliche Displays erfolgen kann. Alternativ kann er bei Bedarf dennoch entfernt werden (oder von vornherein nicht vorhanden sein), um die beim Filterdurchgang in der Realität unvermeidlichen Transmissionsverluste und Abbildungsartefakte, die selbst bei„passender" Ausrichtung in Bezug auf die Polarisationsebene des ankommenden Lichts auftreten, zu minimieren. Allerdings sind nun durch das Vertauschen von Vorderseite und Rückseite die Positionen der jeweiligen Bildinformationen auf dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 relativ zur Position auf dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 gespiegelt, da der vordere Flüssigkristallbildschirm 6 ja eigentlich dafür vorgesehen und ansteuerseitig dafür ausgelegt ist, von der ursprünglichen vorderen Seite 40 gemäß FIG. 3 betrach- tet zu werden, die jetzt jedoch gemäß FIG. 4 zur rückwärtigen Seite geworden ist. Die Bildinformationen müssen daher mittels geeigneter Ansteuerelektronik ebenfalls gespiegelt dargestellt werden, um eine entsprechende unverfälschte Darstellung zu erhalten. Dies wird durch eine elektronische Spiegelungseinheit 42 erreicht, die als spezialisierte Hardware, ggf. aber auch in Form von auf einem Universal- oder Spe- zialrechner ablaufender Software implementiert sein kann, und die eine Spiegelung des darzustellenden Bildinhaltes des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 je nach dessen Einbaulage entweder an der vertikalen oder an der horizontalen Bildmittellinie 44 vornimmt (d.h. Achsspiegelung an der Mittelsenkrechten auf der entsprechenden äußeren Bildkante). Die Spiegelungseinheit 42 kann dazu beispielsweise Bestandteil eines separaten Bildrechners oder eines Vorschaltmoduls sein, welcher / welches über die handelsübliche, nicht modifizierte Schnittstelle 32 datenseitig mit dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 verbunden ist. Alternativ könnte natürlich auch eine der Schnittstelle 32 nachgeschaltete, in den Flüssigkristallbildschirm 6 integrierte Ansteuerelektronik mit entsprechender Spiegelungsroutine angesprochen werden, sofern bereits werksseitig vorhanden. Bei der Ausführungsvariante gemäß FIG. 4 ist beispielsweise ein gemeinsamer Bildrechner 46 vorgesehen, der sowohl das auf dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 darzustellende Hintergrundbild 48 (hier etwa eine Gebirgslandschaft) als auch das auf dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 darzustellende Vordergrundgrundbild 50 (hier etwa ein Flugzeug) pixelgenau berechnet. Zu diesem Zweck können natürlich auch zwei getrennte Bildrechner vorgesehen sein. Während das Hintergrundbild 48 direkt, sprich lagerichtig der Schnittstelle 30 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 zugeführt und auf diesem ohne Änderung der Darstellung angezeigt wird, wird das Vordergrundbild 50 zuvor in der Spiegelungseinheit 42 an der vertikalen Bildmittellinie 44, alternativ an der horizontalen Bildmittellinie (entsprechend der vertikalen oder horizontalen Bildschirmmittellinie des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6) gespiegelt, um im Ergebnis die für den Betrachter 8 gewünschte unverfälschte, lagerichtige Darstellung beider Bildebenen zu ermöglichen.
Die Spiegelungseinheit 42 kann Bestandteil der verkaufsfertig montierten Bildanzeigevorrichtung 2 sein, welche vom Benutzer dann über die Standard-Schnittstelle 30 und die um die Spiegelungsfunktion erweiterte Schnittstelle 52 angesprochen wird. Der beschriebene Aufbau lässt sich auf mehr als zwei Lagen von Flüssigkristallbildschirmen verallgemeinern, indem ausgehend von dem in FIG. 4 dargestellten Grundaufbau sukzessive vor dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6, also in Richtung zum Betrachter 8 hin, weitere Flüssigkristallbildschirme passend ausgerichtet und montiert werden. Eine dritter, vor dem in FIG. 4 vorderen Flüssigkristallbild- schirm 6 zu montierender Flüssigkristallbildschirm wäre dann beispielsweise wieder so auszurichten wie der hintere Flüssigkristallbildschirm 4, so dass für diese dritte Lage bzw. Bildebene keine Bildspiegelung notwendig wäre. Für eine vierte Lage wäre sie wiederum notwendig etc. Das Grundprinzip einer derartigen Mehrlagen- Bildanzeigevorrichtung (Multilayer-Display) besteht also darin, dass die einander zugewandten Polarisationsfilter unmittelbar aufeinander folgender Flüssigkristall- bildschirme in Bezug auf ihre Polarisationsebene gleichartig ausgerichtet werden, und dass die Polarisationsebenen der auf der jeweils anderen Seite liegenden Polarisationsfilter demgegenüber um 90° verdreht sind. Für die zweite, vierte usw. Bildebene ist dann jeweils eine Bildspieglung der oben beschriebenen Art notwendig, während sie bei der ersten, dritten usw. Bildebene entfällt.
Die bisherige Beschreibung hat sich zwar beispielhaft auf Flüssigkristallbildschirme vom Typ„Normaiiy White" mit entsprechender Konfiguration und Ausrichtung von Flüssigkristallen und Polarisationsfiltern bezogen. Die beschriebenen Prinzipien las- sen sich sinngemäß aber auch auf andere Konfigurationen übertragen, etwa wenn Fiüssigkristallbildschirme vom Typ„Normaiiy Black" zum Einsatz kommen. Generell kann dann ein Bildrechner der beschriebenen Art verwendet werden, um bei gegenüber der ansteuerseitigen Auslegung„falscher" Einbaulage eines Flüssigkristallbildschirms eine Invertierung bzw. Spiegelung des Bildinhaltes und damit im Ergebnis eine unverfälschte und lagerichtige Bildwiedergabe zu erreichen.
Bei dem hier verwirklichten Konzept eines Mehrlagen-Displays ist zu beachten, dass ein mit einem bestimmten Farbfilter versehenes Subpixel des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 in überwiegend diffuser Weise durch den gesamten hinteren Flüs- sigkristallbildschirm 4 beleuchtet wird, also von jedem Subpixel des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 Beleuchtungsbeiträge erhält, die entsprechend dem geometrischen Strahlenverlauf mehr oder weniger stark abgeschwächt sind. Durch die unterschiedlich starke Dispersion der unter verschiedenen Winkeln auf das jeweilige Subpixel des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 auftreffenden Lichtstrahlen ist im Normalfall sichergestellt, dass dort hinreichend„weißes" Licht mit der gewünschten Spektralkomponente ankommt, selbst wenn auf dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 ein überwiegend einheitliches Hintergrundbild einer bestimmten Grundfarbe dargestellt wird. Derartige Effekte lassen sich in vergleichsweise einfacher Weise physikalisch modellieren und bei der Farbansteuerung der beiden Bildschirme berücksichtigen: Insbesondere können dabei auf dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 dargestellte Objekte oder Strukturen gewissermaßen in Falschfarbendarstellung oder Negativdar- Stellung wiedergegeben werden, die für den Betrachter 8 durch eine komplementäre Grundfärbung des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 kompensiert wird. Für eine derartige Optimierung, bei der beispielsweise eine besonders große Gesamthelligkeit oder ein möglichst hoher Kontrast für eine oder beide Bildebenen angestrebt sein kann, kann wiederum ein geeignet konfigurierter Bildrechner oder dergleichen vorgesehen sein.
Gleichwohl ist es sinnvoll, durch weiter unten beschriebene Zusatzmaßnahmen die spektrale Mischung des am vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 ankommenden Lichtes zu verbessern.
Im Zusammenspiel von zwei oder mehr Pixel- oder Bildpunkt-orientierten Flüssigkristallbildschirmen 4 und 6 kann es durch die geometrische Pixel- oder Rasterstruktur zu optischen Artefakten und Verzerrungen wie Moire oder ähnlichem kommen. Da sich diese Artefakte hier in und mit vorpolarisiertem Licht ausbilden, können die Auswirkungen dieser Erscheinungen einfacher reduziert oder unterdrückt werden, als wenn sich diese mit unpolarisierten Licht ausbilden würden. Die genannten Erscheinungen stellen optisch maßgeblich räumlich und/oder flächig verteilte Intensitätsmuster oder spektral aufgefächerte Brechungs- und/oder Beugungsmuster dar. Diese Erscheinungen addieren sich normalerweise zu der gewünschten optischen Darstellung hinzu und verfälschen diese. Da sie sich hier aber in und/oder mit polarisiertem Licht entwickeln und im weiteren optischen Pfad auch wieder nur polarisiertes Licht bestimmter Schwingungsebenen genutzt werden kann, und dieses weiter zu nutzende Licht eine möglichst vollständige spektrale Zusammensetzung zur Darstellung aller Farben haben und zudem möglichst wenig Licht im gesamten opti- sehen Pfad verloren gehen soll, ist es vorteilhaft, die aufgeführten Erscheinungen dergestalt zu behandeln, dass die Auswirkungen der räumlich und/oder flächig verteilten Färb- und Intensitätsmuster in geeigneter Weise kombiniert, summiert und dann selektiv sortiert werden. Dies geschieht durch den Einsatz eines aktiven, reflektiven Polarisators 60 zwischen dem hinteren Flüssigkristallbildschirm 4 und dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6, wie in FIG. 5 beispielhaft dargestellt. Ein derartiger aktiver, reflektiver (nicht absorbierender) Polarisator ist beispielsweise bekannt aus dem US-Patent 5 422 756, dessen Offenbarungsgehalt hiermit zum Bestandteil dieser Unterlagen erklärt wird. Alternativ oder zusätzlich können durch geeignete Ausbildung und Materialwahl für die optischen Grenzflächen der beiden hintereinander angeordneten Flüssigkristallbildschirme 4, 6 ähnlich vorteilhafte, auf Mehrfachreflektionen von Lichtstrahlen im Brewster-Winkel relativ zur Grenzschicht beruhende Effekte erzielt werden, wie nachfolgend für die reflektiven Polarisatoren vom kompakten Folientyp beschrieben.
Der Aufbau dieser aktiven, reflektiven Polarisatoren 60 bewirkt, dass nur Licht in der vorgegebenen Polarisationsrichtung relativ zum vorderen Polarisationsfilter 22 des Flüssigkristallbildschirms 6, abhängig vom verwendeten Darstellungsmodus„Nor- mally Black Mode" oder„Normally White Mode" weitergeleitet werden kann. Für den„Normally Black Mode" haben vorzugsweise beide, der aktive reflektive Polarisator 60 und der vordere Polarisationsfilter 22 des Flüssigkeitsbildschirms 6 die gleiche Polarisationsausrichtung. Für den„Normally White Mode" haben zweckmäßigerweise beide eine ungleiche, typischerweise um 90 Grad verdrehte Polarisationsausrichtung. Der Aufbau des eingesetzten aktiven, reflektiven Polarisators 60 lässt zunächst Licht der durch die entsprechende Positionierung dieses Bauteils vorgegebenen Polarisationsebene passieren und reflektiert gleichzeitig in verschiedenen Lagen dieses Bauteils Licht, das die vorgegebene Polarisationsebene nicht direkt passieren kann, zurück. Die Rückreflektion erfolgt je nach gegebener bereits existierender Polarisation an verschieden Grenzschichten innerhalb des eingesetzten akti- ven, reflektiven Polarisators 60. Zusätzlich erhält jeder reflektierte Lichtanteil, ab- hängig davon auf welcher Ebene er reflektiert wurde, zusätzlich eine weitere inkre- mentelle optische Drehung der Polarisationsebene je durchlaufener Ebene.
Daraus ergeben sich folgende Effekte:
Durch die vielfache Rückreflektion„unpassend" polarisierten Lichtes an verschiedenen Schichten im Volumen des aktiven, reflektiven Polarisators 60 mit entsprechender Dispersion und Diffusion an diesen Grenzflächen und der damit verbundene Verteilung in unterschiedliche Raumwinkel und wieder zurück in den Zwischen- räum zwischen hinterem Flüssigkristallbildschirm 4 und vorderem Fiüssigkristall- bildschirm 6 und der dortigen Kombination und Aufsummierung aller Anteile, bevor dieses Licht dann einen nächsten„Anlauf" durch den aktiven, reflektiven Polarisator 60 nimmt, wird eine Homogenisierung der oben beschriebenen optischen Erscheinungen und eine Eliminierung oder zumindest Reduzierung der räumlich und/oder flächig verteilten Intensitätsmuster und/oder spektral aufgefächerten Brechungsund/oder Beugungsmuster erreicht.
Durch die beschriebenen Vielfach-Rückreflektionen samt der damit zwingend verbundenen Dispersion und Diffusion ergibt sich für die Betrachtung des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 eine deutliche verbesserte Hinterleuchtung und in Bezug auf die lokale spektrale Verteilung eine bessere spektrale Vollständigkeit, das heißt „gemischteres" und damit„weißeres" Licht. Des Weiteren ergibt sich eine höhere lokale Helligkeit und damit eine höhere Gesamthelligkeit und bessere Farbdarstellung auf der Oberfläche des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6, denn letzten En- des erhält jedes Subpixel des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 von jedem Subpi- xel des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 Beleuchtungsbeiträge, die entsprechend dem geometrischen Strahlenverlauf mehr oder weniger stark ausgeprägt sind.
Das oben beschriebene Konzept ist beispielhaft in FIG. 5 veranschaulicht: Der akti- ve, reflektive Polarisator 60 ist im optischen Pfad zwischen dem hinteren Flüssigkris- tallbildschirm 4 und dem vorderen Flüssigkristallbildschirm 6 angeordnet. Der hintere Flüssigkristallbildschirm 4 besitzt einen hinteren Polarisationsfilter 10 und einen vorderen Polarisationsfilter 12. Der vordere Flüssigkristallbildschirm 6 besitzt ggf. einen hinteren Polarisationsfilter 20, der aber auch entfernt bzw. von vornherein nicht vorhanden sein kann und daher in FIG. 5 gestrichelt gezeichnet ist, und einen vorderen Polarisationsfilter 22. Die Spannungsversorgung der den Flüssigkristallen 14 und 24 zugeordneten Elektroden ist hier zur Vereinfachung nicht eingezeichnet. Der vordere Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4, der aktive Polarisator 60 und ggf. der hintere Polarisationsfilter 20 des vorderen Flüssigkristall- bildschirms 6 sind bezüglich ihrer Polarisationsebenen derart aufeinander abgestimmt, das heißt in der Regel gleich ausgerichtet, dass von hinten auf den vorderen Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 auftreffendes, polarisationsmäßig in Durchlassausrichtung befindliches und den Polarisationsfilter 12 somit ohne wesentliche Schwächung passierendes Licht auch den nachfolgenden ak- tiven, reflektiven Polarisator 60 und ggf. den hinteren Polarisationsfilter 20 des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 ohne wesentliche Schwächung passieren kann.
Zum Verständnis der oben beschriebenen Effekte und Vorteile des aktiven, reflektiven Polarisators 60 ist dabei allerdings zu beachten, dass in der Realität kein Polari- sationsfilter ideale optische Eigenschaften hat. Vielmehr hat je nach Güte des jeweiligen Polarisationsfilters ein mehr oder weniger großer Anteil des ihn verlassenden Lichtes eine von der gewünschten (Vorzugs-) Polarisationsebene mehr oder weniger stark abweichende Polarisationsebene. Das heißt insbesondere, dass den vorderen Polarisationsfilter 12 des hinteren Flüssigkristallbildschirms 4 verlassendes Licht in der Praxis durchaus nennenswerte Anteile aufweist, deren Polarisationsebene gegenüber der eigentlich eingestellten Polarisationsebene mehr oder weniger stark verdreht ist. Gerade diese im Normalfall eigentlich unerwünschten und letztlich verworfenen Anteile sind es, die in der oben beschriebenen Weise mit Hilfe des aktiven, reflektiven Polarisators 60 in nutzbares Licht für die Hinterleuchtung des vorderen Flüssigkristallbildschirms 6 umgewandelt werden. In einer nicht dargestellten Abwandlung von FIG. 5 können zusätzlich oder alternativ zu dem zwischen den Flüssigkristallbildschirmen 4 und 6 angeordneten aktiven, reflektiven Polarisator 60 einer oder mehrere der normalerweise herkömmlichen Polarisationsfilter 10, 12, 20, 22 als aktive, reflektive Polarisatoren der zuvor beschriebenen Art ausgestaltet sein.
Ein weiterer Aspekt, der darauf abzielt, käufliche Standardkomponenten zur Herstellung eines hochwertigen Mehrlagen-Displays nutzbar zu machen, und der sich mit den zuvor erläuterten Aspekten kombinieren lässt, wird nachfolgend beschrieben:
Bedingt durch typische Anwendung käuflicher Flüssigkristallbildschirme beispielsweise als Anzeigegeräte portabler Computer wie Notebooks und Netbooks sind diese Flüssigkristallbildschirme in ihrer Zellenspannung-Transmission-Kennlinie
(Gamma-Kennlinie) so angepasst, dass der beste Kontrast mit geringster Farbverschiebung nicht als Winkelhalbierende des nutzbaren Blickwinkelbereiches orthogonal zentrisch zur Display-Oberfläche ausgerichtet ist. Vielmehr ist bedingt durch die Vorzugs-Betrachtungsrichtung von schräg unten die Gamma-Kennlinie entsprechend verschoben eingestellt.
Der geometrische Sachverhalt ist in FIG. 6 veranschaulicht. In der linken Bildhälfte ist ein symmetrisch ausgelegtes LCD-Display 70 dargestellt. Eine zufriedenstellende Bildqualität wird bei Betrachtung mit einem Blickwinkel innerhalb des markierten Bereiches erreicht. Außerhalb dieses Bereiches machen sich Farbverschiebungen, reduzierter Kontrast und reduzierte Helligkeit stark störend bemerkbar. Der beste Blickwinkel ergibt sich bei Betrachtung in Richtung der Winkelhalbierenden des definierten Winkelbereiches, sprich in Richtung senkrecht zur (ebenen) Bildschirmoberfläche. Bei den üblicherweise zur Verwendung in Notebooks vorgesehenen, aufgrund der Fertigung in besonders großen Stückzahlen vergleichsweise kosten- günstig verfügbaren LDC-Displays ist der beste Blickwinkel hingegen in einem Win- kel von beispielsweise 20 bis 50 Grad gegenüber der Orthogonalen geneigt, was in der rechten Bildhälfte dargestellt ist. Dies wird wie bereits erwähnt unter anderem durch eine gegenüber der symmetrischen Auslegung verschobene Gamma- Kennlinie, die in der Ansteuerungshardware implementiert ist, erreicht.
Für die Anwendung in 3D-tauglichen Mehrlagen-Displays ist diese verschobene Gamma-Kennlinie aber extrem störend, da durch die unterschiedlichen Positionen, Polarisationsebenen und vom Blickwinkel abhängigen Transfer-Funktionen in den beteiligten Flüssigkristallzellen, Polarisatoren und den sich in Summe ausbildenden maximal verfügbaren bzw. nutzbaren Blickwinkeln die Funktionalität in Bezug auf Kontrast, Farbdarstellung, optische Artefakte und Gesamthelligkeit das Gesamtsystem damit massiv eingeschränkt wird.
Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die resultierende Gamma- Kennlinie wieder so einzustellen, dass die für die ursprüngliche Funktion in Notebooks benötigte Verschiebung kompensiert oder rückgängig gemacht wird. Dies ist prinzipiell über zumindest zwei Wege erreichbar: Nämlich erstens über eine Modifikation der einzelnen verwendeten Flüssigkristallbildschirme individuell, was entsprechend aufwendig und kosten intensiv ist. Oder zweitens mittels einer geeigneten Manipulation der Display-Ansteuerungsdaten - ähnlich einer gesteuerten Vorverzerrung, die man aus der Audiodaten-Übertragung kennt, um Übertragungskennlinien zu egalisieren - ohne individuelle Modifikation der einzelnen verwendeten Flüssigkristallbildschirme. Da die verwendeten Flüssigkristallbildschirme digitale Baugruppen sind, deren Anzeige-Informationen mittels zeit-sequenzieller Datenströme zuge- führt werden, die dann nacheinander jeden einzelnen Bildpunkt steuern, lässt sich damit auch eine Bildpunkt-genaue Manipulation der Anzeigedaten darstellen und damit auch eine Bildpunkt-genau zugeordnete Korrektur der Gamma-Kennlinie durchführen. Damit lässt sich nicht nur die Korrektur der Gamma-Kennlinie realisieren, sondern auch eine Kompensation aller im optischen Pfad befindlichen Kompo- nenten - wie etwa die Polarisatoren - und der durch sie hervorgerufenen optischen Artefakte bewerkstelligen oder zumindest deutlich vereinfachen. Diese hier beschriebene Korrektur ist besonders für Mehrlagen-Displays mit mehr als zwei Ebenen und den Einsatz oben genannter frei verfügbarer, kostengünstiger Notebook- Flüssigkristallbildschirme vorteilhaft, um akzeptable optische Ergebnisse erzielen zu können.
Der Sachverhalt ist in FIG. 7 veranschaulicht: In der oberen Bildhälfte ist ein LCD- Display 70 dargestellt, das über eine Schnittstelle 72 mit einem zugehörigen Bildrechner 74 verbunden ist und von diesem angesteuert wird. Ein in dem Bildrechner 74 in digitaler Form gespeichertes Ursprungsbild S wird auf dem LCD-Display 70 derart angezeigt, dass ein Betrachter 8 bei Betrachtung der Display-Oberfläche unter einem Neigungswinkel gegenüber der Orthogonalen ein im Hinblick auf seine physiologische Wahrnehmung optimiertes Abbild f(S) sieht. Bei Betrachtung in Richtung der Orthogonalen hingegen nimmt der Betrachter gewissermaßen ein hinsicht- lieh Farbe, Helligkeit, Kontrast und ggf. weiterer optischer Parameter„verzerrtes" Abbild f*(S) wahr. Um diesen störenden Einfluss zu eliminieren und eine unverfälschte Betrachtung aus senkrechter Richtung zu ermöglichen, ist bei der in der unteren Bildhälfte dargestellten Erweiterung der Bildrechner 74 mit einem Korrekturmodul 76 ausgestattet, welches das Ursprungsbild S zunächst unter Anwendung einer geeigneten Abbildungsvorschrift auf ein Bild g(S) abbildet, das dann über die Schnittstelle 72 dem LCD-Display zur Anzeige zugeführt wird. Die Abbildungsvorschrift S - *g(S) ist derart beschaffen, dass das vom Betrachter 8 bei Betrachtung aus senkrechter Blickrichtung wahrgenommene Bild f*(g(S)) hinsichtlich Farbe, Helligkeit und Kontrast möglichst gut mit dem ursprünglich - ohne Einbeziehung des Kor- rekturmoduls 76 - unter dem Blickwinkel α sichtbaren Abbild f(S) übereinstimmt, das heißt f*(g(S)) = f(S).
Damit wird quasi durch geeignete„Vorverzerrung" bei der elektronischen Bildaufbereitung der späteren„Verzerrung" bei der Bildwiedergabe entgegengewirkt. Die dazu notwendige, vom Neigungswinkel α abhängige Abbildungsvorschrift S—► g(S) kann beispielsweise durch Bestimmung und Invertierung der Funktion f(S) und/oder f*(S) und ggf. weiterer funktionaler Zusammenhänge erhalten werden. Dies kann beispielsweise unter Zuhilfenahme physikalisch-mathematischer Modelle näherungsweise analytisch oder auch empirisch durch Vergleich entsprechender Mess- daten bei unterschiedlichen Neigungswinkeln α erfolgen. Darüber hinaus lassen sich auf diese Weise, wie oben bereits erwähnt, auch andere Bildartefakte, die auf die verschiedenen Komponenten im optischen Pfad (etwa die Polarisationsfilter) zurückgehen, kompensieren. Die zur Vorverzerrung oder allgemeiner Vorbearbeitung eingesetzte Abbildungsvorschrift kann dabei in dem Korrekturmodul 76 in üb- licher Weise nach Art eines lokalen oder globalen digitalen Filters bzw. als Verknüpfung mehrerer solcher Filter implementiert sein. Vorteilhafterweise wird diese Technik für jeden der hintereinander angeordneten Flüssigkristallbildschirme eines Mehrlagen-Displays angewendet. Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung betreffen die Verwendung von selbstleuchtenden, emissiven Bildschirmen in Mehrlagen-Konfigurationen, unter anderem in Kombination mit den bislang beschriebenen rein transmissiven Bildschirmen, z. B. vom Typ LCD. Eine spezielle Ausführungsform und Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung richtet sich in diesem Zusammenhang auf die Verwendung von O- LEDs (Organic Light Emitting Diode) in Bildschirmen zur Verbesserung des SD- Effekts.
Eine Kombination der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit allen oder bestimmten Merkmalen der zuvor beschriebenen Aus- führungsformen führt zu einer Verstärkung der Einzeleffekte und des Gesamteffekts und ist ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die emissiven Bildschirmlagen in der Weise eingesetzt und ggf. mit anderen Lagen kombiniert werden, dass möglichst im gesamten optischen Weg der 3 D-Bildanzeigevorrichtung polarisiertes Licht„verarbeitet" wird und eine Depo- larisation, etwa durch optische Diffusion, möglichst vermieden wird.
Wenn der vordere Bildschirm selbst Licht emittiert, d.h. nicht auf eine Hintergrundbeleuchtung zur Bilderzeugung angewiesen ist, aber dennoch - insbesondere im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichtes - derart optisch transparent (d.h. durchsichtig) ist, dass er das vom hinteren Bildschirm erzeugt Bild in wahrnehmbarer Weise durchscheinen lässt, ergeben sich völlig neue Möglichkeiten der Zwei- oder Mehrlagen-Bilddarstellung und der zugehörigen elektronischen Ansteuerung. Insbesonde- re ist es dann möglich, ein helles Vordergrundobjekt auf der vorderen Bildschirmebene darzustellen, selbst wenn das Hintergrundbild auf der hinteren Bildschirmebene über die gesamte Bildschirmausdehnung hinweg vollkommen dunkel ist. Entsprechendes gilt für die Farbdarstellung, wenn der vordere Bildschirm in der Lage ist, farbiges Licht zu emittieren, also beispielsweise bei der Wiedergabe eines inten- siv grün leuchtenden Vordergrundobjektes vor einem intensiv roten Hintergrundbild.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der vordere Bildschirm ein OLED- Bildschirm, beruht also auf der Technik organischer Leuchtdioden (OLEDs), die insbesondere als Dünnschichtelemente unter Verwendung organischer halbleitender Materialien gefertigt sind, und die matrixartig zu einem Bildschirm mit einzeln ansteuerbaren Pixeln zusammengefasst sind. Derartige Bildschirme haben vergleichsweise geringe Reaktionszeiten und erzeugen aufgrund ihrer hohen Energieeffizienz im Betrieb nur relativ wenig Abwärme.
Mit zunehmend besser werdender Kapselung der elementaren Bildzellen ist künftig auch eine hohe Lebensdauer der OLEDs mit geringen Alterungserscheinungen zu erwarten. Vor allem aber ist es mittlerweile möglich, hochgradig transparente O- LED-Schichten und dementsprechend auch Bildschirme zu fertigen, die - zumindest im nicht emittierenden Zustand - von hinten durchscheinendes Licht nur wenig in seiner Intensität abschwächen. Gerade diese Eigenschaft, die in anderen Zusammenhängen störend sein kann, erweist sich bei den vorderen Lagen eines Multilay- er-Displays als vorteilhaft, da das Hintergrundbild eine nur vergleichsweise geringe Helligkeit besitzen muss und trotzdem gut durch den vorderen Bildschirm hindurch wahrnehmbar ist.
Als mögliche erfindungsgemäße Alternativen zu OLED-Bildschirmen seien LED- Bildschirme, Plasmabildschirme (PDPs), Feldemissionsbildschirme (FEDs), Elektro- lumineszenz-Bildschirme (ELs) und oberflächenleitende Elektronen-Emitter- Bildschirme (SEDs) genannt, sofern diese entsprechend transparent ausgelegt und gefertigt sind. Selbst wenn die emittierenden Elementarzellen dieser Bildschirmtypen nicht die gewünschte optische Transparenz aufweisen sollten, so kann man - unter Inkaufnahme einer entsprechend geringeren Pixeldichte und einer dementsprechend ge- ringeren Auflösung - vergleichsweise hoch transparente Zwischenräume von geeigneter Ausdehnung zwischen den Elementarzellen vorsehen, so dass insgesamt doch noch relativ viel Licht aus der hinteren Bildschirmlage durch die derartig gestaltete vordere Bildschirmlage hindurchtreten kann und das Hintergrundbild als solches wahrnehmbar bleibt. Zusätzlich oder alternativ können auch geeignet gestaltete A- perturen (freie Öffnungen) in dem jeweiligen Bildschirm der vorderen Lagen vorhanden sein, etwa in Form flächig ausgedehnter pixelfreier Bereiche oder dergleichen.
Weiterhin kann mit Hilfe geeigneter optischer Vorrichtungen wie z.B. Linsen, Pris- men-, und/oder Spiegelsystemen eine Lichtumlenkung um optisch undurchlässige Bildschirmbereiche der vorderen Bildschirmlage(n) herum vorgesehen sein, so dass die ohne derartige Maßnahmen blockierten Lichtanteile dennoch genutzt werden können. In einer möglichen Variante der vorliegenden Erfindung ist der hintere Bildschirm ein nicht-emissiver Bildschirm, der im Betrieb von einer hinter ihm angeordneten Lichtquelle durchleuchtet wird. Insbesondere kann es sich dabei um einen Flüssigkristallbildschirm (LCD) oder Dünnschichttransistorbildschirm (TFT) mit LED- Hintergrundbeleuchtung (LED-Backlight) handeln. Vorteilhafterweise wird jedoch eine Plasma-basierende Lichtquelle auf der Grundlage von Exciplex-Anregung verwendet, um entsprechende Lichtverteilung, Leuchtdichte, spektrale Vollständigkeit und Effizienz zu erreichen. Unter Exciplexen versteht man insbesondere metastabile Aggregate oder Komplexe aus zwei oder mehr Atomen oder Molekülen, insbesondere mit ungleichen Partnern. Alternativ können beispielsweise Kaltkathoden röhren, Elektrolumineszenz-Folien oder sonstige Leuchtmittel zur Hintergrundbeleuchtung verwendet werden. Eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung ist die als Edge-Light bekannt gewordene Beleuchtung, die vom Bildschirmrand ausgeht und gegebenenfalls über Lichtwellenleiter in die Fläche verteilt wird. In einer alternativen Variante ist der hintere Bildschirm ebenfalls ein emissiver Bildschirm, insbesondere ein OLED-Bildschirm oder ein Plasma-Bildschirm oder ein EL- Bildschirm. Es ist im Sinne der Erfindung und vom Anspruchswortlaut umfasst, eine Bildanzeigevorrichtung mit drei oder mehr Lagen von hintereinander angeordneten Bildschirmen bereitzustellen, wobei zumindest einer der vor dem hintersten Bildschirm angeordneten Bildschirme ein emissiver Bildschirm im oben genannten Sinne ist. Vorteilhafterweise gilt dies für alle vor dem hintersten Bildschirm angeordneten Bildschirme und gegebenenfalls auch für den hintersten Bildschirm. Es ist aber beispielsweise auch möglich, emissive und nicht-emissive Bildschirme abwechselnd (alternierend) anzuordnen oder andere Kombinationen und Abfolgen zu wählen. In einer Abwandlung der Grundidee könnte einer der weiter hinten liegenden Bildschirme anstelle von / neben sichtbarem Licht auch Licht in einem Wellenlängenbereich außerhalb des sichtbaren Spektrums emittieren, welches von einem vor ihm liegenden Bildschirm zumindest teilweise durchgelassen und dabei in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die selbstleuchtende und zugleich überwiegend durchsichtige Ausgestaltung zumindest eines der vorderen Bildschirme in einem Multilayer-Display grundlegende Limitierungen bestehender LCD-Systeme aufgehoben werden und neuartige Möglichkeiten für ausgesprochen leuchtkräftige, kontrastreiche und farbintensive 3 D-Darstellungen mit Parallaxeneffekt geschaffen werden, ohne dass es dazu besonders heller separater Lichtquellen zur Hintergrundbeleuchtung bedarf.
Gemeinsam ist den Bildschirmen solcher Technologien, dass sie beim Einsatz als vordere Bildschirme zumindest teilweise für die Bildinformationen der hinteren
Bildschirme zumindest anteilig durchlässig sein müssen - etwa durch entsprechende Transparenz, anteilige Apertur oder Apertur-Muster, oder mittels geeigneter optischer Vorrichtungen wie z. B. Linsen-, Prismen-, und/oder Spiegelsystemen. Beim Einsatz von mehr als zwei Lagen ist damit eine tatsächlich volumetrische Bilddar- Stellung erreichbar, bei der jeder Betrachter aus unterschiedlichen Winkeln unterschiedliche Bildinformationen abhängig vom Betrachtungswinkel zeitgleich ohne weitere Hilfsmittel wie optische Barrieren, (Shutter-) Brillen, Polarisationsfilter, Eye- Tracking oder dergleichen erhält, deren Tiefenauflösung maßgeblich von der Anzahl der verwendeten Bildschirmlagen abhängt.
Verschiedene weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen in jeweils schematischer und stark vereinfachter Darstellung:
FIG. 8 eine Zweilagen-Bildanzeigevorrichtung gemäß einer ersten Variante der Erfindung,
FIG. 9 eine Zweilagen-Bildanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Variante der Erfindung, und
FIG. 10 eine Dreilagen-Bildanzeigevorrichtung als ein Beispiel für eine weitere
Variante der Erfindung.
Die in FIG. 8 in einem Querschnitt dargestellte Zweilagen-Bildanzeigevorrichtung 102 weist in Blickrichtung des Betrachters 104 gesehen einen vorderen Bildschirm 106 und einen hinteren Bildschirm 108 mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen auf, die in einem Abstand d hintereinander angeordnet sind. Die beiden Bildschirme 106, 108 sind derart fluchtend hintereinander angeordnet, dass das vom hinteren Bildschirm 108 erzeugte Hintergrundbild durch den vorderen Bildschirm 106 hindurch für den Betrachter 104 sichtbar ist. Dabei legen sich auf dem vorderen Bildschirm 106 dargestellte Vordergrundbilder bzw. Vordergrundobjekte gewissermaßen über bzw. vor das Hintergrundbild, so dass - jedenfalls bei sich bewegenden Motiven - der Eindruck einer 3 D-Darstellung mit räumlicher Tiefe und mit Parallaxeneffekt entsteht. Bei der in FIG. 8 dargestellten Variante ist der hintere Bildschirm 108 ein LCD- Bildschirm, der durch eine hinter ihm angeordnete Lichtquelle 1 10, etwa in Gestalt eines LED-Panels, vorzugsweise jedoch über eine auf Exciplex-Anregung beruhende Plasmalichtquelle beleuchtet wird. Der hintere Bildschirm ist 108 also nicht selbstleuchtend, sondern stellt gewissermaßen ein Array von einzeln ansteuerbaren Farb- filtern dar, die mehr oder weniger viel Licht entsprechender Farbe von der Lichtquelle 1 10 in Richtung zum Betrachter 104 hin durchlassen, wodurch bei hinrei- chendem Beobachtungsabstand in bekannter Weise der gewünschte Bildeindruck entsteht. Der vordere Bildschirm 106 hingegen ist als selbstleuchtender, optisch transparenter OLED-Bildschirm mit einem Array von einzeln ansteuerbaren organischen Leuchtdioden mit geeigneter Emissionswellenlänge, sprich Farbe ausgelegt. Für die Erzeugung des Vordergrundbildes ist es daher nicht erforderlich, dass der hintere Bildschirm 108 Licht von der Lichtquelle 1 10 hindurchlässt. Vielmehr kann das Hintergrundbild auch vollkommen dunkel sein. Wenn jedoch ein Hintergrundbild von entsprechender Helligkeit vorhanden ist, dann scheint es aufgrund der optischen Transparenz des vorderen Bildschirms 106 durch diesen hindurch, und ist umso mehr wahrnehmbar, je geringer die dortige lokale Emissionsleistung ist. Durch geeignete Aufbereitung des Vordergrundbildes und des Hintergrundbildes in einem den beiden Bildschirmen 1 06, 108 vorgeschalteten Bildrechner 1 12, der Teil der Bildanzeigevorrichtung 102 oder auch von ihr separiert sein kann, lassen sich damit komplexe 3 D-Szenarien darstellen.
Die in FIG. 9 dargestellte Variante unterscheidet sich von derjenigen in FIG. 8 dadurch, dass der hintere Bildschirm 108 selbst ein emissiver Bildschirm ist, beispielsweise ein OLED-Bildschirm oder ein Plasmabildschirm. Eine separate Lichtquelle zur Hinterleuchtung wird daher nicht benötigt. Der Bildrechner 1 12 ist in dieser Darstellung weggelassen worden.
In FIG. 10 schließlich ist als weiteres Beispiel eine Dreilagen- Bildanzeigevorrichtung 102 mit einem hinteren Bildschirm 108 und zwei davor liegenden Bildschirmen 106, 106' dargestellt, wobei zumindest einer der beiden vor- deren Bildschirme 106, 106' ein optisch transparenter, selbstleuchtender Bildschirm im oben genannten Sinne ist. Insbesondere können beide vorderen Bildschirme 106, 106' transparent und selbstleuchtend sein.
Selbstverständlich können auch noch weitere Display-Lagen vorgesehen sein.
Eine Kombination der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit allen oder bestimmten Merkmalen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen führt zu einer Verstärkung der Einzeleffekte und des Gesamteffekts und ist ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die erfindungsgemäße Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung zumindest folgende entlang einer Längserstreckungsrichtung von hinten nach vorne in dieser Reihenfolge angeordneten Komponenten: eine Lichtquelle, eine erste Flüssigkristallschicht, eine zweite Flüssigkristallschicht, wobei der ersten Flüssigkristallschicht mindestens ein Polarisationsfilter beigeordnet ist und die zweite Flüssigkristallschicht mindestens ein Polarisationsfilter beigeordnet ist, wobei das Licht der Lichtquelle ferner durch mindestens ein optisches und/oder elektro-optisches Retardationselement geleitet wird, bevor es einen Betrachter 8 erreicht.
Vorteilhafterweise ist das mindestens eine optische und/oder elektro-optische Retar- dationselement mindestens einem Polarisationsfilter beigeordnet und genügt einer Retardationsfunktion f(x), die die notwendige Bedingung erfüllt, dass die Laufzeitdifferenz entweder gleich null ist oder einem ganzzahligen Vielfachen n der Wellenlänge λ, d.h. η*λ entspricht. Vorteilhafterweise besteht das Retardationselement aus einem flächigen, forminstabilen und transparenten Element, beispielsweise einer Folie.
Vorteilhafterweise besteht das Retardationselement aus einem Signal verarbeitenden elektronischen Bauteil.
Vorteilhafterweise besteht das Retardationselement aus einer elektronischen Steuerung, die eine Verzögern der Laufzeit durch das Retardationselement ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkristallbildschirm eine Luftschicht vorgesehen ist, die zwischen 1 und 10.000 pm beträgt.
Vier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden näher erläutert. Figur 1 1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Bildanzeigevorrichtung, in der die jeweiligen Funktionsschichten schematisch dargestellt sind.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Flüssigkristallschirm 214 auf seinen beiden flächigen Seiten ein Polarisationsfilter 210, 212 auf. Die Effizienz dieser vorderen Polarisationsfilter 210, 212 beträgt mindestens 40% und bevorzugter Weise 50%. Die Dicke der Polarisationsfilter 210, 212 liegt zwischen 100 μιτι und 350 μιη. Einer der beiden Polarisationsfilter 210, 212, vorzugsweise der in Durchstrahlungsrichtung 54 zweite Polarisationsfilter 212 weist ferner ein Retardationselement 230 auf, das vorzugsweise aus einem folienartigen Material besteht. Die Dicke dieses Retardationseiements 230, das auch als Laufzeitfolie bezeichnet wird, liegt vorzugsweise zwischen 5 pm und 500 μητι. Die Laufzeitdifferenz dieses Retardationseiements 230 beträgt vorzugsweise λ/4. Die zweite Flüssigkristallschicht dieser ersten bevorzugten Ausführungsform ist durch einen Luftspalt 250, der vorzugsweise zwischen 1 m und 10.000 μιη liegt getrennt. Die zweite Flüssigkristallbildschicht weist lediglich am Ende der Durchstrahlungsrichtung 54 einen Polarisationsfilter 222 auf, der ebenfalls mit einem Retardationselement 260 versehen ist. Die Dicke der Polarisationsfilter 222 beträgt zwischen 100μιη und 350 μηη. Die Laufzeitdifferenz dieses zirkulären Polarisationsfilters 260 genügt der Retardationsfunktion f(x) und hat die resultierte Wellenlänger λ χ, zur Folge. Der Nenner x, ist so zu bemessen, dass die Laufzeitdifferenz aller optischer Schichten entweder 0 ist oder einem Vielfachen n von λ entspricht. Die Dicke der beiden Flüssigkristallschichten liegt jeweils zwischen 600μιη und
2.500μιη. Die gesamte Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung dieser Ausführungsform umfasst somit drei Polarisationsfilter 210, 212, 222, zwei Bildschirme und zwei Re- tardationselemente 230 und 260. Die Dicke der gesamten Anordnung liegt zwischen 1.505μιη und 17.050μηη. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Flüssigkristallbildschirm den selben Aufbau auf, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der zweite Flüssigkristallbildschirm weist nunmehr auf seinen beiden flächigen Seiten jeweils einen Polarisationsfilter 220 und ein Retardationselement 221 auf. Das erste Retardationselement 221 in Durchstrahlungsrichtung 54 weist eine Laufzeitdifferenz von λ/4 auf und das zweite Retardationselement weist eine Laufzeitdifferenz von λ/χ2 auf. Der Nenner x2 ist dabei so zu bemessen, dass die Laufzeitdifferenz aller optischer Schichten entweder 0 ist oder einem Vielfachen n von λ entspricht.
Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Flüssigkristallbildschirm auf seinen beiden flächigen Seiten einen Polarisationsfilter 210, 212 auf. Zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkristallbildschirm ist eine Retardationsschicht 230 angeordnet, die eine Verzögerung bzw. Differenz von λ/2 aufweist. Der zweite Flüssigkristallbildschirm weist auf seinen beiden flächigen Seiten einen Polarisationsfilter 220, 222 und an der dem ersten Flüssigkristallbildschirm abgewandten Seite ein Retardationselement 260 mit einer Laufzeitdifferenz von A/x3 auf. Der Nenner x3 ist dabei so zu bemessen, dass die Kompensation aller optischer Schichten entweder 0 ist oder einem Vielfachen n von λ entspricht.
Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der erste Flüssigkristallbiidschirm auf seinen beiden flächigen Seiten einen Polarisationsfilter auf. Zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkristallbiidschirm ist eine Retardationsschicht angeordnet, die eine Verzögerung bzw. Differenz von λ/2 aufweist. Der zweite Flüssigkristallbiidschirm weist lediglich auf der dem ersten Flüssigkristallbiidschirm abgewandten Seite einen Polarisationsfilter mit Retardationselement und Laufzeitdifferenz von X/x4 auf. Der Nenner x4 ist dabei so zu bemessen, dass die Kompensation aller optischer Schichten entweder 0 ist oder einem Vielfa- chen n von λ entspricht. Der Frequenzbereich für den linearen Polarisationsfilter 210, 212, 220, 222 und zirkulären Polarisationsfilter 212, 230; 220, 221 ; 222, 260 liegt jeweils zwischen 400 und 700 μηη.
Die unterschiedlichen Kombinationsmöglichkeiten der obigen vier bevorzugten Ausführungsformen sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst. Die oberste Zeile gibt die Bezugsziffern der einzelnen Schichten 1 bis 4 wieder. Zeile 2 liest sich beispielsweise wie folgt: Es wird ein Polarisationsfilter 210 neben der Flüssig- kristallschicht 214 verwendet. Ferner schließt sich auf der anderen Seite der Flüssigkristallschicht 214 ein Polarisationsfilter 212 und ein Retardationselement 230 an. Nach der Luftschicht 250 folgt ein weiteres Polarisationsfilter 220 mit einem Retardationselement 221 . Schließlich folgt der Flüssigkristallschicht 224 ein Polarisationsfilter 222 mit einem Retardationselement 260.
Zeile 5 enthält die jeweiligen Dicken der einzelnen Schichten in μητι.
210 214 212 230 250 220 221 224 222 260
1 Pol. LCD Pol. λ/4 Luft ./. ./. LCD Pol. λ/χ,
2 Pol. LCD Pol. λ/4 Luft Pol. λ/4 LCD Pol. λ/χ2
3 Pol. LCD Pol. Luft Pol. ./. LCD Pol. λ/χ3
4 Pol. LCD Pol. Luft ./. ./. LCD Pol. λ/χ4
Dicke 100- 600- 100- 5- 0- 100- 5- 600- 100- 0- [μπτι] 350 2500 350 500 1000 350 500 2500 350 500 Bezugszeichen liste
2 Bildanzeigevorrichtung
4 hinterer Flüssigkristallbildschirm
6 vorderer Flüssigkristallbildschirm
8 Betrachter
10 hinterer Polarisationsfilter
12 vorderer Polarisationsfilter
14 Flüssigkristall
16 Lichtquelle
18 Elektrode
20, 20' hinterer Polarisationsfilter
22, 22' vorderer Polarisationsfilter
24 Flüssigkristall
26 Depolarisationsfilter
28 Elektrode
30 Schnittstelle
32 Schnittstelle
34 Rückseite
36 Rückseite
38 Vorderseite
40 Vorderseite
42 Spiegelungseinheit
44 Bildmittellinie
46 Bildrechner
48 Hintergrundbild
50 Vordergrundbild
52 Schnittstelle Längserstreckungsrichtung reflektiver Polarisator
70 LCD-Display
72 Schnittstelle
74 Bildrechner
76 Korrekturmodul
102 Bildanzeigevorrichtu
104 Betrachter
106, 106'vorderer Bildschirm
108 hinterer Bildschirm
1 10 Lichtquelle
1 12 Bildrechner
210 Polarisationsfilter
212 Polarisationsfilter
214 Flüssigkristallschicht
220 Polarisationsfilter
221 Retardationselement
222 Polarisationsfilter
224 Flüssigkristallschicht
230 Retardationselement
250 Gas (Luft)
260 Retardationselement d Abstand
A Achse
B Achse
U Zellspannung
V Zellspannung

Claims

Patentansprüche
1 . Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) mit zumindest folgenden entlang einer Längserstreckungsrichtung (54) von hinten nach vorne in dieser Reihenfolge angeordneten Komponenten:
a) eine Lichtquelle (16),
b) einer ersten Flüssigkristallschicht (14; 214),
c) einer zweiten Flüssigkristallschicht (24; 224),
wobei der ersten Flüssigkristallschicht (14; 214) mindestens ein Polarisationsfilter (10; 210, 212) beigeordnet ist und der zweiten Flüssigkristallschicht (24; 224) mindestens ein Polarisationsfilter (22; 220, 222) beigeordnet ist, wobei das Licht der Lichtquelle (16) ferner durch mindestens ein optisches und/oder elektro-optisches Retardationselement (60; 221 , 230, 260) geleitet wird, bevor es einen Betrachter (8) erreicht.
2. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 1 , wobei das mindestens eine optische und/oder elektro-optische Retardationselement (60; 221 , 230, 260) mindestens einem Polarisationsfilter (22; 210, 212, 220, 222) beigeordnet ist.
3. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 2, wobei das Retardationselement (60; 221 , 230, 260) aus einem flächigen, forminstabilen und transparenten Element besteht.
4. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 2, wobei das Retardationselement (60; 221 , 230, 260) aus einem Signal verarbeitenden elektronischen Bauteil besteht.
5. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 2, wobei das Retar- dationselement (60; 221 , 230, 260) aus einer elektronischen Steuerung besteht, die eine Lauzeitdifferenz bzw. -Verzögerung ermöglicht. 6. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkristallbildschirm (4,
6) ein Luftschicht (250) vorgesehen ist.
7. Mehrlagen-Bildsanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 6, wobei die Luft- Schicht (250) zwischen 1 und 10.000 pm beträgt.
8. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mindestens eine Retardationselement (60; 221 , 230, 260) einer Re- tardationsfunktion f(x) genügt.
9. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß Anspruch 8, wobei die Retar- dationsfunktion f(x) die notwendige Bedingung erfüllt, dass die Laufzeitdifferenz entweder gleich null ist oder einem Vielfachen n der Wellenlänge λ, d.h. η*λ entspricht.
10. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, dass ein vom ersten Flüssigkristallbildschirm (4) erzeugtes Hintergrundbild von vorne durch den zweiten Flüssigkris- tallbildschirm (6) hindurch sichtbar ist,
wobei der zweite Flüssigkristallbildschirm (6) ansteuerseitig zur Darstellung eines Bildes ausgelegt ist, welches bei Betrachtung von seiner in der Einbaulage hinteren Seite korrekt wiedergegeben wird, und wobei zur Darstellung eines Vordergrundbildes, welches bei Betrachtung von der vorderen Seite korrekt wiedergegeben wird, dem zweiten Flüssigkristallbildschirm (6) ansteuerseitig eine Spiegelungseinheit (42) vorgeschaltet ist, die das darzustellende Vordergrundbild an einer Bildmittellinie (44) spiegelt.
1 1 . Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) gemäß einem der vorherigen Ansprü- che, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, dass ein vom ersten Flüssigkristallbildschirm (4) erzeugtes Hintergrundbild von vorne durch den zweiten Flüssigkristallbildschirm (6) hindurch sichtbar ist,
wobei zumindest einer der Flüssigkristallbildschirme (4, 6) hardwaremäßig hinsichtlich Farbe, Helligkeit und/oder Kontrast für eine Betrachtung unter einem von Null verschiedenen Neigungswinkel (alpha) gegenüber der Senkrechten auf der Bildschirmoberfläche optimiert ist, und wobei dem Flüssigkristallbildschirm (4, 6) an- steuerseitig ein Korrekturmodul (76) vorgeschaltet ist, welches ein darzustellendes Bild vor der Übermittlung an den Flüssigkristallbildschirm (4, 6) mit Mitteln der digitalen Bildverarbeitung derart manipuliert, dass Farbe, Helligkeit und/oder Kontrast bei Betrachtung des Flüssigkristallbildschirms (4, 6) aus senkrechter Richtung optimiert sind.
12. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem ersten Flüssigkristallbildschirm (4) und dem zweiten Flüssig- kristallbildschirm (6) kein Depolarisationsfilter vorhanden ist.
13. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Flüssigkristallbildschirm (4) einen hinteren Polarisationsfilter (10), einen vorderen Polarisationsfilter (12) und eine dazwischen liegende Matrix von Flüssigkristallen (14) aufweist, und der zweite Flüssigkristallbildschirm (6) einen vorderen Polarisationsfilter (22, 22') und eine dahinter liegende Matrix von Flüssigkristallen (24) aufweist, und wobei der vordere Polarisationsfilter (22, 22') des zweiten Flüssigkristallbildschirms (6) bezüglich seiner Polarisationsebene um 90° gegenüber dem vorderen Polarisationsfilter (12) des ersten Flüssigkristallbildschirms (4) verdreht angeordnet ist.
14. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der hintere Polarisationsfilter (10) des ersten Flüssigkristallbildschirms (4) bezüglich seiner Polarisationsebene um 90° gegenüber dem vorderen Polarisationsfil- ter (12) des ersten Flüssigkristallbildschirms (4) verdreht angeordnet ist.
15. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Flüssigkristallbildschirm (6) einen hinteren Polarisationsfilter (20') aufweist, der bezüglich seiner Polarisationsebene gleich ausgerichtet ist wie der vordere Polarisationsfilter (12) des ersten Flüssigkristallbildschirms (4).
1 6. Verfahren zum Betreiben einer Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem ein auf dem zweiten Flüssigkristallbildschirm (6) darzustellendes Vordergrundbild von einem zugehörigen Bildrechner (46) lagerichtig erzeugt, an einer Bildmittellinie (44) gespiegelt und spiegel verkehrt auf dem zweiten Flüssigkristallbildschirm (6) wiedergegeben wird, und wobei ein Hintergrundbild ohne eine derartige Spiegelung auf dem ersten Flüssigkristallbildschirm (4) wiedergegeben wird.
1 7. Verfahren zum Betreiben einer Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 5, bei dem ein auf einem Flüssigkristallbildschirme (4, 6) darzustellendes Bild, mittels digitaler Bildverarbeitung einer Vorbearbeitung unterzogen wird, die derart beschaffen ist, dass eine bei der Bildwiedergabe und Betrachtung aus einer bestimmten Blickrichtung erfolgende Verschiebung von Farbe, Helligkeit und/oder Kontrast kompensiert wird.
18. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (102) mit einem hinteren Bildschirm (108) und zumindest einem vorderen Bildschirm (106, 106'), wobei die Anordnung derart ausgebildet ist, dass ein vom hinteren Bildschirm (108) erzeugtes Bild durch den/die vorderen Bildschirm/e (106, 106') hindurch sichtbar ist, wobei
zumindest einer der vorderen Bildschirme (106, 106') ein emissiver Bildschirm ist.
19. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (102) nach Anspruch 18, wobei der zumindest eine vordere Bildschirm (106, 106') ein OLED-Bildschirm ist.
20. Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei der hintere Bildschirm (108) ein nicht-emissiver Bildschirm ist, der im Betrieb von einer hinter ihm angeordneten Lichtquelle (100) durchleuchtet wird.
21 . Mehrlagen-Bildanzeigevorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 18, 19 oder 20, wobei der hintere Bildschirm (108) ein LCD-Bildschirm, ein emissiver, ein OLED-Bildschirm oder ein Plasma-Bildschirm oder eine Elektrolumineszenz- Bildschirm ist ist.
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