Ohne Brille: Bessere 3D-Displays dank schnell schaltbarer Flüssigkristalle

Für viele Kinofilme hat sich die 3D-Technologie mit Polarisations-Brillen durchgesetzt. Auch ohne Brille bieten bereits zahlreiche großflächige Fernseher räumliche Seheindrücke, wegen hoher Preise und mangelnder Filmangebote fehlt es allerdings an einem breiten Interesse. Mit einer neuen Technologie für kleine Displays wollen nun Entwickler aus Kalifornien das dreidimensionale Sehen für mobile Spielkonsolen oder Smartphones weiter verbessern. Wie sie im Fachblatt „Nature“ berichten, seien bewegte 3D-Sequenzen selbst aus verschiedenen Blickwinkeln und -abständen ohne Störungen sichtbar.

Beugungs-Pixel unter dem Mikroskop

„Unsere brillenlose 3D-Technologie mit kleinen Pixeln und weitem Sichtbereich ist gerade für mobile Anwendungen interessant“, sagt David Fattal vom Forschungszentrum des Elektronikkonzerns Hewlett-Packard in Palo Alto. Denn bei bereits vefügbaren Displays schwankt die Qualität der dreidimensionalen Bilder stark, wenn der Betrachter seinen Kopf dreht oder den Blickabstand verändert. Um dieses Problem zu lösen, statteten Fattal und Kollegen ihr 3D-Display mit geschickt angeordneten Lichtleitern für die Hintergrundbeleuchtung und einem elektronisch regelbaren Areal aus winzigen und schnell schaltbaren Beugungsgittern auf der Basis von Flüssigkristallen aus. Mit beiden Modulen erreichten sie eine Bildauflösung von 50 Pixeln pro Zentimeter (entspricht etwa der Auflösung normaler Notebook-Bildschirme) bei bis zu 30 Bildern pro Sekunde. Dabei konnte ein Betrachter sowohl den Abstand als auch den Winkel zwischen Display und Augen beliebig ohne Einbußen der 3D-Bildqualität verändern.

Das Grundprinzip gleicht dabei allen älteren Technologien, die bereits in den 1920er Jahren mit ersten Polarisationsfiltern ihren Anfang nahmen. Um einen dreidimensionalen Seheindruck zu erzeugen, müssen in das rechte und linke Auge zwei unterschiedliche, voneinander versetzte Varianten eines Bildes treffen. Optimiert auf den waagerechten Augenabstand von gut sechs Zentimentern verarbeitet das Gehirn des Betrachters diese beiden Varianten zu einem dreidimensionalen Bild. Das Ziel von Fattal war nun, unabhängig von Abstand und Blickwinkel immer ein zueinander genau passendes Bildpaar für den fehlerfreien 3D-Eindruck zu erzeugen. Das gelang mit einer durchsichtigen Schicht, auf der die Forscher gut eine halbe Million Flüssigkristall-Pixel anordneten. Diese Beugungspixel lenkten nun eine Vielzahl von Bildvarianten zum Betrachter, in dessen Augen so immer ein exakt zueiander passendes Bildpaar fallen konnte.

Mit den ersten Prototypen erreichte Fattal, dass sich der Betrachters innerhalb eines Winkels von 90 Grad bis zu einem Meter vom Display frei bewegen konnte. Nun will der Forscher die Technologie weiter optimieren, um den Blickwinkel für fehlerfreie 3D-Bilder stark zu erweitern. Theoretisch sei sogar der komplette Halbraum von 180 Grad möglich. Auch die Auflösung dieses 3D-Displays will Fattal mit einer effizienteren Steuerung der Beugungspixel erhöhen.