Neue 3D-Techniken

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Die 3D-Technik ist seit geraumer Zeit in aller Munde – Geräte für die dreidimensionale Darstellung aber noch lange nicht in allen Wohnzimmern. So sollen im abgelaufenen Jahr weltweit etwa 3,4 Millionen 3D-Geräte verkauft worden sein; damit wäre etwa jeder zwanzigste neue Fernseher ab 40 Zoll Diagonale 3D-fähig. Deutlich höher liegt beispielsweise der Anteil der vernetzten Fernseher am Gesamtmarkt: Gut 20 Prozent der 2010 weltweit verkauften TVs konnten Verbindung mit dem Internet aufnehmen – das waren über 40 Millionen Geräte.

Dennoch setzt die Industrie stark auf die 3D-Technik. So glauben die Marktbeobachter, dass in diesem Jahr bereits zweieinhalb Mal so viele 3D-Fernseher den Besitzer wechseln und 2014 sogar 43 Millionen Stück – und damit immerhin 37 Prozent der Flachbildfernseher ab 40 Zoll. Diese beträchtlichen Verkaufszahlen setzen allerdings voraus, dass es mehr 3D-Inhalte (Blu-ray-Discs, Spiele, 3D-Fotos) und eine bessere Bildqualität bei der 3D-Wiedergabe gibt. Aktuell zeigen die meisten Fernseher im 3D-Betrieb entweder Crosstalk-Artefakte oder ihr Bild ist mit weniger als 10 Prozent der 2D-Helligkeit arg dunkel.

Optimierungsbedarf

Im LCD lässt sich die Bildqualität durch eine hellere Hintergrundbeleuchtung und schnellere Panels verbessern. Heller und schneller wird’s mit LEDs: Mehr als ein Drittel aller im Weihnachtsgeschäft verkauften Fernseher nutzen die kleinen Leuchtdioden im Backlight. Schaltet man die LEDs im 3D-TV synchron zum Bildaufbau hell und dunkel, wird die 3D-Wiedergabe schärfer.

Diverse Unternehmen arbeiten zudem daran, die Grundausrichtung der Flüssigkristalle in Displays mit VA-Technik (Vertical Alignment) zu optimieren: Statt einer mechanisch bearbeiteten Alignment-Schicht bestimmt eine mit UV-Licht ausgehärtete Flüssigkristallschicht den Pretilt des Kristalls. Hierdurch lässt sich die Schaltgeschwindigkeit des LCD erhöhen und der Schwarzzustand wird ebenfalls verbessert.

Bei den ohnehin flinken Plasmaschirmen konnte Panasonic den Crosstalk durch neue Phosphore mit kürzeren Nachleuchtzeiten und eine leicht modifizierte Graustufenerzeugung nochmals verringern. Ein größeres Problem ist hier allerdings die geringe Leuchtdichte im 3D-Betrieb.

Neue Brillen

Der Nachteil der dunklen 3D-Bilder könnte durch neue Brillen in OCB-Technik (optically compensated bend) verbessert werden: Die von Toshiba entwickelte LCD-Technik lässt im geöffneten Zustand mehr Licht durch als die bislang für 3D-TVs verwendeten Brillen mit TN-Technik. Ein weiterer Vorteil der im ausgeschalteten Zustand bunt schimmernden OCB-Panels ist die kurze Schaltzeit: Für einen gesamten Schaltvorgang (auf und zu) benötigen sie keine 2 ms. So hohe Geschwindigkeiten kann man bei den TN-Brillen nur durch sehr hohe Steuerspannungen von 20 V und mehr erreichen, OCBs benötigen dafür lediglich 6 V, was der Laufzeit der Brillenakkus zugute kommt. Nachteil der OCB-Technik: Die derzeit vor allem im industriellen Bereich eingesetzten Brillen sind teurer als herkömmliche Shutter-Brillen. Das könnte sich durch entsprechend große Stückzahlen allerdings ändern.

Eine Alternative zu den teueren Shutterbrillen sind die Polarisationsbrillen wie sie auch in vielen 3D-Kinos genutzt werden. Im kommenden Jahr deutet sich ein Kampf zwischen der Shutter- und der Polfilter-Technik für 3D-Fernseher an. Noch werden im Bereich der Unterhaltungselektronik fast ausschließlich 3D-TVs mit Shutterbrillen genutzt, nur im wissenschaftlichen Bereich und in einigen englischen Pubs setzt man schon heute 3D-Displays mit Polarisationsfiltern vor dem Panel ein. Der große Vorteil: Die notwendigen Brillen kosten nur ein paar Cent, 3D-Shutterbrillen dagegen einige zig Euro. Nachteilig ist allerdings, dass die Auflösung im 3D-Betrieb normalerweise auf die Hälfte reduziert wird.

Die Bilder werden durch Filter vor dem Display zeilenweise rechtsdrehend und linksdrehend (zirkular) polarisiert, die ebenfalls zirkular polarisierten Gläser der zugehörigen Brillen lassen jeweils nur eine Polarisation und damit jede zweite Pixelzeile des ausgegebenen Bildes zum Auge des Betrachters durch. LG, Hyundai und JVC haben bereits große Displays mit Polfiltern im Programm. Auf der diese Woche beginnenden Consumer Electronics Show wird LG solche Polfilter-3D-Displays vorstellen. Auf der Displaymesse FPD hat sich gezeigt, dass neben Panelhersteller LG Display auch die taiwanische AUO auf Polfilter setzen wird, Verfechter des Shutterprinzips bleiben Samsung und Sharp.

Die sogenannten Xpol-Filter vor den Polarisationsdisplays werden bislang ausschließlich von der japanischen Firma Arisawa hergestellt. LG Displays stellte auf der FPD ein neues Verfahren vor, mit dem die auch Pattern Retarder genannten Polfilter statt auf Glas in einem dünnen Film untergebracht werden. Hierdurch verringern sich das Gesamtgesicht des 3D-Displays und damit auch die Transportkosten.

Wenn man man die Übergänge zwischen den einzelnen Zeilen mit lichtundurchlässigen Streifen (sogenannte black mask) verdeckt, vergrößert sich der störungsfreie Einblickwinkel und damit wird der Crosstalk aus gleichem Einblickwinkel geringer. Die Abdeckungen reduzieren jedoch zugleich die Gesamthelligkeit und betonen im 2D-Betrieb das Pixel- beziehungsweise Zeilenraster.

Diese Probleme will LG künftig mit einem Trick umgehen: Die Pixel werden in zwei Bereiche geteilt und nur einer der Bereiche im 3D-Betrieb genutzt, während der andere schwarz geschaltet wird. Dieser schwarze Pixelbereich ersetzt die Maskierung und ist im 2D-Betrieb mit dann komplett genutztem Pixel unsichtbar. Durch die i-PR (in cell black stripe Patterned Retarder) genannte Technik entsteht kein Moirree an den schwarzen Stegen und die Helligkeit im 2D-Betrieb steigt. Außerdem vergrößert sich der vertikale Einblickwinkel; er ist bei herkömmlichen Polfilter-Displays meist stark eingeschränkt.

Brillenlos

Im Monitorbereich hat Eizo eine interessante Technik für autostereoskopische Displays vorgestellt: Die zeitlich gepulste Ausgabe von Ansichten unter vorgegebenen Abstrahlwinkeln. Der brillenlose DuraVision FDF2301-3D zeigt auch im 3D-Betrieb volle HD-Auflösung mit 1920 × 1080 Pixeln und unterstützt die 3D-Formate Side-by-Side, Frame Sequential und Anaglyph.

Die 3D-Darstellung erzeugt der 23-Zöller durch ein gezielt gerichtetes LED-Hintergrundlicht. Die stereoskopischen Bilder für das linke und rechte Auge werden dabei nacheinander in einem leicht versetzten Winkel ausgegeben. Das Backlight besteht aus zwei LED-Zeilen, die abwechselnd im Takt mit den Bildern fürs rechte und linke Auge aufleuchten, und einer Art Linsenraster an der Lichtleitplatte, mit dem das Licht zum rechten beziehungsweise linken Auge gelenkt wird. Der optimale 3D-Effekt entsteht in einem definierten Abstand (circa 90 cm) vor dem Schirm. Eizo will den brillenlosen 3D-Monitor im zweiten Quartal 2011 auf den japanischen Markt bringen. Billig wird das gute Stück ganz sicher nicht, man munkelt von etwa 10.000 Euro.

Deutlich günstiger sind dagegen die autostereoskopischen Displays von Toshiba. Das japanische Unternehmen nutzt die Integral Imaging Technik, bei der die Darstellung einer Szenerie aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen beziehungsweise berechnet wird und diese Bilder dann in denselben Blickwinkeln am Display wieder ausgegeben werden. Man benötigt für x Ansichten die x-fache Pixelanzahl pro Bild, weshalb Toshiba sehr hochauflösende Panels hergenommen hat. In Japan sind im Dezember zwei erste Fernseher der neuen 3D-Technik auf den Markt gekommen: Der 20GL1 zeigt 51 cm in der Diagonalen (20 Zoll) und hat 3840 × 2400 Pixel, die kleinere 12-Zoll-Variante 12GL1 hat 1400 × 1050 Pixel. Da neuen Ansichten erzeugt werden, reduziert sich die im 3D-Betrieb sichtbare Auflösung auf ein Neuntel, mithin auf 1280 × 720 Bildpunkte für den großen und 466 × 350 Bildpunkte für den kleineren 3D-Fernseher. Die beiden brillenlosen Fernseher sollen knapp 1100 Euro beziehungsweise 2200 Euro kosten, was überraschend billig ist.

Im Laufe des Jahres 2011 will Toshiba auch eine 40-Zoll-Variante herausbringen. Was die dann kostet, steht noch nicht fest. Ob mit der GL1-Serie der Sprung zu den autostereoskopischen Displays gelungen ist, wird sich herausstellen, wenn das Unternehmen die Fernseher in größeren Stückzahlen auch außerhalb Japans anbietet. Mit vollmundigen Ankündigen und ersten vermeintlichen Serienprodukten ist es spätestens nach den leidvollen Erfahrungen mit OLED-Fernsehern von Sony sicher nicht getan. Die stellten sich nämlich nach ersten euphorischen Jubeleien als viel zu teuer und vor allem nicht lieferbar heraus. Welche Ursachen bei den großen OLEDs dahinterstecken, untersucht ein Artikel in der c't-Ausgabe 2/11. (uk)