CN102243402A - 一种液晶透镜光栅及其立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种立体显示装置及其液晶透镜光栅，其包括：依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶层，设置于第一基板和第二基板之间；第二液晶层，设置于第二基板和第三基板之间；第一电极和第二电极，设置于第一基板和第二基板之间且第一电极和第二电极分别设置于第一液晶层的两侧，用于为第一液晶层提供驱动电压；第三电极和第四电极，设置于第二基板和第三基板之间且第三电极和第四电极分别设置于第二液晶层的两侧，用于为第二液晶层提供驱动电压。通过以上方式，本发明可提高液晶分子的响应速度，更好地实现全分辨率立体显示。

Description

一种液晶透镜光栅及其立体显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示技术领域，特别涉及一种液晶透镜光栅及使用液晶透镜光栅的立体显示装置。

背景技术

一般来说，人类的右眼和左眼相互分开约65mm，从而会通过所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像的，这种差异被称为视差。立体显示技术就是通过人为的手段来制造人的左右眼的视差，给予左、右眼分别送去有视差的两幅图像，使大脑在获取了左右眼看到的不同图像之后，产生观看真实三维物体的感觉。

现有的裸眼可视立体显示技术中，主要包括柱透镜光栅立体显示、狭缝光栅立体显示和全息立体显示等。其中，基于柱透镜光栅的三维立体显示技术因柱透镜光栅可加工性强的特点成为当前较为常见的立体显示技术。

具体而言，柱透镜光栅又分为固态柱透镜光栅和液晶柱透镜光栅，其中固态柱透镜光栅是一固态元件，其与液晶显示面板固定配合后，仅能显示三维立体画面，不能同时兼容显示二维平面画面。对目前观看者而言，长期使用柱透镜光栅观看三维立体画面，容易出现视觉疲劳，且对眼部健康不利。

下文，将参照图1-3描述现有技术中液晶柱透镜光栅。

图1是现有技术中采用液晶透镜光栅的立体显示装置的立体分解示意图，图2是图1所示液晶透镜光栅的截面示意图，图3是图2所示液晶透镜光栅的等效光路示意图。

如图1所示，现有立体显示装置包括背光模组11、液晶显示面板12及液晶透镜光栅13。其中，液晶透镜光栅13、液晶显示面板12及背光模组11依次层叠设置，使得液晶显示面板12夹设于背光模组11和液晶透镜光栅13之间。

液晶显示面板12与背光模组11叠合设置，背光模组11为液晶显示面板12提供光线以显示画面。液晶显示面板12接收编码处理的三维视频信号，经液晶显示面板12后显示三维画面，三维画面光束经由液晶透镜光栅13导向后形成具有位相差的两幅图像。

再请参见图2，图2是图1所示液晶透镜光栅的截面示意图。如图2所示，液晶透镜光栅13包括相对间隔设置的第一基板131和第二基板135、以及夹设于第一基板131和第二基板135之间的液晶层133。其中，第一基板131临近液晶层133的表面设置有一第一电极层132。第二基板135临近液晶层133的表面设置有多个第二电极134，多个第二电极134彼此间隔均匀设置。

第一电极层132和多个第二电极134由透明导电材料形成。液晶层133收容于第一电极层132和多个第二电极134形成的收容空间内，液晶层133的液晶分子(图未示)具有响应于电场的强度和分布的特性。

当给第一电极层132和多个第二电极134施加不同的电压时，沿液晶层133所在的水平方向，垂直电场在多个第二电极134的中心处最强，远离多个第二电极134的中心处的方向，垂直电场的强度降低。由于液晶层133的液晶分子具有正电介常数各向异性时，液晶分子根据垂直电场同样沿着远离多个第二电极134的中心处的水平方向距离增加，使得液晶分子与水平方向的夹角逐渐减小，亦即：在多个第二电极134的中心处，液晶分子呈竖立状，在远离多个第二电极134的中心处的方向，液晶分子随着距离的增加愈接近水平面倾斜。根据液晶分子的光折射特性，光路在距离多个第二电极134的中心处最近位置，光路最短，随着距离多个第二电极134的中心处的距离增加而光路边长，即如图3所示。使用相位平面表示光路的长短变化，则由液晶材料形成的液晶透镜光栅13具有与抛物面透镜等效的投射效果。通过控制第一电极层132和多个第二电极134之间的电压，以形成所需要的折射效果。当液晶显示面板12所接收的是二维显示信号时，则停止施加电压至第一电极层132和多个第二电极134，以实现二维显示和三维显示的自由切换。

采用上述电驱动液晶透镜光栅13虽然可以实现二维显示和三维显示的自由切换，但是仍然具有以下缺陷：

1)电驱动液晶透镜光栅13所形成的透镜光栅区域的边沿相对于具有物理实现的抛物面或凸面的透镜的分布存在严重偏离的相位，从而导致在实现三维图像时的折射率失真，进而导致透镜光栅区域的边沿处产生串扰，造成无法显示正常的图像。

2)由于第一电极层132和多个第二电极134占据了液晶透镜光栅13的大部分面积，因此在电极对应的透镜边沿区域以及中心区域形成陡峭的侧电场。为了形成等效于光滑抛物弧面的液晶透镜，需要增加第一电极层132与多个第二电极134之间的间距，使得液晶透镜光栅13的厚度增加，进而需要大量的液晶，提高生产成本。

3)为了实现全分辨率的立体显示图像，通过调节多个第二电极134之间的电压差，使得液晶分子的排列方向发生变化，从而改变入射光的方向，但是现有的液晶分子之间存在相互作用力，例如弹性常数、粘滞系数、介电各向异性等，同时由于增加液晶透镜光栅13的厚度，使得液晶分子转动速率太慢，进而使得液晶透镜光栅13的切换速率少于人眼所能接受的频率范围，导致人眼能够察觉到其场强跃迁。

因此，亟需提供一种液晶透镜光栅，以解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种立体显示装置及其液晶透镜光栅，以提高液晶分子的响应速度，改善透镜光栅区域的边沿的折射率失真的问题，更好地实现全分辨率立体显示；同时，避免增加液晶透镜光栅的厚度，进而避免需求大量的液晶，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种液晶透镜光栅，其包括：依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板；第一液晶层，设置于第一基板和第二基板之间；第二液晶层，设置于第二基板和第三基板之间；第一电极和第二电极，设置于第一基板和第二基板之间且第一电极和第二电极分别设置于第一液晶层的两侧，用于为第一液晶层提供驱动电压；第三电极和第四电极，设置于第二基板和第三基板之间且第三电极和第四电极分别设置于第二液晶层的两侧，用于为第二液晶层提供驱动电压。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，第一电极和第二电极中至少一个包括多个平行且间隔设置的第一条状电极，第三电极和第四电极中至少一个包括多个平行且间隔设置的第二条状电极。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，第一电极设置在第一基板靠近第一液晶层的表面上，第二电极设置在第二基板靠近第一液晶层的表面上，第三电极设置在第二基板靠近第二液晶层的表面上，第四电极设置在第三基板靠近第二液晶层的表面上。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，通过控制第一条状电极与第二条状电极之间的电压差，以使得第一液晶层的焦距等于第二液晶层的焦距。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，多个第一条状电极形成多个周期性排列的第一电极组，每一第一电极组包括奇数个第一条状电极，多个第二条状电极形成多个周期性排列的第二电极组，每一第二电极组包括奇数个第二条状电极。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，在每一第一电极组中，居中的第一条状电极上施加第一电压，且第一电极组中的其他第一条状电极上施加的电压沿居中的第一条状电极两侧的方向依次递增且大小相互对称；在每一第二电极组中，居中的第二条状电极上施加第二电压，且第二电极组中的其他第二条状电极上施加的电压沿着居中的第二条状电极两侧的方向依次递增且大小相互对称。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，通过控制施加于多个第一电极组以及多个第二电极组上的时序信号使得液晶透镜光栅呈现不同的状态，其中，时序信号包括连续的第一时刻T1、第二时刻T2及第三时刻T3，其中：

在第一时刻T1时，液晶透镜光栅显示二维画面；

在第二时刻T2及第三时刻T3时，液晶透镜光栅显示三维画面。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，每一第一电极组包括5个第一条状电极，居中的第一条状电极施加第一电压V3，其他第一条状电极依次施加第三电压V2以及第四电压V1；每一第二电极组包括5个第二条状电极，居中的第二条状电极施加第二电压V6，其他的第二条状电极依次施加第五电压V5以及第六电压V4。

作为上述液晶透镜光栅的进一步改进，V4＞V1＞V2＞V3＞V5＞V6。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种立体显示装置，其包括：显示面板，用于提供显示图像；液晶透镜光栅，设置于显示面板的出光方向上，且在未加驱动电压时，液晶透镜光栅直接透射显示面板射出的光线，以使立体显示装置提供二维图像；在向液晶透镜光栅施加驱动电压时，液晶透镜光栅将显示面板射出的光线折射为左眼图像和右眼图像，以使立体显示装置提供三维图像；其中，液晶透镜光栅为前述任一项的液晶透镜光栅。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明的立体显示装置及其液晶透镜光栅通过设置第二基板夹设于第一基板和第三基板之间，并且设置第二电极以及第三电极在第二基板的相对表面，以此实现分层驱动双层液晶透镜光栅中的两个液晶层，因此，较现有技术中液晶透镜光栅具有更快的响应速度；此外，选择时序信号的频率为120Hz或更高的频率进行刷新，可更好地实现全分辨率立体显示，同时没有过多地增加液晶透镜光栅的厚度，避免需求大量的液晶，降低生产成本。本发明的液晶透镜光栅进一步通过控制第二透明基板的厚度，可实现近距离观察。

附图说明

图1是现有技术中采用液晶透镜光栅的立体显示装置的立体分解示意图；

图2是图1所示液晶透镜光栅的截面示意图；

图3是图2所示液晶透镜光栅的等效光路示意图；

图4是本发明的立体显示装置一优选实施例的结构示意图；

图5是图4所示立体显示装置的液晶透镜光栅的侧面结构示意图；

图6是图5所示液晶透镜光栅的局部侧面示意图；

图7是图6所示第一透明电极施加的驱动电压分布示意图；

图8是图6所示第四透明电极施加的驱动电压分布示意图；

图9是图6所示液晶透镜光栅的一种工作状态示意图；

图10是图6所示液晶透镜光栅的另一种工作状态示意图；

图11是本发明的立体显示装置实现立体显示画面的成像原理示意图；

图12是本发明的液晶透镜光栅的第二实施例的结构示意图；

图13是本发明的液晶透镜光栅的第三实施例的结构示意图；

图14是本发明的液晶透镜光栅的第四实施例的结构示意图；

图15是本发明的液晶透镜光栅的第五实施例的结构示意图；以及

图16是本发明的液晶透镜光栅的第六实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参见图4，图4是本发明的立体显示装置一优选实施例的结构示意图，本发明立体显示装置包括液晶透镜光栅21和显示面板22，其中液晶透镜光栅21设置于显示面板22的出光面方向上。

其中，液晶透镜光栅21是根据施加的驱动电压进行驱动的液晶透镜光栅。显示面板22用于显示图像信息，显示面板22可为液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)、等离子显示面板(PDP)、场致发射显示器(FED)等。

具体而言，液晶透镜光栅21根据施加的驱动电压选择性地发射出二维或三维的图像。即，在未加驱动电压的状态下，液晶透镜光栅21等效于透光层，直接将从显示面板22施加的二维图像发射出去；在向液晶透镜光栅21施加驱动电压时，在不同位置的液晶(图未示)之间具有光程差，液晶透镜光栅21等效于抛物型透镜光栅。其中，抛物型透镜光栅在行方向上具有抛物型分布剖面，并且在列方向上等同地重复产生的抛物线型部分，进而使得抛物型透镜光栅在列方向上可以实现具有抛物相位的圆柱形状。

图5是图4所示立体显示装置的液晶透镜光栅的侧面结构示意图。如图5所示，液晶透镜光栅21包括：第一封框胶2111、第二封框胶2112、第一透明基板2131、第二透明基板2132、第三透明基板2133、第一透明配向膜2121、第二透明配向膜2122、第三透明配向膜2123、第四透明配向膜2124、第一透明电极2141、第二透明电极2142、第三透明电极2143、第四透明电极2144、第一液晶层2151以及第二液晶层2152。其中，第二透明基板2132设置于第一透明基板2131的下方，第三透明基板2133设置于第二透明基板2132的下方。第一液晶层2151设置在第一透明基板2131和第二透明基板2132之间，并被密封在第一封框胶2111内，第二液晶层2152设置在第二透明基板2132和第三透明基板2133之间，并被密封在第二封框胶2112内，使得第一液晶层2151和第二液晶层2152分别夹设在各自的区间内，在区间内有间隙子(SPACER，图未示)支撑和固定液晶层厚度。第一透明电极2141和第二透明电极2142分别设置于第一液晶层2151的两侧，为第一液晶层2151提供驱动电压；第三透明电极2143和第四透明电极2144分别设置于第二液晶层2152的两侧，为第二液晶层2152提供驱动电压。

在本实施例中，第一透明电极2141设置在第一透明基板2131靠近第一液晶层2151的表面上，且在第一透明电极2141和第一液晶层2151之间设置第一透明配向膜2121；第二透明电极2142设置在第二透明基板2132靠近第一液晶层2151的表面上，且在第二透明电极2142和第一液晶层2151之间设置第二透明配向膜2122；第三透明电极2143设置在第二透明基板2132靠近第二液晶层2152的表面上，且在第三透明电极2143和第二液晶层2152之间设置第三透明配向膜2123；第四透明电极2144设置在第三透明基板2132靠近第二液晶层2152的表面上，且在第四透明电极2144和第二液晶层2152之间设置第四透明配向膜2124。其中，第一透明电极2141为多个平行且间隔设置的第一条状电极，第四透明电极2144为多个平行且间隔设置的第二条状电极，第一条状电极和第二条状电极为相互平行且正对的条状电极。第二透明电极2142和第三透明电极2143为彼此平行的覆盖第二透明基板2132相对两表面的电极层。

第一透明基板2131和第三透明基板2133可以是玻璃基板，为减小液晶透镜光栅的厚度，可以通过机械方式或化学方式进行打磨和减薄，也可以是石英或合成树脂；第二透明基板2132可选用玻璃基板，较佳为选用透明的塑料材料。塑料材料具有高透光率、耐高温、低热膨胀系数、低热收缩系数、低吸水率、低双折射率、高阻抗性及耐化学腐蚀性等优点，例如第二透明基板2132可选用的塑料材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)以及JSR株式会社生产的商品名为ARTON的热塑性树脂中的任一种。第二透明基板2132采用塑料材料制成时，可使第二透明基板2132的厚度可以设置在0.1mm以下。

图6是图5所示液晶透镜光栅的局部侧面示意图，如图6所示，第一透明电极2141包括多个第一条状电极2141A、2141B、2141C、2141D、2141E......；第四透明电极2144与第一透明电极2141数目相等并正对平行设置，其包括多个第二条状电极2144A、2144B、2144C、2144D、2144E......。为使第一液晶层2151和第二液晶层2152发生旋转，并且得到良好的透镜效果，需要在多个第一条状电极2141和多个第二条状电极2144施加特定的驱动电压，进而得到较平滑的电场。

具体而言，如图7-8所示，图7为第一透明电极2141施加的驱动电压的分布示意图，图8为第四透明电极2144施加的驱动电压的分布示意图。第一透明电极2141以及第四透明电极2144上施加呈抛物线变化趋势的驱动电压。以第一透明电极2141的n个连续的第一条状电极为例，第一个第一条状电极2141A施加的驱动电压最小，为Vmin，第n个第一条状电极2141n施加的驱动电压最大，为Vmax。沿第一个第一条状电极2141A到两侧的第n个第一条状电极2141n的方向，n条第一条状电极2141施加的驱动电压依次递增，并且以第一个第一条状电极2141A为对称轴，沿第一个第一条状电极2141A到两侧的第n个第一条状电极2141n的方向，第一条形电极2141施加的驱动电压相互对称。沿第一个第一条状电极2141A到两侧的第n个第一条状电极2141n的方向，对应于施加较小驱动电压的第一个第一条状电极2041A的液晶分子(未标号)偏转角度较小，对应于施加较大驱动电压的第n个第一条状电极2141n的液晶分子偏转角度较大，不同偏转程度的液晶分子具有不同的折射率，从而形成一透镜结构。与上述原理相同，第一透明电极2141可以产生多个相同的透镜结构，且所产生的多个透镜结构相邻设置。第四透明电极2144产生透镜结构的原理与第一透明电极2141的一样，于此不再赘述。

在本实施例中，多个第一条状电极2141形成多个周期性排列的第一电极组2161，每一第一电极组2161包括奇数个第一条状电极2141。多个第二条状电极2144形成包括多个周期性排列的第二电极组2162，每一第二电极组2162包括奇数个第二条状电极2144。

在本实施例中，以第一透明电极2141和第四透明电极2144分别为5个第一条状电极2141和5个第二条状电极2144为一个周期为例进行说明。即：第一透明电极2141的一个周期包括第一条状电极2141A、2141B、2141C、2141D以及2141E，这5个第一条状电极形成一个第一电极组2161；第四透明电极2144的一个周期包括第二条状电极2144A、2144B、2144C、2144D以及2144E，这5个第二条状电极形成一个第二电极组2162。多个第一电极组2161和多个第二电极组2162与一时序信号电连接，此时序信号包括三个连续时刻，分别为第一时刻T1、第二时刻T2及第三时刻T3。

当时序信号在第一时刻T1时，液晶透镜光栅21处于第一状态，此时加载于第一条状电极2141A、2141B、2141C、2141D、2141E、第二条状电极2144A、2144B、2144C、2144D以及2144E上的驱动电压为零，则液晶分子没有发生旋转，如图6所述，由于在垂直方向上不同位置的光折射率完全一致，液晶透镜光栅21不具有透镜作用，显示二维画面。

当时序信号在第二时刻T2时，液晶透镜光栅21处于第二状态，加载于第二透明电极2142和第三透明电极2143的驱动电压为零或者一参考电压，加载于第一条状电极2141A和2141E的驱动电压为V1，加载于第一条状电极2141B和2141D的驱动电压为V2，加载于第一条状电极2141C的驱动电压为大于或等于零的驱动电压V3，加载于第二条状电极2144A和2144E的驱动电压为V4，加载于第二条状电极2144B和2144D的驱动电压为V5，加载于第二条状电极2144C的驱动电压为大于或等于零的驱动电压V6，且V4＞V1＞V3＞V5＞V6。由于液晶分子会在不同电场强度下会有不同角度的旋转，不同角度旋转的液晶分子对光的折射作用各不一样，在逐渐递增或递减的电场下，液晶分子对光路的改变而形成一个较圆滑的曲线，从而实现液晶透镜光栅21的效果。

请参见图9-10，图9是图6所示液晶透镜光栅的一种工作状态示意图，图10是图6所示液晶透镜光栅的另一种工作状态示意图。如图9所示，存在于第一透明电极2141及第二透明电极2142之间的电场作用于第一液晶层2151，存在于第三透明电极2143及第四透明电极2144之间的电场作用于第二液晶层2152，同时控制第一透明电极2141与第四透明电极2144之间的电压差，以使得第一液晶层2151形成的液晶透镜光栅的焦距等于第二液晶层2152形成的液晶透镜光栅的焦距。此时，可等同于一个液晶透镜光栅21。

当时序信号在第三时刻T3时，液晶透镜光栅处于第三状态，加载于第二透明电极2142和第三透明电极2143上的驱动电压为零，加载于第一透明电极2141和第四透明电极2144的驱动电压依次性地、周期性地变化，使液晶透镜光栅21依次性地、周期性地平移，如图10所示，第一条状电极2141A、2141B、2141C、2141D、2141E、第二条状电极2144A、2144B、2144C、2144D以及2144E分别移至2141A′、2141B′、2141C′、2141D′、2141E′及2144A′、2144B′、2144C′、2144D′、2144E′。在连续移动的情况下，加载于第一透明电极2141和第四透明电极2144设定时序信号，在不同的时刻，液晶透镜光栅21在时序信号作用下，导引光束朝设定方向传输，根据不同的时序信号，对应呈现状态变化的液晶透镜光栅21。由于液晶透镜光栅21所形成的透镜光栅区域的边沿与具有物理实现的抛物线或凸面的透镜的分布相同，避免在实现三维图像时的折射率失真，进而可实现高分辨率的立体图像显示效果，由此改善了现有技术在透镜光栅区域的边沿处产生串扰，造成无法显示正常的图像的问题。

在液晶分子的驱动过程中，由于第一透明电极2141和第四透明电极2144的双层驱动电压进行驱动，在第一透明电极2141和第四透明电极2144之间进一步设置有第二透明电极2142、第三透明电极2143以及第二透明基板2132将液晶分子隔开，可等同于两个液晶层。

而液晶分子的响应时间包括液晶分子改变排列状体的上升时间(Ton)和下降时间(Toff)，其计算公式分别为：

Ton＝(γ₁d²/k₁₁π²)/[(V/Vth)²-1]；

Toff＝γ₁d²/k₁₁π²

其中，γ₁为液晶分子旋转粘滞系数，K₁₁为展曲弹性常数，d为液晶柱状透镜光栅厚度，V为液晶柱状透镜的驱动电压，Vth为液晶分子的起始电压。由上式可以得出，Ton和Toff都随着d值的增大而大幅度增大，液晶分子的响应速度与液晶透镜光栅21的厚度的平方成正比。若现有技术中液晶透镜光栅的厚度为D，而本发明的电驱动液晶透镜光栅21是两层液晶透镜光栅的组合，每个液晶透镜的厚度d为1/2D，由此可计算得出本发明的液晶透镜光栅21的响应速度较现有技术中的液晶透镜光栅的响应速度提升了4倍。

图11是图4所示立体显示装置实现立体显示画面的成像原理示意图。如图11所示，若从显示面板22射出的光线为带有视差的左眼视图L和右眼视图R，所述左眼视图L可以通过液晶透镜光栅21而传输到左眼视区(也称为左眼观看区域)，所述右眼视图R可以通过液晶透镜光栅21而传输到右眼视区(也称为右眼观看区域)。当左眼视区和右眼视区之间的距离为观看者左右眼之间的距离时，观看者将看到三维图像。

在T2时刻，液晶透镜光栅21处于第二状态，其中对应形成多个液晶透镜光栅；在T3时刻，液晶透镜光栅21处于第三状态，其中对应形成另一形态的多个液晶透镜光栅。设定时序信号，在不同的时刻，根据不同的时序信号，对应使得呈现状态变化的液晶透镜光栅，电驱动液晶透镜光栅在时序信号作用下，导引光束朝设定方向传输，如在第一状态液晶透镜光栅21传输光至第一方向区域形成显示画面，在第二状态，液晶透镜光栅21传输光至第二方向区域形成显示画面，在第三状态，液晶透镜光栅21传输光至第三方向区域形成显示画面。在T2、T3不断交替的时序信号驱动下，所有液晶分子形成交替变化的液晶透镜光栅21，其中T2时刻所显示的画面传输至观看者的左眼，接下来的T3时刻所显示的画面传输至观看者的右眼，当时序信号的频率提高到一定程度，超出人眼所能识别的频率范围时，则液晶透镜光栅21即等效为一透镜交替变化的柱状透镜光栅。

具体而言，当显示面板22显示二维画面时，施加一第一状态时序信号至液晶透镜光栅21，则由于液晶透镜光栅21没有分光效果，显示面板22产生的光束直接穿过液晶透镜光栅21，液晶透镜光栅21并未改变光束传输方向，因此，映入观看者眼睛的是二维画面。

当显示面板22显示三维画面时，施加一时序信号至电驱动液晶透镜光栅21，控制液晶透镜光栅21在第二状态与第三状态之间切换，由此，使得液晶透镜光栅21等效于两种动态不同形态的柱状透镜光栅，具体如图11所示，其是液晶透镜光栅21实现分辨显示的原理图。图11中，实线为T2时刻，液晶透镜光栅21在第二状态所对应的光学路径示意图，虚线为T3时刻，液晶透镜光栅21在第三状态所对应的光学路径示意图。取a、b、c、d四个区域分别代表四个像素点，则a、b区域对应显示一画面，而c、d对应显示另一画面。在T2时刻，左眼看到的是b和a的像素点，而右眼看到的是d和c的像素点，在T3与T2时刻看到的图像刚好相反。这两种状态交替出现达到一定频率的时候，利用人的视觉残留使得观看者左眼和右眼均看到两幅完整的图像，这样就可以实现了全像素的三维立体显示。

显示面板22射出的光束经过液晶透镜光栅21后，将光束折射至设定方向，进而形成对应于人的左眼和右眼的具有位相差的图像。也就是说，当时序信号的频率提高到一定程度，超出人眼所能识别的频率范围时，液晶透镜光栅21在T2、T3不断交替作用下，引导光束交替传达时输至观看者的左眼和右眼，如时序信号的频率与显示面板22切换左眼视差图像和右眼视差图像的频率同步，并优选以120Hz或更高的频率进行刷新时，对观看者而言，因为其不能识别时序信号作用下的画面差别，导致观看者认为所接收的显示画面为全像素画面。当观看者位于立体显示区交替接收上述图像信息后，利用人眼的视觉残留，就可获得全像素的三维立体视觉效果。

进一步的，本发明的液晶透镜光栅21可调整焦距，以实现近距观察立体显示装置之目的。具体而言，液晶透镜光栅21包括第一液晶层2151和第二液晶层2152，第一液晶层2151所形成的透镜焦距为f1，第二液晶层2152所形成的透镜焦距为f2，第二透明基板2132的厚度为d，根据组合透镜公式可知，液晶透镜光栅21的焦距f为：

f＝(f1*f2)/(f1+f2-d)

由此可见，通过控制第二透明基板2132的厚度为d，就可以实现液晶透镜光栅21的焦距f的控制：减少第二透明基板2132的厚度d，可使液晶透镜光栅21的焦距f均小于透镜焦距f1和透镜焦距f2，由此减少液晶透镜光栅21的焦距f，实现近距观察。

请参见图12，图12是本发明的液晶透镜光栅的第二实施例的结构示意图。如图12所示，第二实施例的液晶透镜光栅50与第一实施例的液晶透镜光栅21不同之处在于：第一透明电极5041为电极层，第二透明电极5042为第一条状电极，而立体显示的实现方式类似于第一实施方式为了获得三维图像显示效果相关描述，在此也不再赘述。

请参见图13，图13是本发明的液晶透镜光栅的第三实施例的结构示意图。如图13所示，第三实施例的液晶透镜光栅60与第一实施例的液晶透镜光栅21不同之处在于：第一透明电极6041和第四透明电极6044为电极层，第二透明电极6042为第一条状电极，第三透明电极6043为第二条状电极，而立体显示的实现方式类似于第一实施方式为了获得三维图像显示效果相关描述，在此也不再赘述。

请参见图14，图14是本发明的液晶透镜光栅的第四实施例的结构示意图。如图14所示，第四实施例的液晶透镜光栅70与第一实施例的液晶透镜光栅21不同之处在于：第三透明电极7043为第二条状电极，第四透明电极7044为电极层，而立体显示的实现方式类似于第一实施方式为了获得三维图像显示效果相关描述，在此也不再赘述。

请参见图15，图15是本发明的液晶透镜光栅的第五实施例的结构示意图。如图15所示，第四实施例的液晶透镜光栅80与第一实施例的液晶透镜光栅21不同之处在于：第一透明电极8041为第一条状电极，第二透明电极8042为第二条状电极，第三透明电极8043为第三条状电极，第四透明电极8044为第四条状电极，而立体显示的实施方式类似于第一实施方式为了获得三维图像显示效果相关描述，在此也不再赘述。

请参见图16，图16是本发明的液晶透镜光栅的第六实施例的结构示意图。如图16所示，第六实施例的液晶透镜光栅与前述第五实施例液晶透镜光栅80的不同在于：前述实施方式中，各条状电极是正对且平行设置，而本实施方式中，各条状电极相互偏差一定角度设置。具体而言，在本实施方式中，第一透明电极8041和第二透明电极8042偏差一定的角度设置，第二透明电极8042和第三透明电极8043偏差一定的角度设置，第三透明电极8043和第四透明电极8044偏差一定的角度设置。

通过以上方式，区别现有技术中液晶透镜光栅，本发明的液晶透镜光栅21通过第一透明电极2141驱动夹设在第一透明基板2131与第二透明基板2132内的第一液晶层2151，第四透明电极2144驱动夹设在第二透明基板2132与第三透明基板2133内的第二液晶层2152，实现分层驱动双层液晶透镜光栅21中的两个液晶层，因此，较现有技术中液晶透镜光栅具有更快的响应速度；此外，选择时序信号的频率为120Hz或更高的频率进行刷新，可更好地实现全分辨率立体显示，同时没有过多地增加液晶透镜光栅21的厚度，避免需求大量的液晶，降低生产成本。本发明的液晶透镜光栅21进一步通过控制第二透明基板2132的厚度，可实现近距离观察。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种液晶透镜光栅，其特征在于，所述液晶透镜光栅包括：

依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板；

第一液晶层，设置于所述第一基板和第二基板之间；

第二液晶层，设置于所述第二基板和第三基板之间；

第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极分别设置于所述第一液晶层的两侧，用于为所述第一液晶层提供驱动电压；

第三电极和第四电极，且所述第三电极和所述第四电极分别设置于所述第二液晶层的两侧，用于为所述第二液晶层提供驱动电压。

2.根据权利要求1所述的液晶透镜光栅，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括多个平行且间隔设置的第一条状电极，所述第三电极和所述第四电极中的至少一个包括多个平行且间隔设置的第二条状电极。

3.根据权利要求1所述的液晶透镜光栅，其特征在于，所述第一电极设置在所述第一基板靠近所述第一液晶层的一侧，所述第二电极设置在所述第二基板靠近所述第一液晶层的一侧，所述第三电极设置在所述第二基板靠近所述第二液晶层的一侧，所述第四电极设置在所述第三基板靠近所述第二液晶层的一侧。

4.根据权利要求2所述的液晶透镜光栅，其特征在于，通过控制所述第一条状电极与所述第二条状电极之间的电压差，以使得所述第一液晶层的焦距等于所述第二液晶层的焦距。

5.根据权利要求2所述的液晶透镜光栅，其特征在于，所述多个第一条状电极形成多个周期性排列的第一电极组，每一所述第一电极组包括奇数个所述第一条状电极，所述多个第二条状电极形成多个周期性排列的第二电极组，每一所述第二电极组包括奇数个所述第二条状电极。

6.根据权利要求5所述的液晶透镜光栅，其特征在于，在每一所述第一电极组中，居中的第一条状电极上施加第一电压，且所述第一电极组中的其他所述第一条状电极上施加的电压沿所述居中的第一条状电极两侧的方向依次递增且大小相互对称；在每一所述第二电极组中，居中的第二条状电极上施加第二电压，且所述第二电极组中的其他所述的其他所述第二条状电极上施加的电压沿着所述居中的第二条状电极两侧的方向依次递增且大小相互对称。

7.根据权利要求6所述的液晶透镜光栅，其特征在于，通过控制施加于所述多个第一电极组以及所述多个第二电极组上的时序信号使得所述液晶透镜光栅呈现不同的状态，其中，所述时序信号包括连续的第一时刻T1、第二时刻T2及第三时刻T3，其中：

在所述第一时刻T1时，所述液晶透镜光栅显示二维画面；

在所述第二时刻T2及所述第三时刻T3时，所述液晶透镜光栅显示三维画面。

8.根据权利要求6所述的液晶透镜光栅，其特征在于，每一所述第一电极组包括5个所述第一条状电极，所述居中的第一条状电极施加第一电压V3，其他所述第一条状电极依次施加第三电压V2以及第四电压V1；每一所述第二电极组包括5个所述第二条状电极，所述居中的第二条状电极施加所述第二电压V6，其他的所述第二条状电极依次施加第五电压V5以及第六电压V4。

9.根据权利要求8所述的液晶透镜光栅，其特征在于，V4＞V1＞V2＞V3＞V5＞V6。

10.一种立体显示装置，其特征在于，所述立体显示装置包括：

显示面板，用于提供显示图像；

液晶透镜光栅，设置于所述显示面板的出光方向上，且在未加驱动电压时，所述液晶透镜光栅直接透射所述显示面板射出的光线，以使所述立体显示装置提供二维图像；在向所述液晶透镜光栅施加驱动电压时，所述液晶透镜光栅将所述显示面板射出的光线折射为左眼图像和右眼图像，以使所述立体显示装置提供三维图像；其中，所述液晶透镜光栅为如权利要求1-9任一项所述的液晶透镜光栅。

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