CN102749717A - 一种裸眼式立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种裸眼式立体显示装置，包括：背光板；显示面板，用于显示2D图像或3D图像；分光装置，用于在2D模式中透射提供的图像，以及在3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像；偏振态控制器，设置在所述显示面板和所述分光装置之间，用于在2D模式下将由所述显示面板提供的光线振动方向旋转90度、以及在3D模式下不改变由所述显示面板提供的光线振动方向，通过利用分光装置和偏振态控制器实现裸眼式立体显示，能够有效避免现有技术中背光利用率下降的问题。

Description

一种裸眼式立体显示装置
技术领域
本发明涉及立体显示技术领域，尤其涉及一种全分辨率裸眼式立体显示装置。
背景技术
在立体显示技术中，利用双目视差的原理，使用户产生接近于真实的立体感。目前的立体显示技术分为眼镜式和裸眼式两类。而一般来说，裸眼式立体显示装置具有使用方便，符合人眼的日常观看习惯等优点，但是裸眼式立体显示装置也存在其固有的缺陷。
目前，裸眼立体显示的实现方式大体有视差狭缝光栅、微柱透镜阵列和指向性背光等方式。但这些方法都是采用的空间分割的方法显示立体图像，因此会造成显示分辨率降低的问题，从而影响了立体显示的效果。
如图1所示，为现有的一种全分辨率的立体显示装置。该立体显示装置包括：位于背光板110和显示面板120之间的用于分离图像的视差栅栏115，偏振显示面板120输出光以产生第一偏振光的偏振器125，将第一偏振光转换为第二偏振光的偏振开关130，以及具有可根据入射光偏振状态而变化折射率的双折射板135。其具体的工作过程如下：视差栅栏115将显示面板120发射的图像分离为左右眼图像，且经过分离的左右眼图像为原始左右眼图像的奇数列图像或偶数列图像。然后再利用之后的器件和时分的方法将单幅图像的奇数列和偶数列进行组合形成全分辨率的图像。我们以左眼图像为例，假设第一时刻，经视差栅栏115分离出的图像为原始图像的奇数列，其光线经过偏振器125之后按第一偏振光传播，再以第一折射率通过双折射板135到达左眼（LE）所在位置；第二时刻，经视差栅栏115分离出的图像为原始图像的偶数列，其光线经过偏振器125之后按第二偏振光传播，再以第二折射率通过双折射板135到达左眼所在位置。这样控制第一时间和第二时间所需要的总时间在30ms以内，低于人眼的反应时间。这样左眼图像的奇数列和偶数列就可以组合成完整的全分辨率图像，其中偏振开关控制器133与显示装置控制器123同步。
然而，上述时分的显示方式存在一些问题，如其视差栅栏115位于背光板110和显示面板120之间，会造成背光利用率的下降，使显示面板的亮度下降。在上述现有技术中所使用的利用双折射板对光线偏移使奇数列图像和偶数列图像组合的方式会因为出射光线出射角度的不同而产生效果上的差异，因此其效果不能保证如理想的情况一样精确，从而导致奇数列图像和偶数列图像在空间上发生重叠而引起串扰。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种裸眼式立体显示装置，通过利用分光装置和偏振态控制器实现裸眼式立体显示，能够有效避免现有技术中背光利用率下降的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种裸眼式立体显示装置，包括：
背光板；
显示面板，用于显示2D图像或3D图像；
分光装置，用于在2D模式中透射提供的图像，以及在3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像；
偏振态控制器，设置在所述显示面板和所述分光装置之间，用于在2D模式下将由所述显示面板提供的光线振动方向旋转90度、以及在3D模式下不改变由所述显示面板提供的光线振动方向。
优选地，所述偏振态控制器包括：
第一基板；
第二基板；以及
设置在第一基板和第二基板之间的具有90°扭曲的向列性液晶层，其中
所述偏振态控制器上的靠近所述显示面板的基板上的配向层的摩擦方向与所述显示面板出射偏振光的偏振方向相同。
优选地，所述分光装置包括：
单折射率透镜；
双折射率透镜，其中
所述单折射率透镜和所述双折射率透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，所述单折射率透镜和所述双折射率透镜的曲面部分具有相同曲率，所述单折射率透镜和双折射率透镜对所述偏振态控制器旋转后或不旋转出射的两种偏振光中的其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
优选地，所述单折射率透镜为单折射率凸透镜，且所述单折射率凸透镜的折射率等于所述双折射率透镜的其中一个折射率并大于另外一个折射率；或者
所述双折射率透镜为双折射率凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等于所述双折射率凸透镜的其中一个折射率并小于另外一个折射率。
优选地，所述双折射率透镜的折射率包括：相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，所述单折射率透镜的折射率等于所述寻常光折射率no并大于所述非寻常光折射率ne；或
所述双折射率透镜的折射率包括：相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，所述单折射率透镜的折射率等于所述非寻常光折射率no并大于所述寻常光折射率ne。
优选地，所述单折射率透镜为单折射率凸透镜，所述双折射率透镜为双折射率凹透镜。
优选地，所述单折射率凸透镜的折射率为n1，所述双折射率凹透镜的寻常光折射率为no，非寻常光折射率为ne，且n1=n0，n1>ne。
优选地，所述双折射率凹透镜的平面部分对着光线的入射部分，所述单折射率凸透镜的凸面部分对着光线入射的方向。
优选地，所述分光装置包括：第一液晶透镜光栅和第二液晶透镜光栅，其中
所述第一液晶透镜光栅包括：
第三基板和第四基板，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；
多个第一电极和多个第二电极，分别形成在所述第三基板和所述第四基板上，其中，在所述第一电极和所述第二电极之间涂有第一定向膜和第二定向膜，并且所述第一定向膜和所述第二定向膜具有相同的平行或垂直与相应电极纵向方向的定向方向，所述第一定向膜和所述第二定向膜之间填充有液晶层；
所述第二液晶透镜光栅包括：
第五基板和第六基板，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；
多个第三电极和多个第四电极，分别形成在所述第五基板和所述第六基板上，其中，在所述第三电极和所述第四电极之间涂有第三定向膜和第四定向膜，所述第三定向膜和所述第四定向膜之间填充有液晶层。
优选地，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一定向膜的摩擦方向与所述第二液晶透镜光栅的所述第三定向膜的摩擦方向之间的夹角为90°。
优选地，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一电极与所述第二液晶透镜光栅中的所述第三电极的纵向方向保持平行。
优选地，所述第二液晶透镜光栅中的所述第六基板和所述第一液晶透镜光栅中的所述第三基板共用同一块基板。
优选地，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一电极和所述第二电极为相互垂直的条形电极；所述第二液晶透镜光栅中的所述第三电极和所述第四电极为相互垂直的条形电极。
优选地，所述裸眼式立体显示装置还包括：分光装置驱动器、偏振态控制器驱动器和显示面板驱动器，其中
所述分光装置驱动器，用于控制切换2D和3D显示效果；
所述偏振态控制器驱动器，用于为所述偏振态控制器提供状态切换信号，其接收从所述显示面板驱动器发送的相关信号，完成对光阀的相应控制；
所述显示面板驱动器，用于控制所述显示面板显示2D或3D画面，并向所述偏振态控制器驱动器和所述分光装置驱动器传送相应信号，使其工作在匹配的工作模式。
优选地，所述偏振态控制器与所述显示面板的刷新速率同步。
优选地，所述分光装置为双层透镜光栅，所述裸眼式立体显示装置还包括：重力感应装置，其中
在所述重力感应装置上设定两个相互垂直的显示方向为第一方向和第二方向，使相互垂直的双层透镜光栅分别对应两个显示方向，当所述重力感应装置判定为第一方向时，则向所述双层透镜光栅发送相应的显示信号，所述双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第一方向上的立体显示；
当所述重力感应装置判定为第二方向时，则向所述双层透镜光栅发送相应的显示信号，所述双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第二方向上的立体显示效果。
优选地，所述分光装置包括：第一固态透镜光栅和第二固态透镜光栅，其中第一固态透镜光栅的曲率半径大于第二固态透镜光栅的曲率半径。
本发明还提供一种裸眼式立体显示装置，包括：依次设置的显示面板、第二偏振态控制器、第四固态透镜光栅、第一偏振态控制器和第三固态透镜光栅，其中
所述第三固态透镜光栅和所述第四固态透镜光栅都是由单折射率透镜和双折射率透镜构成的组合透镜，且所述第三固态透镜光栅的曲率半径大于所述第四固态透镜光栅的曲率半径，所述第三固态透镜光栅、所述第四固态透镜光栅中单折射率透镜的位置相差半个透镜偏振态控制器。
优选地，当图像完成第一帧更新时，所述第二偏振态控制器处于加电状态，对来自所述显示面板的线偏振光不做改变，此时所述第四固态透镜光栅表现为透镜形态对光线进行分光；所述第一偏振态控制器处于加电状态，将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，此时所述第三固态透镜光栅对线偏振光无作用；
当图像完成第二帧更新时，所述第二偏振态控制器处于不加电状态，将线偏振光变为垂直偏振态，此时所述第四固态透镜光栅对该线偏振光无作用，所述第一偏振态控制器处于加电状态，将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，所述第三固态透镜光栅表现为透镜形态对光线进行分光。
由上述技术方案可知，本发明的技术方案具有如下有益效果：通过利用分光装置和偏振态控制器实现裸眼式立体显示，能够有效避免现有技术中背光利用率下降的问题。
附图说明
图1为现有技术中的全分辨率立体显示装置的示意图；
图2为本发明的第一实施方式中裸眼式立体显示装置的结构示意图；
图3为本发明的第一实施方式中双层液晶透镜光栅的结构示意图；
图4为本发明的第一实施方式中具有共用基板的双层液晶透镜光栅的结构示意图；
图5为本发明的第一实施方式中第一时刻时左眼的奇数列图像和右眼的偶数列图像；
图6为本发明的第一实施方式中第二时刻时左眼的偶数列图像和右眼的奇数列图像；
图7为本发明的第一实施方式中第一时刻显示光线传播示意图；
图8为本发明的第一实施方式中第二时刻显示光线传播示意图；
图9为本发明的第一实施方式中具有条形电极的双层液晶透镜光栅的结构示意图；
图10为本发明的第二实施方式中裸眼式立体显示装置的总体结构示意图；
图11为本发明的第二实施方式中采用双层固态透镜光栅结构的裸眼式立体显示装置的示意图；
图12为本发明的第二实施方式中的另一实施例采用双层固态透镜光栅结构的裸眼式立体显示装置的示意图；
图13为本发明的第二实施方式中裸眼式立体显示装置的电路结构示意图；
图14a为本发明的第二实施方式中偏振态控制器和分光装置在施加电压前的光路图；
图14b为本发明的第二实施方式中偏振态控制器和分光装置在施加电压后的光路图；
图15为本发明的第二实施方式的实施例1中的裸眼式立体显示装置的示意图；
图16a为本发明的第二实施方式的实施例1中T1时刻时在第一偏振态控制器被施加一组驱动电压的示意图；
图16b为本发明的第二实施方式的实施例1中T2时刻时在第一偏振态控制器被施加一组驱动电压的示意图；
图17为本发明的第二实施方式中在时序电路驱动下，实现全分辨率立体显示的示意图；
图18a为本发明的第二实施方式的实施例2中T1时刻时裸眼式立体显示装置的状态示意图；
图18b为本发明的第二实施方式的实施例2中T2时刻时裸眼式立体显示装置的状态示意图；
图19为本发明的第二实施方式的实施例3中的液晶透镜组件从图箭头A所示方向的剖面图及凸透镜内的液晶分子未改变排列方向时偏振光的光路示意图；
图20为本发明的第二实施方式的实施例3中的液晶透镜组件的剖面及凸透镜内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图；
图21为本发明的第二实施方式中第一液晶透镜从图箭头A所示方向的剖面图及凹透镜内的液晶分子未改变排列方向时偏振光的光路示意图；
图22为本发明的第二实施方式的实施例3中在T1时刻的液晶透镜组件的剖面及凹透镜内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图；
图23为本发明的第二实施方式的实施例3中在T2时刻液晶透镜组件的剖面及凹透镜内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
第一实施方式
如图2所示，为本发明的第一实施方式中裸眼式立体显示装置的结构示意图。该裸眼式立体显示装置包括：分光装置21，偏振态控制器230，显示面板250、背光板240，分光装置驱动器200，偏振态控制器驱动器231、显示面板驱动器251及同步控制装置，其中
分光装置驱动器200，用于驱动分光装置21工作；
偏振态控制器驱动器231，用于驱动偏振态控制器230工作；
显示面板驱动器251，用于驱动显示面板250工作；
同步控制装置，用于控制分光装置驱动器200、偏振态控制器驱动器231和显示面板驱动器251同步；
显示面板250，用于利用电调制光来形成图像，显示二维图像或三维图像，显示面板250可以采用需要安装偏振器的等离子体显示面板（PDP）、有机发光显示（OLED）面板、场致发射显示（FED）面板以及其传统结构已经包括偏振器作为输出偏振器的液晶显示（LCD）面板。该显示面板250可采用较高的刷新频率来更新图像，如120Hz或240Hz。当然可以理解的是，在本实施例中并不限定显示面板250的结构。
分光装置21，用于分别产生第一时刻和第二时刻的分光效果，从而分别向两只眼睛传送不同的图像；
偏振态控制器230，设置在显示面板250和分光装置21之间，用于对从显示面板250发出的光线的偏振态进行调制，使调制后的光线与分光装置21所需的偏振态相匹配。
在本发明的第一实施方式的一实施例中，偏振态控制器230包括：
第一基板；
第二基板，以及
设置在第一基板和第二基板之间的具有90°扭曲的向列性液晶层，其第一基板、第二基板的电极可采用面电极或者是分离电极结构。该偏振态控制器230中靠近显示面板250的基板上配向层的摩擦方向与显示面板250出射偏振光的偏振方向相同。
通过以上结构，可以控制从显示面板250射入的偏振光在不同控制条件下，分别以两种不同的线偏振状态出射。例如：可定义显示面板250出射的偏振光方向为第一偏振方向，则其通过无电压控制的偏振态控制器230时，其偏振光会方向发生90°的变化，定义此时的偏振光方向为第二偏振方向，由此可知当在偏振态控制器230上施加液晶层的饱和电压时，液晶层将失去旋光性，出射光线将按照第一偏振方向传播。
当然可以理解的是，在本实施例中并不限定该双层液晶透镜光栅的具体结构，该双层液晶透镜光栅可采用公开号：CN101387758，发明名称“2D-3D可转换立体显示装置”的发明专利中透镜组件的结构。
在本发明的第一实施方式的一实施例中，该双层液晶透镜光栅可以是双层液晶透镜光栅。参见图3，双层液晶透镜光栅包括：第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210，其中
第一液晶透镜光栅220包括：第三基板221和第四基板222，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；多个第一电极224和第二电极225，其分别形成在第三基板221和第四基板222上，其中，
第一电极224可以采用整面电极或者分离式面电极结构，第二电极225可采用条形分离电极结构。当然可以理解的是，在本实施例中并不限定第一电极224和第二电极225的具体结构。
在第一电极224和第二电极225之间涂有第一定向膜和第二定向膜，并且其具有相同的平行或垂直与相应电极纵向方向的定向方向。第一定向膜和第二定向膜之间填充有第一液晶层223。同时在第三基板221上第一电极224与第四基板222上的第二电极225与分光装置驱动器200相连。
第二液晶透镜光栅210包括：第五基板211和第六基板212，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；多个第三电极214和第四电极215，其分别形成在第五基板211和第六基板212上，其中，
第三电极214可以采用整面电极或者分离式面电极结构，第四电极215采用条形分离电极结构。当然可以理解的是，在本实施例中并不限定第三电极214和第四电极215的具体结构。
在第三电极214和第四电极215之间涂有第三定向膜和第四定向膜，并且其具有相同的平行或垂直与相应电极纵向方向的定向方向。第三定向膜和第四定向膜之间填充有第二液晶层213。同时在第五基板211上的第三电极214和第六基板212上的第四电极215与分光装置驱动器200相连。
在本发明的第一实施方式的一实施例中，第一液晶透镜光栅220的结构和第二液晶透镜光栅210的结构基本相同。不同的是，第一液晶透镜光栅220中的第一定向膜的摩擦方向与第二液晶透镜光栅210的第三定向膜的摩擦方向之间的夹角为90°。
在本发明的第一实施方式的一实施例中，双层液晶透镜光栅中的第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210可采用黏结的方式贴合，例如第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210使用UV胶等透明介质黏结，且应保证第一液晶透镜光栅220中第一电极与第二液晶透镜光栅210中第三电极的纵向方向保持平行。
其中，贴合处的第六基板212和第三基板221的厚度不能太大，否则会影响显示效果，例如厚度控制在1mm以下。第一液晶透镜光栅第二液晶透镜光栅第一液晶透镜光栅第二液晶透镜光栅。
当然，在本发明的第一实施方式的另一实施例中，该双层液晶透镜光栅也可以采用共用基板的方式来制作，第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210之间共用同一块基板，该共用基板的上下表面分别设置有电极结构，采用共用基板可以减小双层液晶透镜光栅的整体厚度，消除对位误差。
参见图4，为本发明的第一实施方式中具有共用基板的双层液晶透镜光栅的结构示意图，其中第六基板212和第三基板221通过一块共用基板实现，共用基板的上下表面都附有电极层，在制作过程中其两面都进行摩擦定向，且其摩擦方向相互垂直，该双层液晶透镜光栅的其他结构与图3中双层液晶透镜光栅的结构相同。
继续参见图2，在本发明的第一实施方式中的一实施例中，分光装置驱动器200，偏振态控制器驱动器231、显示面板驱动器251可以各自独立的电路结构设置在立体显示显示装置中，当然可以理解的是，上述驱动器也可集成在同一驱动单元中，分光装置驱动器200，偏振态控制器驱动器231、显示面板驱动器251之间可以进行信号通讯，从而相互配合完成工作模式的切换和调整。其中
分光装置驱动器200，用于控制切换2D和3D显示效果，并可通过改变驱动电压来调整透镜位置以消除制作工艺上的误差对效果的影响；
偏振态控制器驱动器231，用于为偏振态控制器230提供状态切换信号，其接收从显示面板驱动器251发送的相关信号，完成对光阀的相应控制；
显示面板驱动器251，用于控制显示面板250显示2D或3D画面，同时向偏振态控制器驱动器231和分光装置驱动器200传送相应信号，使其工作在匹配的工作模式。
在本发明的第一实施方式的另一实施例中，当采用双层液晶透镜光栅作为分光装置21时，该裸眼式立体显示装置中可不包含分光装置驱动器200。当然可以理解的是，本领域技术人员可根据具体结构的不同，选用不同的驱动控制方法，其具体实施方法将在相应的实施例中进行详细阐述。
在本发明的第一实施方式的一实施例中，偏振态控制器230中的液晶层具有90°的扭曲角，用以在不同时刻分别产生不同偏振状态的出射偏振光。偏振态控制器230的上下基板之间的液晶层厚度不能太厚，一般情况下，液晶层的厚度满足摩根条件，即液晶分子的扭曲螺距和其折射率各向异性的乘积远大于入射波长的一半，这样光在通过液晶层时，其偏振面发生的旋转就与波长无关。其对于入射光偏振状态的转换时间应小于16ms，即低于人眼的视觉响应时间。同时要求显示面板出射偏振光的方向在到达偏振态控制器时的偏振态与其中对应基板上定向膜的摩擦方向平行或者垂直。
本发明的第一实施方式中裸眼式全分辨率立体显示装置的工作过程如下：
参见图5和图6，分别为在第一时刻和第二时刻时显示面板250输出图像数据的示意图。原始图片的左眼图像区域和该右眼图像区域利用来自不同观察点的两个照相机采集得到。左眼图像区域包括奇数列(1L，3L，5L，...，(2n-1)L)(n为自然数)和偶数列(2L，4L，...，(2n-2)L)。右眼图像区域包括奇数列(1R，3R，5R，...，(2n-1)R)和偶数列(2R，4R，...，(2n-2)R)。奇数列图像和偶数列图像的组合显示为具有全分辨率的图像。
第一时刻时显示图像是由左眼的奇数列图像(1L，3L，5L，...，(2n-1)L)和右眼的偶数列图像(2R，4R，...，(2n-2)R)彼此间隔构成；第二时刻时显示图像是由左眼的偶数列图像((2L，4L，...，(2n-2)L)和右眼的奇数列图像(1R，3R，5R，...，(2n-1)R)彼此间隔构成。
在进行3D显示时，第一时刻时显示装置中各部分的工作状态如图7所示，其中L表示左眼像素发出的光线的传播方向，R表示右眼像素发出的光线传播方向。此时第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210由其分光装置驱动器200提供驱动电压而形成透镜形态。偏振态控制器230处于断电状态，即偏振光经过光阀后偏振方向会有90°的变化。
首先，通过该显示面板驱动器251向该显示面板250输入与奇数列左眼图像相应的一图形信号和与偶数列右眼图像相应的另一图形信号，该奇数列左眼图像和该偶数列右眼图像根据该输入图形信号形成，即第一时刻图像由该奇数列左眼图像和偶数列右眼图像形成。由背光板240发出的光线经过显示面板250后加载了上述图像信息，以垂直偏振态光线310出射，再经过偏振态控制器230后其偏振状态旋转90°，变为水平偏振态光线320。
如图7所示，第二液晶透镜光栅210的电极的纵向方向为垂直纸面，假使第二液晶透镜光栅210的定向膜的摩擦方向为平行电极方向，即垂直纸面摩擦，则光线在经过第二液晶透镜光栅210时，无任何变化，仍按原来方向传播。此时透镜210的定向膜的摩擦方向为平行与纸面，当水平偏振的光线达到第一液晶透镜光栅220时，因为第一液晶透镜光栅220的作用而产生分光的效果。将该奇数列左眼图像分离到左眼(LE)，将该偶数列右眼图像分离到右眼(RE)，从而由于左右眼图像的视差效应形成第一时刻的三维图像。
在第二时刻，显示装置中各部分的工作状态如图8所示，其中L表示左眼像素发出的光线的传播方向，R表示右眼像素发出的光线传播方向。此时第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210由其分光装置驱动器200驱动仍处于开启状态，可对相应偏振态的光线起到透镜作用。偏振态控制器230处于接通状态，对通过它的光线的偏振态无任何作用。
通过该显示面板驱动器251向该显示面板250输入与偶数列左眼图像相应的一图形信号和与奇数列右眼图像相应的另一图形信号，该偶数列左眼图像和该奇数列右眼图像根据该输入图形信号形成，即第二时刻图像由该偶数列左眼图像和奇数列右眼图像形成。由背光板240发出的光线经过显示面板250后加载了上述图像信息，以垂直偏振态光线310出射，再经过偏振态控制器230后保持原有垂直偏振状态不变。如图所示，因为如上所述，第一液晶透镜光栅220的电极的纵向方向为垂直纸面，第二液晶透镜光栅210的定向膜的摩擦方向为平行电极方向，即垂直纸面摩擦，则光线在经过第二液晶透镜光栅210时，因为其具有垂直偏振态，则第二液晶透镜光栅210产生分光的效果。将该偶数列左眼图像分离到左眼(LE)方向，将该奇数列右眼图像分离到右眼(RE)方向。此时第一液晶透镜光栅220的定向膜的摩擦方向为平行与纸面，当垂直偏振的光线达到第一液晶透镜光栅220时无任何变化，从而光线最终到达左右眼，形成第二时刻的三维图像。
如上所述，本发明的第一实施方式中裸眼式立体显示装置交替显示奇数区域图像和偶数区域图像并通过奇偶图像的组合来以全分辨率的方式实现三维图像。同时由于这种区域图像更新速度高于人眼感觉反应上限，单帧时间内维持以全分辨率的一半来显示的所述第一时刻或第二时刻图像，从而能够显示全分辨率图像而没有任何闪烁。
由于该显示面板250是逐行扫描刷新的，优选该偏振态控制器230与该显示面板250的刷新速率同步。因此，该奇数区域和该偶数区域与该显示面板250的该图形信号相配合，能够将该左眼图像和该右眼图像显示给左眼和右眼，这样可以减少由于该显示面板的扫描导致的串扰(crosstalk)，从而能够提供高质量图像。
参见图9，为本发明的第一实施方式的一实施例中具有条形电极的双层液晶透镜光栅的结构示意图，其中对第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210的玻璃基板上的电极的设置方向进行了调整，例如将上下电极设计成相互垂直的条形电极。
以第二液晶透镜光栅210为例，第二液晶透镜光栅210上的第三电极214和第四电极215为相互垂直的条形电极。
在本发明的第一实施方式中的另一实施例中，第一液晶透镜光栅220和第二液晶透镜光栅210的摩擦方向仍然采用相互垂直的设计。相互垂直的条形电极设计用于实现在两个方向都能观看的立体效果，类似与手机或者平板电脑上重力感应装置。而在实际设计方案中，也需加入重力感应装置的配合。具体的工作过程如下：
分别设定两个相互垂直的显示方向为第一方向和第二方向，并在重力感应装置上定义两个方向，使相互垂直的双层透镜光栅分别对应两个显示方向。当重力感应装置判定为第一方向时，则向双层透镜光栅发送相应的显示信号，双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第一方向上的立体显示。
当重力感应装置判定为第二方向时，则向双层透镜光栅发送相应的显示信号，双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第二方向上的立体显示效果。
第二实施方式
在本发明的第二实施方式的实施例中，分光装置采用的第一液晶透镜光栅和第二液晶透镜光栅，除了可以采用相同电极结构设计的双层液晶透镜光栅，也可以是采用具有2D/3D切换功能的双层固态透镜光栅结构，但都要求相应的双层透镜中所形成的微透镜位置不同，用于分别产生第一时刻和第二时刻的分光效果，从而分别向两只眼睛传送不同的图像，再通过两个时刻画面的组合使得每只眼睛接收到的图像都达到全分辨率图像的显示效果。
在本发明的第二实施方式的一实施例中，上述双层固态透镜光栅包括：单折射率透镜和双折射率透镜，其中单折射率透镜和双折射率透镜具有相同的微透镜参数，但为了匹配立体显示参数，其材料折射率和单折射率透镜和双折射率透镜曲面的曲率半径有所不同。
例如：上述双层固态透镜光栅包括：单折射率透镜和双折射率透镜，其中单折射率透镜和双折射率透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，单折射率透镜和双折射率透镜的曲面部分具有相同曲率，从而相互贴合在一起，双层液晶透镜光栅对偏振态控制器旋转后或不旋转出射的两种偏振光中的其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
如图10所示，本发明的第二实施方式中裸眼式立体显示装置的总体结构示意图，其中，
背光板11用于为整个系统提供光源，可以采用大多数现有的显示面板的背光源的结构来实现其功能；
显示面板12用于显示立体视差图，该显示面板12可以采用现有的液晶面板、OLED面板等显示面板，图中的像素用R、G、B表示，皆为示意图；
分光装置13，用于将立体视差图分别投影到人的左右眼，其中人眼14位于立体视区15中，可以接收到立体视差图并在人脑中形成立体。
参见图11，为本发明的第二实施方式的一实施例中采用双层固态透镜光栅结构的裸眼式立体显示装置的示意图，其中，裸眼式立体显示装置包括：第一固态透镜光栅210b、第二固态透镜光栅220b、偏振态控制器230和显示面板250，其中第一固态透镜光栅210b和第二固态透镜光栅220b都是由单折射率透镜和双折射率透镜构成的组合透镜，但是其材料折射率和两透镜曲面的曲率半径有所不同。
一般来说，第一固态透镜光栅210b的曲率半径大于第二固态透镜光栅220b的曲率半径，即第一固态透镜光栅210b中的微透镜焦距大于第二固态透镜光栅220b中的微透镜。同时两层固态透镜光栅中单折射率透镜的位置相差半个透镜，如图10所示。两层固态透镜光栅中的双折射透镜在平行于纸面和垂直于纸面方向的偏振态折射率也有所区别。如第一固态透镜光栅210b对平行于纸面偏振的入射光表现为no的折射率，对垂直于纸面偏振的入射光表现为ne的折射率，则第二固态透镜光栅220b对平行于纸面偏振的入射光表现为ne的折射率，对垂直于纸面偏振的入射光表现为no的折射率。如果两层双折射透镜都用固化液晶来制作的话，则在制作时，两个光栅中的液晶的取向刚好相互垂直即90°。第一固态透镜光栅210b和第二固态透镜光栅220b可采用UV胶粘结在一起。
双层固态透镜光栅的工作原理与双层液晶透镜光栅的工作原理基本一致。不同的是，因为采用双层固态透镜光栅不需要进行驱动控制。在进行3D显示时，偏振态控制器与显示面板相互配合，即假设从显示面板发射出的线偏振光为水平偏振光，当图像完成第一帧更新时，偏振态控制器将来自显示面板的线偏振光控制为一种偏振态，当图像完成第二帧更新时，偏振态控制器将来自显示面板的线偏振光控制为与上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，依此类推进行相应的显示。该实施例在进行2D显示时，仅将片源换为2D内容，系统驱动信号不发生变化。由于本身已经达到全分辨率显示，因此在进行2D显示时，其显示效果也不会有明显下降。
参见图12，为本发明的第二实施方式的另一实施例中采用双层固态透镜光栅的裸眼式立体显示装置的示意图。该裸眼式立体显示装置包括：依次设置的显示面板250、第二偏振态控制器230b、第四固态透镜光栅220b、第一偏振态控制器230a、和第三固态透镜光栅210a，其中
第三固态透镜光栅210a和第四固态透镜光栅220a都是由单折射率透镜和双折射率透镜构成的组合透镜，但是其材料折射率和两透镜曲面的曲率半径有所不同。一般来说第三固态透镜光栅210a的曲率半径应大于第四固态透镜光栅220a的曲率半径，即第三固态透镜光栅210a中的微透镜焦距大于第四固态透镜光栅220a中的微透镜的焦距。同时第三固态透镜光栅210a、第四固态透镜光栅220a中单折射率透镜的位置相差半个透镜，如图11中所示。
第三、第四固态透镜光栅210a、220a中的双折射透镜在平行于纸面或者垂直于纸面方向上的对线偏振光所提供的折射率相同，即如线偏振光在平行于纸面方向上以折射率no传播，则在在平行于纸面方向上以折射率ne传播。如果两层双折射透镜都用固化液晶来制作的话，则其具有相同的取向方向。
双层固态透镜光栅具体的工作原理与双层液晶透镜光栅的工作原理基本一致。不同的是，因为采用固态透镜光栅不需要进行驱动控制。在进行3D显示时，由显示面板250、第一偏振态控制器230a和第二偏振态控制器230b来完成图像的显示和控制。假设从显示面板发射出的线偏振光为水平偏振光，当图像完成第一帧更新时，第二偏振态控制器230b处于加电状态，对来自显示面板250的线偏振光不做改变，此时第四固态透镜光栅220a表现为透镜形态对光线进行分光。第一偏振态控制器230a处于加电状态，其作用是将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，此时第三固态透镜光栅210a对该线偏振光无作用。当图像完成第二帧更新时，第二偏振态控制器230b处于不加电状态，将线偏振光变为垂直偏振态，此时第四固态透镜光栅220a对该线偏振光无作用。第一偏振态控制器230a处于加电状态，其作用是将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态即又变回水平偏振光，此时第三固态透镜光栅210a表现为透镜形态对光线进行分光。依此类推进行相应的显示，通过两帧图像的组合达到了全分辨率显示的效果。
在本发明的第二实施方式中，该分光装置13可采用多层透镜光栅来实现其功能，例如采用液晶光栅技术，利用单折射率透镜和双折射率透镜材料器件组合对入射光产生透镜的效果，可实现全分辨率的高清立体显示。
在本发明的第二实施方式的一实施例中，该分光装置13包括：单折射率透镜和双折射率透镜，且所述单折射率透镜和所述双折射率透镜构成组合透镜，单折射率透镜和双折射率透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，单折射率透镜和双折射率透镜的曲面部分相互契合，该组合透镜对所述偏振态控制器旋转后或不旋转的两种偏振光中其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
在本发明的第二实施方式中，单折射率透镜可以为单折射率凸透镜，且该单折射率透镜的折射率等于该双折射率透镜的其中一个折射率并大于另外一个折射率。该双折射率透镜为可以双折射率凸透镜，且该单折射率透镜的折射率等于该双折射率凸透镜的其中一个折射率并小于另外一个折射率。
在本发明的第二实施方式的一实施例中，该双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，该单折射率透镜的折射率等于该寻常光折射率no并大于该非寻常光折射率ne。
在本发明的第二实施方式的另一实施例中，该双折射率透镜的折射率包括相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，该单折射率透镜的折射率等于所述非寻常光折射率no并大于所述寻常光折射率ne。
如图13所示，为本发明的第二实施方式中裸眼式立体显示装置的电路结构示意图，裸眼式立体显示装置包括：
显示面板10，用于提供2D或3D图像；
偏振态控制器，用于在2D模式下将由显示面板10提供的光线振动方向旋转90度、在3D模式下不改变由显示面板10提供的光线振动方向；以及
分光装置，用于在2D模式中透射提供的图像，3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像，例如该分光装置包括单折射率透镜和双折射率透镜。
在本发明的第二实施方式中，该偏振态控制器的结构与一般TN型液晶盒相似，由两片玻璃基板11a、11b，取向层12a、12b、内部充满向列相液晶13封装构成，电源通过电极17a、17b连接到玻璃基板11a，11b上，两取向层分子取向垂直90度。
在本发明的第二实施方式中，当显示面板10的出射光为非线性偏振光时需在显示面板10前加一片偏光片，使入射在偏振态控制器的光为线性偏振光，不加电的情况下，该线性偏振光的偏振方向与取向层12a表面分子取向相同，则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90度，平行于取向层12b表面分子轴方向射出。如果显示面板10的出射光为线性偏振光，则无需设置此偏振片，且本发明的各种结构器件均适用此条件。
分光装置包括：单折射率凸透镜14、双折射率凹透镜15以及玻璃基板16。在本实施例中，单折射率凸透镜14或双折射率凹透镜15可均由多个微小透镜构成，也可以称之为透镜阵列。其中
单折射率凸透镜14的折射率为n1，双折射率凹透镜15的寻常光折射率为no，非寻常光折射率为ne，且n1=n0，n1>ne。其中单折射率凸透镜14的材料可为高分子聚合物或其他透明硬质材料，双折射率凹透镜15的材料可以选择负性向列相液晶，或胆甾相液晶或方解石；如果是液晶，可以在液态状态下填充进入由单折射率凸透镜14和玻璃片16所构成的空间内。在玻璃片16表面施加取向层12c（在后面的其它实施例中取向层12c与玻璃片16可不相邻）和在单折射率凸透镜14表面经过取向处理使得液晶排列方向与显示设备出射的偏振光的偏振方向相同。当然，可以根据偏振态控制器的设定而灵活设定，在本实施例中并不限定该具体结构。
参见图14a和图14b，表示了偏振态控制器和分光装置在施加电压前后的光路图。
如图14a所示，为施加电压前的光路图，入射偏振光的振动方向与取向层12a表面的取向方向相同，由于偏振态控制器的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过偏振态控制器后振动方向被旋转90度入射到分光装置，此时偏振方向与双折射率凹透镜15的液晶排列方向垂直，因此折射率为no，根据所选材料单折射率凸透镜14的折射率n1=no，即此时单折射率凸透镜14的折射率与双折射率凹透镜15的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线通过。这种情况下，裸眼式立体显示装置运行在2D模式。
如图14b所示，当偏振态控制器被施加电压时，液晶排列方向全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向而入射到双折射率凹透镜15，此时偏振方向与双折射率凹透镜15的液晶排列方向平行，双折射率凹透镜15的折射率为ne，根据欲选的材料，单折射率凸透镜14的折射率n1>ne，即此时单折射率凸透镜14的折射率大于液晶所形成的双折射率凹透镜15的折射率，因此组合透镜的光学效果仍为凸透镜，所以光线经过时会发生折射。这种情况下，本实施例中的裸眼式立体显示装置可以将两幅图像分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即裸眼式立体显示装置运行在3D模式。
当然可以理解的是，在本发明的第二实施方式中单折射率凸透镜14与双折射率凹透镜15在组合形态上可以稍作变化，将双折射率凹透镜15和单折射率凸透镜14的组合旋转180度。使得双折射率凹透镜15的平面部分正对着光线的入射部分，单折射率凸透镜14的凸面部分对着光线入射的方向。
当入射到组合透镜的光线的偏振方向平行于双折射率液晶的排列方向时，折射率为ne，单折射率凸透镜14的折射率n1>ne，故组合透镜仍然表现为凸透镜，使入射的光线发生折射，此时裸眼式立体显示装置运行在3D模式中。
并且，如果入射到偏振态控制器的偏振光的偏振方向为垂直于双折射率透镜15的排列方向，则，这个控制过程相反，即：偏振态控制器不加电时，该裸眼式立体显示装置运行在3D模式中；加电时，为2D模式显示。当然，无论入射到偏振态控制器的偏振光是什么方向，该偏振态控制器的入射端的液晶排列方向与偏振方向相同，使得偏振光能够被旋转90度，而且只要能够控制旋转和不旋转90度的装置都能够配合组合透镜实现本发明的目的。
根据所选双折射率凹透镜15材料的特性不同，而设计出不同的取向排列或组合透镜结构的有所差异。选用双折射率凹透镜15为光学正性液晶(ne>no)，如正性向列相液晶，通过电压驱动也可以实现上述3D/2D的切换功能。
实施例1：
如图15所示，为本发明的第二实施方式的实施例1中的裸眼式立体显示装置的示意图。
该裸眼式立体显示装置100处于未被电控的状态，其中第一单折射率凸透镜105a与第二单折射率凸透镜105b为单折射率透镜阵列。第一单折射率凸透镜105a与第二单折射率凸透镜105b的单个透镜栅距长度相同，并且如图15中虚线标示所见第一单折射率凸透镜105a与第二单折射率凸透镜105b透镜阵列在排列中相差半个周期。第一取向层103a、第二取向层103b为液晶单元104a、104b进行取向。
参见图15，提供图像的显示面板101发出的光线为偏振光。第一偏振态控制器102a，如前面所述入射偏振光的振动方向与第一偏振态控制器102a下表面取向层表面的取向方向相同（避免赘述，此处未标记取向层），由于第一偏振态控制器102a的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过第一偏振态控制器102a后振动方向被旋转90度入射到液晶单元104a（折射率为no1/ne1）。
第一偏振态控制器102a偏振方向与液晶单元104a的液晶分子排列方向垂直，折射率为no1，根据所选材料第一单折射率凸透镜105a的折射率n11=no1，即此时第一单折射率凸透镜105a的折射率与液晶单元104a的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线通过，传播到第二偏振态控制器102b。
入射偏振光为经过第一偏振态控制器102a转换后的偏振光在第一偏振态控制器102a未被电控时，其出光的振动方向与第二偏振态控制器102b下表面取向层表面的取向方向相同（避免赘述，此处未标记取向层），由于偏振态控制器的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过第二偏振态控制器102b后振动方向被旋转90度入射到液晶单元104b（折射率为no2/ne2）。第二偏振态控制器102b偏振方向与液晶单元104b的液晶排列方向垂直，因此折射率为no2，根据所选材料第二单折射率凸透镜105b的折射率n12=no2，即此时第二单折射率凸透镜105b的折射率与液晶单元104b的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线通过玻璃基板106。这种情况下，该裸眼式立体显示装置工作在2D模式。
图16a表示的是T1时刻时在第一偏振态控制器102a被施加一组驱动电压的示意图。为了方便讲述，此时将第一偏振态控制器102a，第一取向层103a，第一液晶单元104a，第一单折射率凸透镜105a组合标记为第一透镜组件201，将第二偏振态控制器102b，第二取向层103b，第二液晶单元104b，第二单折射率凸透镜105b组合标记为透镜组件202。
参见16a，当第一偏振态控制器102a加电时，液晶排列方向全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向而入射到第一液晶单元104a，此时偏振方向与第一液晶单元104a的液晶排列方向平行，第一液晶单元104a的折射率为ne1，根据所选的材料，第一单折射率凸透镜105a的折射率n11>ne1，即此时第一单折射率凸透镜105a的折射率大于液晶所形成的第一液晶单元104a的折射率，因此组合透镜的光学效果仍为凸透镜，所以光线经过时会发生折射。
此时，由于第二偏振态控制器102b的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过第二偏振态控制器102b后振动方向被旋转90度入射到第二液晶单元104b（折射率为no2/ne2）。第二偏振态控制器102b偏振方向与第二液晶单元104b的液晶排列方向垂直，因此折射率为no2，根据所选材料第二单折射率凸透镜105b的折射率n12=no2，即此时第二单折射率凸透镜105b的折射率与第二液晶单元104b的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线通过玻璃基板106。这种情况下，所述裸眼式立体显示装置其中的透镜组件201可以将两幅图像分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即裸眼式立体显示装置其中的透镜组件201运行在3D模式中。
参见图16b，表示的是T2时刻时在第二偏振态控制器102b被施加一组驱动电压。当第二偏振态控制器102b被施加电压，第一偏振态控制器102a未被电控时，第一偏振态控制器102a的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过第一偏振态控制器102a后振动方向被旋转90度入射到第二偏振态控制器102b。当第二偏振态控制器102b加电时，液晶排列方向全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向而入射到第二液晶单元104b，此时偏振方向与第二液晶单元104b的液晶排列方向平行，第二液晶单元104b的折射率为ne2，根据所选的材料，第二单折射率凸透镜105b的折射率n12>ne2，即此时第二单折射率凸透镜105b的折射率大于液晶所形成的第二液晶单元104b的折射率，因此组合透镜的光学效果仍为凸透镜，所以光线经过时会发生折射。这种情况下，所述裸眼式立体显示装置其中的透镜组件202可以将两幅图像分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即裸眼式立体显示装置其中的透镜组件202运行在3D模式中。
下面对实施例1中的技术方案进行具体描述：
参见图17，在时序电路驱动下，裸眼式立体显示装置100实现全分辨率的显示原理图。
第一透镜组件201与第二透镜组件202采用不同折射率的液晶与光栅材料，结合图16a所描述的裸眼式立体显示装置100中透镜组件201与透镜组件202所出来的立体图像可以在同一个观看面产生最佳的观看效果。
参见图17，透镜模组70，显示设备73，其中1，2，3，4代表像素点，其中1，2像素点与3，4像素点各显示一幅图像。假设单个透镜覆盖4个像素点区域。实线弧形71表示的是上述图16a中T1时刻时，透镜组件201产生了一个弧形的透镜效果。实线光路74经过透镜71发生折射，于是光路发生改变。这时观看者的左眼看到的是1和2的像素点，而右眼看到的是3和4的像素点，左眼与右眼看到的是不同的图像。虚线弧形72表示的是图16b中T2时刻时，透镜组件202也产生了一个弧形的透镜效果。(T1≠T2)同理虚线光路75通过透镜72发生折射，光路发生改变。这时观看者的左眼看到的是3和4的像素点，而右眼看到的是1和2的像素点。T1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清晰度的3D图像显示。
实施例2：
为了便于理解，将213a，214a，215a组合标记为第一透镜组件201a，将213b，214b，215b，216b组合标记为透镜组件第二透镜组件201b。
参见图18a，为T1时刻时裸眼式立体显示装置210a的状态示意图。提供图像的显示面板211a，其发出的光线为偏振光。212a为偏振态控制器，如前所述入射偏振光的振动方向与偏振态控制器212a下表面取向层表面的取向方向相同（避免赘述，此处未标记取向层），由于偏振态控制器212a的内部液晶能将入射的偏振光旋转90度，偏振光经过偏振态控制器212a后振动方向被旋转90度入射到第一液晶单元214a（折射率为no1/ne1）。偏振态控制器212a偏振方向与第一液晶单元214a的液晶排列方向垂直，因此折射率为no1，根据所选材料第一单折射率凸透镜215a的折射率n11=no1，即此时第一单折射率凸透镜205a的折射率与第一液晶单元214a的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线传播通过取向层213b入射到第二液晶单元214b。此时偏振方向与第二液晶单元214b的液晶排列方向平行，第二液晶单元214b的折射率为ne2，根据所选的材料，第二单折射率凸透镜215b的折射率n12>ne2，即此时第二单折射率凸透镜215b的折射率大于液晶所形成的第二液晶单元214b的折射率，因此组合透镜的光学效果仍为凸透镜，所以光线经过时会发生折射。这种情况下，所述裸眼式立体显示装置其中的透镜组件可以将两幅图像分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即裸眼式立体显示装置210a运行在3D模式中。
参见图18b，为T2时刻时在第一偏振态控制器212a被施加一组驱动电压。如图18b所示，当第一偏振态控制器212a加电时，液晶排列方向全部顺电场方向排列，偏振光通过时，不会改变偏振方向而入射到第一液晶单元214a，此时偏振方向与第一液晶单元214a的液晶排列方向平行，第一液晶单元214a的折射率为ne1，根据所选的材料，第一单折射率凸透镜215a的折射率n11>ne1，即此时第一单折射率凸透镜215a的折射率大于液晶所形成的第一液晶单元214a的折射率，因此组合透镜的光学效果仍为凸透镜，所以光线经过时会发生折射。
此时偏振光经过取向层213b入射到第二液晶单元214b（折射率为no2/ne2）。根据所选材料第二单折射率凸透镜215b的折射率n12=no2，即此时第二单折射率凸透镜215b的折射率与液晶第二液晶单元214b的折射率相同，所以在两种材料界面处不发生折射，光线直线通过玻璃基板216b。这种情况下，所述裸眼式立体显示装置210a中的第一透镜组建和第二透镜组建可以将两幅图像分别显示在人眼的左眼和右眼，使人眼看到的是3D立体图像，即裸眼式立体显示装置210a运行在3D模式中。
1）全分辨率显示3D方式
在本实施例中全分辨率实现显示3D的方式与实施例1实现方式相同，可参考上述内容，在此不再敷述。
2）全分辨率显示2D方式：
在裸眼式立体显示装置210a在全分辨率3D模式下工作时，所述裸眼式立体显示装置其中的第一、第二透镜组件201a，201b在T1与T2时刻分别将两幅图像显示在人眼的左眼和右眼。这时需要将图像的显示面板211a重新进行图像排布，通过对视频的调整让用户左眼和右眼看到相同的无视差图像，这样就可以实现全分辨率2D图像的播放。
实施例3：
参见图19，为第二实施方式的实施例3中的液晶透镜组件120从图箭头A所示方向的剖面图及凸透镜122内的液晶分子未改变排列方向时偏振光的光路示意图。
液晶透镜组件120自出光面132到入光面130依序包括透明玻璃基板121a、数个彼此平行并朝第一方向A延伸的长条状凹透镜124以及数个彼此平行并朝第一方向A延伸且一一对应嵌合凹透镜124的长条状液晶凸透镜122。液晶凸透镜122包括一透明基板121b、一位于透明玻璃基板121b上的电极层123及一第一液晶层，该第一液晶层夹于凹透镜124与透明玻璃基板121b之间。每一长条状凹透镜124和每一长条状液晶凸透镜122是朝第二方向B排列，第一方向A与第二方向B是彼此垂直的。
在另一实施例中，液晶透镜组件120并不需要透明玻璃基板121a，只需要在凹透镜124的出光侧涂布保护膜即可。
电极层123包含多个平行细长控制电极，两细长控制电极之间留有一间隙。电极层123的上方会设置一配向膜（未图示），该配向膜用来使液晶分子在未被施加电场时沿着特定方向排列。液晶凸透镜122是一个双折射凸透镜。液晶凸透镜122的第一液晶层具有第一寻常光折射率no和第一非寻常光折射率ne。当入射凸透镜122的偏振光的偏振方向垂直于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凸透镜122具有第一寻常光折射率no。当入射凸透镜122的偏振光的偏振方向平行于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凸透镜122具有第一非寻常光折射率ne。在本实施例中，凹透镜124的折射率n等于该第一寻常光折射率no。
如图19所示，当电极层123的两细长控制电极之间未被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子的排列方向会因配向膜的作用而垂直于纸面方向。由偏光片115经由入光面130射入液晶凸透镜122的偏振光的偏振方向与液晶分子的光轴垂直。由于凹透镜124的折射率n等于该液晶凸透镜122的第一寻常光折射率no，所以对于射入液晶凸透镜122的偏振光而言，液晶凸透镜122和凹透镜124之间无折射率差，因此光线会沿直线传播，故在出光面132一侧的观察者会看到2D影像。
参见图20，为本发明的第二实施方式中实施例3中的液晶透镜组件120的剖面及凸透镜122内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图。
当电极层123的两细长控制电极之间被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子发生旋转。从偏光片115射出的偏振光的偏振方向与液晶分子的快轴（即与光轴垂直的方向）呈一角度θ，同时液晶凸透镜122具有等效折射率neff，。当驱动电压增加时，该角度θ也会越大，直到角度θ等于90度时，对于该偏振光，该液晶凸透镜122的折射率为该第一非寻常光折射率ne。实质上，角度θ在0度～90度的等效折射率neff与90度～180度的等效折射率neff是对应的，举例来说，角度θ在45度和135度的等效折射率neff是相同的。也就是说，第一寻常光折射率no（角度θ=0度）与第一非寻常光折射率ne（角度0度-90度）的折射率差是最大的。所以液晶凸透镜122的等效折射率neff是介于第一寻常光折射率no和第一非寻常光折射率n。之间。因为液晶凸透镜122的等效折射率neff大于凹透镜124的折射率n(－n。)，因此该偏振光由光密介质进入光疏介质，所以射入的偏振光会在液晶凸透镜122和凹透镜124的接面处发生折射并集中到人眼，故在出光面132一侧的观察者会看到3D影像。
参见图21，为本发明的第二实施方式中第一液晶透镜310a从图箭头A所示方向的剖面图及凹透镜314a内的液晶分子未改变排列方向时偏振光的光路示意图，其中组件312a，313a，314a，315a，316a组成第一液晶透镜310a，组件312b，313b，314b，315b，316b组成第二液晶透镜310b。
液晶透镜组件310a自出光面311到入光面315a依序包括透明玻璃基板316a、数个彼此平行并朝第一方向A延伸的长条状第一凸透镜313a以及数个彼此平行并朝第一方向A延伸且一一对应嵌合第一凸透镜313a的长条状第一液晶凹透镜314a。第一液晶凹透镜314a包括一透明基板315a、一位于透明玻璃基板315a上的电极层312a及一第一液晶层，该第一液晶层夹于第一凸透镜313a与透明玻璃基板315a之间。每一长条状第一凸透镜313a和每一长条状第一液晶凹透镜314a是朝第二方向B排列，第一方向A与第二方向B是彼此垂直的。在另一实施例中，液晶透镜组件310a并不需要透明玻璃基板316a，只需要在第一凸透镜313a的出光侧涂布保护膜即可。
电极层312a包含多个平行细长控制电极，两细长控制电极之间留有一间隙。电极层312a的上方会设置一配向膜（未图示），该配向膜用来使液晶分子在未被施加电场时沿着特定方向排列。第一液晶凹透镜314a是一个双折射凸透镜。第一液晶凹透镜314a的第一液晶层具有第一寻常光折射率no1和第一非寻常光折射率ne1。当入射凹透镜314a的偏振光的偏振方向垂直于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凹透镜314a具有第一寻常光折射率no1。当入射凹透镜314a的偏振光的偏振方向平行于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凹透镜314a具有第一非寻常光折射率ne1。在本实施例中，第一凸透镜313a的折射率n等于该第一寻常光折射率no1。如图21所示，当电极层312a的两细长控制电极之间未被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子的排列方向会因配向膜的作用而垂直于纸面方向。由显示器件311偏光片经由入光面315a射入第一液晶凹透镜314a的偏振光的偏振方向与液晶分子的光轴垂直。由于第一凸透镜313a的折射率n等于该第一液晶凹透镜314a的第一寻常光折射率no1，所以对于射入第一液晶凹透镜314a的偏振光而言，第一液晶凹透镜314a和第一凸透镜313a之间无折射率差，因此光线会沿直线传播，故在出光面透明玻璃基板316a没有折射光线。
第二液晶透镜310b从图箭头A所示方向的剖面图及凹透镜314b内的液晶分子未改变排列方向时偏振光的光路示意图。液晶透镜组件310b自出光面316a到入光面315b依序包括透明玻璃基板316b、数个彼此平行并朝第一方向A延伸的长条状第二凸透镜313b以及数个彼此平行并朝第一方向A延伸且一一对应嵌合第二凸透镜313b的长条状第二液晶凹透镜314b。第二液晶凹透镜314b包括一透明基板315b、一位于透明玻璃基板315b上的电极层312b及一第一液晶层，该第一液晶层夹于第二凸透镜313b与透明玻璃基板315a之间。每一长条状第二凸透镜313b和每一长条状第二液晶凹透镜314b是朝第二方向B排列，第一方向A与第二方向B是彼此垂直的。在另一实施例中，液晶透镜组件310b并不需要透明玻璃基板316b，只需要在第二凸透镜313b的出光侧涂布保护膜即可。
电极层312b包含多个平行细长控制电极，两细长控制电极之间留有一间隙。电极层312b的上方会设置一配向膜（未图示），该配向膜用来使液晶分子在未被施加电场时沿着特定方向排列。第二液晶凹透镜314b是一个双折射凸透镜。第二液晶凹透镜314b的第一液晶层具有第一寻常光折射率no2和第一非寻常光折射率ne2。当入射凹透镜314b的偏振光的偏振方向垂直于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凹透镜314b具有第一寻常光折射率no2。当入射凹透镜314b的偏振光的偏振方向平行于液晶分子的光轴方向，此时对入射的偏振光而言，凹透镜314b具有第一非寻常光折射率ne2。在本实施例中，第二凸透镜313b的折射率n等于该第一寻常光折射率no2。如图21所示，当电极层312b的两细长控制电极之间未被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子的排列方向会因配向膜的作用而垂直于纸面方向。由透明玻璃基板316a传播的偏振光经由入光面315b射入第二液晶凹透镜314b的偏振光的偏振方向与液晶分子的光轴垂直。由于第二凸透镜313b的折射率n等于该第二液晶凹透镜314b的第一寻常光折射率no2，所以对于射入第二液晶凹透镜314b的偏振光而言，第二液晶凹透镜314b和第二凸透镜313b之间无折射率差，故在出光面透明玻璃基板316b没有折射光线。因此光线会沿直线传播，故在出光面透明玻璃基板316b一侧的观察者会看到2D影像。
如图22所示，为在T1时刻第三实施例的液晶透镜组件310的剖面及凹透镜314a内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图。当电极层312a的两细长控制电极之间被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子发生旋转。从显示器件311偏光片射出的偏振光的偏振方向与液晶分子的快轴（即与光轴垂直的方向）呈一角度θ，同时第一液晶凹透镜314a具有等效折射率neff1，。当驱动电压增加时，该角度θ也会越大，直到角度θ等于90度时，对于该偏振光，该第一液晶凹透镜314a的折射率为该第一非寻常光折射率ne1。实质上，角度θ在0度～90度的等效折射率neff1与90度～180度的等效折射率neffl是对应的，举例来说，角度θ在45度和135度的等效折射率neff1是相同的。也就是说，第一寻常光折射率no1（角度θ=0度）与第一非寻常光折射率ne1（角度0度-90度）的折射率差是最大的。所以第一液晶凹透镜314a的等效折射率neff1是介于第一寻常光折射率no1和第一非寻常光折射率ne1之间。因为第一液晶凹透镜314a的等效折射率neff1大于第一凸透镜313a的折射率n1=no1，因此该偏振光由光密介质进入光疏介质，所以射入的偏振光会在第一液晶凹透镜314a和第一凸透镜313a的接面处发生折射并集中。此时第二液晶透镜310b没有发生改变，由透明玻璃基板316a传播的偏振光经由入光面315b射入第二液晶凹透镜314b的偏振光的偏振方向与液晶分子的光轴垂直。由于第二凸透镜313b的折射率n等于该第二液晶凹透镜314b的第一寻常光折射率no2，所以对于射入第二液晶凹透镜314b的偏振光而言，第二液晶凹透镜314b和第二凸透镜313b之间无折射率差，故在出光面透明玻璃基板316b没有折射光线。因此光线会沿直线传播。故在出光面透明玻璃基板316b一侧的观察者会看到第一液晶透镜310a的3D影像。
参见图23，为在T2时刻液晶透镜组件310的剖面及凹透镜314b内的液晶分子改变排列方向后的入射偏振光的光路示意图。
当第一液晶透镜310a的电极层312a的两细长控制电极之间未被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子的排列方向会因配向膜的作用而垂直于纸面方向。由显示器件311偏光片经由入光面315a射入第一液晶凹透镜314a的偏振光的偏振方向与液晶分子的光轴垂直。由于第一凸透镜313a的折射率n等于该第一液晶凹透镜314a的第一寻常光折射率no1，所以对于射入第一液晶凹透镜314a的偏振光而言，第一液晶凹透镜314a和第一凸透镜313a之间无折射率差，因此光线会沿直线传播，故在出光面透明玻璃基板316a没有折射光线。
当电极层312b的两细长控制电极之间被施予驱动电压时，位于该两细长控制电极之间的液晶分子发生旋转。从显示器件311偏光片射出的偏振光的偏振方向与液晶分子的快轴（即与光轴垂直的方向）呈一角度θ，同时第二液晶凹透镜314b具有等效折射率neff2。当驱动电压增加时，该角度θ也会越大，直到角度θ等于90度时，对于该偏振光，该第二液晶凹透镜314b的折射率为该第二非寻常光折射率ne2。实质上，角度θ在0度～90度的等效折射率neff2与90度～180度的等效折射率neff2是对应的，举例来说，角度θ在45度和135度的等效折射率neff1是相同的。也就是说，第二寻常光折射率no2（角度θ=0度）与第二非寻常光折射率ne2（角度0度-90度）的折射率差是最大的。所以第二液晶凹透镜314b的等效折射率neff2是介于第二寻常光折射率no2和第二非寻常光折射率ne2之间。因为第二液晶凹透镜314b的等效折射率neff2大于第二凸透镜313b的折射率n2=no2，因此该偏振光由光密介质进入光疏介质，所以射入的偏振光会在第一液晶凹透镜314a和第二凸透镜313b的接面处发生折射并集中。故在出光面透明玻璃基板316b一侧的观察者会看到第一液晶透镜310b的3D影像。
实施例3全分辨率实现3D原理，与实施例1和实施例2实现方法相同，在此不再敷述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种裸眼式立体显示装置，其特征在于，包括：
背光板；
显示面板，用于显示2D图像或3D图像；
分光装置，用于在2D模式中透射提供的图像，以及在3D模式中将入射的图像分成右眼图像和左眼图像；
偏振态控制器，设置在所述显示面板和所述分光装置之间，用于在2D模式下将由所述显示面板提供的光线振动方向旋转90度、以及在3D模式下不改变由所述显示面板提供的光线振动方向。
2.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述偏振态控制器包括：
第一基板；
第二基板；以及
设置在第一基板和第二基板之间的具有90°扭曲的向列性液晶层，其中
所述偏振态控制器上的靠近所述显示面板的基板上的配向层的摩擦方向与所述显示面板出射偏振光的偏振方向相同。
3.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述分光装置包括：
单折射率透镜；
双折射率透镜，其中
所述单折射率透镜和所述双折射率透镜均包括平面部分和与之相对的曲面部分，所述单折射率透镜和所述双折射率透镜的曲面部分具有相同曲率，所述单折射率透镜和双折射率透镜对所述偏振态控制器旋转后或不旋转出射的两种偏振光中的其中一种表现为凸透镜，对另一种表现为平透镜。
4.根据权利要求3所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述单折射率透镜为单折射率凸透镜，且所述单折射率凸透镜的折射率等于所述双折射率透镜的其中一个折射率并大于另外一个折射率；或者
所述双折射率透镜为双折射率凸透镜，且所述单折射率透镜的折射率等于所述双折射率凸透镜的其中一个折射率并小于另外一个折射率。
5.根据权利要求3所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述双折射率透镜的折射率包括：相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，所述单折射率透镜的折射率等于所述寻常光折射率no并大于所述非寻常光折射率ne；或
所述双折射率透镜的折射率包括：相对于寻常光的寻常光折射率no和相对于非寻常光的非寻常光折射率ne，所述单折射率透镜的折射率等于所述非寻常光折射率no并大于所述寻常光折射率ne。
6.根据权利要求3所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述单折射率透镜为单折射率凸透镜，所述双折射率透镜为双折射率凹透镜。
7.根据权利要求6所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述单折射率凸透镜的折射率为n1，所述双折射率凹透镜的寻常光折射率为no，非寻常光折射率为ne，且n1=n0，n1>ne。
8.根据权利要求6所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述双折射率凹透镜的平面部分对着光线的入射部分，所述单折射率凸透镜的凸面部分对着光线入射的方向。
9.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述分光装置包括：第一液晶透镜光栅和第二液晶透镜光栅，其中
所述第一液晶透镜光栅包括：
第三基板和第四基板，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；
多个第一电极和多个第二电极，分别形成在所述第三基板和所述第四基板上，其中，在所述第一电极和所述第二电极之间涂有第一定向膜和第二定向膜，并且所述第一定向膜和所述第二定向膜具有相同的平行或垂直与相应电极纵向方向的定向方向，所述第一定向膜和所述第二定向膜之间填充有液晶层；
所述第二液晶透镜光栅包括：
第五基板和第六基板，彼此相对设置并且每一个均包含多个透镜区域；
多个第三电极和多个第四电极，分别形成在所述第五基板和所述第六基板上，其中，在所述第三电极和所述第四电极之间涂有第三定向膜和第四定向膜，所述第三定向膜和所述第四定向膜之间填充有液晶层。
10.根据权利要求9所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一定向膜的摩擦方向与所述第二液晶透镜光栅的所述第三定向膜的摩擦方向之间的夹角为90°。
11.根据权利要求9所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一电极与所述第二液晶透镜光栅中的所述第三电极的纵向方向保持平行。
12.根据权利要求9所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述第二液晶透镜光栅中的所述第六基板和所述第一液晶透镜光栅中的所述第三基板共用同一块基板。
13.根据权利要求9所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜光栅中的所述第一电极和所述第二电极为相互垂直的条形电极；所述第二液晶透镜光栅中的所述第三电极和所述第四电极为相互垂直的条形电极。
14.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述裸眼式立体显示装置还包括：分光装置驱动器、偏振态控制器驱动器和显示面板驱动器，其中
所述分光装置驱动器，用于控制切换2D和3D显示效果；
所述偏振态控制器驱动器，用于为所述偏振态控制器提供状态切换信号，其接收从所述显示面板驱动器发送的相关信号，完成对光阀的相应控制；
所述显示面板驱动器，用于控制所述显示面板显示2D或3D画面，并向所述偏振态控制器驱动器和所述分光装置驱动器传送相应信号，使其工作在匹配的工作模式。
15.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述偏振态控制器与所述显示面板的刷新速率同步。
16.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述分光装置为双层透镜光栅，所述裸眼式立体显示装置还包括：重力感应装置，其中
在所述重力感应装置上设定两个相互垂直的显示方向为第一方向和第二方向，使相互垂直的双层透镜光栅分别对应两个显示方向，当所述重力感应装置判定为第一方向时，则向所述双层透镜光栅发送相应的显示信号，所述双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第一方向上的立体显示；
当所述重力感应装置判定为第二方向时，则向所述双层透镜光栅发送相应的显示信号，所述双层透镜光栅接收到相应信号后通过对与之匹配的电极施加透镜电压来形成相应方向上的透镜，实现第二方向上的立体显示效果。
17.根据权利要求1所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，所述分光装置包括：第一固态透镜光栅和第二固态透镜光栅，其中第一固态透镜光栅的曲率半径大于第二固态透镜光栅的曲率半径。
18.一种裸眼式立体显示装置，其特征在于，包括：依次设置的显示面板、第二偏振态控制器、第四固态透镜光栅、第一偏振态控制器和第三固态透镜光栅，其中
所述第三固态透镜光栅和所述第四固态透镜光栅都是由单折射率透镜和双折射率透镜构成的组合透镜，且所述第三固态透镜光栅的曲率半径大于所述第四固态透镜光栅的曲率半径，所述第三固态透镜光栅、所述第四固态透镜光栅中单折射率透镜的位置相差半个透镜偏振态控制器。
19.根据权利要求18所述的裸眼式立体显示装置，其特征在于，
当图像完成第一帧更新时，所述第二偏振态控制器处于加电状态，对来自所述显示面板的线偏振光不做改变，此时所述第四固态透镜光栅表现为透镜形态对光线进行分光；所述第一偏振态控制器处于加电状态，将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，此时所述第三固态透镜光栅对线偏振光无作用；
当图像完成第二帧更新时，所述第二偏振态控制器处于不加电状态，将线偏振光变为垂直偏振态，此时所述第四固态透镜光栅对该线偏振光无作用，所述第一偏振态控制器处于加电状态，将线偏振光变为上述偏振态相互垂直的另一种偏振态，所述第三固态透镜光栅表现为透镜形态对光线进行分光。
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