CN104020625B - 3d分光器及立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D立体显示技术领域，尤其涉及3D分光器及立体显示装置。该3D分光器包括多个透镜单元，透镜单元的第一基板上设置有第一电极及第一介电层，第一介电层上设置第二电极；第一介电层上还设置有第一水平取向膜；第三基板上有第一公用电极；第一公用电极上覆盖有第二水平取向膜；第一基板与第三基板之间封装有第一液晶层；第三基板上设置有第一偏光片；第一偏光片上覆盖第四基板，第四基板上设置第三电极；第四基板上还设置有第三水平取向膜，第二基板上设置有第二公用电极，第二公用电极上覆盖有第四水平取向膜；第二基板与第四基板之间封装有第二液晶层。本申请的3D分光器及立体显示装置，可以降低3D串扰，实现更好的立体显示。

Description

3D分光器及立体显示装置

技术领域

本发明涉及3D立体显示技术领域，具体而言，涉及3D分光器及立体显示装置。

背景技术

3D立体显示技术中，裸眼3D因无需其它辅助设备便能观看到3D效果的便利性及应用上的优势，成为3D显示技术研究的重心。在各种裸眼3D显示技术中，采用液晶透镜及液晶狭缝光栅的自由立体显示装置因各自特有的优势受到广泛关注。

采用液晶透镜实现的立体显示装置，主要是利用在液晶层两侧的两片基板上分别设置正负电极，并在不同电极上施加大小不同的驱动电压，从而在两片基板间形成具有不同强度的垂直电场，以驱动液晶分子排列而形成可变焦液晶透镜。因此，只需要控制相应电极上的电压分布，液晶透镜的折射率分布就会相应的改变，从而对像素出射光的分布进行控制，实现自由立体显示和2D/3D自由切换。

如图1示出了一种常见的液晶透镜立体显示装置的结构示意图。如图1所示，现有的液晶透镜立体显示装置100包含两个部分，其中第一部分为常用的2D显示装置120，如LCD、OLED等；第二部分为置于2D显示装置120之前的液晶透镜阵列110，两者一般通过周边粘贴或者整面贴合工艺组装在一起形成自由立体显示装置。具体地，液晶透镜阵列110包含多个液晶透镜单元(如L1与L2，图中仅画出了两个透镜单元作为示例)，每个透镜单元(如L1与L2)具有相同的结构。液晶透镜阵列110包含第一基板101与第二基板102，第一基板101与第二基板102正对设置。在第一基板101上设置有第一电极103，在第二基板102上设置有第二电极107。在每一个透镜单元之内，以L1为例，第一电极103包含S11、S12、S13、…、S18、S19等多个以一定间隔分开并平行设置的条形电极，电极的数量一般为奇数(以下以九电极为例进行说明)，每个条形电极的宽度分别为W(S11)、W(S12)、W(S13)、...、W(S18)、W(S19)等。一般而言，条形电极具备相同的宽度，即W(S11)＝W(S12)＝W(S13)＝...＝W(S18)＝W(S19)。在两个液晶透镜单元相接处(如L1与L2之间)共用同一个条形电极S19(S21)。进一步地，液晶透镜阵列110还包括设置在第一电极103上的介电层104；设置在第二电极107上的第二配向膜108以及设置在介电层104上的第一配向膜105用于控制液晶分子的取向，其中第一配向膜105与第二配向膜108的摩擦方向平行，液晶材料106被封装在第一基板101与第二基板102之间。

如图1所示，当需要进行2D显示时，令液晶透镜阵列110处于非工作状态，或者令第一电极103和第二电极107之间的电压差小于液晶材料106的阈值电压，此时液晶材料106的分子取向仍为初始取向。以正性液晶材料(即△ε＝ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数)为例，所有液晶分子的长轴沿着平行于纸面的方向规则排列。从2D显示面板出射的光线，垂直入射到液晶层106后没有光程差，也不发生折射，因此观赏者看到的依然是2D画面，由于液晶透镜阵列110的高透过率，整个液晶透镜立体显示装置100仍具备高亮度、高对比等特点，原2D显示装置120的光学特性基本不受影响。

如图2所示，当需要进行3D显示时，在液晶透镜阵列110的第一电极103的各个条形电极如S11、S12、S13、…、S18、S19(以透镜单元L1为例)等上施加左右对称的电压，第二电极107作为公用电极其电压设置为零，以正性液晶材料为例，可以使V(S11)＝V(S19)>V(S12)＝V(S18)>V(S13)＝V(S17)>V(S14)＝V(S16)>V(S15)，即在液晶透镜单元的中心电极S15上施加的电压最小，而在透镜单元的边缘电极S11,S19上施加的电压最大，从透镜中心到透镜边缘各个条形电极上的电压以一定的梯度进行分布。由于在透镜单元边缘电极上施加的电压最大，与边缘电极S11及S19位置对应的液晶分子基本上呈现垂直方向分布，而越靠近透镜单元的中心电压越小，因此液晶分子会逐渐倾向于水平方向排列。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，液晶材料随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，因而整个液晶透镜阵列110形成多个微透镜，将来自2D显示装置120的光线进行折射分光，将左右眼的影像分别投影至观赏者的左眼和右眼，从而产生立体影像。以图2中四视点为例，当观赏者的左右眼分布位于1和2、2和3以及3与4等位置时即能看到立体影像。

对液晶透镜阵列110而言，在每个液晶透镜单元如L1内的各个条形电极如S11,S12,S13,…,S18,S19等上施加对称的电压后，通过电压优化设置，可以得到每个透镜单元内光程差分布。为减小液晶透镜在3D显示时引起的串扰，避免左(右)眼画面信息分别被右(左)眼察觉到降低立体显示的品质，需要液晶透镜与抛物型透镜光程差分布相吻合。

如图3比较了优化后的常见液晶透镜光程差分布与抛物型透镜光程差分布的差异。从图中可以看出，尽管液晶透镜单元经过电压优化后光程差分布曲线在透镜中心基本与理想抛物线接近，但在两 个液晶透镜单元交界处(图中以方框标识)，液晶透镜光程差分布仍然明显偏离理想抛物线，从而造成使用液晶透镜的立体显示装置产生较大串扰，降低了立体显示效果和观察舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供3D分光器及立体显示装置，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种3D分光器，包括多个透镜单元，所述透镜单元包括：第一基板、第二基板、第三基板及第四基板，所述第一基板、第三基板、第四基板及所述第二基板依次正对间隔设置，其中设定所述透镜单元的高度方向为z方向，与z方向垂直且与所述透镜单元的宽度平行的方向为x方向，与z方向垂直的另一方向为y方向；

所述第一基板朝向所述第二基板的侧面上设置有第一电极，所述第一电极包括多个条形电极，多个所述条形电极在x方向上并列间隔排布且沿y方向延伸；

所述第一基板上还设置有第一介电层，所述第一电极位于所述第一介电层及所述第一基板之间；所述第一介电层背向所述第一基板的侧面上设置有第二电极；所述第二电极包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向上并列间隔排布且沿y方向延伸；所述第一电极包括的条形电极与所述第二电极包括的条形电极在z方向上交错排布；

所述第一介电层上还设置有第一水平取向膜，所述第二电极位于所述第一介电层及所述第一水平取向膜之间；所述第一水平取向膜的摩擦方向为±x或者±y方向；

所述第三基板朝向所述第一基板的一侧设置有第一公用电极；所述第一公用电极上覆盖有第二水平取向膜；所述第一水平取向膜与所述第二水平取向膜的摩擦方向垂直；

所述第一基板与所述第三基板之间封装有第一液晶层，所述第一液晶层的液晶分子按照设定的预倾角沿着各自的摩擦方向排列，且在z方向上液晶分子以连续的扭转形式排列；

所述第三基板背向所述第一基板的侧面上设置有第一偏光片，所述第一偏光片的偏振方向与x方向平行；

所述第一偏光片上覆盖第四基板，所述第四基板上设置第三电极；所述第四基板上还设置有第三水平取向膜，所述第三电极位于所述第四基板及所述第三水平取向膜之间，所述第三水平取向膜的摩擦方向与所述第一偏光片的偏振方向相同；

所述第二基板朝向所述第四基板的侧面上设置有第二公用电极，所述第二公用电极上覆盖有第四水平取向膜，所述第四水平取向膜的摩擦方向与所述第三水平取向膜的摩擦方向相差180度；

所述第二基板与所述第四基板之间封装有第二液晶层，所述第二液晶层中的液晶分子的长轴与x方向平行。

优选地，所述第一电极包括的多个条形电极的宽度相等，且该多个条形电极等间隔排布；所述第二电极包括的多个条形电极的宽度相等，且该多个条形电极等间隔排布；所述第一电极的条形电极的宽度与所述第二电极的条形电极的宽度相等、间隔相等。

优选地，所述第一公用电极及所述第二公用电极为面电极。

优选地，所述第一介电层为氮化硅介电层或为氧化硅介电层。

优选地，所述第一基板及所述第三基板之间还包括用于封装所述第一液晶层的周边封框胶；所述第二基板与所述第四基板之间还包括用于封装所述第二液晶层的周边封框胶。

优选地，所述第一液晶层及所述第二液晶层均为正性液晶层。

优选地，所述第三电极包括两个条形电极，该两个条形电极沿y方向延伸，且该两个条形电极之间的间隔等于所述透镜单元的宽度。

优选地，所述第三电极包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向并列间隔排布且沿y方向延伸。

优选地，所述的3D分光器还包括：第二偏光片，所述第二偏光片设置于所述第一基板背向所述第二基板的侧面上，且所述第二偏光片的偏振方向与所述第一偏光片的偏振方向平行。

本发明实施例还提供了一种立体显示装置，包括2D显示装置及上述的3D分光器；所述3D分光器中的第一基板与所述2D显示装置周边粘结或整面贴合。

本发明实施例提供的3D分光器及立体显示装置，通过3D分光器的结构设置，使得使用该3D分光器的立体显示装置，既可以作为液晶透镜立体显示装置实现3D效果展示，也可以作为液晶狭缝光栅立体显示装置实现3D效果展示。当其以液晶透镜立体显示装置工作时，通过3D分光器的结构设置，可以减小液晶透镜立体显示装置的液晶透镜单元与抛物型透镜之间因光程差不吻合问题带来的串扰，提高观看舒适度；当作为液晶狭缝光栅立体显示装置工作时，根据设计的开口率大小，可以进一步降低3D串，实现更好的立体显示。

附图说明

图1示出了现有技术中液晶透镜立体显示装置的结构示意图；

图2示出了现有技术中液晶透镜立体显示装置进行3D显示时的效果示意图；

图3示出了现有技术中液晶透镜光程差分布与抛物型透镜光程差分布的差异示意图；

图4示出了本发明第一实施例中3D分光器及立体显示装置的剖面图；

图5示出了本发明第一实施例3D分光器中第一基板与第四基板上电极分布示意图；

图6示出了本发明第一实施例中3D分光器及立体显示装置以液晶透镜方式实现3D显示的一种示意图；

图7示出了本发明第一实施例中3D分光器及立体显示装置以液晶透镜方式实现3D显示的另一种示意图；

图8示出了本发明第一实施例中3D分光器及立体显示装置以狭缝光栅方式实现3D显示的第一示意图；

图9示出了本发明第二实施例中3D分光器及立体显示装置的剖面图；

图10示出了本发明第二实施例第一基板与第四基板上电极分布示意图；

图11示出了本发明第三实施例3D分光器及立体显示装置的剖面图；

图12示出了本发明第一实施例3D分光器及立体显示装置实现2D显示的示意图；

图13示出了本发明第一实施例3D分光器及立体显示装置以液晶透镜分光实现3D显示的一种示意图；

图14示出了本发明第一实施例3D分光器及立体显示装置以液晶透镜分光实现3D显示的另一种示意图；

图15示出了本发明第一实施例3D分光器及立体显示装置以液晶狭缝光栅实现3D显示的第二示意图；

图16示出了本发明第一实施例3D分光器及立体显示装置以液晶狭缝光栅实现3D显示的第三示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图4是3D分光器及包含该3D分光器的第一实施例剖面图。从图中可看出，本发明实施例的3D分光器1100包括多个液晶透镜单元(如L1、L2与L3等，图中仅画出了三个透镜单元作为示例)。

如图4所示，每个透镜单元(如L1、L2与L3等)具有相同的结构。具体地，3D分光器1100包括第一基板1001、第二基板1002、第三基板1006与第四基板1015。第一基板1001、第三基板1006、第四基板1015及第二基板1002依次正对间隔设置，优选地，第一基板1001、第二基板1002、第三基板1006与第四基板1015可以是玻璃等透明基材，各个基板具有相同或者相近的折射率。

本发明中还设定了参考坐标系，以便于对3D分光器的结构进行直观说明。如图4所示，设定的参考坐标系中，以透镜单元的高度方向为z方向，与z方向垂直且与透镜单元的宽度平行的方向为x方向，与z方向垂直的另一方向为y方向。

如图4，,第一基板1001朝向第二基板1002的侧面上设置有第一电极1003，优选地，第一电极1003一般为透明导电材料如ITO或者IZO等，且第一电极1003包括多个条形电极，如图中的10031, 10032、10033、10034、10035、10036、10037、10038与10039；各个条形电极在x方向间隔排布且沿y方向延伸。参照图5所示，在每个液晶透镜单元内，以L1为例，第一电极1003包含10031,10032、10033、10034、10035、10036、10037、10038与10039等多个条形电极，且在各个透镜单元的交界处共用同一个电极如10031,10039等。

第一基板1001上还设置有第一介电层1020，第一电极1003位于第一介电层1020及第一基板1001之间，优选地，第一介电层1020的为氮化硅介电层或者氧化硅介电层。第一介电层1020背向第一基板1001的侧面上设置有第二电极1021，优选地，第二电极1021为透明导电材料如ITO或者IZO等。第二电极1021包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向上并列间隔排布，且沿y方向延伸。参照图5所示，每个液晶透镜单元内，以L1为例，第二电极1021包含10211,10212,10213,10214,10215,10216,10217与10218等多个条形电极，一般而言，第一电极1003与第二电极1021的各个条形电极具有相同的宽度及间隔，且在z方向上交错设置。

如图4所示，第一介电层1020上还设置有第一水平取向膜1004，第二电极1021位于第一介电层1020及第一水平取向膜1004之间。优选地，第一水平取向膜1004为聚酰亚胺等有机材料。第一水平取向膜1004用于控制液晶分子取向，第一水平取向膜1004的摩擦方向与2D显示装置1200出射光的偏振方向平行或者垂直，即为±x或者±y方向。

第三基板1006朝向第一基板1001的一侧，设置有第一公用电极1007；第一公用电极1007为面电极，具体地，第一公用电极1007为整面的透明导电材料如ITO或者IZO等。第一公用电极1007上 覆盖有第二水平取向膜1008，第二水平取向膜1008可以是聚酰亚胺等有机材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜1008的摩擦方向与第一水平取向膜的摩擦方向垂直。

第一基板1001及第三基板1006之间封装有第一液晶层1005，且第一液晶层1005为正性液晶材料(即△ε＝ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶分子短轴方向的介电系数。)。在第一水平取向膜1004与第二水平取向膜1008的作用下，靠近第一水平取向膜1004与第二水平取向膜1008的第一液晶层1005的液晶分子按照设定的预倾角沿着各自的摩擦方向排列，而在z方向上液晶分子以连续的扭转形式排列，即z方向上从第一水平取向膜1004表面的x方向取向逐渐扭转成第二水平取向膜1008表面的y方向取向。

第三基板1006背向第一基板1001的侧面上设置有第一偏光片1014，第一偏光片1014的偏振方向与2D显示装置1200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。

第一偏光片1014正对第二基板1002的侧面上覆盖第四基板1015；第四基板1015之上设置有第三电极1009，第三电极1009为透明导电材料如ITO或者IZO等。参照图5，在每个透镜单元如L1内，第三电极1009包含两个条形电极10091与10095，各个条形电极10091与10095在x方向上的间隔等于一个透镜单元的宽度且沿y方向延伸。

第四基板1015上还设置有第三水平取向膜1010，第三电极1009位于第三水平取向膜1010与第四基板1015之间；第三水平取向膜1010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜1010的摩擦方向与第一偏光片1014的偏振方向相同，即可以是±x方向。

第二基板1002朝向第四基板1015的侧面上设置有第二公用电极1011，第二公用电极1011为整面的透明导电材料如ITO或者IZO等。第二公用电极1011上覆盖有第四水平取向膜1012，第四水平取向膜1012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜1012的摩擦方向与第三水平取向膜1010的摩擦方向反平行设置，即摩擦方向相差180度。

第二基板1002与第四基板1015之间封装有第二液晶层1013，且第二液晶层1013为正性液晶材料，在第三水平取向膜1010与第四水平取向膜1012的作用下，第二液晶层1013的液晶分子长轴初始取向与x方向平行。

除此之外，虽然图4中未画出，3D分光器1100还包括第一基板1001与第三基板1006之间用于封装第一液晶层1005的周边封框胶、第二基板1002与第四基板1015之间用于封装第二液晶层1013的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)等。

如图4进一步示出了立体显示装置的结构示意图，从图中可看出该立体显示装置包括上述的3D分光器及2D显示装置1200，3D分光器中的第一基板1001与2D显示装置1200周边粘结或整面贴合。其中2D显示装置1200可以为LCD、OLED等，且从2D显示装置1200出射的光偏振方向与x方向平行。

如图6所示，当立体显示装置作为液晶透镜立体显示装置使用时，将第一公用电极1007的电压设置为某个参考电压Vref1，该参考电压Vref1一般为大小恒定的直流电压，并且在所有第一电极1003与第二电极1021之上施加某个相同的驱动电压，该驱动电压优选为正负极性反转的方波；正负极性反转时第一电极1003及第二电极1021相对第一公用电极1007具有相同压差△V1，△V1的大小 应足以使第一液晶层1005的液晶分子旋光特性消失。对于第一液晶层1005而言，从2D显示装置1200出射的线偏振光进入第一液晶层1005后，线偏振光偏振方向不变，由于第一偏光片1014的偏振方向与2D显示装置1200出射光偏振方向相同，因此进入第一液晶层1005的线偏振光可以从第一偏光片1014完全射出，偏振光的方向仍为x方向。

与此同时，将第二公用电极1011的电压设置为某个参考电压Vref2，该参考电压Vref2一般为大小恒定的直流电压，Vref2与Vref1可以相等或者不等。在第三电极1009之上施加一个较大的驱动电压，该驱动电压优选为正负极性反转的方波，正负极性反转时第三电极1009相对第二公用电极1011具有相同压差△V2。对于第二液晶层1013而言，在第二液晶层1013两侧形成较大电压差，在每个第三电极1009的条形电极(如图5中10091与10095)之上的液晶分子其分子长轴将与电场方向平行，即沿着z方向排列。在每个透镜单元内，随着距离第三电极1009的条形电极(如10091与10095)越远则电场越弱，液晶分子长轴逐渐倾向于水平方向排列。在每一个透镜单元内，由于电压左右对称分布，第二液晶层1013随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，形成一个微透镜单元，从第一偏光片1014出射的与x方向平行的线偏振光进入第二液晶层1013后，将向不同的角度进行折射。

如图7所示，将第一公用电极1007的电压设置为某个参考值Vref1，在各个透镜单元交界处的第一电极1003(如10031,10032以及10038,10039等)与第二电极1021(如10211以及10218等)上施加的电压等于Vref1，而在其他第一电极1003(如10033,10034,10035,10036以及10037等)与其他第二电极1021(如10212,10213,10214, 10215,10216以及10217等)上施加某个相同的驱动电压，该驱动电压优选为正负极性反转的方波，正负极性反转时相对第一公用电极1007具有相同压差△V1，△V1的大小应足以使该区域内第一液晶层1005的液晶分子旋光特性消失，即使得液晶分子长轴平行于z方向排列。对于第一液晶层1005而言，此时的液晶分子产生两种完全不同取向：其一是在各个透镜单元交界处由于第一电极1003(如10031,10032以及10038,10039等)与第二电极1021(如10211以及10218等)之上电压等于第一公用电极1007的电压Vref1，位于该区域的液晶分子上下电极之间不存在压差，液晶分子的初始取向不改变，从2D显示装置1200出射的线偏振光通过该区域液晶层1005时将产生旋光作用，从液晶层1005出射的线偏振光的偏振方向将与y轴方向平行，由于第一偏光片1014的偏振方向为x方向，故该区域显示暗态。其二是在各个液晶透镜单元的非边缘位置上，由于第一电极1003(如10033,10034,10035,10036以及10037等)与第二电极1021(如10212,10213,10214,10215,10216以及10217等)之上施加某个相同的驱动电压，压差△V1的存在使得第一液晶层1005的液晶分子旋光特性消失，该区域第一液晶层1005液晶分子长轴沿着z方向排列，从2D显示装置1200出射的线偏振光进入该区域的第一液晶层1005后，入射的线偏振光偏振方向不改变，即仍为与x方向平行的线偏振光，由于第一偏光片1014的偏振方向也为x方向，故该区域显示亮态。因此，在该电压设置下，从第一偏光片1014出射的光成为明暗相间的条纹，即各个透镜单元交界处为较窄暗条纹，而在各个透镜单元非交界处为较宽亮条纹。

与此同时，将第二公用电极1011的电压设置为某个参考电压Vref2，在第三电极1009之上施加一个较大的驱动电压，对于第二 液晶层1013而言，在第二液晶层1013两侧形成较大电压差，在每个第三电极1009的条形电极(如图5中10091与10095)之上的液晶分子其分子长轴将与电场方向平行，即沿着z方向排列。在每个透镜单元内，随着距离第三电极1009的条形电极(如10091与10095)越远则电场越弱，液晶分子逐渐倾向于水平方向排列。在每一个透镜单元内，由于电压左右对称分布，第二液晶层1013随着电场强度的变化呈现折射率的渐变，形成一个微透镜单元，从第一偏光片1014出射的与x方向平行的线偏振光进入第二液晶层1013后，将向不同的角度进行折射。由于从第一偏光片1014出射的光在各个透镜单元交界处为暗态，因此将位于各个透镜单元交界处正下方的液晶狭缝关闭，减小透镜单元交界处的串扰。根据实际需要，可以调整第一电极1003与第二电极1021中施加参考电压Vref1电极数量多少，以减小串扰达到最好的观赏效果。

如图5与图8所示，使第二公用电极1011以及第三电极1009的电压差为零，即两者均设置为Vref2或者零电压，与此同时将第一公用电极1007设置为某个参考电压Vref1，在部分第一电极1003(如10031,10032,10033,10034以及10036,10037,10038,10039等)与部分第二电极1021(如10211,10212,10213以及10216,10217,10218等)上也施加电压Vref1，而在其他第一电极1003(如10035等)与其他第二电极1021(如10214以及10215等)上施加某个相同的驱动电压，该驱动电压的大小应足以使这些电极区域的第一液晶层1005有较大压差，致使液晶分子长轴沿z方向排列。对于第一液晶层1005而言，此时的液晶分子产生两种完全不同取向：其一是在那些施加电压Vref1的第一电极1003(如10031,10032,10033,10034以及10036,10037,10038,10039等)和第二电极1021(如10211,10212, 10213以及10216,10217,10218等)之上，该区域的液晶分子上下电极之间无电压差初始取向不改变，从2D显示装置1200出射的与x方向平行的线偏振光通过该区域液晶层1005时产生旋光作用，使线偏振光的偏振方向旋转90度，由于第一偏光片1014的偏振方向为x方向，故该区域显示暗态。其二是在那些施加了其他驱动电压的第一电极1003(如10035等)与其他第二电极1021(如10214以及10215等)之上，该区域第一液晶层1005液晶分子旋光特性消失，从2D显示装置1200出射的与x方向平行的线偏振光进入该区域的第一液晶层1005后，入射的线偏振光偏振方向不变，由于第一偏光片1014的偏振方向也为x方向，故该区域显示亮态。因此，在该电压设置下，从第一偏光片1014出射的光成为明暗相间的条纹，由于第一液晶层1005上下电极之间无电压差的区域较宽，而有电压差的区域较窄，因此从第一偏光片1014出射的光，暗条纹宽而亮条纹较窄，形成一个液晶狭缝光栅。根据液晶狭缝光栅开口率的大小，可以调整第一电极1003与第二电极1021中施加电压Vref1的数量。

图9是3D分光器与立体显示装置第二实施例剖面图，从图中可看出，该3D分光器2100包括多个液晶透镜单元(如L1、L2与L3等，图中仅画出了三个透镜单元作为示例)。立体显示装置包括3D分光器2100及2D显示装置2200。

如图9所示，3D分光器2100包括第一基板2001、第二基板2002、第三基板2006与第四基板2015。第一基板2001、第三基板2006、第四基板2015及第二基板2002依次正对间隔设置。

如图9，,第一基板2001朝向第二基板2002的侧面上设置有第一电极2003，且第一电极2003包括多个条形电极，如图10中的20031,20032、20033、20034、20035、20036、20037、20038与20039； 采用如实施例1中的坐标系，各个条形电极在x方向间隔排布且沿y方向延伸，在各个透镜单元的交界处共用同一个电极如20031,20039等。

第一基板2001上还设置有第一介电层2020，第一电极2003位于第一介电层2020及第一基板2001之间。第一介电层2020背向第一基板2001的侧面上设置有第二电极2021。第二电极2021包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向上并列间隔排布，且沿y方向延伸。参照图10所示，每个液晶透镜单元内，以L1为例，第二电极2021包含20211，20212，20213，20214，20215，20216，20217与20218等多个条形电极。

如图9所示，第一介电层2020上还设置有第一水平取向膜2004，第二电极2021位于第一介电层2020及第一水平取向膜2004之间。第一水平取向膜2004的摩擦方向与2D显示装置1200出射光的偏振方向平行或者垂直，即为±x或者±y方向。

第三基板2006朝向第一基板2001的一侧，设置有第一公用电极2007；第一公用电极2007为面电极。第一公用电极2007上覆盖有第二水平取向膜2008，第二水平取向膜2008可以是聚酰亚胺等有机材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜2008的摩擦方向与第一水平取向膜的摩擦方向垂直。

第一基板2001及第三基板2006之间封装有第一液晶层2005。在第一水平取向膜2004与第二水平取向膜2008的作用下，靠近第一水平取向膜2004与第二水平取向膜2008的第一液晶层2005的液晶分子按照设定的预倾角沿着各自的摩擦方向排列，而在z方向上液晶分子以连续的扭转形式排列，即z方向上从第一水平取向膜 2004表面的x方向取向逐渐扭转成第二水平取向膜2008表面的y方向取向。

第三基板2006背向第一基板2001的侧面上设置有第一偏光片2014，第一偏光片2014的偏振方向与2D显示装置2200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。

第一偏光片2014正对第二基板2002的侧面上覆盖第四基板2015；第四基板2015之上设置有第三电极2009。

第四基板2015上还设置有第三水平取向膜2010，第三电极2009位于第三水平取向膜2010与第四基板2015之间；第三水平取向膜2010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜2010的摩擦方向与第一偏光片2014的偏振方向相同，即可以是±x方向。

第二基板2002朝向第四基板2015的侧面上设置有第二公用电极2011，第二公用电极2011为整面的透明导电材料如ITO或者IZO等。第二公用电极2011上覆盖有第四水平取向膜2012，第四水平取向膜2012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜2012的摩擦方向与第三水平取向膜2010的摩擦方向反平行设置，即摩擦方向相差180度。

第二基板2002与第四基板2015之间封装有第二液晶层2013，且第二液晶层2013为正性液晶材料，在第三水平取向膜2010与第四水平取向膜2012的作用下，第二液晶层2013的液晶分子长轴初始取向与x方向平行。

与第一实施例不同的是，在第四基板2015正对第二基板2002的一侧，所形成的第三电极2009不仅位于各个液晶透镜单元的交界处，并分布在各个透镜单元内部。参照图9以及图10，在每个透镜单元内，以L1为例，第三电极2009包含如20091,20092,20093, 20094,20095等多个条形电极，各个电极具有相等或者不等的宽度并沿着y方向延展。通过在各个液晶透镜单元内部设置多个电极，并在各个电极上施加大小不同的驱动电压，使每个液晶透镜单元内液晶折射率呈现渐变的趋势，液晶透镜光程差分布更接近理想抛物型透镜，搭配图7所述的第一液晶层驱动方法减小3D显示装置串扰，提高观赏舒适度。

图11是3D分光器与立体显示装置第三实施例剖面图。从图中可看出，该3D分光器3100包括多个液晶透镜单元(如L1、L2与L3等，图中仅画出了三个透镜单元作为示例)。立体显示装置包括3D分光器3100及2D显示装置3200。

如图11所示，3D分光器3100包括第一基板3001、第二基板3002、第三基板3006与第四基板3015。第一基板3001、第三基板3006、第四基板3015及第二基板3002依次正对间隔设置。

如图11，,第一基板3001朝向第二基板3002的侧面上设置有第一电极3003，且第一电极3003包括多个条形电极。

第一基板3001上还设置有第一介电层3020，第一电极3003位于第一介电层3020及第一基板3001之间。第一介电层3020背向第一基板3001的侧面上设置有第二电极3021。第二电极3021包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向上并列间隔排布，且沿y方向延伸。如图11所示，第一介电层3020上还设置有第一水平取向膜3004，第二电极3021位于第一介电层3020及第一水平取向膜3004之间。第一水平取向膜3004的摩擦方向与2D显示装置3200出射光的偏振方向平行或者垂直，即为±x或者±y方向。

第三基板3006朝向第一基板3001的一侧，设置有第一公用电极3007；第一公用电极3007为面电极。第一公用电极3007上覆盖 有第二水平取向膜3008，第二水平取向膜3008可以是聚酰亚胺等有机材料，用于控制液晶分子取向；第二水平取向膜3008的摩擦方向与第一水平取向膜的摩擦方向垂直。

第一基板3001及第三基板3006之间封装有第一液晶层3005。在第一水平取向膜3004与第二水平取向膜3008的作用下，靠近第一水平取向膜3004与第二水平取向膜3008的第一液晶层3005的液晶分子按照设定的预倾角沿着各自的摩擦方向排列，而在z方向上液晶分子以连续的扭转形式排列，即z方向上从第一水平取向膜3004表面的x方向取向逐渐扭转成第二水平取向膜3008表面的y方向取向。

第三基板3006背向第一基板3001的侧面上设置有第一偏光片3014，第一偏光片3014的偏振方向与2D显示装置3200的出射光偏振方向平行，即平行于x方向。第一偏光片3014正对第二基板3002的侧面上覆盖第四基板3015；第四基板3015之上设置有第三电极3009。

第四基板3015上还设置有第三水平取向膜3010，第三电极3009位于第三水平取向膜3010与第四基板3015之间；第三水平取向膜3010用于控制液晶分子的初始取向，第三水平取向膜3010的摩擦方向与第一偏光片3014的偏振方向相同，即可以是±x方向。

第二基板3002朝向第四基板3015的侧面上设置有第二公用电极3011，第二公用电极3011为整面的透明导电材料如ITO或者IZO等。第二公用电极3011上覆盖有第四水平取向膜3012，第四水平取向膜3012用于控制液晶分子的初始取向，第四水平取向膜3012的摩擦方向与第三水平取向膜3010的摩擦方向反平行设置，即摩擦方向相差180度。

第二基板3002与第四基板3015之间封装有第二液晶层3013，且第二液晶层3013为正性液晶材料，在第三水平取向膜3010与第四水平取向膜3012的作用下，第二液晶层3013的液晶分子长轴初始取向与x方向平行。

与第一实施例相比较，在该实施例中设置了上下两个偏光片，即在第一基板3001正对2D显示装置3200的一侧设置有第二偏光片3016，第二偏光片3016的偏振方向平行于x方向；在第三基板3006正对第二基板3002的一侧设置有第一偏光片3014，第一偏光片3014的偏振方向也平行于x方向，即第二偏光片3016与第一偏光片3014的偏振方向彼此平行。这里设置第二偏光片3016的目的在于防止3D分光器3100与2D显示装置3200组装时带来的角度误差，导致2D显示装置3200的出射光偏振方向与第一偏光片3014的偏振方向不能完全平行引起对比度降低，借助第二偏光片3016达到改善3D显示装置整体对比度的目的。

以3D分光器与立体显示装置第一实施例为例，参照图4，由于第一液晶层1005的旋光特性及第一偏光片1014偏振方向与2D显示装置1200的出射光偏振方向彼此平行，在3D器件不施加电压时，整个3D分光器1100相当于一个常黑模式的液晶面板。如图12，当需要进行2D显示时，使第二公用电极1011以及第三电极1009之间的电压差为零，第二液晶层1013的液晶分子取向将保持初始取向。与此同时，使第一公用电极1007与第一电极1003、第二电极1021之间存在较大的电压差，消除第一液晶层1005的旋光特性，对于第一液晶层1005而言，从2D显示装置1200出射的线偏振光进入第一液晶层1005后，入射的线偏振光偏振方向不改变，即仍为与x方向平行的线偏振光从而透过第一偏光片1014。该线偏振光通 过第二液晶层1013时，振动方向与液晶分子长轴平行，通过第二液晶层1013时不发生折射，原2D显示装置1200的光学特性基本不受影响，仍有较高亮度与对比等特性。

如图13，当需要进行3D显示时，使第一公用电极1007与第一电极1003、第二电极1021之间具有较大的电压差以消除第一液晶层1005的旋光特性。同时，使第二公用电极1011与第三电极1009之间具有较大的电压差以便于在第二液晶层1013内部形成微透镜阵列，于是从2D显示装置1200出射的光线经过液晶透镜后分别折射到不同的方向。以四视点为例，当观赏者的左右眼分别位于1与2，2与3以及3与4等位置时，即可观看到3D影像。

如图14，当需要进行3D显示时，使第一公用电极1007与各个透镜单元交界附近的第一电极1003、第二电极1021之间的电压差为零，而使第一公用电极1007与各个透镜单元非交界处的第一电极1003、第二电极1021之间具有较大的电压差以消除该区域第一液晶层1005的旋光特性。与此同时，使第二公用电极1011与第三电极1009之间具有较大的电压差以便于在第二液晶层1013内部形成微透镜阵列，于是从2D显示装置1200出射的光线经过液晶透镜后分别折射到不同的方向。在各个透镜单元交界附近，由于从2D显示面板1200出射的光通过第一偏光片1014后形成暗条纹，如图14中的光线a,b,c,d,e,f等被阻挡，在各个透镜单元交界处起到一定的遮光作用，能够减小各个液晶透镜单元之间因光程差分布差异引起的串扰，实现更好的3D显示。

如图15，当需要进行3D显示时，使第二公用电极1011与第三电极1009之间无电压差，第二液晶层1013的液晶分子维持初始取向。与此同时，使第一公用电极1007与大部分连续分布第一电极 1003以及在z方向与这些第一电极1003交错排列的第二电极1021之间无电压差，该区域的第一液晶层1005液晶分子产生旋光特性。使第一公用电极1007与小部分连续分布的第一电极1003及在z方向与这些第一电极1003交错排列的第二电极1021之间存在较大的电压差，该区域的第一液晶层1005液晶分子旋光特性消失，则从2D显示装置1200出射的光线经过第一液晶层1005和第一偏光片1014后，出射光呈现为黑白相间的条纹，成为液晶狭缝立体显示装置。根据第一电极1003、第二电极1021与第一公用电极1007之间有电压差和无电压差区域的大小，可以调节液晶狭缝立体显示装置的开口率大小。

如图16所示，从2D显示装置1200出射的光线经过液晶狭缝光栅后，可以在相应的位置观看到3D显示。以四个视点为例，当观赏者的左右眼分别位于1与2、2与3以及3与4位置时，仍然可以观看到3D影像。依据液晶狭缝光栅开口率的大小设置，可以实现更小的串扰，但相比液晶透镜立体显示装置(图13、图14)，此时的3D显示整体亮度比较低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D分光器，包括多个透镜单元，其特征在于，所述透镜单元包括：第一基板、第二基板、第三基板及第四基板，所述第一基板、第三基板、第四基板及所述第二基板依次正对间隔设置，其中设定所述透镜单元的高度方向为z方向，与z方向垂直且与所述透镜单元的宽度平行的方向为x方向，与z方向垂直的另一方向为y方向；

所述第一基板朝向所述第二基板的侧面上设置有第一电极，所述第一电极包括多个条形电极，多个所述条形电极在x方向上并列间隔排布且沿y方向延伸；

所述第一基板上还设置有第一介电层，所述第一电极位于所述第一介电层及所述第一基板之间；所述第一介电层背向所述第一基板的侧面上设置有第二电极；所述第二电极包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向上并列间隔排布且沿y方向延伸；所述第一电极包括的条形电极与所述第二电极包括的条形电极在z方向上交错排布；

所述第一介电层上还设置有第一水平取向膜，所述第二电极位于所述第一介电层及所述第一水平取向膜之间；所述第一水平取向膜的摩擦方向为±x或者±y方向；

所述第三基板朝向所述第一基板的一侧设置有第一公用电极；所述第一公用电极上覆盖有第二水平取向膜；所述第一水平取向膜与所述第二水平取向膜的摩擦方向垂直；

所述第一基板与所述第三基板之间封装有第一液晶层，所述第一液晶层的液晶分子按照设定的预倾角沿着各自的摩擦方向排列，且在z方向上液晶分子以连续的扭转形式排列；

所述第三基板背向所述第一基板的侧面上设置有第一偏光片，所述第一偏光片的偏振方向与x方向平行；

所述第一偏光片上覆盖第四基板，所述第四基板上设置第三电极；所述第四基板上还设置有第三水平取向膜，所述第三电极位于所述第四基板及所述第三水平取向膜之间，所述第三水平取向膜的摩擦方向与所述第一偏光片的偏振方向相同；

所述第二基板朝向所述第四基板的侧面上设置有第二公用电极，所述第二公用电极上覆盖有第四水平取向膜，所述第四水平取向膜的摩擦方向与所述第三水平取向膜的摩擦方向相差180度；

所述第二基板与所述第四基板之间封装有第二液晶层，所述第二液晶层中的液晶分子的长轴与x方向平行。

2.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一电极包括的多个条形电极的宽度相等，且该多个条形电极等间隔排布；

所述第二电极包括的多个条形电极的宽度相等，且该多个条形电极等间隔排布；

所述第一电极的条形电极的宽度与所述第二电极的条形电极的宽度相等、间隔相等。

3.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一公用电极及所述第二公用电极为面电极。

4.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一介电层为氮化硅介电层或为氧化硅介电层。

5.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一基板及所述第三基板之间还包括用于封装所述第一液晶层的周边封框胶；所述第二基板与所述第四基板之间还包括用于封装所述第二液晶层的周边封框胶。

6.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第一液晶层及所述第二液晶层均为正性液晶层。

7.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第三电极包括两个条形电极，该两个条形电极沿y方向延伸，且该两个条形电极之间的间隔等于所述透镜单元的宽度。

8.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，所述第三电极包括多个条形电极，该多个条形电极在x方向并列间隔排布且沿y方向延伸。

9.根据权利要求1所述的3D分光器，其特征在于，还包括：第二偏光片，所述第二偏光片设置于所述第一基板背向所述第二基板的侧面上，且所述第二偏光片的偏振方向与所述第一偏光片的偏振方向平行。

10.立体显示装置，其特征在于，包括2D显示装置及如权利要求1至9任一项所述的3D分光器；所述3D分光器中的第一基板与所述2D显示装置周边粘结或整面贴合。