CN104950544A - 裸眼3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了裸眼3D显示装置，具体涉及立体显示领域。本发明提供的裸眼3D显示装置，采用设置两个不同的液晶透镜膜层，其通过设置了2D显示模组层、旋光器件层、第一液晶透镜膜层、第二液晶透镜膜层，并且，位于第一液晶透镜膜层的第一光栅中，有多个沿第二方向平行排列的第一透镜单元，第二液晶透镜膜层的第二光栅内有多个沿第一方向平行排列的第二透镜单元，而且第一方向和第二方向垂直当不发生旋光时，受到按照不同方向排列的第一透镜单元和第二透镜单元的影响，控制了光线的偏振状态，从而使用户可以在第一方向的视角范围内，或第二方向的视角范围内观看到3D影像，提高了裸眼3D显示的自由度。

Description

裸眼3D显示装置

技术领域

本发明涉及立体显示领域，具体而言，涉及裸眼3D显示装置。

背景技术

随着电子技术的发展，2D显示已经难以满足人们的需求，应运而生的便是3D显示装置。3D显示相较于2D显示，有着更好的空间感，给人以身临其境的感受。3D显示又分为眼镜式和裸眼式两大类。裸眼3D主要用于公用商务场合和手机等便携式设备上。而在家用消费领域，显示器、投影机或者电视，均需要配合3D眼镜使用，如3D影院。眼镜式3D技术中，又可以细分出三种主要的类型：色差式、偏光式和主动快门式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。

眼睛式3D显示技术，由于需要佩戴特制眼镜，一定程度上，其使用的感受度和便捷程度两方面均不如裸眼3D显示技术。也正是由此，裸眼3D技术成为3D显示技术研究的热点。裸眼3D立体显示装置在个人消费品领域的应用也日益广泛，如小尺寸裸眼3D手机、中小尺寸裸眼3D平板等。在这些裸眼3D立体显示装置中，较为常见的是利用人的双眼视差和会聚所构成的深度感实现立体显示的液晶柱状透镜膜立体显示技术。

但是，现有的裸眼3D技术，对用户相对于显示装置的位置有着严格的要求，用户必须在从指定的一个角度对显示装置进行观看，一旦用户从其他角度进行观看的话，3D影像便会无法呈现。由此可见，现有技术中的3D显示装置的显示角度过于单一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供裸眼3D显示装置，以使使用者能够在其他的角度同样观看到3D影像。

第一方面，本发明实施例提供了裸眼3D显示装置，包括：

顺序层叠设置的2D显示模组层、旋光器件层、第一液晶透镜膜层、第二液晶透镜膜层；

所述第一液晶透镜膜层包括第一光栅，所述第一光栅内部有多个沿第二方向平行排列的第一透镜单元；

所述第二液晶透镜膜层包括第二光栅，所述第二光栅内部有多个沿第一方向平行排列的第二透镜单元；

所述第一方向和所述第二方向垂直。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一方向与2D显示模组层的显示屏信号线方向的夹角小于40度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一透镜单元和第二透镜单元均为凹透镜；

所述第一透镜单元内的第一凹槽和所述第二透镜单元的第一凹槽均远离所述旋光器件层；

每个所述第一凹槽中，均填充有液晶层。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一液晶透镜膜层与所述第二液晶透镜膜层之间涂有光学透明胶层；

所述第一液晶透镜膜层与所述旋光器件层之间涂有光学透明胶层；

所述旋光器件层与所述2D显示模组层之间涂有液态光学胶。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一光栅远离所述旋光器件层的一侧，和所述第二光栅远离所述旋光器件层的一侧均设置有基体材料层。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第二透镜单元的折射率小于位于所述第一凹槽中的所述液晶层的液晶分子长轴折射率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述第一透镜单元和第二透镜单元均为凸透镜；

相邻的两个第一透镜单元之间所形成的第二凹槽远离所述旋光器件层；

相邻的两个第二透镜单元之间所形成的第二凹槽远离所述旋光器件层。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述每个所述第二凹槽中均设置有液晶层。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一光栅靠近所述旋光器件层的一侧，和所述第二光栅靠近所述旋光器件层的一侧均设置有基体材料层。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元均为无影胶材质；

所述第二透镜单元的折射率大于位于所述第二凹槽中的所述液晶层的液晶分子短轴折射率。

本发明实施例提供的裸眼3D显示装置，采用设置两个不同的液晶透镜膜层，与现有技术中的受到3D液晶显示装置材料所影像，而导致只能够在一个方向上显示3D画面，用户也只能够在一个方向上观看到3D画面相比，其通过设置了2D显示模组层、旋光器件层、第一液晶透镜膜层、第二液晶透镜膜层，并且，位于第一液晶透镜膜层的第一光栅中，有多个沿第二方向平行排列的第一透镜单元，第二液晶透镜膜层的第二光栅内有多个沿第一方向平行排列的第二透镜单元，而且第一方向和第二方向垂直，在进行3D显示的时候，通过调节旋光器件层的工作状态，进而调节由2D显示模组层所射出的偏振光是否进行旋光(当旋光器件层处于工作状态时，不发生旋光；当旋光器件层处于非工作状态时，发生旋光)，当不发生旋光时，受到按照不同方向排列的第一透镜单元和第二透镜单元的影响，控制了光线的偏振状态，从而使用户可以在第一方向的视角范围内，或第二方向的视角范围内观看到3D影像，从而，即使用户与3D显示装置的相对交互或位置发生了调整，也能够在另一个角度观看到3D影像，提高了裸眼3D显示的自由度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了相关技术中，裸眼3D显示装置的2D显示原理图；

图2示出了相关技术中，裸眼3D显示装置的3D显示原理图；

图3示出了相关技术中，裸眼3D显示装置的3D显示示意图；

图4示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，沿第二方向的剖面图；

图5示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，第一种立体结构示意图；

图6示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，沿第二方向的3D显示原理图；

图7示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中的3D显示示意图；

图8A示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，沿第一方向的剖面图；

图8B示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，第二种立体结构示意图；

图9示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，沿第一方向的3D显示原理图；

图10示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例1中，沿第一方向的3D显示示意图；

图11示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例2中，沿第二方向的剖面图；

图12示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置的实例2中，沿第一方向的剖面图；

图13示出了本发明所提供的裸眼3D显示装置，实例1与实例2的透镜单元对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

裸眼3D显示技术经过了多年的发展，大致可以分为两种类型，一是视差障壁(Barrier)式裸眼3D技术，二是柱状透镜(LenticularLens)式3D技术。

其中，视差障壁式裸眼3D技术是利用特定的算法，将影像交互排列，然后通过设置在显示器背光源和液晶面板之间的视差屏障，将左眼及右眼可视的画面分开。由于左眼或右眼观看屏幕的角度不同，利用这一角度差遮住光线就可将图像分配给左眼或右眼，经过用户大脑将这两幅有差别的图像合成为一幅具有空间深度信息的立体图像。此种技术与红蓝式3D眼镜技术类似，是控制进入左眼和右眼的光线，进而在人脑中合成3D影响。这项技术出现的时间相对较长，也比较容易实现。但它的缺点也很明显，就是背光模块因为被视差障壁阻挡，使得亮度也随之降低。同时3D模式下屏幕的分辨率也会下降。曾经出现过一款采用这种技术的裸眼3D显示器，在3D模式下不仅亮度只有2D模式的一半，分辨率也会下降到120dpi左右，只有2D模式下的一半。

而柱状透镜式3D技术则是在LCD面板的最表层(靠近观看者的一侧)添加了一层密集的柱状透镜组，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。柱状透镜式裸眼3D技术的优点是，没有阻挡背光的模块，因此显示器亮度不受影响。但它对观众观看屏幕时的角度有较严格要求，如果角度不合适则可能无法看到三维效果。

由此可见使用柱状透镜式3D技术的显示装置对观众的观看较低有很严格的要求。对于小型终端、移动终端的用户而言，如果观看者为多人的话，很难保证这多个观看者都能在某一个特定的角度进行观看(由于小型终端的屏幕很小，因此能够观察到3D影像的范围是很小的)，也就导致了有一部分观看者是看不到3D影像的。

有鉴于此，本申请提供了一种裸眼3D显示装置，来解决3D影像观看角度受限的问题。

首先介绍下相关技术中的裸眼3D显示装置。如图1-3所示，提供了一种使用液晶柱状透镜膜的立体显示装置的示意图(进行2D显示的原理图)。从结构上看，该液晶柱状透镜膜立体显示装置100总体上包括三个部分，即2D显示模组110，旋光器件120以及液晶柱状透镜膜130。其中，2D显示模组110可以是TFT-LCD，即薄膜晶体管液晶显示装置。旋光器件120主要包含正对设置的第一基板121及第二基板122，形成于第一基板121远离2D显示模组110一侧的第一电极123，形成于第二基板122靠近2D显示模组110一侧的第二电极124以及密封在第一基板121及第二基板122之间的液晶层125(液晶层125通常为液晶态)。这里的第一基板121及第二基板122可以是玻璃或者其他透明软性材料，第一电极123及第二电极124可以是ITO导电玻璃(铟锡氧化物)，液晶层125一般选择正性液晶材料，即介电系数各项异性△ε＝ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶层125中，液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶层125中液晶分子短轴方向的介电系数，该液晶层125可以为扭曲向列相(twist nematic)液晶，在常温下呈现为液晶态。液晶柱状透镜膜130主要包含三个部分，即透镜膜基体材料131、形成于透镜膜基体材料131之上的若干凹透镜单元132以及填充在凹透镜单元132之中的液晶层133(填充之后，如图1所示，凹透镜单元132靠近2D显示模组110的一侧由凹凸交错的表面变为一个平面)，这里的透镜膜基体材料131一般为耐高温的PET，凹透镜单元132是通过光学透明胶在模具或者刀具表面，进行挤压并紫外固化，进而成型于基体材料131的表面，液晶层133为紫外可固化正性液晶材料，常温下一般为固态粉末，液晶层133的形成工艺主要包含摩擦、熔融态液晶取向及紫外固化。液晶柱状透镜膜130与旋光器件120一般通过光学透明胶或者液态光学胶进行面贴，而旋光器件120与2D显示模组110之间一般通过液态光学胶进行面贴。

设从2D显示模组110中偏光片，出射的偏振光的偏振方向为aa’,aa’平行于Y轴(Y轴为与2D显示模组层的显示屏信号线方向同方向的轴线，后文中的Y轴均为具有该含义的轴线)，当旋光器件120处于未通电状态，即OFF状态时，理想情况下，来自于偏光片的偏振光经过90度旋光之后，从旋光器件120出射的线偏光偏振方向旋转90度为bb’方向，bb’平行于X轴。设rr’(平行于Y轴)为液晶层133的摩擦取向方向，对液晶层133而言，由于入射光的偏振方向bb’与液晶层133中液晶分子的长轴方向垂直，此时折射率为no(no为液晶层133中液晶分子短轴方向折射率)，当形成凹透镜单元132的光学透明胶的折射率n＝no时，则在液晶层133与凹透镜单元132的界面不发生折射，即可显示2D影像。

如图二所示，设从2D显示模组110上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件120处于通电状态，即ON状态时，理想情况下其旋光特性消失，从旋光器件120出射的线偏光的偏振方向bb’平行于aa’，也就是平行于Y轴。设rr’(平行于Y轴)为液晶层133的摩擦取向方向，对液晶层133而言，由于入射光的偏振方向bb’与液晶层133中液晶分子的长轴方向平行，此时折射率为ne(ne为液晶分子长轴方向折射率)，而形成凹透镜单元132的光学透明胶的折射率n＝no<ne，则在液晶层133与凹透镜单元132的界面发生折射，即可显示3D。3D显示时，如果第一电极123和第二电极124均是面电极，则显示全局3D；如果第一电极123和第二电极124中，有一个电极有特殊图形时，即可实现局部3D显示。

如图三，对于该液晶柱状透镜膜立体显示装置而言，由于观赏者的左右眼分别对应于空间分割的左右两幅图像，当液晶柱状透镜膜130的列像素与2D显示模组110的列像素按照一定角度Θ设置时，为利用空间分割的左右两幅图像融合获取3D影像，该立体显示装置只能在一个方向上显示3D，即当观察者的左右眼分别位于图中的L与R位置时，可以看见立体显示。然而，图三所示的立体显示装置在沿2D显示模组110所在的平面(或者与该平面平行的平面)旋转90度后，人的左右眼将同时落在同一个柱透镜的轴心线上，所看到的图像在空间上不能被分光、汇聚而融合成3D影像，将观察不到立体显示。

针对上述立体显示装置只能在一个方向上进行3D显示的特性，本申请提出了一种能够在两个方向上同时观看到3D影像的立体显示装置。

该裸眼3D显示装置，如图4-13包括：

顺序层叠设置的2D显示模组层、旋光器件层、第一液晶透镜膜层、第二液晶透镜膜层；

所述第一液晶透镜膜层包括第一光栅，所述第一光栅内部有多个沿第二方向平行排列的第一透镜单元；

所述第二液晶透镜膜层包括第二光栅，所述第二光栅内部有多个沿第一方向平行排列的第二透镜单元；

所述第一方向和所述第二方向垂直。

需要说明的是，2D显示模组层和旋光器件层分别与前文相关技术中的2D显示模组层和旋光器件层均相似。第一光栅中的第一透镜单元可以有两种存在形式，即凹透镜和凸透镜，第二光栅中的第二透镜单元也是相类似的，有凹透镜和凸透镜两种存在形式。但需要注意的是，当第一光栅中是第一透镜单元为凸透镜时，第二光栅中的第二透镜单元也应为凸透镜；当第一光栅中是第一透镜单元为凹透镜时，第二光栅中的第二透镜单元也应为凹透镜。

第一透镜单元和第二透镜单元均是长条形的，如3中，液晶柱状透镜膜130的形状，第一透镜单元和第二透镜单元均是沿着相应的方向平行设置的。第一透镜单元沿第二方向平行排列，第二透镜单元沿第一方向平行排列，使得第一透镜单元和第二透镜单元能够分别向第一方向所对应的显示范围和第二方向所对应的显示范围播放3D影像。

下面以两个具体的实例来说明本申请所提供的裸眼3D显示装置。

实例1，如图四及图五所示，1000是本申请所提供的裸眼3D显示装置沿第二方向剖面图。该裸眼3D显示装置1000总体上包括依次层叠设置的四个部分，即2D显示模组层1100，旋光器件层1200、第一液晶透镜膜层1300以及第二液晶透镜膜层1400。其中，2D显示模组层1100可以是常见的TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示装置。旋光器件层1200的结构与液晶柱状透镜膜立体显示装置100中的旋光器件120相似。第一液晶透镜膜层1300主要包括三个部分，即基体材料层1310、多个凹透镜单元1320(即第一透镜单元)以及填充在凹透镜单元1320的凹槽(第一凹槽1340)之中的液晶层1330，基体材料层1310位于凹透镜单元远离旋光器件层1200的一侧，这里的基体材料层1310一般为耐高温的PET，凹透镜单元1320是通过光学透明胶，在模具或者刀具表面进行挤压，并通过紫外固化工艺，成型于基体材料层1310的表面，液晶层1330一般为紫外可固化正性液晶材料，液晶层1330的形成工艺主要包含摩擦、熔融态液晶取向及紫外固化。由基体材料层1310与光学透明胶形成的凹透镜单元1320形成第一凹光栅，该第一凹光栅包含的多个第一凹透镜单元在第二方向上平行排列，且凹透镜单元1320沿着第一方向延展，该第一方向与Y轴平行或者成一定的夹角，一般该夹角在40度以内(优选的，第一方向与Y轴的夹角为16～20度)。第二液晶透镜膜层1400设置在第一液晶透镜膜层1300之上远离2D显示模组层1100的一侧，该第二液晶透镜膜层1400也包含三个部分，即基体材料层1410、多个凹透镜单元1420(即第二凹透镜单元)以及填充在凹透镜单元1420的凹槽(第一凹槽1340)之中的液晶层1430。由基体材料层1410与光学透明胶形成的凹透镜单元1420形成第二凹光栅，该第二凹光栅中的多个第二凹透镜单元在第一方向上平行排列，且每个凹透镜单元1420沿着第二方向延展。该第一方向与第二方向互相垂直。

由于2D显示模组的子像素大小长宽比一般为3:1，即由相邻的红绿蓝三个子像素构成一个像素点，此外，第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400的焦距也略有差异，即设第一液晶透镜膜层1300的焦距为f1，第二液晶透镜膜层1400的焦距为f2，则f2＝f1+d1+t1，如图六所示，这里d1表示第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400之间的胶层厚度，t1表示第一液晶透镜膜层1300的总厚度，因此第一光栅的凹透镜单元1320与第二光栅的凹透镜单元1420的相关参数，如透镜间距(pitch)及拱高(h)等会有差异。这里，作为优选，第一液晶透镜膜层1300的基体材料层1310应具有尽可能小的厚度。第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400所采用的光学透明胶和液晶材料应分别相同或者具有相同的折射率。设光学透明胶的折射率为n，则液晶层1430中液晶分子的折射率应满足ne>no＝n，其中，ne为液晶层1430中液晶分子的长轴折射率，ne为液晶层1430中液晶分子的短轴折射率，n可以为凹透镜单元1420，或凹透镜单元1320的折射率。

该双向立体显示装置1000的主要结构中，第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400之间，以及第一液晶透镜膜层1300与旋光器件层1200之间，一般通过光学透明胶进行面贴；而旋光器件层1200与2D显示模组层1100之间一般通过液态光学胶进行面贴。

如图四，在三维笛卡尔坐标系中，设从2D显示模组层1100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件层1200处于未通电状态，即OFF状态时，理想情况下，有偏光片出射的光线经过90度旋光之后，从旋光器件层1200出射的线偏光偏振方向旋转90度为bb’方向，即平行于X轴。设r1r1’(平行于Y轴)为液晶层1330的摩擦取向方向，对液晶层1330而言，由于入射光的偏振方向bb’与液晶层1330内液晶分子长轴方向垂直，此时折射率为no(no为液晶层1330中液晶分子的短轴方向折射率)，形成凹透镜单元1320的光学透明胶的折射率n＝no时，则在液晶层1330与凹透镜单元1320的界面不发生折射，入射光可以直接通过第一液晶透镜膜层1300。在这里，bb’方向的线偏振光从凸透镜平面一侧入射，从第一液晶透镜膜层1300出射时仍为线偏振光，但其偏振角度有微小的改变量(约1度范围内)，因此在此忽略其对偏振光偏振状态的影响，即认为从第一液晶透镜膜层1300出射的光仍为bb’方向的线偏振光。设置第二液晶透镜膜层1400的摩擦取向方向与第一液晶透镜膜层1300的摩擦取向方向相同，对第二液晶透镜膜层1400而言，入射光的偏振方向仍为bb’且与液晶分子长轴方向垂直，折射率为no(液晶层1430中，液晶分子的短轴折射率)，形成凹透镜单元1420的光学透明胶的折射率n＝no时，则在液晶层1430与凹透镜单元1420的界面不发生折射即可显示2D。

如图六所示，设从2D显示模组层1100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件层1200处于通电状态，即ON状态时，理想情况下偏振光的旋光特性消失，从旋光器件层1200出射的线偏光偏振方向bb’平行于aa’，即平行于Y轴。r1r1’(平行于Y轴)为液晶层1330的摩擦取向方向，对液晶层1330而言，由于入射光的偏振方向bb’与液晶分子长轴方向平行，此时折射率为ne(ne为液晶层1330内，液晶分子的长轴折射率)，而形成凹透镜单元1320的光学透明胶的折射率n＝no<ne，则在液晶层1330与凹透镜单元1320的界面发生折射。入射的偏振光到达第二液晶透镜膜层1400的下表面时，对液晶层1430而言，偏振状态的略微改变，使有效折射率neff近似为ne，大于光学透明胶的折射率n，因第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400之间的间距d1很小(设第二液晶透镜膜层1400的焦距为f2，第一液晶透镜膜层1300的总厚度为t1，旋光器件层1200与第一液晶透镜膜层1300的胶层厚度为d2，旋光器件层1200的总厚度为t2，旋光器件层1200与2D显示模组层1100之间的胶层厚度为d3，2D显示模组层1100上基板连同上偏光片的总厚度为t3，则：d1＝f2-t1-t2-t3-d1-d2-d3，该胶层厚度d1一般在几十微米左右)，小角度的入射光在进入液晶层1430时有将视角在X方向略微放大的趋势，在液晶层1430与凹透镜单元1420的界面，因折射率的差异将再次折射从而显示3D。在3D显示时，如果旋光器件层1200的上下两个电极均是面电极则显示全局3D，如果旋光器件层1200的上下两个电极中至少有一个电极有特殊图形时，即可实现局部3D显示。

如图七所示是裸眼3D显示装置沿第二方向的3D显示示意图。3D显示时，当观察者站在第一方向的视角范围内时，可以欣赏到立体视频或者图片。

如图八所示为裸眼3D显示装置沿第一方向的剖面图(图8A)，及相应的结构示意图(图8B)。由于所述第一方向与所述第二方向相互垂直，因此图八中的三维笛卡尔坐标系也就相当于图四中坐标系以Z为旋转轴在空间逆时针旋转了90度。从2D显示模组层1100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,aa’平行于Y轴，当旋光器件层1200处于未通电状态，即OFF状态时，理想情况下经过90度旋光之后，从旋光器件层1200出射的线偏光偏振方向旋转90度为bb’方向，即平行于X轴。设r1r1’(平行于Y轴)为液晶层1330的摩擦取向方向，对液晶层1330而言，由于入射光的偏振方向bb’与液晶层1330内液晶分子的长轴方向垂直，此时折射率为no(no为液晶层1330内液晶分子的短轴方向折射率)，形成凹透镜单元1320的光学透明胶的折射率n＝no时，则在液晶层1330与凹透镜单元1320的界面不发生折射，入射光可以直接通过第一液晶透镜膜层1300而不发生偏振方向的改变。由于第二液晶透镜膜层1400的摩擦取向方向与第一液晶透镜膜层1300的摩擦取向方向相同，对第二液晶透镜膜层1400而言，入射光的偏振方向仍为bb’且与液晶层1430内液晶分子的长轴方向垂直，折射率为no，形成凹透镜单元1420的光学透明胶的折射率n＝no，则在液晶层1430与凹透镜单元1420的界面不发生折射即可显示2D。

如图九所示，从2D显示模组层1100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件层1200处于通电状态，即ON状态时，理想情况下旋光特性消失，从旋光器件层1200出射的线偏光偏振方向bb’平行于aa’，即旋光器件层1200出射的线偏光平行于Y轴。r1r1’(平行于Y轴)为液晶层1330的摩擦取向方向，对液晶层1330而言，入射光的偏振方向bb’与液晶层1330内液晶分子的，长轴方向平行，此时折射率为ne(ne为液晶层1330中，液晶分子长轴方向折射率)，形成凹透镜单元1320的光学透明胶的折射率n＝no<ne，但由于bb’方向的线偏振光相继垂直入射到液晶层1330及光学透明胶构成的凹透镜单元1320，偏振状态不发生改变。通过第一液晶透镜膜层1300之后，入射光入射到第二液晶透镜膜层1400的下表面时，对液晶层1430而言，折射率ne大于n(ne为液晶层1330内，液晶分子的长轴折射率，n为形成凹透镜单元1320的光学透明胶的折射率)，在液晶层1430与凹透镜单元1420的界面，因折射率的差异将折射从而显示3D。在3D显示时，如果旋光器件层1200的上下两个电极均是面电极则显示全局3D，如果旋光器件层1200的上下两个电极中至少有一个电极有特殊图形时，即可实现局部3D显示。

如图十所示，是裸眼3D显示装置沿第一方向的3D显示示意图。3D显示时，当观察者站在第一方向的视角范围内时，可以欣赏到如立体画面，相比于相关技术中的立体显示装置而言，双向立体显示装置在旋转90度之后仍能够进行3D显示，即增加了一个能够进行立体显示的视角。

需要说明的是，旋光器件层1200主要包含正对设置的第三基板(未示出)及第四基板(未示出)，形成于第三基板远离2D显示模组层1100一侧的第三电极(未示出)，形成于第四基板靠近2D显示模组层1100一侧的第四电极(未示出)以及密封在第三基板及第四基板之间的液晶层(未示出)。这里的第三基板及第四基板可以是玻璃或者其他透明软性材料，第三电极及第四电极可以是ITO导电玻璃(铟锡氧化物)，液晶层三般选择正性液晶材料，即△ε＝ε∥-ε⊥>0，式中ε∥为液晶层中，液晶分子长轴方向的介电系数，ε⊥为液晶层中液晶分子短轴方向的介电系数，该液晶层可以为扭曲向列相(twist nematic)液晶，在常温下呈现为液晶态。

实例2：

如图十一所示，为裸眼3D显示装置沿第二方向剖面图，这里提到的第二方向或者第一方向与实例1中所指完全相同。实例2仍包含2D显示模组层2100、旋光器件层2200、第一液晶透镜膜层2300及第二液晶透镜膜层2400四个主要部分，其中2D显示模组层2100、旋光器件层2200和实例1中的结构、特性完全相同，在此，在本实例中不再过多说明。实例2与实例1的主要差异在于第一液晶透镜膜层2300，和/或第二液晶透镜膜层2400中，第一液晶透镜膜层2300和第二液晶透镜膜层2400中，至少有一个结构与实例1中相应的结构不同。下面以第一液晶透镜膜层2300和第二液晶透镜膜层2400的结构均发生变更进行说明。

实例1中，第一液晶透镜膜层1300与第二液晶透镜膜层1400均是在基体材料层1310或者1410的表面，通过光学透明胶形成第一凹光栅和第二凹光栅，且基体材料层1310或者1410均是设置在远离2D显示模组层1100的一侧。而在实例2中，第一液晶透镜膜层2300与第二液晶透镜膜层2400均是在基体材料层2310或者2410的表面通过光学透明胶形成第一凸光栅和第二凸光栅，且基体材料层2310，2410均是设置在靠近2D显示模组层2100的一侧，从而在第一液晶透镜膜层2300及第二液晶透镜膜层2400中，液晶层2330、2430分别形成在第一凸光栅、第二凸光栅结构单元的表面，即位于远离2D显示模组层2100的一侧。

因结构上的差异，在实例2中，形成第一凸光栅、第二凸光栅的光学透明胶必须为高折射率UV胶，其折射率须满足n＝ne>no，(ne为液晶层2330中液晶材料的长轴方向折射率，no为液晶层2330中液晶材料的短轴方向折射率。同时，第一液晶透镜膜层2300、第二液晶透镜膜层2400的摩擦取向方向也须在第一实施例的基础上旋转90度,如在第一实施例图四中第一液晶透镜膜层1300、第二液晶透镜膜层1400的摩擦取向方向均与2D显示模组层1100上偏光片出射的偏振光偏振方向平行，而在第二实施例图十一中第一液晶透镜膜层2300、第二液晶透镜膜层2400的摩擦取向方向均与2D显示模组层2100上偏光片出射的偏振光偏振方向垂直。

如图十一左半部分，从2D显示模组层2100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件层2200处于未通电状态，即OFF状态时，理想情况下经过90度旋光之后，从旋光器件层2200出射的线偏光偏振方向旋转90度为bb’方向，即平行于X轴。设r1r1’(平行于X轴)为液晶层2330的摩擦取向方向(平行于纸面)，从旋光器件层2200入射到形成凸透镜单元2320的光学透明胶的折射率为n，而对液晶层2330而言，由于从凸透镜单元2320入射的偏振光偏振方向bb’与液晶层2330内液晶分子的长轴方向平行，此时折射率为ne(ne液晶层2330内液晶分子的短轴方向折射率)，而ne＝n，则在液晶层2330与凸透镜单元2320的界面不发生折射，入射光可以直接通过第一液晶透镜膜层2300，bb’方向的线偏振光在经过第一液晶透镜膜层2300后偏振态会有微小的变化，但依然可以忽略不计。由于第二液晶透镜膜层2400的摩擦取向方向与第一液晶透镜膜层2300的摩擦取向方向相同，对第二液晶透镜膜层2400而言，入射光的偏振方向仍为bb’且与液晶层2430内液晶分子的长轴方向平行，液晶层2430内液晶分子的长轴折射率为ne，形成凸透镜单元2420的光学透明胶的折射率n＝ne，则在液晶层2430与凸透镜单元2420的界面不发生折射仍可显示2D。

如图十一右半部分所示，从2D显示模组层2100上偏光片出射的偏振光偏振方向为aa’,即平行于Y轴，当旋光器件层2200处于通电状态，即ON状态时，理想情况下，从旋光器件层2200出射的偏振光的偏振方向不变，即为bb’方向，bb’方向平行于Y轴。r1r1’(平行于X轴)为液晶层2330的摩擦取向方向(平行于纸面)，从旋光器件层2200入射到形成凸透镜单元2320的光学透明胶的折射率为n(这里n＝ne)，而对液晶层2330而言，由于从凸透镜单元2320入射的偏振光偏振方向bb’与液晶层2330内液晶分子的长轴方向垂直，此时折射率为no(no为液晶层2330内液晶分子的短轴方向折射率)，而no<n，则在液晶层2330与凸透镜单元2320的界面发生折射。入射光进入第二液晶透镜膜层2400时，因光学透明胶形成的凸透镜单元2420折射率n较大，小角度入射的入射光在X方向上有将视角略微放大的作用。由于第二液晶透镜膜层2400的摩擦取向方向与第一液晶透镜膜层2300的摩擦取向方向相同，对第二液晶透镜膜层2400而言，入射光在凸透镜单元2420与液晶层2430的界面因折射率的差异将再次发生折射(光学透明胶形成的凸透镜单元2420折射率为n，而偏振方向为bb’的入射光经过液晶层2430时其折射率接近no，且n＝ne＞no)，使裸眼3D显示装置在旋光器件层2200处于开启状态下，显示3D信息，即，此时该立体显示装置在沿第二方向上可以进行3D显示。

为便于理解实例2所提供的裸眼3D显示装置，如图十二所示，给出了该实例中，裸眼3D显示装置沿第一方向剖面示意图，但不对其进行2D或者3D显示进行详细说明。在观察者沿着第一方向观察时，在立体显示的视角范围内，通过开启旋光器件层2200可以观察到沿第一方向的立体显示信息，此显示状态与图十所示的情况相类似。

图十三是对实例1，及实例2所使用的第一液晶透镜膜层1300、2300或者第二液晶透镜膜层1400、2400进行了结构上的比较。以第一液晶透镜膜层1300、2300为例，在第一实施例1000实例1中，液晶层1330需要完全填充第一凹光栅面的凹槽(第一凹槽1340)，以使第一凹槽1340被填平，进而使液晶层1330形成平面结构；而在实例2中，液晶层2330只需要完全填充第一凸光栅表面形成平面结构(实例1中所填充的是每个凹透镜单元的凹槽，即第一凹槽1340，而实例2中，所填充的是相邻两个凸透镜单元之间所夹的凹槽，即第二凹槽2340)。一般情况下，因凹光栅或者凸光栅结构单元覆盖了较多的子像素，及各个透镜之间的间距(pitch值)比较大，而透镜的拱高相比之下要小很多，因此，实例1中填充的液晶层1330用量，比实例2中填充的液晶层2330用量明显偏多。例如，当透镜单元的曲率半径为335um，拱高为20um时，实例2所使用的液晶量约为实例1所使用液晶量的41％，考虑到胶水与液晶成本的差异，采用第二实施例将有助于成本降低，且不会降低显示品质。

整体来看本申请所提供的裸眼3D显示装置，其能够在不同方向上进行立体显示，现有的立体显示装置，只能在一个方向上进行立体显示，当对立体显示装置旋转如90度之后，将不能观察到正常的立体信息。随着智能手机及平板电脑的推广，很多情况下需要随着手机或者平板电脑的放置角度或者观看方向自动对立体显示进行调整，采用双向显示立体显示装置可以满足用户这一需求。

2D与3D自由切换：采用该双向立体显示装置，除了在不同方向适应用户需要观看立体显示以外，在需要进行2D显示的场合，通过关闭旋光器件即可以进行正常的2D显示，能满足通常条件下所需的如亮度、分辨率等主要指标，不会对2D显示造成明显的影响，切换便捷。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.裸眼3D显示装置，其特征在于，包括：

顺序层叠设置的2D显示模组层、旋光器件层、第一液晶透镜膜层、第二液晶透镜膜层；

所述第一液晶透镜膜层包括第一光栅，所述第一光栅内部有多个沿第二方向平行排列的第一透镜单元；

所述第二液晶透镜膜层包括第二光栅，所述第二光栅内部有多个沿第一方向平行排列的第二透镜单元；

所述第一方向和所述第二方向垂直。

2.根据权利要求1所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一方向与2D显示模组层的显示屏信号线方向的夹角小于40度。

3.根据权利要求1所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一透镜单元和第二透镜单元均为凹透镜；

所述第一透镜单元内的第一凹槽和所述第二透镜单元的第一凹槽均远离所述旋光器件层；

每个所述第一凹槽中，均填充有液晶层。

4.根据权利要求3所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一液晶透镜膜层与所述第二液晶透镜膜层之间涂有光学透明胶层；

所述第一液晶透镜膜层与所述旋光器件层之间涂有光学透明胶层；

所述旋光器件层与所述2D显示模组层之间涂有液态光学胶。

5.根据权利要求3所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一光栅远离所述旋光器件层的一侧，和所述第二光栅远离所述旋光器件层的一侧均设置有基体材料层。

6.根据权利要求5所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第二透镜单元的折射率小于位于所述第一凹槽中的所述液晶层的液晶分子长轴折射率。

7.根据权利要求1所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一透镜单元和第二透镜单元均为凸透镜；

相邻的两个第一透镜单元之间所形成的第二凹槽远离所述旋光器件层；

相邻的两个第二透镜单元之间所形成的第二凹槽远离所述旋光器件层。

8.根据权利要求7所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述每个所述第二凹槽中均设置有液晶层。

9.根据权利要求8所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一光栅靠近所述旋光器件层的一侧，和所述第二光栅靠近所述旋光器件层的一侧均设置有基体材料层。

10.根据权利要求8所述的裸眼3D显示装置，其特征在于，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元均为无影胶材质；

所述第二透镜单元的折射率大于位于所述第二凹槽中的所述液晶层的液晶分子短轴折射率。