CN116381993A - 一种液晶光栅和立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶光栅和立体显示装置，液晶光栅包括第一基板、第二基板和液晶层，液晶层位于所述第一基板与所述第二基板之间；多个光栅单元，沿第一方向排列，包括多个第一电极和多个第二电极；多个所述第一电极位于所述第一基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；多个所述第二电极位于所述第二基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；存在至少两个所述第一电极具有不同的电压，存在至少两个所述第二电极具有不同的电压。本发明提供一种液晶光栅和立体显示装置，以实现降低单个基板的横向电场强度。降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

Description

一种液晶光栅和立体显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种液晶光栅和立体显示装置。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确的表达三维的深度信息，人们一直在致力于研究可以显示立体场景的显示技术-三维图像显示技术。全息三维显示技术利用光的衍射或干涉，记录物光的振幅和相位信息，再通过光的衍射将物光的信息重新构建出来，是各种显示方法中唯一真正意义上的三维显示技术。

立体显示装置在进行三维图像显示时，经过空间光调制器(SLM)对光信号进行相位和振幅调制后，一般通过液晶光栅的衍射功能形成左眼图像和右眼图像。如何提高显示效果，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种液晶光栅和立体显示装置，以实现降低单个基板的横向电场强度。降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

第一方面，本发明实施例提供一种液晶光栅，包括第一基板、第二基板和液晶层，液晶层位于所述第一基板与所述第二基板之间；

多个光栅单元，沿第一方向排列，包括多个第一电极和多个第二电极；多个所述第一电极位于所述第一基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；多个所述第二电极位于所述第二基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；

存在至少两个所述第一电极具有不同的电压，存在至少两个所述第二电极具有不同的电压。

第二方面，本发明实施例提供一种立体显示装置，包括依次设置的光源、空间光调制器和光栅组件；

所述光栅组件包括至少一个如第一方面所述的液晶光栅。

本发明实施例提供的液晶光栅，存在至少两个第一电极具有不同的电压，第一电极之间产生横向电场。存在至少两个第二电极具有不同的电压，第二电极之间产生横向电场。从而将横向电场分散在第一电极和第二电极，将横向电场分散在第一基板和第二基板，而不是集中在一个基板(基板包括第一基板和第二基板)上，从而降低单个基板的横向电场强度。降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

附图说明

图1为已知技术中的一种液晶光栅的剖面结构示意图；

图2为已知技术中第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图3为本发明实施例提供的一种液晶光栅的俯视结构示意图；

图4为沿图3中AA’方向的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种第一电压差形成电场的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种第一电压差的示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种第一电极电压分布示意图；

图14为本发明实施例提供的另一种第二电极电压分布示意图；

图15为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图；

图16为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图；

图17为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图；

图18为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图；

图19为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图；

图20为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图；

图21为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图；

图22为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图；

图23为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图；

图24为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图；

图25为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图；

图26为发明人研究过程中的另一种液晶光栅的剖面结构示意图；

图27为发明人研究过程中的另一种液晶光栅的第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图28为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖面结构示意图；

图29为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的第一电极和第二电极的电压分布示意图；

图30为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的立体结构示意图；

图31为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的工作过程示意图；

图32为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的工作过程示意图；

图33为本发明实施例提供的一种液晶光栅的工作时序示意图；

图34为本发明实施例提供的一种立体显示装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为发明人研究过程中的一种液晶光栅的剖面结构示意图，参考图1，液晶光栅包括第一基板11、第二基板12和液晶层30。液晶层30位于第一基板11与第二基板12之间。液晶层30包括液晶分子。液晶光栅包括多个光栅单元40。多个光栅单元40沿第一方向X排列，光栅单元40包括多个第一电极21和一个第二电极22。多个第一电极21位于第一基板11与液晶层30之间。多个第一电极21沿第一方向X彼此间隔设置。沿第一方向X，相邻两个第一电极21之间间隔一定的距离。多个光栅单元40共用同一个第二电极22，第二电极22为整面电极。

图2为发明人研究过程中的一种液晶光栅的第一电极和第二电极的电压分布示意图，参考图1和图2，发明人经过研究发现，进行立体显示时，第一电极21与第二电极22之间存在电压差，第一电极21与第二电极22形成的纵向电场可以驱动液晶分子转动。存在至少两个第一电极21具有不同的电压，从而形成沿第一方向X排列的不同强度的纵向电场，不同强度的纵向电场使得液晶分子旋转不同的角度，从而形成折射率梯度，形成沿第一方向X排列的多个光栅单元40，故而光栅单元40也可以包括液晶分子。然而，不同电压的第一电极21之间形成横向电场。横向电场存在会导致液晶分子产生电挠曲效应，改变液晶分子的转动行为，液晶光栅中液晶分子无法按照理想的情况进行翻转，液晶分子朝着与预倾角反向的方向旋转，出现反向畴问题。

图3为本发明实施例提供的一种液晶光栅的俯视结构示意图，图3中省略示意第二电极22和第二基板12。图4为沿图3中AA’方向的剖面结构示意图，参考图3和图4，光栅单元40包括多个第一电极21和多个第二电极22。多个第一电极21位于第一基板11与液晶层30之间，多个第一电极21沿第一方向X彼此间隔设置。多个第二电极22位于第二基板12与液晶层30之间，多个第二电极22沿第一方向X彼此间隔设置。沿第一方向X，相邻两个第二电极22之间间隔一定的距离。存在至少两个第一电极21具有不同的电压，存在至少两个第二电极22具有不同的电压。

本发明实施例提供的液晶光栅，存在至少两个第一电极21具有不同的电压，第一电极21之间产生横向电场。存在至少两个第二电极22具有不同的电压，第二电极22之间产生横向电场。从而将横向电场分散在第一电极21和第二电极22，将横向电场分散在第一基板11和第二基板12，而不是集中在一个基板(基板包括第一基板11和第二基板12)上，从而降低单个基板的横向电场强度。降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

示例性地，参考图3和图4，进行立体显示时，第一电极21与第二电极22之间存在电压差，第一电极21与第二电极22形成的纵向电场可以驱动液晶分子转动，形成多个光栅单元40，多个光栅单元40沿第一方向X重复排列。液晶光栅用于光线衍射偏折。不进行立体显示时，不形成光栅单元40，液晶光栅不用于光线衍射偏折。其中，纵向电场的方向可以为第三方向Z或者第三方向Z的反方向。

示例性地，参考图3和图4，同一个光栅单元40中，存在至少两个第一电极21具有不同的电压，存在至少两个第二电极22具有不同的电压。同一个光栅单元40中，将横向电场分散在第一基板11和第二基板12，降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

可选地，参考图4，同一个光栅单元40中，光栅单元40包括多个沿第一方向X排列的电极组50。电极组50包括至少一个第一电极21和至少一个第二电极22。同一个电极组50中，第一电极21和一个第二电极22至少部分交叠，第一电极21和一个第二电极22交叠，或者，第一电极21和一个第二电极22的部分交叠。第一电极21和第二电极22之间的电压差为第一电压差。第一电压差形成的纵向电场可以驱动液晶分子转动。其中，第一电压差为第一电极21的电压与第二电极22电压的差值，即，第一电压差为第一电极21的电压减去第二电极22的电压。

示例性地，参考图4，一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。同一个电极组50中的第一电极21和第二电极22电压之间存在第一电压差。在其他实施方式中，一个电极组50包括多个第一电极21和一个第二电极22。

图5为本发明实施例提供的一种第一电压差形成电场的示意图，参考图5，各个第一电压差具有相同的极性。第一电极21与第二电极22形成的纵向电场(图5中箭头示意纵向电场)具有相同的电场方向。第一电极21与第二电极22形成的纵向电场驱动液晶分子朝着相同的方向转动。

示例性地，参考图5，多个第一电极21包括第一子第一电极211、第二子第一电极212、第三子第一电极213和第四子第一电极214。多个第二电极22包括第一子第二电极221、第二子第二电极222、第三子第二电极223和第四子第二电极224。第一子第一电极211的电压大于第一子第二电极221的电压，第一子第一电极211与第一子第二电极221形成正极性的第一电压差。第二子第一电极212的电压大于第二子第二电极222的电压，第二子第一电极212与第二子第二电极222形成正极性的第一电压差。第三子第一电极213的电压大于第三子第二电极223的电压，第三子第一电极213与第三子第二电极223形成正极性的第一电压差。第四子第一电极214的电压大于第四子第二电极224的电压，第四子第一电极214与第四子第二电极224形成正极性的第一电压差。图5中箭头示意纵向电场，箭头粗细表示纵向电场的大小，越粗的箭头，纵向电场越大，第一电压差越大。

图6为本发明实施例提供的一种第一电压差的示意图，参考图5和图6，同一个光栅单元40中，沿第一方向，各个第一电压差逐渐增加，各个电极组50形成的纵向电场的强度逐渐增加，液晶分子的旋转角度逐渐增加。在其他实施方式中，同一个光栅单元40中，沿第一方向，第一电压差逐渐减小。可以理解的是，由于同一个光栅单元40中，沿第一方向，第一电压差逐渐增加或者逐渐减小，相邻两个光栅单元40的第一电压差发生跳变，相应地，液晶分子形成的折射率在同一个光栅单元40中渐变，在相邻两个光栅单元40的边界处发生跳变，如此形成具有衍射功能的光栅。

可选地，参考图4-图6，光栅单元40包括M个电极组50，M为大于1的正整数。同一个光栅单元40中，沿第一方向X，第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈线性变化。同一个光栅单元40中，各个电极组50形成的纵向电场的强度线性增加或者线性减小。由于液晶分子的旋转角度与纵向电场的强度呈正比，线性变化的各个第一电压差，使得液晶分子形成线性变化的折射率，简化了光路。在其他实施方式中，第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈其他的变化规律。

示例性地，参考图4-图6，以M＝4为例。第一子第一电极211与第一子第二电极221形成的第一电压差记为V31，第二子第一电极212与第二子第二电极222形成的第一电压差记为V32，第三子第一电极213与第三子第二电极223形成的第一电压差记为V33，第四子第一电极214与第四子第二电极224形成的第一电压差记为V34。V31、V32、V33和V34线性增加。在其他实施方式中，光栅单元40包括其他数量的电极组50。

图7为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图，参考图7，同一个光栅单元40中，沿第一方向，各个电极组50对应的第一电压差先增加后减小。同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个电极组50对应的第一电压差呈折线变化。

图8为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图，参考图8，同一个光栅单元40中，沿第一方向，各个电极组50对应的第一电压差逐渐增加。同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个电极组50对应的第一电压差呈曲线变化。

图9为本发明实施例提供的一种第一电极和第二电极的电压分布示意图，参考图4-图6，以及图9，同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个第一电极21的电压逐渐增加，各个第二电极22的电压逐渐减小。同一个光栅单元40中，各个电极组50对应的第一电压差逐渐增加。

在其他实施方式中，同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个第一电极1的电压逐渐减小，各个第二电极22的电压逐渐增加。同一个光栅单元40中，各个电极组50对应的第一电压差逐渐减小。

可选地，参考图4和图9，光栅单元包括M个第一电极21和N个第二电极22，M和N均为大于1的正整数。沿第一方向X，第一个第一电极21至第M个第一电极21的电压线性变化，也就是说，第一个第一电极21至最后一个第一电极21的电压线性变化。第一个第二电极22至第N个第二电极22的电压线性变化。也就是说，第一个第二电极22至最后一个第二电极22的电压线性变化。

示例性地，参考图4和图9，一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。M＝N＝4，同一个光栅单元40中，沿第一方向X，第一个第一电极21至第四个第一电极21的电压呈线性变化，第一个第二电极22至第四个第二电极22的电压呈线性变化。在其他实施方中，第一个第一电极21至最后一个第一电极21的电压呈其他的变化规律，和/或，第一个第二电极22至最后一个第二电极22的电压呈其他的变化规律。

图10为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极的电压分布示意图，同一个光栅单元40中，沿第一方向，第一个第一电极21至最后一个第一电极21的电压逐渐增加，各个第一电极21的电压呈曲线变化。同一个光栅单元40中，沿第一方向，第一个第二电极22至最后一个第二电极22的电压逐渐减小，各个第二电极22的电压呈曲线变化。

可选地，参考图4，第一电极21与第二电极22的数量相同。沿垂直于第一基板11所在平面的方向，第一电极21与第二电极22一一对应，一一对应的第一电极21与第二电极22交叠，一一对应的第一电极21与第二电极22位于同一个电极组50中。

示例性地，参考图4，沿垂直于第一基板11所在平面的方向，一一对应的第一电极21与第二电极22正对重合。一一对应的第一电极21和第二电极22，沿垂直于第一基板11所在平面的方向上占据相同的区域。

可选地，参考图4和图9，一一对应的第一电极21与第二电极22，第一电极21的电压与第二电极22的电压数值相同且极性相反。从而将横向电场均匀分散在第一电极21和第二电极22，将横向电场分散在第一基板11和第二基板12。第一基板11上的第一电极21之间的横向电场，与第二基板12上的第二电极22之间的横向电场相同，从而最大程度地降低单个基板的横向电场强度。

示例性地，参考图1和图2，第一子第一电极211的电压为+1V，第二子第一电极212的电压为+2V，第三子第一电极213的电压为+3V，第四子第一电极214的电压为+4V。第二电极22的电压为0V。第一子第一电极211与第二电极22形成的电压差为1V，第二子第一电极212与第二电极22形成的电压差为2V，第三子第一电极213与第二电极22形成的电压差为3V，第四子第一电极214与第二电极22形成的电压差为4V。第四子第一电极214与相邻光栅单元40中第一子第一电极211形成的电压差为3V。第一电极21之间形成的横向电场较大，导致液晶分子无法按照理想的情况进行翻转，液晶分子朝着与预倾角反向的方向旋转，出现反向畴问题。

示例性地，参考图4-图6，以及图9，第一子第一电极211的电压为+0.5V，第二子第一电极212的电压为+1V，第三子第一电极213的电压为+1.5V，第四子第一电极214的电压为+2V。第一子第二电极221的电压为-0.5V，第二子第二电极222的电压为-1V，第三子第二电极223的电压为-1.5V，第四子第二电极224的电压为-2V。第一子第一电极211与第一子第二电极221形成的电压差为1V，第二子第一电极212与第二子第二电极222形成的电压差为2V，第三子第一电极213与第三子第二电极223形成的电压差为3V，第四子第一电极214与第四子第二电极224形成的电压差为4V。第四子第一电极214与相邻光栅单元40中第一子第一电极211形成的电压差为1.5V。第四子第二电极224与相邻光栅单元40中第一子第二电极221形成的电压差为1.5V。减小了第一电极21之间形成的横向电场，降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

图11为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极的电压分布示意图，参考图4和图11，同一个光栅单元40中，沿第一方向X，第一个第一电极21至最后一个第一电极21的电压线性增加，第一个第二电极22至最后一个第二电极22的电压线性减小。各个第一电极21的电压变化率的绝对值，大于各个第二电极22的电压变化率的绝对值。在其他实施方式中，同一个光栅单元40中，各个第一电极21的电压变化率的绝对值，小于各个第二电极22的电压变化率的绝对值。

图12为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图，图13为本发明实施例提供的另一种第一电极电压分布示意图，参考图12和图13，光栅单元40包括M个第一电极21，M为大于1的正整数。沿第一方向X，第一个第一电极1至第P个第一电极21的电压按照第一变化率K1线性变化，第P+1个第一电极21至第M个第一电极21的电压按照第二变化率K2线性变化，1<P<M。第一变化率K1的绝对值与第二变化率K2的绝对值不相等。同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个第一电极21的电压呈折线变化。

示例性地，参考图12，一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。第一电极21包括顺次排列的第一子第一电极211、第二子第一电极212、……、第P子第一电极21P、第P+1子第一电极21P1、……、第M子第一电极21M。其中，在同一个光栅单元40中，第一子第一电极211为第一个第一电极21，第二子第一电极212为第二个第一电极21，第P子第一电极21P为第P个第一电极21，第P+1子第一电极21P1为第P+1个第一电极21，第M子第一电极21M为第M个第一电极21。第一子第一电极211至第P子第一电极21P的电压按照第一变化率K1线性变化。第P+1子第一电极21P1至第M子第一电极21M的电压按照第二变化率K2线性变化。

图14为本发明实施例提供的另一种第二电极电压分布示意图，参考图12和图14，光栅单元40包括N个第二电极22，N为大于1的正整数。沿第一方向X，第一个第二电极22至第Q个第二电极22的电压按照第三变化率K3线性变化，第Q+1个第二电极22至第N个第二电极22的电压按照第四变化率K4线性变化，1<Q<N。第三变化率K3的绝对值与第四变化率K4的绝对值不相等。同一个光栅单元40中，沿第一方向X，各个第二电极22的电压呈折线变化。

示例性地，参考图12，一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。第二电极22包括顺次排列的第一子第二电极221、第二子第二电极222、……、第Q子第二电极22Q、第Q+1子第二电极22Q1、……、第N子第二电极22N。其中，在同一个光栅单元40中，第一子第二电极221为第一个第二电极22，第二子第二电极222为第二个第二电极22，第Q子第二电极22Q为第Q个第二电极22，第Q+1子第二电极22Q1为第Q+1个第二电极22，第N子第二电极22N为第N个第二电极22。第一子第二电极221至第Q子第二电极22Q的电压按照第三变化率K3线性变化。第Q+1子第二电极22Q1至第N子第二电极22N的电压按照第四变化率K4线性变化。

图15为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图，参考图12-图15，以及图6，M＝N，P＝Q。一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。第一电极21的数量与第二电极22的数量相等。第二变化率K2和第三变化率K3均为0，第一变化率K1的绝对值与第四变化率K4的绝对值相等。第一变化率K1为正数，第四变化率K4为负数。第一变化率K1与第三变化率K3的差值，等于第二变化率K2与第四变化率K4的差值。从而沿第一方向X，各个电极组50对应的第一电压差线性变化。

图16为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图，图17为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图，参考图12、图16和图17，M＝N，P＝Q。第二变化率K2和第三变化率K3均为0，第一变化率K1的绝对值小于第四变化率K4的绝对值。第一变化率K1与第三变化率K3的差值，小于第二变化率K2与第四变化率K4的差值。从而沿第一方向X，第一个电极组50至第P个电极组50对应的第一电压差线性变化，第P+1个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差线性变化。第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈折线变化。第P+1个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差的变化率，大于第一个电极组50至第P个电极组50对应的第一电压差的变化率。

图18为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图，图19为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图，参考图18和图19，M等于N，P不等于Q。第二变化率K2和第三变化率K3均为0，第一变化率K1的绝对值等于第四变化率K4的绝对值。第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈折线变化。第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差所呈折线包括3个线段。

图20为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图，图21为本发明实施例提供的另一种第一电压差的示意图，参考图12、图20和图21，光栅单元40包括M个电极组50。沿第一方向X，第一个第一电极1至第P个第一电极21的电压按照第一变化率K1线性变化，第P+1个第一电极21至第M个第一电极21的电压按照第二变化率K2线性变化，1<P<M。第一变化率K1为正数，第二变化率K2为0。沿第一方向X，第一个第二电极22至第N个第二电极22的电压按照第三变化率K3线性变化，第三变化率K3为负数。第一个电极组50至第P个电极组50对应的第一电压差呈线性变化。第P+1个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈线性变化。第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差呈折线变化，第一个电极组50至第M个电极组50对应的第一电压差所呈折线包括2个线段。

图22为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图，参考图22，沿垂直于第一基板11所在平面的方向，多个第一电极21与同一个第二电极22交叠。一个第一电极21和部分的第二电极22位于同一个电极组50中。多个电极组50共用同一个第二电极22。在其他实施方式中，沿垂直于第一基板11所在平面的方向，多个第二电极22与同一个第一电极21交叠。

示例性地，参考图22，沿垂直于第一基板11所在平面的方向，第一子第一电极211和第二子第一电极212均与第一子第二电极221交叠，第三子第一电极213和第四子第一电极214均与第二子第二电极222交叠。

可选地，参考图4，沿第一方向X，各个第一电极1具有相同的宽度，即，任意两个第一电极21具有相同的宽度。沿第一方向X，各个第二电极22具有相同的宽度，即，任意两个第二电极22具有相同的宽度。

示例性地，参考图4，沿第一方向X，第一电极21与第二电极22具有相同的宽度。

图23为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图，参考图23，沿第一方向X，各个第一电极1具有相同的宽度，各个第二电极22具有相同的宽度，第一电极21与第二电极22具有不同的宽度。第一电极21的宽度大于第二电极22的宽度。在其他实施方式中，第一电极21的宽度小于第二电极22的宽度。

图24为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖视结构示意图，同一个电极组50中，第一电极21与第二电极22沿第一方向X错开。同一个电极组50中，第一电极21与第二电极22之间形成的电场的方向与第三方向Z交叉。

可选地，参考图4，沿第一方向X，各个第一电极21等间隔排布，各个第一电极21均匀排布，相邻两个第一电极21之间的距离为固定值。各个第二电极等间隔排布，各个第二电极均匀排布，相邻两个第二电极22之间的距离为固定值。

可选地，参考图3和图4，第一电极21和第二电极22均为沿第二方向Y延伸的条状电极，第一方向X与第二方向Y交叉。多个第一电极21沿第二方向Y延伸并沿第一方向X排列，多个第二电极22沿第二方向Y延伸并沿第一方向X排列。

可选地，参考图4，同一个光栅单元40中，至少部分相邻的第一电极21之间的电压差相同，和/或，至少部分相邻的第二电极22之间的电压差相同。

示例性地，参考图4，第一子第一电极211的电压为+0.5V，第二子第一电极212的电压为+1V，第三子第一电极213的电压为+1.5V，第四子第一电极214的电压为+2V。第二子第一电极212与第一子第一电极211之间的电压差为0.5V，第三子第一电极213与第二子第一电极212之间的电压差为0.5V，第四子第一电极214与第三子第一电极213之间的电压差为0.5V。相邻的第一电极21之间的电压差相同。第一子第二电极221的电压为-0.5V，第二子第二电极222的电压为-1V，第三子第二电极223的电压为-1.5V，第四子第二电极224的电压为-2V。第二子第二电极222与第一子第二电极221之间的电压差为-0.5V，第三子第二电极223与第二子第二电极222之间的电压差为-0.5V，第四子第二电极224与第三子第二电极223之间的电压差为-0.5V。相邻的第二电极22之间的电压差相同。

可选地，参考图4和图9，各个光栅单元40中，处于相同序数的第一电极21具有相同的电压，处于相同序数的第二电极22具有相同的电压。各个光栅单元40中多个第一电极21的电压分布规律相同，各个光栅单元40中多个第二电极22的电压分布规律相同，由此多个光栅单元40中具有相同电压的第一电极21可以连接至同一个供电端，多个光栅单元40中具有相同电压的第二电极22可以连接至同一个供电端，减少了供电端的数量。其中，第一电极21或者第二电极22在光栅单元40中的序数，指的是光栅单元40中的第几个第一电极21或者第二电极22。其中，第一电极21或者第二电极22的电压分布规律，指的是沿第一方向X，多个第一电极21或者多个第二电极22的电压所呈现的分布规律。

示例性地，参考图4和图9，光栅单元40包括第一子光栅单元41和第二子光栅单元42。第一子光栅单元41和第二子光栅单元42均包括4个电极组50。一个电极组50包括一个第一电极21和一个第二电极22。光栅单元40中，4个第一电极21按照顺次排列，4个第二电极22按照顺次排列。第一子光栅单元41中的第一个第一电极21与第二子光栅单元42中的第一个第一电极21具有相同的电压，第一子光栅单元41中的第二个第一电极21与第二子光栅单元42中的第二个第一电极21具有相同的电压。第一子光栅单元41中的第一个第二电极22与第二子光栅单元42中的第一个第二电极22具有相同的电压，第一子光栅单元41中的第二个第二电极22与第二子光栅单元42中的第二个第二电极22具有相同的电压。

图25为本发明实施例提供的另一种第一电极和第二电极电压分布示意图，参考图4和图25，多个光栅单元40包括至少一个第一子光栅单元41和第二子光栅单元42。第一子光栅单元41与第二子光栅单元42相邻。第一子光栅单元41与第二子光栅单元42中处于相同序数的第一电极21具有不同的电压，和/或，第一子光栅单元41与第二子光栅单元42中处于相同序数的第二电极22具有不同的电压。第一子光栅单元41中多个第一电极21的电压分布规律和第二子光栅单元42中多个第一电极21的电压分布规律不同，和/或，第一子光栅单元41中多个第二电极22的电压分布规律和第二子光栅单元42中多个第二电极22的电压分布规律不同。

示例性地，参考图4和图25，第一子光栅单元41中，序数较小的一部分数量的第一电极21的电压按照第一变化率K1线性变化，序数较大的一部分数量的第一电极21的电压按照第二变化率K2线性变化。序数较小的一部分数量的第二电极22的电压按照第三变化率K3线性变化，序数较大的一部分数量的第二电极22的电压按照第四变化率K4线性变化。第二子光栅单元42中，序数较小的一部分数量的第一电极21的电压按照第五变化率K5线性变化，序数较大的一部分数量的第一电极21的电压按照第六变化率K6线性变化。序数较小的一部分数量的第二电极22的电压按照第七变化率K7线性变化，序数较大的一部分数量的第二电极22的电压按照第八变化率K8线性变化。第一变化率K1与第五变化率K5不相等，第二变化率K2与第六变化率K6不相等，第一子光栅单元41中多个第一电极21的电压分布规律和第二子光栅单元42中多个第一电极21的电压分布规律不同。第三变化率K3与第七变化率K7不相等，第四变化率K4与第八变化率K8不相等，第一子光栅单元41中各个第二电极22的电压分布规律和第二子光栅单元42中各个第二电极22的电压分布规律不同。

示例性地，参考图4和图25，第一变化率K1与第六变化率K6相等，第二变化率K2与第五变化率K5相等。第三变化率K3与第八变化率K8相等，第四变化率K4与第七变化率K7相等。第一子光栅单元41中各个电极组50对应的第一电压差线性增加，第二子光栅单元42中各个电极组50对应的第一电压差线性增加，第一子光栅单元41中各个第一电压差的变化率，等于第二子光栅单元42中各个第一电压差的变化率。沿第一方向X，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42具有相同的第一电压差分布，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42具有相同的纵向电场分布，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42具有相同的液晶旋转角度分布，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42具有相同的折射率梯度，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42具有相同的光学衍射性能。

可选地，参考图4和图9，沿第一方向X，分别位于相邻两个光栅单元40中，且距离最近的两个第一电极21之间存在第二电压差，分别位于相邻两个光栅单元40中，且距离最近的两个第二电极22之间存在第三电压差。其中，第二电压差和第三电压差均不为0。存在第二电压差且分别位于相邻两个光栅单元40中的第一电极21之间产生横向电场。存在第三电压差且分别位于相邻两个光栅单元40中的第二电极22之间产生横向电场。本发明实施例，将横向电场分散在第一基板11和第二基板12，而不是集中在一个基板，从而降低单个基板的横向电场强度。

示例性地，参考图4和图9，沿第一方向X，第一子光栅单元41中多个第一电极21的电压分布规律和第二子光栅单元42中多个第一电极21的电压分布规律相同，第一子光栅单元41中各个第二电极22的电压分布规律和第二子光栅单元42中各个第二电极22的电压分布规律相同。其中，电压分布规律为光栅单元40中各个第一电极21或者各个第二电极22的电压的空间分布规律。第一子光栅单元41和第二子光栅单元42中，沿第一方向X，第一电极21的电压线性增加，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42的第一电极21的电压发生跳变，第二电压差为相邻第一电极21之间的电压差的最大值。第一子光栅单元41和第二子光栅单元42中，沿第一方向X，第二电极22的电压线性减小，第一子光栅单元41和第二子光栅单元42的第二电极22的电压发生跳变，第三电压差为相邻第二电极22之间的电压差的最大值。故而，将第二电压差和第三电压差分散在第一基板11和第二基板12，降低单个基板的电压差的数值，从而降低单个基板的横向电场强度。

图26为发明人研究过程中的另一种液晶光栅的剖面结构示意图，图27为发明人研究过程中的另一种液晶光栅的第一电极和第二电极的电压分布示意图，参考图26和图27，发明人经过研究发现，沿第一方向X，分别位于相邻两个光栅单元40中，且距离最近的两个第一电极21之间形成第一电场TE1。第一电场TE1为横向电场。液晶光栅包括第一配向层31，第一配向层31位于第一电极21与液晶层30之间。第一配向层31的配向方向与第一电场TE1的电场方向相反，在第一电场TE1和纵向电场的共同影响下，S1区域位置的液晶分子沿着图1中箭头方向旋转，并产生反向的翻转，在S1区域产生泡状反转畴。其中，S1区域位置的液晶分子临近第一电极21。也就是说，除了横向电场的强度的影响外，发明人研究过程中发现，第一配向层31的配向方向与第一电场TE1的电场方向相反，容易导致反向畴问题。

图28为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的剖面结构示意图，图29为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的第一电极和第二电极的电压分布示意图，参考图28和图29，液晶光栅包括至少一个液晶盒100。液晶盒100包括依次设置的第一基板11、第一电极21、第一配向层31、液晶层30和第二基板12。在第一状态ST1下，液晶盒100包括多个沿第一方向X排列的第一光栅单元401，第一光栅单元401包括多个沿第一方向X彼此间隔设置的第一电极21。沿第一方向X，相邻两个第一电极21之间间隔一定的距离。沿第一方向X，分别位于相邻两个第一光栅单元401中，且距离最近的两个第一电极21之间形成第一电场TE1。液晶盒100中，第一配向层31的配向方向与第一电场TE1的电场方向相同。临近第一配向层31的液晶分子受到的电场方向朝向第一配向层31的配向方向，不会朝向第一配向层31的配向反方向，临近第一配向层31的液晶分子不会产生反向的翻转，降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

液晶盒100还包括第二配向层32。第二配向层32位于第二电极22与液晶层30之间。在第一状态ST1下，第一光栅单元401包括沿第一方向X彼此间隔设置的多个第二电极22。沿第一方向X，相邻两个第二电极22之间间隔一定的距离。沿第一方向X，分别位于相邻两个第一光栅单元401中，且距离最近的两个第二电极22之间形成第二电场TE2。第二电场TE2为横向电场。液晶盒100中，第二配向层32的配向方向与第二电场TE2的电场方向相同。临近第二配向层32的液晶分子受到的电场方向朝向第二配向层32的配向方向，不会朝向第二配向层32的配向反方向，临近第二配向层的液晶分子不会产生反向的翻转，降低横向电场对液晶分子旋转造成的不利影响，改善反向畴问题。

图30为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的立体结构示意图，图31为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的工作过程示意图，参考图28、图30和图31，液晶光栅包括两个叠置的液晶盒100，两个液晶盒100分别为第一液晶盒101和第二液晶盒102。第一液晶盒101中第一配向层31的配向方向记为第一配向方向R11。第二液晶盒102中第一配向层31的配向方向记为第二配向方向R21。第一液晶盒101中第二配向层32的配向方向记为第三配向方向R12。第二液晶盒102中第二配向层32的配向方向记为第四配向方向R22。在第一状态ST1下，第一液晶盒101中，第一配向方向R11与第一电场TE1的电场方向相同，临近第一配向层31的液晶分子不会产生反向的翻转。在第一状态ST1下，第一液晶盒101中，第三配向方向R12与第二电场TE2的电场方向相同，临近第二配向层32的液晶分子不会产生反向的翻转。第一配向方向R11与第三配向方向R12相反。在第一状态ST1下，第一液晶盒101中，第一电极21与第二电极22形成第一纵向电场VE1，第一纵向电场VE1的方向为第三方向Z，由第一电极21指向第二电极22。

图32为本发明实施例提供的另一种液晶光栅的工作过程示意图，参考图28、图30和图32，在第二状态ST2下，第二液晶盒102中，第二配向方向R21与第三电场TE3的电场方向相同，临近第一配向层31的液晶分子不会产生反向的翻转。在第二状态ST2下，第二液晶盒102中，第四配向方向R22与第七电场TE7的电场方向相同，临近第二配向层32的液晶分子不会产生反向的翻转。第二配向方向R21与第四配向方向R22相反。其中，在第二液晶盒102中，在第二状态ST2下，沿第一方向X，分别位于相邻两个光栅单元40中，且距离最近的两个第二电极22之间形成第七电场TE7。第七电场TE7为横向电场。在第二状态ST2下，第二液晶盒102中，第一电极21与第二电极22形成第二纵向电场VE2，第二纵向电场VE2的方向为第三方向Z，由第一电极21指向第二电极22。

图33为本发明实施例提供的一种液晶光栅的工作时序示意图，参考图28-图33，液晶光栅包括两个叠置的液晶盒100。液晶光栅的工作时间包括多个帧F。在同一个帧F中，两个液晶盒100中的一者主要用于光线衍射偏折，另一者不用于或者辅助用于光线偏折。光线的偏折角度主要由两个液晶盒100中的一者所决定。

示例性地，参考图33，一个帧F为一种颜色光线照射向观察者的一只眼睛的时段。对于采用RGB三原色作为彩色显示的方案而言，进行立体显示时，一个完整的画面，需要六帧。这六帧分别为左眼绿色帧LG、左眼蓝色帧LB、左眼红色帧LR、右眼绿色帧RG、右眼蓝色帧RB和右眼红色帧RR。图33中虚线框表示，不用于或者辅助用于光线偏折。例如，在左眼绿色帧LG，第一液晶盒101主要用于将光线衍射偏折到观察者的左眼，第二液晶盒102不用于或者辅助用于光线偏折。在右眼绿色帧RG，第一液晶盒101不用于或者辅助用于光线偏折，第二液晶盒102主要用于将光线衍射偏折到观察者的右眼。

可选地，参考图28-图33，两个液晶盒100分别为第一液晶盒101和第二液晶盒102。多个帧F包括第一帧F1和第二帧F2，第二帧F2在第一帧F1之后。在第一帧F1，第一液晶盒101工作在第一状态ST1，第一液晶盒101被配置为主要用于将光线朝向液晶光栅的光轴的第一侧衍射偏折。在第二帧F2，第二液晶盒102工作在第二状态ST2，第二液晶盒102被配置为主要用于将光线朝向液晶光栅的光轴的第二侧衍射偏折，第一侧与第二侧位于液晶光栅的光轴的相对两侧。其中，液晶光栅的光轴垂直于第一基板11所在平面。

示例性地，参考图31和图33，在第一帧F1，第一液晶盒101工作在第一状态ST1，第一液晶盒101被配置为主要用于将光线朝向液晶光栅的光轴的第一侧衍射偏折，液晶光栅的光轴的第一侧为液晶光栅的光轴的右侧，对于迎着光线传播方向的观察者而言，绿色光线(以绿色光线进行示意，但并不以此为限)偏折进入到观察者的左眼。

示例性地，参考图32和图33，在第二帧F2，第二液晶盒102工作在第二状态ST2，第二液晶盒102被配置为主要用于将光线朝向液晶光栅的光轴的第二侧衍射偏折，液晶光栅的光轴的第二侧为液晶光栅的光轴的左侧，对于迎着光线传播方向的观察者而言，绿色光线(以绿色光线进行示意，但并不以此为限)偏折进入到观察者的右眼。

图34为本发明实施例提供的一种立体显示装置的示意图，参考图34，立体显示装置包括依次设置的光源61、空间光调制器62和光栅组件64。光栅组件64包括至少一个上述实施例中的液晶光栅。

示例性地，参考图34，光源61用于时序出射相干的红绿蓝三色背光。空间光调制器62包括用于进行相位调制的第一空间光调制器621和用于进行振幅调制的第二空间光调制器622。立体显示装置还包括场镜63，场镜63位于空间光调制器62和光栅组件64之间。场镜63至少用于提高空间光调制器62出射光线的边缘光线入射光栅组件64的能力。光栅组件64用于基于入射光线形成左眼图像和右眼图像。

示例性地，参考图34，光栅组件64包括三个液晶光栅，三个液晶光栅分别为第一液晶光栅641、第二液晶光栅642和第三液晶光栅643。第一液晶光栅641、第二液晶光栅642和第三液晶光栅643中任意两者的第一电极21的延伸方向可以不同。在其他实施方式中，光栅组件64还可以包括其他数量的液晶光栅。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (21)

1.一种液晶光栅，其特征在于，包括第一基板、第二基板和液晶层，液晶层位于所述第一基板与所述第二基板之间；

多个光栅单元，沿第一方向排列，包括多个第一电极和多个第二电极；多个所述第一电极位于所述第一基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；多个所述第二电极位于所述第二基板与所述液晶层之间，沿所述第一方向彼此间隔设置；

存在至少两个所述第一电极具有不同的电压，存在至少两个所述第二电极具有不同的电压。

2.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，同一个所述光栅单元中，包括多个沿第一方向排列的电极组，所述电极组包括至少一个第一电极和至少一个第二电极；同一个电极组中，第一电极和一个第二电极至少部分交叠，且二者之间的电压差为第一电压差。

3.根据权利要求2所述的液晶光栅，其特征在于，各个所述第一电压差具有相同的极性。

4.根据权利要求2所述的液晶光栅，其特征在于，同一个所述光栅单元中，沿所述第一方向，所述第一电压差逐渐增加或者逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的液晶光栅，其特征在于，所述光栅单元包括M个所述电极组，M为大于1的正整数；

同一个所述光栅单元中，沿所述第一方向，第一个所述电极组至第M个所述电极组对应的所述第一电压差呈线性变化。

6.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，同一个所述光栅单元中，沿所述第一方向，各个所述第一电极的电压逐渐增加，各个所述第二电极的电压逐渐减小；或者，

同一个所述光栅单元中，沿所述第一方向，各个所述第一电极的电压逐渐减小，各个所述第二电极的电压逐渐增加。

7.根据权利要求6所述的液晶光栅，其特征在于，所述光栅单元包括M个所述第一电极和N个所述第二电极，M和N均为大于1的正整数；

沿所述第一方向，第一个所述第一电极至第M个所述第一电极的电压线性变化，第一个所述第二电极至第N个所述第二电极的电压线性变化。

8.根据权利要求1或4所述的液晶光栅，其特征在于，所述光栅单元包括M个所述第一电极，M为大于1的正整数；

沿所述第一方向，第一个所述第一电极至第P个所述第一电极的电压按照第一变化率线性变化，第P+1个所述第一电极至第M个所述第一电极的电压按照第二变化率线性变化，1<P<M；

所述第一变化率的绝对值与所述第二变化率的绝对值不相等。

9.根据权利要求8所述的液晶光栅，其特征在于，所述光栅单元包括N个所述第二电极，N为大于1的正整数；

沿所述第一方向，第一个所述第二电极至第Q个所述第二电极的电压按照第三变化率线性变化，第Q+1个所述第二电极至第N个所述第二电极的电压按照第四变化率线性变化，1<Q<N；

所述第三变化率的绝对值与所述第四变化率的绝对值不相等。

10.根据权利要求9所述的液晶光栅，其特征在于，M＝N，P＝Q；

所述第二变化率和所述第三变化率均为0，所述第一变化率的绝对值与所述第四变化率的绝对值相等。

11.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极的数量相同；

沿垂直于所述第一基板所在平面的方向，所述第一电极与所述第二电极一一对应。

12.根据权利要求11所述的液晶光栅，其特征在于，一一对应的所述第一电极与所述第二电极，所述第一电极的电压与所述第二电极的电压数值相同且极性相反。

13.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，沿垂直于所述第一基板所在平面的方向，多个所述第一电极与同一个所述第二电极交叠，或者，多个所述第二电极与同一个所述第一电极交叠。

14.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，沿所述第一方向，各个所述第一电极具有相同的宽度，各个所述第二电极具有相同的宽度。

15.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，沿所述第一方向，各个所述第一电极等间隔排布，各个所述第二电极等间隔排布。

16.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为沿第二方向延伸的条状电极，所述第一方向与所述第二方向交叉。

17.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，同一个所述光栅单元中，至少部分相邻的所述第一电极之间的电压差相同；和/或，至少部分相邻的所述第二电极之间的电压差相同。

18.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，

各个所述光栅单元中，处于相同序数的所述第一电极具有相同的电压，处于相同序数的所述第二电极具有相同的电压。

19.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，多个所述光栅单元包括至少一个第一子光栅单元和第二子光栅单元，所述第一子光栅单元与所述第二子光栅单元相邻，所述第一子光栅单元与所述第二子光栅单元中处于相同序数的所述第一电极具有不同的电压，和/或，所述第一子光栅单元与所述第二子光栅单元中处于相同序数的所述第二电极具有不同的电压。

20.根据权利要求1所述的液晶光栅，其特征在于，沿所述第一方向，分别位于相邻两个所述光栅单元中，且距离最近的两个所述第一电极之间存在第二电压差，分别位于相邻两个所述光栅单元中，且距离最近的两个所述第二电极之间存在第三电压差。

21.一种立体显示装置，其特征在于，包括依次设置的光源、空间光调制器和光栅组件；

所述光栅组件包括至少一个如权利要求1-20任一项所述的液晶光栅。

Images