CN204009309U - 裸眼3d立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种裸眼3D立体显示装置，包括：2D显示装置和置于2D显示装置之前的3D分光器件；3D分光器件包括朝远离2D显示装置方向依次平行设置的第一基板、第三基板、第四基板和第二基板；第一基板上设置有第一电极，第一电极上设置有第二电极；第二电极和第三基板之间设置有第一液晶层；第三基板正对第四基板的一侧上设置有第一偏光片；第一偏光片的偏振方向与2D显示装置的偏振方向相互垂直；第四基板上设置有第三电极；第三电极和第二基板之间设置有第二液晶层；第一液晶层与第二液晶层的液晶材料的极性相反。本实用新型能够通过3D分光器件的上述结构设置，减小线偏振光的串扰，从而提高了用户在3D模式下观看的舒适度。

Description

裸眼3D立体显示装置

技术领域

本实用新型涉及裸眼3D技术领域，具体而言，涉及一种裸眼3D立体显示装置。

背景技术

在3D立体显示技术中，裸眼3D因无需其他辅助设备的便利性及应用上的优势成为3D显示技术研究的重心，而在各种裸眼3D技术中，液晶透镜及液晶狭缝光栅的自由立体2D显示装置因各自特有的优势而受到广泛关注。

目前，采用液晶透镜来实现自由立体显示的立体2D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。

具体的，通过优化相应电极上的电压，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。

而实际中，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(如图1，图1中以方框标识，其中，图1中虚线部分表示抛物型透镜，实线部分表示常见的液晶透镜)，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2D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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种裸眼3D立体显示装置，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了一种裸眼3D立体显示装置，包括：2D显示装置和置于2D显示装置的显示屏之前，且正对显示屏的3D分光器件；

3D分光器件包括朝远离2D显示装置方向依次正对设置的第一基板、第三基板、第四基板和第二基板；

第一基板上设置有第一电极，第一电极上设置有第二电极；第二电极和第三基板之间设置有第一液晶层；

第三基板正对第四基板的一侧上设置有第一偏光片；第一偏光片的偏振方向与2D显示装置的出射光的偏振方向相互垂直；第四基板上设置有第三电极；第三电极和第二基板之间设置有第二液晶层；其中，第一液晶层的液晶材料的极性与第二液晶层的液晶材料的极性相反。

进一步的，该装置中，第三基板正对第一基板的一侧上设置有第一公用电极；第二基板正对第四基板的一侧上设置有第二公用电极。

进一步的，该装置中，第二电极正对第三基板的一侧上设置有第一垂直取向膜；第一公用电极正对第一基板的一侧上设置有第二垂直取向膜；第一垂直取向膜和第二垂直取向膜之间设置有第一液晶层；第一垂直取向膜和第二垂直取向膜均用于控制液晶分子的初始取向。

进一步的，该装置中，第三电极正对第二基板的一侧上设置有第一水平取向膜；第二公用电极正对第四基板的一侧上设置有第二水平取向膜；第一水平取向膜和第二水平取向膜之间设置有第二液晶层；第一水平取向膜和第二水平取向膜均用于控制液晶分子的初始取向。

进一步的，该装置中，3D分光器件在沿第一基板的长度方向上分割为多个液晶透镜单元；

每个液晶透镜单元包括多个第一电极和多个第二电极，并且相邻的液晶透镜单元在其交界处共用同一个第一电极；其中，第一电极与第二电极具有相同的宽度，且第一电极与第二电极在沿平行于2D显示装置的第一垂直方向上交错设置；

相邻的第一电极之间和相邻的第二电极之间均设置有同一预设间隔，且第一电极和第二电极均沿平行于2D显示装置的第二垂直方向延展；

第一电极、第二电极和第三电极为条形电极。

进一步的，该装置中，在相邻的液晶透镜单元的交界处，第四基板上设置有两个第三电极；其中，相邻的第三电极之间设置有预设宽度，且第三电极沿平行于2D显示装置的第二垂直方向延展。

进一步的，该装置中，在每个液晶透镜单元内部，第四基板上设置有多个第三电极；其中，液晶透镜单元内部不包括交界处。

进一步的，该装置中，3D分光器件还包括第二偏光片；第一基板正对2D显示装置的一侧上设置有第二偏光片；其中，第一偏光片与第二偏光片的偏振方向互相垂直。

进一步的，该装置中，第一电极正对第三基板的一侧上设置有第一介电层，第一介电层正对第三基板的一侧上设置有第二电极。

进一步的，该装置中，3D分光器件还包括：用于封装第一液晶层周边的封框胶、用于封装第二液晶层周边的封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子。

本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置，与现有技术中的在两个液晶透镜单元交界处，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2D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的方案相比，其包括：2D显示装置和置于2D显示装置的显示屏之前，且正对显示屏的3D分光器件；3D分光器件包括朝远离2D显示装置方向依次正对设置的第一基板、第三基板、第四基板和第二基板；第一基板上设置有第一电极，第一电极上设置有第二电极；第二电极和第三基板之间设置有第一液晶层；第三基板正对第四基板的一侧上设置有第一偏光片；第一偏光片的偏振方向与2D显示装置的出射光的偏振方向相互垂直；第四基板上设置有第三电极；第三电极和第二基板之间设置有第二液晶层；其中，第一液晶层的液晶材料的极性与第二液晶层的液晶材料的极性相反。本实用新型中，当在第一电极、第二电极和第三电极上均施加电压时，该3D分光器件可以作为液晶透镜使用；当在第一电极、第二电极上施加电压，而第三电极上不施加电压时，该3D分光器件可以作为液晶狭缝光栅使用。当作为液晶透镜使用时，从第一偏光片出射的线偏振光进入第二液晶层后，会产生不同角度的折射现象。由于从第一偏光片出射的光部分为暗态，因此将位于暗态正下方的液晶狭缝开启，减小暗态正下方的串扰，使整个裸眼3D立体显示装置具有类似抛物型透镜的光程差分布，提高了立体显示效果和观察舒适度。当3D分光器件作为液晶狭缝光栅使用时(在少部分第一电极和第二电极施加电压)，从偏光片出射的光成为明暗相间的条纹，且暗条纹宽而亮条纹较窄，形成一个液晶狭缝光栅，液晶狭缝光栅能够使得显示亮度高，且串扰误差小，从而能够提供给用户更好的立体显示效果和观察舒适度。

本实用新型与相关技术相比具有以下有益效果：

1、降低3D串扰：能够通过3D分光器件的上述结构设置，减小线偏振光的串扰，从而提高了用户在3D模式下观看的舒适度；

2、更宽广的3D观察范围：在3D显示模式下工作时，该3D分光器件既可以作为液晶透镜使用，也可以作为液晶狭缝光栅使用。由于两者具有不同的焦距和最佳观看距离，因此用户可以搭配眼睛跟踪适应不同观看距离进行切换，从而实现自主选择3D实现的方式；

3、缩短液晶透镜响应时间：由于该裸眼3D立体显示装置的3D分光器件的焦距比较大，作为液晶透镜立体显示装置使用时，可以降低液晶层的厚度，进一步缩短液晶透镜立体显示装置的响应时间。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例的背景技术中两个液晶透镜单元交界处液晶透镜光程差的分布示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种裸眼3D立体显示装置的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种裸眼3D立体显示装中第一电极的结构示意图；

图4示出了一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置作为液晶透镜立体显示装置使用时的结构示意图；

图5示出了另一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置作为液晶透镜立体显示装置使用时的结构示意图；

图6示出了使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置作为液晶透镜立体显示装置使用后的光程差的分布示意图；

图7示出了使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置作为液晶狭缝光栅使用时的结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例提供的另一种裸眼3D立体显示装置的结构示意图；

图9示出了本实用新型实施例提供的另一种裸眼3D立体显示装置中第三电极的结构示意图；

图10示出了本实用新型实施例提供的另一种裸眼3D立体显示装置的结构示意图；

图11示出了一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置时，2D显示装置的出射光的结构示意图；

图12示出了另一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置时，2D显示装置的出射光的结构示意图；

图13示出了另一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置时，2D显示装置的出射光的结构示意图；

图14示出了另一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置作为液晶透镜立体显示装置使用时的结构示意图；

图15示出了另一种使用本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置时，2D显示装置的出射光的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种裸眼3D立体显示装置1000，包括：2D显示装置1200和置于2D显示装置1200的显示屏之前，且正对显示屏的3D分光器件1100；3D分光器件1100包括朝远离2D显示装置1200方向依次正对设置的第一基板1001、第三基板1008、第四基板1030和第二基板1002；第一基板1001上设置有第一电极1003，第一电极1003上设置有第二电极1005；第二电极1005和第三基板1008之间设置有第一液晶层1007；第三基板1008正对第四基板1030的一侧上设置有第一偏光片1016；第一偏光片1016的偏振方向与2D显示装置1200的出射光的偏振方向相互垂直；第四基板1030上设置有第三电极1011；第三电极1011和第二基板1002之间设置有第二液晶层1015；其中，第一液晶层1007的液晶材料的极性与第二液晶层1015的液晶材料的极性相反。

本实用新型实施例提供的裸眼3D立体显示装置1000，与现有技术中的在两个液晶透镜单元交界处，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2D显示装置1200产生较大串扰，降低了立体显示效果和观察舒适度的方案相比，其包括：2D显示装置1200和置于2D显示装置1200的显示屏之前，且正对显示屏的3D分光器件1100；3D分光器件1100包括朝远离2D显示装置1200方向依次正对设置的第一基板1001、第三基板1008、第四基板1030和第二基板1002；第一基板1001上设置有第一电极1003，第一电极1003上设置有第二电极1005；第二电极1005和第三基板1008之间设置有第一液晶层1007；第三基板1008正对第四基板1030的一侧上设置有第一偏光片1016；第一偏光片1016的偏振方向与2D显示装置1200的出射光的偏振方向相互垂直；第四基板1030上设置有第三电极1011；第三电极1011和第二基板1002之间设置有第二液晶层1015；其中，第一液晶层1007的液晶材料的极性与第二液晶层1015的液晶材料的极性相反。本实用新型中，当在第一电极1003、第二电极1005和第三电极1011上均施加电压时，该3D分光器件1100可以作为液晶透镜使用；当在第一电极1003、第二电极1005上施加电压，而第三电极1011上不施加电压时，该3D分光器件1100可以作为液晶狭缝光栅使用。当作为液晶透镜使用时，从第一偏光片1016出射的线偏振光进入第二液晶层1015后，会产生不同角度的折射现象。由于从第一偏光片1016出射的光部分为暗态，因此将位于暗态正下方的液晶狭缝开启，减小暗态正下方的串扰，使整个裸眼3D立体显示装置1000具有类似抛物型透镜的光程差分布，提高了立体显示效果和观察舒适度。当3D分光器件1100作为液晶狭缝光栅使用时(在少部分第一电极1003和第二电极1005施加电压)，从偏光片出射的光成为明暗相间的条纹，且暗条纹宽而亮条纹较窄，形成一个液晶狭缝光栅，液晶狭缝光栅能够使得显示亮度高，且串扰误差小，从而能够提供给用户更好的立体显示效果和观察舒适度。

本实用新型与相关技术相比具有以下有益效果：

1、降低3D串扰：能够通过3D分光器件1100的上述结构设置，减小线偏振光的串扰，从而提高了用户在3D模式下观看的舒适度；

2、更宽广的3D观察范围：在3D显示模式下工作时，该3D分光器件1100既可以作为液晶透镜使用，也可以作为液晶狭缝光栅使用。由于两者具有不同的焦距和最佳观看距离，因此用户可以搭配眼睛跟踪适应不同观看距离进行切换，从而实现自主选择3D实现的方式；

3、缩短液晶透镜响应时间：由于该裸眼3D立体显示装置1000的3D分光器件1100的焦距比较大，作为液晶透镜立体显示装置使用时，可以降低液晶层的厚度，进一步缩短液晶透镜立体显示装置的响应时间。

具体的，裸眼3D立体显示装置1000包括两个部分，2D显示装置1200和3D分光器件1100；其中，2D显示装置1200即为显示器，众所周知，显示器上设置有显示屏，用以将计算机的数据变换成各种文字、数字、符号或直观的图像显示出来。例如，可以为如LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)或者OLED(OrganicLight-Emitting Diode，有机电激光显示)等；3D分光器件1100设置在2D显示装置1200的显示屏上，或者设置在显示屏的前面，用以对2D显示装置1200的出射光进行处理，以便将2D画面以3D的立体效果展示给用户。

如图2所示，在图2中设置有x、y和z三个方向，设2D显示装置1200的出射光的偏振方向与y方向平行，即图2-图15中2D显示装置1200处右边的双箭头斜线即代表2D显示装置1200的出射光的偏振方向与y方向平行。具体的，3D分光器件1100中包括沿着z方向依次设置的第一基板1001、第三基板1008、第四基板1030和第二基板1002；其中，第一基板1001、第三基板1008、第四基板1030和第二基板1002可以是玻璃等透明基材，并且上述四个基板具有相同或者相近的折射率。

第一电极1003、第二电极1005和第三电极1011一般为透明导电材料，如ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)或者IZO(Indium-dopedzinc oxide，氧化铟锌)等。

第一偏光片1016的偏振方向与2D显示装置1200的出射光偏振方向相互垂直(也可以说是正交)，即图2-图15中，第一偏光片1016右边的双向箭头的横线即代表第一偏光片1016的出射光的偏振方向与x方向平行；例如，当2D显示装置1200的出射光的偏振方向与y方向平行时，第一偏光片1016的偏振方向即与x方向平行。

第一液晶层1007被封装在第一基板1001与第三基板1008之间，本实施例中的第一液晶层1007为负性液晶材料(即△ε＝ε∥-ε⊥<0，上式中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)。本实施例中的第二液晶层1015封装在第二基板1002与第四基板1030之间，且第二液晶层1015为正性液晶材料(即△ε＝ε∥-ε⊥>0，上式中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)。

进一步的，如图2所示，该装置中，第三基板1008正对第一基板1001的一侧上设置有第一公用电极1009；第二基板1002正对第四基板1030的一侧上设置有第二公用电极1013。

本实施例中，第一公用电极1009和第二公用电极1013为整面的透明导电材料如ITO或者IZO等，并且第一公用电极1009和第二公用电极1013无需特殊的图形。

进一步的，如图2所示，该装置中，第二电极1005正对第三基板1008的一侧上设置有第一垂直取向膜1006；第一公用电极1009正对第一基板1001的一侧上设置有第二垂直取向膜1010；第一垂直取向膜1006和第二垂直取向膜1010之间设置有第一液晶层1007；第一垂直取向膜1006和第二垂直取向膜1010均用于控制液晶分子的初始取向。

具体的，在上述实施例中介绍了第一液晶层1007为负性液晶材料，在第一垂直取向膜1006与第二垂直取向膜1010的作用下，负性液晶层的初始取向沿着z方向排列。

进一步的，如图2所示，该装置中，第三电极1011正对第二基板1002的一侧上设置有第一水平取向膜1012；第二公用电极1013正对第四基板1030的一侧上设置有第二水平取向膜1014；第一水平取向膜1012和第二水平取向膜1014之间设置有第二液晶层1015；第一水平取向膜1012和第二水平取向膜1014均用于控制液晶分子的初始取向。

具体的，在上述实施例中介绍了第二液晶层1015为正性液晶材料，在第一水平取向膜1012与第二水平取向膜1014的作用下，正性液晶层的初始分子长轴取向沿着x方向排列。

进一步的，如图2所示，该装置中，3D分光器件在沿第一基板1001的长度方向上分割为多个液晶透镜单元；每个液晶透镜单元包括多个第一电极1003和多个第二电极1005，并且相邻的液晶透镜单元在其交界处共用同一个第一电极1003；其中，第一电极1003与第二电极1005具有相同的宽度，且第一电极1003与第二电极1005在沿平行于2D显示装置1200的第一垂直方向上交错设置；相邻的第一电极1003之间和相邻的第二电极1005之间均设置有同一预设间隔，且第一电极1003和第二电极1005均沿平行于2D显示装置1200的第二垂直方向延展；第一电极1003、第二电极1005和第三电极1011为条形电极。

具体的，如图2所示，3D分光器件1100含有多个液晶透镜单元，如L1、L2和L3等(图2中只画出了三个透镜单元)，每个液晶透镜单元(如L1、L2和L3等)具有相同的结构；例如，包含多个第一电极1003和第二电极1005；各个第一电极1003和第二电极1005为在x方向以一定间隔隔开，且沿着y方向延展的条形电极。

参照图3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和10039等；第二电极1005包含10051,10052,10053,10054,10055,10056,10057与10058等多个条形电极。

垂直于2D显示装置1200的第一垂直方向即z方向；平行于2D显示装置1200的第二垂直方向即y方向；优选的，本实施例中，使第一电极1003与第二电极1005的各个条形电极具有相同的宽度及间隔(即相邻第一电极1003之间的间隔与相邻第二电极1005之间的间隔相同，且每个相邻第一电极1003之间的间隔或者每个相邻第二电极1005之间的间隔均相等)，且第一电极1003与第二电极1005在z方向上交错设置。

进一步的，如图2和图3所示，该装置中，在相邻的液晶透镜单元的交界处，第四基板1030上设置有两个第三电极1011；其中，相邻的第三电极1011之间设置有预设宽度，且第三电极1011沿平行于2D显示装置1200的第二垂直方向(即y方向)延展。

具体的，第三电极1011同样为在x方向上具有一定预设间隔(本实施例中间隔为一个透镜单元)，且沿着y方向延展的条形电极。本实施例中，每个液晶透镜单元里包括两个第三电极1011，且两个第三电极1011设置在相邻的液晶透镜单元的交界处。

参照图3，以液晶透镜单元L1为例内，第三电极1011包含两个条形电极10111与10115，条形电极10111与10115为在x方向上间隔为一个透镜单元的宽度且沿着y方向延展的条形电极。

进一步的，如图8所示，该装置中，在每个液晶透镜单元内部，第四基板1030上设置有多个第三电极1011；其中，液晶透镜单元内部不包括交界处。

进一步的，如图10所示，该装置中，3D分光器件1100还包括第二偏光片1017；第一基板1001正对2D显示装置1200的一侧上设置有第二偏光片1017；其中，第一偏光片1016与第二偏光片1017的偏振方向互相垂直。

具体的，在每个透镜单元内，以L1为例，第三电极1011包含如10111,10112,10113,10114,10115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。

进一步的，如图2所示，该装置中，第一电极1003正对第三基板1008的一侧上设置有第一介电层1004，第一介电层1004正对第三基板1008的一侧上设置有第二电极1005。

具体的，第一介电层1004可以是氮化硅或者氧化硅等，用于将第一电极1003和第二电极1005分开。

进一步的，如图2所示，该装置中，3D分光器件1100还包括：用于封装第一液晶层1007周边的封框胶、用于封装第二液晶层1015周边的封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子。

具体的，除此之外，虽然图2中未画出，3D分光器件1100还包括第一基板1001与第三基板1008之间用于封装第一液晶层1007的周边封框胶、第二基板1002与第四基板1030之间封装第二液晶层1015的周边封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子(隔离物)等。

下面结合上述裸眼3D立体显示装置1000，对其使用方法做详细的介绍：

1)、当裸眼3D立体显示装置1000作为液晶透镜立体显示装置使用时：

实施例1

如图4所示，将第一公用电极1009的电压设置为零，并且在第一电极1003上与第二电极1005上施加某个相同的驱动电压V₁₀₀₇，该驱动电压V₁₀₀₇的大小应足以使第一液晶层1007的液晶分子发生扭转改变其初始取向；对于第一液晶层1007而言，从2D显示装置1200出射的线偏振光进入第一液晶层1007后，由于第一液晶层1007具有不同的折射率，此时会出现双折射现象，即入射的线偏振光会被分解成两束光：寻常光和非寻常光，寻常光和非寻常光因折射率差异而产生相位延迟，进而将从2D显示装置1200出射的线偏振光变成椭圆偏振光，当椭圆偏振光通过第一偏光片1016后，即成为与x方向平行的线偏振光。

与此同时，将第二公用电极1013的电压设置为零，在第三电极1011上施加一个较大的电压，此时，在正性液晶层的两侧会形成较大电压差，每个第三电极1011的条形电极(如图五中10111与10115)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)。在每个液晶透镜单元内，液晶分子随着与第三电极1011的条形电极(如10111与10115)的距离，呈现不同的排列；具体的，距离第三电极1011的条形电极(如10111与10115)越远，则电场越弱，此时，液晶分子逐渐倾向于水平方向排列(即液晶分子的长轴与x方向平行或者与电场方向垂直)。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，第二液晶层1015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1016出射的与x方向平行的线偏振光进入第二液晶层1015后，会产生不同角度的折射现象。

2)、当裸眼3D立体显示装置1000作为液晶透镜立体显示装置使用时：

如图5所示，将第一公用电极的电压设置为零，在各个液晶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1005(如10051以及10058等)上不施加电压或者施加零电压，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1005(如10052,10053,10054,10055,10056以及10057等)上施加某个相同的驱动电压V₁₀₀₇，该驱动电压V₁₀₀₇的大小应足以使这些电极区域的第一液晶层的液晶分子发生扭转改变其初始取向。对于第一液晶层而言，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1005(如10051以及10058等)之上没有电压，位于该区域的液晶分子初始取向不改变，从2D显示装置1200出射的线偏振光通过该区域液晶层时有效折射率不变，不会产生相位延迟，原线偏振光的偏振方向不变，由于第一偏光片1016的偏振方向与2D显示装置1200出射光偏振方向垂直，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1005(如10052,10053,10054,10055,10056以及10057等)上具有某个相同的驱动电压V₁₀₀₇，故该区域第一液晶层1007的液晶分子发生扭转，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1007后，入射的线偏振光会被分解成两束光(寻常光和非寻常光)，寻常光和非寻常光因折射率差异而产生相位延迟，进而将从2D显示装置1200出射的线偏振光变成椭圆偏振光，当椭圆偏振光通过第一偏光片1016后，即成为与x方向平行的线偏振光，故该区域显示亮态。因此，在以上述方式设置了该电压后，从第一偏光片1016出射的光成为明暗相间的条纹，即各个透镜单元交界处为暗条纹，而在各个透镜单元非交界处为亮条纹。

与此同时，将第二公用电极1013的电压设置为零，在第三电极1011上施加一个较大的电压，(对于第二液晶层1015而言)此时，在正性液晶层两侧形成较大电压差，在每个第三电极1011的条形电极(如图五中10111与10115)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)。在每个液晶透镜单元内，液晶分子随着与第三电极1011的条形电极(如10111与10115)的距离，呈现不同的排列；具体的，距离第三电极1011的条形电极(如10111与10115)越远，则电场越弱，此时，液晶分子逐渐倾向于水平方向排列(即液晶分子的长轴与x方向平行或者与电场方向垂直)。在每一个透镜单元内，由于电压对称分布，第二液晶层1015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1016出射的与x方向平行的线偏振光进入第二液晶层1015后，会产生不同角度的折射现象。由于从第一偏光片1016出射的光在各个透镜单元交界处为暗态，此时将位于各个液晶透镜单元交界处正下方的液晶狭缝开启，即可以减小透镜单元交界处的串扰，使整个裸眼3D立体显示装置1000具有类似图6所示的光程差分布(即抛物型透镜光程差分布)。另外，使用者可以根据实际需要，调整第一电极1003与第二电极1005施加电压与不施加电压的电极数量多少，达到最好的观赏效果。

3)、当裸眼3D立体显示装置1000作为液晶狭缝光栅使用时：

如图7和图3所示，将第一公用电极1009、第二公用电极1013以及第三电极1011的电压设置为零，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1005(如10051，10052，10053以及10056，10057，10058等)上不施加电压或者施加零电压，而在其他第一电极1003(如10035等)与其他第二电极1005(如10054以及10055等)上施加某个相同的驱动电压V₁₀₀₇，该驱动电压V₁₀₀₇的大小应足以使这些电极区域的第一液晶层1007的液晶分子发生扭转改变其初始取向。对于第一液晶层1007而言，此时的液晶分子产生两种完全不同取向：其一是在那些没有施加电压的第一电极1003(如10031，10032，10033，10034以及10036，10037，10038，10039等)和第二电极1005(如10051,10052,10053以及10056,10057,10058等)之上，该区域的液晶分子初始取向不改变，从2D显示装置1200出射的线偏振光通过该区域第一液晶层1007时有效折射率不变，不会产生相位延迟，原线偏振光的偏振方向不变，由于第一偏光片1016的偏振方向与2D显示装置1200出射光偏振方向垂直，故该区域显示暗态。其二是在那些施加了电压的第一电极1003(如10035等)与其他第二电极1005(如10054以及10055等)之上，该区域第一液晶层1007液晶分子发生扭转，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1007后，入射的线偏振光会被分解成两束光(寻常光和非寻常光)，寻常光和非寻常光因折射率差异而产生相位延迟，进而将从2D显示装置1200出射的线偏振光变成椭圆偏振光，当椭圆偏振光通过第一偏光片1016后，即成为与x方向平行的线偏振光，故该区域显示亮态。因此，在该电压设置下，从第一偏光片1016出射的光成为明暗相间的条纹，由于不施加电压的第一电极1003与第二电极1005数量较多，而施加了电压的第一电极1003与第二电极1005数量较少，因此从第一偏光片1016出射的出射的光，暗条纹宽而亮条纹较窄，形成一个液晶狭缝光栅。使用者可以根据液晶狭缝光栅开口率的大小，调整第一电极1003与第二电极1005施加电压和不施加电压的数量。

4)、当裸眼3D立体显示装置1000作为液晶透镜立体显示装置使用时：

实施例2

图8是裸眼3D立体显示装置1000第二实施例剖面图，与上述实施例1不同的是，在第四基板1030正对第二基板1002的一侧，所形成的第三电极1011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8以及图9，在每个透镜单元内，以L1为例，第三电极1011包含如10111，10112，10113，10114，10115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1007驱动方法(即上述3)、当裸眼3D立体显示装置1000作为液晶狭缝光栅使用时的具体设置方法)减小3D显示装置串扰，提高观赏舒适度。

实施例3

图10是裸眼3D立体显示装置1000第三实施例剖面图，与上述实施例1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1001正对2D显示装置1200的一侧设置有第二偏光片1017，第二偏光片1017的偏振方向平行于y方向，即图10中第二偏光片1017处右边的双箭头斜线即代表第二偏光片1017的出射光的偏振方向与y方向平行；在第三基板1008正对第二基板1002的一侧设置有第一偏光片1016，第一偏光片1016的偏振方向平行于x方向，即第一偏光片1016与第二偏光片1017的偏振方向互相垂直。这里设置第一偏光片1016的目的在于防止3D分光器件1100与2D显示装置1200组装时带来的角度误差，导致2D显示装置1200的出射光偏振方向与第一偏光片1016的偏振方向不能完全垂直引起对比度降低，借助第一偏光片1016达到改善3D显示装置整体对比度的目的。

以裸眼3D立体显示装置1000作为液晶透镜立体显示装置使用的第一实施例为例，参照图11，由于3D分光器件1100的第一偏光片1016与2D显示装置1200的出射光偏振方向互相垂直，在3D分光器件1100上不施加电压时，整个3D分光器件1100相当于一个常黑模式的液晶面板。当需要进行2D显示时，在第一公用电极1009、第二公用电极1013以及第三电极1011上不施加电压或者施加的电压均为零，第二液晶层1015的分子取向均保持初始取向；而在第一电极1003及第二电极1005全部电极上施加一个较大的驱动电压V₁₀₀₇，对于第一液晶层1007而言，从2D显示装置1200出射的线偏振光进入第一液晶层1007后，入射的线偏振光会被分解成两束光(寻常光和非寻常光)，寻常光和非寻常光因折射率差异而产生相位延迟，进而将从2D显示装置1200出射的线偏振光变成椭圆偏振光，当椭圆偏振光通过第一偏光片1016后，即成为与x方向平行的线偏振光。该线偏振光通过第二液晶层1015时，振动方向与液晶分子长轴平行，通过第二液晶层1015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12，当需要进行3D显示时，除了第一公用电极1009以及第二公用电极1013上施加的电压均为零(或者不施加电压)之外，在其他电极如第一电极1003、第二电极1005与第三电极1011上施加相应的驱动电压，使整个3D分光器件1100形成一个液晶透镜，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13，当需要进行3D显示时，在第一公用电极1009以及第二公用电极1013上施加的电压均为零，位于各个透镜单元交界处的第一电极1003与第二电极1005的部分电极上不施加电压，而在各个透镜单元非交界处的第一电极1003与第二电极1005的部分电极上、以及在第三电极1011上施加相应大小的驱动电压，从2D显示装置1200出射的光线不仅可以通过液晶透镜向各个方向进行折射，在各个透镜单元交界处，由于从2D显示装置1200出射的光通过第一偏光片1016后形成暗条纹，如图13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14，当需要进行3D显示时，第一公用电极1009、第二公用电极1013以及第三电极1011的电压均设置为零，而将相邻的第一电极1003的部分电极与第二电极1005的部分电极施加对应大小的驱动电压，将第一电极1003剩下的电极与第二电极1005剩下的电极不施加电压，则从2D显示装置1200出射的光线经过第一液晶层1007和第一偏光片1016后，出射光呈现为黑白相间的条纹，成为液晶透镜立体显示装置。根据第一电极1003与第二电极1005施加或者不施加电压的电极数量多少，可以调节液晶透镜立体显示装置的开口率大小。

如图15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。其中，3D影像的显示效果可以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12和图13)，此时的3D显示整体亮度比较低。

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

Claims (10)

1.一种裸眼3D立体显示装置，其特征在于，包括：2D显示装置和置于所述2D显示装置的显示屏之前，且正对所述显示屏的3D分光器件；

所述3D分光器件包括朝远离所述2D显示装置方向依次正对设置的第一基板、第三基板、第四基板和第二基板；

所述第一基板上设置有第一电极，所述第一电极上设置有第二电极；所述第二电极和所述第三基板之间设置有第一液晶层；

所述第三基板正对所述第四基板的一侧上设置有第一偏光片；所述第一偏光片的偏振方向与所述2D显示装置的出射光的偏振方向相互垂直；所述第四基板上设置有第三电极；所述第三电极和所述第二基板之间设置有第二液晶层；其中，所述第一液晶层的液晶材料的极性与所述第二液晶层的液晶材料的极性相反。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三基板正对所述第一基板的一侧上设置有第一公用电极；所述第二基板正对所述第四基板的一侧上设置有第二公用电极。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二电极正对所述第三基板的一侧上设置有第一垂直取向膜；所述第一公用电极正对所述第一基板的一侧上设置有第二垂直取向膜；所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜之间设置有所述第一液晶层；所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜均用于控制液晶分子的初始取向。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三电极正对所述第二基板的一侧上设置有第一水平取向膜；所述第二公用电极正对所述第四基板的一侧上设置有第二水平取向膜；所述第一水平取向膜和所述第二水平取向膜之间设置有所述第二液晶层；所述第一水平取向膜和所述第二水平取向膜均用于控制液晶分子的初始取向。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述3D分光器件在沿所述第一基板的长度方向上分割为多个液晶透镜单元；

每个所述液晶透镜单元包括多个所述第一电极和多个所述第二电极，并且相邻的所述液晶透镜单元在其交界处共用同一个所述第一电极；其中，所述第一电极与所述第二电极具有相同的宽度，且所述第一电极与所述第二电极在沿平行于所述2D显示装置的第一垂直方向上交错设置；

相邻的所述第一电极之间和相邻的所述第二电极之间均设置有同一预设间隔，且所述第一电极和所述第二电极均沿平行于所述2D显示装置的第二垂直方向延展；

所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极为条形电极。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在相邻的所述液晶透镜单元的交界处，所述第四基板上设置有两个所述第三电极；其中，相邻的所述第三电极之间设置有预设宽度，且所述第三电极沿平行于所述2D显示装置的第二垂直方向延展。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在每个所述液晶透镜单元内部，所述第四基板上设置有多个所述第三电极；其中，所述液晶透镜单元内部不包括所述交界处。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述3D分光器件还包括第二偏光片；所述第一基板正对所述2D显示装置的一侧上设置有所述第二偏光片；其中，所述第一偏光片与所述第二偏光片的偏振方向互相垂直。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电极正对所述第三基板的一侧上设置有第一介电层，所述第一介电层正对所述第三基板的一侧上设置有所述第二电极。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述3D分光器件还包括：用于封装所述第一液晶层周边的封框胶、用于封装所述第二液晶层周边的封框胶以及用于控制液晶盒厚的间隙子。