技术领域
[0001] 本申请涉及全息显示技术领域，更具体的说，涉及一种全息显示系统及其全息显示方法及电子设备。
相关背景技术
[0002] 为了满足人们对电子设备立体显示使用需求，具有3D全息显示功能的电子设备成为目前显示领域的一个主要发展方向。电子设备可以通过集成全息显示系统实现3D全息显示功能。
[0003] 全息显示系统需要设置液晶光栅模组，用于调节光线传播方向，以形成左右眼图像，从而实现3D全息显示。现有的全息显示系统中，需要液晶光栅模组具有较高的画面刷新频率。
具体实施方式
[0045] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0046] 参考图1所示，图1为一种全息显示系统的结构示意图，图1所示全息显示系统包括依次设置的背光模组11、空间光调制器12和液晶光栅模组13。
[0047] 背光模组11用于出射背光光束，出射背光光束包括至少分时出射红色背光子光束、绿色背光子光束、和蓝色背光子光束。空间光调制器12用于对背光光束进行相位调制和振幅调制。液晶光栅模组13基于入射光线形成左眼图像和右眼图像。
[0048] 对于图1所示全息显示系统，仅通过一个液晶光栅模组13偏折光线传播方向，需要液晶光栅模组13具有较高的画面刷新频率。具体的，如果要使得左眼和右眼均感知第一设定频率的画面刷新频率，则液晶光栅模组13需要具有第二设定频率的画面刷新频率，其中，第二设定频率是第一设定频率的6倍。这是由于，液晶光栅模组13需要分别形成左右眼图像，每帧左眼图像与每帧右眼图像均包括红光子图像、绿光子图像和蓝光子图像。每一种颜色子图像的刷新频率都是第一设定频率，故左眼图像和右眼图像的刷新频率都是3倍的第一设定频率。而液晶光栅模组13需要分时显示左眼图像和右眼图像，故需要液晶光栅模组13的画面刷新频率是第一设定频率的6倍。
[0049] 如果要使得左眼和右眼均感知60Hz的画面，图1所示方式中需要液晶光栅模组13的画面刷新频率是360Hz，该全息显示系统对液晶光栅模组13的画面刷新频率要求较高。
[0050] 常规技术中，一般是通过牺牲人眼感知频率，来降低液晶光栅模组13的画面刷新频率，即通过降低第一设定频率，来实现降低第二设定频率的目的，从而降低液晶光栅模组13的画面刷新频率。但是，第一设定频率过低，会导致显示画面的闪烁和抖动，影响显示质量。发明人研究发现，至多将第一设定频率降低至40Hz，进一步降低第一设定频率，将会导致严重的闪烁和抖动问题。
[0051] 通过上述描述可知，第一设定频率与第二设定频率是一个矛盾点。如果提升第一设定频率，会提高图像显示质量，但是会导致第二设定频率的大幅提升，从而大幅提升对液晶光栅模组13画面刷新频率的要求，如果降低第一设定频率，能够降低对液晶光栅模组13画面刷新频率的要求，但是会影响图像显示质量。故只能在二者之间折中进行选择，一般将第一设定频率设置为60Hz。
[0052] 有鉴于此，本申请技术方案提供了一种全息显示系统以及全息显示方法及电子设备，在全息显示系统中设置多个液晶光栅模组，并通过第一旋光器件使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组改变入射光线的传播方向，至少一个液晶光栅不改变入射光线的传播方向。这样，在同一时刻，部分液晶光栅模组对入射光线的传播方向进行偏折，部分液晶光栅无需对入射光线进行传播方向的偏折，从而降低液晶光栅模组的画面刷新频率。
[0053] 进一步的，设定全息显示系统具有N个液晶光栅模组，N为大于1的正整数。在一帧单色子图像的显示时段内，仅一个液晶光栅模组偏折入射光线的传播方向，其他液晶光栅模组无需对入射光线的传播方向进行偏折，通过N个液晶光栅模组共同实现第二频率，将单个液晶光栅模组的画面刷新频率降低为第二频率的1/N。
[0054] 为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0055] 参考图2所示，图2为本申请实施例提供的一种全息显示系统的结构示意图，所示全息显示系统包括：在第一方向Z上依次设置的背光模组21、空间光调制器22以及多个液晶光栅模组23。
[0056] 背光模组21用于出射背光光束。第一方向Z是平行于背光模组21出射背光的传播方向。空间光调制器22用于对背光光束进行相位调制和振幅调制。多个液晶光栅模组23在第一方向Z上依次设置。基于入射光线的偏振方向，液晶光栅模组23能够改变入射光线的传播方向或保持入射光线的传播方向，也就是说，对于任一液晶光栅模组23，能够对入射该液晶光栅模组23的光线传播方向进行偏折，或是保持入射该液晶光栅模组23的光线传播方向。
[0057] 其中，至少一个液晶光栅模组23的入光侧具有第一旋光器件24，第一旋光器件24能够旋转入射光线的偏振方向，使得在设定时间段，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向。设定时间段可以为全息显示系统显示一帧单色子图像的显示时间。
[0058] 本申请实施例提供的全息显示系统具有能够调节光线偏振方向的第一旋光器件24。通过第一旋光器件24，能够调节光线入射各个液晶光栅模组23的偏振方向，从而使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组
23不改变入射光线的传播方向。这样，在同一时刻，部分液晶光栅模组对入射光线的传播方向进行偏折，部分液晶光栅无需对入射光线进行传播方向的偏折，从而降低液晶光栅模组的画面刷新频率。
[0059] 对于图1所示具有单个液晶光栅模组13的全息显示系统，如果1s内需要单个液晶光栅模组13刷新360帧单色子图像(即画面刷新频率是360Hz)，采用本申请技术方案提供的全息显示系统，1s内通过多个液晶光栅模组23刷新360帧单色子图像即可。如果具有两个液晶光栅模组23，一帧单色子图像的显示时间内，一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向，两个液晶光栅模组23交替进行光线传播方向的偏折，则1s内每个液晶光栅模组23刷新180帧单色子图像即可，每个液晶光栅模组23画面刷新频率是180Hz，相对于图1所示方式，使得液晶光栅模组23的画面刷新频率降低了一半；如果具有三个液晶光栅模组23，一帧单色子图像的显示时间内，一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，另外两个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向，3个液晶光栅模组23交替进行光线传播方向的偏折，则1s内每个液晶光栅模组23刷新120帧单色子图像即可，每个液晶光栅模组23画面刷新频率是120Hz，相对于图1所示方式，使得液晶光栅模组23的画面刷新频率降低了三分之二。
[0060] 可见，采用申请提供的全息显示系统，能够大大降低液晶光栅模组23的画面刷新频率，从而降低对液晶光栅模组23的画面刷新频率的要求。
[0061] 本申请实施例中，第一旋光器件24具有第一工作模式以及第二工作模式；在第一工作模式时，入射光线能够保持偏振方向透过第一旋光器件24。在第二工作模式时，入射光线透过第一旋光器件24后，偏振方向旋转设定角度。
[0062] 可以设定在第一工作模式下，第一旋光器件24能够使得入射光线保持偏振方向透过；在第二工作模式下，第一旋光器件24能够将入射光线的偏振方向旋转(n‑1)*180°+90°后透过，即上述设定角度为(n‑1)*180°+90°。n为正整数，旋转轴的方向垂直于第一旋光器件24所在平面。旋转轴的方向平行于第一方向Z。
[0063] 设置第一旋光器件24具有第一工作模式以及第二工作模式，通过切换第一旋光器件24的工作模式，能够选择是否改变透过第一旋光器件24的光线的偏振方向，从而控制各个透射液晶光栅模组23是否偏折入射光线的传播方向，使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向，以降低液晶光栅模组23的画面刷新频率。
[0064] 参考图3所示，图3为本申请实施例提供的一种液晶旋光器件的切面图，结合图2和图3所示，切面平行于第一方向Z。第一旋光器件24包括：至少一个液晶旋光器件240；液晶旋光器件240包括：相对设置的第一电极层241以及第二电极层242；位于第一电极层241和第二电极层242之间的第一液晶层243。液晶旋光器件240为电控双折射液晶盒(ECB)。
[0065] 第一电极层241和第二电极层242均为整层的透明电极层。第一电极层241和第二电极层242与第一液晶层243之间分别设置有第一配向层，以使得第一液晶层243的液晶分子具有所需的初始配向方向。
[0066] 通过为第一电极层241和第二电极层242施加设定的控制电压，即可调节第一液晶层243中液晶分子的状态，从而选择是否旋转透射光线的偏振方向。可以设置全息显示系统具有控制器，控制器与液晶旋光器件240的电极层连接。通过控制器为液晶旋光器件240提供不同的控制电压，以控制液晶分子旋转，进而自动控制处于第一工作模式，或处于第二工作模式。
[0067] 在第一工作模式下，控制器用于为第一电极层241和第二电极层242提供第一控制电压，以使得液晶分子的长轴如图3所示垂直于第一旋光器件24所在平面；第一旋光器件24所在平面垂直于第一方向Z。此时，液晶旋光器件240中液晶分子的长轴平行于第一方向Z，光线可以不改变偏振方向透过液晶旋光器件240。
[0068] 其中，本申请中垂直包括：90°夹角的完全垂直或是约等于90°夹角的近似垂直；平行包括：0°夹角的完全平行或是约等于0°夹角的近似平行。
[0069] 在第二工作模式下，控制器用于为第一电极241和第二电极层242提供第二控制电压，以使得液晶分子的长轴与第一旋光器件24所在平面具有不小于0°，且小于90°的夹角；其中，第一控制电压与第二控制电压不同。此时，液晶旋光器件240能够旋转入射光线的偏振方向，使得透过液晶旋光器件240的光线的偏振方向反生旋转。
[0070] 本申请实施例中，通过控制器为第一电极241和第二电极层242提供对应的控制电压，即可自动控制液晶旋光器件240是否改变透过光线的偏振方向，从而自动选择第一旋光器件24的工作模式。
[0071] 背光模组21至少能够分时出射红色背光子光束、绿色背光子光束、和蓝色背光子光束，从而使得全息显示系统能够基于红绿蓝三基色背光进行彩色3D全息显示。显然，背光模组还可以出射与三基色背光子光束分时的其他颜色子光束。其他颜色背光子光束包括：用于调节显示亮度的白色背光子光束，和/或，用于调节显示色调的预设颜色背光子光束，预设颜色背光的颜色与红色背光、蓝色背光以及绿色背光均不同。
[0072] 第一旋光器件24需要对不同颜色的背光子光束进行旋光。由于红光、绿光和蓝光的波长互不相同，当第一旋光器件24包括一个液晶旋光器件240时，如果液晶旋光器件240对各色背光子光束采用相同的第一控制电压和第二控制电压进行模式控制，会导致在第二工作模式下，光线偏振方向旋转角度产生偏差。
[0073] 参考图4所示，图4为具有一个液晶旋光器件的第一旋光器件旋转光线偏振方向的原理示意图。设定具有一个液晶旋光器件240的第一旋光器件24所在平面平行于一直角坐标系的XY平面。液晶旋光器件240中第一配向层的配向方向(图4中虚线所示)与直角坐标系的X轴和Y轴分别具有45°的夹角，在第二工作模式下，能够使得入射光线的偏振方向旋转90°。
[0074] 在图4所示方式中，以红色背光子光束为例，设定其旋光前的偏振方向平行于X轴，旋光前红色背光子光束的偏振方向可以分解为垂直的第一分量和第二分量。
[0075] 不加电情况下，处于第二工作模式，液晶分子的长轴与第一配向层的配向方向平行，即平行于XY平面。入射光的第一分量与液晶分子长轴平行，第二分量与液晶分子长轴垂直，液晶旋光器件240能够使得两个分量产生二分之一波长的相位差，使得出射光线相对于入射光线的偏振方向发生90°旋转。如图4所示，红色背光子光束旋光后的偏振方向与旋光前的偏振方向基于第一配向层的配向方向对称，旋光后的偏振方向平行于Y轴。
[0076] 加电情况下，处于第一工作模式，液晶分子的长轴垂直于XY平面，此时入射光的第一分量与第二分量均垂直于液晶分子的长轴，故此时液晶旋光器件240所产生的相位差是0，能够保持光线的偏振方向，出射光线和入射光线的偏振方向相同。
[0077] 虽然，在第一工作模式下，施加足够大的第一控制电压，不同颜色背光开启时段，液晶旋光器件240能够基于相同的第一控制电压使得液晶分子长轴垂直于XY平面，从而使得不同波长的各色背光，都可以保持光线偏振方向。但是，在第二工作模式下，不加电时，第二控制电压为0，由于液晶分子旋光角度所对应的相位差与入射光波长相关，当红色背光子光束实现90°旋光时，其他两种不能准确实现90°旋光。为了解决该问题，可以设置第一旋光器件24包括多个液晶旋光器件240。
[0078] 当设置第一旋光器件24包括多个液晶旋光器件240时，第一旋光器件24中液晶旋光器件240分别使得入射光线的偏振方向基于相同旋转方向旋转对应角度，该角度与第一夹角正相关，第一夹角为液晶旋光器件中第一液晶层的配向方向与液晶旋光器件240入射光线的偏振方向之间的夹角。第一旋光器件24中，液晶旋光器件240分别将各自的入射光线基于相同入射方向旋转对应角度，所有液晶旋光器件240旋光角度之和等于上述设定角度，设定角度为(n‑1)*180°+90°。第一旋光器件24中任意两个液晶旋光器件240所对应旋光角度不同。
[0079] 设置第一旋光器件24包括多个液晶旋光器件240，在第一模式下，可以使得各个液晶旋光器件240采用相同的第一控制电压，使得液晶分子的长轴垂直于第一旋光器件24所在平面，即垂直于XY平面，以使得各个液晶旋光器件240均能够保持光线偏振方向；在第二模式下，可以使得各个液晶旋光器件240采用相同的第二控制电压，此时第二控制电压均为0，使得液晶分子的长轴平行于第一旋光器件24所在平面，且平行于第一液晶层的配向方向，从而使得各自入射光线旋转对应角度。该方式各个液晶旋光器件240可以通过相同第一控制电压和相同第二控制电压进行工作模式控制，能够对各色背光子光束进行准确的旋光角度控制。
[0080] 参考图5‑图7所示，图5为本申请实施例提供的一种第一旋光器件的切面图，图6为图5所示第一旋光器件中一个液晶旋光器件的结构示意图，图7为图5所示第一旋光器件中另一个液晶旋光器件的结构示意图，该方式中，第一旋光器件24包括两个液晶旋光器件240。设定XY坐标系中，该两个液晶旋光器件在第一方向Z上依次为第一液晶旋光器件A1和第二液晶旋光器件A2，XY平面平行于第一旋光器件24所在平面，入射第一旋光器件24的光线的偏振方向平行于X轴。
[0081] 如图6所示，第一液晶旋光器件240中第一液晶层243的配向方向与X轴正向具有22.5°夹角；如图7所示，第二液晶旋光器件240中第一液晶层243的配向方向与X轴正向具有
67.5°夹角。入射第一旋光器件24的光线偏振方向平行于X轴，经过第一液晶旋光器件A1进行旋光后，旋光后的偏振方向与旋光前的偏振方向关于图6中虚线所示配向方向对称，故第一液晶旋光器件A1旋光后出射光线的偏振方向与X轴具有45°夹角。因此，入射第二液晶旋光器件A2的光线偏振方向与图7中虚线所示配向方向具有22.5°夹角，光线经过第二液晶旋光器件A2旋光后，出射光线与入射光线的偏振方向关于图7中虚线所示配向方向对称，故第二液晶旋光器件A2出射光线的偏振方向平行于Y轴。可见，基于图5‑图7所示第一旋光器件
24，在不加电情况下，处于第二工作模式，能够实现光线偏振方向的90°旋转。
[0082] 当第一旋光器件24具有多个液晶旋光器件240时，液晶旋光器件240的数量以及各个液晶旋光器件240中第一液晶层243的配向方向不局限于图5‑图7所示方式，基于本申请发明构思，可以基于需求设定液晶旋光器件240的数量以及各个液晶旋光器件240中第一液晶层243的配向方向，使得在第二工作模式下满足第一旋光器件24入射光线和出射光线的偏振方向旋转所需角度即可。
[0083] 其他方式中，设置第一旋光器件24包括一个如图4所示的液晶旋光器件240，液晶旋光器件240中第一液晶层243的配向方向与入射光线的偏振方向具有45°夹角。设置第一旋光器件24具有一个液晶旋光器件240，能够使得全息显示系统结构简单，降低其在第一方向Z上的尺寸。
[0084] 背光模组21能够分时出射多种不同颜色的背光子光束。如上述，背光模组21至少能够分时出射红色背光子光束、绿色背光子光束、和蓝色背光子光束。
[0085] 无论第一旋光器件24具有多个液晶旋光器件240，还是具有一个液晶旋光器件240，当处于第一工作模式时，不同颜色的背光子光束开启时段内，控制器用于为液晶旋光器件240提供相同的第一控制电压；当处于第二工作模式时，不同颜色的背光子光束的开启时段内，控制器用于为液晶旋光器件240提供相同的第二控制电压，此时第二控制电压可以为0。该方式，可以通过相同的第一控制电压控制液晶旋光器件240中液晶分子的长轴在第一工作模式下垂直于XY平面，通过相同的第二控制电压使得液晶分子的长轴平行于XY平面，液晶旋光器件240的控制电压时序简单，控制方式简单。
[0086] 当第一旋光器件24具有一个液晶旋光器件240，如上述，在第二工作模式下，如果各色背光均采用零电压作为第二控制电压，会导致旋光角度的不准确。此时可以设置当处于第一工作模式时，不同颜色的背光子光束开启时段内，控制器用于为液晶旋光器件240提供相同的第一控制电压，使得液晶分子的长轴垂直于XY平面，以使得各色背光在第一工作模式下均能够保持偏振方向透过；当处于第二工作模式时，不同颜色的背光子光束背光的开启时段内，控制器用于为液晶旋光器件提供不同的第二控制电压，在第二工作模式下，各色背光开启时段均能够具有对应的第二控制电压，控制液晶分子的长轴相对于配向方向具有适配的偏转角度，以使得各色背光均能够准确的旋转设定角度。
[0087] 当第一旋光器件24具有一个液晶旋光器件240时，其在第一工作模式和第二工作模式下对各色背光的偏振方向调节原理如图8‑图13所示。
[0088] 参考图8‑图13所示，图8‑图13为本申请实施例提供的一种液晶旋光器件工作原理示意图。如上述，背光模组21至少能够分时出射红色背光子光束、绿色背光子光束、和蓝色背光子光束。
[0089] 图8用于示意液晶旋光器件240控制蓝色背光子光束偏振方向的原理示意图，图9用于示意液晶旋光器件240控制绿色背光子光束偏振方向的原理示意图，图10用于示意液晶旋光器件240控制红色背光子光束偏振方向的原理示意图。图11为图8所示方式在不同工作模式下的液晶分子状态示意图，图12为图9所示方式在不同工作模式下的液晶分子状态示意图，图13为图10所示方式在不同工作模式下的液晶分子状态示意图。图8‑图13中，左图均用于示意第一工作模式下液晶分子的偏转状态，右图均用于示意第二工作下液晶分子的偏转状态。设定在三维直角坐标系XYZ中，第一方向Z对应Z轴正向。
[0090] 在图11‑图13中,以虚线示意第一液晶层243的配向方向，以点划线示意液晶分子的长轴。通过第一配向层的配向方向控制第一液晶层243的配向方向。液晶旋光器件240中，相对两层第一配向层的配向方向平行。
[0091] 当第一工作模式时，设置液晶旋光器件240在蓝色背光子光束开启时段、绿色背光子光束开启时段以及红色背光子光束开启时段，第一工作电压均为第一设定电压V0，如图8‑图13中左图示，以使得液晶分子的长轴垂直于上述XY平面。第一设定电压V0可以为20V。
[0092] 当处于第二工作模式时，蓝色背光子光束开启时段、绿色背光子光束开启时段以及红色背光子光束开启时段所对应的第二控制电压依次减小，蓝色背光子光束开启时段的第二工作电压为第二设定电压Vb，绿色背光子光束开启时段的第二工作电压为第三设定电压Vg，红色背光子光束开启时段的第二工作电压为第四设定电压Vr。其中，Vb＞Vg＞Vr。第四设定电压Vr可以为0。
[0093] 如图8‑图13中右图示，基于Vb＞Vg＞Vr，可以使得蓝色背光子光束开启时段，液晶分子的长轴相对于配向方向具有角度为a1的偏转，且液晶分子的长轴在XY平面的垂直投影与配向方向平行；可以使得绿色背光子光束开启时段，液晶分子的长轴相对于配向方向具有角度为a2的偏转，且液晶分子的长轴在XY平面的垂直投影与配向方向平行；在红色背光子光束开启时段，液晶分子的长轴相对于配向方向具有0°偏转，液晶分子的长轴位于XY平面，且与配向方向平行。这样，第二控制电压与背光波长负相关，从而使得不同颜色背光子光束具有适配波长的第二控制电压，以使得各色背光子光束都能够实现准确的偏振方向旋转控制。
[0094] 参考图14所示，图14为本申请实施例提供的一种液晶光栅模组的结构示意图，液晶光栅模组23包括：多个在第一方向Z上依次设置的液晶光栅230，液晶光栅230的配向方向互不相同。同一液晶光栅模组23中，相邻两个液晶光栅230之间具有第二旋光器件25。同一液晶光栅模组23中，对于第一方向Z上任意两个相邻的液晶光栅230，第二旋光器件25用于旋转前一液晶光栅230出射光线的偏振方向，使得光线的偏振方向与后一液晶光栅230的配向方向平行，或使得光线的偏振方向与后一液晶光栅230的配向方向垂直。
[0095] 同一液晶光栅模组23中，对于第一方向Z上任意两个相邻的液晶光栅230，通过设置在相邻两个液晶光栅230之间的第二旋光器件25，可以控制入射后一个液晶光栅230的光线偏振方向与后一个液晶光栅230的配向方向垂直或是平行，以控制光线传播方向是否偏折，以使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线传播方向。
[0096] 参考图15所示，图15为本申请实施例提供的一种液晶光栅的结构示意图，所示液晶光栅230包括：相对设置的第一控制电极231和第二控制电极232，第一控制电极231为整层的透明电极层，第二控制电极232包括多条平行设置的条形电极；位于第一控制电极231和第二控制电极232之间的第二液晶层233。第二液晶层233和两控制电极之间分别具有一层第二配向层，通过第二配向层的配向方向控制第二液晶层233的配向方向。液晶光栅230中，相对两层第二配向层的配向方向平行。
[0097] 基于图15所示液晶光栅230，通过控制条形电极的电压，能够使得第二液晶层233的折射率如图15中虚线曲线所示周期变化，第二液晶层233的折射率在垂直于条形电极延伸方向上具有多个交替排布的极大值和极小值，相邻极大值和极小值之间的折射率依次连续变化。
[0098] 通过第一旋光器件24控制入射液晶光栅230的光线的偏振方向，如果液晶光栅230的配向方向(即第二液晶层233的配向方向)与其入射光线偏振方向平行，能够使得光线传播方向发生偏折，如果液晶光栅230的配向方向与其入射光线偏振方向垂直，能够保持光线传播方向。
[0099] 参考图16所示，图16为本申请实施例提供的一种第一旋光器件和液晶光栅模组的布局方式示意图，该方式中，设置液晶光栅模组23的入光侧均具有一个第一旋光器件24。设置各个液晶光栅模组23均单独对应一个第一旋光器件24，能够通过第一旋光器件24独立的控制入射所对应液晶光栅模组23光线的偏振方向，选择光线传播方向无偏折透过或是偏折透过，控制方式简单。
[0100] 在图16所示方式中，以两个液晶光栅模组23为例进行图示说明，每个液晶光栅模组23的入光侧均对应设置一个第一旋光器件24。本申请实施例中，全息显示系统中液晶光栅模组23的数量不作限定，液晶光栅模组23的数量越多，单位时间(如1s)内，液晶光栅模组23的画面刷新频率越低。为了兼顾液晶光栅模组23的画面刷新频率以及全息显示系统在第一方向Z上的尺寸，设置液晶光栅模组23的数量不超过个，优选的，设置液晶光栅模组23的数量为2个。
[0101] 参考图17‑图19所示，图17为本申请实施例提供的一种液晶光栅模组的结构示意图，图18为一个液晶光栅模组中各个液晶光栅配向方向朝向第一方向的俯视图，图19为另一个液晶光栅模组中各个液晶光栅配向方向朝向第一方向的俯视图，图18和图19对应两个在第一方向Z上相邻的液晶光栅模组23。图18和图19所示俯视图平行于XY平面；第二旋光器件25为波片；液晶光栅230中实线双向箭头表示液晶光栅230的配向方向，第二旋光器件25中实线双向箭头表示波片光轴方向。
[0102] 图17所示液晶光栅模组23具有M个液晶光栅230，同一液晶光栅模组23中，任意相邻两个液晶光栅230之间具有第二旋光器件25。该M个液晶光栅在第一方向Z上依次为第1液晶光栅LCG1至第M液晶光栅LCGM，M为大于1的正整数。液晶光栅模组23中液晶光栅230的数量也多，对光线传播方向偏折调节的范围越大。为了兼顾光线传播方向传播范围以及全息显示系统在第一方向Z上的尺寸，设置液晶光栅230的数量为不超过6，优选设置M为3个。显然，可以基于需求设置M的取值，不局限于图17所示M＝3的方式，可以设置M为任意大于1的正整数。
[0103] 当M＝3时，如图18和图19所示，同一液晶光栅模组23中，在第一方向Z上，三个连续排布的液晶光栅230依次为第一液晶光栅LCG1、第二液晶光栅LCG2和第三液晶光栅LCG3。第一波片251作为位于第一液晶光栅LCG1和第二液晶光栅LCG2之间的第二旋光器件25。第二波片252作为位于第二液晶光栅LCG2和第三液晶光栅LCG3之间的第二旋光器件25。
[0104] 结合图2、图16‑图19所示，对于任意相邻两个液晶光栅模组23，靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23(如图18所示)中第i液晶光栅LCGi的配向方向与远离空间光调制器22的液晶光栅模组23(如图19所示)中第M‑i+1液晶光栅LCG M‑i+1的配向方向相同，i为不大于M的正整数。对于任意相邻两个液晶光栅模组23，基于图18和图19所示配向方向对应关系，能够在每个液晶光栅模组23单独设置一个第一旋光器件24时，通过第一旋光器件24独立的控制入射所对应液晶光栅模组23光线的偏振方向，选择光线传播方向无偏折透过或是偏折透过，控制方式简单。
[0105] 设置各个液晶光栅模组23均具有M个液晶光栅230，便于通过对第一方向Z上相邻两个液晶光栅模组23中液晶光栅230的配向方向进行对应设置，以便于通过第一旋光器件24控制入射液晶光栅模组23光线的偏振方向，从而控制液晶光栅模组23是否偏折光线的传播方向。
[0106] 可选的，全息显示系统具有两个液晶光栅模组23，液晶光栅模组23具有3个液晶光栅230，以兼顾全息显示系统在第一方向Z上的尺寸以及光线传播方向偏折调节范围和液晶光栅模组23的画面刷新频率。
[0107] 结合图2和图18所示，全息显示系统具有相邻两个液晶光栅模组23，在第一方向Z上，靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23中3个液晶光栅230的配向方向相对于第二方向依次具有0°、45°和135°的夹角。该液晶光栅模组23中，第一波片251的光轴相对于第二方向具有22.5°夹角，第二波片252的光轴相对于第二方向具有90°夹角。
[0108] 结合图2和图19所示，远离空间光调制器22的液晶光栅模组23中3个液晶光栅230的配向方向相对于第二方向依次具有135°、45°和0°的夹角；该液晶光栅模组23中，第一波片251的光轴相对于第二方向具有90°夹角，第二波片252的光轴相对于第二方向具有22.5°夹角。其中，空间光调制器22出射光线的偏振方向为第二方向，平行于X轴。基于该方式，能够使得图18所示液晶光栅模组23出射光线的偏振方向垂直或是平行于图19所示液晶光栅模组23中第一个液晶光栅模组230的配向方向，以便于通过图19所示液晶光栅模组23入光侧的第一旋光器件24控制该液晶光栅模组23偏折光线传播方向或是保持光线传播方向。
[0109] 参考图20所示，图20为本申请实施例提供的一种全息显示系统中液晶光栅模组的布局方式示意图，结合图2和图20所示，全息显示系统至少包括在第一方向Z上相邻设置的第一液晶光栅模组23A和第二液晶光栅模组23B，第一液晶光栅模组23A位于第二液晶光栅模组23B与空间光调制器22之间；
[0110] 结合图17‑图20所示，第一液晶光栅模组23和第二液晶光栅模组23都具有M个液晶光栅230，同一个液晶光栅模组23中，该M个液晶光栅230在第一方向Z上依次为第1液晶光栅LCG1至第M液晶光栅LCGM，M为大于1的正整数。其中，第一液晶光栅模组23A中各个液晶光栅230的配向方式可以如图18所示，第二液晶光栅模组23B中各个液晶光栅230的配向方向可以如图19所示，第一液晶光栅模组23A中第i液晶光栅LCGi的配向方向与第二液晶光栅模组
23B中第M‑i+1液晶光栅LCG M‑i+1的配向方向相同，i为不大于M的正整数。该方式能够使得在第一方向Z上相邻设置的第一液晶光栅模组23A和第二液晶光栅模组23B中，第一液晶光栅模组23A出射光线的偏振方向与第二液晶光栅模组23B中第1液晶光栅LCG1的配向方向平行或是垂直，以便于第一旋光器件24进行工作模式的控制，使得至少一个液晶光栅模组23偏折光线传播方向，使得至少一个液晶光栅模组23不偏折光线传播方向。
[0111] 当全息显示系统中具有两个液晶光栅模组23，两个液晶光栅模组23中液晶光栅230和第二旋光器件25分别采用如图18和图19所示方式时，全息显示系统在相邻两帧单色子图像中调节光线的原理可以如图21和图22所示。
[0112] 参考图21和图22所示，图21和图22为本申请实施例提供的一种全息显示系统在相邻两帧单色子图像中调节光线的原理示意图，对于相邻两帧单色子图像，图21用于示意前一帧单色子图像的光线调节原理，图22用于示意后一帧单色子图像的光线调节原理。
[0113] 本申请实施例中，以虚线双向箭头表示光线的偏振方向，空间光调制器22中实线双向箭头表示其偏振方向；以具有单个液晶旋光器件240的第一旋光器件24进行图示说明，第一旋光器件24中实线双向箭头表示液晶旋光器件240的配向方向。
[0114] 另外，本申请实施例中，定义第一旋光器件24在第一工作模式为关闭状态，不改变光线的偏振方向，在第二工作模式时为开启状态，改变光线的偏振方向，使得光线偏振方向旋转90°后出射。光线的偏振方向依次平行入射液晶光栅模组23中各个液晶光栅230时，经过该液晶光栅230后，光线的传播方向发生偏折。光线的偏振方向依次垂直入射液晶光栅模组23中各个液晶光栅230时，经过该液晶光栅230后，光线的传播方向保持不变，光线传播方向不偏折。
[0115] 如图21所示，第一液晶光栅模组23A入光侧的第一旋光器件24A关闭，不改变光线偏振方向，保持空间光调制器22出射光线偏振方向入射第一液晶光栅模组23A。在第一液晶光栅模组23A中，光线的偏振方向依次平行入射各个液晶光栅230，经过第一液晶光栅模组23A光线的传播方向发生偏折。第二液晶光栅模组23B入光侧的第一旋光器件24B开启，将第一液晶光栅模组23A出射光线的偏振方向旋转90°后，入射第二液晶光栅模组23B。在第二液晶光栅模组23B中，光线的偏振方向依次垂直入射各个液晶光栅230，经过第二液晶光栅模组23B光线的传播方向保持不变，光线传播方向不偏折。
[0116] 如图22所示，第一液晶光栅模组23A入光侧的第一旋光器件24A开启，将光线的偏振方向旋转90°后，入射第一液晶光栅模组23A。在第一液晶光栅模组23A中，光线的偏振方向依次垂直入射各个液晶光栅230，经过第一液晶光栅模组23A的传播方向保持不变，光线传播方向不偏折。第二液晶光栅模组23B入光侧的第一旋光器件24B开启，将第一液晶光栅模组23A出射光线的偏振方向旋转90°后，入射第二液晶光栅模组23B。在第二液晶光栅模组23B中，光线的偏振方向依次平行入射各个液晶光栅230，经过第二液晶光栅模组23B光线的传播方向发生偏折。
[0117] 在图21和图22所示方式中，第一液晶光栅模组23A在各个奇数帧单色画面中偏折光线传播方向，在各个偶数帧不偏折光线传播方向，第二液晶光栅模组23B在各个奇数帧单色画面中不偏折光线传播方向，在各个偶数帧单色画面中偏折光线传播方向。其中，第一旋光器件24A在各个奇数帧单色画面中处于关闭状态，在各个偶数帧单色画面中处于开启状态，第一旋光器件24B在奇数帧单色画面和偶数帧单色画面中均处于开启状态。
[0118] 参考图23所示，图23为本申请实施例提供的另一种第一旋光器件和液晶光栅模组的布局方式示意图，结合图2、图17和图23所示，全息显示系统具有一个第一旋光器件24，与空间光调制器22相邻的液晶光栅模组23的入光侧设置有第一旋光器件24。该方式中，基于各个液晶光栅模组23中液晶光栅230的配向方向以及第二旋光器件25的光轴方向匹配设置，通过一个第一旋光器件24能够使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向，第一旋光器件24数量最少，减小了全息显示系统在第一方向Z上的尺寸。
[0119] 当全息显示系统具有一个第一旋光器件24时，如上述，设置液晶光栅模组23具有M个液晶光栅230，该M个液晶光栅230在第一方向Z上依次为第1液晶光栅LCG1至第M液晶光栅LCGM，M为大于1的正整数。此时，相邻两个液晶光栅模组23中各个液晶光栅配向方向可以如图24所示。
[0120] 参考图24所示，图24为相邻两个液晶光栅模组中各个液晶光栅配向方向朝向第一方向的俯视图，所示俯视图平行于XY平面。
[0121] 在图24所示方式中，对于任意相邻两个液晶光栅模组23，在第一方向Z上，结合图2和图24所示，靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23(第一液晶光栅模组23A)中第i液晶光栅LCGi的配向方向与远离空间光调制器22的液晶光栅模组23(第二液晶光栅模组23B)中第M‑i+1液晶光栅LCG M‑i+1的配向方向中心对称，且靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23中第M液晶光栅LCGM的配向方向垂直于远离空间光调制器22的液晶光栅模组23中第1液晶光栅LCG1的配向方向，i为不大于M的正整数。
[0122] 在第一方向Z上，设置第一液晶光栅模组23A中第i液晶光栅LCGi的配向方向与第二液晶光栅模组23B中第M‑i+1液晶光栅LCG M‑i+1的配向方向中心对称，这样如果所有液晶光栅230在XY平面上的俯视图基于在第一方向Z上的排布顺序，在一平面上沿以直线依次排布，第一液晶光栅模组23A中第i液晶光栅LCGi的配向方向与第二液晶光栅模组23B中第M‑i+1液晶光栅LCGM‑i+1的配向方向关于垂直于该直线的轴线对称。
[0123] 采用图24所示方式，能够使得通过一个第一旋光器件24控制各个液晶光栅模组23是否对入射光线的传播方向进行偏折，相对于每个液晶光栅模组23单独设置一个第一旋光器件24的方案，减小了全息显示系统在第一方向Z上的尺寸。
[0124] 结合图2和图24所示，当全息显示系统具有一个第一旋光器件24时，可以如上述，设置全息显示系统具有两个液晶光栅模组23，液晶光栅模组23具有3个液晶光栅。在第一方向Z上，靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23(第一液晶光栅模组23A)中3个液晶光栅230的配向方向相对于第二方向依次具有0°、45°和135°的夹角，远离空间光调制器22的液晶光栅模组23(第二液晶光栅模组23B)中3个液晶光栅230的配向方向相对于第二方向依次具有45°、135°和0°的夹角；其中，空间光调制器22出射光线的偏振方向为第二方向。
[0125] 如图24所示，在第一液晶光栅模组23A中，第一波片251的光轴相对于第二方向具有22.5°的夹角，第二波片252的光轴相对于第二方向具有90°的夹角；在第二液晶光栅模组23B中，第一波片251的光轴相对于第二方向具有90°的夹角，第二波片252的光轴相对于第二方向具有45°的夹角。
[0126] 采用图24所示方式对应设置相邻两个液晶光栅模组23中各个液晶光栅230的配向方向和第二旋光器件25的光轴方向，能够使得全息显示系统通过一个第一旋光器件24控制各个液晶光栅模组23是否对入射光线的传播方向进行偏折，减小全息显示系统在第一方向Z上的尺寸。
[0127] 可选的，本申请实施例提供的全息显示系统中，第二旋光器件25为半波片。半波片的光轴方向与相邻液晶光栅230配向方向适配设置，可使得液晶光栅模组230中传输光线的配向方向均平行于各个液晶光栅230配向方向或均垂直于各个液晶光栅230配向方向。
[0128] 在第一方向Z上，对于相邻两个液晶光栅模组23，设置靠近空间光调制器22的液晶光栅模组23中最后一个液晶光栅230的配向方向垂直或是平行远离空间光调制器22的液晶光栅模组23中首个液晶光栅230的配向方向，以便用于通过第一旋光器件24使得在设定时间段，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向。
[0129] 在图24所示方式中，第一液晶光栅模组23A中第13液晶光栅LCG3的配向方向与第二液晶光栅模组23B中第1液晶光栅LCG1的配向方向垂直。基于图24所示方式，全息显示系统在相邻两帧单色子图像中调节光线的原理可以如图25和图26所示。
[0130] 参考图25和图26所示，图25和图26为本申请实施例提供的另一种全息显示系统在相邻两帧单色子图像中调节光线的原理示意图，对于相邻两帧单色子图像，图25用于示意前一帧单色子图像的调节光线的原理，图26用于示意后一帧单色子图像的调节光线的原理。
[0131] 根据图25和图26所示可知，采用图24所示方式同样能够使得第一液晶光栅模组23A和第二液晶光栅模组23B交替对光线传播方向进行偏折，从而降低液晶光栅模组23的画面刷新频率。
[0132] 本申请实施例中，同一时刻一个液晶光栅230改变入射光线的传播方向，其他液晶光栅保持入射光线的传播方向；在设定时间段内，背光模组21以第一频率刷新背光光束，液晶光栅模组23以第二频率改变入射光线的传播方向，第一频率是第二频率的N倍，N为全息显示系统中液晶光栅模组23的数量。
[0133] 对于图1所示单液晶光栅模组13全息显示系统，如果第一频率为360Hz，则需要液晶光栅模组13在1s内实现360次单色子图像的刷新，即第二频率同样为360Hz，此时第一频率等于第二频率。
[0134] 而采用本申请实施例提供的具有N个液晶光栅模组23的全息显示系统，如果第一频率为360Hz，只需要使得N个液晶光栅模组23共同实现360次单色子图像的刷新，则N个液晶光栅模组23平均需要实现 次单色子图像的刷新，此时第二频率为 Hz，此时第一频率等于第二频率的N倍，即第二频率仅为第一频率的1/N。
[0135] 下面结合时序图对比，对明本申请方案相对于图1所示方案能够降低液晶光栅模组23画面刷新频率的效果进行说明。
[0136] 参考图27所示，图27为图1所示全息显示系统的时序图，结合图1和图27所示，对于时序上相邻的第j帧图像和第j+1帧图像，第j帧图像和第j+1帧图像都具有红光子图像、绿光子图像和蓝光子图像。j是大于1的正整数。在一帧图像周期内，背光模组11需要分时开启红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)；空间光调制器12对应每种颜色背光均需要一帧图像周期的1/3时段，完成调节对应颜色背光的扫描；液晶光栅模组13对应每种颜色背光均需要一帧图像周期的1/3时段，完成调节对应颜色背光的数据写入以及液晶分子的偏转后稳定过程。
[0137] 基于图27可知，如果背光模组11在1s具有360次背光开启时段，对应的背光工作频率是360Hz，则液晶光栅模组13对应360次背光的数据写入以及液晶分子的偏转后稳定过程，即液晶光栅模组13的画面刷新频率是360Hz。液晶光栅模组13的画面刷新频率与背光工作频率相同。液晶光栅模组13工作在360Hz，液晶光栅模组13中液晶光栅充电、液晶分子翻转的时间极短。
[0138] 参考图28所示，图28为本申请实施例提供的全息显示系统的时序图，结合图2、图23和图28所示，全息显示系统具有一个第一旋光器件24以及两个液晶光栅模组23。对于时序上相邻的第j帧图像和第j+1帧图像，第j帧图像和第j+1帧图像都具有红光子图像、绿光子图像和蓝光子图像。同样，在一帧图像周期内，背光模组21需要分时开启红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)；空间光调制器22对应每种颜色背光均需要一帧图像周期的1/3时段，完成调节对应颜色背光的扫描。不同的是，在2帧图像周期内，RGB三色背光分别只需一次数据写入以及液晶分子的偏转后稳定过程。如果背光模组21工作在360Hz，每个液晶光栅模组23只需要工作在180Hz即可，大大降低器件设计和驱动难度。
[0139] 基于图28所示可知，第一旋光器件24的工作频率是液晶光栅模组23画面刷新频率的2倍。
[0140] 而且图28所示方式，可以大幅提升液晶分子的偏转后稳定过程持续时间，能够使得在液晶分子完全稳定后进行光线偏折控制，提高光线偏折控制的准确性。
[0141] 基于上述描述可知，设置N个液晶光栅模组23可以使得液晶光栅模组23的画面刷新频率降低为图1所示方式的1/N。以背光模组21工作在360Hz为例，如果N＝2，则可以将液晶光栅模组23的画面刷新频率降低至180Hz，如果N＝3，则可以将液晶光栅模组23的画面刷新频率降低至120Hz。
[0142] 参考图29所示，图29为本申请实施例提供的另一种全息显示系统的结构示意图，该方式中，全息显示系统具有三个液晶光栅模组23，每个液晶光栅模组23的入光侧均对应一个第一旋光器件24。如上述，兼顾全息显示系统在第一方向Z上的尺寸以及液晶光栅模组23降频需求，选择设置全息显示系统中液晶光栅模组23的数量为2或是3，本申请实施例对此不作限定。
[0143] 可选的，还可以设置空间光调制器22与相邻液晶光栅模组23之间具有场镜，第一旋光器件24以及液晶光栅模组23均位于场景背离空间光调制器22的一侧。场镜用于提高空间光调制器22出射光线的边缘光线入射液晶光栅模组23的能力。
[0144] 通过上述描述可知，本申请技术方案提供的全息显示系统中，至少设置一个第一旋光器件24，在显示过程中将光线偏振方向在两个正交的方向上进行切换，以使得在设定时间段，至少一个液晶光栅模组23改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组23不改变入射光线的传播方向，从而降低液晶光栅模组23的画面刷新频率。全息显示系统至少具有两个液晶光栅模组23，分时进行光线传播方向的偏折控制，液晶光栅模组23对光线传播方向的偏折与否，受控于第一旋光器件24如光线偏振方向的控制。
[0145] 基于上述实施例，本申请另一实施例还提供了一种基于上述全息显示系统的全息显示方法，该全息显示方法如图30所示。
[0146] 参考图30所示，图30为本申请实施例提供的一种全息显示方法的流程示意图，该全息显示方法包括：
[0147] 步骤S11：通过背光模组出射背光光束；
[0148] 步骤S12：通过空间光调制器对背光光束进行相位调制和振幅调制；
[0149] 步骤S13：基于第一旋光器件，使得在设定时间段内，至少一个液晶光栅模组改变入射光线传播方向，至少一个液晶光栅模组不改变入射光线的传播方向。
[0150] 该全息显示方法中，液晶光栅模组是否改变入射光线传播方向的实现原理开参考上述实施例描述，该实施例中不再赘述。
[0151] 基于上述全息显示系统能够实现该全息显示方法，大大降低液晶光栅模组的画面刷新频率。
[0152] 基于上述实施例，本申请另一实施例还提供了一种电子设备，该电子设备如图31所示。
[0153] 参考图31，图31为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备41包括全息显示系统，全息显示系统可以采用上述实例中上述任一种方式。
[0154] 电子设备可以为手机、电脑、穿戴设备、电视以及车载显示设备等具有显示功能的电子产品。电子设备采用采用上述实例中上述任一种方式提供的全息显示系统，能够大大降低液晶光栅模组的画面刷新频率。
[0155] 本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的电子设备和全息显示方法而言，由于其与实施例公开的全息显示方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见全息显示方法对应部分说明即可。
[0156] 需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，幅图和实施例的描述是说明性的而不是限制性的。贯穿说明书实施例的同样的幅图标记标识同样的结构。另外，处于理解和易于描述，幅图可能夸大了一些层、膜、面板、区域等厚度。同时可以理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在其他元件上或者可以存在中间元件。另外，“在…上”是指将元件定位在另一元件上或者另一元件下方，但是本质上不是指根据重力方向定位在另一元件的上侧上。
[0157] 术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
[0158] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0159] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
