液晶透镜元件、显示装置及终端机.pdf

本发明提供液晶透镜元件、显示装置和终端机。液晶透镜元件包括上基板和下基板以及液晶层，其中，上下基板分别延伸的方向被定义为X方向和Y方向。液晶层的初始液晶分子取向方向与X方向一致。所述上基板包括重复区域，在所述重复区域中，在X方向上排列有多个A电极结构以在X方向上产生电势梯度。下基板包括重复区域，在所述下基板的重复区域中，在Y方向上排列有多个B电极结构以在Y方向上产生电势梯度。每一A电极结构的中间部形成有沿着Y方向细长的开口部或中央电极。

权利要求书
1.  一种液晶透镜元件，包括：
相互面对的上基板和下基板，其中，所述上基板和所述下基板各自延伸的方向被定义为X方向和Y方向，所述X方向和所述Y方向相互交叉；所述上基板包括重复区域，在所述重复区域中多个A电极结构沿X方向排列，以沿所述X方向产生电势梯度；所述下基板包括重复区域，在所述下基板的重复区域中多个B电极结构沿所述Y方向排列，以沿所述Y方向产生电势梯度；并且，在所述多个A电极结构中的每一个A电极结构的中间部形成有在所述Y方向上延伸的开口部或在所述Y方向上延伸的中央电极；以及
液晶层，所述液晶层位于所述上基板和所述下基板之间，且所述液晶层的初始液晶分子取向方向与所述X方向一致。

2.  根据权利要求1所述的液晶透镜元件，其特征在于，在所述Y方向上延伸的所述开口部形成在所述多个A电极结构中的每一个A电极结构的中间部。

3.  根据权利要求2所述的液晶透镜元件，其特征在于，
所述多个A电极结构中的每一个A电极结构包括第一导电层、绝缘层、以及由第二导电层形成的条形结构，所述第一导电层、所述绝缘层和所述条形结构在所述上基板上层叠布置；
所述多个A电极结构的第一导电层形成覆盖整个所述上基板的电极；以及
所述条形结构沿着所述Y方向延伸。

4.  根据权利要求2所述的液晶透镜元件，其特征在于，
所述多个A电极结构中的每一个A电极结构包括第一导电层、第一绝缘层、由第二导电层形成的条形结构、第二绝缘层以及电阻层，所述第一导电层、所述第一绝缘层、所述条形结构、所述第二绝缘层以及所述电阻层在所述上基板上层叠布置；
所述多个A电极结构的第一导电层形成覆盖整个所述上基板的电极；
所述条形结构沿所述Y方向延伸；
所述电阻层的表面电阻的电阻值在所述第一导电层或所述第二导电层的表面电阻的电阻值与所述第二绝缘层的表面电阻的电阻值之间。

5.  根据权利要求1所述的液晶透镜元件，
其中，在所述Y方向上延伸的所述中央电极形成在所述多个A电极结构中的每一个A电极结构的中间部。

6.  根据权利要求5所述的液晶透镜元件，
其中，所述多个A电极结构中的每一个A电极结构至少由第一导电层和第二导电层形成，所述第一导电层的表面电阻的电阻值小于所述第二导电层的表面电阻的电阻值；
所述多个A电极结构中的每一个A电极结构包括沿所述X方向延伸的主方向部分、沿所述Y方向延伸的分支部分、沿所述Y方向延伸的所述中央电极和沿所述Y方向延伸的侧电极，且布置成使得所述主方向部分连接到所述分支部分、所述中央电极以及所述侧电极；
所述主方向部分包括所述第二导电层；以及
所述分支部分、所述中央电极和所述侧电极均至少包括所述第一导电层。

7.  一种显示装置，包括层叠体，所述层叠体依次包括显示屏、偏光片、以及权利要求1中所述的液晶透镜元件。

8.  一种包括权利要求7中的所述显示装置的终端机。

说明书液晶透镜元件、显示装置及终端机
技术领域
本发明涉及一种液晶透镜元件、配备有该液晶透镜元件的显示装置和配备有该显示装置的终端机。
背景技术
目前，能够显示立体图像的显示设备取得显著的进展。这些立体图像显示设备可大致分为使用眼镜观看的立体图像显示设备和使用裸眼观看的立体图像显示设备。特别地，能够利用裸眼观看立体图像的显示设备由于使用者没有戴眼镜的麻烦，预测将会被广泛应用。作为使用裸眼感知立体图像的立体显示设备，一般使用将柱面透镜或视差光栅配置于显示装置的前面的显示设备。在这些显示设备中，显示装置中具有右眼用像素和左眼用像素，并且这些像素被配置为使得通过所述柱面透镜或视差光栅使各像素的信息能够到达观察者的双眼。因此，柱面透镜被配置为柱面方向与显示单元的屏幕的纵方向一致，并且，视差光栅被配置为其遮光带的方向与屏幕的纵方向一致。
另一方面，目前，在便携式游戏机、手机等的便携式手持设备领域，小型液晶显示装置被广泛应用。由于这些便携式手持设备都是以电池驱动为前提，因此在便携式手持设备的领域中，需要消耗功率小的显示装置。在便携式手持设备领域中，根据在该设备上执行的应用程序，使用设备的方式例如用户用手旋转该设备使设备的屏幕由纵向变为横向，反之亦可，被广泛推广。目前在市场上有一种折叠手机，将显示装置仅仅旋转90度就可以使其屏幕从纵向画面切换为横向画面来使用。在智能机领域，通过使用者用手旋转该设备使其由纵向位置变为横向位置，从而其屏幕可以在纵向与横向间自由切换，这种智能机日渐流行。
考虑到上述状况，探讨了能够在纵向和横向间切换屏幕且在纵向使用和横 向使用时都能够显示立体图像的显示设备的发展情况。作为实现该显示设备的典型技术，已经提出了在日本未审查的专利申请公报JP-A2010-170068中公开的技术。将参照图23说明该技术。提供一种显示装置，由透镜阵列元件24和显示屏25构成。透镜阵列元件24是一种使用液晶的交换阵列元件，具有在其下基板沿X方向延伸的第一电极组22和在其上基板沿Y方向延伸的第二电极组23。图24示出了透镜阵列元件24的详细立体图。图24中，在其中一个基板上具有沿X方向延伸的两种宽度（LX、SX）的电极27、26。在图24中示出的另一个基板上具有沿Y方向延伸的两种宽度（Ly、Sy）的电极28、29。液晶分子最初沿一个方向排列。
上述电极能够在图25A-25C所示的三种状态下被驱动。图25A示例了第一状态，即在X方向形成电势梯度，且在Y方向形成均匀的电势分布。因此，液晶分子排列具有在X方向循环的分布。该分布的一个循环被定义为从具有宽度Ly的一个电极到具有宽度Ly的下一电极的距离，作为一个单位。这种结构提供了这样的一种液晶透镜，其以与在Y方向延伸的柱面透镜同样的光学方式工作，且每个透镜都有与所述距离相同的宽度。当将具有排列在X方向的左眼用像素和右眼用像素的显示屏层叠在所述状态的透镜阵列元件上时，则能够得到以Y方向为屏幕的纵方向的立体图像显示设备。
接着，图25B示例了第二状态，即上下基板间不存在电压差，并且液晶分子变为与基板平行的取向。由于在该状态下液晶没有折射率分布，因此液晶作为透明体发挥作用。在此种状态下，当显示屏层叠在透镜阵列元件上时，显示屏作为普通的显示屏进行2D显示。
而且，图25C示例了第三状态，即在Y方向形成电势梯度。这种结构提供了这样的一种液晶透镜，其以与在X方向延伸的柱面透镜同样的光学方式工作，每个液晶透镜分别具有从宽度为Lx的一个电极到宽度为Lx的下一电极的宽度，作为一个单位。因此，当将具有排列在Y方向的左眼用像素和右眼用像素的显示屏层叠在所述状态的透镜阵列元件上时，则能够得到以X方向为显示屏的纵方向的立体显示设备。
如上所述，使用具有如图24所示构造的透镜阵列元件，能够使显示设备进行三种显示，包括：以Y方向为纵方向的立体图像显示，普通的2维显示以及以X方向为纵方向的立体图像显示。
然而，在图24中示出的透镜阵列元件无法同时在X方向与Y方向实现相同的透镜操作。关于这一问题，将参照图26A和26B进行说明。图26A是用于说明从X方向观察图24所示的透镜阵列元件且没有电压施加到该透镜阵列元件时的液晶分子配置状态的剖视图。在图26A中，在最初状态下液晶分子沿Y方向取向，并且具有相对于基板有微小的预倾角、与基板大致平行的排列。
图26B是用于说明当有电压施加于所述透镜阵列元件的上下基板之间时的液晶分子配置状态的剖视图。在图26B中，由于有电压施加于基板间的液晶层，因此液晶分子从沿着基板面的取向旋转至朝向纵方向。由于该分子状态是根据最初的预倾角的方向规定的，因此，如图26B所示那样，分子排列变得相对于宽度为Sx的电极的中心不对称。由图26B可知，当施加电压时液晶分子的排列状态变得不对称，然而电极结构相对于宽度为Sx的电极的中心却是对称的。这样的透镜阵列元件在宽度为Sx的电极上仅形成在X方向延伸的不对称的柱面透镜结构。
另一方面，图27A示出了从Y方向观察图24所示的透镜阵列元件且没有电压施加到该透镜阵列元件时的液晶分子配置状态。由于液晶分子在初始状态时沿着Y方向取向，因此沿着宽度为Sy的电极的液晶分子排列从初始状态就具有对称性。因此，即使在图27B所示的在上下基板间施加了电压的状态下，也能够得到关于宽度为Sy的电极的中心对称的液晶分子排列。因此，这样的透镜阵列元件在宽度为Sy的电极上能形成对称的柱面透镜结构。
如上所述，可知，当液晶分子初始状态沿Y方向取向时，在图25A至图25C所示的三个状态中，在第三状态提供了沿X方向延伸的不对称的柱面透镜构造。另外，可知，当液晶分子初始状态沿X方向取向时，在图25A至图25C所示的三个状态中，在第一状态提供了沿与液晶分子的初始排列方向（X方向）正交的Y方向延伸的不对称的柱面透镜构造。
当立体显示装置使用所述不对称的柱面透镜构造进行3D显示时，无法准确进行对观看者的左眼及右眼的光的分离。其结果，导致3D串扰量增加，或者右眼感知到的光和左眼感知到光的亮度不同。因此，立体显示装置变得难以实现高品质的立体图像显示。而且，当不对称非常明显时，该立体显示装置甚至无法向观察者呈现立体图像。
发明内容
公开了示例性的液晶透镜元件、示例性的显示装置和示例性的终端机，其能够在屏幕处于纵向位置和屏幕处于横向位置（在下文中称为纵向3D显示、横向3D显示）两种情况下，在保持屏幕亮度的同时使显示装置和终端机显示立体图像，另外，能够显示立体图像以外的普通图像（在下文中称为2D显示）。
示例性的液晶透镜元件包括相互面对的上基板和下基板以及位于上基板和下基板之间的液晶层，其中，所述上基板和下基板分别延伸的方向被定义为相互交叉的X方向和Y方向。液晶层的初始的液晶分子取向方向与X方向一致。所述上基板包括重复区域，在所述重复区域中，在X方向排列有多个A电极结构以在X方向上产生电势梯度。所述下基板包括重复区域，在所述下基板的重复区域中，在Y方向排列有多个B电极结构以在Y方向上产生电势梯度。在所述多个A电极结构中的每一个A电极结构的中间部形成有在Y方向延伸的开口部或在Y方向延伸的中央电极。
示例性的显示装置包括依次具有显示屏、偏光片、所述液晶透镜元件的层叠体。
示例性的终端机包括所述显示装置。
下文将描述所述示例性实施方式的其他特征。
附图说明
下面以例子的方式通过参照附图对实施方式进行说明，这些附图仅仅作为示例而不限定于此，在不同的图中，对于相同的元件使用相同的附图标记。其 中：
图1是用于说明第一实施方式的液晶透镜元件的构造的图。
图2A和图2B是用于说明定向第一实施方式的液晶透镜元件的液晶分子的操作的示意图。
图3A和图3B是用于说明施加于第一实施方式的液晶透镜元件的液晶层的电势分布的示意图。
图4A至图4C是用于说明施加于与第一实施方式有关的液晶透镜元件的液晶层的电势分布的示意图。
图5是用于说明第二实施方式的A电极结构的示意图。
图6是用于说明第二实施方式的液晶透镜元件的构造的示意图。
图7A和图7B是用于说明第二实施方式的液晶透镜元件的驱动方法的示意图。
图8是用于说明第三实施方式的A电极结构的示意图。
图9是用于说明第三实施方式的A电极结构的示意图。
图10是用于说明第三实施方式的液晶透镜元件的构造的示意图。
图11A和图11B是用于说明第三实施方式的液晶透镜元件的驱动方法的示意图。
图12是用于说明第四实施方式的液晶透镜元件的电极配置的示意图。
图13是用于说明定向第四实施方式的液晶透镜元件的液晶分子的操作的示意图。
图14是用于说明第五实施方式的A电极结构的示意图。
图15是用于说明第五实施方式的A电极结构的示意图。
图16是用于说明第一实施例的显示装置的结构图。
图17是用于说明第一实施例的液晶显示屏的构造的示意图。
图18是用于说明第一实施例的液晶显示面板的电极配置的示意图。
图19A至图19C是用于说明第二实施例的液晶显示面板的电极配置的示意图。
图20A和图20B是用于说明第三实施例的液晶显示面板的电极配置的示意图。
图21A至图21C是用于说明第三实施例的液晶显示面板的电极配置的示意图。
图22是用于说明第四实施例的显示装置的结构图。
图23是用于说明常规的透镜阵列元件的结构的剖面图。
图24是用于说明常规的透镜阵列元件的结构的立体图。
图25A至图25C是用于说明常规的透镜阵列元件的驱动方法的示意图。
图26A和图26B是用于说明常规的透镜阵列元件的问题的示意图。
图27A和图27B是用于说明常规的透镜阵列元件的问题的示意图。
图28A和图28B分别是用于说明第七实施方式的终端的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对液晶透镜元件、显示装置和终端机的示例性实施方式进行说明。本领域的技术人员应当理解，参照附图的这些概述仅仅是作为例子，并不意图限定本发明的范围，能够参照所附的权利要求范围来确定本发明的范围。
本发明的第一实施方式的液晶透镜元件包括彼此面对的上基板和下基板以及夹于上基板和下基板之间的液晶层，其中，上基板和下基板分别延伸的方向被定义为相互交叉的X方向和Y方向。液晶层的初始分子取向方向与X方向一致。所述上基板包括重复区域，在所述重复区域中，沿X方向排列有多个A电极结构以在X方向产生电势梯度。下基板包括重复区域，在该重复区域中，沿Y方向排列有多个B电极结构以在Y方向产生电势梯度。所述多个A电极结构的每一个A电极结构的中央部形成有沿着Y方向延伸的开口部。
参照图1对第一实施方式的液晶透镜元件进行说明。液晶透镜由上基板1、下基板2和夹于上下基板之间的液晶层3构成。假定坐标系限定为如图1所示，则每个基板延伸的方向，即每个基板的面内方向，与X-Y面的方向（X方向和 Y方向）一致。在所述的液晶透镜元件中，初始的液晶分子取向方向几乎与X方向一致。此时，在初始的液晶分子取向方向与X方向间可能形成一个小的预倾角31。所述的液晶透镜元件还包括在X方向上循环地排列于上基板1上以在X方向上产生电势梯度的电极结构（称为A电极结构4）。这些电极结构在上基板1的表面形成了重复区域。所述的液晶透镜元件还包括在Y方向上循环地排列于下基板2上以在Y方向产生电势梯度的另外的电极结构（称为B电极结构5）。这些电极结构在下基板2的表面形成了重复区域。
参照图2A和图2B对液晶透镜元件的操作进行说明。图2A和图2B分别说明在图1的X-Z剖面内与其中某一个A电极结构对应的液晶分子排列的状态。特别地，图2A说明了当没有电压施加于电极结构时的初始液晶分子配置的状态。液晶分子在与X方向具有预倾角的同时，定向为与X方向大致平行。当在A电极结构4和B电极结构5之间施加电压时，液晶分子定向成与基板垂直。此时，A电极结构4在X方向产生电势梯度。
A电极结构4的具体的例子将在后面进行说明。在此，参照图3A和图3B对A电极结构4的动作进行说明。图3A和图3B分别在沿着图1的X方向的剖面内示出了施加于液晶层的电势分布。由于A电极结构在重复区域中沿着X方向配置，因此对液晶层施加如图3A或图3B所示的电势分布。因此，在图3A中，电势差在各个A电极结构的中间部附近最大，而液晶层的折射率在各个A电极结构的中间部附近最小，从而提供凹面透镜的特性。另一方面，在图3B中，电势差在各个A电极结构的中间部附近最小，而液晶层的折射率在各个A电极结构的中间部附近最大，从而提供凸面透镜的特性。在以下的说明中，虽然针对提供凸面透镜特性的A电极结构的功能进行说明，同样地也能够使用提供凹面透镜特性的A电极结构进行类似的功能说明。
图4A至图4C分别表示在凸面透镜特性的情况下施加于液晶层的电势差。图4A表示一种由对称的电极结构的效果产生的对称的电势分布。然而，如上所述，液晶层的预倾角实际上会产生如图4B所示的不对称的电势分布。这种电势分布只能形成不对称的电势分布。另一方面，在本实施方式中的液晶透镜元件 中，由于在每个A电极结构的中间形成开口部，因此在该开口部的附近，电势差几乎变为零。因此，如图4C所示，在电势分布上产生了电势差为零的区域，每个区域与一个A电极结构的中间的开口部对应。由此，在每个A电极结构内部形成对称的电势分布。
图2B说明了在所述电势分布下的液晶分子的配置状态。在图2B中，在每个A电极结构的两个边缘对液晶层施加大的电势差，并且，在每个A电极结构的中间对液晶层施加几乎为零的电势差。这种电势分布产生了如图2B所示的液晶分子的配置状态，这使得关于每个A电极结构的中间呈对称的折射率分布。
在图1中说明的液晶透镜元件中，A电极结构的排列方向与B电极结构的排列方向正交，然而，液晶透镜元件的结构并不限定于此，A电极结构与B电极结构也可以由于以下原因排列成其方向相互交叉。图2B的示意图教导了，即使在液晶分子的主轴方向与X方向并不非常精确地一致的情况下，在每个A电极结构的中间的液晶层施加几乎为零的电势差。因此，在液晶透镜元件中，即使在液晶分子主轴的方向和X方向不相互一致的情况下，也能够获得与二者方向一致的情况下的液晶透镜元件的效果同样的效果，这意味着没有必要使A电极结构排列的方向与液晶分子主轴的方向十分精确地一致。因此，在本实施方式的液晶透镜元件中，A电极结构与B电极结构只要排列成彼此的方向至少相互交叉即可。
本发明的第二实施方式具有这样的结构，所述第一实施方式中的液晶透镜元件的每个A电极结构包括第一导电层、绝缘层和第二导电层形成的条形结构，它们都层叠在上基板上。其中，多个A电极结构的第一导电层形成了覆盖整个上基板的电极，而第二导电层形成的条形结构沿Y方向延伸。
下面参照图5说明本发明的第二实施方式。在本实施方式中，每个A电极结构4由第一导电层7、绝缘层8和第二导电层9构成。第一导电层具有覆盖整个A电极结构的形状，且在一个方向上延伸的开口部6形成在第一导电层中。在第一导电层上配置有绝缘层8和第二导电层9。第二导电层形成为在一个方向延伸的条形结构。
图6示出了具有所述电极结构的液晶透镜元件的结构。在图6中，上基板1包括重复区域，在该区域上图5所示的A电极结构重复排列在上基板1上。为了在X方向产生电势梯度，在所述A电极结构中，第二导电层9形成的结构的延伸方向形成为与Y方向一致。而且，开口部6的延伸方向与Y方向一致。下基板2包括重复区域，在该区域中，多个B电极结构重复地排列在下基板2上，每个B电极结构由第一导电层7、绝缘层8和条形结构的第二导电层9构成。如图6所示，在每个B电极结构上布置由第二导电层9形成的结构以使得第二导电层9沿着X方向延伸。在下基板2上的这些构件与用于使得在Y方向产生电势梯度的B电极结构相对应。另外，液晶分子的取向方向预先设定为与X方向一致。
参照图7A和图7B的剖面图对所述液晶透镜元件的操作进行说明。在图7A中，将在上基板1上的所有电极的电势均设为Φ0，下基板2的第一导电层7的电势设为Φ0，下基板2的第二导电层9的电势设为Φ，其中，保持Φ≠Φ0。由此，该结构在下基板2上产生了沿着Y方向的电势梯度，并且使上基板1具有大致恒定的电势Φ0。因此，在下基板2的第二导电层9的结构附近，将要施加于液晶层3的电势具有值Φ－Φ0。在下基板2的第二导电层9的结构附近电势差最大，并且在第二导电层的相邻结构的中间位置电势差变小。该结构产生了包括多个重复单位的液晶分子的排列状态，每个重复单位的沿着Y方向的宽度对应于第二导电层9的相邻结构之间的距离，其中这些重复单位与在X方向延伸的柱面透镜对应。
另一方面，如图7B所示，下基板2上的所有电极的电势设为Φ0，上基板上的第一导电层7、第二导电层9的电势分别设为Φ0和Φ。其中，保持Φ≠Φ0。该结构产生了包括多个重复单位的液晶分子的排列状态，每个重复单位的沿着X方向的宽度对应于上基板1上的第二导电层9的相邻结构之间的距离，其中这些重复单位与在Y方向延伸的柱面透镜对应。
如上所述，基于各电极的电势的设定，本实施方式的液晶透镜元件能够提供在X方向或Y方向延伸的柱面透镜的特性。
本发明的第三实施方式具有这样的结构，即所述第一实施方式中的液晶透镜元件的每个A电极结构具有层叠在上基板上的第一导电层、第一绝缘层、第二导电层形成的条形结构、第二绝缘层、电阻层。多个A电极结构的第一导电层形成覆盖整个上基板的电极。第二导电层的条形结构在Y方向延伸。电阻层的表面电阻的值处于第一导电层或第二导电层的表面电阻值与所述第二绝缘层的表面电阻值之间。
参照图8对第三实施方式的液晶透镜元件的结构进行说明。在第三实施方式中，在上基板1上层叠有第一导电层7、第一绝缘层10、第二导电层9、第二绝缘层11、电阻层12，以形成A电极结构4。第一导电层7具有覆盖整个A电极结构4的形状，并且在第一导电层7中形成在一个方向延伸的开口部6。第二导电层9形成为在一个方向延伸的条形结构。电阻层具有覆盖每个A电极结构的整体的形状。
或者，如图9所示，液晶透镜元件也可以具有如图8所示的相同的层叠结构，但是开口部6也可以设置于电阻层12内。图8及图9中的开口部6都可以对各A电极结构4的中间附近的电势产生影响。
参照图10对使用图8所示的A电极结构4而形成的液晶透镜元件进行说明。在图10中，在上基板1上配置A电极结构以使得在X方向上产生电势梯度。作为下基板2上的B电极结构，液晶透镜元件使用与图8中相似的却不带开口部的电极结构。由图10可知，每个A电极结构包括在Y方向延伸的第二导电层9的结构，而每个B电极结构包括在X方向延伸的第二导电层9的结构。
参照图11A和图11B对所述的液晶透镜元件的操作进行说明。在图11A和图11B中，液晶分子的初始取向被设定为X方向。在图11A中，将在上基板1上的所有电极的电势均设为Φ0，下基板2的第一导电层7的电势被设为Φ0，下基板2的第二导电层9的结构的电势被设为Φ，其中保持Φ≠Φ0。该结构产生了待施加于液晶层3的沿Y方向的电势梯度。如上所述，该结构提供了与在X方向延伸的柱面透镜对应的液晶分子排列状态。
另一方面，如图11B所示，下基板2上的所有电极的电势设为Φ0，上基板 1的第一导电层7、第二导电层9的电势分别设为Φ0和Φ，从而能够使施加于液晶层3的电势分布具有在X方向的梯度。这样，由于所述开口部6的上述作用，无论液晶的初始取向方向是否为X方向，该结构都能够使液晶分子为对称的排列状态。在这种情况下，液晶透镜元件作为在Y方向延伸的柱面透镜工作。
如上所述，本实施方式的液晶透镜元件既能够实现在X方向延伸的柱面透镜的作用，也能够实现在Y方向延伸的柱面透镜的作用。
本发明的第四实施方式是一种液晶透镜元件，其包括相互面对的上基板和下基板及夹于上基板和下基板之间的液晶层，其中，每个上基板和下基板延伸的方向规定为相互交叉的X方向和Y方向。液晶层的液晶分子的初始取向方向与X方向一致。所述上基板具有重复区域，在该区域中，在X方向排列多个A电极结构以在X方向产生电势梯度。所述下基板具有重复区域，在该区域中，在Y方向排列多个B电极结构以在Y方向产生电势梯度。在多个A电极结构中的每个A电极结构的中间形成有在Y方向延伸的中央电极。
参照图12对本实施方式的液晶透镜元件的结构进行说明。图12示出了液晶透镜元件由上基板1、下基板2和在上基板1和下基板2之间的液晶层3构成。在上基板和下基板上分别配置有多个A电极结构4在X方向排列的重复区域和多个B电极结构5在Y方向排列的重复区域。其中，A电极结构可以在X方向产生电势梯度，而B电极结构可以在Y方向产生电势梯度。另外，如图12所示，在每个A电极结构4的中间配置有在Y方向延伸的中央电极13。在该结构中，液晶分子的初始取向方向被设为X方向。
将参照图13对所述液晶透镜元件的操作进行说明，图13为表示液晶分子的排列状态的剖面图。在初始状态时，液晶分子沿X方向取向，这容易产生在沿X方向的剖视图中液晶分子排列不对称的情况，如在图4A至图4C中说明的那样。在本实施方式中，通过对中央电极13供给恒定电势，能够规定在中央电极13正下面的液晶层3的电压。例如，在图13的结构中，通过将中央电极13与B电极结构5的电势设定为相同，则能够产生对中央电极13正下方的液晶层3不施加电压的状态。如上所述，通过规定每个A电极结构4的中间部的电势， 则液晶透镜元件能够产生如图13所示的对称的液晶分子排列。
本发明的第五实施方式具有这样的结构，即，多个A电极结构均至少由第一导电层和第二导电层构成。第一导电层具有表面电阻，其阻值小于第二导电层的表面电阻阻值。多个A电极结构中的每个A电极结构包括在X方向延伸的主方向部分、在Y方向延伸的分支部分、在Y方向延伸的所述中央电极和在Y方向延伸的侧电极，它们布置成使得所述主方向部分与所述分支部分、所述中央电极、所述侧电极连接。另外，所述主方向部分包括所述第二导电层，而所述分支部分、所述中央电极和所述侧电极均至少包括第一导电层。
下面，参照图14和图15对本实施方式进行说明。图14示出了由在所述上基板1上的第一导电层和第二导电层构成的A电极结构4。规定第一导电层的表面电阻小于第二导电层的表面电阻。A电极结构4由主方向部分15、分支部分14、中央电极13和侧电极30构成。主方向部分15沿图14中的水平方向延伸，而分支部分14、中央电极13和侧电极30在与主方向部分15成直角相交的方向延伸。如图14所示，主方向部分15与分支部分14、中央电极13、侧电极30重叠从而形成接触部。主方向部分15由带有相对较高表面电阻的第二导电层构成。另一方面，如图14所示，分支部分14、中央电极13和侧电极30由带有相对较低表面电阻的第一导电层构成。或者，如图15所示，分支部分14、中央电极13和侧电极30可以由第一导电层和第二导电层形成。
中央电极13和侧电极30延伸至重复区域的外面，并且与外部电源连接以设定电势，这在图14及图15中并未图示。将在图14及图15中的左右两端的侧电极30相互连接并产生短路用以设定为相同的电势，将中央电极13设定为与侧电极30不同的电势。由于中央电极13位于A电极结构4的中间，因此，在图14及图15中沿着主方向部分15的电势分布具有以中央电极13为对称轴的对称形状。分支部分14在与主方向部分15正交的方向延伸，且由带有与第二导电层相比相对较低的表面电阻的第一导电层形成。因此，A电极结构内的电势逐渐沿着主方向部分15变化，而几乎不沿着分支部分14变化。等电位线的形状几乎与分支部分14平行。
如上所述，根据中央电极13能够规定每个A电极结构4的中间部分的电势。当使液晶分子沿着与主方向部分15平行的方向取向时，液晶分子排列变得与电势梯度方向平行。在这种状况下，由于存在如在图2A中所述的预倾角的效果，在常规结构中液晶分子容易沿着电势梯度方向而成为不对称的排列状态。然而，在本实施方式中，由于配置有中央电极13，因此能够确定在每个A电极结构4的中间部分的电势，并且能够得到液晶分子的对称排列状态。
第六实施方式是包括层叠体的显示装置，该层叠体依次至少包括显示屏、偏光片、和所述实施方式中的任一个实施方式中的液晶透镜元件。
通过按照显示屏、偏光片和第一至第五实施方式中的任一个液晶透镜元件这样的顺序进行层叠，可提供能够进行纵向立体显示、横向立体显示、二维显示的显示装置。
第七实施方式是配备有第六实施方式的显示装置的终端机。
所述的显示装置可以安装在终端机上。特别地，能够自由切换纵向立体显示和横向立体显示的终端机优选配备有所述显示装置。图28A和图28B分别示出了该终端机的立体图。
所述实施方式提供下述效果。
即，能够实现一种能够进行2D显示、纵向立体显示和横向立体显示的显示装置和终端机。另外，能够实现一种在纵向立体显示时和横向立体显示时显示出与柱面透镜相同特性的液晶透镜元件。
实施例
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
第一实施例
参照图16对本发明的第一实施例进行说明。在本实施例中，使用液晶显示屏16作为所述实施方式中的显示屏（显示装置）。在液晶显示屏16上配置有偏光片17和液晶透镜元件18。图16还示出偏光片17的穿透轴19。液晶透镜元件18由上基板1、液晶层、下基板2构成。液晶分子的取向方向20也同时显示 在图16中。
图17示出了图16中示出的液晶显示屏16的结构。液晶显示屏16是由偏光片17、薄膜晶体管TFT（Thin Film Transistor）基板32和液晶层（未图示）及滤光片基板33构成的。图17中，偏光片17被配置为穿透轴19与Y方向一致。关于液晶分子的取向方向，规定摩擦方向以使得液晶分子的取向方向与偏光片17的穿透轴19的方向一致。在本实施例中，TFT基板32与滤光片基板33相互面对设置以使得两个基板的摩擦方向34相互平行。TFT基板32包括多个像素区域，在各像素区域中配置有与扫描线和信号线连接的TFT元件、梳状的像素电极以及公用电极。能够使用众所周知的技术来进行这些元件的配置和制造方法。
以下对液晶透镜元件18的结构进行说明。如图16所示，液晶透镜元件18由上基板1、下基板2和位于上基板1和下基板2之间的液晶层构成。参照图18说明形成于上基板1和下基板2上的电极的配置。上基板1可以使用与下基板2上的电极配置相同的电极配置。然而，当两个基板彼此面对设置时，使其中一个基板旋转90度。第一导电层和第二导电层都形成于各基板上并在各基板上图案化，其中，第一导电层的材料具有比第二导电层的材料低的电阻。图18示出了当旋转上基板1使它的电极表面朝上时，形成于上基板1上的电极配置。在上基板1上的电极包括确定电势梯度方向的主方向部分15、分支部分14、中央电极13和侧电极30，分别在七个触点（A1～A7）连接在一起。主方向部分15由第二导电层构成，在A4触点与中央电极13连接，以与外端子21进行电气连接。主方向部分15还在A1触点与第一导电层连接，以与另外的外端子21进行电气连接，第一导电层具有较低的电阻并形成侧电极。另外，同样地，主方向部分15还在A7触点与形成侧电极的第一导电层连接，以与另外的外端子21进行电气连接。如上所述，对主方向部分15的中央部分和两侧部分供给外部电压。图18示出了相当于一个条形液晶透镜的宽度（作为一个单元）的液晶透镜元件的区域。即，从触点A1到触点A7的区域相当于一个柱面透镜的宽度。每个分支部分14具有在与主方向部分15正交的方向延伸的形状，且由包括第 一导电层和第二导电层的层叠结构而形成。这样的结构能够在电极的纵方向提供均匀的电势，并能够实现在液晶透镜元件中的在纵方向延伸的透镜。
作为第一导电层，能够使用表面电阻相对较小的材料制成的透明导电层，例如ITO（铟锡氧化物）。另一方面，作为与第一导电层相比具有相对较大表面电阻的第二导电层，能够使用由氧化锌制成的透明薄层。这些透明导电层可以通过例如溅射和蒸镀等分层工艺进行镀层。另外，这些透明导电层也可以通过使用普通的光刻工艺来进行形成图案以形成电极。
在完成所述的电极处理之后，在两个基板上形成定向膜，并在该定向膜上进行分子定向处理。接着，基板配置成相互面对，以使各自的主方向部分15以直角相互相交。针对所述的液晶透镜元件的制造方法，能够使用众所周知的液晶元件的组装工艺。
如上所述，已经制备了如图16中所示结构的液晶显示屏16和液晶透镜元件18。接着，对本实施例的显示操作进行说明。
在2D显示中，对液晶透镜元件18的上基板1和下基板2的所有的外端子21都施加0Ｖ的电压。
另一方面，在纵向3D显示中，在上基板1的两个外端子21之间施加非0Ｖ的电压，而在下基板2的两个外端子21之间施加0Ｖ的电压。在上基板1的外端子21之间施加的电压波形可以是正弦波或矩形波。通过对该电压波形的频率和振幅进行调整，能够选择可以显示最合适的相位调制功能的电压波形。特别地，已知一种电压波形，通过该电压波形，液晶的光学相位差呈二次函数的形状（作为优选波形）变化，以提供像差小的透镜。作为对使光学相位差和所希望的函数系统一致而进行调整的方法，可以通过对形成液晶透镜的导电层的导电率和介质层的介电系数进行控制从而对光学相位差进行调整，该方法已经在下述文献中进行了描述，例如，日本特开2011-17742号公报、2010年佐藤进、内田胜、河村希典于日本液晶学会讨论会PA52发表的《具有介质常数分布层的液晶光学设备》、和2011年佐藤进、内田胜、河村希典于日本液晶学会讨论会PB49发表的《具有阻抗分布层的液晶光学设备的驱动频率特性》等。其结果是， 在液晶层中形成沿图16的纵方向延伸的像差小的柱面透镜。通过根据柱面透镜的位置在液晶显示屏16上准备左眼用像素和右眼用像素，从而本实施例的显示装置能够进行纵向3D显示。
另一方面，在横向3D显示中，在下基板2的两个外端子21之间施加非0Ｖ的电压，而在上基板1的两个外端子21之间施加0Ｖ的电压。其结果是，在液晶层中形成沿图16的横方向延伸的柱面透镜。通过根据柱面透镜的位置在液晶显示屏16上准备左眼用像素和右眼用像素，从而本实施例的显示装置能够进行横向3D显示。
如上所述，液晶透镜元件、显示装置和配备有本实施例的显示装置的终端机能够进行2D显示、纵向3D显示和横向3D显示。
第二实施例
参照图19A至图19C对第二实施例进行说明。本实施例与第一实施例的区别仅仅在于液晶透镜元件中的主方向部分15与触点的配置的不同。图19A至图19C分别说明了本实施例的液晶透镜元件的结构，即，当上基板的电极面朝上时的上基板上的电极配置。图19A和图19B分别说明了与图18所示的结构不同的、多个主方向部分15设置用于一个单位的柱面透镜的结构。或者，如图19C所示，也能够设置一个主方向部分15用于一个单位的柱面透镜，主方向部分15偏离所述单位柱面透镜的中间位置。
如上所述，主方向部分15用于确定电压梯度的方向，只要方向一致，多个主方向部分15也能够设置在多个位置用于一个单位的柱面透镜。另外，主方向部分15也可以配置成能够平行地平移。如在第一实施例中所述，关于使用所述的基板的液晶透镜元件的制造方法，也可以使用众所周知的液晶元件的组装工艺。
第三实施例
参照图20A和图20B、图21A至图21C对第三实施例进行说明。图20A和图20B、图21A至图21C分别说明了上基板的电极面朝上时的上基板上的电极配置。本实施例与第一实施例相比较，其区别仅仅在于液晶透镜元件中的分支 部分14的结构不同。图20A和图20B分别示出了本实施例的液晶透镜元件的结构。在图20A中，分支部分14仅仅由第一导电层构成。在图20B中，分支部分14是由仅由第一导电层构成的部分和仅由第二导电层构成的部分组成的。或者，如图21A、图21B、图21C中所示，整个分支部分14的一部分可以通过使用包括第一导电层和第二导电层的层叠结构来形成。
分支部分14用于在与主方向部分15的延伸方向正交的方向扩大等电势区域。即，在图20A和图20B中，主方向部分15在水平方向上延伸，而分支部分14在纵方向上延伸。因此，等势线具有在纵方向延伸的形状。如上所述，可以在多个位置设置多个分支部分14，只要分支部分14的延伸方向彼此一致即可。另外，通过修改分支部分14的结构，能够得到任意的电势分布。因此，在本实施例的液晶透镜元件中，能够对偏振光的相位速度和执行透镜驱动时的相位调制进行精确地调整。
第四实施例
参照图22对第四实施例进行说明。本实施例与第一实施例的区别在于，液晶透镜元件18的结构不同。本实施例的液晶透镜元件18的结构与图6所示的结构相同。以下，对本液晶透镜元件的制造方法进行说明。准备玻璃基板作为上基板1和下基板2。接着，通过在各玻璃基板上使用例如ITO的材料进行喷镀而形成透明导电层作为第一导电层7，并进行图案化。在图案化过程中，开口部6形成于第一导电层7中。之后，通过在该结构上进行喷镀形成由氧化硅制成的绝缘层。然后，在该结构上进一步形成由ITO制成的另一透明导电层，并进行图案化以成为条形结构的第二导电层9。通过使用所述步骤，制备了所述两片基板。之后，执行包括形成定向膜的过程和定向处理的液晶元件的制造步骤，然后，两个基板配置成，一个基板上的条形结构的第二导电层的方向与另一个基板上的条形结构的第二导电层的方向以直角相互相交。在该过程之后，在基板间注入液晶。
如图22所示，所述液晶透镜元件18在上基板和下基板中的各基板上均包括两个外端子21。当纵向柱面透镜和横向柱面透镜被驱动时，对液晶透镜元件 18施加电压的方法，与图7A和图7B中所示的结构的方法相同。如上所述，本实施例中的液晶透镜元件、显示装置和配备有该显示装置的终端机能够进行2D显示、纵向3D显示和横向3D显示。
第五实施例
以下，对第五实施例进行说明。本实施例中的液晶透镜元件具有如图8所示的结构，该结构与第四实施例的结构不同。在此，对这种液晶透镜元件的制造方法进行说明。第一导电层7、第一绝缘层10、第二导电层9的处理步骤与已说明的第四实施例相同。此外，在本实施例中设有第二绝缘层11和电阻层12。电阻层12是由一种表面电阻值在第一导电层7（或者第二导电层9）的表面电阻值和第二绝缘层11的表面电阻值之间的材料构成的。电阻层12优选是透明的且其电阻值优选是能够控制的。作为以上说明的电阻层12的示例，可以列举已说明的由氧化锌制成的薄层。
另外，本发明的范围并不限定于所述的实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本技术领域人员能够对本发明的所述实施方式中所公开的构造和控制操作进行更改。