专利名称：光学器件和立体显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用电润湿现象的光学器件以及包括此光学器件的显示设备。
背景技术：
在现有技术中，已经开发使用电润湿现象(电毛细现象)实现光学操作的液体光学器件。电润湿现象是指只要在电极与导电液体之间施加电压就改变介于电极表面与液体之间的界面能量从而改变液体的表面形状的现象。例如，已经提出如JP-A-2002-162507和JP-A-2009-251339中所公开的液体柱面透镜作为使用电润湿现象的液体光学器件。此外，在JP-T-2007-534013和 JP-A-2009-217259中公开了液体双凸透镜。
发明内容
在如上述JP-A-2002-162507、JP-A-2009-251339、JP-T-2007-534013 禾口 JP-A-2009-217259中所公开的液体透镜中，一般而言，通过控制施加至电极的电压来改变彼此分离并且具有不同折射率的两种液体的界面形状，以获得所需焦距。此外，所述两种液体比重大致相同，使得即使不同地改变液体透镜的姿势，也不容易出现由于重力而导致的偏转。然而，在具有不同成分的液体之间，根据环境温度出现比重的差异。即，即使两种液体的比重在初始环境温度(例如，20°C)处相同，如果环境温度改变，那么液体的比重可能根据环境温度改变而改变。因此，例如，在JP-A-2002-162507和JP-A-2009-251339中所公开的柱面透镜中，填充在一对相对基板之间的预定单元区域中的两种液体可显著偏离初始位置。即，当柱面透镜的轴向在使用时变为垂直方向时，取决于其长度，具有相对较小比重的液体可在所述单元区域中向上移动，以及具有相对较大比重的液体可在所述单元区域中向下移动。然后，虽然两种液体的界面最初在未施加电压的状态下平行于该对相对基板的表面，但是界面130可相对于该对相对基板的表面倾斜，如图14所示。这里，图14所示的光学器件包括一对彼此相对设置的平面基板121和122以及沿外端垂直设置并且支撑平面基板121和122的侧壁123。极性液体1 和非极性液体1 被密封在由平面基板121 和122以及侧壁123所封闭的空间中，从而形成界面130。在该情况下，即使施加至电极的电压改变，也不可能出现电润湿现象，或者可能很难精确控制界面的形状。因此，需要在很长一段时间内稳定保持具有不同折射率的两种液体的界面。因此，需要提供一种可在很长一段时间内稳定实现电润湿现象并且稳定实现极好光学操作的光学器件，以及一种包括此光学器件的立体显示设备。根据本发明的一实施方式的光学器件包括以下元件(Al)至(A7)(Al)彼此相对设置的第一基板和第二基板；(A2)设置于第一基板的面向第二基板的内表面上的分隔壁，并且在不同于第一方向的第二方向上延伸，以将第一基板上的区域划分为在第一方向上排列的多个单元区域；
(A3)在多个单元区域的每一个中彼此面对地设置于分隔壁的壁面上的第一电极和第二电极；(A4)覆盖第一电极和第二电极的绝缘膜；(A5)设置于第二基板的面向第一基板的内表面上的第三电极；(A6)垂直形成于第二基板的内表面上并且将多个单元区域的每一个划分成在第二方向上排列的多个子单元区域的突起部；以及(A7)密封于第一基板和第三电极之间并且具有不同折射率的极性液体和非极性液体。根据本发明的另一实施方式的立体显示设备包括显示装置和根据上述实施方式的光学器件。例如，所述显示装置为包括多个像素并且产生与视频信号对应的二维显示图像的显示器。在根据本发明的实施方式的光学器件和立体显示设备中，突起部垂直形成于第二基板上，以将由分隔壁形成的单元区域划分成多个子单元区域。利用该结构，即使单元区域处于在垂直方向上延伸的姿势中，根据毛细现象，具有不同折射率和不同比重的两种液体也被稳定地保持在包括突起部、分隔壁等的外围部件中。此外，由于形成多个单元区域的分隔壁设置于第一基板上，将各单元区域分成多个子单元区域的突起部设置于第二基板上， 所以可实现有利于精确且高效制造的结构。例如，由于其上形成有分隔壁的第一基板在分隔壁延伸的第二方向上具有一致截面形状，所以第一基板可通过诸如挤压成形或者使用成型辊的层压转移的单轴成型而形成。因此，有可能容易获得具有高精确度形状的分隔壁。此夕卜，与分隔壁和突起部一起设置于第一基板上的情况相比，可容易地形成第一电极和第二电极。此外，由于在组装光学器件时垂直设置于第一基板上的分隔壁和垂直设置于第二基板上的突起部彼此耦合，所以可容易地定位第一基板和第二基板。根据本发明的实施方式的光学器件，由于将第一基板上的区域划分成多个单元区域的分隔壁设置于第一基板上，以及将各单元区域进一步分成多个子单元区域的突起部设置于第二基板上，所以获得以下效果。即，可在很长一段时间内稳定地保持所含的两种液体的界面，以及稳定且精确地实现所需光学操作，而不因其姿势而受重力影响。因此，根据所述实施方式的包括此光学器件的立体显示设备，可在很长一段时间内实现预定与视频信号对应的正确图像显示。此外，由于分隔壁设置于第一基板上以及突起部设置于第二基板上， 所以可实现精确且高效的制造。
图1为示意性示出了根据本发明实施方式的立体显示设备的结构的图示；图2为示出了图1所示的波前转换偏转部的主要结构的横截面视图；图3A和图;3B为示出了图1所示的波前转换偏转部的主要结构的不同横截面视图；图4为图2所示的波前转换偏转部沿线IV-IV的横截面视图；图5A至图5C为示出了图3A和图所示的液体光学器件的操作的原理图；图6A和图6B为示出图3A和图所示的液体光学器件的操作的不同原理图；图7为示意性示出了在图1所示的波前转换偏转部的制造方法中的一过程的横截
5面视图；图8A和图8B为示意性示出了在图7的过程之后的过程的横截面视图；图9为示意性示出了在图8A和图8B的过程之后的过程的横截面视图；图10为示意性示出了根据第一变形例的波前转换偏转部的结构的横截面视图；图11为示意性示出了根据第二变形例的波前转换偏转部的结构的横截面视图；图12为示意性示出了根据第三变形例的波前转换偏转部的结构的横截面视图；图13为示出了图1所示的波前转换偏转部的不同应用实例的横截面视图；以及图14为示出了现有技术中液体光学器件的构造实例的横截面视图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图对根据本发明的实施方式作详细描述。〈立体显示设备的构造〉首先，将参考图1描述根据一实施方式的使用光学器件的立体显示设备。图1为示意性示出了根据本实施方式的立体显示设备在水平面上的结构实例的图。如图1所示，立体显示设备包括具有多个像素12的显示部1和作为光学器件的波前转换偏转部2，当从光源(未示出)侧看时，显示部1和波前转换偏转部2依次设置。这里，来自光源的光的行进方向为Z轴方向，水平方向为X轴方向，垂直方向为Y轴方向。显示部1根据视频信号产生二维显示图像，例如为通过背光BL的发射而发射显示图像光的彩色液晶显示器。当从光源侧看时，显示部1具有玻璃基板11、各自包括像素电极和液晶层的多个像素12(12L和12R)和玻璃基板13依次层压的结构。玻璃基板11和玻璃基板13为透明的，并且具有红(R)、绿(G)和蓝(B)的着色层的滤色器被设置于玻璃基板 11或玻璃基板13。从而，像素12被分类为显示红色的像素R-12、显示绿色的像素G-12和显示蓝色的像素B-12。在显示部1中，像素R-12、像素G-12和像素B-12依次重复地设置于X轴方向上，而具有相同颜色的像素12设置于Y轴方向上。此外，像素12被分类为发射形成左眼图像的显示图像光的像素和发射形成右眼图像的显示图像光的像素，它们交替地设置于X轴方向上。在图1中，发射左眼显示图像光的像素12被表示为像素12L，以及发射右眼显示图像光的像素12被表示为像素12R。波前转换偏转部2以阵列形状设置，其中与在X轴方向上彼此相邻的一组像素12L 和12R对应形成的液体光学器件20沿X轴方向设置多次。波前转换偏转部2对从显示部 1发射的显示图像光进行波前转换处理和偏转处理。具体地，在波前转换偏转部2中，对应于各像素12的各液体光学器件20用作柱面透镜。即，波前转换偏转部2整个用作双凸透镜。因此，来自各自像素12L和12R的显示图像光的波前通过在垂直方向(Y轴方向)上排列(align)的单位像素12组而被全部一起转换为具有预定曲率的波前。在波前转换偏转部2中，可根据需要将显示图像光共同偏转到水平面OCZ平面)中。将参考图2至图4描述波前转换偏转部2的具体结构。图2为示出与垂直于显示图像光行进方向的XY平面平行的波前转换偏转部 2的主要部件的放大横截面视图。此外，图3A和图;3B为在箭头方向上看沿图2的线 III(A)-III(A)和III(B)-III(B)的横截面视图。图4为在箭头方向上看沿图2的线IV-IV 的横截面视图。图2对应于在箭头方向上看沿图3A和图;3B的线II-II的横截面。
如图2、图3A和图;3B以及图4所示，波前转换偏转部2包括一对彼此相对设置的平面基板21和22、侧壁23以及垂直设置于与平面基板22相对的平面基板21的内表面 21S中并且通过粘合层31支撑平面基板22的分隔壁M。在波前转换偏转部2中，由在Y 轴方向上延伸的多个分隔壁M分隔的多个液体光学器件20在X轴方向上排列，并且作为一个整体形成光学器件。液体光学器件20包括具有不同折射率的两种液体(极性液体观和非极性液体29)，并且对入射光进行诸如偏转或折射的光学作用。平面基板21和22由透射可见光的透明绝缘材料形成，诸如玻璃或透明塑料。将平面基板21上的空间划分成多个单元区域20Z的多个分隔壁M设置于平面基板21的内表面21S上。如上所述，多个分隔壁M在Y轴方向上各自延伸，并且连同多个侧壁23 —起形成具有与在Y轴方向上延伸的像素12组对应的矩形平面形状的多个单元区域20Z。艮口， 侧壁23连接多个分隔壁M的一端并且连接它们的另一端，以与分隔壁M协同包围多个单元区域20Z。当平面基板21的内表面21S用作参考位置时，优选侧壁23的高度23H低于分隔壁M的高度MH(见图4)。非极性液体四被保持在由分隔壁M分隔的各单元区域20Z 中。即，由于分隔壁对的存在，非极性液体四不会移动(流动)至另一相邻单元区域20Z。 优选地，分隔壁M由不溶解于极性液体观和非极性液体四中的材料形成，诸如环氧树脂、 丙烯树脂等。平面基板21和分隔壁M可由同一透明塑料材料形成，或者可以一体形成。彼此相对的第一和第二电极26A和26B形成于各分隔壁M的壁面上。诸如铟锡氧化物(ITO)或氧化锌(SiO)的透明导电材料、诸如铜(Cu)的金属材料或者诸如碳(c)的其他导电材料或导电聚合物可用作形成第一和第二电极26A和^B的材料。第一和第二电极26A和26B连续地从分隔壁M的一端延伸至另一端，没有间断，并且一般形成于一个单元区域20Z中的多个子单元区域SZ(下文将描述)上。各个第一和第二电极26A和26B通过形成于平面基板21上的信号线以及控制部而连接至外部电源(未示出)。各个第一和第二电极26A和26B可通过控制部设定为具有预定幅值的电位。各个第一和第二电极2队和^B的两端连接至形成于侧壁23上表面上的一对垫P26A或一对垫P26B。这里，如图4 所示，如果侧壁23的高度低于分隔壁M的高度，那么由于在第一和第二电极26A和26B与垫P26A和P26B之间的连接部中不存在阶梯，所以可容易地防止断开或者由于制造条件的变化而导致的连接部中连接电阻的增加等。为了防止断开或连接部中连接电阻的增加，优选地，侧壁23内侧的端面23S(面向单元区域20Z的端面23S)是倾斜的。此外，优选地，第一和第二电极26A和^B由疏水性绝缘膜27紧密覆盖。疏水性绝缘膜27代表极性液体28 的疏水特性(拒水性)(严格来说，代表在非电场下非极性液体四的亲和性)，由具有极好电气绝缘特性的材料形成。具体地，例如，可使用氟化聚合物聚偏氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)，或者硅等。这里，为了进一步增强第一电极26A与第二电极26B之间的电气绝缘特性，可在第一和第二电极^A、26B与疏水性绝缘膜27之间形成由例如旋涂玻璃(SOG) 等形成的不同绝缘膜。优选地，分隔壁M的上端或覆盖该上端的疏水性绝缘膜27与平面基板22和第三电极26C分离。在图4中，在说明时省略疏水性绝缘膜27。一个或两个以上突起部25垂直形成于平面基板22上各单元区域20Z中。突起部 25将各单元区域20Z划分成在Y轴方向上排列的多个子单元区域SZ。在设置多个突起部 25的情况下，多个突起部25可沿Y轴方向以均勻间隔排列。突起部25被排列为使得在X 轴方向上的其两端面25T与覆盖分隔壁M以及第一和第二电极26A和^B的疏水性绝缘膜27接触(在不存在疏水性绝缘膜27的情况下，使得两端面25T与第一和第二电极2&k 和26B接触)。图2和图4示出了沿Y轴方向排列多个突起部25的情况，但是突起部的数目可任意选择。例如，优选地，突起部25由具有硬度比分隔壁对、疏水性绝缘膜27以及第一和第二电极26A和26B低的弹性体形成。例如，聚氨酯、硅、聚酰胺或不同热塑性弹性体可用作所述弹性体。由这样的弹性体形成的突起部25的结构用于当在制造过程中分隔壁M、第一和第二电极26A和^5B、疏水性绝缘膜27等形成于平面基板21上的下结构与第三电极^C 和突起部25形成于平面基板22上的上结构耦合时，防止损坏第一和第二电极26A和26B或覆盖第一和第二电极26A和26B的疏水性绝缘膜27。出于相同目的，例如，可通过将具有硬度比分隔壁对、疏水性绝缘膜27以及第一和第二电极^^和26B低的材料膜形成于由与分隔壁M相同的材料形成的基板的表面上来获得突起部25。例如，优选地，可使用PTFE(聚四氟乙烯)、硅等作为形成这种膜的材料。第三电极26C形成于与平面基板21相对的平面基板22的内表面22S上。第三电极^^由诸如ITO或ZnO的透明导电材料形成，并且用作接地电极。极性液体28和非极性液体四被密封在由该对平面电极21和22以及侧壁23和分隔壁M完全封闭的空间区域中。极性液体观和非极性液体四彼此分离而不会溶解于封闭空间中，从而形成界面IF。非极性液体四几乎没有极性，并且具有显示电气绝缘特性的液体材料。例如，优选地，除了诸如正十烷、十二烷、十六烷或十一烷的烃系材料外，使用硅油等作为非极性液体四。优选地，非极性液体四具有足够的能力在第一电极26A与第二电极26B之间未施加电压的情况下覆盖平面基板21的整个表面。另一方面，极性液体观为具有极性的液体材料。例如，使用水或优选地通过溶解诸如氯化钾或氯化钠的电解质而获得的水溶液作为极性液体观。如果电压施加至极性液体 28，那么与非极性液体四相比，内表面27A和27B的润湿特性(极性液体28与内表面27A 和27B之间的接触角)显著改变。极性液体观与作为接地电极的第三电极26C接触。极性液体28和非极性液体四被调整为在室温(例如，20°C )下具有大致相同的比重，并且以密封次序判定极性液体观与非极性液体四之间的位置关系。由于极性液体 28和非极性液体四是透明的，所以透过界面IF的光根据光的入射角以及极性液体观和非极性液体四的折射率而折射。极性液体观和非极性液体四因突起部25的存在而稳定地保持在初始位置中(图 3A和图;3B所示)。这是因为极性液体观和非极性液体四与突起部25接触，使得界面张力施加在接触界面中。具体地，设置于同一单元区域20Z中的突起部25的间隔Ll (见图2) 可不长于表示为以下条件表达式(1)的毛细管长度K—1。毛细管长度K—1是指最大长度，其中，对于极性液体观与非极性液体四之间的界面中出现的界面张力而言可忽略重力的影响。因此，当间隔Ll满足条件表达式(1)时，极性液体洲与非极性液体四被足够稳定地保持在初始位置中(图3A和图;3B所示)，而不受波前转换部2 (和偏转部幻的姿势影响。Γ1 = {Δ γ/(Δ ρ Xg)}0·5. .. (1)其中，IT1为毛细管长度(mm)；Δ y为极性液体与非极性液体之间的界面张力(mN/m)；
Δ ρ为极性液体与非极性液体之间的密度差(g/cm3)；以及g为重力加速度(m/s2)。此外，在该实施方式中，出于与如上所述相同的原因，多个突起部25中位于Y轴方向上两端中的突起部25优选地被设置为使得在Y轴方向上距离侧壁23的最短距离L2 (见图2)不长于表示为以上条件表达式(1)的毛细管长度ΚΛ如上所述，毛细管长度Γ1根据形成界面的两种介质的类型而改变。例如，如果极性液体观为水，非极性液体四为油，由于条件表达式(1)的界面张力Δ Υ为四.5mN/m、密度差Δ ρ为0. 129g/cm3，那么毛细管长度IT1为15. 2mm。因此，通过将密度差Δ ρ设定为 0. 129g/cm3以下，可将间隔Ll和距离L2设定为最大15. 2mm。在液体光学器件20中，在第一电极与第二电极26A和26B之间未施加电压的状态下(在电极26A和^B的电位都为零的状态下)，如图3A所示，界面IF形成从极性液体28 侧朝着非极性液体四的凸曲线。这里，界面IF的曲率在Y轴方向上是一致的，并且各液体光学器件20用作一个柱面透镜。此外，界面IF的曲率在该状态下(在第一电极与第二电极26A和26B之间未施加电压的状态下)变为最大。例如，可通过选择疏水性绝缘膜27的材料类型来调整对于内表面27A非极性液体四的接触角θ 1以及对于内表面27Β非极性液体四的接触角θ 2。这里，如果非极性液体四具有比极性液体观大的折射率，那么液体光学器件20提供负折射力。另一方面，如果非极性液体四具有比极性液体观小的折射率，那么液体光学器件20提供正折射力。例如，如果非极性液体四为烃系材料或硅油，极性液体观为水或电解水溶液，那么液体光学器件20提供负折射力。如果在第一与第二电极26Α和26Β之间施加电压，那么界面IF的曲率变小，例如， 如果施加某一电平以上的电压，那么界面IF变为平面，如图5Α至图5C所示。图5示出了第一电极2队的电位(Vl)和第二电极^B的电位(V2)相同(VI = V2)的情况。在该情况下，接触角Θ1和θ 2都变为直角(90°C)。此时，进入液体光学器件20并且通过界面IF 的入射光按照原样从液体光学器件20输出，在界面IF中没有诸如会聚、发散或偏转的光学效应。在电位Vl和电位V2彼此不同(VI Φ V2)的情况下，例如，如图5Β和图5C所示， 界面IF变为相对于X轴和Z轴倾斜(θ 1兴θ 2)的平面(平行于Y轴)。具体地，如果电位Vl大于电位V2(V1 > V2)，如图5Β所示，那么接触角θ 1大于接触角Θ2(Θ1> θ 2)。 另一方面，如果电位V2大于电位Vl (VI < V2)，如图5C所示，那么接触角θ 2大于接触角 θ 1 ( θ 1 < θ 2)。在这些情况下(VI Φ V2)，例如，与第一电极和第二电极26A和26B平行行进以进入液体光学器件20的入射光在)(Z平面内在界面IF中被折射，然后被偏转。因此， 通过调整电位Vl和电位V2的幅值，可在TL平面内在预定方向上偏转入射光到。据推断，此现象(根据电压的施加而改变接触角Θ1和θ 2)出现如下。S卩，通过施加电压，电荷在内表面27Α和27Β中累积，具有极性的极性液体观由于电荷的库仑力而被牵引至疏水性绝缘膜27。然后，与内表面27Α和27Β接触的极性液体观的面积被增大， 非极性液体四移动(变形)，被极性液体观迫使从内表面27Α和27Β接触的部分后退。结果，界面IF接近于平面。此外，通过调整电位Vl和电位V2的幅值来改变界面IF的曲率。例如，如果电位 Vl和V2(V1 =V2)为低于当界面IF变为水平面时的电位Vmax的值，例如，如图6A所示，那
9么获得具有比在电位Vl和V2为零情况下界面IFJ由虚线指示)的曲率小的曲率的界面 IF^由实线指示)。因此，可通过改变电位Vl和电位V2的幅值来调整施加在通过界面IF 的光上的折射力。即，液体光学器件20用作变焦透镜。此外，如果电位Vl和电位V2在该状态下具有不同幅值(VI Φ V2)，那么界面IF处于倾斜状态，同时具有适当的曲率。例如，如果电位Vl大于电位V2 (VI > V2)，那么界面1 形成为由图6B中的实线指示。另一方面， 如果电位V2大于电位Vl (VI <V2)，那么界面1! 形成为由图6B中的虚线指示。因此，通过调整电位Vl和电位V2的幅值，液体光学器件20可为入射光提供适当的折射力，并且可使入射光在预定方向上偏转。在图6A和图6B中，示出了在非极性液体四具有比极性液体 28大的折射率并且液体光学器件20提供负折射力的情况下，当形成界面IF1和1 时入射光的改变。接着，将参考图7至图9所示的示意性横截面图描述波前转换偏转部2的制造方法。首先，制备平面基板21，然后，如图7所示，将侧壁23(图7未示出)和分隔壁M 分别形成于该基板的一表面(内表面21 上的预定位置中。具体地，例如，通过旋转涂布方法在内表面21S上以尽可能均勻的厚度涂布预定树脂，然后通过光刻法选择性地暴露树脂涂层从而执行图案化。可选地，由同一类型材料一体形成的平面基板21、侧壁23和分隔壁M可通过使用预定形状的模具批量成型而形成。此外，这些可通过注入成型、热压成型、 使用膜材料的转移成型、2P (光复制处理)等而形成。接着，制备平面基板22，然后，如图8A所示，将突起部25形成于该基板的一表面 (内表面22 上的预定位置中。突起部25可以与侧壁23和分隔壁M类似的方式形成。之后，将由预定导电材料形成的第三电极26C形成于内表面22S上。为了形成第三电极^C， 例如，可使用诸如光刻、掩膜转移或喷墨绘图的技术。由此，完成上结构。另一方面，例如，通过与第三电极26C中相同的方法，在形成于平面21上的分隔壁 24的端面上形成由预定导电材料形成的第一和第二电极26A和^B，如图8B所示。此外， 根据需要，由对二甲苯树脂、氟化树脂、无机绝缘材料等形成的疏水性绝缘膜27形成为至少覆盖第一和第二电极26A和^B。当使用对二甲苯树脂时，可通过沉积方法形成疏水性绝缘膜27 ；当使用氟化树脂时，可通过溅射方法或浸涂方法形成疏水性绝缘膜27 ；以及当使用无机绝缘材料时，可通过溅射方法或CVD方法形成疏水性绝缘膜27。疏水性绝缘膜27 可覆盖内表面21S或突起部25。由此，完成下结构。随后，如图9所示，非极性液体四被注入或滴入由分隔壁M分隔的各单元区域 20Z。之后，耦合图8A所示的上结构和图8B所示的下结构，使得内表面22S和内表面21S 彼此面对。此时，粘合层31形成为沿平面基板21和平面基板22重叠的区域的外缘包围多个单元区域20Z，因此，平面基板22通过粘合层31固定至侧壁23和分隔壁24。注入端口 (未示出)形成于粘合层31的一部分中。最后，在由平面基板21、侧壁23、分隔壁M和平面基板22包围的空间中填充极性液体观，然后密封注入端口。根据上述程序，可简单地制造包括具有极好响应特性的液体光学器件20的波前转换偏转部2。<立体显示设备的操作>在立体显示设备中，如果视频信号被输入至显示部1，那么从像素12L发射左眼显示图像光IL，以及从像素12R发射右眼显示图像光顶。显示图像光IL和顶全部进入液体光学器件20。在液体光学器件20中，适当值的电压被施加至第一和第二电极26A和^B， 使得其焦距变为例如通过空气换算像素12L和12R与界面IF之间的折射率而获得的距离。 根据观看者的位置，液体光学器件20的焦距可向前或向后改变。根据由液体光学器件20 中极性液体观与非极性液体四之间的界面IF形成的柱面透镜的操作，选择从显示部1的各自像素12L和12R发射的显示图像光IL和顶的发射角。因此，如图1所示，显示图像光 IL进入观看者的左眼10L，以及显示图像光顶进入观看者的右眼10R。由此，观看者可观看立体视频。此外，由于液体光学器件20中的界面IF被调整为平坦面(见图5A)，并且不执行显示图像光IL和顶的波前转换，所以可显示高清晰度的二维图像。〈本实施方式的效果〉以这种方式，在根据本实施方式的波前转换偏转部2中，突起部25形成于平面基板22上以将由分隔壁M分隔的各单元区域20Z分成多个子单元区域SZ。因此，即使波前转换偏转部2 (液体光学器件20)被设置为使得单元区域20Z在垂直方向上延伸，具有不同折射率和比重的两种液体(极性液体观和非极性液体29)也因毛细现象而稳定地保持在诸如突起部25和分隔壁M的外围构件中。即，可在很长一段时间内稳定地保持界面IF以及稳定地提供期望的光学操作，而不因液体光学器件20的姿势而受重力影响。因此，根据包括液体光学器件20的立体显示设备，可在很长一段时间内实现与预定视频信号对应的正确图像显示。此外，在本实施方式中，因为分隔壁M形成于平面基板21上，突起部25形成于平面基板22上，所以可实现精确且高效制造。例如，因为其上形成有分隔壁M的平面基板21 在分隔壁M延伸的Y轴方向上具有一致的横截面形状，所以可通过使用同一材料的单轴成型来批量形成这些元件。例如，挤压成形或者使用成型辊的层压转移可用作单轴成型。通过采用上述单轴成型，可容易地提供具有高精确度形状的分隔壁。在该情况下，为了彼此连接分隔壁M的一侧端以及彼此连接分隔壁的另一侧端，需要通过不同的工艺形成侧壁23。此外，与分隔壁M和突起部25都形成在一个基板(平面基板21)上的情况相比， 可减少第一和第二电极26A和^B的厚度变化。此外，当组装作为光学器件的波前转换偏转部2时，通过耦合形成于平面基板21上的分隔壁M和形成于平面基板22的突起部25， 可相对容易地定位平面基板21和平面基板22。具体地，在本实施方式中，在X轴方向上突起部25的宽度与单元区域20Z的宽度一致，以及突起部25的两端面25T分别与覆盖第一和第二电极26A和^B的疏水性绝缘膜27接触。因此，可更容易和更简单地进行平面基板 21与平面基板22之间的定位。此外，例如，在平面基板21和22由玻璃形成并且分隔壁M 由树脂形成的情况下，由于存在与覆盖分隔壁M的疏水性绝缘膜27接触的突起部25，可减轻因热而导致的分隔壁M的膨胀和收缩。另一方面，形成于平面基板22上的突起部25与由疏水性绝缘膜27覆盖的平面基板21分离，以及平面基板22与由疏水性绝缘膜27覆盖的分隔壁M分离。因此，当极性液体28和非极性液体四在制造过程中被注入单元区域20Z时，极性液体28和非极性液体四在突起部25与覆盖平面基板21的疏水性绝缘膜27之间的间隙以及平面基板22与覆盖分隔壁M的疏水性绝缘膜27之间的间隙中循环。因此，在同一单元区域20Z中，使极性液体 28和非极性液体四的比例均勻以防止界面IF的位置的变动。因此，可将稳定光操作分配给排列在Y轴方向上的多个像素12L (或12R)的显示图像光IL (或IR)。此外，在本实施方式中，突起部25由硬度比分隔壁M、疏水性绝缘膜27以及第一和第二电极26A和26B低的弹性体形成。可选地，例如，突起部25设置有形成于具有与分隔壁M相同硬度的基板表面上的PTFE膜、硅膜等。因此，在制造过程中，可防止损坏第一和第二电极26A和^B以及疏水性绝缘膜27。此外，在本实施方式中，彼此相对设置于分隔壁M的壁面上的第一和第二电极 26A和26B连续地从分隔壁24的一端延伸至分隔壁的另一端，而没有任何间断，在运行期间获得以下操作。即，如果在某一单元区域20Z中的第一和第二电极26A和26B之间施加电压，那么在构成同一单元区域20Z的多个子单元区域SZ中的极性液体观和非极性液体四的液面共同示出更正确的行为(behave)。具体地，如果侧壁23的高度23H低于分隔壁 24的高度MH，那么因为在第一和第二电极26A和^B与垫P26A和P26B之间的连接部中不存在阶梯，所以可确保连接部中的恒定横截面积，以从而容易地防止在一对垫^A中以及在一对垫^B中的电阻增加。<第一变形例>图10示出了根据本实施方式的第一变形例的波前转换偏转部2A，其示出了波前转换偏转部2A的横截面结构，对应于上述实施方式中的图:3B。在上述实施方式中，突起部 25的端面25T与覆盖分隔壁M的疏水性绝缘膜27的若干部分接触。另一方面，在本变形例中，突起部25与覆盖分隔壁M的疏水性绝缘膜27的部分分离并且与覆盖平面基板21 的疏水性绝缘膜27的部分接触。利用该结构，即使突起部25由具有相对高硬度的材料形成，也可防止覆盖分隔壁M的疏水性绝缘膜27的部分损坏，以及更精确地保持平面基板21 与平面基板22之间的间隙。<第二变形例>图11示出了根据本实施方式的第二变形例的波前转换偏转部2B，其示出了波前转换偏转部2B的横截面结构，对应于上述实施方式中的图:3B。在上述实施方式中，突起部 25与覆盖平面基板21的疏水性绝缘膜27的部分分离。另一方面，在本变形例中，突起部 25与覆盖平面基板21的疏水性绝缘膜27的部分接触。利用该结构，可更精确地保持平面基板21与平面基板22之间的间隙。<第三变形例>图12示出了根据本实施方式的第三变形例的波前转换偏转部2C，其示出了波前转换偏转部2C的横截面结构，对应于上述实施方式中的图:3B。在上述实施方式中，突起部 25的端面25T形成为垂直于内表面22S。另一方面，在本变形例中，突起部25的两端面25T 倾斜以变为随着远离平面基板22彼此逐渐接近。利用该结构，当组装波前转换偏转部2时， 可更简单地执行平面基板21与平面基板22之间的定位。在该实例中，如图12所示，随着突起部25的两端面远离平面21，分隔壁M在X轴方向上的宽度逐渐变窄。利用该结构，与分隔壁M的壁面垂直于内表面21S的实例相比，当第一和第二电极26A和26B形成于分隔壁M的壁面上时，可容易地控制电极的厚度。因此，可防止第一和第二电极26A和^B的电阻增大。具体地，这在使用沉积方法的情况下是有效的。此外，在本变形例中，通过使突起部25处于与覆盖平面基板21的疏水性绝缘膜27的部分接触的状态下，可更精确地保持平面基板21与平面基板22之间的间隙。
上文中，虽然已经描述本发明的实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式，并且可用各种不同变形例。例如，在上述实施方式中，光聚焦或发散效应以及偏转效应全部都由波前转换偏转部2中的液体光学器件20提供。然而，通过单独形成波前转换部和偏转部， 光聚焦或发散效应以及偏转效应可由单独器件分配给显示图像光。此外，如图13所示，通过匹配一组像素12L和12R与多个液体光学器件20以及通过组合所述多个液体光学器件20，可获得一个柱面透镜的功能。图13示出了通过液体光学器件20A、20B和20C形成一个柱面透镜的实例。此外，在上述实施方式中，第三电极26C在平面基板22的内表面22S上延伸，以几乎对应于多个子单元区域SZ的全部。然而，只要恒定保持第三电极26C与极性液体观任意接触的状态，第三电极的大小(形成面积)可任意选择。此外，在上述实施方式中，虽然各单元区域的平面形状为矩形，但是本发明并不限于此。例如，可使用平行四边形形状。此外，在上述实施方式中，虽然突起部在与分隔壁的延伸方向(Y轴方向)垂直的方向(X轴方向)上延伸，但是本发明并不限于此。即，突起部可在不同方向上延伸。此外，突起部的形状并不限于图中所示的形状，并且可为不同形状。此外，在上述实施方式中，虽然采用背光的彩色液晶显示器被用作二维图像产生装置，但是本发明并不限于此。例如，可使用采用有机EL显示器或等离子体显示器。本发明包括于2010年11月2日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-246507中所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。本领域的技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，它们均包括在所附权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种光学器件，包括第一基板和第二基板，彼此相对设置；分隔壁，垂直设置于所述第一基板的面向所述第二基板的内表面上，并且在与第一方向不同的第二方向上延伸，以将所述第一基板上的区域划分为在所述第一方向上排列的多个单元区域；第一电极和第二电极，在所述多个单元区域的每一个中彼此面对地设置于所述分隔壁的壁面上；绝缘膜，覆盖所述第一电极和第二电极；第三电极，设置于所述第二基板的面向所述第一基板的内表面上； 突起部，垂直形成于所述第二基板的内表面上，并且将所述多个单元区域中的每一个划分为在所述第二方向上排列的多个子单元区域；以及极性液体和非极性液体，密封于所述第一基板和所述第三电极之间，并且具有不同的折射率。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述突起部由硬度比所述分隔壁、所述绝缘膜以及所述第一电极和第二电极低的弹性体形成。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其中，所述突起部在所述第一方向上的两个端面都与所述绝缘膜接触。
4.根据权利要求3所述的光学器件， 其中，所述突起部与所述第一基板接触。
5.根据权利要求1或2所述的光学器件，其中，所述突起部在所述第一方向上的两个端面都倾斜成随着所述端面远离所述第二基板而彼此逐渐接近。
6.根据权利要求5所述的光学器件， 其中，所述突起部与所述第一基板接触。
7.根据权利要求1所述的光学器件， 其中，所述突起部由热塑性弹性体形成。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述绝缘膜由聚四氟乙烯或硅形成。
9.根据权利要求1所述的光学器件， 其中，所述突起部与所述第一基板分离。
10.一种光学器件，包括第一基板和第二基板，彼此相对设置；分隔壁，垂直设置于所述第一基板的面向所述第二基板的内表面上，并且在第一方向上排列；突起部，垂直设置于所述第二基板的面向所述第一基板的内表面上，并且在不同于所述第一方向的第二方向上排列；第一电极和第二电极，彼此相对设置于所述分隔壁的表面上；以及第一液体和第二液体，密封于所述第一基板与所述第二基板之间，具有不同的折射率。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述突起部由硬度比所述分隔壁低的弹性体形成。
12.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述突起部在所述第一方向上的两个端面都与所述绝缘膜接触。
13.根据权利要求10所述的光学器件， 其中，所述突起部与所述第一基板接触。
14.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述突起部在所述第一方向上的两个端面都倾斜成随着所述端面远离所述第二基板而彼此逐渐接近。
15.根据权利要求14所述的光学器件， 其中，所述突起部与所述第一基板接触。
16.根据权利要求10所述的光学器件， 其中，所述突起部由热塑性弹性体形成。
17.根据权利要求10所述的光学器件，还包括覆盖所述第一电极和第二电极的绝缘膜，其中，所述绝缘膜由聚四氟乙烯或硅形成。
18.一种立体显示设备，包括显示装置和光学器件， 所述光学器件包括第一基板和第二基板，彼此相对设置；分隔壁，垂直设置于所述第一基板的面向所述第二基板的内表面上，并且在不同于第一方向的第二方向上延伸，以将所述第一基板上的区域划分成在所述第一方向上排列的多个单元区域；第一电极和第二电极，在所述多个单元区域的每一个中彼此面对地设置于所述分隔壁的壁面上；绝缘膜，覆盖所述第一电极和第二电极；第三电极，设置于所述第二基板的面向所述第一基板的内表面上； 突起部，垂直形成于所述第二基板的内表面上，并且将所述多个单元区域中的每一个划分为在所述第二方向上排列的多个子单元区域；以及极性液体和非极性液体，密封于所述第一基板和所述第三电极之间，具有不同的折射率。
19.根据权利要求18所述的立体显示设备，其中，所述光学器件具有在所述第一方向上偏转来自所述显示装置的显示图像光的功能。
20.根据权利要求19所述的立体显示设备，其中，所述光学器件用作波前转换装置，用于转换来自所述显示装置的所述显示图像光中的波前的曲率。
全文摘要
本发明公开了一种光学器件和立体显示设备。该光学器件包括彼此相对设置的第一基板和第二基板；垂直设置于面向第二基板的第一基板的内表面上的分隔壁，在不同于第一方向的第二方向上延伸，以将第一基板上的区域划分为在第一方向上排列的多个单元区域；在各个所述单元区域中彼此面对地设置于分隔壁的壁面上的第一电极和第二电极；覆盖第一和第二电极的绝缘膜；设置于面向第一基板的第二基板的内表面上的第三电极；垂直形成于第二基板的内表面上并且将各个所述多个单元区域划分成在第二方向上排列的多个子单元区域的突起部；以及密封于第一基板和第三电极之间并且具有不同折射率的极性液体和非极性液体。
文档编号G02B27/22GK102466826SQ20111032843
公开日2012年5月23日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年11月2日
发明者高井雄一 申请人:索尼公司