专利名称：光学元件及其方法、光学元件阵列、显示装置及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用电湿润现象的光学元件和光学元件阵列，包含该光学元件和光学元件阵列的显示装置和电子设备，以及形成该光学元件的方法。
背景技术：
在相关领域中，已开发了通过电湿润现象(电毛细现象)显示出光学作用的液体光学元件。电湿润现象是以下现象，其中当电压被施加至电极和导电液体(极性液体)之间时， 电极与液体的表面的界面能量以及液体的表面形状发生改变。
本申请人已提出了一种包括多个使用电湿润现象的液体光学元件作为柱面透镜的立体图像显示装置(例如，日本专利申请公开第2009-247480号)。发明内容
总体上，由于液体光学元件使用电湿润现象，电极表面以防水绝缘层覆盖。在该绝缘层中，要求确保所需的绝缘特性(充分抑制漏电流)并在极性液体中得到所需的接触角。
近年来，出现了以低施加电压驱动液体光学元件的需求。因此，已考虑增加绝缘膜的介电常数并减少绝缘层的厚度。然而，对于小型液体光学电学元件，难以薄且均匀地形成覆盖电极的绝缘膜。
鉴于以上问题而做出了本发明，并且本发明的第一目的是提供一种光学元件和光学元件阵列，以及包括该光学元件和光学元件阵列的显示装置和电子设备，其中，能够精确地执行操作而同时确保充分的绝缘特性。此外，本发明的第二目的是提供一种形成光学元件的方法。
本发明的光学元件，包括彼此面对设置的第一和第二基板；一对壁部，竖立在第一基板的面对第二基板的内表面上从而在第一方向上彼此相邻并且在不同于第一方向的第二方向上延伸；第一和第二电极，设置在一对壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对， 并且被设置为与第一基板分离；绝缘膜，覆盖第一和第二电极；第三电极，设置在第二基板的面对第一基板的内表面上；以及极性液体和非极性液体，封在第一基板和第二基板之间并且具有不同的折射率。
本发明的光学元件阵列，包括彼此面对设置的第一和第二基板；壁部，竖立在第一基板的面对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，使得针对在第一方向上布置的多个光学元件中的每一个来划分第一基板上的区域；第一和第二电极， 设置在壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与第一基板分离；绝缘膜， 覆盖第一和第二电极；第三电极，设置在第二基板的面对第一基板的内表面上；以及极性液体和非极性液体，封在第一基板和第三电极之间并且具有不同的折射率。
本发明的显示装置包括上述的显示单元和光学元件阵列。本发明的电子设备包括显示装置。显示单元是具有多个像素并根据视频信号生成二维显示图像的显示器。
本发明的形成光学元件的方法，包括在第一基板的表面上形成被竖立为在第一方向上彼此相邻并且在不同于第一方向的第二方向上延伸的一对壁部；形成抗蚀层，从而连续地覆盖壁部的壁面和第一基板的表面；将覆盖壁部的壁面的所述抗蚀层的、覆盖与第一基板的表面分离的区域的那部分选择性去除；形成面对的第一和第二电极以覆盖壁部的壁面中抗蚀层被去除的区域，然后去除剩余的抗蚀层的其他部分；形成绝缘膜从而覆盖第一和第二电极；布置一个表面上设置有第三电极的第二基板，使得第三电极面对第一基板； 以及将具有不同折射率的极性液体和非极性液体封在第一基板和所述第二基板之间。
在本发明的光学元件、光学元件阵列、显示装置、电子设备以及形成光学元件的方法中，在分隔壁(壁部)的壁面上设置第一和第二电极，与用作多个元件区域的底面的第一基板的表面相分离。因此，与第一和第二电极被形成为与第一基板的表面接触的情况相比， 覆盖第一和第二电极的绝缘膜的厚度变化减小。这是因为在第一和第二电极被形成为接触第一基板的表面时，用于形成绝缘膜的材料难以附着到分隔壁(壁部)和第一基板交叉的角部中的第一和第二电极。
根据上述的本发明的实施方式，在光学兀件和光学兀件阵列中，由于覆盖第一和第二电极的绝缘膜的厚度变化减少，因此在确保充分绝缘特性的同时，能够以低电压实现精确驱动，即使当厚度较小时。因此，根据本发明的包括光学元件阵列的显示装置和电子设备，可以在降低功耗的同时，实现对应于预定视频信号的精确图像显示。在本发明的形成光学元件的方法中，由于不适用掩膜，可避免由于对准误差而导致的制造误差。因此，即使当第一基板和壁部是由会由于温度变化而引起大的尺寸变化的树脂制成，也能够以高的尺寸精度形成光学元件。
图I是示出根据本发明实施方式的立体显示装置的构造的示意图2是示出图I中所示的波面转换/偏光单元的主要部分的构造的透视图3是示出图I中所示的波面转换/偏光单元的主要部分的构造的平面视图4是图3中所示的波面转换/偏光单元沿线IV-IV截取的截面图5是图3中所示的波面转换/偏光单元沿线V-V截取的截面图6的(A)至(C)是示出了图3中所示的液体光学元件的操作的概念图7的(A)至(B)是示出了图3中所示的液体光学元件的操作的另一概念图8是示出制造图I中所示的波面转换/偏光单元的方法的一个处理的透视图
图9是示出了在图8之后的一个处理的示意截面图10是示出了在图9之后的一个处理的示意截面图11是示出了在图10之后的一个处理的示意截面图
图12是示出了在图11之后的一个处理的示意截面图
图13是示出了在图12之后的一个处理的示意截面图
图14是示出了在图13之后的一个处理的示意截面图
图15是示出对应于使用显示装置的电子设备的电视设备的构造的透视图16是示出图I中所示的波面转换/偏光单元的另一使用例的截面图；以及
图17是示出根据变型例的波面转换单元的透视构造的电子显微镜照片。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。注意，在说明书和附图中， 具有基本上相同功能和结构的结构元件以相同的参考标号标注，并省略对于这些结构元件的重复说明。
下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。将按照以下顺序进行随后的描述。
I.实施方式(图I至图14):立体显示装置
2.应用例(图15):显示装置的应用示例(电子设备)
〈立体显示装置的构造〉
首先，将参照图I描述根据本发明实施方式的使用液体光学元件阵列的立体显示装置。图I是示出根据此实施方式的立体显示装置的平面构造的实例的示意图。
如图I所示，立体显示装置从光源(未图示)侧顺序地包括具有多个像素12的显示单元I和用作液体光学元件阵列的波面转换/偏光单元2。在此情况下，来自光源的光的行进方向被设定为Z轴方向，水平方向被设定为X轴方向，并且垂直方向被设定为Y轴方向。
显示单元I根据视频信号生成二维显示图像。例如，显示单元I是彩色液晶显示器，其通过来自背光BL的光的辐射来出射显示图像光。显示单元I具有从光源一侧顺次层叠有玻璃基板11、包括像素电极和液晶层的多个像素12 (12L和12R)以及玻璃基板13的构造。玻璃基板11和玻璃基板13是透明基板，并且具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的有色层的滤色器被设置在玻璃基板11和玻璃基板13中的任一个中。由此，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以及显示蓝色的像素B-12。在显示单元I中， 像素R-12、像素G-12以及像素B-12顺次并且重复地排列在X轴方向上，并且同色的像素 12排列在Y轴方向上。像素12被分类为出射显示图像光以形成左眼图像的像素和出射显示图像光以形成右眼图像的像素，并且所分类的像素被交替排列在X轴方向上。在图I中， 出射显示图像光以形成左眼图像的像素12被示为像素12L，并且出射显示图像光以形成右眼图像的像素12被示为像素12R。
波面转换/偏光单元2具有阵列形状，其中，在X轴方向上排列均与X轴方向上彼此相邻的一组像素12L和12R相对应的多个液体光学元件20。波面转换/偏光单元2对于从显示单元I出射的显示图像光执行波前转换处理和偏转处理。具体地，在波面转换/ 偏光单元2中，与各像素12相对应的各液体光学元件20用作柱面透镜。即，波面转换/偏光单元2整体上用作双凸透镜。从而，以在垂直方向(Y轴方向)上排列的像素12的组为单位，来自像素12L和12R的显示图像光的波前被共同转换为具有不变曲率的波前。在波面转换/偏光单元2中，根据需要，显示图像光能够被共同在水平平面(XZ平面)内偏转。
将参照图2至图4描述波面转换/偏光单元2的具体构造。
图2是示出波面转换/偏光单元2的主要部分的透视图。图3是从显示图像光的行进方向观察的波面转换/偏光单元2在XY平面内的平面视图。图4是沿图3所示的 IV-IV线截取的箭头方向的截面图。图5是沿图3所示的V-V线截取的箭头方向的截面图。
如图2至图5所示，波面转换/偏光单元2包括被布置为彼此面对的一对平面基板21和22，以及在平面基板21的面对平面基板22的内表面21S上竖立并且通过粘合层 31支撑平面基板22的侧壁23和分隔壁24。在波面转换/偏光单元2中，被Y轴方向上延伸的多个分隔壁24分开的多个液体光学元件20被配置在X轴方向上，并且整体上构成液体光学元件阵列。液体光学元件20包括具有不同折射率的两种液体(极性液体29P和非极性液体29N)，并且对于入射光引起诸如偏转和折射的光学作用(B卩，波前转换行为和偏转行为)。在图2和图3中，除了粘合层31、侧壁23、平面基板22、极性液体29P以及非极性液体 29N之外，绝缘膜28 (稍后描述)和第三电极27 (稍后描述)未在图中示出。
平面基板21和22由传输可见光的诸如玻璃或透明塑料的透明绝缘材料形成。在平面基板21的内表面21S上，竖立了针对多个液体光学元件20中的每一个分隔平面基板 21上的空间区域的多个分隔壁24。即，为作为介于彼此相邻的分隔壁24之间的空间的各元件区域20R设置液体光学元件20。因为多个分隔壁24在Y轴方向上延伸，因此液体光学元件20 (元件区域20R)具有矩形平面形状以对应于在Y轴方向上排列的显示像素12的组。在各元件区域20R中，保持非极性液体29N。即，由于设置了分隔壁24，非极性液体29N 不移动(流动)至相邻的元件区域20R。分隔壁24优选由不溶于极性液体29P和非极性液体29N的材料形成，例如，环氧树脂或丙烯酸树脂。平面基板21和分隔壁24可由相同种类的透明塑料材料形成，并且可一体成型。优选地，分隔壁24覆盖有保护层35 (参照图4)。 这减轻了在形成稍后所述的第一电极25和第二电极26时所遭受的破坏，并且改善了与第一电极25和第二电极26的附着性。在图4中，保护层35被设置为覆盖分隔壁24的壁面 24S和顶表面24T的整个表面以及平面基板21的内表面21S。然而，保护层35可被至少设置壁面24S与第一电极25和第二电极25之间。在图1至图3和图5中，以及稍后描述的图6和图7中，未示出保护层35。作为保护层35，优选反应离子刻蚀、不溶于有机溶液并且与第一电极25和第二电极26具有优异附着性的保护层。用于形成保护层的材料包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiOxNy)、氧化铝(A1203)、以及氧化钽(Ta2O5)中的至少一种。
在各分隔壁24的壁面24S上，通过保护层35来设置被配置为彼此面对的第一电极25和第二电极26。作为形成第一电极25和第二电极26的材料，可使用诸如氧化铟锡 (ITO)或氧化锌(ZnO)的透明导电材料、诸如铜(Cu)的金属材料以及诸如碳(C)或导 电聚合物的其他导电材料。第一电极25和第二电极26具有带形形状,并且在Y轴方向上从分隔壁24的一端到其另一端连续形成，除了分离部分32和33。S卩，第一电极25在分离部分 33中被分尚为两个部分25A和25B。第二电极26在分尚部分32中被分尚为两个部分26A 和26B。在以下描述中，部分25A和25B被描述为第一电极25A和25B，并且部分26A和26B 被描述为第二电极26A和26B。分离部分32和33通过激光束照射形成，并且是通过去除分隔壁24和平面基板21的部分表面而形成的凹部。分离部分32被设置为靠近分隔壁24在 Y轴方向上的一端，并且分离部分33被设置为靠近分隔壁24在Y轴方向上的另一端。元件区域20R的在分离部分32和分离部分33之间的区域，即，第一电极25A和第二电极26B的重叠区域(面对区域)，成为有效区域20Z。有效区域20Z是其中能够对于从显示单元I出射的显示图像光执行波前转换处理和偏转处理的区域。
第一电极25和第二电极26未覆盖分隔壁24的整个壁面,并且未被设置在壁面的下部(即，平面基板21的周围部分)中。由此，第一电极25和第二电极26不接触平面基板 21并且被设置为被分离。在各元件区域20R的Y轴方向上的两端中，设置连接部分34(34A 和34B)以覆盖平面基板21的表面以及分隔壁24的壁面的下部。在连接部分34A和34B 中，设置了通过丝网印刷方法形成的银膏34H，并且银膏被连接至外部电源的导电配线，从而电压可被供应。因此，连接部分34A与接触连接部分34A的第一电极25A和第二电极26A 进入导电状态。类似地，连接部分34B与接触连接部分34B的第一电极25B和第二电极26B 进入导电状态。第一电极25和第二电极26的电势可通过设置在平面基板21的背面的控制单元(未图示)被设定为预定电势。
第一电极25和第二电极26被绝缘膜28紧密覆盖。绝缘膜28可被形成为完全覆盖第一电极25和第二电极26、分隔壁24以及平面基板21。绝缘膜28由对于极性液体29P 表现出疏水性 (斥水性)(严格意义上，在未施加电场状态下对非极性液体29N表现出亲和性)并且具有优异的电绝缘性的材料形成。具体地，可使用诸如聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)的含氟聚合物或硅。然而，为了改善第一电极25与第二电极26的电绝缘性，旋涂玻璃(SOG)形成的另一绝缘层可被设置在第一电极25和第二电极26与绝缘层28 之间。分隔壁24的上端或者覆盖分隔壁的绝缘层28优选地与平面基板22和第三电极27 分开。
在平面基板22的面对平面基板21的内表面22S上，设置了第三电极27。第三电极27由诸如IT0、Zn0、AZ0、GZ0和TZO的透明导电材料形成，并且用作接地电极。
在由一对平面基板21和22以及分隔壁24完全封闭的空间区域中，密封有非极性液体29N和极性液体29P。非极性液体29N和极性液体29P在该封闭空间中不溶解，并彼此分离，并且形成界面IF。由于非极性液体29N和极性液体29P透明，因此透射过界面IF的光根据其入射角以及非极性液体29N和极性液体29P的折射率而被折射。
非极性液体29N是基本不具有极性并且具有电绝缘性的液体材料。例如，非极性液体29N优选由诸如癸烷、十二烷、十六烷或i^一烷的碳氢化合物材料以及硅油制成。非极性液体29N优选具有当在第一电极25A和第二电极26B之间未施加电压时足以完全覆盖平面基板21 (或覆盖平面基板的绝缘膜28)的表面的容量。
同时，极性液体29P由具有极性的液体材料制成。例如,极性液体29P优选由水、 以及其中溶解有诸如氯化钾或氯化钠的电解质的水溶液制成。如果电压被施加至极性液体 29P，与非极性液体29N相比，关于元件区域20R中的面对的内表面28A和28B的润湿性(极性液体29P与内表面28A和28B的接触角)变化很大。极性液体29P接触用作接地电极的第三电极27。
在此情况下，排列在X轴方向上的分隔壁24的间隔(严格意义上，覆盖在X轴方向上彼此相邻的分隔壁24的绝缘层28之间的间隔Wl (参照图3和图4))可为等于或小于由下式I表示的毛细管长度K—1。以此方式，非极性液体29N和极性液体29P稳定保持在初始位置(图4所示的位置)处。这是因为非极性液体29N和极性液体29P接触覆盖分隔壁24 的绝缘膜28并且接触界面中的界面张力作用在非极性液体29N和极性液体29P上。在此情况下，毛细管长度K—1表现为相对于在非极性液体29N和极性液体29P的界面处产生的界面张力，重力的影响可被完全忽略的最大长度。
Κ_1={Δ Y/(Δ P Xg)}0·5....... (I)
其中，Γ1 :毛细管长度(mm)，Δ y :极性液体和非极性液体的界面张力(mN/m)， Δ P :极性液体和非极性液体的密度差，以及g :重力加速度(m/s2)。
在各液体光学元件20中，在第一电极25和第二电极26之间未施加电压的状态 (第一电极25和第二电极26的电位为零的状态)下，界面IF具有从极性液体29P —侧到非极性液体29N的凸面，如图4所示。此时，界面IF的曲率在Y轴方向上恒定，且每个液体光学元件20充当一个柱面透镜。界面IF的曲率在上述状态(第一电极25和第二电极26之间未施加电压的状态)下最大化。非极性液体29N关于内表面28A的接触角Θ I和非极性液体29N关于内表面28B的接触角Θ 2可通过选择绝缘膜28的材料种类来调节。在该情况下，如果非极性液体29N的折射率大于极性液体29P的折射率，则液体光学元件20表现出负屈光力。同时，如果非极性液体29N的折射率小于极性液体29P的折射率，则液体光学元件20表现出正屈光力。例如,如果非极性液体29N由烃类物质或硅油制成，并且极性液体29P由水或电解水溶液制成，则液体光学元件20表现出负屈光力。
若在第一 25A和第二电极26B之间施加电压,则界面IF的曲率减小。若施加恒定电压或更高电压，则该界面变为平面，如图6A至图6C所示。图6A示出了第一电极25A的电位(Vl)与第二电极26B的电位(V2)彼此相等(V1=V2)的情况。在该情况下，接触角Θ1 和Θ 2变为直角(90° )。此时，入射到液体光学元件20且通过界面IF的入射光从液体光学元件20出射，而在界面IF处未收到诸如会聚、发散或偏转的光学作用。
当电位Vl与电位V2彼此不同(VI V2)时，如图6B和图6C所示，界面变为向X 轴和Z轴倾斜的平面(平行于Y轴的表面)(Θ1古Θ2)。具体地，当电位Vl高于电位V2 (V1>V2)时，如图6B所示，接触角Θ I变为大于接触角Θ2 (Θ1>Θ2)。相反，当电位V2高于电位Vl (V1〈V2)时，如图6C所示，接触角Θ 2变为大于接触角Θ1 (Θ1〈Θ2)。在该情况(VI Φ V2)下，平行于第一电极25Α和第二电极26Β行进且入射到液体光学元件20上的入射光在界面IF处在XZ平面内被反射，且被偏转。因此，通过调节电位Vl和V2的大小， 可在XZ平面内以预定方向偏转入射光。
推断会如下产生上述现象(通过施加电压，接触角Θ I和Θ 2改变)。S卩，通过施加电压在内表面28Α和28Β上聚集电荷，且具有极性的极性液体29Ρ被电荷的库仑力牵引至绝缘膜28。极性液体29Ρ与内表面28Α和28Β的接触面积增大，且非极性液体29Ν移动(变形)，因而从非极性液体29Ν与内表面28Α和28Β的接触区被极性液体29Ρ排开。因此，界面IF变为类似于平面。
通过调节电位Vl和V2的大小来改变界面IF的曲率。例如，当界面IF变为水平面时，若电位Vl和V2 (V1=V2)被设置为低于电位Vmax，如图7A所示，在电位Vl和V2为零时获得具有比界面IFtl (由虚线所示)的曲率更小曲率的界面IF1 (由实线所示)。为此， 针对透过界面IF的光所表现出的屈光力可通过改变电位Vl和V2的大小来调节。即，液体光学元件20用作可变聚焦透镜。在该状态下，若电位Vl和V2变得彼此不同(VI古V2)，则界面IF以适当曲率倾斜。例如，当电位Vl高于电位V2 (V1>V2)时，形成由图7B的实线所示的界面IFa。同时， 当电位V2高于电位Vl (V1〈V2)时，形成由图7B的虚线所示的界面 IFb。因此，通过调节电位Vl和V2的大小，液体光学元件20在表现出对入射光的适当屈光力的同时，能够以预定方向偏转入射光。在图7A和图7B中，示出了在非极性液体29N的折射率大于极性液体29P的折射率进而液体光学元件20表现出负屈光力的情况下当形成界面IFl和IFa时入射光的改变。
接下来，将参照图8所示透视图和图9至图14所示示意性截面图来描述制造波面转换/偏光单元2的方法。图9至图14是XZ平面内的截面图。
首先，在制备了平面基板21之后，在平面基板的一个表面(表面21S)上的预定位置处形成多个分隔壁24，如图8所示。从而，形成被分隔壁24分隔开的多个元件区20R。具体地，在预定树脂通过旋涂法被涂覆在内表面21S上使得厚度基本一致之后，通过使用光刻法进行选择性曝光来图形化树脂。可替代地，可通过使用具有预定形状的模具整体成型来形成由相同材料构成且一体的平面基板21和分隔壁24。可通过注入成型、热压成型、使用膜材料的转印成型或光复制工艺(photoreplication process) (2P)法来形成平面基板和分隔壁。
接下来，如图9所示，通过溅射法来形成由预定材料制成的绝缘层35，以覆盖形成分隔壁24的平面基板21的整个区域。接下来，形成抗蚀层R来连续覆盖已被绝缘层35覆盖的分隔壁24的壁面24S和平面基板21的表面21S。具体地，在由分配器将溶解在预定有机溶剂中预定量的紫外固化树脂滴到元件区20R上并通过旋涂法涂敷以整体扩展之后， 通过紫外照射来固化抗蚀剂。作为用于形成抗蚀层R的材料，优选(由Chemitech公司制造的)chemiseal U-451M。
在抗蚀层R被去除之后，如图10所示，抗蚀层R通过刻蚀处理(RIE)来去除，进而壁面24S的上部暴露。接下来，如图11所示，形成金属膜ML来覆盖整个区域。在该情况下， 通过直流溅射法来形成由ITO制成的金属膜ML。
接下来，将抗蚀层R浸入溶解抗蚀层R的有机溶剂(丙酮和乙酸乙酯)中，且根据溶解和去除剩余抗蚀剂层R的需要,对抗蚀层R施加超声振动。此时,如图12所示，覆盖抗蚀层R的金属膜ML的一部分被去除。在该情况下，由于剩余抗蚀层R的表面被因形成金属膜 ML时的离子轰击而引起的损伤而粗糙化，所以有机溶剂可很容易渗透该表面。在通过使用金属掩膜选择性形成金属膜来形成连接部34A和34B (参见图2和图3)之后，透过绝缘层 35覆盖分隔壁24的上部的金属膜ML通过化学机械抛光(CMP)法去除。因此，如图13所示， 形成覆盖分隔壁24的壁面24S的除下部之外的区域且彼此绝缘的第一电极25和第二电极 26。然而，本发明不限于CMP法，且金属膜ML可通过简单的机械抛光来选择性去除。接下来，通过用激光束照射第一电极25和第二电极26的表面的一部分来形成分离部32和33 (参照图2)。在该情况下，可使用具有短脉冲宽度(例如，约IOpsec)的激光束。若使用这些激光束，则热扩散较小，且能抑制给予分隔壁24的热能。此时，若诸如In (铟)或Sn (锡) 的导电材料通过激光束照射而被溅射，则可能产生短路。为此，当照射激光束时，应注意通过在具有低于大气压的压强的真空状态下照射激光束、排气和吹气来防止被去除的尘埃再次附着至分离部32和33及其周围区域。通过形成分离部32和33，第一电极25被分成部 25A和部25B，以及第二电极26被分成部26A和部26B。接下来，通过丝网印刷法来形成银膏 34H。
接下来，绝缘膜28通过真空蒸镀法形成，以覆盖除连接部34A和34B之外的区域 (参考图14)。在这种情况下，第一电极25和第二电极26不形成在分隔壁24的壁面24S的下部，而是被形成为与平面基板21的表面分离。为此，绝缘膜28的覆盖第一电极25和第二电极26的部分具有几乎恒定的厚度。
接下来，非极性液体29N被注入或滴入到由分隔壁24划分出的空间中。接下来， 准备设置有第三电极27的平面基板22，并且平面基板21和平面基板22被设置为以恒定的间隔彼此面对。此时，沿着平面基板21和平面基板22的重叠区域的外边缘设置粘合层 31，并且平面基板、侧壁23和分隔壁24通过该粘合层31而固定。在粘合层31的一部分中形成注入孔。最后，在极性液体29P被从该注入孔填充到由平面基板21、侧壁23、分隔壁24 和平面基板24围成的空间中之后，将该注入孔密封。通过上述的处理流程，可以容易地制造包括具有优异响应性的多个液体光学元件20的波面转换/偏光单元2。
<立体显示装置的操作>
在该立体显示装置中，如图I所示，如果视频信号被输入至显示单元I，用于左眼的显示图像光I-L被从显示像素12L发出，用于有眼的显示图像光I-R被从显示像素12R发出。显示图像光I-L和I-R入射到液体光学元件20。在液体光学元件20中，适当值的电压被施加到第一电极25和第二电极26，使得焦距成为显示元素12L和12R与界面IF之间的折射率的空气换算距离。根据观看者的位置，液体光学元件20的焦距可发生改变。通过液体光学元件20中的非极性液体29N和极性液体29P的界面IF形成的柱面透镜的作用，可对从显示单元I的显示像素12L和12R发出的显示图像光I-L和I-R的出射角进行选择。 为此，如图I所示，显示图像光I-L入射到观看者的左眼10L，而显示图像光I-R入射到观看者的右眼10R。从而，观看者可观看到立体视频。
通过将液体光学元件20中的界面IF设置成平坦面(参照图6A)，并且不进行关于显示图像光I-L和I-R的波面转换，能够显示高分辨率的二维图像。
<立体显示装置的效果>
因而，在根据本实施方式的波面转换/偏光单元2中，第一电极25和第二电极26 被形成为与平面基板21的表面21S分离，使得第一电极25和第二电极26不形成在分隔壁 24的壁面24S的下部。为此,与第一电极25和第二电极26被形成为与平面基板21的表面21S接触的情形相比较，减小了绝缘膜28的覆盖第一电极25和第二电极26的部分的厚度的变化。如果第一电极25和第二电极26被形成为与表面21S接触，会产生以下的问题。 例如，当通过溅射法形成绝缘膜28时，在表面21S与第一电极25和第二电极26交叉的角部分，用于形成绝缘膜28的材料很难附着到第一电极25和第二电极26。结果，与其他部分相比，覆盖角部分的第一电极25和第二电极26的绝缘膜28会变薄。因此，在本实施方式中，如上所述，第一电极25和第二电极26不形成在壁面24S和表面21S交叉的角部分及其周围部分中，而是形成在与表面21S分离的位置。因此，可以均化附着至第一电极25和第二电极26的绝缘膜28的厚度。从而，在各个液体光学元件20中，通过在确保足够的绝缘性的同时减小绝缘膜28的厚度可降低驱动电压，并可以正确地再现界面形状的稳定变化。 因此，根据包括液体光学元件20的立体显示装置，在降低功耗的同时，能够实现对应于预定视频信号的正确图像显示。在本实施方式中，没有采用利用掩膜的光刻法形成波面转换 /偏光单元2中的第一和第二电极25和26。为此，掩膜与分隔壁24的对准变得不需要，能够避免由于对准引起的排列位置和尺寸的误差。因此，即使当平面基板21和分隔壁24是由会由于温度变化而引起大的尺寸变化的树脂制成，也能够以高的尺寸精度形成液体光学元件20。
在根据本实施方式的波面转换/偏光单元2中，连接部34A和34B被形成为覆盖成为各个元件区域20R的底面的平面基板21的表面21S。从而，能够容易实现与导线的连接以获得与外部电源的导通。在这种情况下，因为第一电极25和第二电极26分别被分离部32和33可靠地分离成两个部分，能够可靠地执行有效区域20Z中的两个相对电极(第一电极25和第二电极26)的电绝缘。也就是说，能够独立地控制第一和第二电极25A和26B的各个电位。
<显示装置的应用例(电子设备)>
接下来，描述显示装置的应用例。
本发明的显示装置可应用于各种用途的电子设备，这些电子设备的种类没有特别限制。该显示装置可安装至后述的电子设备。然而，下文要描述的电子设备的构成仅仅只是示例，该构成可以适当地进行改变。
图15示出了电视设备的外部构成。该电视设备包括作为显示装置的视频显示画面单元200。该视频显示画面单元200包括前面板210和滤色玻璃220。
除了图15示出的电视设备以外，本发明的显示装置可用作平板个人电脑(PC)、笔记本PC、移动电话、数码相机、摄像机、或汽车导航系统的视频显示部。
本发明已经结合实施方式进行了描述。然而，本发明并不限于这些实施方式，可进行各种变型。例如，在上述的实施方式中，波面转换/偏光单元2中的液体光学元件20同时展现出了聚光或发散作用以及偏光作用。然而，也可以单独地设置波面转换单元和偏光单元，不同的装置可对显示图像光提供聚光或发散作用和偏光作用。
如图16所示，多个液体光学元件20可被设置为与一组显示像素12L和12R对应， 这多个液体光学元件20可进行组合以用作一个柱面透镜(菲涅耳柱面镜)。图16示出了由液体光学元件20A、20B、和20C形成一个柱面透镜的例子。
在上述的实施方式中，分隔壁24的壁面24S垂直于平面基板21的表面21S。然而，在本发明中，类似于图17中示出的变型例，壁面24S可以是相对于表面21S倾斜的面。 图17是示出与图4的部分对应的透视构成的电子显微镜照片。如该变型例所示，壁面24S 倾斜，分隔壁24的宽度朝向分隔壁的顶面逐渐减小。因此，当通过模制法来制造分隔壁24 时，可平滑地进行与模具的分离，并能够提高工艺性。壁面24A的倾斜角相对于平面基板21 的表面21S的垂直方向为约5°。图17示出了在形成金属膜ML之后，有选择地除去覆盖壁面24S的下部和平面基板21的表面21S的抗蚀层R的步骤。为此，形成包括覆盖壁面24S 的上部的用作第一电极25和第二电极26的部分以及覆盖分隔壁24的顶面的部分的金属膜ML。在图17示出的结构中，在以50sccm导入仅氧气之后，在20Pa的压力下执行RIE达 15分钟，并选择性地除去抗蚀层R，通过DC溅射法将ITO制成的金属膜形成至约300nm的厚度。该溅射法的执行条件为以包含5wt%的SnO2的ITO作为靶，功率为300W，氩气流速为19. 6sccm,氧气流速为O. 4sccm、以及混合气体的压力为O. 3Pa。
在上述的实施方式中，已经描述了使用背光作为二维图像生成单元(显示单元)的彩色液晶显示器。然而，本发明并不仅限于此。例如，也可以使用采用了有机EL元件的显示器或者等离子显示器。
本发明的液体光学元件并不限于立体显示装置，可应用于执行光学作用的各种装置。
本领域技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，在所附权利要求或其等同方案的范围内，可以进行各种修改、组合、子组合以及更改。
本发明包含2011年9月5日提交至日本专利局的日本在先专利申请JP 2011-193268中所公开的主题，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种光学元件，包括 彼此面对设置的第一基板和第二基板； 一对壁部，竖立在所述第一基板的面对所述第二基板的内表面上从而在第一方向上彼此相邻并且在不同于所述第一方向的第二方向上延伸； 第一电极和第二电极，设置在所述一对壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与所述第一基板分离； 绝缘膜，覆盖所述第一电极和第二电极； 第三电极，设置在所述第二基板的面对所述第一基板的内表面上；以及 极性液体和非极性液体，封在所述第一基板和所述第二基板之间并且具有不同的折射率。
2.根据权利要求I所述的光学元件，还包括 第一分离部，将所述第一电极分为两个部分；以及 第二分离部，将所述第二电极分为两个部分。
3.根据权利要求2所述的光学元件， 其中，所述第一分离部设置在所述壁部在所述第二方向上的一端，以及 所述第二分离部设置在所述壁部在所述第二方向上的另一端。
4.根据权利要求2所述的光学元件， 其中，所述第一分离部和第二分离部是通过激光光束照射形成的凹部。
5.根据权利要求4所述的光学元件， 其中，所述凹部从所述壁部到所述第一基板是连续的。
6.根据权利要求I所述的光学元件，还包括 保护层，形成在所述壁部的壁面与所述第一电极之间以及所述壁部的壁面与所述第二电极之间。
7.根据权利要求6所述的光学元件， 其中，所述保护层包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiOxNy)、氧化铝(Al2O3)以及氧化钽(Ta2O5)中的至少一种。
8.一种光学元件阵列，包括 彼此面对设置的第一和第二基板； 壁部，竖立在所述第一基板的面对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，使得针对在所述第一方向上布置的多个光学元件中的每一个来划分所述第一基板上的区域； 第一电极和第二电极，设置在所述壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与所述第一基板分离； 绝缘膜，覆盖所述第一电极和第二电极； 第三电极，设置在所述第二基板的面对所述第一基板的内表面上；以及 极性液体和非极性液体，封在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。
9.一种包括显示单元和光学元件阵列的显示装置， 其中，所述光学元件阵列包括彼此面对设置的第一基板和第二基板； 壁部，竖立在所述第一基板的面对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，使得针对在所述第一方向上布置的多个光学元件中的每ー个来划分所述第一基板上的区域； 第一电极和第二电极，设置在所述壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与所述第一基板分离； 绝缘膜，覆盖所述第一电极和第二电极； 第三电极，设置在所述第二基板的面对所述第一基板的内表面上；以及 极性液体和非极性液体，封在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。
10.ー种包括显示装置的电子设备，该显示装置具有显示单元和光学元件阵列， 其中，所述光学元件阵列包括 彼此面对设置的第一基板和第二基板； 壁部，竖立在所述第一基板的面对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，使得针对在所述第一方向上布置的多个光学元件中的每ー个来划分所述第一基板上的区域； 第一电极和第二电极，设置在所述壁部的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与所述第一基板分离； 绝缘膜，覆盖所述第一和第二电极； 第三电极，设置在所述第二基板的面对所述第一基板的内表面上；以及 极性液体和非极性液体，封在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。
11.ー种形成光学元件的方法，包括 在第一基板的表面上形成被竖立为在第一方向上彼此相邻并且在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的ー对壁部， 形成抗蚀层，从而连续地覆盖所述壁部的壁面和所述第一基板的表面； 将覆盖所述壁部的壁面的所述抗蚀层的、覆盖与所述第一基板的表面分离的区域的那部分选择性去除； 形成面对的第一和第二电极以覆盖所述壁部的壁面中所述抗蚀层被去除的区域，然后去除剰余的所述抗蚀层的其他部分； 形成绝缘膜从而覆盖所述第一电极和第二电极； 布置ー个表面上设置有第三电极的第二基板，使得所述第三电极面对所述第一基板；以及 将具有不同折射率的极性液体和非极性液体封在所述第一基板和所述第二基板之间。
12.根据权利要求11所述的方法，包括 在形成所述壁部之后形成所述抗蚀层之前形成保护层，从而覆盖所述壁部的壁面。
13.根据权利要求12所述的方法， 其中，所述保护层由氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiOxNy)、氧化铝(Al2O3)以及氧化钽(Ta2O5)中的至少ー种形成。
14.根据权利要求11所述的方法， 其中，所述第一基板和所述壁部使用树脂一体地形成。
15.根据权利要求11所述的方法， 其中，通过涂覆紫外固化抗蚀剂然后通过紫外线照射和热处理来固化所述紫外固化抗蚀剂来形成所述抗蚀层，从而连续地覆盖所述壁部的壁面和所述第一基板的表面，以及通过溅射法形成所述第一电极和第二电极。
16.根据权利要求15所述的方法， 其中，通过有机溶剂来溶解和去除所述抗蚀层的所述其他部分。
17.根据权利要求11所述的方法， 其中，通过反应离子蚀刻(RIE)法来选择性地去除所述抗蚀层的、覆盖与所述第一基板的表面分离的区域的部分。
18.根据权利要求11所述的方法， 其中，通过利用激光束照射所述第一电极和第二电极的表面的一部分来形成分别划分所述第一和第二电极的凹部。
全文摘要
本发明公开了光学元件及其方法、光学元件阵列、显示装置及电子设备。该光学元件包括彼此面对设置的第一和第二基板；壁部对，在第一基板的面对第二基板的内表面上竖立从而在第一方向上彼此相邻并且在不同于第一方向的第二方向上延伸；第一和第二电极，设置在壁部对的壁面上从而彼此绝缘并且彼此面对，并且被设置为与第一基板分离；第三电极，设置在第二基板的面对第一基板的内表面上；以及极性液体和非极性液体，封在第一基板和第二基板之间并且具有不同的折射率。
文档编号G02B26/02GK102981265SQ20121031392
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月29日 优先权日2011年9月5日
发明者舆石亮, 高井雄一, 长井博之 申请人:索尼公司