專利名稱：液體光學(xué)元件陣列和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電潤(rùn)濕現(xiàn)象的液體光學(xué)元件陣列和包括液體光學(xué)元件陣列的顯
示裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)研發(fā)了通過電潤(rùn)濕現(xiàn)象(電毛細(xì)管現(xiàn)象)施加光學(xué)作用的液體光學(xué)元件。電潤(rùn)濕現(xiàn)象是電極的表面和導(dǎo)電液體之間的界面能隨著施加到電極和液體之間的電壓而改變以引起液體的表面形狀改變的現(xiàn)象。利用電潤(rùn)濕現(xiàn)象的液體光學(xué)元件的示例包括日本未審查專利申請(qǐng)公開 No. 2002-162507和No. 2009-251339中所公開的液體柱面透鏡(cylindrical lens)和日本未審查專利申請(qǐng)公開(PCT申請(qǐng)的公布的日文翻譯)No. 2007-534013中所公開的液體雙凸透鏡(lenticular lens)。

發(fā)明內(nèi)容
在液體透鏡中，例如日本未審查專利申請(qǐng)公開No. 2002-162507和 No. 2009-251339和日本未審查專利申請(qǐng)公開(PCT申請(qǐng)的公布的日文翻譯) No. 2007-534013中所公開的液體透鏡，通過控制施加到電極的電壓來改變彼此分離并且具有不同折射率的兩種不同的液體之間的界面形狀，以獲得所需的焦距。此外，當(dāng)兩種不同的液體具有基本相同的密度時(shí)，即使各種各樣地改變液體透鏡的形態(tài)，也不太可能發(fā)生由于重力而引起的偏轉(zhuǎn)。但是，在具有不同組分的液體之間，存在相對(duì)于環(huán)境溫度的密度差。也就是說， 即使兩種不同的液體的密度在初始環(huán)境溫度(例如，20°C)下彼此相同，環(huán)境溫度的改變也會(huì)改變液體的密度。因此，例如，在日本未審查專利申請(qǐng)公開No. 2002-162507和 No. 2009-251339中所公開的柱面透鏡中，填充在一對(duì)面對(duì)的襯底之間的預(yù)定單元區(qū)域中的兩種不同的液體可以從初始位置劇烈移動(dòng)。也就是說，在柱面透鏡的軸向作為垂直方向的情況下，根據(jù)柱面透鏡的長(zhǎng)度，具有相對(duì)小密度的液體移動(dòng)到單元區(qū)域的上側(cè)，具有相對(duì)大密度的液體移動(dòng)到單元區(qū)域的下側(cè)。因此，如圖10所示，盡管在沒有施加電壓的情況下兩種不同的液體之間的界面本應(yīng)當(dāng)平行于一對(duì)面對(duì)的襯底的表面，但是界面130相對(duì)于一對(duì)面對(duì)的襯底的表面傾斜。應(yīng)當(dāng)注意，圖10中所示的液體光學(xué)元件陣列包括彼此面對(duì)的一對(duì)平面襯底121、122和側(cè)壁123，所述側(cè)壁123沿著平面襯底121和122的外邊沿垂直布置以支撐平面襯底121和122。極性液體1 和非極性液體1 被密封在用平面襯底121、122 和側(cè)壁123所圍成的空間中，以形成上述界面130。在這種情況下，即使施加到電極的電壓改變，也不發(fā)生電潤(rùn)濕現(xiàn)象，或者很難正確的控制界面形狀。因此，期望長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的保持具有不同折射率的兩種不同液體之間的界面。期望提供能夠長(zhǎng)時(shí)間保持產(chǎn)生穩(wěn)定的電潤(rùn)濕現(xiàn)象并且穩(wěn)定的提供有利的光學(xué)作用的液體光學(xué)元件陣列、和包括液體光學(xué)元件陣列的顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了液體光學(xué)元件陣列，其包括(Al)彼此面對(duì)的第一襯底和第二襯底；(A2)障壁，其垂直布置在第一襯底的與第二襯底面對(duì)的表面上，并將第一襯底上的區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域；(A3)第一電極和第二電極，其布置在障壁的壁表面上以彼此面對(duì)；(A4)第三電極，其布置在第二襯底的與第一襯底面對(duì)的表面上；(A5)突起，其垂直布置在第一襯底或第二襯底上的每個(gè)單元區(qū)域中；和(A6)極性液體和非極性液體，其被密封在第一襯底和第三電極之間，并且具有不同的折射率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了顯示裝置，其包括顯示部分和根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的液體光學(xué)元件陣列。顯示部分例如是包括多個(gè)像素并根據(jù)圖像信號(hào)產(chǎn)生二維顯示圖像的顯示裝置。在根據(jù)本發(fā)明的液體光學(xué)元件陣列和顯示裝置中，突起垂直布置在第一襯底或第二襯底上的由障壁所分隔的每個(gè)單元區(qū)域中。因此，即使單元區(qū)域在垂直方向上延伸，也可以通過毛細(xì)管作用使具有不同的折射率和不同的密度的兩種不同的液體被周圍構(gòu)件(例如，突起和障壁)穩(wěn)定的保持。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的液體光學(xué)元件陣列中，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的保持所包括的兩種不同的液體之間的界面而不受到由于液體光學(xué)元件陣列的形態(tài)所產(chǎn)生的重力的影響，能夠穩(wěn)定的施加所需光學(xué)作用。因此，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括液體光學(xué)元件陣列的顯示裝置中，能夠長(zhǎng)時(shí)間的顯示基于預(yù)定圖像信號(hào)的適當(dāng)圖像。應(yīng)當(dāng)理解，上面的概述和下面的詳細(xì)描述都是示例性的，都是用來提供對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。


引入附圖以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖將結(jié)合于本說明書并組成說明書的一部分。附圖示出了實(shí)施例，并與說明書一起用于說明本發(fā)明的原則。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的立體圖像顯示裝置的構(gòu)造的示意圖。圖2是示出了圖1中所示的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的主要部分的構(gòu)造的截面圖。圖3A和;3B是示出圖1中所示的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的主要部分的構(gòu)造的其他截面圖.圖4A、4B和4C是用于描述圖3A和中所示的液體光學(xué)元件的操作的概念示圖。圖5A和5B是用于描述圖3A和中所示的液體光學(xué)元件的操作的其他概念示圖。圖6是示出了作為修改形式1的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的構(gòu)造的示意性截面圖。圖7是示出了作為修改形式2的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的構(gòu)造的示意性截面圖。圖8是示出了作為修改形式3的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的構(gòu)造的示意性截面圖。圖9是用于說明使用圖1中所示的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分的另一示例的截面圖。圖10是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的液體光學(xué)元件的構(gòu)造示例的截面圖。
具體實(shí)施方式
將參考附圖在下面詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。[立體圖像顯示裝置的構(gòu)造]首先，參考圖1，將在下面描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用液體光學(xué)元件陣列的立體圖像顯示裝置。圖1是示出了在水平面中的根據(jù)實(shí)施例的立體圖像顯示裝置的構(gòu)造示例的示意圖。如圖1所示，立體圖像顯示裝置包括顯示部分，所述顯示部分以從靠近光源的一側(cè)的順序包括多個(gè)像素11和作為液體光學(xué)元件陣列的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2。在這種情況下，從光源的光傳輸方向稱作Z軸方向，水平方向和垂直方向分別稱作X軸方向和Y軸方向。顯示部分1根據(jù)圖像信號(hào)產(chǎn)生二維顯示圖像，顯示部分1例如是通過使用背光源 BL的照射來發(fā)出顯示圖像光的彩色液晶顯示裝置。顯示部分1具有這樣的構(gòu)造，其中玻璃襯底11、多個(gè)像素12(12L和12R)、玻璃襯底13以從靠近光源的一側(cè)的順序?qū)盈B，每個(gè)像素 12包括像素電極和液晶層。玻璃襯底11和13是透明的，例如，向玻璃襯底11和13中的一個(gè)提供包括紅(R)色層、綠(G)色層和藍(lán)(B)色的彩色濾光器。因此，像素12分類成顯示紅色的像素R-12、顯示綠色的像素G-12和顯示藍(lán)色的像素B-12。在顯示部分1中，像素 R-12、像素G-12和像素B-12在X軸方向上交替布置，而相同顏色的像素12布置在Y軸方向上。此外，像素12分類成發(fā)射形成左眼圖像的顯示圖像光的像素和發(fā)射形成右眼圖像的顯示圖像光的像素，這些像素在X軸方向上交替布置。在圖1中，發(fā)射用于左眼的顯示圖像光的像素12稱作像素12L，發(fā)射用于右眼的顯示圖像光的像素12稱作像素12R。通過在陣列中在X軸方向上布置多個(gè)液體光學(xué)元件20來構(gòu)造波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2，對(duì)應(yīng)于例如在X軸方向上彼此鄰近的一對(duì)像素12L和12R來提供每個(gè)液體光學(xué)元件 20。波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2對(duì)從顯示部分1發(fā)出的顯示圖像光執(zhí)行波陣面變換處理和偏轉(zhuǎn)處理。具體來說，在波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2中，與每個(gè)像素相對(duì)應(yīng)的每個(gè)液體光學(xué)元件 20用作柱面透鏡。也就是說，波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2整體上用作雙凸透鏡。因此，在作為一個(gè)單元而布置在垂直方向(Y軸方向)上的一組像素12中，來自像素12L和12R的顯示圖像光的波陣面共同轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定曲率的波陣面。在波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2中，如有必要，顯示圖像光能夠在水平面OCZ平面)中共同偏轉(zhuǎn)。參考圖2、3A和:3B，將在下面描述波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2的具體構(gòu)造。圖2是平行于與顯示圖像光的傳輸方向相正交的XY平面的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2的主要部分的放大截面圖。此外，圖3A和:3B是沿著圖2中的箭頭方向上的線 III㈧-III㈧和III (B) -III⑶所取的截面圖。注意，圖2對(duì)應(yīng)于沿著圖3A和中的箭頭方向上的線II-II所取的截面圖。如圖2、3A和;3B所示，波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2包括彼此面對(duì)的一對(duì)平面襯底21、 22和側(cè)壁23，所述側(cè)壁23沿著平面襯底21和22的外邊沿垂直布置并且支撐平面襯底21 和22。在由平面襯底21、22和側(cè)壁23所圍成的空間區(qū)域中在X軸方向上布置在Y軸方向上延伸的多個(gè)液體光學(xué)元件20。平面襯底21和22由使得可見光能夠穿過其中的透明絕緣材料制成，例如玻璃或透明塑料。多個(gè)障壁對(duì)將在平面襯底21上的空間區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域20Z，并且垂直布置在平面襯底21的面對(duì)平面襯底22的表面21S上。在這種情況下，多個(gè)障壁M在Y軸方向上延伸，障壁M與側(cè)壁23分別形成與Y軸方向上布置的一組像素12相對(duì)應(yīng)的具有矩形平面形狀的單元區(qū)域20Z。非極性液體四(將稍后描述)保持在由障壁M所分隔的單元區(qū)域20Z中。也就是說，障壁M防止非極性液體四移動(dòng)到其他鄰近的單元區(qū)域20Z。障壁 24期望由防止溶解等在極性液體觀和非極性液體四中的材料制成，例如環(huán)氧基樹脂或丙烯酸樹脂。第一電極26A和第二電極26B彼此面對(duì)并且由導(dǎo)電材料(例如銅(Cu)或ΙΤ0)制成，第一電極26A和第二電極26B分別布置在每個(gè)障壁M的側(cè)壁上。第一和第二電極26A 和26B通過埋入平面襯底21中的信號(hào)線和控制部分(都未示出)連接到外部電源(未示出)。第一和第二電極26A和26B各自可以通過上述控制部分被設(shè)置到具有預(yù)定數(shù)量的電位。第一和第二電極26A和26B優(yōu)選緊密的覆蓋有疏水性絕緣膜27。疏水性絕緣膜27由相對(duì)于極性液體觀(稍后描述)具有疏水性(拒水性)(更嚴(yán)格的，在零電場(chǎng)下具有對(duì)非極性液體四(稍后描述)的親和性)并且具有良好的電絕緣性的材料制成。具體來說，疏水性絕緣膜27由作為氟基聚合物的聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)制成。為了進(jìn)一步增強(qiáng)第一電極26A和第二電極26B之間的電絕緣性，可以將由例如旋轉(zhuǎn)涂布玻璃(SOG) 制成的另一絕緣膜布置在第一和第二電極26A、26B與疏水性絕緣膜27之間。注意，每個(gè)障壁M的上端或布置在其上的疏水性絕緣膜27優(yōu)選與平面電極22和第三電極26C分開。在平面襯底21上的每個(gè)單元區(qū)域20Z中垂直布置一個(gè)或兩個(gè)或多個(gè)突起25。在布置多個(gè)突起25的情況下，優(yōu)選沿著Y軸方向以有規(guī)律的間隔布置突起25。突起25例如由與障壁M相同的材料制成，并且布置成與障壁M和第一與第二電極^5A、26B分開。此外，突起25優(yōu)選與平面襯底22和第三電極26C分開。盡管圖2中舉例說明了沿著Y軸方向布置多個(gè)突起25的情況，但是能夠任意的選擇突起25的數(shù)量。第三電極26C布置在平面襯底22的與平面襯底21相對(duì)的表面22S上。第三電極 26C由透明導(dǎo)電材料(例如氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO))制成，用作接地電極。極性液體觀和非極性液體四被密封在完全由一對(duì)平面襯底21、22和側(cè)壁23所圍成的空間區(qū)域中。極性液體觀和非極性液體四彼此不溶解，在封閉空間中彼此分開，并且在兩者之間形成界面IF。非極性液體四是幾乎不具有極性并且具有電絕緣性的液體材料，例如，碳?xì)浠牧?例如癸烷、十二烷、十六烷或十一烷)和硅油是適合的。在第一電極26A和第二電極 26B之間沒有施加電壓的情況下，非極性液體四優(yōu)選具有充分的容量以覆蓋平面襯底21的整個(gè)表面。另一方面，極性液體觀是具有極性的液體材料，例如，除了水之外，溶解有電解質(zhì) (例如氯化鉀或氯化鈉)的溶液也是適合的。與非極性液體四相比，當(dāng)電壓施加到極性液體觀時(shí)，極性液體28相對(duì)于內(nèi)表面27A、27B的可濕性(極性液體28和內(nèi)表面27A、27B之間的接觸角)大幅改變。極性液體28與作為接地電極的第三電極26C接觸。極性液體28和非極性液體四被調(diào)整到在室溫(例如，20°C )下具有基本相同的密度，極性液體28和非極性液體四之間的位置關(guān)系由密封順序確定。由于極性液體28和非極性液體四是透明的，穿過界面IF的光根據(jù)其入射角、極性液體觀和非極性液體四的折射率而被折射。此外，由于極性液體28和非極性液體四與突起25接觸，在之間的接觸界面上產(chǎn)生界面張力，所以極性液體觀和非極性液體四被突起25穩(wěn)定的保持在初始位置(圖3A 和;3B中所示的位置)。具體來說，布置在同一單元區(qū)域20Z上的突起25之間的間隔Ll (參考圖幻的長(zhǎng)度優(yōu)選等于或小于由下列條件表達(dá)式(1)所表示的毛細(xì)管長(zhǎng)度K—1。這里的毛細(xì)管長(zhǎng)度Γ1是在重力對(duì)極性液體觀和非極性液體四之間所產(chǎn)生的界面張力的影響可忽略的情況下的最大長(zhǎng)度。因此，在間隔Ll滿足條件表達(dá)式(1)的情況下，極性液體觀和非極性液體四極其穩(wěn)定的保持在初始位置(圖3A和;3B中所示的位置)，而不受波陣面變換 /偏轉(zhuǎn)部分2的形態(tài)的影響。Γ1 = {Δ γ/(Δ ρ Xg)}0·5......(1)其中，K—1是毛細(xì)管長(zhǎng)度(mm)，Δ Y是極性液體和非極性液體之間的界面張力(mN/ m), Δ ρ是極性液體和非極性液體之間的密度差(g/cm3)，g是重力加速度(m/s2)。此外，在實(shí)施例中，因?yàn)榕c以上所述相同的原因，從Y軸方向上的側(cè)壁23到多個(gè)突起25中的位于Y軸方向上的每端處的突起25的最小長(zhǎng)度L2優(yōu)選等于或小于由上述條件表達(dá)式⑴所表示的毛細(xì)管長(zhǎng)度K—1。如上所述，毛細(xì)管長(zhǎng)度K—1取決于中間形成界面的兩種介質(zhì)的類型。例如，在極性液體觀是水而非極性液體四是油的情況下，條件表達(dá)式(1)中的界面張力△ Y和密度差 Δ ρ分別是29. 5mN/m和0. 129g/cm3 ；因此，毛細(xì)管長(zhǎng)度IT1是15. 2mm。因此，當(dāng)密度差Δ ρ 等于或小于0. 129g/cm3時(shí)，間隔Ll和長(zhǎng)度L2最大能夠是15. 2mm。在每個(gè)液體光學(xué)元件20中，在第一和第二電極26A和26B之間沒有施加電壓的情況(第一和第二電極26A和^B的電位是零的情況)下，如圖3A所示，界面IF具有從極性液體觀到非極性液體四的凸曲面。這時(shí)在Y軸方向上界面IF的曲率是常數(shù)，每個(gè)液體光學(xué)元件20用作一個(gè)柱面透鏡。此外，在這種狀態(tài)(在第一和第二電極26A和26B之間沒有施加電壓的情況)下界面IF的曲率最大。例如，通過選擇疏水性絕緣膜27的材料，能夠調(diào)整非極性液體四相對(duì)于內(nèi)表面27A的常數(shù)角θ 1和非極性液體四相對(duì)于內(nèi)表面27Β的常數(shù)角θ 2。當(dāng)在這種情況下非極性液體四具有比極性液體觀大的折射率時(shí)，液體光學(xué)元件20施加負(fù)的屈光力。另一方面，當(dāng)非極性液體四具有比極性液體觀小的折射率時(shí)，液體光學(xué)元件20施加正的屈光力。例如，在非極性液體四是碳?xì)浠牧匣蚬栌投鴺O性液體 28是水或電解質(zhì)溶液的情況下，液體光學(xué)元件20施加負(fù)的屈光力。當(dāng)在第一和第二電極26Α和26Β之間施加電壓的情況下，界面IF的曲率減小，當(dāng)施加一定量或更高的電壓時(shí)，例如，界面IF形成圖4Α、4Β和4C中所示的平面。注意，圖4Α 示出了第一電極26Α的電位(Vl)和第二電極26Β的電位(V2)彼此相等(VI = V2)的情況。 在這種情況下，每個(gè)接觸角Θ1和θ 2都是直角(90° )。這時(shí)，進(jìn)入液體光學(xué)元件20并穿過界面IF的入射光在界面IF處沒有受到光學(xué)作用(例如，會(huì)聚、發(fā)散或偏轉(zhuǎn))，而是按照原樣從液體光學(xué)元件20發(fā)射出。例如，如圖4Β和4C所示，在電位Vl和電位V2彼此不同(VI興V2)的情況下，界面IF形成相對(duì)于X軸和Z軸傾斜的平面(平行于Y軸的平面)(θ 1興θ 2)。具體來說，如圖4Β所示，在電位Vl大于電位V2(V1 >V2)的情況下，接觸角θ 1大于接觸角Θ2(Θ1> Θ2)。另一方面，如圖4C所示，在電位Vl小于電位V2(V1<V2)的情況下，接觸角Θ1小于接觸角θ 2( θ 1 < θ幻。在這些情況(VI Φ V2)下，例如，進(jìn)入液體光學(xué)元件20的平行于第一和第二電極26Α和沈8的入射光在界面IF處在)(Ζ平面中被折射和偏轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)調(diào)整電位Vl和V2的數(shù)量時(shí)，能夠使得入射光在)(Z平面中被偏轉(zhuǎn)到預(yù)定方向。考慮以下列方式產(chǎn)生上述現(xiàn)象(通過施加電壓而改變接觸角θ 1和θ幻。通過施加電壓，電荷在內(nèi)表面27Α和27Β處聚積，具有極性的極性液體28被電荷的庫侖力吸引到疏水性絕緣膜27。因此，隨著極性液體觀與內(nèi)表面27Α、27Β接觸的面積增大，非極性液體四移動(dòng)(變形)以被從內(nèi)表面27Α、27Β的與極性液體觀接觸的部分去除；因此，界面IF相應(yīng)的變成接近于平面。此外，通過調(diào)整電位Vl和V2的數(shù)量改變界面IF的曲率。例如，在電位Vl和V2 (在 Vl = V2的情況下)具有小于在界面IF形成水平面的情況下的電位Vmax的值的情況下， 例如，如圖5Α所示，獲得了界面IF1 (由實(shí)線所示)，界面IF1具有小于在電位Vl和V2是零的情況下的界面IFtl(由虛線所示)的曲率。因此，通過改變電位Vl和V2的數(shù)量，能夠調(diào)整對(duì)穿過界面IF的光所施加的屈光力。也就是說，液體光學(xué)元件20用作可變焦透鏡。此外，當(dāng)在這種情況下電位Vl和V2具有不同的數(shù)量(VI興時(shí)，界面IF傾斜并具有適當(dāng)?shù)那省＠?，在電位Vl更大(V1>V2)的情況下，形成了在圖5B中由實(shí)線所表示的界面 IFa0另一方面，在電位V2更大(VI的情況下，形成了在圖5B中由虛線所表示的界面1冊(cè)。因此，當(dāng)調(diào)整電位Vl和V2的數(shù)量時(shí)，能夠使得液體光學(xué)元件20以預(yù)定方向偏轉(zhuǎn)入射光，同時(shí)對(duì)入射光施加適當(dāng)?shù)那饬?。圖5A和5B示出了在非極性液體四具有比極性液體觀大的折射率并且液體光學(xué)元件20施加負(fù)的屈光力的情況下當(dāng)形成界面IF1和1 時(shí)入射光的變化。[立體圖像顯示裝置的操作]在立體圖像顯示裝置中，當(dāng)將圖像信號(hào)提供到顯示部分1時(shí)，從像素12L發(fā)射出左眼顯示圖像光IL，從像素12R發(fā)射出右眼顯示圖像光頂。顯示圖像光IL和顯示圖像光頂進(jìn)入液體光學(xué)元件20。在液體光學(xué)元件20中，將適當(dāng)?shù)碾妷褐凳┘拥降谝缓偷诙姌O^A 和^B，以使得液體光學(xué)元件20的焦距等于與像素12L、12R和界面IF之間的折射率空氣等效(air-equivalent)的距離。注意，根據(jù)觀察者的位置，可以略微改變液體光學(xué)元件20 的焦距。通過由液體光學(xué)元件20中的極性液體觀和非極性液體四之間的界面IF所形成的柱面透鏡的作用，選擇從顯示部分1的像素12L和12R發(fā)出的顯示圖像光IL和顯示圖像光頂?shù)陌l(fā)射角。因此，如圖1所示，顯示圖像光IL和顯示圖像光頂分別進(jìn)入觀察者的左眼和右眼。因此，能夠使得觀察者觀察到立體圖像。此外，在液體光學(xué)元件20中，當(dāng)界面IF形成平坦表面(參考圖4A)并且不對(duì)顯示圖像光IL和顯示圖像光頂執(zhí)行波陣面變換時(shí)，能夠顯示具有高分辨率的二維圖像。因此，在根據(jù)實(shí)施例的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2中，突起25垂直布置在由障壁M 所分隔的單元區(qū)域20Z中的平面襯底21上。因此，即使在將波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2(液體光學(xué)元件20)布置成使得單元區(qū)域20Z能夠在垂直方向延伸的情況下，也可以通過毛細(xì)管作用使具有不同折射率和不同密度的兩種不同的液體(極性液體觀和非極性液體29) 被周圍構(gòu)件(例如，突起25和障壁24)穩(wěn)定的保持。也就是說，使得每個(gè)液體光學(xué)元件20 能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的保持界面IF而不受到由于其形態(tài)所產(chǎn)生的重力的影響，并且能夠穩(wěn)定的施加所需光學(xué)作用。因此，在包括液體光學(xué)元件20的立體顯示裝置中，能夠長(zhǎng)時(shí)間的顯示與預(yù)定圖像信號(hào)相對(duì)應(yīng)的適當(dāng)圖像。此外，在實(shí)施例中，垂直布置在平面襯底21上的突起25被布置成與覆蓋有疏水性
9絕緣膜27的障壁M、平面襯底22和第三電極26C分開。因此，可防止同一單元區(qū)域20Z中的界面IF的位置的變化，能夠向來自沿著Y軸方向布置的多個(gè)像素12L(或12R)的顯示圖像光IL(或IR)提供穩(wěn)定的光學(xué)作用。此外，在將突起25布置成連接到與其鄰近的障壁M 的情況下，通過突起25和障壁M形成多個(gè)封閉區(qū)域。在這種情況下，因?yàn)樵谥圃鞎r(shí)必需分別將極性液體觀和非極性液體四填充在多個(gè)封閉區(qū)域中的每一個(gè)中，這在效率方面并不利，并且影響液體的填充量的變化。另一方面，在實(shí)施例中，突起25與障壁M分開；因此， 解決了上述問題。[修改形式1]圖6示出了作為實(shí)施例的第一修改形式(修改形式1)的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分 2A。圖6示出了波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2A的截面構(gòu)造，對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施例中的圖;3B。在上述實(shí)施例中，突起25垂直布置在具有障壁M的平面襯底21上；但是，在修改形式中，突起25垂直布置在平面襯底22上。在這種情況下，當(dāng)組裝波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2A時(shí)，垂直布置在平面襯底21上的障壁M和垂直布置在平面襯底22上的突起25彼此配置，使得平面襯底21和平面襯底22之間更容易對(duì)準(zhǔn)。同樣在本修改形式中，突起25優(yōu)選布置成與平面襯底21、障壁M和第一到第三電極2隊(duì)到26C分開。[修改形式2]圖7示出了作為實(shí)施例的第二修改形式(修改形式2、的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分 2B。圖7是示出了波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2B的示意性構(gòu)造的透視圖。在上述實(shí)施例中，突起25的側(cè)端與障壁M分開；但是，在本修改形式中，突起25的側(cè)端連接到障壁M的側(cè)表面。在這種情況下，將會(huì)提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。[修改形式3]圖8示出了作為實(shí)施例的第三修改形式(修改形式幻的波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分 2C。在修改形式2中，突起25的上端位置基本與障壁M的上端位置等高；但是，在本修改形式中，突起25的上端位置低于障壁M的上端位置M。在這種情況下，與修改形式2相比，能夠減小形成于障壁M的側(cè)表面上的第一和第二電極26A和^B的跨過突起25的部分的電阻。盡管參考實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，并且可以具有各種修改。例如，在上述實(shí)施例中，波陣面變換/偏轉(zhuǎn)部分2中的液體光學(xué)元件20施加會(huì)聚或發(fā)散作用和偏轉(zhuǎn)作用。但是，波陣面變換部分和偏轉(zhuǎn)部分可以分開布置，以分別向顯示圖像光提供會(huì)聚或發(fā)散作用和偏轉(zhuǎn)作用。此外，如圖9所示，一對(duì)像素12L和12R可以對(duì)應(yīng)于多個(gè)液體光學(xué)元件20，多個(gè)液體光學(xué)元件20的組合可以用作一個(gè)柱面透鏡。圖9示出了液體光學(xué)元件20A、20B和20C 組成一個(gè)柱面透鏡。此外，在上述實(shí)施例中，第三電極26C在平面襯底22的表面22S上延伸，以與多個(gè)單元區(qū)域20Z中的全部單元區(qū)域相對(duì)應(yīng)。但是，只要始終保持第三電極^C與極性液體觀略微接觸的狀態(tài)，則能夠任意選擇第三電極26C的尺寸(形成面積)。此外，在上述實(shí)施例中，舉例說明了作為二維圖像產(chǎn)生部分(顯示部分)的使用背光源的彩色液晶顯示裝置；但是，本發(fā)明不限于此。例如，本發(fā)明可應(yīng)用于例如使用有機(jī)EL 元件的顯示裝置或等離子顯示裝置。
本發(fā)明包含與2010年8月19日遞交于日本特許廳的日本在先專利申請(qǐng) 2010-184363中所公開的內(nèi)容相關(guān)的主題，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在所附權(quán)利要求書及其等價(jià)的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和其他因素，可以產(chǎn)生各種修改、組合、變形和替換。
權(quán)利要求
1.一種液體光學(xué)元件陣列，其包括 彼此面對(duì)的第一襯底和第二襯底；障壁，其垂直布置在所述第一襯底的與所述第二襯底面對(duì)的表面上，并將所述第一襯底上的區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域；第一電極和第二電極，其布置在所述障壁的壁表面上以彼此面對(duì)； 第三電極，其布置在所述第二襯底的與所述第一襯底面對(duì)的表面上； 突起，其垂直布置在所述第一襯底或所述第二襯底上的每個(gè)所述單元區(qū)域中；和極性液體和非極性液體，其被密封在所述第一襯底和所述第三電極之間，并且具有不同的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中垂直布置在所述第一襯底上的所述突起被布置成與所述第二襯底和所述第三電極分開，并且垂直布置在所述第二襯底上的所述突起被布置成與所述第一襯底分開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中所述障壁被布置成與所述第二襯底和所述第三電極分開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中所述突起被布置成與所述障壁、所述第一電極和所述第二電極分開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中多個(gè)所述單元區(qū)域沿著第一方向布置，每個(gè)所述單元區(qū)域都具有矩形形狀，所述矩形形狀在與所述第一方向正交的第二方向上具有長(zhǎng)側(cè)，并且多個(gè)所述突起沿著所述第二方向布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中所述第一電極和所述第二電極覆蓋有疏水性絕緣膜，所述疏水性絕緣膜相對(duì)于所述極性液體具有拒水性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體光學(xué)元件陣列，其中向每個(gè)所述單元區(qū)域提供多個(gè)所述突起，布置在一個(gè)所述單元區(qū)域中的所述突起之間的間隔的長(zhǎng)度等于或小于由下列條件表達(dá)式(1)所表示的毛細(xì)管長(zhǎng)度 K-1 = {Δ γ/(Δ P Xg)}0·5......(1)其中，K—1是毛細(xì)管長(zhǎng)度(mm)，Δ y是所述極性液體和所述非極性液體之間的界面張力(mN/m)，Δ ρ是所述極性液體和所述非極性液體之間的密度差(g/cm3)，g是重力加速度 (m/s2)
8.一種液體光學(xué)元件陣列，其包括 彼此面對(duì)的第一襯底和第二襯底；極性液體和非極性液體，其布置在所述第一襯底和所述第二襯底之間，并且具有不同的折射率；障壁，其將所述第一襯底上的區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域；和突起，其垂直布置在所述第一襯底或所述第二襯底上的每個(gè)所述單元區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液體光學(xué)元件陣列，其中垂直布置在所述第一襯底上的所述突起被布置成與所述第二襯底分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液體光學(xué)元件陣列，其中垂直布置在所述第二襯底上的所述突起被布置成與所述第一襯底分開。
11.一種顯示裝置，其包括顯示部分和液體光學(xué)元件陣列，所述液體光學(xué)元件陣列包括彼此面對(duì)的第一襯底和第二襯底；障壁，其垂直布置在所述第一襯底的與所述第二襯底面對(duì)的表面上，并將所述第一襯底上的區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域；第一電極和第二電極，其布置在所述障壁的壁表面上以彼此面對(duì)； 第三電極，其布置在所述第二襯底的與所述第一襯底面對(duì)的表面上； 突起，其垂直布置在所述第一襯底或所述第二襯底上的每個(gè)所述單元區(qū)域中；和極性液體和非極性液體，其被密封在所述第一襯底和所述第三電極之間，并且具有不同的折射率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示裝置，其中所述液體光學(xué)元件陣列具有將來自所述顯示部分的顯示圖像光偏轉(zhuǎn)到水平方向的功能。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示裝置，其中所述液體光學(xué)元件陣列還用作波陣面變換部分，所述波陣面變換部分轉(zhuǎn)換來自所述顯示部分的顯示圖像光中的波陣面的曲率。
全文摘要
本發(fā)明涉及液體光學(xué)元件陣列和顯示裝置。提供了具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的液體光學(xué)元件陣列。液體光學(xué)元件陣列包括彼此面對(duì)的第一襯底和第二襯底；障壁，其垂直布置在第一襯底的與第二襯底面對(duì)的表面上，并將第一襯底上的區(qū)域分隔成多個(gè)單元區(qū)域；第一電極和第二電極，其布置在障壁的壁表面上以彼此面對(duì)；第三電極，其布置在第二襯底的與第一襯底面對(duì)的表面上；突起，其垂直布置在第一襯底或第二襯底上的每個(gè)單元區(qū)域中；和極性液體和非極性液體，其被密封在第一襯底和第三電極之間，并且具有不同的折射率。
文檔編號(hào)G02B3/00GK102375168SQ201110234030
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者佐藤能久, 土屋美樹, 高井雄一 申請(qǐng)人:索尼公司