CN103105673A - 光学元件阵列、其形成方法、显示装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学元件阵列、其形成方法、显示装置和电子设备。一种光学元件阵列包括：彼此相对的第一衬底和第二衬底；多个第一壁，其直立设置于与第二衬底相对的第一衬底内表面上；第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的第一壁的相对的壁面上；第三电极，其设置于与第一衬底相对的第二衬底内表面上，第二壁，其部分地覆盖第一衬底的内表面和第一壁以部分地或完全地围绕介于第一衬底和第二衬底之间的空间的至少一部分；极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。

Description

光学元件阵列、其形成方法、显示装置和电子设备
技术领域
本发明涉及利用电润湿(electrowetting)现象的光学元件阵列，显示装置和包括光学元件阵列的电子设备，以及形成光学元件阵列的方法。
背景技术
在相关技术中，已开发出通过电润湿现象(电毛细现象)展示光学作用的液体光学元件。电润湿现象是指当在电极和导电液体之间施加电压时，电极表面和导电液体(极性液体)之间的界面能(interface energy)发生改变从而引起液体表面形状发生改变的现象。
申请人已经提出了一种立体影像显示装置，其中，由多个液体光学元件制成的光学元件阵列被用作柱状透镜(例如，参考日本未实审专利申请公开No.2009-247480)。
发明内容
近来，要求光学元件阵列中的驱动控制要更精确。因此，有必要提高各个部分在尺寸方面的精度，例如相对的电极之间的间隙。另一方面，也存在要应对整体构造增大的要求。
希望能提供一种光学元件阵列，其具有出色工艺性结构且即便在整体构造增大的情况下也能在尺寸方面保持足够的精度，以及包括该光学元件阵列的显示装置和电子设备。还希望提供能高效且以高精度形成光学元件阵列的方法。
根据本发明的一种实施例，提供了光学元件阵列，其包括以下各个组件(A1)至(A6)：
(A1)彼此相对的第一衬底和第二衬底；
(A2)多个第一壁，其直立在第一衬底的、与第二衬底相对的内表面上；
(A3)第一电极和第二电极，其分别位于相邻的第一壁的相对的壁面上；
(A4)第三电极，其位于第二衬底的、与第一衬底相对的内表面上；
(A5)第二壁，其部分地覆盖第一衬底和第一壁的内表面，以部分地或完全地围绕介于第一衬底和第二衬底之间的空间的至少一部分；和
(A6)极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，且具有不同的折射率。
根据本发明的另一个实施例，提供了显示装置，其包括显示部和光学元件阵列，其中，光学元件阵列具有以下各个组件(B1)至(B6)：
(B1)彼此相对的第一衬底和第二衬底；
(B2)多个第一壁，其直立在第一衬底的、与第二衬底相对的内表面上；
(B3)第一电极和第二电极，其分别位于相邻的第一壁的相对的壁面上；
(B4)，第三电极，其位于第二衬底的、与第一衬底相对的内表面上；
(B5)第二壁，其部分地覆盖第一衬底和第一壁的内表面，并沿显示部中的有效区域的外边缘设置；和
(B6)极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，且具有不同的折射率。
根据本发明的再一个实施例，提供了电子设备，其包括具有显示部和光学元件阵列的显示装置，其中，光学元件阵列具有以下各个组件(C1)至(C6)：
(C1)彼此相对的第一衬底和第二衬底；
(C2)多个第一壁，其直立在第一衬底的、与第二衬底相对的内表面上；
(C3)第一电极和第二电极，其分别位于相邻的第一壁的相对的壁面上；
(C4)，第三电极，其位于第二衬底的、与第一衬底相对的内表面上；
(C5)第二壁，其选择性地覆盖第一衬底和第一壁的内表面，并沿显示部中的有效区域的外边缘设置；和
(C6)极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，且具有不同的折射率。
根据本发明的再另一个实施例，提供了形成光学元件阵列的方法，其包括以下各个步骤(D1)至(D5)：
(D1)形成多个直立在第一衬底表面上的第一壁；
(D2)在第一壁的壁面上形成彼此相对的第一电极和第二电极；
(D3)形成第二壁以选择性地覆盖第一衬底和第一壁的表面，并部分地或完全地围绕第一衬底上的空间；
(D4)将提供第三电极的第二衬底布置在一个表面上，使得第三电极与第一衬底相对；和
(D5)将具有不同折射率的极性液体和非极性液体密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内。
在根据本发明的实施例的光学元件阵列、显示装置、电子设备以及形成光学元件阵列的方法中，由于所提供的第一壁和第二壁是分开的个体，因此第一壁和第二壁分别具有高精度的尺寸规格。这是因为在第一壁和第二壁之中，当只将多个第一壁设置在第一衬底上时，相对来说容易处理。换句话说，第一壁和第二壁在单轴方向连续地具有相同的横截面形状，或者具有以预定周期改变的横截面形状。利用这种结构，可以通过诸如在单轴方向挤出成型(extrusion molding)，或使用成型辊的层压合成(laminate transcription)的处理方法使壁成型。
根据本发明实施例的光学元件阵列、显示装置、电子设备以及形成光学元件阵列的方法，由于第一壁和第二壁作为分开的个体提供，因此即便在增大的情况下也可以实现具有出色工艺性以及充分的尺寸精度的结构。可通过选择适合每一种形状、每一种尺寸等的形成方法分别形成第一壁和第二壁。从而可以提高在设计和应对不断增大的屏幕时的自由度。由于获得了高尺寸精度，因此在驱动的过程中可实现更精确的行为。根据可形成根据本发明实施例的光学元件阵列的方法，即便在增大的情况下也可以高效、高精度地制造光学元件阵列。
附图说明
图1是图示了根据本发明的实施例的立体显示装置的配置的示意图；
图2是图示了图1中所图示的波前转换和偏转部的主要部分的配置的透视图；
图3是在图1中所图示的波前转换和偏转部的主要部分的配置的平面图；
图4是在图3中所图示的波前转换和偏转部中沿IV-IV方向线的剖视图；
图5是在图3中所图示的波前转换和偏转部中沿V-V线的剖视图；
图6A、6B和6C是描述图3中所图示的液体光学元件的操作的概念图；
图7A和7B是图3中所图示的液体光学元件的操作的其它概念图；
图8是描述图1中所图示波前转换和偏转部的制造方法的步骤的透视图；
图9是描述图8中所描述步骤的后续步骤的剖面示意图；
图10是描述图9中所描述步骤之后的过程的剖面示意图；
图11A和11B是详细描述图10中所描述的步骤的一部分的剖面示意图；
图12是图示立体显示装置中的波前转换和偏转部的变型的配置的剖视图；
图13是图示作为使用显示装置的电子设备的电视机的配置的透视图；和
图14是描述使用图1中所图示波前转换和偏转部的另一个示例的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的实施例。将按以下顺序进行描述。
1.实施例(图1至图11A和11B)：立体显示装置
2.变型(图12)：立体显示装置的变型
3.应用(图13)：立体显示装置的应用(电子设备)
1.立体显示装置
立体显示装置的配置
首先，将参考图1描述使用液体光学元件阵列的立体显示装置，作为本发明的一种实施例。图1是图示根据本实施例的立体显示装置在水平面上的配置示例的示意图。
如图1中所图示，立体显示装置从光源(未图示)那侧起按顺序包括具有多个像素11的显示部1以及作为液体光学元件阵列的波前转换和偏转部2。在这种情况下，来自光源的光的传播方向被称为Z轴方向，水平方向被称为X轴方向，垂直方向被称为Y轴方向。
显示部1基于视频信号生成二维显示图像，并且例如是彩色液晶显示器，能够由背光BL照射而发出显示图像光。显示部1具有这样的结构：玻璃基片11、多个像素12(12L和12R)中的每一个(包括像素电极和液晶层)以及玻璃基片13从光源侧依次层叠。玻璃基片11和13是透明的，例如包括红(R)色层、绿(G)色层和蓝(B)色层的滤色片被提供给玻璃基片11和13的任何一个。因此，像素12被分成显示红色的像素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，当像素R-12、像素G-12和像素B-12在X轴方向上交替地设置时，具有相同颜色的像素12设置为在Y轴方向上对准。此外，像素12被分成发出显示图像光以形成左眼图像的像素和发出显示图像光以形成右眼图像的像素，这两种像素在X轴方向上交替地设置。在图1中，发出用于左眼的显示图像光的像素12被称为像素12L，发出用于右眼的显示图像光的像素12被称为像素12R。
波前转换和偏转部2是通过在X轴方向上把多个液体光学元件20(每个元件被设置成与X轴方向上彼此相邻的一对像素12L和12R相对应)设置成阵列而构造的。波前转换和偏转部2对从显示部1发出的显示图像光执行波前转换处理和偏转处理。具体地，在波前转换和偏转部2中，与每个像素12相对应的每个液体光学元件20起到柱面透镜的作用。也就是说，波前转换和偏转部2作为一个整体起到柱状透镜的作用。因此，从像素12L和12R发出的显示图像光的波前以在垂直方向(Y轴方向)上排列的一组像素12为一个单位而被集体地转换为具有预定曲率的波前。在波前转换和偏转部2中，可以根据需要使显示图像光在水平面(XZ平面)内集体地偏转。
参见图2至图5，下面将描述波前转换和偏转部2的具体配置。
图2是图示波前转换和偏转部2的主要部分的透视图。此外，图3是从显示图像光的传播方向看去的波前转换和偏转部2在XY平面的平面图。此外，图4是沿图3中所图示的IV-IV线在箭头方向所拍摄的波前转换和偏转部的剖视图。图5是沿图3中所图示的V-V线在箭头方向所拍摄的波前转换和偏转部的剖视图。
如图2至5所示，波前转换和偏转部2包括一对相对的平面衬底21和22，以及密封壁23和分隔壁24，这些壁直立设置在平面衬底21的内表面21S(该表面与平面衬底22相对)上并通过粘合层AL支撑平面衬底22。在波前转换和偏转部2中，被在Y轴方向延伸的多个分隔壁24分成若干部分的多个液体光学元件20设置在X轴方向上，以构成作为整体的液体光学元件阵列。液体光学元件20包括两种具有不同折射率的液体(极性液体29P和非极性液体29N)，光学作用(例如偏转或反射，即波前转换作用和偏转作用)会对入射光线产生影响。在图2和3中，略去了绝缘膜28(稍后提到)和第三电极27(稍后提到)，以及粘合层AL、密封壁23、平面衬底22、极性液体29P和非极性液体29N。
平面衬底21和22由透明绝缘材料(例如玻璃或透明塑料)制成以使可见光通过。平面衬底21设有分别在内表面21S和外表面21SS上形成的第一连接部21T1和第二连接部21T2，以及第一引线31和第二引线32，以构成布线衬底。平面衬底21和22的厚度例如是几百到几千μm。多个分隔壁24将平面衬底21上的空间区域分隔成若干部分，多个液体光学元件20在这些部分中直立设置在平面衬底21的内表面21S上。换句话说，每一个液体光学元件20设置在每一个元件区域20R内，该区域是相邻分隔壁24之间的空间。由于多个分隔壁24分别在Y轴方向延伸，因此液体光学元件20(元件区域20R)具有与在Y轴方向设置的一组显示像素12相对应的矩形平面形状。非极性液体29N被保持在每一个元件区域20R中。换句话说，分隔壁24防止非极性液体29N移动(流动)到其它相邻元件区域20R。此外，密封壁23(稍后提到)将非极性液体29N密封以防止其流到外面。期望分隔壁24由不溶于极性液体29P和非极性液体29N的材料形成，例如环氧基树脂或丙烯酸树脂。平面衬底21和分隔壁24由相同的透明塑料制成，并可以被一体地成型。分隔壁24在X轴方向上以几十到几千μm的节距设置。分隔壁24的高度例如与上述X轴方向上的布置节距在相同数量级上。
分隔壁24的每个壁面沿其延伸方向(Y轴方向)延伸，并提供了被设置成彼此部分地相对的第一电极25和第二电极26。波前转换和偏转部2中第一电极25和第二电极26彼此重叠的区域(相对区域)是有效区域20Z1，在该区域中可对从显示部1发出的显示图像光执行波前转换处理和偏转处理。有效区域20Z1对应于显示部1中形成显示图像的有效显示区域。在波前转换和偏转部2中，提供了只形成有第一电极25和第二电极26之一的连接区域20Z2和20Z3，以在Y轴方向与有效区域20Z1相间。在连接区域20Z2和20Z3中，多个引线31和32(在图3中由虚线表示)设置在平面衬底21中与内表面21S相反的外表面21SS上。第一引线31和第二引线32被形成为在与Y轴方向交叉的方向(此处为X轴方向)上延伸的带状。在介于连接区域20Z2和20Z3中一对相邻的分隔壁24之间的区域中形成第一通孔21H1和第二通孔21H2，以在厚度方向(Z轴方向)贯穿平面衬底21。
每个第一电极25通过第一通孔21H1被连接至一个第一引线31。以相同方式，每个第二电极26通过第二通孔21H2被连接至一个第二引线32。也就是说，为每个第一电极25提供一个第一通孔21H1，为每个第二电极26提供一个第二通孔21H2。例如，除了用激光束照射来执行激光束处理外，也可通过机械加工(微孔处理)形成第一通孔21H1和第二通孔21H2。
此处，第一电极25被连接至具有相同周期(在图3中为每隔六行)的第一引线，第二电极26被连接至具有相同周期(在图3中为每隔六行)的第二引线32。然而，这个周期并不局限于图3中所图示的周期，而可以是任意设置的。
第一电极25和第二电极26、第一引线31和第二引线32、以及第一连接部21T1和第二连接部21T2例如由以下相同材料形成。换句话说，可应用透明导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)或氧化锌(ZnO)，以及其它材料，例如金属材料如铜(Cu)，或碳(C)或导电聚合物。
在连接区域20Z2和20Z3中，第一连接部21T1和第二连接部21T2被分别连接至平面衬底21的内表面21S以及部分地覆盖分隔壁24的第一电极25和第二电极26。第一电极25和第二电极26通过第一连接部21T1和第二连接部21T2以及第一引线31和第二引线32被分别连接至外部电源以施加电压。例如，设置在平面21的外表面21SS上的控制部(未图示)允许第一电极25和第二电极26被分别设置为具有预定大小的电势。
直立地设置的密封壁23设置在平面衬底21上，选择性地覆盖内表面21S和分隔壁24，并围绕介于平面衬底21和平面衬底22之间的空间的至少一部分。密封壁23被设置成把介于平面衬底21和平面衬底22之间的极性液体29P和非极性液体29N密封，并沿与显示部1的有效显示区域相对应的有效区域20Z1的外边缘而设置。因而，密封壁23被设置成与多个液体光学元件20部分地交叉。如图2和3所示，密封壁23并不限于完全围绕预定空间以环绕有效区域20Z1的外边缘的形状，并可以具有部分地残缺的开口部分。在这种情况下，开口部分可用其它材料密封。
例如可通过使用热固性树脂来形成密封壁23，例如环氧树脂或丙烯酸树脂或紫外(UV)固化树脂。
密封壁23的上端表面23TS的高度位置可以高于分隔壁24的上端表面24TS的高度位置。平面衬底21和平面衬底22之间的间隙的平面内不均匀性被减小。当以内表面21S为基准位置时，高度位置是在Z轴方向(厚度方向)的位置。在本实施例中，由于分隔壁24和密封壁23是分开的个体，可以在不同步骤制造分隔壁24和密封壁23。因此，与分隔壁24和密封壁23总的形成一体的情况相比，在制造方法或用料方面的自由度很高，但是在相对位置精度方面是不利的。因此，通过使密封壁23的上端表面23TS高于分隔壁24的上端表面24TS，可以仅通过控制密封壁23的高度而无需顾及分隔壁24的高度，来限定平面衬底21和平面衬底22之间的间隙。
可设置密封壁23以选择性地覆盖第一电极25和第二电极26。换句话说，密封壁23可具有这样的结构：第一电极25和第二电极26与分隔壁24一起贯穿密封壁23。在第一电极25和第二电极26跨在密封壁23两侧的结构中，存在对由此结构引起的问题的担心。具体地，担心由于密封壁23和内表面21S之间的工艺步骤差异，可能导致由第一电极25和第二电极26的横截面积不足引起的电阻增大或第一电极25和第二电极26的断裂。
第一电极25和第二电极26由绝缘膜28紧密覆盖。绝缘膜28可被形成为不仅完全覆盖第一电极25和第二电极26，而且还覆盖密封壁23、分隔壁24和平面衬底21。绝缘膜28由对极性液体29P表现出疏水性(拒水性)(更严格地说，在零电场下对非极性液体29N表现出亲合性)并具有出色的电绝缘性的材料制成。更具体地，绝缘膜28可以由聚偏二氟乙烯(PVdF)或基于氟的聚合体或硅树脂(例如聚四氟乙烯(PTFE))制成。然而，为了进一步提高第一电极25和第二电极26之间的电绝缘，可在第一电极25和第二电极26与绝缘膜28之间设置另一绝缘膜，例如由旋涂玻璃(SOG)制成的绝缘膜。希望分隔壁24的上端或覆盖分隔壁24上端的绝缘膜28可以与平面衬底22和第三电极27分离。
第三电极27设置在平面衬底22的内表面22S(该表面与平面衬底21相对)上。第三电极27由透明导电材料(例如ITO或ZnO)制成，并起到接地电极的作用。
非极性液体29N和极性液体29P被密封在由一对平面衬底21和22以及密封壁23完全围绕的空间区域内。非极性液体29N和极性液体29P彼此不溶且在该密闭空间中彼此分离，在二者之间形成了界面IF。由于非极性液体29N和极性液体29P是透明的，因此穿过界面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是基本上没有极性且表现出电绝缘性的液体材料，例如，基于碳氢化合物的材料(例如癸烷、十二烷、十六烷或十一烷，以及硅油)是合适的。希望非极性液体29N的量足以在第一电极25和第二电极26之间未施加电压的情况下覆盖平面衬底21(或覆盖平面衬底的绝缘膜28)的整个表面。
另一方面，极性液体29P是具有极性的液体材料，例如，除了水以外，溶解了电解质(例如氯化钾或氯化钠等)的溶液是合适的。与非极性液体29N的情况相比，当对极性液体29P施加电压时，对于元件区域20R中彼此相对的内表面28A和28B的润湿性(极性液体29P与内表面28A和28B之间的接触角)大大改变。极性液体29P与作为接地电极的第三电极27接触。
在X轴方向上设置的分隔壁24之间的间隙(更严格地说，覆盖X轴方向上相邻分隔壁24的绝缘膜28之间的间隙W1，参见图3和4)可以等于或小于由以下表达式(1)表示的毛细长度K-1。这样，非极性液体29N和极性液体29P可稳固地保持在初始位置(图4中所图示的位置)。由于非极性液体29N和极性液体29P与覆盖分隔壁24的绝缘膜28接触，因此二者之间的接触界面中的界面张力作用于非极性液体29N和极性液体29P。此处，毛细长度K-1是引力对非极性液体29N与极性液体29P之间的界面生成的界面张力的影响可完全忽略的情形下的最大长度。
K-1＝{Δγ/(Δρ×g)}0.5(1)
其中，K-1为毛细长度(mm)、Δγ为极性液体和非极性液体之间的界面张力(mN/m)、Δρ为极性液体和非极性液体之间的密度差(g/cm3)，g为引力加速度(m/s2)。
在每个液体光学元件20中，在第一电极25和第二电极26之间未施加电压的状态下(第一电极25和第二电极26的电势都为零)，如图4中所图示的那样，界面IF的表面从极性液体29P向非极性液体29N凸弯。此时，界面IF在Y轴方向上的曲率为常量，每个液体光学元件20起一个柱面透镜的作用。此外，在该状态下(第一电极25和第二电极26之间未施加电压的状态)，界面IF的曲率最大。例如，通过选择绝缘膜28的材料，可调整非极性液体29N相对于内表面28A的接触角θ1以及非极性液体29N相对于内表面28B的接触角θ2。在此种情况下，当非极性液体29N的折射率大于极性液体29P的折射率时，液体光学元件20表现为负屈光度。同时，当非极性液体29N的折射率小于极性液体29P的折射率时，液体光学元件20表现为正屈光度。例如，当非极性液体29N为基于碳氢化合物的材料或硅油，而极性液体29P为水或电解溶液时，液体光学元件20表现为负屈光度。
当在第一电极25和第二电极26之间施加电压时，界面IF的曲率减小，而例如当施加某个电压或更高的电压时，界面IF形成图6A至6C中所图示的平面。图6A图示了第一电极25的电势(称为V1)与第二电极26的电势(称为V2)相同(V1＝V2)。在这种情况下，例如，两个接触角θ1和θ2都是直角(90°)。此时，进入液体光学元件20并穿过界面IF的入射光在界面IF不会发生光学作用(例如会聚、发散或偏转)，并按原样从液体光学元件20射出。
当电势V1与电势V2不相同时，例如(V1≠V2)，如图6B和6C中所图示的那样，界面IF相对于X轴和Z轴(与Y轴平行的平面)形成倾斜平面(θ1≠θ2)。具体地，当电势V1大于电势V2(V1＞V2)时，接触角θ1大于接触角θ2(θ1＞θ2)，如图6B中所图示的那样。另一方面，当电势V1小于电势V2(V1＜V2)时，接触角θ1小于接触角θ2(θ1＜θ2)，如图6C中所图示的那样。例如，在这些情况下(V1≠V2)，进入与第一电极25和第二电极26平行的液体光学元件20的入射光在界面IF的XZ平面内被折射和偏转。因此，通过调整电势V1和V2的大小，可使入射光在XZ平面内偏转到预定方向。
此现象(通过施加电压改变接触角θ1和θ2)被认为以如下方式发生。换句话说，通过施加电压，电荷在内表面28A和28B累积，且具有极性的极性液体29P被电荷的库仑力拉向绝缘膜28。因此，当与极性液体29P的内表面28A和28B的接触面积增大时，非极性液体29N被移动(发生变形)以由极性液体29P使之离开与内表面28A和28B接触的部分，因此界面IF变得接***面。
此外，通过调整电势V1和V2的大小，可改变界面IF的曲率。例如，当电势V1和V2(设置为V1＝V2)的值小于在界面IF形成水平面情况下的电势值Vmax时，获得的界面IF1(由实线表示)的曲率小于在电势V1和V2为零的情况下的界面IF0(由虚线表示)的曲率，例如，如图7A中所图示的那样。因此，通过改变电势V1和V2的大小可调整对于穿过界面IF的光所表现的屈光度。换句话说，液体光学元件20起到可变焦距透镜的作用。此外，在此状态下，当电势V1和V2大小不同时(V1≠V2)，界面IF倾斜且具有适当的曲率。例如，当电势V1大于电势V2(V1＞V2)时，形成了图7B中由实线表示的界面IFa。另一方面，当电势V2大于电势V1(V1＜V2)时，形成了图7B中由虚线表示的界面IFb。因此，通过调整电势V1和V2的大小，在对入射光表现出适当的屈光度的同时，液体光学元件20可使入射光在预定方向偏转。图7A和7B图示了在非极性液体29N的折射率大于极性液体29P、液体光学元件20表现出负屈光度的情况下，当形成界面IF1和IFa时入射光发生的改变。
制造波前转换和偏转部的方法
接下来，将参考图8中所图示的透视图以及图9和10中所图示的剖面示意图描述制造波前转换和偏转部2的方法。图9和10是XZ平面内的剖面图。
首先，如图8中所图示的那样，用以上描述的材料制备平面衬底21之后，形成多个分隔壁24，它们直立设置于一个表面(内表面21S)上的预定位置。因此，形成了由多个分隔壁24分隔的多个元件区域20R。具体地，例如，通过旋涂法将预定的树脂涂到内表面21S上以尽可能获得均匀的厚度，通过光刻法选择性地曝光树脂从而执行图案化。或者，可使用具有预定形状的模具通过集体成型形成由相同材料制成的一体的分隔壁24和平面衬底21。此外，还可以通过挤出成型、注射成型、热压成型、使用薄膜材料的传递模制、2P(光照复制(Photo replication)处理)等方式形成分隔壁24和平面衬底21。在本实施例中，由于在平面衬底21上直立设置多个第一壁24的形状很容易连续地在单轴方向形成相同的横截面形状，因此可以采用各种方法。具体地，由于在单轴方向挤出成型或使用成型辊的层压合成能够快速地进行高精度处理，因此希望采用那些方法。
通过例如激光束处理等(优选地，使用CO2激光束的处理)在由多个分隔壁24隔开的每个元件区域20R的每个预定位置形成第一通孔21H1和第二通孔21H2(在图8中未图示)。
在形成第一通孔21H1和第二通孔21H2之后，形成第一连接部21T1和第二连接部21T2以覆盖第一通孔和第二通孔的内表面或填充第一通孔和第二通孔的内部。具体地，使用了诸如丝网印刷、凸版印刷或胶版印刷的方法。将含有银(Ag)的导电膏从外表面21SS涂到第一通孔21H1和第二通孔21H2的内表面，或填充第一通孔21H1和第二通孔21H2的内部。导电膏例如是粘度为10000cP或更高的热固性银膏或紫外固化银膏(希望为银纳米膏)或碳膏。此时，在某些情况下，涂到第一通孔21H1和第二通孔21H2或填充第一通孔和第二通孔的导电膏流出以在平面衬底21的内表面21S中的第一通孔21H1和第二通孔21H2周围扩散。由于有分隔壁24，因此避免了导电膏扩散到相邻元件区域20R。因此，相邻第一电极25或相邻第二电极26之间不会发生短路。
接下来，如图9中所图示的那样，通过例如DC溅射法形成第一电极25和第二电极26以覆盖分隔壁24的壁面24S。此时，第一电极25和第二电极26都被形成为使二者在有效区域20Z1内彼此相对。另一方面，使用金属掩膜等，在连接区域20Z2只形成第一电极25；使用金属掩膜等，在连接区域20Z3只形成第二电极26。这样，第一连接部21T1只通过第一电极25导电，第二连接部21T2只通过第二电极26导电。另外，在平面衬底21的外表面21SS的预定位置形成第一引线31和第二引线32。通过例如用于执行图案化的旋涂法涂覆抗蚀剂以形成具有预定形状的抗蚀剂掩膜，进一步通过电镀法或溅射法形成金属膜来执行抬离(lift-off)，来获得第一引线31和第二引线32。
如图10中所图示的那样，形成密封壁23以与多个分隔壁24以及被分隔壁分隔成的多个空间交叉。密封壁23的上端表面23TS的位置高于分隔壁24的上端表面24TS的位置。例如，当分隔壁24的高度(从内表面21S到上端表面24TS的尺寸)为80μm时，密封壁23的高度(从内表面21S到上端表面23TS的尺寸)是100μm。密封壁23例如通过图11A和11B中所图示的步骤制造。图11A和11B是图示形成密封壁23的详细步骤的剖视图。
首先，如图11A中所图示的那样，例如，将紫外固化树脂涂到预定位置以由分配器沿有效区域20Z1的外边缘描画，因而形成树脂图案23Z1。接下来，如图11B中所图示的那样，将用于调整密封壁23的高度的平玻璃G1设置为通过具有预定高度23H的间隙调整定位模具23G而与平面衬底21相对。此时，树脂图案23Z1的顶部被削平以形成高度为23H的树脂图案23Z2。在保持此状态的同时，树脂图案23Z2被穿过平面玻璃G1的紫外线照射。因此，树脂图案23Z2被固化以形成高度为23H的密封壁23。然后，除去平面玻璃G1，露出密封壁23。
形成密封壁23后，例如，如图10中所图示的那样，通过真空沉积法形成绝缘膜28以将密封壁23、分隔壁24和平面衬底21完全覆盖。在形成密封壁23之前，可形成绝缘膜28以覆盖设置在分隔壁24上的第一电极25和第二电极26。然而，由于在此种情况下密封壁23被形成为选择性地覆盖绝缘膜28，局部应力作用于绝缘膜28。因此，需要注意避免使绝缘膜28部分地产生裂痕。
然后，非极性液体29N被注入或滴入由分隔壁24分隔的空间。此外，极性液体29P被注入由密封壁23所围绕的空间。最后，制备设有第三电极27的平面衬底22，并将平面衬底21和平面衬底22设置为彼此相对，使得二者之间具有某个间隙。此时，沿平面衬底21和平面衬底22重叠的区域的外边缘(即沿着密封壁23)设置粘合层AL，使得平面衬底22通过粘合层AL固定到密封壁23。或者，在粘合层AL的一部分形成注射口，平面衬底22被粘附到密封壁23。然后，可将极性液体29P从注射口填充到由平面衬底21、密封壁23和平面衬底22所围绕的空间内。在这种情况下最后将注射口密封。
根据上述步骤，可以简单地制造波前转换和偏转部2，其包括多个具有出色响应特性的液体光学元件20。
立体显示装置的操作
在立体显示装置中，如图1中所图示的那样，当视频信号输入显示部1时，左眼显示图像光I-L从显示像素12L发出，而右眼显示图像光I-R从显示像素12R发出。显示图像光I-L和显示图像光I-R均进入液体光学元件20。在液体光学元件20中，对第一电极25和第二电极26施加适当的电压，使得液体光学元件20的焦距变成例如通过气体交换显示像素12L和12R与界面IF之间的折射率而获得的距离。可根据观众的位置稍微改变液体光学元件20的焦距。从显示部1的显示像素12L和12R分别发出的显示图像光I-L和显示图像光I-R的发射角可通过液体光学元件20中非极性液体29N和极性液体29P之间的界面IF形成的柱面透镜的作用而选择。因此，如图1中所图示的那样，显示图像光I-L进入观众的左眼10L，显示图像光I-R进入观众的右眼10R。因此，观众能观看到立体视频。
此外，在液体光学元件20中，当界面IF形成平面(参见图6A)，未对显示图像光I-L和显示图像光I-R进行波前转换时，可现实具有高清晰度的二维图像。
立体显示装置的效果
以此方式，在波前转换和偏转部2中，由于分隔壁24和密封壁23分开设置，因此分隔壁24和密封壁23的尺寸精度很高。这是因为分隔壁24和密封壁23可在不同步骤中分别形成。换句话说，波前转换和偏转部2具有当只在平面衬底21上的预定位置设置多个分隔壁24时相对而言较容易处理的结构。“相对容易处理的结构”指的是例如在单轴方向具有连续相同的横截面形状。利用这种结构，可以通过具有高速和高精度的处理方法，在单轴方向挤出成型或使用成型辊的层压合成来成型。结果是可以增加在设计和应对屏幕变大时的自由度。由于获得了高尺寸精度，因此在驱动的过程中可实现更精确的表现。根据形成根据本发明实施例的光学元件阵列的方法，即便在增大的情况下也可以高效地制造高精度光学元件阵列。因此，根据包括波前转换和偏转部2的立体显示装置，可观看高质量的立体图像。
此外，由于密封壁23的上端表面23TS高于分隔壁24的上端表面24TS，平面衬底21和平面衬底22之间的间隙不均匀。结果可以实现精度高得多的表现，并观察具有超高质量的立体图像。
另外，在形成密封壁23之后，由于形成了绝缘膜28以完全覆盖第一电极25和第二电极26、密封壁23、分隔壁24和平面衬底21，因此第一电极25和第二电极26可被厚度基本恒定的绝缘膜28紧密覆盖。因此，波前转换和偏转部2具有出色的操作稳定性。
2.立体显示装置的变型
图12图示了作为实施例的变型的波前转换和偏转部2A。在该变型中，在分隔壁24和第三电极27之间设置有间隔件SP，第三电极27覆盖密封壁23所围绕的有效区域20Z1内的平面衬底22的内表面22S。间隔件SP被绝缘膜28覆盖，并可通过粘合层AL被粘合到第三电极27。通过设置间隔件SP，平面衬底22被间隔件SP和分隔壁24支撑，可以可靠地在平面衬底21和平面衬底22之间保持适当的间隙。因此，可避免由平面衬底22弯曲或变形而造成非预期的光学作用。因此，根据包括波前转换和偏转部2A的立体显示装置，可以观看到质量高得多的立体图像。
期望间隔件SP由例如与密封壁23的材料相同的材料构造成。间隔件SP可如密封壁23那样在相同的步骤中统一形成。当间隔件SP与密封壁23一起统一形成时，可相对容易地使每一个间隔件SP的上表面的高度位置与密封壁23的上表面的高度位置对齐，且有望改进平面衬底21和平面衬底22之间的间隙的精确度。当以内表面21S为基准位置时，高度位置指的是在Y轴方向(厚度方向)的位置。
此外，可用反射或吸收可见光的阻光材料来构造间隔件SP。在这种情况下，可充分地将相邻视点的视频分离。只有预定的视点视频光进入观众的眼睛，而相邻的不必要的视点视频可被阻止进入观众的眼睛。
3.立体显示装置的应用
电子设备
下面将描述以上描述的立体显示装置的应用示例。
本发明的显示装置可应用于各种电子设备，且电子设备的种类没有具体限制。例如，显示装置可安装于以下电子设备中。然而，由于下面描述的电子设备的配置只是示例，因此可适当地改变其配置。
图13图示了电视机的外观配置。电视机包括例如作为显示装置的视频显示屏幕部200。视频显示屏幕部200具有前面板210和滤光玻璃220。
除了图13中所图示的电视机，本发明的显示装置也可用作例如平板个人电脑(PC)、笔记本电脑、移动电话、数码相机或汽车导航***的视频显示部。
尽管结合实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于此，可对其进行各种修改。例如，在以上描述的实施例中，波前转换和偏转部2中的液体光学元件20表现出会聚或发散作用和偏转作用。然而，可分别设置波前转换部和偏转部，通过相应的器件来提供用于显示图像光的会聚或发散作用以及偏转作用。
此外，如图14中所图示的那样，一对显示像素12L和12R 可与多个液体光学元件20相对应，多个液体光学元件20的组合可作为一个柱面透镜发挥作用。图14图示了液体光学元件20A、20B和20C构成一个柱面透镜的示例。
在以上描述的实施例中，尽管示例了分隔壁24的壁面24S与平面衬底21的内表面21S正交的情况，但是壁面24S可向内表面21S倾斜。
此外，在以上描述的实施例中，示例了使用背光的彩色液晶显示器作为二维图像生成部(显示部)。然而，本发明并不局限于此。例如，可使用等离子显示器或使用有机EL元件的显示器。
本发明的光学元件阵列并不局限于立体显示装置，且适用于各种需要光学作用的显示器。
此外，本发明包括以下配置。
(1)光学元件阵列，包括：彼此相对的第一衬底和第二衬底；多个第一壁，其直立设置于第一衬底的与第二衬底相对的内表面上；第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的第一壁的相对的壁面上；第三电极，其设置于第二衬底的与第一衬底相对的内表面上；第二壁，其部分地覆盖第一衬底的内表面和第一壁以部分地或完全地围绕介于第一衬底和第二衬底之间的空间的至少一部分；极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。
(2)根据(1)的光学元件阵列，其中，第二壁的上端高于第一壁的上端。
(3)根据(1)或(2)的光学元件阵列，其中，在第一壁的上端和第二衬底之间形成有间隔件。
(4)根据(3)的光学元件阵列，其中，间隔件和第二壁由相同材料制成。
(5)根据(3)或(4)的光学元件阵列，其中，间隔件由阻光材料制成。
(6)根据(1)至(5)任何一个的光学元件阵列，还包括分别覆盖第一电极和第二电极的绝缘膜。
(7)根据(6)的光学元件阵列，其中，所设置的绝缘膜还覆盖第二壁。
(8)根据(1)至(7)的任何一个的光学元件阵列，其中，设置第二壁以选择性地覆盖第一电极和第二电极。
(9)根据(1)至(8)的任何一个的光学元件阵列，其中，第二壁被设置成与多个第一壁和多个由第一壁分隔成的空间相交。
(10)显示装置，包括显示部光学元件阵列，其中，光学元件阵列具有：彼此相对的第一衬底和第二衬底；多个第一壁，其直立设置于第一衬底的与第二衬底相对的内表面上；第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的第一壁的相对的壁面上；第三电极，其设置于第二衬底的与第一衬底相对的内表面上；第二壁，其部分地覆盖第一衬底的内表面和第一壁，且沿显示部内的有效区域的外边缘设置；极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。
(11)电子设备，其包括具有显示部和光学元件阵列的显示装置，其中，光学元件阵列具有：彼此相对的第一衬底和第二衬底；多个第一壁，其直立设置于第一衬底的与第二衬底相对的内表面上；第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的第一壁的相对的壁面上；第三电极，其设置于第二衬底的与第一衬底相对的内表面上；第二壁，其选择性地覆盖第一衬底的内表面和第一壁，且沿显示部内的有效区域的外边缘设置；极性液体和非极性液体，其密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。
(12)形成光学元件阵列的方法，其包括：形成多个直立在第一衬底的表面上的第一壁；在第一壁的壁面上形成彼此相对的第一电极和第二电极；形成第二壁以选择性地覆盖第一衬底的表面和第一壁，并部分地或完全地围绕第一衬底上的空间；设置第二衬底，其一个表面上设有第三电极，使得第三电极与第一衬底相对；将具有不同折射率的极性液体和非极性液体密封在由第一衬底、第二衬底和第二壁所围绕的空间内。
(13)根据(12)的形成光学元件阵列的方法，其中，第二壁的上端高于第一壁的上端。
(14)根据(12)或(13)的形成光学元件阵列的方法，还包括在第一壁的上端和第二衬底之间形成间隔件。
(15)根据(14)的形成光学元件阵列的方法，其中，间隔件和第二壁采用相同材料统一制成。
(16)根据(14)或(15)的形成光学元件阵列的方法，其中，间隔件由阻光材料形成。
(17)根据(12)至(16)任何一个的形成光学元件阵列的方法，还包括形成分别覆盖第一电极和第二电极的绝缘膜。
(18)根据(17)的形成光学元件阵列的方法，其中，所形成的绝缘膜还覆盖第二壁。
(19)根据(12)至(18)任何一个的形成光学元件阵列的方法，其中，第一电极和第二电极在形成第二壁之前形成。
(20)根据(12)至(19)任何一个的形成光学元件阵列的方法，其中，形成的第二壁与多个第一壁和由第一壁分隔成的多个空间相交。
本发明包含主题与2011年11月10在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2011-246771所公开的主题有关，其全部内容通过引用方式结合于此。
本领域中的技术人员应理解，根据设计需要以及其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附的权利要求书或其等同范围内。

Claims (20)

1.一种光学元件阵列，包括：
彼此相对的第一衬底和第二衬底；
多个第一壁，其直立设置于所述第一衬底的、与所述第二衬底相对的内表面上；
第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的所述第一壁的相对的壁面上；
第三电极，其设置于所述第二衬底的、与所述第一衬底相对的内表面上；
第二壁，其部分地覆盖所述第一衬底的内表面和所述第一壁，以部分地或完全地围绕介于第一衬底与第二衬底之间的空间的至少一部分；和
极性液体和非极性液体，其密封在由所述第一衬底、所述第二衬底和所述第二壁所围绕的空间中，并具有不同的折射率。
2.根据权利要求1所述的光学元件阵列，
其中，所述第二壁的上端高于所述第一壁的上端。
3.根据权利要求1所述的光学元件阵列，
其中，所述第一壁的上端与所述第二衬底之间形成有间隔件。
4.根据权利要求3所述的光学元件阵列，
其中，所述间隔件和所述第二壁由相同材料制成。
5.根据权利要求3所述的光学元件阵列，
其中，所述间隔件由阻光材料制成。
6.根据权利要求1所述的光学元件阵列，还包括绝缘膜，所述绝缘膜分别覆盖所述第一电极和所述第二电极。
7.根据权利要求6所述的光学元件阵列，
其中，所述绝缘膜被设置成还覆盖所述第二壁。
8.根据权利要求1所述的光学元件阵列，
其中，所述第二壁被设置来选择性地覆盖所述第一电极和所述第二电极。
9.根据权利要求1所述的光学元件阵列，
其中，所述第二壁被设置成与所述多个第一壁和由所述第一壁分隔开的多个空间交叉。
10.一种显示装置，包括：
显示部；和
光学元件阵列；
其中，所述光学元件阵列包括：
彼此相对的第一衬底和第二衬底；
多个第一壁，其直立设置于所述第一衬底的、与所述第二衬底相对的内表面上；
第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的所述第一壁的相对的壁面上；
第三电极，其设置于所述第二衬底的、与所述第一衬底相对的内表面上；
第二壁，其部分地覆盖所述第一衬底的内表面和所述第一壁，并沿所述显示部中的有效区域的外边缘而设置；和
极性液体和非极性液体，其密封在由所述第一衬底、所述第二衬底和所述第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。
11.一种电子设备，其包括：
显示装置，其包括显示部和光学元件阵列，
其中，所述光学元件阵列包括：
彼此相对的第一衬底和第二衬底；
多个第一壁，其直立设置于所述第一衬底的、与所述第二衬底相对的内表面上；
第一电极和第二电极，其分别设置在相邻的所述第一壁的相对的壁面上；
第三电极，其设置于所述第二衬底的、与所述第一衬底相对的内表面上；
第二壁，其选择性地覆盖所述第一衬底的内表面和所述第一壁，并沿所述显示部中的有效区域的外边缘而设置，和；
极性液体和非极性液体，其密封在由所述第一衬底、所述第二衬底和所述第二壁所围绕的空间内，并具有不同的折射率。
12.一种形成光学元件阵列的方法，包括：
形成多个直立设置于第一衬底的表面上的第一壁；
在所述第一壁的壁面上形成彼此相对的第一电极和第二电极；
形成第二壁以选择性地覆盖所述第一衬底的表面和所述第一壁，并部分地或完全地围绕所述第一衬底上的空间；
设置第二衬底，其一个表面上设有第三电极，使得所述第三电极与所述第一衬底相对；和
将具有不同折射率的极性液体和非极性液体密封在由所述第一衬底、所述第二衬底和所述第二壁所围绕的空间内。
13.根据权利要求12所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所述第二壁的上端高于所述第一壁的上端。
14.根据权利要求12所述的形成光学元件阵列的方法，还包括：
在所述第一壁的上端与所述第二衬底之间形成间隔件。
15.根据权利要求14所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所述间隔件和所述第二壁采用相同材料统一制成。
16.根据权利要求14所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所述间隔件由阻光材料形成。
17.根据权利要求12所述的形成光学元件阵列的方法，还包括：
形成绝缘膜以分别覆盖所述第一电极和所述第二电极。
18.根据权利要求17所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所形成的所述绝缘膜还覆盖所述第二壁。
19.根据权利要求12所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所述第一电极和所述第二电极在形成所述第二壁之前形成。
20.根据权利要求12所述的形成光学元件阵列的方法，
其中，所述第二壁被形成为与所述多个第一壁和由所述第一壁分隔开的多个空间交叉。
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