光学素子およびその形成方法、光学素子アレイ、表示装置、電子機器
【課題】十分な絶縁性を確保しつつ、低電圧で正確な駆動を実現することができる光学素子を提供する。
【解決手段】対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板における第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と直交する第２の方向へ延在する一対の壁部と、その一対の壁部の壁面に、互いに対向し、かつ第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備える。
【解決手段】対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板における第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と直交する第２の方向へ延在する一対の壁部と、その一対の壁部の壁面に、互いに対向し、かつ第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エレクトロウェッティング現象を利用した光学素子および光学素子アレイ、それらを備えた表示装置および電子機器、ならびにそのような光学素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）により光学作用を発揮する液体光学素子が開発されている。エレクトロウェッティング現象とは、電極と導電性を有する液体（極性液体）との間に電圧を印加した場合に、その電極の表面と液体との界面エネルギーが変化し、液体の表面形状が変化する現象をいう。
【０００３】
本出願人は、このエレクトロウェッティング現象を利用した複数の液体光学素子をレンチキュラーレンズとして備えた立体画像表示装置を、既に提案している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、液体光学素子では、エレクトロウェッティング現象を利用するため、電極の表面が撥水性の絶縁膜で覆われている。この絶縁膜には、所望の絶縁性を確保できること（リーク電流を十分に抑制すること）と、極性液体における所望の接触角が得られることとが要求される。
【０００６】
また、最近では、このような液体光学素子に対し、より低い印加電圧での駆動が求められている。そのためには、絶縁膜についてその誘電率を上げること、およびその厚さを低減すること、の２点が考えられる。しかしながら、液体光学素子の小型化により、電極を覆う絶縁膜を薄くかつ均一に形成することが困難となりつつある。
【０００７】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、十分な絶縁性を確保しつつ、正確に動作可能な光学素子および光学素子アレイ、ならびにそれらを備えた表示装置および電子機器を提供することにある。また、本開示の第２の目的は、そのような光学素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の光学素子は、対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板における第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部と、一対の壁部の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備えるものである。
【０００９】
本開示の光学素子アレイは、対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板の、第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、記第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備えるものである。
【００１０】
本開示の表示装置は、表示手段と、上記した本開示の光学素子アレイとを備える。本開示の電子機器は、上記表示装置を備えたものである。表示手段は、例えば、複数の画素を有し、映像信号に応じた２次元表示画像を生成するディスプレイである。
【００１１】
本開示の光学素子の形成方法は、第１の基板の表面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部を形成する工程と、壁部の壁面と第１の基板の表面とを連続的に覆うようにレジスト層を形成する工程と、壁部の壁面を覆うレジスト層のうち第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を選択的に除去する工程と、壁部の壁面におけるレジスト層が除去された領域を覆うように互いに対向する第１および第２の電極を形成したのち、残存するレジスト層の他の部分を除去する工程と、第１および第２の電極をそれぞれ覆うように絶縁膜を形成する工程と、一方の面に第３の電極が設けられた第２の基板を、第３の電極が第１の基板と対向するように配置する工程と、第１の基板と第２の基板との間に、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体を封入する工程とを含むものである。
【００１２】
本開示の光学素子、光学素子アレイ、表示装置、電子機器および光学素子の形成方法では、隔壁（壁部）の壁面に、複数の素子領域の底面となる第１の基板の表面から離間するように第１および第２の電極を設けるようにした。これにより、第１の基板の表面と接するように第１および第２の電極を形成した場合と比較し、第１および第２の電極を覆う絶縁膜の厚さのばらつきが、より低減される。第１の基板の表面と接するように第１および第２の電極を形成した場合には、隔壁（壁部）と第１の基板の表面とが交わる隅部分において、絶縁膜を構成する材料が第１および第２の電極に付着しにくいからである。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の光学素子および光学素子アレイでは、第１および第２の電極を覆う絶縁膜の厚さのばらつきが低減されているので、厚さが薄くとも十分な絶縁性を確保しつつ、低電圧で正確な駆動を実現することができる。このため、この光学素子アレイを備えた本開示の表示装置および電子機器によれば、消費電力を低減しつつ、所定の映像信号に対応した正確な画像表示を実現することが可能となる。また、本開示の光学素子の形成方法では、マスクを使用しないのでアライメント誤差に起因する製造誤差を回避することができる。よって、例えば第１の基板や壁部を温度変化などによる寸法変化の大きな樹脂によって形成した場合であっても、上記の光学素子を高い寸法精度で形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の一実施の形態に係る立体表示装置の構成を表す概略図である。
【図２】図１に示した波面変換偏向部の要部構成を表す斜視図である。
【図３】図１に示した波面変換偏向部の要部構成を表す平面図である。
【図４】図３に示した波面変換偏向部のIV- IV線に沿った断面図である。
【図５】図３に示した波面変換偏向部のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図３に示した液体光学素子の動作を説明するための概念図である。
【図７】図３に示した液体光学素子の動作を説明するための他の概念図である。
【図８】図１に示した波面変換部の製造方法における一工程を説明するための斜視図である。
【図９】図８に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１０】図９に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１１】図１０に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１２】図１１に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１３】図１２に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１４】図１３に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１５】表示装置を用いた電子機器としてのテレビジョン装置の構成を表す斜視図である。
【図１６】図１に示した波面変換偏向部の他の使用例を説明するための断面図である。
【図１７】変形例としての波面変換部の斜視構成を表す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（図１〜図１４）：立体表示装置
２．適用例（図１５）：表示装置の適用例（電子機器）
【００１６】
＜立体表示装置の構成＞
まず、図１を参照して、本開示における一実施の形態としての液体光学素子アレイを用いた立体表示装置について説明する。図１は、本実施の形態の立体表示装置の、水平面内における一構成例を表す概略図である。
【００１７】
図１に示したように、この立体表示装置は、光源（図示せず）の側から、画素１１を複数有する表示部１と、液体光学素子アレイとしての波面変換偏向部２とを順に備えている。ここでは、光源からの光の進行方向をＺ軸方向とし、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向としている。
【００１８】
表示部１は、映像信号に応じた２次元表示画像を生成するものであり、例えばバックライトＢＬが照射されることにより表示画像光を射出するカラー液晶ディスプレイである。表示部１は、光源の側からガラス基板１１と、それぞれ画素電極および液晶層を含む複数の画素１２（１２Ｌ，１２Ｒ）と、ガラス基板１３とが順に積層された構造を有している。ガラス基板１１およびガラス基板１３は透明であり、いずれか一方には例えば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の着色層を有するカラーフィルタが設けられている。このため、画素１２は、赤色を表示する画素Ｒ−１２と緑色を表示する画素Ｇ−１２と青色を表示する画素Ｂ−１２とに分類される。この表示部１では、Ｘ軸方向においては画素Ｒ−１２と、画素Ｇ−１２と、画素Ｂ−１２とが順に繰り返し配置される一方、Ｙ軸方向においては同色の画素１２が揃うように配置されている。さらに、画素１２は、左眼用の画像を形成する表示画像光を射出するものと、右眼用の画像を形成する表示画像光を射出するものとに分類され、それらはＸ軸方向において交互に配置されている。図１では、左眼用の表示画像光を射出する画素１２を画素１２Ｌと表し、右眼用の表示画像光を射出する画素１２を画素１２Ｒと表す。
【００１９】
波面変換偏向部２は、例えばＸ軸方向に隣り合う１組の画素１２Ｌ，１２Ｒに対応して設けられた１つの液体光学素子２０が、Ｘ軸方向に複数配列されたアレイ状をなすものである。波面変換偏向部２は、表示部１から射出された表示画像光に対し、波面変換処理および偏向処理を行う。具体的には、波面変換偏向部２では、各画素１２に対応する各液体光学素子２１がシリンドリカルレンズとして機能する。すなわち、波面変換偏向部２は、全体としてレンチキュラーレンズとして機能する。これによって各画素１２Ｌ，１２Ｒからの表示画像光の波面が、鉛直方向（Ｙ軸方向）に並ぶ一群の画素１２を一単位として所定の曲率を有する波面に一括して変換される。波面変換偏向部２では、併せて、必要に応じてそれらの表示画像光を水平面内（ＸＺ平面内）において一括して偏向することも可能となっている。
【００２０】
図２〜図４を参照して、波面変換偏向部２の具体的な構成について説明する。
【００２１】
図２は、波面変換偏向部２の要部を表す斜視図である。また、図３は、表示画像光の進行方向から眺めた波面変換偏光部２のＸＹ平面における平面図である。また、図４は、図３に示したIV−IV線に沿った矢視方向の断面図である。さらに、図５は、図３に示したV−V線に沿った矢視方向の断面図である。
【００２２】
図２〜図５に示したように、波面変換偏向部２は、対向配置された一対の平面基板２１，２２と、平面基板２１における平面基板２２と対向する内面２１Ｓに立設し、接着層３１を介して平面基板２２を支持する側壁２３および隔壁２４とを備えている。波面変換偏向部２では、Ｙ軸方向へ延在する複数の隔壁２４によって区画された複数の液体光学素子２０がＸ軸方向へ並び、全体として液体光学素子アレイを構成している。液体光学素子２０は、屈折率の異なる２種の液体（極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎ）を含み、入射光線に対して偏向や屈折などの光学的作用（すなわち、波面変換作用および偏向作用）を及ぼすものである。なお、図２および図３では、接着層３１、側壁２３、平面基板２２、極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎのほか、絶縁膜２８（後出）および第３の電極２７（後出）の図示を省略している。
【００２３】
平面基板２１，２２は、例えばガラスや透明なプラスチックなど、可視光を透過する透明な絶縁材料によって構成される。平面基板２１の内面２１Ｓには、この平面基板２１上の空間領域を、複数の液体光学素子２０ごとに仕切る複数の隔壁２４が立設している。すなわち液体光学素子２０は、隣り合う隔壁２４同士に挟まれた空間である素子領域２０Ｒごとに設けられている。複数の隔壁２４は各々Ｙ軸方向へ延在していることから、液体光学素子２０（素子領域２０Ｒ）は、Ｙ軸方向に並ぶ一群の表示画素１２に対応して矩形状の平面形状を有している。各素子領域２０Ｒには、それぞれ無極性液体２９Ｎが保持されている。すなわち、無極性液体２９Ｎは、隔壁２４の存在により、隣り合う他の素子領域２０Ｒへ移動（流出）しないようになっている。隔壁２４は、極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎに溶解等しない材料、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などによって構成されることが望ましい。なお、平面基板２１と隔壁２４とが同種の透明なプラスチック材料からなり、一体成型されたものであってもよい。また、隔壁２４は、保護層３５（図４参照）によって覆われていることが望ましい。後述する第１および第２の電極２５，２６を形成する際に受けるダメージを緩和すると共に、第１および第２の電極２５，２６との密着性を高めるためである。図４では、隔壁２４の壁面２４Ｓおよび上面２４Ｔ、ならびに平面基板２１の内面２１Ｓの全てを覆うように保護層３５が設けられているが、保護層３５は、少なくとも壁面２４Ｓと第１および第２の電極２５，２６との間に設けられていればよい。なお、図１〜図３、図５および後述の図６、図７では、保護層３５の図示を省略している。保護層３５としては、例えば、反応性イオンエッチングに耐性を示し、有機溶剤に溶解せず、かつ、第１および第２の電極２５，２６との密着性に優れるものであることが望ましい。そのような構成材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００２４】
各隔壁２４の壁面２４Ｓには、互いに対向するように配置された第１および第２の電極２５，２６が保護層３５を介して設けられている。第１および第２の電極２５，２６の構成材料としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明な導電性材料のほか、銅（Ｃｕ）などの金属材料、あるいは炭素（Ｃ）もしくは導電性高分子などの他の導電性材料が適用可能である。第１および第２の電極２５，２６は、いずれも帯状をなしており、Ｙ軸方向において隔壁２４の一端から他端に至るまで分離部３２，３３を除いて途切れることなく連続している。すなわち、第１の電極２５は、分離部３２において２つの部分２５Ａと部分２５Ｂとに分離されている。第２の電極２６は、分離部３３において２つの部分２６Ａと部分２６Ｂとに分離されている。なお、以下では、部分２５Ａ，２５Ｂについては第１の電極２５Ａ，２５Ｂと記載し、部分２６Ａ，２６Ｂについては第２の電極２６Ａ，２６Ｂと記載する。分離部３２，３３は、いずれも、例えばレーザビームを照射することによって形成され、隔壁２４および平面基板２１の表面の一部をも除去された凹部である。分離部３２は、Ｙ軸方向における隔壁２４の一方の端部近傍に設けられており、分離部３３は、Ｙ軸方向における隔壁２４の他方の端部近傍に設けられている。素子領域２０Ｒのうち、これら分離部３２と分離部３３との間の領域、すなわち第１の電極２５Ａと第２の電極２６Ｂとが重なり合う領域（対向する領域）が有効領域２０Ｚとなっている。有効領域２０Ｚとは、表示部１から射出された表示画像光に対し、波面変換処理および偏向処理を行うことのできる領域である。
【００２５】
第１および第２の電極２５，２６は、隔壁２４の壁面の全てを覆っているわけではなく、壁面の下方部分、すなわち平面基板２１の近傍には設けられていない。このため、第１および第２の電極２５，２６は、平面基板２１と接することなく、離間して設けられている。但し、各素子領域２０ＲのＹ軸方向における両端部分には、接続部３４（３４Ａ，３４Ｂ）が、平面基板２１の表面と、隔壁２４の壁面の下方部分とを覆うように設けられている。接続部３４Ａ，３４Ｂには、例えばスクリーン印刷法により形成された銀ペースト３４Ｈがそれぞれ設けられており、外部電源からの導線と接続され、電圧供給が可能となっている。よって、接続部３３Ａならびに、これと接する第１の電極２５Ａおよび第２の電極２６Ａは、相互に導通した状態となっている。同様に、接続部３３Ｂならびに、これと接する第１の電極２５Ｂおよび第２の電極２６Ｂは、相互に導通した状態となっている。第１および第２の電極２５，２６は、例えば平面基板２１の裏面に設けられた制御部（図示せず）によってそれぞれ所定の大きさの電位に設定できるようになっている。
【００２６】
第１および第２の電極２５，２６は、絶縁膜２８によって密に覆われている。絶縁膜２８は、第１および第２の電極２５，２６だけでなく、隔壁２４および平面基板２１を全面的に覆うように形成されていてもよい。この絶縁膜２８は、極性液体２９Ｐに対して疎水性（撥水性）を示す（より厳密には無電界下において無極性液体２９Ｎに親和性を示す）と共に、電気的絶縁性に優れた性質を有する材料からなるものである。具体的には、フッ素系の高分子であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいはシリコーンなどが挙げられる。但し、第１の電極２５と第２の電極２６との電気的絶縁性をより高めることを目的として、第１および第２の電極２５，２６と絶縁膜２８との間に例えばスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）などからなる他の絶縁膜を設けるようにしてもよい。なお、隔壁２４の上端もしくはそれを覆う絶縁膜２８は、平面基板２２および第３の電極２７と離間していることが望ましい。
【００２７】
平面基板２２の、平面基板２１と対向する内面２２Ｓには、第３の電極２７が設けられている。第３の電極２７は、例えばＩＴＯやＺｎＯ、ＡＺＯ，ＧＺＯ，ＴＺＯなどの透明な導電材料によって構成されており、接地電極として機能する。
【００２８】
一対の平面基板２１，２２および隔壁２４などによって完全に密閉された空間領域には、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが密封されている。無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐは、その閉空間において互いに溶解せずに分離して存在し、界面ＩＦを形成している。無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐは透明であることから、界面ＩＦを透過する光は、その入射角と、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐの屈折率とに応じて屈折する。
【００２９】
無極性液体２９Ｎは、ほとんど極性を有さず、かつ、電気絶縁性を示す液体材料であり、例えばデカン、ドデカン、ヘキサデカンもしくはウンデカンなどの炭化水素系材料のほか、シリコンオイルなどが好適である。無極性液体２９Ｎは、第１の電極２５Ａと第２の電極２６Ｂとの間に電圧を印加しない場合において、平面基板２１（もしくはそれを覆う絶縁膜２８）の表面を全て覆う程度に十分な容量を有していることが望ましい。
【００３０】
一方、極性液体２９Ｐは極性を有する液体材料であり、例えば水のほか、塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの電解質を溶解させた水溶液が好適である。極性液体２９Ｐに電圧を印加すると、素子領域２０Ｒにおいて対向する内表面２８Ａ，２８Ｂに対する濡れ性（極性液体２９Ｐと内表面２８Ａ，２８Ｂとの接触角）が無極性液体２９Ｎと比べて大きく変化する。極性液体２９Ｐは、接地電極としての第３の電極２７と接している。
【００３１】
ここで、Ｘ軸方向に並ぶ隔壁２４の間隔（より厳密には、Ｘ軸方向において隣り合う隔壁２４を覆う絶縁膜２８同士の間隔Ｗ１（図３および図４参照））は、以下の式（１）で表される毛管長Ｋ-1以下の長さであるとよい。そうすることで、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが、安定して初期位置（図４に示した位置）に保持される。これは、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが隔壁２４を覆う絶縁膜２８と接することにより、その接触界面における界面張力が無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐに対し作用するからである。ここでいう毛管長Ｋ-1とは、無極性液体２９Ｎと極性液体２９Ｐとの界面に生じる界面張力に対して重力の影響を全く無視できる最大の長さをいう。
【００３２】
Κ-1 ＝｛Δγ／（Δρ×ｇ）｝0.5 ……（１）
但し、
Κ-1 ：毛管長（ｍｍ）
Δγ：極性液体と無極性液体との界面張力（ｍＮ／ｍ）
Δρ：極性液体と無極性液体との密度差（ｇ／ｃｍ3 ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2 ）
【００３３】
各液体光学素子２０では、第１および第２の電極２５，２６の間に電圧が印加されていない状態（第１および第２の電極２５，２６の電位がいずれも零である状態）では、図４に示したように、界面ＩＦは、極性液体２９Ｐの側から無極性液体２９Ｎへ向けて凸の曲面をなしている。このときの界面ＩＦの曲率はＹ軸方向において一定であり、各液体光学素子２０は１つのシリンドリカルレンズとして機能する。また、界面ＩＦの曲率はこの状態（第１および第２の電極２５，２６の間に電圧を印加しない状態）が最大となる。内表面２８Ａに対する無極性液体２９Ｎの接触角θ１、および内表面２８Ｂに対する無極性液体２９Ｎの接触角θ２は、例えば絶縁膜２８の材料種を選択することによって調整することができる。ここで、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも大きな屈折率を有していれば、液体光学素子２０は負の屈折力を発揮する。これに対し、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも小さな屈折率を有していれば、液体光学素子２０は正の屈折力を発揮する。例えば、無極性液体２９Ｎが炭化水素系材料またはシリコンオイルであり、極性液体２９Ｐが水または電解質水溶液であれば、液体光学素子２０が負の屈折力を発揮することとなる。
【００３４】
第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂの間に電圧が印加されると界面ＩＦの曲率が小さくなり、ある一定以上の電圧を印加すると例えば図６（Ａ）〜６（Ｃ）に表したように平面となる。なお、図６（Ａ）は、第１の電極２５Ａの電位（Ｖ１とする）と第２の電極２６Ｂの電位（Ｖ２とする）とが互いに等しい（Ｖ１＝Ｖ２）場合を示している。この場合、例えば接触角θ１，θ２がいずれも直角（９０°）となる。このとき、液体光学素子２０へ入射して界面ＩＦを通過した入射光は、界面ＩＦにおいて収束、発散もしくは偏向などの光学作用を受けることなく、そのまま液体光学素子２０から射出する。
【００３５】
電位Ｖ１と電位Ｖ２とが異なる場合（Ｖ１≠Ｖ２）には、例えば図６（Ｂ），６（Ｃ）に表したように、Ｘ軸およびＺ軸に対して傾斜した平面（Ｙ軸に対しては平行な面）となる（θ１≠θ２）。具体的には、電位Ｖ１が電位Ｖ２よりも大きい場合（Ｖ１＞Ｖ２）、図６（Ｂ）に示したように接触角θ１が接触角θ２よりも大きくなる（θ１＞θ２）。反対に、電位Ｖ１よりも電位Ｖ２が大きいと（Ｖ１＜Ｖ２）、図６（Ｃ）に示したように、接触角θ１よりも接触角θ２が大きくなる（θ１＜θ２）。これらの場合（Ｖ１≠Ｖ２）、例えば第１の電極２５Ａ，２６Ｂと平行に進行して液体光学素子２０へ入射した入射光は、界面ＩＦにおいてＸＺ平面内で屈折し、偏向される。したがって、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを調整することで、入射光をＸＺ平面内の所定の向きへ偏向可能となる。
【００３６】
なお、上記の現象（電圧の印加による接触角θ１，θ２の変化）は以下のように生じるものと推察される。すなわち、電圧印加により、内表面２８Ａ，２８Ｂに電荷が蓄積され、その電荷のクーロン力によって、極性を有する極性液体２９Ｐが絶縁膜２８へ引き寄せられる。すると、極性液体２９Ｐが内表面２８Ａ，２８Ｂと接触する面積を拡大する一方、無極性液体２９Ｎが内表面２８Ａ，２８Ｂと接触する部分から極性液体２９Ｐによって排除されるように移動（変形）し、結果として界面ＩＦが平面に近づくこととなる。
【００３７】
また、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさの調整により界面ＩＦの曲率が変わるようになっている。例えば、電位Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＝Ｖ２とする）を、界面ＩＦが水平面となる場合の電位Ｖmaxよりも低い値とすれば、例えば図７（Ａ）に表したように、電位Ｖ１，Ｖ２が零の場合の界面ＩＦ0（破線で表示）よりも曲率の小さな界面ＩＦ1（実線で表示）が得られる。このため、界面ＩＦを透過する光に対して発揮する屈折力は、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを変えることで調整可能である。すなわち、液体光学素子２０は、可変焦点レンズとして機能する。さらに、その状態で電位Ｖ１と電位Ｖ２とが互いに異なる大きさ（Ｖ１≠Ｖ２）となれば、界面ＩＦは適度な曲率を有しつつ、傾斜した状態となる。例えば電位Ｖ１のほうが大きい（Ｖ１＞Ｖ２）場合には、図７（Ｂ）において実線で表した界面ＩＦａが形成される。一方、電位Ｖ２のほうが大きい（Ｖ１＜Ｖ２）場合には、図７（Ｂ）において破線で表した界面ＩＦｂが形成される。したがって、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを調整することで、液体光学素子２０は、入射光に対して適度な屈折力を発揮しつつ、その入射光を所定の向きへ偏向することが可能である。なお、図７（Ａ），７（Ｂ）では、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも大きな屈折率を有しており、液体光学素子２０が負の屈折力を発揮する場合に、界面ＩＦ1，ＩＦａを形成したときの入射光の変化を表している。
【００３８】
次に、波面変換偏向部２の製造方法について、図８に示した斜視図および図９〜図１４に表した断面模式図を参照して説明する。なお、図９〜図１４は、ＸＺ平面における断面図である。
【００３９】
まず、平面基板２１を用意したのち、図８に示したように、その一方の面（表面２１Ｓ）の上の所定位置に隔壁２４を複数形成する。これにより、隔壁２４によって仕切られた複数の素子領域２０Ｒが形成される。具体的には、例えばスピンコーティング法により所定の樹脂を内面２１Ｓの上にできるだけ均一な厚みとなるように塗布したのち、フォトリソグラフィ法を利用して選択的な露光を行うことにより、パターニングを行う。あるいは、所定形状の金型を使用した一括成型により、同種の材料からなる一体化した平面基板２１および隔壁２４を形成するようにしてもよい。さらには、射出成型、熱プレス成型、フィルム材を用いた転写成型または２Ｐ（Photoreplication Process）法などによりそれらを形成することも可能である。
【００４０】
次に、図９に示したように、隔壁２４を形成した平面基板２１の全体を覆うように、例えばスパッタリング法により所定材料からなる絶縁層３５を形成する。そののち、絶縁層３５によって覆われた隔壁２４の壁面２４Ｓと、平面基板２１の表面２１Ｓとを連続的に覆うようにレジスト層Ｒを形成する。具体的には、例えば所定の有機溶剤に溶解する紫外線硬化樹脂をディスペンサにより素子領域２０Ｒに所定量を滴下し、スピンコート法により全体に広げるように塗布したのち、紫外線を照射してレジストを硬化させるようにする。なお、レジスト層Ｒの構成材料としては、例えばケミシールＵ−４５１Ｍ（ケミテック株式会社製）などが好適である。
【００４１】
レジスト層Ｒを形成したのち、図１０に示したように、エッチング処理（ＲＩＥなど）によりレジスト層Ｒを除去し、壁面２４Ｓの上部を露出させる。そののち、図１１に示したように、全体を覆うように金属膜ＭＬを形成する。ここでは、例えば直流スパッタリング法によりＩＴＯからなる金属膜ＭＬを形成した。
【００４２】
続いて、レジスト層Ｒを溶解可能な有機溶剤（アセトンや酢酸エチルなど）に浸漬し、必要に応じて超音波の振動を加えることにより、残存していたレジスト層Ｒを溶解除去する。その際、図１２に示したように、レジスト層Ｒを覆っていた一部の金属膜ＭＬをも除去される。ここで、残存していたレジスト層Ｒは、金属膜ＭＬを形成した際のイオンの衝突によるダメージなどによって表面が粗面化しているため、有機溶剤の浸透がし易い状態となっている。さらに、メタルマスクなどを用いて選択的に金属膜を形成することで接続部３４Ａ，３４Ｂ（図２，図３を参照）を形成したのち、化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより、絶縁層３５を介して隔壁２４の上部を覆っていた金属膜ＭＬを除去する。これにより、図１３に示したように、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部以外の部分を覆い、かつ互いに絶縁された第１および第２の電極２５，２６が形成される。なお、ＣＭＰ法に限らず、単なる機械研磨によって金属膜ＭＬの選択的な除去を行うようにしてもよい。そののち、例えば第１および第２の電極２５，２６の表面の一部にレーザビームを照射することにより分離部３２，３３を形成する（図２）。ここでは、短パルス幅（例えば１０ｐｓｅｃ程度）のレーザビームを用いるとよい。そのようなレーザビームであれば、熱拡散が小さく、隔壁２４などに与える熱エネルギーを抑えることができるからである。その際、レーザビーム照射によってＩｎ（インジウム）やＳｎ（すず）などの導電性物質が飛散すると短絡が生ずる可能性がある。そのため、レーザビーム照射を行う場合には、大気圧未満の真空状態下で行うこと、排気を行うこと、ガスを吹き付けることなどによって分離部３２，３３およびその近傍に、除去したダストが再付着しないように留意すべきである。分離部３２，３３の形成により、第１の電極２５が部分２５Ａと部分２５Ｂとに分離され、第２の電極２６が部分２６Ａと部分２６Ｂとに分離される。そののち、例えばスクリーン印刷法により、銀ペースト３４Ｈを形成する。
【００４３】
次に、接続部３４Ａ，３４Ｂを除く領域を覆うように、例えば真空蒸着法により絶縁膜２８を形成する（図１４）。ここで、第１および第２の電極２５，２６は、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部には形成されておらず、平面基板２１の表面から離間するように形成されている。このため、絶縁膜２８のうち、第１および第２の電極２５，２６を覆う部分はほぼ一定の厚さをなる。
【００４４】
続いて、無極性液体２９Ｎを、隔壁２４で仕切られた空間に注入もしくは滴下する。そののち、平面基板２２に第３の電極２７を設けたものを用意し、平面基板２１と平面基板２２とが一定の間隔となるように対向配置する。その際、平面基板２１と平面基板２２とが重なり合う領域の外縁に沿って接着層３１を設け、その接着層３１を介して平面基板２２と側壁２３および隔壁２４とを固定するようにする。なお、接着層３１の一部には注入口を形成しておく。最後に、その注入口から、平面基板２１、側壁２３、隔壁２４、および平面基板２２によって囲まれた空間に極性液体２９Ｐを充填したのち、注入口を封止する。以上の手順により、応答性に優れた液体光学素子２０を複数備えた波面変換偏向部２を簡便に製造することができる。
【００４５】
＜立体表示装置の動作＞
この立体表示装置では、図１に示したように、表示部１に映像信号が入力されると、表示画素１２Ｌから左眼用の表示画像光Ｉ−Ｌが射出されると共に表示画素１２Ｒから右眼用の表示画像光Ｉ−Ｒが射出される。表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒは、いずれも液体光学素子２０に入射する。液体光学素子２０では、その焦点距離が、例えば表示画素１２Ｌ，１２Ｒと界面ＩＦとの間の屈折率を空気換算した距離となるように、適切な値の電圧を第１および第２の電極２５，２６に印加する。なお、観察者の位置に応じて、液体光学素子２０の焦点距離を前後させるようにしてもよい。液体光学素子２０における無極性液体２９Ｎと極性液体２９Ｐとの界面ＩＦが形成するシリンドリカルレンズの作用により、表示部１の各表示画素１２Ｌ，１２Ｒから射出された表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒの射出角度が選択される。そのため、図１に示したように、表示画像光Ｉ−Ｌは観察者の左眼１０Ｌに入射し、表示画像光Ｉ−Ｒは観察者の右眼１０Ｒに入射する。これにより、観察者は立体映像を観察することができる。
【００４６】
また、液体光学素子２０において界面ＩＦを平坦面（図６（Ａ）参照）とし、表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒに対する波面変換を行わないことにより、高解像度な二次元画像の表示も可能となる。
【００４７】
＜立体表示装置の効果＞
このように、本実施の形態の波面変換偏向部２では、第１および第２の電極２５，２６を、平面基板２１の表面２１Ｓから離間するように形成することで、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部には形成しないようにした。そのため、平面基板２１の表面２１Ｓと接するように第１および第２の電極２５，２６を形成した場合と比較し、第１および第２の電極２５，２６を覆う部分の絶縁膜２８の厚さのばらつきが、より低減される。表面２１Ｓと接するように第１および第２の電極２５，２６を形成すると、以下のような弊害があるからである。例えばスパッタリング法により絶縁膜２８を形成する場合、表面２１Ｓと第１および第２の電極２５，２６とが交わる隅の部分において、絶縁膜２８を構成する材料が第１および第２の電極２５，２６に付着しにくい。このため、結果として隅部分の第１および第２の電極２５，２６を覆う絶縁膜２８が、他の部分と比べて薄くなってしまう。そこで、本実施の形態では、上述したように第１および第２の電極２５，２６を、壁面２４Ｓと表面２１Ｓとが交差する隅部分およびその近傍には形成せず、表面２１Ｓから離間した位置に形成するようにした。そのため、第１および第２の電極２５，２６の表面に付着する絶縁膜２８の厚さの均一化を図ることができる。これにより、各液体光学素子２０では、十分な絶縁性を確保しつつ絶縁膜２８の薄型化により駆動電圧を低減し、かつ界面形状の安定した変化を正確に再現することができる。したがって、液体光学素子２０を備えた立体表示装置によれば、消費電力を低減しつつ、所定の映像信号に対応した正確な画像表示を実現することが可能となる。また、本実施の形態では、そのような波面変換偏向部２における第１および第２の電極２５，２６を、マスクを使用したフォトリソグラフィを用いることなく形成するようにした。このため、マスクと隔壁２４とのアライメントが不要となり、アライメントに起因する配置位置や寸法の製造誤差を回避することができる。よって、例えば平面基板２１や隔壁２４を、温度変化などによる寸法変化の大きな樹脂によって形成した場合であっても、液体光学素子２０を高い寸法精度で形成することができる。
【００４８】
また、本実施の形態の波面変換偏向部２では、接続部３４Ａ，３４Ｂを、各素子領域２０Ｒの底面となる平面基板２１の表面２１Ｓを覆うように形成した。これにより、外部電源等との導通を得るための導線などとの接続が容易に行うことができる。ここで、分離部３２，３３によって第１および第２の電極２５，２６をそれぞれ２つの部分に確実に分離するようにしたので、有効領域２０Ｚにおいて対向する２つの電極（第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂ）の電気的絶縁が確実に行われる。すなわち、第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂの各電位を独立して制御することができる。
【００４９】
＜表示装置の適用例（電子機器）＞
次に、上記した表示装置の適用例について説明する。
【００５０】
本技術の表示装置は、各種用途の電子機器に適用可能であり、その電子機器の種類は特に限定されない。この表示装置は、例えば、以下の電子機器に搭載可能である。ただし、以下で説明する電子機器の構成はあくまで一例であるため、その構成は適宜変更可能である。
【００５１】
図１５は、テレビジョン装置の外観構成を表している。このテレビジョン装置は、例えば、表示装置としての映像表示画面部２００を備えている。映像表示画面部２００は、フロントパネル２１０およびフィルターガラス２２０を含むものである。
【００５２】
本技術の表示装置は、図１５に示したテレビジョン装置のほか、例えばタブレット型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ノート型ＰＣ、モバイルフォン、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはカーナビゲーションシステムにおける映像表示部分として用いることができる。
【００５３】
以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、波面変換偏向部２における液体光学素子２０により、集光もしくは発散作用と、偏向作用との双方を発揮させるようにした。しかしながら、波面変換部と偏向部とを個別に設け、集光もしくは発散作用と、偏向作用とを別々のデバイスによって表示画像光に付与するようにしてもよい。
【００５４】
また、図１６に示したように、１組の表示画素１２Ｌ，１２Ｒについて複数の液体光学素子２０を対応させ、それら複数の液体光学素子２０を組み合わせて１つのシリンドリカルレンズ（フレネルレンチキュラーレンズ）として機能させるようにしてもよい。なお、図１６では、液体光学素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより、１つのシリンドリカルレンズを構成する例を示している。
【００５５】
また、上記実施の形態では、隔壁２４の壁面２４Ｓが平面基板２１の表面２１Ｓに対して垂直な場合について例示したが、本技術では、例えば図１７に示した変形例のように、壁面２４Ｓは表面２１Ｓに対して傾斜した斜面であってもよい。図１７は、図４の一部に対応する斜視構成を表す電子顕微鏡写真である。この変形例のように、壁面２４Ｓが傾斜し、隔壁２４の幅がその上面に近づくほど次第に狭くなることで、隔壁２４を成型により作製する際、金型との分離が円滑に行われ、製造容易性が向上する。壁面２４Ｓの傾斜角は、平面基板２１の表面２１Ｓと垂直な方向から例えば５°程度である。なお、図１７は、金属膜ＭＬを形成したのち、壁面２４Ｓの下部および平面基板２１の表面２１Ｓを覆うレジスト層Ｒを選択的に除去した製造途中の段階の構造を表している。このため、壁面２４Ｓの上部を覆う第１および第２の電極２５，２６となる部分と、隔壁２４の上面を覆う部分とを含む金属膜ＭＬが形成された状態となっている。図１７に示された構造は、酸素ガスのみを５０ｓｃｃｍで導入し、２０Ｐａの圧力で１５分に亘ってＲＩＥを行うことでレジスト層Ｒを選択的に除去したのち、ＤＣスパッタリング法によりＩＴＯからなる金属膜ＭＬを約３００ｎｍの厚さで形成したものである。なお、スパッタリングは、ＳｎＯ2 を５重量％含むＩＴＯのターゲットを使用し、電力を３００Ｗ、アルゴンガス流量を１９．６ｓｃｃｍ、酸素ガス流量を０．４ｓｃｃｍ、混合ガスの圧力を０．３Ｐａとして実施した。
【００５６】
また、上記実施の形態では、２次元画像生成手段（表示部）としてバックライトを使用するカラー液晶ディスプレイを例示したが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば有機ＥＬ素子を用いたディスプレイやプラズマディスプレイであってもよい。
【００５７】
また、本技術の液体光学素子は、立体表示装置に限定して適用されるものではなく、光学的作用を必要とする種種のデバイスへの応用が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…表示部、１１，１３…ガラス基板、１２（１２Ｌ，１２Ｒ）…画素、２…波面変換偏向部、２０…液体光学素子、２０Ａ…素子領域、２０Ｚ…有効領域、２１，２２…平面基板、２３…側壁、２４…隔壁、２５（２５Ａ，２５Ｂ）…第１の電極、２６（２６Ａ，２６Ｂ）…第２の電極、２７…第３の電極、２８…絶縁膜、２９Ｐ…極性液体、２９Ｎ…無極性液体、３１…接着層、３２，３３…分離部、３４（３４Ａ，３４Ｂ）…接続部、３５…保護層、ＩＦ…界面。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エレクトロウェッティング現象を利用した光学素子および光学素子アレイ、それらを備えた表示装置および電子機器、ならびにそのような光学素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エレクトロウェッティング現象（電気毛管現象）により光学作用を発揮する液体光学素子が開発されている。エレクトロウェッティング現象とは、電極と導電性を有する液体（極性液体）との間に電圧を印加した場合に、その電極の表面と液体との界面エネルギーが変化し、液体の表面形状が変化する現象をいう。
【０００３】
本出願人は、このエレクトロウェッティング現象を利用した複数の液体光学素子をレンチキュラーレンズとして備えた立体画像表示装置を、既に提案している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、液体光学素子では、エレクトロウェッティング現象を利用するため、電極の表面が撥水性の絶縁膜で覆われている。この絶縁膜には、所望の絶縁性を確保できること（リーク電流を十分に抑制すること）と、極性液体における所望の接触角が得られることとが要求される。
【０００６】
また、最近では、このような液体光学素子に対し、より低い印加電圧での駆動が求められている。そのためには、絶縁膜についてその誘電率を上げること、およびその厚さを低減すること、の２点が考えられる。しかしながら、液体光学素子の小型化により、電極を覆う絶縁膜を薄くかつ均一に形成することが困難となりつつある。
【０００７】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、十分な絶縁性を確保しつつ、正確に動作可能な光学素子および光学素子アレイ、ならびにそれらを備えた表示装置および電子機器を提供することにある。また、本開示の第２の目的は、そのような光学素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の光学素子は、対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板における第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部と、一対の壁部の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備えるものである。
【０００９】
本開示の光学素子アレイは、対向配置された第１および第２の基板と、第１の基板の、第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、記第２の基板の、第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、第１の基板と第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体とを備えるものである。
【００１０】
本開示の表示装置は、表示手段と、上記した本開示の光学素子アレイとを備える。本開示の電子機器は、上記表示装置を備えたものである。表示手段は、例えば、複数の画素を有し、映像信号に応じた２次元表示画像を生成するディスプレイである。
【００１１】
本開示の光学素子の形成方法は、第１の基板の表面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部を形成する工程と、壁部の壁面と第１の基板の表面とを連続的に覆うようにレジスト層を形成する工程と、壁部の壁面を覆うレジスト層のうち第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を選択的に除去する工程と、壁部の壁面におけるレジスト層が除去された領域を覆うように互いに対向する第１および第２の電極を形成したのち、残存するレジスト層の他の部分を除去する工程と、第１および第２の電極をそれぞれ覆うように絶縁膜を形成する工程と、一方の面に第３の電極が設けられた第２の基板を、第３の電極が第１の基板と対向するように配置する工程と、第１の基板と第２の基板との間に、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体を封入する工程とを含むものである。
【００１２】
本開示の光学素子、光学素子アレイ、表示装置、電子機器および光学素子の形成方法では、隔壁（壁部）の壁面に、複数の素子領域の底面となる第１の基板の表面から離間するように第１および第２の電極を設けるようにした。これにより、第１の基板の表面と接するように第１および第２の電極を形成した場合と比較し、第１および第２の電極を覆う絶縁膜の厚さのばらつきが、より低減される。第１の基板の表面と接するように第１および第２の電極を形成した場合には、隔壁（壁部）と第１の基板の表面とが交わる隅部分において、絶縁膜を構成する材料が第１および第２の電極に付着しにくいからである。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の光学素子および光学素子アレイでは、第１および第２の電極を覆う絶縁膜の厚さのばらつきが低減されているので、厚さが薄くとも十分な絶縁性を確保しつつ、低電圧で正確な駆動を実現することができる。このため、この光学素子アレイを備えた本開示の表示装置および電子機器によれば、消費電力を低減しつつ、所定の映像信号に対応した正確な画像表示を実現することが可能となる。また、本開示の光学素子の形成方法では、マスクを使用しないのでアライメント誤差に起因する製造誤差を回避することができる。よって、例えば第１の基板や壁部を温度変化などによる寸法変化の大きな樹脂によって形成した場合であっても、上記の光学素子を高い寸法精度で形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の一実施の形態に係る立体表示装置の構成を表す概略図である。
【図２】図１に示した波面変換偏向部の要部構成を表す斜視図である。
【図３】図１に示した波面変換偏向部の要部構成を表す平面図である。
【図４】図３に示した波面変換偏向部のIV- IV線に沿った断面図である。
【図５】図３に示した波面変換偏向部のV-V線に沿った断面図である。
【図６】図３に示した液体光学素子の動作を説明するための概念図である。
【図７】図３に示した液体光学素子の動作を説明するための他の概念図である。
【図８】図１に示した波面変換部の製造方法における一工程を説明するための斜視図である。
【図９】図８に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１０】図９に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１１】図１０に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１２】図１１に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１３】図１２に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１４】図１３に続く一工程を説明するための断面模式図である。
【図１５】表示装置を用いた電子機器としてのテレビジョン装置の構成を表す斜視図である。
【図１６】図１に示した波面変換偏向部の他の使用例を説明するための断面図である。
【図１７】変形例としての波面変換部の斜視構成を表す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（図１〜図１４）：立体表示装置
２．適用例（図１５）：表示装置の適用例（電子機器）
【００１６】
＜立体表示装置の構成＞
まず、図１を参照して、本開示における一実施の形態としての液体光学素子アレイを用いた立体表示装置について説明する。図１は、本実施の形態の立体表示装置の、水平面内における一構成例を表す概略図である。
【００１７】
図１に示したように、この立体表示装置は、光源（図示せず）の側から、画素１１を複数有する表示部１と、液体光学素子アレイとしての波面変換偏向部２とを順に備えている。ここでは、光源からの光の進行方向をＺ軸方向とし、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向としている。
【００１８】
表示部１は、映像信号に応じた２次元表示画像を生成するものであり、例えばバックライトＢＬが照射されることにより表示画像光を射出するカラー液晶ディスプレイである。表示部１は、光源の側からガラス基板１１と、それぞれ画素電極および液晶層を含む複数の画素１２（１２Ｌ，１２Ｒ）と、ガラス基板１３とが順に積層された構造を有している。ガラス基板１１およびガラス基板１３は透明であり、いずれか一方には例えば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の着色層を有するカラーフィルタが設けられている。このため、画素１２は、赤色を表示する画素Ｒ−１２と緑色を表示する画素Ｇ−１２と青色を表示する画素Ｂ−１２とに分類される。この表示部１では、Ｘ軸方向においては画素Ｒ−１２と、画素Ｇ−１２と、画素Ｂ−１２とが順に繰り返し配置される一方、Ｙ軸方向においては同色の画素１２が揃うように配置されている。さらに、画素１２は、左眼用の画像を形成する表示画像光を射出するものと、右眼用の画像を形成する表示画像光を射出するものとに分類され、それらはＸ軸方向において交互に配置されている。図１では、左眼用の表示画像光を射出する画素１２を画素１２Ｌと表し、右眼用の表示画像光を射出する画素１２を画素１２Ｒと表す。
【００１９】
波面変換偏向部２は、例えばＸ軸方向に隣り合う１組の画素１２Ｌ，１２Ｒに対応して設けられた１つの液体光学素子２０が、Ｘ軸方向に複数配列されたアレイ状をなすものである。波面変換偏向部２は、表示部１から射出された表示画像光に対し、波面変換処理および偏向処理を行う。具体的には、波面変換偏向部２では、各画素１２に対応する各液体光学素子２１がシリンドリカルレンズとして機能する。すなわち、波面変換偏向部２は、全体としてレンチキュラーレンズとして機能する。これによって各画素１２Ｌ，１２Ｒからの表示画像光の波面が、鉛直方向（Ｙ軸方向）に並ぶ一群の画素１２を一単位として所定の曲率を有する波面に一括して変換される。波面変換偏向部２では、併せて、必要に応じてそれらの表示画像光を水平面内（ＸＺ平面内）において一括して偏向することも可能となっている。
【００２０】
図２〜図４を参照して、波面変換偏向部２の具体的な構成について説明する。
【００２１】
図２は、波面変換偏向部２の要部を表す斜視図である。また、図３は、表示画像光の進行方向から眺めた波面変換偏光部２のＸＹ平面における平面図である。また、図４は、図３に示したIV−IV線に沿った矢視方向の断面図である。さらに、図５は、図３に示したV−V線に沿った矢視方向の断面図である。
【００２２】
図２〜図５に示したように、波面変換偏向部２は、対向配置された一対の平面基板２１，２２と、平面基板２１における平面基板２２と対向する内面２１Ｓに立設し、接着層３１を介して平面基板２２を支持する側壁２３および隔壁２４とを備えている。波面変換偏向部２では、Ｙ軸方向へ延在する複数の隔壁２４によって区画された複数の液体光学素子２０がＸ軸方向へ並び、全体として液体光学素子アレイを構成している。液体光学素子２０は、屈折率の異なる２種の液体（極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎ）を含み、入射光線に対して偏向や屈折などの光学的作用（すなわち、波面変換作用および偏向作用）を及ぼすものである。なお、図２および図３では、接着層３１、側壁２３、平面基板２２、極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎのほか、絶縁膜２８（後出）および第３の電極２７（後出）の図示を省略している。
【００２３】
平面基板２１，２２は、例えばガラスや透明なプラスチックなど、可視光を透過する透明な絶縁材料によって構成される。平面基板２１の内面２１Ｓには、この平面基板２１上の空間領域を、複数の液体光学素子２０ごとに仕切る複数の隔壁２４が立設している。すなわち液体光学素子２０は、隣り合う隔壁２４同士に挟まれた空間である素子領域２０Ｒごとに設けられている。複数の隔壁２４は各々Ｙ軸方向へ延在していることから、液体光学素子２０（素子領域２０Ｒ）は、Ｙ軸方向に並ぶ一群の表示画素１２に対応して矩形状の平面形状を有している。各素子領域２０Ｒには、それぞれ無極性液体２９Ｎが保持されている。すなわち、無極性液体２９Ｎは、隔壁２４の存在により、隣り合う他の素子領域２０Ｒへ移動（流出）しないようになっている。隔壁２４は、極性液体２９Ｐおよび無極性液体２９Ｎに溶解等しない材料、例えば、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂などによって構成されることが望ましい。なお、平面基板２１と隔壁２４とが同種の透明なプラスチック材料からなり、一体成型されたものであってもよい。また、隔壁２４は、保護層３５（図４参照）によって覆われていることが望ましい。後述する第１および第２の電極２５，２６を形成する際に受けるダメージを緩和すると共に、第１および第２の電極２５，２６との密着性を高めるためである。図４では、隔壁２４の壁面２４Ｓおよび上面２４Ｔ、ならびに平面基板２１の内面２１Ｓの全てを覆うように保護層３５が設けられているが、保護層３５は、少なくとも壁面２４Ｓと第１および第２の電極２５，２６との間に設けられていればよい。なお、図１〜図３、図５および後述の図６、図７では、保護層３５の図示を省略している。保護層３５としては、例えば、反応性イオンエッチングに耐性を示し、有機溶剤に溶解せず、かつ、第１および第２の電極２５，２６との密着性に優れるものであることが望ましい。そのような構成材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００２４】
各隔壁２４の壁面２４Ｓには、互いに対向するように配置された第１および第２の電極２５，２６が保護層３５を介して設けられている。第１および第２の電極２５，２６の構成材料としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明な導電性材料のほか、銅（Ｃｕ）などの金属材料、あるいは炭素（Ｃ）もしくは導電性高分子などの他の導電性材料が適用可能である。第１および第２の電極２５，２６は、いずれも帯状をなしており、Ｙ軸方向において隔壁２４の一端から他端に至るまで分離部３２，３３を除いて途切れることなく連続している。すなわち、第１の電極２５は、分離部３２において２つの部分２５Ａと部分２５Ｂとに分離されている。第２の電極２６は、分離部３３において２つの部分２６Ａと部分２６Ｂとに分離されている。なお、以下では、部分２５Ａ，２５Ｂについては第１の電極２５Ａ，２５Ｂと記載し、部分２６Ａ，２６Ｂについては第２の電極２６Ａ，２６Ｂと記載する。分離部３２，３３は、いずれも、例えばレーザビームを照射することによって形成され、隔壁２４および平面基板２１の表面の一部をも除去された凹部である。分離部３２は、Ｙ軸方向における隔壁２４の一方の端部近傍に設けられており、分離部３３は、Ｙ軸方向における隔壁２４の他方の端部近傍に設けられている。素子領域２０Ｒのうち、これら分離部３２と分離部３３との間の領域、すなわち第１の電極２５Ａと第２の電極２６Ｂとが重なり合う領域（対向する領域）が有効領域２０Ｚとなっている。有効領域２０Ｚとは、表示部１から射出された表示画像光に対し、波面変換処理および偏向処理を行うことのできる領域である。
【００２５】
第１および第２の電極２５，２６は、隔壁２４の壁面の全てを覆っているわけではなく、壁面の下方部分、すなわち平面基板２１の近傍には設けられていない。このため、第１および第２の電極２５，２６は、平面基板２１と接することなく、離間して設けられている。但し、各素子領域２０ＲのＹ軸方向における両端部分には、接続部３４（３４Ａ，３４Ｂ）が、平面基板２１の表面と、隔壁２４の壁面の下方部分とを覆うように設けられている。接続部３４Ａ，３４Ｂには、例えばスクリーン印刷法により形成された銀ペースト３４Ｈがそれぞれ設けられており、外部電源からの導線と接続され、電圧供給が可能となっている。よって、接続部３３Ａならびに、これと接する第１の電極２５Ａおよび第２の電極２６Ａは、相互に導通した状態となっている。同様に、接続部３３Ｂならびに、これと接する第１の電極２５Ｂおよび第２の電極２６Ｂは、相互に導通した状態となっている。第１および第２の電極２５，２６は、例えば平面基板２１の裏面に設けられた制御部（図示せず）によってそれぞれ所定の大きさの電位に設定できるようになっている。
【００２６】
第１および第２の電極２５，２６は、絶縁膜２８によって密に覆われている。絶縁膜２８は、第１および第２の電極２５，２６だけでなく、隔壁２４および平面基板２１を全面的に覆うように形成されていてもよい。この絶縁膜２８は、極性液体２９Ｐに対して疎水性（撥水性）を示す（より厳密には無電界下において無極性液体２９Ｎに親和性を示す）と共に、電気的絶縁性に優れた性質を有する材料からなるものである。具体的には、フッ素系の高分子であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいはシリコーンなどが挙げられる。但し、第１の電極２５と第２の電極２６との電気的絶縁性をより高めることを目的として、第１および第２の電極２５，２６と絶縁膜２８との間に例えばスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）などからなる他の絶縁膜を設けるようにしてもよい。なお、隔壁２４の上端もしくはそれを覆う絶縁膜２８は、平面基板２２および第３の電極２７と離間していることが望ましい。
【００２７】
平面基板２２の、平面基板２１と対向する内面２２Ｓには、第３の電極２７が設けられている。第３の電極２７は、例えばＩＴＯやＺｎＯ、ＡＺＯ，ＧＺＯ，ＴＺＯなどの透明な導電材料によって構成されており、接地電極として機能する。
【００２８】
一対の平面基板２１，２２および隔壁２４などによって完全に密閉された空間領域には、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが密封されている。無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐは、その閉空間において互いに溶解せずに分離して存在し、界面ＩＦを形成している。無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐは透明であることから、界面ＩＦを透過する光は、その入射角と、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐの屈折率とに応じて屈折する。
【００２９】
無極性液体２９Ｎは、ほとんど極性を有さず、かつ、電気絶縁性を示す液体材料であり、例えばデカン、ドデカン、ヘキサデカンもしくはウンデカンなどの炭化水素系材料のほか、シリコンオイルなどが好適である。無極性液体２９Ｎは、第１の電極２５Ａと第２の電極２６Ｂとの間に電圧を印加しない場合において、平面基板２１（もしくはそれを覆う絶縁膜２８）の表面を全て覆う程度に十分な容量を有していることが望ましい。
【００３０】
一方、極性液体２９Ｐは極性を有する液体材料であり、例えば水のほか、塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの電解質を溶解させた水溶液が好適である。極性液体２９Ｐに電圧を印加すると、素子領域２０Ｒにおいて対向する内表面２８Ａ，２８Ｂに対する濡れ性（極性液体２９Ｐと内表面２８Ａ，２８Ｂとの接触角）が無極性液体２９Ｎと比べて大きく変化する。極性液体２９Ｐは、接地電極としての第３の電極２７と接している。
【００３１】
ここで、Ｘ軸方向に並ぶ隔壁２４の間隔（より厳密には、Ｘ軸方向において隣り合う隔壁２４を覆う絶縁膜２８同士の間隔Ｗ１（図３および図４参照））は、以下の式（１）で表される毛管長Ｋ-1以下の長さであるとよい。そうすることで、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが、安定して初期位置（図４に示した位置）に保持される。これは、無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐが隔壁２４を覆う絶縁膜２８と接することにより、その接触界面における界面張力が無極性液体２９Ｎおよび極性液体２９Ｐに対し作用するからである。ここでいう毛管長Ｋ-1とは、無極性液体２９Ｎと極性液体２９Ｐとの界面に生じる界面張力に対して重力の影響を全く無視できる最大の長さをいう。
【００３２】
Κ-1 ＝｛Δγ／（Δρ×ｇ）｝0.5 ……（１）
但し、
Κ-1 ：毛管長（ｍｍ）
Δγ：極性液体と無極性液体との界面張力（ｍＮ／ｍ）
Δρ：極性液体と無極性液体との密度差（ｇ／ｃｍ3 ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2 ）
【００３３】
各液体光学素子２０では、第１および第２の電極２５，２６の間に電圧が印加されていない状態（第１および第２の電極２５，２６の電位がいずれも零である状態）では、図４に示したように、界面ＩＦは、極性液体２９Ｐの側から無極性液体２９Ｎへ向けて凸の曲面をなしている。このときの界面ＩＦの曲率はＹ軸方向において一定であり、各液体光学素子２０は１つのシリンドリカルレンズとして機能する。また、界面ＩＦの曲率はこの状態（第１および第２の電極２５，２６の間に電圧を印加しない状態）が最大となる。内表面２８Ａに対する無極性液体２９Ｎの接触角θ１、および内表面２８Ｂに対する無極性液体２９Ｎの接触角θ２は、例えば絶縁膜２８の材料種を選択することによって調整することができる。ここで、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも大きな屈折率を有していれば、液体光学素子２０は負の屈折力を発揮する。これに対し、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも小さな屈折率を有していれば、液体光学素子２０は正の屈折力を発揮する。例えば、無極性液体２９Ｎが炭化水素系材料またはシリコンオイルであり、極性液体２９Ｐが水または電解質水溶液であれば、液体光学素子２０が負の屈折力を発揮することとなる。
【００３４】
第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂの間に電圧が印加されると界面ＩＦの曲率が小さくなり、ある一定以上の電圧を印加すると例えば図６（Ａ）〜６（Ｃ）に表したように平面となる。なお、図６（Ａ）は、第１の電極２５Ａの電位（Ｖ１とする）と第２の電極２６Ｂの電位（Ｖ２とする）とが互いに等しい（Ｖ１＝Ｖ２）場合を示している。この場合、例えば接触角θ１，θ２がいずれも直角（９０°）となる。このとき、液体光学素子２０へ入射して界面ＩＦを通過した入射光は、界面ＩＦにおいて収束、発散もしくは偏向などの光学作用を受けることなく、そのまま液体光学素子２０から射出する。
【００３５】
電位Ｖ１と電位Ｖ２とが異なる場合（Ｖ１≠Ｖ２）には、例えば図６（Ｂ），６（Ｃ）に表したように、Ｘ軸およびＺ軸に対して傾斜した平面（Ｙ軸に対しては平行な面）となる（θ１≠θ２）。具体的には、電位Ｖ１が電位Ｖ２よりも大きい場合（Ｖ１＞Ｖ２）、図６（Ｂ）に示したように接触角θ１が接触角θ２よりも大きくなる（θ１＞θ２）。反対に、電位Ｖ１よりも電位Ｖ２が大きいと（Ｖ１＜Ｖ２）、図６（Ｃ）に示したように、接触角θ１よりも接触角θ２が大きくなる（θ１＜θ２）。これらの場合（Ｖ１≠Ｖ２）、例えば第１の電極２５Ａ，２６Ｂと平行に進行して液体光学素子２０へ入射した入射光は、界面ＩＦにおいてＸＺ平面内で屈折し、偏向される。したがって、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを調整することで、入射光をＸＺ平面内の所定の向きへ偏向可能となる。
【００３６】
なお、上記の現象（電圧の印加による接触角θ１，θ２の変化）は以下のように生じるものと推察される。すなわち、電圧印加により、内表面２８Ａ，２８Ｂに電荷が蓄積され、その電荷のクーロン力によって、極性を有する極性液体２９Ｐが絶縁膜２８へ引き寄せられる。すると、極性液体２９Ｐが内表面２８Ａ，２８Ｂと接触する面積を拡大する一方、無極性液体２９Ｎが内表面２８Ａ，２８Ｂと接触する部分から極性液体２９Ｐによって排除されるように移動（変形）し、結果として界面ＩＦが平面に近づくこととなる。
【００３７】
また、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさの調整により界面ＩＦの曲率が変わるようになっている。例えば、電位Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＝Ｖ２とする）を、界面ＩＦが水平面となる場合の電位Ｖmaxよりも低い値とすれば、例えば図７（Ａ）に表したように、電位Ｖ１，Ｖ２が零の場合の界面ＩＦ0（破線で表示）よりも曲率の小さな界面ＩＦ1（実線で表示）が得られる。このため、界面ＩＦを透過する光に対して発揮する屈折力は、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを変えることで調整可能である。すなわち、液体光学素子２０は、可変焦点レンズとして機能する。さらに、その状態で電位Ｖ１と電位Ｖ２とが互いに異なる大きさ（Ｖ１≠Ｖ２）となれば、界面ＩＦは適度な曲率を有しつつ、傾斜した状態となる。例えば電位Ｖ１のほうが大きい（Ｖ１＞Ｖ２）場合には、図７（Ｂ）において実線で表した界面ＩＦａが形成される。一方、電位Ｖ２のほうが大きい（Ｖ１＜Ｖ２）場合には、図７（Ｂ）において破線で表した界面ＩＦｂが形成される。したがって、電位Ｖ１および電位Ｖ２の大きさを調整することで、液体光学素子２０は、入射光に対して適度な屈折力を発揮しつつ、その入射光を所定の向きへ偏向することが可能である。なお、図７（Ａ），７（Ｂ）では、無極性液体２９Ｎが極性液体２９Ｐよりも大きな屈折率を有しており、液体光学素子２０が負の屈折力を発揮する場合に、界面ＩＦ1，ＩＦａを形成したときの入射光の変化を表している。
【００３８】
次に、波面変換偏向部２の製造方法について、図８に示した斜視図および図９〜図１４に表した断面模式図を参照して説明する。なお、図９〜図１４は、ＸＺ平面における断面図である。
【００３９】
まず、平面基板２１を用意したのち、図８に示したように、その一方の面（表面２１Ｓ）の上の所定位置に隔壁２４を複数形成する。これにより、隔壁２４によって仕切られた複数の素子領域２０Ｒが形成される。具体的には、例えばスピンコーティング法により所定の樹脂を内面２１Ｓの上にできるだけ均一な厚みとなるように塗布したのち、フォトリソグラフィ法を利用して選択的な露光を行うことにより、パターニングを行う。あるいは、所定形状の金型を使用した一括成型により、同種の材料からなる一体化した平面基板２１および隔壁２４を形成するようにしてもよい。さらには、射出成型、熱プレス成型、フィルム材を用いた転写成型または２Ｐ（Photoreplication Process）法などによりそれらを形成することも可能である。
【００４０】
次に、図９に示したように、隔壁２４を形成した平面基板２１の全体を覆うように、例えばスパッタリング法により所定材料からなる絶縁層３５を形成する。そののち、絶縁層３５によって覆われた隔壁２４の壁面２４Ｓと、平面基板２１の表面２１Ｓとを連続的に覆うようにレジスト層Ｒを形成する。具体的には、例えば所定の有機溶剤に溶解する紫外線硬化樹脂をディスペンサにより素子領域２０Ｒに所定量を滴下し、スピンコート法により全体に広げるように塗布したのち、紫外線を照射してレジストを硬化させるようにする。なお、レジスト層Ｒの構成材料としては、例えばケミシールＵ−４５１Ｍ（ケミテック株式会社製）などが好適である。
【００４１】
レジスト層Ｒを形成したのち、図１０に示したように、エッチング処理（ＲＩＥなど）によりレジスト層Ｒを除去し、壁面２４Ｓの上部を露出させる。そののち、図１１に示したように、全体を覆うように金属膜ＭＬを形成する。ここでは、例えば直流スパッタリング法によりＩＴＯからなる金属膜ＭＬを形成した。
【００４２】
続いて、レジスト層Ｒを溶解可能な有機溶剤（アセトンや酢酸エチルなど）に浸漬し、必要に応じて超音波の振動を加えることにより、残存していたレジスト層Ｒを溶解除去する。その際、図１２に示したように、レジスト層Ｒを覆っていた一部の金属膜ＭＬをも除去される。ここで、残存していたレジスト層Ｒは、金属膜ＭＬを形成した際のイオンの衝突によるダメージなどによって表面が粗面化しているため、有機溶剤の浸透がし易い状態となっている。さらに、メタルマスクなどを用いて選択的に金属膜を形成することで接続部３４Ａ，３４Ｂ（図２，図３を参照）を形成したのち、化学機械研磨（ＣＭＰ）法などにより、絶縁層３５を介して隔壁２４の上部を覆っていた金属膜ＭＬを除去する。これにより、図１３に示したように、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部以外の部分を覆い、かつ互いに絶縁された第１および第２の電極２５，２６が形成される。なお、ＣＭＰ法に限らず、単なる機械研磨によって金属膜ＭＬの選択的な除去を行うようにしてもよい。そののち、例えば第１および第２の電極２５，２６の表面の一部にレーザビームを照射することにより分離部３２，３３を形成する（図２）。ここでは、短パルス幅（例えば１０ｐｓｅｃ程度）のレーザビームを用いるとよい。そのようなレーザビームであれば、熱拡散が小さく、隔壁２４などに与える熱エネルギーを抑えることができるからである。その際、レーザビーム照射によってＩｎ（インジウム）やＳｎ（すず）などの導電性物質が飛散すると短絡が生ずる可能性がある。そのため、レーザビーム照射を行う場合には、大気圧未満の真空状態下で行うこと、排気を行うこと、ガスを吹き付けることなどによって分離部３２，３３およびその近傍に、除去したダストが再付着しないように留意すべきである。分離部３２，３３の形成により、第１の電極２５が部分２５Ａと部分２５Ｂとに分離され、第２の電極２６が部分２６Ａと部分２６Ｂとに分離される。そののち、例えばスクリーン印刷法により、銀ペースト３４Ｈを形成する。
【００４３】
次に、接続部３４Ａ，３４Ｂを除く領域を覆うように、例えば真空蒸着法により絶縁膜２８を形成する（図１４）。ここで、第１および第２の電極２５，２６は、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部には形成されておらず、平面基板２１の表面から離間するように形成されている。このため、絶縁膜２８のうち、第１および第２の電極２５，２６を覆う部分はほぼ一定の厚さをなる。
【００４４】
続いて、無極性液体２９Ｎを、隔壁２４で仕切られた空間に注入もしくは滴下する。そののち、平面基板２２に第３の電極２７を設けたものを用意し、平面基板２１と平面基板２２とが一定の間隔となるように対向配置する。その際、平面基板２１と平面基板２２とが重なり合う領域の外縁に沿って接着層３１を設け、その接着層３１を介して平面基板２２と側壁２３および隔壁２４とを固定するようにする。なお、接着層３１の一部には注入口を形成しておく。最後に、その注入口から、平面基板２１、側壁２３、隔壁２４、および平面基板２２によって囲まれた空間に極性液体２９Ｐを充填したのち、注入口を封止する。以上の手順により、応答性に優れた液体光学素子２０を複数備えた波面変換偏向部２を簡便に製造することができる。
【００４５】
＜立体表示装置の動作＞
この立体表示装置では、図１に示したように、表示部１に映像信号が入力されると、表示画素１２Ｌから左眼用の表示画像光Ｉ−Ｌが射出されると共に表示画素１２Ｒから右眼用の表示画像光Ｉ−Ｒが射出される。表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒは、いずれも液体光学素子２０に入射する。液体光学素子２０では、その焦点距離が、例えば表示画素１２Ｌ，１２Ｒと界面ＩＦとの間の屈折率を空気換算した距離となるように、適切な値の電圧を第１および第２の電極２５，２６に印加する。なお、観察者の位置に応じて、液体光学素子２０の焦点距離を前後させるようにしてもよい。液体光学素子２０における無極性液体２９Ｎと極性液体２９Ｐとの界面ＩＦが形成するシリンドリカルレンズの作用により、表示部１の各表示画素１２Ｌ，１２Ｒから射出された表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒの射出角度が選択される。そのため、図１に示したように、表示画像光Ｉ−Ｌは観察者の左眼１０Ｌに入射し、表示画像光Ｉ−Ｒは観察者の右眼１０Ｒに入射する。これにより、観察者は立体映像を観察することができる。
【００４６】
また、液体光学素子２０において界面ＩＦを平坦面（図６（Ａ）参照）とし、表示画像光Ｉ−Ｌ，Ｉ−Ｒに対する波面変換を行わないことにより、高解像度な二次元画像の表示も可能となる。
【００４７】
＜立体表示装置の効果＞
このように、本実施の形態の波面変換偏向部２では、第１および第２の電極２５，２６を、平面基板２１の表面２１Ｓから離間するように形成することで、隔壁２４の壁面２４Ｓの下部には形成しないようにした。そのため、平面基板２１の表面２１Ｓと接するように第１および第２の電極２５，２６を形成した場合と比較し、第１および第２の電極２５，２６を覆う部分の絶縁膜２８の厚さのばらつきが、より低減される。表面２１Ｓと接するように第１および第２の電極２５，２６を形成すると、以下のような弊害があるからである。例えばスパッタリング法により絶縁膜２８を形成する場合、表面２１Ｓと第１および第２の電極２５，２６とが交わる隅の部分において、絶縁膜２８を構成する材料が第１および第２の電極２５，２６に付着しにくい。このため、結果として隅部分の第１および第２の電極２５，２６を覆う絶縁膜２８が、他の部分と比べて薄くなってしまう。そこで、本実施の形態では、上述したように第１および第２の電極２５，２６を、壁面２４Ｓと表面２１Ｓとが交差する隅部分およびその近傍には形成せず、表面２１Ｓから離間した位置に形成するようにした。そのため、第１および第２の電極２５，２６の表面に付着する絶縁膜２８の厚さの均一化を図ることができる。これにより、各液体光学素子２０では、十分な絶縁性を確保しつつ絶縁膜２８の薄型化により駆動電圧を低減し、かつ界面形状の安定した変化を正確に再現することができる。したがって、液体光学素子２０を備えた立体表示装置によれば、消費電力を低減しつつ、所定の映像信号に対応した正確な画像表示を実現することが可能となる。また、本実施の形態では、そのような波面変換偏向部２における第１および第２の電極２５，２６を、マスクを使用したフォトリソグラフィを用いることなく形成するようにした。このため、マスクと隔壁２４とのアライメントが不要となり、アライメントに起因する配置位置や寸法の製造誤差を回避することができる。よって、例えば平面基板２１や隔壁２４を、温度変化などによる寸法変化の大きな樹脂によって形成した場合であっても、液体光学素子２０を高い寸法精度で形成することができる。
【００４８】
また、本実施の形態の波面変換偏向部２では、接続部３４Ａ，３４Ｂを、各素子領域２０Ｒの底面となる平面基板２１の表面２１Ｓを覆うように形成した。これにより、外部電源等との導通を得るための導線などとの接続が容易に行うことができる。ここで、分離部３２，３３によって第１および第２の電極２５，２６をそれぞれ２つの部分に確実に分離するようにしたので、有効領域２０Ｚにおいて対向する２つの電極（第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂ）の電気的絶縁が確実に行われる。すなわち、第１および第２の電極２５Ａ，２６Ｂの各電位を独立して制御することができる。
【００４９】
＜表示装置の適用例（電子機器）＞
次に、上記した表示装置の適用例について説明する。
【００５０】
本技術の表示装置は、各種用途の電子機器に適用可能であり、その電子機器の種類は特に限定されない。この表示装置は、例えば、以下の電子機器に搭載可能である。ただし、以下で説明する電子機器の構成はあくまで一例であるため、その構成は適宜変更可能である。
【００５１】
図１５は、テレビジョン装置の外観構成を表している。このテレビジョン装置は、例えば、表示装置としての映像表示画面部２００を備えている。映像表示画面部２００は、フロントパネル２１０およびフィルターガラス２２０を含むものである。
【００５２】
本技術の表示装置は、図１５に示したテレビジョン装置のほか、例えばタブレット型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ノート型ＰＣ、モバイルフォン、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラあるいはカーナビゲーションシステムにおける映像表示部分として用いることができる。
【００５３】
以上、実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、波面変換偏向部２における液体光学素子２０により、集光もしくは発散作用と、偏向作用との双方を発揮させるようにした。しかしながら、波面変換部と偏向部とを個別に設け、集光もしくは発散作用と、偏向作用とを別々のデバイスによって表示画像光に付与するようにしてもよい。
【００５４】
また、図１６に示したように、１組の表示画素１２Ｌ，１２Ｒについて複数の液体光学素子２０を対応させ、それら複数の液体光学素子２０を組み合わせて１つのシリンドリカルレンズ（フレネルレンチキュラーレンズ）として機能させるようにしてもよい。なお、図１６では、液体光学素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより、１つのシリンドリカルレンズを構成する例を示している。
【００５５】
また、上記実施の形態では、隔壁２４の壁面２４Ｓが平面基板２１の表面２１Ｓに対して垂直な場合について例示したが、本技術では、例えば図１７に示した変形例のように、壁面２４Ｓは表面２１Ｓに対して傾斜した斜面であってもよい。図１７は、図４の一部に対応する斜視構成を表す電子顕微鏡写真である。この変形例のように、壁面２４Ｓが傾斜し、隔壁２４の幅がその上面に近づくほど次第に狭くなることで、隔壁２４を成型により作製する際、金型との分離が円滑に行われ、製造容易性が向上する。壁面２４Ｓの傾斜角は、平面基板２１の表面２１Ｓと垂直な方向から例えば５°程度である。なお、図１７は、金属膜ＭＬを形成したのち、壁面２４Ｓの下部および平面基板２１の表面２１Ｓを覆うレジスト層Ｒを選択的に除去した製造途中の段階の構造を表している。このため、壁面２４Ｓの上部を覆う第１および第２の電極２５，２６となる部分と、隔壁２４の上面を覆う部分とを含む金属膜ＭＬが形成された状態となっている。図１７に示された構造は、酸素ガスのみを５０ｓｃｃｍで導入し、２０Ｐａの圧力で１５分に亘ってＲＩＥを行うことでレジスト層Ｒを選択的に除去したのち、ＤＣスパッタリング法によりＩＴＯからなる金属膜ＭＬを約３００ｎｍの厚さで形成したものである。なお、スパッタリングは、ＳｎＯ2 を５重量％含むＩＴＯのターゲットを使用し、電力を３００Ｗ、アルゴンガス流量を１９．６ｓｃｃｍ、酸素ガス流量を０．４ｓｃｃｍ、混合ガスの圧力を０．３Ｐａとして実施した。
【００５６】
また、上記実施の形態では、２次元画像生成手段（表示部）としてバックライトを使用するカラー液晶ディスプレイを例示したが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば有機ＥＬ素子を用いたディスプレイやプラズマディスプレイであってもよい。
【００５７】
また、本技術の液体光学素子は、立体表示装置に限定して適用されるものではなく、光学的作用を必要とする種種のデバイスへの応用が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…表示部、１１，１３…ガラス基板、１２（１２Ｌ，１２Ｒ）…画素、２…波面変換偏向部、２０…液体光学素子、２０Ａ…素子領域、２０Ｚ…有効領域、２１，２２…平面基板、２３…側壁、２４…隔壁、２５（２５Ａ，２５Ｂ）…第１の電極、２６（２６Ａ，２６Ｂ）…第２の電極、２７…第３の電極、２８…絶縁膜、２９Ｐ…極性液体、２９Ｎ…無極性液体、３１…接着層、３２，３３…分離部、３４（３４Ａ，３４Ｂ）…接続部、３５…保護層、ＩＦ…界面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板における前記第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部と、
前記一対の壁部の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を備えた光学素子。
【請求項２】
前記第１の電極を２つに分離する第１の分離部と、
前記第２の電極を２つに分離する第２の分離部と
をさらに備えた
請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の分離部は、前記第２の方向における前記隔壁の一方の端部に設けられ、
前記第２の分離部は、前記第２の方向における前記隔壁の他方の端部に設けられている
請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１および第２の分離部は、レーザビームの照射により形成された凹部である
請求項２記載の光学素子。
【請求項５】
前記凹部は、前記隔壁から前記第１の基板に至るまで連続したものである
請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記壁部の壁面と前記第１および第２の電極との間に保護層を有する
請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
前記保護層は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種を含んでなる
請求項６記載の光学素子。
【請求項８】
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を備えた光学素子アレイ。
【請求項９】
表示手段と、光学素子アレイとを備えた表示装置であって、
前記光学素子アレイは、
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を含む
表示装置。
【請求項１０】
表示手段と光学素子アレイとを有する表示装置を備えた電子機器であって、
前記光学素子アレイは、
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を含む
電子機器。
【請求項１１】
第１の基板の表面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部を形成する工程と、
前記壁部の壁面と、前記第１の基板の表面とを連続的に覆うようにレジスト層を形成する工程と、
前記壁部の壁面を覆う前記レジスト層のうち、前記第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を選択的に除去する工程と、
前記壁部の壁面における前記レジスト層が除去された領域を覆うように互いに対向する第１および第２の電極を形成したのち、残存する前記レジスト層の他の部分を除去する工程と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆うように絶縁膜を形成する工程と、
一方の面に第３の電極が設けられた第２の基板を、前記第３の電極が前記第１の基板と対向するように配置する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体を封入する工程と
を含む光学素子の形成方法。
【請求項１２】
前記壁部を形成したのち前記レジスト層を形成する前に、前記壁部の壁面を覆うように保護層を形成する工程を含む
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１３】
前記保護層を、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種により形成する
請求項１２記載の光学素子の形成方法。
【請求項１４】
前記第１の基板と前記壁部とを、樹脂を用いて一体的に形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１５】
前記レジスト層を、前記壁部の壁面と前記第１の基板の表面とを連続的に覆うように紫外線硬化型レジストを塗布したのち紫外線照射および加熱処理により硬化させて形成し、
前記電極をスパッタリング法により形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１６】
前記レジスト層の他の部分を、有機溶剤により溶解除去する
請求項１５記載の光学素子の形成方法。
【請求項１７】
前記レジスト層のうちの前記第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により選択的に除去する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の電極の表面の一部にレーザビームを照射することにより、前記第１および第２の電極をそれぞれ分割する凹部を形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１】
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板における前記第２の基板と対向する内面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部と、
前記一対の壁部の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を備えた光学素子。
【請求項２】
前記第１の電極を２つに分離する第１の分離部と、
前記第２の電極を２つに分離する第２の分離部と
をさらに備えた
請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の分離部は、前記第２の方向における前記隔壁の一方の端部に設けられ、
前記第２の分離部は、前記第２の方向における前記隔壁の他方の端部に設けられている
請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１および第２の分離部は、レーザビームの照射により形成された凹部である
請求項２記載の光学素子。
【請求項５】
前記凹部は、前記隔壁から前記第１の基板に至るまで連続したものである
請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記壁部の壁面と前記第１および第２の電極との間に保護層を有する
請求項１記載の光学素子。
【請求項７】
前記保護層は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種を含んでなる
請求項６記載の光学素子。
【請求項８】
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を備えた光学素子アレイ。
【請求項９】
表示手段と、光学素子アレイとを備えた表示装置であって、
前記光学素子アレイは、
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を含む
表示装置。
【請求項１０】
表示手段と光学素子アレイとを有する表示装置を備えた電子機器であって、
前記光学素子アレイは、
対向配置された第１および第２の基板と、
前記第１の基板の、前記第２の基板と対向する内面に立設し、この第１の基板上の領域を第１の方向に並ぶ複数の光学素子ごとに区切るように前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する隔壁と、
前記隔壁の壁面に、互いに絶縁されて対向配置されると共に前記第１の基板から離間して設けられた第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆う絶縁膜と、
前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する内面に設けられた第３の電極と、
前記第１の基板と前記第３の電極との間に封入され、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体と
を含む
電子機器。
【請求項１１】
第１の基板の表面に、第１の方向において隣り合うように立設すると共に前記第１の方向と異なる第２の方向へ延在する一対の壁部を形成する工程と、
前記壁部の壁面と、前記第１の基板の表面とを連続的に覆うようにレジスト層を形成する工程と、
前記壁部の壁面を覆う前記レジスト層のうち、前記第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を選択的に除去する工程と、
前記壁部の壁面における前記レジスト層が除去された領域を覆うように互いに対向する第１および第２の電極を形成したのち、残存する前記レジスト層の他の部分を除去する工程と、
前記第１および第２の電極をそれぞれ覆うように絶縁膜を形成する工程と、
一方の面に第３の電極が設けられた第２の基板を、前記第３の電極が前記第１の基板と対向するように配置する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に、互いに異なる屈折率を有する極性液体および無極性液体を封入する工程と
を含む光学素子の形成方法。
【請求項１２】
前記壁部を形成したのち前記レジスト層を形成する前に、前記壁部の壁面を覆うように保護層を形成する工程を含む
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１３】
前記保護層を、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ），窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）および酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）のうちの少なくとも１種により形成する
請求項１２記載の光学素子の形成方法。
【請求項１４】
前記第１の基板と前記壁部とを、樹脂を用いて一体的に形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１５】
前記レジスト層を、前記壁部の壁面と前記第１の基板の表面とを連続的に覆うように紫外線硬化型レジストを塗布したのち紫外線照射および加熱処理により硬化させて形成し、
前記電極をスパッタリング法により形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１６】
前記レジスト層の他の部分を、有機溶剤により溶解除去する
請求項１５記載の光学素子の形成方法。
【請求項１７】
前記レジスト層のうちの前記第１の基板の表面から離間した領域を覆う部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により選択的に除去する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の電極の表面の一部にレーザビームを照射することにより、前記第１および第２の電極をそれぞれ分割する凹部を形成する
請求項１１記載の光学素子の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−５４２４８（Ｐ２０１３−５４２４８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３２６８（Ｐ２０１１−１９３２６８）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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