(57)【要約】【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の電極と、第１の電極の、第２の電極と対向する面を覆うように順に積層された誘電体層とイオンバリア層とを含む絶縁膜と、絶縁膜と第２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。誘電体層は、イオンバリア層よりも高い誘電率を有するものであり、イオンバリア層は、極性液体に含まれるイオンの透過を抑制するものであり、撥水膜は、絶縁膜の最上層に位置し、無極性液体に対して親和性を示すものである。【選択図】図１Ａ
2014074864.tif 000002
【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の電極と、
前記第１の電極の、前記第２の電極と対向する面を覆うように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記第２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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
光学素子。
【請求項２】
前記イオンバリア撥水層は、環状オレフィン構造を有するポリマーもしくはコポリマーを含む
請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記イオンバリア撥水層は、シクロオレフィンポリマーおよびシクロオレフィンコポリマーのうちの少なくとも一方を含む
請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記誘電体層は、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＯおよびＨｆＯ2 のうちの少なくとも１種を含む
請求項１記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の電極は、前記絶縁膜と反対側に位置する第１の基板に設けられたものであり、
前記第２の電極は、前記第１の電極と反対側に位置する第２の基板に設けられたものである
請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の基板は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）およびポリオレフィン（ＰＯ）のうちの少なくとも１種を含む透明樹脂基板である
請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
前記第２の電極は、接地電極である
請求項１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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
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、
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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
電子機器。
【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、ならびにその光学素子アレイを備えた表示装置および電子機器に関する。
【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２０１１−９５３６９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。
【０００７】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、十分な絶縁性を確保しつつ、より低い電圧であっても良好に動作可能な光学素子および光学素子アレイ、ならびにその光学素子アレイ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。
【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の電極と、第１の電極の、第２の電極と対向する面を覆うように順に積層された誘電体層とイオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、この絶縁膜と第２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。ここで、誘電体層は、イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、イオンバリア撥水層は、極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、絶縁膜の最上層に位置し、無極性液体に対して親和性を示すものである。
【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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層とイオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、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。ここで誘電体層は、イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、イオンバリア撥水層は、極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に絶縁膜の最上層に位置し、無極性液体に対して親和性を示すものである。
【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、光学素子アレイ、表示装置および電子機器では、絶縁膜が、誘電体層とイオンバリア撥水層との積層構造を含むようにした。これにより、絶縁破壊電圧が向上すると共に、絶縁膜に対する無極性液体の接触角が、より低い印加電圧において安定して変化することとなる。すなわち、絶縁破壊を回避しつつ、極性液体と無極性液体との界面形状が、より低い電圧で制御可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の光学素子および光学素子アレイでは、第１の電極（もしくは第１および第２の電極）を、誘電体層とイオンバリア撥水層とが順に積層された絶縁膜によって覆うようにしたので、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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の第１の実施の形態としての液体光学素子において電極間に電圧Ｖを印加しない状態を表す断面図である。
【図１Ｂ】本開示の第１の実施の形態としての液体光学素子において電極間に所定の電圧Ｖを印加した状態を表す断面図である。
【図２】図１Ａ，１Ｂに示した絶縁膜を拡大して表す断面図である。
【図３】本開示の第２の実施の形態としての液体光学素子アレイの構成を表す断面図である。
【図４】図３に示した液体光学素子アレイの全体構成を表す平面図である。
【図５Ａ】図３に示した液体光学素子アレイにおいて電極間に電圧Ｖを印加しない状態を表す断面図である。
【図５Ｂ】図３に示した液体光学素子アレイにおいて電極間に所定の電圧Ｖを印加した状態を表す断面図である。
【図６】本開示の第３の実施の形態としての表示装置の全体構成を表す概略図である。
【図７】図６に示した波面変換偏向部の要部構成を表す断面図である。
【図８】図７に示した波面変換偏向部のVIII-VIII線に沿った断面図である。
【図９】図７に示した波面変換偏向部のIX-IX線に沿った断面図である。
【図１０Ａ】図８に示した液体光学素子の動作を説明するための第１の説明図である。
【図１０Ｂ】図８に示した液体光学素子の動作を説明するための第２の説明図である。
【図１０Ｃ】図８に示した液体光学素子の動作を説明するための第３の説明図である。
【図１１Ａ】図８に示した液体光学素子の光学的作用を説明するための第１の説明図である。
【図１１Ｂ】図８に示した液体光学素子の光学的作用を説明するための第２の説明図である。
【図１２】図６に示した波面変換偏向部の製造方法における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】実験例に用いたサンプルの構造を説明するための断面模式図である。
【図１７】実験例１−１，１−２における印加電圧とリーク電流との関係を表す特性図である。
【図１８】実験例２−１〜２−３における印加電圧と接触角との関係を表す特性図である。
【図１９】実験例２−２における絶縁膜を拡大して表す断面図である。
【図２０】図６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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示のいくつか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．第１の実施の形態（図１Ａ，１Ｂ，図２）：液体光学素子
２．第２の実施の形態（図３〜図５Ｂ）：液体光学素子アレイ
３．第３の実施の形態（図６〜図１４）：立体表示装置
４．第４の実施の形態（図１５）：表示装置の適用例（電子機器）
【００１５】
［第１の実施の形態］
＜液体光学素子の構成＞
図１Ａ，１Ｂは、本開示における第１の実施の形態としての液体光学素子１の全体構成を表す断面図である。液体光学素子１は、いわゆるエレクトロウェッティング現象により自らを透過する透過光の光学的制御を行う、エレクトロウェッティング素子である。具体的には、液体光学素子１は、制御部２０と接続され、静電的な濡れ性を制御することで内包する無極性液体１５および極性液体１６の界面形状を変形させ、あるいは変位させることにより、透過光に対し光学的作用を及ぼすものである。図１Ａは、対向する下部電極１２および上部電極１７の間に電圧Ｖを印加しない状態（Ｖ＝０）を表し、図１Ｂは、対向する下部電極１２および上部電極１７の間に所定の大きさの電圧Ｖを印加した状態（Ｖ＞０）を表す。なお、液体光学素子１の動作については、後に詳述する。
【００１６】
液体光学素子１は、下部基板１１と、下部基板１１を覆う下部電極１２と、下部電極１２を覆う絶縁膜１３と、絶縁膜１３の外縁に沿って立設する側壁１９と、上部電極１７と、上部基板１８とを順に備えている。絶縁膜１３、側壁１９および上部電極１７によって取り囲まれた空間には無極性液体１５および極性液体１６が封入されている。一方、制御部２０は、スイッチ部２１および電源２２を有している。下部電極１２および上部電極１７は電源２２と接続されており、それらの間に電圧が印加されるようになっている。なお、上部電極１７は接地されていてもよい。
【００１７】
下部基板１１および上部基板１８は、側壁１９によって支持されて対向するように配置され、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。なお、本実施の形態の絶縁膜１３は、１００℃以下の温度で成膜可能なものである。よって、下部基板１１は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）およびポリオレフィン（ＰＯ）のうちの少なくとも１種を含む透明樹脂基板とすることができる。
【００１８】
下部電極１２および上部電極１７は、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明な導電材料によって構成される。
【００１９】
絶縁膜１３は、図２に示したように、下部電極１２の側から順に積層された誘電体層１３１とイオンバリア撥水層１３２とを含んでいる。なお、図２は、絶縁膜１３の断面構成を拡大して表す断面図である。誘電体層１３１は、イオンバリア撥水層１３２よりも高い誘電率を有し、例えばＡｌ2 Ｏ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＯおよびＨｆＯ2 のうちの少なくとも１種を含む材料によって形成されている。誘電体層１３１は、例えば原子層蒸着（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法、スパッタ法、もしくは化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法によって、緻密に成膜されたものである。
【００２０】
絶縁膜１３の最上層に位置するイオンバリア撥水層１３２は、極性液体１６に含まれるイオンの透過を抑制する。イオンバリア撥水層１３２は、さらに、極性液体１６に対して撥水性（疎水性）を示す（より厳密には無電界下において極性液体１６よりも無極性液体１５に対して親和性を示す）と共に、電気的絶縁性に優れた性質を有する材料によって構成される。イオンバリア撥水層１３２は、例えば環状オレフィン構造を有するポリマーもしくはコポリマーを含む材料からなり、より具体的には、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＣ）およびシクロオレフィンコポリマーのうちの少なくとも一方を含む材料からなる。シクロオレフィンポリマーとしては、例えばＴＯＰＡＳ（登録商標）が用いられる。また、シクロオレフィンコポリマーとしては、例えば日本ゼオン株式会社のＺＥＯＮＯＲ（登録商標）が適用可能である。
【００２１】
無極性液体１５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。この無極性液体１５に対して電圧を印加した場合、その直接の影響が絶縁膜１３に対する濡れ性に及ぶことはほとんどない。この無極性液体１５は、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加しない場合において、絶縁膜１３の表面を所望の範囲で覆う程度に十分な容量を有していることが望ましい。
【００２２】
一方、極性液体１６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、あるいは塩化リチウムなどの電解質を溶解させた水溶液が好適である。この極性液体１６に電圧を印加すると、絶縁膜１３に対する濡れ性（無極性液体１５と絶縁膜１３との接触角）が比較的大きく変化する。
【００２３】
このように絶縁膜１３と上部電極１７との間に封入された無極性液体１５および極性液体１６は、互いに混在することなく分離し、２つの層を形成する。また、本実施の形態では、無極性液体１５および極性液体１６は、いずれも透明である。
【００２４】
側壁１９は、下部基板１１および上部基板１８と共に無極性液体１５および極性液体１６を密封するものであり、例えば下部基板１１および上部基板１８と同種の材料により構成される。
【００２５】
制御部２０は、液体光学素子１に対する駆動制御をおこなうものである。スイッチ２１は、その一方の端子が金属配線によって上部電極１７と接続され、他方の端子が金属配線によって電源２２を介して下部電極１２と接続されている。スイッチ２１は、両端子の間を電気的に接続する投入状態と、両端子の間を電気的に切断する切断状態との２つの状態が選択可能なものである。電源２２は、電圧の大きさを所定範囲内で変化させることができ、かつ、任意に設定可能なものである。したがって、制御部２０は、スイッチ２１の操作（投入状態および切断状態を選択する操作）と、電源２２の電圧制御とにより、下部電極１２と上部電極１７との間に所定の電圧を印加することができるようになっている。
【００２６】
＜液体光学素子の動作＞
次に、上記のように構成された液体光学素子１の動作について説明する。
【００２７】
まず、図１（Ａ），１（Ｂ）を参照して、エレクトロウェッティング現象の原理について説明する。エレクトロウェッティング現象とは、導電性を有する液体と電極との間に電圧を印加したときに電極表面と液体との固液界面におけるエネルギーが変化し、液体表面の形状が変化する現象をいう。図１（Ａ），１（Ｂ）は、エレクトロウェッティング現象を説明するための模式図である。図１（Ａ）に示したように、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加していない状態では、絶縁膜１３の表面と無極性液体１５との間の相互作用エネルギーは低く、接触角θ0は大きい。ここで、接触角θ0は、絶縁膜１３の表面と無極性液体１５の正接線との成す角度であり、無極性液体１５の表面張力や絶縁膜１３の表面エネルギー等の物性に依存する。一方、図１（Ｂ）に示したように、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加すると、極性液体１６の電解質イオンが絶縁膜１３の表面の近傍に集中することによって帯電量変化が生じ、無極性液体１５の表面張力の変化が誘発される。この現象がエレクトロウェッティング現象であり、印加電圧の大きさによって無極性液体１５の接触角θｖが変化する。すなわち、図１（Ｂ）において、接触角θｖは、印加電圧Ｖの関数である、以下の式（１）、すなわちリップマン−ヤング（Lippman-Young）の方程式で表される。
【００２８】
ｃｏｓ（θｖ）＝ｃｏｓ（θ0）＋（ε0×ε×Ｖ2 ）／（２×γ×ｔ）  ……（１）
但し、
ε0：真空の誘電率
ε：絶縁膜１３の比誘電率
γ：無極性液体１５と極性液体１６との間の表面張力
ｔ：絶縁膜１３の膜厚
である。
【００２９】
以上のように、下部電極１２と上部電極１７との間に印加する電圧Ｖの大きさによって、無極性液体１５と極性液体１６との界面の形状（曲率）が変化する。したがって、無極性液体１５をレンズ素子として用いると、焦点位置（焦点距離）を電気的に制御できる光学素子が実現される。
【００３０】
＜液体光学素子の効果＞
このように、本実施の形態の液体光学素子１では、無極性液体１５および極性液体１６を挟んで対向配置された下部電極１２および上部電極１７のうち、下部電極１２の表面を、２層構造からなる絶縁膜１３で覆うようにした。その絶縁膜１３は、下部電極１２を覆う誘電体層１３１を含むようにしたので、高い絶縁抵抗を確保することができる。また、誘電体層１３１を覆うようにイオンバリア撥水層１３２を設けるようにしたので、電解液である極性液体１６の、誘電体層１３１への浸透が回避される。そのため、絶縁膜１３の全体の厚さを低減しつつ、絶縁破壊電圧の向上を図ることができる。さらに、イオンバリア撥水層１３２が無極性液体１５の初期の接触角θ0を安定させるので、印加電圧Ｖに応じて界面形状を再現性良く制御することができる。これらの結果、液体光学素子１では、十分な絶縁性を確保しつつ絶縁膜１３を薄型化することができ、接触角θｖが９０°なる場合の駆動電圧を例えば２２Ｖ以下に抑え、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。
【００３１】
なお、絶縁膜１３は、誘電体層１３１およびイオンバリア撥水層１３２からなる２層構造である場合に限定されず、他の層をさらに追加したものとしてよい。但し、無極性液体１５および極性液体１６と接することとなる最上層には、イオンバリア撥水層１３３を設けることが望ましい。
【００３２】
［第２の実施の形態］
＜液体光学素子アレイの構成＞
図３は、本開示における第２の実施の形態としての液体光学素子アレイ２の全体構成を表す断面図であり、図４は、液体光学素子アレイ２の全体構成を表す平面図である。なお、図３は、図４に示したIII−III切断線に沿った矢視方向の断面を示している。また、図４では、絶縁膜１３、無極性液体１５、極性液体１６、上部電極１７、上部基板１８、側壁１９などの各構成要素についての図示を省略している。液体光学素子アレイ２は、上記第１の実施の形態で説明した液体光学素子１がアレイ状に複数配置されたものである。なお、図４では９つの液体光学素子１を表しているが、その数はこれに限定されない。図４に示したように、各液体光学素子１は、例えば正方形をなしている。液体光学素子１は、それぞれ制御部２０と接続され、静電的な濡れ性を制御することで内包する極性液体１６の変形および変位を発生させ、その現象によって自らを透過する透過光の光量を制御するエレクトロウェッティング素子である。本実施の形態では、上記第１の実施の形態で説明した構成要素と実質的に同一のものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略することとする。
【００３３】
下部基板１１には、液体光学素子１ごとに薄膜トランジスタなどの駆動素子４１が設けられていると共に、それらの駆動素子４１を個別に駆動させるための、制御部２０と接続されたゲート線およびデータ線などからなる信号線対（図示せず）が設けられている。なお、駆動素子４１や信号線対は、下部基板１１とは別の基板に設けるようにしてもよい。
【００３４】
下部電極１２は駆動素子４１の一端と接続されると共に、上部電極１７は一定の電位に保たれている。すなわち、制御部２０によって下部電極１２と上部電極１７との間に液体光学素子１ごとに電圧を印加することで、液体光学素子１ごとに外部からの入射光の透過量を制御することができるようになっている。下部電極１２は液体光学素子１ごとに複数に分割して配置され、遮光部材４２によって互いに絶縁されている。下部電極１２は液体光学素子１の全面に亘って延在しており、その一部（下部電極１２の外縁）が遮光部材４２によって覆われていることが望ましい。
【００３５】
遮光部材４２は、複数の液体光学素子１の境界部分に設けられ、カーボンブラックなどの所定の波長光（例えば可視光）を吸収する顔料や染料を含む絶縁性材料からなり、遮光性を有するいわゆるブラックマトリクスとして機能するものである。
【００３６】
複数の液体光学素子１は、隔壁１４によって相互に仕切られている。すなわち、隔壁１４は、光が透過する単位領域となる液体光学素子１を個々に画定する仕切部材であり、遮光部材４２と対応する位置において絶縁膜１３に立設するように設けられている。この隔壁１４の存在により、無極性液体１５は、隣り合う他の液体光学素子１へ移動（流出）しないようになっている。隔壁１４は、極性液体１６に対して親水性を示すと共に、無極性液体１５および極性液体１６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。あるいは、隔壁１４の表面が、上記材料からなる被膜によって覆われたものとすることが望ましい。そうすることで、無極性液体１５の形状を安定化できるうえ、無極性液体１５の流出をより確実に回避することができるからである。
【００３７】
無極性液体１５は、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加しない場合において、各液体光学素子１における絶縁膜１３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。なお、本実施の形態では、極性液体１６は透明である一方、無極性液体１５は所定の波長光（例えば可視光）を吸収する顔料や染料によって着色されて不透明となっている。
【００３８】
制御部２０は、スイッチ２１の操作と電源２２の電圧制御とにより、下部電極１２と上部電極１７との間に所定の電圧を印加するものである。その際、ゲートドライバ（図示せず）によって特定の液体光学素子１の駆動素子４１を選択して駆動することができるようになっている。
【００３９】
＜液体光学素子アレイの動作＞
次に、図５Ａ，５Ｂを参照して、上記のように構成された液体光学素子アレイ２の動作について説明する。図５Ａ，５Ｂは、液体光学素子アレイ２における任意の液体光学素子１を拡大して表したものである。
【００４０】
まず、制御部２０においてスイッチ２１を切断状態とし、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加しない場合には、例えば図５Ａに示したように、無極性液体１５が各セル領域Ｚの全体を覆うように広がった状態となる。そのため、着色された無極性液体１５によって、例えば下部基板１１の側から照射された外部からの入射光Ｌinが遮断される。ここで遮光部材４２を設けるようにしたことから、隔壁１４の内部を伝達した光が漏れたり隣接する他の液体光学素子１からの光が漏れたりするのを抑制することができる。さらに、無極性液体１５の厚みが相対的に薄くなる液体光学素子１の周縁部においても、遮光部材４２によって確実に入射光Ｌinが遮断される。したがって、反対側（上部基板１８側）には入射光Ｌinが全く漏れない状態となる。一方、制御部２０においてスイッチ２１を投入状態とし、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加した場合には、例えば図５Ｂに示したように、極性液体１６が絶縁膜１３と接触するようになり、無極性液体１５が各液体光学素子１の任意の領域αに集まった状態となる。そのため、例えば下部基板１１の側から照射された外部からの光Ｌinのうち、領域αに入射する一部の光Ｌ１inが無極性液体１５によって進行を遮断される一方、領域βに入射する残りの光Ｌ２inは反対側（上部基板１８側）に透過し、透過光Ｌoutとして射出することとなる。この場合においても、遮光部材４２の存在により、隔壁１４や他の液体光学素子１からの光漏れが確実に抑制されるので、透過率が安定化する。なお、このよう無極性液体１５の挙動は、電圧印加により、極性液体１６と絶縁膜１３との濡れ性が変化することに起因する。詳細には、下部電極１２と上部電極１７との間に電圧を印加した場合、疎水性絶縁膜１３の表面に電荷が蓄積されるので、その電荷のクーロン力によって、極性を有する極性液体１６が絶縁膜１３へ引き寄せられる。そのため、無極性液体１５は、極性液体１６によって絶縁膜１３の表面から排除されるように移動（変形）し、結果として任意の領域αに集まることとなると考えられる。
【００４１】
なお、図５Ｂでは、最大の透過率（最大の開口率）が得られる状態を表しているが、印加電圧を調整することで無極性液体１５の大きさを制御し、任意の透過光強度（透過率）を得ることも可能である。
【００４２】
＜液体光学素子アレイの効果＞
このように、本実施の形態の液体光学素子アレイ２では、各液体光学素子１における下部電極１２の表面を、上記第１の実施の形態と同様に、誘電体層１３１とイオンバリア撥水層１３２とが積層されてなる絶縁膜１３で覆うようにした。これにより、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
また、本実施の形態では、無極性液体１５を着色するようにしたので、印加電圧の有無による無極性液体１５と極性液体１６との界面の形状変化を利用して、各液体光学素子１において選択的に光を透過させることができる。その際、液体光学素子１の周縁部および隔壁１４と対応する領域に遮光部材４２を配置するようにしたので、電圧を印加しない場合における、液体光学素子１の周縁部や隔壁１４と絶縁膜１３との境界からの光漏れを確実に抑制することができる。したがって、印加電圧の有無による透過率の差分を広げることができ、より高いコントラストを得ることができる。さらに、各下部電極１２が、液体光学素子１の全面に亘って延在しているので、電圧印加時に無極性液体１５が複数に分離することなく素早く変形するので応答性にも優れているうえ、透過率のヒステリシスの発現が抑制される。
【００４４】
［第３の実施の形態］
＜表示装置の構成＞
次に、図６を参照して、本開示における第３の実施の形態としての液体光学素子アレイを用いた表示装置について説明する。図６は、本実施の形態の表示装置の、水平面内における一構成例を表す概略図である。なお、本実施の形態では、上記第１の実施の形態で説明した構成要素と実質的に同一のものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略することとする。
【００４５】
図６に示したように、この表示装置は、光源（図示せず）の側から、表示部５０と、液体光学素子アレイとしての波面変換偏向部６０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。
【００４６】
表示部５０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５０は、光源の側からガラス基板５１と、それぞれ画素電極および液晶層を含む複数の表示画素５２（５２Ｌ，５２Ｒ）と、ガラス基板５３とが順に積層された構造を有している。ガラス基板５１およびガラス基板５３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、表示画素５２は、赤色を表示する表示画素Ｒ−５２と緑色を表示する表示画素Ｇ−５２と青色を表示する表示画素Ｂ−５２とに分類される。この表示部１では、Ｘ軸方向においては表示画素Ｒ−５２と、表示画素Ｇ−５２と、表示画素Ｂ−５２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表示画素５２が並ぶように配置されている。さらに、表示画素５２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６では、左眼用の表示画像光を射出する表示画素５２を表示画素５２Ｌと表し、右眼用の表示画像光を射出する表示画素５２を表示画素５２Ｒと表す。
【００４７】
波面変換偏向部６０は、例えばＸ軸方向に隣り合う１組の表示画素５２Ｌ，５２Ｒに対応して設けられた１つの液体光学素子１Ａ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６０は、表示部５０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６０では、各表示画素５２に対応する各液体光学素子１Ａ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６０は、全体としてレンチキュラーレンズとして機能する。これによって各表示画素５２Ｌ，５２Ｒからの表示画像光の波面が、鉛直方向（Ｙ軸方向）に並ぶ一群の表示画素５２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６０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。
【００４８】
図７〜図９を参照して、波面変換偏向部６０の具体的な構成について説明する。
【００４９】
図７は、表示画像光の進行方向と直交するＸＹ平面に平行な波面変換偏向部６０の要部拡大断面図である。また、図８は、図７に示したVIII−VIII線に沿った矢視方向の断面図である。さらに、図９は、図７に示したIX−IX線に沿った矢視方向の断面図である。なお、図７は、図８に示したVII−VII線に沿った矢視方向の断面に相当する。
【００５０】
図７〜図９に示したように、波面変換偏向部６０は、対向配置された下部基板１１および上部基板１８と、下部基板１１の内面１１Ｓに立設し、接着層ＡＬを介して上部基板１８を支持する側壁１９（図７，図９）および隔壁１４とを備えている。波面変換偏向部６０では、Ｙ軸方向へ延在する複数の隔壁１４によって区画されたセル領域Ｚを含む複数の液体光学素子１Ａ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１Ａは、屈折率の異なる２種の液体（無極性液体１５および極性液体１６）を含み、入射光線に対して偏向や屈折などの光学的作用をもたらすものである。
【００５１】
下部基板１１の内面１１Ｓには、この下部基板１１上の空間領域を複数の液体光学素子１Ａに仕切る複数の隔壁１４が立設している。複数の隔壁１４は、上述したように各々Ｙ軸方向へ延在しており、Ｙ軸方向に並ぶ一群の表示画素５２に対応した矩形状の平面形状を有する液体光学素子１Ａを、側壁１９と共に複数形成している。すなわち、側壁１９は、複数の隔壁１４の一端同士および他端同士をそれぞれ繋ぐことにより、隔壁１４と共に複数のセル領域Ｚを取り囲むように構成されている。隔壁１４によって区画された空間（セル領域Ｚ）には、それぞれ無極性液体１５が保持されている。すなわち、無極性液体１５は、隔壁１４の存在により、隣り合う他のセル領域Ｚへ移動（流出）しないようになっている。なお、下部基板１１と隔壁１４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。
【００５２】
各隔壁１４の壁面には、互いに対向して配置された第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂが設けられている。第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂ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３１Ａ，３１Ｂは、隔壁１４の一端から他端に至るまで途切れることなく連続して延在している。第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ、下部基板１１に埋設された信号線と制御部とを介して外部電源（いずれも図示せず）と接続されている。第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂは、上述の制御部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。第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂの各々の両端にはパッド（図示せず）が形成されており、外部電源（図示せず）と接続されている。第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂは、絶縁膜１３によって密に覆われている。絶縁膜１３は、第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂだけでなく、隔壁１４および下部基板１１を全面的に覆うように形成されていてもよい。なお、隔壁１４の上端もしくはそれを覆う絶縁膜１３は、上部基板１８および後出の第３の電極３１Ｃと離間していることが望ましい。なお、図９では、絶縁膜１３の図示を省略している。
【００５３】
上部基板１８の、下部基板１１と対向する内面１８Ｓには、第３の電極３１Ｃが設けられている。第３の電極３１Ｃは、例えばＩＴＯやＺｎＯ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。なお、図７では、上部基板１８および第３の電極３１Ｃの図示を省略している。
【００５４】
下部基板１１、上部基板１８、側壁１９および隔壁１４によって完全に密閉された空間領域には、無極性液体１５および極性液体１６が密封されている。無極性液体１５および極性液体１６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１５および極性液体１６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１５および極性液体１６の屈折率とに応じて屈折する。
【００５５】
無極性液体１５は、第１の電極３１Ａと第２の電極３１Ｂとの間に電圧を印加しない場合において、下部基板１１（絶縁膜１３）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。
【００５６】
一方、極性液体１６に電圧を印加すると、内表面１３Ａ，１３Ｂに対する濡れ性（極性液体１６と内表面１３Ａ，１３Ｂとの接触角）が無極性液体１５と比べて大きく変化する。極性液体１６は、接地電極としての第３の電極３１Ｃと接している。
【００５７】
ここで、Ｘ軸方向に並ぶ隔壁１４の間隔（より厳密には、Ｘ軸方向において隣り合う隔壁１４を覆う絶縁膜１３同士の間隔Ｗ１（図７参照））は、以下の式（２）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１５および極性液体１６が、安定して初期位置（図８に示した位置）に保持される。これは、無極性液体１５および極性液体１６が隔壁１４を覆う絶縁膜１３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１５および極性液体１６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１５と極性液体１６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。したがって、間隔Ｗ１が式（２）を満足する場合には、無極性液体１５および極性液体１６は、波面変換偏向部６０の姿勢の影響を受けずに極めて安定して初期位置（図８に示した位置）に保持される。
【００５８】
Κ-1 ＝｛Δγ／（Δρ×ｇ）｝0.5  ……（２）
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 ）
【００５９】
各液体光学素子１Ａでは、第１および第２の電極３１Ａ，３２Ｂ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３１Ａ，３２Ｂの電位がいずれも零である状態）では、図８に示したように、界面ＩＦは、極性液体１６の側から無極性液体１５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１Ａ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３１Ａ，３１Ｂの間に電圧を印加しない状態）が最大となる。内表面１３Ａに対する無極性液体１５の接触角θ１、および内表面１３Ｂに対する無極性液体１５の接触角θ２は、例えば絶縁膜１３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１５が極性液体１６よりも大きな屈折率を有していれば、液体光学素子１Ａは負の屈折力を発揮する。これに対し、無極性液体１５が極性液体１６よりも小さな屈折率を有していれば、液体光学素子１Ａは正の屈折力を発揮する。例えば、無極性液体１５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１６が水または電解質水溶液であれば、液体光学素子１Ａが負の屈折力を発揮することとなる。
【００６０】
第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂ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１０Ａ〜１０Ｃに表したように平面となる。なお、図１０Ａは、第１の電極３１Ａの電位（Ｖ１とする）と第２の電極３１Ｂ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１Ａ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１Ａから射出する。
【００６１】
電位Ｖ１と電位Ｖ２とが異なる場合（Ｖ１≠Ｖ２）には、例えば図１０Ｂ，１０Ｃ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１０Ｂ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１０Ｃ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および第２の電極３１Ａ，３１Ｂと平行に進行して液体光学素子１Ａ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。
【００６２】
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１３Ａ，１３Ｂ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１６が絶縁膜１３へ引き寄せられる。すると、極性液体１６が内表面１３Ａ，１３Ｂと接触する面積を拡大する一方、無極性液体１５が内表面１３Ａ，１３Ｂと接触する部分から極性液体１６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。
【００６３】
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１１Ａ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１Ａ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１１Ｂ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１１Ｂ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１Ａ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１１Ａ，１１Ｂでは、無極性液体１５が極性液体１６よりも大きな屈折率を有しており、液体光学素子１Ａ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。
【００６４】
次に、波面変換偏向部６０の製造方法について、図１２〜図１４に表した断面模式図を参照して説明する。
【００６５】
まず、下部基板１１を用意したのち、図１２に示したように、その一方の面（内面１１Ｓ）の上の所定位置に隔壁１４を形成する。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１１Ｓ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１１および隔壁１４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。
【００６６】
次に、図１３に示したように、隔壁１４の側面に、所定の導電性材料からなる第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂを形成する。この際、例えばフォトリソグラフィ法やマスク転写、あるいはインクジェット描画などの手法を利用することができる。さらに、少なくとも第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂを覆うように絶縁膜１３を形成する。その際、誘電体層１３１は、ＡＬＤ法、スパッタ法あるいはＣＶＤ法によって形成するとよい。イオンバリア撥水層１３２については、原材料をジクロロベンゼンなどの溶剤に溶解させたものを、例えばスピンコート法によって塗布することで形成するとよい。なお、絶縁膜１３は、内面１１Ｓや隔壁１４の上面をも覆うようにしてもよい。
【００６７】
続いて図１４に示したように、無極性液体１５を、隔壁１４で仕切られた空間に注入もしくは滴下する。そののち、上部基板１８に第３の電極３１Ｃを設けたものを用意し、下部基板１１と上部基板１８とが一定の間隔となるように対向配置する。その際、下部基板１１と上部基板１８とが重なり合う領域の外縁に沿って接着層ＡＬを設け、その接着層ＡＬを介して上部基板１８と側壁１９（ここでは図示せず）および隔壁１４とを固定するようにする。なお、接着層ＡＬの一部には注入口（図示せず）を形成しておく。最後に、その注入口から、下部基板１１、側壁１９、隔壁１４、および上部基板１８によって囲まれた空間に極性液体１６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１Ａを複数備えた波面変換偏向部６０を簡便に製造することができる。
【００６８】
＜表示装置の動作＞
この表示装置では、図６に示したように、表示部５０に映像信号が入力されると、表示画素５２Ｌ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５２Ｒ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１Ａに入射する。液体光学素子１Ａでは、その焦点距離が、例えば表示画素５２Ｌ，５２Ｒ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３１Ａ，３１Ｂに印加する。なお、観察者の位置に応じて、液体光学素子１Ａ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１Ａにおける無極性液体１５と極性液体１６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５０の各表示画素５２Ｌ，５２Ｒ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６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。
【００６９】
また、液体光学素子１Ａにおいて界面ＩＦを平坦面（図１０Ａ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。
【００７０】
＜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６０では、隔壁１４に設けられた第１および第２の電極３１Ａ，３１Ｂを、上記第１の実施の形態と同様に、誘電体層１３１とイオンバリア撥水層１３２とが順に積層された絶縁膜１３で覆うようにした。これにより、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。すなわち、各液体光学素子１Ａでは、十分な絶縁性を確保しつつ絶縁膜１３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。このため、液体光学素子１Ａを備えた表示装置によれば、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。
【００７１】
［第４の実施の形態］
＜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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【実施例】
【００７５】
以下、本技術の具体的な実施例について説明する。
【００７６】
（実験例１−１）
本実験例では、絶縁膜の耐電圧特性の評価を行った。具体的には、図１６に模式的に示したサンプルを作製し、極性液体１６としての塩化リチウム溶液（ｄ線に対する屈折率は１．３７５）と下部電極１２との間に電圧（Ｖ）を印加したときのリーク電流（Ａ）の変化を測定した。その結果を図１７に示す（「●」のプロットで示す）。ここで、下部基板１１はガラス基板とし、下部電極１２はＩＴＯによって形成し、絶縁膜１３は、誘電体層１３１とイオンバリア撥水層１３２との２層構造とした。
【００７７】
具体的には、ＡＬＤ法によってＡｌ2 Ｏ3 からなる誘電体層１３１を、５０ｎｍの厚さとなるように形成した。なお、この際のガラス基板（下部基板１１）の温度は、例えば酸化剤としてオゾンを用いることにより８０〜１００℃程度に抑えるようにした。また、イオンバリア撥水層１３２については、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＣ）をジクロロベンゼンに溶解させたのち、スピンコート法によって塗布し、乾燥させることで得た。
【００７８】
（実験例１−２）
イオンバリア撥水層１３２を設けずに誘電体層１３１のみによって絶縁膜１３を構成したことを除き、他は実験例１−１と同様にして図１６に示したサンプルを作製した。その結果を図１７に併せて示す（「○」のプロットで示す）。
【００７９】
図１７では、横軸が印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸がリーク電流（Ａ）を示す。図１７に示したように、実験例１−１では、１５Ｖに至るまで絶縁破壊は発生しなかった。これに対し、イオンバリア撥水層１３２を設けなかった実験例１−２では、７Ｖを超えたところで絶縁破壊が発生した。この結果、本技術のようにイオンバリア撥水層１３２を設けることで、耐圧特性のさらなる向上が実現されることが確認できた。なお、誘電体層１３１をＴａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＯおよびＨｆＯ2 の各材料によってそれぞれ形成した場合においても上記と同様の効果が確認できた。また、イオンバリア撥水層１３２を、シクロオレフィンコポリマーを用いて形成した場合においても上記と同様の効果が確認できた。
【００８０】
（実験例２−１）
本実験例では、印加電圧と接触角との関係について評価を行った。具体的には、図１に示した液体光学素子１のサンプルを作製し、下部電極１２と上部電極１７との間の印加電圧を変化させたときの、無極性液体１５と極性液体１６との界面が絶縁膜１３の表面に対してなす角度を測定した。その結果を図１８に示す（「●」のプロットで示す）。ここで、無極性液体１５としてメチルフェニルシリコーンオイル（ｄ線に対する屈折率が１．５５６のもの）を用い、極性液体１６として塩化リチウム溶液（ｄ線に対する屈折率が１．３７５のもの）を用いた。また、上部電極１７および上部基板１８は、それぞれ、下部電極１２および下部基板１１と同様の材料により形成した。上記の点を除き、他は実験例１−１と同様の構成とした。
【００８１】
（実験例２−２）
図１９に示した参考例としての絶縁膜１１３のように、イオンバリア撥水層１３２の代わりにイオンバリア層１３３と撥水層１３４とを順に誘電体層１３１の上に積層するようにしたことを除き、他は実験例２−１と同様にして図１に示した液体光学素子１のサンプルを作製した。ここで、イオンバリア層１３３は日本パリレン合同会社製のパリレンＣを１５０ｎｍの厚さとなるように形成し、撥水層１３４については、フッ素含有化合物であるＮＡＮＯＳ（株式会社ティーアンドケー）を１０ｎｍの厚さとなるように形成した。その結果を図１８に併せて示す（「○」のプロットで示す）。
【００８２】
（実験例２−３）
絶縁膜として日本パリレン合同会社製のパリレンＣからなるイオンバリア層１３３のみを３μｍの厚さで設けたことを除き、他は実験例２−１と同様にして図１に示した液体光学素子１のサンプルを作製した。その結果を図１８に併せて示す（「■」のプロットで示す）。
【００８３】
図１８では、横軸が印加電圧（Ｖrms）を示し、縦軸が接触角（°）を示す。図１８に示したように、実験例２−１において、比較的低い印加電圧（Ｖrms）において最も高い接触角（°）を得ることができた。具体的にはＶrms＝２０で約７８°の接触角が得られ、Ｖrms＝２５で約１００°の接触角が得られた。なお、初期の接触角、すなわち電圧を印加しない状態（Ｖrms＝０）から最初に変化を生じるまで（Ｖrms＝１０に至るまで）の接触角についても、約２５°で非常に安定していた。これに対し、実験例２−３では、印加電圧（Ｖrms）に対する接触角（°）の勾配が緩やかであり、Ｖrms＝２０で約５８°、Ｖrms＝２５で約７０°の接触角であった。また、実験例２−３では、約１００°の接触角を得るのに１００Ｖrms以上の大きな印加電圧が必要となることがわかった。
【００８４】
なお、誘電体層１３１をＴａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＯおよびＨｆＯ2 の各材料によってそれぞれ形成した場合においても上記と同様の傾向が確認できた。また、イオンバリア撥水層１３２を、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＣ）ではなくシクロオレフィンポリマーによって形成した場合においても上記と同様の効果が確認できた。
【００８５】
以上の各実験例の結果から、本技術によれば２層構造の絶縁膜を採用したので、十分な絶縁耐圧特性を確保しつつ、低電圧であってもより広範囲に亘る界面形状の変化を正確に再現可能であることが確認された。
【００８６】
以上、いくつかの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、上記第３の実施の形態では、波面変換偏向部６０における液体光学素子１Ａ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。
【００８７】
また、図２０に示したように、１組の表示画素５２Ｌ，５２Ｒについて複数の液体光学素子１Ａを対応させ、それら複数の液体光学素子１Ａを組み合わせて１つのシリンドリカルレンズとして機能させるようにしてもよい。なお、図１９では、液体光学素子１Ａ１，１Ａ２，１Ａ３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。
【００８８】
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。
【００８９】
また、本技術の液体光学素子は、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。
【００９０】
また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
対向配置された第１および第２の電極と、
前記第１の電極の、前記第２の電極と対向する面を覆うように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記第２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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
光学素子。
（２）
前記イオンバリア撥水層は、環状オレフィン構造を有するポリマーもしくはコポリマーを含む
上記（１）記載の光学素子。
（３）
前記イオンバリア撥水層は、シクロオレフィンポリマーおよびシクロオレフィンコポリマーのうちの少なくとも一方を含む
上記（２）記載の光学素子。
（４）
前記誘電体層は、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＺｒＯ2 ，ＺｎＯ2 ，ＴｉＯ2 ，ＭｇＯおよびＨｆＯ2 のうちの少なくとも１種を含む
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光学素子。
（５）
前記第１の電極は、前記絶縁膜と反対側に位置する第１の基板に設けられたものであり、
前記第２の電極は、前記第１の電極と反対側に位置する第２の基板に設けられたものである
上記（１）記載の光学素子。
（６）
前記第１の基板は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）およびポリオレフィン（ＰＯ）のうちの少なくとも１種を含む透明樹脂基板である
上記（５）記載の光学素子。
（７）
前記第２の電極は、接地電極である
上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の光学素子。
（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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
光学素子アレイ。
（９）
表示手段と、光学素子アレイとを備え、
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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
表示装置。
（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の基板上の領域を複数のセル領域に区切る隔壁と、
前記隔壁の壁面に、前記複数のセル領域の各々において互いに対向して配置された第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ように順に積層された誘電体層と、イオンバリア撥水層とを含む絶縁膜と、
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、
前記誘電体層は、前記イオンバリア撥水層よりも高い誘電率を有し、
前記イオンバリア撥水層は、前記極性液体に含まれるイオンの透過を抑制すると共に、前記絶縁膜の最上層に位置し、前記無極性液体に対して親和性を示すものである
電子機器。
【符号の説明】
【００９１】
１，１Ａ…液体光学素子、２…液体光学素子アレイ、１１…下部基板、１２…下部電極、１３…絶縁膜、１３１…誘電体層、１３２…イオンバリア撥水層、１５…無極性液体、１６…極性液体、１７…上部電極、１８…上部基板、１９…側壁、２０…制御部、２１…スイッチ、２２…電源、ＩＦ…界面。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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