CN101504486A - 液体光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体光学元件，包括：绝缘膜；壁结构，竖直设置在绝缘膜上以围绕绝缘膜上的一个区域；第一电极，被设置为与绝缘膜接触；第二电极，被设置成面对第一电极；以及极性液体和非极性液体，密封在绝缘膜和第二电极之间，其状态为极性液体和非极性液体彼此分离。极性液体和非极性液体之一为透明，另一为不透明。第一电极和第二电极中的至少之一在与由壁结构围绕的区域相对应的区域中具有开口或凹口。

Description

液体光学元件

相关申请的参考

本发明包含2008年2月5日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2008-025275和2008年12月9日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2008-313151所涉及的主题，其全部内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及一种液体光学元件，包括处于一对电极之间的非极性液体和极性液体，并通过在这样一对电极之间施加电压来改变透射光的量。

背景技术

电润湿技术已为人所知，它通过控制静电润湿性从而改变液滴形状并移动液体的现象来获得期望的效果，该项技术在各领域中的应用已得到检验。

举例来说，在例如PCT国际公开的公布日文译文No.2007-500876中描述了，对显示装置中的光闸使用电润湿技术以提高光提取效率或响应速度已经得到检验。

发明内容

在应用这种电润湿技术的典型液体光学元件中，极性液体(例如，水)和非极性液体(例如，硅油)夹在覆盖有疏水性绝缘膜的一对电极之间，并且该极性液体和非极性液体的液滴形状通过向极性液体和非极性液体施加电压而发生改变从而控制透射光量(透射光强度)。然而，在液滴形状改变前和改变后，液滴的形状不稳定，而透射光量相对于驱动电压滞后发生，并且随着电压的施加，对于液体液滴形状变化的响应速度也容易改变。此外，响应速度的提高也是受限制的。

希望提供一种具有高响应速度、并能稳定地控制透射光强度、同时具有简单构造的液体光学元件。

根据本发明的实施方式，提供了一种液体光学元件，其包括以下部件(1)至(5)：

(1)绝缘膜；

(2)壁结构，竖直设置在绝缘膜上，并围绕绝缘膜上的一个区域；

(3)第一电极，设置在绝缘膜设置有壁结构一侧的相对侧上，并与绝缘膜接触；

(4)第二电极，设置在绝缘膜设置有第一电极的一侧的相对侧上，以面对第一电极；以及

(5)极性液体和非极性液体，密封在绝缘膜和第二电极之间，并保持极性液体和非极性液体彼此分离的状态，极性液体和非极性液体中之一是透明的，另一是不透明的。

在这种情况下，第一电极和第二电极中的至少一个在与由壁结构围绕的区域相对应的区域中具有开口(aperture)或凹口(notch)。

在根据本发明实施方式的液体光学元件中，当在第一电极和第二电极之间施加电压时，由于在与开口或凹口(占据由壁结构围绕的区域的一部分)相对应的区域之外的区域中产生电荷，绝缘膜对极性液体的疏水性减小，因而极性液体进入与开口或凹口相对应的区域之外的区域中。结果，非极性液体聚集在与开口或凹口相对应的区域中。

在根据本实施方式的液体光学元件中，第一电极和第二电极中的至少一个在与由壁结构围绕的区域相对应的区域中具有开口或凹口，因此当驱动时，非极性液体能够以高的可再现性聚集在与开口或凹口相对应的区域中。因此，非极性液体的液滴形状在改变前和改变后是稳定的，并且能够避免透射光强相对于驱动电压滞后发生，且对于电压的施加操作，相对于非极性液体液滴形状改变的响应速度高度稳定化。因此，该液体光学元件具有优异的响应性并能够稳定地控制光量。

本发明的其他和更多目的、特征和优点通过以下描述将得到更加充分的体现。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的液体光学元件的整体构造的截面图。

图2A和图2B分别是图1所示液体光学元件的主要部分的构造的截面图和平面图。

图3A和图3B是用于描述图1所示液体光学元件的操作的示意图。

图4是用于描述制造图1所示液体光学元件的方法的流程图。

图5是用于描述制造图1所示液体光学元件的方法的示意性截面图。

图6是用于描述图5中的步骤之后的步骤的示意性截面图。

图7是用于描述图6中的步骤之后的步骤的示意性截面图。

图8是用于描述图7中的步骤之后的步骤的示意性截面图。

图9是用于描述图8中的步骤之后的步骤的示意性截面图。

图10是用于描述图9中的步骤之后的步骤的示意性截面图。

图11A、图11B和图11C是根据本发明实施方式的液体光学元件的第一、第二和第三变型的示意图。

图12是包括根据本发明实施方式的液体光学元件的图像显示器的整体构造的结构图。

图13是在图12所示的图像显示器中安装的液体光学元件的整体构造的截面图。

图14是图13所示的液体光学元件的示意性平面图。

图15是用于描述图13所示液体光学元件操作的示意图。

图16是根据本发明实施方式的液体光学元件的第四变型的平面图。

图17是根据本发明实施方式的液体光学元件的第五变型的平面图。

图18是示出本发明实施例1-1～1-4中开口占据率(apertureoccupancy)、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图19是示出本发明实施例1-5～1-8中开口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图20是示出本发明实施例1-9～1-11中开口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图21是示出本发明实施例1-12～1-14中开口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图22是示出本发明实施例2-1～2-4中凹口占据率(notchoccupancy)、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图23是示出本发明实施例2-5～2-8中凹口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图24是示出本发明实施例2-9～2-12中凹口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图25是示出本发明实施例2-13～2-14中凹口占据率、响应时间和滞后之间关系的一个实例的曲线图。

图26A和图26B是根据本发明实施方式的液体光学元件的第七和第八变型的平面图。

图27A和图27B是根据本发明实施方式的液体光学元件的第九变型的平面图。

图28A、图28B和图28C是用于描述现有技术中液体光学元件操作的示意图。

图29是作为比较例的液体光学元件中的透射率-电压曲线。

具体实施方式

以下参照附图详细描述优选实施方式。

图1是作为本发明实施方式的液体光学元件10的整体构造的截面图。液体光学元件10是所谓的电润湿元件，其连接至控制部20，并通过控制静电润湿性以改变含有的极性液体16(稍后对其进行描述)的液滴形状并移动极性液体16这一现象来控制穿透其中的透射光的量。在液体光学元件10中，多个单元区域Z成列设置。在图1中，示出了3个单元区域Z；然而，单元区域Z的数目不限于3个。图2A示出了图1所示液体光学元件10中任意单元区域Z的放大图。图2B示出了与图2A相应的平面图。如图2B中所示，每个单元区域Z的形状为例如正方形。在图2B中，并未示出诸如疏水性绝缘膜13、非极性液体15、极性液体16、上部电极17、上部基板18以及侧壁19等部件，稍后对以上全部部件进行描述。

液体光学元件10包括下部基板11、选择性地设置在下部基板11上的下部电极12、位于下部基板11和下部电极12上的疏水性绝缘膜13、分隔壁(barrier rib)14、非极性液体15、极性液体16、上部电极17、上部基板18以及侧壁19。

下部基板11和上部基板18设置为由侧壁19支撑并彼此面对，并且它们由例如可透射可见光的如玻璃或透明塑料的透明绝缘材料制成。

下部电极12和上部电极17由例如透明导电材料如氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)制成。下部电极12和上部电极17连接至控制部20。在下部电极12中，开口12K设置在每个单元区域Z中。例如，开口12K具有类似于单元区域Z的形状(在该实例中，为正方形)，而开口12K的中心位置优选与单元区域Z的中心位置相一致。

疏水性绝缘膜13由相对于极性液体16表现疏水性(斥水性)的材料制成，更严格来说，由在零电场下对非极性液体15表现亲和性、并且具有优良的电绝缘性能的材料制成。具体地，可以使用作为氟基聚合物的聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)。为了进一步提高对下部电极12和上部电极17的电绝缘性能的目的，可以在下部电极12和疏水性绝缘膜13之间设置由例如旋涂玻璃(SOG)制成的另一个绝缘膜。

分隔壁14被设置来设定单元区域Z，单元区域Z是穿过透射光的单位区域，且分隔壁14竖直地设置在疏水性绝缘膜13上。非极性液体15保持在由分隔壁14分割的单元区域Z中。换言之，通过相邻的单元区域Z之间的分隔壁14来防止非极性液体15移动(流动)至与单元区域Z邻近的任意其他的单元区域Z中。分隔壁14优选由对极性液体16表现亲水性且不溶于非极性液体15和极性液体16的材料，例如，环氧基树脂、丙烯酸基树脂等制成。可替换地，分隔壁14的表面优选覆盖有由上述材料制成的涂层。因此，非极性液体15的液滴形状能够稳定化，并且非极性液体15的泄露能够更加可靠地得到避免。

非极性液体15是具有很少极性并表现电绝缘特性的液体材料，除了烃基材料如癸烷、十二烷、十六烷或十一烷之外，例如硅油等也适用。在向非极性液体15施加电压的情况下，在施加电压后非极性液体15很难立即对与疏水性绝缘膜13的润湿性产生影响。在下部电极12和上部电极17之间未施加电压的情况下，非极性液体15优选具有足够容量(capacity)覆盖每个单元区域Z中的疏水性绝缘膜13的表面。

另一方面，极性液体16是具有极性的液体材料，除了水以外，优选使用电解质如氯化钾或氯化钠溶于其中的溶液。当向极性液体16施加电压时，对疏水性绝缘膜13的润湿性(极性液体16与疏水性绝缘膜13之间的接触角)发生比较大的变化。

以这种方式密封在疏水性绝缘膜13和上部电极17之间的非极性液体15和极性液体16不混合且彼此分离，从而形成两层。此外，在该实施方式中，极性液体16是透明的，而非极性液体15是不透明的，这是因为非极性液体15使用吸收预定波长的光(例如，可见光)的颜料或染料而带有颜色。

侧壁19，与下部基板11及上部基板18一起，密封非极性液体15和极性液体16，并且侧壁19由例如与下部基板11和上部基板18相同类型的材料制成。

控制部20对液体光学元件10进行驱动控制。控制部20包括开关21和电源22。开关21的一端通过金属配线连接至上部电极17，开关21的另一端通过金属配线经由电源22连接至下部电极12。开关21能够在连通和断开状态间转换，在连通状态中，两端彼此电连接，在断开状态中，两端彼此电断开。电源22能够在预定范围内改变电压的大小，并且能够任意地设定电压大小。因此，控制部20使得能够通过开关21的操作(开关在连通和断开状态之间的操作)以及电源22的电压控制而在下部电极12和上部电极17之间施加预定的电压。

接下来，以下参照图3A和图3B，描述具有上述构造的液体光学元件10的操作。

首先，在控制部20中的开关21处于断开状态、且下部电极12和上部电极17之间未施加电压的情况下，例如，如图3A所示，非极性液体15铺展开以覆盖全部的各个单元区域Z。因此，从下部基板11一侧照射的外部光L被带颜色的非极性液体15阻断因而光L不会穿透至另一侧。另一方面，在控制部20中的开关21处于连通状态、且下部电极12和上部电极17之间施加电压的情况下，例如，如图3B所示，极性液体16与疏水性绝缘膜13接触，且非极性液体15聚集在每个单元区域Z中与下部电极12的开口12K相对应的区域α中。因此，例如，从下部基板11侧照射的外部光L中的进入区域α的一部分(光L1)被遮断，进入区域β的剩余部分(光L2)透射至另一侧(上部基板18一侧)。非极性液体15的行为，是由于通过施加电压导致极性液体16和疏水性绝缘膜13之间润湿性发生改变而产生的。具体来说，在下部电极12和上部电极17之间施加电压的情况下，在疏水性绝缘膜13表面的层压方向上与下部电极12相对应的区域β中储存电荷，因而在储存有电荷的区域(电荷产生区域)β中，具有极性的极性液体16通过电荷的库仑力而被吸引至疏水性绝缘膜13上。换言之，在区域β中，极性液体16对于疏水性绝缘膜13的润湿性(接触角)改变(对于极性液体16的疏水性降低)。因此，非极性液体15由于极性液体16而移动(非极性液体15的液滴形状改变)使其从电荷产生区域β中排除，结果，非极性液体15聚集在作为非电荷产生区域的与下部电极12的开口12K相对应的区域α中。

然而，在“背景技术”部分描述中所举例的PCT国际公开的公布日本译文No.2007-500876中的构造中，如图28A和图28B所示，下部电极112扩展于整个单元区域Z上，因而当在下部电极112和上部电极17之间施加电压时，电荷储存在单元区域Z中疏水性绝缘膜13的整个表面中，所以其中聚集有液滴形状已改变的非极性液体115的位置并不固定在一个位置，非极性液体115的液滴形状不稳定。此外，在一些情况下，如图28C所示，非极性液体115可能会分布在多个位置。因此，这样的情况不是优选的，因为对施加电压操作的响应(非极性液体115的液滴形状的改变)被延迟，而在施加电压和透射率之间的关系上，由于滞后而使透射光的量变得不稳定。

另一方面，在本发明实施方式中，非极性液体15移动从而稳定地聚集在固定位置(与下部电极12的开口12K相对应的区域α)中，因而通过电压改变，非极性液体15的液滴形状通过很短的路径而改变，从而获得高响应率。此外，避免了上述滞后的发生。

图3B示出了获得最大透射率(最大开口率)的状态；然而，非极性液体15的大小通过调整施加电压而得到控制，因而能够获得期望的透射光强度。在这种情况下，非极性液体15的范围围绕作为中心的区域α增大或减小。

因此，在根据本发明实施方式的液体光学元件10中，开口12K设置在覆盖有疏水性绝缘膜13的下部电极12的一部分中，而区域β(在区域β中，当施加电压时，电荷储存在疏水性绝缘膜13的表面上)和区域α(区域α中不储存电荷)形成在单元区域Z中，因此，液体光学元件10在具有简单构造的同时，液体光学元件10还具有高响应速度，并能够稳定地控制透射光强度。特别地，开口12K的中心位置与单元区域Z的中心位置一致，且非电荷产生区域(区域α)设置在单元区域Z的中心，因而在施加电压时非极性液体15的平均移动距离最小，从而响应速度能够得到进一步提高。

接下来，将参照图4所示的流程图以及图5至图10所示的截面图，描述制造液体光学元件10的方法。

首先，如图5所示，制备由透明绝缘材料如玻璃或塑料制成的下部基板11，且由ITO等形成具有多个开口12K的下部电极12(步骤S101)。更具体地，在用ITO膜覆盖下部基板11的整个表面之后，通过例如光刻法在ITO膜上形成图案从而在每个单元区域Z中形成开口12K。如图6所示，以相同方式在上部基板18上形成上部电极17(步骤S102)。然而，不必在上部电极17中设置开口。

接下来，在清理形成有下部电极12的下部基板11之后，通过湿法如旋涂法或浸渍涂布法、或干法如蒸发法形成疏水性绝缘膜13，使其位于下部基板11和下部电极12上方，如图7所示(步骤S103)。此时，疏水性绝缘膜13优选具有使得疏水性绝缘膜13的表面是平的厚度。此后，如果需要，可以在疏水性绝缘膜13上进行表面处理(紫外光/臭氧处理或氧等离子体灰化处理)，或者可在疏水性绝缘膜13的表面上涂覆表面活性剂。

在形成疏水性绝缘膜13之后，如图8所示，形成分隔壁14使其竖直地立于疏水性绝缘膜13上(步骤S104)。更具体地，在用黑色颜料或含着色剂的树脂通过如旋涂法均匀地涂覆疏水性绝缘膜13之后，形成图案使得分隔壁14具有如图2B所示的图案形状。尽管图中未示出，但分隔壁14可具有两层构造，包括阻断入射光且用作黑基底(black matrix)的下层部分以及由透明树脂制成的上层部分。在形成分隔壁14之后，如果需要，可以进行表面处理(紫外光/臭氧处理或氧等离子体灰化处理)。此外，分隔壁14的表面可涂覆对极性液体16表现亲水性的涂层。

接下来，如图9所示，用非极性液体15涂覆由分隔壁14分割的每个单元区域Z中的疏水性绝缘膜13的表面(步骤S105)。此外，如图10所示，在对步骤S102中在其上形成上部电极17的上部基板18进行清理之后，将下部基板11和上部基板18设置为互相间隔相同距离且之间具有侧壁19而彼此相向。此后，从预定的入口(未示出)将极性液体16填充入由疏水性绝缘膜13、侧壁19以及上部电极17所围绕的空间中，然后密封入口(步骤S106)。通过上述步骤，具有优良响应率的液体光学元件10能够容易地制造。

第一变型

图11A示出了作为本实施方式的第一变型的液体光学元件10A，该图为对应于图2B的平面图。液体光学元件10A与图2A、2B等中所示的液体光学元件10具有相同的构造，除了下部电极12的开口12K形状为圆形。

在液体光学元件10A中，开口12K形状为圆形，因而当在下部电极12和上部电极17之间施加电压时，非极性液体15聚集在对应于开口12K的区域(非电荷产生区域)中。在这种情况下，考虑到非极性液体15表面张力的变化减少，因而非极性液体15的液滴形状能够维持稳定。因此，与具有正方形开口12K的液体光学元件10相比，进一步减小了滞后，因而预期响应速度可进一步提高。

第二变型

图11B示出了作为本实施方式的第二变型的液体光学元件10B，该图为对应于图2B的平面图。液体光学元件10B与图2A、2B等中所示的液体光学元件10具有相同的构造，除了下部电极12的开口12K和单元区域Z二者的形状均为圆形。

在液体光学元件10B中，开口12K形状为圆形，且围绕开口12K的分隔壁14形状也为圆形，因此当在下部电极12和上部电极17之间施加电压时，能够预期响应速度进一步提高且滞后进一步减小。

第三变型

图11C示出了作为本实施方式的第三变型的液体光学元件10C，该图为对应于图2B的平面图。液体光学元件10C与图2A、2B等中所示的液体光学元件10具有相同的构造，除了下部电极12的开口12K形状为圆形，而单元区域Z形状为六边形。

在液体光学元件10C中，开口12K形状为圆形，且围绕开口12K的分隔壁14形状为六边形，因此当在下部电极12和上部电极17之间施加电压时，与液体光学元件10A相比，能够进一步预期响应速度的提高以及滞后的减小，并且与液体光学元件10B相比，由于在成列设置的单元区域Z之间未形成间隙，因而开口率得到提高。

接下来，将描述根据上述实施方式的液体光学元件的具体实施例。

图12是包括液体光学元件40(稍后对其进行描述)的图像显示器30的示意性构造的结构图，液体光学元件40与根据本实施方式的液体光学元件10相似。

图像显示器30包括显示图像的图像显示部31、向图像显示部31施加用于显示图像的光的光源部32以及对图像显示部31进行驱动控制的驱动部33，并且图像显示器30是透射式显示器，其中，由光源部32发射的光透射通过图像显示部31到达观看者。

光源部32是被称为所谓背光的装置，其发射用于显示图像的光，光源部32包括例如热阴极管、冷阴极管、发光二极管等。

驱动部33是基于外部提供的图像信息(例如，视频信号)J来控制图像显示部31的操作的装置。

图像显示部31包括液体光学元件40，在液体光学元件40中，多个单元区域Z成列设置，并设置为面对光源部32。图像显示部31通过基于来自驱动部33的控制信号S来控制来自光源部32的入射光的透射量(控制发射光的强度)从而显示图像。

图13示出了液体光学元件40的截面图，图14示出了液体光学元件40的平面图。图13对应于图14中沿线XIII-XIII截取的截面图。图14示出了单元区域Z设置为3行3列的状态；然而，单元区域Z的数目不限于上述数目。基本上，液体光学元件40与图1等中的液体光学元件10具有相同的构造。下部电极12划分为多个部分，并且该多个部分分别设置为单元区域Z，且彼此绝缘。此外，在液体光学元件40的下部基板11中，多个驱动元件(薄膜晶体管等)41分别设置于单元区域Z，并且连接至驱动部33的一对信号线(例如，栅极线和数据线；未示出)设置为独立地驱动该驱动元件41。此外，下部电极12连接至每个驱动元件41的一端，上部电极17维持在固定的电位。换言之，当在每个单元区域Z中的下部电极12和上部电极17之间施加电压时，来自光源部32的入射光对于每个单元区域Z的透射量能够得到控制。驱动元件41或这对信号线对可设置在除液体光学元件40的下部基板11之外的基板中，并且可以安装在图像显示部31中。此外，虽然极性液体16是透明的，但非极性液体15使用黑色颜料或黑色染料而带有颜色。在这种情况下，图像显示器31和光源部32设置为使得来自光源部32的入射光从例如下部基板11一侧而进入。

在包括这样的液体光学元件40的图像显示器30中，预定的图像信息J输入驱动部33中，而控制信号S从驱动部33传输至图像显示部31，因而电压单独地施加于每个单元区域Z。例如，如图15所示，在三个单元区域Z1～Z3中的单元区域Z1和Z3中的上部电极17和下部电极12之间施加电压，以改变非极性液体15的液滴形状，因而当从光源部32施加光L时，透射的光Lout能够从单元区域Z1和Z3(单元区域Z1和Z3中的区域β)中引出。结果，例如在光源部32发射白光的情况下，在对应于单元区域Z1和Z3的部分中显示白色，而在对应于单元区域Z2的部分中显示黑色。因此，在整个液体光学元件40上显示二值图像(binary image)。在这种情况下，极性液体16与非极性液体15的行为与液体光学元件10中的相同，将不对其作进一步描述。

此外，在图像显示器30中，在上部电极17和下部电极12之间施加的电压的大小可任意控制或分级控制，因而通过任意控制或分级控制每个单元区域Z中的透射光强度，能够显示灰度。

另外，每个单元区域Z中的非极性液体15可带有红色(R)、绿色(G)或蓝色(B)来替代黑色，通过仅透射来自光源部32的入射光中与非极性液体15具有相同色彩的光，可在图像显示部31上显示彩色图像。可替换地，彩色图像可通过，例如，在上部基板18和上部电极17之间设置彩色滤光片而显示。

在根据本实施方式的图像显示器30中，在液体光学元件40中的每个单元区域Z中形成区域β(在区域β中，当施加电压时，电荷储存在疏水性绝缘膜13的表面上)和区域α(区域α中不储存电荷)，因而图像显示器30在具有简单构造的同时，图像显示器30还具有高响应速度，并且能够以高精确度控制透射光的强度。因此，能够以高清晰度显示灰度。

第四变型

以下将描述作为本实施方式的第四变型的可应用于图像显示器30的液体光学元件40A。图16是液体光学元件40A的平面图。如图16所示，在液体光学元件40A中，驱动元件41设置在每个单元区域Z的角部，下部电极12的凹口12K1设置在对应于驱动元件41的位置处。与图13所示的液体光学元件40(其中开口12K设置在单元区域Z的中心)相比，液体光学元件40A在响应速度上是不利的；然而，在液体光学元件40A中，发射入射光作为透射光，而不会影响驱动元件41，即，不会削弱入射光或分散部分入射光。因此，与液体光学元件40相比，开口率能够得到提高，可预期透射率的稳定性。因此，在使用液体光学元件40A的图像显示器40中，能够显示具有高亮度的图像，并且能够以高清晰度显示灰度。

此外，图17所示作为第五变型的液体光学元件40B可以在图像显示部31中使用。液体光学元件40B由于实际上包括在其边缘处具有弯曲部分的凹口12K2(形状为扇形而不是矩形)，而与图16中的液体光学元件40A相区别。因而，响应速度高于液体光学元件40A的响应速度。

实施例

以下描述本发明的具体实施例。

如实施例1-1～1-4，通过改变开口占据率，即开口12K的面积与单元区域Z的面积的比值(开口12K的面积/单元区域Z的面积)，如表1(稍后对其进行描述)所示，形成图1～图3B所示的液体光学元件10。在这种情况下，单元区域Z和开口12K二者均为正方形，并且单元区域Z和开口12K形成为使得单元区域Z和开口12K的中心位置彼此一致。玻璃基板用作下部基板11和上部基板18，ITO用作下部电极12和上部电极17。此外，疏水性绝缘膜13由Teflon AF(可购自DuPont)制成，且分隔壁14由黑色抗蚀剂(碱性可显影黑色抗蚀剂(Alkaline Developable Black Resist)NSBK，可购自Nippon Steel Chemical Co.，Ltd.)制成。此外，使用通过将碳黑分散至十二烷中而形成的材料作为非极性液体15，使用水作为极性液体16。分隔壁14的宽度均为5μm，且下部电极12和上部电极17之间的距离为100μm。

如实施例1-5～1-8，图11A所示的液体光学元件10A通过改变开口占据率(开口在整个单元区域中占据的面积的比例)而形成。其他情况与实施例1-1～1-4中相同。

如实施例1-9～1-11，除了单元区域Z的尺寸改变(减小)之外，液体光学元件10A按照实施例1-5～1-7的情形制成。

如实施例1-12～1-14，除了单元区域Z为矩形，且开口12K为圆形之外，液体光学元件按照实施例1-1～1-3的情形制成。

如与实施例1-1～1-14相对的比较例1～3，除了在下部电极12中未设置开口之外，液体光学元件按照实施例1-1～1-8、1-9～1-11以及1-12～1-14的情形制成。

在上述每个实施例以及上述每个比较例中，检验了透射率与施加电压的相关性，并且通过计算确定了响应时间TON和TOFF以及透射的滞后Vhys。结果在表1以及图18～图21中示出。响应时间TON是通过改变非极性液体15的液滴形状使得透射率从10％升高至90％所需的时间，而响应时间TOFF是通过改变非极性液体15的液滴形状使得透射率从90％降低至10％所需的时间。此外，滞后V_hys意指在图29所示表现透射率与施加电压之间关系的透射率-电压曲线上，表示相同透射率的两个点之间的电压差值。图29是比较例1中的透射率-电压曲线。在图29中，水平轴表示施加的电压(任意单位)且垂直轴表示透射率(％)。

表1

单元区域Z的形状：正方形或矩形

表1中，单元区域Z的尺寸、响应时间T_ON和滞后V_hys各自表示基于比较例1的标准值。响应时间T_OFF表示基于比较例1中响应时间T_ON的值。

如表1和图18～图21所示，证实了在单元区域Z的尺寸相同的情况下，当如实施例的情形将开口12K设置在下部电极12中时，尽管响应时间T_ON和T_OFF等于或小于比较例中的响应时间T_ON和T_OFF，但滞后V_hys却能够减小。特别地，与实施例1-1～1-4(参照图18)以及实施例1-5～1-8(参照图19)相比，当开口12K为圆形时，比开口12K为正方形时能够更加有效地减少响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys。与实施例1-1～1-4(参照图18)以及实施例1-12～1-14(参照图21)相比，与矩形相比开口12K更加优选为正方形。考虑到具有这样的趋势，即开口占据率越大，响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys减少得越多；然而，当开口占据率为20％或高于20％时，响应时间T_ON和T_OFF基本一致。当开口占据率非常大时，开口率减小，因而在此观点中，需要将开口占据率减至最小。当开口占据率小于10％时，难以具有改善响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys的效果。因此，考虑到更期望开口12K为圆形或类似于圆形的形状，而开口占据率在10％～20％的范围内并包括10％和20％。

接下来，如实施例2-1～2-4，图16所示的液体光学元件40A通过如表2(稍后对其进行描述)所示改变凹口占据率(凹口在整个单元区域中占据的区域的比例)而形成。在这种情况下，液体光学元件40A形成为使得单元区域Z和凹口12K1二者均为正方形，且凹口12K1设置在单元区域Z的角部。其他情况与实施例1-1中相同。

此外，如实施例2-5～2-8，图17所示液体光学元件40B通过改变凹口占据率而形成。其他情况与与实施例2-1～2-4中的相同。

另外，如实施例2-9～2-12，除了改变(减小)单元区域Z的尺寸之外，液体光学元件40B按照实施例2-5～2-8中的情形制成。

如实施例2-13和2-14，除了单元区域Z为矩形，且凹口12K1为正方形(实施例2-13)或矩形(实施例2-14)之外，液体光学元件按照实施例2-1中的情形制成。在实施例2-14中，凹口12K1中垂直方向的尺寸与水平方向的尺寸之间的比值为1:3。

按照实施例1-1～1-14的情形，检验实施例2-1～2-14中透射率与施加电压的相关性，并通过计算确定响应时间T_ON和T_OFF以及透射的滞后V_hys。结果在表2和图22～图25中示出。

表2

单元区域Z的形状：正方形或矩形

在表2中，单元区域Z的尺寸，响应时间T_ON和滞后V_hys各自表示基于比较例1的标准值。响应时间T_OFF表示基于比较例1中的响应时间T_ON的值。

如表2和图22～图25中所示，证实了在单元区域Z的尺寸相同的情况下，当凹口12K1按照实施例的情形设置在下部电极12中时，尽管响应时间T_ON和T_OFF等于或小于其中不包括开口或凹口的比较例中的那些，但滞后V_hys却能够减小。特别地，与实施例2-1～2-4(参照图22)以及实施例2-5～2-8(参照图23)相比，当凹口12K1为扇形时，与凹口为正方形时相比能够更加有效地减少响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys。此外，与实施例2-13和实施例2-14(二者均参照图25)相比，相比于矩形凹口12K1更优选为正方形。已证实具有这样的趋势，即凹口占据率越大，响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys减少得越多。此外，与实施例1-1～1-14(其中，开口12K设置在单元区域Z的中心部分)不同，即使凹口占据率为5％，也可清楚地表现出改进响应时间T_ON和T_OFF以及滞后V_hys的效果。

尽管参照一些实施方式描述了本发明，但本发明并不局限于这些实施方式，而是可以进行各种改变。例如，在上述实施方式中，一个单元区域设置一个下部电极；但也可以设置多个分开的下部电极。更具体地，如图26A所示的液体光学元件10D的情形，多个同心设置以围绕开口12K、并彼此绝缘的电极图案12A～12C可构成下部电极。可替换地，如图26B所示的液体光学元件10E的情形，凹口12K2可设置在单元区域Z的角部，并且可以设置距凹口12K2任意距离分割的多个电极图案12A～12C。在这种情况下，当电极图案12A～12C单独传导时，透射光的强度能够通过将电压按照顺序施加至电极图案12A、电极图案12B以及电极图案12C从而以高精确度分级地进行调节。因此，当在图像显示器的图像显示部中使用具有多个分开的下部电极的液体光学元件时，预期能够以更高的清晰度显示灰度。

另外，如图27A和图27B所示，当在下部电极12和上部电极17之间施加电压时，非极性液体15在对应于开口12K的区域α中可与疏水性绝缘膜13及上部电极17接触。在这种情况下，例如，在非极性液体15透明，而极性液体16由于使用碳黑等而带有颜色以用作光屏蔽体的情况下，当不施加电压时，极性液体16阻断光L(参照图27A)，而当施加预定的电压时，极性液体16可用作能够透射光L而穿过区域α的光栅。

此外，在上述实施方式中，描述了将液体光学元件应用于图像显示器中的情况；然而，本发明并不局限于该种情况。例如，液体光学元件可应用于诸如光阑的任何其他器件中。

本领域中的技术人员应当理解，各种变型、组合、子组合以及替换形式可依赖于设计需求以及其他因素而产生，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (9)

1.一种液体光学元件，包括：

绝缘膜；

壁结构，竖直设置在所述绝缘膜上，并围绕所述绝缘膜上的一个区域；

第一电极，设置在所述绝缘膜设置有所述壁结构的一侧的相对侧上，并与所述绝缘膜接触；

第二电极，设置在所述绝缘膜设置有所述第一电极的一侧的相对侧上，以面对所述第一电极；以及

极性液体和非极性液体，密封在所述绝缘膜和所述第二电极之间，并保持所述极性液体和所述非极性液体彼此分离的状态，所述极性液体和所述非极性液体中之一为透明，另一为不透明，

其中，所述第一电极和所述第二电极中至少之一在与由所述壁结构围绕的区域相对应的区域中具有开口或凹口。

2.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中，所述绝缘膜在零电场下对所述非极性液体表现亲和性。

3.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中，所述开口设置在所述第一电极的与由所述壁结构围绕的区域相对应的区域内的中心部分中。

4.根据权利要求1所述的液体光学元件，所述凹口设置在所述第一电极的与由所述壁结构围绕的区域相对应的区域内的角部。

5.根据权利要求1所述的液体光学元件，包括：

驱动元件，控制施加在所述第一电极和所述第二电极之间的电压，

其中，所述驱动元件设置在对应于所述开口或所述凹口的位置。

6.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中，所述第一电极和所述第二电极中至少之一被分割为设置在所述开口或所述凹口周围的多个同心电极。

7.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中，所述极性液体是透明的，而所述非极性液体是不透明的。

8.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中

所述极性液体是不透明的，而所述非极性液体是透明的，并且

当在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压时，所述极性液体与所述绝缘膜及所述第二电极二者相接触。

9.根据权利要求1所述的液体光学元件，其中，

所述壁结构的壁面表现亲水性。

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