TW202107120A

TW202107120A - 光學元件、微透鏡陣列、及使用微透鏡陣列之顯示系統

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Publication number: TW202107120A
Application number: TW109121619A
Authority: TW
Inventors: 山田泰美; 平井利博
Original assignee: 日商日東電工股份有限公司; 國立大學法人信州大學
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-02-16
Also published as: JP2021009364A

Abstract

本發明提供一種能夠以簡答的構成來調整光學特性的光學元件及其製作方法，該光學元件包括第一電極層、第二電極層以及配置於該第一電極層和該第二電極層之間的高分子材料層，該第一電極層具有開口，在施加電壓下該第一電極層的表面的該高分子材料層變形，該第一電極層的在相反側的第二主面的開口面積與在第一主面的開口面積之比為0.7以上。

Description

光學元件、微透鏡陣列、及使用微透鏡陣列之顯示系統

本發明係關於光學元件、微透鏡陣列、以及使用微透鏡陣列的顯示系統。

以往，公知有使用因施加電壓而變形的高分子材料來使透鏡在光軸方向移動的焦點調節機構(例如，參照專利文獻1)、透鏡驅動機構(例如，參照專利文獻2)等。高分子材料被用作保持透鏡的透鏡支架，利用因施加電壓引起的高分子材料的伸縮，使透鏡的位置沿光軸移動。

並且，提出如下一種方法：用一對電極夾持在電場的施加方向上伸縮的有機材料，在與有機材料層的電場施加方向垂直的平面內使每單位電場的電致伸縮性伸縮量具有分佈，從而使有機材料層和電極變形，由此形成凸透鏡、凹透鏡等(例如，參照專利文獻3)。＜先前技術文獻＞＜專利文獻＞

專利文獻1:日本發明專利第4530163號公報專利文獻2:日本發明專利第5180117號公報專利文獻3:日本發明專利第5029140號公報

＜發明欲解決之問題＞

使透鏡沿著光軸移動的構成是藉由使配置於透鏡支架的高分子材料伸縮，從而使單個透鏡的位置改變。該構成首先使支架變形，藉由支架的變形來改變透鏡位置，因此難以充分地提高透鏡驅動的回應性和精度。

在有機材料層的平面內方向上使電致伸縮性伸縮量具有分佈的構成是藉由噴墨、微接觸印刷等將特性不同的材料分別以微量塗敷於期望的位置，因此透鏡製作的工序複雜且花費時間。

並且，上述以往構成都以單個透鏡的調整為目的，但是在成像、影像相關產品中，對於使用許多微細的透鏡的微透鏡陣列的需求正在提高。如果能將焦點調整功能付與微透鏡陣列，則能夠提高附加價值。

鑒於上述的課題，本發明的一個目的在，提供一種能夠藉由簡單的構成來調整光學特性的光學元件及其應用技術。＜用於解決問題之手段＞

本發明的一個側面在於，在具有第一電極層、第二電極層以及配置於該第一電極層和該第二電極層之間的高分子材料層的光學元件中，該第一電極層具有開口，在施加電壓下該第一電極層的表面的該高分子材料層變形，該第一電極層的在相反側的第二主面的開口面積與在第一主面的開口面積之比為0.7以上。＜發明之功效＞

根據上述的構成和方法，實現了能夠藉由簡單的構成來調整光學特性的光學元件及其應用技術。

圖1是實施方式的光學元件10的基本構成圖。光學元件10具有在一對的電極12和電極13之間夾持高分子材料層11的三層層疊構造。如圖1的(B)和(C)所示，光學元件10在電極間施加電壓的狀態下，在至少一側的電極(例如電極13)的第一主面131具有光散射體15。光散射體15基於高分子材料層11的電壓回應性而形成。

高分子材料11由凝膠狀的聚合物材料(以下，適當稱為“聚合物凝膠”)形成。光散射體15利用施加電壓引起的聚合物凝膠的伸縮或者變形，在電極13的第一主面131突出。本說明書以及申請專利範圍中，陳述在第一主面“突出”時，是指光散射體15的至少一部分自電極13的第一主面131(也稱作“零平面”)突出的狀態。

如圖1(B)所示，不僅光散射體15的中央部凹陷為凹狀的形狀，光散射體15的一部分位於在層疊方向比零平面低的位置的情況也算作自電極13的第一主面131 “突出”。即使是這些形狀，光散射體15也具有光散射效果。如後所述，根據依賴施加電壓而伸縮的聚合物凝膠的變形，在電極13的第一主面131突出的光散射體15的形狀和高度變化。光散射體15的高度以及／或者形狀根據電極13的開口14的剖面形狀也不同。

電極13具有規定的形狀的開口14。電極13的在與第一主面131相反側的第二主面132的開口的直徑ϕ₂ 或者開口面積與在第一主面131的開口14的直徑ϕ₁ 或者開口面積之比設定為規定的範圍，從而在電壓施加下使光散射體15在第一主面131突出。在圖1的例子中，設定為在第一主面131的開口14的直徑ϕ₁ 或者開口面積比在第二主面132的開口14的直徑ϕ₂ 或者開口面積小的形狀，但是如後所述，並不限定於該例子。

開口面積不特別限定，但優選為10μm² 至1mm² ，更優選為100μm² ～100,000μm² 。並且，優選電極13的厚度為100μm以下，更優選為40μm以下。

能夠與使高分子材料層11的形狀變化的方向相應地設定使電極12和電極13之中的哪一個為陽極。圖1的例子中，電極12為陰極，電極13為陽極。

圖1的(B)中，在電極12和電極13之間施加電壓時，自作為陰極的電極12向聚合物凝膠的高分子材料層11注入電子，其帶負電荷。分子中產生負電荷的聚合物凝膠被吸引到作為陽極的電極13的開口14的內壁141。高分子材料層11首先沿著內壁141隆起，隨後開口14的中央部隆起。

開口14為隨著接近電極13的表面(以下稱作“零平面”)而變窄的形狀。由於聚合物材料層11是彈性體或粘彈性體，所以聚合物材料層11隨著在開口14內隆起而在開口14內部被壓縮。被壓縮的高分子材料層11自開口14被推起，自電極13的零平面突出。

圖1的(C)中，隨著施加電壓增加，高分子材料層11也在開口14的中央部隆起，自零平面的突出位移進一步增加。因此僅藉由控制施加電壓，就能夠將中央部凹陷的光散射體15的形狀改變為中央部更突出的形狀。藉由這樣改變光散射體15的形狀，控制使光散射的區域等的散射特性成為可能。

高分子材料層11使用的聚合物凝膠為聚氯乙烯(PVC:polyvinyl chloride)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PSt)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、矽橡膠(SR)等，可以針對使用波長適當選擇透明的高分子(或者樹脂)材料。

在實施方式中，使用在電場的作用下變形較大，容易處理的PVC。可以在PVC中添加適當的增塑劑，也可以使PVC溶解於溶劑。使用增塑劑的情況下，可以使用己二酸二丁酯(DBA :dibutyl adipate)、己二酸二乙酯(DEA:diethyl adipate)、己二酸二辛酯(DOA :dioctyl adipate)，癸二酸二乙酯(DES:diethyl sebacate)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP:dioctyl phthalate)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP:diethyl phthalate)、乙醯基檸檬酸三丁酯(TBAC:tributyl acetyl citrate)等。作為溶劑，可以使用四氫呋喃(THF)等。

增塑劑的混合比率為50wt％以上，優選為75wt％以上。混合比率小於50wt％時，即使施加電壓也難以使高分子材料層11變形。混合比率為50wt％以上，小於75wt％時，雖然能夠藉由施加電壓來使高分子材料層11變形，但是必須施加高電壓，預測會誘發高分子材料層11的絕緣破壞。藉由使混合比率為75wt％以上，能夠在不產生高分子材料層11的絕緣破壞的適當的電壓的強度下使高分子材料層11變形。

聚合物凝膠的波長λ對於550nm的光的透過率為90％～92％。增塑劑的添加率較少的一方透過率變高。並且聚合物凝膠的折射率也隨著增塑劑(例如，DBA)的添加率變化。對於波長589nm的光，實施方式使用的聚合物凝膠的折射率為1.44～1.49。DBA的添加率越高，折射率越小。由該聚合物凝膠形成的光散射體15對於綠(G)光線具有充分的透過率。通常的白板玻璃基板(BK7)的光線透過率和折射率為90％和1.52，實施方式的聚合物凝膠是反射較少的透明性較高的材料。

聚合物凝膠的變形主要基於凝膠的彈性或者粘彈性等的力學特性以及介電常數等的電致伸縮特性。高分子材料層11的膜厚方向以及層面內的組成、厚度均勻的話，藉由施加相同強度的電壓，能夠得到大致相同高度和形狀的光散射體15。

根據聚合物凝膠自開口14突出的體積，高分子材料層11的厚度降低。因此高分子材料層11的厚度降低，與高分子材料層11相接的電極13的位置也下降。

高分子材料層11的變形是可逆的，藉由停止施加電壓，能夠回到圖1的(A)的初期狀態。並且，如後所述，能夠與施加的電壓的強度相應地調整光散射體15的中心部的高度。

開口14的形狀可以根據目的來決定，可以為圓、橢圓、多邊形等，但是不論何種情況下，設計為在第二主面132的開口面積(或者直徑)與在第一主面131的開口面積(或者直徑)之比在規定的範圍內。

電極12和電極13為具有導電性的材料即可，不特別限定。電極12和電極13的至少一方由金屬形成的情況下，可以使用鉑、金、銀、鎳、鉻、銅、鈦、鉭、銦、鈀、鋰、鈮、它們的合金等。可以使電極12和電極13的至少一方由ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫)等的透明的氧化物半導體材料形成，也可以使用導電性聚合物、導電性碳等。

開口14例如可以藉由濕蝕刻法、電鑄法來形成於電極13。圖12中，表示藉由濕蝕刻的電極13A的製作方法。如圖12(A)，在規定的厚度的導電板(銅箔、金箔、鋁箔等)43的一個面上形成抗蝕劑掩模42。抗蝕劑掩模42具有規定的開口圖案44。

如圖12(B)至(C)所示，將被抗蝕劑掩模覆蓋的導電板43浸漬在例如能夠蝕刻金屬的酸性溶液中，從而導電板43自抗蝕劑形成面被侵蝕而生成凹坑45，形成貫通導電板43的開口14。最終除去抗蝕劑掩模42，從而如(D)那樣能夠得到具有期望的形狀的開口14的電極13A。該例子中，在第一主面131的開口14的直徑ϕ₁ 比在第二主面132的開口14的直徑ϕ₂ 大。藉由控制相對於導電板43的厚度的蝕刻時間，能夠對在抗蝕劑掩模42形成的面(第一主面131)和在相反側的面(第二主面)的開口直徑ϕ₂ 進行調整。

圖13中表示藉由電鑄法的電極13B的製作方法。圖13的(A)中，在玻璃基板61之上塗敷厚度30μm的光致抗蝕劑51，然後隔著具有圓形的開口圖案的光掩模62照射UV光。如(B)，用顯影液除去未曝光的部分，形成規定的形狀的圓柱52的排列。但是不限定於這個例子，也可以使用正型抗蝕劑。由於UV光的強度在照射面中的中心部相對變高，因此藉由控制照射時間，能夠如(B)那樣形成錐形狀的圓柱52。並且，藉由控制曝光條件，能夠形成直型的圓柱。UV光的波長λ根據使用的抗蝕劑材料在100nm～400nm的範圍內適當選擇。能夠在玻璃基板61之上得到具有規定的形狀和排列的光致抗蝕劑的圓柱52。

然後，如圖13的(C)，藉由電鍍法在圓柱52之間形成金屬膜54。金屬膜54可以是鎳(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、鉻(Cr)等，只要是能夠電鍍形成的良導體，則材料的種類沒有限制。然後，如圖13的(D)，將光致抗蝕劑的圓柱52和玻璃基板61除去。光致抗蝕劑和玻璃基板61可以通過使用等離子體的灰化處理、使用剝離液的濕式處理、加熱等除去。由此，能夠得到具有以規定的形狀和排列形成的開口14的電極13B。

圖13中，開口14的在第一主面131的直徑ϕ₁ 比在第二主面132的直徑ϕ₂ 小。藉由如上述那樣控制光致抗蝕劑51的曝光條件，也能夠形成具有相對於電極13A的表面大致垂直的內壁的直孔。如後所述，在電極13B的表面形成高度較高的光散射體的情況下，優選第一主面131側的直徑ϕ₁ 較小，但是根據光散射體15的用途，有時需求直孔型的開口。

圖14是藉由電鑄法形成的電極13的光學顯微鏡像。形成了期望的直徑ϕ的開口14。

返回圖1，作為光學元件10的製作方法，在形成為規定的尺寸的電極12之上，藉由澆鑄法等塗敷添加了增塑劑的PVC的溶液，從而形成高分子材料層11。在高分子材料層11之上，配置設有開口14的電極13。作為電極13，與用途對應地可以使用圖12的電極13A、圖13的電極13B、具有直孔的電極中的任一種。在電極12和電極13之間施加規定的電壓，在電極13的表面形成光散射體15。

與形成於電極13的開口14的形狀(包括平面形狀和剖面形狀)和尺寸、想要形成的光散射體15的高度、以及電極12和13的厚度等相應地適當決定高分子材料層11的厚度。作為一個例子，高分子材料層11的厚度為1mm以下，優選為0.1mm～0.5mm。高分子材料層11的厚度為0.1mm以下的情況下，存在根據其組成容易變得厚度不均勻，並且容易發生絕緣破壞的缺點，但是基於製作具有微細的許多個透鏡的微透鏡陣列薄片的視點，也可以設定高分子材料層11的厚度為0.1mm以下。

圖2是表示光學元件10的光散射體15的剖面形狀的電壓依賴性的圖。與施加電壓相應地，聚合物凝膠自具有傾斜的內壁141的開口突出。隨著使施加電壓自V1增大至V2再增大至V3，如向上的箭頭所示，自零平面的突出位移變大。並且，光散射體的剖面輪廓改變。

施加電壓為V1時，高分子材料層自開口的邊緣附近突出，但是在中央部，高分子材料層11的突出位移未到達零平面。將施加電壓提升至V2時，光散射體15大致整體自零平面突出。該狀態下，與開口的中央部的突出位移相比較，周邊部的突出位移較大。

施加電壓提升至V3時，高分子材料層在開口的中央部也隆起，光散射體15的突出位移在開口整體範圍內變大。將光散射體15應用於透鏡的情況下，藉由控制施加電壓的強度，能夠改變光散射體15的突出位移及其形狀。

圖3是表示實施方式的電極的開口形狀的例子。圖3的(A)中，開口在電極13的第一主面131的直徑ϕ₁ 或者開口面積比第二主面132的直徑ϕ₂ 或者開口面積略大。如後所述，即使是這樣的開口的剖面形狀，高分子材料層11也在施加電壓下位移，能夠在第一主面131形成光散射體15。

圖3的(B)中，與圖3的(A)相反，開口在電極13的第一主面131的直徑ϕ₁ 或者開口面積比其在第二主面132的直徑ϕ₂ 或者開口面積小。藉由在電極13的底面(第二主面132)側使開口面積較大，從而開口14的內部的高分子材料的體積變大，容易使光散射體15在第一主面131突出。

圖3的(C)中，在第一主面131和第二主面132之間，開口的直徑或者面積的差比圖3的(B)更大。圖3的(C)的開口形狀下，光散射體15向第一主面131的突出位移比圖3的(B)的情況下變大。

圖3的(C)的構成中，使電極13的在第一主面131的開口面積相對於在第二主面132的開口面積相對變小，從而向開口中央部的聚合物凝膠的流入壓變大，認為能夠促進在開口的中央部的隆起。

圖4是改變在第二主面132的開口面積S2與在第一主面131的開口面積S1之比(S2／S1)時測定光散射體15的突出位移的模型的示意圖。將在第一主面131(圖中，“突出側(out側)”和標記)的開口面積S1固定為10⁴ μm² ，使在第二主面132(圖中，“凝膠側(in側)和標記”)的開口面積S2在0.25×10⁴ ～3.6×10⁴ μm² 的範圍內改變。

電極13的厚度為30μm，施加電壓為600V。作為高分子材料層11，使用增塑劑DBA的含有率為83％的PVC凝膠。PVC凝膠的厚度為300μm。

在第一主面131的開口面積S1和在第二主面132的開口面積S2相等時Sratio為1。在第二主面132的開口面積S2比在第一主面131的開口面積S1大的情況下，Sratio＞1。在第一主面131的開口面積S1比在第二主面132的開口面積S2大的情況下，Sratio＜1。

光散射體15的突出位移設定為在開口中心自零平面(第一主面131)的高度h。

圖5表示測定結果。橫軸為在第二主面132的開口面積與在第一主面131的開口面積之比Sratio，縱軸為光散射體15的中心的高度h(μm)。

隨著Sratio的增加，聚合物凝膠的突出位移增加。特別是，在開口面積之比Sratio為2.56以上時，突出位移增大的效果大。這是因為，(i)通過增加孔體積，能夠流入孔內的聚合物凝膠的體積增大，(ii)向孔中央部的聚合物凝膠的流入壓力增加，(iii)將聚合物凝膠向開口的上端上推的壓力變大。

開口面積之比Sratio為1的情況下，光散射體15包括其中心區域也自第一主面131突出。Sratio比1小時，聚合物凝膠的突出位移減小，但Sratio為0.7以上時，聚合物凝膠在開口區域的至少一部分在第一主面131突出。開口部面積之比Sratio比0.7小時，難以使聚合物凝膠自第一主面131突出。

由圖5可知，藉由將在第二主面132的開口面積與在第一主面131的開口面積之比Sratio設定為0.7以上，能夠在第一主面131形成光散射體15。

圖6A～圖6C是表示因電壓的增加引起的聚合物凝膠的突出位移的變化的圖。圖6A～6C分別改變第二主面132的開口面積S2與第一主面131的開口面積S1之比Sratio(即S2／S1)。圖6A中，Sratio為0.64。在第一主面131的開口面積S1比在第二主面132的開口面積S2大。該模型中，藉由使施加電壓自200V增大至400V再增大至600V，雖然開口內的聚合物凝膠的高度略微上升，但是並未在第一主面131的表面突出。

圖6B中，Sratio為0.81。在第一主面131的開口面積S1比在第二主面132的開口面積S2稍大。該模型中，藉由使施加電壓自200V增大至400V再增大至600V，能夠在開口內保持凹形狀的同時，使光散射體15的高度改變。並且，不論施加電壓的大小如何，光散射體的至少一部分都在第一主面131突出。

圖6C中，比Sratio為3.61。在第一主面131的開口面積S1比在第二主面132的開口面積S2小。該模型中，藉由使施加電壓自200V增大至400V再增大至600V，與圖6B相比，光散射體15的高度更大地改變。

圖7使施加電壓恆定(例如600V)，表示開口面積之比Sratio的變化引起的聚合物凝膠的突出位移的變化。藉由使開口面積的Sratio改變為0.64、0.81、3.61，即使施加電壓相同，也能夠改變光散射體15的中心部的高度。

由圖6A～6C以及圖7的結果可知，藉由改變施加電壓和開口面積比中的至少一方，能夠對光散射體15的高度進行設計。

圖8表示作為光學元件10的變形例的光學元件10A的構成。光學元件10A中，代替圖1的導電膜的電極13，使用以導電膜17塗敷絕緣體16的電極13C作為陽極。絕緣體16可以使用二氧化矽、氧化鋁等無機絕緣體或者絕緣樹脂。導電膜17由鉑、金、銀、鎳、鉻、銅、鈦、鉭、銦、鈀、鋰、鈮、它們的合金等的薄膜、導電性的聚合物、導電性碳、氧化物半導體的薄膜等形成。也可以使絕緣體16和導電膜17都由透明的材料形成。

電極13C與圖1同樣具有開口14。開口14設計為表示在第二主面132的開口14的面積與在第一主面131的開口14的面積之比(S2／S1)的Sratio在規定的範圍內。

如圖1說明的那樣，光散射體15藉由根據施加電壓的有無引起的可逆的變形過程形成。如上所述，光散射體15利用高分子材料層11的彈性和電壓回應特性，自開口14被推出形成，並且藉由改變開口面積之比Sratio和施加電壓的強度的至少一方能夠改變凝膠的突出位移。

圖8的構成具有藉由使用透明絕緣體和透明導電膜能夠製作透明的光學元件這一優點。並且，減少了金屬材料的使用，能夠使光學元件10A整體的質量變輕。

圖1的構成和圖8的構成能夠擴展為在光學元件的兩面具有光散射體15的構成。例如，將作為陰極的電極12作為公共電極使用，在電極12的兩面配置高分子材料層11並用兩個陽極的電極13夾持，藉由施加電壓，能夠在光學元件的兩面產生光散射體15。藉由將位於中間的電極12設定為透明電極，能夠形成雙面透鏡單元。

形成於兩個陽極的開口14的開口面積比Sratio(S2／S1)並不需要一定相同。能夠與在陽極的表面突出的光散射體15的目標高度相應地分別獨立設計兩個陽極。

圖9是作為圖1的光學元件10的應用例的表示微透鏡陣列100的示意圖。微透鏡陣列100在電極13的第一主面131具有複數個光散射體15的排列。

如參照圖1說明的那樣，高分子材料層11是使用PVC、PMMA、PU、PSt、PVAc、PVA、PC、PET、PAN、SR等的聚合物凝膠。

可以在聚合物凝膠添加DBA、DEA、DES、DOP、DEP、DOA、TBAC等的增塑劑。增塑劑的混合比為50wt％以上，更優選為75wt％以上。

電極12和電極13由適當的導電性材料形成。該例子中，電極12成為陰極層，電極13成為陽極層，光散射體15的排列形成於陽極的第一主面131。作為一個例子，高分子材料層11的厚度為300μm，光散射體15的直徑為100μm，中心間的間距為150μm。

微透鏡陣列100利用形成在薄膜狀的電極13上的微米級的開口和聚合物凝膠的彈性或粘彈性而形成，在電極13的第一主面131上排列有大致相同高度、相同形狀的光散射體15。

藉由改變形成於電極13的開口的開口面積比和在電極12與電極13施加的電壓的強度中的至少一方，能夠改變光散射體15的中心部的突出位移。

形成於電極13的開口的開口面積比Sratio只要滿足Sratio≧0.7即可，不必全部相同，可以在排列的規定方向上使開口面積比具有梯度。例如，可以以自排列的中心越向外周突出位移越増大的方式具有梯度。

圖10是使用圖9的微透鏡陣列100的顯示系統150的示意圖。微透鏡陣列100能夠應用於將顯示面板、螢幕、海報、看板、標識等作為顯示介質120的顯示系統150的投影光學系統。藉由控制向微透鏡陣列100的施加電壓的強度，在電極13的第一主面131形成複數個光散射體15的陣列。由於聚合物凝膠的突出位移與電壓的強度相應地改變，因此可以控制形成圖像130的焦點面FP的位置。

圖11是使用實施方式的微透鏡陣列100的照明裝置250的示意圖。照明裝置250例如具有LED燈等的光源230和配置在光源230的輸出側的前面的微透鏡陣列100。藉由控制施加電壓來改變形成於微透鏡陣列100的光散射體15的突出位移，能夠改變配光角。例如能夠控制照明系統250的光的擴張來切換擴散型的照明和聚光型的照明。

微透鏡陣列100形成為1mm以下的薄型，陽極、陰極都能夠透明化，因此除了應用於超薄照相機、頭戴式顯示器(HMD)、微透鏡陣列(MLA)薄片等，也可以應用於內視鏡系統等的醫療領域。具有單一光散射體15的光學元件10也可以在醫療、圖像形成的領域中應用於光擴散片、透鏡片等。

以上，基於特定的構成例對實施方式進行了說明，本發明不限於上述構成例。對於全部實施方式，可以在高分子材料層11中添加規定量的離子液體。藉由添加離子液體，光學元件10或者微透鏡陣列100的驅動電壓降低，能夠提高高分子材料的變形效率。作為離子液體，例如，可以加入1-乙基-3-甲基咪唑＝四氟硼酸鹽(EMI-BF₄ )，1-辛基-3-甲基咪唑＝四氟硼酸鹽(OMI-BF₄ )，1-乙基-3-甲基咪唑＝二氰胺(EMI-DCA)，四丁基鏻=四氟硼酸鹽(TBP-BF₄ )等，其加入量與聚合物凝膠的重量比為0.1-1.5wt%。

在微透鏡陣列100中，光散射體15的排列不限於格子狀的排列，也可以是以蜂窩結構為首的交替排列。亦可以將電極13的開口14的形狀設定為六邊形地細密配置。

形成於電極13的開口14的內壁141的傾斜並不需要一定為直線。例如，內壁141可以彎曲成凹型。該情況下，開口14的內部的體積增大，能夠促進聚合物凝膠向電極13的第一主面131的突出。

微透鏡陣列100也能夠擴展為在兩面具有光散射體15的構成。將作為陰極的電極12用作公共電極，在電極13的兩面配置高分子材料層11，用成為陽極的兩個電極13夾持。形成於至少一方的電極13的開口以在高分子材料層11側的第二主面的開口面積與在第一主面的開口面積之比在規定的範圍內的方式形成。藉由使配置於公共電極的一側的電極13和配置於另一側的電極13的開口面積比不同，凝膠的突出位移和電壓調整引起的變化量改變。能夠使光散射體15的特性改變的多樣化設計成為可能。

實施方式的光學元件和微透鏡陣列不使用複雜的機構，能夠形成高度可變的光散射體。

該申請基於2019年6月28日申請的日本國專利申請第2019－122263號、以及2020年6月23日申請的日本國專利申請第2020－107457號並要求其優先權，並且包括這些日本國專利申請的全部內容。

10,10A:光學元件11:高分子材料12:電極13,13A,13B,13C:電極14:開口15,15A:光散射體16:絕緣體17:導電膜42:抗蝕劑掩模43:導電板44:開口圖案45:凹坑51:光致抗蝕劑52:圓柱54:金屬膜61:玻璃基板62:光掩模100:微透鏡陣列120:介質130:形成圖像131:第一主面132:第二主面141:內壁150:顯示系統250:照明系統Sratio:開口面積之比FP:焦點面h:高度

圖1(A)~(C)是表示實施方式的光學元件的基本構成的概略示意圖。圖2是表示光散射體的剖面形狀的電壓依賴性的圖。圖3(A)~(C)是表示實施方式的電極的開口形狀的例子的圖。圖4是用於聚合物凝膠的突出測定的模型的示意圖。圖5是表示聚合物凝膠的突出位移的測定結果的圖。圖6A是表示在規定的開口面積比下因施加電壓的增加引起的聚合物凝膠的突出位移的變化的圖。圖6B是表示在規定的開口面積比下因施加電壓的增加引起的聚合物凝膠的突出位移的變化的圖。圖6C是表示在規定的開口面積比下因施加電壓的增加引起的聚合物凝膠的突出位移的變化的圖。圖7是表示在規定的施加電壓下的、因開口比的變化引起的聚合物凝膠的突出位移的變化的圖。圖8是表示實施方式的光學元件的變形例的圖。圖9是實施方式的微透鏡陣列的示意圖。圖10是使用實施方式的微透鏡陣列的顯示系統的示意圖。圖11是使用實施方式的微透鏡陣列的照明系統的示意圖。圖12(A)~(D)是藉由濕蝕刻法得到的電極的製作工序圖。圖13(A)~(D)是藉由電鑄法得到的電極的製作工序圖。圖14是製作的電極的光學顯微鏡像。

10:光學元件

11:高分子材料

12:電極

13:電極

14:開口

15:光散射體

131:第一主面

132:第二主面

141:內壁

h:高度

Φ₁,Φ₂:直徑

Claims

一種光學元件，包括：第一電極層；第二電極層；以及高分子材料層，其配置於該第一電極層和該第二電極層之間，該第一電極層具有開口，在施加電壓下該第一電極層的表面處的該高分子材料層變形，該第一電極層的在相反側的第二主面的開口面積與在第一主面的開口面積之比為0.7以上。
根據請求項1所述的光學元件，其中，藉由該高分子材料層的變形在該第一主面形成光散射體，該光散射體自該第一主面的突出位移根據施加的電壓的強度可變。
根據請求項1或2所述的光學元件，其中，該第一電極層和該第二電極層中的至少一者為透明電極層。
根據請求項1至3中任一項所述的光學元件，其中，該高分子材料層中添加有離子液體。
一種微透鏡陣列，包括：第一電極層；第二電極層；以及高分子材料層，其配置於該第一電極層和該第二電極層之間；以及複數個光散射體，其在施加電壓下形成於該第一電極層的第一主面，其中，該第一電極層具有複數個開口，在該複數個開口的至少一部分，在第一主面的開口面積與在第二主面的開口面積之比為0.7以上。
根據請求項5所述的微透鏡陣列，其中，複數個該光散射體的自第一主面的突出位移根據該電壓的強度可變。
一種顯示系統，其使用請求項5或6所述的微透鏡陣列。
一種照明系統，其使用請求項5或6所述的微透鏡陣列。