柔性液晶单元和透镜制造技术

采用液晶LC作为用于实现电可调谐光学器件的材料的柔性光学元件是可折叠的。制造所述柔性元件的方法包括图案化光聚合。所述LC光学器件可包括一对具有正交配向的LC指向矢的用于无偏振器性质的LC层、柔性聚合配向层、柔性衬底和用于控制电场的模块。所述LC光学器件的透镜焦度可通过控制电场在光学区上的分布来改变。

Flexible liquid crystal unit and lens

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性液晶单元和透镜
本专利技术涉及电活性光学器件和使用所述光学器件的透镜，并且特别地涉及柔性液晶单元和透镜。
技术介绍
当软性隐形眼镜由隐形眼镜佩戴者处置时，其经受变形。在一些情形中，透镜可在小到2毫米左右的短折叠半径上对折。因此，软性隐形眼镜应有足够柔性以在合理的可用寿命期间承受此变形而无损害。还所需透镜在从变形恢复后能够恢复其大小和形状并保留光学性质的意义上是有弹性的。已开发出考虑到柔性和弹性的许多聚合物(包括水凝胶隐形眼镜和硅酮水凝胶隐形眼镜)。在电活性透镜中，电活性组件(例如液晶单元)可嵌入由柔性和弹性聚合物制成的透镜本体中。然而，电活性组件整体上可限制透镜本体的柔性和弹性二者。需要提供具有柔性和弹性二者的电活性组件的透镜。
技术实现思路
描述弹性或柔性、电可调谐液晶透镜。液晶透镜包括在其经折叠并返回到其初始形状之后单元间隙厚度基本上保持的单元。因此，液晶透镜的形状和光学性质在折叠后可恢复。所述实施例包括在聚合配向层之间的间隙中包含液晶的电活性单元，其中聚合物柱阵列安置在配向层间的间隙中。在本文所述的实例中，配向层中的一或多者包含包括嵌入液晶部分的柔性聚合材料。本文所述的电可调谐透镜的一些实例包含第一配向层和第二配向层；在第一配向层与第二配向层之间的间隙中的弹性聚合物柱阵列，阵列中的柱从第一配向层延伸到第二配向层；液晶，其被局限在所述第一配向层和所述第二配向层之间的间隙中围绕所述阵列中的柱；和一或多个电极，其经布置以在液晶中诱导电场。偏振无关的实例包括第三配向层和在第二配向层与第三配向层之间的第二间隙中的弹性体柱的第二阵列，第二阵列中的柱从第二配向层延伸到第三配向层。而且，液晶被局限在第二间隙中围绕第二阵列中的柱。实例中的第二配向层可包括液晶部分，所述液晶部分具有经配向正交于光路径且靠近第一表面邻近第一所提到间隙平行的指向矢和，以及经配向靠近第二表面邻近第二所提到间隙正交于光路径且正交于靠近第一表面的指向矢的指向矢。描述制造柔性液晶单元的方法，其包括通过光聚合根据图案在液晶层中形成聚合物柱。在本文所述的实施例中，方法包括组装第一柔性配向层和第二柔性配向层，其间具有间隙；形成延伸跨越第一柔性配向层与第二柔性配向层之间的间隙的柔性或弹性聚合物柱；和提供在间隙中环绕柱的液晶材料。在本文所述的实施例中，方法包括提供在间隙中提供液晶材料和聚合物前体材料的组合，和通过诱导聚合物前体与液晶的相分离和根据图案使聚合物前体聚合形成弹性柱。下文描述关于装置和方法的各种组合和添加。在查阅以下图、详细说明和权利要求书时可看出本专利技术的其它方面和优点。附图说明图1是显示如本文所述具有电活性单元的柔性透镜的折叠的简化图解。图2图解说明具有单一液晶层的柔性液晶电活性单元。图3A、3B、3C和3D图解说明具有两个液晶层的偏振无关、柔性液晶电活性单元的替代实施例。图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)、4(e)和4(f)图解说明在柔性电活性单元的制造方法中的各阶段。图5显示如图4(a)、4(b)、4(c)、4(d)、4(e)和4(f)的方法中所用光刻掩模的实例布局。图6(a)、6(b)、6(c)、6(d)、6(e)和6(f)图解说明在制造如图2和3A、3B、3C和3D的结构中所用聚合层的各阶段。图7图解说明弯曲、柔性液晶电活性单元的实例。图8图解说明具有两个液晶层的弯曲、柔性液晶电活性单元的实例。图9图解说明液晶层中具有混合配向的双层液晶单元的实例。图10图解说明在液晶层中具有混合配向和替代电极位置的双层液晶单元的实例。图11图解说明具有弯曲介电层的双层液晶单元的实例。图12图解说明具有弯曲介电层的双层液晶单元的另一实例，其中液晶层中具有混合配向。图13图解说明双层液晶单元的实例，其中液晶聚合膜中具有透镜焦度。具体实施方式参考图1-13提供本专利技术实施例的详细描述。图1图解说明具有嵌入其中的电活性单元11的透镜10。透镜10是柔性的且可包含(例如)水凝胶材料或硅酮水凝胶材料。电活性单元11包括电活性材料和至少一个用于改变透镜折射力的电子组件。如图1中所图解说明，当透镜10由柔性材料制成时，其在由用户处置时可被折叠。举例来说，当透镜10是隐形眼镜时，那么在将其插入眼睛和从眼睛移除时，用户可将透镜折叠。当透镜如图的下部部分中所图解说明折叠时，折叠半径R可极小，特别地在区域12中。举例来说，透镜可在大约1到9mm的折叠半径上折叠。当透镜被折叠时，电活性单元11可变形。在本文所述的实施例中，电活性单元在折叠后返回到其初始形状时恢复其形状和其可调谐或可调整光学特征的意义上是有弹性的。图2图解说明在上文所述的意义上有弹性的柔性单层液晶单元。液晶单元包括安置在上部(第一)聚合层24与下部(第二)聚合层27之间的间隙中的液晶层25，其中聚合层24、27包含与液晶部分混合且经配置以充当液晶层25的配向层的柔性或弹性聚合物。聚合层24、27具有在层的中心区域中具有垂直指向矢且在表面上具有水平指向矢的液晶部分。在此实例的上部聚合层24中，靠近表面的指向矢正交于z轴5(其可为光学轴)且相对于液晶层25的主表面水平，其延伸到图解平面中并从所述平面延伸出。在此实例的下部聚合层27中，相对表面上的指向矢相对于液晶层25的主表面是水平的，延伸到图解平面中并从所述平面延伸出。此实例中的指向矢的定向使得液晶层25的上部和下部表面上的配向方向彼此平行。在此实例中，液晶层25至少在液晶单元的有效孔径上在聚合层24、27之间具有均匀厚度T。出于此说明书的目的，当单元的用户察觉光学性能落在具有标称均匀厚度的单元所预计的范围内时，液晶层在单元的有效孔径上具有均匀厚度，这是因为所述范围可出现在经历环境、制造和材料差异的商业制造环境中。柱(例如柱26)的阵列安置在液晶层内部在聚合层24、27之间的间隙中。阵列中的柱从上部聚合层24延伸到下部聚合层27，并且有助于维持厚度T。柱(例如26)可包含聚合物或聚合材料。优选地，柱是有弹性的。而且，优选地，聚合层包含弹性聚合物或弹性体。液晶材料被局限在第一和第二聚合层之间的间隙中围绕柱阵列中的柱，并且充当单元的主动元件，响应于所施加电场改变单元的光学特征。在此实例中，用于在液晶层25中施加电场的电组件安置在介电聚合物(在此实例中，包括层20、22、29)中。电组件包括电阻层23、上部聚合层24上方的圆形孔图案化电极层21和下部聚合层27下方的透明垫电极层28。在此和本文所述的其它实施例中，图案化电极层可具有除一些实施例中的圆形孔以外的图案(包括像素化图案和环形图案)，用于液晶层中电场向量的形状的更复杂控制。在一个代表性实施例中，液晶单元的衬底包括包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的介电层20、22，其各自约17μm厚。介电层29同样包含约17μm厚或以下的PDMS。图案化和垫电极层21、28可包含约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电可调谐液晶透镜，其包含：/n液晶单元，其在弯折所述液晶透镜之前具有单元间隙厚度X且在弯折所述液晶透镜之后具有单元间隙厚度Y，其中Y＝X±10％X。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170811 US 62/544,5431.一种柔性电可调谐液晶透镜，其包含：
液晶单元，其在弯折所述液晶透镜之前具有单元间隙厚度X且在弯折所述液晶透镜之后具有单元间隙厚度Y，其中Y＝X±10％X。


2.根据权利要求1所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述液晶单元包含有效限制所述单元间隙厚度的变化以维持Y＝X±10％X的聚合物柱。


3.根据权利要求1所述的柔性电可调谐液晶透镜，其包括包封所述液晶单元的聚合物透镜本体。


4.根据权利要求1所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述液晶单元包括第一配向层和第二配向层以及在所述第一配向层和所述第二配向层之间的液晶层，所述第一配向层和所述第二配向层包含柔性聚合材料。


5.根据权利要求4所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述液晶单元包含延伸穿过结合到所述第一配向层和所述第二配向层的液晶层的聚合物柱的阵列。


6.根据权利要求4所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述弯折包括在1到9mm的半径上折叠所述单元。


7.根据权利要求4所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述第一配向层和所述第二配向层中的至少一者具有液晶部分，所述液晶部分具有诱导被动透镜焦度的分布式指向矢。


8.根据权利要求1所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述液晶单元包括
第一配向层、第二配向层和第三配向层；
第一液晶层，其位于所述第一配向层和所述第二配向层之间；和
第二液晶层，其位于所述第二配向层和所述第三配向层之间；
所述第二配向层包含液晶和聚合物材料的组合。


9.根据权利要求8所述的柔性电可调谐液晶透镜，其中所述第一配向层和所述第三配向层中的至少一者具有液晶部分，所述液晶部分具有诱导被动透镜焦度的分布式指向矢。


10.一种电可调谐透镜，其包含：
第一配向层和第二配向层；
弹性聚合物柱的阵列，其在所述第一配向层与所述第二配向层之间的间隙中，所述阵列中的柱从所述第一配向层延伸到所述第二配向层；
液晶，其被局限在所述第一配向层与所述第二配向层之间的所述间隙中围绕所述阵列中的柱；和
一或多个电极，其经布置以在所述液晶中诱导电场。


11.根据权利要求10所述的电可调谐透镜，其中所述第一配向层和所述第二配向层中的至少一者和所述柱阵列包含常用液晶原的聚合物。


12.根据权利要求10所述的电可调谐透镜，其中所述第一配向层和所述第二配向层包括经配向靠近表面邻近所述间隙的液晶部分。


13.根据权利要求10所述的电可调谐透镜，其包括第三配向层和在所述第二配向层与所述配向聚合层之间的第二间隙中的弹性体柱的第二阵列，所述第二阵列中的柱从所述第二配向层延伸到所述第三配向层；和
液晶，其被局限在所述第二间隙中围绕所述第二阵列中的柱。


14.根据权利要求13所述的电可调谐透镜，其中所述第二配向层包括液晶部分，所述液晶部分具有经配向正交于光路径且靠近第一表面邻近所述第一所提到间隙平行的指向矢，以及经配向靠近第二表面邻近所述第二所提到间隙正交于光路径且正交于靠近所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林怡欣，陈明璿，王毓仁，
申请(专利权)人：库柏维景国际控股公司，
类型：发明
国别省市：巴巴多斯;BB