具有液晶取向的光学装置制造方法及图纸

一种光学装置，包括：‑第一电极层；‑设置在距第一电极层一定距离处的第二电极层；‑第一电极层和第二电极层是光透射的；其中，该光学装置在第一电极层与第二电极层中间还包括：衍射光学元件，该衍射光学元件与第一电极层相邻并且包括至少一个倾斜表面；以及填充倾斜表面与第二电极层之间的空间的液晶材料，该液晶材料具有补偿至少一个倾斜表面的倾斜角的预倾。

Optical device with liquid crystal orientation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有液晶取向的光学装置
本公开涉及光学装置，特别地涉及包括液体的光学装置。
技术介绍
老花眼是众所周知的眼睛失去其近距离聚焦的能力的疾病，影响了全世界超过20亿患者。经典解决方案包括被动镜片，例如阅读眼镜、渐进式镜片或多焦点隐形眼镜。然而，这些被动镜片通常具有有限的视场、降低的对比度或长的适应时间。因此，透镜的一部分的焦距可以被改变的可再聚焦透镜在该领域中吸引了很多关注，因为它们将消除许多已知的问题。尽管存在一些光机械解决方案，但是由于电-光解决方案更容易重新配置，具有更快的响应时间并且在机械上更稳健，因此优选电-光解决方案。大多数电光解决方案需要填充有一种或更多种液体的腔，并且通常使用基于液晶的实现方式。虽然液晶显示技术非常成熟，但是找到将可再聚焦液晶透镜集成到眼科透镜中的方法已经证明是困难的，这主要是因为眼科透镜通常具有弯月面形状。例如，在US7,728,949中描述了现有的可再聚焦液晶透镜。该专利公开了由两个塑料透镜半体组成的透镜：具有衍射/折射光学结构的第一弯曲透镜半体；和第二透镜半体。在两个透镜半体上沉积透明电极。透镜半体利用UV可固化粘合剂跨除光学结构的区域之外的整个表面粘合在一起。在光学结构的位置处，液晶材料填充两个透镜半体之间的间隙。在关断状态下，液晶具有与透镜半体的塑料基板相同的折射率。然后它隐藏衍射/折射结构并且没有透镜作用。通过在透镜半体之间施加电场，液晶材料的折射率被调制，并且它变得不同于下面的衍射/折射光学结构，从而导致透镜作用。在两个相对厚(>1mm)的透镜半体上直接制造液晶透镜的上述方法具有一系列缺点。由于电极层在衍射/折射光学结构的弯曲表面上的保形沉积难以实现并且可能导致产生可靠性问题，因此非常难以大量制造。由于使用最先进的单滴填充处理获得成本有效且美观清洁的密封在超薄透镜中难以实现，因此阻碍了该方法的大量生产。衍射/折射光学结构可以具有平坦表面，但是这限制了典型薄透镜设计中的最大直径，在典型薄透镜设计中平坦透镜需要以某种方式集成在弯曲后表面与弯曲前表面之间。衍射/折射光学结构可以弯曲，但是在处理期间液晶可能会溢出，从而导致表面污染和胶的不良粘附。在粘附之后填充腔是另一种选项，但是可能留下通道，通过该通道填充透镜，该通道是可见的并且损害透镜的美观性。必须单独制造每个透镜坯料，这限制了生产量。如在US7728949中所观察到的，要求电激活透镜必须对其打算聚焦的光的偏振不敏感。然而，这是复杂的，由于大多数液晶材料是双折射的并且因此是偏振敏感的事实。已知两种基本解决方案：需要使用具有向列型液晶的多层透镜结构，例如对于两种偏振具有正交取向的两层，或者使用例如US7728949中所提出的与胆甾型液晶组合的单层。该方法使得真正难以产生多层透镜结构，迫使使用胆甾型液晶来构建仅具有仅一层的偏振无关透镜。然而，本领域技术人员已知，由于旋转位移线和胆甾型层的大内部能量，很难控制胆甾型层特别是厚层的混浊。为了避免胆甾型液晶的混浊，必须减小液晶层的厚度，但是这限制了闪耀高度，迫使在光学衍射/折射结构中使用较短间距的闪耀，从而增加了色差。根据US2013/0128334A1已知具有向列型晶体的透镜结构的一个示例。该透镜包括在菲涅尔透镜结构与顶部基板之间的液晶材料。电极层在菲涅尔透镜结构下方以及在顶部基板上。此外，取向层存在于顶部基板(覆盖电极层并面向液晶材料)上以及菲涅尔透镜结构上。取向层通常由聚酰亚胺材料构成，并且例如通过摩擦进行预处理以获得取向方向。当液晶与取向层接触时，分子优先位于基板的平面中并且沿取向方向取向。如关于图6所指定的，液晶分子沿方位方向即平行于取向层取向。取向的方向也指示为预倾。当在透镜上施加足够强的电场时，液晶分子将垂直于取向层定向。分子的取向决定材料的总折射率以及由此决定可见度。这允许对透镜的可见度的调谐。如果不可见，则总屈光强度将不同于当透镜可见时的情况。观察到根据US2013/0128334A1已知的结构包括所谓的可变波前分量(包括上述透镜结构)和旨在校正波前部分之间的相位不连续性的相位补偿分量。如所述的，在关断状态下使用平面液晶的多层透镜可能导致具有较少混浊的偏振无关透镜，但是所提出的方法将导致具有大厚度和许多处理问题的透镜。特别地，当限定光学装置使得液晶在该装置关断时位于平面方向时，期望菲涅尔透镜结构的折射率基本上等于分子在平面方向上的折射率。这通常约为1.7，而平行方向上的折射率约为1.5。当期望制造基于沿正交方向布置的两个堆叠透镜结构的偏振无关透镜时，专利技术人在得到本专利技术的研究中观察到，相当难以防止鬼影图像的生成。可以选择使用在关断状态下垂直于取向方向布置的垂直配向(homeotropic)液晶。然而，这是有问题的，因为菲涅尔结构的表面不平坦。因此，垂直于菲涅尔透镜表面取向的液晶分子获得各种定向。
技术实现思路
因此，需要一种具有电可调谐相位分布例如焦距变化的光学装置，由此该装置可以以可靠的光学特性被大量制造。此外，还需要一种包括第一光学装置和第二光学装置的堆叠的偏振无关可调谐透镜，其中，可以很好地实现不同焦点的第一状态与第二状态之间的转变，并且其中防止或至少相当大地抑制了双图像的出现。还需要一种包括这样的偏振无关可调谐透镜的眼镜镜片。此外，还需要一种制造这样的光学装置和/或偏振无关可调谐透镜中包括的第一光学装置和第二光学装置的堆叠的方法。根据第一方面，本专利技术涉及包括第一光学装置和第二光学装置的偏振无关可调谐透镜，其中，第一光学装置包括第一电极层和设置在距第一电极层一定距离处的第二电极层，其中，第一电极层和第二电极层是光透射的。第一光学装置在第一电极层与第二电极层中间还包括衍射光学结构，该衍射光学结构与第一电极层相邻并且是菲涅尔透镜结构，该菲涅尔透镜结构包括在菲涅尔透镜结构的中心的第一倾斜表面，该第一倾斜表面被多个成角度的另外的倾斜表面围绕。这些第一倾斜表面和另外的倾斜表面各自具有相对于第一电极层的至少一个倾斜角并且被第一取向层覆盖。另外的取向层被布置在与第二电极相邻的空间的一侧处。液晶材料填充至少一个倾斜表面的取向层与第二电极层处的取向层之间的空间，并且包括在第一光学装置的关断状态下垂直取向的液晶(LC)分子。根据本专利技术，LC分子已经被预处理以在单个取向方向上施加预倾(α)，该预倾(α)大于与各个LC分子在倾斜表面上的位置对应的所述倾斜角，并且由此通过定向所述LC分子以在导通状态下取向来补偿至少一个倾斜表面的倾斜角，使得液晶材料中的LC分子在第一电极层上的投影(Npxy)包括横向于取向方向在60度的范围(θ)内的角度。根据另一方面，提供了一种包括本专利技术的可调谐透镜的眼镜镜片。根据又一方面，提供了一种制造包括第一光学装置和第二光学装置的堆叠的偏振无关可调谐透镜的方法，该方法包括在单个取向方向上施加预倾，该预倾(α)大于与各个LC分子在倾斜表面上的位置对应的所述倾斜角，并且由此通过定向所述LC分子以在导通状态下取向来补偿至少一个倾斜表面的倾斜角，使得液晶材料中的LC分子在第一电极层上的投影(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括第一光学装置和第二光学装置的堆叠的偏振无关可调谐透镜，其中，至少所述第一光学装置包括：/n-第一电极层(8)；/n-设置在距所述第一电极层一定距离(d)处的第二电极层(9)，所述第一电极层和所述第二电极层是光透射的，并且在所述第一电极层与所述第二电极层中间存在：/n-与所述第一电极层相邻并且是菲涅尔透镜结构的衍射光学结构(4)，所述菲涅尔透镜结构包括在所述菲涅尔透镜结构的中心的第一倾斜表面(11)，所述第一倾斜表面被多个成角度的另外的倾斜表面围绕，所述第一倾斜表面和所述另外的倾斜表面各自具有相对于所述第一电极层(8)的倾斜角，并且被第一取向层覆盖；/n-布置在与所述第二电极(9)相邻的空间(7)的一侧的另外的取向层，/n-液晶材料(10)，其填充所述至少一个倾斜表面上的所述第一取向层和与所述第二电极层相邻的所述另外的取向层之间的空间(7)，并且包括在关断状态下垂直取向的液晶(LC)分子；/n其中，与所述第一取向层的界面处的所述LC分子在单个取向方向(12)上具有预倾(α)，并且其中，所述另外的取向层已经被预处理用于在与所述取向方向反平行的方向上的取向，所述预倾(α)大于所述倾斜角，并且由此通过定向所述LC分子以在导通状态下取向来补偿所述第一倾斜表面和所述另外的倾斜表面的所述倾斜角，使得所述液晶材料中的所述LC分子(Np)在所述第一电极层(8)上的投影(Npxy)包括横向于所述取向方向(12)在60度的范围(θ)内的角度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170824 EP 17187777.21.一种包括第一光学装置和第二光学装置的堆叠的偏振无关可调谐透镜，其中，至少所述第一光学装置包括：
-第一电极层(8)；
-设置在距所述第一电极层一定距离(d)处的第二电极层(9)，所述第一电极层和所述第二电极层是光透射的，并且在所述第一电极层与所述第二电极层中间存在：
-与所述第一电极层相邻并且是菲涅尔透镜结构的衍射光学结构(4)，所述菲涅尔透镜结构包括在所述菲涅尔透镜结构的中心的第一倾斜表面(11)，所述第一倾斜表面被多个成角度的另外的倾斜表面围绕，所述第一倾斜表面和所述另外的倾斜表面各自具有相对于所述第一电极层(8)的倾斜角，并且被第一取向层覆盖；
-布置在与所述第二电极(9)相邻的空间(7)的一侧的另外的取向层，
-液晶材料(10)，其填充所述至少一个倾斜表面上的所述第一取向层和与所述第二电极层相邻的所述另外的取向层之间的空间(7)，并且包括在关断状态下垂直取向的液晶(LC)分子；
其中，与所述第一取向层的界面处的所述LC分子在单个取向方向(12)上具有预倾(α)，并且其中，所述另外的取向层已经被预处理用于在与所述取向方向反平行的方向上的取向，所述预倾(α)大于所述倾斜角，并且由此通过定向所述LC分子以在导通状态下取向来补偿所述第一倾斜表面和所述另外的倾斜表面的所述倾斜角，使得所述液晶材料中的所述LC分子(Np)在所述第一电极层(8)上的投影(Npxy)包括横向于所述取向方向(12)在60度的范围(θ)内的角度。


2.根据权利要求1所述的可调谐透镜，通过优选地在与所述取向方向成45度的范围(θ)内、更优选地在与所述取向方向成30度的范围(θ)内选择所述预倾，所述预倾(α)补偿所述倾斜。


3.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述预倾(α)在所述第一光学装置上基本上是均匀的。


4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的可调谐透镜，其中，倾斜表面上的所述取向层在外段和至少一个内段中被分段，所述段随所述取向方向取向，其中，所述外段的预倾角(α)比至少一个内段的预倾角更大。


5.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述成角度的倾斜表面各自从自所述第一电极层突出的闪耀延伸，所述闪耀还具有基本上横向于所述第一电极层(8)延伸的侧壁，其中，根据预定图案提供所述第一取向层，使得所述闪耀的所述侧壁保持自由并且保持没有取向层。


6.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述第一电极层(8)基本上平行于所述第二电极层(9)延伸。


7.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，多个间隔件(5)设置在所述倾斜表面(11)与所述第二电极层(9)之间。


8.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述第二光学装置与所述第一光学装置相同。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述第二光学装置是偏振器。


10.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述第一光学装置的屈光度在0至+4的范围内，优选地在+0.5与3.0之间的范围内，更优选地在+1.0至2.5的范围内。


11.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述第一光学装置的直径在15mm至35mm的范围内，优选地在20mm至30mm的范围内。


12.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的偏振无关可调谐透镜的眼镜。


13.制造根据前述权利要求中任一项所述的偏振无关可调谐透镜的方法，所述方法包括施加预倾，使得与所述取向层的界面处的所述LC分子在单个取向方向(12)上具有预倾(α)，所述预倾(α)大于所述倾斜角，并且由此通过定向所述LC分子以在导通状态下取向来补偿所述至少一个倾斜表面的所述倾斜角，使得所述液晶材料中的所述LC分子(Np)在所述第一电极层(8)上的投影(Npxy)包括横向于所述取向方向(12)在60度的范围(θ)内的角度。


14.根据权利要求13所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰莱·德斯梅特，保罗·维尔弗里德·塞西尔·马卡尔，彼得·西克尔，
申请(专利权)人：西图有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE