光学透明的致动器制造技术

可以被并入到透明光学元件中的电活性陶瓷具有小于200nm的平均晶粒尺寸、至少99％的相对密度和在可见光谱内的至少50％的透射率，同时保持至少20pC/N的d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学透明的致动器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年5月24日提交的美国申请第62/852,892号和2019年6月4日提交的美国申请第16/431,706号的优先权。美国申请第62/852,892号和美国申请第16/431,706号的内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
[0003]概述
[0004]根据本公开内容的一个方面，提供了一种电活性陶瓷，所述电活性陶瓷在其晶胞中缺乏晶体反转中心(crystallographic center of inversion)，并且还包括小于约200nm的平均晶粒尺寸、至少99％的相对密度以及在可见光谱内的至少50％的透射率。
[0005]在一些实施方案中，电活性陶瓷还可以包括小于10％的雾度。在可见光谱内的透射率可以是至少75％。当暴露于从约
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2MV/m至约2MV/m的所施加的场时，电活性陶瓷可以包括以下中的至少一种：小于50％的透射率的变化，小于50％的雾度的变化，以及小于50％的净度(clarity)的变化。当暴露于从约
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2MV/m至约2MV/m的所施加的场时，电活性陶瓷可以包括：小于50％的透射率的变化，小于50％的雾度的变化，以及小于50％的净度的变化。当暴露于等于其击穿强度的至少50％的所施加的场时，电活性陶瓷可以包括以下中的至少一种：小于50％的透射率的变化，小于50％的雾度的变化，以及小于50％的净度的变化。当暴露于等于其矫顽场(coercive field)的至少50％的所施加的场时，电活性陶瓷可以包括以下中的至少一种：小于50％的透射率的变化，小于50％的雾度的变化，以及小于50％的净度的变化。
[0006]在一些实施方案中，电活性陶瓷还可以包括选自由以下组成的组的至少一种化合物：钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、铌镁酸铅、铌锌酸铅、铌铟酸铅、钽镁酸铅、钽铟酸铅、钛酸钡、铌酸锂、铌酸钾、铌酸钾钠、钛酸铋钠和铁酸铋。电活性陶瓷还可以包括以下中的两种或更多种的固溶体：钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、铌镁酸铅、铌锌酸铅、铌铟酸铅、钽镁酸铅、钽铟酸铅、钛酸钡、铌酸锂、铌酸钾、铌酸钾钠、钛酸铋钠和铁酸铋。电活性陶瓷还可以包括选自由以下组成的组的至少一种掺杂剂：铌、钾、钠、钙、镓、铟、铋、铝、锶、钡、钐、镝、镁、铁、钽、钇、镧、铕、钕、钪和铒。
[0007]在一些实施方案中，电活性陶瓷还可以包括小于约50nm的RMS表面粗糙度。电活性陶瓷还可以基本上由钙钛矿陶瓷组成。
[0008]根据本公开内容的第二方面，提供了一种光学元件，该光学元件包括：初级电极、与初级电极的至少一部分重叠的次级电极、以及电活性层，该电活性层被设置在初级电极和次级电极之间并且邻接初级电极和次级电极。电活性层包括：小于200nm的平均晶粒尺寸、至少99％的相对密度以及在可见光谱内的至少50％的透射率。
[0009]在一些实施方案中，电活性层包括小于约50nm的RMS表面粗糙度。电活性层可以包括钙钛矿陶瓷。当电压被施加到初级电极时，电活性层可以包括透明度、雾度和净度中的每一种的小于50％的变化。
[0010]根据本公开内容的第三方面，提供了一种包括第二方面的光学元件的头戴式显示器。
[0011]根据本公开内容的第四方面，提供了一种方法，该方法包括：形成粉末混合物并且烧结该粉末混合物以形成电活性陶瓷。电活性陶瓷包括：小于200nm的平均晶粒尺寸、至少99％的相对密度以及在可见光谱内的至少50％的透射率。
[0012]在一些实施方案中，形成粉末混合物可以包括：形成部分粉末混合物，其中该部分粉末混合物是无铅的；煅烧该部分粉末混合物并且向经煅烧的部分粉末混合物中加入氧化铅以形成粉末混合物。所述方法还可以包括在电活性陶瓷上形成透明电极。
[0013]附图简述
[0014]附图图示了许多示例性的实施方案，并且是说明书的一部分。与以下描述一起，这些附图展示并解释了本公开内容的多种原理。
[0015]图1是根据一些实施方案的示例性光学透明的双压电晶片致动器(bimorph actuator)的示意图。
[0016]图2示出了根据一些实施方案的来自位于示例性的电活性陶瓷内的离散畴(discrete domain)的光学散射。
[0017]图3是示出了根据一些实施方案的示例性电活性陶瓷层的粒径对蓝色入射光的反射的影响的图。
[0018]图4是示出了根据一些实施方案的示例性电活性陶瓷层的粒径对蓝色入射光的散射的影响的图。
[0019]图5是根据一些实施方案的暴露于入射蓝光的示例性电活性陶瓷层的雾度相对于粒径的图。
[0020]图6是示出了根据一些实施方案的示例性电活性陶瓷层的粒径对红色入射光的反射的影响的图。
[0021]图7是示出了根据一些实施方案的示例性电活性陶瓷层的粒径对红色入射光的散射的影响的图。
[0022]图8是根据一些实施方案的暴露于入射红光的示例性电活性陶瓷层的雾度相对于粒径的图。
[0023]图9是示出了根据某些实施方案的示例性电活性陶瓷层的孔径对蓝色入射光的反射的影响的图。
[0024]图10是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性人工现实头带的图示。
[0025]图11是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性增强现实眼镜的图示。
[0026]图12是可以结合本公开内容的实施方案使用的示例性虚拟现实头戴装置的图示。
[0027]在整个附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元件。虽然本文描述的示例性实施方案易于进行多种修改和替代形式，但是特定的实施方案已经通过附图中的实例被示出，并且将在本文被详细地描述。然而，本文描述的示例性实施方案不意图限于所公开的特定形式。更确切地，本公开覆盖了落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代物。
[0028]示例性实施方案的详述
[0029]陶瓷材料和其他介电材料可以被并入到多种光学装置和电光装置架构中，包括有源光学装置和无源光学装置以及电活性装置。包括压电陶瓷材料和电致伸缩陶瓷材料(electrostrictive ceramic material)的电活性材料可以在电场的影响下改变其形状。
phase)或孔隙率和/或光从材料的一个或更多个表面的反射。如本领域技术人员将理解的，雾度可以与经历广角散射(wide angle scattering)(即，以与法线成大于2.5
°
的角度)的光的量和透射对比度(transmissive contrast)的相应损失相关联，而净度可以与经历窄角散射(narrow angle scattering)(即，以与法线成小于2.5
°
的角度)的光的量以及伴随的光学锐度或“穿透质量(see through quality)”的损失相关联。
[0036]参照图1，根据多种实施方案，光学元件100可以包括初级电极111、与初级电极的至少一部分重叠的次级电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电活性陶瓷，所述电活性陶瓷在其晶胞中缺乏晶体反转中心，并且还包括：小于约200nm的平均晶粒尺寸；至少99％的相对密度；在可见光谱内的至少50％的透射率。2.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，还包括小于10％的雾度。3.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，其中在可见光谱内的所述透射率是至少75％。4.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，当暴露于从约
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2MV/m至约2MV/m的所施加的场时，或者当暴露于等于其击穿强度的至少50％的所施加的场时，或者当暴露于等于其矫顽场的至少50％的所施加的场时，包括以下中的至少一种：小于50％的透射率的变化；小于50％的雾度的变化，以及小于50％的净度的变化。5.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，还包括选自由以下组成的组的至少一种化合物：钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、铌镁酸铅、铌锌酸铅、铌铟酸铅、钽镁酸铅、钽铟酸铅、钛酸钡、铌酸锂、铌酸钾、铌酸钾钠、钛酸铋钠和铁酸铋。6.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，还包括以下中的两种或更多种的固溶体：钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、铌镁酸铅、铌锌酸铅、铌铟酸铅、钽镁酸铅、钽铟酸铅、钛酸钡、铌酸锂、铌酸钾、铌酸钾钠、钛酸铋钠和铁酸铋。7.根据权利要求1所述的电活性陶瓷，还包括选自由以下组成的组的至少一种掺杂剂：铌、钾、钠、钙、镓、铟、铋、铝、锶、钡、钐、镝、镁、铁、钽、钇、镧、铕、钕、钪和铒。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯瑟琳，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：