專利名稱：用于電活性液晶眼科設(shè)備的圖案化電極的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2004年4月13遞交的臨時(shí)美國(guó)專利申請(qǐng)60/562,203的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)?jiān)谂c本公開(kāi)不一致的范圍內(nèi)通過(guò)參考結(jié)合在本申請(qǐng)中。
背景技術(shù)：
用在視力矯正眼科設(shè)備中的常規(guī)透鏡包含一個(gè)或多個(gè)固定的聚焦倍率。例如遠(yuǎn)視眼患者，他們的眼睛的晶狀體失去了彈性且近距離聚焦受到了損害，這些患者使用提供用于近景和遠(yuǎn)景的不同固定倍率的眼科設(shè)備。具有固定倍率的透鏡限制了將透鏡矯正到晶狀體中標(biāo)準(zhǔn)倍率和位置的可能性。
電活性設(shè)備可用于在透鏡中所希望的位置提供不同的聚焦倍率，這些設(shè)備如電光活化波陣面控制設(shè)備，如衍射透鏡。美國(guó)專利6,491,394、6,491,391、6,517,203和6,619,799以及專利申請(qǐng)公開(kāi)出版物2003/0058406公開(kāi)了一種電活性銀鏡片，在這種電活性銀鏡片中，電活性材料夾在兩個(gè)導(dǎo)電層之間。電極位于柵極圖案中，柵極圖案在一個(gè)導(dǎo)電層上，而且將不同的電壓加在不同的電極上，以改變電活性材料的折射率。要求將這些電極相互絕緣。
美國(guó)專利4,968,127描述了對(duì)穿過(guò)位于銀鏡片的兩個(gè)透明電極之間的液晶層的電壓進(jìn)行電子調(diào)節(jié)，以與光傳感器所測(cè)得的環(huán)境光水平相互關(guān)聯(lián)。由于液晶層中的分子對(duì)準(zhǔn)在越過(guò)電極的電場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)而增加，所以穿過(guò)透鏡的光的傳輸隨著電壓而變化。美國(guó)專利4,279,474描述了一種含有液晶的銀鏡片，這種銀鏡片具有兩個(gè)相對(duì)的基底，每個(gè)基底具有透明的導(dǎo)電表面。根據(jù)光傳感器所測(cè)得的環(huán)境光水平，將液晶層夾在對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)與非對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)之間。
美國(guó)專利6,341,004描述了利用疊層電極設(shè)計(jì)的液晶顯示器，電極分層淀積在透明的基底上，并且由絕緣材料層隔開(kāi)。WO91/10936和美國(guó)專利4,345,249描述了一種液晶開(kāi)關(guān)元件，這種液晶開(kāi)關(guān)元件具有梳狀電極圖案，梳齒相互電隔離。美國(guó)專利5,654,782描述了一種包含相對(duì)的電極組的設(shè)備，這些電極組一起相互作用以控制夾在這些電極之間的液晶的取向。
利用多個(gè)電極的液晶設(shè)備要求相鄰電極之間的電絕緣，以避免短路。這就導(dǎo)致絕緣區(qū)域中的液晶不同于非絕緣區(qū)域中的液晶而被對(duì)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致液晶的并不是最佳的總體對(duì)準(zhǔn)以及相應(yīng)的穿過(guò)單元的并不希望的傳輸。本領(lǐng)域中需要有一種改進(jìn)的液晶設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電活性設(shè)備，這種設(shè)備包括在一對(duì)相對(duì)的透明基底之間的液晶層；位于該液晶層與第一透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組，所述圖案化電極組各包括兩個(gè)或更多的電極，這些電極形成相對(duì)的圖案，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙；以及在該液晶層與第二透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的導(dǎo)電層。
在該設(shè)備中，可以以非重疊方式將一個(gè)以上的圖案化電極組置于第一透明基底上。例如，可將兩個(gè)圖案化電極組并行放置在第一透明基底的向內(nèi)朝向的表面上，以允許在兩個(gè)距離(如紙與計(jì)算機(jī)屏幕)之間的快速切換，每個(gè)圖案化電極組具有總的半圓形狀(或任何其他形狀)。一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組可占據(jù)第一透明基底的任何所希望的量的區(qū)域。例如，圖案化電極組可在常規(guī)的多焦點(diǎn)透鏡中那樣占據(jù)第一透明基底的上半部分或下半部分。圖案化電極組可占據(jù)第一透明基底的左半部分或右半部分。圖案化電極組可占據(jù)第一透明基底的整個(gè)部分或位于其中間的部分。設(shè)計(jì)占據(jù)第一透明基底的不同量的區(qū)域和該區(qū)域中的所有位置的圖案化電極組均包括在本發(fā)明中。
本發(fā)明還提供衍射光的方法，這些方法包括將一個(gè)或多個(gè)不同的電壓加在本說(shuō)明書(shū)中所描述的電活性設(shè)備的電極上。這就使液晶重新取向并提供所希望的相傳輸函數(shù)。如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的那樣，可使用將電壓加在電極上的不同方法。電池可用于提供電壓，或者使用現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的其他方法?，F(xiàn)有技術(shù)中已知可以使用控制加在電極上的電壓的所有方面的不同方法，包括處理器、微處理器、集成電路和計(jì)算機(jī)芯片。所加的電壓由所希望的相傳輸函數(shù)所確定，如在現(xiàn)有技術(shù)中所知的那樣。
本發(fā)明還提供一種圖案化電極，該圖案化電極包括基底；以圖案布置在該基底上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電材料區(qū)域；一個(gè)或多個(gè)絕緣材料區(qū)域，該區(qū)域以與所述基底上的導(dǎo)電材料區(qū)域互補(bǔ)圖案布置。導(dǎo)電材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包括本說(shuō)明書(shū)中明確描述的材料和現(xiàn)有技術(shù)中所已知的其他材料。絕緣材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，包括本說(shuō)明書(shū)中明確描述的材料和現(xiàn)有技術(shù)中所已知的其他材料。導(dǎo)電材料和絕緣材料以交替圖案布置，例如，具有增加半徑的圓(例如，見(jiàn)圖1，該圖示出了兩個(gè)圖案化電極)。如在此描述的，圖案可以是任何期望的圖案，例如圓形、半圓形、方形、角形、或任何可提供期望的效果的其他形狀。術(shù)語(yǔ)“圓形、半圓形、方形和角形”以及其他形狀并不意味著形成理想的形狀，而是基本上形成該形狀，而且，如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的那樣，可包括總線線路或使電流通過(guò)基底的其他方法。
本發(fā)明還提供一種圖案化電極組，該圖案化電極組包括形成相對(duì)的圖案的兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙。
本說(shuō)明書(shū)中所使用的“水平的”意指與基底方向垂直。本說(shuō)明書(shū)中所使用的在電極之間“沒(méi)有水平間隙”包括從水平方向看時(shí)電極沒(méi)有間隔的情況，而且還包括從水平方向看時(shí)電極有間隔的情況，這種間隔并不導(dǎo)致鏡片的衍射效率降低到超過(guò)理論最大值的25％，也并不降低所有單獨(dú)值和范圍。本說(shuō)明書(shū)中所使用的“層”并不要求理想的均勻膜?？梢猿霈F(xiàn)某些不均勻的厚度、裂紋或其他缺陷，只要這種層完成所預(yù)期的目的，如本說(shuō)明書(shū)所描述的那樣。
本發(fā)明中的設(shè)備可用于現(xiàn)有技術(shù)中所已知的各種各樣的用途，包括用于人類或動(dòng)物視力矯正或改變的透鏡。這些透鏡可結(jié)合在眼鏡中，如現(xiàn)有技術(shù)中所已知的那樣。眼鏡可包括一個(gè)透鏡或一個(gè)以上的透鏡。本發(fā)明中的設(shè)備也可用于顯示用途中，如本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所熟知的那樣，而無(wú)需進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明中的透鏡可與常規(guī)的透鏡和光學(xué)部件一起使用。本發(fā)明中的這些透鏡可用作常規(guī)透鏡的一部分，例如，可作為常規(guī)透鏡中的嵌片，或者，常規(guī)透鏡與本發(fā)明中的透鏡的組合可以以疊層方式使用。


圖1示出了形成圖案化電極組的兩個(gè)電極的實(shí)施例。
圖2示出了四個(gè)衍射透鏡相傳輸函數(shù)。
圖3示出了具有四個(gè)帶的設(shè)備，每個(gè)帶有四個(gè)電極。
圖4示出了結(jié)合圖案化電極組的液晶單元的示意圖。
圖5示出了制造工藝的一個(gè)實(shí)施例。
圖6示出了利用玻璃隔片的單元。
圖7示出了四階梯衍射透鏡的相敏顯微圖像。
圖8示出了模型眼中的成像。
圖9示出了來(lái)自二屈光度四階梯衍射透鏡的電光致聚焦波的相圖，陰影部分表示光程差。
具體實(shí)施例方式
衍射透鏡在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。圖2示出了四個(gè)衍射透鏡相傳輸函數(shù)。圖2A示出了理想的球面聚焦相分布圖。圖2B示出了具有連續(xù)二次炫耀分布圖的衍射透鏡。圖2C示出了倒相(或伍德(Wood))透鏡。圖2D示出了二次炫耀分布圖的四級(jí)近似。如圖2C所示，倒相透鏡的效率為40.5％。圖2D中的四級(jí)(四階梯)近似的效率為81％。在本說(shuō)明書(shū)中所描述的試驗(yàn)中選擇四級(jí)近似以接近二次炫耀分布圖，但也可利用更高級(jí)的近似，并且會(huì)產(chǎn)生更高的效率和更小的電極帶，如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的那樣。
本發(fā)明提供用液晶材料填充的電活性透鏡，液晶可在電場(chǎng)中重新對(duì)準(zhǔn)。這些透鏡起到衍射光學(xué)元件(DOE)的作用。DOE是施加電壓的結(jié)果，這種電壓越過(guò)薄的液晶層，液晶層通過(guò)改變導(dǎo)向器取向場(chǎng)來(lái)做出反應(yīng)并產(chǎn)生不均勻折射率圖案，然后，這些不均勻折射率圖案導(dǎo)致越過(guò)單元表面的不均勻相傳輸函數(shù)(PTF)。通過(guò)利用一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組施加越過(guò)單元的精確控制的電壓圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)PTF的精確控制，以產(chǎn)生所希望的DOE。優(yōu)選地，這些電極從導(dǎo)電性透明膜圖案化而形成，但也可使用現(xiàn)有技術(shù)中熟練的技術(shù)人員熟知的其他材料?，F(xiàn)有技術(shù)中熟練的技術(shù)人員熟知的光刻工藝，用于產(chǎn)生所希望的電極圖案，這種光刻工藝包括蝕刻。
位于單獨(dú)的平滑表面上的電極必須在它們之間具有間隙，以避免電短路或擊穿。在并不恢復(fù)到非常高的分辨率的光刻的情況下，必須使用至少幾微米的間隙。在將不同的電壓加在相同表面上的相鄰電極上時(shí)，間隙中的電場(chǎng)線將不會(huì)主要呈縱向，而實(shí)際上會(huì)在第一基底的內(nèi)表面呈橫向，而且在越接近于第二基底的導(dǎo)電表面(如在未圖案化的底板)就越呈縱向。結(jié)果是并不將鄰近于間隙的液晶與實(shí)現(xiàn)所希望的PTF所要求的圖案一致而取向。實(shí)際上，在這些間隙中，阻滯往往與單元的未活化值相比并沒(méi)有明顯的變化。DOE的機(jī)能是光的相干疊加(即相長(zhǎng)干涉和相消干涉)的結(jié)果。當(dāng)光穿過(guò)這些間隙且向光提供不正確的相位增量時(shí)，結(jié)果可能會(huì)是性能的降低而與相對(duì)于整個(gè)DOE單元區(qū)域的這些間隙的區(qū)域不成比例。因此，雖然可將這些間隙的區(qū)域降低到10-15％的等級(jí)，但結(jié)果可能會(huì)是所希望的衍射級(jí)的效率降低大大超過(guò)這個(gè)等級(jí)。例如，在具有電極間10微米的間隙的10mm DOE球面透鏡中，進(jìn)入第一級(jí)的衍射效率降低理想透鏡預(yù)測(cè)的大約50％，這個(gè)結(jié)果與現(xiàn)象的建模一致。
對(duì)于直徑大于10mm的DOE球面透鏡來(lái)講情況會(huì)更糟，因?yàn)樵诤?jiǎn)單的階梯相衍射透鏡中，階梯的徑向位置(Rm)隨著階梯數(shù)量(m)的平方根而變化Rm＝[2fλm/q]1/2式中f是焦距，q是希望的相傳輸函數(shù)中每個(gè)菲涅耳帶的階梯數(shù)量，λ是波長(zhǎng)，所以，第m個(gè)階梯數(shù)電極的寬度(Wm)為Wm＝Rm-R(m-1)≈Rm/2m，在m＞4時(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)用于555nm白晝視覺(jué)響應(yīng)最大波長(zhǎng)(λ＝0.555×10-6米)的1屈光度(f＝1米)4相階梯(q＝4)的衍射透鏡來(lái)講，這種情況在下表中示出。

10微米的間隙會(huì)在3mm直徑的透鏡的外圍變得很大(占據(jù)局部表面區(qū)域的約10％)并且在15mm的透鏡中變得很明顯(占據(jù)局部表面區(qū)域的約50％)——銀鏡片用途所要求的尺寸范圍。
本發(fā)明將相鄰的電極設(shè)置在不同的表面上而不是在相同的表面上。以此方法可將電極制得更大(如完全占據(jù)所希望的PTF中分配給特定的相特征的區(qū)域)，或者甚至更大，如果并不是最上面的電極以及減少或完全消除單元/設(shè)備的光傳輸場(chǎng)中的間隙的話；所要求的電間隙由絕緣薄膜提供(或者利用基底中的臺(tái)地階梯，隨后將填充這些臺(tái)地階梯以使表面平坦)，工作單元的總電場(chǎng)基本上呈縱向，且從液晶性能的觀點(diǎn)來(lái)看，不正確的彌散場(chǎng)被局限在相階梯處的絕緣體膜中和附近可能的范圍。由于透鏡中的每個(gè)電極具有高度的導(dǎo)電性，所以該電極建立(幾乎是)等電位結(jié)構(gòu)。即便是在將電極定位以使其覆蓋在比所要求的更大的另一個(gè)電極上以填充其設(shè)計(jì)空間的情況下，該電極仍將建立所希望的電位(以受擾電荷分布為代價(jià)，以克服另一個(gè)較大的電極的影響)。在單元內(nèi)部所看到的電位圖案將會(huì)由“可觀察到的”電極片上的電位所支配(如圖1所示的圖案)。加在這些電極上的電壓僅幾伏特。不同的介電膜(如SiO2或聚合體，如聚酰亞胺)足以將處于這些低電壓電平的導(dǎo)體絕緣。這些絕緣膜是透明的是有必要的，而且可將這些電極在這些膜上淀積和圖案化。
常規(guī)電極間隙設(shè)備為了模擬圖2D所示的四級(jí)近似，配備有四個(gè)帶的設(shè)備，這些帶在電極之間具有間隙。圖3示出了具有四個(gè)帶的設(shè)備中電極的布置圖，每個(gè)帶有四個(gè)電極。圖中的線表示總線。通路用圓點(diǎn)表示。每條總線連接每個(gè)帶的一個(gè)電極。通路層掩膜置于具有ITO圖案化帶的基底上。SiO2層淀積在ITO上，其后是光致抗蝕劑層。UV光激活該光致抗蝕劑。將沒(méi)有被掩蔽的光致抗蝕劑除去，以形成通路。涂覆導(dǎo)電材料(在本示例中是Ag)以形成通路。利用類似的掩膜形成電極。
用于產(chǎn)生電極和電極邊界的算法為rin＝[{4(n-1)+i}λofo/2]1/2式中n＝1，2，3，4...，而且是帶的指數(shù)i＝0，1，2，3，4而且是理想電極邊界在給定帶出現(xiàn)的點(diǎn)i＝0對(duì)應(yīng)于內(nèi)帶半徑且i＝4對(duì)應(yīng)于外帶半徑λo是設(shè)計(jì)波長(zhǎng)fo是主焦距。
在此示例中，制成具有兩個(gè)1屈光度透鏡、一個(gè)2屈光度透鏡和一個(gè)2屈光度混合透鏡的設(shè)備，兩個(gè)1屈光度透鏡分別具有5μm和10μm的電極間隔，一個(gè)2屈光度透鏡具有5mm的電極間隔，一個(gè)2屈光度混合透鏡具有10μm的電極間隔。通路尺寸和總線寬度為10μm。石英用作基底。所測(cè)得的透鏡具有70％的衍射效率。
無(wú)間隙設(shè)備為了消除或減少電極間隙的影響，本發(fā)明提供包括一個(gè)或多個(gè)電極組的設(shè)備，電極組沒(méi)有水平間隙。
圖4示出了怎樣將圖案化電極接合到液晶單元中的示意圖。確定透明基底10和100的位置且向內(nèi)朝向的表面環(huán)繞液晶層20。圖案化電極組30在第一透明基底10的向內(nèi)朝向的表面上形成。導(dǎo)電層40在第二透明基底100的向內(nèi)朝向的表面上形成。對(duì)準(zhǔn)層50環(huán)繞液晶層20形成?？衫矛F(xiàn)有技術(shù)中所已知的不同方法將這些透明基底隔離，包括玻璃隔片60。
本發(fā)明中電活性透鏡的結(jié)構(gòu)的一個(gè)非限制性示例在圖5中示出。透明導(dǎo)體層淀積在兩個(gè)透明基底的內(nèi)表面上。透明導(dǎo)體可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?，如氧化銦、氧化錫或氧化銦錫(ITO)。玻璃、石英或塑料可用于該基底，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。導(dǎo)電層(在此示例中是Cr)向透明導(dǎo)體上淀積(在步驟1中示出)。導(dǎo)電層的厚度典型地在30nm與200nm之間。這個(gè)層必須足夠地厚以提供足夠的傳導(dǎo)，但并不太厚以至于提供給整個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)太多的厚度。對(duì)于將在上面涂覆圖案化電極的基底來(lái)講，將對(duì)準(zhǔn)掩膜在導(dǎo)電層上圖案化。將對(duì)準(zhǔn)掩膜圖案化在步驟2中示出。任何適當(dāng)?shù)牟牧峡捎糜趯?duì)準(zhǔn)掩膜，如Cr。對(duì)準(zhǔn)掩膜允許不同的光刻掩膜與基底適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，并因此而與處理步驟中所產(chǎn)生的圖案對(duì)準(zhǔn)，這些處理步驟與來(lái)自“掩膜組”的每個(gè)掩膜的使用有關(guān)，該掩膜組的制成是為了在將電極圖案化時(shí)具有電極的所希望的總光刻清晰度。利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的和本說(shuō)明書(shū)中所描述的(在步驟3中示出)方法在導(dǎo)電層中形成一組圖案化電極。絕緣體層(如SiO2)向圖案化導(dǎo)電層上淀積(在步驟4中示出)。導(dǎo)體的第二層向SiO2上淀積(在步驟5中示出)，且第二組圖案化電極在第二導(dǎo)體層中形成(在步驟6中示出)。第一和第二組圖案化電極形成圖案化電極組。對(duì)準(zhǔn)層置于第二導(dǎo)體層上并位于第二基底導(dǎo)體的上方。利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方式(如單向滑擦)來(lái)準(zhǔn)備對(duì)準(zhǔn)層。目前所使用的對(duì)準(zhǔn)層是旋涂聚乙烯醇或尼龍6，6。優(yōu)選地，將基底上的對(duì)準(zhǔn)層與另一個(gè)基底上的對(duì)準(zhǔn)層反平行滑擦。這就允許液晶的正確對(duì)準(zhǔn)，如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。液晶層置于這些基底之間，且將這些基底保持與玻璃隔片(在圖6中示出)或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他裝置所希望的距離。為了實(shí)現(xiàn)有效的衍射，液晶層必須足夠地厚以提供活化阻滯的一個(gè)波(d＞λ/δn～2.5μm，其中δn是液晶介質(zhì)的雙折射率)，但較厚的液晶層有助于避免飽和現(xiàn)象。較厚單元的缺點(diǎn)包括轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)(隨d2變化)和電活性特征清晰度的損失。這些透明基底可以以允許所希望數(shù)量的圖案化電極組和所希望的液晶層厚度的任何距離隔開(kāi)。優(yōu)選地，將這些透明基底隔開(kāi)3至20微米，且所有的值和范圍均在這個(gè)范圍內(nèi)。目前所優(yōu)選的一個(gè)間距是5微米。
在操作時(shí)，將折射率改變到所希望的水平所要求的電壓由控制器加在這些電極上。“控制器”可包括處理器、微處理器、集成電路、IC、計(jì)算機(jī)芯片和/或芯片，或者可包括在處理器、微處理器、集成電路、IC、計(jì)算機(jī)芯片和/或芯片中。典型地將可達(dá)約2Vrms的電壓加在這些電極上。相位同步波形控制驅(qū)動(dòng)器連接到共地構(gòu)造中的每個(gè)電極組。驅(qū)動(dòng)器振幅同時(shí)優(yōu)化以用于最大聚焦衍射效率。將折射率改變到所希望的水平所要求的電壓函數(shù)由所使用的液晶或液晶混合物所確定，如現(xiàn)有技術(shù)中所熟知的那樣。
圖6描述了單元的一個(gè)示例的組裝，這種單元利用本發(fā)明中的說(shuō)明。單元在組裝時(shí)是空的，5微米直徑的纖維隔片設(shè)置在紫外光固化膠粘劑中并松散地分散在整個(gè)單元80中，以保持隔離，紫外光固化膠粘劑位于單元70的四個(gè)角。用高于澄清溫度的液晶通過(guò)毛細(xì)管作用填充單元。將單元保溫一段時(shí)間(約1/2小時(shí))，然后緩慢地降到室溫。
圖7示出了4階梯衍射透鏡的相位靈敏顯微圖像。左邊的圖像示出了具有淀積在單基底上的電極的透鏡，在這些電極之間有間隙。這種透鏡具有40％的聚焦效率。右邊的圖像示出了本發(fā)明中的透鏡，這種透鏡具有本發(fā)明中的圖案化電極組，而并沒(méi)有水平間隙，該圖像顯示出71％的聚焦效率。
圖8示出了利用本發(fā)明中的2屈光度4階梯衍射透鏡的30cm時(shí)人類的遠(yuǎn)視眼中讀數(shù)的模擬。左邊的圖像示出了衍射透鏡關(guān)閉。右邊的圖像示出了衍射透鏡打開(kāi)。
圖9示出了來(lái)自本發(fā)明中2屈光度4階梯衍射透鏡的電光致聚焦波的干涉確定的相圖?？俁MS值為無(wú)水平間隙電極透鏡中的0.89波，但大于有間隙透鏡中的3倍以上。
如在下面進(jìn)一步描述的那樣，優(yōu)選地形成圖案化電極組的電極形成圓形圖案，不過(guò)，提供所希望的相傳輸函數(shù)的任何圖案均包括在本發(fā)明之中。例如，圓形圖案產(chǎn)生球面透鏡。橢圓形圖案可為散光提供柱面矯正。更為復(fù)雜的圖案可提供與總體目鏡衍射誤差有關(guān)或產(chǎn)生“超視力”(即優(yōu)于20/20)的更加復(fù)雜的波陣面矯正，這些更為復(fù)雜的圖案如柵極，在這種柵極中，在象素基礎(chǔ)上對(duì)個(gè)體特定相位矯正圖案進(jìn)行限定并激活。其他的圖案有利于視野的定制，如拼合(半圓)圖案允許空間上隔開(kāi)的工作(如文件與電腦屏幕之間的快速轉(zhuǎn)移)的近、中視力的同時(shí)矯正(增加光焦度)。具有更復(fù)雜的感測(cè)和驅(qū)動(dòng)能力的更復(fù)雜的圖案更有用，例如，(蜂巢形)六邊形象素陣列在視力矯正中提供移動(dòng)(如眼球跟蹤)透鏡以及更大的靈活度和精確度。在要求更復(fù)雜的圖案時(shí)，由于有獨(dú)特的電極在任何邊界頂點(diǎn)相交，所以會(huì)需要許多圖案化電極層，因此，例如，六邊形陣列或其拓?fù)洚?dāng)量，交錯(cuò)砌磚狀陣列所要求的會(huì)是3層。
在本發(fā)明中所使用的液晶包括形成向列型、近晶型或膽甾醇型相位的液晶，這種相位具有遠(yuǎn)程取向級(jí)，該遠(yuǎn)程取向級(jí)可用電場(chǎng)進(jìn)行控制。優(yōu)選地，液晶具有大向列溫度范圍、容易的可對(duì)準(zhǔn)性、低閾值電壓、大電活性響應(yīng)和快的轉(zhuǎn)換速度，以及經(jīng)過(guò)證明的穩(wěn)定性和可靠的商業(yè)效用。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中使用E7(Merck出售的氰基聯(lián)苯與氰基三聯(lián)苯向列型液晶混合物)。可用在本發(fā)明中的其他向列型液晶的示例包括戊基-氰基-聯(lián)苯(pentyl-cyano-biphenyl)(5CB)和(n-辛氧基)-4-氰基聯(lián)苯((n-octyloxy)-4-cyanobiphenyl)(80CB)。可用在本發(fā)明中的液晶的其他示例是4-氰基-4-n-烷基聯(lián)二苯、4-n-戊氧基-聯(lián)二苯和4-氰基-4″-n-烷基-p-三聯(lián)苯化合物的n＝3，4，5，6，7，8，9，以及商業(yè)用混合物，如E36、E4 6和BDH(英國(guó)制藥公司(British Drug House))-Merck制造的ZLI系列。
電活性聚合體也可用在本發(fā)明中。電活性聚合體包括任何透明光學(xué)聚合體材料，如J.E.Mark在《聚合體物理特性手冊(cè)》(美國(guó)物理學(xué)會(huì)，紐約Woodburry，1996年)一文中所公開(kāi)的材料，這些材料含有分子，這些分子具有在施主與受體組(稱為發(fā)色團(tuán))之間的非對(duì)稱極化共軛p電子，如由Ch.Bosshard等人在《有機(jī)非線性光學(xué)材料》(Gordon and Breach出版社，阿姆斯特丹，1995年)一文中所公開(kāi)的。聚合體的示例有聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑、聚酰亞胺和聚硅烷。發(fā)色團(tuán)的示例有對(duì)硝基苯胺(PNA)、分散紅(DR 1)、3-甲基-4-甲氧基-4″-六硝基芪、二乙胺基六硝基芪(DANS)和二乙基硫代巴比妥酸。電活性聚合體可通過(guò)以下方式產(chǎn)生a)根據(jù)客/主方式，b)將發(fā)色團(tuán)共價(jià)結(jié)合到聚合體中(吊鏈和主鏈)，和/或c)通過(guò)點(diǎn)陣硬化方法，如交聯(lián)，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。
聚合體液晶(PLC)也可用在本發(fā)明中。聚合體液晶有時(shí)也稱為液晶聚合體、低分子質(zhì)量液晶、自增強(qiáng)聚合體、原位復(fù)合材料和/或分子復(fù)合材料。PLC是含有同時(shí)相對(duì)較有剛性又有柔性序列的共聚物，如W.Brostow在《液晶聚合體從結(jié)構(gòu)到應(yīng)用》(由A.A.Collyer編輯，Elsevier出版公司，New-York-London，1992年，第一章)一文中所公開(kāi)的共聚物。PLC的示例包括包括4-苯腈苯甲酸酯側(cè)基(4-cyanophenyl benzoateside group)的聚甲基丙烯酸酯和其他類似的化合物。
聚合體分散液晶(PDLC)也可用在本發(fā)明中。PDLC由分散在聚合體矩陣中的液晶滴組成。這些材料可以用幾種方法制成(i)向列曲線對(duì)準(zhǔn)相位(NCAP)，熱致相位分離(TIPS)，溶劑引致相位分離(SIPS)和聚合引致相位分離(PIPS)，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣。PDLC的示例有液晶E7(BDH-Merck)和NOA65(新澤西州Norland products有限公司)的混合物；E44(BDH-Merck)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合物；E49(BDH-Merck)和PMMA的混合物；單體二聚季戊四醇羥基季戊四醇丙烯酸脂(monomer dipentaerythrol hydroxy penta acrylate)、液晶E7、N-乙烯吡咯烷酮、N-苯基甘氨酸和玫瑰紅染料的混合物。
聚合體穩(wěn)定液晶(PSLC)也可用在本發(fā)明中。PSLC是由聚合體網(wǎng)絡(luò)中的液晶組成的材料，在這種聚合體網(wǎng)絡(luò)中，聚合體重量占液晶重量的10％以下。光聚合單體與液晶和UV聚合引發(fā)劑混合在一起。液晶對(duì)準(zhǔn)之后，單體的聚合典型地通過(guò)UV暴光而開(kāi)始，所產(chǎn)生的聚合體產(chǎn)生穩(wěn)定液晶的網(wǎng)絡(luò)。C.M.Hudson等人在《聚合體穩(wěn)定液晶中的各向異性網(wǎng)絡(luò)光研究》(信息顯示學(xué)會(huì)刊物，第5/3卷，1-5，1997年)一文和G.P.Wiederrecht等人在《聚合體穩(wěn)定向列液晶中的光折變率》(美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)刊物，120，3231-3236，1998年)一文對(duì)PSLC的示例進(jìn)行了描述。
自組裝非線性超分子結(jié)構(gòu)也可用在本發(fā)明中。自組裝非線性超分子結(jié)構(gòu)包括電活性非對(duì)稱有機(jī)膜，這些膜可用以下方法制造Langmuir-Blodgett膜、從水溶液中交替聚合電解質(zhì)淀積(聚陰離子/聚陽(yáng)離子)、分子束外延方法、通過(guò)共價(jià)耦合反應(yīng)的順序合成(例如，基于有機(jī)三氯硅烷的自組裝多層淀積)。這些技術(shù)通常產(chǎn)生具有厚度小于約1μm的薄膜。
本發(fā)明可用于配制具有透鏡的眼鏡，這些透鏡按照與所看的物體的距離為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)聚焦強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)距機(jī)構(gòu)、電池和控制電路容納在眼鏡中或者是單獨(dú)的控制系統(tǒng)的一部分?，F(xiàn)有技術(shù)中已知這些元器件及其用途。作為一個(gè)示例，測(cè)距機(jī)構(gòu)用于確定眼鏡與希望看到的物體的距離。將這種信息提供給微處理器，微處理器調(diào)節(jié)加在圖案化電極組上的電壓。電極組向透鏡提供所希望的相位傳輸函數(shù)以看到物體。
本發(fā)明并不僅限于用于眼鏡中。如本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所熟知的那樣，本發(fā)明也適用于其他領(lǐng)域，如電信、光學(xué)開(kāi)關(guān)和醫(yī)療設(shè)備。提供希望波長(zhǎng)的所希望的相位傳輸函數(shù)的任何液晶或液晶混合物可用于本發(fā)明中，如本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員所熟知的那樣。確定適當(dāng)?shù)碾妷翰⑦@種適當(dāng)?shù)碾妷杭釉谝壕Р牧仙弦援a(chǎn)生所希望的相位傳輸函數(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員會(huì)理解，明確說(shuō)明的示例之外的方法、設(shè)備元件、原料和制造方法可用于本發(fā)明的實(shí)踐，而無(wú)需進(jìn)行試驗(yàn)。任何這樣的方法、設(shè)備元件、原料和制造方法的現(xiàn)有技術(shù)中已知的功能性同等物均預(yù)計(jì)包括在本發(fā)明中。在本說(shuō)明書(shū)中，無(wú)論何時(shí)給出范圍，這些范圍均預(yù)計(jì)包括在本公開(kāi)中，這些范圍如溫度范圍、時(shí)間范圍或厚度范圍、所有的中間范圍和子范圍以及包括在所給出的范圍之內(nèi)的所有個(gè)體值。
本說(shuō)明書(shū)中所使用的“包括”與“含有”或“具有特征”同義，包括界限或并無(wú)限制，且并不排除另外的、未引用的元件或方法步驟。本說(shuō)明書(shū)中所使用的“由...組成”不包括沒(méi)有明確主張的任何元件、步驟或成分。本說(shuō)明書(shū)中所使用的“實(shí)質(zhì)上由...組成”并不排除在本質(zhì)上影響本發(fā)明的主張的基本特征和新穎性特征的材料或步驟。在本說(shuō)明書(shū)中對(duì)詞語(yǔ)“包括”的任何引用，特別是在對(duì)成分的組分描述或?qū)υO(shè)備的元件的描述中的引用，應(yīng)理解成包括實(shí)質(zhì)上由所引用的組分或元件和由所引用的組分或元件組成的成分和方法。在本說(shuō)明書(shū)中示意性地適當(dāng)描述的發(fā)明可在沒(méi)有任何元件或多個(gè)元件、限制或多種限制的情況下實(shí)施，這些元件或多個(gè)元件、限制或多種限制并沒(méi)有在本說(shuō)明書(shū)中明確揭示。
已經(jīng)采用的詞語(yǔ)和表達(dá)方式用作描述詞語(yǔ)且并非限定，在這些詞語(yǔ)和表達(dá)方式的使用中并不企圖排除所示出的和描述的特點(diǎn)及其組成部分的任何等同詞語(yǔ)和表達(dá)方式，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求所主張的本發(fā)明的范圍之內(nèi)可進(jìn)行各種各樣的修改。所以應(yīng)理解，雖然通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例和選擇特征對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了明確的公開(kāi)，但本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員可對(duì)本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的概念做出修改和變化，且認(rèn)為這些修改和變化在由所附的權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
一般來(lái)講，本說(shuō)明書(shū)中所使用的詞語(yǔ)和短語(yǔ)具有現(xiàn)有技術(shù)中所認(rèn)知的意義，這些意義可通過(guò)參考從現(xiàn)有技術(shù)中熟練的技術(shù)人員所熟知的標(biāo)準(zhǔn)文本、期刊參考書(shū)目和背景文件中找到。所規(guī)定的定義意在澄清它們?cè)诒景l(fā)明的上下文中的具體用途。說(shuō)明書(shū)中所提及的所有專利和公開(kāi)出版物表明本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員的水平。
現(xiàn)有技術(shù)鄰域中熟練的技術(shù)人員會(huì)容易地理解本發(fā)明非常適于實(shí)現(xiàn)目的并獲得所提及的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及固有的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。本說(shuō)明書(shū)中所描述的表明目前所優(yōu)選的實(shí)施例的設(shè)備、方法以及輔助方法是示范性的，并不意在對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。本領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員可對(duì)這些設(shè)備、方法以及輔助方法進(jìn)行改變并可以以其他方式使用，這些改變和使用在權(quán)利要求書(shū)的范圍所限定的本發(fā)明的精神的范圍之內(nèi)。
雖然本說(shuō)明書(shū)中的描述包括許多具體說(shuō)明，但不應(yīng)將這些具體說(shuō)明解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制，僅應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例提供說(shuō)明。因此，另外的實(shí)施例在本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且在下面的權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中所引用的參考文件在與本發(fā)明的公開(kāi)不一致的范圍內(nèi)通過(guò)參考結(jié)合在本發(fā)明中。本說(shuō)明書(shū)中所提供的一些參考文件通過(guò)參考結(jié)合在本發(fā)明中，以提供涉及另外的原料、另外的合成方法、另外的分析方法和本發(fā)明的另外的使用的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種電活性設(shè)備，包括封閉在一對(duì)透明基底之間的液晶層；位于所述液晶層與所述第一透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組，所述圖案化電極組各包括形成相對(duì)的圖案的兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成所述圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙；以及在所述液晶層與所述第二透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的導(dǎo)電層。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于圖案化電極組形成圓形圖案。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于圖案化電極組形成橢圓形圖案。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于包括兩個(gè)非重疊圖案化電極組。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述液晶是E7。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述透明基底是玻璃。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述透明基底是塑料。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于還包括電連接到所述圖案化電極組和所述導(dǎo)電層的電控制器。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于還包括電連接到所述電控制器的測(cè)距設(shè)備。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電極和導(dǎo)電層是氧化銦錫。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于還包括環(huán)繞所述液晶層的對(duì)準(zhǔn)層。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述對(duì)準(zhǔn)層是聚乙烯醇。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述對(duì)準(zhǔn)層是尼龍6，6。
14.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述透明基底以大約3和大約20微米隔開(kāi)。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述透明基底以大約3大約8微米隔開(kāi)。
16.一種衍射光的方法，包括將電壓加在如權(quán)利要求1所述的設(shè)備上，這樣就改變穿過(guò)所述透明基底傳輸?shù)墓獾南辔弧?br> 17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所加的電壓小于或等于2Vrms。
18.一種調(diào)節(jié)設(shè)備中的衍射的方法，所述設(shè)備包括封閉在一對(duì)透明基底之間的液晶層；位于所述液晶層與所述第一透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組，所述圖案化電極組各包括形成相對(duì)的圖案的兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成所述圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙；在所述液晶層與所述第二透明基底的向內(nèi)朝向的表面之間的導(dǎo)電層；以及電連接到所述圖案化電極組和所述導(dǎo)電層的電控制器；所述方法包括確定所希望的衍射量；將電壓加在所述圖案化電極組和導(dǎo)電層上，以使所述設(shè)備具有所希望的衍射量。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所希望的衍射量通過(guò)利用測(cè)距設(shè)備以確定所述設(shè)備與所希望看到的物體之間的距離以及使所述距離與所加的電壓相互關(guān)聯(lián)來(lái)確定。
20.一種圖案化電極，包括基底；布置在所述基底上的圖案中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電材料區(qū)域；與所述基底上的導(dǎo)電材料區(qū)域成互補(bǔ)圖案布置的一個(gè)或多個(gè)絕緣材料區(qū)域。
21.如權(quán)利要求20所述的圖案化電極，其特征在于所述圖案呈圓形。
22.如權(quán)利要求20所述的圖案化電極，其特征在于所述圖案呈角形。
23.如權(quán)利要求20所述的圖案化電極，其特征在于所述圖案呈半圓形。
24.一種圖案化電極組，包括形成相對(duì)的圖案的兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成所述圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙
25.如權(quán)利要求24所述的圖案化電極組，其特征在于所述兩個(gè)或多個(gè)電極是權(quán)利要求20所述的電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電活性設(shè)備，這種設(shè)備包括封閉在一對(duì)透明基底(10，100)之間的液晶層(20)；位于該液晶層與第一透明基底(10)的向內(nèi)朝向的表面之間的一個(gè)或多個(gè)圖案化電極組(30)，所述圖案化電極組各包括形成相對(duì)的圖案的兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極由絕緣層隔離，其中在形成圖案化電極組的電極之間沒(méi)有水平間隙；以及在液晶層與第二透明基底(100)的向內(nèi)朝向的表面之間的導(dǎo)電層(40)。該設(shè)備提供比常規(guī)設(shè)備更高的效率。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK101057174SQ200580019189
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
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