CN108369354A - 电致变色隐形眼镜 - Google Patents

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J.G.林哈特
T.戴伊勒
J.N.哈多克
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Abstract

公开了一种可眼戴设备(300)的实施例，包括镜片围绕物，其包括前层(305)和密封到所述前层的后层(310)。前电极(315)在所述前层的凹侧上设置在所述镜片围绕物内，后电极(320)在所述后层的凸侧上设置在所述镜片围绕物内，并且根据需要改变颜色或不透明度的元件(325)跨所述镜片围绕物的中心区域设置，其中，所述元件在所述中心区域内将所述前电极(315)与所述后电极(320)分开并且可以包括具有客体颜料或电致变色材料的液晶材料。

Description

电致变色隐形眼镜
技术领域
所公开的实施例总体上涉及隐形眼镜，并且具体地但不排他地涉及电致变色隐形眼镜。
背景技术
隐形眼镜是用于视力矫正的广泛佩戴的解决方案。他们有时可能会有颜色，主要是出于美容的原因，但也出于实际的原因，比如如果掉下来的话让他们更容易找到。但现有隐形眼镜的光学特性—其颜色或不透明度等—通常在制造时固定并且以后不能更改。这限制了隐形眼镜的美容和功能可能性。
附图说明
参考以下附图来描述本发明的非限制性和非穷尽的实施例，其中除非另有说明，否则相似的附图标记指代相似的部件。除非特别说明，否则附图不是按比例绘制的。
图1是具有电致变色能力的可眼戴设备(eye-mountable device)和用于与可眼戴设备交互的外部读取器的实施例的功能框图。
图2A是组装的可眼戴设备的实施例的顶视图图示。
图2B是组装的可眼戴设备的实施例的透视图图示。
图3是示出可眼戴设备的实施例的部件和层的分解透视图。
图4是可用于图3的可眼戴设备的电致变色元件的实施例的横截面图。
图5是可用于图3的可眼戴设备的电致变色元件的另一实施例的横截面图。
图6是示出用于制造具有电致变色元件的可眼戴设备的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
描述了用于电致变色隐形眼镜的设备、系统和方法的实施例。描述了具体细节以提供对实施例的理解，但相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个所述细节的情况下或者利用其他方法、部件、材料等来实践本发明。在一些情况下，未详细示出或描述已知的结构、材料或操作，但它们仍涵盖在本发明的范围内。
在本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用是指所描述的特征、结构或特性可以包括在至少一个所描述的实施例中。结果，“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定指代相同的实施例。此外，所描述的特征、结构或特性可以在除了所示出的那些之外的实施例中以任何合适的方式组合。
下面描述的是一种隐形眼镜或可眼戴设备，其包括电激活的镜片(electrically-activated lens)，所述电激活的镜片包括用于调节隐形眼镜的不透明度、颜色或两者的电致变色层。电致色(Electrochromatism)或电致变色(electrochromism)是指材料响应诸如所施加的电压和/或电流的电信号而改变颜色的能力。镜片可以基于它们的片上传感器(on-board sensor)、电路、逻辑等自主操作，但如果需要的话，可以通过至外部设备比如移动电话或专门为此设计的阅读器(例如参见图1)的无线电链路或光学链路实现到镜片和从镜片通信。
现有的隐形眼镜具有固定的光学性质，比如颜色、透明度、折射率(即校正因子)、不透明度等。所公开的实施例是隐形眼镜，其可以电子地改变其颜色和透明度/不透明度以用于美容或保护目的。与现有的彩色隐形眼镜(其颜色和不透明度是不可改变的)相比，这些镜片可根据需要改变其颜色或不透明度。这对于美容目的可以是有用的，并且也可用于需要过滤光的镜片(例如太阳镜)，因为镜片可以由用户直接编程或使用镜片上的光传感器自动调整。与现有眼科镜片中发现的光致变色染料相比，这是特别有用的，现有眼科镜片不能根据需要改变并且具有较长的切换时间。
在一些实施例中，可以实时自动调节隐形眼镜的颜色或不透明度。电致变色元件设置在隐形眼镜的中心区域中，使得，最低限度地，其至少覆盖用户的中央凹视力(fovealvision)并且最大限度地，其覆盖他们的整个瞳孔。因此，期望结构和/或制造过程有助于电致变色元件的定位，例如相对于支持电致变色元件的操作的电极和/或其他电路的定位。
电致变色元件可以用液晶(LC)材料层来实现，并且可以需要电极来电子地控制电致变色元件。因此，例如可以在电极之间或者在电致变色元件和眼戴式设备(EMD)的控制电路之间设置电的、结构的和/或其他隔离。
可眼戴设备的实施例可以包括电源、控制电子器件、电致变色元件、光传感器和天线，所有这些嵌入镜片围绕物(lens enclosure)内，所述镜片围绕物形成为接触安装到眼睛(例如成形为可拆卸地安装到角膜并允许眼睑运动打开和关闭)。在一个实施例中，控制电子器件被联接以监测传感器系统来识别眼睑位置和环境亮度、操纵电致变色元件以控制可眼戴设备的颜色、不透明度或两者、并且提供与外部读取器的无线通信。在一些实施例中，电源可以包括用于控制嵌入式电池的感应无线充电的充电电路。
可以利用能兼容与人眼的直接接触的多种材料(比如聚合物材料、水凝胶、PMMA、基于硅树脂的聚合物(例如氟硅丙烯酸酯))或其他方式来制造镜片围绕物。电子器件可以设置在环形基底上并且嵌入在其周边附近的镜片围绕物内，以避免干扰接收到的更接近角膜中心区域的入射光。电容传感器系统和光学传感器系统可以布置在基底上以向外朝向眼睑来检测传感器系统上的眼睑覆盖以及环境光的强度。当眼睑覆盖传感器系统的不同部分时，这改变了可被测量以确定眼睑位置的特征(例如其电容)。
在一些实施例中，来自片上光学传感器和电传感器的信息可用于确定要施加到定位于镜片围绕物中心部分中的电致变色元件的颜色或不透明度变化的量。电致变色元件联接到控制器，从而通过跨一对电极施加电压而被电操纵。例如，电致变色元件可以用电致变色层实现，该电致变色层响应于跨电极施加的电偏压信号而改变其颜色、不透明度或两者。
图1是具有电致变色能力的可眼戴设备(EMD)100的实施例的功能框图。因为EMD100包括电子器件并且配置为接触安装到眼睛，所以在这里也被称为眼科电子器件平台、隐形眼镜或智能隐形眼镜。
EMD 100的暴露部分是形成为接触安装到眼睛的角膜表面的柔性镜片围绕物110。基底115嵌入柔性镜片围绕物110内或者以其他方式被其包围，以提供用于电源120、控制器125、电传感器系统135、光学传感器系统136、天线140以及各种互连145和150的安装表面。电致变色元件130嵌入柔性镜片围绕物110内并且联接到控制器125以向EMD 100的佩戴者提供颜色变化、不透明度变化或两者。电源120的所示实施例包括能量收集天线155、充电电路160和电池165。控制器125的所示实施例包括控制逻辑170、电致变色逻辑175和通信逻辑180。读取器105的所示实施例可以与EMD 100通信并且包括处理器182、天线184和存储器186。
控制器125被联接以接收来自电传感器系统135和光学传感器系统136的反馈控制信号，并且还被联接以操作电致变色元件130。电源120向控制器125和/或电致变色元件130提供操作电压。天线140由控制器125操作以将信息传递给EMD 100和/或从EMD 100传递信息。在一个实施例中，天线140、控制器125、电源120以及传感器系统135和136全部位于嵌入式基底115上。在一个实施例中，电致变色元件130嵌入在柔性镜片围绕物110的中心区域内，但未设置在基底115上。
为了便于接触安装，柔性镜片围绕物110可以具有凹表面，其配置为粘附(“安装”)到润湿的角膜表面(例如通过利用涂布角膜表面的泪膜的毛细力)。另外或可替代地，由于凹曲率，EMD 100可以通过真空力粘附在角膜表面和柔性镜片围绕物110之间。在将凹表面贴着眼睛安装时，柔性镜片围绕物110的面向外的表面可以具有凸曲率，该凸曲率形成为当EMD 100安装到眼睛时不干扰眼睑运动。例如，柔性镜片围绕物110可以是与隐形眼镜类似地成形的基本透明的弯曲盘。
柔性镜片围绕物110可以包括一种或多种生物相容材料，比如用于隐形眼镜或涉及与角膜表面直接接触的其他眼科应用的所采用的材料。柔性镜片围绕物110可以可选地部分地由这种生物相容材料形成，或者可以包括具有这种生物相容材料的外涂层。柔性镜片围绕物110可以包括构造成加湿角膜表面的材料，比如水凝胶等。柔性镜片围绕物110是可变形(“非刚性”)材料以增强佩戴者的舒适度。在一些情况下，柔性镜片围绕物110可以成形为提供预定的视力矫正光焦度，比如可以由隐形眼镜提供。柔性镜片围绕物110可以由各种材料制成，包括聚合物材料、水凝胶、PMMA、基于硅树脂的聚合物(例如氟硅丙烯酸酯)等。
基底115包括适于安装传感器系统135、控制器125、电源120和天线140的一个或多个表面。基底115可以用作基于芯片的电路的安装平台(例如通过倒装芯片安装)和/或用作用于图案化导电材料(例如金、铂、钯、钛、铜、铝、银、金属、其他导电材料、这些的组合等)的平台以形成电极、互连、天线等。在一些实施例中，可以在基底115上图案化基本上透明的导电材料(例如氧化铟锡或下面讨论的柔性导电材料)以形成电路、电极等。例如，天线140可以通过在基底115上沉积金或其他导电材料的图案来形成。类似地，互连145和150可以通过在基底115上沉积合适的导电材料图案来形成。
可以采用抗蚀剂、掩模和沉积技术的组合来图案化基底115上的材料。基底115可以是相对刚性的材料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)或足以在结构上支撑围绕物材料110内的电路和/或电子器件的另外的材料。EMD 100可替代地布置有成组的未连接的基底而不是单个基底。例如，控制器125和电源120可以安装到一个基底，而天线140和传感器系统135安装到另一个基底，并且这两个基底可以经由互连电连接。
虽然实施例在这方面不受限制，但是基底115可以成形为具有足以为嵌入式电子部件提供安装平台的径向宽度尺寸的扁平环(例如圆环)。基底115可具有足够小的厚度以允许基底嵌入柔性镜片围绕物110中而不会不利地影响EMD 100的轮廓，同时还具有足够大的厚度以提供适于支撑安装在其上的电子器件的结构稳定性。例如，基底115可以成形为具有约10毫米的直径、约1毫米的径向宽度(例如比内半径大1毫米的外半径)和约50微米的厚度的环。基底115可以可选地与EMD 100的眼戴表面(例如凸表面)的曲率对齐。例如，基底115可以沿着限定内半径和外半径的两个圆形段之间的假想圆锥的表面成形。在这样的示例中，沿着假想圆锥的表面的基底115的表面限定与该半径处的眼戴表面的曲率大致对齐的倾斜表面。
在一实施例中，电源120、控制器125和基底115可以定位成远离EMD100的中心，以避免干涉通过EMD 110的中心到眼睛的光传输。相反，电致变色元件130可以是居中定位以对通过围绕物材料110的中心传输到眼睛并且从眼睛的部分(例如虹膜)反射的光施加颜色变化、不透明度变化或两者。例如，在EMD 100成形为凹面弯曲的盘时，基底115可以围绕盘的周边(例如接近外圆周)嵌入。
在图示的实施例中，电源120包括电池165以向包括控制器125的各种嵌入式电子器件供电。电池165可以通过充电电路160和能量收集天线155被感应充电。在一实施例中，天线140和能量收集天线155是独立的天线，其服务于它们各自的能量收集和通信功能，但是在其他实施例中，能量收集天线155和天线140是相同的物理天线，它们被分时共享(time-shared)用于它们的感应充电和与读取器105的无线通信的相应功能。充电电路160可以包括整流器/调节器，以调节用于给电池165充电所捕获的能量或者在没有电池165的情况下直接供电控制器125。充电电路160还可以包括一个或多个能量存储设备以缓解能量收集天线155中的高频变化。例如，一个或多个能量存储设备(例如电容器、电感器等)可被连接以用作低通滤波器。
控制器125包含用于编排其他嵌入式部件的操作的逻辑。控制逻辑170控制EMD100的一般操作，包括提供逻辑用户界面、功率控制功能等。电致变色逻辑175包括逻辑，该逻辑用于监测来自电传感器系统135和光学传感器系统136的反馈信号、确定当前照明条件和用户设置、并且响应于提供适当的颜色、不透明度或两者来操纵电致变色元件130。电致变色变化可以基于来自电传感器135或光学传感器系统136的反馈而实时实施。通信逻辑180提供用于经由天线140与读取器105进行无线通信的通信协议。在一个实施例中，通信逻辑180在存在从读取器105输出的电磁场171的情况下经由天线140提供后向散射通信。在一个实施例中，通信逻辑180作为智能无线射频识别(“RFID”)标签来操作，其调制天线140的阻抗用于后向散射无线通信。控制器125的各种逻辑模块可以在在通用微处理器上执行的软件/固件中、在硬件(例如专用集成电路)中或两者的组合中来实现。
EMD 100还可以包括其他嵌入式电子器件和逻辑模块。例如，可以包括光源或像素阵列以向用户提供视觉反馈。可以包括加速度计或陀螺仪以向控制器125提供位置、旋转、方向或加速度反馈信息。
图2A-2B示出了EMD 200的实施例的两个视图；图2A是俯视图，图2B是透视图。EMD200是EMD 100的一种可能的实施方式。EMD 200包括柔性镜片围绕物210、环形基底215、电源220、控制器225、电致变色元件230、电传感器系统235、光学传感器系统236和天线240。
EMD 200的柔性镜片围绕物210成形为弯曲的盘，该弯曲的盘形成有具有适于配合在眼睛的角膜表面上的凹表面211的一侧。盘的相对侧具有凸表面212，其在EMD 200安装到眼睛时不干扰眼睑运动。在所示实施例中，圆形或椭圆形外侧边缘213连接凹表面211和凸表面212。
EMD 200可具有类似于视力矫正和/或美容隐形眼镜的尺寸，比如约1厘米的直径和约0.1至约0.5毫米的厚度。但是，这些直径和厚度值仅用于解释目的。在一些实施例中，根据佩戴者眼睛的角膜表面的尺寸和/或形状来选择EMD 200的尺寸。柔性镜片围绕物210可以以各种方式形成为弯曲形状。例如，可采用与用于形成视力矫正隐形眼镜相似的技术比如热成型、注塑成型、铸造成型、旋转铸造(spin casting)等来形成柔性镜片围绕物210。
环形基底215嵌入在柔性镜片围绕物210内。环形基底215可被嵌入，使得其沿柔性镜片围绕物210的外周边定位，远离电致变色元件230所被定位的中心区域。在所示的实施例中，环形基底215包围电致变色元件230但是不干扰视力，因为其远离使入射光传输到眼睛的光感测部分的中心区域，并且无论如何，其太靠近眼睛而无法聚焦。在一些实施例中，环形基底215可以可选地由透明材料形成以进一步减轻对视觉感知的影响。环形基底215可以成形为平坦的圆形环或圆环(例如具有中心孔的盘)。环形基底215的平坦表面(例如沿着圆环的径向宽度)是用于安装电子器件和用于图案化导电材料以形成电极、天线和/或互连的平台。
在一些实施例中，传感器系统135包括一个或多个分立电容传感器，其沿周边分布以感测眼睑重叠。电传感器系统235围绕EMD 200分布，以类似于电容式触摸屏的方式感测眼睑重叠。在所示的实施例中，电传感器系统235由一系列并联联接的分立电容元件形成，但是也可以使用其他实施方式。通过监测来自电传感器系统235的反馈信号，眼睑重叠的量和位置可以由控制器225测量。
EMD 200还包括光学传感器系统，其包括围绕环形基底215定位的多个光学传感器236。光学传感器236可以用于测量入射到镜片上的环境光的量以及沿与眼睛各部分比如瞳孔或虹膜相反方向反射通过镜片的光的量。光学传感器236可以用于感测环境光的强度并且提供信号来控制它们225，这将允许控制变暗、变亮，或者相应地改变电致变色元件230的颜色。在一些实施例中，光学传感器236和电传感器235可与控制器225一起工作以优化EMD200的性能。例如，电容系统235可用于检测眼睑何时关闭，此时控制器225可关闭至电致变色元件230的信号以节省电力。在另一实施例中，光学传感器236和电传感器235可以一起工作以区分眼睑的长期闭合和眨眼。
电致变色元件230居中定位在柔性镜片围绕物210内以影响用户视力中心中的EMD200的颜色、不透明度或两者。密封或绝缘区域232可以设置在电致变色元件230与环形基底215之间以提供与环形基底215的至少一些电路的电隔离。在各种实施例中(例如参见图4-5)，电致变色元件230包括在控制器225所操纵的柔性导电电极的影响下改变其颜色、不透明度或两者的元件。电致变色元件230可使用例如如图4-5所示的各种不同的光电子元件来实现。
图3是示出EMD 300的实施例的分解透视图。EMD 300是EMD 100或200的一种可能的实施方式，但分解透视图示出了各个部件的附加细节。EMD 300的图示实施例包括柔性镜片围绕物，其包括前层305、后层310、前柔性导电电极(ANT)315、后柔性导电电极(POST)320、电致变色层325、环形基底330、电源335、控制器电路340、前接触垫345和后接触垫350(在图3中隐藏)。ANT 315、电致变色层325和POST 320一起形成在控制器电路340的控制下的电致变色元件。ANT 315的所示实施例包括连接突片360，POST 320的所示实施例包括连接突片365。突片360和365用于在环形基底中提供电极之间的电连接。它们可以在一实施例中彼此沿径向偏移，或者在其他实施例中沿周向偏移。
ANT 315和POST 320是经由跨电极施加电压和/或电流来电操纵电致变色层325的透明电极。ANT 315和POST 320是柔性导体，所述柔性导体即使在存在包括折叠和弯曲的周期性机械应力的情况下也基本上保持其导电性。ANT 315和POST 320可以由光学透明但导电的材料形成，所述材料分别固化到前层305和后层310的弯曲表面，且因此分别顺应(conform)前层305和后层310的弯曲表面。
可以使用各种技术将ANT 315和POST 320分别施加于前层305和后层310。例如，包括导电环氧树脂、导电聚合物、导电硅、蒸发金属或其他导电材料的导电材料可被喷涂、冲压、荫罩(shadow mask)或以其他方式设置以形成电极结构来操作电致变色元件。在一个实施例中，使用适形凹面模版(conforming concave stencil)将导电材料喷涂在前层305的内部凹表面上，并且还使用适形凸面模版将导电材料喷涂在后层310的内部凸表面上。在其他实施例中，喷涂可以在不使用模版的情况下被主动控制，或者在施加临时掩模之后被施加。在其他实施例中，将导电材料涂覆到具有适形成形表面的印模(stamp)上，所述印模然后被压到前层305或后层310以转移导电材料。也可以使用其他施加技术来分别在前层305和后层310上形成并定位ANT 315和POST 320。在一实施例中，形成ANT 315和POST 320以实现期望的总薄层电阻。目标薄层电阻可以在100欧姆/平方至2000欧姆/平方之间(例如190欧姆/平方)。当然，还可以使用这个范围之外的其他目标薄层电阻。
电致变色层325在EMD 300的中心区域中设置在前层305和后层310之间。电致变色层325的形成可以包括喷涂、旋转、掩模、冲压、模版印刷和/或从传统制造技术改编的其他操作。在一实施例中，电致变色层325与环形基底325的至少一些电路电隔离。电致变色层325的实施例在下面结合图4-5讨论。
图4示出了可用于EMD 100-300的电致变色元件400的实施例的横截面图。电致变色元件400是透射电致变色元件，意味着它透射光而不是反射它。元件400包括前电极402和后电极404。三部分电致变色组件405夹在电极402和404之间。在所示实施例中，前电极402对应于ANT 315，后电极404对应于POST 320。ANT 315和POST 320的构造以及因此前电极402和后电极404的构造在上面结合图2-3详细讨论。
前电极402和后电极404电联接到电压源403，其可以是交流(AC)源或直流(DC)源并且可以具有可控的电压和电流。例如，在EMD 200中，电源220可以对应于电压源403。电致变色组件405使用通常小于5V的直流(DC)电压操作，但是比其他技术消耗更高的电流，通常为几毫安。
三部分电致变色组件405夹在前电极402和后电极404之间。电致变色组件405包括夹在两个电致变色层：离子存储层408和电致变色层410之间的电解质层406。电解质层406可以是液体或凝胶或者可以是固体；当固体电致变色组件405被称为固态电致变色组件时。无论是否是固体，电解质层406可以是有机或无机的。无机固体电解质层的实例包括氧化钽(名义上为Ta2O5)和氧化锆(名义上为ZrO2)。液体或凝胶电解质层的实例可以包括任何种类的光学透明电解质。在包括液体或凝胶电解质层406的电致变色组件405的实施例中，可能需要密封边缘412以防止液体电解质逸出。例如，可以通过在边缘处将多余的电极材料卷曲在一起来密封边缘412。
离子存储层408和电致变色层410传导离子和电子，并且是混合的导体，该混合的导体可以响应于施加的电场而改变颜色、不透明度或两者。可用于离子存储层408的材料的实例包括氧化铯(名义上为CeO2)、氧化钛(名义上为TiO2)或氧化铯/氧化锆(例如CeO2/ZrO2)混合物。电致变色材料有多种形式：聚合物、电润湿、光子晶体、液晶、量子点技术。可用于电致变色层410的材料的具体实例包括过渡金属氧化物、普鲁士蓝、酞菁、紫罗碱、富勒烯、染料和包括凝胶的导电聚合物。
当没有电压施加到前电极402和后电极404时，意味着没有电场施加到电致变色元件405，入射光直接穿过电致变色元件400，而基本上不改变其颜色或亮度。换句话说，出射光束具有与入射光束基本相同的颜色和强度。但是当跨前电极402和后电极404施加电压时，离子从离子存储层408跨过电解质层406到达电致变色层410，于是电致变色组件405改变颜色、不透明度或两者。结果，当施加电场时，出射光束将具有比入射光束更低的强度(即其将变暗)、与入射光束不同的颜色或两者。
图5示出了可用于EMD 100-300中的电致变色元件500的另一实施例的横截面图。电致变色元件500是透射电致变色元件并且包括前电极502、后电极504。对准层501和503夹在电极502和504之间，其中前对准层501沿前电极502的内表面，后对准层503沿后电极504的内表面。二色性染料掺杂液晶(LC)层506又夹在对准层501和503之间。虽然所示实施例具有两个对准层，但其他实施例可以使用一个或不使用。
在所示实施例中，电极502和504对应于EMD 300中的ANT 315和POST 320：前电极502对应于ANT 315，后电极504对应于POST 320。前电极502和后电极504电联接到电压源503，其可以是交流(AC)源或直流(DC)源并且可以具有可控的电压和电流。例如在EMD 300中，电源220可以对应于电压源503。以上结合图2-3讨论了ANT 315和POST 320的构造以及因此前电极502和后电极504的构造。
电致变色二色性染料掺杂LC层506夹在对准层501和503之间以及染料层506和对准层501和502的整个组件之间。在一个实施例中，二色性染料掺杂LC层506使用二色性染料掺杂液晶(LC)。结果，仅需要单层动态材料(即在施加电压的影响下变化的材料)并且不需要偏振膜。在一个实施例中，电致变色层506可以包括垂直(homeotropically)(竖直)对准的具有负介电各向异性的向列型液晶主体。EC液晶系统通过将二色性染料客体掺杂到液晶主体中而制成。二色性染料S-428(Mitsui Chemicals,Japan)是合适的客体候选物，因为它在可见光谱上具有非常均匀的吸收性，并使正常无色的液晶变成灰色。市售的液晶材料可用作主体，包括但不限于：E7、BL111、MLC-2140和MLC-2079，所有均可从Merck/EMD性能材料获得。
对准层501和503中的一个或两者可以具有10nm到10微米的厚度，但是实施例不限于这些厚度。对准层501和503可以包括聚酰亚胺或其它合适的材料以用于改变二色性染料掺杂LC层506中的液晶分子的对准。尽管电致变色元件500的所示实施例具有两个对准层(前501和后503)，但其他实施例可以使用一个或不使用。
在电致变色元件500的操作中，当没有电压施加到前电极502和后电极504时(意味着没有电压或电流施加到二色性染料掺杂LC层506)，LC分子和染料分子都垂直于镜片的表面对准，并且佩戴者将向下看染料分子的长轴，其中光吸收将处于其最小值。入射光因此直接穿过电致变色元件而基本上不改变其颜色和亮度；换句话说，出射光束具有与入射光束基本相同的颜色和强度。
但是，当AC电压波形施加到电极502和504时，LC分子将旋转并携带染料分子与其一起。随着施加电压的幅度增加，LC和染料分子的旋转角度也会增加，直到它们近似平行于镜片表面。在该取向中，光学吸收将处于最大值，并且电致变色元件500将充当太阳镜片。以这种方式构建的设备允许用户通过改变施加的电压来在最小值和最大值之间连续调整光吸收。这些基于液晶的电致变色元件在高于50Hz的频率下以2至10伏(4-20Vp-p)的幅度的AC电压波形操作。电流消耗通常在纳安(nA)至微安(μA)范围内，因此它们的功耗非常低。
图6是示出用于制造EMD比如EMD 100、200或300的过程600的实施例的流程图。过程框以特定顺序示出，但过程600的其他实施例可以以与所示顺序不同的顺序甚至并行地执行所示出的步骤以及其他步骤(如果有的话)。参考EMD 300描述过程600，但是该描述可被扩展为另外或可替代地适用于制造任何其他EMD。
在框605和610，前层305和后层310形成为镜片围绕物的分离层。前层305和后层310可以使用模具来形成，所述模具被喷涂或注入柔性透明材料。可以使用的柔性透明材料包括聚合物材料、水凝胶、PMMA、基于硅树脂的聚合物(例如氟硅丙烯酸酯)等中的任何一种。前层305和/或后层310可被处理以形成反应性表面以改善与ANT 315和POST 320的结合。例如，前层305和后层310可以在高度电离的环境中进行等离子体处理，这使得前层305和后层310的内部表面具有化学反应性。
在框615，形成ANT 315和POST 320的导体沉积到前层305的凹表面上并且也沉积到后层310的凸表面上。在一个实施例中，液体导体材料的沉积可以喷涂在顺应凹表面和凸表面的模版上，但在其他实施例中，液体导电材料被施加到具有分别顺应前层305和后层310的凹表面和凸表面的弯曲表面的印模。然后可以将涂覆的印模压靠在前层305和后层310的内侧表面以将油墨图案转印到其上。例如，在施加液体导体材料之后，其可被固化和/或热退火。
用于ANT 315和POST 320的导体材料可以包括导电环氧树脂(例如各种导电硅树脂中的任何一种)、蒸发金属(金、铝)、导电颗粒(例如纳米管或纳米线)的胶体溶液等。沉积导体材料可以包括形成各种导电结构中的任何一种，包括但不限于一根或多根金线、银纳米线、氧化铟锡薄膜等。在一些实施例中，各种溶剂(例如醇)、表面活性剂或稀释剂可被添加到液体导体材料以分别改善ANT 315和POST 320对前层305和后层310的均匀涂覆和粘附。
接下来，在框620，包括电源335和控制器电路360的环形基底330定位在前层305和后层310之间，包括将基底定位在后层310的凸表面上。在框620的定位之前或期间，可以将导电粘合剂施加到环形基底330上的接触垫，以准备将环形基底330电联接到ANT 315和POST 320中的一个或两者。在框620的环形基底330的定位可以包括将连接突片360、365与环形基底330的相应接触垫对准—例如，其中连接突片360、365沿径向或周向彼此偏移。
在框625，将电致变色元件设置在前层和后层之间，并且在框630，将镜片围绕物的两个半部(前层305和后层310)压在一起并密封。例如，可以在围绕电致变色层325的圆周的区域中、在前层305和后层310之间添加一定量的围绕物材料。在前层和后层之间固化该材料可以导致电致变色元件周围的密封区域。在一个实施例中，更多围绕物材料还被添加到配合的前层305和后层310的底部边缘或边沿以形成密封。该附加围绕物材料的固化可以在前层305和后层310之间的周边区域中将基底密封。最后，在过程框635，将可眼戴设备或智能隐形眼镜包装到镜片溶液的密封容器中用于分配。
以上对实施例的描述(包括在摘要中描述的内容)并非旨在穷举或将本发明限制为所描述的形式。正如相关领域的技术人员将认识到的，本发明的具体实施例和示例在本文中为了说明的目的而被描述，但是根据上面的详细描述，可以在本发明的范围内进行各种等同修改。
不应将以下权利要求中使用的术语解释为将本发明限制于说明书和权利要求书中公开的具体实施例。相反，本发明的范围完全由下面的权利要求确定，这些权利要求将使用已确立的权利要求解释原则来解释。

Claims (27)

1.一种可眼戴设备(EMD)，包括：
镜片围绕物，其包括前层和密封到所述前层的后层；
前电极，其在所述前层的凹侧上设置在所述镜片围绕物内；
后电极，其在所述后层的凸侧上设置在所述镜片围绕物内；以及
电致变色元件，其跨所述镜片围绕物的中心区域设置，其中，所述电致变色元件在所述中心区域内将所述前电极与所述后电极分开。
2.根据权利要求1所述的EMD，其中，所述电致变色元件包括具有客体染料的液晶材料。
3.根据权利要求2所述的EMD，其中，所述电致变色元件还包括在所述前电极与所述液晶材料之间的前对准层和在所述后电极与所述液晶材料之间的后对准层中的一个或两者。
4.根据权利要求2所述的EMD，其中，所述客体染料是二色性染料。
5.根据权利要求2所述的EMD，其中，所述电致变色元件以大致在2伏和10伏范围内的幅度的交流(AC)电压波形操作。
6.根据权利要求5所述的EMD，其中，所述AC电压波形具有等于或大于50Hz的频率。
7.根据权利要求1所述的EMD，其中，所述电致变色元件包括夹在一对电致变色层之间的电解质层。
8.根据权利要求7所述的EMD，其中，所述电解质层是固体有机或无机材料。
9.根据权利要求8所述的EMD，其中，所述电解质层是无机的，并且包括氧化钽(Ta2O5)或氧化锆(ZrO2)。
10.根据权利要求7所述的EMD，其中，所述电解质层是液体或凝胶。
11.根据权利要求7所述的EMD，其中，所述电致变色元件以直流(DC)操作。
12.根据权利要求11所述的EMD，其中，所述直流具有小于或等于5伏的电压。
13.根据权利要求1所述的EMD，还包括设置在基底上的控制器，以通过跨所述前电极和所述后电极施加电压来操作所述电致变色元件，其中，所述基底在所述镜片围绕物的周边区域中设置在所述前层和所述后层之间。
14.根据权利要求13所述的EMD，其中：
所述前电极包括前主体部分和从所述前主体部分延伸的前连接突片；
所述后电极包括后主体部分和从所述后主体部分延伸的后连接突片；并且
所述前连接突片和后连接突片联接到所述基底上的控制器。
15.根据权利要求14所述的EMD，其中，所述前连接突片和后连接突片彼此旋转地偏移。
16.一种制造电致变色隐形眼镜的方法，所述方法包括：
在围绕物材料的前层上形成前电极，包括将第一液体导体材料沉积到所述前层的凹表面上；
在围绕物材料的后层上形成后电极，包括将第二液体导体材料沉积到所述后层的凸表面上；
在所述前层和后层之间设置电致变色元件；
将基底定位在所述凹表面和凸表面之间，其中，集成电路设置在所述基底上；以及
将所述前层密封到所述后层以将所述前电极、后电极、电致变色元件和基底包围在镜片围绕物内，其中，所述电致变色元件在所述中心区域内设置在所述前电极和所述后电极之间，并且其中，所述基底在所述镜片围绕物的周边区域中设置在所述前层和所述后层之间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电致变色元件包括具有客体染料的液晶材料。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括形成在所述前电极与所述液晶材料之间的前对准层和在所述后电极与所述液晶材料之间的后对准层中的一个或两者。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述客体染料是二色性染料。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电致变色元件包括夹在一对电致变色层之间的电解质层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述电解质层是固体有机或无机材料。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述电解质层是无机的，并且包括氧化钽(Ta2O5)或氧化锆(ZrO2)。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述电解质层是液体或凝胶。
24.根据权利要求16所述的方法，还包括在基底上形成控制器，以通过跨所述前电极和所述后电极施加电压来操作所述电致变色元件。
25.根据权利要求24所述的方法，其中：
形成所述前电极包括形成前主体部分和从所述前主体部分延伸的前连接突片；
形成所述后电极包括形成后主体部分和从所述后主体部分延伸的后连接突片；并且
所述前连接突片和后连接突片联接到所述控制器。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述前连接突片和后连接突片彼此旋转地偏移。
27.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述前层和后层的相应边缘围绕所述周边区域密封在一起。
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