ES2854025T3 - Un dispositivo óptico termoplástico - Google Patents

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ES2854025T3 ES16173913T ES16173913T ES2854025T3 ES 2854025 T3 ES2854025 T3 ES 2854025T3 ES 16173913 T ES16173913 T ES 16173913T ES 16173913 T ES16173913 T ES 16173913T ES 2854025 T3 ES2854025 T3 ES 2854025T3
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Smet Jelle De
Paul Marchal
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Abstract

(modificado) Un dispositivo óptico (1), que comprende: - una primera capa termoplástica óptica transparente (2), - una segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y; entre ambas capas termoplásticas (2,3) o un elemento óptico difractivo (4) adyacente a la primera capa termoplástica (2), o un espaciador (5) entre el elemento óptico difractivo (4) y la segunda capa termoplástica (3), o un borde (6) que encierra el elemento óptico difractivo (4) formando de ese modo una cavidad sellada (7), o la cavidad sellada (7) que se llena con un material cristalino líquido (10), y; - un primer electrodo óptico transparente (8) adyacente a la primera capa óptica termoplástica transparente (2), - un segundo electrodo óptico transparente (9) adyacente a la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y; - donde al menos la cavidad (7) está entre ambos electrodos ópticos transparentes (8, 9).

Description

DESCRIPCIÓN
Un dispositivo óptico termoplástico
Campo
La presente descripción se refiere a dispositivos ópticos curvos, en particular a dispositivos ópticos curvos que comprenden un líquido.
Antecedentes
La presbicia es un trastorno bien conocido en el que el ojo pierde la capacidad de enfocar a corta distancia y afecta a más de 2 mil millones de pacientes en todo el mundo. Las soluciones clásicas incluyen lentes pasivas tales como gafas de lectura, lentes progresivas o lentes de contacto multifocales. Sin embargo, estas lentes pasivas suelen tener un campo de visión limitado, un contraste reducido o tiempos de adaptación prolongados.
Por tanto, las lentes reenfocables, en las que puede cambiarse la distancia focal de una parte de la lente, han atraído mucha atención en este campo, ya que eliminarían muchos de los problemas conocidos. Aunque existen algunas soluciones optomecánicas, se prefieren las soluciones electroópticas ya que son más fáciles de reconfigurar, tienen un tiempo de respuesta más rápido y son mecánicamente más robustas. La mayoría de las soluciones electroópticas requieren una cavidad llena de uno o más líquidos y generalmente usan una implementación basada en cristal líquido. Si bien la tecnología de pantalla de cristal líquido es muy madura, ha resultado difícil encontrar una manera de integrar una lente de cristal líquido reenfocable en lentes oftálmicas, principalmente debido a la forma de menisco que generalmente tienen las lentes oftálmicas.
Por ejemplo, las lentes de cristal líquido reenfocables existentes se describen en el documento US 7,728,949. Esta patente describe lentes que constan de dos mitades de lente de plástico: una primera mitad de lente curvada con una estructura óptica difractiva/refractiva y una segunda mitad de lente. En ambas mitades de la lente se depositan electrodos transparentes. Las mitades de la lente se pegan juntas en toda la superficie, excepto en el área de la estructura óptica, con un adhesivo curable por UV. En la ubicación de la estructura óptica, un material cristalino líquido llena el espacio entre ambas mitades de la lente. En el estado desactivado, el cristal líquido tiene el mismo índice de refracción que el sustrato plástico de las mitades de la lente. Luego oculta la estructura difractiva/refractiva y no hay acción de la lente. Al aplicar un campo eléctrico entre las mitades de la lente, el índice de refracción del material cristalino líquido se modula y se vuelve diferente de la estructura óptica difractiva/refractiva subyacente, lo que conduce de ese modo a la acción de la lente.
El enfoque anterior, en el que la lente de cristal líquido se fabrica directamente en dos mitades de lente relativamente gruesas (>1 mm) tiene una serie de desventajas. Es muy difícil de fabricar en gran volumen porque una deposición conforme de la capa de electrodo sobre la superficie curva de la estructura óptica difractiva/refractiva es difícil de realizar y puede conducir a problemas de fiabilidad. La obtención de un sello rentable y estéticamente limpio mediante el uso de un proceso de llenado de una gota de última generación es difícil de realizar en lentes ultradelgadas, lo que impide la producción de gran volumen de este enfoque. La estructura óptica difractiva/refractiva puede tener una superficie plana, pero esto limita el diámetro máximo en los diseños típicos de lentes delgadas donde la lente plana necesita integrarse de alguna manera entre las superficies curvadas trasera y frontal. La estructura óptica de difracción/refracción puede curvarse, pero luego el cristal líquido puede derramarse durante el proceso, lo que ocasiona la contaminación de las superficies y una mala adhesión del pegamento. El relleno de la cavidad posterior a la adhesión es otra opción, pero puede dejar el canal, a través del cual se rellena la lente, visible y compromete la estética de la lente. Uno tiene que fabricar cada primordio de lente por separado, lo que limita el rendimiento. Dado que generalmente se requiere un cambio de distancia focal independiente de la polarización, se necesita usar una estructura de lente multicapa con cristales líquidos nemáticos, por ejemplo, dos capas con alineación ortogonal para ambas polarizaciones, o usar una sola capa combinada con un cristal líquido colestérico. El enfoque hace que sea realmente difícil crear una estructura de lente multicapa, lo que obliga al uso de cristal líquido colestérico para construir una lente independiente de polarización con una sola capa. Sin embargo, es conocido por los expertos en el estado de la técnica que es muy difícil controlar la turbidez de las capas colestéricas, particularmente capas gruesas, debido a las líneas de declinación y la gran energía interna de las capas colestéricas. Para evitar la turbidez de los cristales líquidos colestéricos, se debe reducir el grosor de la capa de cristal líquido, pero esto limita la altura del resplandor forzando el uso de un paso más corto de los resplandores en la estructura óptica difractiva/refractiva, aumentando de ese modo las aberraciones cromáticas. Como se dijo, las lentes multicapa que usan cristales líquidos nemáticos pueden dar como resultado una lente independiente de la polarización con menos turbidez, pero el enfoque propuesto conducirá a lentes con un gran grosor y muchos problemas de manipulación.
Otro enfoque para abordar los desafíos anteriores puede ser formar una capa de cristal líquido de película delgada primero en una superficie plana y luego incrustar esta superficie plana en lentes pasivas. Un intento se describe en el documento EP 1,428,063B1, que describe un método para construir insertos de lentes electrocrómicas basadas en cristal líquido. El enfoque descrito consiste en fabricar primero un dispositivo de cristal líquido sobre un sustrato plano. El dispositivo consta de dos sustratos opuestos frente a frente, sobre los que se depositan conductores transparentes, espaciados entre sí mediante el uso de espaciadores de bolas clásicos o partículas de polímero esféricas. El espacio se llena con una capa de cristal líquido y se sella a continuación. A continuación, el dispositivo plano se termoforma para integrarlo en los primordios de lente. El dispositivo descrito no tiene acción de lente, es decir, puede usarse para cambiar la transparencia de la lente, no la potencia óptica.
El documento EP2562593 describe una lente de borde previo que comprende dos sustratos planos o curvos que encierran un elemento óptico difractivo y una capa de cristal líquido. Los espaciadores se agregan en la periferia durante el ensamblaje de manera que no permanezcan en la lente después del bordeado.
Por tanto, existe la necesidad de un dispositivo óptico curvo con un perfil de fase sintonizable eléctricamente, por ejemplo, un cambio de longitud focal, de manera que este dispositivo puede fabricarse en masa de forma fiable. Resumen
En un primer aspecto, se describe un dispositivo óptico que comprende una primera capa termoplástica óptica transparente, una segunda capa termoplástica óptica transparente, y entre ambas capas termoplásticas, un elemento óptico difractivo adyacente a la primera capa termoplástica, un espaciador entre el elemento óptico difractivo y la segunda capa termoplástica y un borde que encierra el elemento óptico difractivo formando de ese modo una cavidad sellada. El dispositivo óptico contiene de ese modo una cavidad sellada formada por una primera capa termoplástica y una segunda capa termoplástica y un borde entre ambas capas termoplásticas. En el área que encierra el borde están presentes un elemento óptico difractivo y un espaciador. El borde puede comprender, alejado de la cavidad, una muesca que contiene un adhesivo en contacto con la segunda capa termoplástica. La cavidad de dicho dispositivo óptico se llena de un material cristalino líquido. En algunas modalidades, está presente un canal que se extiende a través del borde hacia la cavidad, cuyo canal que permite llenar la cavidad con el material cristalino líquido.
En una modalidad, el espaciador y el elemento óptico difractivo pueden apilarse uno sobre otro, de manera que esta pila mantenga una distancia controlada entre ambas capas termoplásticas. Para mejorar la alineación de un material cristalino líquido cuando está presente, la superficie del elemento óptico difractivo, que orienta hacia la segunda capa termoplástica, contiene ranuras submicrónicas configuradas como una capa de alineación para un material cristalino líquido. Además, puede estar presente una capa de alineación conforme que cubra al menos parte de las ranuras.
En otra modalidad, puede estar presente una capa de un material de aplanamiento, que cubre el elemento óptico difractivo y de manera que al menos parte del borde adyacente al elemento óptico difractivo se hace del material de aplanamiento. Ahora el espaciador, la capa de aplanamiento y el elemento óptico difractivo se apilan uno sobre otro, de manera que esta pila mantiene una distancia controlada entre ambas capas termoplásticas. Para mejorar la alineación de un material cristalino líquido cuando está presente, la superficie de esa parte de la capa de aplanamiento que cubre el elemento óptico difractivo, que orienta hacia la segunda capa termoplástica, contiene ranuras submicrónicas configuradas como una capa de alineación para un material cristalino líquido. Además, puede estar presente una capa de alineación conforme que cubra al menos parte de las ranuras. El borde puede comprender, alejado de la cavidad, una muesca ahora formada en el material de aplanamiento, de manera que la muesca contiene un adhesivo en contacto con la segunda capa termoplástica.
Preferiblemente el elemento óptico difractivo, el espaciador y el borde son de la misma composición de material, permitiendo formar estos componentes mediante nanoimpresión en la misma pila de capas.
El dispositivo óptico puede comprender además un primer electrodo óptico transparente adyacente a la primera capa termoplástica óptica transparente, un segundo electrodo óptico transparente adyacente a la segunda capa termoplástica óptica transparente, de manera que al menos la cavidad está entre ambos electrodos ópticos transparentes de manera que, cuando está en uso, se aplica un campo eléctrico al menos sobre el material cristalino líquido cuando está presente en la cavidad. El primer electrodo transparente puede colocarse entre el elemento óptico difractivo y la primera capa termoplástica óptica transparente, de manera que el elemento óptico difractivo y la cavidad están entre ambos electrodos). Alternativamente, el primer electrodo transparente está en la superficie del elemento óptico difractivo que orienta hacia la otra capa termoplástica óptica transparente.
Además, el dispositivo óptico puede ser curvado, es decir, ambas capas termoplásticas transparentes ópticas tienen una curvatura predeterminada.
En un segundo aspecto, se describe un instrumento óptico que comprende al menos un dispositivo óptico de acuerdo con el primer aspecto. El dispositivo óptico se configura para, cuando está en uso, sintonizar el perfil de fase de la luz hacia el ojo. Un ejemplo de tal instrumento óptico es una lente. El instrumento óptico puede contener más de un dispositivo óptico de acuerdo con el primer aspecto, por ejemplo, una pila de dos de tales dispositivos ópticos.
En un tercer aspecto se describe un método para fabricar un dispositivo óptico de acuerdo con el primer aspecto. Tal método de fabricación de este dispositivo óptico, comprende proporcionar una primera capa termoplástica óptica transparente, formar mediante nanoimpresión sobre la primera capa termoplástica óptica transparente, al menos uno de un espaciador, un elemento difractivo óptico y un borde que encierra el elemento difractivo óptico y el espaciador, y proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente formando de ese modo una cavidad sellada que contiene el espaciador y el elemento difractivo óptico de manera que el espaciador está entre el elemento difractivo óptico y la segunda capa termoplástica óptica transparente. Al realizar la nanoimpresión del espaciador, el elemento difractivo óptico y el borde que encierra el elemento difractivo óptico, puede formarse una muesca en el borde, alejada de la cavidad. Esta muesca se configura para contener un adhesivo en contacto con la segunda capa termoplástica, adhesivo que se proporciona en la muesca solo antes de que se aplique la segunda capa termoplástica óptica transparente.
Puede proporcionarse un material cristalino líquido sobre el elemento difractivo óptico, la cantidad del mismo se selecciona para llenar solo la cavidad sellada cuando se proporciona la segunda capa termoplástica óptica transparente. Este material cristalino líquido puede proporcionarse a la cavidad antes de que la segunda capa termoplástica óptica transparente cierre la cavidad. Alternativamente, este material cristalino líquido puede proporcionarse a la cavidad cerrada a través de un canal, formado al menos en la parte superior del borde, que se extiende a través del borde hacia la cavidad. Este canal se forma preferiblemente al nanoimprimir el borde.
En una modalidad, el espaciador, el elemento difractivo óptico y el borde que encierra el elemento difractivo óptico se forman por la misma pila de material. A ella se forma una capa de una composición de material sobre la primera capa óptica transparente y, en esta capa, el espaciador, el elemento óptico difractivo y el borde que encierra el elemento óptico difractivo se nanoimprimen, de manera que el espaciador y el elemento óptico difractivo se apilan uno sobre otro manteniendo de ese modo una distancia controlada entre ambas capas termoplásticas. Durante esta etapa de nanoimpresión, pueden formarse ranuras submicrométricas en la superficie del elemento difractivo óptico que orienta hacia la segunda capa termoplástica, estando configuradas las ranuras submicrométricas como una capa de alineación para un material cristalino líquido. Opcionalmente, puede depositarse una capa de alineación conforme (no se muestra) cubriendo al menos parte de las ranuras.
En otra modalidad, se proporciona una capa de material de aplanamiento que cubre de ese modo el elemento óptico difractivo y al menos parte del borde adyacente al elemento óptico difractivo. En esta capa de aplanamiento, el espaciador y parte del borde se nanoimprimen, de manera que el espaciador, la capa de aplanamiento y el elemento difractivo se apilan uno sobre otro, manteniendo de ese modo una distancia controlada entre ambas capas termoplásticas. Durante esta nanoimpresión, pueden formarse ranuras submicrométricas en la superficie de la capa de aplanamiento que orienta hacia la segunda capa termoplástica, estando configuradas las ranuras submicrométricas como una capa de alineación para un material cristalino líquido. Además, puede formarse una capa de alineación conforme que cubra al menos parte de las ranuras. Si el material de aplanamiento se extiende sobre el borde, la muesca se puede nanoimprimir en este material de aplanamiento.
El método puede comprender además formar un primer electrodo óptico transparente adyacente a la primera capa termoplástica óptica transparente, formar un segundo electrodo óptico transparente adyacente a la segunda capa óptica termoplástica transparente, de manera que al menos la cavidad está entre ambos electrodos ópticos transparentes.
Este método puede incluir la formación mediante nanoimpresión de una matriz de: un espaciador y un elemento difractivo óptico, ambos encerrados por un borde.
Si se forma una matriz de dispositivos ópticos, esta matriz se singulariza en dispositivos ópticos individuales. A continuación, el dispositivo óptico puede termoformarse, dándole de ese modo a cada capa termoplástica óptica transparente una curvatura predeterminada.
Puede formarse una pila de dos de tales dispositivos ópticos aplicando los métodos discutidos en este tercer aspecto. O bien fabricando una matriz de dispositivos ópticos y apilando dos dispositivos ópticos individuales. Opcionalmente, esta pila de dos dispositivos ópticos se termoforma, dándole de ese modo a cada capa termoplástica óptica transparente una curvatura predeterminada. Alternativamente, la secuencia del proceso discutida en este tercer aspecto puede repetirse tantas veces como el número de dispositivos ópticos que se incluirán en la pila. El método de fabricación comprende entonces fabricar un primer dispositivo óptico de acuerdo con el primer aspecto aplicando un método como se describe en este tercer aspecto, luego fabricar en el primer dispositivo óptico un segundo dispositivo óptico de acuerdo con el primer aspecto, de manera que la segunda capa termoplástica óptica transparente del primer dispositivo óptico sirve como la primera capa termoplástica óptica transparente del segundo dispositivo óptico. Si se forma una matriz, esta matriz se singulariza para producir la pila de dos dispositivos ópticos. Esta pila de dos dispositivos ópticos puede termoformarse a continuación, dándole de ese modo a cada capa termoplástica óptica transparente una curvatura predeterminada.
Dibujos
Para una mejor comprensión de la presente descripción, a continuación, se describen algunas modalidades ejemplares junto con las figuras adjuntas y la descripción de las figuras, en donde:
La Figura 1 ilustra un dispositivo óptico antes del termoformado de acuerdo con una modalidad.
La Figura 2 ilustra el dispositivo óptico de la Figura 1 después del termoformado de acuerdo con una modalidad. La Figura 3 ilustra un elemento óptico difractivo con superficie ranurada de acuerdo con una modalidad: (a) sección transversal, (b) vista superior de (a) con ranuras circulares, (c) vista superior de (a) con ranuras paralelas.
La Figura 4 ilustra un dispositivo óptico con capa de aplanamiento antes del termoformado de acuerdo con una modalidad.
La Figura 5 ilustra un instrumento óptico que contiene una pila de dispositivos ópticos de la Figura 2 de acuerdo con una modalidad.
La Figura 6 ilustra un instrumento óptico que contiene una pila de dispositivos ópticos de la Figura 4, cuando se termoforma, de acuerdo con una modalidad.
La Figura 7 (a) a (d) ilustran diferentes modalidades de un método de fabricación de un dispositivo óptico.
La Figura 8 (a) a (e) ilustra una modalidad preferida de un método de fabricación de un dispositivo óptico.
La Figura 9 (a) a (b) ilustra una modalidad de un método de fabricación de un dispositivo óptico: (a) vista lateral, (b) sección transversal horizontal A-A.
T l 1 r rí i - ri i n n r l l n m r r f r n i
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Descripción detallada
La presente descripción se describirá con respecto a modalidades particulares y con referencia a ciertos dibujos, pero la descripción no se limita a los mismos. Los dibujos descritos son solo esquemáticos y no limitativos. En los dibujos, el tamaño de algunos de los elementos puede exagerarse y no dibujarse a escala con fines ilustrativos. Las dimensiones y las dimensiones relativas no corresponden necesariamente a las reducciones reales a la práctica de la descripción.
Además, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción y en las reivindicaciones se usan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronológico. Los términos son intercambiables en circunstancias apropiadas y las modalidades de la descripción pueden operar en otras secuencias que las descritas o ilustradas en la presente descripción.
Además, los términos parte superior, parte inferior, superior, inferior y similares en la descripción y las reivindicaciones se usan con fines descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas. Los términos de ese modo usados son intercambiables en circunstancias apropiadas y las modalidades de la descripción descritas en la presente descripción pueden operar en otras orientaciones que las descritas o ilustradas en la presente descripción.
El término "que comprende", usado en las reivindicaciones, no debe interpretarse como restringido a los medios enumerados a continuación; no excluye otros elementos o etapas. Debe interpretarse como una especificación de la presencia de las características, números enteros, etapas o componentes indicados a los que se hace referencia, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas o componentes, o grupos de los mismos. Por lo tanto, el alcance de la expresión "un dispositivo que comprende los medios A y B" no debe limitarse a dispositivos que constan únicamente de los componentes A y B. Significa que, con respecto a la presente descripción, los únicos componentes relevantes del dispositivo son A y B.
En un primer aspecto se describe un dispositivo óptico (1) que comprende una primera capa termoplástica óptica transparente (2), una segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y entre ambas capas termoplásticas (2, 3), un elemento óptico difractivo (4) adyacente a la primera capa termoplástica (2), un espaciador (5) entre el elemento óptico difractivo (4) y la segunda capa termoplástica (3) y, un borde (6) que encierra el elemento óptico difractivo (4) de ese modo formando una cavidad (7). El dispositivo óptico (1) contiene de ese modo una cavidad sellada (7) formada por la primera capa termoplástica (2), la segunda capa termoplástica (3) y el borde (6) colocado entre ambas capas termoplásticas (2,3). Dentro de la zona de la cavidad rodeada por el borde, están presentes el elemento óptico difractivo (4) y el espaciador (5).
Un termoplástico, o plástico termoendurecible, es un material plástico, un polímero, que se vuelve flexible o moldeable por encima de una temperatura específica y solidifica al enfriarse. Preferiblemente, estas capas termoplásticas se hacen de polímeros que son ópticamente transparentes: es decir, que tienen una eficiencia de transmisión de luz entre el 5 y el 100 % en el espectro visual, por ejemplo, 400-700 nm. Algunos ejemplos son el tereftalato de polietileno, el triacetato de celulosa, el policarbonato de poliuretano transparente o los materiales de tiouretano usados para fabricar anteojos tales como Mitsui MR8. Las películas fabricadas con estos materiales pueden tener grosores que varían entre 5 y 1000 pm y normalmente resisten radios de curvatura de hasta 3 mm. El elemento óptico difractivo puede comprender una estructura difractiva tal como rejillas flameadas, lentes de Fresnel, axicones de Fresnel u otras estructuras que inducen un perfil de fase predeterminado en la luz transmitida. Un ejemplo de una implementación de tal dispositivo óptico (1) se muestra en la Figura 1. Como se describe en las modalidades a continuación, el dispositivo mostrado en la Figura 1 contiene además un par de electrodos ópticos transparentes (8, 9) en lados opuestos de la cavidad (7) colocados para aplicar un campo eléctrico sobre un material cristalino líquido (10) cuando está presente en la cavidad (7). Este dispositivo comprende además muescas (16), formadas en el borde (6), que contienen un adhesivo (15). La parte superior del dispositivo, con la segunda capa termoplástica óptica transparente (3) sobre la que se forma el segundo electrodo óptico transparente (9), se una de ese modo al borde (6) por este adhesivo (15).
Preferiblemente, se forma una muesca (16) en el borde (6). Cuando un material cristalino líquido (10) llena la cavidad (7) y un adhesivo (15) llena la muesca (16), ambos materiales quedan separados por la pared lateral del borde (6) adyacente al elemento óptico difractivo (4) como se ilustra en la Figura 1. Este espaciado evita el derrame y/o la contaminación cruzada al sellar la cavidad (7) al proporcionar la segunda capa termoplástica óptica transparente (3).
Como se discutió en el tercer aspecto, un canal (19) puede estar presente en el borde (6), dando paso a la cavidad (7) incluso después del cierre de la misma por la segunda capa termoplástica óptica transparente (3). La Figura 9 muestra una vista lateral y una sección transversal horizontal AA del mismo de un dispositivo óptico (1) que contiene dicho canal (19). En una modalidad, el canal (19) se extiende sobre todo el ancho del borde (6).
El material fluido que llena la cavidad (7) puede ser un material cristalino líquido, un material polimérico de índice de refracción variable, un colorante variable, un electrolito electrocrómico o una resina. Preferiblemente, el índice de refracción del material cristalino líquido (10) coincide con el índice de refracción del elemento óptico difractivo (4), el borde (6) y el adhesivo (15) al menos para uno de los estados del material cristalino líquido (10). Por ejemplo, el índice ordinario del conocido cristal líquido E7 es igual al pegamento UV NOA74.
Preferiblemente, el sustrato inferior que contiene la primera capa termoplástica óptica transparente (2), y cuando está presente el primer electrodo transparente óptico (8), y el sustrato superior que contiene la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y cuando está presente el segundo electrodo transparente óptico (9), están a una distancia fija (d) fijada por una pila de un espaciador (5) encima del elemento óptico difractivo (4) y, en paralelo, por el borde (6), ambas estructuras (5-4, 6) se colocan entre ambos sustratos como se ilustra en la Figura 1. Esta altura puede estar entre 10 nanómetros (nm) y 100 micrómetros (pm), normalmente entre 50 nm y 50 pm.
En una modalidad preferida, el borde (6), el espaciador (5) y el elemento óptico difractivo (4) tienen la misma composición de material (12). Por ejemplo, el espaciador (5), el elemento óptico difractivo (4) y el borde (6) pueden estar hechos de un monómero de alto índice de refracción tal como diacrilato de bisfenol flúor o pegamentos UV de alto índice de refracción tales como NOA 1625 o NOA 164.
Como se describe a continuación, el borde (6), el espaciador (5) y el elemento óptico difractivo (4) pueden formarse mediante el uso de tecnología de nanoimpresión a partir de la misma capa (18), teniendo esta composición de material (12), presente en el sustrato inferior.
Preferiblemente, la superficie del elemento óptico difractivo (4), cuya superficie se orienta hacia la segunda capa termoplástica (3) contiene ranuras submicrónicas (14) configuradas como una capa de alineación (11) para un material cristalino líquido (10). Durante el funcionamiento del dispositivo (1) estas ranuras ayudan a orientar los cristales líquidos presentes en la cavidad (7). Preferiblemente, otra capa de alineación (11) también está presente en el lado de la cavidad (7) adyacente al segundo electrodo transparente óptico (3) que orienta hacia la superficie ranurada. La Figura 3 (a) es una vista en sección transversal que muestra cómo están presentes estas ranuras (14) en la superficie tridimensional del elemento óptico difractivo (4). La Figura 3 (b) da una vista superior de esta superficie cuando las ranuras tienen un patrón circular, mientras que la Figura 3 (c) da una vista superior de esta superficie cuando las ranuras tienen un patrón paralelo. En la Figura 3 también puede observarse que en esta modalidad el espaciador (5) en la parte superior del elemento óptico difractivo (4) y el elemento óptico difractivo (4) se forman del mismo material que se discutió en los párrafos anteriores.
Estas ranuras pueden crearse al formar el elemento óptico difractivo (4) mediante nanoimpresión como se discutió en los párrafos anteriores. El molde usado en el proceso de nanoimpresión contiene no solo la forma negativa del borde (6), el espaciador (5) y el elemento óptico difractivo (4), sino su superficie interna, al menos en la ubicación de la forma del elemento óptico difractivo (4), contiene ranuras en, por ejemplo, un patrón circular o rectangular. Este enfoque permite formar estas 4 características (4, 5, 6, 14) de forma integral. Y.J. Liu y otros describen la formación de tales patrones de alineación mediante el uso de tecnología de nanoimpresión en 'Nanoimprinted ultrafine line and space nano-gratings for liquid crystal alignment', al igual que R. Lin y otros en 'Molecular-Scale Soft Imprint Lithography for Alignment'.
Las propiedades de alineación del material cristalino líquido (10) no solo se determinan por la geometría de las ranuras (14) mismas, sino también por el material que constituye el elemento óptico difractivo (4) en el que se forman las ranuras. Si se usa otro material para la misma configuración de las ranuras, puede formarse una capa de alineación conforme adicional (20) (no se muestra) superpuesta a estas ranuras (14) para proporcionar diferentes propiedades de alineación del material. Por ejemplo, podría recubrirse una capa de alineación homeotrópica, superponiendo al menos algunas de las ranuras si el material del elemento óptico difractivo alinea las moléculas de cristal líquido de forma plana. Esta capa de alineación conforme (20) puede cubrir la superficie ranurada completa del elemento óptico difractivo (4). Alternativamente, solo una parte de esta superficie ranurada puede cubrirse con esta capa adicional de alineación conforme permitiendo aprovechar la diferencia en las propiedades de alineación del material entre la capa adicional de alineación conforme (20) (no se muestra) y el elemento óptico difractivo (4). Una capa (13) de un material de aplanamiento (17) puede estar presente dentro de la cavidad (7) en la parte superior del elemento óptico difractivo (4) como se ilustra en la Figura 4. Similar a la implementación ilustrada por la Figura 3, una capa de alineación (11) puede estar presente en el fondo de la cavidad (7), mediante ranuras (14) formadas en la superficie de la capa de aplanamiento (13), cuya superficie se orienta hacia la segunda capa termoplástica (3). Durante el funcionamiento del dispositivo (1) estas ranuras ayudan a orientar los cristales líquidos presentes en la cavidad (7). Preferiblemente, otra capa de alineación (11) también está presente en el lado de la cavidad (7) adyacente al segundo electrodo óptico transparente (3), que orienta hacia de ese modo la superficie ranurada.
Las propiedades de alineación del material cristalino líquido (10) no sólo se determinan por la geometría de las ranuras (14) mismas, sino también por el material que constituye la capa de aplanamiento (13) en la que se forman las ranuras. Si se usa otro material para la misma configuración de las ranuras, puede formarse una capa de alineación conforme adicional (20) (no se muestra) superpuesta a estas ranuras (14) para proporcionar diferentes propiedades de alineación del material. Por ejemplo, podría recubrirse una capa de alineación homeotrópica, superponiendo al menos algunas de las ranuras si el material del elemento óptico difractivo alinea las moléculas de cristal líquido de forma plana. Esta capa de alineación conforme puede cubrir la superficie ranurada completa de la capa de aplanamiento (13). Alternativamente, solo una parte de esta superficie ranurada puede cubrirse con esta capa de alineación conforme adicional, lo que permite aprovechar la diferencia en las propiedades de alineación del material entre la capa de alineación conforme adicional (20) (no se muestra) y la capa de aplanamiento (13).
Los materiales (12, 17) del elemento óptico difractivo (4) y la capa de aplanamiento (13) respectivamente, al menos en su interfaz, pueden tener el mismo índice de refracción. Además, la constante dieléctrica en campos eléctricos de baja frecuencia (por ejemplo, 1 Hz -10 kHz) de estos materiales (12,17) pueden diferir.
Este material de aplanamiento (17) también puede usarse para formar la parte superior del borde (6). Si está presente una muesca (16), se forma en este material de aplanamiento (17) como se ilustra en la Figura 4. En comparación con el dispositivo óptico (1) ilustrado por la Figura 1, en el dispositivo óptico (1) de la Figura 4 la cavidad (7) se bordea por este material de aplanamiento (17) en su parte inferior y lados, y en su parte superior por el sustrato superior que contiene la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y cuando está presente el segundo electrodo transparente óptico (9).
En la implementación ilustrada por la Figura 4, el sustrato inferior que contiene la primera capa termoplástica óptica transparente (2), y cuando está presente el primer electrodo transparente óptico (8), y el sustrato superior que contiene la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y cuando está presente el segundo electrodo transparente óptico (9), están a una distancia fija (d) fijada por la pila de un espaciador (5) en la parte superior de la capa de aplanamiento (13) que cubre el elemento óptico difractivo (4) y, en paralelo, por el borde (6), ambas estructuras (4-5-13, 6) se colocan entre ambos sustratos como se ilustra en la Figura 4. Esta altura puede estar entre 10 nanómetros (nm) y 100 micrómetros (pm), normalmente entre 50 nm y 50 pm.
Como se describe a continuación, el espaciador (5) y, si está presente, la muesca (16), pueden formarse en la capa de aplanamiento (13) y superponer el sustrato inferior mediante el uso de tecnología de nanoimpresión. Al realizar la nanoimpresión del espaciador (5) se forma la cavidad (7). Nuevamente, cuando un material cristalino líquido (10) llena la cavidad (7) y un adhesivo (15) llena la muesca (16), ambos materiales quedan separados por la pared lateral del borde (7) adyacente al elemento óptico difractivo (7) como se ilustra en la Figura 4. Este espaciado evita el derrame y/o la contaminación cruzada al sellar la cavidad (7) al proporcionar la segunda capa termoplástica óptica transparente (3).
Un dispositivo óptico (1) como se ilustra en la Figura 1 o Figura 3 es un dispositivo plano. Si se desea, puede obtenerse una versión curva del mismo sometiendo el dispositivo óptico (1) a un proceso de termoformado como se discutirá en el tercer aspecto de esta descripción. Preferiblemente, el dispositivo óptico (1) se curva esféricamente. Entonces puede obtenerse una curvatura predeterminada de las capas termoplásticas (2, 3) y por lo tanto del dispositivo óptico (1) como se ilustra en la Figura 2. Tal dispositivo óptico curvo (1) puede usarse, entre otras cosas, como inserto de lente, como se discutirá en el segundo aspecto de esta descripción.
Como ya se muestra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 4, el dispositivo óptico (1) puede contener además un par de electrodos ópticos transparentes (8, 9) en lados opuestos de la cavidad (7). Preferiblemente, un primer electrodo óptico transparente (8) está presente adyacente a la primera capa óptica termoplástica transparente (2), mientras que un segundo electrodo óptico transparente (9) está presente adyacente a la segunda capa óptica termoplástica transparente (3), de manera que el elemento óptico difractivo (4) está entre ambos electrodos ópticos transparentes (8,9).
El segundo electrodo óptico transparente (9) se encuentra normalmente en la segunda capa termoplástica óptica transparente (3) en el lado de la cavidad (7) como se ilustra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 4. El primer electrodo óptico transparente (8) puede estar presente entre el elemento óptico difractivo (4) y la primera capa termoplástica óptica transparente (2) como se ilustra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 4. Si está presente una capa de aplanamiento (13), como se ilustra en la Figura 4, este primer electrodo óptico transparente (8) puede estar presente entre esta capa de aplanamiento (13) y el elemento óptico difractivo (4).
La configuración del electrodo (8,9) puede permitir que se aplique un campo eléctrico no uniforme sobre el material cristalino líquido (10) cuando está presente en la cavidad (7). A tal efecto, el primer electrodo óptico transparente (8) se sitúa en la parte superior del elemento óptico difractivo (4) cerca de la cavidad. Si el primer electrodo óptico transparente (8) se ubica entre el elemento óptico difractivo (4) y la primera capa termoplástica óptica transparente (2) como se ilustra en la Figura 1, Figura 2 y Figura 4, se va a usar una capa de aplanamiento (17) que tiene una constante dieléctrica que difiere de la constante dieléctrica del elemento óptico difractivo (4).
Los electrodos ópticos transparentes pueden estar hechos de materiales tales como Óxido de Indio y Estaño (ITO), nanocables de plata ClearOhm® o tintas AGFA Orgacon. Debido a la fragilidad del ITO, pueden usarse materiales menos rígidos y más flexibles tales como PEDOT: PSS, grafeno, nanotubos de carbono o nanocables de plata. Los electrodos ópticos transparentes (8, 9) pueden modelarse para dirigirse individualmente a diferentes zonas del elemento óptico difractivo (4). Estos electrodos también pueden modelarse para reducir la capacidad total, por ejemplo, teniendo solo electrodos dentro del área del elemento óptico difractivo (4) o para separar el electrodo dentro de esta área del electrodo dentro del área del borde (6).
En un segundo aspecto de esta descripción, los dispositivos ópticos (1) descritos en el aspecto anterior se usan en instrumentos ópticos. Cuando se inserta en un instrumento óptico, el dispositivo óptico (1) se configura para sintonizar el perfil de fase de la luz hacia el ojo.
Un instrumento óptico de este tipo puede ser una lente, donde el dispositivo óptico se usa como un inserto de lente. Al considerar las aplicaciones oftálmicas, la lente puede ser una lente para anteojos, una lente de contacto o una lente intraocular. Dado que tanto las lentes de anteojos como las lentes de contacto tienen generalmente una forma de menisco, el dispositivo óptico puede integrarse más fácilmente en la lente, cuando el dispositivo óptico (1) también se curva con una curvatura sustancialmente igual que la curvatura de la lente en la cual necesita integrarse. Normalmente, el dispositivo óptico se curvará entonces en dos direcciones ortogonales. Para lentes intraoculares, puede integrarse un dispositivo óptico curvo o plano.
Dichos instrumentos ópticos pueden contener más de un dispositivo óptico (1). Estos dispositivos ópticos (1,1') pueden apilarse. Apilando varios dispositivos ópticos (1,1'), pueden combinarse las propiedades electroópticas de los dispositivos ópticos individuales. Por ejemplo, dos dispositivos llenos de cristal líquido nemático, pero con una alineación ortogonal pueden conducir a una lente sintonizable independiente de la polarización.
En las implementaciones ilustradas por la Figura 5 y Figura 6, se apilan los dispositivos ópticos (1, 1') respectivamente sin y con capa de aplanamiento (13, 13').
En un tercer aspecto se describen métodos para fabricar dispositivos ópticos de acuerdo con el primer aspecto. Tales métodos (100) de fabricación del dispositivo óptico (1), comprenden (30) proporcionar una primera capa termoplástica óptica transparente (2), (40) formar mediante nanoimpresión sobre la primera capa termoplástica óptica transparente (2), al menos uno de un espaciador (5), un elemento difractivo óptico (4) y un borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) y el espaciador (5), y, (50) proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente (3) de ese modo formando una cavidad (7) que contiene el espaciador (5) y el elemento difractivo óptico (4) de manera que el espaciador (5) está entre el elemento difractivo óptico (4) y la segunda capa termoplástica óptica transparente (2). Este método se ilustra en la Figura 7 (a).
La tecnología de nanoimpresión es una tecnología de creación de patrones más simple, de menor costo y de alto rendimiento en comparación con la creación de patrones litográficos que se usa en la tecnología de fabricación de semiconductores y paneles planos. Como se describe, entre otras cosas, en 'A review of roll-to-roll nanoimprint lithography', por Kooy y otros en Nanoscale Research Letters 2014, la litografía de nanoimpresión implica el uso de un molde prefabricado que contiene una inversa del patrón deseado. Este molde se presiona en un sustrato recubierto de polímero de manera que el patrón se replica en el polímero mediante deformación mecánica del mismo. Después de la deformación, el patrón se fija mediante el uso de un proceso térmico sobre el polímero deformado o exponiendo el polímero deformado a la luz ultravioleta, lo que da como resultado un endurecimiento del patrón nanoimpreso. A continuación, se retira el molde. El patrón inverso puede corresponder a una única estructura a formar. La formación de una matriz de estructuras en el polímero requiere repetir el proceso de nanoimpresión tantas veces como sea necesario el número de estructuras. El rendimiento puede aumentarse si el molde contiene una matriz del patrón inverso, de manera que durante una única nanoimpresión se forma simultáneamente el número deseado de estructuras en el mismo polímero.
Las implementaciones de este método (100) se ilustran adicionalmente en la Figura 7 (b) a (d). La Figura 7 (b) ilustra la implementación mediante la cual el espaciador (5), el elemento óptico difractivo (4) y el borde (6) que encierra el elemento óptico difractivo (4) se forman mediante tecnología de nanoimpresión (40). Como se ilustra en la Figura 7 (c), en dicha implementación puede proporcionarse (41) una capa (18) de una composición de material (12) en la primera capa óptica transparente (2) o, si está presente, en el primer electrodo óptico transparente (8). En esta capa (18) el espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) se nanoimprimen (42) de manera que todos estos elementos tienen la misma composición de material. El espaciador (5) y el elemento difractivo óptico (4) se apilan uno sobre otro, manteniendo de ese modo una distancia controlada (d) entre ambas capas termoplásticas (2,3). La Figura 7 (d) ilustra la implementación mediante la cual después de nanoimprimir el espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) se proporciona (71) una capa de aplanamiento (13). En esta capa de aplanamiento (13) el espaciador (5) y por tanto la cavidad (7) se forma mediante otro proceso de nanoimpresión (72).
Como se discutió en el primer aspecto, la superficie inferior de la cavidad (7), ya sea la superficie del elemento óptico difractivo (4) o la superficie de la capa de aplanamiento (13) que cubre este elemento óptico (1), puede ranurarse durante el respectivo proceso de nanoimpresión (32, 62) formando de ese modo una capa de alineación (11) para un material cristalino líquido (10).
Asimismo, puede formarse una muesca (16) en el borde (5), alejada de la cavidad (7). Si se usa un proceso de nanoimpresión desde el borde (5), esta muesca (16) también puede formarse durante este proceso de nanoimpresión (32, 62).
Los métodos (100) discutidos en los párrafos anteriores pueden comprender además formar un primer electrodo óptico transparente (8) adyacente a la primera capa termoplástica óptica transparente (2), formar un segundo electrodo óptico transparente (9) adyacente a la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), de manera que al menos la cavidad (7) está entre ambos electrodos ópticos transparentes (8).
El sustrato inferior que comprende sobre la primera capa termoplástica óptica transparente (2), el espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6), opcionalmente la muesca (16) en el borde (6) se une a sustrato superior que comprende la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), proporcionando, antes de proporcionar la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), un adhesivo (15) sólo en la muesca (16).
Aunque en los métodos discutidos anteriormente, se describió la fabricación de un único dispositivo óptico (1), pueden fabricarse múltiples dispositivos ópticos (1,1') mediante el uso de técnicas de fabricación de semiconductores o pantallas planas. En lugar de formar, por ejemplo, mediante nanoimpresión en una capa (12), una única configuración de un espaciador (5) y un elemento difractivo óptico (4), encerrados por un borde (6), puede formarse una matriz de tales combinaciones, ya sea en paralelo o secuencialmente, resultando en una matriz de: un espaciador (5) y un elemento difractivo óptico (4), encerrados por un borde (6). Pueden extraerse uno o varios dispositivos de la matriz, por ejemplo, mediante perforación o corte por láser.
Como se ilustra en la Figura 7 (b), después de proporcionar la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), se obtiene un dispositivo óptico plano (1) como se ilustra en la Figura 1 o Figura 4. Este dispositivo óptico plano (1) puede luego someterse a un proceso de termoformado que da como resultado un dispositivo óptico curvo (1) como se ilustra en la Figura 2, de manera que cada capa termoplástica óptica transparente (2, 3) tiene una curvatura predeterminada. Durante el proceso de termoformado, el dispositivo óptico (1) se coloca en un molde y se calienta hasta que se alcanza al menos la temperatura de transición vítrea Tg de las capas termoplásticas transparentes ópticas (2,3) de manera que la fuerza mecánica aplicada permite que las capas termoplásticas asuman la forma del molde. A continuación, el molde se cierra y se enfría por debajo de esta temperatura de transición vítrea Tg para fijar la forma de las capas termoplásticas deformadas. A continuación, el dispositivo óptico (1), ahora curvado, se desprende del molde. Alternativamente, el dispositivo óptico puede sujetarse por sus lados en un molde de un solo lado mientras se calienta. Durante el proceso de termoformado, el dispositivo óptico puede llevarse a la forma deseada creando una diferencia de presión sobre el dispositivo óptico (1). Esta diferencia de presión puede obtenerse creando un vacío entre el dispositivo óptico o el molde, o creando una atmósfera de mayor presión sobre el dispositivo que entre el dispositivo y el molde.
También pueden apilarse dispositivos ópticos (1, 1') uno encima del otro. En una implementación se fabrican dos dispositivos ópticos (1, 1'), como se discutió en los párrafos anteriores de este tercer aspecto. Ambos dispositivos ópticos (1, 1') se apilan. Esta pila de dispositivos ópticos (1, 1') se somete luego a un proceso de termoformado que da como resultado un dispositivo óptico curvo (1) como se ilustra en la Figura 5 o Figura 6, de manera que cada capa termoplástica óptica transparente (2, 3) tiene una curvatura predeterminada. En otra implementación, dicha pila de dispositivos ópticos (1,1') se forma fabricando un dispositivo óptico (1') encima de otro dispositivo óptico (1). En esta implementación se fabrica un primer dispositivo óptico (1) como se discutió en los párrafos anteriores de este tercer aspecto. En la parte superior de este dispositivo óptico (1) se fabrica un segundo dispositivo óptico (1') como se discutió en los párrafos anteriores de este tercer aspecto. En lugar de proporcionar una primera capa termoplástica óptica transparente (2') para este segundo dispositivo óptico (1'), puede usarse la segunda capa termoplástica óptica transparente (3) del primer dispositivo óptico (1) como la primera capa termoplástica óptica transparente (2') del segundo dispositivo óptico (1'). Una vez fabricado el segundo dispositivo óptico (1'), se apila sobre el primer dispositivo óptico (1). A continuación, la pila de dos dispositivos ópticos (1, 1') se termoforma, dando de ese modo a cada capa termoplástica óptica transparente (2, 3, 2', 3') una curvatura predeterminada.
En la Figura 8 (a) a (d), se muestra una implementación de este método dando como resultado el dispositivo óptico (1) ilustrado mediante la Figura 1. Preferiblemente, el dispositivo óptico se fabrica en una fábrica de semiconductores o pantallas planas que permite explotar el proceso de fabricación permitiendo la producción a escala masiva del dispositivo óptico (1) comparable a la fabricación de circuitos semiconductores o pantallas planas.
Como una primera etapa ilustrada por la Figura 8 (a), la primera capa termoplástica óptica transparente (2) se forma sobre un soporte temporal (se muestra). La mayoría de los equipos de proceso de semiconductores o paneles planos se configuran para manipular paneles rígidos u obleas que tienen un diámetro de 10 cm o más. El uso de un soporte mecánico temporal de este tipo, sobre el que se forman los diferentes elementos del dispositivo óptico (1), permite usar este tipo de equipos que resultan en un proceso de fabricación rentable y fiable. También asegura que la capa o película termoplástica transparente óptica (2) permanezca plana durante el procesamiento del dispositivo óptico (1), reduciendo de ese modo la variación de grosor total sobre la matriz de dispositivos ópticos (1) fabricados. La variación de grosor reducida es importante para las etapas posteriores del proceso, tales como, por ejemplo, la litografía y el proceso de llenado de una gota para proporcionar el adhesivo (15) y/o el material cristalino líquido (10) al llenar respectivamente la muesca (16) y la cavidad (7) sin derrames. Gracias al tamaño del soporte mecánico temporal, pueden fabricarse varios dispositivos ópticos (1) en un solo soporte, lo que permite un gran rendimiento y, por lo tanto, un menor costo por dispositivo óptico (1).
La primera película termoplástica transparente óptica (2) puede formarse sobre el soporte mediante laminación. Normalmente, la película laminada (2) tiene un grosor de entre 5 um y 1000 um. Alternativamente, puede depositarse un material termoplástico en forma líquida sobre el soporte. A continuación, el material líquido puede curarse térmicamente o con UV, formando de ese modo la primera película termoplástica transparente óptica (2). De cualquier manera, puede ser necesario un adhesivo temporal para unir la primera película termoplástica transparente óptica (2) al soporte, permitiendo liberar el dispositivo óptico (1) del soporte temporal después de completar el procesamiento. Las soluciones de soporte temporal están disponibles en compañías tales como TOK, Brewer Science, 3M, Nitto, etcétera. En algunos casos, la película (2) se fija aplicando un vacío entre la película y el soporte.
Sobre la primera capa termoplástica óptica transparente (2), se forma una película conductora transparente para fabricar el primer electrodo óptico transparente (8) como se muestra en la Figura 8 (b).
Sobre el primer electrodo óptico transparente (8), se forma el borde (6), el elemento óptico difractivo (4) y un espaciador (5). Como se ilustra en la Figura 8 (b) se forma una capa (18) de una composición de material (12) sobre el primer electrodo óptico transparente (8). Mediante el uso de tecnología de nanoimpresión, en esta capa (18) se forman el borde (6), el elemento óptico difractivo (4) y un espaciador (5) como se muestra en la Figura 8 (c), creando de ese modo una cavidad (7) en la ubicación del elemento óptico difractivo (4). Esta capa (18) puede ser una sola capa o una pila de capas, de manera que cada capa puede tener una composición de material diferente.
Se forma una capa de alineación (11) en el fondo de la cavidad (7) para controlar la orientación del material cristalino líquido (10) cuando está presente en la cavidad (7). Esta capa de alineación (11) puede crearse formando ranuras submicrónicas en la superficie de la estructura óptica difractiva (4) durante el proceso de nanoimpresión. La Figura 3 ilustra un patrón circular y rectangular de ranuras en la superficie superior de la estructura óptica difractiva (4).
La cavidad (7) puede llenarse y completarse mediante un proceso de llenado de una gota que comienza con la dispensación de material cristalino líquido (10) en un volumen microdispensado que coincide con el volumen de la cavidad (7). Posteriormente, el adhesivo (15) se distribuye en la muesca (16) presente en el borde (6), preferiblemente mediante el uso de un proceso de distribución o serigrafía como se ilustra en la Figura 8 (d). Normalmente, el adhesivo (15) puede ser un pegamento UV transparente, un pegamento térmico transparente o una combinación de ambos. El borde minimiza la contaminación cruzada entre la parte adhesiva, es decir, la muesca, y la parte electroactiva, es decir, la cavidad (7), al tiempo que crea una línea clara entre ambas partes.
Mientras que las etapas anteriores describen la formación de la parte inferior o sustrato del dispositivo óptico (1), la parte superior o sustrato del dispositivo óptico (1) se forma formando la segunda capa termoplástica óptica transparente (3) sobre otro soporte temporal (no se muestra). La segunda película termoplástica transparente óptica (3) puede formarse sobre este soporte mediante laminación. Normalmente, la película laminada (3) tiene un grosor de entre 5 um y 1000 um. Alternativamente, puede depositarse un material termoplástico en forma líquida sobre el soporte. A continuación, el material líquido puede curarse con UV o térmicamente, formando de ese modo la primera película termoplástica transparente óptica (3). De cualquier manera, puede ser necesario un adhesivo temporal para unir la segunda película termoplástica transparente óptica (3) al soporte, permitiendo liberar el dispositivo óptico (1) del soporte temporal después de completar el procesamiento. Las soluciones de soporte temporal están disponibles en empresas tales como TOK, BrewerScience, 3M, Nitto, etcétera. En algunos casos, la película (2) se fija aplicando un vacío entre la película y el soporte.
Sobre la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), se forma una película conductora transparente para fabricar el segundo electrodo óptico transparente (9). Esta película conductora puede ser ITO. Debido a la fragilidad del ITO, pueden usarse materiales menos rígidos y más flexibles tales como PEDOT: PSS, grafeno, nanotubos de carbono o nanocables de plata. Sobre este segundo electrodo óptico transparente (9) se forma otra capa de alineación (11) para controlar la orientación del material cristalino líquido (10) cuando está presente en la cavidad (7). Para completar el proceso de llenado de una gota como se describe anteriormente, este sustrato superior se lamina sobre el sustrato inferior mediante el uso de una etapa de laminación al vacío como se ilustra en la Figura 8 (d). La capa de pegamento (15) se cura, por ejemplo, mediante una etapa de UV y/o una etapa térmica. De esta forma se asegura que se obtenga una cavidad (7) completamente cerrada sin interrupción del sello.
Después de laminar ambos sustratos, los soportes temporales se pueden quitar por desunión. La matriz de dispositivos ópticos (1) de ese modo formada se divide en dispositivos ópticos planos individuales (1) como se muestra en la Figura 1. Este dispositivo óptico plano (1) puede entonces curvarse mediante termoformado como se discutió anteriormente.
Un método alternativo para llenar la cavidad (7) con el material cristalino líquido (10) es crear durante la nanoimpresión un canal (19) al menos en la parte superior del borde (6). La Figura 9 ilustra un dispositivo óptico (1) que tiene un canal (19) no solo en la parte superior, sino que se extiende por toda la altura h del borde. El material cristalino líquido (10) se proporciona después de cerrar la cavidad (7) aplicando la segunda capa termoplástica óptica transparente (3). La cavidad cerrada (7) de los dispositivos ópticos individuales (1) puede entonces rellenarse con el material cristalino líquido (10).
Además, la matriz de dispositivos ópticos (1) también puede termoformarse simultáneamente mediante cualquiera de las técnicas mencionadas anteriormente con un molde apropiado. Después del termoformado, la matriz se corta en cubitos produciendo los dispositivos ópticos individuales (1, 1').

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. (modificado) Un dispositivo óptico (1), que comprende:
- una primera capa termoplástica óptica transparente (2),
- una segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y;
entre ambas capas termoplásticas (2,3)
o un elemento óptico difractivo (4) adyacente a la primera capa termoplástica (2),
o un espaciador (5) entre el elemento óptico difractivo (4) y la segunda capa termoplástica (3), o un borde (6) que encierra el elemento óptico difractivo (4) formando de ese modo una cavidad sellada (7),
o la cavidad sellada (7) que se llena con un material cristalino líquido (10), y;
- un primer electrodo óptico transparente (8) adyacente a la primera capa óptica termoplástica transparente (2),
- un segundo electrodo óptico transparente (9) adyacente a la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y;
- donde al menos la cavidad (7) está entre ambos electrodos ópticos transparentes (8, 9)
2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
el elemento óptico difractivo (4), el espaciador (5) y el borde (6) tienen la misma composición de material (12).
3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde:
ambas capas termoplásticas transparentes ópticas (2,3) están curvadas.
4. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:
el borde (6) comprende, alejada de la cavidad (7), una muesca (16) que contiene un adhesivo (15) en contacto con la segunda capa termoplástica (3).
5. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende, además:
- una capa (13) de un material de aplanamiento (17) que cubre el elemento óptico difractivo (4) y de manera que al menos parte del borde (6) adyacente al elemento óptico difractivo (4) se hace de material de aplanamiento (17), y;
- el espaciador (5), la capa de aplanamiento (13) y el elemento óptico difractivo (4) se apilan uno sobre otro, manteniendo de ese modo una distancia controlada (d) entre ambas capas termoplásticas (2, 3).
6. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, en donde:
el borde (6) comprende, alejada de la cavidad (7), una muesca (16) formada en el material de aplanamiento (17), la muesca que contiene un adhesivo (15) en contacto con la segunda capa termoplástica (3).
7. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:
un canal (19) que se extiende a través del borde (6) hacia la cavidad (7).
8. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:
el primer electrodo transparente (8) está entre el elemento óptico difractivo (4) y la primera capa termoplástica óptica transparente (2).
9. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde:
el primer electrodo transparente (8) está sobre la superficie del elemento óptico difractivo (4) y orienta hacia la otra capa termoplástica óptica transparente (3).
10. Un instrumento óptico (15) que comprende:
al menos un dispositivo óptico (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
11. Un método de fabricación de un dispositivo óptico (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el método que comprende:
- proporcionar una primera capa termoplástica óptica transparente (2),
- formar mediante nanoimpresión sobre la primera capa termoplástica óptica transparente (2), al menos uno de un espaciador (5), un elemento difractivo óptico (4) y un borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) y el espaciador (5) y;
- proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente (3) formando de ese modo una cavidad sellada (7) que contiene el espaciador (5) y el elemento difractivo óptico (4) de manera que el espaciador (5) está entre el elemento difractivo óptico (4) y la segunda capa termoplástica óptica transparente (2),
- la cavidad sellada (7) que se llena con un material cristalino líquido (10),
- formar un primer electrodo óptico transparente (8) adyacente a la primera capa termoplástica óptica transparente (2),
- formar un segundo electrodo óptico transparente (9) adyacente a la segunda capa termoplástica óptica transparente (3), y;
- de manera que al menos la cavidad (7) está entre ambos electrodos ópticos transparentes (8).
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la formación mediante nanoimpresión del espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) comprende:
- proporcionar una capa (18) de una composición de material (12) sobre la primera capa óptica transparente (2), y
- nanoimprimir en la capa (18) el espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4), de manera que el espaciador (5) y el elemento difractivo óptico (4) se apilan uno sobre otro manteniendo de ese modo una distancia controlada (d) entre ambas capas termoplásticas (2,3).
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, que comprende, además:
termoformar el dispositivo óptico (1) dando de ese modo a cada capa termoplástica óptica transparente (2, 3) una curvatura predeterminada.
14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde la nanoimpresión comprende, además:
formar, al menos en la parte superior del borde (6), un canal (19) que se extiende a través del borde (6) hacia la cavidad (7).
15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde la formación mediante nanoimpresión del espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) comprende, además:
formar en el borde (5), alejada de la cavidad (7), una muesca (16) para contener un adhesivo (15) en contacto con la segunda capa termoplástica (3), y,
que comprende, además:
proporcionar, antes de proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente (3), un adhesivo (15) sólo en la muesca (16).
16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende, además, antes de proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente (3):
- proporcionar una capa (13) de material de aplanamiento (17) cubriendo de ese modo el elemento óptico difractivo (4) y al menos parte del borde (6) adyacente al elemento óptico difractivo (4),
- nanoimprimir en la capa de aplanamiento (13) el espaciador (4) y parte del borde, y;
- de manera que el espaciador (5), la capa de aplanamiento (13) y el elemento difractivo (4) se apilan uno sobre otro manteniendo de ese modo una distancia controlada (d) entre ambas capas termoplásticas (2,3).
17. El método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde la formación mediante nanoimpresión del espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) comprende:
formar en la capa de aplanamiento (13), alejada de la cavidad (7), una muesca (16) para
contener un adhesivo (15) en contacto con la segunda capa termoplástica (3), y que comprende, además: proporcionar, antes de proporcionar una segunda capa termoplástica óptica transparente (3), un adhesivo (15) sólo en la muesca (16).
18. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en donde la formación mediante nanoimpresión del espaciador (5), el elemento difractivo óptico (4) y el borde (6) que encierra el elemento difractivo óptico (4) comprende:
formar una matriz de: un espaciador (5) y un elemento difractivo óptico (4), encerrados por un borde (6).
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