JP2023514001A - ナノボイド化ポリマーのテンプレート合成 - Google Patents

Abstract

ボイド化ポリマーを形成する方法は、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む重合性組成物を形成すること、重合性組成物のコーティングを形成すること、コーティングを処理して、複数の画定された領域に固体相を有する硬化ポリマー材料を形成すること、および硬化ポリマー材料から固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成することを含む。【選択図】図５

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２０年２月４日に出願された米国仮特許出願第６２／９６９，９６７号および２０２０年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／０５１，５７３号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下での優先権の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

ポリマー材料は、能動式光学系と受動式光学系および電気活性デバイスを含む、様々な異なる光学および電気光学的デバイスアーキテクチャに組み込むことができる。例えば、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料は、電場の影響下でその形状を変化させることができる。ＥＡＰ材料は、作動、検知、および／またはエネルギーハーベスティングを含む様々な技術での使用が調査されている。軽量で適合可能な電気活性ポリマーは、触覚装置などのウェアラブル装置に組み込むことができ、快適で調整可能なフォームファクタが望まれる仮想現実／拡張現実デバイスを含む新興技術の魅力的な候補である。

例えば、仮想現実（ＶＲ）および拡張現実（ＡＲ）アイウェア装置またはヘッドセットは、ユーザが三次元世界のコンピュータ生成シミュレーションにおける人々との対話、または現実世界の視界に重ね合わされたデータを見るなどのイベントを体験することを可能にすることができる。ＶＲ／ＡＲアイウェア装置およびヘッドセットはまた、レクリエーション以外の目的に使用されてもよい。例えば、政府はこのような装置を軍事訓練に使用することができ、医療専門家はそのような装置を使用して手術をシミュレートすることができ、エンジニアはそのような装置を視覚化設計の補助として使用することができる。

これらの用途および他の用途は、光を操作するための屈折率、および／または電気活性用途の例では、導電性電極間に圧縮を発生させるための静電気力を含む、薄膜ポリマー材料の１つまたは複数の特性を活用することができる。いくつかの実施形態では、電気活性応答は、装置の空間的範囲にわたって変化する電気入力に対する機械的応答を含むことができ、電気入力は、制御回路によって、対電極間に位置する電気活性材料の層に印加される。機械的応答は、作動と呼ばれてもよく、例示的な装置は、アクチュエータであってもよく、またはアクチュエータを含んでもよい。

第１の態様によれば、方法であって、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む重合性組成物を形成すること、重合性組成物のコーティングを形成すること、コーティングを処理して、複数の画定された領域に固体相を含む硬化ポリマー材料を形成すること、および硬化ポリマー材料から固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成することを含む方法が提供されている。

方法は、重合性組成物を処理して均一溶液を形成することをさらに含み得る。

固体相の少なくとも一部を除去することが、テンプレート剤をおよそ３０℃～およそ３００℃の温度で昇華させることを含み得る。

テンプレート剤は、多環芳香族炭化水素を含み得る。

テンプレート剤は、２－ナフトール、アントラセン、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニン、コレステロール、パルミチン酸、ステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジンおよび１，４－ジクロロベンゼンからなる群から選択され得る。

複数の画定された領域は、およそ２０μｍ未満の最大寸法を有する材料リッチ領域をテンプレート化することを含み得る。

固体相の少なくとも一部を除去することは、昇華を含むことができる。

ボイド化ポリマー層が、およそ０．２ＭＰａ～およそ５００ＭＰａの弾性率を有し得る。

重合性組成物は、ＵＶラジカル開始剤、熱ラジカル開始剤、およびレドックスラジカル開始剤からなる群から選択される開始剤をさらに含み得る。

第２の態様によれば、方法であって、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む均一溶液を形成すること、基板に溶液の層を形成すること、層を処理して、固体テンプレート剤相の個別のドメインを含む硬化ポリマー材料を形成すること、およびドメインから固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成することを含む方法が提供されている。

テンプレート剤は、多環芳香族炭化水素を含み得る。

テンプレート剤は、２－ナフトール、アントラセン、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニン、コレステロール、パルミチン酸、ステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジンおよび１，４－ジクロロベンゼンからなる群から選択され得る。

固体相の少なくとも一部を除去することは、昇華を含むことができる。

第３の態様によれば、ボイド化ポリマーであって、ポリマーマトリックス全体に不均一に分散された複数のボイドを有するポリマーマトリックスを含む、ボイド化ポリマーが提供されている。

ボイドは、樹枝状パターンを呈し得る。

第４の態様によれば、ボイド化ポリマー層が導電性電極間に配置されている、第３の態様に記載のボイド化ポリマーの層を含むアクチュエータ要素が提供されている。

第５の態様によれば、第３の態様のボイド化ポリマーを含む音響要素が提供されている。

第６の態様によれば、方法であって、気化した反応物組成物を反応チャンバに導入することであって、気化した反応物組成物が、ポリマー前駆体および有機テンプレート剤を含む、導入すること、反応チャンバ内に配置された基板の上に反応物組成物を含むコーティングを形成すること、およびコーティングを処理してポリマー前駆体を硬化させ、有機テンプレート剤を結晶化させて複合層を形成することを含む方法が提供されている。

方法は、結晶化した有機テンプレート剤の少なくとも一部をコーティングから除去して、ボイド化ポリマー層を形成することをさらに含んでもよい。

方法は、複合層の表面上にポリマー層を形成することをさらに含んでもよい。

この方法は、有機テンプレート剤の結晶化を局所的に促進するために基板を前処理することをさらに含んでもよい。

方法は、コーティングを形成する前に基板上に光配向層を形成することをさらに含んでもよい。

第７の態様によれば、複合構造であって、ポリマードメイン間に分散した有機結晶性ドメインを含む、複合構造が提供されている。

結晶ドメインは、好ましい結晶学的配向によって特徴付けられることができる。

ポリマードメインは、ガラス状態により特徴付けられることができる。

ポリマードメインは、機械的に弾性であってもよい。

添付の図面は、いくつかの例示的な実施形態を示し、本明細書の一部である。以下の説明と共に、これらの図面は、本開示の様々な原理を実証し説明する。

特定の実施形態によるナノボイド化ポリマー（ＮＶＰ）層を製造するための例示的な方法を示す。 特定の実施形態による、上にあるキャッピング層を有するナノボイド化ポリマー層を製造するための例示的な方法を示す。 いくつかの実施形態による、１つまたは複数のナノボイド化ポリマー層を含む例示的な多層スタックを示す概略図である。 いくつかの実施形態による電極ＮＶＰスタックの概略図である。 様々な実施形態によるナノボイド化ポリマーベースのアクチュエータを形成するための例示的な製造方法を示す。 いくつかの実施形態による、ボイド化ポリマーの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。 いくつかの実施形態による、図６のＳＥＭ画像の一部の高倍率の視界である。 いくつかの実施形態による有機エピタキシャル層を形成するための例示的な蒸着プロセスを示す。 特定の実施形態による２ドメインポリマー薄膜の加工を示す。 様々な実施形態による例示的な多層構造を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 特定の実施形態による例示的な気化可能および結晶化可能なテンプレート剤を示す。 本開示の実施形態に関連して使用され得る例示的な拡張現実メガネの図である。 本開示の実施形態に関連して使用され得る例示的な仮想現実ヘッドセットの図である。 本開示の実施形態に関連して使用され得る例示的な触覚装置の図である。 本開示の実施形態による例示的な仮想現実環境の図である。 本開示の実施形態による例示的な拡張現実環境の図である。

図面を通して、同一の参照符号および説明は、類似しているが必ずしも同一ではない要素を示す。本明細書に記載の例示的な実施形態は、様々な修正および代替形態の影響に曝されるが、特定の実施形態が例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、本明細書に記載された例示的な実施形態は、開示された特定の形態に限定されることを意図してはいない。むしろ、本開示は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての修正形態、均等物、および代替形態を包含する。

ポリマー材料は、能動式光学系と受動式光学系および電気活性デバイスを含む、様々な異なる光学および電気光学的デバイスアーキテクチャに組み込むことができる。例えば、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）材料は、電場の影響下でその形状を変化させることができる。ＥＡＰ材料は、作動、検知、および／またはエネルギーハーベスティングを含む様々な技術での使用が調査されている。軽量で適合可能な電気活性ポリマーは、触覚装置などのウェアラブル装置に組み込むことができ、快適で調整可能なフォームファクタが望まれる仮想現実／拡張現実デバイスを含む新興技術の魅力的な候補である。

例えば、仮想現実（ＶＲ）および拡張現実（ＡＲ）アイウェア装置またはヘッドセットは、ユーザが三次元世界のコンピュータ生成シミュレーションにおける人々との対話、または現実世界の視界に重ね合わされたデータを見るなどのイベントを体験することを可能にすることができる。ＶＲ／ＡＲアイウェア装置およびヘッドセットはまた、レクリエーション以外の目的に使用されてもよい。例えば、政府はこのような装置を軍事訓練に使用することができ、医療専門家はそのような装置を使用して手術をシミュレートすることができ、エンジニアはそのような装置を視覚化設計の補助として使用することができる。

これらの用途および他の用途は、光を操作するための屈折率、および／または電気活性用途の例では、導電性電極間に圧縮を発生させるための静電気力を含む、薄膜ポリマー材料の１つまたは複数の特性を活用することができる。いくつかの実施形態では、電気活性応答は、装置の空間的範囲にわたって変化する電気入力に対する機械的応答を含むことができ、電気入力は、制御回路によって、対電極間に位置する電気活性材料の層に印加される。機械的応答は、作動と呼ばれてもよく、例示的な装置は、アクチュエータであってもよく、またはアクチュエータを含んでもよい。

特定の実施形態では、変形可能な光学要素および電気活性層は、一体化されてもよく、それによって光学要素自体が作動可能であってもよい。電気活性ポリマーの変形を使用して、レンズ系などの光学アセンブリ内の光学要素を作動させることができる。昨今開発がなされてきたが、光学的に透明なパッケージにおける制御可能な変形応答および／または調整可能な屈折率を含む、改善された特性を有する電気活性ポリマー材料を提供することは有利であろう。

本開示は、一般に、ナノボイド化ポリマー（ＮＶＰ）を含むボイド化ポリマー材料の形成に関する。ボイド化ポリマーは、例えばエラストマーであってもよい。特定の実施形態では、ボイド化ポリマー材料は、ポリマー前駆体の均一溶液および固体テンプレート剤を含有する重合性組成物から形成されてもよい。重合性組成物は、層または薄膜としての蒸気からブランケット層としてまたは所定のパターンで基板の上に堆積させることができる。例えば化学線による堆積層の硬化は、ポリマーマトリックスの架橋およびポリマーとテンプレート剤との間の相分離を誘導することができる。温度、圧力などの１つまたは複数の変化を含み得る後続の処理ステップを使用して、新生ポリマーマトリックスから固体テンプレート剤を昇華および除去し、ボイド化ポリマー層を形成することができる。本開示はまた、１つ以上のボイド化ポリマー層を含む光学要素に関する。

いくつかの例では、「光学要素」は、光と相互作用するように構成された構造化物品を含むことができ、限定はしないが、屈折光学系、反射光学系、分散光学系、偏光光学系、または回折光学系を含むことができる。ボイド化ポリマー層は、構造化層またはパターニング層に組み込まれてもよい。「構造化層」は、いくつかの例では、光学要素と相互作用する光の波長（λ）未満、例えば、ｌ＜０．５λ、ｌ＜０．２λ、またはｌ＜０．１λの少なくとも一方向の特性寸法（ｌ）を有し得る特徴、すなわち周期的特徴を有するボイド化ポリマー層を含み得る。

いくつかの実施形態によれば、ボイド化ポリマーを作動させて、その中のボイドの大きさおよび形状を制御することができる。ボイドの形状、ならびにボイド化ポリマー層の全体的な形状の制御を使用して、光学要素の機械的、光学的、および他の特性を制御することができる。例えば、ボイド化ポリマー層は、非作動状態の第１の有効屈折率と、作動状態の第１の屈折率とは異なる第２の有効屈折率とを有することができる。

静的屈折率または２つの静的状態間で切り替えることができる屈折率のいずれかを有することができる従来の光学材料とは対照的に、ナノボイド化ポリマーを含むボイド化ポリマーは、屈折率をある範囲の値にわたって調整して、これらの材料と光との相互作用を有利に制御することができる光学材料のクラスを表す。

いくつかの実施形態に関連して、ボイド化（例えば、ナノボイド化）ポリマーをスピーカなどの音響要素に組み込んで音響ボリュームを増加させることができる。そのようなポリマー材料は、スピーカシステムの音響性能（特に低音性能）を改善することができる。また、同じ音量を発しながらスピーカエンクロージャをさらに小型化することができる。ボイド化またはナノボイド化ポリマーは、例えば、スピーカチャンバに自由に分散されてもよく、またはスピーカチャンバの内壁に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、ボイド化またはナノボイド化ポリマーを界面活性剤で処理して、ボイドの内面での電子密度を制御し、したがって吸着および脱着性能を改善することができる。ナノメートルからマイクロメートルまでの広範囲のボイドサイズを含み得るボイド化またはナノボイド化ポリマーは、異なる波長の音に対してより良好な応答を成し、広帯域オーディオ周波数（例えば、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ）において効果的な応答を成すために実装され得る。

いくつかの実施形態に関連して、ユーザの鼓膜に入射する環境音圧を減少させるために（すなわち、デバイスの音響受動減衰を改善するために）、ボイド化（例えば、ナノボイド化）ポリマーを耳内装置（ヒアラブルデバイスまたは補聴器の耳栓の内側など）に組み込むことができる。デバイスの改善された受動減衰はまた、ヒアラブルデバイスまたは補聴器のより高い利得出力で通常発生するフィードバックを軽減することによって、システムの最大安定利得（ＭＳＧ）を改善することができる。

様々な実施形態によれば、ボイド化ポリマー材料は、ポリマーマトリックスと、マトリックス全体に分散した複数のボイドとを含んでもよい。ポリマーマトリックス材料は、ポリジメチルシロキサン、アクリレート、ウレタン、またはポリビニリデンフルオリドなどの変形可能な電気活性ポリマーおよびその共重合体、ならびに前述のものの混合物を含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、そのような材料は、例えば、およそ１．２～およそ３０の範囲の誘電率などの誘電率または比誘電率を有することができる。

本明細書で使用される場合、「ナノボイド」、「ナノスケールのボイド」、「ナノボイド化」などの用語は、少なくとも１つのサブミクロン寸法、すなわちおよそ１０００ｎｍ未満の長さおよび／または幅および／または深さを有するボイドを指すことができる。いくつかの実施形態では、ボイドの大きさの平均は、およそ２ｎｍ～およそ１０００ｎｍ（例えば、およそ２ｎｍ、およそ５ｎｍ、およそ１０ｎｍ、およそ２０ｎｍ、およそ３０ｎｍ、およそ４０ｎｍ、およそ５０ｎｍ、およそ６０ｎｍ、およそ７０ｎｍ、およそ８０ｎｍ、およそ９０ｎｍ、およそ１００ｎｍ、およそ１１０ｎｍ、およそ１２０ｎｍ、およそ１３０ｎｍ、およそ１４０ｎｍ、およそ１５０ｎｍ、およそ１６０ｎｍ、およそ１７０ｎｍ、およそ１８０ｎｍ、およそ１９０ｎｍ、およそ２００ｎｍ、およそ２５０ｎｍ、およそ３００ｎｍ、およそ４００ｎｍ、およそ５００ｎｍ、およそ６００ｎｍ、およそ７００ｎｍ、およそ８００ｎｍ、およそ９００ｎｍ、またはおよそ１０００ｎｍであり、前述の値のいずれかの間の範囲を含む）であり得る。

特定の実施形態では、本明細書に開示されるボイド化ポリマーは、ナノボイド化ポリマー、ならびにより大きい平均孔径、すなわちおよそ２０μｍまで、例えばおよそ１μｍ、およそ２μｍ、およそ５μｍ、およそ１０μｍ、またはおよそ２０μｍまでの孔径を有するボイド付ポリマーを含み得、前述の値のいずれかの間の範囲を含む。

例示的なボイド化ポリマーでは、ボイドまたはナノボイドは、ポリマーマトリックス全体にわたってランダムに分配させて、広範囲にわたるいずれの整然性も呈していなくてよく、またはボイドまたはナノボイドは、およそ２０ｎｍ～およそ１０００ｎｍの規則的な繰り返し距離を有する規則的・周期的な構造を含む構造化された構造を呈してもよい。無秩序の構造および整然とした構造の両方において、ボイドは、離散した独立気泡ボイド、少なくとも部分的に相互接続され得る連続気泡ボイド、またはそれらの組み合わせであり得る。連続気泡ボイドの場合、ボイドのサイズ（ｄ）は、気泡の最小平均直径であり得る。ボイドは、任意の適切なサイズであってもよく、いくつかの実施形態では、ボイドは、ボイド化ポリマー層の厚さのスケールに接近してもよい。

特定の実施形態では、走査電子顕微鏡によって判定されるように、ボイドは、ボイド化ポリマーマトリックスの体積のおよそ５％～およそ７５％、例えば、前述の値のいずれかの間の範囲を含む、およそ５％、およそ１０％、およそ２０％、およそ３０％、およそ４０％、およそ５０％、およそ６０％、およそ７０％、またはおよそ７５％を占めることができる。

いくつかの実施形態によれば、ボイドは実質的に球形であってもよいが、ボイドの形状は特に限定されない。例えば、球状のボイドに加えて、または球状ボイドの代わりに、ボイド化ポリマー材料は、扁円、扁平、レンズ状、卵形などのボイドを含んでもよく、凸状および／または凹状の断面の形状を特徴とし得る。ボイドの形状は、等方性であっても異方性であってもよい。さらに、ポリマーマトリックス全体のボイドのトポロジーは、均一であっても不均一であってもよい。本明細書で使用される場合、ボイドに関する「トポロジー」とは、ポリマーマトリックス内のそれらの全体的な配置を指し、それらのサイズおよび形状、ならびにポリマーマトリックス全体にわたるそれらのそれぞれの分配（密度、周期性など）を含み得る。例として、ボイドのサイズおよび／またはボイドの大きさの分配は、ボイド化ポリマー材料内の位置の関数として多様であってもよい。

様々な実施形態によれば、ボイドは、均一にまたは不均一に分配し得る。例として、ボイドの大きさおよび／またはボイドの大きさの分配は、ボイド化ポリマー材料内で空間的に、すなわち、ボイド化ポリマー材料の層の横方向および／または厚さに対して多様であってもよい。同様に、ボイド化ポリマーの薄膜は、一定の密度のボイドを有してもよく、またはボイドの密度は、位置、例えば、ボイド化ポリマー層の厚さの関数として増減し得る。ＥＡＰのボイド率を調整することは、例えば、その圧縮応力－歪み特性またはその有効屈折率を調整するために使用することができる。

いくつかの実施形態では、ボイドは、ガスで少なくとも部分的に充填されてもよい。充填ガスをボイドに組み込んで、電気活性ポリマー要素（例えば、容量作動中に）の電気的破壊を抑制することができる。ガスは、空気、窒素、酸素、アルゴン、六フッ化硫黄、有機フッ化物および／または任意の他の適切なガスを含むことができる。いくつかの実施形態では、そのようなガスは高い絶縁の強度を有することができる。いくつかの実施形態では、充填ガス組成物は、光の散乱、反射、吸収、および／または透過を含む、ボイド化ポリマーの光学特性を調整するように選択されてもよい。

いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー層への電圧の印加は、そのボイド化領域内に位置する充填ガスの内圧を変化させることができる。これに関して、充填ガスは、その変形に関連する寸法上の変化の間に、ボイド化ポリマーマトリックスの中または外のいずれかに、拡散し得る。このようなボイドのトポロジーの変化は、例えば、寸法上の変化の間に電気活性ポリマーを組み込んだ電気活性デバイスのヒステリシスに影響を及ぼす可能性があり、また、ボイド化ポリマー層の寸法が急速に変化するとドリフトをもたらす可能性がある。

いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマーは、およそ０．２ＭＰａ～およそ５００ＭＰａの弾性率を特徴とし得る。いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー材料は、およそ１００ＭＰａ未満（例えば、およそ１００ＭＰａ、およそ５０ＭＰａ、およそ２０ＭＰａ、およそ１０ＭＰａ、およそ５ＭＰａ、およそ２ＭＰａ、およそ１ＭＰａ、およそ０．５ＭＰａ、またはおよそ０．２ＭＰａであり、前述の値のいずれかの間の範囲を含む）の弾性率を有するエラストマーポリマーマトリックスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー材料は、少なくともおよそ０．２ＭＰａの弾性率を有するエラストマーポリマーマトリックスを含んでもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー材料は、例えば、その形成またはその後の加工中に、崩壊または他の望ましくない変形を回避するのに十分な剛性を示し得る。

ナノスケール寸法を有するボイドを含むポリマー材料は、いくつかの有利な属性を有し得る。例えば、ポリマーマトリックスへのナノボイドの組み込みは、得られる複合材の誘電率を高めることができる。さらに、ナノボイド化ポリマーに関連する高い表面面積対体積比は、ナノボイドと周囲のポリマーマトリックスとの間のより大きな界面領域をもたらす。このような表面積の広い構造では、電荷がボイド－マトリックス接触面に蓄積し得、これにより、より大きな分極率、ひいては複合材の誘電率（ε_ｒ）の増加を可能にすることができる。さらに、プラズマ電子などのイオンは、ナノスケールの寸法を有するボイド内の短い距離にわたってのみ加速され得るので、追加のイオンを遊離させて破壊的なカスケードを生じる分子衝突の可能性が低下し、その結果、ナノボイド化材料は、非ボイド化ポリマーまたはさらにはマクロのボイド化のポリマーよりも大きな破壊の強度を示す可能性がある。いくつかの実施形態では、整然としたナノボイド化構造は、制御された変形反応をもたらすことができ、一方、不規則なナノボイド化構造は、亀裂の伝播に対する耐性の向上、したがって機械的耐久性の改善をもたらすことができる。

本明細書に開示されるように、印刷、蒸着、または他の堆積方法を使用して、ナノボイド化ポリマー薄膜または構造化層などのボイド化ポリマー材料を形成することができる。ボイド化ポリマー薄膜または構造化層を形成する方法は、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含有する重合性組成物を堆積させること、ポリマー前駆体を硬化させてポリマーマトリックスを形成すること、次いで昇華によってポリマーマトリックスからテンプレート剤を除去することを含み得る。基板に重合性組成物のコーティングを形成するための例示的な方法は、押出および印刷（例えば、インクジェット印刷またはグラビア印刷）、蒸着（例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、開始化学気相成長法（ｉ－ＣＶＤ）など）を含むが、スピンコーティング、スプレーコーティング、浸漬コーティング、およびドクターブレードなどの追加の堆積方法が考えられている。

様々な実施形態によれば、例示的な方法は、（ｉ）硬化性材料および少なくとも１つのテンプレート剤を含む溶液（すなわち、重合性組成物）を堆積させること、（ｉｉ）堆積させた溶液を処理して、固体テンプレート剤の個別の領域を有する硬化ポリマー材料を形成すること、および（ｉｉｉ）硬化ポリマー材料から固体テンプレート剤の少なくとも一部を除去して、基板にボイド化ポリマー材料を形成することを含むことができる。

重合性組成物を形成するために、様々な前駆体のケミストリーを利用することができる。いくつかの実施形態によれば、ポリマー前駆体は、１つ以上の多官能性ビニル含有（不飽和二重結合含有）分子、または単官能性ビニル含有分子と多官能性ビニル含有分子との混合物を含み得る。例示的なビニル含有種としては、アリル、（メタ）アクリレート、フルオロ－（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端フルオロ－（プレ）ポリマー、シリコーン－（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端シリコーン－（プレ）ポリマー、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端ポリジメチルシロキサン、ウレタン（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端ウレタン－（プレ）ポリマー、エチレングリコール（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端エチレングリコール－（プレ）ポリマー、（メタ）アクリレート末端、ビニル末端またはアリル末端チオエーテル－（プレ）ポリマー、脂肪族（メタ）アクリレート、アクリロニトリル、およびスチレン系を含む。本明細書で使用される場合、「（メタ）アクリレート」または「（メタ）アクリレート」という名称は、アクリレートおよび／またはメタクリレート組成物を集合的に指す。例えば、ウレタン（メタ）アクリレートを含むポリマー前駆体は、ウレタンアクリレートおよびウレタンメタクリレートの一方または両方を含み得る。

例示的なビニル分子は、２，２，３，３，４，４，５，５－オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート、２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７－ドデカフルオロヘプチル（メタ）アクリレート、２，２，３，３，４，４，４－ヘプタフルオロブチル（メタ）アクリレート、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ－ペルフルオロデシル（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリ－（メタ）アクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジ（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、２（２－エトキシエトキシ）－エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、２，２，３，３，４，４－ヘキサフルオロ－１，５－ペンチルジ（メタ）アクリレート、アクリロニトリル、１－シアノビニルアセテート、エチル２－シアノアクリレート、ビニル末端ポリジメチルシロキサン、ウレタンアクリレートなどを含む。特定の例示的な組成物は、ＤＭＳ－Ｖ３１およびＤＭＳ－Ｖ００（Ｇｅｌｅｓｔ社）、Ｓｉｌｍｅｒ ＶＩＮ ６５，０００およびＳｉｌｍｅｒ ＶＩＮ １０，０００（Ｓｉｌｔｅｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＮＡＭ－１２２ＰおよびＮＡＭ－ＵＸＦ４００１Ｍ３５（ＮＡＧＡＳＥ Ａｍｅｒｉｃａ）、ならびにＧＮ４２３０およびＧＮ４１２２（ＲＡＨＮ ＵＳＡ Ｃｏｒｐ．）が含まれる。

いくつかの実施形態によれば、ポリマー前駆体は、上記の多官能性ビニル含有種と、２を超える平均官能性を有する多官能性チオール含有種との混合物を含み得る。チオール含有種は、ジチオール、トリチオール、テトラチオール、チオール末端フルオロ（プレ）ポリマー、チオール末端シリコーン（プレ）ポリマー、チオール末端ポリジメチルシロキサン、チオール末端ウレタン（プレ）ポリマー、チオール末端エチレングリコール（プレ）ポリマー、チオール末端チオエーテル（プレ）ポリマーなどを含み得る。チオール含有反応性分子の特定の例としては、トリメチロールプロパントリス（３－メルカプトプロピオネート）、２，２’－（エチレンジオキシ）ジエタンチオール、ペンタエリスリトールテトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、１，４－ブタンジチオール、テトラ（エチレングリコール）ジチオール、ポリ（エチレングリコール）ジチオール、ペンタエリスリトールテトラキス（３－メルカプトプロピオネート）、チオール末端ポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。

いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体は、白金系触媒などの有機金属触媒で加熱して架橋ポリジメチルシロキサンエラストマーを構築することができる水素化物（Ｓｉ－Ｈ）とビニル含有シロキサンの混合物を含むことができる。水素化ケイ素は、例えば、１，１，３，３，５，５，７，７－オクタメチルテトラシロキサンを含み得る。有機金属触媒は、塩化白金酸、ジシクロペンタジエン白金（ＩＩ）ジクロリドなどの可溶性白金化合物、または白金－ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体などの白金錯体を含み得る。

いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体は、シロキサン、シラン含有架橋結合剤およびチタン系またはスズ系触媒の混合物を含み得る。シラン含有架橋結合剤は、アルコキシ、アセトキシ、エステル、エポキシ、およびオキシムシランを含み得る。チタン系触媒は、チタン酸塩または有機チタン酸塩、例えばテトラアルコキシチタン酸塩を含んでもよく、スズ含有触媒は、キレート化スズまたは有機スズ、例えばジブチルスズジラウレートを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体は、２を超える平均官能価を有する多官能性イソシアネート含有種と多官能性プロトン供与種との混合物を含み得る。イソシアネート含有種は、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，４－ジイソシアナトブタン、トルエン２，４－ジイソシアネート、メチレンジフェニル４，４’－ジイソシアネート、メチリジントリ－ｐ－フェニレントリイソシアネート、テトライソシアナトシランなど、ならびに様々なブロック化イソシアネートを含むことができる。ブロックされたイソシアネートは、イソシアネートと、例えばフェノール、カプロラクタム、オキシム、またはβ－ジカルボニル化合物との反応生成物であり、高温で解離して元のイソシアネート基を再形成する。

プロトン供与種は、例えば、エチレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ｐ－ジ（２－ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトンジオール、ポリプロピルグリコールトリオール、ポリカプロラクトントリオールなどのアルコールおよびポリオールを含み得る。いくつかの例では、プロトン供与種は、本明細書に開示されるように、様々なチオールを含み得る。さらなる例によれば、プロトン供与種は、アミン、例えば、ジエチルトルエンジアミン、メチレンビス（ｐ－アミノベンゼン）、３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタンなどを含み得る。

重合性組成物に組み込まれ得るさらなる例示的な触媒は、トリエチレンジアミンまたはＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’－ペンタメチル－ジエチレン－トリアミンなどの第三級アミン、１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ－７－エンまたは１，５－ジアザビシクロ［４．３．０］ノナ－５－エンなどの強塩基を含む。強塩基触媒は保護され、光照射時に活性になり得る。

例示的な固体および昇華性テンプレート剤は、多環式芳香族炭化水素（例えば、２－ナフトール、アントラセンなど）、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニーネ、コレステロール、パルミチン酸およびステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジン、１，４－ジクロロベンゼン、ならびにそれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの態様では、テンプレート剤は気化可能であり、およそ３０℃を超える昇華温度を特徴とし得る。例えば、テンプレート剤は、大気圧でおよそ３０℃～およそ３００℃、例えばおよそ３０℃、およそ５０℃、およそ７５℃、およそ１００℃、およそ１５０℃、およそ２００℃、およそ２５０℃、またはおよそ３００℃の温度（前述の値のいずれかの間の範囲を含む）で昇華し得る。昇華温度は、昇華圧力を、例えば大気圧未満の圧力まで低下させることによって、低下させることができる。

いくつかの実施形態では、固体テンプレート剤は、均一な混合物、すなわち液体の溶液を形成するためにポリマー前駆体に十分に可溶性であり得る。本明細書で使用される場合、「均一溶液」では、溶液を構成する成分は分子レベルで均一に分配されているため、溶液の組成は全体を通して同じである。理解されるように、均一な溶液では単相のみが観察される。

いくつかの実施形態によれば、ポリマー前駆体（硬化性材料）および固体テンプレート剤に加えて、重合性組成物は、重合開始剤、界面活性剤、乳化剤、触媒および／または架橋結合剤などの他の添加剤、などの１つ以上の追加の成分を含んでもよい。重合性組成物の様々な成分を単一のバッチに混合し、同時に堆積させることができる。

重合性組成物は、任意の適切な基板に堆積されてもよい。いくつかの実施形態では、基板は透明または半透明であってもよい。例示的な基板材料は、レンズなどの様々な光学要素アーキテクチャを画定することができるガラスおよびポリマー組成物を含むことができる。本明細書に開示されるように、さらなる例示的な基板は、透明導電性電極などの透明導電層を含むことができる。

特定の実施形態では、重合性組成物を堆積させる前に、例えば堆積した層の濡れ性または接着性を改善するために、基板表面を前処理またはコンディショニングしてもよい。基板の前処理は、サブトラクティブまたはアディティブ法を含むことができる。例えば、基板の前処理は、プラズマ処理（例えば、ＣＦ４プラズマ）、熱処理、電子ビーム露光、ＵＶ露光、ＵＶオゾン露光、機械的摩耗、または溶媒、ナノ粒子、もしくは自己組織化単層の層によるコーティング（例えば、スピンコーティング、浸漬コーティング、またはエレクトロスプレーコーティング）のうちの１つまたは複数を含み得る。理解されるように、自己集合単分子層の形成は、基質依存性であり得る。自己集合単層の例は、アルカンチオール、－ＣＯＯＨ、－ＮＨ_２、－ＯＨなどの１つ以上の末端基を含み得る。

基板の前処理は、基板表面の粗さを増加または減少させることができる。基板の前処理は、基板表面の表面エネルギーを増加または減少させることができる。特定の実施形態では、基板の前処理を使用して、結晶ドメインへのテンプレート材料の核生成および成長に影響を及ぼすことができる。いくつかの実施形態では、前処理を使用して、親水性表面または疎水性表面を形成することができる。いくつかの実施形態では、前処理を使用して親油性表面または疎油性表面を形成することができる。

基板は、結晶相の核生成および成長を全体的または局所的に促進するために使用することができる光配向層、例えばブランケットまたはパターニング層を含むことができる。例示的な光配向材料としては、アゾベンゼン誘導体またはシンナメート部分、例えば、Ｒｏｌｉｃ（登録商標）ＲＯＰ １３１－３０６またはＲｏｌｉｃ（登録商標）ＬＣＭＯ－ＶＡが挙げられる。いくつかの実施形態では、基板は、斜めに堆積された層であってもよい無機層、例えばＳｉＯ_ｘを含んでもよい。いくつかの実施形態では、基板の堆積表面は、イオンビームなどによって斜めにエッチングすることができる有機材料または無機材料の層を含むことができる。いくつかの実施形態では、基板は半結晶性ポリマーを含み得る。

理解されるように、従来のフォトリソグラフィ技術を使用して、基板の前処理に空間的に影響を与えることができる。例えば、フォトレジストのパターニングされた犠牲層またはパターニングされた犠牲ハードマスクを使用して、例えば、不明瞭領域内の結晶相の核生成および成長を空間的に阻止するために、前処理ステップ中に堆積表面の一部を局所的に不明瞭にすることができる。すなわち、基板の堆積表面は、ポリマー前駆体およびテンプレート剤の両方の空間的に局在した堆積を促進するように改質させてもよい。

様々な実施形態では、重合性組成物は、大気圧付近で堆積され得るが、堆積圧力は特に限定されず、減圧下、例えば、およそ０．１トール～およそ７６０トール、例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００、または７６０トールで行われてもよく、前述の値のいずれかの間の範囲を含む。

１つまたは複数の堆積ステップの間、基板温度は室温付近（およそ２３℃）に維持され得るが、より低いおよびより高い基板温度が使用されてもよい。例えば、基板の温度は、およそ－５０℃～およそ２５０℃、例えば、－５０℃、－４０℃、－２０℃、０℃、２０℃、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃、２００℃、または２５０℃の範囲であってよく、前述の値のいずれかの間の範囲を含み、堆積中実質的に一定に保持されてもよく、または変化してもよい。

いくつかの実施形態によれば、重合性組成物のコーティングの厚さは、およそ５ｎｍ～およそ３ミリメートル、例えばおよそ５ｎｍ、およそ１０ｎｍ、およそ２０ｎｍ、およそ５０ｎｍ、およそ１００ｎｍ、およそ２００ｎｍ、およそ５００ｎｍ、およそ１μｍ、およそ２μｍ、およそ５μｍ、およそ１０μｍ、およそ２０μｍ、およそ５０μｍ、およそ１００μｍ、およそ２００μｍ、およそ５００μｍ、およそ１ｍｍ、およそ２ｍｍ、またはおよそ３ｍｍの範囲であり得、前述の値のいずれかの間の範囲を含む。

堆積した重合性組成物は、基板にコーティングまたは薄膜を形成してもよく、これを硬化させてポリマー前駆体を架橋および重合させてもよい。重合性組成物の加工には、例えば、光源や熱源などの硬化の源を用いることができる。いくつかの実施形態では、コーティングを化学線に曝露することによって重合を達成することができる。いくつかの例では、「化学線」は、材料の共有結合を破壊することができるエネルギーを指し得る。例としては、電子、電子ビーム、中性子、アルファ粒子（Ｈｅ^２＋）、Ｘ線、ガンマ線、紫外線および可視光、ならびに適切に高いエネルギーレベルのプラズマを含むイオンが挙げられ得る。例として、単一のＵＶランプまたはＵＶランプのセットを化学線の供給源として使用することができる。高いランプの電力を使用すると、硬化時間を短縮することができる。化学線の他の源は、レーザ（例えば、ＵＶ、ＩＲ、または可視レーザ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。

追加的または代替的に、熱源が熱を発生させて、ポリマー前駆体、開始剤および／または架橋結合剤間の反応を開始してもよい。ポリマー前駆体、開始剤、および／または架橋結合剤は、加熱および／または化学線への曝露の時に反応して、本明細書に記載のポリマーを形成し得る。

いくつかの実施形態では、重合は、フリーラジカルの開始であり得る。そのような実施形態では、フリーラジカルの開始は、化学線または熱への曝露によって実施され得る。化学線および熱生成フリーラジカルに加えて、またはその代わりに、ボイド化ポリマーの重合は、原子移動ラジカル開始、電気化学的開始、プラズマ開始、または超音波開始、ならびに前述の組み合わせであってもよい。特定の実施形態では、フリーラジカル開始を誘導するために使用され得る重合性組成物への例示的な添加剤としては、アゾ化合物および過酸化物などの熱開始剤、またはホスフィンオキシドなどの光開始剤が挙げられる。

いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体は、例えば重合開始剤を使用せずに、短波長放射線、例えば電子ビーム、中性子、アルファ粒子（Ｈｅ^２＋）、ガンマ線またはＸ線放射線を使用して重合されてもよい。さらなる実施形態によれば、ポリマー前駆体は、光開始剤と組み合わせてＵＶまたは可視光を使用して重合されてもよい。ＵＶラジカル開始剤の例としては、２－ヒドロキシ－２－メチルプロピオフェノン、２－ヒドロキシ－２－フェニルアセトフェノン、２－メチルベンゾフェノン、ホスフィンオキシド、ジフェニル（２，４，６トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、３’－ヒドロキシアセトフェノン、ベンゾフェノン、および１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンブレンドが挙げられる。ビニルエーテルまたはビニルエーテル末端（プレ）ポリマーを含有するポリマー前駆体の例では、重合は、ＵＶカチオン開始剤、例えばトリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート塩またはビス（４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル）ヨードニウムペルフルオロ－１－ブタンスルホネートを用いて開始され得る。いくつかの実施形態では、２，２’－アゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過酸化ｔｅｒｔ－ブチルなどの熱ラジカル開始剤を使用して、重合を開始することができる。いくつかの実施形態では、レドックスラジカル開始剤を使用して、重合を開始することができる。例示的なレドックスラジカル開始剤は、過酸化ベンゾイルとＮ，Ｎ－ジメチルアニリンとの混合物などの過酸化物－アミン混合物を含み得る。

いくつかの実施形態では、重合プロセスは、単一の硬化ステップに限定されなくてもよい。むしろ、２つ以上のステップによって重合を実施することが可能であり得、それによって、例として、重合性組成物のコーティングは、同じタイプの２つ以上のランプ、または連続している２つ以上の異なるランプに曝露され得る。異なる硬化ステップの硬化温度は、同じであっても異なっていてもよい。異なるランプからのランプ出力、波長、および線量も、同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、重合は、空気中で行われてもよい。しかしながら、窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気で重合することも考えられている。

様々な態様において、硬化時間は、コーティングの反応性、コーティングの厚さ、重合開始剤の種類およびＵＶランプの出力に依存し得る。ＵＶ硬化時間は、およそ６０分以下、例えば５分未満、３分未満、または１分未満であり得る。別の実施形態では、３０秒未満の短い硬化時間を大量生産に使用することができる。

理解されるように、堆積層の硬化は、新生ポリマー層とテンプレート剤との間の相の分離を誘導し得る。硬化の作用の前または間に、温度および／または圧力の制御は、溶解したテンプレート材料を、例えば沈殿および／または結晶化を介して固化させ、固体相の個別の領域またはドメインを形成するよう誘導することができる。そのようなドメイン内のテンプレート材料は、結晶性または非晶質であってもよい。いくつかの例では、テンプレート材料は、長距離での整然性を有する枝状粒子を形成することができる。ドメイン構造は、所望の形状を有するように、および／または結晶ドメインの例では、好ましい結晶学的配向を示すようにパターニングされ得る。いくつかの例では、パターニングされたドメインは、特定の方向に沿って配向された空間的な寸法などの、異方性の特徴を有することができる。追加的または代替的に、パターニングされたドメイン間の距離は、複数のドメインがランダムにまたは規則的もしくは半規則的なアレイで構成され得るように制御され得る。

さらなる処理ステップでは、テンプレート剤は、ボイドを形成するべきポリマーマトリックス、すなわちテンプレート材料が以前に占めていた領域から除去することができる。いくつかの実施形態では、温度および／または圧力の変化を使用して、テンプレート剤を昇華させることができる。

昇華および付随的なポリマーマトリックスからのテンプレート材料の除去の前に、キャッピング層をポリマー層の上に形成することができる。様々な実施形態によれば、本明細書に開示される堆積方法および材料のいずれかを使用して、改質重合性組成物から実質的に緻密な（実質的にボイドのない）キャッピング層を形成することができる。したがって、先の実施形態のように、改質重合性組成物は、ポリマー前駆体および他の任意選択の添加剤（例えば、開始剤、界面活性剤、乳化剤、触媒、架橋結合剤など）を含んでもよいが、改質重合性組成物からテンプレート剤は省かれる。非多孔質キャッピング層を堆積させることにより、ナノボイド化ポリマー層は、導電性電極の形成などのさらなる処理に適した実質的に平坦でボイドのない表面を備えることができる。

キャッピング層が設けられている場合、キャッピング層およびポリマーマトリックスの組成物の隣接するボイド化ポリマーマトリックスと同じポリマー材料を含んでいてもよく、異なっていてもよい。

本明細書に開示されるボイド化ポリマー層は、様々な光学要素に組み込むことができる。特定の実施形態によれば、光学要素は、一次電極と、一次電極の少なくとも一部と重なる二次電極と、一次電極と二次電極との間に配置され、一次電極と二次電極とに当接するボイド化ポリマー層とを含むことができる。

いくつかの実施形態では、光学要素は、波長可変レンズと、波長可変レンズの第１の表面上に配置されたボイド化ポリマーの電極層とを含むことができる。波長可変レンズは、例えば、液体レンズであってもよく、プリズム、自由曲面、平面、メニスカス、凸な両面、平らな凸、凹な両面、または平らな凹から選択される幾何学的形状を有してもよい。特定の実施形態では、さらなる光学要素が、波長可変レンズの第２の表面上に配置されてもよい。光学要素は、ヘッドマウントディスプレイに、例えばその透明な開口部内に組み込まれてもよい。

様々な実施形態によれば、液体レンズを使用して、迅速な焦点合わせから恩恵を受ける多種多様な用途にわたって撮像システムの柔軟性を高めることができる。特定の実施形態によれば、作動可能な液体レンズを統合することにより、撮像システムは、カメラからの物体の距離とは無関係に、焦点面を迅速に変更して、より鮮明な画像を生じることができる。液体レンズの使用は、複数の距離での焦点合わせを含む用途に特に有利であり得、検査中の物体は、異なるサイズを有し得るか、または仮想現実／拡張現実デバイスに加えて、パッケージソート、バーコードの読み取り、セキュリティ、および迅速な自動化など、レンズから様々な距離に配置され得る。

静電場（Ｅ場）の存在下では、電気活性ポリマー（すなわち、ボイド化ポリマー）は、印加された電場の大きさおよび方向に従って変形（例えば、圧縮、伸長、屈曲など）し得る。そのような場の生成は、それぞれが異なる電位にある２つの電極、例えば一次電極と二次電極との間に電気活性ポリマーを配置することによって、達成され得る。電極間の電位差（すなわち、電圧差）が増加または減少する（例えば、０電位から）につれて、主に電界線に沿って変形量も増加し得る。この変形は、特定の静電場強度に達したときに飽和を達成することができる。静電場がない場合、電気活性ポリマーは、その弛緩状態において、誘導された変形を受けていなくてもよく、または同等に言えば、内部または外部のいずれにおいても誘導された歪みを受けていなくてもよい。

電極（例えば、一次電極および二次電極）は、金属、半導体（例えば、ドープされた半導体）、カーボンナノチューブ、グラフェン、酸化グラフェン、フッ素化グラフェン、水素化グラフェン、他のグラフェン誘導体、カーボンブラック、透明導電性酸化物（ＴＣＯ、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）など）、または他の導電性材料などの１つまたは複数の導電性材料を含み得る。いくつかの実施形態では、電極は、アルミニウム、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、スズ、銅、インジウム、ガリウム、亜鉛、それらの合金などの金属を含むことができる。透明導電性酸化物のさらなる例としては、限定されないが、アルミニウムドープ酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ、インジウムドープ酸化カドミウム、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウムスズ酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛スズ酸化物、バナジン酸ストロンチウム、ニオブ酸ストロンチウム、モリブデン酸ストロンチウム、モリブデン酸カルシウムおよびインジウム亜鉛スズ酸化物が挙げられる。

他の実施形態では、電極は、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホネート、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、Ｎａ^１＋、Ｌｉ^１＋、Ｈ^１＋、ＮＨ_４ ^１＋、Ｋ^１＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋を含むイオンと錯化したポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）、または他のアニオン性もしくはカチオン性対カチオン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド、または他の導電性ポリマーなどの１つ以上の導電性ポリマーを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、電極（例えば、一次電極および二次電極）は、およそ１ｎｍ～およそ１０００ｎｍの厚さを有することができ、例示的な厚さは、およそ１０ｎｍ～およそ５０ｎｍである。電極のいくつかは、電気的破壊（例えば、エラストマーポリマー材料の電気的破壊に関連する）の回復を可能にするように設計されてもよい。自己修復材料（例えば、アルミニウム）を含む電極の厚さは、およそ３０ｎｍであり得る。

電極は、弾性的に伸張するように構成されてもよい。そのような実施形態では、電極は、ＴＣＯ粒子、グラフェン、カーボンナノチューブなどを含むことができる。他の実施形態では、比較的剛性の電極（例えば、アルミニウムなどの金属を含む電極）を使用することができる。電極、すなわち電極材料は、所与の用途に対して所望の導電性、変形性、透明性、および光学的透明性を達成するように選択することができる。例として、変形可能な電極の降伏点は、少なくとも０．５％の加工での歪みで生じ得る。

電極（例えば、一次電極および二次電極）は、任意の適切なプロセスを使用して製造することができる。例えば、電極は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、エバポレーション、スプレーコーティング、浸漬コーティング、スピンコーティング、原子層堆積（ＡＬＤ）などを使用して製造することができる。別の態様では、電極は、熱エバポレーター、スパッタリングシステム、スプレーコーター、スピンコーターなどを使用して製造されてもよい。

電極間に電圧を印加すると、材料のポアソン比によって特徴付けられるように、印加された電界の方向における介在するボイド化ポリマー層の圧縮、および１つまたは複数の横方向の広がりにおけるポリマー層の関連する膨張または収縮を引き起こすことができる。いくつかの実施形態では、印加された電圧（例えば、一次電極および／または二次電極に）は、ボイド化ポリマー層に少なくとも１つの方向の広がり（例えば、定義された座標系に対するｘ、ｙ、またはｚ方向）に少なくともおよそ０．０１％の歪み（例えば、印加された電圧から生じる印加された力の方向の変形量を、材料の初期の寸法で割ったもの）を生じさせることができる。

作動可能なボイド化ポリマー層は、様々な受動式光学系および能動式光学系に組み込まれてもよい。例示的な構造は、調整可能なプリズムおよび格子ならびに調整可能な形態の複屈折構造を含み、これは、均一な多孔度を有するパターニングされたボイド化ポリマー層または空間的に可変な多孔度を有するパターニングされていないボイド化ポリマー層のいずれかを含み得る。いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー格子の光学性能は、格子要素のピッチまたは高さを変更することができる格子の作動によって調整することができる。いくつかの実施形態では、調整可能な屈折率を有するボイド化ポリマー層を、能動的に切り替え可能な光導波路に組み込むことができる。いくつかの実施形態によれば、光学要素の１つまたは複数の光学特性は、容量作動、機械的作動、および／または音響作動によって調整することができる。

本開示のボイド化材料は、一般に受動式光学系および能動式光学系に関連して説明されているが、ボイド化材料は他の分野で使用されてもよい。例えば、ボイド化ポリマーは、光学位相差フィルム、偏光子、補償器、ビームスプリッタ、反射フィルム、配向層、カラーフィルタ、帯電防止保護シート、電磁干渉保護シート、自動立体視三次元ディスプレイ用の偏光制御レンズ、赤外線反射フィルムなどの一部として、またはそれらと組み合わせて使用することができる。

いくつかの実施形態によれば、ボイド化ポリマー層は、トップダウンまたはボトムアップ堆積およびパターニング方式を使用して形成することができる。トップダウンプロセスでは、バルクのボイド化ポリマー層を形成し、その後、例えばリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用してパターニングして、２Ｄまたは３Ｄの光学要素を定めることができる。ボトムアッププロセスでは、２Ｄまたは３Ｄの光学要素を選択的堆積によって層ごとに形成することができる。例示的なボトムアッププロセスでは、テンプレート剤の硬化および昇華の作用は、完全な構造が堆積された後、または複数の連続する層の各々の堆積後に行われてもよい。

本明細書に記載された実施形態のいずれかからの特徴は、本明細書に記載された一般原理に従って互いに組み合わせて使用され得る。これらおよび他の実施形態、特徴、および利点は、添付の図面および特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を読めば、より完全近く理解されよう。

以下、図１～図２２を参照して、固体テンプレート剤を含む重合性組成物を使用してボイド化ポリマーを製造する方法を含む、ボイド化ポリマー材料の詳細な説明をする。図１～図５に関連する説明は、ナノボイド化ポリマーおよびナノボイド化ポリマー含有構造を形成する例示的な昇華方法の説明を含む。図６および図７に関連する説明は、例示的なボイド化ポリマー層におけるボイド化構造の説明を含む。図８および図９に関連する説明は、複合またはナノボイド化ポリマー材料を形成するための蒸着プロセスの説明を含む。図１０に関連する説明は、複合またはナノボイド化ポリマー材料を含む例示的な複合アーキテクチャを示す。図１１～図１７は、そのような材料を形成するために蒸着プロセスで使用することができる、例示的な気化性および結晶性材料を示す。図１８～図２２に関連する説明は、ナノボイド化ポリマー層を有する光学要素を含むことができる例示的な仮想現実および拡張現実デバイスに関する。

図１には、ボイド化ポリマーを形成するための例示的な方法が概略的に示されている。最初に図１Ａを参照すると、方法１００は、基板１１０上に重合性組成物のコーティング１２０を形成することを含み得る。コーティング１２０は、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤の均一溶液を含むことができる。その後の硬化ステップでは、図１Ｂに示すように、コーティング１２０を架橋および重合して、ポリマーマトリックス１３０全体に分散した複数の固体テンプレート含有ドメイン１４０を含むポリマーマトリックス１３０を形成することができる。図１Ｃを参照すると、ドメイン１４０内のテンプレート材料の少なくとも一部を、例えば昇華１５０によって除去して、ポリマーマトリックス１３０全体に分配される複数のボイド１４５を含むボイド化ポリマー層１６０を形成することができる。図１に概略的に示すように、ボイド１４５は、ポリマー層１６０の表面１６２に露出してもよい。

いくつかの実施形態によれば、露出したボイドによって中断されない滑らかな表面を提供するために、ナノボイド化ポリマー層の表面上にキャッピング層を形成することができる。図２を参照すると、方法２００は、図２Ａに示すように、基板２１０に重合性組成物のコーティング２２０を形成することを含み得る。先の実施形態と同様に、図２Ｂを参照すると、コーティング２２０を架橋および重合して、ポリマーマトリックス２３０を形成することができ、ポリマーマトリックス２３０全体に分散した複数の固体テンプレート含有ドメイン２４０を含む。

固体テンプレート剤を除去する前に、図２Ｃに示すように、改質重合性組成物からポリマーマトリックス２３０上にキャッピング層２７０を形成することができる。改質重合性組成物は、ポリマー前駆体および他の任意の添加剤を含んでもよい。ただし、改質重合性組成物から、固体テンプレート剤は省かれている。

図２Ｄを参照すると、ドメイン２４０内のテンプレート材料の少なくとも一部を、例えば昇華２５０によって除去して、ポリマーマトリックス２３０全体に分配される複数のボイド２４５を含むボイド化ポリマー層２６０と、ボイド化のない表面２７２を有する上層のキャッピング層２７０とを形成することができる。理解されるように、前述の方法論は、１つ以上のボイド化ポリマー層および１つ以上のキャッピング層を含む多層構造を形成するために繰り返されてもよい。

図３を参照すると、１つ以上のボイド化ポリマー層を含む例示的な多層構造が示されている。図３Ａに示すように、ボイド化ポリマー層３６０をキャッピング層３７０の上に配置することができる。図３Ｂを参照すると、ボイド化ポリマー層３６０は、第１キャッピング層３７０と第２キャッピング層３７２との間に配置されてもよい。積層構造３８０を図３Ｃに示す。積層構造３８０は、下から上に、第１キャッピング層３７０、第１ボイド化ポリマー層３６０、第２キャッピング層３７２、第２ボイド化ポリマー層３６２、および第３キャッピング層３７４を含み得る。

いくつかの実施形態では、ボイド化ポリマー層は、１つ以上の導電性電極と一体化されてもよい。例として、電極多層スタック４００が図４に示されており、下から上に、一次電極４８０、第１キャッピング層４７０、第１ボイド化ポリマー層４６０、第２キャッピング層４７２、二次電極４８２、第３キャッピング層４７４、第２ボイド化ポリマー層４６２、第４キャッピング層４７６、および三次電極４８４を含む。

上記に加えて、図５に概略的に示すように、例示的な製造プロセスは、ポリマー層から固体テンプレート剤を除去して、キャップされ、電着されたボイド化ポリマー層を形成するために、基板前処理（ステップ１）、重合性組成物の基板の上に堆積させて、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む堆積層を形成すること（ステップ２）、硬化させてポリマー層を形成すること（ステップ３）、改質重合性組成物のポリマー層上に堆積させること（ステップ４）、硬化させてポリマー層上に緻密キャッピング層を形成すること（ステップ５）、電極形成（ステップ６）、および昇華（ステップ７）の行為を含んでもよい。理解されるように、多層構造は、ステップ２～６のうちの１つまたは複数を繰り返すことによって形成されてもよい。

例示的なボイド化ポリマー材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真を図６および図７に示す。顕微鏡写真に見られるように、ボイド化ポリマー材料は、ポリマーマトリックスと、マトリックス全体に分散した複数のボイドとを含む。理解されるように、ボイドは長距離の整然性を示し、ポリマーマトリックス全体にわたって不均一に分配されている。

複合またはボイド化ポリマー材料を形成するための例示的な化学蒸着（ＣＶＤ）方法を図８に概略的に示す。図８の方法では、真空チャンバ８０１は、チャンバ８０１に導入される重合性組成物の重合を開始するように構成された放射線源８０２を含む。放射線源８０２は、熱フィラメントもしくはフィラメントアレイ、またはプラズマ、ＵＶ、Ｘ線、ガンマ線、電子もしくは電子ビーム、可視光、および適切なエネルギーレベルのイオンなどの放射線源を含むことができる。真空チャンバ８０１は、重合性組成物およびその副産物をチャンバ内およびチャンバ外に送達および除去するための、１つ以上の入口８０３および１つ以上の出口８０４を含むことができる。

チャンバ８０１内で、基板８０５は、基板８０５を所望の温度に加熱または冷却するように構成され得る熱制御プレート８０６に配置され得る。さらに、様々な実施形態によれば、基板の温度、チャンバの温度、およびチャンバ内の圧力のうちの１つまたは複数は、堆積プロセス全体を通して一定に保持されてもよく、または変化してもよい。

例示的な方法では、ポリマー前駆体８０７、テンプレート剤８０８、および任意の重合開始剤８０９は、１つ以上の入口８０３を介して蒸気状態でチャンバ８０１に導入される。前述の反応物が基板８０５で凝縮して堆積すると、ポリマー前駆体８０７の重合およびテンプレート剤８０８の結晶化を介して、基板の堆積表面に、複合薄膜が形成される。いくつかの実施形態では、ポリマー前駆体８０７の重合は、気相中、堆積中、および／または堆積後に開始し得る。未凝縮／未反応の蒸気は、出口８０４を介してチャンバ８０１から出ることができる。

エピタキシャル堆積プロセスでは、例えば化学反応物が制御され、システムパラメータは、堆積種８０７～８０９が基板８０５の堆積表面に現れ、堆積表面の結晶の配向または表面の構造に従って配向するように、表面の拡散を介して十分に移動可能なままであるように設定される。

例示的なプロセスが図９に概略的に示されている。ステップ１では、基板の表面に縮合して離散的なドメインに偏析するポリマー前駆体９０７およびテンプレート剤９０８を蒸着することにより薄膜を形成する。ステップ２では、ポリマー前駆体９０７およびテンプレート剤９０８をそれぞれ重合および結晶化させて、高分子領域９１７および結晶領域９１８を形成し、複合薄膜を形成する。ポリマー前駆体９０７の重合およびテンプレート剤９０８の結晶化は、連続的にまたは同時に起こり得る。ステップ１およびステップ２の間、流量、温度、および圧力のうちの１つまたは複数を制御して、例えば結晶領域９１８の結晶子のサイズ、順序、および配向に影響を及ぼすことができる。結晶領域９１８の結晶子のサイズ、順序、および配向はまた、組成、極性、親水性、キラリティーなどを含むポリマー前駆体９０７およびテンプレート剤９０８の選択によって影響され得る。

重合開始剤８０９または他の触媒に加えて、またはその代わりに、ポリマー前駆体９０７の重合は、熱的に進行させてもよく、または新生薄膜をプラズマ、ＵＶ、Ｘ線、ガンマ線、中性子、アルファ粒子（Ｈｅ^２＋）、可視光、電子ビームなどに曝露するなどの放射線によって進行させてもよい）。場合によっては、重合は堆積プロセス中に起こり得る。場合によっては、堆積が完了した後に重合が起こり得る。

さらに図９を参照すると、ステップ３に示すように、結晶領域９１８の昇華によってボイド化ポリマー薄膜を形成することができる。いくつかの実施形態では、得られたボイド９２８は、ステップ４に示すように、二次結晶材料９３８などで埋め戻してもよい。

いくつかの実施形態により、積層ポリマー構造を図１０に概略的に示す。図１０Ａおよび図１０Ｂをそれぞれ参照すると、例示的な多層構造は、積層基板の間に交互に配置された複合ポリマー薄膜およびボイド化ポリマー薄膜を含むことができる。基板１００１、１００２、および１００３は、本明細書に開示される任意の適切な基板を含むことができる。特定の実施形態では、基板１００１、１００２、および１００３は、ポリマー前駆体９０７の硬化層、すなわち、テンプレート剤８０８、９０８なしで形成された単一ドメイン層を含んでもよい。

さらなる例示的なテンプレート剤を図１１～１７に示す。図示された材料は、鏡像異性的に純粋な組成物またはラセミ混合物として使用されてもよく、単独でまたは任意の組み合わせで使用されてもよい。図示の構造において、「Ｒ」は、ＣＨ_３、Ｈ、ＯＨ、ＯＭｅ、ＯＥｔ、ＯｉＰｒ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｐｈ、ＮＯ_２、ＳＯ_３、ＳＯ_２Ｍｅ、ｉ－Ｐｒ、Ｐｒ、ｔ－Ｂｕ、ｓｅｃ－Ｂｕ、Ｅｔ、アセチル、ＳＨ、ＳＭｅ、カルボキシル、アルデヒド、アミド、アミン、ニトリル、エステル、ＳＯ_２ＮＨ_３、ＮＨ_２、ＮＭｅ_２、ＮＭｅＨ、およびＣ_２Ｈ_２を含むがこれらに限定されない任意の適切な官能基を含むことができ、「ｎ」は、０～４を含む任意の整数の値であり得る。図１１～図１７に示す材料は、気化性、結晶性、およびいくつかの実施形態では昇華性として特徴を明らかにすることができる。

様々な例示的なテンプレート剤を図１１に示す。メチル、ヒドロキシル、およびフルオロ官能基のアントラセンへの付加を示す特定の例示的なテンプレート剤組成物を図１２に示す。例示的なアミノ酸を図１３に示し、例示的な糖類を図１４に示し、例示的な脂肪酸を図１５に示す。さらなる例として、適切な炭化水素を図１６に示し、適切なステロイド組成物を図１７に示す。

様々な実施形態によれば、テンプレートの昇華によってナノボイド化ポリマーを形成するための例示的な合成経路が試験１に記載されている。

試験１－２－フェニルオキシエチルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ製のＳＲ３３９、４０．７５ｗｔ．％）、イソデシルアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ製のＳＲ３９５、４０．７５ｗｔ．％）、ポリエチレングリコールアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ製のＣＤ５５３、１０ｗｔ．％）、［３－プロパ－２－エノイルオキシ－２，２－ビス（プロパ－２－エノイルオキシメチル）プロピル］プロパノエート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ製のＳＲ３５１、８ｗｔ．％）、およびベンゾイン（０．５ｗｔ．％）を組み合わせることによって溶液を調製した。次いで、溶液（５．６０８ｇ）に樟脳（５．８０９ｇ）を添加することによって、混合物を調製した。混合物を撹拌し、ベンゾインおよび樟脳が完全に溶解して均一な溶液を形成するまで６０℃で加熱した。溶液を、０．５ｍｍのプラスチックスペーサを用いて２枚の８×５０ｍｍガラススライドの間に封入し、６０℃に加熱した。薄膜を３６５ｎｍのＵＶ照射に曝露して、ポリマー前駆体を重合し、ポリマーフィルムを形成した。樟脳を、ポリマー膜を６０℃のオーブン中で加熱することによって昇華によって除去した。およそ５０ｗｔ．％の総重量の減少が、２１時間の加熱後に観察された。走査型電子顕微鏡画像化により、およそ１から２０マイクロメートルの範囲の直径を有するボイドの樹状ネットワークの形成が確認された。

本明細書に開示されるように、ナノボイド化ポリマーは、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む重合性組成物から形成されてもよい。ポリマー前駆体の硬化中または硬化後の鋳型材料の相分離および昇華は、テンプレートによって以前に占有されていた新生ポリマーマトリックスの領域内にボイドのネットワークを生成し得る。テンプレート材料の例には、多環式芳香族炭化水素（２－ナフトールおよびアントラセンなど）、樟脳、安息香酸などが含まれるが、さらなる固体材料も企図される。様々な実施形態によれば、固体の昇華性テンプレート剤の使用は、抽出中のポリマーマトリックスによる吸収および表面張力駆動ボイド崩壊を含む、液体テンプレート剤に関連する複雑化を回避する。

硬化は、熱または化学線への曝露によって達成され得、これはまた、テンプレートの材料とポリマー前駆体との間の相分離を促進し得る。硬化の作用の前または間に起こり得るテンプレート剤の結晶化は、ポリマーマトリックス内にランダム、短距離または長距離の整然性を有するボイドのネットワークの形成をもたらし得る。いくつかの例では、ボイドの構造は樹枝状のパターンを示し得る。昇華は、温度、圧力などの変化の１つまたは複数によって進められてもよい。

様々な堆積技術を使用して、重合性組成物の層を基板に堆積させることができる。重合性組成物の化学的性質および堆積方法の詳細を使用して、ボイドのサイズ、ボイドのサイズの分配、ボイドの密度、ボイドの短い整然性またはボイドの長い距離の程度などを含むナノボイド化ポリマー層の特性を調整し、それに応じて作動応答、透過率、および複屈折を含むその機械的および光学的特性を制御することができる。

いくつかの実施形態では、平均のボイドのサイズは、およそ５ｎｍ～およそ２０μｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、昇華前に重合性組成物の層の上にボイドを含まないキャッピング層を形成して、平坦で実質的にポッキングのない表面を有するナノボイド化ポリマー層を作製することができる。

多層構造体は、場合により１つ以上のキャッピング層を含む１つ以上のナノボイド化ポリマー層を含むことができ、ナノボイド化ポリマー層を容量的に作動させるように構成された対の電極をさらに含むことができる。そのようなナノボイド化ポリマー層は、ブランケットボイド化ポリマー層をパターニングおよびエッチングすることを含むトップダウン法を使用して、または構造化２Ｄもしくは３Ｄ要素を層ごとに形成することができるボトムアップ法を使用して、受動式光学系または能動式光学系に組み込むことができる。

例示的な実施形態
例１：方法は、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む重合性組成物を形成すること、重合性組成物のコーティングを形成すること、コーティングを処理して、複数の画定された領域に固体相を有する硬化ポリマー材料を形成すること、および硬化ポリマー材料から固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成することを含む。

例２：重合性組成物を処理して均一溶液を形成することをさらに含む、例１の方法。

例３：固体相の少なくとも一部を除去することが、およそ３０℃～およそ３００℃の温度でテンプレート剤を昇華させることを含む、例１および２のいずれかの方法。

例４：テンプレート剤が多環芳香族炭化水素を含む、例１～３のいずれかの方法。

例５：テンプレート剤が、２－ナフトール、アントラセン、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニン、コレステロール、パルミチン酸、ステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジンおよび１，４－ジクロロベンゼンから選択される、例１～４のいずれかの方法。

例６：複数の画定された領域が、およそ２０マイクロメートル未満の最大寸法を有する材料リッチ領域をテンプレート化することを含む、例１から５のいずれかの方法。

例７：固体相の少なくとも一部を除去することが昇華を含む、例１～６のいずれかの方法。

例８：ボイド化ポリマー層がおよそ０．２ＭＰａ～およそ５００ＭＰａの弾性率を有する、例１～７のいずれかの方法。

例９：重合性組成物が、ＵＶラジカル開始剤、熱ラジカル開始剤、およびレドックスラジカル開始剤から選択される開始剤をさらに含む、例１～８のいずれかの方法。

例１０：方法は、ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む均一溶液を形成すること、基板に溶液の層を形成すること、層を処理して、固体相の個別のドメインを含む硬化ポリマー材料を形成すること、およびドメインから固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成することを含む。

例１１：テンプレート剤が多環芳香族炭化水素を含む、例１０の方法。

例１２：テンプレート剤が、２－ナフトール、アントラセン、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニン、コレステロール、パルミチン酸、ステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジンおよび１，４－ジクロロベンゼンから選択される、例１０および１１のいずれかの方法。

例１３：固体相の少なくとも一部を除去することが昇華を含む、例１０～１２のいずれかの方法。

例１４：ボイド化ポリマーであって、ポリマーマトリックス全体に不均一に分散された複数のボイドを有するポリマーマトリックスを含む、ボイド化ポリマー。

例１５：ボイドが樹枝状パターンを示す、例１４のボイド化ポリマー。

例１６：ボイド化ポリマー層が導電性電極間に配置されている、例１４および１５のいずれかのボイド化ポリマーの層を含むアクチュエータ要素。

例１７：例１４および１５のいずれかのボイド化ポリマーを含む音響要素。

例１８：方法は、気化した反応物組成物を反応チャンバに導入することであって、気化した反応物組成物が、ポリマー前駆体および有機テンプレート剤を含む、導入すること、反応チャンバ内に配置された基板の上に反応物組成物を含むコーティングを形成すること、およびコーティングを処理してポリマー前駆体を硬化させ、有機テンプレート剤を結晶化させて複合層を形成することを含む。

例１９：結晶化した有機テンプレート剤の少なくとも一部をコーティングから除去して、ボイド化ポリマー層を形成することをさらに含む、例１８の方法。

例２０：複合層の表面上にポリマー層を形成することをさらに含む、例１８および１９のいずれかの方法。

例２１：有機テンプレート剤の結晶化を局所的に促進するために基板を前処理することをさらに含む、例１８～２０のいずれかの方法。

例２２：コーティングを形成する前に基板の上に光配向層を形成することをさらに含む、例１８～２１のいずれかの方法。

例２３：複合構造であって、ポリマードメイン間に分散した有機結晶性ドメインを含む、複合構造。

例２４：結晶性ドメインが好ましい結晶学的配向によって特徴付けられる、例２３の複合構造。

例２５：ポリマードメインがガラス状態によって特徴付けられる、例２３および２４のいずれかの複合構造。

例２６：ポリマードメインが機械的に弾性である、例２３～２５のいずれかの複合構造。

本開示の実施形態は、様々な種類の人工現実システムを含むか、またはそれと共に実装されてもよい。人工現実は、ユーザに提示される前に何らかの方法で調整された現実の形態であり、例えば、仮想現実、拡張現実、複合現実、ハイブリッド現実、またはそれらの何らかの組み合わせおよび／または派生物を含むことができる。人工現実コンテンツは、完全にコンピュータ生成コンテンツまたはキャプチャされた（例えば、現実世界）コンテンツと組み合わされたコンピュータ生成コンテンツを含むことができる。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、触覚フィードバック、またはそれらの何らかの組み合わせを含むことができ、それらのいずれも、単一のチャネルまたは複数のチャネル（視聴者に３次元（３Ｄ）効果を生成するステレオビデオなど）で提示することができる。さらに、いくつかの実施形態では、人工現実はまた、例えば、人工現実でコンテンツを作成するために使用される、および／または人工現実で（例えば人工現実での活動の実行のため）使用されるアプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはそれらの何らかの組み合わせに関連付けられてもよい。

人工現実システムは、様々な異なるフォームファクタおよび構成で実装され得る。いくつかの人工現実システムは、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）なしで動作するように設計され得る。他の人工現実システムは、実世界への可視性も提供するＮＥＤ（例えば、図１８の拡張現実システム１８００）、または人工現実にユーザを視覚的に没入させるＮＥＤ（例えば、図１９の仮想現実システム１９００）を含むことができる。一部の人工現実デバイスは自己完結型システムであり得るが、他の人工現実デバイスは、ユーザに人工現実体験を提供するために外部デバイスと通信および／または調整することができる。そのような外部デバイスの例には、ハンドヘルドコントローラ、モバイルデバイス、デスクトップコンピュータ、ユーザによって装着されたデバイス、１人または複数の他のユーザによって装着されたデバイス、および／または任意の他の適切な外部システムが含まれる。

図１８に移ると、拡張現実システム１８００は、ユーザの目の前に左表示装置１８１５（Ａ）および右表示装置１８１５（Ｂ）を保持するように構成されたフレーム１８１０を有するアイウェア装置１８０２を含むことができる。表示装置１８１５（Ａ）および１８１５（Ｂ）は、画像または一連の画像をユーザに提示するために一緒にまたは独立して動作することができる。拡張現実システム１８００は２つのディスプレイを含むが、本開示の実施形態は、単一のＮＥＤまたは２つを超えるＮＥＤを有する拡張現実システムで実施することができる。

いくつかの実施形態では、拡張現実システム１８００は、センサ１８４０などの１つまたは複数のセンサを含むことができる。センサ１８４０は、拡張現実システム１８００の動きに応答して測定シグナルを生成することができ、フレーム１８１０の実質的に任意の部分に配置することができる。センサ１８４０は、位置センサ、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、深度カメラアセンブリ、構造化光エミッタおよび／または検出器、またはそれらの任意の組み合わせを表すことができる。いくつかの実施形態では、拡張現実システム１８００は、センサ１８４０を含んでも含まなくてもよく、または複数のセンサを含んでもよい。センサ１８４０がＩＭＵを含む実施形態では、ＩＭＵは、センサ１８４０からの測定シグナルに基づいて較正データを生成することができる。センサ１８４０の例は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、動きを検出する他の適切なタイプのセンサ、ＩＭＵのエラー訂正に使用されるセンサ、またはそれらの何らかの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。

拡張現実システム１８００はまた、集合的に音響トランスデューサ１８２０と呼ばれる複数の音響トランスデューサ－１８２０（Ａ）～１８２０（Ｊ）を有するマイクロフォンアレイを含んでもよい。音響トランスデューサ１８２０は、音波によって誘導される空気圧変動を検出するトランスデューサであってもよい。各音響トランスデューサ１８２０は、音を検出し、検出された音を電子フォーマット（例えば、アナログまたはデジタル形式）に変換するように構成されてもよい。図１８のマイクロフォンアレイは、例えば、ユーザの対応する耳の内側に配置されるように設計され得る１０個の音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および１８２０（Ｂ）、フレーム１８１０上の様々な位置に配置され得る音響トランスデューサ１８２０（Ｃ）、１８２０（Ｄ）、１８２０（Ｅ）、１８２０（Ｆ）、１８２０（Ｇ）、および１８２０（Ｈ）、ならびに／または対応するネックバンド１８０５上に配置され得る音響トランスデューサ１８２０（Ｉ）および１８２０（Ｊ）を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、音響トランスデューサ１８２０（Ａ）～（Ｆ）のうちの１つまたは複数を出力トランスデューサ（例えば、スピーカ）として使用することができる。例えば、音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および／または１８２０（Ｂ）は、イヤホンまたは任意の他の適切なタイプのヘッドホンまたはスピーカであってもよい。

マイクロフォンアレイの音響トランスデューサ１８２０の構成は異なっていてもよい。拡張現実システム１８００は、１０個の音響トランスデューサ１８２０を有するものとして図１８に示されているが、音響トランスデューサ１８２０の数は１０個より多くても少なくてもよい。いくつかの実施形態では、より多数の音響トランスデューサ１８２０を使用すると、収集されるオーディオ情報の量および／またはオーディオ情報の感度および精度を高めることができる。対照的に、より少ない数の音響トランスデューサ１８２０を使用することにより、収集されたオーディオ情報を処理するために関連するコントローラ１８５０によって必要とされる計算能力を低減することができる。加えて、マイクロフォンアレイの各音響トランスデューサ１８２０の位置は変化してもよい。例えば、音響トランスデューサ１８２０の位置は、ユーザの定義された位置、フレーム１８１０の定義された座標、各音響トランスデューサ１８２０に関連する向き、またはそれらの何らかの組み合わせを含むことができる。

音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および１８２０（Ｂ）は、耳介の後ろ、耳珠の後ろ、および／または耳介もしくは窩の中など、ユーザの耳の異なる部分に配置されてもよい。または、外耳道内の音響トランスデューサ１８２０に加えて、耳の上または耳を囲む追加の音響トランスデューサ１８２０があってもよい。音響トランスデューサ１８２０をユーザの外耳道の隣に配置することにより、マイクロフォンアレイは、音が外耳道にどのように到達するかに関する情報を収集することができる。少なくとも２つの音響トランスデューサ１８２０をユーザの頭部の両側（例えば、バイノーラルマイクロフォンとして）に配置することにより、拡張現実デバイス１８００は、バイノーラル聴覚をシミュレートし、ユーザの頭部の周りの３Ｄステレオ音場を捉えることができる。いくつかの実施形態では、音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および１８２０（Ｂ）は、有線接続１８３０を介して拡張現実システム１８００に接続されてもよく、他の実施形態では、音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および１８２０（Ｂ）は、無線接続（例えば、ブルートゥース接続）を介して拡張現実システム１８００に接続されてもよい。さらに他の実施形態では、音響トランスデューサ１８２０（Ａ）および１８２０（Ｂ）は、拡張現実システム１８００と共にまったく使用されなくてもよい。

フレーム１８１０上の音響トランスデューサ１８２０は、テンプルの長さに沿って、ブリッジを横切って、表示装置１８１５（Ａ）および１８１５（Ｂ）の上または下、またはそれらの何らかの組み合わせに配置されてもよい。音響トランスデューサ１８２０は、マイクロフォンアレイが拡張現実システム１８００を装着しているユーザを取り囲む広範囲の方向の音を検出できるように配向されてもよい。いくつかの実施形態では、拡張現実システム１８００の製造中に最適化プロセスを実行して、マイクロフォンアレイ内の各音響トランスデューサ１８２０の相対的な位置決めを決定することができる。

いくつかの例では、拡張現実システム１８００は、ネックバンド１８０５などの外部装置（例えば、ペアリングされた装置）を含むか、またはそれに接続されてもよい。ネックバンド１８０５は、一般に、任意のタイプまたは形態のペアリングされた装置を表す。したがって、ネックバンド１８０５に関する以下の説明は、充電ケース、スマートウォッチ、スマートフォン、リストバンド、他のウェアラブル装置、ハンドヘルドコントローラ、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、他の外部コンピュータデバイスなどの様々な他のペアリングされた装置にも適用され得る。

図示のように、ネックバンド１８０５は、１つ以上のコネクタを介してアイウェア装置１８０２に結合されてもよい。コネクタは、有線または無線であってもよく、電気および／または非電気（例えば、構造）構成要素を含んでもよい。場合によっては、アイウェア装置１８０２およびネックバンド１８０５は、それらの間の有線または無線接続なしに独立して動作してもよい。図１８は、アイウェア装置１８０２およびネックバンド１８０５上の例示的な位置におけるアイウェア装置１８０２およびネックバンド１８０５の構成要素を示しているが、構成要素は、アイウェア装置１８０２および／またはネックバンド１８０５の他の場所に配置されてもよく、および／または異なるように分配されてもよい。いくつかの実施形態では、アイウェア装置１８０２およびネックバンド１８０５の構成要素は、アイウェア装置１８０２、ネックバンド１８０５、またはそれらの何らかの組み合わせとペアリングされた１つまたは複数の追加の周辺装置に配置されてもよい。

ネックバンド１８０５などの外部装置を拡張現実アイウェア装置とペアリングすることにより、アイウェア装置は、拡張機能のための十分なバッテリおよび計算能力を依然として備えながら、メガネのフォームファクタを達成することができる。拡張現実システム１８００のバッテリ電力、計算リソース、および／または追加の機能の一部またはすべては、ペアリングされた装置によって与えられるか、またはペアリングされた装置とアイウェア装置との間で共有されてもよく、したがって、依然として所望の機能性を保持しながら、アイウェア装置の重量、ヒートプロファイル、およびフォームファクタを全体的に低減する。例えば、ネックバンド１８０５は、そうでなければアイウェア装置に含まれるであろう構成要素がネックバンド１８０５に含まれることを可能にすることができるが、これは、ユーザが自分の頭部において耐えるよりも自分の肩において重い重量負荷に耐えることができるからである。ネックバンド１８０５はまた、周囲環境に熱を拡散および分散させるためのより大きな表面積を有することができる。したがって、ネックバンド１８０５は、独立型アイウェア装置で可能であったよりも大きなバッテリおよび計算能力を可能にすることができる。ネックバンド１８０５内に担持される重量は、アイウェア装置１８０２内に担持される重量よりもユーザにとって侵襲性が低くなり得るため、ユーザは、より軽いアイウェア装置を装着し、重いスタンドアロンのアイウェア装置を装着することに耐えるよりも長い時間にわたってペアリングされた装置を担持または装着することに耐えることができ、それにより、ユーザが日常的な活動に人工現実環境をより完全に組み込むことを可能にする。

ネックバンド１８０５は、アイウェア装置１８０２および／または他の装置と通信可能に結合されてもよい。これらの他の装置は、拡張現実システム１８００に特定の機能（例えば、追跡、位置特定、深度マッピング、処理、記憶などである）を提供することができる。図１８の実施形態では、ネックバンド１８０５は、マイクロフォンアレイの一部である（または潜在的に独自のマイクロフォンサブアレイを形成する）２つの音響トランスデューサ（例えば、１８２０（Ｉ）および１８２０（Ｊ））を含んでもよい。ネックバンド１８０５はまた、コントローラ１８２５および電源１８３５を含むことができる。

ネックバンド１８０５の音響トランスデューサ１８２０（Ｉ）および１８２０（Ｊ）は、音を検出し、検出された音を電子フォーマット（アナログまたはデジタル）に変換するように構成されてもよい。図１８の実施形態において、音響トランスデューサ１８２０（Ｉ）および１８２０（Ｊ）は、ネックバンド１８０５に配置されてもよく、それにより、ネックバンド音響トランスデューサ１８２０（Ｉ）および１８２０（Ｊ）と、アイウェア装置１８０２に配置された他の音響トランスデューサ１８２０との間の距離を増加させる。場合によっては、マイクロフォンアレイの音響トランスデューサ１８２０間の距離を大きくすることにより、マイクロフォンアレイを介して行われるビームフォーミングの精度を向上させることができる。例えば、音響トランスデューサ１８２０（Ｃ）および１８２０（Ｄ）によって音が検出され、音響トランスデューサ１８２０（Ｃ）と１８２０（Ｄ）との間の距離が、例えば音響トランスデューサ１８２０（Ｄ）と１８２０（Ｅ）との間の距離よりも大きい場合、検出された音の音源の位置は、音が音響トランスデューサ１８２０（Ｄ）および１８２０（Ｅ）によって検出された場合よりも正確であり得る。

ネックバンド１８０５のコントローラ１８２５は、ネックバンド１８０５および／または拡張現実システム１８００のセンサによって生成された情報を処理することができる。例えば、コントローラ１８２５は、マイクロフォンアレイによって検出された音を記述するマイクロフォンアレイからの情報を処理してもよい。検出された音ごとに、コントローラ１８２５は、到来方向（ＤＯＡ）推定を実行して、検出された音がマイクロフォンアレイに到来した方向を推定し得る。マイクロフォンアレイが音を検出すると、コントローラ１８２５は、オーディオデータセットに情報を入力し得る。拡張現実システム１８００が慣性測定ユニットを含む実施形態では、コントローラ１８２５は、アイウェア装置１８０２に配置されたＩＭＵからすべての慣性および空間の計算を計算することができる。コネクタは、拡張現実システム１８００とネックバンド１８０５との間、および拡張現実システム１８００とコントローラ１８２５との間で情報を伝達することができる。情報は、光学データ、電気データ、無線データ、または任意の他の送信可能なデータ形式の形態であってもよい。拡張現実システム１８００によって生成された情報の処理をネックバンド１８０５に移動させることにより、アイウェア装置１８０２の重量および熱を低減し、ユーザにとってより快適にすることができる。

ネックバンド１８０５内の電源１８３５は、アイウェア装置１８０２および／またはネックバンド１８０５に電力を供給することができる。電源１８３５は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、一次リチウム電池、アルカリ電池、または任意の他の形態の電力貯蔵部を含むことができるが、これらに限定されない。場合によっては、電源１８３５は有線電源であってもよい。アイウェア装置１８０２の代わりにネックバンド１８０５に電源１８３５を含めることは、電源１８３５によって生成された重量および熱をより良好に分配させるのに役立ち得る。

上述したように、いくつかの人工現実システムは、人工現実を実際の現実とブレンドする代わりに、現実世界のユーザの知覚の１つまたは複数を仮想体験に実質的に置き換えることができる。このタイプのシステムの一例は、ユーザの視野をほとんどまたは完全にカバーする、図１９の仮想現実システム１９００などの頭部装着型ディスプレイシステムである。仮想現実システム１９００は、ユーザの頭部の周りに適合するように成形された前部剛体１９０２およびバンド１９０４を含むことができる。仮想現実システム１９００はまた、出力オーディオトランスデューサ１９０６（Ａ）および１９０６（Ｂ）を含むことができる。さらに、図１９には示されていないが、前部剛体１９０２は、１つまたは複数の電子ディスプレイ、１つまたは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、１つまたは複数の追跡エミッタまたは検出器、および／または人工現実体験を作成するための任意の他の適切なデバイスまたはシステムを含む、１つまたは複数の電子要素を含むことができる。

人工現実システムは、様々なタイプの視覚フィードバック機構を含むことができる。例えば、拡張現実システム１８００および／または仮想現実システム１９００の表示デバイスは、１つまたは複数の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、デジタル光プロジェクト（ＤＬＰ）マイクロディスプレイ、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）マイクロディスプレイ、および／または任意の他の適切なタイプの表示画面を含むことができる。人工現実システムは、両眼用の単一の表示画面を含むことができ、または各眼用の表示画面を提示することができ、焦点可変調整またはユーザの屈折誤差を補正するための追加の柔軟性を可能にすることができる。いくつかの人工現実システムはまた、ユーザが表示画面を見ることができる１つまたは複数のレンズ（例えば、従来の凹レンズまたは凸レンズ、フレネルレンズ、調整可能な液体レンズなどである）を有する光学サブシステムを含むことができる。これらの光学サブシステムは、光をコリメート（例えば、物体をその物理的距離よりも大きな距離に出現させる）、拡大（例えば、物体をその実際のサイズよりも大きく見せる）、および／またはリレー（例えば、視聴者の目に）することを含む様々な目的を果たすことができる。これらの光学サブシステムは、非瞳形成アーキテクチャ（光を直接コリメートするがいわゆる糸巻き歪みをもたらす単一レンズ構成など）および／または瞳形成アーキテクチャ（糸巻き歪みを無効にするいわゆる樽型歪みを生成するマルチレンズ構成など）で使用することができる。

ディスプレイスクリーンを使用することに加えて、またはその代わりに、いくつかの人工現実システムは、１つ以上の投影システムを含むことができる。例えば、拡張現実システム１８００および／または仮想現実システム１９００の表示装置は、周囲の光を通過させる透明コンバイナーレンズなどの表示装置に光を投射する（例えば、導波路を使用して）マイクロＬＥＤプロジェクタを含むことができる。表示装置は、投射された光をユーザの瞳孔に向けて屈折させることができ、ユーザが人工現実コンテンツと現実世界の両方を同時に見ることを可能にすることができる。表示装置は、導波路構成要素（例えば、ホログラフィック、平面、回折、偏光、および／または反射導波路要素）、光操作面および要素（回折要素、反射要素、屈折要素、格子など）、結合要素などを含む様々な異なる光学構成要素のいずれかを使用してこれを達成することができる。人工現実システムはまた、仮想網膜ディスプレイに使用される網膜プロジェクタなどの任意の他の適切なタイプまたは形態の画像投影システムで構成されてもよい。

人工現実システムはまた、様々なタイプのコンピュータビジョン構成要素およびサブシステムを含むことができる。例えば、拡張現実システム１８００および／または仮想現実システム１９００は、二次元（２Ｄ）または３Ｄカメラ、構造化光トランスミッタおよび検出器、飛行時間型深度センサ、シングルビームまたはスイーピングレーザ距離計、３Ｄ ＬｉＤＡＲセンサ、および／または任意の他の適切なタイプまたは形態の光学センサなどの、１つまたは複数の光学センサを含むことができる。人工現実システムは、これらのセンサのうちの１つまたは複数から得たデータを処理して、ユーザの位置を識別し、現実世界をマッピングし、現実世界の周囲に関するコンテキストをユーザに提供し、および／または様々な他の機能を実行することができる。

人工現実システムはまた、１つまたは複数の入力および／または出力オーディオトランスデューサを含むことができる。図１９に示す例では、出力オーディオトランスデューサ１９０６（Ａ）および１９０６（Ｂ）は、ボイスコイルスピーカ、リボンスピーカ、静電スピーカ、圧電スピーカ、骨伝導トランスデューサ、軟骨伝導トランスデューサ、耳珠振動トランスデューサ、および／または任意の他の適切なタイプまたは形態のオーディオトランスデューサを含むことができる。同様に、入力オーディオトランスデューサは、コンデンサーマイクロフォン、ダイナミックマイクロフォン、リボンマイクロフォン、および／または任意の他のタイプまたは形態の入力トランスデューサを含むことができる。いくつかの実施形態では、単一のトランスデューサをオーディオ入力とオーディオ出力の両方に使用することができる。

図１８には示されていないが、人工現実システムは、帽子、手袋、ボディスーツ、ハンドヘルドコントローラ、環境装置（例えば、椅子、フロアマットなどである）、および／または任意の他の種類の装置またはシステムに組み込まれ得る触知（すなわち、触覚）フィードバックシステムを含み得る。触覚フィードバックシステムは、振動、力、牽引、テクスチャ、および／または温度を含む様々なタイプの皮膚フィードバックを提供することができる。触覚フィードバックシステムはまた、動きおよびコンプライアンスなどの様々なタイプの運動感覚フィードバックを提供し得る。触覚フィードバックは、モータ、圧電アクチュエータ、流体システム、および／または様々な他の種類のフィードバック機構を使用して実施することができる。触覚フィードバックシステムは、他の人工現実デバイスから独立して、他の人工現実デバイス内で、および／または他の人工現実デバイスと組み合わせて実装され得る。

触覚感覚、可聴コンテンツ、および／または視覚コンテンツを提供することにより、人工現実システムは、仮想体験全体を作成するか、または様々なコンテキストおよび環境におけるユーザの現実世界体験を向上させることができる。例えば、人工現実システムは、特定の環境内のユーザの知覚、記憶、または認知を支援または拡張することができる。いくつかのシステムは、現実世界における他の人々とのユーザの対話を強化することができ、または仮想世界における他の人々とのより没入的な対話を可能にすることができる。人工現実システムはまた、教育目的（例えば、学校、病院、政府機関、軍事機関、企業などでの教育または訓練のためのものである）、娯楽目的（例えば、ビデオゲームのプレイ、音楽の聴取、ビデオコンテンツの視聴などのためのものである）、および／またはアクセシビリティ目的（例えば、補聴器、視覚補助具などとして）に使用されてもよい。本明細書で開示される実施形態は、これらのコンテキストおよび環境のうちの１つまたは複数において、ならびに／あるいは他のコンテキストおよび環境において、ユーザの人工現実体験を可能にし、または強化することができる。

上述したように、人工現実システム１８００および１９００は、より訴えかけるものがある人工現実体験を提供するために、様々な他のタイプの装置と共に使用されることができる。これらの装置は、触覚フィードバックを提供し、および／または環境とのユーザの対話に関する触覚情報を収集するトランスデューサとの触覚インターフェースであり得る。本明細書で開示される人工現実システムは、触覚フィードバック（例えば、ユーザが皮膚の神経を介して検出するフィードバック、皮膚フィードバックとも呼ばれる）および／または運動感覚フィードバック（例えば、ユーザが筋肉、関節、および／または腱に位置する受容体を介して検出するフィードバック）を含む、様々なタイプの触覚情報を検出または伝達する様々なタイプの触覚インターフェースを含むことができる。

触覚フィードバックは、ユーザの環境内に配置されたインターフェース（例えば、椅子、テーブル、床などである）および／またはユーザによって着用または携帯され得る物品のインターフェース（例えば、手袋、リストバンドなど）によって与えられ得る。例として、図２０は、ウェアラブルな手袋（触覚装置２０１０）およびリストバンド（触覚装置２０２０）の形態の振動触覚システム２０００を示す。触覚装置２０１０および触覚装置２０２０は、ユーザの手および手首に対してそれぞれ位置決めするように成形され構成された可撓性のウェアラブルなテキスタイル材料２０３０を含むウェアラブル装置の例として示されている。本開示はまた、指、腕、頭、胴体、足、または脚などの他の人体の部分に対して位置決めするように成形および構成され得る振動触覚システムを含む。限定ではなく例として、本開示の様々な実施形態による振動触覚システムはまた、他の可能性の中でも、手袋、ヘッドバンド、アームバンド、スリーブ、ヘッドカバー、靴下、シャツ、またはパンツの形態であってもよい。いくつかの例では、「テキスタイル」という用語は、織布、不織布、皮革、布、可撓性ポリマー材料、複合材料などを含む任意の可撓性のウェアラブルな材料を含み得る。

１つ以上の振動触覚装置２０４０は、振動触覚システム２０００のテキスタイル材料２０３０に形成された１つ以上の対応するポケット内に少なくとも部分的に配置されてもよい。振動触覚装置２０４０は、振動触覚システム２０００のユーザに振動感覚（例えば、触覚フィードバック）を提供する場所に配置されてもよい。例えば、振動触覚装置２０４０は、図２０に示すように、ユーザの指、親指、または手首に対して配置されてもよい。振動触覚装置２０４０は、いくつかの例では、ユーザの対応する身体部分に適合するかまたはそれと共に屈曲するように十分に可撓性であってもよい。

振動触覚装置２０４０の起動のために振動触知装置に電圧を印加するための電源２０５０（例えば、バッテリ）は、導電性配線２０５２などを介して振動触覚装置２０４０に電気的に結合されてもよい。いくつかの例では、振動触覚装置２０４０の各々は、個々の起動のために電源２０５０に独立して電気的に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ２０６０は、電源２０５０に動作可能に結合され、振動触覚装置２０４０の起動を制御するように構成され（例えば、プログラムされ）得る。

振動触覚システム２０００は、様々な方法で実装することができる。いくつかの例では、振動触覚システム２０００は、他の装置およびシステムから独立して動作するための一体型サブシステムおよび構成要素を備えたスタンドアロンシステムであってもよい。別の例として、振動触覚システム２０００は、別の装置またはシステム２０７０と相互作用するように構成されてもよい。例えば、振動触覚システム２０００は、いくつかの例では、他の装置またはシステム２０７０にシグナルを受信および／または送信するための通信インターフェース２０８０を含むことができる。他の装置またはシステム２０７０は、モバイル装置、ゲーム機、人工現実（例えば、仮想現実、拡張現実、複合現実）装置、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ネットワーク装置（例えば、モデム、ルータなどである）、ハンドヘルドコントローラなどであってもよい。通信インターフェース２０８０は、無線（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、セルラ、無線などである）リンクまたは有線リンクを介して振動触覚システム２０００と他の装置またはシステム２０７０との間の通信を可能にすることができる。存在する場合、通信インターフェース２０８０は、振動触覚装置２０４０のうちの１つまたは複数を作動または停止させるためのシグナルをプロセッサ２０６０に提示するなどのために、プロセッサ２０６０と通信することができる。

振動触覚システム２０００は、任意選択的に、タッチ感知パッド２０９０、圧力センサ、モーションセンサ、位置センサ、照明要素、および／またはユーザインターフェース要素（例えば、オン／オフボタン、振動制御要素などである）などの他のサブシステムおよび構成要素を含んでもよい。使用中、振動触覚装置２０４０は、ユーザのユーザインターフェース要素との相互作用、動きまたは位置センサからのシグナル、タッチ感知パッド２０９０からのシグナル、圧力センサからのシグナル、他の装置またはシステム２０７０からのシグナルなどに応答して、様々な異なる理由で起動されるように構成され得る。

電源２０５０、プロセッサ２０６０、および通信インターフェース２０８０は、触覚装置２０２０に配置されるものとして図２０に示されているが、本開示はそのように限定されない。例えば、電源２０５０、プロセッサ２０６０、または通信インターフェース２０８０のうちの１つまたは複数は、触覚装置２０１０内または別のウェアラブルな布地の中に配置されてもよい。

図２０に示され、それに関連して説明されたものなどの触覚ウェアラブルは、様々なタイプの人工現実システムおよび環境で実装され得る。図２１は、１つのヘッドマウント型仮想現実ディスプレイおよび２つの触覚装置（すなわち、手袋）を含む例示的な人工現実環境２１００を示し、他の実施形態では、これらの構成要素および他の構成要素の任意の数および／または組み合わせが人工現実システムに含まれてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、各々が関連する触覚装置を有する複数のヘッドマウントディスプレイがあってもよく、各ヘッドマウントディスプレイおよび各触覚装置は、同じコンソール、ポータブルコンピューティングデバイス、または他のコンピューティングシステムと通信する。

ヘッドマウントディスプレイ２１０２は、一般に、図１９の仮想現実システム１９００などの任意の種類または形態の仮想現実システムを表す。触覚装置２１０４は、一般に、ユーザが仮想物体と物理的に係合しているという知覚をユーザに与えるために触覚フィードバックをユーザに提供する、人工現実システムのユーザによって装着される任意のタイプまたは形態のウェアラブル装置を表す。いくつかの実施形態では、触覚装置２１０４は、振動、動き、および／または力をユーザに加えることによって触覚フィードバックを提供することができる。例えば、触覚装置２１０４は、ユーザの動きを制限または増強することができる。具体的な例を挙げると、触覚装置２１０４は、ユーザが自分の手が仮想の壁と物理的に接触したという知覚を得るように、ユーザの手が前方に移動するのを制限することができる。この特定の例では、触覚装置内の１つ以上のアクチュエータは、触覚装置の膨張可能なブラダに流体を送り込むことによって物理的な動きの制限を達成することができる。いくつかの例では、ユーザは、触覚装置２１０４を使用してコンソールにアクション要求を送信することもできる。アクション要求の例には、限定するものではないが、アプリケーションを開始し、および／またはアプリケーションを終了する要求、および／またはアプリケーション内の特定のアクションを実行する要求が含まれる。

図２１に示すように、触覚インターフェースを仮想現実システムで使用することができるが、図２２に示すように、触覚インターフェースを拡張現実システムで使用することもできる。図２２は、拡張現実システム２２００と対話するユーザ２２１０の斜視図である。この例では、ユーザ２２１０は、１つ以上のディスプレイ２２２２を有することができ、触覚装置２２３０とペアになる一対の拡張現実メガネ２２２０を装着することができる。この例では、触覚装置２２３０は、複数のバンド要素２２３２と、バンド要素２２３２を互いに接続する張力付与機構２２３４とを含むリストバンドであってもよい。

バンド要素２２３２のうちの１つまたは複数は、触覚フィードバックを提供するのに適した任意のタイプまたは形態のアクチュエータを含むことができる。例えば、バンド要素２２３２のうちの１つまたは複数は、振動、力、牽引、テクスチャ、および／または温度を含む様々なタイプの皮膚フィードバックのうちの１つまたは複数を提供するように構成されてもよい。そのようなフィードバックを提供するために、バンド要素２２３２は、様々なタイプのアクチュエータのうちの１つまたは複数を含むことができる。一例では、バンド要素２２３２の各々は、一斉にまたは独立して振動して、様々なタイプの触覚のうちの１つまたは複数をユーザにもたらすように構成された振動体（例えば、振動触覚アクチュエータ）を含むことができる。あるいは、単一のバンド要素またはバンド要素のサブセットのみが振動子を含んでもよい。

触覚装置２０１０、２０２０、２１０４、および２２３０は、任意の適切な数および／または種類の触覚トランスデューサ、センサ、および／またはフィードバック機構を含むことができる。例えば、触覚装置２０１０、２０２０、２１０４、および２２３０は、１つまたは複数の機械トランスデューサ、圧電トランスデューサ、および／または流体トランスデューサを含むことができる。触覚装置２０１０、２０２０、２１０４、および２２３０はまた、ユーザの人工現実感体験を向上させるために一緒にまたは独立して機能するトランスデューサの異なるタイプおよび形態の様々な組み合わせを含むことができる。一例では、触覚装置２２３０のバンド要素２２３２の各々は、一斉にまたは独立して振動して、様々なタイプの触覚のうちの１つまたは複数をユーザにもたらすように構成された振動体（例えば、振動触覚アクチュエータ）を含むことができる。

本明細書に記載および／または図示されるステップのプロセスパラメータおよび順序は、例としてのみ与えられ、所望に応じて変更することができる。例えば、本明細書に図示および／または説明されるステップは特定の順序で図示または説明され得るが、これらのステップは必ずしも図示または説明された順序で実行される必要はない。本明細書に記載および／または図示された様々な例示的な方法はまた、本明細書に記載または図示されたステップの１つまたは複数を省略してもよく、または開示されたステップに加えて追加のステップを含んでもよい。

前述の説明は、他の当業者が本明細書に開示された例示的な実施形態の様々な態様を最良に利用することを可能にするために提示された。この例示的な説明は、網羅的であること、または開示された任意の正確な形態に限定されることを意図するものではない。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が可能である。本明細書で開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲を決定する際には、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物を参照すべきである。

特に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される「に接続される」および「に結合される」（およびそれらの派生語）という用語は、直接的および間接的（すなわち、他の要素または構成要素を介して）接続の両方を可能にすると解釈されるべきである。さらに、本明細書および特許請求の範囲で使用される「ａ」または「ａｎ」という用語は、「少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきである。最後に、使用を容易にするために、本明細書および特許請求の範囲で使用される「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語（およびそれらの派生語）は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語と交換可能であり、同じ意味を有する。

層または領域などの要素が別の要素に形成される、堆積される、または「に配置される」もしくは「上に配置される」と言及される場合、それは他の要素の少なくとも一部に直接配置され得、または１つ以上の介在要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接」または「直接上に」あると言及される場合、それは、介在する要素が存在しないで、他の要素の少なくとも一部に配置され得る。

特定の実施形態の様々な特徴、要素またはステップは、移行句「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を使用して開示され得るが、移行句「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」または「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」を使用して記載され得るものを含む代替の実施形態が暗示されることを理解されたい。したがって、例えば、酸化インジウムスズを含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）または含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）電極に対する暗示的な代替実施形態は、電極が酸化インジウムスズから本質的になる実施形態、および電極が酸化インジウムスズからなる実施形態を含む。

Claims (15)

1. ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む重合性組成物を形成すること、
   前記重合性組成物のコーティングを形成すること、
   前記コーティングを処理して、複数の画定された領域に固体相を含む硬化ポリマー材料を形成すること、および
   前記硬化ポリマー材料から前記固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成すること
   を含む方法。
2. 前記重合性組成物を処理して均一溶液を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記固体相の少なくとも一部を除去することが、前記テンプレート剤をおよそ３０℃～およそ３００℃の温度で昇華させることを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記テンプレート剤が多環芳香族炭化水素を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記テンプレート剤が、２－ナフトール、アントラセン、安息香酸、サリチル酸、樟脳、サッカリン、キニン、コレステロール、パルミチン酸、ステアリン酸、アセチルサリチル酸、アトロピン、ヒ素、ピペラジンおよび１，４－ジクロロベンゼンからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の画定された領域が、およそ２０μｍ未満の最大寸法を有する材料リッチ領域をテンプレート化することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記固体相の少なくとも一部を除去することが昇華を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ボイド化ポリマー層が、およそ０．２ＭＰａ～およそ５００ＭＰａの弾性率を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記重合性組成物が、ＵＶラジカル開始剤、熱ラジカル開始剤、およびレドックスラジカル開始剤からなる群から選択される開始剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. ポリマー前駆体および固体テンプレート剤を含む均一溶液を形成すること、
    基板に溶液の層を形成すること、
    前記層を処理して、固体テンプレート剤相の個別のドメインを含む硬化ポリマー材料を形成すること、および
    前記ドメインから固体相の少なくとも一部を除去して、ボイド化ポリマー層を形成すること
    を含む方法。
11. ポリマーマトリックス全体に不均一に分散された複数のボイドを有するポリマーマトリックス
    を含むボイド化ポリマー。
12. 前記ボイド化ポリマー層が導電性電極間に配置されている、請求項１１に記載のボイド化ポリマーの層を含むアクチュエータ要素。
13. 請求項１１に記載のボイド化ポリマーを含む音響要素。
14. 気化した反応物組成物を反応チャンバに導入することであって、前記気化した反応物組成物が、ポリマー前駆体および有機テンプレート剤を含む、導入すること、
    前記反応チャンバ内に配置された基板の上に前記反応物組成物を含むコーティングを形成すること、および
    前記コーティングを処理して前記ポリマー前駆体を硬化させ、前記有機テンプレート剤を結晶化させて複合層を形成すること
    を含む方法。
15. ポリマードメイン間に分散した有機結晶性ドメイン
    を含む複合構造。
    

Images