KR101967130B1 - 액정 요소들을 포함하는 가변 광학 안과용 장치 - Google Patents

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랜달 비. 퓨
다니엘 비. 오츠
프레더릭 에이. 플릿치
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 가변 광학 삽입체를 안과용 렌즈 내에 제공하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 에너지 공급원은 안과용 렌즈 내에 포함된 가변 광학 삽입체에 동력을 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안과용 렌즈는 실리콘 하이드로겔로부터 캐스트 성형된다. 다양한 안과용 렌즈 개체들은 굴절 특성들을 전기적으로 제어하기 위한 전기활성 액정 층들을 포함할 수 있다.

Description

액정 요소들을 포함하는 가변 광학 안과용 장치{VARIABLE OPTIC OPHTHALMIC DEVICE INCLUDING LIQUID CRYSTAL ELEMENTS}
관련 출원
본 출원은, 그 내용이 본 명세서에서 의존되고 포함된, 2011년 12월 23일자로 출원된 미국 가출원 제61/579,695호에 대한 우선권을 청구한다.
본 발명은 가변 광학 능력을 갖는 안과용 렌즈 장치를 기술하며, 보다 구체적으로는, 일부 실시예들에서, 액정 요소들을 이용한 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈의 제조를 기술한다.
전통적으로, 안과용 렌즈, 예컨대 콘택트 렌즈(contact lens) 또는 안내 렌즈(intraocular lens)는 미리설정된 광학 품질을 제공하였다. 예를 들어, 콘택트 렌즈는 하기의 것 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 시력 교정 기능성, 미용 향상, 및 치료적 효과, 그러나 단지 한 세트의 시력 교정 기능들. 각각의 기능은 렌즈의 물리적 특징에 의해 제공된다. 기본적으로, 렌즈 내에 굴절 품질을 포함시키는 디자인은 시력 교정 기능성을 제공한다. 렌즈 내에 포함된 안료는 미용 향상을 제공할 수 있다. 렌즈 내에 포함된 활성제는 치료 기능성을 제공할 수 있다.
현재까지, 안과용 렌즈 내의 광학 품질은 렌즈의 물리적 특징으로 디자인되었다. 일반적으로, 광학 디자인이 결정되고 이어서, 예를 들어 캐스트 성형(cast molding) 또는 선반가공(lathing)을 통한 것과 같이 렌즈의 제조 중에 렌즈에 부여되었다. 렌즈의 광학 품질은 일단 렌즈가 형성되고 나면 변화 없이 유지되었다. 그러나, 착용자는 때때로 시력 조절(sight accommodation)을 제공하기 위해 이들이 한 가지 초과의 굴절력(focal power)을 이용할 수 있는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 광학 교정을 변화시키기 위해 안경을 바꿀 수 있는 안경 착용자와 달리, 콘택트 렌즈 착용자 또는 안내 렌즈 착용자는 상당한 노력 없이 그들의 시력 교정의 광학적 특징을 변화시킬 수 없었다.
따라서, 본 발명은 동력공급될 수 있고 안과용 장치에 포함될 수 있는 액정 요소들을 갖는 가변 광학 삽입체와 관련된 혁신을 포함하는데, 이는 렌즈의 광학적 품질을 변경할 수 있다. 그러한 안과용 장치의 예는 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈를 포함할 수 있다. 게다가, 액정 요소들을 이용하여 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈를 형성하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들은 또한 가변 광학부를 추가로 포함하는 강성 또는 성형성 동력공급형 삽입체(energized insert)를 갖는 캐스트 성형된 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈를 포함할 수 있으며, 삽입체는 생체적합성 방식으로 안과용 렌즈 내에 포함된다.
따라서, 본 발명은 가변 광합 삽입체를 갖는 안과용 렌즈, 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈를 형성하기 위한 장치, 및 이를 제조하는 방법의 개시를 포함한다. 에너지 공급원이 가변 광학 삽입체 상에 침착될 수 있으며, 삽입체는 제1 금형 부분품과 제2 금형 부분품 중 하나 또는 둘 모두에 근접하게 배치될 수 있다. 반응성 단량체 혼합물이 제1 금형 부분품과 제2 금형 부분품 사이에 배치된다. 제1 금형 부분품이 제2 금형 부분품에 근접하게 위치됨으로써 렌즈 공동(lens cavity)을 형성하여, 동력공급되는 매체 삽입체 및 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부가 렌즈 공동 내에 있게 되며; 반응성 단량체 혼합물은 화학 방사선에 노출되어 안과용 렌즈를 형성한다. 렌즈는 반응성 단량체 혼합물이 노출되는 화학 방사선의 제어를 통해 형성된다. 일부 실시예들에서, 안과용 렌즈 스커트 또는 삽입체 봉지(encapsulating) 층은 표준 하이드로겔 안과용 렌즈 제형으로 구성될 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용 가능한 부합을 제공할 수 있는 특징을 갖는 예시적인 재료는 예를 들어 나라필콘(Narafilcon) 계열(나라필콘 A와 나라필콘 B를 포함함) 및 에타필콘(Etafilcon) 계열(에타필콘 A를 포함함)을 포함할 수 있다.
액정 요소들을 이용하여 가변 광학 삽입체를 형성하는 방법들 및 얻어진 삽입체들은 다양한 실시예들의 중요한 태양들이다. 일부 실시예들에서, 액정은 액정의 정지 배향(resting orientation)을 설정할 수 있는 2개의 정렬 층(alignment layer)들 사이에 위치될 수 있다. 이들 2개의 정렬 층들은 가변 광학부를 포함하는 기재(substrate) 층들 상에 침착된 전극들을 통해 에너지 공급원과 전기 연통(electrical communication)할 수 있다. 전극들은 에너지 공급원에의 중간 상호접속부를 통해 동력공급되거나 삽입체 내에 매립된 구성요소들을 통해 직접적으로 동력공급될 수 있다.
정렬 층들의 동력공급은 액정이 정지 배향으로부터 동력공급된 배향(energized orientation)으로 변화하게 할 수 있다. 2개의 동력공급 수준들, 즉 온 또는 오프로 작동되는 실시예들에서, 액정은 하나의 동력공급된 배향만을 가질 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 동력공급이 에너지 수준들의 규모에 따라 일어나는 경우, 액정은 다수의 동력공급된 배향들을 가질 수 있다.
얻어진 분자들의 정렬 및 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미침으로써 가변 광학 삽입체 내에 변화를 일으킨다. 예를 들어, 정렬 및 배향은 입사광에 대한 굴절 특성과 작용할 수 있다. 부가적으로, 그 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 동력공급이 렌즈의 초점 특성을 변경하는 가변 광학 삽입체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 유전체 재료가 정렬 층과 전극 사이에 침착될 수 있다. 그러한 실시예들은 예를 들어 사전형성된 형상과 같은 3차원 특성을 갖는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 제2 유전체 재료 층을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 유전체 재료 층은 광학 구역 내의 영역에 걸쳐 두께가 변화하여 액정 재료 층에 걸쳐 가변 전기장을 초래한다. 대안적인 실시예들에서, 안과용 렌즈 장치는 유사한 광학 특성들 및 상이한 저주파수 유전 특성들을 갖는 2개의 재료들의 복합물일 수 있는 제1 유전체 재료 층을 포함할 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 일부 실시예를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 금형 조립체 기구 구성요소들을 예시하는 도면.
<도 2>
도 2는 가변 광학 삽입체 실시예를 갖는 예시적인 동력공급형 안과용 렌즈를 예시하는 도면.
<도 3>
도 3은 가변 광학부가 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 갖는 안내 렌즈 장치 실시예의 단면도.
<도 4>
도 4는 가변 광학부가 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈 장치 실시예의 단면도.
<도 5>
도 5는 가변 광학부가 액정으로 구성된 예시적인 실시예의 가변 광학 삽입체를 예시하는 도면.
<도 6>
도 6은 가변 광학부가 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체의 대안적인 실시예를 예시하는 도면.
<도 7>
도 7은 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈를 형성하기 위한 방법 단계들을 예시하는 도면.
<도 8>
도 8은 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 안과용 렌즈 금형 부분품 내에 배치하기 위한 기구 구성요소들의 예를 예시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 일부 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 프로세서를 예시하는 도면.
본 발명은 가변 광학부가 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈를 제조하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 게다가, 본 발명은 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체가 내부로 통합된 안과용 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따르면, 안과용 렌즈에는 매립된 삽입체 및 에너지를 위한 저장 수단으로서 전기화학 전지 또는 배터리와 같은 에너지 공급원이 형성된다. 일부 실시예들에서, 에너지 공급원을 포함하는 재료는 봉지되어 안과용 렌즈가 배치되는 환경으로부터 격리될 수 있다.
착용자-제어식 조절 장치가 광학부를 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 조절 장치는 예를 들어 전압 출력을 증가시키거나 감소시키기 위한 전자 장치 또는 수동 장치(passive device)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 또한, 측정된 파라미터 또는 착용자 입력에 따라, 자동화된 기구를 통해 가변 광학부를 변화시키기 위한 자동화된 조절 장치를 포함할 수 있다. 착용자 입력은, 예를 들어 무선 기구에 의해 제어되는 스위치를 포함할 수 있다. 무선은 예를 들어 무선 주파수 제어, 자기 스위칭(magnetic switching), 및 인덕턴스 스위칭(inductance switching)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 삽입체는 또한 액정 층들로 구성된 가변 광학부를 포함한다. 광학 굴절력의 변화는 전극들의 동력공급에 의해 생성된 전기장들이 액정 층 내에서 재정렬을 일으킴으로써 분자들을 정지 배향으로부터 동력공급된 배향으로 변화시킬 때 발생할 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 전극들의 동력공급에 의한 액정 층들의 변경에 의해 야기되는 상이한 효과들은 예를 들어 편광각의 회전과 같이 활용될 수 있다.
액정 층들을 갖는 일부 실시예들에서, 동력공급될 수 있는 안과용 렌즈의 비-광학 구역 부분 내의 요소들이 존재할 수 있는 반면, 다른 실시예들은 동력공급을 필요로 하지 않을 수 있다. 동력공급이 없는 상기 실시예들에서, 액정은 예를 들어 주변 온도 또는 주변 광과 같은 일부 외부 요인에 기초하여 수동적으로 가변 가능할 수 있다.
액정 렌즈는 그 본체 상에 입사되는 편광된 광에 대하여 전기적으로 가변 가능한 굴절률을 제공할 수 있다. 편광 축이 제1 렌즈에 대하여 제2 렌즈 내에서 회전된 2개의 렌즈들의 조합은, 주변의 비-편광된 광에 대해 굴절률을 변화시킬 수 있는 렌즈 요소를 허용한다.
전기적으로 활성인 액정 층들을 전극들과 조합함으로써, 전극들을 가로질러 전기장을 인가함으로써 제어될 수 있는 물리적 개체(entity)가 유래될 수 있다. 액정 층의 주연부 상에 존재하는 유전체 층이 있는 경우, 유전체 층을 가로지르는 전기장과 액정 층을 가로지르는 전기장이 전극들을 가로지르는 전기장으로 조합될 수 있다. 3차원 형상에서, 층들을 가로지른 장들의 조합의 성질은 전기역학적 원리 및 유전체 층과 액정 층의 기하학적 구조에 기초하여 추정될 수 있다. 유전체 층의 유효 전기적 두께(effective electrical thickness)가 불균일한 방식으로 만들어지는 경우, 전극들을 가로지른 장의 효과는 유전체의 유효 형상에 의해 "형상화"될 수 있으며 액정 층들 내에서 굴절률의 차원적으로 형상화된 변화들을 생성한다. 일부 실시예들에서, 그러한 형상화는 가변 가능한 초점 특성을 채용하는 능력을 갖는 렌즈를 초래할 수 있다.
하기 섹션들에서, 본 발명의 실시예들의 상세한 설명이 주어질 것이다. 바람직한 그리고 대안적인 실시예들 둘 모두의 설명은 단지 예시적인 실시예들이며, 당업자에게는 변동, 수정 및 변경이 명백할 수 있을 것으로 이해된다. 따라서, 상기 예시적인 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 잘 알 것이다.
용어
본 발명에 관한 이러한 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 하기의 정의가 적용될 다양한 용어들이 사용될 수 있다:
정렬 층: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액정 층 내에서 분자들의 배향에 영향을 미치며 배향을 정렬하는 액정 층에 인접한 층을 지칭한다. 얻어진 분자들의 정렬 및 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 정렬 및 배향은 입사광에 대한 굴절 특성과 작용할 수 있다. 부가적으로, 그 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다.
전기 연통: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기장에 의해 영향을 받는 것을 지칭한다. 전도성 재료들의 경우, 그 영향은 전류의 흐름에 기인하거나 전류의 흐름을 초래할 수 있다. 다른 재료들에서, 이는 예로서 전기장 선들을 따라 영구적인 그리고 유도된 분자 쌍극자들을 배향시키는 경향과 같은 영향을 야기하는 전기 전위장(electrical potential field)일 수 있다.
동력공급된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 내부에 전기 에너지를 저장할 수 있는 상태를 지칭한다.
동력공급된 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지 공급원에 의해 동력이 공급된 전위장의 효과에 의해 영향을 받은 때의 액정 분자들의 배향을 지칭한다. 예를 들어, 액정을 포함하는 장치는 에너지 공급원이 온 또는 오프로 작동되면 하나의 동력공급된 배향을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 동력공급된 배향은 인가된 에너지의 양에 의해 영향을 받는 규모에 따라 변화할 수 있다.
에너지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 일을 함에 있어서 전기적 작용을 수행할 수 있는 상기 능력에 관계될 수 있다.
에너지 공급원: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지를 공급할 수 있거나 생의학 장치를 동력공급된 상태에 둘 수 있는 장치를 지칭한다.
에너지 하베스터(Energy Harvester): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 환경으로부터 에너지를 추출하여 그것을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 장치를 지칭한다.
안내 렌즈: 본 명세서에 사용되는 바와 같이 눈 안에 매립되는 안과용 렌즈를 지칭한다.
렌즈-형성 혼합물 또는 반응성 혼합물 또는 반응성 단량체 혼합물(Reactive Monomer Mixture, RMM): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 경화 및 가교결합되거나 가교결합되어 안과용 렌즈를 형성할 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 재료를 지칭한다. 다양한 실시예들은 하나 이상의 다른 첨가제들, 예를 들어 UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 예를 들어 콘택트 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈에 있어서 사람들이 필요로 할 수 있는 다른 첨가제들을 갖는 렌즈 형성 혼합물을 포함할 수 있다.
렌즈-형성 표면: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈를 성형하는 데 사용되는 표면을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 임의의 그러한 표면은 광학 품질의 표면 마무리를 가질 수 있는데, 이는 성형 표면과 접촉하는 렌즈-형성 혼합물의 중합에 의해 형성되는 렌즈 표면이 광학적으로 허용 가능하도록 그 표면이 형성되고 충분히 매끄럽다는 것을 나타낸다. 또한, 일부 실시예들에서, 렌즈-형성 표면은 예를 들어 구면도수(spherical power), 비구면도수(spherical power), 및 난시도수(cylinder power), 파면 수차 교정(wave front aberration correction), 및 각막 토포그래피 교정을 포함한 원하는 광학적 특성을 렌즈 표면에 부여하기 위해 필요한 기하학적 구조를 가질 수 있다.
액정: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이는 통상의 액체와 고체 결정 사이의 특성을 갖는 물질의 상태를 지칭한다. 액정은 고체로서 특징지어질 수 없지만 그의 분자는 어느 정도의 정렬을 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액정은 특정 상(phase) 또는 구조로 제한되지 않지만, 액정은 특정 정지 배향을 가질 수 있다. 액정의 배향 및 상은, 액정의 부류에 따라, 예를 들어 온도, 자성 또는 전기와 같은 외력에 의해 조작될 수 있다.
리튬 이온 전지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 리튬 이온이 전지를 통해 이동하여 전기 에너지를 발생시키는 전기화학 전지를 지칭한다. 전형적으로 배터리로 불리는 이러한 전기화학 전지는 그의 전형적인 형태에서 동력이 재공급되거나 재충전될 수 있다.
매체 삽입체 또는 삽입체: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 렌즈 내에서 에너지 공급원을 지지할 수 있는 성형성 또는 강성 기재를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 매체 삽입체는 또한 하나 이상의 가변 광학부들을 포함한다.
금형: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 금형은 비경화 제형으로부터 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 일부 바람직한 금형은 전방 곡면 금형 부분품 및 후방 곡면 금형 부분품을 형성하는 2개의 금형 부분품을 포함한다.
안과용 렌즈 또는 렌즈: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 눈 안에 또는 눈 위에 존재하는 임의의 안과용 장치를 지칭한다. 이들 장치는 광학적 교정을 제공할 수 있거나 미용을 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 렌즈라는 용어는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입물(ocular insert), 광학적 삽입물, 또는 시력이 교정되거나 변경되게 하는, 또는 시력을 방해함이 없이 눈 생리 기능이 미용적으로 향상되게 하는(예를 들어, 홍채 색상) 다른 유사한 장치를 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 바람직한 렌즈는, 예를 들어, 실리콘 하이드로겔 및 플루오르하이드로겔을 포함하는, 실리콘 엘라스토머 또는 하이드로겔로 제조된 소프트 콘택트 렌즈이다.
광학 구역: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 렌즈의 착용자가 이를 통해 보는 안과용 렌즈의 영역을 지칭한다.
동력: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단위 시간당 행해진 일 또는 전달된 에너지를 지칭한다.
재충전가능한 또는 재동력공급가능한: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 더 높은 일 수행 능력을 갖는 상태로 복원되는 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 시간 주기 동안 소정의 속도로 전류를 흘리는 능력에 의해 복원되는 능력에 관계될 수 있다.
재동력공급하다 또는 재충전하다: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 보다 높은 일 수행 능력을 갖는 상태로의 에너지 공급원의 복원을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 시간 주기 동안 소정의 속도로 전류를 흘리는 능력으로 장치를 복원하는 것에 관계될 수 있다.
금형으로부터 해제된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈가 금형으로부터 완전히 분리되거나 단지 느슨하게 부착되어 가벼운 정도의 교반에 의해 제거되거나 스왑(swap)에 의해 밀려 떼어내질 수 있는 것을 지칭한다.
정지 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 정지되어진 비-동력공급된 상태에서의 액정 장치의 분자들의 배향을 지칭한다.
가변 광학: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 예를 들어 렌즈의 광학 굴절력 또는 편광 각도와 같은 광학 품질을 변화시키는 능력을 지칭한다.
안과용 렌즈
도 1로 진행하면, 밀봉되고 봉지된 삽입체를 포함하는 안과용 장치를 형성하기 위한 기구(100)가 도시되어 있다. 기구는 예시적인 전방 곡선 금형(102) 및 정합하는 후방 곡선 금형(101)을 포함한다. 안과용 장치의 가변 광학 삽입체(104) 및 본체(103)가 전방 곡선 금형(102)과 후방 곡선 금형(101)의 내측에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본체(103)의 재료는 하이드로겔 재료일 수 있고, 가변 광학 삽입체(104)는 이러한 재료에 의해 모든 표면들 상에서 둘러싸일 수 있다.
가변 광학 삽입체(104)는 다수의 액정 층(109, 110)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들은, 그 일부가 이후의 섹션들에서 논의되는 단일 액정 층을 포함할 수 있다. 기구(100)의 사용은 다수의 밀봉된 영역들을 갖는 구성요소들의 조합으로 구성되는 신규한 안과용 장치를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 가변 광학 삽입체(104)를 갖는 렌즈는 강성 중심부-연성 스커트 디자인을 포함할 수 있는데, 여기서 액정 층(109, 110)들을 포함하는 중심의 강성 광학 요소는 각자의 전방 및 후방 표면들 상에서 대기 및 각막 표면과 직접 접촉한다. 렌즈 재료(전형적으로 하이드로겔 재료)로 된 연성 스커트는 강성 광학 요소의 주연부에 부착되고, 강성 광학 요소는 또한 생성된 안과용 렌즈에 에너지 및 기능성을 부가한다.
도 2를 참조하면, 가변 광학 삽입체(200)의 예시적인 실시예의 평면도가 도시되어 있다. 본 도면에서, 에너지 공급원(210)이 가변 광학 삽입체(200)의 주연부(211)에서 도시되어 있다. 에너지 공급원(210)은 예를 들어 박막의 재충전 가능한 리튬 배터리 또는 알칼라인 전지 기반의 배터리를 포함할 수 있다. 에너지 공급원(210)은 접점(214)들에 연결되어 상호접속을 가능하게 할 수 있다. 와이어는 와이어 접합 와이어일 수 있으며, 와이어 접합 와이어는 접점(214)들을 에너지 공급원(210) 및 광전지(215)에 연결시킬 수 있는데, 이는 에너지 공급원(210)에 재동력공급하기 위해 사용될 수 있다. 추가적인 와이어들이 에너지 공급원(210)을 와이어 접합형 접점을 통해 일부 종류의 회로 상호접속 구조물에 연결시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 삽입체는 삽입체의 표면 상에 침착된 상호접속 특징부들을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 가변 광학 삽입체(200)는 가요성 기재를 포함할 수 있다. 이 가요성 기재는 앞서 논의된 유사한 방식으로 전형적인 렌즈 형태와 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 추가의 가요성을 부가하기 위해, 가변 광학 삽입체(200)는 그 길이를 따라 반경방향 절제부와 같은 부가적인 형상 특징부를 포함할 수 있다. 집적 회로, 개별 부품, 수동 부품 및 그러한 장치와 같은 다양한 전자 부품(212)이 또한 포함될 수 있다.
가변 광학부(213)가 또한 예시되어 있다. 가변 광학부는 가변 광학 삽입체를 통한 전류의 인가를 통해 명령에 따라 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가변 광학부(213)는 2개의 투명 기재 층들 사이의 액정 박막 층으로 구성된다.
액정 요소들을 포함하는 가변 광학 삽입체
도 3으로 진행하면, 형상화된 유전체 및 투명 전극들과 조합하여 평면의 액정 층들을 포함하는 구성을 구비하는 안내 렌즈(300)가 보여지고 있다. 일부 실시예들에서, 안내 렌즈(300)는 2개의 광학적으로 투명한 기재 층(305, 345)들 사이에 위치된 제1 액정 층(335)을 포함할 수 있다. 액정 층(335)은 또한 2개의 투명 전극(310, 345)들 사이에 위치될 수 있는데, 이는 에너지 공급원과 전기 연통 상태에 있을 수 있다. 상기 기재 상에, 투명 전극(310)이 위치된다. 일부 실시예들에서, 전극(310)은 예를 들어 산화인듐주석(ITO)과 같은 투명 전도성 산화물로 구성될 수 있다. 이 전극(310)은 렌즈의 광학 구역 외부의 전자 제어 요소에 전기 접속될 수 있다.
도 3으로 진행하면, 하나의 유전체 재료로 구성된 제1 렌즈 요소(315)가 관찰된다. 일부 실시예들에서, 제2 렌즈 요소(320)는 제1 렌즈 요소(315)와는 상이한 유전 특성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 재료 선택은 저 주파수에서는 유전 상수에 차이가 있지만 광학 스펙트럼에서 정합된 특성을 가질 수 있는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 요소(315)는 광학 유리 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 제2 렌즈 요소(320)는 수계(water-based) 용액을 포함할 수 있는데, 일부 실시예들에서 수계 용액은 광학적 광에 대하여 제1 렌즈 요소(315)와 정합된 굴절률을 갖는다.
일부 실시예들은 또한 정렬 층(330)을 포함할 수 있는 중간 기재 층(325)을 포함할 수 있다. 제2 정렬 층(340)은 제2의 광학적으로 투명한 기재(350) 상에 위치될 수 있다. 제2 정렬 층(340)은 액정(335)과 제2 전극(345) 사이에 위치될 수 있는데, 제2 전극은 제2 기재 층(350)에 부착될 수 있다.
액정 층(335)은 전극(310, 345)들과 전기 연통 상태에 있을 수 있는데, 여기서 에너지 공급원에 의한 동력공급은 전극(310, 345)들을 충전시키는데, 이는 사이의 영역 내에 전기장의 확립을 초래한다. 액정 층의 영역 내에서의 전기장의 예시적 결과는 층 내의 분자들의 회전 및 층의 편광 특성의 변화일 수 있다. 다른 예에서, 액정 층(335) 내의 분자들의 배향에서의 이러한 변화는 정지 배향으로부터 동력공급된 배향으로의 액정 층에서의 변화를 야기할 수 있다. 활성화된 또는 활성화되지 않은 두 가지 상태들 사이에서 동력공급이 절환되는 실시예들에서, 액정 층(335)은 정지 배향과 하나의 동력공급된 배향만을 가질 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 동력공급이 에너지 수준의 규모에 따라 일어나는 경우, 액정(335)은 다수의 동력공급된 배향들을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 안내 렌즈(300)는 제2 액정 층 시스템(390)을 포함할 수 있다. 상기 제2 시스템(390)은 제2 기재 층(350)을 포함함으로써 제1 시스템(380)과 중첩될 수 있지만, 제2 시스템(390)은 여전히 제1 층 시스템(380)과는 독립적으로 작동할 수 있다. 제2 층 시스템(390)은 제1 층 시스템(380)과는 동일한 구성들을 가질 수 있거나, 다른 실시예들에서, 상이한 구성들을 가질 수 있다. 제1 층 시스템(380)에서와 같이, 전극들은 액정 층과 연통 상태에 있을 수 있다. 제2 층 시스템(390)은 제1 층 시스템(380)과 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 대안적으로, 제1 시스템(380)의 액정 층(335)은 제2 시스템(390)의 액정 층과는 상이한 물질로 구성될 수 있다.
도 4로 진행하면, 매립된 가변 광합 삽입체(410)를 갖는 안과용 렌즈(400)가 도시되어 있다. 삽입체(410)는 액정 층(404)을 갖는 가변 광학부(402)를 구비할 수 있다. 도 3의 안내 렌즈(300)와 유사하게, 삽입체(410)는 다수의 액정 층(404, 405)들을 가질 수 있다. 삽입체(410)의 부분들은 안과용 렌즈(400)의 광학 구역과 중첩될 수 있다.
도 5로 진행하면, 안과용 렌즈 내에 삽입될 수 있는 가변 광학부(500)가 액정 층(525)과 함께 예시되어 있다. 가변 광학부(500)는 본 명세서의 다른 섹션들에서 논의된 바와 같이 유사한 다양한 재료들 및 구조적 관련성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 투명 전극(550)은 제1 투명 기재(555) 상에 배치될 수 있다. 제1 렌즈 요소(540)는 유전체 필름으로 구성될 수 있으며, 유전체 필름은 제1 투명 전극(550) 상에 배치될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 제1 렌즈 요소(540)의 유전체 층의 형상은 도시된 바와 같이 유전체 두께가 구역적으로 변화되는 형상을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 형상화된 층은 제1 투명 전극(550)-기재(555) 조합체 상에 사출성형함으로써 형성될 수 있다.
액정 층(525)은 제1 투명 전극(550)과 제2 투명 전극(515) 사이에 위치될 수 있다. 제2 투명 전극(515)은 상단 기재 층(510)에 부착될 수 있는데, 여기서 상단 기재 층(510)으로부터 바닥 기재 층(555)까지 형성된 장치는 안과용 렌즈의 가변 광학부(500)를 포함할 수 있다. 2개의 정렬 층(530, 520)들은 액정 층(525)을 둘러쌀 수 있다. 정렬 층(530, 520)들은 안과용 렌즈의 정지 배향을 한정하도록 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극 층(515, 550)들은 액정 층(525)과 전기 연통 상태에 있을 수 있으며, 정지 배향으로부터 적어도 하나의 동력공급된 배향으로의 배향 변화를 야기할 수 있다.
도 6으로 진행하면, 안과용 렌즈 내에 삽입될 수 있는 가변 광학 삽입체(600)의 대안예가 액정 층(625)과 함께 예시되어 있다. 도 5의 가변 광학 삽입체(500)와 유사하게, 제1 렌즈 요소(645)와 제2 렌즈 요소(640) 둘 모두 상에 기재(635, 655) 및 유전체 재료들을 층화(layering)하는 것은 액정 층(625)의 광학적 특성에 영향을 미칠 수 있는 3차원 형상을 초래할 수 있다. 제1 투명 전극(650)은 안과용 렌즈의 가변 광학부(600)의 제1 기재 층(655) 상에 위치될 수 있다.
가변 광학 삽입체(600) 내에 포함되는 각각의 층(635, 655, 645, 640)은 3차원 특성을 가지므로, 상단 기재 층(610) 및 바닥 기재 층(655)의 성질은 안내 렌즈(300) 내의 각각의 유사한 요소(305, 350)들보다 더 복잡할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 기재 층(610)의 형상은 바닥 기재 층(655)과는 상이할 수 있다. 일부 실시예들은 둘 모두 유전체 재료로 구성된 제1 렌즈 요소(645)와 제2 렌즈 요소(640)를 포함한다. 제2 렌즈 요소(640)는 저 주파수에서는 제1 렌즈 요소(645)와는 상이한 유전 특성을 갖지만 광학 스펙트럼에서는 제1 렌즈 요소(645)와 정합되는 태양들을 가질 수 있다. 제2 렌즈 요소(640)의 재료들은 예를 들어 제1 렌즈 요소(645)의 광학적 특성과 정합되는 수성 액체들을 포함할 수 있다.
가변 광학 삽입체(600)는 액정 층(625)이 상부에 침착될 수 있는 표면 층을 형성할 수 있는 중간 기재 층(635)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중간 기재 층(635)은 또한 상기 제2 렌즈 요소(640)가 액체 형태로 있으면 제2 렌즈 요소(640)를 수용하도록 작용할 수 있다. 일부 실시예들은 제1 정렬 층(630)과 제2 정렬 층(620) 사이에 위치된 액정 층(625)을 포함할 수 있는데, 여기서 제2 정렬 층(620)은 제2 투명 전극(615) 상에 배치된다. 상단 기재 층(610)은 가변 광학 삽입체(600)를 형성하는 층들의 조합체를 포함할 수 있으며, 이는 그 전극(650, 615)들에 걸쳐 인가되는 전기장들에 응답할 수 있다. 정렬 층(620, 630)들은 예를 들어 도 3 및 도 12에 묘사된 수단을 포함한 다양한 수단들에 의해 가변 광학 삽입체(600)의 광학 특성에 영향을 미칠 수 있다.
재료
미세사출 성형 실시예들은, 예를 들어, 직경이 약 6 mm 내지 10 mm이고 전방 표면 반경이 약 6 mm 내지 10 mm이며 후방 표면 반경이 약 6 mm 내지 10 mm이고 중심 두께가 약 0.050 mm 내지 1.0 mm인 렌즈를 형성하기 위해 사용되는 폴리(4-메틸펜트-1-엔) 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들은 직경이 약 8.9 mm이고 전방 표면 반경이 약 7.9 mm이며 후방 표면 반경이 약 7.8 mm이고 중심 두께가 약 0.200 mm이며 에지 프로파일이 약 0.050 반경인 삽입체를 포함한다.
가변 광학 삽입체(104)는 안과용 렌즈를 형성하는 데 이용되는 금형 부분품(101, 102) 내에 배치될 수 있다. 금형 부분품(101, 102) 재료는 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 및 개질 폴리올레핀 중 하나 이상의 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 다른 금형은 세라믹 또는 금속 재료를 포함할 수 있다.
바람직한 지환족 공중합체는 두 가지의 상이한 지환족 중합체들을 함유한다. 아크릴계 공중합체의 다양한 등급은 105℃ 내지 160℃ 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 금형은 중합체, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 주쇄 내에 지환족 부분을 함유한 개질 폴리올레핀, 및 환형 폴리올레핀을 함유할 수 있다. 이 블렌드는 금형 절반부들 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 사용될 수 있으며, 여기서 이 블렌드가 후방 곡선에 사용되고 전방 곡선이 지환족 공중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 금형(100)을 제조하는 일부 바람직한 방법들에서, 사출 성형이 공지된 기술에 따라 이용되지만, 실시예는 또한 예를 들어 선반가공, 다이아몬드 선삭(diamond turning), 또는 레이저 커팅(laser cutting)을 포함한 다른 기술들에 의해 형성된 금형들을 포함할 수 있다.
전형적으로, 렌즈는 둘 모두의 금형 부분품(101, 102)들의 적어도 하나의 표면 상에 형성된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 렌즈의 일 표면이 금형 부분품(101 또는 102)으로부터 형성될 수 있고, 렌즈의 다른 표면은 선반가공 방법 또는 다른 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 바람직한 렌즈 물질은 실리콘 함유 성분을 포함한다. "실리콘-함유 성분"은 단량체, 거대분자(macromer) 또는 예비중합체 내에 적어도 하나의 [-Si-O-] 단위를 함유하는 것이다. 바람직하게는, 전체 Si 및 부착된 O는 실리콘-함유 성분의 전체 분자량의 약 20 중량% 초과, 더 바람직하게는 30 중량% 초과의 양으로 실리콘-함유 성분 내에 존재한다. 유용한 실리콘 함유 성분은 바람직하게는 중합 가능한 작용기, 예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐, N-비닐 락탐, N-비닐아미드, 및 스티릴 작용기를 포함한다.
일부 실시예들에서, 또한 삽입체 봉지 층으로 불리는, 삽입체를 둘러싸는 안과용 렌즈 스커트는 표준적인 하이드로겔 안과용 렌즈 제형으로 구성될 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용 가능한 부합을 제공할 수 있는 특징을 갖는 예시적인 재료는 나라필콘 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함) 및 에타필콘 계열(에타필콘 A를 포함함)을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 더욱 기술적으로 포괄적인 논의가 본 명세서의 기술과 일치하는 재료의 특성에 대해 후술된다. 당업자는 논의되는 것들 외의 다른 재료가 또한 밀봉되고 봉지된 삽입체의 허용 가능한 인클로저(enclosure) 또는 부분적인 인클로저를 형성할 수 있고, 특허청구범위의 범주 내에서 일관성을 갖고 포함되는 것으로 고려될 것임을 인식할 수 있다.
적합한 실리콘 함유 성분은 하기 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure 112014068692785-pct00001
여기서,
R1은 독립적으로 1가 반응성 기, 1가 알킬기 또는 1가 아릴기 - 전술한 기 중 임의의 것은 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 카르보네이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 - 와; 1 내지 100개의 Si-O 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬(알킬, 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음)로부터 선택되며;
여기서 b는 0 내지 500이며, b가 0 이외의 것일 때 b는 기술된 값과 동일한 모드를 가진 분포임이 이해되며;
여기서 적어도 하나의 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 일부 실시예에서는 1개 내지 3개의 R1이 1가 반응성 기를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "1가 반응성 기"는 자유 라디칼 및/또는 양이온 중합을 겪을 수 있는 기이다. 자유 라디칼 반응기의 비제한적인 예는 (메트)아크릴레이트, 스티릴, 비닐, 비닐 에테르, C1-6알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, C1-6알킬(메트)아크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, C2-12알케닐, C2-12알케닐페닐, C2-12알케닐나프틸, C2-6알케닐페닐C1-6알킬, O-비닐카르바메이트 및 O-비닐카르보네이트를 포함한다. 양이온성 반응성 기의 비제한적인 예는 비닐 에테르 또는 에폭사이드기 및 이들의 혼합물을 포함한다. 일 실시예에서, 자유 라디칼 반응성 기는 (메트)아크릴레이트, 아크릴옥시, (메트)아크릴아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 1가 알킬 및 아릴기는 비치환된 1가 C1 내지 C16알킬기, C6-C14 아릴기, 예를 들어, 치환 및 비치환 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 2-하이드록시프로필, 프로폭시프로필, 폴리에틸렌옥시프로필, 및 이들의 조합 등을 포함한다.
일 실시예에서, b는 0이며, 하나의 R1이 1가 반응성 기이며, 적어도 3개의 R1은 1개 내지 16개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기로부터 선택되며, 다른 실시예에서는 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기로부터 선택된다. 이 실시예의 실리콘 성분의 비제한적인 예는 2-메틸-,2-하이드록시-3-[3-[1,3,3,3-테트라메틸-1-[(트라이메틸실릴)옥시]다이실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르 ("SiGMA"),
2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필옥시프로필-트리스(트라이메틸실록시)실란,
3-메타크릴옥시프로필트리스(트라이메틸실록시)실란 ("TRIS"),
3-메타크릴옥시프로필비스(트라이메틸실록시)메틸실란 및
3-메타크릴옥시프로필펜타메틸 다이실록산을 포함한다.
다른 실시예에서, b는 2 내지 20, 3 내지 15이거나 일부 실시예에서 3 내지 10이며; 적어도 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고, 나머지 R1은 1개 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬기로부터, 그리고 다른 실시예에서 1개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬기로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, b는 3 내지 15이며, 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 다른 말단 R1 은 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기를 포함하며 나머지 R1은 1개 내지 3개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기를 포함한다. 이 실시예의 실리콘 성분의 비제한적인 예는 (모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 종결된 폴리다이메틸실록산 (400-1000 MW)) ("OH-mPDMS"), 모노메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산 (800-1000 MW), ("mPDMS")을 포함한다.
다른 실시예에서, b는 5 내지 400이거나 10 내지 300이며, 둘 모두의 말단 R1은 1가 반응기를 포함하고 나머지 R1은 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬기로부터 독립적으로 선택되는데, 이는 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 가질 수 있으며 추가로 할로겐을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 실리콘 하이드로겔 렌즈가 요구되는 경우, 본 발명의 렌즈는 중합체가 제조되는 반응성 단량체 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20 wt%, 그리고 바람직하게는 약 20 내지 70 wt%의 실리콘 함유 성분을 포함하는 반응 혼합물로부터 제조될 것이다.
다른 실시예에서, 1개 내지 4개의 R1은 하기 화학식 II의 비닐 카르보네이트 또는 카르바메이트를 포함한다:
[화학식 II]
Figure 112014068692785-pct00002
상기 식에서, Y는 O-, S- 또는 NH-를 나타내며;
R은 수소 또는 메틸을 나타내며; d는 1, 2, 3 또는 4이고; q는 0 또는 1이다.
실리콘 함유 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 모노머는 구체적으로 1,3-비스[4-(비닐옥시카르보닐옥시)부트-1-일]테트라메틸-다이실록산; 3-(비닐옥시카르보닐티오) 프로필-[트리스(트라이메틸실록시)실란]; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 알릴 카르바메이트; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 비닐 카르바메이트; 트라이메틸실릴에틸 비닐 카르보네이트; 트라이메틸실릴메틸 비닐 카르보네이트, 및
Figure 112014068692785-pct00003
약 200 미만의 모듈러스를 가진 생의학 장치가 요구될 경우, 단지 하나의 R1이 1가 반응성 기를 포함해야 하며 나머지 R1기 중 둘 이하가 1가 실록산기를 포함할 것이다.
다른 부류의 실리콘-함유 성분은 하기 화학식들의 폴리우레탄 거대단량체를 포함한다:
[화학식 IV 내지 VI]
(*D*A*D*G)a *D*D*E1;
E(*D*G*D*A)a *D*G*D*E1; 또는
E(*D*A*D*G)a *D*A*D*E1
상기 식에서,
D는 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 알킬 다이라디칼(diradical), 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
G는 1개 내지 40개의 탄소 원자를 가지며, 에테르, 티오 또는 아민 결합을 주 사슬 내에 함유할 수 있는 알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
*는 우레탄 또는 우레이도 결합을 나타내며;
a는 적어도 1이고;
A는 하기 화학식:
[화학식 VII]
Figure 112014068692785-pct00004
(R11은 독립적으로 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 함유할 수 있는, 1개 내지 10개의 탄소 원자들을 가진 알킬 또는 플루오로-치환된 알킬기를 나타내며; y는 적어도 1이며; p는 400 내지 10,000의 부분 중량을 제공하고; 각각의 E 및 E1은 독립적으로 하기 화학식:
[화학식 VIII]
Figure 112014068692785-pct00005
상기 식에서, R12는 수소 또는 메틸이며; R13은 수소, 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 알킬 라디칼, 또는 -CO-Y-R15 라디칼 (여기서, Y는 -O-, Y-S- 또는 -NH-이다)이며; R14는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 가진 2가 라디칼이고; X는 -CO- 또는 -OCO-를 나타내며; Z는 -O- 또는 -NH-를 나타내고; Ar은 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 방향족 라디칼을 나타내며; w는 0 내지 6이고; x는 0 또는 1이며; y는 0 또는 1이고; z는 0 또는 1이다.
바람직한 실리콘-함유 성분은 하기 화학식:
[화학식 IX]
Figure 112014068692785-pct00006
(여기서, R16은 아이소포론 다이아이소시아네이트의 다이라디칼과 같은, 아이소시아네이트기의 제거 후 다이아이소시아네이트의 다이라디칼임)에 의해 나타내어지는 폴리우레탄 거대분자이다. 다른 적합한 실리콘 함유 거대분자는 플루오로에테르, 하이드록시-종결된 폴리다이메틸실록산, 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 아이소시아나토에틸메타크릴레이트의 반응에 의해 형성되는 하기 화학식 X의 화합물(여기서, x + y는 10 내지 30 범위의 수임)이다:
[화학식 X]
Figure 112014068692785-pct00007
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 실리콘 함유 성분은 폴리실록산, 폴리알킬렌 에테르, 다이아이소시아네이트, 폴리플루오르화 탄화수소, 폴리플루오르화 에테르 및 다당류 기를 함유한 거대단량체; 말단 다이플루오로치환된 탄소 원자에 부착된 수소 원자를 가진 극성 플루오르화 그래프트 또는 측쇄기를 가진 폴리실록산; 에테르 및 실록사닐 결합을 함유한 친수성 실록사닐 메타크릴레이트 및 폴리에테르 및 폴리실록사닐 기를 함유한 가교결합성 단량체를 포함한다. 전술한 폴리실록산 중 임의의 것은 또한 실리콘 함유 성분으로서 본 발명에서 사용될 수 있다.
공정
하기 방법 단계들은 본 발명의 일부 태양에 따라 구현될 수 있는 공정들의 예로서 제공된다. 방법 단계들이 제시되는 순서는 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명을 구현하기 위해 다른 순서가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 구현하기 위해 단계들 모두가 필요한 것은 아니며, 본 발명의 다양한 실시예에서 추가의 단계가 포함될 수 있다. 추가의 실시예는 실용적일 수 있으며, 그러한 방법은 특허청구범위의 범주 내에 적절히 포함된다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
도 7로 진행하면, 흐름도가 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 단계들을 예시한다. 단계 701에서, 제1 기재 층을 형성하고, 단계 702에서 제2 기재 층을 형성한다. 단계 703에서, 전극 층이 제1 기재 층 상에 침착될 수 있다. 침착은 예를 들어 증착 또는 전기도금에 의해 일어날 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 기재 층은 광학 구역 내의 영역들 및 비-광학 구역 내의 영역들 둘 모두를 갖는 삽입체의 일부일 수 있다. 전극 침착 공정은 일부 실시예들에서 상호접속 특징부들을 동시에 한정할 수 있다.
단계 704에서, 제1 기재 층은 앞서 침착된 전극 층 상에 정렬 층을 부가하도록 추가로 처리될 수 있다. 정렬 층들은 기재 층 상의 상단 층 상에 침착되고, 이어서 예를 들어 러빙 방법(rubbing method)과 같은 표준 방식으로 처리되어 표준 정렬 층들의 특성을 갖는 홈 특징부들을 생성할 수 있다.
단계 705에서, 제2 기재 층이 추가로 처리될 수 있다. 전극 층은 단계 703과 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 침착될 수 있다. 그리고 나서, 일부 실시예들에서는, 단계 706에서, 유전체 층이 전극 층 상의 제2 기재 층 상에 적용될 수 있다. 유전체 층은 그 표면에 걸쳐서 가변적인 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예로서, 유전체 층은 제1 기재 층 상에 성형될 수 있다. 대안적으로, 사전에 형성된 유전체 층이 제2 기재 단편(piece)의 전극 표면 상에 부착될 수 있다.
단계 707에서, 정렬 층이 단계 704의 처리 단계와 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 형성될 수 있다. 단계 707 후에, 안과용 렌즈 삽입체의 적어도 일부분을 형성할 수 있는 2개의 별개의 기재 층들이 결합될 준비가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계 708에서, 2개의 단편들이 상호 밀접하게 위치되어지고, 이어서 액정 재료가 단편들 사이에 충전될 수 있다. 단계 709에서, 2개의 단편들이 서로 인접하게 위치되어지고, 이어서 밀봉되어 액정으로 가변 광학 요소를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 단계 709에서 형성된 유형의 2개의 단편들은 단계 701 내지 단계 709를 반복함으로써 생성될 수 있는데, 여기서 정렬 층들은 서로 오프셋되어, 비-편광된 광의 굴절력을 조절할 수 있는 렌즈를 허용한다. 그러한 실시예들에서, 2개의 가변 광학 층들이 조합되어 단일의 가변 광학 삽입체를 형성할 수 있다. 단계 710에서, 가변 광학부는 에너지 공급원에 접속될 수 있으며, 중간의 또는 부착된 구성요소들이 그 상부에 배치될 수 있다.
단계 711에서, 단계 710에서 얻어진 가변 광학 삽입체는 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 가변 광학 삽입체는 또한 하나 이상의 구성요소들을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 일부 바람직한 실시예들에서, 가변 광학 삽입체는 기계적 배치를 통해 금형 부분품 내에 배치된다. 기계적 배치는, 예를 들어 표면 장착 구성요소들을 배치하기 위해 산업계에 알려진 것들과 같은 로봇 또는 다른 자동화 장치를 포함할 수 있다. 가변 광학 삽입체를 사람이 배치하는 것이 또한 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서, 금형 부분품에 의해 수용된 반응성 혼합물의 중합에 의해 가변 광학체가 생성된 안과용 렌즈 내에 포함되도록, 에너지 공급원을 가진 가변 광학 삽입체를 캐스트 금형 부분품 내에 배치하는 데 효과적인 임의의 기계적 배치 또는 자동화 장치가 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가변 광학 삽입체는 기재에 부착된 금형 부분품 내에 배치된다. 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소들이 또한 기재에 부착되며, 가변 광학 삽입체와 전기 연통 상태에 있다. 구성요소들은, 예를 들어 가변 광학 삽입체에 인가되는 전력을 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 구성요소는 예를 들어 제1 광학 굴절력과 제2 광학 굴절력 사이의 상태의 변화와 같은 하나 이상의 광학 특성을 변화시키기 위해 가변 광학 삽입체를 작동시키기 위한 제어 메커니즘을 포함한다.
일부 실시예들에서, 프로세서 장치, MEMS, NEMS 또는 다른 구성요소가 또한 가변 광학 삽입체 내에 그리고 에너지 공급원과 전기 접촉하는 상태로 배치될 수 있다. 단계 712에서, 반응성 단량체 혼합물이 금형 부분품 내로 침착될 수 있다. 단계(713)에서, 제1 금형 부분품은 제2 금형 부분품에 근접하게 배치되어 렌즈 형성 공동을 형성하여, 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부 및 가변 광학 삽입체가 공동 내에 있게 된다. 이상에서 논의된 바와 같이, 바람직한 실시예들은 역시 공동 내에 있고 가변 광학 삽입체와 전기 연통 상태에 있는 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소들을 포함한다.
단계(714)에서, 공동 내의 반응성 단량체 혼합물이 중합된다. 중합은, 예를 들어 화학 방사선 및 열 중의 하나 또는 둘 모두에 대한 노출을 통해 이루어질 수 있다. 단계 715에서, 안과용 렌즈는, 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈를 구성하는 삽입체 봉지 중합 재료에 부착되거나 삽입체 봉지 중합 재료 내에 봉지된 상태로, 금형 부분품들로부터 제거된다.
임의의 공지된 렌즈 재료 또는 그러한 렌즈의 제조에 적합한 재료로 제조된 하드 또는 소프트 콘택트 렌즈를 제공하기 위하여 본 발명이 사용될 수 있지만, 본 발명의 렌즈는 바람직하게는 약 0 내지 약 90%의 수분 함량을 가진 소프트 콘택트 렌즈이다. 더 바람직하게는, 렌즈는 하이드록시기, 카르복실기 또는 이들 둘 모두를 함유한 단량체로 제조되거나, 실리콘-함유 중합체, 예를 들어 실록산, 하이드로겔, 실리콘 하이드로겔, 및 이들의 조합으로부터 제조된다. 본 발명의 렌즈 형성에 유용한 재료는 거대단량체, 단량체 및 이들의 조합의 블렌드를 중합 개시제와 같은 첨가제와 함께 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 적합한 재료는 제한 없이 실리콘 거대단량체 및 친수성 단량체로부터 제조된 실리콘 하이드로겔을 포함한다.
기구
이제 도 8을 참조하면, 자동화된 기구(810)가 하나 이상의 전달 인터페이스(811)와 함께 예시되어 있다. 관련 가변 광학 삽입체(814)와 함께 다수의 금형 부분품들이 팔레트(pallet)(813) 상에 보유되고 전달 인터페이스(811)에 제공된다. 실시예들은, 예를 들어 가변 광학 삽입체(814)를 개별적으로 배치하는 단일 인터페이스, 또는 가변 광학 삽입체(814)들을 다수의 금형 부분품들 내로 그리고 일부 실시예들에서는 각각의 금형 부분품 내에 동시에 배치하는 다수의 인터페이스(도시되지 않음)들을 포함할 수 있다. 배치는 전달 인터페이스(811)의 수직 이동(815)을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들의 다른 태양은 이들 구성요소 주위에 안과용 렌즈의 본체가 성형되는 동안 가변 광학 삽입체(814)를 지지하기 위한 기구를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원은 (예시되지 않은) 렌즈 금형 내의 홀딩 포인트(holding point)에 부착될 수 있다. 이 홀딩 포인트에는 렌즈 본체 내에 형성될 동일한 유형의 중합된 재료가 부착될 수 있다. 다른 실시예들은 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원이 그 상부에 부착될 수 있는, 금형 부분품 내의 예비중합체의 층을 포함한다.
삽입 장치에 포함된 프로세서
이제 도 9를 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에 사용될 수 있는 제어기(900)가 예시되어 있다. 제어기(900)는 프로세서(910)를 포함하며, 프로세서는 통신 장치(920)에 결합된 하나 이상의 프로세서 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(900)는 안과용 렌즈 내에 배치된 에너지 공급원에 에너지를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
제어기는 통신 채널을 통해 에너지를 전달하도록 구성된 통신 장치에 결합된 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 장치는 안과용 렌즈 내로의 가변 광학 삽입체의 배치 또는 가변 광학 장치를 작동시키기 위한 명령의 전송 중 하나 이상을 전자적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
통신 장치(920)는 또한, 예를 들어 하나 이상의 제어기 기구 또는 제조 장비 구성요소들과 통신하기 위하여 사용될 수 있다.
프로세서(910)는 또한 저장 장치(930)와 통신한다. 저장 장치(930)는 자기 저장 장치(예컨대, 자기 테이프 및 하드 디스크 드라이브), 광학 저장 장치, 및/또는 반도체 메모리 장치, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM) 장치 및 판독 전용 메모리(ROM) 장치의 조합을 비롯한 임의의 적절한 정보 저장 장치를 포함할 수 있다.
저장 장치(930)는 프로세서(910)를 제어하기 위한 프로그램(940)을 저장할 수 있다. 프로세서(910)는 프로그램(940)의 명령어를 수행하며, 따라서 본 발명에 따라 작동한다. 예를 들어, 프로세서(910)는 가변 광학 삽입체 배치, 처리 장치 배치 등을 설명하는 정보를 수신할 수 있다. 저장 장치(930)는 또한 눈 관련 데이터를 하나 이상의 데이터베이스(950, 960)에 저장할 수 있다. 데이터베이스(950, 960)는 가변 광학 렌즈로의 그리고 가변 광학 렌즈로부터의 에너지를 제어하기 위한 특정 제어 논리를 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 가변 광학 삽입체(variable optic insert)를 갖는 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스(energized ophthalmic lens device)로서,
    광학 구역 및 비-광학 구역을 포함하는 안과용 렌즈 삽입체 봉지(encapsulating) 층;
    상기 광학 구역 내에 적어도 일부분을 포함하는 가변 광학 삽입체 - 상기 가변 광학 삽입체는 액정 재료 층을 포함함 -;
    상기 비-광학 구역을 포함하는 적어도 소정 영역에서 삽입체 봉지 재료 내에 매립된 에너지 공급원; 및
    상기 액정 재료 층에 인접한 적어도 제1 유전체 재료 층 - 상기 제1 유전체 재료 층은 상기 광학 구역 내의 소정 영역에 걸쳐서 두께가 변화하여, 상기 액정 재료 층에 걸쳐 가변 전기장이 초래됨 - 을 포함하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈가 콘택트 렌즈인, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 가변 광학 삽입체는 상기 렌즈의 초점 특성을 변경시키는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 유전체 재료 층은 유사한 광학 특성들 및 상이한 저주파수 유전 특성들을 갖는 2개의 재료들의 복합물인, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  6. 제2항에 있어서, 상기 에너지 공급원은 상기 렌즈 내의 구성요소들에 동력을 공급하여 상기 액정이 광에 대한 액정의 편광 효과를 변경하게 하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  7. 제2항에 있어서, 상기 액정 재료 층은 적어도 2개의 정렬 층(alignment layer)들 사이에 있고,
    상기 적어도 2개의 정렬 층들은 적어도 2개의 전극 층들 사이에 있으며,
    상기 적어도 2개의 전극 층들은 상기 에너지 공급원과 전기 연통(electrical communication)하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액정이 적어도 제1의 동력공급된 배향(energized orientation)을 가지며,
    상기 전극 층들의 동력공급은, 상기 액정이 정지 배향(resting orientation)으로부터 상기 적어도 제1의 동력공급된 배향으로 변화하게 하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  9. 가변 광학 삽입체를 갖는 동력공급형 안내 렌즈(energized intraocular lens)로서,
    광학 구역 및 제1 비-광학 구역을 갖는 안내 렌즈;
    상기 제1 비-광학 구역에서 상기 안내 렌즈에 부착된 에너지 공급원;
    적어도 제1 액정 재료 층을 포함하는 가변 광학 삽입체; 및
    상기 액정 재료 층에 인접한 적어도 제1 유전체 재료 층 - 상기 제1 유전체 재료 층은 상기 광학 구역에 걸쳐서 상이한 두께를 갖도록 형상화되어, 상기 액정 재료 층에 걸쳐 가변 전기장이 초래됨 - 을 포함하는, 동력공급형 안내 렌즈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 유전체 재료 층은 유사한 광학 특성들 및 상이한 저주파수 유전 특성들을 갖는 적어도 제1 재료와 제2 재료의 복합물인, 동력공급형 안내 렌즈.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서, 상기 가변 광학 삽입체가 상기 렌즈의 초점 특성을 변경시키는, 동력공급형 안내 렌즈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 에너지 공급원은 상기 렌즈 내의 구성요소들에 동력을 공급하여 상기 액정이 광에 대한 액정의 굴절 효과를 변경하게 하는, 동력공급형 안내 렌즈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 제1 액정 재료 층이 적어도 2개의 전극 층들 사이에 있으며,
    상기 전극 층들은 상기 에너지 공급원과 전기 연통하는, 동력공급형 안내 렌즈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 제1 액정 재료 층은 적어도 제1의 동력공급된 배향을 가지며,
    상기 전극 층들의 동력공급은 상기 액정이 정지 배향으로부터 상기 적어도 제1의 동력공급된 배향으로 변화하게 하는, 동력공급형 안내 렌즈.
  16. 제1항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 삽입체 봉지 층은 실리콘 함유 재료를 포함하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 삽입체 봉지 층은 에타필콘 A를 포함하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  18. 제1항에 있어서, 프로세서를 추가로 포함하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  19. 제7항에 있어서, 프로세서를 추가로 포함하는, 동력공급형 안과용 렌즈 디바이스.
  20. 제14항에 있어서, 프로세서를 추가로 포함하는, 동력공급형 안내 렌즈.
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