KR20180003441A - 형상화된 액정 요소를 포함하는 가변 광학 안과용 디바이스의 형성 방법 - Google Patents

형상화된 액정 요소를 포함하는 가변 광학 안과용 디바이스의 형성 방법 Download PDF

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랜달 비. 퓨
프레더릭 에이. 플리치
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 가변 광학 도수의 안과용 렌즈를 제공하기 위한 방법들 및 장치를 개시한다. 가변 광학 삽입체는 그 내에 상이한 곡률 반경들을 갖는 표면들을 가질 수 있다. 가변 광학 삽입체는 또한 편광 요소들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, UV 흡수 염료를 포함하는 중간 광학계 피스가 형성되어, 중간 광학계 피스의 양측에 있는 영역들의 차동 처리를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안과용 렌즈는 실리콘 하이드로겔로부터 캐스트 성형된다. 다양한 안과용 렌즈 엔티티들은 굴절 특성들을 전기적으로 제어하기 위한 전기활성 액정 층들을 포함할 수 있다.

Description

형상화된 액정 요소를 포함하는 가변 광학 안과용 디바이스의 형성 방법{METHODS FOR FORMING VARIABLE OPTIC OPHTHALMIC DEVICES INCLUDING SHAPED LIQUID CRYSTAL ELEMENTS}
본 발명은 가변 광학 능력을 갖는 안과용 렌즈 디바이스에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 일부 실시예에서, 액정 요소들을 이용하는 가변 광학 삽입체(variable optic insert)를 갖는 안과용 렌즈의 제조에 관한 것이다.
전통적으로, 안과용 렌즈, 예컨대 콘택트 렌즈(contact lens) 또는 안내 렌즈(intraocular lens)는 미리결정된 광학 품질을 제공하였다. 콘택트 렌즈는, 예를 들어 시력 교정 기능, 미용 향상, 및 치료 효과 중 하나 이상을 제공할 수 있지만, 단지 한 세트의 시력 교정 기능을 제공할 수도 있다. 각각의 기능은 렌즈의 물리적 특징에 의해 제공된다. 기본적으로, 렌즈에 굴절 품질을 포함시킨 설계는 시력 교정 기능을 제공하고, 이것은 근시, 원시, 난시, 근시와 난시, 난시를 갖는 원시, 노안, 및 훨씬 고위 수차를 갖는 개인에게 이용될 수 있다. 렌즈 내에 포함된 안료는 미용 향상을 제공할 수 있다. 렌즈 내에 포함된 활성제는 치료 기능을 제공할 수 있다.
현재까지, 안과용 렌즈 내의 광학 품질은 렌즈의 물리적 특성으로 설계되었다. 일반적으로, 광학 설계가 결정되고, 이어서 예를 들어 캐스트 성형(cast molding) 또는 선반가공(lathing)을 통한 렌즈의 제조 동안에 렌즈에 부여되었다. 렌즈의 광학 품질은 일단 렌즈가 형성되고 나면 변화 없이 유지되었다. 그러나, 착용자들은 때때로 시력 조절(sight accommodation)을 제공하기 위해 그들이 이용가능한 하나 초과의 초점 도수를 갖는 것이 유익하다는 것을 발견할 수 있다. 광학 교정을 변화시키기 위해 안경을 바꿀 수 있는 안경 착용자들과는 달리, 콘택트 렌즈 착용자 또는 안내 렌즈 착용자는 상당한 노력 또는 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈에 의한 안경의 보완 없이 그들의 시력 교정의 광학 특성을 변화시킬 수 없었다.
전기활성 액정 렌즈들에 부합하는 렌즈 삽입체들 및 렌즈들을 제조하는 방법들은 상업적 제품을 달성하는데 있어 결정적일 수 있다. 광학 구역 내의 렌즈 요소들의 편광 각도들 및 중심화에 대한 제어와 같은 바람직한 광학 결과를 합성하기 위해 제어되어야 하는 중요한 파라미터가 있을 수 있다. 따라서, 액정 기반 요소들을 제조하는 개선된 방법들을 갖는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명은 동력공급될 수 있고 안과용 디바이스에 포함될 수 있는 액정 요소들을 갖는 가변 광학 삽입체들을 제조하는 방법들에 관한 혁신들을 포함하는데, 이는 렌즈의 광학 품질을 변화시킬 수 있다. 그러한 안과용 디바이스의 예는 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 액정 요소를 가진 가변 광학 삽입체를 구비한 안과용 렌즈를 형성하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일부 실시예는 또한 가변 광학부를 추가로 포함하는 강성 또는 성형성 동력공급형 삽입체(rigid or formable energized insert)를 가진 캐스트 성형된 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈를 포함할 수 있으며, 삽입체는 생체적합성 방식으로 안과용 렌즈 내에 포함된다.
따라서, 본 발명은 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈, 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 형성하기 위한 장치, 및 이를 제조하기 위한 방법의 개시 내용을 포함한다. 에너지 공급원이 가변 광학 삽입체 상으로 침착되거나 조립될 수 있으며, 삽입체는 제1 금형 부분품(mold part) 및 제2 금형 부분품 중 하나 또는 둘 모두에 근접하게 배치될 수 있다. 반응성 단량체 혼합물(reactive monomer mixture)을 포함하는 조성물(이하에서 반응성 단량체 혼합물로 지칭됨)이 제1 금형 부분품과 제2 금형 부분품 사이에 배치된다. 제1 금형 부분품이 제2 금형 부분품에 근접하게 위치됨으로써 렌즈 공동(lens cavity)을 형성하는데, 이때 동력공급형 매체 삽입체 및 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부가 렌즈 공동 내에 있다. 이어서, 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 허용가능한 부합을 제공할 수 있는 특성을 가진 예시적인 재료는 예를 들어 나라필콘(Narafilcon) 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함), 에타필콘(Etafilcon) 계열(에타필콘 A를 포함함), 갈리필콘(Galyfilcon) A 및 세노필콘(Senofilcon) A를 포함할 수 있다.
액정 요소들을 구비한 가변 광학 삽입체를 형성하는 방법들 및 생성된 삽입체들은 다양한 실시예들의 중요한 태양들이다. 일부 실시예들에서, 액정은 액정에 대한 휴지 배향(resting orientation)을 설정할 수 있는 2개의 정렬 층(alignment layer)들 사이에 위치될 수 있다. 이들 2개의 정렬 층은 가변 광학부를 포함하는 기재 층들 상에 침착된 전극들을 통해 에너지 공급원과 전기 연통될 수 있다. 전극들은 에너지 공급원으로의 중간 상호접속부를 통해, 또는 삽입체 내에 매설된 구성요소를 직접 통해 동력공급될 수 있다.
정렬 층들의 동력공급은 액정이 휴지 배향으로부터 동력공급된 배향(energized orientation)으로 변화하게 할 수 있다. 2개의 동력공급 레벨, 즉 온 또는 오프로 동작하는 실시예에서, 액정은 하나의 동력공급된 배향만을 가질 수 있다. 동력공급이 에너지 레벨의 규모에 따라 이루어지는 다른 대안적인 실시예에서, 액정은 다수의 동력공급된 배향을 가질 수 있다. 동력공급 과정이 동력공급 펄스를 통한 상이한 상태들 사이에서의 스위치를 유발할 수 있는 경우에 또 다른 실시예가 도출될 수 있다.
분자의 생성된 정렬과 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미쳐서 가변 광학 삽입체의 변화를 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 정렬과 배향은 굴절 특성에 의해 입사광에 작용할 수 있다. 부가적으로, 이러한 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 가변 광학 삽입체를 포함할 수 있고, 이 경우 동력공급이 렌즈의 초점 특성을 변경한다.
일부 실시예에서, 액정 층은 액정 분자들을 포함하는 중합성 혼합물이 중합되게 하는 방식으로 형성될 수 있다. 다양한 방식으로 중합을 제어함으로써, 액정 분자들의 액적들은 그것이 형성될 때 중합된 층으로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 공정은 액적들이 나노스케일이도록 제어될 수 있는데, 나노스케일은 액적들의 집합의 평균 또는 중위 직경이 길이로 대략적으로 1 마이크로미터 미만인 것을 의미할 수 있다. 일부 추가의 버전들에서, 평균 또는 중위 직경은 또한 대략적으로 0.1 마이크로미터 미만의 길이일 수 있다.
일부 실시예에서, 안과용 디바이스의 삽입체는 비제한적 예로서 ITO와 같은 투명 재료를 포함하는 다양한 재료로 제조된 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극이 전방 곡면 피스의 후방 표면에 근접하게 위치될 수 있고, 제2 전극이 후방 곡면 피스의 전방 표면에 근접하게 위치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들을 가로질러 전위가 인가될 때, 전극들 사이에 위치된 액정 층을 가로질러 전기장이 확립될 수 있다. 액정 층을 가로지른 전기장의 인가는 층 내의 액정 분자가 전기장과 물리적으로 정렬되게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 기술된 바와 같은 안과용 디바이스는 프로세서를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기술된 바와 같은 안과용 디바이스는 전기 회로를 포함할 수 있다. 전기 회로는 안과용 디바이스 내에서 흐르는 전류를 제어하거나 지향시킬 수 있다. 전기 회로는 에너지 공급원으로부터 제1 및 제2 전극 요소들로 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
하나의 대체적인 태양은 안과용 렌즈 디바이스를 위한 가변 광학 삽입체의 형성 방법을 포함하는데, 본 방법은, 전방 광학계 피스를 형성하는 단계; UV 흡수 염료를 포함하는 중간 광학계 피스를 형성하는 단계; 후방 광학계 피스를 형성하는 단계; 전방 광학계 피스, 중간 광학계 피스, 및 후방 광학계 피스의 표면들에 감광성 정렬 층을 부가하는 단계; 후방 광학계 피스 상에 중간 광학계 피스를 배치하는 단계; 중간 광학계 피스 상에 전방 광학계 피스를 배치하는 단계로서, 전방 광학계 피스, 중간 광학계 피스 및 후방 광학계 피스의 조합이 적층물을 형성하는, 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계; 제1 편광된 조사원(irradiation source)에 의해 제1 편광 패턴으로 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계로서, 조사의 파장은 UV 흡수 염료에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는, 상기 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계; 및 제2 편광된 조사원에 의해 제2 편광 패턴으로 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계로서, 조사의 파장은 UV 흡수 염료에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는, 상기 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계를 포함한다.
구현예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 언급된 바와 같은 방법은, 제1 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계; 및 제2 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은, UV 흡수 염료가 벤조트라이아졸형 UV 차단제를 포함하는 예들을 포함할 수 있다.
하나의 대체적인 태양은 안과용 렌즈 디바이스를 위한 가변 광학 삽입체의 형성 방법을 포함하는데, 본 방법은, 전방 광학계 피스를 형성하는 단계; UV 흡수 염료를 포함하는 중간 광학계 피스를 형성하는 단계; 후방 광학계 피스를 형성하는 단계; 전방 광학계 피스, 중간 광학계 피스, 및 후방 광학계 피스의 표면들에 감광성 정렬 층을 부가하는 단계; 후방 광학계 피스 상에 중간 광학계 피스를 배치하는 단계; 중간 광학계 피스 상에 전방 광학계 피스를 배치하는 단계로서, 전방 광학계 피스, 중간 광학계 피스 및 후방 광학계 피스의 조합이 적층물을 형성하는, 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계; 제1 편광 패턴으로 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계; 제2 편광 패턴으로 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계; 액정 함유 단량체 혼합물로 전방 광학계 피스와 중간 광학계 피스 사이의 제1 챔버를 충전하는 단계; 액정 함유 단량체 혼합물로 중간 광학계 피스와 후방 광학계 피스 사이의 제2 챔버를 충전하는 단계; 제1 편광된 입사 광원에 의해 적층물의 광학 특성들을 측정하는 단계; 제2 편광된 입사 광원에 의해 적층물의 광학 특성들을 측정하는 단계; 전방 광학계 피스 및 후방 광학계 피스 중 하나 또는 둘 모두의 배향을 조절하는 단계; 제1 챔버 내의 액정 함유 단량체 혼합물을 중합하는 단계; 및 제2 챔버 내의 액정 함유 단량체 혼합물을 중합하는 단계를 포함한다. 이러한 단계들의 서브세트를 갖는 방법들이 가능할 수 있다.
하나의 대체적인 태양은 안과용 디바이스를 위한 다중 공동 삽입체의 형성 방법을 포함하는데, 본 방법은, 전방 광학계 피스를 형성하는 단계; 후방 광학계 피스를 형성하는 단계; 중간 광학계 피스를 형성하는 단계로서, 중간 광학계 피스의 조성물이 제1 대역의 UV 광에서의 90% 초과의 UV 광을 차단하는, 상기 중간 광학계 피스를 형성하는 단계; 후방 광학계 피스 상의 중간 광학계 피스 상에 전방 광학계 피스를 적층하는 단계로서, 전방 광학계 피스와 중간 광학계 피스 사이에 제1 공동이 형성되고, 중간 광학계 피스와 후방 광학계 피스 사이에 제2 공동이 형성되는, 상기 전방 광학계 피스를 적층하는 단계; 전방 광학계 피스를 가로지르는 제1 방향으로부터 UV 광원에 의해 제1 공동의 범위를 조사하는 단계로서, UV 광원은 제1 대역의 UV 광 내의 광을 방출하고, 조사는 제1 공동 내의 재료들 상에 입사되는, 상기 제1 공동의 범위를 조사하는 단계; 및 후방 광학계 피스를 가로지르는 제2 방향으로부터 UV 광원에 의해 제2 공동의 범위를 조사하는 단계로서, UV 광원은 제1 대역의 UV 광 내의 광을 방출하고, 조사는 제2 공동 내의 재료들 상에 입사되는, 상기 제2 공동의 범위를 조사하는 단계를 포함한다.
하나의 대체적인 태양은 콘택트 렌즈를 포함하는데, 콘택트 렌즈는, 제1 광학계 피스, 제2 광학계 피스, UV 차단제를 포함하는 중간 광학계 피스, 에너지 공급원, 액정 분자들을 포함하는 중합된 재료의 적어도 제1 및 제2 층, 및 전자 회로를 포함하는 삽입체를 포함한다. 콘택트 렌즈는 또한 삽입체를 봉지하는 하이드로겔 스커트(hydrogel skirt)를 포함한다.
일부 실시예에서, 전방 삽입체 피스, 후방 삽입체 피스 및 적어도 제1 중간 삽입체 피스를 갖는 안과용 디바이스의 삽입체는 비제한적 예로서 ITO와 같은 투명 재료들을 포함하는 다양한 재료들로 제조된 전극들을 포함할 수 있다. 제1 전극이 전방 곡면 피스의 후방 표면에 근접하게 위치될 수 있고, 제2 전극이 중간 광학계 피스의 전방 표면에 근접하게 위치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들을 가로질러 전위가 인가될 때, 전극들 사이에 위치된 액정 층을 가로질러 전기장이 확립될 수 있다. 액정 층을 가로지른 전기장의 인가는 층 내의 액정 분자가 전기장과 물리적으로 정렬되게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 액정 분자들은 층 내의 액적들 내에 위치될 수 있고, 일부 실시예에서 액적들은 평균 직경이 1 마이크로미터 미만의 치수일 수 있다. 액정 분자가 전기장과 정렬될 때, 이러한 정렬은 광선이 액정 분자를 포함하는 층을 가로지름에 따라 광선이 인지할 수 있는 광학 특성의 변화를 유발할 수 있다. 비제한적 예는 굴절률이 정렬의 변화에 의해 변경될 수 있다는 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 특성의 변화는 액정 분자를 포함하는 층을 포함하는 렌즈의 초점 특성의 변화를 초래할 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 특징 및 이점은 첨부 도면에 예시된 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예의 하기의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들을 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 금형 조립체 장치 구성요소들을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 가변 광학 삽입체 실시예를 가진 예시적인 동력공급형 안과용 렌즈를 도시한다.
도 3은 가변 광학 삽입체의 전방 및 후방 곡면 피스들이 상이한 곡률을 가질 수 있고 가변 광학부가 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 단면도를 도시한다.
도 4는 가변 광학부가 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈 디바이스 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5는 가변 광학부가 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6a는 가변 광학부들이 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6b는 가변 광학부들이 액정으로 구성될 수 있고 삽입체가 또한 편광 요소를 포함할 수 있는 가변 광학 삽입체의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6c는 가변 광학부가 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 대안의 예시적인 실시예 및 편광된 광 성분들이 실시예를 고찰하는 동안 영향을 받을 수 있는 방식을 도시한다.
도 7은 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈를 형성하기 위한 방법 단계들을 도시한다.
도 8은 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 안과용 렌즈 금형 부분품 내에 배치하기 위한 장치 구성요소들의 일례를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 프로세서를 도시한다.
도 10a는 예시적인 전기활성 액정 2개의 챔버 기반 초점 조절 렌즈에 수반되는 층들을 도시한다.
도 10b는 예시적인 2개의 챔버 기반 초점 조절 렌즈의 제조에서 발생할 수 있는 비-최적 조건들의 태양들을 도시한다.
도 10c 내지 도 10e는 액정 분자들에 대한 정렬 층의 영향 및 예시적인 방식으로의 패턴의 형성의 예시적인 도면을 도시한다.
도 11a 내지 도 11i는 전기활성 액정 기반 렌즈 요소들을 제조할 시의 예시적인 방법 단계들을 도시한다.
도 12는 전기활성 액정 기반 렌즈 요소들을 제조할 시의 예시적인 방법 단계들을 표 형태로 도시한다.
도 13a 내지 도 13d는 전기활성 액정 기반 렌즈 요소들을 제조할 시에 수반되는 층들의 정렬을 조절하는 태양들을 도시한다.
용어 해설
본 발명에 관한 이러한 설명 및 청구범위에서, 다양한 용어가 사용될 수 있으며, 이들 용어에 대해서는 하기의 정의가 적용될 것이다:
정렬 층: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액정 층 내의 분자의 배향에 영향을 미치고 그 배향을 정렬시키는, 액정 층에 인접한 층을 지칭한다. 분자의 생성된 정렬과 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 이러한 정렬과 배향은 굴절 특성에 의해 입사광에 작용할 수 있다. 부가적으로, 이러한 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다.
전기 연통: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기장에 의해 영향을 받고 있는 것을 지칭한다. 전도성 재료의 경우에, 이 영향은 전류의 흐름으로부터 야기되거나 전류의 흐름을 야기할 수 있다. 다른 재료에서, 예로서 전기력선(field line)을 따라 영구적인 그리고 유도된 분자 쌍극자를 배향시키는 경향과 같은 영향을 야기하는 것은 전위장일 수 있다.
동력공급된: 본 명세서에 사용된 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 전기 에너지를 내부에 저장할 수 있는 상태를 지칭한다.
동력공급된 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지 공급원에 의해 전력공급된 전위장의 효과에 의해 영향을 받을 때의 액정의 분자들의 배향을 지칭한다. 예를 들어, 액정을 포함하는 디바이스는 에너지 공급원이 온 또는 오프로서 동작하는 경우에 하나의 동력공급된 배향을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 동력공급된 배향은 인가된 에너지의 양에 의해 영향을 받는 규모에 따라 변화할 수 있다.
에너지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 수행하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 일을 함에 있어서 전기적 동작을 수행할 수 있는 능력에 관련될 수 있다.
에너지 공급원: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지를 공급할 수 있거나 생의학 디바이스를 동력공급된 상태에 둘 수 있는 디바이스를 지칭한다.
에너지 하베스터(Energy Harvester): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 환경으로부터 에너지를 추출하여 그것을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 디바이스를 지칭한다.
안내 렌즈: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안구 내에 매설되는 안과용 렌즈를 지칭한다.
렌즈-형성 혼합물 또는 반응성 혼합물 또는 반응성 단량체 혼합물(RMM): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 경화 및 가교결합되거나 가교결합되어 안과용 렌즈를 형성할 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 재료를 지칭한다. 다양한 실시예는 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 예를 들어 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈에 사람들이 필요로 할 수 있는 다른 첨가제를 갖는 렌즈 형성 혼합물을 포함할 수 있다.
렌즈-형성 표면: 본 명세서에 사용된 바와 같이, 렌즈를 성형하는 데 사용되는 표면을 지칭한다. 일부 실시예에서, 임의의 그러한 표면은 광학 품질의 표면 마무리를 가질 수 있는데, 이는 성형 표면과 접촉하는 렌즈-형성 혼합물의 중합에 의해 형성되는 렌즈 표면이 광학적으로 허용가능하도록 표면이 형성되고 충분히 매끄럽다는 것을 나타낸다. 또한, 일부 실시예에서, 렌즈 형성 표면은 예를 들어 구면 도수, 비구면 도수 및 난시 도수, 파면 수차 교정(wave front aberration correction), 및 각막 토포그래피 교정(corneal topography correction)을 포함하는 원하는 광학 특성을 렌즈 표면에 부여하는 데 필요한 기하학적 형상을 가질 수 있다.
액정: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 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 휴지 배향을 가질 수 있다. 액정의 배향 및 상은 액정의 부류에 따라 외력, 예를 들어 온도, 자성 또는 전기에 의해 조작될 수 있다.
리튬 이온 전지: 본 명세서에 사용된 바와 같이, 리튬 이온이 전지를 통해 이동하여 전기 에너지를 발생시키는 전기화학 전지를 지칭한다. 전형적으로 배터리로 불리는 이러한 전기화학 전지는 그것의 전형적인 형태에서 동력이 재공급되거나 재충전될 수 있다.
매체 삽입체 또는 삽입체: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이는 에너지 공급원을 안과용 렌즈 내에서 지지할 수 있는 성형성 또는 강성 기재를 지칭한다. 일부 실시예에서, 매체 삽입체는 또한 하나 이상의 가변 광학부들을 포함한다.
금형: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 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 디바이스를 지칭한다. 이러한 디바이스는 광학 교정을 제공할 수 있거나, 미용을 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 용어 "렌즈"는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입체(ocular insert), 광학 삽입체, 또는 시력이 교정되거나 변경되게 하는, 또는 시력을 방해함이 없이 눈 생리 기능이 미용적으로 향상되게 하는(예컨대, 홍채 색상) 다른 유사한 디바이스를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 바람직한 렌즈는, 예를 들어 실리콘 하이드로겔 및 플루오로하이드로겔을 포함하는, 실리콘 탄성중합체 또는 하이드로겔로부터 제조되는 소프트 콘택트 렌즈이다.
광학 구역: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 렌즈의 착용자가 이를 통해 보는 안과용 렌즈의 영역을 지칭한다.
일률: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단위 시간당 행한 일 또는 전달된 에너지를 지칭하다.
재충전가능한 또는 재동력공급가능한: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 더 높은 일 수행 능력을 가진 상태로 복원되는 능력을 지칭한다. 본 발명 내에서의 많은 용도는 소정의 기간 동안 소정의 비율로 전류를 흐르게 하는 능력에 있어서 복원되는 능력에 관련될 수 있다.
재동력공급 또는 재충전: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 보다 높은 일 수행 능력을 갖는 상태로의 에너지 공급원의 복원을 지칭한다. 본 발명 내에서의 많은 용도는 소정의 기간 동안 소정의 비율로 전류를 흐르게 하는 능력으로 디바이스를 복원하는 것에 관련될 수 있다.
금형으로부터 이형된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈가 금형으로부터 완전히 분리되거나, 단지 느슨하게 부착되어 가벼운 정도의 교반에 의해 제거되거나 스왑(swab)에 의해 밀려 떼어내질 수 있는 것을 지칭한다.
휴지 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 비-동력공급된 휴지 상태에 있는 액정 디바이스의 분자의 배향을 지칭한다.
가변 광학: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 품질, 예를 들어 렌즈의 광학 도수 또는 편광 각도를 변화시키는 능력을 지칭한다.
LC 렌즈의 제조
본 발명은 가변 광학부가 액정 또는 그 자체가 액정 구성성분을 포함하는 복합 재료를 포함하는 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 제조하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 또한, 본 발명은 액정을 포함하는 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 내에 포함되어 있는 안과용 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따르면, 안과용 렌즈에는 매설된 삽입체 및 에너지를 위한 저장 수단으로서 전기화학 전지 또는 배터리와 같은 에너지 공급원이 형성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 에너지 공급원을 포함하는 재료는 봉지되어 안과용 렌즈가 그 내부에 배치되는 환경으로부터 격리될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 에너지 공급원은 일차 또는 재충전가능한 구성에서 사용될 수 있는 알칼리 전기화학 전지 화학물질을 포함할 수 있다.
착용자-제어식 조절 디바이스가 광학부를 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 조절 디바이스는, 예를 들어 전압 출력을 증가 또는 감소시키거나 에너지 공급원을 결합 및 결합해제하기 위한 전자 디바이스 또는 수동(passive) 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예는 또한 측정된 파라미터 또는 착용자 입력에 따라 자동화된 장치를 통해 가변 광학부를 변화시키기 위한 자동화된 조절 디바이스를 포함할 수 있다. 착용자 입력은 예를 들어 무선 장치에 의해 제어되는 스위치를 포함할 수 있다. 무선은, 예를 들어 무선 주파수 제어, 자기 스위칭, 광의 패턴화된 방출 및 인덕턴스 스위칭을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 생물학적 기능에 응답하여 또는 안과용 렌즈 내의 감지 요소의 측정에 응답하여 활성화가 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 비제한적 예로서 주변 조명 조건의 변화에 의해 촉발되는 활성화로부터 형성될 수 있다.
전극의 동력공급에 의해 생성된 전기장이 액정 층 내에서의 재정렬을 유발하여 휴지 배향으로부터 동력공급된 배향으로 분자를 변화시킬 때 광학 도수의 변화가 일어날 수 있다. 다른 대안의 예시적인 실시예에서, 전극의 동력공급에 의한 액정 층의 변경에 의해 유발된 상이한 효과들, 예를 들어 광 편광 상태, 특히 편광 회전의 변화가 이용될 수 있다.
액정 층을 가진 일부 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈의 비-광학 구역 부분 내에 동력공급될 수 있는 요소들이 있을 수 있는 반면, 다른 예시적인 실시예는 동력공급을 필요로 하지 않을 수 있다. 동력공급이 없는 예시적인 실시예에서, 액정은, 예를 들어, 주변 온도 또는 주변 광과 같은, 일부 외부 인자에 기초하여 수동적으로 가변적일 수 있다.
액정 렌즈는 그의 본체에 입사하는 편광된 광에 전기적으로 가변적인 굴절률을 제공할 수 있다. 광축 배향이 제1 렌즈에 대해 제2 렌즈 내에서 회전되는 2개의 렌즈의 조합이 주변 비-편광된 광에 대해 굴절률을 변화시키는 것이 가능할 수 있는 렌즈 요소를 허용한다.
전기적으로 활성인 액정 층을 전극과 조합함으로써, 전극에 걸쳐 전기장을 인가함으로써 제어될 수 있는 물리적 엔티티(entity)가 도출될 수 있다. 액정 층의 주변부 상에 존재하는 유전체 층이 있는 경우, 유전체 층을 가로지르는 전기장과 액정 층을 가로지르는 전기장이 전극들을 가로지르는 전기장으로 조합될 수 있다. 3차원 형상에서, 층들에 걸친 전기장들의 조합의 특성이 전기역학적 원리 및 유전체 층과 액정 층의 기하학적 형상에 기초하여 추정될 수 있다. 유전체 층의 유효 전기적 두께(effective electrical thickness)가 불균일한 방식으로 만들어지는 경우, 전극들을 가로지른 전기장의 효과는 유전체의 유효 형상에 의해 "형상화"될 수 있으며 액정 층들 내에서 굴절률의 차원적으로 형상화된 변화들을 생성할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 그러한 형상화는 가변 초점 특성을 채택하는 능력을 갖는 렌즈를 생성할 수 있다.
액정 층을 포함하는 물리적 렌즈 요소가 상이한 초점 특성을 갖도록 그들 자체가 형상화될 때 대안의 예시적인 실시예가 도출될 수 있다. 이때, 액정 층의 전기적으로 가변적인 굴절률은 전극의 사용을 통한 액정 층에 걸친 전기장의 인가에 기초하여 렌즈의 초점 특성의 변화를 도입하기 위해 사용될 수 있다. 액정 층의 굴절률은 유효 굴절률로 지칭될 수 있고, 굴절률과 관련한 각각의 처리를 유효 굴절률로 동등하게 지칭하는 것으로서 간주하는 것이 가능할 수 있다. 유효 굴절률은 예를 들어 상이한 굴절률을 갖는 다수의 영역의 중첩으로부터 비롯될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 유효 태양은 다양한 영역 기여들의 평균일 수 있고, 다른 예시적인 실시예에서, 유효 태양은 입사광에 대한 영역 또는 분자 영향의 중첩일 수 있다. 전방 봉쇄 표면(front containment surface)이 액정 층과 이루는 형상과 후방 봉쇄 표면이 액정 층과 이루는 형상은 일차적으로 시스템의 초점 특성을 결정할 수 있다.
하기의 단락에서, 본 발명의 실시예들의 상세한 설명이 주어질 것이다. 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 단지 예시적인 실시예들이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 상기 예시적인 실시예는 근본적인 본 발명의 범주를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
안과용 렌즈
도 1을 참조하면, 밀봉되고 봉지된 삽입체들을 포함하는 안과용 디바이스를 형성하기 위한 장치(100)가 도시되어 있다. 장치(100)는 금형 부분품(102)과 같은 예시적인 전방 곡면 금형 및 정합하는 후방 곡면 금형(101)을 포함한다. 안과용 디바이스의 가변 광학 삽입체(104) 및 본체(103)는 전방 곡면 금형, 즉 금형 부분품(102) 및 후방 곡면 금형(101) 내측에 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 본체(103)의 재료는 하이드로겔 재료일 수 있고, 가변 광학 삽입체(104)는 이러한 재료에 의해 모든 표면 상에서 둘러싸일 수 있다.
가변 광학 삽입체(104)는 다수의 액정 층(109, 110)을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 단일 액정 층을 포함할 수 있는데, 이들 중 일부가 이하의 단락에서 논의된다. 장치(100)의 사용은 다수의 밀봉된 영역을 갖는 구성요소들의 조합을 포함하는 신규한 안과용 디바이스를 생성할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체(104)를 갖는 렌즈는 액정 층(109, 110)을 포함하는 중심 강성 광학 요소가 각자의 전방 및 후방 표면들 상에서 대기 및 각막 표면과 직접 접촉하는 강성 중심 연성 스커트 설계(rigid center soft skirt design)를 포함할 수 있다. 렌즈 재료(전형적으로 하이드로겔 재료)의 연성 스커트는 강성 광학 요소의 주연부에 부착되고, 강성 광학 요소는 또한 생성된 안과용 렌즈에 에너지와 기능성을 부가할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 200으로 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예의 평면도가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 250으로 그의 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에서, 에너지 공급원(210)이 가변 광학 삽입체(200)의 주연부 부분(211)에 도시되어 있다. 에너지 공급원(210)은 예를 들어 박막 재충전가능 리튬 이온 배터리 또는 알칼리 전지 기반 배터리를 포함할 수 있다. 에너지 공급원(210)은 상호접속을 허용하는 상호접속 특징부(214)에 접속될 수 있다. 225와 230의 추가의 상호접속부는 예를 들어 에너지 공급원(210)을 전자 회로(205)에 접속시킬 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 삽입체가 그의 표면 상에 침착된 상호접속 특징부를 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체(200)는 가요성 기재를 포함할 수 있다. 이러한 가요성 기재는 앞서 논의된 유사한 방식으로 또는 다른 수단에 의해 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 구성요소, 수동 구성요소, 및 또한 포함될 수 있는 그러한 디바이스와 같은, 205로 지시되는 것과 같은 다수의 전자 구성요소가 있을 수 있다.
가변 광학부(220)가 또한 예시되어 있다. 가변 광학부(220)는, 용어상 전형적으로 액정 층을 가로질러 확립되는 전기장을 변화시킬 수 있는, 가변 광학 삽입체를 통한 전류의 인가를 통해 명령에 따라 변화될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학부(220)는 2개의 투명 기재 층들 사이의 액정의 얇은 층을 포함한다. 전형적으로 전자 회로(205)의 동작을 통해 가변 광학 구성요소를 전기적으로 활성화시키고 제어하는 수많은 방식이 있을 수 있다. 전자 회로(205)는 다양한 방식으로 신호를 수신할 수 있고, 아이템(215)과 같은 삽입체 내에 또한 있을 수 있는 감지 요소에 또한 접속될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체는 안과용 렌즈를 형성하기 위해 하이드로겔 재료 또는 다른 적합한 재료를 포함할 수 있는 렌즈 스커트(255) 내에 봉지될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈는 렌즈 스커트(255), 및 그 자체가 액정 재료의 또는 액정 재료를 포함하는 층들 또는 영역들을 포함할 수 있는 봉지된 가변 광학 삽입체(200)를 포함할 수 있다.
액정 요소를 포함하는 가변 광학 삽입체
도 3을 참조하면, 2개의 상이하게 형상화된 렌즈 피스들의 렌즈 효과의 예시인 아이템(300)을 볼 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 본 명세서에서의 본 발명의 가변 광학 삽입체는 전극 및 액정 층 시스템을 2개의 상이하게 형상화된 렌즈 피스 내에 인클로징함으로써 형성될 수 있다. 이러한 전극 및 액정 층 시스템은 350으로 예시된 바와 같은 렌즈 피스들 사이의 공간을 차지할 수 있다. 320에서 전방 곡면 피스를 볼 수 있고, 310에서 후방 곡면 피스를 볼 수 있다.
비제한적 예에서, 전방 곡면 피스(320)는 공간(350)과 상호작용하는 오목한 형상의 표면을 가질 수 있다. 이러한 형상은 일부 실시예에서 330으로 도시된 곡률 반경과 초점(335)을 갖는 것으로 추가로 특징지어질 수 있다. 다양한 파라미터 특성을 갖는 다른 더 복잡한 형상이 본 발명의 기술의 범주 내에서 형성될 수 있지만, 예시를 위해 간단한 구형 형상이 도시될 수 있다.
유사한 그리고 역시 비제한적 방식으로, 후방 곡면 피스(310)는 공간(350)과 상호작용하는 볼록한 형상의 표면을 구비할 수 있다. 이러한 형상은 일부 실시예에서 340으로 도시된 곡률 반경과 초점(345)을 갖는 것으로 추가로 특징지어질 수 있다. 다양한 파라미터 특성을 갖는 다른 더 복잡한 형상이 본 발명의 기술의 범주 내에서 형성될 수 있지만, 예시를 위해 간단한 구형 형상이 도시될 수 있다.
300과 같은 유형의 렌즈가 어떻게 동작할 수 있는지를 예시하기 위해, 렌즈 피스들, 즉, 후방 곡면 피스(310) 및 전방 곡면 피스(320)를 포함하는 재료는 값 n의 굴절률을 가질 수 있다. 공간(350) 내에서, 액정 복합 재료 층은 비제한적 예에서 굴절률에 대한 그러한 값에 부합하도록 선택될 수 있다. 따라서, 광선이 렌즈 피스들, 즉, 후방 곡면 피스(310)와 전방 곡면 피스(320) 및 공간(350)을 가로지를 때, 광선은 초점 특성을 조절하는 방식으로 다양한 계면에 반응하지 않을 것이다. 그의 기능에 있어서, 도시되지 않은 렌즈의 부분은 공간(350) 내의 액정 층이 입사 광선에 대하여 상이한 굴절률을 취하는 결과를 야기할 수 있는 다양한 구성요소의 동력공급을 활성화시킬 수 있다. 비제한적 예에서, 얻어진 굴절률은 저하되거나 상승될 수 있다. 이제, 각각의 재료 계면에서, 광의 경로가 표면의 초점 특성과 굴절률의 변화에 기초하여 변경되도록 모델링될 수 있다.
이러한 모델은 스넬의 법칙(Snell's law): sin (세타1) / sin (세타2) = n2/n1에 기초할 수 있다. 예를 들어, 계면은 전방 곡면 피스(320)와 공간(350)에 의해 형성될 수 있고, 세타1은 입사 광선이 계면에서 표면 법선과 이루는 각도일 수 있다. 세타2는 광선이 계면을 떠날 때 표면 법선과 이루는 모델링된 각도일 수 있다. n2는 공간(350)의 굴절률을 나타낼 수 있고, n1은 전방 곡면 피스(320)의 굴절률을 나타낼 수 있다. n1이 n2와 동일하지 않을 때, 각도들 세타1과 세타2가 또한 상이할 것이다. 따라서, 공간(350) 내의 액정 층의 전기적 가변 굴절률이 변화될 때, 광선이 계면에서 취할 경로가 또한 변화될 것이다.
도 4를 참조하면, 매설된 가변 광학 삽입체, 즉 삽입체(410)를 갖는 안과용 렌즈(400)가 도시되어 있다. 안과용 렌즈(400)는 전방 곡면 표면(401)과 후방 곡면 표면(402)을 구비할 수 있다. 삽입체(410)는 액정 층(404)을 갖는 가변 광학부(403)를 구비할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 삽입체(410)는 다수의 액정 층(404, 405)을 구비할 수 있다. 삽입체(410)의 일부분이 안과용 렌즈(400)의 광학 구역과 중첩될 수 있다.
도 5를 참조하면, 안과용 렌즈 내로 삽입될 수 있는 가변 광학부(500)가 액정 층(530)과 함께 예시되어 있다. 가변 광학부(500)는 본 명세서의 다른 단락에서 논의되었던 바와 유사한 재료의 다양성 및 구조적 관련성을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 투명 전극(545)이 제1 투명 기재(550) 상에 배치될 수 있다. 제1 렌즈 표면 또는 정렬 층(540)은 유전체 필름, 및 일부 예시적인 실시예에서는, 제1 투명 전극(545) 상에 배치될 수 있는 정렬 층들을 포함할 수 있다. 그러한 예시적인 실시예에서, 제1 렌즈 표면의 유전체 층의 형상은 도시된 바와 같이 유전체 두께에 있어서 국부적으로 변화되는 형상을 형성할 수 있다. 그러한 국부적으로 변화되는 형상은 도 3을 참조하여 논의된 기하학적 효과 이상으로 렌즈 요소의 추가의 초점 도수를 도입할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 형상화된 층은 제1 투명 전극(545)과 제1 투명 기재(550)의 조합 상에 사출 성형함으로써 형성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 제1 투명 전극(545)과 제2 투명 전극(520)은 다양한 방식으로 형상화될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 형상화는 별도로 인가되는 동력공급을 가질 수 있는 별개의 개별 영역이 형성되는 결과를 가져올 수 있다. 다른 예에서, 전극은 렌즈의 중심으로부터 주변부까지 나선(helix)과 같은 패턴으로 형성될 수 있으며, 이는 액정 층(530)을 가로질러 가변 전기장을 인가할 수 있다. 어느 경우든, 그러한 전극 형상화는 유전체 층을 전극 상에 형상화하는 것에 더하여 또는 그러한 형상화 대신에 수행될 수 있다. 이들 방식으로의 전극의 형상화는 또한 작동 중인 렌즈 요소의 추가의 초점 도수를 도입할 수 있다.
액정 층(530)은 제1 투명 전극(545)과 제2 투명 전극(520) 사이에 위치될 수 있다. 제2 투명 전극(520)은 제2 투명 기재(510) 상에 침착될 수 있고, 여기서 제2 투명 기재(510)로부터 제1 투명 기재(550)까지 형성된 디바이스는 안과용 렌즈의 가변 광학부(500)를 포함할 수 있다. 2개의 정렬 층이 또한 540 및 525에서 유전체 층 상에 위치될 수 있고, 액정 층(530)을 둘러쌀 수 있다. 540 및 525에 있는 정렬 층들은 안과용 렌즈의 휴지 배향을 한정하도록 기능할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 투명 전극 층(520, 545)은 액정 층(530)과 전기 연통 상태에 있을 수 있고, 휴지 배향으로부터 적어도 하나의 동력공급된 배향으로의 배향의 변화를 유발할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 안과용 렌즈 내로 삽입될 수 있는 가변 광학 삽입체(600)의 대안이 2개의 액정 층(620, 640)과 함께 도시되어 있다. 액정 영역 주위의 다양한 층의 태양들 각각은 도 5에 도시된 가변 광학부(500)에 관하여 기술된 바와 유사한 다양성을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 정렬 층들은 편광 감응성을 단일 액정 요소의 기능 내로 도입할 수 있다. 제1 기재(610), 620 주위의 공간 내의 그의 개재 층(intervening layer) 및 제1 편광 선호도를 가질 수 있는 제2 기재(630)에 의해 형성되는 제1 액정 기반 요소를, 제2 기재(630) 상의 제2 표면, 640 주위의 공간 내의 개재 층 및 제2 편광 선호도를 갖는 제3 기재(650)에 의해 형성되는 제2 액정 기반 요소와 조합함으로써, 렌즈에 입사하는 입사 광의 편광 양상들에 민감하지 않은 렌즈의 전기적 가변 초점 특성을 허용할 수 있는 조합이 형성될 수 있다.
예시적인 가변 광학 삽입체(600)에서, 500에서의 예와 연관된 다양한 유형 및 다양성을 갖는 2개의 전기적 활성 액정 층들의 조합이 3개의 기재 층들을 이용하여 형성될 수 있다. 다른 예에서, 디바이스는 4개의 상이한 기재들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 그러한 예에서, 중간 기재 또는 제2 기재(630)는 2개의 층으로 분할될 수 있다. 기재들이 추후에 조합되면, 가변 광학 삽입체(600)와 유사하게 기능하는 디바이스가 생성될 수 있다. 4개의 층들의 조합은 유사한 디바이스들이 액정 층(620, 640) 둘 모두 주위에 구성될 수 있는 요소의 제조를 위한 종래의 예를 제시할 수 있으며, 여기서 처리의 차이는 액정 요소를 위한 정렬 특징부를 한정하는 단계들의 일부분과 관련될 수 있다. 또 다른 예에서, 500으로 도시된 것과 같은 단일 액정 층 주위의 렌즈 요소가 구면 대칭이거나 90도의 회전시 대칭이면, 2개의 피스를 조립하기 전에 서로에 대해 90도 회전시킴으로써 2개의 피스가 600으로 도시된 유형의 구조체로 조립될 수 있다.
그에 대한 입사 광의 편광 양상들에 민감하지 않은 대안의 예시적인 실시예는 도 6b를 참조하여 아이템(660)으로 발견될 수 있다. 660의 실시예에서, 도 5에 관한 논의들에서 참조된 유형의 단일 광학 요소가 발견될 수 있는데, 이때 610 및 630의 제1 및 제2 기재들이 620의 액정 요소들을 포함하는 활성 액정 층을 각각 둘러싸고 있다. 언급된 바와 같이, 정렬된 액정 요소들은 입사 광의 상이한 편광 성분들에 상이하게 작용할 수 있다. 그러나, 2개의 직교 배치된 정렬된 액정 층들을 조합하는 대신에, 편광 필터(665)가 도 6b에 도시된 바와 같이 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 편광 필터(665)는 직교 편광 성분을 차단하면서 액정 층(620)의 정렬과 일치하는 편광된 광이 그를 통과하도록 할 수 있다. 따라서, 비록 입사 광의 하나의 편광 성분에 대한 것이기는 하지만, 액정 층(620)의 전기적 활성 초점 양상들은 렌즈 상에 입사 광에 대한 단일 효과를 생성할 수 있다.
도 6b에서의 660의 실시예는 편광 필터를 665로 도시하는데, 이는 일부 실시예들에서는 정적일 수 있거나 또는 다른 실시예들에서는 전기적 활성일 수 있다. 이러한 층은, 예시적인 방식으로, 봉쇄를 위해 2개의 삽입체 피스들 사이에 위치될 수 있다. 그러한 예시적인 실시예는, 편광 필터(665)가 제2 기재(630)와 제3 기재(650) 사이에 위치될 수 있는 바와 같은 도 6b에서 발견될 수 있다. 편광 요소가 2개의 삽입체 피스들 사이에 있지 않고서 제1 또는 제2 삽입체 피스들 중 어느 하나 상에 생성되는 경우를, 비제한적 의미로 포함하는, 정렬된 액정 함유 광학 디바이스 내에서의 편광 요소의 사용에 관한 많은 실시예들이 있을 수 있다. 대안적으로, 액정 층(620)과 연관된 편광 필터(665) 둘 모두는 예를 들어 제1 삽입체 피스와 제2 삽입체 피스 사이에 함께 위치될 수 있다.
능동 및 수동 태양들을 갖는 단일 편광 감응성 액정 층을 포함하는 이중초점 안과용 디바이스
도 6c를 참조하면, 액정 층들을 갖는 안과용 디바이스를 형성하는 것으로부터 상이한 부류의 디바이스들이 생성될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 디바이스들에 관한 실시예들에서, 정렬된 액정 층들의 단일 층이 입사 광의 상이한 편광 성분들에 대해 상이하게 반응한다는 특성은, 사용자의 망막에 광의 단일 광학 또는 초점 양상을 전달하는 디바이스들을 생성하기 위해 상이한 방식으로 활용되었다. 도 6c에 관한 상이한 부류의 디바이스들에서, 액정 재료의 단일 정렬된 층이 입사 광의 상이한 편광 성분들에 상이한 방식으로 작용한다는 사실은 안과용 디바이스 기능의 일부분을 정의한다. 그러한 디바이스는 단일 편광 감응성 액정 층들을 포함하는 이중초점 안과용 디바이스의 유형인 것으로 특징지어질 수 있다. 도 4에 기술된 유형의 안과용 렌즈(400)에는, 액정 층을 포함하는 가변 광학부(500)를 갖는 삽입체가 제공될 수 있다. 기술된 다양한 유형의 층은 정렬 층에 의해 정렬될 수 있으며, 따라서 특정 편광 상태에 대한 감응성을 가질 수 있다. 디바이스가 초점 조절 기능을 갖고 단일 정렬된 액정 층을 구비하거나, 대안적으로 하나의 액정 층이 다른 하나의 액정 층에 직교 방향으로 정렬되고, 액정 층들 중 하나가 다른 하나와 상이한 수준으로 전기적으로 동력공급받는 이중 층 디바이스이면, 안과용 렌즈(400)에 입사하는 광(670)은 편광 방향들 각각에 대해 2개의 상이한 초점 특성으로 분해될 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나의 편광 성분(681)은 초점(682)을 향해 경로(680)에 초점이 맞춰질 수 있는 반면, 다른 하나의 편광 성분(691)은 초점(692)을 향해 경로(690)에 초점이 맞춰질 수 있다.
최신의 안과용 디바이스들에서, 사용자의 눈에 다수의 초점맞춰진 이미지들을 동시에 제공하는 이중초점 디바이스들의 부류가 있다. 사람의 뇌는 2개의 이미지들을 선별하고 상이한 이미지들을 인지하는 능력을 가질 수 있다. 도 6c의 디바이스는 그러한 이중초점 능력을 우수한 방식으로 전달할 수 있다. 전체적인 이미지의 영역을 포착하고 이것들의 초점을 상이하게 맞추기보다는, 도 6c로 도시된 유형의 액정 층이 광(670)을 전체 가시 윈도우를 가로질러 2개의 편광 성분(681, 691)으로 분할할 수 있다. 입사 광(670)이 편광 선호도를 갖지 않는 한, 이미지는 어느 하나의 초점 특성만을 갖는 경우에 그러했던 것처럼 유사하게 보여야 한다. 다른 예시적인 실시예에서, 그러한 안과용 디바이스는 정보가 확대 이미지가 되도록 선택된 편광을 갖고서 정보를 표시하는 것과 같은 상이한 효과를 위해 한정된 편광을 갖고서 투사되는 광원과 쌍을 이룰 수 있다. 액정 디스플레이는 본질적으로 그러한 주변 조건을 제공할 수 있는데, 그 이유는 광이 그러한 디스플레이로부터 한정된 편광 특성을 갖고서 출사할 수 있기 때문이다. 다수의 초점 특성들을 갖는 디바이스들을 레버리징하는 능력에 기인하는 많은 실시예들이 있을 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 디바이스의 초점을 능동 제어하는 능력은 다양한 이중초점 조건을 갖는 디바이스를 허용할 수 있다. 휴지 상태 또는 비-동력공급된 상태는 하나의 편광의 초점이 맞춰지지 않고 다른 하나의 편광이 중간 거리에 초점이 맞춰진 이중초점을 포함할 수 있다. 활성화 시, 중간거리 구성요소는, 렌즈가 쌍안정성인 경우 근거리 이미징으로, 또는 다른 실시예에서는 일정 범위의 초점 거리로 추가로 초점이 맞춰질 수 있다. 이중초점 특성은 사용자가 그의 거리 환경을 다양한 거리에서의 초점맞춰진 이미지와 동시에 인지하게 할 수 있는데, 이는 다양한 종류의 이점을 가질 수 있다.
재료
마이크로사출 성형(Microinjection molding) 실시예들은, 예를 들어, 폴리(4-메틸펜트-1-엔) 공중합체 수지가, 약 6 mm 내지 10 mm의 직경 및 약 6 mm 내지 10 mm의 전방 표면 반경 및 약 6 mm 내지 10 mm의 후방 표면 반경 및 약 0.050 mm 내지 1.0 mm의 중심 두께를 갖는 렌즈를 형성하는 데 사용되는 것을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들은 약 8.9 mm의 직경 및 약 7.9 mm의 전방 표면 반경 및 약 7.8 mm의 후방 표면 반경 및 약 0.200 mm의 중심 두께 및 약 0.050 mm 반경의 에지 프로파일을 갖는 삽입체를 포함한다.
도 1의 가변 광학 삽입체(104)는 도 1의 안과용 렌즈를 형성하기 위해 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 중합체를 함유한다. 다양한 등급의 지환족 공중합체는 105℃ 내지 160℃ 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 본 발명의 금형은 중합체, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 주쇄 내에 지환족 모이어티(moiety)를 함유한 개질 폴리올레핀, 및 환형 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 이 블렌드는 금형 반부들 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 사용될 수 있으며, 여기서 이 블렌드가 후방 곡면에 사용되고 전방 곡면은 지환족 공중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일부 바람직한 금형 제조 방법에서, 공지된 기술에 따라 사출 성형이 이용되지만, 실시예는 또한 예를 들어, 선반가공, 다이아몬드 선삭(diamond turning), 또는 레이저 절단(laser cutting)을 포함한 다른 기법에 의해 형성된 금형을 포함할 수 있다.
전형적으로, 렌즈는 둘 모두의 금형 부분품(101, 102)의 적어도 하나의 표면 상에 형성된다. 그러나, 일부 실시예에서, 렌즈의 하나의 표면이 금형 부분품(101 또는 102)으로부터 형성될 수 있고, 렌즈의 다른 표면이 선반가공 방법 또는 다른 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 바람직한 렌즈 재료는 실리콘 함유 성분을 포함한다. "실리콘-함유 성분"은 단량체, 거대단량체(macromer), 또는 예비중합체에 적어도 하나의 [-Si-O-] 단위를 함유하는 것이다. 바람직하게는, 전체 Si 및 부착된 O는, 실리콘-함유 성분의 전체 분자량의 약 20 중량% 초과, 및 보다 바람직하게는 30 중량% 초과의 양으로 실리콘-함유 성분에 존재한다. 유용한 실리콘-함유 성분은 바람직하게는 중합성 작용기, 예를 들어 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐, N-비닐 락탐, N-비닐아미드, 및 스티릴 작용기를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 삽입체를 둘러싸는, 삽입체 봉지 층으로도 불리는 안과용 렌즈 스커트는 표준 하이드로겔 안과용 렌즈 제형으로 구성될 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용가능한 부합을 제공할 수 있는 특성을 가진 예시적인 재료는 나라필콘 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함) 및 에타필콘 계열(에타필콘 A를 포함함)을 포함할 수 있다. 더욱 기술적으로 포괄적인 논의가 본 명세서의 기술과 부합하는 재료의 특성에 대해 후술된다. 당업자는 논의되는 것들 외의 다른 재료가 또한 밀봉되고 봉지된 삽입체의 허용가능한 인클로저 또는 부분적인 인클로저를 형성할 수 있고, 청구범위의 범주 내에 포함되고 부합하는 것으로 고려되어야 함을 인식할 수 있다.
적합한 실리콘-함유 성분은 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pat00001
여기서
R1은 독립적으로 1가 반응성 기, 1가 알킬 기, 또는 1가 아릴 기 - 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 -; 및 1 내지 100개의 Si-O 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬 - 이는 알킬, 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 - 로부터 선택되고;
여기서 b는 0 내지 500이며, b가 0 이외의 것일 때 b는 기술된 값과 동일한 모드를 갖는 분포임이 이해되고;
여기서, 적어도 하나의 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 일부 실시예에서는 1 내지 3개의 R1이 1가 반응성 기를 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "1가 반응성 기"는 자유 라디칼 및/또는 양이온성 중합을 겪을 수 있는 기이다. 자유 라디칼 반응성 기의 비제한적인 예에는 (메트)아크릴레이트, 스티릴, 비닐, 비닐 에테르, C1-6 알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, C1-6 알킬(메트)아크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, C2-12 알케닐, C2-12 알케닐페닐, C2-12 알케닐나프틸, C2-6 알케닐페닐C1 -6 알킬, O-비닐카르바메이트 및 O-비닐카르보네이트가 포함된다. 양이온성 반응성 기의 비제한적 예에는 비닐 에테르 또는 에폭사이드 기 및 이들의 조합이 포함된다. 일 실시예에서, 자유 라디칼 반응성 기는 (메트)아크릴레이트, 아크릴옥시, (메트)아크릴아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 1가 알킬 및 아릴 기에는 비치환 1가 C1 내지 C16 알킬 기, C6-C14 아릴 기, 예를 들어 치환 및 비치환 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 2-하이드록시프로필, 프로폭시프로필, 폴리에틸렌옥시프로필, 이들의 조합 등이 포함된다.
일 예시적인 실시예에서, b는 0이고, 하나의 R1은 1가 반응성 기이고, 적어도 3개의 R1은 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터, 그리고 다른 예시적인 실시예에서는, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 이러한 예시적인 실시예의 실리콘 성분의 비제한적 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 예시적인 실시예에서, b는 2 내지 20, 3 내지 15 또는 일부 실시예에서 3 내지 10이고; 적어도 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고 나머지 R1은 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터, 그리고 다른 실시예에서는, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, b는 3 내지 15이고, 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고, 다른 말단 R1은 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함하고 나머지 R1은 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기를 포함한다. 이러한 실시예의 실리콘 성분의 비제한적 예에는 (모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 말단화된 폴리다이메틸실록산(400 내지 1000 MW)) ("OH-mPDMS"), 모노메타크릴옥시프로필 말단화된 모노-n-부틸 말단화된 폴리다이메틸실록산(800 내지 1000 MW), ("mPDMS")이 포함된다.
다른 예시적인 실시예에서, b는 5 내지 400 또는 10 내지 300이고, 둘 모두의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고 나머지 R1은 독립적으로, 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 가질 수 있고 할로겐을 추가로 포함할 수 있는, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬 기로부터 선택된다.
예시적인 일 실시예에서, 실리콘 하이드로겔 렌즈가 요구되는 경우, 본 발명의 렌즈는 중합체가 제조되는 반응성 단량체 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20 중량%, 그리고 바람직하게는 약 20 내지 70 중량%의 실리콘 함유 성분을 포함하는 반응 혼합물로부터 제조될 것이다.
다른 예시적인 실시예에서, 1 내지 4개의 R1은 하기 화학식의 비닐 카르보네이트 또는 카르바메이트를 포함한다:
[화학식 II]
Figure pat00002
여기서 Y는 O-, S- 또는 NH-를 나타내고;
R은 수소 또는 메틸을 나타내며; d는 1, 2, 3 또는 4이고; q는 0 또는 1이다.
실리콘-함유 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 단량체는 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 하기 화학식을 포함한다.
Figure pat00003
약 200 미만의 모듈러스(modulus)를 갖는 생의학 디바이스가 요구되는 경우, 오직 하나의 R1만이 1가 반응성 기를 포함할 것이며, 나머지 R1 기들 중 2개 이하가 1가 실록산 기를 포함할 것이다.
다른 부류의 실리콘-함유 성분에는 하기 화학식의 폴리우레탄 거대단량체가 포함된다:
[화학식 IV-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 6 내지 30개의 탄소 원자를 가진 알킬 다이라디칼(diradical), 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내고;
G는 1 내지 40개의 탄소 원자를 가지며 에테르, 티오 또는 아민 결합을 주쇄 내에 포함할 수 있는 알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
*는 우레탄 또는 우레이도 결합을 나타내며;
a 는 적어도 1이며;
A는 하기 화학식의 2가 중합체 라디칼을 나타내며:
[화학식 VII]
Figure pat00004
R11은 독립적으로, 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 함유할 수 있는, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 플루오로-치환된 알킬 기를 나타내고; y는 1 이상이고; p는 400 내지 10,000의 모이어티 중량을 제공하고; E 및 E1 각각은 독립적으로 하기 화학식으로 표시되는 중합성 불포화 유기 라디칼을 나타내고:
[화학식 VIII]
Figure pat00005
여기서 R12는 수소 또는 메틸이고; R13은 수소, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 라디칼, 또는 -CO-Y-R15 라디칼이고, Y는 -O-,Y-S- 또는 -NH-이고; R14는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 2가 라디칼이고; X는 -CO- 또는 -OCO-를 나타내고; Z는 -O- 또는 -NH-를 나타내고; Ar은 6 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 방향족 라디칼을 나타내고; w는 0 내지 6이고; x는 0 또는 1이고; y는 0 또는 1이고; z는 0 또는 1이다.
바람직한 실리콘-함유 성분은 하기 화학식으로 표시되는 폴리우레탄 거대단량체이다:
[화학식 IX]
Figure pat00006
상기 식에서, R16은 아이소시아네이트 기의 제거 후의 다이아이소시아네이트의 다이라디칼, 예를 들어 아이소포론 다이아이소시아네이트의 다이라디칼이다. 다른 적합한 실리콘 함유 거대단량체는 플루오로에테르, 하이드록시-말단화된 폴리다이메틸실록산, 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 아이소시아나토에틸메타크릴레이트의 반응에 의해 형성되는 하기 화학식 X(여기서, x + y는 10 내지 30의 범위의 수임)의 화합물이다.
[화학식 X]
Figure pat00007
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 실리콘-함유 성분은 폴리실록산, 폴리알킬렌 에테르, 다이아이소시아네이트, 폴리플루오르화 탄화수소, 폴리플루오르화 에테르 및 다당류 기를 함유한 거대단량체; 말단 다이플루오로-치환된 탄소 원자에 부착된 수소 원자를 가진 극성 플루오르화 그래프트 또는 측쇄기를 가진 폴리실록산; 에테르 및 실록사닐 결합을 함유한 친수성 실록사닐 메타크릴레이트 및 폴리에테르 및 폴리실록사닐기를 함유한 가교결합성 단량체를 포함한다. 전술한 폴리실록산 중 임의의 것이 또한 실리콘-함유 성분으로서 본 발명에서 사용될 수 있다.
액정 재료
본 명세서에서 논의되었던 액정 층 유형에 따른 특성을 가질 수 있는 많은 재료가 있을 수 있다. 알맞은 유독성을 갖는 액정 재료가 바람직할 수 있다는 것과 자연 유래의 콜레스테릴계 액정 재료가 유용할 수 있다는 것이 예상될 수 있다. 다른 예에서, 안과용 삽입체의 봉지 기술 및 재료는 전형적으로 네마틱 또는 콜레스테릭 N 또는 스메틱 액정 또는 액정 혼합물과 관련된 넓은 카테고리들의 것일 수 있는 LCD 디스플레이 관련 재료를 포함할 수 있는 넓은 재료 선택을 허용할 수 있다. TN, VA, PSVA, IPS 및 FFS 응용을 위한 머크 스페셜티(Merck Specialty) 화학물질 리크리스탈(Licristal) 혼합물과 같은 구매가능한 혼합물 및 다른 구매가능한 혼합물이 액정 층을 형성하기 위한 재료 선택을 형성할 수 있다.
비제한적 의미로, 혼합물 또는 제형은 하기의 액정 재료들을 함유할 수 있다: 1-(트랜스-4-헥실사이클로헥실)-4-아이소티오시아나토벤젠 액정, (4-옥틸벤조산 및 4-헥실벤조산)을 비롯한 벤조산 화합물, (4'-펜틸-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-옥틸-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-(옥틸옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-(헥실옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4-(트랜스-4-펜틸사이클로헥실)벤조니트릴, 4'-(펜틸옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-헥실-4-바이페닐카르보니트릴)을 비롯한 카르보니트릴 화합물, 및 4,4'-아족시아니솔.
비제한적 의미로, 실온에서 n평행 - n수직 > 0.3의 특히 높은 복굴절성을 나타내는 제형이 액정 층 형성 재료로서 사용될 수 있다. 예를 들어, W1825로 지칭되는 그러한 제형은 AWAT 및 빔 엔지니어링 포 어드밴스트 메저먼츠 컴퍼니(BEAM Engineering for Advanced Measurements Co.)(빔코(BEAMCO))로부터 입수가능할 수 있다.
여기서 본 발명의 개념을 위해 유용할 수 있는 다른 부류의 액정 재료들이 있을 수 있다. 예를 들어, 강유전성(ferroelectric) 액정이 전기장 배향식 액정 실시예를 위한 기능을 제공할 수 있지만, 또한 자기장 상호작용과 같은 다른 효과를 도입할 수 있다. 재료와의 전자기 방사선의 상호작용이 또한 상이할 수 있다.
정렬 층 재료:
설명되었던 예시적인 실시예들 중 많은 것에서, 안과용 렌즈 내의 액정 층은 삽입체 경계에서 다양한 방식으로 정렬될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 정렬은 삽입체의 경계에 평행하거나 수직일 수 있으며, 이러한 정렬은 다양한 표면의 적당한 처리에 의해 얻어질 수 있다. 처리는 액정(LC)을 포함하는 삽입체의 기재를 정렬 층에 의해 코팅하는 것을 수반할 수 있다. 이들 정렬 층이 본 명세서에서 기술된다.
다양한 유형의 액정 기반 디바이스에서 일반적으로 실시되는 기술은 러빙(rubbing) 기술일 수 있다. 이 기술은 액정을 인클로징하는 데 사용되는 삽입체 피스의 만곡된 표면과 같은 만곡된 표면을 처리하도록 될 수 있다. 일례에서, 표면들은 폴리비닐 알코올(PVA) 층에 의해 코팅될 수 있다. 예를 들어, PVA 층은 1 중량% 수용액을 사용하여 스핀 코팅될 수 있다. 용액은 대략 60초와 같은 시간 동안에 1000 rpm으로 스핀 코팅에 의해 적용되고 나서 건조될 수 있다. 후속적으로, 건조된 층은 이어서 부드러운 천으로 러빙될 수 있다. 비제한적 예에서, 부드러운 천은 벨벳일 수 있다.
광정렬(photo-alignment)은 액정 인클로저 상에 정렬 층을 생성하기 위한 다른 기술일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광정렬은 그의 비접촉 특성 및 대규모 제조의 능력으로 인해 바람직할 수 있다. 비제한적 예에서, 액정 가변 광학부에 사용되는 광정렬 층은 전형적으로 UV 파장을 갖는 선형의 편광된 광의 편광에 수직인 방향으로 주로 정렬될 수 있는 이색성 아조벤젠 염료(아조 염료)를 포함할 수 있다. 그러한 정렬은 반복적인 트랜스-시스-트랜스 광이성질화 공정(photoisomerization process)의 결과일 수 있다.
일례로서, PAAD 시리즈 아조벤젠 염료가 30초간 3000rpm으로 DMF 중 1 중량% 용액으로부터 스핀 코팅될 수 있다. 후속적으로, 얻어진 층은 (예를 들어, 325 nm, 351 nm, 365 nm와 같은) UV 파장 또는 심지어 가시 파장(400 내지 500 nm)을 갖는 선형의 편광된 광 빔에 노출될 수 있다. 광원은 다양한 형태를 취할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광은 예를 들어 레이저 광원으로부터 유래할 수 있다. LED, 할로겐 및 백열 광원과 같은 다른 광원이 다른 비제한적 예일 수 있다. 다양한 형태의 광이 적당한 대로 다양한 패턴으로 편광되기 전 또는 후에, 광은 다양한 방식으로, 예를 들어 광학 렌즈 디바이스의 사용을 통해 시준될 수 있다. 레이저 광원으로부터의 광은, 예를 들어 고유하게 일정 시준도(degree of collimation)를 가질 수 있다.
아조벤젠 중합체, 폴리에스테르, 메소제닉 4-(4-메톡시신나모일옥시)바이페닐 측기를 갖는 광가교결합성 중합체 액정 등에 기반하는 매우 다양한 광이방성(photoanisotropic) 재료가 현재 알려져 있다. 그러한 재료의 예는 설포닉 비스아조 염료 SD1 및 다른 아조벤젠 염료, 특히 빔 엔지니어링 포 어드밴스트 메저먼츠 컴퍼니(빔코)로부터 입수가능한 PAAD-시리즈 재료, 폴리(비닐 신나메이트), 및 기타를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, PAAD 시리즈 아조 염료의 물 또는 알코올 용액들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 아조벤젠 염료, 예를 들어 메틸 레드가 액정 층에 직접 도핑됨으로써 광정렬을 위해 사용될 수 있다. 편광된 광에 대한 아조벤젠 염료의 노출은 액정 층으로부터 경계 층까지의 벌크에 대한 그리고 벌크 내부에서의 아조 염료의 확산 및 부착을 야기하여 원하는 정렬 상태를 생성할 수 있다.
메틸 레드와 같은 아조벤젠 염료는 또한 중합체, 예를 들어 PVA와 조합되어 사용될 수 있다. 허용가능할 수 있는, 액정의 인접 층들의 정렬을 시행할 수 있는 다른 광이방성 재료가 현재 알려져 있다. 이들 예는 쿠마린, 폴리에스테르, 메소제닉 4-(4-메톡시신나모일옥시)-바이페닐 측기를 갖는 광가교결합성 중합체 액정, 폴리(비닐 신나메이트), 및 기타에 기반한 재료를 포함할 수 있다. 광정렬 기술은 액정의 패턴화된 배향을 포함하는 실시예에 유리할 수 있다.
정렬 층을 생성하는 다른 예시적인 실시예에서, 정렬 층은 삽입체 피스 기재 상에 산화규소를 진공 증착함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, SiO2는 약 10-6 mbar와 같은 저압에서 증착될 수 있다. 전방 및 후방 삽입체 피스들의 생성과 함께 사출 성형되는 나노스케일의 크기의 정렬 특징부를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 이들 성형된 특징부는 언급되었던 재료, 또는 물리적 정렬 특징부와 직접 상호작용하고 정렬 패턴화를 액정 분자의 정렬 배향으로 전달할 수 있는 다른 재료를 이용하여 다양한 방식으로 코팅될 수 있다.
이온 빔 정렬은 액정 인클로저 상에 정렬 층을 생성하기 위한 다른 기술일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 시준된 아르곤 이온 또는 초점맞춰진 갈륨 이온 빔이 한정된 각도/배향으로 정렬 층 상에 충돌될 수 있다. 이러한 유형의 정렬은 또한 산화규소, 다이아몬드형 탄소(diamond-like-carbon, DLC), 폴리이미드 및 다른 정렬 재료를 정렬시키기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예는 삽입체 피스가 형성된 후에 물리적 정렬 특징부가 삽입체 피스에 생성되는 것과 관련될 수 있다. 다른 액정 기반의 업계에서 일반적인 러빙 기술은 성형된 표면 상에서 수행되어 물리적 홈을 생성할 수 있다. 표면은 또한 성형후 엠보싱 공정을 받게 되어 표면 상에서 작은 홈-형성된 특징부를 생성할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예가 다양한 종류의 광 패턴화 공정을 수반할 수 있는 에칭 기술의 사용으로부터 도출될 수 있다.
유전체 재료
유전체 막 및 유전체가 본 명세서에서 기술된다. 비제한적 예로, 액정 가변 광학부에 사용되는 유전체 필름 또는 유전체는 본 명세서에 기술되는 본 발명에 적절한 특성을 갖는다. 유전체는 단독으로 또는 함께 유전체로서 기능하는 하나 이상의 재료 층을 포함할 수 있다. 단일 유전체의 유전 성능보다 우수한 유전 성능을 달성하기 위해 다수의 층이 사용될 수 있다.
유전체는 이산적으로 가변적인 광학부를 위해 요구되는, 예를 들어 1 내지 10 μm의 두께의 무결함 절연 층을 허용할 수 있다. 결함은 유전체를 통한 전기적 및/또는 화학적 접촉을 허용하는, 유전체 내의 구멍인 것으로 당업자에 의해 알려진 바와 같이 핀홀(pinhole)로서 지칭될 수 있다. 주어진 두께의 유전체는, 예를 들어 유전체가 100 볼트 이상을 견뎌야 한다는, 항복 전압에 대한 요건을 만족시킬 수 있다.
유전체는 만곡형, 원추형, 구형 및 복합형 3차원 표면(예컨대, 만곡된 표면 또는 비-평탄 표면) 상으로의 제조를 허용할 수 있다. 딥 코팅 및 스핀 코팅의 전형적인 방법이 사용될 수 있거나, 다른 방법이 채용될 수 있다.
유전체는 가변 광학부 내의 화학물질, 예를 들어 액정 또는 액정 혼합물, 용제, 산 및 염기, 또는 액정 영역의 형성 시 존재할 수 있는 다른 재료로부터의 손상을 견딜 수 있다. 유전체는 적외광, 자외광 및 가시광으로부터의 손상을 견딜 수 있다. 바람직하지 않은 손상은 본 명세서에 기술된 파라미터, 예를 들어 항복 전압 및 광투과에 대한 열화를 포함할 수 있다. 유전체는 이온의 침투에 견딜 수 있다. 유전체는, 예를 들어 부착 촉진 층의 사용에 의해 하부의 전극 및/또는 기재에 부착될 수 있다. 유전체는 저 오염, 저 표면 결함, 컨포멀(conformal) 코팅, 및 저 표면 조도를 허용하는 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
유전체는 시스템의 전기 동작에 적합한 상대 유전율 또는 유전 상수, 예를 들어 주어진 전극 면적에 대한 커패시턴스를 감소시키는 낮은 상대 유전율을 가질 수 있다. 유전체는 고 저항율을 가짐으로써, 높은 인가 전압의 경우에도 매우 작은 전류가 흐르게 할 수 있다. 유전체는 광학 디바이스에 대해 요구되는 품질, 예를 들어 고 투과율, 저 분산, 및 소정 범위 내의 굴절률을 가질 수 있다.
예시적인 비제한적 유전체 재료는 파릴렌-C, 파릴렌-HT, 이산화규소, 질화규소, 및 테플론(Teflon) AF 중 하나 이상을 포함한다.
전극 재료
액정 영역을 가로질러 전기장을 성취하기 위하여 전위를 인가하기 위한 전극이 본 명세서에서 기술된다. 전극은 일반적으로 단독으로 또는 함께 전극으로서 기능하는 하나 이상의 재료 층을 포함한다.
전극은, 아마도 부착 촉진제(예컨대, 메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란)의 사용에 의해, 시스템 내의 하부의 기재, 유전체 코팅, 또는 다른 물체에 부착될 수 있다. 전극은 유리한 자연 산화물을 형성할 수 있거나, 유리한 산화물 층을 생성하도록 처리될 수 있다. 전극은 광 투과율이 높고 반사가 거의 없는 상태로 투명하거나 실질적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 전극은 알려진 처리 방법을 이용하여 패턴화되거나 에칭될 수 있다. 예를 들어, 전극은 포토리소그래픽 패턴화 및/또는 리프트-오프(lift-off) 공정을 사용하여 증착되거나 스퍼터링되거나 전기도금될 수 있다.
전극은 본 명세서에 기술된 전기 시스템에 사용하기 위한, 예를 들어 주어진 기하학적 구조에서 저항 요건을 만족시키는 적합한 저항율을 갖도록 설계될 수 있다.
전극은 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 금, 스테인리스강, 크롬, 그래핀(graphene), 그래핀 도핑된 층 및 알루미늄 중 하나 이상으로부터 제조될 수 있다. 이는 망라된 목록이 아니라는 것이 이해될 것이다.
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 완전히 청구범위의 범주 내에 있음이 당업자에게 명백할 수 있다.
도 7을 참조하면, 흐름도가 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 단계들을 예시한다. 단계(701)에서, 후방 곡면 표면을 포함할 수 있고 다른 기재 층들의 표면의 형상과는 상이할 수 있는 제1 유형의 형상을 갖는 상부 표면을 가질 수 있는 제1 기재 층이 형성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 차이는 광학 구역 내에 존재할 수 있는 적어도 일부분 내의 표면의 상이한 곡률 반경을 포함할 수 있다. 단계(702)에서, 더 복잡한 디바이스들에 대한 전방 곡면 표면 또는 중간 표면 또는 중간 표면의 일부분을 포함할 수 있는 제2 기재 층이 형성된다. 단계(703)에서, 전극 층이 제1 기재 층 상에 침착될 수 있다. 이러한 침착은 예를 들어 증착 또는 전기도금에 의해 일어날 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 기재 층은 광학 구역 내 및 비-광학 구역 내 둘 모두에서 영역들을 갖는 삽입체의 일부일 수 있다. 전극 침착 공정은 일부 예시적인 실시예에서 상호접속 특징부를 동시에 한정할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 유전체 층이 상호접속부 또는 전극 상에 형성될 수 있다. 유전체 층은 많은 절연 및 유전체 층들, 예를 들어 이산화규소를 포함할 수 있다.
단계(704)에서, 제1 기재 층은 앞서 침착된 전극 층 상에 정렬 층을 부가하도록 추가로 처리될 수 있다. 정렬 층은 기재 상의 상부 층 상에 침착될 수 있고, 이어서 표준 정렬 층들의 특성인 홈형성 특징부들을 생성하는 표준 방식들, 예를 들어 러빙 기법들로, 또는 고에너지 입자들 또는 광에 대한 노출에 의한 처리에 의해 처리될 수 있다. 광이방성 재료의 얇은 층이 광 노출에 의해 처리되어 다양한 특성을 갖는 정렬 층을 형성할 수 있다.
단계(705)에서, 제2 기재 층이 추가로 처리될 수 있다. 전극 층이 단계(703)와 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 침착될 수 있다. 이어서, 일부 예시적인 실시예들에서, 단계(706)에서, 전극 층 상의 제2 기재 층 상에 유전체 층이 적용될 수 있다. 유전체 층은 그의 표면을 가로질러 가변 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 일례로서, 유전체 층은 제1 기재 층 상에 성형될 수 있다. 대안적으로, 이전에 형성된 유전체 층이 제2 기재 피스의 전극 표면 상에 부착될 수 있다.
단계(707)에서, 704에서의 처리 단계와 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 정렬 층이 형성될 수 있다. 단계(707) 이후에, 안과용 렌즈 삽입체의 적어도 일부분을 형성할 수 있는 2개의 별개의 기재 층들이 결합될 준비가 될 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에서, 단계(708)에서, 2개의 피스들이 서로 매우 근접해질 것이고, 이어서 액정 재료가 피스들 사이에 충전될 수 있다. 공동이 진공화되고 액정 재료가 후속적으로 진공화된 공간 내로 유동하게 되는 진공 기반 충전을 비제한적 예로서 포함하는, 피스들 사이에 액정을 충전하기 위한 많은 방식이 있을 수 있다. 게다가, 렌즈 삽입체 피스들 사이의 공간에 존재하는 모세관력은 공간을 액정 재료로 충전하는 것을 도울 수 있다. 단계(709)에서, 2개의 피스가 서로 근접해질 수 있고, 이어서 액정을 갖는 가변 광학 요소를 형성하도록 밀봉될 수 있다. 접착제, 실런트, 및 o-링 및 스냅 로크 특징부와 같은 물리적 밀봉 구성요소의 사용을 비제한적 예로서 포함하는, 피스들을 함께 밀봉하는 많은 방식들이 있을 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 단계(709)에서 형성된 유형의 2개의 피스들은 방법 단계들(701 내지 709)을 반복함으로써 생성될 수 있으며, 여기서 정렬 층들은 서로 오프셋되어 비-편광된 광의 초점 도수를 조절할 수 있는 렌즈를 허용한다. 그러한 실시예들에서, 2개의 가변 광학 층들이 조합되어 단일의 가변 광학 삽입체를 형성할 수 있다. 단계(710)에서, 가변 광학부가 에너지 공급원에 접속될 수 있고, 중간 또는 부착된 구성요소가 그 상부에 배치될 수 있다.
단계(711)에서, 단계(710)에서 생성된 가변 광학 삽입체가 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 가변 광학 삽입체는 또한 하나 이상의 구성요소들을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 가변 광학 삽입체는 기계적 배치를 통해 금형 부분품 내에 배치된다. 기계적 배치는 예를 들어, 표면 실장 구성요소를 배치하기 위해 산업계에 알려진 것과 같은 로봇 또는 다른 자동화 장치(automation)를 포함할 수 있다. 가변 광학 삽입체를 사람이 배치하는 것이 또한 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서, 금형 부분품에 의해 함유된 반응성 혼합물의 중합에 의해 가변 광학계가 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 예시적인 실시예들에서, 가변 광학 삽입체가 기재에 부착되어 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소들이 또한 기재에 부착되며, 가변 광학 삽입체와 전기 연통 상태에 있다. 구성요소는, 예를 들어 가변 광학 삽입체에 인가되는 전력을 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 예시적인 실시예들에서, 구성요소는, 예를 들어 제1 광학 도수와 제2 광학 도수 사이의 상태의 변화와 같은 하나 이상의 광학 특성들을 변화시키기 위해 가변 광학 삽입체를 작동시키기 위한 제어 메커니즘을 포함한다.
일부 예시적인 실시예들에서, 프로세서 디바이스, MEMS, NEMS 또는 다른 구성요소가 또한 가변 광학 삽입체 내에 그리고 에너지 공급원과 전기 접촉 상태로 배치될 수 있다. 단계(712)에서, 반응성 단량체 혼합물이 금형 부분품 내에 침착될 수 있다. 단계(713)에서, 가변 광학 삽입체가 반응성 혼합물과 접촉 상태로 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학계의 배치와 단량체 혼합물의 침착의 순서가 역전될 수 있다. 단계(714)에서, 제1 금형 부분품이 제2 금형 부분품에 근접하게 배치되어 렌즈-형성 공동을 형성하는데, 이때 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부 및 가변 광학 삽입체가 공동 내에 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 바람직한 실시예는 또한 공동 내에 있고 가변 광학 삽입체와 전기 연통하는 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소를 포함한다.
단계(715)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(716)에서, 안과용 렌즈가 금형 부분품으로부터 제거되는데, 이때 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈를 구성하는 삽입체-봉지용 중합된 재료에 부착되거나 그 내부에 봉지되어 있다.
임의의 공지된 렌즈 재료 또는 그러한 렌즈의 제조에 적합한 재료로 제조된 하드 또는 소프트 콘택트 렌즈를 제공하기 위하여 본 명세서 내의 본 발명의 방법이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 본 발명의 렌즈는 최대 약 90%의 수분 함량을 가진 소프트 콘택트 렌즈이다. 더욱 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 실리콘 거대단량체 및 친수성 단량체로부터 제조된 실리콘 하이드로겔을 포함한다.
장치
이제 도 8을 참조하면, 자동화된 장치(810)가 하나 이상의 전달 인터페이스(transfer interface)(811)와 함께 예시되어 있다. 관련 가변 광학 삽입체(814)를 각각 갖는 다수의 금형 부분품이 팔레트(pallet)(813) 상에 보유되고, 전달 인터페이스(811)에 제공된다. 예시적인 실시예는 예를 들어 가변 광학 삽입체(814)를 개별적으로 배치하는 단일 인터페이스, 또는 다수의 금형 부분품 내에 그리고 일부 실시예에서는 각각의 금형 부분품 내에 가변 광학 삽입체들(814)을 동시에 배치하는 다수의 인터페이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배치는 전달 인터페이스(811)의 수직 이동(815)을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 예시적인 실시예의 다른 태양은 이들 구성요소 주위에 안과용 렌즈의 본체가 성형되는 동안 가변 광학 삽입체(814)를 지지하기 위한 장치를 포함한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원은 (도시되지 않은) 렌즈 금형 내의 홀딩 포인트(holding point)들에 부착될 수 있다. 이 홀딩 포인트들에는 렌즈 본체 내에 형성될 동일한 유형의 중합된 재료가 부착될 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원이 그 상으로 부착될 수 있는 예비중합체의 층을 금형 부분품 내에 포함한다.
삽입체 디바이스 내에 포함되는 프로세서
이제 도 9를 참조하면, 본 발명의 일부 예시적인 실시예에 사용될 수 있는 제어기(900)가 예시되어 있다. 제어기(900)는 통신 디바이스(920)에 결합되는 하나 이상의 프로세서 구성요소들을 포함할 수 있는 프로세서(910)를 포함한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 제어기(900)는 안과용 렌즈 내에 배치된 에너지 공급원에 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있다.
제어기는 통신 채널을 통해 에너지를 전달하도록 구성된 통신 디바이스에 커플링된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 디바이스는 안과용 렌즈 내로의 가변 광학 삽입체의 배치 또는 가변 광학 디바이스를 작동시키기 위한 명령의 전송 중 하나 이상을 전자적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
통신 디바이스(920)는 또한 예를 들어 하나 이상의 제어기 장치 또는 제조 장비 구성요소들과 통신하기 위해 사용될 수 있다.
프로세서(910)는 또한 저장 디바이스(930)와 통신 상태에 있다. 저장 디바이스(930)는 자기 저장 디바이스들(예컨대, 자기 테이프 및 하드 디스크 드라이브), 광학 저장 디바이스들, 및/또는 반도체 메모리 디바이스들, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스들 및 판독 전용 메모리(ROM) 디바이스들의 조합들을 비롯한 임의의 적절한 정보 저장 디바이스를 포함할 수 있다.
저장 디바이스(930)는 프로세서(910)를 제어하기 위한 프로그램(940)을 저장할 수 있다. 프로세서(910)는 프로그램(940)의 명령어들을 수행하고, 이에 의해 본 발명에 따라 작동한다. 예를 들어, 프로세서(910)는 가변 광학 삽입체 배치, 처리 디바이스 배치 등을 설명하는 정보를 수신할 수 있다. 저장 디바이스(930)는 또한 하나 이상의 데이터베이스(950, 960)에 눈 관련 데이터를 저장할 수 있다. 데이터베이스(950, 960)는 가변 광학 렌즈로의 그리고 가변 광학 렌즈로부터의 에너지를 제어하기 위한 특정 제어 로직을 포함할 수 있다.
본 설명에서, 도면에 예시된 요소를 참조하였다. 요소들 중 많은 것이 이해를 위해서 본 발명의 기술의 실시예를 묘사하기 위해 참고로 도시되어 있다. 실제 특징부들의 상대 크기는 도시된 바와 상당히 상이할 수 있으며, 도시된 상대 크기로부터의 차이는 본 명세서의 기술의 사상 내에서 취해져야 한다. 예를 들어, 액정 분자는 삽입체 피스의 크기에 비해 도시하기에는 극단적으로 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 분자의 정렬과 같은 인자의 표현을 허용하기 위해 삽입체 피스와 유사한 크기로 액정 분자를 나타내는 특징부의 묘사는 실제 실시예에서는 더 크게 상이한 상대 크기를 취할 수 있는 도시된 크기의 그러한 일례이다.
도 10a를 참조하면, 예시적인 2개의 챔버 액정 전기활성 렌즈가, 수반된 다양한 층들을 인지할 수 있도록 단면도로 도시되어 있다. 제1 플라스틱 렌즈 피스, 즉, 전방 광학계 피스(1010)는 렌즈 삽입체의 최상부 전방 곡면 피스를 한정할 수 있다. 렌즈 삽입체 피스들 상에 상이한 기능들을 갖는 많은 층들이 있을 수 있다. 도시된 예에서, 투명한 그리고 일부 예들에서는 ITO의 층, 또는 예를 들어 그래핀, 그래핀 산화물 또는 탄소 나노튜브들의 침착된 층으로 형성될 수 있는 전극 층(1021)이 있을 수 있다. 전극 층(1021) 상에 앞서 기술된 바와 같은 정렬 층(1023)이 있을 수 있다. 산화규소(SiOx)와 같은 재료의 자기 정렬된 층들 또는 다른 예들에서 광활성 화학 결합된 정렬 분자 층들이 있을 수 있다. 정렬 층(1023)에 근접하여 제1 액정 층(1020)이 있을 수 있는데, 제1 액정 층은 일부 예들에서 중합체 액정 또는 액정 중합체의 층일 수 있다. 중합된 액정 층(1020)은 선형 정렬된 층으로 도시되어 있는데, 여기서 액정들의 방향은 지면(paper)의 안밖으로 배향되어 있다. 액정 층은, 다른 측 상에서는 정렬 층(1024) 및 전극 층(1022)에 의해 샌드위치될 수 있다. 전극 층(1022) 및 정렬 층(1024)은 중간 광학계 피스(1030) 상에 위치될 수 있다. 중간 광학계 피스(1030)는 2개의 챔버 렌즈 요소를 한정하는 것을 허용할 수 있다. 중간 광학계 피스(1030)의 다른 측 상에는 제2 액정 챔버의 상부 곡면을 한정하는 층들이 있을 수 있다. 정렬 층(1043) 및 전극 층(1041)이 있을 수 있다. 제2 챔버 내에는 제2 액정 층(1040)이 있을 수 있다. 이러한 제2 액정 층(1040)은 또한 중합된 층일 수 있는데, 여기서 액정 분자들의 방향은 도시된 바와 같이 지면에서 좌측으로부터 우측으로 정렬될 수 있고, 이는 제1 챔버 내의 정렬에 본질적으로 수직이다. 제2 챔버의 하부는, 제2 챔버 하부 전극 층(1042) 및 제2 챔버 하부 정렬 층(1044)의 침착된 층들을 갖는 하부 광학계 피스(1050)를 가질 수 있다. 정렬 층들 및 전극들과 함께 2개의 정렬된 액정 층들과 3개의 플라스틱 피스들의 조합이 일부 예들에서 렌즈 요소를 완성할 수 있다.
도 10b를 참조하면, 도 10a의 렌즈 요소의 제조의 다양한 유형의 비-최적 태양들의 예시가 도시되어 있다. 제1 유형의 비-최적 태양에서, 렌즈 요소의 광학 중심이 렌즈 구성요소들의 물리적 중심에 있지 않을 수 있는 챔버들 중 하나 또는 둘 모두가 형성될 수 있다. 도 10b의 예시에서, 하나의 렌즈의 광학 중심(1071)이 다른 렌즈 요소의 광학 중심(1070)으로부터 오프셋되어 있을 수 있다. 일부 예들에서, 전방 광학계 피스(1061)는 하부 광학계 피스(1060)로부터 오프셋되어 있을 수 있다. 이러한 오프셋은 비-최적 렌즈 중심 정렬의 원인일 수 있다. 다른 예에서, 제1 챔버 및 제2 챔버의 정렬 사이에 회전 축의 오프셋(1080)이 있을 수 있다. 이상적으로는, 일부 예들에서, 2개의 챔버들은 서로 90도로 배향될 수 있지만, 처리에 따라, 이상적인 90도 배향과 실제 배향 사이의 오프셋(1080)을 야기하는 렌즈의 중심에 대한 회전 오프셋이 있을 수 있다. 이러한 오차들의 최소화를 허용하는 렌즈 층들을 처리하는 방법들이 있을 수 있다. 일부 예들에서, 배향된 액정 층들은, 렌즈 피스들이 제 자리에 고정되기 전에 렌즈 피스들의 이동을 허용하며 렌즈의 광학 중심을 측정하는 장비에 의해 검사될 수 있다. 다른 예들에서, 액정들에 대한 정렬 층들은 감광성 정렬 층들을 사용하여 배향될 수 있는데, 여기서 정렬은 정렬 층의 조사에 의해 한정되거나 영향을 받을 수 있다.
도 10c를 참조하면, 액정 분자들(1081)과 상호작용하는 배향 층(1082) 내의 정렬 층 분자들의 일례의 근접도를 볼 수 있다. 비제한적 예에서, 정렬 층 분자는 아조벤젠 모이어티일 수 있다. 아조벤젠 모이어티 내의 페닐기의 배향은 1082에 도시된 바와 같이 비교적 선형 방식으로 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 아조벤젠 모이어티의 하나의 안정한 구성이 이 모이어티의 방향족 고리 부분을, 개재하는 이중 결합된 화학 결합의 대향측들 상에 고리들이 위치되는 트랜스-구성으로 배치할 수 있다. 이는 1082에 도시된 구성일 수 있고, 분자에 긴 선형 형상을 생성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 액정 분자들과의 예시적인 아조벤젠 모이어티의 상호작용이 이들을 아조벤젠 모이어티의 축을 따라 정렬되게 할 수 있다.
도 10d를 참조하면, 액정 분자들(1084)과 상호작용하는, 배향 층 내의 분자들의 대안적인 배향의 일례의 근접도가 1083에 도시된다. 예시적인 아조벤젠 모이어티의 경우, 1083에서의 도시는 고리의 방향족 고리 부분이 시스-구성으로 배향된 아조벤젠 모이어티 골격의 제2 구성을 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 이는 분자의 말단 부분을 광학계 피스 표면에 더욱 평행한 구성으로 배치할 수 있다. 1080에서 액정 분자들은 이제 예시적인 방식으로 정렬 분자들의 평행한 배향과 정렬될 수 있다. 일부 예들에서, 1082 및 1083에서의 배향은 액정 층들 내로 유효 굴절률의 최대치와 최소치를 부여할 수 있다.
이제 도 10e를 참조하면, 상이한 정렬 층 구성들의 조합의 근접도가 예시적인 방식으로 도시된다. 배향이 삽입체 피스 표면에 대해 평행한 구성에 의해 지배되는 영역에서, 액정 분자들은 표면에 주로 평행하게 배향될 수 있다. 대안적으로, 수직 분자들에 의해 지배되는 영역에서, 액정 분자들은 그 부근에서 표면에 수직한 배향으로 주로 정렬될 수 있다. 이들 극단 배향들 사이에서, 분자들은 정렬 분자들의 평균 구성에 기초하여 정렬될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이는 효과적인 중간 배향을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 액정 분자들의 배향의 분포는 유효 굴절률이 렌즈 요소의 치수에 걸쳐 하나의 극치로부터 다른 극치로 매끄럽게 변화하는 액정 분자들의 구배 굴절률형 패턴들의 생성을 허용하는 방식으로 제어될 수 있다. *프레드. 본 명세서 및 도면에서 일부 숫자를 써넣어야 한다.
이제 도 11a를 참조하면, 다양한 예시적인 층들에 대한 처리 단계들이 도시될 수 있다. 전방 광학계 피스(1010)는 단계(1100)에서 표면 상에 전극 층(1021)을 침착하도록 처리될 수 있다. 일부 예들에서, 이 층은 침착된 ITO일 수 있다. 처리된 전방 광학계 피스는 다른 광학계 피스들이 처리되는 동안 유지될 수 있다. 전극 층(1021) 상에 정렬 층(1023)이 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 광학계 피스의 처리는 병렬로 또는 임의의 가능한 순서로 발생할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 중간 광학계 피스(1030)를 참조하여 다양한 예시적인 층들에 대한 처리 단계들이 도시될 수 있다. 중간 광학계 피스에는 그들 상에 처리를 가질 수 있는 2개의 표면들이 있기 때문에, 중간 광학계 피스의 처리는 더 복잡해질 수 있다. 일부 예들에서, 단계(1103)에서, 중간 광학계 피스의 상부 표면은 그 위에 침착되는 투명한 전극 층(1022)을 가질 수 있다. 단계(1104)에서, 중간 광학계 피스의 하부 표면은 그 위에 침착되는 제2 챔버 상부 전극 층(1041)을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 단계들(1103, 1104)의 처리는 동시에 발생할 수 있다. 다음으로 단계(1105)에서, 중간 광학계 피스의 상부 표면 상에 정렬 층(1024)이 형성될 수 있다. 정렬 층(1024)은 감광성 정렬 층일 수 있다. 다음으로 단계(1106)에서, 중간 광학계 피스의 하부 표면은 그 위에 침착되는 정렬 층(1043)을 가질 수 있는데, 여기서 또한 정렬 층(1043)은 감광성일 수 있다.
이제 도 11c를 참조하면, 다양한 예시적인 층들에 대한 처리 단계들이 도시될 수 있다. 하부 광학계 피스(1050)는 단계(1107)에서 표면 상에 전극(1042)을 침착하도록 처리될 수 있다. 일부 예들에서, 이 층은 침착된 ITO일 수 있다. 다른 예에서, 하부 광학계 피스(1050) 상에 그래핀 산화물의 층이 침착될 수 있다. 다음으로 단계(1108)에서, 전극 층 상에 아조벤젠계 정렬 재료와 같은 감광성 정렬 분자들의 층이 침착되어 정렬 층(1044)을 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 전극과 정렬 층 사이에 침착되는 다른 층들이 있을 수 있다. 처리된 전방 광학계 피스는 다른 광학계 피스들이 처리되는 동안 유지될 수 있다. 일부 예들에서, 광학계 피스들의 처리는 병렬로 또는 임의의 가능한 순서로 발생할 수 있다.
이제 도 11d를 참조하면, 3개의 피스들, 즉, 전방 광학계 피스(1010), 중간 광학계 피스(1030), 및 하부 광학계 피스(1050)(모두 그들 위에 그들의 침착된 층들을 가짐)는 단계(1109)에서 피스들의 단일 적층물로 조립될 수 있다. 이러한 피스들은 여전히 서로에 관하여 이동가능할 수 있지만, 이들은 제1 공동(1110) 및 제2 공동(1111) 둘 모두를 형성한다.
일부 예들에서, 정렬 층들은 침착 공정들에 의해 형성되어, 고정된 정렬 상태로 피스들 상에 이미 한정되었을 수 있다. 이러한 경우에, 상부 챔버 및 하부 챔버의 정렬 층들이 서로에 대해 의도된 90도인 것을 보장하기 위해 상부 피스 및/또는 하부 피스를 회전시키는 것이 중요할 수 있다. 다른 예에서, 언급된 바와 같이, 정렬 층들은 광활성일 수 있다. 도 11e를 참조하면, 정렬 층들의 배향을 형성하는 일례가 도시되어 있다. 도면에서, 중간 광학계 피스(1030)는 완전한 어두운 음영으로 도시되어 있다. 이것은 중간 렌즈 플라스틱이 소정 양의 UV 염료를 포함한 채로 형성될 수 있다는 사실을 설명한다. UV 염료는 본질적으로 감광성 정렬 층 공정들에서 전형적으로 사용되는 UV 광을 모두 흡수할 수 있다. 일부 예들에서, UV 염료 또는 차단제는 NORBLOC 7966과 같은 벤조트라이아졸형 UV 차단제일 수 있다. UV 차단제에 대한 다른 제형들은, 콘택트 렌즈에서 사용될 수 있는 UV 흡수 분자들의 다른 예들 중에서도, UV 416으로 불릴 수 있는 2-(4-벤조일-3-하이드록시페녹시)에틸 아크릴레이트, UV 725 또는 Pharnorcia 725로 불릴 수 있는 4-메타크릴옥시-2-하이드록시벤조페논, 앞서 언급된 바와 같이 Norbloc 7966으로 불릴 수 있는 2-(2'-하이드록시-5'-메타크릴옥시에틸페닐)-2H-벤조트라이아졸, UV 123으로 불릴 수 있는 2-페닐에틸 메타크릴레이트, UV 367로 불릴 수 있는 2-페닐에틸 아크릴레이트, BL01로 불릴 수 있는 4-[(E)-페닐다이아제닐]페닐-2-메타크릴레이트, 또는 BL02로 불릴 수 있는 2-(2'-하이드록시-3'-메탈릴-5'-메틸페닐)-벤조트라이아졸을 포함할 수 있다. 이것은 기계 레벨의 정확성으로 제2 챔버의 정렬 축에 정확하게 수직인 제1 챔버에서의 정렬 축을 생성하기 위해 하기 절차들의 양상을 허용한다. 렌즈 적층물의 하부 및 상부 둘 모두로부터 서로에 대해 정밀하게 수직인 편광된 광을 조사하기 위한 기계가 사용될 수 있다. 그때, 상부 편광된 광원(1115)은 하부 편광된 광원(1120)에 수직으로 배향될 수 있다. 정렬 층(1023) 및 정렬 층(1024)을 포함하는 제1 공동(1110) 또는 상부 챔버 내의 감광성 정렬 층들은 상부 편광된 광원(1115)과 정렬하도록 영향을 받을 수 있다. 대조적으로, 제2 공동(1111) 내의 정렬 층들(1043, 1044)은 하부 편광된 광원(1120)과 정렬될 수 있다. 중간 광학계 피스(1030)가 편광된 광원들의 파장들에 대해 불투명할 수 있기 때문에, 2개의 광원들의 패턴들은 서로 방해하지 않을 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 가시 스펙트럼에서의 염료의 관찰가능한 효과가 없도록 UV 염료들의 흡수 스펙트럼은 좁을 수 있다. 그러한 경우에, UV 흡수도는 원하는 처리 효과들을 달성하면서도 사용자에게 추가 이점들을 제공할 수 있다.
일부 예들에서, 정렬 층들의 특성은 더 복잡할 수 있다. 예를 들어, 중간 광학계 피스 상의 정렬 층들은 침착된 층들일 수 있는 한편, 다른 정렬 층들은 감광성일 수 있다. 예를 들어, 침착된 층들은 이들이 액정의 호메오트로픽(homeotropic) 정렬에 유리하도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 최외 정렬 층들은 감광성 층들일 수 있다. 앞서 레이아웃된 것과 동일한 유형의 처리가 수행될 수 있다. 일부 다른 예들에서, 챔버들은 UV 감응성 염료들을 함유할 수 있는 액정 층들로 충전될 수 있다. 층의 다른 측 상에서의 선형 정렬과 호메오트로픽 정렬의 조합은 여전히 선형 정렬 양상들을 갖는 층을 형성할 수 있다.
도 11f를 참조하면, 일부 예들에서, 이제 제1 액정 층(1020)을 생성하는 제1 공동 및 제2 액정 층(1040)을 생성하는 제2 공동 내로 액정 재료의 층이 충전될 수 있다. 일부 예들에서, 액정 층들은, 액정이 중합성 단량체의 용액 내로 혼합된 상태의 액정 중합체의 층들일 수 있다. 다른 예들에서, 화학 결합된 액정 분자들을 갖는 중합체 재료는 그것이 단량체 액체인 동안 내부에 액정이 혼합될 수 있다. 챔버들이 확립된 정렬 층들(1023, 1024, 1043, 1044)을 갖기 때문에, 액정 분자들은 정렬 층들의 배향에 의해 지향되는 배향을 취할 것이다. 액정 층들이 정렬된 구성으로 이완되는 적절한 시간 후에, 층들은 정렬될 수 있고, 그들의 정렬의 효과는 정렬된 상태들에서의 그들의 광학 특성들이 측정되도록 허용할 수 있다.
도 11g를 참조하면, 정렬된 액정 층들의 측정 공정이 도시될 수 있다. 도 10b를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 광학 중심(1070)과 광학 중심(1071) 사이의 차이에 의해 예시된 중심화의 부정합과 같이, 측정될 수 있는 많은 비-최적 조건들이 있을 수 있다. 오프셋(1080)의 각도에 의해 예시된 바와 같은 회전 부정합이 있을 수 있다. 단계(1140)에서, 개별 광학계 피스들은, x 및 y 방향으로 이들을 병진시키거나 또는 수직 축에 대해 이들을 회전시키도록 또는 둘 모두의 이동들을 겪도록 조작될 수 있다. 층들이 적층되어 있지만 서로 밀봉 또는 부착되지 않기 때문에, 이들 병진들은 원하지 않는 상태들을 고치고 도 11h를 참조하여 도시된 바와 같은 보다 최적의 렌즈 조합을 생성하도록 수행될 수 있는데, 여기서 2개의 측정된 광학 중심들(1071, 1070)은 둘 모두 서로의 상부 상에 그리고 렌즈 적층물의 원하는 중심에 놓일 수 있다. 일부 경우에, 2개의 챔버들의 광학 축이 광정렬 수단에 의해 기계 정확성으로 설정되지 않는 경우, 광학 축들이 또한 측정될 수 있고 하나 이상의 피스들의 회전으로 이들이 수직 정렬로 되게 할 수 있다.
이제 도 11i를 참조하면, 다양한 측정들이 수행되었고 렌즈 광학계 피스들에 대한 조절들이 이루어진 후에, 렌즈 삽입체는 그의 배향으로 고정될 수 있다. 일부 예들에서, 이것은 광학계 피스들의 에지를 함께 밀봉 또는 접착시킴으로써 발생할 수 있다. 일부 다른 예들에서, 레이저와 같은 용융 장치가 광학계 피스들의 에지들을 함께 용융 및 융합시킬 수 있다. 도 11i에서, 챔버들 내에 제1 액정 층(1020) 및 제2 액정 층(1040)을 포함하는 액정 층들을 갖는 중합체 재료가 포함되는 다른 예가 도시되어 있다. 일부 예들에서, 광, 전형적으로는 UV 스펙트럼의 광에 대한 노출이, 액정 층 및 그와 혼합되는 단량체의 중합을 촉진시킬 수 있다. 생성된 중합은 액정 분자들을 그들의 정렬된 배향으로 고정시킬 수 있다. 일부 예들에서, 단량체들은 또한 액정 분자들에 결합될 수 있는데, 이는 또한, 결합된 액정 분자들이 미결합 액정 분자들 뿐만 아니라 정렬 층들과 정렬할 수 있는 방식으로 중합이 일어나도록 영향을 줄 수 있다. 중간 광학계가 자외 방사선을 흡수하는 예들에서, 적층물의 전방으로부터의 조사(1160) 및 적층물의 후방으로부터의 조사(1161)와 같이 적층물의 양측으로부터 방사선을 제공할 필요가 있을 수 있다. 다른 예들에서, 중합은 다른 방식으로, 예컨대 적층물의 가열에 의해 촉진될 수 있다. 일단 챔버들 내의 층들이 중합되었다면, 챔버들은 중합 공정 그 자체에 의해 밀봉될 수 있다. 다른 예들에서, 에지들은 밀봉되거나 접착되어 액정 층들의 추가 밀봉을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 적층된 피스들은 중합 또는 밀봉 공정들 이전에 클램프들에 의해 제 자리에 유지되었고, 밀봉 이후에 적층물 피스들은 이제 해제될 수 있다.
도 12를 참조하면, 액정 전기활성 렌즈 요소를 형성하는 방법이 도시되어 있다. 단계(1201)에서, 2개의 챔버의 전방, 중간 및 후방 광학계 피스들 또는 더 많은 삽입체 피스가 형성된다. 일부 예들에서, 중간 광학계 피스는 UV 염료가 그 형태 내에 산재된 채로 형성될 수 있다. 단계(1202)에서, 전방 광학계 피스의 하부 표면, 중간 광학계 피스의 양쪽 표면들, 및 후방 광학계 피스의 상부 표면 상에 전극 층이 침착될 수 있다. 일부 예들에서, 전극들 중 하나 이상이 생략될 수 있다. 단계(1203)에서, 전방, 중간 및 후방 광학계 피스들 상의 전극 층들 상에 감광성 정렬 층이 침착될 수 있다. 일부 예들에서, 전극 층과 감광성 정렬 층 사이에 절연체 필름들과 같은 개재 층들이 있을 수 있다. 단계(1204)에서, 전방 광학계 피스가 중간 광학계 피스 위에 위치될 수 있다. 중간 광학계 피스가 후방 광학계 피스 위에 위치되어, 서로 정렬될 수 있는 공동들 또는 챔버들을 갖는 적층물을 형성할 수 있다. 상부 또는 제1 공동 및 하부 또는 제2 공동이 있을 수 있다. 단계(1205)에서, 적층물의 전방이 제1 패턴의 광으로 조사될 수 있다. 일부 예들에서, 광 패턴은 제1 선형 편광 축을 따라 편광될 수 있다. 적층물은 후방으로부터 제2 패턴의 광으로 조사될 수 있는데, 제2 패턴의 광은 제1 선형 편광 축에 수직인 축을 따른 제2 선형 편광 패턴일 수 있다. 조사들의 파장은 감광성 정렬 층과 상호작용하는 파장들의 대역 또는 소정 파장에 있을 수 있다. 단계(1206)에서, 액정 함유 액체가 제1 공동 내에 침착될 수 있고, 액정 함유 액체가 제2 공동 내에 침착될 수 있다. 일부 예들에서, 액정은, 결합된 액정을 포함하는 부분들을 갖는 단량체일 수 있는 중합성 단량체 액체 내로 혼합될 수 있다. 단계(1207) 동안 액정 부분들은 정렬 층들과 상호작용하고 이에 의해 정렬되도록 허용될 수 있다. 다음으로, 단계들(1208, 1209)에서, 광학 디바이스들에 대한 측정이 수행될 수 있다. 단계(1208)에서, 제1 광학 챔버는 제1 챔버 내의 액정 분자들과 정렬하도록 편광이 이루어지는 제1 편광의 광으로 측정될 수 있다. 제2 단계로, 단계(1209)에서 제2 챔버 내의 분자들을 선택적으로 탐침하는 수직 편광에 의해 측정이 반복될 수 있다. 각각의 챔버의 측정들은 액정의 설계된 챔버에 대한 이론적 측정과 비교될 수 있다. 또한, 2개의 챔버들에 대한 결과들은 서로 비교되어, 배향들이 서로에 대해 적절히 수직 또는 직교하는 정도를 평가할 수 있다. 단계(1210)에서, 측정 결과의 평가는, 서로에 대한 피스들의 하나 이상의 회전 방향들에서의 광학계 피스들 중 하나 이상의 광학계 피스의 병진과 같이 최적 결과들을 위해 필요할 수 있는 임의의 조절들의 결정을 허용할 수 있다. 일단 조절들이 이루어졌다면, 일부 예들에서, 측정 공정이 반복될 수 있다. 다음으로 단계(1211)에서, 액정을 함유하는 단량체는, 조사 또는 열에 대한 노출과 같이 단량체가 중합하도록 할 수 있는 조건에 노출될 수 있다. 다음으로 단계(1212)에서, 플라스틱 부분품들의 서로에 대한 선택적인 밀봉이 있을 수 있다. 일부 경우에, 챔버들 내의 중합된 단량체는 그 자체로 밀봉 수단일 수 있거나 달리 접착제와 같은 밀봉 재료일 수 있거나, 또는 예를 들어 레이저 용융에 의한 용접 공정이 광학계 피스들의 에지들 상에서 수행될 수 있다. 본 방법의 결과들은 최적화된 광학 성능을 갖는 액정 재료를 함유하는 전기활성 층을 갖는 잘 정렬된 세트의 렌즈 요소들일 수 있다.
도 13a를 참조하면, 광학계 피스들이 조립되고 조절될 수 있도록 광학계 피스들을 유지할 수 있는 지지 프레임의 일례가 도시되어 있다. 예시들은 프레임 내의 단일 광학계 피스를 도시하지만, 일부 예들에서, 병렬로 처리될 수 있는 다수의 광학계 피스들이 있을 수 있다. 프레임(1310) 내의 전방 광학계 피스가 정렬 탭(1091)을 포함할 수 있다. 프레임(1320) 내의 중간 광학계 피스가 정렬 탭(1092)을 포함할 수 있다. 프레임(1330) 내의 후방 광학계 피스가 정렬 탭(1093)을 포함할 수 있다. 정렬 프레임들은 장비의 외부 피스에 의해 이동되어 조절될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 프레임들 내의 3개의 광학계 피스들은 함께 조립되어 도시된 바와 같은 적층물로 될 수 있다. 피스들이 함께 놓이는 동안, 액정 층들이 적층물 내로 부가될 수 있다. 조립된 피스들 및 액정 층들은 활성 광학계 피스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 13c에서, 챔버들 중 하나의 챔버의 정렬된 액정 분자들의 방향을 따라 입사 광이 편광될 수 있다. 파면 간섭계는 렌즈의 광학 특성들을 특징지을 수 있다. 도 13c에서, 예시적인 중첩된 광학 파면이 도시되어 있다. 이 예는 전방 광학계 피스의 "X" 및 "Y" 축 이동들의 조합이 필요할 수 있음을 나타낼 수 있다. 도 13d에서, 예시적인 중첩된 광학 파면이 도시되어 있다. 이러한 예시는 다른 편광 축을 따라 정렬되는 렌즈 공동의 양호한 정렬을 보여줄 수 있다. 측정된 파면들에 적절한 프레임들의 조절 이후에, 렌즈는 액정 함유 액체 층의 중합 또는 광학계 피스들의 에지의 밀봉 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 제 위치에 고정될 준비가 될 수 있다.
가장 실용적이고 바람직한 실시예로 여겨지는 것이 도시되고 기술되지만, 기술되고 도시된 특정 설계 및 방법으로부터 벗어나는 것이 당업자에게 떠오를 것이고 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명은 기술되고 도시된 특정 구성으로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범주 내에 속할 수 있는 모든 변경과 일관되도록 구성되어야 한다.

Claims (15)

  1. 안과용 렌즈 디바이스를 위한 가변 광학 삽입체의 형성 방법으로서,
    전방 광학계 피스(optic piece)를 형성하는 단계;
    UV 흡수 염료를 포함하는 중간 광학계 피스를 형성하는 단계;
    후방 광학계 피스를 형성하는 단계;
    상기 전방 광학계 피스, 상기 중간 광학계 피스, 및 상기 후방 광학계 피스의 표면들에 감광성 정렬 층을 부가하는 단계;
    상기 후방 광학계 피스 상에 상기 중간 광학계 피스를 배치하는 단계;
    상기 중간 광학계 피스 상에 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계로서, 상기 전방 광학계 피스, 상기 중간 광학계 피스 및 상기 후방 광학계 피스의 조합이 적층물을 형성하는, 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계;
    제1 편광된 조사원(irradiation source)에 의해 제1 편광 패턴으로 상기 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계로서, 상기 조사의 파장은 상기 UV 흡수 염료에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는, 상기 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계; 및
    제2 편광된 조사원에 의해 제2 편광 패턴으로 상기 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계로서, 상기 조사의 파장은 상기 UV 흡수 염료에 의해 적어도 부분적으로 흡수되는, 상기 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    액정 분자들을 포함하는 용액으로 상기 전방 광학계 피스와 상기 중간 광학계 피스 사이의 제1 공동(cavity)을 충전하여 제1 액정 층을 형성하는 단계;
    상기 액정 분자들을 포함하는 용액으로 상기 중간 광학계 피스와 상기 후방 광학계 피스 사이의 제2 공동을 충전하여 제2 액정 층을 형성하는 단계; 및
    상기 충전된 공동들 내의 용액이 상기 감광성 정렬 층들의 패턴들과 정렬하도록 조절될 수 있게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층의 초점 특성들을 측정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 측정하는 단계는 상기 제2 편광 패턴의 편광 패턴으로 정렬된 편광된 광을 사용함을 수반하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층의 초점 특성들을 측정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 측정하는 단계는 상기 제2 편광 패턴의 편광 패턴으로 정렬된 편광된 광을 사용함을 수반하고, 상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층을 둘러싸는 제1 전극 및 제2 전극을 가로질러 전위가 인가되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중간 광학계와 상기 후방 광학계 사이의 상기 액정 층의 편광 특성들을 측정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층을 둘러싸는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 가로질러 인가되는 상기 전위는 상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층의 적어도 일부 편광 패턴화를 일시적으로 제거하는, 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전방 광학계와 상기 중간 광학계 사이의 상기 제1 액정 층에 의해 형성되는 광학 디바이스의 초점 중심(focal center)을 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학계의 평면에서 하나의 수직 축 또는 둘 모두의 수직 축들을 따라 상기 광학계를 병진시킴으로써(translating) 상기 전방 광학계, 상기 중간 광학계 피스 및 상기 후방 광학계 피스 중 하나 이상의 위치를 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위치를 조절하는 단계는 상기 초점 중심을 계산하는 단계에 기초하여 수행되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계; 및
    상기 제2 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 광학계의 물리적 중심에 대해 상기 광학계를 회전시킴으로써 상기 전방 광학계, 상기 중간 광학계 피스 및 상기 후방 광학계 피스 중 하나 이상의 위치를 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계; 및
    상기 제2 공동 내의 액정 분자들을 포함하는 용액을 중합하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 UV 흡수 염료는 벤조트라이아졸형 UV 차단제를 포함하는, 방법.
  13. 안과용 렌즈 디바이스를 위한 가변 광학 삽입체의 형성 방법으로서,
    전방 광학계 피스를 형성하는 단계;
    UV 흡수 염료를 포함하는 중간 광학계 피스를 형성하는 단계;
    후방 광학계 피스를 형성하는 단계;
    상기 전방 광학계 피스, 상기 중간 광학계 피스, 및 상기 후방 광학계 피스의 표면들에 감광성 정렬 층을 부가하는 단계;
    상기 후방 광학계 피스 상에 상기 중간 광학계 피스를 배치하는 단계;
    상기 중간 광학계 피스 상에 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계로서, 상기 전방 광학계 피스, 상기 중간 광학계 피스 및 상기 후방 광학계 피스의 조합이 적층물을 형성하는, 상기 전방 광학계 피스를 배치하는 단계;
    제1 편광 패턴으로 상기 중간 광학계 피스 아래의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계;
    제2 편광 패턴으로 상기 중간 광학계 피스 위의 감광성 정렬 층들을 노출시키는 단계;
    액정 함유 단량체 혼합물로 상기 전방 광학계 피스와 상기 중간 광학계 피스 사이의 제1 챔버를 충전하는 단계;
    액정 함유 단량체 혼합물로 상기 중간 광학계 피스와 상기 후방 광학계 피스 사이의 제2 챔버를 충전하는 단계;
    제1 편광된 입사 광원에 의해 상기 적층물의 광학 특성들을 측정하는 단계;
    제2 편광된 입사 광원에 의해 상기 적층물의 광학 특성들을 측정하는 단계;
    상기 전방 광학계 피스 및 상기 후방 광학계 피스 중 하나 또는 둘 모두의 배향을 조절하는 단계;
    상기 제1 챔버 내의 상기 액정 함유 단량체 혼합물을 중합하는 단계; 및
    상기 제2 챔버 내의 상기 액정 함유 단량체 혼합물을 중합하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 안과용 디바이스를 위한 다중 공동 삽입체의 형성 방법으로서,
    전방 광학계 피스를 형성하는 단계;
    후방 광학계 피스를 형성하는 단계;
    중간 광학계 피스를 형성하는 단계로서, 상기 중간 광학계 피스의 조성물이 제1 대역의 UV 광에서의 90% 초과의 UV 광을 차단하는, 상기 중간 광학계 피스를 형성하는 단계;
    상기 후방 광학계 피스 상의 상기 중간 광학계 피스 상에 상기 전방 광학계 피스를 적층하는 단계로서, 상기 전방 광학계 피스와 상기 중간 광학계 피스 사이에 제1 공동이 형성되고, 상기 중간 광학계 피스와 상기 후방 광학계 피스 사이에 제2 공동이 형성되는, 상기 전방 광학계 피스를 적층하는 단계;
    상기 전방 광학계 피스를 가로지르는 제1 방향으로부터 UV 광원에 의해 상기 제1 공동의 범위를 조사하는 단계로서, 상기 UV 광원은 상기 제1 대역의 UV 광 내의 광을 방출하고, 상기 조사는 상기 제1 공동 내의 재료들 상에 입사되는, 상기 제1 공동의 범위를 조사하는 단계; 및
    상기 후방 광학계 피스를 가로지르는 제2 방향으로부터 UV 광원에 의해 상기 제2 공동의 범위를 조사하는 단계로서, 상기 UV 광원은 상기 제1 대역의 UV 광 내의 광을 방출하고, 상기 조사는 상기 제2 공동 내의 재료들 상에 입사되는, 상기 제2 공동의 범위를 조사하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 콘택트 렌즈로서,
    제1 광학계 피스,
    제2 광학계 피스,
    UV 차단제를 포함하는 중간 광학계 피스,
    에너지 공급원,
    액정 분자들을 포함하는 중합된 재료의 적어도 제1 및 제2 층, 및
    전자 회로를 포함하는 삽입체; 및
    상기 삽입체를 봉지하는 하이드로겔 스커트(hydrogel skirt)를 포함하는, 콘택트 렌즈.
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