TW201930986A - 製造光學裝置的方法和產生的光學裝置 - Google Patents

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Abstract

一種光學裝置1，其包括：
一第一透光熱塑層2；
一第二透光熱塑層3，以及；
在兩個熱塑層2、3之間有
· 一繞射式光學元件4，相鄰於該第一透光熱塑層2，
· 一分隔物5，介於該繞射式光學元件4與該第二透光熱塑層3之間，以及；
· 一邊界6，封閉該該繞射式光學元件4，從而形成一密封空腔7；
其中，至少該邊界6的一上方部件，相鄰於該空腔7，係由一黏著劑15形成。

Description

製造光學裝置的方法和產生的光學裝置
本揭示內容和曲面光學裝置有關，尤其是，和包括液體的曲面光學裝置有關。
老花是一種眾所熟知，眼睛無法近距離聚焦的疾病，影響全世界二十億以上的患者。典型的解決方案包含被動式鏡片，例如：閱讀用眼鏡、漸進式鏡片、或是多焦式隱形鏡片。然而，這些被動式鏡片通常有視野有限、對比度小、或是適應時間長的缺點。
所以，鏡片的焦距或是一部分焦距能夠改變的可再聚焦式鏡片於此領域中便吸引許多注意，因為它們會消除許多該些已知問題。雖然有一些光機械式解決方案存在；但是，仍以電光學式解決方案為較佳，因為它們比較容易重新配置、有較快的響應時間、而且有較大的機械性強度。大多數電光學式解決方案需要一被一或多種液體填充的空腔並且通常使用基於液晶的施行方式。液晶顯示器技術雖然非常成熟；但是，要找到將可再聚焦式液晶鏡片整合於眼鏡鏡片中的方法卻被證實為相當困難，主要係因為眼鏡鏡片通常具有彎月形的形狀。
舉例來說，在美國專利案第7,728,949號中便說明過既有的可再聚焦式液晶鏡片。此專利揭示由兩個塑膠鏡片半品所組成的鏡片：一具有繞射/折射式光學結構的第一曲面鏡片半品；以及一第二鏡片半品。於兩個鏡片半品上沉積透明電極。該些鏡片半品的整個表面除了光學結構的區域之外皆以可UV固化的黏著劑膠黏在一起。於該光學結構的位置處，一液晶材料會填充兩個鏡片半品之間的間隙。於關閉狀態中，該液晶具有和該些鏡片半品的塑膠基板相同的折射率。接著，其會隱藏該繞射/折射結構並且沒有任何鏡片聚焦作用。於該些鏡片半品之間施加一電場，該液晶材料的折射率便會被調整並且變成不同於底下的繞射/折射式光學結構，從而導致鏡片作用。
上述將液晶鏡片直接製造在兩個相對厚(＞1mm)的鏡片半品上的方法有一系列的缺點。難以進行大量製造，因為於該繞射/折射式光學結構的彎曲表面上保形沉積該電極層難以實現並且可能導致可靠度問題。利用最新的滴入式填充製程(one-drop fill process)所達成的低成本且美觀乾淨的密封難以實現超薄鏡片，因而阻礙此方式的大量生產。該繞射/折射式光學結構雖然有一扁平表面；但是，在該扁平鏡片需要被整合於該些曲面後表面和前表面之間的典型薄鏡片設計中，這會限制最大直徑。該繞射/折射式光學結構可能被彎折；但是，液晶卻可能在該過程期間濺出，導致污染該些表面以及該黏膠的黏著性不佳。後黏著係填充該空腔的另一種作法；但是可能留下清楚可見之藉以填充該鏡片的通道並且破壞鏡片的美觀。必須分開製造每一片鏡片毛胚；其會限制產量。因為通常需要偏光不相依的焦距變化，所以，需要使用具有向列型液晶的多層式鏡片結構，舉例來說，兩個偏光為垂直排列的雙層；或者，使用結合膽固醇液晶的單層。該方式使其真的難以創造一多層式鏡片結構，強制使用膽固醇液晶以單層來建構偏光不相依的鏡片。然而，熟習本技術的人士便知悉，因為該些膽固醇層的不連續線和大內能的關係，很難控制該些膽固醇層，尤其是厚層，的模糊性。為避免該些膽固醇液晶的模糊，必須縮減該液晶層的厚度；但是，這會限制閃耀高度(blaze height)，強制在該繞射/折射式結構中使用較短間距的閃耀，從而增加色差。如所述，使用向列型液晶的多層式鏡片雖然可以導致具有較少閃耀的偏光不相依鏡片；但是，該案提出的方式卻會導致大厚度的鏡片並且有許多處理問題。
解決上面難題的另一方式可能係先在一扁平表面上形成一薄膜液晶層並且接著將此扁平表面鑲嵌至被動式鏡片之中。在EP 1,428,063B1專利案中揭示過此意圖，該案說明一種建構基於液晶的電致變色鏡片插入件的方法。所述方式係先在一扁平基板上製造一液晶裝置。該裝置係由兩個相向的基板所組成，其上沉積著透明導體，利用傳統的球形分隔物或球狀聚合物顆粒彼此分隔。該分隔空間被一液晶層填充，而後會被密封。該扁平裝置接著經過熱成形以便整合於鏡片毛胚中。所述裝置並無任何鏡片作用，也就是，其能夠被用來改變鏡片的透光性，而無法改變光學倍率。
另一先前技術的可再聚焦式液晶鏡片係從EP 2,530,511A1專利案中得知。該案所述鏡片係在包括以下一系列步驟中所生產：(1)於一第一基板上提供一繞射式元件，例如，菲涅耳透鏡(Fresnel lens)；(2)於該菲涅耳透鏡上塗敷一屏障層、一電極層、以及一對位層；(3)滴塗包含分隔物的光敏樹脂材料(3)橫向圍繞該繞射式元件，用以定義一邊界；(3)於該邊界內滴塗液晶材料於該繞射式元件上；(4)提供一第二基板，疊置於該邊界上方，使得該液晶材料填充因而產生的空腔；(5)藉由塗敷黏著性材料橫向圍繞該第一與第二基板之間的空腔來保護該空腔；(6)藉由UV輻射來固化該邊界的黏著性和光固性樹脂而密封該空腔；以及(7)飾邊所生成的毛胚鏡片，以便產生一曲面鏡片。可以運用使用模具的壓印製程，用以於該基板上提供該繞射式元件。
所示的生產方法傾向有許多缺點。第一項缺點係，該分隔物係以具有預定義顆粒尺寸(10.5微米，如段落[0111]中所述)的顆粒為基礎。然而，顆粒尺寸必定有公差，而且不清楚此些顆粒是否從第一基板延伸至至第二基板。再者，球狀的分隔物顆粒會產生在終端產品中清晰可見的界面。該方法的另一缺點係其機械性削除，特別地，在飾邊步驟中研磨與拋光所希望的鏡片形狀。與其相關的問題不僅係必要的加工，特別地，還要切穿不同層。提供黏著性材料圍繞該空腔的其中一項理由係提供穩固性。然而，提供此黏著劑卻僅能以個別層完成，也就是，從側邊進行。
又，在EP 3,255,479A1專利案中說明另一可再聚焦式液晶鏡片，該案係在本申請案的優先權狀態之後才公開。該案所述方法運用熱成形，而非機械性削切。然而，該方法包含氣泡夾雜物的風險。
因此，需要一種具有可電調整相位輪廓，舉例來說，焦距變化，的曲面光學裝置，藉此可以可靠的方式大量製造此裝置。
於第一觀點中，揭示一種製造光學裝置的方法，該光學裝置包括位在被液晶材料填充的空腔兩側的一對第一與第二透光電極層。該空腔被一邊界橫向封閉。該第一與第二透光電極分別存在於一第一與第二透光熱塑層上。該第一透光電極被定位在該第一透光熱塑層與一繞射式光學元件之間。至少一分隔物存在於該繞射式光學元件與該第二透光熱塑層之間。
此製造光學裝置的方法包括：提供一第一透光熱塑層；藉由奈米壓印於該第一透光熱塑層上形成該至少一分隔物、該光學繞射式元件、以及，視情況，封閉該光學繞射式元件與該分隔物的邊界的一部分；塗敷一黏著劑，以便構成該邊界的一部分並且直接接觸該空腔；提供一第二透光熱塑層，以便密閉該空腔，其中，其上形成該第二透光電極層的該第二透光熱塑層被附接至該黏著劑(15)；以液晶材料填充該空腔；以及密封該空腔。
根據本發明，一或多個局部分隔物穩固該空腔，該一或多個局部分隔物被排列在該繞射式元件與該第二熱塑層之間且因而在該空腔內。本案發明人的理解係，此穩固作用允許從黏著劑創造該邊界的至少一上方部件，其在該光學裝置的表面區域(也就是，有光學功能的區域)上方的該兩個熱塑層之間不會有距離變異。該穩固作用的時間至少足以固化該黏著劑且因而密封該裝置。
當奈米壓印該分隔物、該光學繞射式元件、以及封閉該光學繞射式元件的邊界部時，該分隔物會被製成一柱體、一壁部、一截錐體。其維度被定義在用於該奈米壓印的模具中，且因而為固定且可再生。再者，該些塊狀結構減少肇因於球狀分隔物界面的光學誤差風險。
於此製程中，一刻痕會被形成在該邊界中，遠離該空腔。此刻痕被配置成含有接觸該第二熱塑層的黏著劑，該黏著劑僅在該第二透光熱塑層被塗敷之前被提供於該刻痕中。然而此刻痕並非必要。
一液晶材料會被提供在該光學繞射式元件上方，其數量經選定用以於該第二透光熱塑層被提供時僅填充該被密封空腔。此液晶材料會在該第二透光熱塑層密閉該空腔之前被提供至該空腔。或者，此液晶材料會透過一通道被提供至該被密閉空腔，該通道至少被形成在該邊界的該上方部件中，延伸貫穿該邊界至該空腔之中。此通道較佳係於奈米壓印該邊界時被形成。
於其中一實施例中，該分隔物、該光學繞射式元件、以及封閉該光學繞射式元件的邊界係由相同的材料堆疊形成。一層材料組成物被形成在該第一透光層上，且於此層中，該分隔物、該光學繞射式元件、以及封閉該光學繞射式元件的邊界係被奈米壓印，藉以讓該分隔物和該光學繞射式元件相互堆疊，從而維持兩個熱塑層之間的控制距離。於此奈米壓印步驟期間，次微米溝槽會被形成在該光學繞射式元件之面向該第二熱塑層的表面中，該些次微米溝槽被配置成用於一液晶材料的對位層。視情況，一保形對位層(圖中未顯示)會被沉積用以覆蓋該些溝槽的至少一部分。
於另一實施例中，該奈米壓印步驟包括兩個後續階段，每一階段包括塗敷一層材料組成物以及藉由一模具奈米壓印一圖樣於其中。於第一階段中，該繞射式光學元件和相鄰於該繞射式光學元件的邊界部被定義。於第二階段中，進一步特徵元件被定義，例如，該些繞射式元件頂端的分隔物以及該邊界的一底部部件之頂端的任何額外分隔物。
較佳地，該第二步驟包括一層平坦化材料，從而覆蓋該繞射式光學元件和相鄰於該繞射式光學元件的邊界的至少一部分。於此平坦化層中，該分隔物和一部分該邊界被奈米壓印，藉以讓該分隔物、該平坦化層、以及該繞射式元件相互堆疊，從而維持兩個熱塑層之間的控制距離。於此奈米壓印期間，次微米溝槽會被形成在該平坦化層之面向該第二熱塑層的表面中，該些次微米溝槽被配置成用於一液晶材料的對位層。除此之外，一保形對位層還會被形成用以覆蓋該些溝槽的至少一部分。
較佳地，該平坦化層被奈米壓印，用以產生該空腔的一平面底部，疊置在該繞射式光學元件上方。此中，該平坦化層的介電常數不同於該繞射式光學元件的介電常數。然而，該元件與該層的折射率相同；以便在該光學裝置的關閉狀態中確保透明性。介電常數的差異導致該空腔上方的不均勻電場，其為想要的以便確保該液晶材料的分子的配向(也就是，在橫向方向中)相依於它們的位置。
優點作法係藉由一印刷製程來塗敷該黏著性材料，例如，網版印刷。替代方法並不排除。有利作法係塗敷黏著性材料於已在該奈米壓印中被提供的該邊界的一底部部件的頂端。依此方式，該黏著劑的印刷製程的液滴尺寸和該第一與第二基板之間的距離無關。又，印刷黏著劑於一聚合性基板(例如，該邊界)上的結果係提供良好的潤濕。
於一進一步實施例中，額外分隔物存在於該邊界中，該些額外分隔物係在奈米壓印步驟中產生。此些額外分隔物有助於維持該第一與該第二熱塑層之間的預定義距離。此些額外分隔物可於該製造過程期間進一步穩固該黏著劑。
該方法會進一步包括於該第一透光熱塑層上形成一第一透光電極以及相鄰於該第二透光熱塑層形成一第二透光電極。不必形成該些電極，該些熱塑層亦可具備事先塗敷其上的該些電極層。
於其中一優點實施例中，該方法包含藉由奈米壓印形成一陣列：一分隔物以及一光學繞射式元件，兩者被一邊界封閉。接著，該第二熱塑層可以密閉該陣列中所有空腔的方式被塗敷。將該已形成光學裝置陣列裁切成多個獨特光學裝置僅在稍後、非必要的裝置堆疊和熱成形之前或之後進行。該光學裝置接著會被熱成形，從而賦予每一個透光熱塑層一預設曲率。
一由兩個此些光學裝置組成的堆疊能夠運用本發明此觀點中討論的方法形成。於其中一施行方式中，該堆疊藉由製造一光學裝置陣列和堆疊兩個已裁切光學裝置而達成。視情況，此兩個光學裝置組成的堆疊會熱成形，從而賦予每一個透光熱塑層一預設曲率。於一替代施行方式中，該製程序列能夠重複進行和要被併入於該堆疊中的光學裝置的數量相同的次數。該製造方法還包括製造一第一光學裝置；接著，於該第一光學裝置上製造一第二光學裝置，藉以使得該第一光學裝置的第二透光熱塑層充當該第二光學裝置的第一透光熱塑層。如果一陣列已形成，此陣列會被裁切用以產出該兩個光學裝置組成的堆疊。此兩個光學裝置組成的堆疊接著會被熱成形，從而賦予每一個透光熱塑層一預設曲率。
於第二觀點中，揭示一種光學裝置，該光學裝置包括位在被液晶材料填充的一密封空腔兩側的一對第一與第二透光電極層。該空腔被一邊界橫向封閉，其中，該第一與第二透光電極分別存在於一第一與第二透光熱塑層上，該第一透光電極被定位在該第一透光熱塑層與一繞射式光學元件之間，其中，至少一分隔物存在於該繞射式光學元件與該第二透光熱塑層之間。此中，該繞射式元件、該至少一分隔物、以及該邊界的一底部部件存在於一層中，該層藉由奈米壓印被圖樣化並且存在於該第一透光熱塑層上。該邊界的一上方部件包括一直接接觸該空腔的黏著劑，其中，該第二透光熱塑層密閉該空腔，且其中，其上形成該第二透光電極層的該第二透光熱塑層被附接至該黏著劑。
該光學裝置因而含有一密封空腔，其係由一第一熱塑層以及一第二熱塑層以及兩個熱塑層之間的一邊界所形成。於被該邊界封閉的區域中存在一繞射式光學元件與一分隔物。因為該繞射式光學元件、該分隔物、以及該邊界為相同材料組成物製成，所以，此些組件能夠藉由奈米壓印形成於相同層堆疊中。
該邊界至少部分(該上方部件)由一黏著劑形成。提供一黏著劑以形成該邊界的至少一部分會提供製造優點。此光學裝置的該空腔被一液晶材料填充。於某些實施例中，一通道延伸貫穿該邊界至該空腔之中，此通道可讓該液晶材料填充該空腔。此通道於填充之後關閉，舉例來說，藉由網版印刷關閉。
較佳地，相鄰於該空腔的該邊界的整個側邊由一黏著劑形成。或者，僅該邊界的上方部件，其相鄰於該空腔，係由一黏著劑形成。根據本發明，該繞射式光學元件、該分隔物、以及該邊界的底部部件有相同的材料組成物。更佳的係，該邊界的底部部件包括額外分隔物。這允許該邊界的底部部件、該分隔物、該些額外分隔物、以及該繞射式元件可於單一製程步驟中被製造及/或由單一材料製成。這大幅簡化製造複雜度且因而提高該光學裝置的可靠度。
根據本發明，該分隔物與該繞射式光學元件相互堆疊，俾使得此堆疊維持兩個熱塑層之間的控制距離。為改良一液晶材料於存在時的對位，該繞射式光學元件之面向該第二熱塑層的表面較佳地含有次微米溝槽，該些次微米溝槽被配置成用於一液晶材料的對位層。除此之外，一保形對位層還會存在用以覆蓋該些溝槽的至少一部分。
於另一實施例中，一平坦化層會存在，用以覆蓋該繞射式光學元件並且因而相鄰於該繞射式光學元件的該邊界的至少一部分由該平坦化材料製成。現在，該分隔物、該平坦化層、以及該繞射式元件相互堆疊，從而維持兩個熱塑層之間的控制距離。為改良一液晶材料於存在時的對位，該平坦化層之覆蓋該繞射式光學元件的部分的表面，其面向該第二熱塑層，含有次微米溝槽，該些次微米溝槽被配置成用於一液晶材料的對位層。除此之外，一保形對位層還會存在用以覆蓋該些溝槽的至少一部分。該邊界會包括一刻痕，其遠離該空腔；一刻痕現在被形成在該平坦化材料中，因此，該刻痕含有接觸該第二熱塑層的黏著劑。
該光學裝置進一步包括一第一透光電極，其相鄰於該第一透光熱塑層，也就是，在該第一透光熱塑層上；一第二透光電極，其相鄰於該第二透光熱塑層，也就是，在該第二透光熱塑層上，藉以至少該空腔係位在兩個透光電極之間，俾使得於使用時，當液晶材料存在於該空腔中時，一電場係被施加至少於該液晶材料上方。該第一透明電極會被定位在嘎繞射式光學元件與該第一透光熱塑層之間，藉以讓該繞射式光學元件與該空腔位於兩個電極之間。或者，該第一透明電極係在該繞射式光學元件之面向另一透光熱塑層的表面。
再者，該光學裝置會被彎折，也就是，兩個透光熱塑層具有一預設曲率。
於第三觀點中，揭示一種光學設備，其包括根據第一觀點的至少一光學裝置。該光學裝置被配置成用以於使用中調整射向眼睛的光的相位輪廓。此光學設備的一範例為鏡片。該光學設備能夠含有根據第一觀點之一個以上光學裝置，舉例來說，兩個此些光學裝置組成的堆疊。
本揭示內容將配合特殊實施例且參考特定圖式作說明；但是，本揭示內容並不限於此。所述圖式僅為略圖且無限制性。為達解釋目的，於該些圖式中，某些元件的尺寸可能被放大並且未依比例繪製。維度和相對維度未必對應於本揭示內容之實行的真實縮小。不同圖式中的相同元件符號表式相同或對應部件。
再者，在本說明及申請專利範圍中使用第一、第二、第三、及類似詞語來區分雷同的元件，而不一定係用來說明前後順序或時間順序。該些詞語在適當的條件下可互相交換並且本揭示內容的實施例亦能夠以本文中所述或所示以外的順序來操作。
又，本說明及申請專利範圍中的詞語頂端、底部、上方、下方、及類似詞語係作為說明的目的，而並非用來描述相對位置。該些詞語在適當的條件下可互相交換並且本文中所述之揭示內容的實施例亦能夠以本文中所述或所示以外的配向來操作。
申請專利範圍中使用的「包括」一詞不應被解釋為局限於其後所列的構件；其不排除其它元件或步驟。其必須被理解成表示所述特點、事物、步驟、或組件的存在，而並不排除有或者另外還有一或多個其它特點、事物、步驟、組件、或是它們之集合的存在。「一種裝置，其包括構件A與B」之措辭的範疇不應受限於僅由組件A與B組成的裝置。對本揭示內容來說，其意義為，該裝置的唯一相關組件為A與B。
於第一觀點中，揭示一種光學裝置(1)，其包括：一第一透光熱塑層(2)；一第二透光熱塑層(3)；以及在兩個熱塑層(2、3)之間，一相鄰於該第一熱塑層(2)的繞射式光學元件(4)；一介於該繞射式光學元件(4)與該第二熱塑層(3)之間的分隔物(5)；以及一邊界(6)，其封閉該繞射式光學元件(4)，從而形成一空腔(7)。因此，該光學裝置(1)含有一密封空腔(7)，其係由該第一熱塑層(2)、該第二熱塑層(3)、以及位於兩個熱塑層(2、3)之間的邊界(6)所形成。於被該邊界環繞的空腔區內存在該繞射式光學元件(4)與該分隔物(5)。
一熱塑膠，或是熱軟性塑膠，係一塑膠材料、一聚合物，其在一特定溫度之上變為柔韌或是可壓模並且在冷卻時固化。較佳地，此些熱塑層由透光的聚合物製成，也就是，在可見光譜中(舉例來說，400至700nm)具有介於5與100%之間的透光效率。其範例為：聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)；三醋酸纖維素(cellulosetriacetate )；透明的聚胺基甲酸酯(polyurethane)；聚碳酸酯(polycarbonate)；或是用於製造眼鏡的硫代氨基甲酸乙酯(thiourethane)，例如，Mitsui MR8。此些材料製成的薄膜的厚度可在5之間1000μm變化並且通常耐受高達3mm的彎折半徑。
該繞射式光學元件可以包括一繞射式結構，例如，閃耀式光柵(blazed grating)、菲涅耳透鏡、菲涅耳透鏡錐透鏡、或是於透射光中包含預設相位輪廓的其它結構。較佳地，該繞射式光學元件係一菲涅耳透鏡。
此光學裝置(1)的施行範例顯示在圖1A中。如下面實施例中揭示，圖1A中所示的裝置進一步含有位在空腔(7)兩側的一對透光電極(8、9)，其被定位以便於液晶材料存在於該空腔(7)中時施加一電場於該液晶材料上方。此裝置進一步包括被形成在邊界(6)中的刻痕(16)，含有一黏著劑(15)。該裝置的上方部件因而藉由此黏著劑(15)被附接至該邊界(6)，該裝置的上方部件有該第二透光熱塑層(3)，在該第二透光熱塑層上形成該第二透光電極(9)。
當一液晶材料(10)填充該空腔(7)且一黏著劑(15)填充該刻痕(16)時，兩種材料藉由相鄰於該繞射式光學元件(4)的邊界(6)的側壁而隔開，如圖1A中所示。當提供第二透光熱塑層(3)時，於密封該空腔(7)時，此分隔距離可以防止溢出及/或交叉污染。
使用有刻痕的邊界的優點係構成該空腔的一清楚定義的密封，同時確實防止該黏著劑與該液晶材料之間的交叉污染。然而，當塗敷該黏著劑時，該沉積方法的對位精確性必須夠高足以達成所希望的效果。低精確性可能導致該密封中，且更明確地說，係在該刻痕與該邊界中的黏著劑之間，有氣泡夾雜物。此些氣泡會散射入射光並且降低該裝置的整體光學品質。所以，於某些實施例中，不需要將該邊界延伸至該第二熱塑基板，而係延伸該刻痕使其接觸該空腔。當接著塗敷一黏著劑時，此黏著劑的內緣朝向該空腔的確實位置便不重要並且能夠更輕易防止氣泡夾雜物，因為該黏著劑直接接觸該空腔。此些實施例的範例顯示在圖1B、1C、以及1D中。於此些實施例中，該黏著劑可僅部分填充該刻痕，因為該黏著劑的內緣的位置可能被設計成比該邊界的起點更進一步遠退。依此方式能夠防止因不良沉積精確性導致溢流至該空腔之中。包含該延伸刻痕的邊界、該繞射式結構、以及該些分隔物能夠藉由奈米壓印製程來製造。該邊界、該繞射式結構、以及該些分隔物因而有相同的材料組成物。
於某些實施例中，該邊界整個可由一黏著劑15製成。此實施例顯示在圖1C中。於此圖中，在左側，該邊界略遠離該繞射式結構。這可防止該繞射式結構與該黏著劑之間可能為缺點的交互作用。該圖右側所示的黏著劑15直接相鄰該繞射式結構。當塗敷該黏著劑的技術為可靠時便能達成此設置。該分隔物與該繞射式結構較佳為具有相同材料組成物。
圖1D顯示進一步實施例，其中，額外分隔物21被提供於該邊界中。當該邊界被設計成具有大寬度並且該黏著劑先以液體形式被塗敷時，該邊界中的額外分隔物便可能有利於防止該黏著劑溢流至該空腔之中。該些額外分隔物的高度不必等於該空腔中的分隔物的高度。兩種高度較佳為經調整成具有和該第一層2相同的頂端水平，以便保持該頂端基板(其為該第二透光熱塑層3)為筆直。該些額外分隔物21較佳為由一奈米壓印製程所形成。於此情況中，該分隔物、該繞射式元件、該邊界、以及該些額外分隔物較佳為有相同的材料組成物。
如第三觀點中的討論，一通道(19)會存在於該邊界(6)中，使得即使在該邊界(6)被該第二透光熱塑層(3)密閉後仍可通往該空腔(7)。圖9顯示含有此通道(19)的一光學裝置(1)的側視圖和水平剖面AA。於其中一實施例中，該通道(19)延伸在邊界(6)的整個寬度上方。
雷同於上述，該邊界中的刻痕可延伸至該通道，讓該黏著劑接觸通過該通道的液晶材料。該通道可僅存在於該邊界的上方部件中，舉例來說，等同於該刻痕的高度。該通道因而可藉由不以黏著劑覆蓋該整個邊界而形成。於其它實施例中，該通道的高度可較大，可能延伸在該邊界的完整高度上方。此實施例顯示在圖9C中。
當該邊界由單一黏著劑製成時，此通道亦可藉由於塗敷該黏著劑時不覆蓋整個邊界區而出現。
填充該空腔(7)的流體材料能夠為液晶材料、可變折射率聚合物材料、可變染料、電致變色電解質、或是樹脂。較佳地，該液晶材料(10)的折射率匹配該繞射式光學元件(4)、該邊界(6)、以及該黏著劑(15)的折射率，至少在該液晶材料(10)的其中一狀態中。舉例來說，眾所熟知的液晶E7的普通折射率等於UV膠NOA74
較佳地，含有該第一透光熱塑層(2)與該第一透光電極(8)的底部基板以及含有該第二透光熱塑層(3)與該第二透光電極(9)的上基板相隔固定距離(d)，其係由該繞射式光學元件(4)頂端的一分隔物(5)堆疊且同時由邊界(6)所設定。因此，兩種結構(5-4、6)如圖1所示般被定位在兩個基板之間。此高度會介於10奈米(nm)與100微米(μm)之間，通常介於50nm與50μm之間。
於一較佳實施例中，該邊界(6)、該分隔物(5)、以及該繞射式光學元件(4)有相同的材料組成物(12)。舉例來說，該分隔物(5)、該繞射式光學元件(4)、以及該邊界(6)能夠由高折射率的單體製成，例如，雙酚氟代二丙烯酸酯(bisphenol fluorine diacrylate)，或是由高折射率的UV膠製成，例如，NOA 1625或NOA 164。
如下面揭示，該邊界(6)、該分隔物(5)、以及該繞射式光學元件(4)能夠利用奈米壓印技術以存在於底部基板上的相同層(18)(其具有材料組成物(12))形成。
較佳地，該繞射式光學元件(4)的表面(該表面的朝向第二熱塑層(3))含有次微米溝槽(14)，其被配置成用於一液晶材料(10)的對位層(11)。於該裝置(1)的操作期間，此些溝槽幫助配向出現在空腔(7)中的液晶。較佳地，另一對位層(11)亦出現在相鄰於該第二透光電極(3)的空腔(7)側邊，從而面向該有溝槽表面。圖3(a)所示的係此些溝槽(14)如何出現在該繞射式光學元件(4)的三維表面中的剖面圖。圖3(b)所示的係當該些溝槽具有圓形圖樣時此表面的俯視圖，而圖3(c)所示的係當該些溝槽具有平行圖樣時此表面的俯視圖。於圖3中還注意到，於此實施例中，在該繞射式光學元件(4)頂端的分隔物(5)以及該繞射式光學元件(4)係如上面段落中討論般由相同材料形成。
此些溝槽能夠如前面段落中討論般於形成該繞射式光學元件(4)時藉由奈米壓印來產生。於該奈米壓印製程中使用的模具不僅含有該邊界(6)、該分隔物(5)、以及該繞射式光學元件(4)的負形；其內表面(至少在繞射式光學元件(4)之形狀的位置處)還含有溝槽，舉例來說，圓形或矩形圖樣。此方式允許以一體成形方式形成此4個特徵元件(4、5、6、14)。Y. J. Liu等人在「用於液晶對位的奈米壓印超細線和空間奈米光柵(Nanoimprinted ultrafine line and space nano-gratings for liquid crystal alignment)」中揭示利用奈米壓印技術形成此些對位圖樣，R. Lin等人也在「用於對位的分子規模軟壓印微影術(Molecular-Scale Soft Imprint Lithography for Alignment)」中揭示過相同技術。
該液晶材料(10)的對位特性不僅取決於溝槽(14)本身的幾何形狀，亦取決於構成該繞射式光學元件(4)(其中有形成該些溝槽)的材料。如果在該些溝槽的相同配置中使用另一材料的話，一額外的保形對位層(20)(未顯示)會被形成疊置在此些溝槽(14)上方，以便提供不同的材料對位特性。舉例來說，如果該繞射式光學元件的材料以平面方式對齊該些液晶分子的話，一垂向對位層可被塗佈用以疊置在至少一部分該些溝槽上方。此保形對位層會覆蓋該繞射式光學元件(4)的整個有溝槽表面。或者，此有溝槽表面僅一部分會被此額外保形對位層覆蓋，以便允許運用該額外保形對位層(20)(未顯示)與該繞射式光學元件(4)之間的材料對位特性差異。
一平坦化材料層(17)會存在於該繞射式光學元件(4)頂端的空腔(7)內，如圖4所示。
雷同於圖3所示的施行方式，一對位層會存在於空腔(7)的底部，舉例來說，被具現為形成於該平坦化層(17)之表面中的溝槽(14)，其表面朝向該第二熱塑層(3)。於該裝置(1)的操作期間，此些溝槽幫助配向出現在空腔(7)中的液晶。較佳地，另一對位層(未顯示)亦出現在相鄰於該第二透光電極(3)的空腔(7)側邊，從而面向該有溝槽表面。
該液晶材料(10)的對位特性不僅取決於溝槽(14)本身的幾何形狀，亦取決於構成該平坦化層(17)(其中有形成該些溝槽)的材料。如果在該些溝槽的相同配置中使用另一材料的話，一額外的保形對位層(未顯示)會被形成疊置在此些溝槽(14)上方，以便提供不同的材料對位特性。舉例來說，如果該繞射式光學元件的材料以平面方式對齊該些液晶分子的話，一垂向對位層可被塗佈用以疊置在至少一部分該些溝槽上方。此保形對位層會覆蓋該平坦化層(17)的整個有溝槽表面。或者，此有溝槽表面僅一部分會被此額外保形對位層覆蓋，以便允許運用該額外保形對位層(未顯示)與該平坦化層(17)之間的材料對位特性差異。
該繞射式光學元件(4)與該平坦化層(17)個別的材料，至少在它們的介面處，會有相同的折射率。再者，此些材料(12、17)在低頻電場(舉例來說，1Hz至10kHz)處的介電常數可不相同。
此平坦化層(17)亦能夠用於形成分隔物(5)和任何額外分隔物(例如，圖1D中所示)，有一頂端定義邊界(6)的高度。其可能進一步為該邊界的一部分。如果一刻痕存在的話，其圖4中所示般被形成在此平坦化材料(17)中。黏著劑(15)被塗敷在該邊界(6、17)頂端。邊界(6)和其上的平坦化層(17)的高度可以匹配俾便該黏著劑(15)能夠以標準製程利用市售設備來塗敷，並且總高度仍符合規格。由於它們不同製程的關係，黏著劑(15)亦能夠於一最終光學裝置中和該邊界(6)及任何額外分隔物有所區分。
於圖4所示的施行方式中，含有該第一透光熱塑層(2)與該第一透光電極(8)的底部基板以及含有該第二透光熱塑層(3)與該第二透光電極(9)的上基板相隔固定距離(d)，其係由覆蓋該繞射式光學元件(4)的平坦化層(17)頂端的一分隔物(5)堆疊且同時由包括黏著劑(15)的邊界(6)以及任何額外分隔物或該邊界(6)的上方部件(因為可能存在)所設定。此些結構(4-5-17、6、17、15)如圖4所示般被定位在兩個基板之間。此高度會介於10奈米(nm)與100微米(μm)之間，通常介於50nm與50μm之間。
被認為有利的係，該繞射式光學元件(4)和被液晶材料填充的空腔(7)兩者存在於該第一與該第二電極(8、9)之間。因此，該些電極(8、9)具有平面形狀，可防止該繞射式光學元件(4)(例如，表面配向相差很大的菲涅耳透鏡)上的電極層破裂的風險。又，該些電極(8、9)之間的距離不相依於該奈米壓印製程中的任何公差。再者，不必如先前技術EP 2,530,511A1中的要求必須於該菲涅耳透鏡上塗敷一分離的屏障層，例如，SiO2，用以支撐該電極層。
如下文揭示，該分隔物(5)以及且，如果存在的話，該刻痕(16)會利用奈米壓印技術被形成在疊置於該底部基板上的平坦化層(17)中。當奈米壓印該分隔物(5)時，該空腔(7)被形成。再次地，一液晶材料(10)填充該空腔(7)並且一黏著劑(15)填充該刻痕(16)，兩種材料藉由相鄰於該繞射式光學元件(4)的邊界(6)的側壁而隔開，如圖4所示。當提供第二透光熱塑層(3)時，於密封該空腔(7)時，此分隔距離可以防止溢出及/或交叉污染。
如圖1或圖3所示的光學裝置(1)係一平面裝置，若須要，藉由讓該光學裝置(1)進行熱成形製程亦能達成曲面版本，如本揭示內容的第三觀點中討論。熱塑層(2、3)的預設曲率且因而該光學裝置(1)的預設曲率會如圖2所示般達成。此曲面光學裝置(1)本身能夠作為鏡片插入件，如本揭示內容的第二觀點中討論。
如圖1、圖2、以及圖4中已示，該光學裝置(1)會進一步含有位在空腔(7)兩側的一對透光電極(8、9)。根據本發明，一第一透光電極(8)相鄰於該第一透光熱塑層(2)(也就是，在該第一透光熱塑層(2)上)；而一第二透光電極(9)相鄰於該第二透光熱塑層(3)(也就是，在該第二透光熱塑層(3)上)，也就是，該繞射式光學元件(4)介於兩個透光電極(8、9)之間。
該第二透光電極(9)通常位於該第二透光熱塑層(3)上，在該空腔(7)側，如圖1、圖2、以及圖4中所示。該第一透光電極(8)則存在於該繞射式光學元件(4)與該第一透光熱塑層(2)之間，如圖1、圖2、以及圖4中所示。
如果該第一透光電極(8)位於該繞射式光學元件(4)與該第一透光熱塑層(2)之間的話，如圖1、圖2、以及圖4中所示，將會使用一平坦化層(17)，若有，該平坦化層(17)的介電常數不同於該繞射式光學元件(4)的介電常數。
該些透光電極能夠由諸如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、ClearOhm®奈米銀線、或是AGFA Orgacon油墨的材料製成。因為ITO的脆性的關係，所以會使用剛性較小且撓性較大的材料，例如，PEDOT:PSS、石墨烯、奈米碳管、或是奈米銀線。該些透光電極(8、9)能夠被圖樣化用以單獨定址該繞射式光學元件(4)的不同區域。此些電極亦能夠被圖樣化用以減少總容量，舉例來說，僅該繞射式光學元件(4)的區域內有電極或者分離此區域內的電極和邊界(6)的區域內的電極。
於本揭示內容的第三觀點中，前面觀點中揭示的光學裝置(1)係被使用在光學設備中。當被插入於一光學設備中時，該光學裝置(1)被配置成用以調整射向眼睛的光的相位輪廓。
此光學設備能夠為一鏡片，其中，該光學裝置係作為一鏡片插入件。當考量眼科應用時，該鏡片可為眼鏡鏡片、隱形眼鏡鏡片、或是人工水晶體鏡片。因為眼鏡鏡片和隱形眼鏡鏡片通常具有彎月形狀，所以，當該光學裝置(1)同樣為曲率實質上相同於要嵌入該光學裝置之鏡片的曲率的曲面時，該光學裝置會比較容易整合於該鏡片中。一般來說，該光學裝置彎曲於兩個正交方向中。在人工水晶體鏡片中則會嵌入一平面或曲面光學裝置。
此些光學設備會含有一個以上光學裝置(1)鏡片。此些光學裝置(1、1¢)會被堆疊。藉由堆疊多個光學裝置(1、1¢)，該些單一光學裝置的電光特性會被結合。舉例來說，被向列型液晶填充但是具有正交對位的兩個裝置便能夠導致偏光不相依的可調整鏡片。
於圖5與圖6所示的施行方式中堆疊分別不具有和具有偏光層(13、13¢)的光學裝置(1、1¢)。
本發明還關於一種製造圖中所示類型之光學裝置的方法。製造光學裝置(1)的此些方法(100)包括：(步驟30)提供一第一透光熱塑層(2)；(步驟40)藉由奈米壓印於該第一透光熱塑層(2)上形成一分隔物(5)、一光學繞射式元件(4)、以及封閉該光學繞射式元件(4)的一邊界(6)；以及(步驟50)提供一第二透光熱塑層(3)，從而形成含有該分隔物(5)與該光學繞射式元件(4)的一空腔(7)，藉以使得該分隔物(5)位於該光學繞射式元件(4)與該第二透光熱塑層(3)之間。圖7(a)顯示此方法。
相較於半導體和扁平面板製造技術中使用的微影圖樣化，奈米壓印技術係一種較簡單、較低成本、以及高產量的圖樣化技術。如Kooy等人在2014年奈米規模研究期刊投稿(Nanoscale Research Letters 2014)發表的「卷軸式奈米壓印微影術評論(A review of roll-to-roll nanoimprint lithography)」中的揭示，本文以引用的方式將其併入，奈米壓印微影術涉及使用含有所希望圖樣之負像的預製作模具。此模具被擠壓至一塗佈著聚合物的基板，以便藉由聚合物的機械變形將該圖樣複製於該聚合物之中。於變形後，該圖樣係利用熱製程被固定於該已變形聚合物上或是藉由讓該已變形聚合物曝露於UV光中而導致該奈米壓印圖樣的硬化。而後，該模具會被移除。該負圖樣會對應於要被形成的單一結構。於該聚合物中形成一結構陣列接著需要重覆該奈米壓印製程，重覆次數和所需要的結構數量相同。如果該模具含有該負圖樣陣列的話，產量會增加，因此，在單一奈米壓印期間，所希望數量的結構會同步形成於相同的聚合物中。
在圖7(b)至(d)進一步圖解此方法(100)的施行方式。圖7(b)圖解該施行方式，因此，該分隔物(5)、該光學繞射式元件(4)、以及封閉該光學繞射式元件(4)的邊界(6)係藉由奈米壓印技術(4)所形成。如圖7(c)所示，於此施行方式中，一由材料組成物(12)製成的層(18)會被提供(步驟41)在該第一透光層(2)上，或者如存在，提供在該第一透光電極(8)上。於此層(18)中，該分隔物(5)、該光學繞射式元件(4)、以及封閉該光學繞射式元件(4)的邊界(6)被奈米壓印(步驟42)，因此，所有此些元件有相同的材料組成物。該分隔物(5)和該光學繞射式元件(4)相互堆疊，從而維持兩個熱塑層(2、3)之間的控制距離(d)。圖7(d)以第一與第二奈米壓印階段(步驟71、步驟72)圖解該施行方式(步驟70)。於第一階段(步驟71)中，該分隔物(5)、該光學繞射式元件(4)、以及該邊界(6)藉由奈米壓印被提供。於第二階段中，一平坦化層(17)被提供。於此平坦化層(17)中，該分隔物(5)且因而該空腔(7)係藉由另一奈米壓印製程(步驟72)形成。
如上面討論，該空腔(7)的底表面(不論其係該繞射式光學元件(4)的表面或是覆蓋此光學元件(1)的平坦化層(13)的表面)會在個別的奈米壓印製程(32、62)期間被開槽，從而形成用於一液晶材料(10)的對位層(11)。
前面段落中討論的方法(100)會進一步包括形成一第一透光電極(8)相鄰於該第一透光熱塑層(2)；形成一第二透光電極(9)相鄰於該第二透光熱塑層(3)，藉以至少該空腔(7)係位在兩個透光電極(8)之間。
底部基板於該第一透光熱塑層(2)上包括該分隔物(5)、該光學繞射式元件(4)、以及該邊界(6)且視情況包括該邊界(6)中之刻痕(16))，頂端基板包括第二透光熱塑層(3)，該底部基板藉由於提供該第二透光熱塑層(3)之前提供一黏著劑(15)被附接至該頂端基板。
在上面討論的方法中雖然揭示製造單一光學裝置(1)；不過，亦能夠利用半導體或扁平面板顯示器製造技術製造多個光學裝置(1、1¢)。無須成形，取代地，舉例來說，藉由於一層(12)中奈米壓印由一分隔物(5)和一光學繞射式元件(4)組成的單一配置，其被一邊界(6)封閉，便能夠平行或依序形成一由此些組合組成的陣列，導致一由以下組成的陣列：一分隔物(5)和一光學繞射式元件(4)，其被一邊界(6)封閉。一或多個裝置能夠從該陣列中抽出，舉例來說，藉由沖孔或雷射切割。
如圖7(b)所示，於提供該第二透光熱塑層(3)之後，一平面光學裝置(1)便如圖1或圖4般達成。此平面光學裝置(1)接著會進行熱成形製程(步驟60)，導致如圖2所示般的曲面光學裝置(1)，藉以讓每一個透光熱塑層(2、3)具有一預設曲率。於該熱成形製程期間，該光學裝置(1)被放置在一模具中並且被加熱至至少該透光熱塑層(2、3)的玻璃轉移溫度Tg，藉此外加的機械作用力會讓該些熱塑層呈現該模具的形狀。該模具接著被密閉並且冷卻至此玻璃轉移溫度Tg以下，以便固定該些已變形熱塑層的形狀。接著，該已變形的光學裝置(1)便從該模具處被脫模。或者，該光學裝置會在加熱時於其側邊被夾鉗在一單面模具上。於該熱成形製程期間，該光學裝置接著會變成所希望的形狀，從而在該光學裝置(1)上產生壓力差。此壓力差能夠藉由於該光學裝置或該模具之間產生真空或是藉由於該裝置之上產生高於該裝置與該模具之間的大氣壓力而達成。
亦能夠相互堆疊光學裝置(1、1¢)。於其中一施行方式中，兩個光學裝置(1、1¢)會被製造，如在此第三觀點的前面段落中之討論。兩個光學裝置(1、1¢)會被堆疊。此光學裝置(1、1¢)堆疊接著會進行熱成形製程，導致如圖5或圖6所示般的曲面光學裝置(1)，藉以讓每一個透光熱塑層(2、3)具有一預設曲率。於另一施行方式中，此光學裝置(1、1¢)堆疊係藉由於一光學裝置(1)頂端製造另一光學裝置(1¢)而形成。於此施行方式中，一第一光學裝置(1)係如在此第三觀點的前面段落中之討論般被製造。於此光學裝置(1)的頂端，一第二光學裝置(1¢)係如在此第三觀點的前面段落中之討論般被製造。無須為此第二光學裝置(1¢)提供一第一透光熱塑層(2¢)，取代地，能夠使用該第一光學裝置(1)的第二透光熱塑層(3)作為該第二光學裝置(1¢)的第一透光熱塑層(2¢)。一旦該第二光學裝置(1¢)被製造，其便被堆疊在該第一光學裝置(1)上。接著，該由兩個光學裝置(1、1¢)製成的堆疊便被熱成形，從而賦予每一個透光熱塑層(2、3、2¢、3¢)一預設曲率。
於圖8(a)至(d)中顯示此方法的一施行方式，其會導致圖1所示的光學裝置(1)。較佳地，該光學裝置係在半導體或扁平面板顯示器製造廠中製造，以便運用製程達成大規模生產該光學裝置(1)，媲美半導體電路或扁平顯示器之製造。
如圖8(a)所示的第一步驟，該第一透光熱塑層(2)被形成在一暫時性載板(未顯示)上。大部分的半導體或扁平面板製程設備係被配置成用以處理直徑10cm或更大的剛性面板或晶圓。利用此暫時性機械載板，其上形成該光學裝置(1)的不同元件，便允許利用此類型設備，其因而導致一低成本且可靠的製程。其亦確保該透光熱塑層或膜(2)於處理該光學裝置(1)期間保持扁平，從而縮減被製造的光學裝置(1)陣列的總厚度變異。小厚度變異對接續的製程步驟至為重要，舉例來說，當填充該空腔(7)而不要有溢出時，小厚度變異對用於提供液晶材料(10)的微影術和滴入式填充製程至為重要。該黏著劑(15)同樣被提供至不會產生厚度變異的高度。使用該些分隔物(5)，且較佳地，還有額外分隔物(圖1D中所示的21)被認為有利於在有一平面頂端側的製造期間產生一空腔。
由於該暫時性機械載板的尺寸的關係，多個光學裝置(1)能夠被製造於單一載板上，達成大產量且因而降低每一個光學裝置(1)的成本。
該第一透光熱塑膜(2)能夠藉由層疊被形成在該載板上。一般來說，該層疊膜(2)厚度介於5μm與1000μm之間。或者，可以將一液體形式的熱塑性材料沉積在該載板上。該液體材料接著會被UV或熱固化，從而形成該第一透光熱塑膜(2)。兩種方式皆可能需要一暫時性黏著劑將該第一透光熱塑膜(2)附接至該載板，允許在該處理完成後從該暫時性載板處脫模該光學裝置(1)。暫時性載板方案可從諸如TOK、Brewer Science、3M、Nitto、…等公司得知。於某些情況中，該膜(2)係藉由於該膜與該載板之間施加真空來固定。
於該第一透光熱塑層(2)上，一透明導體膜係被形成用以製造該第一透光電極(8)，如圖8(b)中所示。
於該第一透光電極(8)上會形成該邊界(6)、該繞射式光學元件(4)、以及一分隔物(5)。如圖8(b)中所示，一由材料組成物(12)製成的層(18)會被形成在該第一透光電極(8)上。利用奈米壓印技術，該邊界(6)、該繞射式光學元件(4)、以及一分隔物(5)被形成在此層(18)中，如圖8(c)中所示，從而於該繞射式光學元件(4)的位置處產生一空腔(7)。此層(18)能夠為單一層或是由多層組成的堆疊，藉以每一層會有不同的材料組成物。
一對位層(未顯示)被形成在該空腔(7)的底部，用以於液晶材料(10)出現在該空腔(7)中時控制該液晶材料(10)的配向。此對位層能夠藉由於奈米壓印製程期間於該繞射式光學結構(4)的表面中形成次微米溝槽而產生。圖3圖解於該繞射式光學結構(4)的頂表面中的圓形圖樣溝槽和矩形圖樣溝槽。
該空腔(7)可藉由滴入式填充製程來填充與完成，該製程從滴塗匹配於空腔(7)之體積的微滴塗量液晶材料(10)開始。接著，黏著劑(15)被滴塗於該邊界(6)上，較佳地，利用滴塗或網版印刷製程，如圖8(d)所示。一般來說，黏著劑(15)能夠為透明UV膠、透明導熱膠、或是兩者組合。該邊界最小化該黏著性部件(也就是，該刻痕)和該電活性部件(也就是，空腔(7))之間的交叉污染，同時於兩個部件之間產生一條清楚線。黏著劑(15)亦能夠於以液晶材料(10)填充空腔(7)之前先被滴塗。
鑒於上面步驟說明光學裝置(1)之底部部件或基板的形成，該光學裝置(1)的上方部件或基板係藉由於另一暫時性載板(未顯示)上形成該第二透光熱塑層(3)而形成。該第二透光熱塑層(3)能夠藉由層疊被形成在此載板上。一般來說，該層疊膜(3)厚度介於5μm與1000μm之間。或者，可以將一液體形式的熱塑性材料沉積在該載板上。該液體材料接著會被UV或熱固化，從而形成該第二透光熱塑膜(3)。兩種方式皆可能需要一暫時性黏著劑將該第二透光熱塑膜(3)附接至該載板，允許在該處理完成後從該暫時性載板處脫模該光學裝置(1)。暫時性載板方案可從諸如TOK、Brewer Science、3M、Nitto、…等公司得知。於某些情況中，該膜(3)係藉由於該膜與該載板之間施加真空來固定。
於該第二透光熱塑層(3)上，一透明導體膜係被形成用以製造該第二透光電極(9)。此導體膜能夠為ITO。因為ITO的脆性的關係，所以會使用剛性較小且撓性較大的材料，例如，PEDOT:PSS、石墨烯、奈米碳管、或是奈米銀線。於此第二透光電極(9)上會形成另一對位層(11)，用以於液晶材料(10)存在於該空腔(7)中時控制該液晶材料的配向。
為完成上述的滴入式填充製程，此上基板係利用真空層疊步驟被層疊在該底部基板上，如圖8(d)所示。舉例來說，該膠層(15)係經由一UV步驟及/或熱步驟固化。此方式確保達成完全密閉空腔(7)，無任何密封中斷。
於層疊兩塊基板後，該些暫時性載板會藉由脫膠而被移除。所形成的光學裝置(1)陣列會被切割為如圖1中所示的單獨平面光學裝置(1)。此平面光學裝置(1)接著會藉由熱成行而被彎曲，如上面討論。
以液晶材料(10)填充空腔(7)的替代方法係在奈米壓印期間至少於邊界(6)的上方部件中產生一通道(19)。圖9圖解具有一通道(19)的光學裝置(1)，該通道(19)不僅於該上方部件中且延伸在該邊界的整個高度上方。該液晶材料(10)係在塗敷該第二透光熱塑層(3)密閉該空腔(7)之後才被提供。該些單獨光學裝置(1)的密閉空腔(7)接著會被液晶材料(10)填充。
再者，該光學裝置(1)陣列還會藉由任何上面提及技術以合適模具同步熱成形。成形後，該陣列會被切割，用以產出該些單獨光學裝置(1、1¢)。
1、1¢‧‧‧光學裝置
2、2¢‧‧‧第一透光熱塑層
3、3¢‧‧‧第二透光熱塑層
4、4¢‧‧‧繞射式光學元件
5、5¢‧‧‧分隔物
6、6¢‧‧‧邊界
7、7¢‧‧‧空腔
8、8¢‧‧‧第一透光電極
9、9¢‧‧‧第二透光電極
10‧‧‧液晶材料
12‧‧‧材料組成物 / 材料
13、13¢‧‧‧偏光層
14‧‧‧溝槽
15‧‧‧黏著劑
16‧‧‧刻痕
17‧‧‧平坦化層
18‧‧‧材料製成的層
19‧‧‧貫穿邊界的通道
21‧‧‧額外分隔物
30‧‧‧步驟
40‧‧‧步驟
41‧‧‧步驟
42‧‧‧步驟
50‧‧‧步驟
60‧‧‧步驟
70‧‧‧步驟
71‧‧‧步驟
72‧‧‧步驟
100‧‧‧製造光學裝置的方法
為更瞭解本揭示內容，下文中配合隨附圖式和圖式說明某些示範性實施例，其中：
圖1A至1D所示的係根據一實施例於熱成形之前的一光學裝置的多個實施例。
圖2所示的係根據一實施例於熱成形之後的圖1A的光學裝置。
圖3所示的係根據一實施例之具有有溝槽表面的一繞射式光學元件：(a)為剖面圖，(b)為具有圓形溝槽之(a)的俯視圖，(c)為具有平行溝槽之(a)的俯視圖。
圖4所示的係根據一實施例於熱成形之前之具有平坦化層的一光學裝置。
圖5所示的係根據一實施例的一光學設備，其含有由多個圖2的光學裝置組成的一堆疊。
圖6所示的係根據一實施例的一光學設備，其含有由熱成形後的多個圖4的光學裝置組成的一堆疊。
圖7(a)至7(d)所示的係製造一光學裝置的方法的各種實施例。
圖8(a)至8(e)所示的係製造一光學裝置的方法的一較佳實施例。
圖9(a)至9(b)所示的係製造一光學裝置的方法的一實施例：(a)為側視圖，(b)為水平剖面A-A。
圖9(c)所示的係雷同於圖9A的進一步實施例。

Claims (13)

  1. 一種製造光學裝置(1)的方法，該光學裝置包括位在被液晶材料填充的空腔(7)兩側的一對第一與第二透光電極層(8、9)，該空腔(7)被一邊界(6)橫向封閉，其中，該第一與第二透光電極(8、9)分別存在於一第一與第二透光熱塑層(2、3)上，該第一透光電極(8)被定位在該第一透光熱塑層(2)與一繞射式光學元件(4)之間，其中，至少一分隔物(5)存在於該繞射式光學元件(4)與該第二透光熱塑層(3)之間， 該方法包括： 提供該第一透光熱塑層(2)； 藉由奈米壓印於該第一透光熱塑層(2)上形成該光學繞射式元件(4)、該至少一分隔物(5)、以及視情況的該邊界(6)的一底部部件，該光學繞射式元件(4)被排列在該邊界(6)內側； 塗敷一黏著劑(15)，以便構成該邊界(6)的至少一部分，其中，該黏著劑(15)的一內緣直接接觸該空腔(7)； 提供該第二透光熱塑層(3)，俾便該第二透光熱塑層密閉該空腔(7)，且其中，其上形成該第二透光電極層的該第二透光熱塑層被附接至該黏著劑(15)； 以該液晶材料(10)填充該空腔(7)；以及 密封該空腔(7)。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括藉由熱成形製程彎折該光學裝置(1)的步驟。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其中，藉由該奈米壓印的形成步驟包括塗敷由一材料組成物製成的層(18)於該第一透光層(2)上，以及奈米壓印該至少一分隔物(5)、該光學繞射式元件(4)、以及該邊界(6)的該底部部件於該層(18)中。
  4. 根據申請專利範圍第3項的方法，其中，次微米溝槽會於該奈米壓印步驟期間被形成在該光學繞射式元件(4)的一表面中，該次微米溝槽被配置成用於液晶材料(10)的對位層。
  5. 根據申請專利範圍第4項的方法，其中，一保形對位層被沉積用以覆蓋該溝槽的至少一部分。
  6. 根據申請專利範圍第3至5項中任一項的方法，其中，該邊界的該底部部件包括額外分隔物(21)。
  7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其中，該至少一分隔物(5)以及該額外分隔物(21)各具有一高度，該高度經調整成具有和該第一透光層(2)相同的頂端水平。
  8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項的方法，其進一步包括於該第一透光熱塑層(2)上形成該第一透光電極(8)的步驟。
  9. 根據申請專利範圍第1至8項中任一項的方法，其進一步包括於任何熱成形前堆疊第一與第二光學裝置的步驟。
  10. 一種光學裝置，其包括位在被液晶材料填充的一密封空腔(7)兩側的一對第一與第二透光電極層(8、9)，該空腔(7)被邊界(6)橫向封閉，其中，該第一與第二透光電極(8、9)分別存在於第一與第二透光熱塑層(2、3)上，該第一透光電極(8)被定位在該第一透光熱塑層(2)與繞射式光學元件(4)之間，其中，至少一分隔物(5)存在於該繞射式光學元件(4)與該第二透光熱塑層(3)， 其中： 該繞射式元件(4)、該至少一分隔物(5)、以及該邊界(6)的一底部部件存在於一層(18)中，該層(18)藉由奈米壓印被圖樣化並且存在於該第一透光熱塑層(2)上， 該邊界的上方部件包括直接接觸該空腔(7)的黏著劑(15)，其中，該第二透光熱塑層(3)密閉該空腔(7)，且其中，其上形成有該第二透光電極層(9)的該第二透光熱塑層(3)被附接至該黏著劑(15)。
  11. 根據申請專利範圍第10項的光學裝置，其中，該分隔物(6)的該底部部件包括額外分隔物(21)，其中，該至少一分隔物(5)以及該額外分隔物(21)各具有一高度，該高度經調整成具有和該第一透光層(2)相同的頂端水平。
  12. 一種由根據申請專利範圍第10至11項中任一項的第一與第二光學裝置組成的堆疊。
  13. 根據申請專利範圍第12項的堆疊，其中，該堆疊被熱成形並且具備預設曲率。
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