TW202239783A - 具有高多分散性的壓電聚合物 - Google Patents

Abstract

一種壓電聚合物物件可藉由沿著其至少一個尺寸的5 GPa或更大之楊氏模數進行特徵界定。舉例言之，該壓電聚合物物件可包括聚偏二氟乙烯，並且可具有至少2之多分散性指數。可為薄膜或纖維的該聚合物物件之壓電係數可為至少20 pC/N。

Description

具有高多分散性的壓電聚合物

本發明係關於具有高多分散性的壓電聚合物。 相關申請案之交叉參考

本申請案主張2021年2月5日申請之美國臨時申請案第63/146,046號之35 U.S.C. §119(e)下的優先權，該美國臨時申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。

聚合物材料可併入至多種不同光學及電光系統中，包括主動及被動光學件以及電活性裝置。輕量化且具順應性之一或多個聚合物層可併入至諸如智慧型眼鏡之可穿戴裝置中，並且為用於包括其中需要舒適的可調整外觀尺寸之虛擬實境/擴增實境裝置的新興技術之有吸引力的候選項。

舉例而言，虛擬實境（VR）及擴增實境（AR）眼鏡裝置及頭戴耳機可使得使用者能夠體驗事件，諸如與三維世界之電腦產生的模擬中的人互動或檢視疊加在現實世界視圖上的資料。藉助於實例，可經由光學頭戴式顯示器（OHMD）或藉由使用具有透明頭戴式顯示器（HUD）或擴增實境（AR）覆疊之嵌入式無線眼鏡來實現將資訊疊加至視場上。VR/AR眼鏡裝置及頭戴耳機可用於多種目的。政府可將此類裝置用於軍事訓練，醫學專業人員可使用此類裝置來模擬手術，並且工程師可使用此類裝置作為設計可視化輔助。

此等及其他應用可充分利用聚合物材料之一或多個特徵，包括操縱光之折射率、管理熱之熱導率以及提供輕量化結構支撐之機械強度及韌性。然而，經由比較薄膜製造製程可實現的光學或機械異向性水準典型地有限，並且常常出於諸如平坦度、韌性及/或膜強度之競爭性薄膜性質而被更換。舉例言之，高度異向性聚合物薄膜常常在一或多個平面內方向上展現低強度，此可能挑戰可製造性且限制產出量。

本發明揭示一種壓電聚合物物件，其沿著該聚合物物件之至少一個尺寸具有至少大致5 GPa之楊氏模數。本發明亦揭示一種壓電聚合物物件，其具有至少大致2之多分散性指數及至少大致5 GPa之楊氏模數。此外，本發明揭示一種方法，其包含：沿著至少一個方向將張應力施加至聚合物薄膜，並且該張應力之量可有效地在該聚合物薄膜中誘發至少大致500%應變且形成壓電聚合物物件，其中該聚合物薄膜包含小於大致10 wt.%液體溶劑。

根據一些具體實例，經定向壓電聚合物薄膜可實施為諸如液體透鏡之光學元件中的可致動透鏡基板。舉例言之，單軸定向之聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜可用於跨越透鏡之視場產生有利異向性應變圖。然而，低壓電回應、不足機械強度或韌性及/或缺乏足夠光學品質可妨礙PVDF薄膜作為可致動層之實施。

儘管最近有所發展，但提供光學品質、機械穩固以及機械及壓電異向性聚合物薄膜將為有利的，該等聚合物薄膜可併入至包括用於人工實境應用之顯示系統的各種光學系統中。本揭示內容因此大體上係關於高模數、高強度、光學品質聚合物薄膜，其具有高且高效壓電回應以及其製造方法，並且更具體言之，係關於用於形成具有高機電效率之機械穩定的基於PVDF的聚合物薄膜及纖維之澆鑄、拉伸及退火方法。較高模數可允許在聚合物中產生較大力，此可實現較薄、較輕量化及較高效裝置（例如，用於將機械能轉化成電能或反之亦然）。

聚合物薄膜之折射率及壓電回應可藉由其化學組成物、聚合物重複單元之化學結構、其密度及結晶度程度以及晶體及/或聚合物鏈之排列來判定。在此等因素中，晶體或聚合物鏈排列可占主導。在結晶或半結晶聚合物薄膜及纖維中，壓電回應可與晶體定向之水準或程度相關，而鏈排列之水準或程度可在非晶形聚合物中產生類似壓電回應。

所施加應力可用於在聚合物薄膜或纖維內產生晶體或聚合物鏈之較佳排列，並且沿著膜或纖維之不同方向誘發折射率及壓電回應之對應修改。如本文中進一步所揭示，在其中聚合物薄膜經拉伸以誘發晶體/聚合物鏈之較佳排列以及折射率及壓電回應之伴隨修改的處理期間，申請人已展示，初始聚合物微結構之選擇可減小經澆鑄薄膜內之聚合物鏈扭結之傾向。在特定具體實例中，聚合物材料可藉由其分子量之雙峰分佈或高多分散性指數進行特徵界定。

根據特定具體實例，申請人已研發出用於形成具有所要壓電回應之光學品質及機械穩固的基於PVDF的聚合物薄膜之聚合物薄膜製造方法。而在PVDF及相關聚合物中，結晶之總程度以及晶體之排列可能由於聚合物鏈扭結而受到限制，使用多分散聚合物原料之澆鑄及拉伸方法可有助於聚合物鏈之解扭結及排列，此可能會促使聚合物薄膜之光學品質及機械韌性之改進以及其壓電效率及回應之改進。

基於PVDF之聚合物薄膜可使用可結晶聚合物形成。實例可結晶聚合物可包括部分，諸如偏二氟乙烯（VDF）、三氟乙烯（TrFE）、氯三氟乙烯（CTFE）、六氟丙烯（HFP）及氟乙烯（VF）。根據各種具體實例，聚合物薄膜可包括前述部分中之一或多者，以及其混合物及共聚物。根據一些具體實例，前述「PVDF族」部分中之一或多者可與低分子量添加劑組合以形成壓電聚合物薄膜。除非上下文另外明確指示，否則如本文中所使用，提及PVDF薄膜包括提及任何含有PVDF族成員之聚合物薄膜。

此類PVDF薄膜之可結晶聚合物組分可具有至少大致100,000 g/mol之分子量（「高分子量」），例如，至少大致100,000 g/mol、至少大致150,000 g/mol、至少大致200,000 g/mol、至少大致250,000 g/mol、至少大致300,000 g/mol、至少大致350,000 g/mol、至少大致400,000 g/mol、至少大致450,000 g/mol或至少大致500,000 g/mol，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

「低分子量」聚合物或添加劑可具有小於大致200,000 g/mol之分子量，例如，小於大致200,000 g/mol、小於大致100,000 g/mol、小於大致50,000 g/mol、小於大致25,000 g/mol、小於大致10,000 g/mol、小於大致5000 g/mol、小於大致2000 g/mol、小於大致1000 g/mol、小於大致500 g/mol、小於大致200 g/mol或小於大致100 g/mol，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

實例低分子量添加劑可包括偏二氟乙烯（VDF）、三氟乙烯（TrFE）、氯三氟乙烯（CTFE）、六氟丙烯（HFP）及氟乙烯（VF）之寡聚物及聚合物，以及均聚物、共聚物、三聚合物、衍生物及其組合。此類添加劑可容易可溶於高分子量組分中，並且提供與高分子量組分匹配之折射率。實例添加劑可具有在652.9 nm處量測之自大致1.38至大致1.55之折射率。

低分子量添加劑之分子量可小於高分子量可結晶聚合物之分子量。在一些具體實例中，低分子量聚合物（添加劑）之平均分子量可為高分子量聚合物之平均分子量之大致50%。

根據一些具體實例，另外實例低分子量添加劑可包括潤滑劑。一或多種潤滑劑之添加可提供與PVDF族成員鏈之分子間相互作用及有益較低熔融黏度。實例潤滑劑可包括金屬皂、烴蠟、低分子量聚乙烯、氟聚合物、醯胺蠟、脂肪酸、脂肪醇以及酯。

另外實例低分子量添加劑可包括可具有與PVDF族成員鏈之極性相互作用的寡聚物及聚合物。此類寡聚物及聚合物可包括酯、醚、羥基、磷酸酯、氟、鹵素或腈基團。特定實例包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇及聚乙酸乙烯酯。舉例言之，基於PVDF聚合物及PVDF寡聚物之添加劑可包括反應性基團，諸如乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、環氧基、異氰酸酯、羥基或胺及其類似者。此類添加劑可藉由施加熱或光中之一或多者或藉由與適合催化劑反應來原位固化，即在聚合物薄膜內。

又另外實例極性添加劑可包括離子液體，諸如1-十八基-3-甲基咪唑溴化物、1-丁基-3-甲基咪唑[PF ₆]、1-丁基-3-甲基咪唑[BF ₄]、1-丁基-3-甲基咪唑[FeCl ₄]或[1-丁基-3-甲基咪唑[Cl]。根據一些具體實例，離子液體之量可介於聚合物薄膜之大致1 wt.%至15 wt.%之範圍內。

在一些實例中，低分子量添加劑可包括無機添加劑。無機添加劑可增加聚合物薄膜之壓電效能。實例無機添加劑可包括奈米粒子（例如，陶瓷奈米粒子，諸如PZT、BNT或石英；或金屬或金屬氧化物奈米粒子）、鐵氧體奈米複合物（例如，Fe ₂O ₃-CoFe ₂O ₄），以及水合鹽或金屬鹵化物，諸如LiCl、Al(NO ₃) ₃-9H ₂O、BiCl ₃、硝酸Ce或Y六水合物，或氯酸Mg六水合物。無機添加劑之量可介於聚合物薄膜之大致0.001 wt.%至5 wt.%之範圍內。

大體上，低分子量添加劑可構成聚合物薄膜之至多大致90 wt.%、例如，大致0.001 wt.%、大致0.002 wt.%、大致0.005 wt.%、大致0.01 wt.%、大致0.02 wt.%、大致0.05 wt.%、大致0.1 wt.%、大致0.2 wt.%、大致0.5 wt.%、大致1 wt.%、大致2 wt.%、大致5 wt.%、大致10 wt.%、大致20 wt.%、大致30 wt.%、大致40 wt.%、大致50 wt.%、大致60 wt.%、大致70 wt.%、大致80 wt.%或大致90 wt.%，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

在一些具體實例中，可使用一或多種添加劑。根據特定實例，可在薄膜之處理期間（例如，在澆鑄、拉伸及/或極化期間）使用原始添加劑。其後，可移除原始添加劑且用輔助添加劑替代。舉例言之，在溶劑移除或拉伸製程期間產生的微空隙及巨空隙可由輔助添加劑填充。輔助添加劑可與結晶聚合物折射率匹配且可例如具有介於大致1.38至大致1.55之範圍內的折射率。可藉由在熔融條件下或在溶劑浴中浸泡薄膜來添加輔助添加劑。輔助添加劑可具有小於大致100℃之熔點。

在一些具體實例中，壓電聚合物薄膜可包括抗氧化劑。實例抗氧化劑包括受阻酚、亞磷酸鹽、硫代增效劑、羥胺及寡聚物受阻胺光穩定劑（HALS）。

在某些實例中，高及低分子量聚合物之分子量分佈可獨立地選自單分散、雙峰或多分散。具有雙峰分子量分佈之聚合物（例如，高分子量聚合物）可藉由兩個分子量分佈最大值進行特徵界定，一個在（較）低分子量區中且一個在（較）高分子量區中。

作為聚合物之分子量分佈的寬度之量度的多分散性或不均勻性指數可用於界定聚合物組成物之特徵。多分散性指數（PDI）可經計算為聚合物樣本之重量平均分子量（M _w）與數目平均分子量（M _n）之比，即PDI=M _w/M _n。根據某些具體實例，實例高分子量聚合物可具有至少大致2之多分散性指數，例如，大致2、大致2.5、大致3、大致3.5或大致4，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

因此，在一些具體實例中，可結晶聚合物及低分子量添加劑可獨立地選擇以包括偏二氟乙烯（VDF）、三氟乙烯（TrFE）、氯三氟乙烯（CTFE）、六氟丙烯（HFP）、氟乙烯（VF），以及均聚物、共聚物、三聚合物、衍生物及其組合。聚合物薄膜之高分子量組分可具有至少100,000 g/mol之分子量，而低分子量添加劑可具有小於200,000 g/mol之分子量且可構成聚合物薄膜之0.1 wt.%至90 wt.%。

根據一個實例，可結晶聚合物可具有至少大致100,000 g/mol之分子量，並且添加劑可具有小於大致25,000 g/mol之分子量。根據另一實例，可結晶聚合物可具有至少大致300,000 g/mol之分子量，並且添加劑可具有小於大致200,000 g/mol之分子量。在一些實例中，術語「分子量」在本文中之使用可指重量平均分子量。

聚合物薄膜可藉由澆鑄自聚合物溶液或熔融物形成。舉例而言，聚合物溶液可包括一或多種高分子量聚合物、一或多種低分子量添加劑及一或多種液體溶劑。如本文中所揭示，聚合物溶液或熔融物可包括（i）高分子量PVDF（及/或其共聚物）及（ii）低分子量PVDF（及/或其共聚物）或其與一或多種低分子量添加劑之混合物的混合物，該等低分子量添加劑包括可混溶聚合物、寡聚物及可固化單體。

適合液體溶劑可包括可至少部分地溶解或實質上使聚合物成分膨脹之化合物或化合物之混合物。在一些具體實例中，液體溶劑在100℃下可具有至少大致10毫托之蒸汽壓力。

液體溶劑（即，「溶劑」）可包括單一溶劑組成物或不同溶劑之混合物。在一些具體實例中，可結晶聚合物在液體溶劑中之溶解度在大致25℃或更大（例如，50℃、75℃、100℃或150℃，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之溫度下可為至少大致0.1 g/100 g（例如，1 g/100 g或10 g/100 g）。溶劑之選擇可影響基於PVDF之聚合物薄膜之最大結晶度及貝塔相含量百分比，此可影響其壓電回應。另外，溶劑之極性可影響聚合物鏈在溶液中扭結之關鍵聚合物濃度。

實例溶劑包括但不限於二甲基甲醯胺（DMF）、環己酮、二甲基乙醯胺（DMAc）、二丙酮醇、二異丁酮、四甲基脲、乙醯乙酸乙酯、二甲亞碸（DMSO）、磷酸三甲酯、N-甲基-2-吡咯酮（NMP）、丁酸內酯、異佛爾酮、磷酸三乙酯、醋酸卡必醇、碳酸伸丙酯、三醋酸甘油酯、鄰苯二甲酸二甲酯、丙酮、四氫呋喃（THF）、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、二醇醚、二醇醚酯及正丁基醋酸。

根據一些具體實例，製造壓電聚合物物件之方法可包括經由孔口擠塑聚合物溶液或熔融物以形成經澆鑄聚合物物件，並且隨後加熱及拉伸經澆鑄聚合物物件。舉例言之，澆鑄方法可提供對溶劑、聚合物濃度及澆鑄溫度中之一或多者之控制，並且可有助於減少聚合物鏈之扭結，且允許聚合物薄膜或纖維在後續變形步驟期間實現較高拉伸比。

具有雙峰分子量或高多分散性指數之聚合物組成物可使用澆鑄操作來形成為單層。替代地，具有雙峰分子量或高多分散性指數之聚合物組成物可與其他聚合物或其他非聚合物材料澆鑄以形成多層薄膜。將單軸或雙軸應力施加至經澆鑄單層或多層薄膜可用於排列聚合物鏈及/或重新定向晶體以在其中誘發機械及壓電異向性。

壓電聚合物薄膜可由包括可結晶聚合物及低分子量添加劑之組成物形成。在特定具體實例中，具有高機電效率之壓電聚合物薄膜可藉由澆鑄來形成。實例方法可包括形成可結晶聚合物及溶劑之溶液、移除溶劑之部分以形成經澆鑄聚合物薄膜，以及接著極化薄膜。溶劑之選擇可有助於例如在定向期間鏈解扭結及相應地聚合物鏈及偶極排列。在澆鑄步驟期間，溶液可包括至少大致25 wt.%溶劑，例如，至少大致50 wt.%、至少大致70 wt.%、至少大致80 wt.%、至少大致90 wt.%或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍。溶液可直接澆鑄至表面上且至少部分地經乾燥，或溶液可經加熱及冷卻以形成澆鑄至表面上之凝膠。適合表面可包括滾筒或傳動帶。在定向步驟期間，經澆鑄聚合物可包括小於大致10 wt.%液體溶劑。

在澆鑄之後，PVDF膜可單軸或雙軸定向為單層或多層以形成壓電異向性膜。異向性聚合物薄膜可使用經組態以在其一或多個不同區內在至少一個平面內方向上加熱及拉伸聚合物薄膜之薄膜定向系統來形成。在一些具體實例中，薄膜定向系統可經組態以沿著僅一個平面內方向拉伸聚合物薄膜，即可結晶聚合物薄膜。舉例而言，薄膜定向系統可經組態以沿著x方向將平面內應力施加至聚合物薄膜，同時允許薄膜沿著正交平面內方向（即，沿著y方向）鬆弛。在某些實例中，聚合物薄膜之鬆弛可伴隨沿著鬆弛方向不存在所施加應力。

根據一些具體實例，在實例系統內，聚合物薄膜可橫向於通過系統之膜行進之方向經加熱及拉伸。在此類具體實例中，聚合物薄膜可藉由複數個可移動夾片沿著相對邊緣固持，該等可移動夾片沿著發散軌道系統可滑動地安置，使得聚合物薄膜在其沿著加工方向（MD）移動時經由薄膜定向系統之加熱及變形區域而在橫向方向（TD）上拉伸。在一些具體實例中，橫向方向上之拉伸速率及加工方向上之鬆弛速率可獨立地且經局部地控制。在某些具體實例中，大規模生產可例如使用輥對輥製造平台來實現。

在某些態樣中，可沿著聚合物薄膜之縱向或橫向尺寸均勻地或非均勻地施加張應力。聚合物薄膜之加熱可伴隨張應力之應用。舉例而言，可將半結晶聚合物薄膜加熱至大於室溫（~23℃）之溫度以有助於薄膜之變形以及其中之晶體及/或聚合物鏈之形成及重新排列。

聚合物薄膜之溫度可在拉伸動作之前、期間及/或之後（即，在預加熱區域或預加熱區域下游之變形區域內）維持在所要值或在所要範圍內，以便改進聚合物薄膜相對於未加熱聚合物薄膜之變形性。變形區域內之聚合物薄膜之溫度可小於、等於或大於預加熱區域內之聚合物薄膜之溫度。

在一些具體實例中，可在整個拉伸動作中將聚合物薄膜加熱至恆定溫度。在一些具體實例中，可將聚合物薄膜之不同區域加熱至不同溫度，即，在施加張應力期間及/或之後。在某些具體實例中，回應於所施加張應力而實現的應變可為至少大致20%，例如，大致20%、大致50%、大致100%、大致200%、大致400%、大致500%、大致1000%、大致2000%、大致3000%，或大致4000%或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

在各個實例中，經拉伸聚合物物件沿著其拉伸方向之彈性模數可與拉伸比成比例。較高拉伸比可有效地展開相對彈性層狀聚合物晶體且增加所得壓電聚合物物件內之晶體排列程度。

在一些具體實例中，聚合物薄膜內之結晶含量可在拉伸動作期間增加。在一些具體實例中，拉伸可在聚合物薄膜內更改晶體之定向而不實質上改變結晶含量。

將單軸或雙軸應力施加至單層或多層薄膜可用於排列聚合物鏈及/或定向晶體以誘發光學及機械異向性。此類薄膜可用於製造異向性壓電基板、雙折射基板、高帕松比薄膜、反射偏極化器、雙折射鏡及其類似者，並且可併入至AR/VR組合器中或用於提供顯示亮度增強。

壓電聚合物薄膜可藉由將應力施加至經澆鑄聚合物薄膜或纖維來形成。在一些具體實例中，具有雙峰分子量分佈或高多分散性指數之聚合物薄膜可經拉伸至比比較聚合物薄膜（例如，缺乏低分子量添加劑）之拉伸比更大的拉伸比。在一些實例中，拉伸比可大於4，例如，5、10、20、40或更多。拉伸動作可包括單一拉伸步驟或複數個（即，連續）拉伸步驟，其中拉伸溫度及應變率中之一或多者可獨立地受控制。

形成壓電聚合物薄膜之實例方法可包括用至少大致400%（例如，400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%，或2000%或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之拉伸比單軸定向經澆鑄聚合物薄膜。形成壓電聚合物薄膜之另外實例方法可包括沿著每一平面內方向用至少大致400%（例如，400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%，或2000%或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之獨立拉伸比雙軸定向經澆鑄聚合物薄膜。

在不希望受理論束縛之情況下，一或多種低分子量添加劑可在整個澆鑄及拉伸製程中與高分子量聚合物相互作用，以有助於較少鏈扭結及較佳鏈排列，並且在一些實例中，在聚合物薄膜內產生較高結晶含量。即，具有雙峰分子量分佈或高多分散性指數之組成物可經澆鑄以形成薄膜，該薄膜可經拉伸以經由晶體及/或鏈重新排列誘發機械及壓電異向性。拉伸可包括單軸應力或雙軸應力之施加。在一些具體實例中，平面內雙軸應力之施加可同時或依序執行。在一些具體實例中，低分子量添加劑可在澆鑄期間有益地減小聚合物組成物之牽伸溫度。在一些具體實例中，聚合物薄膜可藉由壓延或擠塑來拉伸。

在實例方法中，在拉伸期間，可將聚合物薄膜加熱至自大致60℃至大致170℃之溫度，並且在自大致0.1%/sec至大致300%/sec之應變率下拉伸該聚合物薄膜。此外，溫度及應變率中之一者或兩者可在拉伸動作期間保持恆定或變化。舉例而言，在說明性但非限制性實例中，聚合物薄膜可在第一溫度及第一應變率（例如，130℃及50%/sec）下拉伸以實現第一拉伸比。隨後，聚合物薄膜之溫度可增加至第二溫度（例如，165℃），並且應變率可減小至第二應變率（例如，5%/sec）以實現第二拉伸比。

在聚合物薄膜之變形之後，可維持加熱持續預定時間量，之後冷卻聚合物薄膜。冷卻動作可包括允許聚合物薄膜在設定冷卻速率下或藉由淬滅（諸如藉由用低溫氣體吹掃）自然地冷卻，此可使聚合物薄膜熱穩定。

拉伸PVDF族膜可形成阿爾發相及貝塔相晶體，但僅經排列貝塔相晶體促成壓電回應。在拉伸製程期間及/或之後，電場可施加至聚合物薄膜。電場之施加（即，極化）可誘發貝塔相晶體在膜內之形成及排列。儘管較低電場（＜50 V/微米）可經施加以排列貝塔相晶體，但較高電場（≥50 V/微米）可經施加以既誘發自阿爾發相至貝塔相之相變又促進貝塔相晶體之排列。

在一些具體實例中，在拉伸之後，聚合物薄膜可經退火。退火可在固定或可變拉伸比及/或固定或可變所施加應力下執行。實例退火溫度可大於大致80℃，例如，100℃、130℃或170℃，包括在前述值中之任一者之間的範圍。在不希望受理論束縛之情況下，退火可使聚合物鏈之定向穩定且減小聚合物薄膜收縮之傾向。

在變形之後，晶體或鏈可至少部分地與所施加張應力之方向對準。因而，聚合物薄膜可展現高度雙折射率、高度光學清晰度、小於大致10%之體霧度、高壓電係數（例如，大於5 pC/N之d ₃₁）及/或高機電耦合因數（例如，大於0.1之k ₃₁）。

此類經拉伸聚合物薄膜可展現較高結晶度及較高模數。藉助於實例，具有雙峰分子量分佈之經定向聚合物薄膜可具有大於大致2 GPa之平面內模數，例如，3 GPa、5 GPa、10 GPa、12 GPa或15 GPa，包括在前述值中之任一者之間的範圍，以及大於5 pC/N之壓電係數（d ₃₁）。高壓電效能可與PVDF族聚合物中貝塔相晶體之產生及排列相關聯。

關於前述內容，機電耦合因數k _ij可指示壓電材料可將電能轉化成機械能或反之亦然之有效性。對於聚合物薄膜，機電耦合因數k ₃₁可表示為k ₃₁=

，其中d ₃₁為壓電應變係數，e ₃₃為厚度方向上之介電電容率，並且s ₃₁為加工方向上之順應性。k ₃₁之較高值可藉由在拉伸之前將聚合物鏈解扭結以及促進結晶相內之偶極矩排列來實現。在一些具體實例中，聚合物薄膜可藉由機電耦合因數k ₃₁進行特徵界定，該機電耦合因數為至少大致0.1，例如，0.1、0.2、0.3或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

根據各種具體實例，異向性聚合物薄膜可包括纖維、非晶形、部分結晶或完全結晶狀材料。此類材料亦可為機械異向性的，其中選自抗壓強度、抗張強度、剪切強度、屈服強度、剛度、硬度、韌性、延展性、機械加工性、熱膨脹、壓電回應及蠕變行為之一或多個特徵可為方向依賴性的。

拉伸及相關聯鏈/晶體排列可伴隨有極化以形成具有高機電效率之聚合物薄膜或纖維。拉伸及極化之動作可依序、同時或以重疊方式執行。電場可在拉伸動作期間及/或之後施加至聚合物物件。藉助於實例，在拉伸期間及/或之後，聚合物薄膜可藉由跨越其厚度尺寸施加至少大致50 V/微米（例如，50 V/微米、75 V/微米、100 V/微米或150 V/微米，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之電壓來極化。

根據另外具體實例，聚合物物件可曝露於光化輻射。舉例言之，聚合物薄膜可在極化之前、期間及/或之後曝露於光化輻射。此外，光化輻射曝露可在拉伸動作之前、期間及/或之後發生。適合光化輻射之實例包括伽瑪、貝塔、及阿爾發輻射、電子射束、UV光及x射線。

根據一些實例，壓延製程可用於在室溫下或在高溫下定向聚合物鏈。壓延可包括在旋轉滾筒之間饋入乾燥或實質上乾燥之聚合物材料（即，樹脂），該等旋轉滾筒壓縮及固結樹脂以形成膜。可接著拉伸膜。

根據另外實例，固態擠塑製程可用於定向聚合物鏈。在實例製程中，乾燥或實質上乾燥之聚合物材料可經熱壓以形成在適合擠塑溫度下經由固態擠塑系統（即，擠塑機）饋入之所要形狀。舉例言之，固態擠塑機可包括分叉型噴嘴。熱壓溫度及擠塑溫度可各自小於大致190℃。即，熱壓溫度及擠塑溫度可獨立地選自180℃、170℃、160℃、150℃、130℃、110℃、90℃，或80℃，包括在前述值中之任一者之間的範圍。根據特定具體實例，經擠塑聚合物材料可例如使用擠塑後單軸拉伸製程來進一步拉伸。液體溶劑可在拉伸及定向之前、期間或之後部分地或完全地移除。

舉例言之，壓電聚合物薄膜之結晶含量可包括聚(偏二氟乙烯)、聚(三氟乙烯)、聚(氯三氟乙烯)、聚(六氟丙烯)及/或聚(氟乙烯)之晶體，但涵蓋另外結晶聚合物材料，其中在一些實例中，「結晶」或「半結晶」聚合物薄膜中之結晶相可構成聚合物薄膜之至少大致1%。舉例而言，聚合物薄膜之結晶含量（例如，貝塔相含量）可為至少大致1%，例如，1%、2%、4%、10%、20%、40%、60%，或80%，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

在一些具體實例中，諸如聚合物薄膜之壓電聚合物物件可沿著至少一個方向（例如，長度或寬度）具有至少大致5 GPa（例如，5 GPa、10 GPa、20 GPa，或30 GPa或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之楊氏模數。在一些具體實例中，壓電聚合物物件可沿著一對平面內方向（例如，長度及寬度）中之每一者具有可獨立地為至少大致5 GPa（例如，5 GPa、10 GPa、20 GPa，或30 GPa或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之楊氏模數。壓電聚合物物件可藉由沿著至少一個方向的至少大致20 pC/N（例如，20 pC/N、30 pC/N，或40 pC/N或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍）之壓電係數進行特徵界定。

本發明所揭示之異向性基於PVDF之聚合物薄膜可經特徵界定為光學品質聚合物薄膜，並且可形成光學元件或併入至光學元件中作為可致動層。光學元件可用於各種顯示裝置中，諸如虛擬實境（VR）及擴增實境（AR）眼鏡及頭戴耳機。此等及其他光學元件之效率可取決於光學清晰度及/或壓電回應之水準。

根據各種具體實例，「光學品質薄膜」或「光學品質聚合物薄膜」在一些實例中可藉由在可見光譜內之透射率進行特徵界定，該透射率為至少大致20%，例如20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%，包括在前述值中之任一者之間的範圍，以及藉由小於大致10%之體霧度進行特徵界定，例如0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、4%、6%或8%體霧度，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

在另外具體實例中，光學品質基於PVDF之聚合物薄膜可併入至多層結構中，諸如ABAB多層中之「A」層。另外多層架構可包括AB、ABA、ABAB或ABC組態。每一B層（及每一C層，若提供）可包括另外聚合物組成物，諸如聚乙烯。根據一些具體實例，B（及C）層可為導電的且可包括例如氧化銦錫（ITO）或聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)。

在單層或多層架構中，每一PVDF族層可具有介於大致100 nm至大致5 mm之範圍內的厚度，例如，100、200、500、1000、2000、5000、10000、20000、50000、100000、200000、500000、1000000、2000000或5000000 nm，包括在前述值中之任一者之間的範圍。多層堆疊可包括兩個或更多個此類層。在一些具體實例中，PVDF層或薄膜之密度可介於大致1.7 g/cm ³至大致1.9 g/cm ³之範圍內，例如，1.7、1.75、1.8、1.85或1.9 g/cm ³，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

根據一些具體實例，異向性PVDF族聚合物薄膜之面積尺寸（即，長度及寬度）可獨立地介於大致5 cm至大致50 cm或更多之範圍內，例如5、10、20、30、40，或50 cm或更多，包括在前述值中之任一者之間的範圍。實例壓電聚合物薄膜可具有大致5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、20 cm×20 cm、50 cm×50 cm、5 cm×10 cm、10 cm×20 cm、10 cm×50 cm等之面積尺寸。

如本文中所使用，術語「聚合物薄膜」及「聚合物層」可互換使用。此外，除非上下文另外明確指示，否則提及「聚合物薄膜」或「聚合物層」可包括提及「多層聚合物薄膜」。

因此，本揭示內容之態樣係關於具有高壓電回應及改進之機械性質（包括強度及韌性）的單層或多層聚合物薄膜之形成。改進之機械性質還可包括改進之尺寸穩定性，以及符合諸如透鏡之具有複曲率之表面的改進之順應性。

來自本文中所描述之具體實例中之任一者的特徵可根據本文中所描述之一般原理彼此組合使用。在結合隨附圖式及申請專利範圍讀取以下詳細描述後，就將更全面理解此等及其他具體實例、特徵及優點。

下文將參考圖1-5提供具有高多分散性及高模數之壓電聚合物之製造及特徵界定的概述，以及將此類聚合物併入至光學系統中之概念。與圖1-3相關聯之論述係關於用於生產適合於多種光學、機械及光學機械應用之高強度及高模數壓電聚偏二氟乙烯薄膜及纖維的實例製造範例。與圖4及圖5相關聯之論述係關於例示性虛擬實境及擴增實境裝置，其可包括一或多個壓電聚合物薄膜。

結合各種具體實例，可參考與薄膜定向系統之加工方向（MD）、橫向方向（TD）以及法線方向（ND）對準且可分別對應於聚合物薄膜之長度、寬度及厚度尺寸的三個相互正交軸線描述聚合物薄膜。在本揭示內容之各種具體實例及實例中，加工方向可對應於聚合物薄膜之y方向，橫向方向可對應於聚合物薄膜之x方向，並且法線方向可對應於聚合物薄膜之z方向。

用於形成壓電聚合物薄膜之單級薄膜定向系統示意性地展示在圖1中。系統100可包括用於接收及預加熱聚合物薄膜105之可結晶部分110的薄膜輸入區域130、用於輸出聚合物薄膜105之經結晶及經定向部分115的薄膜輸出區域138，以及在輸入區域130與輸出區域138之間延伸的夾片陣列120，該夾片陣列經組態以夾片持及導引聚合物薄膜105通過系統100，即自輸入區域130至輸出區域138。夾片陣列120可包括可滑動地安置在第一軌道125上之複數個可移動第一夾片124及可滑動地安置在第二軌道127上之複數個可移動第二夾片126。

聚合物薄膜105可包括單一聚合物層或多個（例如，交替）層之第一及第二聚合物，諸如多層ABAB…結構。替代地，聚合物薄膜105可包括具有可結晶聚合物薄膜及直接上伏於可結晶聚合物薄膜之高帕松比聚合物薄膜的複合架構（未單獨地展示）。在一些具體實例中，聚合物薄膜複合物可包括可逆地層壓至或列印在單一可結晶聚合物薄膜或多層聚合物薄膜上的高帕松比聚合物薄膜。

在操作期間，接近於輸入區域130，夾片124、126可附連至聚合物薄膜105之各別邊緣部分，其中位於給定軌道125、127上之相鄰夾片可分別以夾片間間距151、152安置。為簡單起見，在所說明視圖中，沿著輸入區域130內之第一軌道125的夾片間間距151可等效於或實質上等效於沿著輸入區域130內之第二軌道127的夾片間間距152。如應瞭解，在替代具體實例中，在輸入區域130內，沿著第一軌道125之夾片間間距151可不同於沿著第二軌道127之夾片間間距152。

除輸入區域130及輸出區域138之外，系統100亦可包括一或多個額外區域132、134、136等，其中以下中之每一者：（i）聚合物薄膜105之平移速率；（ii）第一軌道125及第二軌道127之形狀；（iii）第一軌道125與第二軌道127之間的間距；（iv）夾片間間距151-156；以及（v）聚合物薄膜105之局部溫度等可獨立地受控制。

在實例製程中，在其藉由夾片124、126導引通過系統100時，聚合物薄膜105可在區域130、132、134、136、138中之每一者內加熱至所選擇溫度。可使用更少或更多數目個熱控制區域。如所說明，在區域132內，第一軌道125及第二軌道127可沿著橫向方向發散，使得聚合物薄膜105可在加熱至例如大於其玻璃化轉變溫度（T _g）但小於熔融起始點的溫度時在橫向方向上拉伸。在一些具體實例中，橫向拉伸比（橫向方向上之應變/加工方向上之應變）可為大致10或更大，例如，10、15、20、25或30，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

根據某些具體實例，聚合物薄膜可至少部分歸因於其組分之高分子量而在不斷裂之情況下拉伸10倍或更多。特定言之，高分子量聚合物允許薄膜在較高溫度下拉伸，此可減小鏈扭結且在經拉伸薄膜中產生較高模數、高透明度及低混濁度之所要組合。

仍參考圖1，在區域132內，第一軌道125上之相鄰第一夾片124之間的間距153及第二軌道127上之相鄰第二夾片126之間的間距154可相對於輸入區域130內之各別夾片間間距151、153減小。在某些具體實例中，夾片間間距153、154自初始間距151、152之減小可大致按橫向拉伸比之平方根進行比例調整。實際比可取決於聚合物薄膜之帕松比以及對經拉伸薄膜之要求，包括平坦度、厚度等。因此，在一些具體實例中，垂直於拉伸方向之聚合物薄膜之平面內軸線可鬆弛等於拉伸方向上之拉伸比之平方根的量。藉由相對於夾片間間距151、152減小夾片間間距153、154，可允許聚合物薄膜沿著加工方向鬆弛，同時沿著橫向方向拉伸。

可在每一加熱區域內控制聚合物薄膜之溫度。舉例言之，在拉伸區域132內，可例如在子區域165、170內恆定或獨立地控制聚合物薄膜105之溫度。在一些具體實例中，可在經拉伸聚合物薄膜105進入區域134時減小聚合物薄膜105之溫度。在區域132內之拉伸動作之後迅速地減小溫度（即，熱淬滅）可增強聚合物薄膜105之順應性。在一些具體實例中，聚合物薄膜105可為熱穩定的，其中可在拉伸後區域134、136、138中之每一者內控制聚合物薄膜105之溫度。聚合物薄膜之溫度可藉由強制熱對流或藉由輻射（例如，IR輻射）或其組合控制。

在拉伸區域132下游，根據一些具體實例，在假定恆定分隔距離（例如，在輸出區域138內）之前，第一軌道125與第二軌道127之間的橫向距離可保持恆定或如所說明初始地減小（例如，在區域134及區域136內）。在相關脈絡中，拉伸區域132下游之夾片間間距可相對於沿著第一軌道125之夾片間間距153及沿著第二軌道127之夾片間間距154增加或減小。舉例言之，沿著輸出區域138內之第一軌道125的夾片間間距155可小於拉伸區域132內之夾片間間距153，並且沿著輸出區域138內之第二軌道127的夾片間間距156可小於拉伸區域132內之夾片間間距154。根據一些具體實例，可藉由改變線性步進馬達線上之夾片之局部速度或藉由使用將夾片連接至對應軌道之附接及可變夾片間距機構來控制該等夾片之間的間距。

另外實例薄膜定向方法示意性地描繪在圖2中。在方法200中，聚合物薄膜205可包括可結晶部分210，其在作為經定向聚合物薄膜240離開該方法之前在加熱區域220內加熱且在拉伸區域230內拉伸。在所說明實例中，聚合物薄膜205可沿著橫向方向（TD）拉伸至大致5.5x初始寬度之最終寬度。

在拉伸動作期間，聚合物薄膜205可沿著加工方向（MD）鬆弛。舉例而言，聚合物薄膜205可沿著加工方向鬆弛聚合物之帕松比之至少大致10%，例如，聚合物薄膜之帕松比之10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或99%，包括在前述值中之任一者之間的範圍。

用於拉伸及定向聚合物薄膜之替代方法及設備展示在圖3中。在方法300中，具有可結晶部分310之聚合物薄膜305進入薄膜定向裝置330且使用機械或化學構件（諸如夾片或可逆黏著劑系統（圖中未示））來附連至導引元件320。在導引件320發散時，聚合物薄膜305可經加熱且接著沿著橫向方向拉伸。在拉伸動作期間，薄膜定向設備330之幾何形狀可使平移速率沿著加工方向局部減小，此可允許聚合物薄膜之伴隨鬆弛（即，沿著加工方向）。聚合物薄膜可與區350內之導引元件330分離以形成經拉伸及經定向聚合物薄膜340。

揭示壓電聚合物及製造例如薄膜及纖維之壓電聚合物之方法，該等壓電聚合物沿著至少一個方向展現較高模數且相應地展現其壓電回應之伴隨增強。壓電回應可藉由將聚合物材料預拉伸至極高拉伸比來改進，此可展開彈性層狀聚合物晶體且重新定向聚合物基質內之微晶及/或聚合物鏈。

對於許多低分子量聚合物，必需拉伸水準典型地導致斷裂或空洞，從而損害光學品質。另外，高分子量聚合物之鏈扭結及高黏度特徵可限制其可處理性。此外，高拉伸比可限制經拉伸薄膜及纖維之最大可實現厚度。根據各種具體實例，申請人已展示，高模數薄膜及纖維可由適合超高或高分子量材料（MW＞350道爾頓）及中等、低或極低分子量可混溶聚合物、寡聚物或可固化單體（MW＜300道爾頓）之多分散混合物產生。

實例聚合物系統中超高及高MW組分與中等至極低MW組分之比可介於大致70:30至大致99:1之範圍內。相比於比較聚合物組成物，可實現大於10之拉伸比。此外，拉伸可在較高溫度下執行，視情況與曝露於光化輻射結合，此可減小鏈扭結之傾向且使得能夠形成具有高模數而不誘發實質上不透明度或混濁度之薄膜及纖維。實例聚合物可包括PVDF及其共聚物，諸如PVDF-TrFE。 實施例具體實例

實施例1：一種壓電聚合物物件，其沿著該聚合物物件之至少一個尺寸具有至少大致5 GPa之楊氏模數。

實施例2：如實施例1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之該楊氏模數沿著該聚合物物件之一對相互正交之平面內軸線中之每一者為至少大致5 GPa。

實施例3：如實施例1及2中任一項之壓電聚合物物件，其中該壓電聚合物包括聚偏二氟乙烯。

實施例4：如實施例1至3中任一項之壓電聚合物物件，其中該壓電聚合物係藉由至少大致2之多分散性指數進行特徵界定。

實施例5：如實施例1至4中任一項之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包括薄膜。

實施例6：如實施例1至5中任一項之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包括具有單軸定向之薄膜，該薄膜係藉由至少大致400%之一拉伸比進行特徵界定。

實施例7：如實施例1至6中任一項之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包括具有雙軸定向之薄膜，該薄膜係藉由沿著每一定向的至少大致400%之拉伸比進行特徵界定。

實施例8：如實施例1至7中任一項之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之壓電係數沿著該聚合物物件之至少一個尺寸為至少大致20 pC/N。

實施例9：如實施例1至8中任一項之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件係藉由在550 nm下之至少大致80%透明度及小於大致10%體霧度進行特徵界定。

實施例10：一種壓電聚合物物件，其具有至少大致2之多分散性指數及至少大致5 GPa之楊氏模數。

實施例11：如實施例10之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之壓電係數沿著該聚合物物件之至少一個尺寸為至少大致20 pC/N。

實施例12：一種方法包括沿著至少一個方向將張應力施加至聚合物薄膜，並且該張應力之量可有效地在該聚合物薄膜中誘發至少大致500%應變且形成壓電聚合物物件，其中該聚合物薄膜包括小於大致10 wt.%液體溶劑。

實施例13：如實施例12之方法，其中該聚合物薄膜包括高分子量聚合物與低分子量聚合物及寡聚物中之一或多者的混合物。

實施例14：如實施例12及13中任一項之方法，其中該聚合物薄膜包括聚偏二氟乙烯。

實施例15：如實施例12至14中任一項之方法，其中該聚合物薄膜之組成物係藉由至少大致2之多分散性指數進行特徵界定。

實施例16：如實施例12至15中任一項之方法，其中該聚合物薄膜之組成物係藉由雙峰分子量分佈進行特徵界定。

實施例17：如實施例12至16中任一項之方法，其進一步包括在施加該張應力時跨越該聚合物薄膜之厚度尺寸施加電場。

實施例18：如實施例12至17中任一項之方法，其進一步包括跨越該聚合物薄膜之厚度尺寸施加至少大致50 V/微米之電場。

實施例19：如實施例12至18中任一項之方法，其進一步包括用光化輻射來輻照該聚合物薄膜。

實施例20：如實施例12至19中任一項之方法，其進一步包括在選自以下之至少一個時段內用光化輻射來輻照該聚合物薄膜：（a）在拉伸之前、（b）在該拉伸期間，以及（c）在該拉伸之後。

本揭示內容之具體實例可包括各種類型之人工實境系統或結合各種類型之人工實境系統加以實施。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調節的實境形式，其可包括例如虛擬實境、擴增實境、混合實境、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全由電腦產生之內容或與經捕獲（例如，真實世界）內容組合之電腦產生之內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如對觀看者產生三維（3D）效應之立體聲視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中產生內容及/或以其他方式用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。

人工實境系統可以各種不同外觀尺寸及組態來實施。一些人工實境系統可經設計以在無近眼顯示器（NED）之情況下工作。其他人工實境系統可包括NED，該NED亦提供對真實世界（諸如圖4中之擴增實境系統400）之可視性或讓使用者在視覺上沉浸在人工實境（諸如圖5中之虛擬實境系統500）中。雖然一些人工實境裝置可為自含式系統，但其他人工實境裝置可與外部裝置通信及/或協調以向使用者提供人工實境體驗。此類外部裝置之實例包括手持式控制器、行動裝置、桌上型電腦、由使用者配戴之裝置、由一或多個其他使用者配戴之裝置，及/或任何其他適合之外部系統。

轉至圖4，擴增實境系統400可包括具有框架410之眼鏡裝置402，該框架經組態以將左側顯示裝置415(A)及右側顯示裝置415(B)固持在使用者眼睛前方。顯示裝置415(A)及415(B)可共同地或獨立地起作用以向使用者呈現影像或一系列影像。雖然擴增實境系統400包括兩個顯示器，但本揭示內容之具體實例可實施在具有單一NED或多於兩個NED之擴增實境系統中。

在一些具體實例中，擴增實境系統400可包括一或多個感測器，諸如感測器440。感測器440可回應於擴增實境系統400之運動而產生量測信號，並且可位於框架410之實質上任何部分上。感測器440可表示多種不同感測機構中之一或多者，該等感測機構諸如位置感測器、慣性量測單元（IMU）、深度攝影機總成、結構化光發射器及/或偵測器，或其任何組合。在一些具體實例中，擴增實境系統400可包括或可不包括感測器440或可包括多於一個感測器。在其中感測器440包括IMU之具體實例中，IMU可基於來自感測器440之量測信號而產生校準資料。感測器440之實例可包括但不限於加速計、陀螺儀、磁力計、偵測運動之其他適合類型之感測器、用於IMU之誤差校正的感測器，或其某一組合。

在一些實例中，擴增實境系統400亦可包括具有共同地被稱作聲音換能器420之複數個聲音換能器420(A)-420(J)的麥克風陣列。聲音換能器420可表示偵測由聲波誘發之氣壓變化的換能器。每一聲音換能器420可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉化為電子格式（例如，類比或數位格式）。圖4中之麥克風陣列可包括例如十個聲音換能器：420(A)及420(B)，其可經設計以置放在使用者之對應耳朵內部；聲音換能器420(C)、420(D)、420(E)、420(F)、420(G)及420(H)，其可定位在框架410上之各種位置處；及/或聲音換能器420(I)及420(J)，其可定位在對應頸帶405上。

在一些具體實例中，聲音換能器420(A)-(J)中之一或多者可用作輸出換能器（例如，揚聲器）。舉例言之，聲音換能器420(A)及/或420(B)可為耳塞或任何其他適合類型之耳機或揚聲器。

麥克風陣列之聲音換能器420之組態可不同。雖然擴增實境系統400在圖4中展示為具有十個聲音換能器420，但聲音換能器420之數目可大於或小於十。在一些具體實例中，使用較大數目個聲音換能器420可增加所收集之音訊資訊之量及/或音訊資訊之敏感度及準確度。相比之下，使用較低數目個聲音換能器420可減小相關聯控制器450處理所收集音訊資訊所需之計算能力。另外，麥克風陣列之每一聲音換能器420之位置可不同。舉例言之，聲音換能器420之位置可包括關於使用者之經界定位置、關於框架410之經界定座標、與每一聲音換能器420相關聯之定向，或其某一組合。

聲音換能器420(A)及420(B)可定位在使用者耳朵之不同部分上，諸如耳廓後方、耳屏後方及/或在耳廓或窩內。或者，除耳道內部之聲音換能器420之外，耳朵上或周圍亦可存在額外聲音換能器420。使聲音換能器420緊鄰使用者之耳道定位可使得麥克風陣列能夠收集關於聲音如何到達耳道之資訊。藉由將聲音換能器420中之至少兩者定位在使用者頭部之任一側上（例如，作為雙耳麥克風），擴增實境裝置400可模擬雙耳聽覺且捕獲使用者頭部周圍的3D立體聲聲場。在一些具體實例中，聲音換能器420(A)及420(B)可經由有線連接430連接至擴增實境系統400，並且在其他具體實例中，聲音換能器420(A)及420(B)可經由無線連接（例如，藍芽連接）連接至擴增實境系統400。在另其他具體實例中，聲音換能器420(A)及420(B)可根本不結合擴增實境系統400來使用。

框架410上之聲音換能器420可以多種不同方式定位，包括沿著鏡腿之長度、跨越橋接件、在顯示裝置415(A)及415(B)上方或下方，或其某一組合。聲音換能器420亦可經定向以使得麥克風陣列能夠在環繞佩戴擴增實境系統400之使用者的廣泛範圍之方向上偵測聲音。在一些具體實例中，可在擴增實境系統400之製造期間執行最佳化製程以判定麥克風陣列中之每一聲音換能器420的相對定位。

在一些實例中，擴增實境系統400可包括或連接至外部裝置（例如，成對裝置），諸如頸帶405。頸帶405通常表示任何類型或形式之成對裝置。因此，頸帶405之以下論述亦可適用於各種其他成對裝置，諸如充電箱、智慧型手錶、智慧型手機、腕帶、其他可穿戴裝置、手持式控制器、平板電腦、膝上型電腦、其他外部計算裝置等。

如所展示，頸帶405可經由一或多個連接器耦合至眼鏡裝置402。連接器可為有線或無線的，並且可包括電及/或非電（例如，結構化）組件。在一些情況下，眼鏡裝置402及頸帶405可在其間無任何有線或無線連接之情況下獨立地操作。雖然圖4說明處於眼鏡裝置402及頸帶405上之實例位置中之眼鏡裝置402及頸帶405的組件，但該等組件可位於其他地方及/或以不同方式分佈在眼鏡裝置402及/或頸帶405上。在一些具體實例中，眼鏡裝置402及頸帶405之組件可位於與眼鏡裝置402、頸帶405或其某一組合配對的一或多個額外外圍裝置上。

使諸如頸帶405之外部裝置與擴增實境眼鏡裝置配對可使得眼鏡裝置能夠實現一副眼鏡之外觀尺寸，同時仍為擴展能力提供足夠的電池功率及計算能力。擴增實境系統400之電池功率、計算資源及/或額外特徵中之一些或全部可由成對裝置提供或在成對裝置與眼鏡裝置之間共用，因此整體上縮減眼鏡裝置之重量、熱分佈及外觀尺寸，同時仍保持所要功能性。舉例言之，頸帶405可允許原本將包括在眼鏡裝置上之組件包括在頸帶405中，此係因為使用者可在其肩部上承受比其將在其頭部上承受的更重的重量負載。頸帶405亦可具有較大表面積，以在該表面積之上將熱擴散且分散至周圍環境。因此，頸帶405可允許比獨立眼鏡裝置上可能另外存在的電池及計算容量大的電池及計算容量。由於頸帶405中所攜載之重量相比於眼鏡裝置402中所攜載之重量對於使用者之侵入性可更小，因此使用者可承受佩戴較輕眼鏡裝置且承受攜載或佩戴成對裝置之時間長度大於使用者將承受佩戴較重的獨立式眼鏡裝置之時間長度，由此使得使用者能夠將人工實境環境更充分地併入至其日常活動中。

頸帶405可以通信方式與眼鏡裝置402及/或其他裝置耦合。此等其他裝置可向擴增實境系統400提供某些功能（例如，追蹤、定位、深度映射、處理、儲存等）。在圖4之具體實例中，頸帶405可包括兩個聲音換能器（例如，420(I)及420(J)），其為麥克風陣列之部分（或可能形成其自身的麥克風子陣列）。頸帶405亦可包括控制器425及電源435。

頸帶405之聲音換能器420(I)及420(J)可經組態以偵測聲音且將經偵測聲音轉化成電子格式（類比或數位）。在圖4之具體實例中，聲音換能器420(I)及420(J)可定位在頸帶405上，由此增加頸帶聲音換能器420(I)及420(J)與定位在眼鏡裝置402上之其他聲音換能器420之間的距離。在一些情況下，增加麥克風陣列之聲音換能器420之間的距離可改進經由麥克風陣列執行之波束成形之準確度。舉例言之，若聲音係由聲音換能器420(C)及420(D)偵測到且聲音換能器420(C)與420(D)之間的距離大於例如聲音換能器420(D)與420(E)之間的距離，則經偵測聲音之經判定源位置可比聲音係由聲音換能器420(D)及420(E)偵測到之情況更準確。

頸帶405之控制器425可處理由頸帶405及/或擴增實境系統400上之感測器產生的資訊。舉例言之，控制器425可處理來自麥克風陣列之描述由麥克風陣列偵測到之聲音的資訊。對於每一經偵測聲音，控制器425可執行到達方向（DOA）估計以估計經偵測聲音自哪一方向到達麥克風陣列。在麥克風陣列偵測到聲音時，控制器425可用資訊填入音訊資料集。在其中擴增實境系統400包括慣性量測單元之具體實例中，控制器425可根據位於眼鏡裝置402上之IMU計算所有慣性及空間計算。連接器可在擴增實境系統400與頸帶405之間及在擴增實境系統400與控制器425之間傳送資訊。該資訊可呈光學資料、電資料、無線資料或任何其他可傳輸資料形式之形式。將由擴增實境系統400產生的資訊之處理移動至頸帶405可縮減眼鏡裝置402中之重量及熱，從而使該眼鏡裝置對於使用者而言更舒適。

頸帶405中之電源435可向眼鏡裝置402及/或頸帶405提供電力。電源435可包括但不限於鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰原電池、鹼性電池或任何其他形式之電力儲存器。在一些情況下，電源435可為有線電源。將電源435包括在頸帶405上而非眼鏡裝置402上可幫助較佳地分佈由電源435產生之重量及熱。

如所提及，代替將人工實境與實際實境融合，一些人工實境系統可實質上用虛擬體驗來替換使用者對真實世界之感測感知中之一或多者。此類型系統之一個實例為頭戴式顯示系統，諸如圖5中之虛擬實境系統500，其主要或完全地覆蓋使用者之視場。虛擬實境系統500可包括塑形成圍繞使用者頭部裝配之前部剛體502及帶504。虛擬實境系統500亦可包括輸出音訊換能器506(A)及506(B)。此外，雖然圖5中未展示，但前部剛體502可包括一或多個電子元件，其包括一或多個電子顯示器、一或多個慣性量測單元（IMU）、一或多個追蹤發射器或偵測器及/或用於產生人工實境體驗之任何其他適合之裝置或系統。

人工實境系統可包括多種類型之視覺回饋機構。舉例言之，擴增實境系統400及/或虛擬實境系統500中之顯示裝置可包括一或多個液晶顯示器（LCD）、發光二極體（LED）顯示器、、微型LED顯示器、有機LED（OLED）顯示器、數位光投影（DLP）微顯示器、矽上液晶（LCoS）微顯示器，及/或任何其他適合類型的顯示螢幕。此等人工實境系統可包括用於兩個眼睛之單一顯示螢幕或可為每一眼睛提供顯示螢幕，此可允許用於變焦調整或用於校正使用者之屈光不正的額外靈活性。此等人工實境系統中之一些亦可包括具有一或多個透鏡（例如，凹透鏡或凸透鏡、菲涅耳（Fresnel）透鏡、可調整液體透鏡等）之光學子系統，使用者可藉由該等透鏡檢視顯示螢幕。此等光學子系統可用於多種目的，包括使光準直（例如，使物件出現在比其實體距離更大的距離處）、放大光（例如，使物件看起來比其實際大小大）及/或中繼光（將光中繼至例如檢視者之眼睛）。此等光學子系統可用於非光瞳形成架構（諸如直接使光準直但產生所謂的枕形畸變之單透鏡組態）及/或光瞳形成架構（諸如產生所謂的桶形失真以消除枕形畸變之多透鏡組態）中。

除使用顯示螢幕之外或代替使用顯示螢幕，本文中所描述之人工實境系統中之一些亦可包括一或多個投影系統。舉例言之，擴增實境系統400及/或虛擬實境系統500中之顯示裝置可包括微型LED投影儀，其（使用例如波導）將光投影至顯示裝置中，該等顯示裝置諸如允許環境光穿過之清晰的組合器透鏡。顯示裝置可將經投影光朝向使用者瞳孔折射且可使得使用者能夠同時檢視人工實境內容及真實世界兩者。顯示裝置可使用多種不同光學組件中之任一者來實現此情形，該等光學組件包括波導組件（例如，全像、平面、繞射、偏光及/或反射波導元件）、光操縱表面及元件（諸如繞射、反射及折射元件以及光柵）、耦合元件等。人工實境系統亦可經組態成具有任何其他適合類型或形式之影像投影系統，諸如用於虛擬視網膜顯示器中之視網膜投影儀。

本文中所描述之人工實境系統亦可包括各種類型的電腦視覺組件及子系統。舉例言之，擴增實境系統400及/或虛擬實境系統500可包括一或多個光學感測器，諸如二維（2D）或3D攝影機、結構化光傳輸器及偵測器、飛行時間深度感測器、單束或掃掠雷射測距儀、3D LiDAR感測器及/或任何其他適合類型或形式之光學感測器。人工實境系統可處理來自此等感測器中之一或多者之資料以識別使用者之位置、繪製真實世界、向使用者提供關於真實世界環境之情境及/或執行多種其他功能。

本文中所描述之人工實境系統亦可包括一或多個輸入及/或輸出音訊換能器。輸出音訊換能器可包括音圈揚聲器、帶式揚聲器、靜電揚聲器、壓電揚聲器、骨傳導換能器、軟骨傳導換能器、耳屏振動換能器及/或任何其他適合類型或形式之音訊換能器。類似地，輸入音訊換能器可包括電容式麥克風、動態麥克風、帶式麥克風及/或任何其他類型或形式之輸入換能器。在一些具體實例中，單一換能器可用於音訊輸入及音訊輸出兩者。

在一些具體實例中，本文中所描述之人工實境系統亦可包括觸感（即，觸覺）回饋系統，其可併入至頭飾、手套、連體套裝、手持式控制器、環境裝置（例如，座椅、地墊等）及/或任何其他類型之裝置或系統中。觸覺回饋系統可提供各種類型之皮膚回饋，包括振動、力、牽引力、紋理及/或溫度。觸覺回饋系統亦可提供各種類型之動覺回饋，諸如運動及順應性。觸覺回饋可使用馬達、壓電致動器、流體系統及/或各種其他類型之回饋機構來實施。觸覺回饋系統可獨立於其他人工實境裝置、在其他人工實境裝置內及/或結合其他人工實境裝置來實施。

藉由提供觸覺感覺、聽覺內容及/或視覺內容，人工實境系統可在多種情境及環境中產生整個虛擬體驗或增強使用者之真實世界體驗。舉例而言，人工實境系統可在特定環境內輔助或延伸使用者之感知、記憶或認知。一些系統可增強使用者與真實世界中之其他人的互動或可實現與虛擬世界中之其他人的更具沉浸式之互動。人工實境系統亦可用於教學目的（例如，用於在學校、醫院、政府組織、軍事組織、企業等中進行教學或訓練）、娛樂目的（例如，用於播放視訊遊戲、聽音樂、觀看視訊內容等）及/或用於可存取性目的（例如，作為助聽器、視覺輔助物等）。本文中所揭示之具體實例可在此等情境及環境中之一或多者中及/或在其他情境及環境中實現或增強使用者之人工實境體驗。

本文中所描述及/或說明之製程參數及步驟序列僅作為實例給出且可按需要變化。舉例言之，雖然本文中所說明及/或描述之步驟可以特定次序展示或論述，但此等步驟未必需要以所說明或論述之次序執行。本文中所描述及/或說明之各種例示性方法亦可省略本文中所描述或說明之步驟中之一或多者或除所揭示之彼等步驟之外亦包括額外步驟。

先前描述已經提供以使所屬技術領域中具有通常知識者能夠最佳地利用本文中所揭示之例示性具體實例的各種態樣。此例示性描述並不意欲為詳盡的或限制於所揭示之任何精確形式。在不脫離本揭示內容之精神及範圍之情況下，許多修改及變化係可能的。本文中所揭示之具體實例在全部態樣中應視為說明性且非限制性的。在判定本揭示內容之範圍時應參考隨附申請專利範圍及其等效物。

除非另外指出，否則如說明書及申請專利範圍中所使用，術語「連接至」及「耦合至」（及其衍生詞）經解釋為准許直接及間接（即，經由其他元件或組件）連接兩者。另外，如說明書及申請專利範圍中所使用之術語「一（a或an）」被解釋為意謂「中之至少一者」。最終，為易於使用，如說明書及申請專利範圍中所使用之術語「包括」及「具有」（及其衍生詞）可與詞「包含」互換且具有與詞「包含」相同之含義。

應理解，在諸如層或區之元件被稱作形成在另一元件上、沈積在另一元件上或安置在另一元件「上（on）」或安置在另一元件「之上（over）」時，其可直接位於另一元件之至少部分上，或亦可存在一或多個介入元件。相比之下，在元件被稱作「直接在另一元件上（directly on）」或「直接在另一元件之上（directly over）時，其可位於另一元件之至少部分上，其中不存在介入元件。

如本文中所使用，參考給定參數、性質或條件之術語「實質上」可意謂且包括所屬技術領域中具有通常知識者將在一定程度上理解給定參數、性質或條件符合較小程度之差異，諸如在可接受的製造公差內。藉助於實例，取決於實質上符合之特定參數、性質或條件，可至少大致90%符合、至少大致95%符合或甚至至少大致99%符合參數、性質或條件。

如本文中所使用，在某些具體實例中，參考特定數值或值範圍的術語「大致」可意謂且包括所陳述值以及在所陳述值之10%內的所有值。因此，藉助於實例，在某些具體實例中，作為「大致50」來提及數值「50」可包括等於50±5之值，即，在45至55之範圍內之值。

雖然可使用過渡片語「包含（comprising）」來揭示特定具體實例之各種特徵、元件或步驟，但應理解暗示了替代性具體實例，包括可使用過渡片語「組成」或「基本上由…組成（consisting essentially of）」來描述的彼等具體實例。因此，舉例言之，包含或包括聚偏二氟乙烯之聚合物薄膜的暗示替代性具體實例包括其中聚合物薄膜基本上由聚偏二氟乙烯組成之具體實例及其中聚合物薄膜由聚偏二氟乙烯組成之具體實例。

100:系統 105:聚合物薄膜/經拉伸聚合物薄膜 110:可結晶部分 115:經結晶及經定向部分 120:夾片陣列 124:可移動第一夾片/夾片/相鄰第一夾片 125:第一軌道/給定軌道 126:可移動第二夾片/夾片/相鄰第二夾片 127:第二軌道/給定軌道 130:薄膜輸入區域/輸入區域/區域 132:額外區域/區域/拉伸區域 134:額外區域/區域/拉伸後區域 136:額外區域/區域/拉伸後區域 138:薄膜輸出區域/輸出區域/區域/拉伸後區域 151:夾片間間距/初始間距 152:夾片間間距/初始間距 153:間距/夾片間間距 154:間距/夾片間間距 155:夾片間間距 156:夾片間間距 165:子區域 170:子區域 200:方法 205:聚合物薄膜 210:可結晶部分 220:加熱區域 230:拉伸區域 240:經定向聚合物薄膜 300:方法 305:聚合物薄膜 310:可結晶部分 320:導引元件/導引件 330:薄膜定向裝置/薄膜定向設備/導引元件 340:經拉伸及經定向聚合物薄膜 350:區 400:擴增實境系統/擴增實境裝置 402:眼鏡裝置 405:頸帶 410:框架 415(A):左側顯示裝置/顯示裝置 415(B):右側顯示裝置/顯示裝置 420(A):聲音換能器 420(B):聲音換能器 420(C):聲音換能器 420(D):聲音換能器 420(E):聲音換能器 420(F):聲音換能器 420(G):聲音換能器 420(H):聲音換能器 420(I):聲音換能器 420(J):聲音換能器 425:控制器 430:有線連接 435:電源 440:感測器 450:控制器 500:虛擬實境系統 502:前部剛體 504:帶 506(A):輸出音訊換能器 506(B):輸出音訊換能器 MD:加工方向 TD:橫向方向

隨附圖式說明數個例示性具體實例且為本說明書之部分。連同以下描述，此等圖式展現並解釋本揭示內容之各種原理。

[圖1]為根據一些具體實例的用於製造異向性壓電聚合物薄膜之單級薄膜定向系統之示意圖。

[圖2]為根據一些具體實例的用於製造異向性壓電聚合物薄膜之薄膜定向系統之示意圖。

[圖3]為根據另外具體實例的用於製造異向性壓電聚合物薄膜之薄膜定向系統之示意圖。

[圖4]為可結合本揭示內容之具體實例使用的例示性擴增實境眼鏡之圖示。

[圖5]為可結合本揭示內容之具體實例使用的例示性虛擬實境頭戴耳機之圖示。

貫穿圖式，相同參考標號及描述指示類似但未必相同的元件。雖然本文中所描述之例示性具體實例易受各種修改及替代性形式之影響，但在圖式中已藉助於實例展示特定具體實例且將在本文中詳細描述。然而，本文中所描述之例示性具體實例並不意欲限於所揭示之特定形式。相反地，本揭示內容涵蓋屬於隨附申請專利範圍之範圍內之全部修改、等效物及替代方案。

100:系統

105:聚合物薄膜/經拉伸聚合物薄膜

110:可結晶部分

115:經結晶及經定向部分

120:夾片陣列

124:可移動第一夾片/夾片/相鄰第一夾片

125:第一軌道/給定軌道

126:可移動第二夾片/夾片/相鄰第二夾片

127:第二軌道/給定軌道

130:薄膜輸入區域/輸入區域/區域

132:額外區域/區域/拉伸區域

134:額外區域/區域/拉伸後區域

136:額外區域/區域/拉伸後區域

138:薄膜輸出區域/輸出區域/區域/拉伸後區域

151:夾片間間距/初始間距

152:夾片間間距/初始間距

153:間距/夾片間間距

154:間距/夾片間間距

155:夾片間間距

156:夾片間間距

165:子區域

170:子區域

MD:加工方向

TD:橫向方向

Claims (20)

1. 一種壓電聚合物物件，其沿著該聚合物物件之至少一個尺寸具有至少大致5 GPa之楊氏模數。
2. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之該楊氏模數沿著該聚合物物件之一對相互正交之平面內軸線中之每一者為至少大致5 GPa。
3. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該壓電聚合物包含聚偏二氟乙烯。
4. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該壓電聚合物係藉由至少大致2之多分散性指數進行特徵界定。
5. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包含薄膜。
6. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包含具有單軸定向之薄膜，該薄膜係藉由至少大致400%之拉伸比進行特徵界定。
7. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件包含具有雙軸定向之薄膜，該薄膜係藉由沿著每一定向的至少大致400%之拉伸比進行特徵界定。
8. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之壓電係數沿著該聚合物物件之至少一個尺寸為至少大致20 pC/N。
9. 如請求項1之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件係藉由在550 nm下之至少大致80%透明度及小於大致10%體霧度進行特徵界定。
10. 一種壓電聚合物物件，其具有至少大致2之多分散性指數及至少大致5 GPa之楊氏模數。
11. 如請求項10之壓電聚合物物件，其中該聚合物物件之壓電係數沿著該聚合物物件之至少一個尺寸為至少大致20 pC/N。
12. 一種方法，其包含： 沿著至少一個方向將張應力施加至聚合物薄膜，並且該張應力之量可有效地在該聚合物薄膜中誘發至少大致500%應變且形成壓電聚合物物件，其中該聚合物薄膜包含小於大致10 wt.%液體溶劑。
13. 如請求項12之方法，其中該聚合物薄膜包含高分子量聚合物與低分子量聚合物及寡聚物中之一或多者的混合物。
14. 如請求項12之方法，其中該聚合物薄膜包含聚偏二氟乙烯。
15. 如請求項12之方法，其中該聚合物薄膜之組成物係藉由至少大致2之多分散性指數進行特徵界定。
16. 如請求項12之方法，其中該聚合物薄膜之組成物係藉由雙峰分子量分佈進行特徵界定。
17. 如請求項12之方法，其進一步包含在施加該張應力時跨越該聚合物薄膜之厚度尺寸施加電場。
18. 如請求項12之方法，其進一步包含跨越該聚合物薄膜之厚度尺寸施加至少大致50 V/微米之電場。
19. 如請求項12之方法，其進一步包含用光化輻射來輻照該聚合物薄膜。
20. 如請求項12之方法，其進一步包含在選自由以下組成之群組的至少一個時段內用光化輻射來輻照該聚合物薄膜：（a）在拉伸之前、（b）在該拉伸期間，以及（c）在該拉伸之後。

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