JP7116780B2 - 可撓性の液晶セル及びレンズ - Google Patents

Description

本発明は、電気活性光学系、及び、そのような光学系を使用するレンズ、に関し、特に、可撓性の液晶セル及びレンズに関している。

ソフトコンタクトレンズは、コンタクトレンズ着用者によって取り扱われるため、変形に曝されている。場合によっては、２ミリメートル程度の短い折曲半径で、レンズは半分に折り畳まれ得る。このため、ソフトコンタクトレンズは、合理的な使用可能寿命に亘って、損傷無しでこのような変形に耐えるのに十分な可撓性（柔軟性）を備えている必要がある。また、レンズは、そのサイズ及び形状を回復でき、変形から回復した後にレンズの光学特性を保持できる、という意味で弾性的であることが望まれている。ハイドロゲルコンタクトレンズやシリコーンハイドロゲルコンタクトレンズを含む多くのポリマーが、可撓性と弾性とを考慮して開発されている。

電気活性レンズでは、液晶セルなどの電気活性部品が、可撓性で（柔軟で）弾性のあるポリマーでできたレンズ本体に埋め込まれ得る。ここで、電気活性部品は、全体として、レンズ本体の可撓性及び弾性の両方を制限してしまう可能性がある。

可撓性と弾性の両方を有する電気活性成分をレンズに提供することが望ましい。

弾性または可撓性のある電気的に調整可能な液晶レンズが説明される。液晶レンズは、セルギャップ厚さを有するセルを備えており、セルギャップ厚さは、液晶レンズが折り畳まれて元の形状に戻った後、実質的に保持される。従って、液晶レンズの形状と光学特性は、折り畳んだ後に回復可能である。

説明される実施形態は、ポリマー配向層間のギャップ内に液晶を含む電気活性セルを含み、当該ポリマー配向層間のギャップ内にポリマーポストのアレイが配置されている。

本明細書に記載される例では、１または複数の配向層が、埋め込まれた液晶部分を含む可撓性のポリマー材料を含む。

本明細書で説明される電気的に調整可能なレンズの幾つかの例は、第１配向層及び第２配向層と、前記第１配向層及び前記第２配向層の間のギャップ内の弾性ポリマーポストのアレイと、前記第１配向層及び前記第２配向層の間の前記ギャップ内であって前記アレイのポストの周囲に閉じ込められた液晶と、前記液晶に電界を誘発するように配置された１または複数の電極と、を備え、前記アレイのポストは、前記第１配向層から前記第２配向層まで延びている。

偏光に依存しない例は、第３配向層と、前記第２配向層及び前記第３配向層の間の第２ギャップ内のエラストマーポストの第２アレイと、を備え、前記第２アレイのポストは、前記第２配向層から前記第３配向層まで延びている。また、液晶が、前記第２ギャップ内であって前記第２アレイのポストの周囲に閉じ込められている。当該例の前記第２配向層は、前記ギャップに隣接する第１面の近くで光路に直交するように平行に配向されたディレクタと、前記第２ギャップに隣接する第２面の近くで前記光路に直交すると共に前記第１面の近くの前記ディレクタに直交するように配向されたディレクタと、を有する液晶部分を含み得る。

可撓性の液晶セルを製造する方法が説明される。当該方法は、パターンに従う光重合によって液晶層内にポリマーポストを形成する工程を含む。本明細書で説明される一実施形態では、当該方法は、第１可撓性配向層と第２可撓性配向層との間にギャップを設けて両者を組み立てる工程と、前記第１可撓性配向層と前記第２可撓性配向層との間の前記ギャップを横切って延びる可撓性または弾性ポリマーポストを形成する工程と、前記ポストを囲むように前記ギャップ内に液晶材料を提供する工程と、を備える。本明細書で説明される実施形態では、当該方法は、ギャップ内に液晶材料とポリマー前駆体材料との組合せを提供する工程と、パターンに従ってポリマー前駆体及び液晶の相分離を誘発してポリマー前駆体を重合化することにより弾性ポストを形成する工程と、を備える。

デバイス及び方法への様々な組合せ及び追加について、以下に説明される。

本発明の他の態様及び利点が、以下の図面、詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することにより、理解され得る。

図１は、本明細書に記載されたような電気活性セルを備えた可撓性レンズの折り畳みを示す簡略図である。

図２は、単一の液晶層を有する可撓性の液晶電気活性セルを示している。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、２つの液晶層を有する偏光独立型の可撓性の液晶電気活性セルの代替実施形態を示している。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、２つの液晶層を有する偏光独立型の可撓性の液晶電気活性セルの代替実施形態を示している。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、２つの液晶層を有する偏光独立型の可撓性の液晶電気活性セルの代替実施形態を示している。 図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄは、２つの液晶層を有する偏光独立型の可撓性の液晶電気活性セルの代替実施形態を示している。

図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。 図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。 図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。 図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。 図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。 図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）は、可撓性の電気活性セルの製造プロセスの段階を示している。

図５は、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）及び図４（ｆ）のようなプロセスで使用されるリソグラフィマスクの例示的なレイアウトを示している。

図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）及び図６（ｆ）は、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄの構造で使用されるようなポリマー層の製造の段階を示している。

図７は、湾曲した可撓性の液晶電気活性セルの一例を示している。

図８は、２層の液晶を有する、湾曲した可撓性の液晶電気活性セルの一例を示している。

図９は、液晶層内にハイブリッド配向を有する、２層液晶セルの一例を示している。

図１０は、代替的な電極位置を有し、液晶層内にハイブリッド配向を有する、２層液晶セルの一例を示している。

図１１は、湾曲した誘電体層を有する、２層液晶セルの一例を示している。

図１２は、液晶層内にハイブリッド配向を有し、湾曲した誘電体層を有する、２層液晶セルの別の一例を示している。

図１３は、液晶ポリマーフィルム内にレンズ度数を有する、２層液晶セルの一例を示している。

本発明の実施形態の詳細な説明が、図１乃至図１３を参照して提供される。

図１は、電気活性セル１１が埋め込まれたレンズ１０を示している。レンズ１０は、可撓性であり、例えばハイドロゲル材料またはシリコーンハイドロゲル材料を含み得る。電気活性セル１１は、電気活性材料と、レンズの屈折力を変化させるために使用される少なくとも１つの電子部品と、を含む。図１に示すように、レンズ１０は、使用者によって取り扱われるため、可撓性の（柔軟な）材料で作られている場合、折り畳まれ得る。例えば、レンズ１０がコンタクトレンズである場合、使用者はレンズを眼に挿入したり眼から取り外したりする時、レンズを折り畳み得る。図１の下部に図示されるようにレンズが折り畳まれる時、特に領域１２において、折り畳みの半径Ｒは非常に小さい場合がある。例えば、レンズは、１～９ｍｍ程度の折り曲げ半径で、折り畳まれ得る。レンズが折り畳まれる時、電気活性セル１１が変形され得る。

本明細書に記載された実施形態では、電気活性セルは、折り畳まれた後、元の形状に戻される時に、その形状及びその調整可能な光学特性を回復するという意味で、弾性的である。

図２は、前述の意味で弾性を有する可撓性の単一層の液晶セルを示している。当該液晶セルは、上部（第１）ポリマー層２４と下部（第２）ポリマー層２７との間のギャップ内に配置された液晶層２５を含み、ポリマー層２４、２７は、液晶層２５のための配向層として機能するように構成された液晶部分（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｉｅｔｉｅｓ）と混合された可撓性ないし弾性のポリマーを含む。ポリマー層２４、２７は、層の中央領域に垂直ディレクタを有して表面に水平ディレクタを有する液晶部分を含む。この例の上部ポリマー層２４では、（両方の）表面近くのディレクタは、光軸であり得るｚ軸５に直交しており、且つ、液晶層２５の主表面に対して水平であって、図の紙面に対して出入りするように延びている。この例の下部ポリマー層２７では、対向する（両方の）表面近くのディレクタは、液晶層２５の主表面に対して水平であって、図の紙面に対して出入りするように延びている。この例のディレクタの配向は、液晶層２５の上面及び下面の配向方向が互いに平行である、という状態に帰結している。

この例では、液晶層２５は、少なくとも液晶セルの有効開口に亘って、ポリマー層２４、２７間で均一な厚さＴを有する。この説明の目的のためには、名目上均一な厚さを有するセルに期待される範囲内に光学性能がある、とセルの使用者が知覚する時、液晶層はセルの有効開口に亘って均一な厚さを有している（と言える）。範囲は、環境、製造及び材料の変動に左右される商業的製造環境で生じ得る。

ポスト（例えばポスト２６）のアレイ（配列）が、ポリマー層２４、２７間のギャップ内で、液晶層の内部に、配置される。アレイ状のポストは、上部ポリマー層２４から下部ポリマー層２７まで延び、厚さＴを維持するのに役立っている。ポスト（例えばポスト２６）は、ポリマーまたはポリマー材料を含むことができる。好ましくは、ポストは弾性である。また、好ましくは、ポリマー層は弾性ポリマーまたはエラストマーを含む。

液晶材料は、ポストのアレイ内のポストの周囲の第１ポリマー層と第２ポリマー層との間のギャップ内に閉じ込められ、セルのアクティブ要素として機能し、印加される電界に応じてセルの光学特性を変化させる。

この例では、液晶層２５に電界を印加するために使用される電気コンポーネントは、誘電性ポリマー（この例では層２０、２２、２９を含む）内に配置されている。電気コンポーネントは、抵抗層２３、上部ポリマー層２４の上方の円形孔パターン電極層２１、及び、下部ポリマー層２７の下方の透明パッド電極層２８、を含んでいる。この実施形態及び本明細書に記載の他の実施形態において、パターン化された電極層は、液晶層内の電界ベクトルの形状のより複雑な制御のために、円形孔以外のパターンを有することができ、ピクセル化パターン及びリング状パターンを含むことができる。

代表的な一実施形態では、液晶セルの基板は、それぞれ約１７μｍの厚さのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む誘電体層２０、２２を含む。同様に、誘電体層２９は、約１７μｍ以下の厚さのＰＤＭＳを含む。パターン電極層２１及びパッド電極層２８は、約１μｍ以下の厚さの可撓性の電極材料を含み得る。液晶層２５は、約３０～４０μｍの厚さ、例えば約３４μｍの厚さ、であり得る。上部及び下部ポリマー層は、約６～７μｍの厚さであり得る。この例では、セルは、約９８μｍの合計厚さを有している。

更なる実施形態では、液晶セルの基板は、ＰＤＭＳを含む誘電体層２０、２２を含み、各誘電体層は、１５μｍ～２０μｍの厚さを有する。同様に、誘電体層２９は、ＰＤＭＳを含むことができ、１５μｍ～２０μｍの厚さを有し得る。パターン電極層２１及びパッド電極層２８は、０．１μｍ～１μｍの厚さを有する可撓性電極材料を含み得る。液晶層２５は、２５μｍ～４５μｍの厚さであり得る。上部及び下部ポリマー層は、各々、５μｍ～１０μｍの厚さを有し得る。

代表的な一実施形態では、液晶層２５の厚さＴは、約３４μｍである。

幾つかの実施形態では、厚さＴは、液晶層２５の光学ゾーン全体に亘って、一定の厚さであり、当該光学ゾーンとは、調整可能なレンズ効果が利用される有効開口である。

この例のセルの均一な厚さとは、光学素子の中心から有効開口の端まで１．２ミクロン未満で変化する厚さであり得る。幾つかの実施形態では、有効開口内の厚さＴの変動は、０．５ミクロン以内に維持され得る。

本明細書に記載された液晶セルの実施形態は、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後でも、光学特性を維持することができる。例えば、折り畳み前の液晶層が約１０μｍの元の平均厚さＴを有するセルギャップを含む実施形態では、平均厚さＴは、その元の厚さの±１０％以内、すなわち、９～１１μｍの範囲の平均厚さ、に戻り得る。他の実施形態では、平均厚さＴは、その元の厚さの±２％以内、すなわち、９．８～１０．２μｍの範囲の平均厚さ、に戻り得る。セルギャップまたは液晶層の平均厚さは、複数の場所で厚さを測定し、それらの測定値を加算して測定回数で除算することによって決定され得る。測定は、液晶層の単一の直径に沿って行われ得て（円形の場合）、あるいは、液晶層のランダムなポイントに沿って行われ得る。

特定の実装の要件に依存して、液晶層の基板として機能する可撓性の誘電体層２０、２２、２９の材料は、ＰＤＭＳ含有材料、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）含有材料及びハイドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）含有材料を含む、レンズ内での使用に適した様々なポリマー、エラストマー及びそれらの組合せから選択され得る。

特定の実装の要件に依存して、パターン電極層２１及び透明パッド電極２８に使用可能な代表的な材料は、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、グラフェン、銀ナノワイヤ、銅金属メッシュ、及び、これら材料の組合せ、であり得る。

抵抗層２３の機能は、レンズの有効開口の中心に電界を分布させるのを助けることである。抵抗層２３は、電極と比較して、比較的高い抵抗を有しており、高抵抗層と呼ばれ得る。抵抗層２３により、幾つかの例では、動作電圧が低減され得る。抵抗層のシート抵抗は、レンズ材料及び仕様に依存するが、約１０⁶～１０⁸Ω／ｓｑであり得る。抵抗層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液とＰＶＡ（ポリビニルアルコール）溶液を混合することで作成され得る。シート抵抗は、例えば２つの溶液間の重量比によって制御され得る。

液晶（ＬＣ）は、複屈折特性を有する光学異方性材料である。普通にＬＣ光学系に入射する直線偏光を考える。偏光方向とＬＣ分子の長軸とは、同じ平面内にあるとする。光は、当該光の偏光方向とＬＣのディレクタとの間の角度によって決定される有効屈折率を経験する。更に、ＬＣ分子の配向は、外部電界によって制御され得る。従って、均一な厚さを有するＬＣ層上の不均一な電界は、ＬＣ分子の配向の空間分布をもたらす。ＬＣ分子の配向の空間分布は、また、有効な光路の空間分布を形成する。適切な設計により、有効な光路の空間分布が、異なるレンズ度数を伴うレンズ効果を実現し得る。

ＬＣは、偏光依存型であり得て、偏光子と組合せて使用される時、光効率の少なくとも５０％のコストがかかり得る。偏光独立型のＬＣ光学系を実現するためには、図３Ａ乃至図３Ｄに示される例で実装されるように、同一厚さであって直交配向ＬＣディレクタを備えた一対のＬＣ層が使用され得る。直交ディレクタを備えた一対のＬＣ層を用いると、光の２つの固有偏光が同じ位相シフトを経験し、偏光に依存しない調整可能なレンズに帰結する。

図３Ａ乃至図３Ｄは、前述の意味で弾性を有する可撓性の２層液晶セルの代替実施形態を示している。これらの代替実施形態は、図２に関して前述された材料を使用して作成され得る。

図３Ａでは、セルは、第１液晶層４５と第２液晶層４８とを含んでいる。第１液晶層４５は、上部（第１）液晶ポリマー層４４と中間（第２）液晶ポリマー層４７との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層４８は、中間液晶ポリマー層４７と下部（第３）液晶ポリマー層５０との間のギャップ内に配置されている。

上部ポリマー層４４は、液晶層４５に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、液晶層４５の表面に平行で、且つ、図の紙面に直交している。中間ポリマー層４７は、液晶層４５に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、液晶層４５の表面に平行で、且つ、図の紙面に直交している（すなわち、上部ポリマー層４４の下面のディレクタに平行である）。中間ポリマー層４７は、液晶層４８に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、液晶層４８の表面に平行で、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層４７の上面のディレクタに直交している）。下部ポリマー層５０は、液晶層４８に隣接する上面にダイレクタを有しており、それは、液晶層４８の表面に平行で、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層４７の下面のディレクタに平行である）。

ポリマー層４４、４７、５０は、液晶層の配向層として機能する。中間ポリマー層４７は、その上面及び下面に直交ディレクタを有する。幾つかの実施形態では、上側及び下側ポリマー層４４、５０は、ブラシ付きポリイミド層などの他の配向層材料で置き換えられ得る。光学的損失や他の問題のため、中間ポリマー層にブラシ付きポリイミドを使用することは実用的ではない場合がある。従って、好ましい実施形態における液晶層間の整列技術は、その上面及び下面に直交ディレクタを備えた液晶ポリマー層の使用を伴う。

液晶層４５、４８は、ギャップ内に閉じ込められた液晶材料を含み、合理的な製造公差及び光学性能公差の範囲内で、ポリマー層間の同一の厚さを有する。

ポストのアレイ（例えばポスト４６）が、上部ポリマー層４４と中間ポリマー層４７との間のギャップ内に配置され、液晶層４５内で液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部ポリマー層４４から中間ポリマー層４７まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト４９）が、中間ポリマー層４７と下部ポリマー層５０との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層４８内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、層４０、４３、５２を含む誘電性ポリマー基板内に配置されている。電気コンポーネントは、抵抗層４１、上部ポリマー層４４の上方に配置されたパターン電極層４２、及び、下部ポリマー層５０の下方の透明パッド電極層５１を含む。

図３Ａの液晶セルは、小さな半径で折り畳まれて元の形状に戻った後も、その光学特性を維持できる。

一般に、２層液晶セルは、パターン化された電極を通して電界が印加される時、非偏光の光に対して正のレンズ屈折力（レンズ度数）を提供し得る。液晶層によって追加されるレンズの屈折力は、印加される電界の振幅、周波数またはそれらの両方を変更することで、調整可能である。

図３Ｂ乃至図３Ｄは、図３Ａのような２層液晶セルの代替形態を示している。同じ参照符号は、同様の構成要素を指すために用いられており、幾つかの例において再度説明されない。図３Ｂ乃至図３Ｄの液晶セルも、同様に、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後も、光学特性を維持できる。

図３Ｂに示すように、代替形態では、ポリイミド層が抵抗層と共に使用され得て、その均一性を改善できる。従って、図３Ｂでは、２層液晶セルは、抵抗層４１と接触するポリイミド層６０を追加することによって修正されている。

図３Ｃでは、抵抗層４１と接触するポリイミド層６０を追加し、上部パターン電極層４２を移動させて上部ポリマー層４４の上面と接触させ、図３Ａ及び図３Ｂに示されている誘電体基板の層４３の領域を除去することによって２層液晶セルが修正された実施形態が示されている。これは、必要とされる動作電圧及び可撓性の液晶セルの合計厚さを低減する効果がある。

図３Ｄでは、抵抗層４１を移動させて上部ポリマー層４４の上面と接触させ、誘電体基板の層４３の領域の多くを除去し、図３Ｂ及び図３Ｃのポリイミド層を除去することによって、図３Ａの構造に対して２層液晶セルが修正された実施形態が示されている。これは、更に、構造の全体厚さを低減し、ポリイミド層の要件を除去する。

図２のような可撓性の液晶セルを製造する方法の一実施形態が、図４（ａ）乃至図４（ｆ）に図示されている。

図４（ａ）は、プロセスの最初に示される段階として、空のプロセスセルを示している。空のプロセスセルは、セルの形成中にカバー層として機能する上部及び下部ガラス層８０、８２からなる。当該ガラス層は、基板誘電体材料７０、７２、７９、電極材料７１、７８、抵抗層７３、及び、この例では前述のポリマー層である配向層７４、７７、で被覆されている。上部電極材料７１は、前述のように可変の電界を誘発して調整可能なレンズ屈折力を提供するために使用される穴を画定するようにパターン化されている。下部電極材料７８は、パッド形状で配置されている。マイラーフィルムスペーサ７５が、上部ポリマー層７４と下部ポリマー層７７との間に配置され、液晶層及びポストのアレイが形成されるギャップ７６を画定している。この例では、マイラーフィルムスペーサ７５は、３５μｍのギャップ厚を規定する。

図４（ｂ）に示されるように、製造の次の段階では、例えば毛細管力に依存して、液晶材料とポリマー前駆体との組合せがギャップ７６内に注入される。幾つかの実施形態では、当該組合せは、液晶モノマー部分（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｍｏｎｏｍｅｒ ｍｏｉｅｔｉｅｓ）１００、光重合開始剤（ｐｈｏｔｏ－ｉｎｉｔｉａｔｏｒ）１０１、及び、液晶部分（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｉｅｔｉｅｓ）１０２を含む。より具体的には、プロセスの一例では、組合せは、ネマチックＬＣ（ＬＣＭ－１６５６）、液晶モノマー（ＲＭ２５７）及び光重合開始剤（ＩＲＧ１８４）が、９９重量％：０．５重量％：０．５重量％の比率からなる。ＬＣＭ－１６５６は、ＬＣ Ｍａｔｔｅｒ Ｃｏｒｐ．（例えば、米国、フロリダ州オーランド、ｌｃｍａｔｔｅｒ．ｃｏｍ）から入手でき、ＲＭ－２５７及びＩＲＧ－１８４は、ＭｅｒｃｋまたはＭｅｒｃｋ ＫｇａＡ（ドイツ、ダルムシュタット、ｍｅｒｃｋｇｒｏｕｐ．ｃｏｍ）から入手できる。選択された材料は、好ましくは、厳しい変形に耐えるのに十分な剛性を有するが、曲げ後に構造内のセルギャップを回復するための良好な弾性を有する、というポリマーポストの形成をもたらす。

図４（ｃ）は、製造プロセスの次の段階を示している。組合せ材料がギャップ７６内に注入されたセルは、穴１１２、１１３のアレイを画定するリソグラフィマスク１１０と位置合わせされる。次に、当該構造体が、本例では紫外線などの、化学線（化学電磁放射線）１１１に曝される。露光の間、相分離プロセスにおいて、液晶部分１２５が、穴１１２、１１３を介して紫外線に露光された領域から離れる方向にドリフトし、一方、液晶モノマー１２０、１２１は露光領域内へとドリフトする。

図４（ｄ）に示されるように、露光１１１の間、ポリマー鎖１３５が液晶モノマー１２０、１２１間の光重合によって形成され、ポリマー層７４、７７間に延びるポストのアレイが形成される。

露光１１１は、１００℃未満の低温で実施され得て、説明されている例では、室温付近（約２０～２５℃）で実施され得る。このような低温光重合は、当該光重合プロセス中にガラスカバーによって支持されている構造の層に損傷を与えることのない製造を許容する。

次の段階では、図４（ｅ）に示されるように、セルがリソグラフィーシステムから取り外され、弾性のあるポリマーポストが下部ポリマー層７７の上面から上部ポリマー層７４の下面まで延びていて、液晶がギャップを埋めていて且つポストを囲んでいる。

図４（ｆ）は、次の段階を示している。そこでは、ガラス層（カバー）８０、８２が除去され、図２に示すような可撓性の調整可能な液晶セルが残される。

液晶セルは、ＵＶ硬化性ポリマーを使用して、この例ではマイラースペーサによって密閉（シール）されている。この例では、ポストは、光重合による硬化中に、液晶とモノマーとの混合物で形成される。別の実施形態では、第１工程でポストが形成され得て、その後、未硬化材料の除去によってポストのネットワークが残され、その後、当該ポストのネットワークの周囲の除去後に液晶が注入され得る。幾つかの例では、パターン化されたマスクを使用してシール領域を画定し、ポスト作成に使用されたのと同じ材料でセルを閉じることにより、硬化中に液晶セルがシールされ得る。

この製造プロセスは、中間ポリマー層と、第２ギャップを画定する第２マイラースペーサと、を追加することにより、図３Ａ乃至図３Ｄに示されるような２層セルに拡張可能である。その他については、同様のプロセス工程が、２層セルの場合にも適用される。

図５は、図４（ｃ）及び図４（ｄ）を参照して説明されたプロセスの段階で使用され得るリソグラフィマスク１１０の代表的なレイアウトを示している。この例では、マスクのレイアウトは、水平寸法及び垂直寸法の両方において約５０μｍの直径及び約５００μｍのピッチを有する円形穴２５０、２５１のアレイを含んでいる。このレイアウトは、前述の材料を使用して、約３５μｍの厚さの液晶層用に選択されたものである。特定の実施形態のニーズに応じて、他のレイアウトが選択され得る。穴の密度は、ポリマー層間のギャップ内に配置されるポストの密度に変換される。当該密度は、セルの電気光学性能と有意に干渉しないように選択される必要がある一方で、セルの形状が折り畳みによって変形された後、元の形状に戻るような、前述の意味での十分な弾性を維持することも必要である。

穴は、図５に示すような円形である必要はなく、楕円形、長方形、または、他のより複雑な形状であってもよい。好ましい形状及び形状の密度は、経験的方法またはシミュレーションを使用して、決定され得る。

図６（ａ）乃至図６（ｆ）は、前述の実施形態において配向層として使用されるポリマー層を製造する方法の一実施形態の段階を示している。図６（ａ）は、ＩＴＯなどの導体の各層８０２、８０６でコーティングされたガラス層８００、８０１、及び、ブラシ付きポリイミドなどの配向層８０３、８０５、からなる空のプロセスセルを含むプロセスの段階を示している。配向層８０３、８０５は、前述の例のために要求される配向に従って、ポリマー層の対向する表面上でのポリマー層内の液晶材料のディレクタを整列させるように構成されている。マイラースペーサ８０４が、設計に依存して調整され得る厚さで、ガラス層８００、８０１間のギャップ８１０を維持する。例えば、図２の上部及び下部ポリマー層２４、２７の厚さは、約７μｍであり、図３Ａ乃至図３Ｄのポリマー層４７の厚さは、約３５μｍである。

図６（ｂ）に示されるように、液晶部分８５２、モノマー８５１及び光重合開始剤８５０を含む液晶材料の混合物が、約９０℃の温度で空のプロセスセル内に注入される。配向層８０３、８０５の結果として、液晶特性を有するメソマーであり得るモノマーと、液晶とが、当該配向層８０３、８０５によって設定された方向に従って、混合物中で配向される。この例では、当該液相内のダイレクタが、図の紙面内で整列され、配向層８０３、８０５の平面と平行である。

図６（ｃ）に示されるように、導電性ＩＴＯ層８０２、８０６は、高ＡＣ電圧を印加する電源９００に接続され、モノマー（例えば８５６）と液晶部分（例えば８５７）との両方の分子をガラスカバーの表面に直交するｚ軸５に平行に向け直す。もっとも、配向層によって提供される強い固定力のために、配向層表面近くの分子配向（例えば、８５４、８５５）は、ラビング方向に平行のままである。

図６（ｄ）に示されるように、ＡＣ電界が印加されている間に、当該構造体は、化学線ＵＶ放射９１０に曝される。この放射は、光重合開始剤を始動させ（トリガし）、モノマーの光重合を活性化する。モノマーが反応してポリマー鎖を形成すると、２つのガラスカバー間に液晶部分が埋め込まれたポリマーフィルムができる。重合から生じるポリマーネットワーク（例えば８６０）が、ポリマー層内の液晶分子を捕捉して、その配向を維持するのに役立つ。

図６（ｅ）に示されるように、重合が完了した後、電界とＵＶ放射が除去され得る。次いで、図６（ｆ）に示されるように、ガラスカバー８００、８０１がＩＴＯ及び配向層（８０２、８０３及び８０５、８０６）と共にポリマー層１０００から剥がされる。

結果として、この例のポリマー層は、配向層と接触する表面から離れている中央でのポリマー層の大部分における液晶部分のディレクタがｚ軸上にあるため、光学的に異方性であり得る。ポリマー層の表面上の液晶分子は、配向層の表面に平行に配置されたまま、ポリマーネットワークによって閉じ込められている。このように、ポリマー層の表面が、前述の構造の液晶層内の液晶分子を整列（配向）させるために利用され得る。

このプロセスは、製造中に配向層８０３、８０５のラビング方向及び材料を変更することにより、ポリマー層の表面上の液晶分子の異なる配向を設定するために利用され得る。また、重合中に可変の電界を印加することにより、ポリマー層全体の配向方向を傾斜させることができ、パッシブレンズ効果をもたらすことができる。

特定の一例では、ポリマー層は、反応性メソゲン（ＲＭ２５７）、液晶（ＭＬＣ２１４４）及び光開始剤（ＩＲＧ１８４）からなり、ＲＭ２５７：ＭＬＣ２１４４：ＩＲＧ１８４＝７９重量％：２０重量％：１重量％の比率である。ＲＭ２５７は、１，４－ビス－［４－（３－アクリロイルオキシプロピルオキシ）ベンゾイルオキシ］－２－メチルベンゼン（ＣＡＳ １７４０６３－８７－７）である。ＩＲＧ１８４は、１－ハイドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（ＣＡＳ ９４７－１９－３）である。

一実施形態では、図４（ａ）乃至図４（ｆ）を参照して説明されたように、ポストを形成する目的で使用される反応性モノマーが、ポリマー層の形成で反応性モノマーとして使用されるものと同じ（例えばＲＭ２５７）であってもよい。他の実施形態では、ポリマー前駆体は、２つの手順で異なり得る。また、幾つかの実施形態では、異なるポリマー前駆体及び液晶材料が、異なるポリマー層のために使用され得る。

ポリマー層を製造するための材料は、ＲＭ２５７、ＩＲＧ１８４及びＭＬＣ２１４４に限定されない。代替材料は、他の液晶モノマー及び光開始剤を含み得る。また、液晶（ＭＬＣ２１４４）は、他のネマチック液晶によって置換され得る。

図７は、湾曲した基板上に形成された可撓性の単一層の液晶セルを示している。この構造は、前述のプロセスを使用して、例えば、曲面を有するプロセスセルのガラスカバーで作成され得る。当該液晶セルは、ポリマー層３２４とポリマー層３２７との間のギャップ内に配置された液晶層３２５を含み、ポリマー層３２４、３２７は、液晶層３２５のための配向層として機能するように構成された液晶部分（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｉｅｔｉｅｓ）と混合された可撓性または弾性のポリマーを含む。ポリマー層３２４、３２７は、層の中央領域に垂直ディレクタを有して、表面に水平ディレクタを有する、という液晶部分を含む。この例の上部ポリマー層３２４では、表面上のディレクタは、液晶層３２５の主表面に対して水平であり、図の紙面に対して平行である。この例の下部ポリマー層３２７では、上面上のディレクタは、液晶層３２５の主表面に対して水平であり、図の紙面に対して平行である。下部ポリマー層３２７の下面上では、ディレクタは、上面上のディレクタと平行である。この例のディレクタの配向は、液晶層３２５の上面及び下面の配向方向が互いに平行である、という状態に帰結している。

ポスト（例えばポスト３２６）のアレイ（配列）が、液晶層３２５内に配置される。アレイ状のポストは、上部ポリマー層３２４から下部ポリマー層３２７まで延び、液晶層３２５の厚さを維持するのに役立っている。

好ましくは、ポスト及びポリマー層は、弾性ポリマーまたはエラストマーを含む。

液晶は、ポストのアレイ内のポストの周囲の第１ポリマー層と第２ポリマー層との間のギャップ内に閉じ込められている。

この例では、電気コンポーネントが、誘電性ポリマー（この例では層３２０、３２２、３２９を含む）内に配置されている。電気コンポーネントは、抵抗層３２３、上部ポリマー層３２４の上方のパターン電極層３２１、及び、下部ポリマー層３２７の下方のパッド電極層３２８、を含んでいる。

代表的な一実施形態では、液晶セルの基板は、ＰＤＭＳを含む誘電体層３２０、３２２を含む。

セルの曲率半径は、様々な実施形態において、約１００ｍｍ～８ｍｍ以下の範囲内であり得る。例えば、曲率半径は、１００ｍｍ～１ｍｍの範囲内であり得る。

図７に示された液晶セルの実施形態は、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後でも、光学特性を維持することができる。

図８は、湾曲した基板上に形成された可撓性の２層液晶セルを示している。図８では、当該セルは、第１液晶層４２５と第２液晶層４２８とを含んでいる。第１液晶層４２５は、上部（第１）液晶ポリマー層４２４と中間（第２）液晶ポリマー層４２７との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層４２８は、中間液晶ポリマー層４２７と下部（第３）液晶ポリマー層４３０との間のギャップ内に配置されている。

上部ポリマー層４２４は、液晶層４２５に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、セルのｚ軸５に直交しており、且つ、図の紙面に平行である。中間ポリマー層４２７は、液晶層４２５に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、上部ポリマー層４２４の下面のディレクタに平行である）。中間ポリマー層４２７は、液晶層４２８に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており、且つ、図の紙面に直交している（すなわち、中間ポリマー層４２７の上面のディレクタに直交している）。下部ポリマー層４３０は、液晶層４２８に隣接する上面にダイレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており、且つ、図の紙面に直交している（すなわち、中間ポリマー層４２７の下面のディレクタに平行である）。

ポリマー層４２４、４２７、４３０は、液晶層の配向層として機能する。中間ポリマー層４２７は、その上面及び下面に直交ディレクタを有する。幾つかの実施形態では、上側及び下側ポリマー層４２４、４３０は、ブラシ付きポリイミド層などの他の配向層材料で置き換えられ得る。

ポストのアレイ（例えばポスト４２６）が、上部ポリマー層４２４と中間ポリマー層４２７との間のギャップ内に配置され、当該ギャップ内に閉じ込められた液晶層４２５の液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部ポリマー層４２４から中間ポリマー層４２７まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト４２９）が、中間ポリマー層４２７と下部ポリマー層４３０との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層４２８内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、層４３２、４３３、４３４を含む誘電性ポリマー基板内に配置されている。電気コンポーネントは、抵抗層４２３、上部ポリマー層４２４の上方に配置されたパターン電極層４２１、及び、下部ポリマー層４３０の下方のパッド電極層４３１を含む。

図７及び図８の湾曲した実施形態は、セルの電気活性コンポーネントにパッシブな追加のレンズ屈折力（レンズ度数）を提供できる。

図７及び図８に示された液晶セルの実施形態は、小さな半径で折り畳まれて元の形状に戻った後も、その光学特性を維持できる。

図９は、液晶層内の液晶分子のハイブリッド配向を利用する２層液晶セルの別の実施形態を示している。当該セルは、第１液晶層５０５と第２液晶層５０８とを含んでいる。第１液晶層５０５は、例えばＰＤＭＳを含み得る上部垂直配向層５０４と中間ポリマー層５０７との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層５０８は、中間ポリマー層５０７と下部垂直配向層５１０との間のギャップ内に配置されている。

中間ポリマー層５０７は、液晶層５０５に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層５０５の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している。中間ポリマー層５０７は、液晶層５０８に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層５０７の上面のディレクタに直交している）。

上部垂直配向層５０４及び下部垂直配向層５１０に隣接する液晶層５０５、５０８内のディレクタは、図の紙面内で、ｚ軸５に平行に、垂直方向に配置されている。当該液晶層内のディレクタは、中間ポリマー層５０７の配向機能のために、図示のように、当該液晶層５０５、５０８の上面と下面との間で、直交面内に（直交方向に）捩れている。

液晶層５０５、５０８は、合理的な製造公差及び光学性能公差の範囲内で、ポリマー層間の同一の厚さを有する。

ポストのアレイ（例えばポスト５０６）が、上部配向層５０４と中間ポリマー層５０７との間のギャップ内に配置され、当該ギャップ内に閉じ込められた液晶層５０５の液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部配向層５０４から中間ポリマー層５０７まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト５０９）が、中間ポリマー層５０７と下部配向層５１０との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層５０８内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、層５１２、５１０、５００、５０４を含む誘電性ポリマー基板内に配置されている。電気コンポーネントは、抵抗層５０２、ポリイミド層５０１、上部配向層５０４の上方に配置されたパターン電極層５０３、及び、下部配向層５１０の下方のパッド電極層５１１を含む。この構造では、応答時間が、図３Ａ乃至図３Ｄを参照して説明された構造の応答時間よりも速い可能性がある。もっとも、調整可能範囲は、より小さいかもしれない。

図１０は、図９の実施形態と同様に、代替の一実施形態を示しており、同じ参照符号は同じコンポーネントを指すために使用されており、再度説明されない。この実施形態では、パターン電極５２３と抵抗膜５２１／ポリイミド膜５２２構造との位置が逆になっており、パターン電極５２３は抵抗膜５２１の上にある。それ以外の構造は同様であり、同様の態様で動作し得る。

図９及び図１０の液晶セルは、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後も、それらの光学特性を維持できる。

別の実施形態では、パターン化された電極が利用されなくてもよい。不均一な電界が、空間的に分布された誘電率または誘電表面を有する誘電体層を構造に追加した一対の透明なパッド型電極によって、生成され得る。

図１１は、電極パターニング無しの透明電極６０１、６１０を有する構造の一実施形態を示している。

図１１に示されたセルは、第１液晶層６０４と第２液晶層６０７とを含んでいる。第１液晶層６０４は、上部（第１）液晶ポリマー層６０３と中間（第２）液晶ポリマー層６０６との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層６０７は、中間液晶ポリマー層６０６と下部（第３）液晶ポリマー層６０９との間のギャップ内に配置されている。

上部ポリマー層６０３は、液晶層６０４に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層６０４の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している。中間ポリマー層６０６は、液晶層６０４に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層６０４の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している（すなわち、上部ポリマー層６０３の下面のディレクタに平行である）。中間ポリマー層６０６は、液晶層６０７に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層６０７の表面に平行）、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層６０６の上面のディレクタに直交している）。下部ポリマー層６０９は、液晶層６０７に隣接する上面にダイレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層６０７の表面に平行）、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層６０６の下面のディレクタに平行である）。

液晶層６０４、６０７は、合理的な製造公差及び光学性能公差の範囲内で、ポリマー層間の同一の厚さを有する。

ポストのアレイ（例えばポスト６０５）が、上部ポリマー層６０３と中間ポリマー層６０６との間のギャップ内に配置され、当該ギャップ内に閉じ込められた液晶層６０４の液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部ポリマー層６０３から中間ポリマー層６０６まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト６０８）が、中間ポリマー層６０６と下部ポリマー層６０９との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層６０７内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、層６００、６０２、６１１を含む誘電性ポリマー基板内に配置されている。電気コンポーネントは、上部ポリマー層６０３の上方に配置された平坦透明電極６０１、及び、下部ポリマー層６０９の下方の平坦透明電極６１０を含む。

この種類（タイプ）の構造では、抵抗層やパターン電極は必要ない。もっとも、構造の全体の厚さは、増大されてしまうかもしれない。ポリマー層６０３、６０６、６０９は、液晶層のための配向層として機能する。中間ポリマー層６０６は、その上面及び下面に直交ディレクタを有する。この例では、上部ポリマー層６０３の上面６０３Ａは、層６０２の誘電材料の一致する曲面を伴って、湾曲されている。当該曲面は、平坦な透明電極６０１、６１０に電圧が印加される時、不均一な電界の生成に帰結し得る。

図１１の液晶セルは、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後でも、その光学特性を維持することができる。

図１２は、パターン電極ではなく平坦な透明電極が使用される別の実施形態を示している。図１２に、液晶層内の液晶分子のハイブリッド配向を利用した２層液晶セルが示されている。図１２のセルは、第１液晶層７０４と第２液晶層７０７とを含んでいる。第１液晶層７０４は、例えばＰＤＭＳを含み得る上部垂直配向層７０３と中間ポリマー層７０６との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層７０７は、中間ポリマー層７０６と下部垂直配向層７０９との間のギャップ内に配置されている。

中間ポリマー層７０６は、液晶層７０４に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層７０４の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している。中間ポリマー層７０６は、液晶層７０７に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層７０７の表面に平行）、且つ、図の紙面内に存在している（すなわち、中間ポリマー層７０６の上面のディレクタに直交している）。湾曲されたポリマー層７０２が、上部配向層７０３の上方に接触して配置される。これが、平坦透明電極７０１、７１０間の電界の経路に湾曲面７０３Ａを形成する。

ＰＤＭＳ層が、当該構造のための垂直配向層７０３、７０９として機能する。結果として、上部垂直配向層７０３及び下部垂直配向層７０９に隣接する液晶層７０４、７０７内のディレクタは、光路に沿って、垂直方向に配置される。当該液晶層内のディレクタは、中間ポリマー層７０６の配向機能のために、図示のように、上面と下面との間で、直交面内に（直交方向に）捩れている。

液晶層７０４、７０７は、合理的な製造公差及び光学性能公差の範囲内で、ポリマー層間の同一の厚さを有する。

ポストのアレイ（例えばポスト７０５）が、上部配向層７０３と中間ポリマー層７０６との間のギャップ内に配置され、当該ギャップ内に閉じ込められた液晶層７０４の液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部配向層７０３から中間ポリマー層７０６まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト７０８）が、中間ポリマー層７０６と下部配向層７０９との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層７０７内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、湾曲されたポリマー層７０２の上方に配置された平坦透明電極層７０１、及び、下部配向層７０９の下方の平坦透明電極層７１０を含む。誘電性基板層７００、７２２は、セルの対向面上に配置されている。

図１２の液晶セルは、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後も、その光学特性を維持できる。

前述のように、液晶及びポリマーフィルム内の液晶分子の配向は、光重合中に印加される外部電界によって規定され得る。プロセス中に不均一な電界を印加することにより、結果として生じる液晶ポリマーフィルムは、固定されたレンズ屈折力を有し得る。液晶ポリマーレンズのレンズ屈折力を可撓性の電気活性コンポーネントと組合せて使用すれば、構造にレンズ屈折力を追加することができる。

図１３に、液晶ポリマー層によってレンズ屈折力が追加された２層液晶電気活性セルの例が示されている。

図１３では、セルは、第１液晶層９５４と第２液晶層９５７とを含んでいる。第１液晶層９５４は、上部（第１）液晶ポリマー層９５３と中間（第２）液晶ポリマー層９５６との間のギャップ内に配置されている。第２液晶層９５７は、中間液晶ポリマー層９５６と下部（第３）液晶ポリマー層９５９との間のギャップ内に配置されている。

上部ポリマー層９５３は、その表面間にレンズ屈折力を誘発するべく分布されたディレクタを有しており、また、その上面及び下面上にディレクタを有しており、後者は、ｚ軸５に直交しており（液晶層９５４の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している。上部ポリマー層９５３の表面間のディレクタは、この例ではｚ軸５に平行で図の紙面に直交する面内において、ある量だけ傾斜しており、当該量は、光学ゾーンの中央線に対するそれらの位置の関数である。

中間ポリマー層９５６は、液晶層９５４に隣接する上面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層９５４の表面に平行）、且つ、図の紙面に直交している（すなわち、上部ポリマー層９５３の下面のディレクタに平行である）。中間ポリマー層９５６は、液晶層９５７に隣接する下面にディレクタを有しており、それは、ｚ軸５に直交しており（液晶層９５７の表面に平行）、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層９５６の上面のディレクタに直交している）。中間ポリマー層９５６の表面間のディレクタは、垂直方向に配置されている。

下部ポリマー層９５９は、その表面間にレンズ屈折力を誘発するべく分布されたディレクタを有しており、また、その上面及び下面上にディレクタを有しており、後者は、ｚ軸５に直交しており（液晶層９５７の表面に平行）、且つ、図の紙面に平行である（すなわち、中間ポリマー層９５６の下面のディレクタに平行である）。下部ポリマー層９５９の表面間のディレクタは、この例ではｚ軸５に平行で図の紙面にも平行である面内において、ある量だけ傾斜しており、当該量は、光学ゾーンの中央線に対するそれらの位置の関数である。結果として、上部ポリマー層及び下部ポリマー層の表面間のディレクタの配向は、互いに直交している。

ポリマー層９５３、９５６、９５９は、液晶層の配向層として機能する。

液晶層９５４、９５７は、合理的な製造公差及び光学性能公差の範囲内で、ポリマー層間の同一の厚さを有する。

ポストのアレイ（例えばポスト９５５）が、上部ポリマー層９５３と中間ポリマー層９５６との間のギャップ内に配置され、当該ギャップ内に閉じ込められた液晶層９５４の液晶材料に囲まれている。当該アレイのポストは、上部ポリマー層９５３から中間ポリマー層９５６まで延びており、前述のように厚さを維持するのに役立っている。

ポストの第２アレイ（例えばポスト９５８）が、中間ポリマー層９５６と下部ポリマー層９５９との間のギャップ内に配置されている。ポストの第２アレイは、ギャップ内に閉じ込められた液晶層９５７内の液晶材料によって囲まれている。

この例では、電気コンポーネントは、層９５０、９６１、９６２を含む誘電性ポリマー基板内に配置されている。電気コンポーネントは、電気コンポーネントは、接触するポリイミド層９５１Ａを有する抵抗層９５１Ｂ、上部ポリマー層９５３の上方に配置されたパターン電極層９５２、及び、下部ポリマー層９５９の下方の透明パッド電極層９６０を含む。

上部ポリマー層９５３及び下部ポリマー層９５９内に分布されたディレクタは、電気活性セルに追加のレンズ屈折力を提供する。幾つかの実施形態では、ポリマー層９５３、９５９によって提供されるパッシブレンズ屈折力が、液晶層によって提供される電気活性屈折力と組合され得て、近くの物体にも遠くの物体にも焦点合わせできるレンズ構造の利用を可能にする。

図１３の液晶セルは、小さな半径で折り畳まれ、元の形状に戻った後も、その光学特性を維持できる。

説明された可撓性の液晶セルの技術は、折り畳まれた後に構造が元の形状及び元の光学特性に戻るという意味で弾性を有し得る、コンタクトレンズなどの可撓性のレンズでの使用に適している。

可撓性の液晶セルの実施形態は、全てポリマーベースの光学系を含み得る。幾つかの実施形態では、液晶セルは、偏光子を含み得るし、あるいは、偏光子を含まなくてもよい。幾つかの実施形態では、単一の液晶層が存在する。他の実施形態では、２以上の液晶層が存在する。

液晶層内にポストのアレイを製造するために説明された技術は、ポリマー前駆体と液晶材料とを含む混合物の低温での光重合に基づいている。光重合は、例えばリソグラフィマスクを使用して形成されるパターンに従って、前駆体の相分離及び重合を誘発することで、ポストのアレイを形成する。

本明細書に記載された可撓性の液晶セルは、破損することなくそれ自体で折り畳まれ得て、電気活性レンズの光学特性を回復しながら元の形状に戻され得る。

例えば、折り畳み前後の平均厚さが初期厚さの±１０％以内に留まるように、液晶層の厚さは折り畳みの前後で維持され得る。また、液晶層の厚さは、折り畳みの前後で均一な厚さであり得て、例えば、光学素子の中心から光学素子の有効開口の縁まで、１．２μｍ未満だけ変化する。

この技術は、液晶を使用して電気的に調整可能な光学系を実現する可撓性の光学素子を実装するために説明されている。液晶光学素子は、直交配向液晶ダイレクタを備えた一対の液晶層を含み得て、可撓性のポリマー配向層、可撓性の基板、及び、電界を制御するモジュールと共に、偏光子なしでの動作を可能にする。液晶光学素子のレンズ屈折力は、光学ゾーン全体の電界分布を制御することにより変更され得る。近視であって且つ老視である患者のために、可撓性のコンタクトレンズは、遠方の物体に焦点を合わせるための負のレンズ度数と近距離の物体に焦点を合わせるための追加のレンズ度数とが、本明細書に記載された技術を使用して実装され得る。幾つかの例では、負のレンズ屈折力は、光学層スタックのパッシブ構造によって提供され得て、液晶層の電気光学活性構造と組合され得る。これにより、可撓性コンタクトレンズは、本明細書で説明されるように、液晶を使用する可撓性の光学要素を含み得る、ということが理解され得る。

電気的に調整可能な光学系を実現するための材料として液晶（ＬＣ）を採用した可撓性の光学素子が説明される。ＬＣ光学系は、偏光子なしでの動作のために直交配向ＬＣディレクタを有する一対のＬＣ層、可撓性のポリマー配向層、可撓性の基板、及び、電界を制御するためのモジュール、を含み得る。ＬＣ光学系のレンズ屈折力は、光学ゾーン全体の電界分布を制御することによって変更され得る。本明細書に記載された液晶セルは、可撓性ポリマーを含むコンタクトレンズ内に含まれ得る。

近視であって老視、または、遠視であって老視である患者のために、遠い物体への焦点合わせを支援するための負のレンズ屈折力と、近くの物体への焦点合わせを支援するための追加の正のレンズ力と、を備えた可撓性のコンタクトレンズが説明される。ＬＣ光学系は、これらの患者のために、追加の正のレンズ屈折力を電気的に提供し得て、パッシブな初期の負のレンズ屈折力を持つ可撓性のコンタクトレンズと組合せられ得る。

本明細書に説明された製造プロセスは、特定の順序で説明されている。しかしながら、幾つかの工程は、達成される機能に影響を与えることなく、組合され得るし、並列に実施され得るし、あるいは、異なる順序で実施され得る。幾つかの場合には、読者が理解するように、特定の他の変更が加えられた場合にのみ、工程の再編成が同じ結果を達成するであろう。他の場合には、読者が理解するように、特定の条件が満たされた場合にのみ、工程の再編成が同じ結果を達成するであろう。

本発明は、前述の好適な実施形態及び実施例を参照して開示されているが、これらの実施例は、限定的な意味ではなく、例示的な意味である。修正及び組合せが、当業者に容易に思い浮かぶと想定される。当該修正及び組合せは、本発明の精神内、及び、以下の特許請求の範囲内である。

Claims (23)

1. 電気的に調整可能なレンズであって、
   第１配向層及び第２配向層と、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間のギャップ内の弾性ポリマーポストのアレイと、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間の前記ギャップ内であって前記アレイのポストの周囲に閉じ込められた液晶と、
   当該レンズのレンズ屈折力を制御するために前記液晶に電界を誘発するように配置された１または複数の電極と、
   を備え、
   前記アレイのポストは、前記第１配向層から前記第２配向層まで延びており、
   前記第１及び第２配向層の少なくとも１つ、及び、前記ポストのアレイは、共通のメソゲンのポリマーを含む
   ことを特徴とする電気的に調整可能なレンズ。
2. 前記第１及び第２配向層は、前記ギャップに隣接する表面の近くで配向された液晶部分を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気的に調整可能なレンズ。
3. 電気的に調整可能なレンズであって、
   第１配向層及び第２配向層と、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間のギャップ内の弾性ポリマーポストのアレイと、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間の前記ギャップ内であって前記アレイのポストの周囲に閉じ込められた液晶と、
   当該レンズのレンズ屈折力を制御するために前記液晶に電界を誘発するように配置された１または複数の電極と、
   を備え、
   前記アレイのポストは、前記第１配向層から前記第２配向層まで延びており、
   前記第１及び第２配向層は、前記ギャップに隣接する表面の近くで配向された液晶部分を含む
   ことを特徴とする電気的に調整可能なレンズ。
4. 前記ギャップは、１０ｍｍ未満の折り畳み半径での曲げの前に平均厚さＸを有し、当該曲げからの回復後に平均厚さＹを有し、Ｙ＝Ｘ±１０％Ｘである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気的に調整可能なレンズ。
5. 前記ポストのアレイのうち少なくとも１つのポストが、当該レンズの光学ゾーン内に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電気的に調整可能なレンズ。
6. 電気的に調整可能なレンズであって、
   第１配向層及び第２配向層と、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間のギャップ内の弾性ポリマーポストのアレイと、
   前記第１配向層及び前記第２配向層の間の前記ギャップ内であって前記アレイのポストの周囲に閉じ込められた液晶と、
   前記液晶に電界を誘発するように配置された１または複数の電極と、
   第３配向層と、
   前記第２配向層及び前記第３配向層の間に位置する第２ギャップ内のエラストマーポストの第２アレイと、
   前記第２ギャップ内であって前記第２アレイのポストの周囲に閉じ込められた液晶と、
   を備え、
   前記アレイのポストは、前記第１配向層から前記第２配向層まで延びている
   ことを特徴とする電気的に調整可能なレンズ。
7. 前記第２配向層は、前記ギャップに隣接する第１面の近くで光路に直交するように平行に配向されたディレクタと、前記第２ギャップに隣接する第２面の近くで前記光路に直交すると共に前記第１面の近くの前記ディレクタに直交するように配向されたディレクタと、を有する液晶部分を含む
   ことを特徴とする請求項６に記載の電気的に調整可能なレンズ。
8. 前記第１及び第３配向層は、垂直配向のために構成されており、前記ギャップ内の前記液晶の前記第１配向層の近くのディレクタと、前記第２ギャップ内の前記液晶の前記第３配向層の近くのディレクタと、を誘導して、前記光路に平行に整列させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の電気的に調整可能なレンズ。
9. 前記第１及び第３配向層は、光路に直交する配向のために構成されており、前記ギャップ内の前記液晶の前記第１配向層の近くのディレクタと、前記第２ギャップ内の前記液晶の前記第３配向層の近くのディレクタと、を誘導して、前記光路に直交するように整列させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の電気的に調整可能なレンズ。
10. 前記第１及び第３配向層の少なくとも１つは、パッシブレンズ屈折力を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の電気的に調整可能なレンズ。
11. 前記第１、第２及び第３配向層は、ポリマー配向層を含む
    ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の電気的に調整可能なレンズ。
12. 液晶レンズの製造方法であって、
    第１可撓性配向層と第２可撓性配向層との間にギャップを設けて両者を組み立てる工程と、
    前記第１可撓性配向層から前記第２可撓性配向層まで前記ギャップを横切って延びる弾性ポリマーポストを形成する工程と、
    前記ポストを囲むように前記ギャップ内に液晶材料を提供する工程と、
    前記レンズのレンズ屈折力を制御するために前記ギャップ内の前記液晶材料に電界を誘発するように配置される１または複数の電極を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
13. ポリマー前駆体を前記ギャップ内に配置し、当該ギャップ内で重合を誘発することによって、前記弾性ポリマーポストを形成する工程
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記ポリマー前駆体は、モノマーと光重合開始剤化合物との組合せを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記弾性ポリマーポストを形成する工程は、前記ギャップ内の前記ポリマー前駆体をパターン化されたマスクを通して化学線に曝す工程を含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記ポリマー前駆体は、メソゲンと光重合開始剤化合物との組合せを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記液晶とポリマー前駆体で前記ギャップを充填する工程と、
    パターンに従って前記ポリマー前駆体の重合を誘発することによって前記弾性ポリマーポストを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 前記第１可撓性配向層と前記第２可撓性配向層とが、ポリマーフィルムを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
19. 前記第１可撓性配向層と前記第２可撓性配向層とが、液晶部分が埋め込まれたポリマーフィルムを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
20. 前記第１及び第２可撓性配向層ならびに前記ポストは、共通のメソゲンのポリマーを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
21. 前記第２可撓性配向層と第３可撓性配向層との間に第２ギャップを有するように、前記第１及び第２可撓性配向層と共に前記第３可撓性配向層を組み立てる工程と、
    前記第２ギャップを横切って延びる弾性ポリマーポストを形成する工程と、
    前記第２ギャップ内の前記ポストを囲むように前記第２ギャップを液晶材料で充填する工程と、
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
22. 前記第１、第２及び第３可撓性配向層は、前記ギャップ内の前記液晶材料内の液晶の第１の方向の配向と、前記第２ギャップ内の前記液晶材料内の液晶の第２の異なる方向の配向と、を誘導するように配置された配向層である
    ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記ポストのアレイのうち少なくとも１つのポストが、当該レンズの光学ゾーン内に配置されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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