[发明专利]具有液晶取向的光学装置

说明书

一种光学装置，包括：‑第一电极层；‑设置在距第一电极层一定距离处的第二电极层；‑第一电极层和第二电极层是光透射的；其中，该光学装置在第一电极层与第二电极层中间还包括：衍射光学元件，该衍射光学元件与第一电极层相邻并且包括至少一个倾斜表面；以及填充倾斜表面与第二电极层之间的空间的液晶材料，该液晶材料具有补偿至少一个倾斜表面的倾斜角的预倾。

技术领域

本公开涉及光学装置，特别地涉及包括液体的光学装置。

背景技术

老花眼是众所周知的眼睛失去其近距离聚焦的能力的疾病，影响了全世界超过20亿患者。经典解决方案包括被动镜片，例如阅读眼镜、渐进式镜片或多焦点隐形眼镜。然而，这些被动镜片通常具有有限的视场、降低的对比度或长的适应时间。

因此，透镜的一部分的焦距可以被改变的可再聚焦透镜在该领域中吸引了很多关注，因为它们将消除许多已知的问题。尽管存在一些光机械解决方案，但是由于电-光解决方案更容易重新配置，具有更快的响应时间并且在机械上更稳健，因此优选电-光解决方案。大多数电光解决方案需要填充有一种或更多种液体的腔，并且通常使用基于液晶的实现方式。虽然液晶显示技术非常成熟，但是找到将可再聚焦液晶透镜集成到眼科透镜中的方法已经证明是困难的，这主要是因为眼科透镜通常具有弯月面形状。

例如，在US 7,728,949中描述了现有的可再聚焦液晶透镜。该专利公开了由两个塑料透镜半体组成的透镜：具有衍射/折射光学结构的第一弯曲透镜半体；和第二透镜半体。在两个透镜半体上沉积透明电极。透镜半体利用UV可固化粘合剂跨除光学结构的区域之外的整个表面粘合在一起。在光学结构的位置处，液晶材料填充两个透镜半体之间的间隙。在关断状态下，液晶具有与透镜半体的塑料基板相同的折射率。然后它隐藏衍射/折射结构并且没有透镜作用。通过在透镜半体之间施加电场，液晶材料的折射率被调制，并且它变得不同于下面的衍射/折射光学结构，从而导致透镜作用。

在两个相对厚(1mm)的透镜半体上直接制造液晶透镜的上述方法具有一系列缺点。由于电极层在衍射/折射光学结构的弯曲表面上的保形沉积难以实现并且可能导致产生可靠性问题，因此非常难以大量制造。由于使用最先进的单滴填充处理获得成本有效且美观清洁的密封在超薄透镜中难以实现，因此阻碍了该方法的大量生产。衍射/折射光学结构可以具有平坦表面，但是这限制了典型薄透镜设计中的最大直径，在典型薄透镜设计中平坦透镜需要以某种方式集成在弯曲后表面与弯曲前表面之间。衍射/折射光学结构可以弯曲，但是在处理期间液晶可能会溢出，从而导致表面污染和胶的不良粘附。在粘附之后填充腔是另一种选项，但是可能留下通道，通过该通道填充透镜，该通道是可见的并且损害透镜的美观性。必须单独制造每个透镜坯料，这限制了生产量。

如在US7728949中所观察到的，要求电激活透镜必须对其打算聚焦的光的偏振不敏感。然而，这是复杂的，由于大多数液晶材料是双折射的并且因此是偏振敏感的事实。已知两种基本解决方案：需要使用具有向列型液晶的多层透镜结构，例如对于两种偏振具有正交取向的两层，或者使用例如US7728949中所提出的与胆甾型液晶组合的单层。该方法使得真正难以产生多层透镜结构，迫使使用胆甾型液晶来构建仅具有仅一层的偏振无关透镜。然而，本领域技术人员已知，由于旋转位移线和胆甾型层的大内部能量，很难控制胆甾型层特别是厚层的混浊。为了避免胆甾型液晶的混浊，必须减小液晶层的厚度，但是这限制了闪耀高度，迫使在光学衍射/折射结构中使用较短间距的闪耀，从而增加了色差。