有梯度折射率液晶层和成形介电层的眼科装置方法和设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请是2014年8月27日提交的美国非临时专利申请14/469922的部分继续申请， 题为"用于包括梯度折射率和成形的液晶层的眼科装置的方法和设备"，本文依赖于该内容 且该内容并入本文作参考。本申请另外要求2013年9月17日提交的临时申请号61/878723的 优先权。
技术领域
[0003] 本发明描述了具有可变光学性能的眼科镜片装置，并且更具体地，在一些实施例 中，描述了制造具有采用液晶元件的可变光学插入物的眼科镜片。
【背景技术】
[0004] 传统上，诸如接触镜片或眼内镜片的眼科镜片提供预定的光学质量。接触镜片例 如可提供:视力矫正功能性、美容增强作用、以及治疗效应中的一个或多个，但是仅一组视 力矫正功能。每种功能由镜片的物理特性提供。基本上，将折射性质结合到镜片中的设计提 供视力矫正功能性。结合到镜片中的颜料可提供美容增强作用。结合到镜片中活性剂的可 提供治疗功能性。
[0005] 目前已将眼科镜片的光学质量设计成镜片的物理特性。一般来讲，光学设计已经 确定，然后在镜片的制造中（诸如，通过浇铸模塑或车床加工)将其应用于镜片中。一旦所述 镜片已经形成，所述镜片的所述光学质量就保持稳定。然而，佩戴者有时可发现有利的是具 有不止一个光焦度可供其使用以提供视力调整。不像可改变眼镜来改变光学矫正的眼镜佩 戴者，接触镜片佩戴者或具有眼内镜片的佩戴者如果没有多种努力就不能改变其视力矫正 的光学特性，或用接触镜片或眼内镜片来对眼镜补充。
【发明内容】
[0006] 因此，本公开包括与具有液晶元件的可变光学插入物有关的创新，该可变光学插 入物可通电并结合到眼科装置中，能够改变装置的光学质量。此类眼科装置的例子可包括 接触镜片或眼内镜片。此外，提出了用于形成具有含液晶元件的可变光学插入物的眼科镜 片的方法和设备。一些实施例可还包括具有刚性或可形成的通电插入物（其另外包括可变 光学部分)的浇铸模塑的有机硅水凝胶接触镜片，其中，该插入物以生物相容性方式包括在 眼科镜片内。
[0007] 因此，本公开包括具有可变光学插入物的眼科镜片、用于形成具有可变光学插入 物的眼科镜片的设备、及其制造方法的公开。可将能量源沉积到或组装到可变光学插入物 上，并且可将该插入物放置在邻近第一模具部件和第二模具部件中的一者或两者处。将包 含反应性单体混合物的组合物(在下文中称为反应性单体混合物)放置在第一模具部件和 第二模具部件之间。第一模具部件被定位成邻近第二模具部件，从而形成镜片腔体，其中通 电介质插入物和至少一些反应性单体混合物置于所述镜片腔体中；所述反应性单体混合物 被暴露于光化辐射以形成眼科镜片。通过控制反应性单体混合物所暴露的光化辐射来形成 镜片。在一些实施例中，眼科镜片裙边或插入物封装层包含标准水凝胶眼科镜片制剂。具有 可合格地匹配多种插入物材料的特性的示例性材料可包括例如那拉菲康族(包括那拉菲康 A和那拉菲康B)、依他菲康族(包括依他菲康A)、加来菲康A和赛诺菲康A。
[0008] 形成具有液晶元件的可变光学插入物的方法、以及所得的插入物是本发明的各种 例子的重要方面。在一些例子中，液晶可位于两个定向层之间，可设定为对于液晶的静息取 向。在一些例子中，定向层可以各种方式图案化。可执行将定向层图案化，使得定向层中分 子的定向与液晶分子相互作用，以从镜片的中心的第一取向到镜片的边缘或边缘附近的第 二取向形成光滑变化的图案。光滑变化的图案可被分类为梯度图案，并且由于液晶分子的 取向可影响层的有效折射率，因此光滑变化的图案还可被分类为形成梯度折射率图案。可 通过沉积于含有可变光学部分的基底层上的电极使这两个定向层与能量源电连通。可通过 连接到能量源的中间互连件或直接通过嵌入插入物中的部件，来对电极通电。在一些例子 中，介电层可邻近电极形成，其中，介电层的厚度至少在所得的装置的光学区内的部分内变 化。
[0009] 将电极层通电可使液晶从可以梯度折射率图案而图案化的静息取向转变为通电 取向。在用导通或断开两种通电水平操作的实施例中，液晶可仅具有一种通电取向。在其他 可供选择的实施例中，在根据能量水平的规模进行通电的情况下，液晶可具有多种通电取 向。还可获得其他实施例，其中通电过程可通过通电脉冲来引起不同状态之间的切换。将其 中有介电层邻近电极的电极通电可导致跨包括液晶的层的电场的成形的变化。将电场的变 化成形可通过控制电介质厚度的厚度变化而编程设计，并且该电场的所有变化的成形可允 许特定电势施加至电极，以在未施加的电场与大量施加的电场之间的中间的电压建立聚焦 条件，大量施加的电场将沿着电场的邻近液晶层完全定向。
[0010] 所得的分子定向和取向可影响穿过液晶层的光，从而导致可变光学插入物的变 化。例如，定向和取向可以将折射特性作用于入射光。另外，该效应可包括光的偏振的改变。 一些实施例可包括可变光学插入物，其中通电改变镜片的聚焦特性。
[0011] 在一些实施例中，可通过其中引起包含液晶分子的可聚合混合物聚合的方式来形 成液晶层。被用于形成聚合物基体的单体其自身可含有附接的液晶部分。通过控制聚合并 包括未附接到单体化合物的液晶分子，交联聚合物区域的基体可环绕单独的液晶分子位于 的区域形成。在一些术语中，交联聚合的分子与包括间质的液晶分子的该组合可称作网络 布置。定向层可引导附接至单体的液晶分子的定向，使得将聚合材料的网络定向到引导定 向层。在一些例子中，在定向层中可能有由各种方式形成的光滑变化的图案，其然后可使得 液晶分子或液晶材料的网络形成梯度折射率图案。在聚合期间附接的液晶分子的取向被锁 定，然而，间质定位液晶分子可在空间中自由取向。当不存在外部影响时，自由液晶分子其 定向将被定向的液晶分子的基体影响。
[0012] 因此，在一些实施例中，可通过将包含液晶分子的可变光学插入物结合在眼科装 置内来形成眼科装置。可变插入物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。可变 插入物可包括前插入件和后插入件。在一些例子中，液晶分子可定向为图案，其中，跨至少 光学插入物的第一部分的折射率可具有径向相关地变化。径向相关可主要在径向距离具有 抛物线相关，并在一些例子中，径向相关可在径向距离从光学装置的中心具有抛物线和高 阶参数相关。
[0013] 前插入件和后插入件可使其表面中的任一者或两者以各种方式弯曲，并且在一些 实施例中，前插入件上的后表面的曲率半径可不同于后插入件的前表面的曲率半径。在描 述的可供选择的方式中，在一些实施例中，前插入件可包括具有第一曲率的表面，并且后插 入件可包括具有第二曲率的第二表面。在一些实施例中，第一曲率可不同于第二曲率。能量 源可被包括到镜片中并可被包括到插入物中，并且在一些实施例中可将能量源定位成其中 能量源的至少一部分位于该装置的非光学区中。介电层可位于邻近弯曲的前插入件和弯曲 的后插入件中的至少一个，其中，介电层的厚度至少在光学区内的部分内变化。
[0014] 在一些实施例中，包括液晶材料的梯度折射率层可能使光学效应补充至插入物表 面的不同半径的效应。
[0015] 在一些实施例中，眼科装置可为接触镜片。
[0016] 在一些实施例中，眼科装置的插入物可包括由各种材料制成的电极，包括诸如作 为非限制性例子的氧化铟锡(ΙΤ0)的透明材料。第一电极可定位为邻近前曲面件的后表面， 并且第二电极可定位为邻近后曲面件的前表面。当跨第一电极和第二电极施加电势时，可 跨位于电极之间的液晶层建立电场。跨液晶层施加的电场可导致层内的自由液晶分子利用 电场进行物理地定向。在一些实施例中，自由液晶分子可位于聚合物网络内的间质区域，并 且在一些实施例中，聚合物主链可含有可在聚合期间由定向层定向的化学限制液晶分子。 当液晶分子利用电场定向时，此定向可引起光学特性的改变，使得在光线穿越包含液晶分 子的层时可观察到这种改变。非限制性例子可为可通过定向的变化来改变折射率。在一些 实施例中，光学特性的改变可导致镜片的聚焦特性的改变，所述镜片包括含液晶分子的层。
[0017] 在一些实施例中，所述的眼科装置可包括处理器。
[0018] 在一些实施例中，所述的眼科装置可包括电路。电路可控制或引导电流在眼科装 置内流动。电路可控制电流从能量源到第一电极和第二电极元件的流动。
[0019] 在一些实施例中，插入物装置可不止包括前插入件和后插入件。中间件可位于前 插入件和后插入件之间。在一个例子中，含液晶层可位于前插入件和中间件之间。可变插入 物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。前插入件、中间插入件和后插入件可 使其表面中的任一者或两者以各种方式弯曲，并且在一些实施例中，前插入件上的后表面 的曲率半径可不同于中间插入件的前表面的曲率半径。介电层可位于邻近弯曲的前插入 件、弯曲的中间插入件和弯曲的后插入件中的至少一个，其中，介电层的厚度至少在光学区 内的部分内变化。能量源可被包括到镜片中并可被包括到插入物中，并且在一些实施例中 可将能量源定位成其中能量源的至少一部分位于该装置的非光学区中。
[0020] 具有前插入件、后插入件、和至少第一中间插入件的插入物可至少包括第一液晶 分子，并且液晶分子还可在间质定位液晶分子的聚合物网络区域中被发现。在一些例子中， 在定向层中可能有由各种方式形成的光滑变化的图案，其然后可使得液晶分子或液晶材料 的网络形成梯度折射率图案。在梯度折射率图案的一些实施例中，液晶分子可定向为图案， 其中，跨至少光学插入物的第一部分的折射率可具有径向相关地变化。径向相关可主要在 径向距离或径向维度具有抛物线相关，并在一些例子中，径向相关可在径向距离或径向维 度从光学装置的中心具有抛物线和高阶参数相关。
[0021] 在具有前插入件、后插入件和至少第一中间插入件的一些实施例中，眼科装置可 为接触镜片。
[0022] 在一些实施例中，眼科装置的具有前插入件、后插入件和至少第一中间插入件的 插入物可包括由各种材料(包括透明材料，诸如作为非限制性例子的ΙΤ0)制成的电极。第一 电极可定位为邻近前曲面件的后表面，并且第二电极可定位为邻近中间件的前表面。当跨 第一电极和第二电极施加电势时，可跨位于电极之间的液晶层建立电场。跨液晶层施加的 电场可导致层内的液晶分子利用电场进行物理地定向。在一些实施例中，液晶分子可位于 间质定位液晶材料的聚合物网络区域中。当液晶分子利用电场定向时，此定向可引起光学 特性的改变，使得在光线穿越包含液晶分子的层时可观察到这种改变。非限制性例子可为 可通过定向的变化来改变折射率。在一些实施例中，光学特性的改变可导致镜片的聚焦特 性的改变，所述镜片包括含液晶分子的层。
[0023] 在一些实施例中，中间件可包括接合在一起的多个件。
[0024] 在其中插入物装置可包括前插入件、后插入件和中间件的一些实施例中，含液晶 层可位于前插入件和中间件之间或者中间件和后插入件之间。此外，偏振元件也可位于可 变插入物装置内。可变插入物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。前插入件、 中间插入件和后插入件可使其表面中的任一者或两者以各种方式弯曲，并且在一些实施例 中，前插入件上的后表面的曲率半径可不同于中间插入件的前表面的曲率半径。能量源可 被包括到镜片中并可被包括到插入物中，并且在一些实施例中可将能量源定位成其中能量 源的至少一部分位于该装置的非光学区中。
[0025] 在一些实施例中，可能指可变光学插入物内的表面而非可变光学插入物内的件。 在一些实施例中，眼科镜片装置可形成为可变光学插入物可位于眼科镜片装置内，其中可 变光学插入物的至少一部分可位于镜片装置的光学区中。这些实施例可包括弯曲的前表面 和弯曲的后表面。在一些实施例中，前表面和后表面可被配置为形成至少第一腔室。眼科镜 片装置还可包括至少在包括非光学区的区域中嵌入所述插入物的能量源。在一些例子中， 介电层可邻近弯曲的前表面和的弯曲后表面中的至少一个放置，其中，介电层的厚度至少 在光学区内的部分内变化。
[0026] 眼科镜片装置还包括位于腔室内的含有液晶材料的层，其中，所述层包括以图案 定向的液晶材料的区域，其中，跨所述可变光学插入物的至少第一部分的折射率具有径向 关系地变化。
[0027] 在一些实施例中，接触镜片装置可形成为可变光学插入物可位于眼科镜片装置 内，其中可变光学插入物的至少一部分可位于镜片装置的光学区中。这些实施例可包括弯 曲的前表面和弯曲的后表面。在一些实施例中，前表面和后表面可被配置为形成至少第一 腔室。接触镜片装置还包括位于腔室内的含有液晶材料的层，其中，所述层包括以图案定向 的液晶材料的区域，其中，跨所述可变光学插入物的至少第一部分的折射率具有径向关系 地变化。接触镜片装置还可包括邻近弯曲的前表面和弯曲的后表面中的至少一个的介电 层，其中，介电层的厚度至少在光学区的一部分内变化。
[0028] 在一些实施例中，接触镜片装置可形成为可变光学插入物可位于眼科镜片装置 内，其中可变光学插入物的至少一部分可位于镜片装置的光学区中。接触镜片装置还包括 位于腔室内的含有液晶材料的层，其中，所述层可包括以图案定向的液晶材料的区域，其 中，跨所述可变光学插入物的至少第一部分的折射率具有径向关系地变化，并且其中，至少 该层的第一表面可弯曲。
[0029] 在一些实施例中，眼科镜片装置可形成为可变光学插入物可位于眼科镜片装置 内，其中可变光学插入物的至少一部分可位于镜片装置的光学区中。这些实施例可包括弯 曲的前表面和弯曲的后表面。在一些实施例中，第一弯曲的前表面和第一弯曲的后表面可 被配置为形成至少第一腔室。第二弯曲的前表面和第二弯曲的后表面可配置为形成至少第 二腔室。眼科镜片装置还