具有受控应变的薄膜叠层的制作方法

本公开总体上涉及用于形成包括具有光学和/或机械各向异性的光学元件的部件以及所得到的架构和相关特性的各种处理方案。本公开还涉及可以包括本文公开的薄膜叠层的示例性虚拟现实和增强现实设备。

背景技术：

1、聚合物材料可以包括在各种不同的光学器件架构和电光器件架构中，该架构包括有源和无源光学器件和电有源器件。一个或多个轻质且舒适的聚合物层可以包括在诸如智能眼镜等可穿戴设备中，并且是包括虚拟现实设备/增强现实设备的新兴技术的有吸引力的候选者，舒适、可调整的形状要素在该虚拟现实设备/增强现实设备中是期望的。

2、例如，虚拟现实(virtual reality，vr)和增强现实(augmented reality，ar)眼镜设备或头戴式设备(headset)可以使用户能够体验事件，例如与三维世界的计算机生成的模拟中的人交互或查看叠加在真实世界视图上的数据。作为示例，可以通过光学头戴式显示器(optical head-mounted display，ohmd)或通过使用具有透明平视显示器(heads-updisplay，hud)或增强现实(ar)覆盖的嵌入式无线眼镜来实现将信息叠加到视场上。vr/ar眼镜设备和头戴式设备可以用于各种目的。例如，政府可以使用这样的设备进行军事训练，医疗专业人员可以使用这样的设备来模拟手术，并且工程师可以使用这样的设备作为设计可视化辅助工具。

3、这些和其它应用可以利用薄膜聚合物材料的一个或多个特性，该一个或多个特性包括压电特性和折射率，该压电特性会诱导变形，该折射率会操纵光。在各种应用中，光学元件和其它部件可以包括具有各向异性机械或光学特性的聚合物薄膜。在制造过程中，可以对聚合物薄膜进行加工以形成复合曲率。将理解的是，复合曲线的形成可能在各向异性特性的方向上引起不期望的变化，并在聚合物薄膜中引起应变。在一些情况下，作为示例，在单轴取向的高分子量聚乙烯(high molecular weight polyethylene，hmwpe)和超高分子量聚乙烯(ultrahigh molecular weight polyethylene，uhmwpe)中的过度应变可能导致内部断裂和微孔，这可能不期望地降低了光学清晰度并增加雾度。在进一步的示例中，多层反射偏振器中复合曲率的产生可能会造成非平行的偏振特性，这可能会降低例如薄饼透镜中的系统对比度。

4、许多光学和结构各向异性聚合物层被制造成最初的平面薄膜，该薄膜随后形成特定应用的复合曲率。示例系统和方法可以包括将平面聚合物薄膜定位在具有复合曲率的衬底上，相对于衬底的边缘或表面对聚合物薄膜进行约束，以及向聚合物薄膜施加力，可选地同时向该聚合物薄膜施加热量，以将薄膜共形地施用于衬底的表面。例如，该衬底可以包括透镜的球形表面。

5、将理解的是，这样的过程可能导致至少在新获得的轮廓上的聚合物薄膜的非常折射率或高模量轴的方向上的不期望的变化。此外，成形过程可能在薄膜的寻常轴上产生过大的应变，这可能导致不期望的光学和/或机械效果。如本文所使用的，对于正单轴材料，非常轴(extraordinary axis)被称为慢轴，而寻常轴被称为快轴。平行于快轴偏振的光以比平行于正交慢轴的光更快的速度传播。

6、尽管近期取得了进展，但提供具有改进的各向异性特性(包括经受住成形过程和薄膜中的复合曲率产生的各向异性性能)的聚合物薄膜将是有利的。根据各种实施例，本文公开的是用于形成光学元件的制造工艺，更具体地是如下制造工艺：该制造工艺可以被配置为控制聚合物薄膜的光学和/或机械轴以及应变，同时将聚合物薄膜成形为复合曲线。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种各向异性聚合物薄膜，该各向异性聚合物薄膜包括复合曲率其中，聚合物薄膜的非常轴的取向角度的最大变化最多比与形成为复合曲率的初始平面聚合物薄膜相关联的取向变化大2％。

2、在一些实施例中，复合曲率包括小于约1m的曲率半径。

3、在一些实施例中，复合曲率的特征在于从由以下项组成的组中选择空间变化的曲率：均匀球面复合曲率；以及球面曲率和圆柱面曲率的组合。

4、在一些实施例中，通过形成各向异性聚合物薄膜的过程，取向角度的最大变化不超过2％。

5、在一些实施例中，该各向异性聚合物薄膜还包括聚乙烯，该聚乙烯具有至少约5gpa的非常模量。

6、在一些实施例中，该各向异性聚合物薄膜还包括聚偏氟乙烯，该聚偏氟乙烯具有至少约10pc/n的非常压电系数(d31)。

7、在一些实施例中，聚合物薄膜是光学透明的。

8、在一些实施例中，聚合物薄膜的特征在于体雾度小于约10％。附图说明了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起展示和解释了本公开的各种原理。

9、根据本公开的第二方面，提供了一种多层聚合物薄膜，该多层聚合物薄膜包括：第一各向异性聚合物薄膜和第二各向异性聚合物薄膜，第一各向异性聚合物薄膜具有复合曲率，第二各向异性聚合物薄膜具有结合到第一各向异性聚合物薄膜的复合曲率。

10、在一些实施例中，第一各向异性聚合物薄膜的取向与第二各向异性聚合物薄膜的取向旋转偏移。

11、在一些实施例中，复合曲率包括小于约1m的曲率半径。

12、在一些实施例中，聚合物薄膜包括聚乙烯，该聚乙烯具有至少约5gpa的非常模量。

13、在一些实施例中，聚合物薄膜包括聚偏氟乙烯，该聚偏氟乙烯具有至少约10pc/n的非常压电系数(d31)。

14、在一些实施例中，聚合物薄膜是光学透明的。

15、根据本公开的第三方面，提供了一种方法，该方法包括：提供各向异性聚合物薄膜；对该薄膜进行约束，以在该薄膜中生成轮廓；以及将具有复合曲率的模板元件与聚合物薄膜的表面进行接触，以将复合曲率引入该表面。

16、在一些实施例中，聚合物薄膜是光学各向异性或机械各向异性的。

17、在一些实施方案中，轮廓是平面的。

18、在一些实施例中，其中，轮廓是非平面的。

19、在一些实施例中，模板元件包括透镜。

20、在一些实施例中，模板元件的复合曲率具有相对于聚合物薄膜的表面的延伸的形状要素。

21、应当理解，本文被描述为适用于结合到本公开的一个或多个方面或实施例中的任何特征旨在可在本公开的任何和所有的方面和实施例上推广。根据本公开的描述、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其它方面。前文的概括描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。

技术特征：

1.一种各向异性聚合物薄膜，所述各向异性聚合物薄膜包括复合曲率，其中，所述聚合物薄膜的非常轴的取向角度的最大变化最多比与形成为所述复合曲率的初始平面聚合物薄膜相关联的取向变化大2％。

2.根据权利要求1所述的各向异性聚合物薄膜，其中，所述复合曲率包括小于约1m的曲率半径。

3.根据权利要求1或2所述的各向异性聚合物薄膜，其中，所述复合曲率的特征在于从由以下项组成的组中选择空间变化的曲率：均匀球面复合曲率；以及球面曲率和圆柱面曲率的组合。

4.根据任一前述权利要求所述的各向异性聚合物薄膜，其中，通过形成所述各向异性聚合物薄膜的过程，所述取向角度的最大变化不超过2％。

5.根据任一前述权利要求所述的各向异性聚合物薄膜，所述各向异性聚合物薄膜包括聚乙烯，所述聚乙烯具有至少约5gpa的非常模量；或者优选地，所述各向异性聚合物薄膜包括聚偏氟乙烯，所述聚偏氟乙烯具有至少约10pc/n的非常压电系数(d31)。

6.根据任一前述权利要求所述的各向异性聚合物薄膜，其中，所述聚合物薄膜是光学透明的。

7.根据任一前述权利要求所述的各向异性聚合物薄膜，其中，所述聚合物薄膜的特征在于体雾度小于约10％。

8.一种多层聚合物薄膜，所述多层聚合物薄膜包括：

9.根据权利要求8所述的多层聚合物薄膜，其中，所述第一各向异性聚合物薄膜的取向与所述第二各向异性聚合物薄膜的取向旋转偏移；和/或优选地，其中，所述复合曲率包括小于约1m的曲率半径。

10.根据权利要求8或9所述的多层聚合物薄膜，其中，所述聚合物薄膜包括聚乙烯，所述聚乙烯具有至少约5gpa的非常模量；或者优选地，其中所述聚合物薄膜包括聚偏氟乙烯，所述聚偏氟乙烯具有至少约10pc/n的非常压电系数(d31)。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的多层聚合物薄膜，其中，所述聚合物薄膜是光学透明的。

12.一种方法，所述方法包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述聚合物薄膜是光学各向异性或机械各向异性的。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述轮廓是平面的；或者优选地，其中，所述轮廓是非平面的。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述模板元件包括透镜；和/或优选地，其中，所述模板元件的复合曲率具有相对于所述聚合物薄膜的表面的延伸的形状要素。

技术总结
一种包括用于眼镜镜片的PET或PVDF的偏振器薄膜(1010)在具有弯曲的压模(1020)内弯曲，该压模具有比最终眼镜镜片大得多的尺寸；在弯曲之后切断薄膜的应变边缘，这导致光学薄膜轴偏离起始值较小。

技术研发人员：克里斯托弗·元庭·廖,叶盛,汉娜·诺布尔,安德鲁·约翰·欧德科克,纳吉·胡斯尼·艾拉巴西
受保护的技术使用者：元平台技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15