(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロウェッティングセルであって、
第１および第２の光学窓であって、それぞれ内面および外面を有し、前記第１および第２の光学窓の周囲の周りで接合されて、前記第１および第２の光学窓の前記内面の間に封止された封入容器を形成する、第１および第２の光学窓と、
前記第１の光学窓上に形成された第１のガス透過性電極であって、前記第１のガス透過性電極は、導電層および少なくとも１つの誘電体層を含み、前記導電層は、前記第１の光学窓と前記少なくとも１つの誘電体層との間に挟まれる、第１のガス透過性電極と、
前記第２の光学窓上に形成された第２のガス透過性電極であって、前記第２のガス透過性電極は導電層を含む、第２のガス透過性電極と、
オイルが前記第１の光学窓の前記内面および前記第１のガス透過性電極と接触しているように、前記封止された封入容器内に配置されたオイル層と、
食塩溶液が前記オイル層、前記第２の光学窓の前記内面、および前記第２のガス透過性電極と接触しているように、前記封止された封入容器内に配置された食塩溶液層と、
を含む、エレクトロウェッティングセルと、
前記エレクトロウェッティングセルを囲んで完全に封入する保護コーティングと、
前記保護コーティングを囲んで完全に封入するコンタクトレンズ材料と、
を含み、
前記第１および第２の光学窓、前記コンタクトレンズ材料、ならびに前記保護コーティングのうちの少なくとも１つは、ガス透過性である、エレクトロウェッティングコンタクトレンズ。
【請求項２】
前記第１および第２のガス透過性電極のうちの少なくとも１つの前記導電層には、複数の構造化された開口部が開けられている、請求項１に記載のコンタクトレンズ。
【請求項３】
前記構造化された開口部のサイズは、前記誘電体層の全体的な厚さと比較して小さい、請求項２に記載のコンタクトレンズ。
【請求項４】
前記誘電体層は４ミクロンの厚さを有し、前記構造化された開口部は０．４ミクロンの最大寸法を有する、請求項３に記載のコンタクトレンズ。
【請求項５】
前記第１および第２のガス透過性電極は、ナノワイヤのメッシュを含む、請求項１に記載のコンタクトレンズ。
【請求項６】
前記第１および第２の光学窓は１００Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記オイル層は３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記食塩溶液層は５０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記保護コーティングは３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記コンタクトレンズ材料は１００Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する、
請求項１に記載のコンタクトレンズ。
【請求項７】
前記第１のガス透過性電極の前記誘電体層は、３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する、請求項１に記載のコンタクトレンズ。
【請求項８】
前記第１および第２の光学窓は、３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する封止材料を使用して、前記第１および第２の光学窓の周囲の周りで封止領域に沿って接合される、請求項１に記載のコンタクトレンズ。
【請求項９】
エレクトロウェッティングセルであって、
第１および第２の光学窓であって、それぞれ内面および外面を有し、前記第１および第２の光学窓の周囲の周りで接合されて、前記第１および第２の光学窓の前記内面の間に封止された封入容器を形成する、第１および第２の光学窓と、
前記第１の光学窓上に形成された第１のガス透過性電極であって、前記第１のガス透過性電極は、導電層および少なくとも１つの誘電体層を含み、前記導電層は、前記第１の光学窓と前記少なくとも１つの誘電体層との間に挟まれる、第１のガス透過性電極と、
前記第２の光学窓上に形成された第２のガス透過性電極であって、前記第２のガス透過性電極は導電層を含む、第２のガス透過性電極と、
オイルが前記第１の光学窓の前記内面および前記第１のガス透過性電極と接触しているように、前記封止された封入容器内に配置されたオイル層と、
食塩溶液が前記オイル層、前記第２の光学窓の前記内面、および前記第２のガス透過性電極と接触しているように、前記封止された封入容器内に配置された食塩溶液層と、
を含む、エレクトロウェッティングセルと、
前記エレクトロウェッティングセルを囲んで完全に封入する保護コーティングと、
前記保護コーティングを囲んで完全に封入するコンタクトレンズ材料と、
前記コンタクトレンズ材料上に実装され、前記第１および第２のガス透過性電極に電気的に結合された制御電子装置と、
を含み、
前記第１および第２の光学窓、前記コンタクトレンズ材料、ならびに前記保護コーティングのうちの少なくとも１つは、ガス透過性である、眼球装着可能遠近調節デバイス。
【請求項１０】
前記第１および第２のガス透過性電極のうちの少なくとも１つの前記導電層には、複数の構造化された開口部が開けられている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記構造化された開口部のサイズは、前記誘電体層の全体的な厚さと比較して小さい、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記誘電体層は４ミクロンの厚さを有し、前記構造化された開口部は０．４ミクロンの最大寸法を有する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１および第２のガス透過性電極は、ナノワイヤのメッシュを含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１および第２の光学窓は１００Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記オイル層は３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記食塩溶液層は５０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記保護コーティングは３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有し、
前記コンタクトレンズ材料は１００Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１のガス透過性電極の前記誘電体層は、３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第１および第２の光学窓は、３０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有する封止材料を使用して、前記第１および第２の光学窓の周囲の周りで封止領域に沿って接合される、請求項９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］  開示される実施形態は、一般に眼科光学機器に関し、より詳細には、限定されるものではないが、ガス透過性構成要素を含む、コンタクトレンズなどのエレクトロウェッティング眼科光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  眼科用途（例えば、コンタクトレンズ）向きのエレクトロウェッティングレンズを製造するための既存の設計および方法は、それらの構成においてガス不透過性材料に依拠している。コンタクトレンズ用途のために、角膜組織の無血管性に起因して、角膜の上に配置されるすべての材料および／またはデバイスは、良好なガス透過性、具体的には酸素透過性を有利に有するべきである。さもなければ、コンタクトレンズは、不快であるおそれがあり、角膜浮腫および／または新血管形成につながるおそれがある。
【発明の概要】
【０００３】
［0003］  本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態は、以下の図を参照して説明され、別途指定されない限り、類似の参照符号は、さまざまな投影図のすべてで類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】［0004］自動遠近調節を提供する眼球装着可能デバイスと、眼球装着可能デバイスと相互作用するための外部読み取り装置との一実施形態の機能ブロック図である。
【図２Ａ】［0005］遠近調節を提供するエレクトロウェッティングセルを含むガス透過性コンタクトレンズの一実施形態をともに例示する。
【図２Ｂ】［0005］図２Ｂは、実質的に図２Ａの切断線Ｂ−Ｂに沿ってとられた断面図である。
【図３】［0006］エレクトロウェッティングセルのオイル電極の一実施形態を例示する。
【図４Ａ】［0007］エレクトロウェッティングセルのオイル電極の別の実施形態を例示する。
【図４Ｂ】［0007］エレクトロウェッティングセルのオイル電極の別の実施形態を例示する。
【図５】［0008］エレクトロウェッティングセルのオイル電極の別の実施形態を例示する。
【図６】［0009］エレクトロウェッティングセルの食塩水電極の一実施形態を例示する。
【図７】［0010］エレクトロウェッティングセルの食塩水電極の別の実施形態を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
［0011］  ガス透過性の構成および構成要素を含むエレクトロウェッティング眼科光学機器用の装置、システムおよび方法について実施形態が説明される。実施形態の理解を提供するために具体的詳細が説明されるが、当業者は、説明される詳細のうちの１つもしくは複数なしで、または他の方法、構成要素、材料などとともに本発明が実践され得ることに気付くであろう。場合によっては、周知の構造、材料、または動作は、図示または詳細に説明されないが、それでもなお本発明の範囲内に包含される。
【０００６】
［0012］  本明細書全体にわたって「１つの実施形態」または「一実施形態」への言及は、説明される特徴、構造、または特性が少なくとも１つの説明される実施形態に含まれ得ることを意味し、したがって「１つの実施形態で」または「一実施形態で」の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態で任意の適切な方式で組み合わせてもよい。
【０００７】
［0013］  酸素透過性の低いコンタクトレンズは、時間とともに不快感、角膜浮腫、および角膜心血管形成に起因して劣った患者体験を提供する。シリコーンヒドロゲルソフトコンタクトレンズ材料の到来がこの問題に対処し、硬質ガス透過性コンタクトレンズが同様にこの問題に対処したが、今までにコンタクトレンズ用途のためのガス透過性エレクトロウェッティングレンズについての記述が存在しない。ガス透過性がないと、エレクトロウェッティング焦点調節技術が老眼などの患者の視力状態に優れた解決策を提供するとしても、患者はレンズを着用しないおそれがある。説明する実施形態は、エレクトロウェッティング光学機器の改善された設計で使用するためにガス透過性材料およびガス透過性構成を注意深く選択することによってコンタクトレンズエレクトロウェッティング光学機器における酸素不透過性の問題に対処する。
【０００８】
［0014］  図１は、この場合ガス透過性エレクトロウェッティングコンタクトレンズである眼球装着可能デバイス１００と、付随する外部読み取り装置１０５との一実施形態をブロック図形式で例示する。眼球装着可能デバイス１００の露出部は、眼球の角膜表面に接触装着されるように形成された可撓性レンズ封入容器１１０である。基板１１５は、可撓性レンズ封入容器１１０内に埋め込まれるか、または可撓性レンズ封入容器１１０によって囲まれて、電源１２０、コントローラ１２５、センサシステム１３５、アンテナ１４０、およびさまざまな相互接続１４５および１５０のための実装面を提供する。エレクトロウェッティングセル１３０は、可撓性レンズ封入容器１１０内に埋め込まれ、コントローラ１２５に結合されて眼球装着可能デバイス１００の着用者に自動遠近調節を提供する。電源１２０の例示された実施形態は、環境発電アンテナ１５５、充電回路１６０、およびバッテリ１６５を含む。コントローラ１２５の例示された実施形態は、制御論理１７０、遠近調節論理１７５、および通信論理１８０を含む。読み取り装置１０５の例示された実施形態は、プロセッサ１８２、アンテナ１８４、およびメモリ１８６を含む。
【０００９】
［0015］  コントローラ１２５は、センサシステム１３５からのフィードバック制御信号を受け取るように結合され、エレクトロウェッティングセル１３０を動作させるようにさらに結合される。電源１２０は、コントローラ１２５および／またはエレクトロウェッティングセル１３０に動作電圧を供給する。アンテナ１４０は、コントローラ１２５によって操作されて、眼球装着可能デバイス１００に、および／または眼球装着可能デバイス１００から情報を伝達する。１つの実施形態で、アンテナ１４０、コントローラ１２５、電源１２０、およびセンサシステム１３５は、埋め込み基板１１５上にすべて位置している。１つの実施形態で、エレクトロウェッティングセル１３０は、可撓性レンズ封入容器１１０の中心領域内に埋め込まれるが、基板１１５上には配設されない。眼球装着可能デバイス１００は、電子装置を含み、眼球に接触装着されるように構成されるので、本明細書では、眼科電子装置プラットフォーム、コンタクトレンズ、またはスマートコンタクトレンズとも呼ばれる。
【００１０】
［0016］  接触装着を容易にするために、可撓性レンズ封入容器１１０は、（例えば、角膜表面をコーティングする涙液膜との毛管力によって）湿らせた角膜表面に付着する（「装着する」）ように構成された凹曲面を有し得る。加えて、または代わりに、眼球装着可能デバイス１００は、凹形湾曲に起因する角膜表面と可撓性レンズ封入容器１１０との間の真空力によって付着させてもよい。眼球に対して凹曲面で装着される一方で、可撓性レンズ封入容器１１０の外向き表面は、眼球装着可能デバイス１００が眼球に装着されている間に眼瞼運動と干渉しないように形成された凸形湾曲を有し得る。例えば、可撓性レンズ封入容器１１０は、コンタクトレンズと同様に成形された実質的に透明な湾曲した円盤とすることができる。
【００１１】
［0017］  可撓性レンズ封入容器１１０は、コンタクトレンズまたは角膜表面との直接接触を伴う他の眼科用途で使用するために使われるものなどの、１つまたは複数の生体適合性材料を含み得る。可撓性レンズ封入容器１１０は、任意選択でそのような生体適合性材料から部分的に形成されてもよく、またはそのような生体適合性材料を用いた外側のコーティングを含んでもよい。可撓性レンズ封入容器１１０は、ヒドロゲルなどの、角膜表面を湿らせるように構成された材料を含み得る。可撓性レンズ封入容器１１０は、着用者の快適性を高めるための変形可能（「軟質」）材料である。場合によっては、可撓性レンズ封入容器１１０は、コンタクトレンズによって提供され得るような、所定の視力矯正屈折力を提供するように成形することができる。可撓性レンズ封入容器１１０は、高分子材料、ヒドロゲル、ＰＭＭＡ、シリコーン系ポリマー（例えば、フルオロシリコンアクリレート）、またはその他を含む、さまざまな材料で製造され得る。
【００１２】
［0018］  基板１１５は、センサシステム１３５、コントローラ１２５、電源１２０、およびアンテナ１４０を実装するのに適した１つまたは複数の表面を含む。基板１１５は、（例えば、フリップチップ実装による）マイクロチップを用いた回路のための実装プラットフォームとして、および／または導電材料（例えば、金、プラチナ、パラジウム、チタン、銅、アルミニウム、銀、金属、他の導電材料、これらの組み合わせなど）をパターニングして電極、相互接続、アンテナなどを作り出すためのプラットフォームとして、ともに使用することができる。いくつかの実施形態で、実質的に透明な導電材料（例えば、酸化インジウムスズまたは下に論じた可撓性導電材料）を基板１１５上にパターニングして回路、電極などを形成することができる。例えば、金または別の導電材料のパターンを基板１１５上に堆積させることによって、アンテナ１４０を形成することができる。同様に、導電材料の適切なパターンを基板１１５上に堆積させることによって、相互接続１４５および１５０を形成することができる。レジスト、マスク、および堆積技法の組み合わせを使って材料を基板１１５上にパターニングすることができる。基板１１５は、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）、または封入容器材料１１０内の回路および／もしくは電子装置を構造的に支持するのに十分な別の材料などの、比較的硬質の材料とすることができる。あるいは、眼球装着可能デバイス１００には、単一基板ではなく、接続されない一群の基板を配置してもよい。例えば、コントローラ１２５および電源１２０を１つの基板に実装することができるのに対して、アンテナ１４０およびセンサシステム１３５は別の基板に実装され、この２つは相互接続を介して電気的に接続することができる。
【００１３】
［0019］  基板１１５は、埋め込み電子部品用の実装プラットフォームを提供するのに十分な半径方向幅寸法を有する平坦なリングとして成形することができる。基板１１５の厚さは、眼球装着可能デバイス１００の外形に悪影響を及ぼすことなく基板を可撓性レンズ封入容器１１０に埋め込むことを可能にするように十分に薄くすることができる。基板１１５の厚さは、その上に実装される電子装置を支持するのに適した構造的安定性を提供するように十分に厚くすることができる。例えば、基板１１５は、直径約１０ミリメートル、半径方向幅約１ミリメートル（例えば、内半径よりも１ミリメートル大きい外半径）、および厚さ約５０マイクロメートルのリングとして成形することができる。基板１１５は、任意選択で眼球装着可能デバイス１００の眼球装着面（例えば、凸曲面）の湾曲と整合されてもよい。例えば、基板１１５は、内半径および外半径を画定する２つの円形セグメント間の仮想円錐の表面に沿って成形することができる。そのような実施例では、仮想円錐の表面に沿った基板１１５の表面は、その半径において眼球装着面の湾曲とほぼ整合される傾斜面を画定する。
【００１４】
［0020］  いくつかの実施形態で、電源１２０およびコントローラ１２５（および基板１１５）は、眼球装着可能デバイス１１０の中心を通る眼への光透過との干渉を回避するために、眼球装着可能デバイス１００の中心から離れて配置することができる。それと対照的に、エレクトロウェッティングセル１３０は、眼球装着可能デバイス１１０の中心を通って眼に透過される光に光学遠近調節を適用するために、中心に配置することができる。例えば、眼球装着可能デバイス１００が凹型に湾曲した円盤として成形される場合に、基板１１５は、円盤の周辺部の周りに（例えば、外周の近くに）埋め込むことができる。いくつかの実施形態で、センサシステム１３５は、眼瞼の重なりを感知するために周辺に分散された１つまたは複数の個別の静電容量センサを含む。
【００１５】
［0021］  例示された実施形態で、電源１２０は、コントローラ１２５を含むさまざまな埋め込み電子装置に電力供給するためのバッテリ１６５を含む。バッテリ１６５は、充電回路１６０および環境発電アンテナ１５５によって誘導的に充電され得る。１つの実施形態で、アンテナ１４０および環境発電アンテナ１５５は、独立したアンテナであり、環境発電および通信というそれらのそれぞれの機能を果たす。別の実施形態で、環境発電アンテナ１５５およびアンテナ１４０は、電磁誘導充電および読み取り装置１０５との無線通信というそれらのそれぞれの機能のために時分割される、同じ物理アンテナである。充電回路１６０は、バッテリ１６５を充電するために取り込んだエネルギーを調整するための、またはバッテリ１６５なしでコントローラ１２５に直接電力供給するための整流器／調整器を含み得る。充電回路１６０は、同様に、環境発電アンテナ１５５における激しい周波数変動を軽減するために１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスを含み得る。例えば、１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイス（例えば、コンデンサ、インダクタなど）を低域通過フィルタとして機能するように接続することができる。
【００１６】
［0022］  コントローラ１２５には、他の埋め込み部品の動作を演出するための論理が含まれている。制御論理１７０は、論理ユーザインタフェース、電力制御機能などを提供することを含む、眼球装着可能デバイス１００の全般的な動作を制御する。遠近調節論理１７５は、センサシステム１３５からのフィードバック信号を監視し、ユーザの現在の注視方向または焦点距離を決定し、それに応じてエレクトロウェッティングセル１３０を操作して適当な遠近調節を提供するための論理を含む。自動遠近調節は、注視追跡からのフィードバックに基づいてリアルタイムで実施してもよく、またはユーザ制御が具体的な遠近調節領域（例えば、読書のための近視野調節、通常活動のための遠視野調節など）を選択できるようにしてもよい。通信論理１８０は、アンテナ１４０を介した読み取り装置１０５との無線通信のための通信プロトコルを提供する。１つの実施形態で、通信論理１８０は、読み取り装置１０５から出力される電磁界１７１の存在下にあるとき、アンテナ１４０を介して後方散乱通信を提供する。１つの実施形態で、通信論理１８０は、後方散乱無線通信のためにアンテナ１４０のインピーダンスを変調する高性能ワイヤレス無線周波数識別（「ＲＦＩＤ」）タグとして動作する。コントローラ１２５のさまざまな論理モジュールは、汎用マイクロプロセッサ上で実行されるソフトウェア／ファームウェア、ハードウェア（例えば、特定用途向け集積回路）、または両方の組み合わせで実施することができる。
【００１７】
［0023］  眼球装着可能デバイス１００は、さまざまな他の埋め込み電子装置および論理モジュールを含み得る。例えば、ユーザに視覚的フィードバックを提供するために、光源または画素配列が含まれてもよい。位置、回転、方向または加速度フィードバック情報をコントローラ１２５に提供するために、加速度計またはジャイロスコープが含まれてもよい。
【００１８】
［0024］  図２Ａ〜図２Ｂは、エレクトロウェッティングセル２０２を含むエレクトロウェッティングガス透過性コンタクトレンズ２００の一実施形態をともに例示する。図２Ａは、平面図であり、図２Ｂは、実質的に図２Ａの切断線Ｂ−Ｂに沿ってとられた断面図である。エレクトロウェッティングセル２０２は、コンタクトレンズ材料２０４内で中心に配置される。制御電子装置２０６は、コンタクトレンズ材料２０４の中または上に配設することができる。いくつかの実施形態で、制御電子装置２０６は、制御論理、１つまたは複数の電源（例えば、バッテリおよび／または超コンデンサ）、および通信電子装置を含み得る。アンテナ２１０は、アンテナ１４０に関連して説明した機能のすべての一部を行うことができ、制御電子装置２０６に結合されて、例えば、通信電子装置を介した通信または内部バッテリもしくはコンデンサのための環境発電を可能にすることができる。
【００１９】
［0025］  制御電子装置２０６は、例えば、エレクトロウェッティングセルにいつ、どれほど遠近調節を提供させるかを決定することによって、エレクトロウェッティングセル２０２の動作を演出する。１つの実施形態で、制御電子装置２０６は、電源１２０およびその構成要素、コントローラ１２５およびその構成部要素、ならびにセンサシステム１３５に関連して上述した一部またはすべての機能を行うことができる。例えば、制御電子装置２０６は、オイル電極２２４と食塩水電極２３０（下記参照）との間に電位差を確立することができ、それによってオイル−食塩水界面２２１が形状を変えて屈折力の変化を提供することができる。制御電子装置２０６は、例えば、有線または無線相互接続とし得る、相互接続２０８によってオイル電極２２４および食塩水電極２３０に結合することができる。相互接続２０８は、オイル電極および食塩水電極から制御電子装置２０６を分離するコンタクトレンズ材料２０４の１つまたは複数の表面上に配設されてもよい。
【００２０】
［0026］  図２Ｂに示されるように、エレクトロウェッティングセルまたはレンズ２０２は、２つの光学窓２１２および２１４を含む。レンズ２０２の中心領域で、光学窓２１２および２１４は、エレクトロウェッティングセルで使用される不混和流体−本実施形態ではオイル２２０および食塩溶液２２２−が保持される、封止された封入容器２１８を形成するように離隔される。光学窓２１２および２１４は、封止領域２１６においてそれらの周囲の周りで接合されて、それによって封入容器２１８を封止してオイル２２０および食塩水２２２が漏れるのを最小化または防止する。異なる実施形態で、光学窓２１２および２１４は、平面光学素子または焦点力を有する曲面光学素子とすることができる。いくつかの実施形態で、光学窓２１２および２１４のうちの少なくとも１つは、デバイスのエレクトロウェッティング表面のための電極および誘電体の堆積のために有用な幾何学的特徴を含み得る。
【００２１】
［0027］  従来のエレクトロウェッティングレンズで使用される光学窓は、ガス不透過性材料からなるが、エレクトロウェッティングセル２０２では、光学窓２１２および２１４は、光学素子の１つまたは複数として硬質ガス透過性プラスチック要素を組み込む。技術的に言うと、ほとんどすべてのプラスチックは、酸素を含む大抵のガスに対して有限の透過性があるが、大抵のポリマー材料を通るガスの流量は低すぎて、コンタクトレンズ用途で実用的な恩恵がない。コンタクトレンズ用途のためにガス透過性であると真にみなされるために、材料は、２０Ｂａｒｒｅｒ以上のガス透過性を有さなければならない。Ｂａｒｒｅｒは、薄膜技術およびコンタクトレンズ産業で使用されるガス透過性の非ＳＩ単位であり、
【数１】
0006970207.tif 000002
と定義される。式中、「ｃｍ３ＳＴＰ」は、体積の単位ではなくガスの量の単位である、標準立方センチメートルであり、それは、理想気体の法則を使用して計算されるように、標準温度と標準圧力（ＳＴＰ）において１立方センチメートルを占めることになる気体分子またはグラム分子の量を表す。「ｃｍ」は、透過性が評価されている材料の厚さに、「ｃｍ３ＳＴＰｃｍ−２ｓ−１」は、材料を通るガスの流量に、「ｃｍＨｇ」は、材料の両側間の圧力降下に対応する。すなわち、Ｂａｒｒｅｒ単位は、所与の圧力で駆動される、所与の厚さを有する材料のエリアを通過する流体の流速を測定する。ＳＩ単位で、１Ｂａｒｒｅｒは、３．３４Ｅ−１６ｍｏｌＰａ−１ｓ−１ｍ−１に相当する。
【００２２】
［0028］  多くの配合の硬質ガス透過性コンタクトレンズ材料は、光学窓２１２および２１４のために使用することができ、高透過性材料を規定する１００Ｂａｒｒｅｒを超える酸素透過性値を有し得る。これらの材料は、専門の旋盤加工設備、例えば、ＤＡＣインターナショナル社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄａｃ−ｉｎｔｌ．ｃｏｍ／）によって生産されるものなどの単一点ダイヤモンド旋盤を使用して機械加工することができる材料の小さい円筒形プラグでできている「ボタン」形式で製造業者によって生産される。開示された実施形態で使用するために硬質ガス透過性光学要素を機械加工することが可能であるが、光学窓２１２および２１４、ならびに場合によってはエレクトロウェッティングセル２０２の他の要素などの硬質ガス透過性要素を注型成形すると、より費用効果が高く、大量生産のためのスケーラビリティにつながることがある。したがって、説明した実施形態のいずれも、旋削または注型成形のいずれかによって生産される硬質ガス透過性プラスチック要素を組み込むことができるが、直接射出成形することができる新しい材料を開発することもできる可能性がある。
【００２３】
［0029］  封止領域２１６は、いくつかの実施形態で同様にガス透過性にすることができる。光学窓２１２および２１４がガス透過性である一実施形態で、圧着によって封止領域２１６を形成することができるが、他の実施形態で、光学窓２１２および２１４のために使用される硬質ガス透過性要素は、封止領域２１６における精密な公差でのそれらの嵌合および組み立てを容易にする幾何学的特徴を組み込むことができる。このようにして、封止するため、または封止部を設置するため、または封止面を提供するために有用な特徴は、光学ガス透過性要素の１つまたは複数に直接組み込むことができる。さらに別の実施形態で、光学窓２１２および２１４の外縁−すなわち、コンタクトレンズ材料２０４の外縁に最も近い縁部−は、不快な場合があるか、そうでなくてもコンタクトレンズフォームファクタにガス透過性エレクトロウェッティングセルを組み込むことの他の側面を複雑にする場合がある、鋭い特徴を回避するように曲線的に作ることができる。例えば、いくつかの実施形態で、エレクトロウェッティングセル２０２は、１つまたは複数の生体適合性軟質材料でオーバーモールドするか、または包み込むことができる。これらの軟質材料は、処理および／または取り扱い中に硬質要素の鋭い縁部によって損傷を受け、現場での製造歩留まりの低下および／または製品不良につながる場合がある。
【００２４】
［0030］  封止領域２１６は、光学窓２１２および２１４を接合するためにかなりの酸素透過性を有するガス透過性封止材料を使用して同様に形成することができるが、封止領域２１６の寸法が小さい場合、組み立て品の全体的な酸素透過性に著しく影響を与えることなく酸素不透過性封止材料を使用することができる。使用される場合、約３０Ｂａｒｒｅｒよりも大きい酸素透過性を有する封止材料が好ましい。具体的な酸素透過性封止材料例は、シリコーン感圧接着剤、または、２液Ｐｔ硬化型シリコーン、ＲＴＶ湿気硬化型シリコーン、ＵＶ硬化性シリコーンなどの他のシリコーン含有材料を含み得る。カスタム重合性シリコーン−および／またはフッ素−含有配合を同様に制限なく使用することができる。
【００２５】
［0031］  封止された封入容器２１８内には、２つの不混和液体がある。例示された実施形態では、２つの液体はオイルおよび食塩溶液であるが、それらは他の実施形態では異なる液体であってもよい。それらは不混和性であるから、２つの液体は混ざらず、その代わりに２つの層、すなわちオイル層２２０および食塩水層２２２に分離する。オイル層２２０は光学窓２１２と接触しており、食塩水層２２２は光学窓２１４と接触しており、オイル層および食塩水層は、流体界面２２１に沿って互いに接触している。電界がオイル層２２０および食塩水層２２２の一方または両方に印加されるとき、流体界面２２１の形状が変化し、したがってエレクトロウェッティングセル２０２の倍率などの光学特性が変化する。
【００２６】
［0032］  １つの実施形態で、オイル層２２０はガス透過性流体とすることができる。オイル層２２０の実施形態で使用され得るガス透過性流体の実施例は、シロキサン流体、フェニルシロキサン流体、フルオロカーボン流体、部分フッ素化アルカン流体、脂環式流体、ゲルマン流体、または約３０Ｂａｒｒｅｒよりも大きい酸素透過性を有する任意の他の流体配合のうちの１つまたは複数を含む。
【００２７】
［0033］  食塩水層２２２に関しては、典型的な食塩溶液は、適度に高い酸素透過性を有し得る。例えば、いくつかの実施形態で、約５０Ｂａｒｒｅｒよりも大きい酸素透過性を有する食塩溶液を使用することができるが、より低い透過性を使用するために若干の自由度があり、それによって食塩水配合の自由度が許されるが、酸素透過性が著しく影響を受けるほどではない。エレクトロウェッティングセルで使用される既存の食塩溶液は、既に許容可能なガス透過性特性を有することができたが、さまざまな配合実施形態に起因して、食塩溶液への成分添加が食塩水相のガス透過性を低下させ得る可能性がある。例示的な食塩溶液は、塩と水−例えば、生理的食塩水だけを含み得る。
【００２８】
［0034］  エレクトロウェッティングセル２０２が機能するために、セル中の流体ごとにエレクトロウェッティング誘電体表面がなければならない。この表面は、一般に「電極」と呼ばれ、そのそれぞれの液体層を横切る電界を印加するために使用される。封止された封入容器２１８内の各液体層は、それ自体の電極と接触しており、すなわち、オイル層２２０は、封止された封入容器２１８の周囲の周りで光学窓２１２の角度の付いた表面上に形成される電極２２４と接触しており、食塩水層２２２は、封止された封入容器２１８の周囲の周りで光学窓２１４の角度の付いた表面上に形成される電極２３０と接触している。エレクトロウェッティングセルの実施形態で、一方の電極は、誘電体層によってそのそれぞれの液体から絶縁されている導電層を含み得るのに対して、他方の電極は、完全に絶縁されていないか、または誘電体によって部分的にのみ絶縁されている導電層を含み得る。例示された実施形態で、オイル電極２２４は絶縁されており、食塩水電極２３０は絶縁されていないが、他の実施形態は反対の取り合わせを有してもよく、したがって、オイル電極として説明された実施形態は、他の実施形態で食塩水電極として使用してもよく、食塩水電極として説明された実施形態は、他の実施形態でオイル電極として使用してもよい。
【００２９】
［0035］  例示された実施形態で、電極２２４と電極２３０の両方がそれぞれの光学窓上に配置された導電層を含み、オイル電極２２４は、その導電層の上に形成された誘電体層を同様に含む（差し込み図参照）。例えば、オイル電極２２４の拡大図に示されるように、オイル電極は、光学窓２１２上に形成された導電層２２６と、導電層２２６上に形成された誘電体層２２８とを含む。食塩水電極２３０は、電極２２４と類似した構造を有し得るが、それは同じ形状を有する必要がなく、誘電体層がなくてもよく、または誘電体層によって部分的にのみ覆われていてもよい。
【００３０】
［0036］  既存の設計で使用される導体の問題点は、それらが堆積膜に固有の欠陥を除いては実質的に不透過性の金属であるということである。エレクトロウェッティングセル２０２のいくつかの実施形態で、ガス不透過性電極は、それらがセル全体のガス透過性に著しく影響を与えないような十分に小さい面積を占める場合、許容可能とすることができ、これらの実施形態で金属導体を使用することができ、いくつかの実施形態では複数の導体、例えば金の薄膜でトッピングされたチタンまたはクロム接着層を使用することができる。しかし、エレクトロウェッティングセル２０２の他の実施形態で、電極２２４および電極２３０の一方または両方で使用される導体は、実質的に酸素透過性の材料および／または酸素透過性の幾何学設計のものとすることができる。他の実施形態で、オイル電極および食塩水電極の一方または両方で、導体は、ポリアセチレンなどの実質的にガス透過性の導電性ポリマーを含み得る。
【００３１】
［0037］  １つの実施形態で、電極２２４で使用される誘電体２２８は、ガス透過性ポリマー、例えばシリコーンエラストマおよび／またはテフロンＡＦを含む。重合性またはその他の塗布可能な誘電体のカスタム配合が予想される。３０Ｂａｒｒｅｒよりも大きいガス透過性を有する誘電体が好ましい。別の実施形態で、誘電体は実質的にガス透過性でないが、その代わりに、その適用範囲は、導体の上に配設された小さいエリアと、十分な適用範囲を確保するための導体の周りの小さいマージンだけに限定される。これは、誘電体のマスクされた堆積によって、または（レーザアブレーション、プラズマエッチング、機械加工などによる）誘電体の選択的除去によって達成することができる。このようにして、他のガス透過性構成要素とともに構成された全体的なエレクトロウェッティングセルのガス透過性は、平均して高くなる場合があるが、誘電体によって覆われた小さいエリアは低くなる場合がある。さまざまな他の誘電体、例えばパリレンおよびテフロンＡＦ１６００などのフルオロカーボントップコートを使用することができる。
【００３２】
［0038］  エレクトロウェッティングセル２０２は、一実施形態で１つまたは複数の保護および／または生体適合性コーティングを含み得る、保護コーティング２３２によって囲まれている。コーティングは、構造の二次的な接着および／もしくは封止、光学的効果（屈折）を提供すること、露出した電気相互接続を保護すること、表面輪郭および／もしくは形を改善すること、または他の機能などの複数の機能を果たすことができる。別の実施形態で、保護コーティング２３２は、高度にガス透過性であるシリコーンエラストマを含み得る。さらに別の実施形態で、保護コーティング２３２は、エレクトロウェッティングセルの内部構造要素を隠す、ガス透過性の屈折率整合樹脂組成物を含み得る。そして、別の実施形態で、保護コーティング２３２は、約３０Ｂａｒｒｅｒよりも大きい酸素透過性を有する重合性の硬質ガス透過性コンタクトレンズ材料を含み得る。
【００３３】
［0039］  そのガス透過性保護コーティング２３２を含む、カプセル化されたガス透過性エレクトロウェッティングセル２０２は、高度に酸素透過性のシリコーンヒドロゲルソフトコンタクトレンズ材料２０４（例えば、デレフィルコンＡ（ｄｅｌｅｆｉｌｃｏｎ  ａ）、ロトラフィルコンＡ（ｌｏｔｒａｆｉｌｃｏｎ  ａ）、ロトラフィルコンＢ（ｌｏｔｒａｆｉｌｃｏｎ  ｂ）など）に埋め込まれている。いくつかの事例で、シリコーンヒドロゲル材料とその下にある保護ガス透過性コーティングとの間の界面接着は、特別なステップを必要としないために十分な場合がある。他の事例で、表面処理をガス透過性保護コーティングに優先的に適用してもよい。適用可能な表面処理は、コロナもしくはプラズマ処理、大気プラズマ処理、溶剤払拭もしくは浸漬、プライマ塗布、オルガノシラン堆積、または改善された接着性を付与し得る他の表面化学反応の使用を含み得る。前述の表面処理方法は、同様に、保護コーティング２３２の適用に先立ってガス透過性エレクトロウェッティングセルに適用して、その界面における界面結合を改善することができる。
【００３４】
［0040］  図３は、オイル電極３００の別の実施形態を例示する。電極２２４と同じように、オイル電極３００は、光学窓２１２上に形成された導電層３０２と、導電層３０２の上に形成された誘電体層３０４とを含む。オイル電極３００とオイル電極２２４との主な違いは、導電層３０２の構成にある。導電層３０２は、開いた多孔性網状構造および高導電性を特徴とする、重なり合う銀ナノワイヤの堆積層で形成することができる。例示された実施形態で、図示されるように、別個のガス透過性誘電体層３０４が導電層３０２の上に形成されているが、他の実施形態で、銀ナノワイヤを誘電体に埋め込むことができる。
【００３５】
［0041］  図４Ａ〜図４Ｂは、オイル電極４００のさらに別の実施形態をともに例示する。電極２２４と同じように、オイル電極４００は、光学窓２１２上に形成された導電層４０２と、導電層４０２の上に形成された誘電体層４０６とを含む。オイル電極４００とオイル電極２２４との主な違いは、導電層４０２の構成にある。例示された実施形態で、導電層４０２は、金属または導電性非金属などの非ガス透過性材料で形成してもよく、またはガス透過性材料から形成してもよい。いずれにしても、そのガス透過性を改善するために、導電層４０２には、導電層の厚さを貫いて延在する複数の構造化された開口部４０４が開けられており、その結果、それ自体ガス透過性である光学窓２１２の表面は、構造化された開口部が設置されている場所で露出している。導電層４０２はそのとき、構造化された開口部４０４を充填し、導電層４０２の残りの部分に重なる、ガス透過性誘電体層４０６で覆われている。誘電体層４０６は、全体的な厚さｈを有する。１つの実施形態で、導電層４０２は、任意の簡便な手段（フォトリソグラフィ、レーザアブレーションなど）によってパターニングされて多孔性メッシュまたは格子型構造を作り出し、それによってガス移送を許す開口部を形成する、薄膜金属とすることができる。
【００３６】
［0042］  図４Ｂは、導電層４０２中の構造化された開口部４０４の実施形態の平面図を例示する。個々の構造化された開口部４０４は、任意の形状を有することができ、例示された実施形態では、構造化された開口部４０４は正方形または円形であるが、他の実施形態では、それらは他の形状を有してもよい。そのうえ、任意の所与の実施形態で、構造化された開口部のすべてが同じ形状を有する必要がない。各構造化された開口部４０４は、最大寸法を有し、すなわち、正方形開口部４０４に関しては、最大横断寸法はその対角寸法Ｗとし得るのに対して、円形開口部４０４に関しては、最大横断寸法はその直径Ｄとすることができる。一般に、構造化された開口部の最大サイズは、適用される誘電体の全体的な厚さと比較して小さいことが望ましく、換言すれば、最大横断寸法（例えば、ＷまたはＤ）と誘電体厚さ（例えば、ｈ）の比率を選択された数より低く保つことが望ましい。例えば、４ミクロンの誘電体（例えば、ｈ＝４ミクロン）を使用する場合、約０．１のＷ／ｈまたはＤ／ｈ比に対して、最大開口サイズ（例えば、ＷまたはＤ）は約０．４ミクロンとすることができる。もちろん、他の実施形態で、Ｗ／ｈまたはＤ／ｈ比は、より高くまたはより低くすることができ、他の実施形態で、例えば、比率は０．０１から１．０の間の任意の値とすることもできる。そのうえ、比率の実用限界は、実験および許容レンズ性能によって決定することができる。
【００３７】
［0043］  図５は、オイル電極５００の別の実施形態を例示する。エレクトロウェッティング誘電体に可能な限り欠陥がないようにすることが一般に望ましく、したがって、オイル電極５００は、誘電体損傷を自動的に修復することができる「自己回復」電極の実施例である。オイル電極５００は、光学窓２１２上に形成された導電層５０２を含み、導電層が光学窓２１２と誘電体層５０４との間に挟まれるように、誘電体層５０４が導電層５０２の上に形成される。交流または直流の電圧および／または電流源５０６が導電層５０２およびこの場合オイル層である液体層５０８に電気的に結合され、通常、電源５０６の正端子は液体層５０８に結合されることになり、負端子は導電層５０２に結合されることになる。
【００３８】
［0044］  穿孔または空隙５１０などの、誘電体層５０４中の欠陥は、さまざまな理由で起こり得る。それらは、例えば材料欠陥もしくは製造欠陥に起因して、最初から存在することがあり、または電気循環、流体５０８への暴露などに起因して時間とともに出現することがある。欠陥が導電層５０２を流体５０８に直接さらすのに十分大きい場合、エレクトロウェッティングセルの動作中に導電層に印加される電圧が流体５０８の電気分解を引き起こすことがある。しかし、導電層５０２、誘電体５０４、および流体５０８のための材料を注意深く選択することによって、電源５０６による交流または直流の電圧および／または電流の印加は、穿孔または空隙５１０中の導電層５０２の部分に誘電体層５１２の高速電解成長を引き起こすことによって、誘電体層５０４を「自己回復」させることになり、その結果、導電層５０２は、もう一度流体５０８から電気的に絶縁され、流体を電気分解することがない。
【００３９】
［0045］  一実施形態で、導電層５０２は、「バルブ金属」−すなわち、電解セルのアノードとして使用されるとき酸化物を形成する金属−とすることができる。バルブ金属は、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、アンチモン、ハフニウム、タンタル、タングステン、およびビスマスを含む。一実施形態で、液体５０８は、電解質が溶解している溶媒を含む溶液とすることができ、電解質は、溶媒に溶解したときイオンに解離して、液体５０８をイオン導電体にする、塩、酸、または塩基などの化合物である。誘電体層５０４のために使用され得る材料の実施例は、金属酸化物、テフロンＡＦ、およびパリレンを含む。
【００４０】
［0046］  図６は、食塩水電極６０６００の別の実施形態を例示する。電極２３０と同じように、食塩水電極６０６００は、光学窓２１４上に形成された導電層６０６０２を含む。食塩水電極６００と食塩水電極２３０との主な違いは、導電層６０２の構成にある。１つの実施形態で、食塩水接触電極として機能する酸化インジウムスズ層を光学層２１４上に堆積させることができるが、酸化インジウムスズの低い透過性は、これを酸素透過性の見地から望ましくないものにする。別の実施形態で、食塩水電極６００は、全体的な組み立て品のガス透過性をそれほど妨げない小さい金属化エリアとすることができる。別の実施形態で、これは、誘電体の一部の上に直接堆積された小さい金属化エリアであってもよい。別の実施形態で、食塩水電極６０２は、結合性の薄膜形成ポリマーを任意選択で伴う、銀ナノワイヤを含むことができる。本質的に、エレクトロウェッティングセル組み立て品を通した直接酸素移送をそれほど妨げない任意の食塩水接触電極が制限なく実施され得る。
【００４１】
［0047］  図７は、食塩水電極５００の別の実施形態を例示する。食塩水電極２３０と同じように、食塩水電極７００は、光学窓２１４上に形成された導電層７０２を含む。食塩水電極７００と食塩水電極２３０との主な違いは、導電層７０２の構成にある。例示された実施形態で、導電層７０２は、金属または導電性非金属などの非ガス透過性材料で形成してもよく、またはガス透過性材料から形成してもよい。いずれにしても、その透過性を改善するために、導電層７０２には、導電層の厚さを貫いて延在する複数の構造化された開口部７０４が開けられており、その結果、光学窓２１４の表面は、構造化された開口部が設置されている場所で露出している。食塩水電極７００はしたがって、誘電体層がないことを除いて上述したオイル電極４００にやや類似しているが、いくつかの実施形態で、導電層７０２は誘電体層によって部分的に覆われていることがある。
【００４２】
［0048］  要約で説明されているものを含む、実施形態の上記の説明は、網羅的であるように、または本発明を説明された形に限定するように意図されない。本発明の具体的な実施形態および実施例が例示を目的として本明細書に説明されているが、当業者が気付くことになるように、上述の詳細な説明を踏まえて本発明の範囲内でさまざまな同等の修正形態が可能である。
【００４３】
［0049］  以下の特許請求の範囲で使用される用語は、本発明を明細書および特許請求の範囲に開示された具体的な実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、確立されたクレーム解釈原理を使用して解釈されることになっている、以下の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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