JP2020531905A - 回折導光板および回折導光板の製造方法 - Google Patents

回折導光板および回折導光板の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、厚さおよび重量が減少した回折導光板およびその製造方法を提供する。特に、第１回折基材と、第１回折基材上に備えられる第２回折基材とを含み、第１回折基材は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含み、第２回折基材は、一面上に第３回折格子層を含み、第１回折格子層は、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離し、第２回折格子層は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離し、第３回折格子層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離するものである回折導光板およびその製造方法が提供される。

Description

本明細書は、２０１７年９月１２日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１７−０１１６７０１号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。
本発明は、回折導光板および回折導光板の製造方法に関する。
最近、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、または仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現するディスプレイユニットへの関心が高まるにつれ、これを実現するディスプレイユニットに関する研究が活発に行われる傾向にある。拡張現実、複合現実、または仮想現実を実現するディスプレイユニットは、光の波動的性質に基づく回折現象を利用する回折導光板を備えている。このような回折導光板は基本的に、光を回折させることができる格子状のナノパターンが一面に形成された３つの基材を備えている。ただし、３つの基材を備えている回折導光板は、その厚さが厚く、拡張現実、複合現実、または仮想現実を実現するディスプレイユニットの軽量化を実現するにはやや重いという問題がある。
また、既存の回折導光板を製造する方式は、ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）方式を利用して基材上に格子状のナノパターンを形成している。ただし、ロールツーロール方式は、工程難易度が高くて回折導光板の製造効率が高くない。さらに、ロールツーロール方式の場合には、基材上に格子状のナノパターンを形成した後、ナノパターンを保護（ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）する工程などの追加工程が必要になり、回折導光板の生産性を向上させにくいという問題がある。
このように、回折導光板の厚さおよび重量を効果的に減少させることができる技術および回折導光板を容易に製造することができる技術が必要なのが現状である。
本明細書は、回折導光板および回折導光板の製造方法を提供しようとする。
ただし、本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されず、言及されていない他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施態様は、第１回折基材と、前記第１回折基材上に備えられる第２回折基材とを含み、前記第１回折基材は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含み、前記第２回折基材は、一面上に第３回折格子層を含み、前記第１回折格子層は、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第２回折格子層は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第３回折格子層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離する回折導光板を提供する。
また、本発明の一実施態様は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を用意するステップと、一面上に第３回折格子層を含む第２回折基材を用意するステップと、前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させるステップとを含む、本発明の一実施態様に係る回折導光板の製造方法を提供する。
本発明の一実施態様によれば、前記回折導光板は、一面上に第１回折格子層、他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を含むことにより、前記回折導光板の厚さおよび重量を効果的に減少させることができる。
本発明の一実施態様によれば、回折導光板の厚さおよび重量が減少した回折導光板を容易に製造することができる。
本発明の効果は上述した効果に限定されるものではなく、言及されていない効果は本願明細書および添付した図面から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明の一実施態様に係る回折導光板を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る回折導光板を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る回折導光板を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る回折導光板を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層と第２回折格子層とが備えられた第１回折基材のイン−カップリングアングル（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）とアウト−カップリングアングル（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を示すものである。 第１回折格子層と第３回折格子層とが備えられた回折基材のイン−カップリングアングル（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）とアウト−カップリングアングル（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を示すものである。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層の平面を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層を含む第１回折基材の断面を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る回折パターンを含む第１回折格子層を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層に含まれる回折パターンの断面を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る回折格子層に含まれるパターン構造体のデューティ、高さ、および光屈折率に応じた回折格子層の光回折効率のシミュレーション結果を示すものである。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層から第３回折格子層を含む回折導光板の断面を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る第１回折格子層から第３回折格子層を含む回折導光板の断面を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る第１回折パターンから第３回折パターンを含む第１回折格子層を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係る２つの基材を用いて第１回折基材を用意することを概略的に示す図である。 本発明の実施例１による第１回折格子層のＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。 本発明の実施例１による第２回折格子層のＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
本願明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本願明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとする時、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、「その中間に他の素子を挟んで」連結されている場合も含む。
本願明細書全体において、「Ａおよび／またはＢ」は、「ＡおよびＢ、またはＡまたはＢ」を意味する。
本発明者らは、第１回折基材の一面上に第１回折格子層を形成し、第１回折基材の他面上に第２回折格子層を形成して、製造される回折導光板の全体厚さおよび重量を効果的に減少させることができることを明らかにした。また、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長値を有する第１光を分離可能な第１回折格子層を一面上に含み、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長値を有する第２光を分離可能な第２回折格子層を他面上に含む第１回折基材は、第１光と第２光との間に発生しうるクロストーク（ｃｒｏｓｓ ｔａｌｋ）を効果的に防止できることを明らかにして、下記のような回折導光板およびその製造方法を開発した。
以下、本明細書についてより詳細に説明する。
本発明の一実施態様は、第１回折基材と、前記第１回折基材上に備えられる第２回折基材とを含み、前記第１回折基材は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含み、前記第２回折基材は、一面上に第３回折格子層を含み、前記第１回折格子層は、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第２回折格子層は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第３回折格子層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離する回折導光板を提供する。
本発明の一実施態様によれば、前記回折導光板は、一面上に第１回折格子層、他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を含むことにより、前記回折導光板の厚さおよび重量を効果的に減少させることができる。
拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、または仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現するディスプレイユニットは、光の波動的性質に基づく回折現象を利用する回折導光板を備えている。従来の回折導光板は基本的に、光を回折させる３つの基材を備えており、３つの基材それぞれは、一面上に格子パターンが形成されている。ただし、一面上に格子パターンが形成された基材を３つ含む従来の回折導光板は、その厚さが厚く、重いという問題がある。
これに対し、本発明の一実施態様によれば、前記回折導光板は、一面上に第１回折格子層を含み、他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を含むことにより、前記回折導光板の厚さおよび重量を効果的に減少させることができる。すなわち、前記回折導光板は、第１回折基材および第２回折基材である２つの基材を備えていて、前記回折導光板を含むディスプレイユニットを効果的に軽量化させることができる。また、前記回折導光板を含むディスプレイユニットの体積を効果的に減少させることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材は、一面上に第１回折格子層を含み、他面上に第２回折格子層を含むことができ、前記第２回折基材は、一面上に第３回折格子層を含むことができる。すなわち、前記第１回折基材の一面上には第１回折格子層が備えられ、他面上には第２回折格子層が備えられ、前記第２回折基材の一面上には第３回折格子層が備えられる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層と第２回折格子層とを含む前記第１回折基材、および前記第３回折格子層を含む前記第２回折基材は、第１回折基材および第２回折基材に入射する光を内部反射または内部全反射により前記光を一地点にガイドすることができる。具体的には、前記第１回折基材に入射する光は、前記第１回折基材の内部で反射または全反射して、前記第１回折基材に光が入射した地点と異なる地点に出射することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材および第２回折基材それぞれの光屈折率は、１．５以上２．０未満であってもよい。具体的には、前記第１回折基材および第２回折基材それぞれは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対して１．５以上２．０未満の光屈折率を有することができる。また、前記第１回折基材と第２回折基材の光屈折率は同一であるか、または異なっていてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材および第２回折基材は、前記範囲の光屈折率を保持する基材であれば、当業界で通常用いられる基材を含むことができる。具体的には、前記第１回折基材および第２回折基材として、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＴｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｎＳなどの高屈折成分を少なくとも１つ含むガラス、または前記高屈折成分を少なくとも１つ含む樹脂フィルムなどを使用することができるが、第１回折基材および第２回折基材の種類を制限するものではない。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材の一面は、前記第２回折基材の一面または他面に対向するか、前記第１回折基材の他面は、前記第２回折基材の一面または他面に対向することができる。具体的には、前記第１回折基材の一面上に含まれる第１回折格子層が、前記第２回折基材の一面上に含まれる第３回折格子層と隣接するように、前記第１回折基材上に前記第２回折基材を備えることができる。また、前記第１回折格子層が、前記第２回折基材の他面と隣接するように、前記第１回折基材上に前記第２回折基材を備えることができる。さらに、前記第２回折格子層が、前記第３回折格子層と隣接するように、前記第１回折基材上に前記第２回折基材を備えることができ、前記第２回折格子層が、前記第２回折基材の他面と隣接するように、前記第１回折基材上に前記第２回折基材を備えることができる。
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の一実施態様に係る回折導光板を概略的に示す図である。具体的には、図１Ａは、一面上に第１回折格子層３１０が備えられ、他面上に第２回折格子層３２０が備えられた第１回折基材１００と、一面上に第３回折格子層３３０が備えられた第２回折基材２００とがスペーサ４００によって連結されたもので、第１回折基材１００の他面と第２回折基材２００の他面とが対向して備えられた回折導光板を示す図である。図１Ｂは、第１回折格子層３１０が備えられた第１回折基材１００の一面と第３回折格子層３３０が備えられていない第２回折基材２００の他面とが対向した状態で、スペーサ４００によって連結された回折導光板を示す図である。図１Ｃは、第２回折格子層３２０が備えられた第１回折基材１００の他面と第３回折格子層３３０が備えられた第２回折基材２００の一面とが対向した状態で、スペーサ４００によって連結された回折導光板を示す図である。図１Ｄは、第１回折格子層３１０が備えられた第１回折基材１００の一面と第３回折格子層３３０が備えられていない第２回折基材２００の他面とが対向した状態で、スペーサ４００によって連結された回折導光板を示す図である。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材の回折格子層は、前記第２回折基材と離隔して備えられる。具体的には、前記第１回折格子層または前記第２回折格子層が、前記第３回折格子層または前記第２回折基材の他面と離隔するように、前記第１回折基材と前記第２回折基材とは離隔して備えられる。図１Ａのように、前記第１回折基材１００の第２回折格子層３２０が、前記第２回折基材２００の他面と離隔するように備えられる。また、図１Ｂのように、前記第１回折基材１００の第１回折格子層３１０が、前記第２回折基材２００の他面と離隔するように備えられる。さらに、図１Ｃのように、前記第１回折基材１００の第２回折格子層３２０が、前記第２回折基材２００の第３回折格子層３３０と離隔するように備えられる。また、図１Ｄのように、前記第１回折基材１００の第１回折格子層３１０が、前記第２回折基材２００の第３回折格子層３３０と離隔するように備えられる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材および第２回折基材は、スペーサを介して、離隔した状態で付着することができる。図１Ａ〜図１Ｄを参照すれば、前記第１回折基材１００の一端部と前記第２回折基材２００の一端部、前記第１回折基材１００の他端部と前記第２回折基材２００の他端部とは、スペーサ４００によって連結される。前記スペーサは、前記第１回折基材と第２回折基材とを連結可能な公知の構成を使用することができ、前記スペーサとして弾性を保持したものを使用してもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材および第２回折基材の厚さはそれぞれ、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってもよい。図１Ａを参照すれば、前記第１回折基材１００の厚さｈ１は、０．５ｍｍ以上１．８ｍｍ以下、０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下、１ｍｍ以上１．４ｍｍ以下、０．７ｍｍ以上１ｍｍ以下、１．１ｍｍ以上１．８ｍｍ以下、または１．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。前述した厚さを有する第１回折基材の一面に第１回折格子層が備えられ、他面上に第２回折格子層が備えられることにより、前記第１回折格子層と第２回折格子層との間の間隔は、前述した範囲に調節可能である。前記第１回折格子層と第２回折格子層との間隔を前述した範囲に調節することにより、前記第１回折基材は、入射する光から第１光と第２光とをより効果的に区分して分離することができる。さらに、光に対する回折効率に優れた第１回折基材を提供することができる。
また、前記第２回折基材の厚さは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってもよいし、前記第２回折基材の厚さは、前記第１回折基材の厚さと同一であるか、異なっていてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層は、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第２回折格子層は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離し、前記第３回折格子層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離することができる。具体的には、前記第１回折格子層は、前記第１回折格子層に入射する光から５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長値を有する第１光を分離することができる。また、前記第２回折格子層は、前記第２回折格子層に入射する光から４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長値を有する第２光を分離することができる。さらに、前記第３回折格子層は、前記第３回折格子層に入射する光から４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長値を有する第３光を分離することができる。
前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層で分離される光の波長値は、当業界で光の波長値を測定する装置を用いて測定することができる。一例として、光波長測定器（８６１２０Ｃ、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）を用いて測定することができる。
本発明の一実施態様によれば、図１Ａのように、第１回折基材１００と第２回折基材２００とを含む回折導光板に対して、第１回折基材１００の一面上に含まれた第１回折格子層３１０に多様な波長値を有する光が含まれた第１入射光が照射される場合、第１回折格子層３１０は、第１入射光から５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長値を有する第１光を分離することができる。この後、第１入射光から第１光の分離された第２入射光が第１回折基材１００の内部で反射または全反射しながら第２回折格子層３２０に照射される場合、第２回折格子層３２０は、第２入射光から４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長値を有する第２光を分離することができる。この後、第２入射光から第２光の分離された第３入射光が第３回折格子層３３０に照射される場合、第３回折格子層３３０は、第３入射光から４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長値を有する第３光を分離することができる。
また、図１Ｂのように、第１回折基材１００と第２回折基材２００とを含む回折導光板に対して、第２回折格子層３２０に第１入射光が照射される場合、第２回折格子層３２０は、第１入射光から第２光を分離することができる。この後、第１入射光から第２光の分離された第２入射光が第１回折格子層３１０に照射される場合、第１回折格子層３１０は、第２入射光から第１光を分離することができる。この後、第２入射光から第１光の分離された第３入射光が第３回折格子層３３０に照射される場合、第３回折格子層３３０は、第３入射光から第３光を分離することができる。
さらに、図１Ｃと図１Ｄの回折導光板の場合、前述した図１Ａと図１Ｂの回折導光板と同様の方式により、第１入射光から第１光、第２光、および第３光が分離される。
本発明の一実施態様によれば、一面上に第１回折格子層を含み、他面上に第２回折格子層を含む前記第１回折基材は、第１回折基材に入射する光から第１光と第２光とをより効果的に区分して分離することができる。具体的には、前記第１回折基材は、一面上に第１回折格子層を含み、他面上に第２回折格子層を含むが、前記第１回折格子層では、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長値を有する第１光を分離し、第２回折格子層では、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長値を有する第２光を分離させることにより、前記第１光と第２光との間にクロストーク（ｃｒｏｓｓ ｔａｌｋ）現象が発生するのを防止することができる。すなわち、単一の第１回折基材に備えられた第１回折格子層で分離される第１光と、第２回折格子層で分離される第２光との間にクロストーク現象が発生するのを防止することにより、回折導光板の厚さおよび重量を減少させると同時に、前記第１回折基材の光分離効率を向上させることができる。また、前記第１回折基材の光回折効率を向上させることができ、二重像現象および色分散現象が発生するのを効果的に抑制することができる。
図２Ａは、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層と第２回折格子層とが備えられた第１回折基材のイン−カップリングアングル（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）とアウト−カップリングアングル（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を示すものであり、図２Ｂは、第１回折格子層と第３回折格子層とが備えられた回折基材のイン−カップリングアングル（ｉｎ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）とアウト−カップリングアングル（ｏｕｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を示すものである。具体的には、図２Ａは、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層と第２回折格子層とが備えられた第１回折基材のイン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルを示す図と、前記第１回折基材に入射する光が基材内で反射する形態を示す図である。また、図２Ｂは、本発明の一実施態様とは異なり、第１回折格子層と第３回折格子層とが備えられた回折基材のイン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルを示す図と、前記回折基材に入射する光が基材内で反射する形態を示す図である。
図２Ａを参照すれば、本発明の一実施態様に係る５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離する前記第１回折格子層と、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離する前記第２回折格子層とを含む第１回折基材の場合、第１回折基材にクロストーク現象が発生せず、視野範囲で二重像が発生せず、第１回折基材内に設定されているように光の回折が発生することを確認することができる。これに対し、図２Ｂを参照すれば、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離する前記第１回折格子層と、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離する前記第３回折格子層とを含む回折基材の場合、回折基材にクロストーク現象が発生し、クロストーク現象によって視野範囲で二重像および色分散現象が発生し、回折基材内で光が設定されているものとは異なる回折が発生することを確認することができる。
この時、前記図２Ａおよび図２Ｂにおける回折基材のイン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルは、当業界で回折基材のイン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルをシミュレーションする装置および／または方法を用いて測定することができる。
本発明では、下記数式１を用いて、回折基材のイン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルをシミュレーションすることができる。
［数式１］
ｓｉｎ（θｉｎ）−ｓｉｎ（θｏｕｔ）＝λ（１／ｂ−１／ａ）
前記数式１中、θｉｎは、イン−カップリングアングルを意味し、θｏｕｔは、アウト−カップリングアングルを意味する。また、数式１中、λは、波長、ａは、入射光を回折基材の内部に回折させる回折格子の周期、ｂは、回折基材の内部の光を出射光の角度に回折させる回折格子の周期である。イン−カップリングとアウト−カップリングが同一の面で起こる場合、すなわち、ａ＝ｂの場合には、入射光と出射光の角度が、図２Ａと図２Ｂにおける視野範囲に位置する、白い円で表現されているように同一である。これに対し、イン−カップリングとアウト−カップリングが互いに異なる面で起こる場合、すなわち、ａ≠ｂの場合には、イン−カップリングアングルとアウト−カップリングアングルとが異なり、これは波長に応じても異なるので、色分散が起こる。図２Ａは、ａが４６８ｎｍおよびｂが４０５ｎｍ、またはａが４０５ｎｍおよびｂが４６８ｎｍの場合の、イン−カップリングアングルに応じたアウト−カップリングアングルを計算した結果であり、各波長に対応する色相で表現した。図２Ｂは、ａが４６８ｎｍおよびｂが３４０ｎｍ、またはａが３０４ｎｍ、ｂが４６８ｎｍの場合の、イン−カップリングアングルに応じたアウト−カップリングアングルを計算した結果であり、各波長に対応する色相で表現した。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれの光屈折率は、１．５以上２未満であってもよい。前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれは、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対して１．５以上２．０未満の光屈折率を有することができる。
具体的には、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれの光屈折率は、１．５５以上１．９以下、１．６以上１．８以下、１．７以上１．８以下、１．５以上１．８以下、または１．５５以上１．７５以下であってもよい。
前記範囲の光屈折率を有する第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれは、入射する光に対する回折性能に優れることができる。前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれの光屈折率が前述した範囲内の場合、２次回折が起こる問題、および前記回折導光板の光回折効率が減少するのを効果的に抑制することができる。
また、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれの光屈折率は、互いに同一であるか、または異なっていてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記回折格子層の光屈折率、前記回折基材の光屈折率などは、当業界で一般的に光屈折率を測定する方法を用いて測定することができる。一例として、プリズムカプラ（ＳＰＡ−４０００）またはエリプソメータ（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）を用いて光屈折率を測定することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれは、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＴｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｎＳ、ＨｆＯ、ＭｏＯ、ＣｕＯなどの高屈折成分のうちの少なくとも１つを含むことができる。ただし、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層に含まれる高屈折成分を制限するものではない。前記回折格子層に含まれる高屈折成分の含有量、種類などを調節して、前記回折格子層の光屈折率を制御することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれは、高屈折成分を含有する熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含むことができる。具体的には、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などを含むことができるが、その種類を制限するものではない。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層と第２回折格子層の光屈折率は、前記第１回折基材の光屈折率と同一であるか、異なっていてもよい。また、前記第３回折格子層と前記第２回折基材の光屈折率は同一であるか、異なっていてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、光が入射する第１領域と、入射した光が拡散して移動する第２領域と、移動した光が抽出される第３領域とを含み、前記第１領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれ、前記第３領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれる。
図３は、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層の平面を概略的に示す図である。具体的には、図３は、光が入射する第１領域５１１と、入射した光が拡散して移動する第２領域５１２と、移動した光が抽出される第３領域５１３とを含む第１回折格子層３１０の平面を示す図である。図３のように、前記第１回折格子層３１０の一側Ａから他側Ｂ方向に第１領域５１１から第３領域５１３が順次に備えられる。この時、図３にて前記第１回折格子層のパターン構造体は図示省略した。
図３を参照すれば、前記第１領域５１１は、多様な波長値を有する光を含む入射光が入射する領域であり得る。また、前記第２領域５１２は、前記第１回折格子層３１０に入射した光が回折する領域であり、前記第１領域５１１に入射した光を前記第３領域５１３に拡散（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）する領域であり得る。前記第３領域５１３は、光が抽出される領域であり、前記回折導光板をディスプレイユニットに用いる場合、前記第３領域２３０は、ディスプレイユニットの使用者の眼球と隣接する領域で、光が抽出されて使用者にディスプレイ情報を提供する領域であり得る。また、図３に示された第１回折格子層と類似して、前記第２回折格子層および第３回折格子層も、第１領域から第３領域を含むことができる。
図４は、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層を含む第１回折基材の断面を概略的に示す図である。具体的には、図４は、第１領域５１１に光が入射した後、第３領域５１３で光が抽出されて使用者にディスプレイ情報が提供されることを示す図である。図４にて第１回折基材の他面に含まれる第２回折格子層、および第２回折基材は図示省略した。また、図４のように、前記第２回折格子層および第３回折格子層も、第１領域に入射した光は第３領域を通して抽出することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれは、回折パターンを含むことができる。前記回折パターンは、２以上のパターン構造体を含むことができる。
図５は、本発明の一実施態様に係る回折パターンを含む第１回折格子層を概略的に示す図である。具体的には、図５は、第１回折格子層３１０の一側Ａから他側Ｂ方向に沿って備えられる２以上のパターン構造体を含む回折パターンを示す図である。図５にて第１回折基材の他面に含まれる第２回折格子層は図示省略した。図５に示されるのと同様に、前記第２回折格子層および第３回折格子層は、回折格子層の一側から他側方向に沿って備えられる２以上のパターン構造体を含む回折パターンを含むことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層に含まれる回折パターンの形態によって、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層に入射する光から分離される光の波長値が異なっていてもよい。
図６は、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層に含まれる回折パターンの断面を概略的に示す図である。具体的には、図６は、２以上のパターン構造体を含む回折パターンを示す図である。図６にて第１回折基材の他面に含まれる第２回折格子層は省略した。図６を参照すれば、第１回折基材１００の一面からパターン構造体がθ１の傾斜角をなして備えられ、前記パターン構造体は、ｈ２の高さを有し、２以上のパターン構造体がｄ１の周期（ｐｉｔｃｈ）を有して備えられる。本発明において、「周期」は、パターン構造体が繰り返される間隔を意味し、図６のように、１つのパターン構造体の一地点とこれと隣接する他の１つのパターン構造体の一地点との間の長さを意味することができる。１つのパターン構造体の一地点と他の１つのパターン構造体の一地点とは、パターン構造体間で互いに対応する位置を意味することができる。
図６を参照すれば、本発明の一実施態様に係る前記第１回折格子層３１０の回折パターンに含まれるパターン構造体は、第１回折基材１００の一面から５０゜以上９０゜未満の傾斜角θ１をなして備えられる。また、前記２以上のパターン構造体は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の周期ｄ１を有して備えられ、前記パターン構造体の高さｈ２は、０ｎｍ超過６００ｎｍ以下であってもよい。具体的には、前記第１回折格子層に含まれるパターン構造体は、５５゜以上８０゜以下、６０゜以上７５゜以下、６５゜以上８５゜以下、５０゜以上６５゜以下、または７０゜以上８０゜以下であってもよい。また、前記２以上のパターン構造体は、１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、または５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の周期を有して備えられる。さらに、前記パターン構造体の高さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下、１５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下、または３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層と類似して、前記第２回折格子層および第３回折格子層は、２以上のパターン構造体を含むことができ、前記パターン構造体は、回折基材の一面から５０゜以上９０゜未満の傾斜角をなして備えられる。また、前記２以上のパターン構造体は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の周期を有して備えられ、前記パターン構造体の高さは、０ｎｍ超過６００ｎｍ以下であってもよい。具体的には、前記第２回折格子層および第３回折格子層それぞれに含まれるパターン構造体は、５０゜以上８０゜以下、５５゜以上７０゜以下、６５゜以上７５゜以下、または７０゜以上８０゜以下であってもよい。また、前記２以上のパターン構造体は、１２５ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、２５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、または５００ｎｍ以上６５５ｎｍ以下の周期を有して備えられる。さらに、前記パターン構造体の高さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下、または３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層に含まれる回折パターンの形態は異なっていてもよい。一例として、前記第１回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体と、前記第２回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体とは、周期は同一であるものの、パターン構造体の傾斜角および高さが異なっていてもよい。また、前記第２回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体と、前記第３回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体とは、高さは同一であるものの、格子の傾斜角が異なっていてもよい。
したがって、本発明の一実施態様によれば、回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体が回折基材に対してなす傾斜角、パターン構造体間の周期（ｐｉｔｃｈ）、パターン構造体の高さを調節して、回折格子層に入射する光から分離される光の波長値、回折格子層の光屈折率、および光の回折効率を容易に制御することができる。
図７は、本発明の一実施態様に係る回折格子層に含まれるパターン構造体のデューティ、高さ、および光屈折率に応じた回折格子層の光回折効率のシミュレーション結果を示すものである。具体的には、図７（ａ）は、回折格子層の光屈折率（ｎ）を１．８、高さ（ｄｅｐｔｈ）を３００ｎｍに設定し、パターン構造体のデューティに応じた回折格子層の光回折効率のシミュレーション結果を示すものである。また、図７（ｂ）は、回折格子層の光屈折率（ｎ）を１．８、デューティ（ｄｕｔｙ）を０．６に設定し、パターン構造体の高さに応じた回折格子層の光回折効率のシミュレーション結果を示すものである。さらに、図７（ｃ）は、回折格子層のデューティ（ｄｕｔｙ）を０．６、高さ（ｄｅｐｔｈ）を３００ｎｍに設定し、パターン構造体の光屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）に応じた回折格子層の光回折効率のシミュレーション結果を示すものである。
図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照すれば、本発明の一実施態様に係る回折格子層に含まれるパターン構造体のデューティ、高さ、および回折格子層の光屈折率を調節することにより、回折格子層の光回折効率を容易に制御可能であることを確認することができる。
この時、前記図７（ａ）〜図７（ｃ）におけるシミュレーションは、当業界で回折基材の光回折効率を計算する装置および／または方法を利用して計算することができ、本発明では、Ｒｉｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓアルゴリズムを利用するＶｉｒｔｕａｌＬａｂ ＳｏｆｔＷａｒｅを用いて計算することができる。
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の一実施態様に係る第１回折格子層から第３回折格子層を含む回折導光板の断面を概略的に示す図である。具体的には、図８Ａは、第１回折格子層３１０、第２回折格子層３２０、第３回折格子層３３０それぞれの第１領域５１１、５２１、５３１に含まれる第１回折パターン３１１、３２１、３３１、第２領域５１２、５２２、５３２に含まれる第２回折パターン３１２、３２２、３３２、第３領域５１３、５２３、５３３に含まれる第３回折パターン３１３、３２３、３３３を示す図である。また、図８Ｂは、第１回折格子層３１０および第２回折格子層３２０それぞれの第１領域５１１、５２１に含まれる第１回折パターン３１１、３２１、第２領域５１２、５２２に含まれる第２回折パターン３１２、３２２、第３領域５１３、５２３に含まれる第３回折パターン３１３、３２３を示し、第３回折格子層３３０の第１領域５３１に含まれる第１回折パターン３３１、第３領域５３３に含まれる第３回折パターン３３３、２つの第２領域５３２、５３２’それぞれに第２回折格子パターン３３２、３３２’が含まれていることを示す図である。
本発明の一実施態様によれば、前記第１領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれ、前記第３領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれる。すなわち、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれに含まれる前記第１領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に備えられるように整列される。また、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれに含まれる前記第３領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に備えられるように整列される。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層の第１領域が備えられる位置、前記第２回折格子層の第１領域が備えられる位置、および前記第３回折格子層の第１領域が備えられる位置は、互いに対応することができる。具体的には、前記第１領域を含む第１回折格子層から第３回折格子層の位置は、互いに同一であってもよく、前記第３領域を含む第１回折格子層から第３回折格子層の位置は、互いに同一であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層の第１領域が備えられる位置と、前記第２回折格子層の第１領域が備えられる位置とが対応することができ、前記第２回折格子層の第１領域が備えられる位置と、前記第３回折格子層の第１領域が備えられる位置とが対応することができ、前記第１回折格子層の第１領域が備えられる位置と、前記第３回折格子層の第１領域が備えられる位置とが対応することができる。また、前記第１回折格子層の第３領域が備えられる位置、前記第２回折格子層の第３領域が備えられる位置、および前記第３回折格子層の第３領域が備えられる位置は、互いに対応することができる。すなわち、前記第１回折格子層の第３領域が備えられる位置と、前記第２回折格子層の第３領域が備えられる位置とが対応することができ、前記第２回折格子層の第３領域が備えられる位置と、前記第３回折格子層の第３領域が備えられる位置とが対応することができ、前記第１回折格子層の第３領域が備えられる位置と、前記第３回折格子層の第３領域が備えられる位置とが対応することができる。
さらに、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに互いに対応するように整列される第１領域間の面積および第３領域間の面積は、実質的に同一であってもよい。本発明において、「面積が実質的に同一」であるというのは、面積が正確に同一の場合のみならず、製造上に発生しうる微小な誤差を含む面積が同一であることを意味することもできる。
図８Ａおよび図８Ｂを参照すれば、第１回折格子層３１０、第２回折格子層３２０、および第３回折格子層３３０にそれぞれ含まれる第１領域５１１、５２１、５３１が含まれる位置が互いに対応することができる。また、第１回折格子層３１０、第２回折格子層３２０、および第３回折格子層３３０にそれぞれ含まれる第３領域５１３、５２３、５３３が含まれる位置は、互いに対応することができる。すなわち、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域と第３領域は、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに対応する位置に備えられる。さらに、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域それぞれは、その面積が実質的に同一であってもよく、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第３領域それぞれは、その面積が実質的に同一であってもよい。前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域と第３領域を互いに対応する位置に形成することにより、前記回折導光板が適用されたディスプレイユニットによって実現される映像の鮮明度などの品質を向上させることができる。
一方、本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれに含まれる第２領域は、互いに対応する位置に備えられるか、または異なる位置に備えられる。図８Ａを参照すれば、前記第１回折格子層３１０、第２回折格子層３２０、および第３回折格子層３３０それぞれに含まれる第２領域５１２、５２２、５３２は、互いに対応する位置に備えられる。また、図８Ｂを参照すれば、第１回折格子層３１０に備えられる第２領域５１２と第３回折格子層３３０に備えられる第２領域５３２、５３２’は、形成される位置および面積が異なっていてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層は、第１領域および第３領域を含み、第２領域を選択的に含むことができる。一例として、第１回折格子層と第３回折格子層は、第１領域から第３領域を含み、第２回折格子層は、第１領域と第３領域のみを含んでもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層、第２回折格子層、および第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域、第２領域、および第３領域は、複数個形成される。一例として、前記第３回折格子層は、１つの第１領域、２つの第２領域、１つの第３領域を含むことができる。図８Ｂを参照すれば、第３回折格子層３３０は、２つの第２領域５３２、５３２’を含むことができ、２つの第２領域５３２、５３２’それぞれは、第２回折パターン３３２、３３２’を含むことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる前記第１回折パターン、第２回折パターン、および第３回折パターンは、その形態が互いに異なっていてもよい。一例として、前記第１回折格子層の第１回折パターンに含まれるパターン構造体と、前記第１回折格子層の第２回折パターンに含まれるパターン構造体とは、パターン構造体の傾斜方向、傾斜角、高さ、幅などが異なっていてもよい。また、前記第１回折格子層の前記第１回折パターンに含まれるパターン構造体と、前記第２回折格子層の前記第１回折パターンに含まれるパターン構造体とは、パターン構造体の傾斜方向、傾斜角、高さ、幅などが異なっていてもよい。
図９は、本発明の一実施態様に係る第１回折パターンから第３回折パターンを含む第１回折格子層を概略的に示す図である。具体的には、図９は、第１回折パターン３１１に含まれるパターン構造体、第２回折パターン３１２に含まれるパターン構造体、および第３回折パターン３１３に含まれるパターン構造体の傾斜方向、傾斜角、周期、高さが互いに異なる第１回折格子層３１０を示す図である。図９にて第１回折基材の他面に含まれる第２回折格子層は省略した。
図９を参照すれば、前記第１回折格子層３１０の第１回折パターン３１１、第２回折パターン３１２、第３回折パターン３１３に含まれるパターン構造体が回折基材となす傾斜方向、傾斜角、パターン構造体の周期、パターン構造体の高さをそれぞれ調節して、第１回折格子層に入射する光から第１光を分離する効率、および第１回折基材に対する光の回折効率を向上させることができる。また、前記第１回折格子層と同じく、第２回折格子層および第３回折格子層の第１回折パターン、第２回折パターン、および第３回折パターンに含まれるパターン構造体の傾斜方向、傾斜角、パターン構造体の周期、パターン構造体の高さをそれぞれ調節することができる。
したがって、本発明の一実施態様によれば、回折格子層の回折パターンに含まれるパターン構造体の傾斜角、周期、高さなどを調節して、鮮明な画像を実現するディスプレイを製造可能な回折導光板を提供することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層の第３領域は、一側から他側まで光屈折率が漸進的に増加することができる。
従来の回折導光板の場合、光を抽出して使用者にディスプレイ情報を提供する全領域における光回折効率が同一であった。回折導光板に含まれる光が回折する領域の全体部位で光回折効率が同一の場合、回折導光板の内部で光が反射または全反射する過程で、回折導光板によって回折する光量が減少する。具体的には、回折導光板の一側面に光が入射して回折導光板の他側面に光がガイドされる場合、回折導光板の一側面から他側面へいくほど、回折領域で回折する光量が減少する。回折導光板の部分ごとに回折する光量が互いに異なる場合、回折する光量が多い部分では光度の高い光が出射するが、回折する光量が少ない部分では光度の低い光が出射する。したがって、従来の回折導光板の場合、光を抽出する領域全体における光回折効率が同一でなく、光を抽出する領域の部分ごとに抽出される光の光度が一定でない問題が発生することがある。
これに対し、本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層の第３領域は、一側から他側まで光屈折率が漸進的に増加することができる。前記第３領域は、光が抽出される領域であり、第３領域は、一側から他側まで光屈折率が漸進的に増加することにより、第３領域の部分ごとに抽出される光の光度が一定であり得る。したがって、本発明の一実施態様によれば、使用者に同一の光度を有するディスプレイ情報を提供可能な回折導光板を実現することができる。
また、前記第３領域と同じく、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域および／または第２領域の光屈折率は、一側から他側まで漸進的に増加することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第３領域は、一側から他側まで漸進的に高さが増加する傾斜パターン構造体を含む回折パターンを含むことができる。具体的には、第３領域は、一側から他側まで漸進的に高さが増加する傾斜パターン構造体を含む回折パターンを含むことにより、第３領域の一側から他側まで光屈折率を漸進的に増加させることができる。図９を参照すれば、第３領域５１３の一側Ａから他側Ｂ方向に沿って高さが漸進的に増加する傾斜パターン構造体を含む回折パターンが第３領域に含まれることにより、前記第３領域の一側から他側方向に光屈折率が漸進的に増加することができる。第３領域の一側から他側に光屈折率が漸進的に増加することにより、第３領域の一側から他側まで光回折効率が漸進的に増加することができる。
したがって、本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から第３回折格子層の第３領域に含まれる傾斜パターン構造体の高さを第３領域の一側から他側方向に沿って漸進的に増加させることにより、前記第３領域の一側から他側方向に光が回折する過程で光量が減少するのを防止して、第３領域の部分ごとに出射する光の光度を一定にすることができる。
また、前記第３領域と同じく、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域および／または第２領域は、一側から他側まで漸進的に高さが増加する傾斜パターン構造体を含む回折パターンを含むことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第３領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加するパターン構造体を含むことができる。本発明において、「デューティ（ｄｕｔｙ）」は、パターン構造体の幅の値をパターン構造体の周期で割った値（パターン構造体の幅／パターン構造体の周期）を意味することができる。図６を参照すれば、パターン構造体のデューティは、パターン構造体の幅ｄ２をパターン構造体の周期ｄ１で割った値ｄ２／ｄ１になり得る。
本発明の一実施態様によれば、第３領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加するパターン構造体を含むことにより、第３領域の一側から他側まで光屈折率を漸進的に増加させることができる。第３領域の一側から他側方向に沿ってパターン構造体のデューティが漸進的に増加することにより、前記第３領域の一側から他側方向に光屈折率が漸進的に増加することができる。第３領域の一側から他側に光屈折率が漸進的に増加することにより、第３領域の一側から他側まで光回折効率が漸進的に増加することができる。一例として、パターン構造体の周期を同一に設定し、パターン構造体の幅を漸進的に増加させることにより、第３領域の一側から他側方向に沿ってパターン構造体のデューティを漸進的に増加させることができる。
本発明の一実施態様によれば、第３領域に含まれるパターン構造体のデューティは、０．１以上１．０以下であってもよい。前記第３領域に含まれるパターン構造体のデューティを前述した範囲に調節することにより、光回折効率に優れた第３領域を実現することができる。
本発明の一実施態様によれば、２以上のパターン構造体の周期は同一に設定し、第３領域の一側から他側方向にパターン構造体の幅を漸進的に増加させることにより、パターン構造体のデューティを第３領域の一側から他側まで漸進的に増加させることができる。
また、前記第３領域と同じく、前記第１回折格子層から第３回折格子層それぞれに含まれる第１領域および／または第２領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加するパターン構造体を含むことができる。
本発明の一実施態様は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を用意するステップと、一面上に第３回折格子層を含む第２回折基材を用意するステップと、前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させるステップとを含む、本発明の一実施態様に係る回折導光板の製造方法を提供する。
本発明の一実施態様によれば、回折導光板の厚さおよび重量が減少した回折導光板を容易に製造することができる。
本発明の一実施態様に係る回折導光板の製造方法で製造される第１回折基材、第２回折基材、および回折導光板は、本発明の一実施態様に係る第１回折基材、第２回折基材、および回折導光板と実質的に同一であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材を用意するステップは、第１基材の一面上に前記第１回折格子層を形成し、前記第１基材の他面上に前記第２回折格子層を形成して、前記第１回折基材を製造することができる。具体的には、前記第１基材の一面上に前記第１回折格子層を形成した後、前記第１基材の他面上に前記第２回折格子層を形成することができる。また、前記第１基材の一面および他面上に第１回折格子層および第２回折格子層を同時に形成してもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材を用意するステップは、前記第１回折格子層が一面上に備えられた第１基材および前記第２回折格子層が一面上に備えられた追加の基材を互いに接合して、第１回折基材を製造することができる。具体的には、第１基材の一面上に第１回折格子層を形成し、前記追加の基材の一面上に第２回折格子層を形成した後、前記第１基材の他面と前記追加の基材の他面とを接合して、前記第１回折基材を製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１基材の他面と前記追加の基材の他面とは、粘着層を介在して接合される。前記粘着層は、１．５以上２．０未満の光屈折率を保持することができる。前述した範囲の光屈折率を保持する粘着層を用いて前記第１基材と前記追加の基材とを接合することにより、優れた光回折効率を有する第１回折基材を製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記粘着層は、粘着フィルムまたは粘着剤を含むことができる。具体的には、前述した光屈折率を保持する粘着フィルムを用いることができ、前述した光屈折率を保持する粘着層を形成可能な粘着剤を用いることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、光硬化性樹脂組成物およびインプリントモールドを用いるインプリント工程を用いて形成される。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材を用意するステップは、第１基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布し、前記光硬化性樹脂組成物の表面に回折パターンが陰刻の表面を有するモールドを用いてインプリントすることができる。この後、前記光硬化性樹脂組成物に光照射して、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させることができる。これによって、一面上に第１回折格子層が形成された第１基材を製造することができる。前記モールドの陰刻の回折格子パターンは、前記第１回折格子層のパターンに対応することができる。
本発明の一実施態様によれば、一面上に前記第１回折格子層が形成された前記第１基材の他面上に光硬化性樹脂組成物を塗布し、前記光硬化性樹脂組成物の表面に回折パターンが陰刻の表面を有するモールドを用いてインプリントすることができる。この後、前記光硬化性樹脂組成物に光照射して、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させることができる。前記モールドの陰刻の回折格子パターンは、前記第２回折格子層のパターンに対応することができる。これによって、一面上に第１回折格子層が形成され、他面上に第２回折格子層が形成された第１回折基材を製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させる工程は、前記光硬化性樹脂組成物の表面にモールドをインプリントする工程と同時に行われ、またはモールドを除去した後に行われてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１基材の一面上に第１回折格子層を形成した後、第１回折格子層に離型フィルムなどを付着させて、前記第１基材の他面上に第２回折格子層を形成する過程中に前記第１回折格子層を保護（ｐｒｏｔｅｃｔ）することができる。
また、本発明の一実施態様によれば、前記第１基材の一面および他面上に光硬化性樹脂組成物を同時に塗布し、前記第１基材の一面および他面上に塗布された光硬化性樹脂組成物の表面をモールドを用いて同時にインプリントしてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材を用意するステップは、第１基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布し、前記光硬化性樹脂組成物の表面に回折パターンが陰刻の表面を有するモールドを用いてインプリントすることができる。この後、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させて、一面上に第１回折格子層が形成された第１基材を製造することができる。追加の基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布し、前記光硬化性樹脂組成物の表面に回折パターンが陰刻の表面を有するモールドを用いてインプリントすることができる。この後、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させて、一面上に第２回折格子層が形成された追加の基材を製造することができる。この後、前記第１基材の他面と前記追加の基材の他面とを粘着層を介在して接合して、第１回折基材を製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、第２基材上に光硬化性樹脂組成物を塗布し、前記光硬化性樹脂組成物の表面に回折パターンが陰刻の表面を有するモールドを用いてインプリントすることができる。前記モールドの陰刻の回折格子パターンは、前記第３回折格子層のパターンに対応することができる。この後、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させて、一面上に第３回折格子層が形成された第２基材を製造することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記光硬化性樹脂組成物は、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＴｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｎＳ、ＨｆＯ、ＭｏＯ、ＣｕＯなどの高屈折成分のうちの少なくとも１つを含有する光硬化性樹脂を含むことができる。具体的には、前記光硬化性樹脂は、光照射によって硬化され、前記光硬化性樹脂は、ウレタンアクリレート系光硬化性樹脂、エポキシアクリレート系光硬化性樹脂などのアクリル系光硬化性樹脂、ポリアミド系光硬化性樹脂、ポリイミド系光硬化性樹脂、シリコン系光硬化性樹脂、エポキシ系光硬化性樹脂、ポリエステル系光硬化性樹脂などを含むことができるが、その種類を制限するものではない。
本発明の一実施態様によれば、高屈折成分を含有する光硬化性樹脂を含む光硬化性樹脂組成物を基材上に塗布した後、前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させて、基材上に回折格子層を形成することができる。具体的には、高屈折粒子としてＺｒＯ２を含有するアクリル系光硬化性樹脂を含む光硬化性樹脂組成物をスピンコーティング（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）方法で塗布し、約８０℃の温度で光硬化性樹脂組成物を約３分乾燥させた後、約４０℃の温度で１００ｍＷ／ｃｍ２以上の強度を有する紫外線を６０秒以上照射して前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１基材、第２基材、および追加の基材それぞれの光屈折率は、１．５以上２．０未満であってもよい。前述した範囲の光屈折率を保持する基材であれば、当業界で通常用いられる基材を含むことができる。具体的には、基材として、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＴｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｎＳなどの高屈折成分を少なくとも１つ含むガラス、または前記高屈折成分を少なくとも１つ含む樹脂フィルムなどを用いることができるが、基材の種類を制限するものではない。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層および第２回折格子層に含まれる回折パターンを考慮して、前記モールドを作製することができる。前記モールドとして当業界で用いられるモールドを制限なく使用可能であり、具体的には、ニッケル、ニッケル合金などの金属や合金、非晶質金属を含むハード（ｈａｒｄ）モールド、またはポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などを含むソフト（ｓｏｆｔ）モールドを用いることができる。また、前記モールドは、透明であってもよい。
本発明の一実施態様によれば、モールドを用いて前記光硬化性樹脂組成物の表面にインプリント時、前記光硬化性樹脂組成物の表面と前記パターンが備えられたモールドの表面との間の接触性を向上させるために、支持部が備えられたモールドを用いることができる。具体的には、一面上にパターンが陰刻のモールドの他面上に支持部を備えることにより、前記光硬化性樹脂組成物の表面と前記パターンが備えられたモールドの表面との間の接触性を向上させて、インプリント効率を増加させることができる。前記支持部は、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）材質またはウレタン材質の支持層、支持層の一面上に備えられ、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含む弾性層を含むことができるが、支持層と弾性層の種類を制限するものではない。また、前記支持部に含まれる支持層および弾性層は、透明であってもよいし、前記支持部の弾性層が前記モールドの他面上に位置するように備えられる。
図１０は、本発明の一実施態様に係る２つの基材を用いて第１回折基材を用意することを概略的に示す図である。具体的には、図１０は、第１基材６１０の一面および追加の基材６２０の一面上に光硬化性樹脂組成物７００を塗布し乾燥させた後、第１基材６１０の他面と追加の基材６２０の他面とを対向させた後、第１回折格子層に備えられるパターンが一面上に陰刻されたモールド８１０と、第２回折格子層に備えられるパターンが一面上に陰刻されたモールド８２０とを用いてインプリントすることを概略的に示す図である。図１０を参照すれば、パターンが形成されていないモールド８１０、８２０の他面上にＰＥＴとＰＤＭＳとを含む支持部、ウレタンとＰＤＭＳとを含む支持部をそれぞれ備えて、光硬化性樹脂組成物の表面と前記パターンが備えられたモールドの一面との間の接触性を向上させることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、リソグラフィ工程またはレーザエッチング工程を用いて形成される。具体的には、前記第１基材の一面上に光硬化性樹脂組成物を塗布し光硬化させた後、第１基材の一面上に形成された硬化物の表面にリソグラフィ工程またはレーザエッチング工程を用いて回折パターンを形成することにより、第１基材の一面上に第１回折格子層を形成することができる。前記方法と同様に、第１基材の他面上に第２回折格子層を形成し、第２基材の一面上に第３回折格子層を形成することができる。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させるステップは、スペーサを用いて、前記第１回折基材の回折格子層が前記第２回折基材と離隔するように結合させることができる。具体的には、前記第１回折基材の一端部と前記第２回折基材の一端部、前記第１回折基材の他端部と前記第２回折基材の他端部とをスペーサを介して連結することができる。前記スペーサは、前記第１回折基材と第２回折基材とを連結可能な公知の構成を用いることができ、前記スペーサとして弾性を保持したものを用いてもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記第１回折格子層または前記第２回折格子層が前記第３回折格子層または前記第２回折基材の他面と離隔した状態で、前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させることができる。すなわち、前記第１回折基材に含まれた前記第１回折格子層または前記第２回折格子層が、前記第２回折基材に含まれた第３回折格子層または前記第２回折基材の他面と接しないようにし、前記第１回折基材と前記第２回折基材とをスペーサを介して結合させることができる。
本発明の他の実施態様は、本発明の一実施態様に係る回折導光板を含むディスプレイユニットを提供する。前記ディスプレイユニットは、提供される映像を拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、または仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）で実現することができる。
［実施例］
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に述べる実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
実施例１
溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、高屈折粒子としてＺｒＯ２、モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）、光重合開始剤としてＩｒｇａｃｕｒｅ１８４を含む組成物から製造された光硬化性樹脂を含む光硬化性樹脂組成物を用意した。
第１基材の一面および追加の基材の一面上に用意された光硬化性樹脂組成物を塗布し、８０℃の温度で約３分乾燥させた。この後、予め設定された第１回折格子層のパターンが陰刻されたモールドを用いて第１基材上の光硬化性樹脂組成物の表面をインプリントし、予め設定された第２回折格子層のパターンが陰刻されたモールドを用いて追加の基材上の光硬化性樹脂組成物の表面をインプリントした。インプリントする過程で、約４０℃の温度で１００ｍＷ／ｃｍ２以上の強度を有する紫外線を６０秒以上照射して前記光硬化性樹脂組成物を光硬化させることにより、第１回折格子層が備えられた第１基材および第２回折格子層が備えられた追加の基材を製造した。この後、第１基材の他面と追加の基材の他面とを接着剤で接合して、一面上に第１回折格子層を含み、他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を製造した。
第２基材の一面上に用意された光硬化性樹脂組成物を塗布し、８０℃の温度で約３分乾燥させた。この後、予め設定された第３回折格子層のパターンが陰刻されたモールドを用いて第２基材上の光硬化性樹脂組成物の表面をインプリントした。インプリントする過程で、約４０℃の温度で１００ｍＷ／ｃｍ２以上の強度を有する紫外線を６０秒以上照射して前記光硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、一面上に第３回折格子層を含む第２回折基材を製造した。
この後、第１回折基材の他面と第２回折基材の他面とが対向するように位置させた後、第１回折基材の一端部と第２回折基材の一端部、第１回折基材の他端部と第２回折基材の他端部とをスペーサで連結した。これによって、第１回折基材および第２回折基材を含む回折導光板を製造した。
第１回折格子層および第２回折格子層の断面分析
実施例１で製造された第１回折格子層および第２回折格子層の断面を電子顕微鏡（Ｓ−１４００、Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ）を用いて分析した。
図１１Ａは、本発明の実施例１による第１回折格子層のＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真であり、図１１Ｂは、本発明の実施例１による第２回折格子層のＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。具体的には、図１１Ａ（Ａ）は、５，０００倍の比率で第１回折格子層を撮影した写真であり、図１１Ａ（Ｂ）は、１５，０００倍の比率で第１回折格子層を撮影した写真であり、図１１Ａ（Ｃ）は、１００，０００倍の比率で第１回折格子層を撮影した写真である。また、図１１Ｂ（Ａ）は、５，０００倍の比率で第２回折格子層を撮影した写真であり、図１１Ｂ（Ｂ）は、１５，０００倍の比率で第２回折格子層を撮影した写真であり、図１１Ｂ（Ｃ）は、１００，０００倍の比率で第２回折格子層を撮影した写真である。
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すれば、本発明の一実施態様に係る方法により、第１回折格子層と第２回折格子層とが備えられた第１回折基材を含む回折導光板を容易に製造可能であることを確認することができる。
１００：第１回折基材
２００：第２回折基材
３１０：第１回折格子層
３２０：第２回折格子層
３３０：第３回折格子層
３１１、３２１、３３１：第１回折パターン
３１２、３２２、３３２、３３２’：第２回折パターン
３１３、３２３、３３３：第３回折パターン
４００：スペーサ
５１１、５２１、５３１：第１領域
５１２、５２２、５３２、５３２’：第２領域
５１３、５２３、５３３：第３領域
６１０：第１基材
６２０：追加の基材
７００：光硬化性樹脂組成物
８１０、８２０：モールド

Claims (13)

  1. 第１回折基材と、前記第１回折基材上に備えられる第２回折基材とを含み、
    前記第１回折基材は、一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含み、
    前記第２回折基材は、一面上に第３回折格子層を含み、
    前記第１回折格子層は、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光を分離し、
    前記第２回折格子層は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光を分離し、
    前記第３回折格子層は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長の光を分離するものである回折導光板。
  2. 前記第１回折基材および第２回折基材の厚さはそれぞれ、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１に記載の回折導光板。
  3. 前記第１回折基材の回折格子層は、前記第２回折基材と離隔して備えられるものである、請求項１または２に記載の回折導光板。
  4. 前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、光が入射する第１領域と、入射した光が拡散して移動する第２領域と、移動した光が抽出される第３領域とを含み、
    前記第１領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれ、
    前記第３領域は、前記第１回折格子層から前記第３回折格子層それぞれの互いに対応する位置に含まれるものである、請求項１から３のいずれか一項に記載の回折導光板。
  5. 前記第１回折格子層から前記第３回折格子層の第３領域は、一側から他側まで光屈折率が漸進的に増加するものである、請求項４に記載の回折導光板。
  6. 前記第３領域は、一側から他側まで漸進的に高さが増加する傾斜パターン構造体を含む回折パターンを含むものである、請求項４に記載の回折導光板。
  7. 前記第３領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加するパターン構造体を含む回折パターンを含むものである、請求項４に記載の回折導光板。
  8. 一面上に第１回折格子層、および他面上に第２回折格子層を含む第１回折基材を用意するステップと、
    一面上に第３回折格子層を含む第２回折基材を用意するステップと、
    前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させるステップとを含む、請求項１に記載の回折導光板の製造方法。
  9. 前記第１回折基材を用意するステップは、第１基材の一面上に前記第１回折格子層を形成し、前記第１基材の他面上に前記第２回折格子層を形成して、前記第１回折基材を製造するものである、請求項８に記載の回折導光板の製造方法。
  10. 前記第１回折基材を用意するステップは、前記第１回折格子層が一面上に備えられた第１基材および前記第２回折格子層が一面上に備えられた追加の基材を互いに接合して、第１回折基材を製造するものである、請求項８に記載の回折導光板の製造方法。
  11. 前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、光硬化性樹脂組成物およびインプリントモールドを用いるインプリント工程を用いて形成されるものである、請求項８に記載の回折導光板の製造方法。
  12. 前記第１回折格子層から前記第３回折格子層はそれぞれ、リソグラフィ工程またはレーザエッチング工程を用いて形成されるものである、請求項８に記載の回折導光板の製造方法。
  13. 前記第１回折基材と前記第２回折基材とを結合させるステップは、スペーサを用いて、前記第１回折基材の回折格子層が前記第２回折基材と離隔するように結合させるものである、請求項８に記載の回折導光板の製造方法。
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