KR102648791B1 - 적층체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원의 적층체의 제조방법은 상기 적층체에 포함되고 공기 중에서는 제작이 불가능한 홀로그래픽 회절 광학소자층을 제조할 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다. 본 출원의 적층체는 적층체에 접촉하는 물체의 높낮이 패턴을 인식하는데 사용될 수 있다.
Description
본 출원은 적층체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 태블릿 PC 등 개인휴대기기에 대한 보안이 화두가 되고 있다. 사용자들의 휴대기기 사용빈도가 증가하면서 휴대기기를 통한 전자상거래 등에 있어서의 보안이 요구되고, 이러한 요구에 따라 지문, 홍채, 안면, 음성, 혈관 등의 생체 정보를 이용하고 있다. 다양한 생체 정보 인증 기술 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 기술은 지문을 통한 인증 기술이다. 최근에는 스마트폰 및 태블릿 PC 등에 지문인식 및 이를 통한 인증 기술이 적용된 제품이 출시되었다.
지문 인식은 일반적으로 광학식, 초음파식, 정전용량방식, 전기장 측정방식, 열감지 방식 등이 있다. 이중 광학식은 간단한 구조와 우수한 성능으로 다른 수단에 비해 일반화된 인증 수단이 되어 있다.
종래의 광학식 지문 인식 장치는 지문 인식용 광을 조사하는 광원과 손가락으로 접촉하는 프리즘, 프리즘에서 출사되는 지문 영상을 결상하기 위한 렌즈 및 렌즈에 결상된 지문 영상을 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 구성된다. 그러나 이러한 광학식 지문 인식 장치는 지문 인식을 위한 센서 및 프리즘 등이 별도로 장착되어야 하며, 넓은 범위에서 지문을 인식하고자 할 경우 대면적의 광원이 요구되므로 이에 따라 휴대 기기의 부피가 늘어나는 등의 문제점이 있었다.
이에 지문을 인식하고자 하는 영역에서 전반사하며 도파하는 광을 이용함으로써, 광원의 크기를 줄이는 광학식 지문 인식 방법이 연구되고 있다.
본 출원은 적층체의 제조방법을 제공한다. 본 출원의 적층체는, 예를 들면, 광학식 지문 인식 장치에 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 도시한 광로는 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로, 두 매질의 계면을 통과하면서 발생하는 굴절은 생략될 수 있다.
본 명세서에서 각도의 단위는 특별히 달리 규정하지 않는 한 도(degree, °)이다. 본 명세서에서 어떠한 매질의 굴절률을 정의하는 데 있어서 상기 굴절률이 온도 및/또는 압력에 의해 변경될 수 있는 것이라면, 상기 굴절률은 특별히 달리 규정하지 않는 한 10℃ 내지 50℃의 온도 및 /또는 0.90atm 내지 1.10atm의 압력에서 파장이 500nm 내지 600nm인 광에 대해 측정된 굴절률일 수 있으며, 바람직하게는 25℃ 및 1atm에서 파장이 532nm인 광에 대해 측정된 굴절률일 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법은 감광 재료와 프리즘이 접촉하고 있는 계면에 제 1 광선 및 제 2 광선을 입사시켜 감광 재료에 홀로그램을 기록하여 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적층체는 순차로 적층된 제 1 기재층, 홀로그래픽 회절 광학소자층 및 제 2 기재층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시한 것과 같이 제 1 기재층(101), 홀로그래픽 회절 광학소자층(102) 및 제 2 기재층(103)이 순차로 적층될 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법은 높낮이 패턴을 가지는 물체의 높낮이 패턴을 인식하는 용도로 사용되는 적층체의 제조방법이다. 본 명세서에서 「높낮이 패턴을 가지는 물체」란 표면에 돌출된 마루(ridge)와 함몰된 골(valley)이 존재하고, 상기 마루 부분과 골 부분이 형성한 소정의 패턴을 가지는 물체를 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 높낮이 패턴을 가지는 물체는 지문일 수 있고, 본 출원의 적층체의 제조방법은 지문 인식용 적층체의 제조방법일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 적층체는 빛의 전반사를 이용하여 지문을 인식하는 지문 인식용 적층체일 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 출원의 적층체 제조방법이 제조한 적층체(100)는 적층체 내부를 소정 광로로 진행하는 광(106, 107)을 이용하여 제 1 기재층에 접촉한 지문의 마루(104)와 골(105)을 인식할 수 있다. 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 공기와 제 1 기재층의 계면, 지문의 마루(104)와 제 1 기재층(101)의 계면 및 홀로그래픽 회절 광학 소자층(102)과 제 2 기재층(103)의 계면에서 전반사를 한다. 본 명세서에서 「제 1 광로로 진행하는 광」 및 「트랩된 광」은 상술한 것과 같이 적층체 내에서 공기와 제 1 기재층의 계면, 지문의 마루(104)와 제 1 기재층(101)의 계면 및 홀로그래픽 회절 광학 소자층(102)과 제 2 기재층(103)의 계면에서 전반사를 하는 광로로 진행하는 광을 의미할 수 있다. 제 2 광로로 진행하는 광(107)은 공기와 제 1 기재층(101)의 계면에서 전반사를 한다. 제 2 광로로 진행하는 광이 상기와 같이 전반사를 하므로, 제 1 기재층에 접촉한 지문의 골(105) 부분에서도 전반사를 하게 된다. 또한, 제 2 광로로 진행하는 광(107)은 지문의 마루(105)와 제 1 기재층의 계면에서는 투과 또는 산란하며, 홀로그래픽 회절 광학소자층(102)과 제 2 기재층(103)의 계면에서는 투과한다. 본 명세서에서 「제 2 광로로 진행하는 광」 및 「선택적으로 전반사하는 광」은 상술한 것과 같이 적층체 내에서 공기와 제 1 기재층(101)의 계면에서 전반사하고, 지문의 마루(105)와 제 1 기재층의 계면에서는 투과 또는 산란하며, 홀로그래픽 회절 광학소자층(102)과 제 2 기재층(103)의 계면에서는 투과하는 광로로 진행하는 광을 의미할 수 있다.
상술한 전반사가 가능하도록, 상기 제 1 기재층(101), 홀로그래픽 회절 광학소자층 및 제 2 기재층(103)은 하기 일반식 2 내지 4를 만족할 수 있다.
[일반식 2]
n1>nair
[일반식 3]
nhoe>n2
[일반식 4]
n1>no
일반식 2 내지 4에서, n1은 제 1 기재층의 굴절률이고, nair 공기의 굴절률이고, nhoe는 홀로그래픽 광학소자층의 굴절률이며, n2는 제 2 기재층의 굴절률이고, no는 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다. 상기 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분은 상기 물체의 마루 부분일 수 있으며, 예를 들면, 제 1 기재층과 접촉한 지문의 마루 부분일 수 있다. 본 명세서에서 공기의 굴절률은 특별히 달리 규정하지 않는 한 10℃ 내지 50℃의 온도 및 0.90atm 내지 1.10atm의 압력에서 측정된 굴절률일 수 있으며, 바람직하게는 15℃ 및 1atm에서 측정된 공기의 굴절률일 수 있다. 상기 조건에서 공기의 굴절률은 대략적으로 1이라는 것이 공지되어 있다.
도 1에 도시한 것과 같이, 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 본 출원의 적층체의 제조방법이 제조한 적층체 내부에 트랩되어 있다. 제 1 광로로 진행하는 광(106)이 제 1 기재층에 높낮이 패턴을 가지는 물체, 예를 들면, 지문이 접촉하였는지 여부와 관계없이 적층체 내부의 영역에 트랩되어 진행하므로, 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 적층체 내부의 전 영역에서 제 2 광로로 진행하는 광(107)을 생성하기 위한 광원으로 기능할 수 있으며, 따라서 상기 적층체는 적층체에 광을 입사하는 광원(미도시)의 크기를 줄일 수 있다.
도 1에서 도시한 것과 같이, 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 본 출원의 적층체의 제조방법이 제조한 적층체 내부에 트랩되어 있다. 적층체 내부에 광이 트랩되어 있다는 것은, 광이 적층체 내부에서 전반사를 반복하여 외부로 유출되지 않는다는 것을 의미한다. 보다 구체적로는, 상술한 것과 같이 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 공기와 제 1 기재층의 계면, 지문의 마루(104)와 제 1 기재층(101)의 계면 및 홀로그래픽 회절 광학 소자층(102)과 제 2 기재층(103)의 계면에서 전반사를 하며, 제 2 광로로 진행하는 광(107)은 공기와 제 1 기재층(101)의 계면에서 전반사를 한다.
상기 제 1 광로로 진행하는 광(106)은, 예를 들면, 적층체가 포함된 지문 인식 장치에 별도로 마련된 광원에 의하여 생성될 수 있다. 하나의 예시에서, 광원(미도시)을 상기 광원으로부터 방출된 광이 도 1에 도시한 각도 A로 제 1 기재층과 공기의 계면에 입사하도록 적층체의 일 모서리 측에 배치하여 제 1 광로로 진행하는 광(106)을 생성할 수 있다. 상기 광원은 광학식 지문 인식에 적합한 광을 출사하는 것이면 그 종류가 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 레이저 다이오드나 발광 다이오드를 사용할 수 있다.
상기 홀로그래픽 회절 광학소자층은, 예를 들면, 공기와 제 1 기재층의 계면에 각도 A로 입사하는 제 1 광로로 진행하는 광의 일부를 공기와 제 1 기재층의 계면에 각도 B로 입사하는 제 2 광로로 진행하도록 회절시킬 수 있다. 상기 회절은 홀로그래픽 회절 광학소자층에 기록된 홀로그램에 의해 수행될 수 있다. 도 1에 도시한 것과 같이, 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 공기와 제 1 기재층(101)의 계면에 각도 A로 입사하는 광로로 진행하는 광이고, 제 2 광로로 진행하는 광(107)은 공기와 제 1 기재층(101)의 계면에 각도 B로 입사하는 광로로 진행하는 광이다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 광로는 공기와 제 1 기재층의 계면에서 전반사하고, 제 1 기재층과 홀로그래픽 회절 광학 소자층의 계면에서 전반사하지 않으며, 홀로그래픽 회절 광학소자층과 제 2 기재층의 계면에서 전반사하는 광로일 수 있다. 상기 예시에서, 제 1 광로로 진행하는 광은 적층체 내부에 트랩될 수 있으며, 전반사를 반복하는 과정에서 홀로그래픽 회절 광학소자층에 입사하게 된다.
상기 제 1 광로가 상술한 것과 같이 진행하는 광로이기 위해서는, 제 1 광로로 진행하는 광이 공기와 제 1 기재층의 계면에 입사하는 각도 A가 하기 일반식 5 내지 7을 만족하여야 한다.
[일반식 5]
A > sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 6]
A < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
[일반식 7]
A > sin-1(n2/n1) × 180°/π
상기 일반식 5 내지 7에서, n1은 제 1 기재층의 굴절률이고, n2는 제 2 기재층의 굴절률이며, nhoe는 홀로그래픽 회절 광학소자층의 굴절률이고, no는 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분, 예를 들면, 지문의 마루의 굴절률이다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 광로는 공기와 제 1 기재층의 계면에서 전반사하며, 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분, 예를 들면, 지문의 마루와 제 1 기재층의 계면에서 전반사하지 않고, 제 1 기재층과 홀로그래픽 회절광학소자층의 계면에서 전반사하지 않으며, 홀로그래픽 회절 광학소자층과 제 2 기재층의 계면에서 전반사하지 않는 광로일 수 있다. 상기 예시에서, 제 2 광로로 진행하는 광은 제 1 기재층의 상면부에서 접촉한 지문의 높낮이 패턴 양상에 따라 선택적으로 전반사하므로, 제 1 기재층에 접촉한 지문의 높낮이 패턴의 정보를 적층체 외부로 전달할 수 있게 된다. 예를 들면, 제 2 기재층의 하부에 위치한 포토 센서 어레이를 통하여 제 1 기재층에 접촉한 지문의 높낮이 패턴의 이미지를 형성할 수 있다.
상기 제 2 광로가 상술한 것과 같이 진행하는 광로이기 위해서는, 제 2 광로로 진행하는 광이 공기와 제 2 기재층의 계면에 입사하는 각도 B가 하기 일반식 8 내지 10을 만족하여야 한다.
[일반식 8]
sin-1(nair/n1) × 180°/π < B < sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 9]
B < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
*[일반식 10]
B < sin-1(n2/n1) × 180°/π
상기 일반식 8 내지 10에서, n1은 제 1 기재층의 굴절률이고, n2는 제 2 기재층의 굴절률이며, nhoe는 홀로그래픽 회절 광학소자층의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이며, no는 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분, 예를 들면, 지문의 마루 부분의 굴절률이다.
제 1 기재층에 접촉한 물체의 높낮이 패턴의 정보를 전달하는, 제 2 광로로 진행하는 광(107)은 홀로그래픽 회절 광학소자층(107)이 제 1 광로로 진행하는 광(106)의 일부를 회절시킴으로서 생성된다. 즉, 제 1 광로로 진행하는 광(106)은 제 2 광로로 진행하는 광(107)의 광원으로서의 역할을 수행한다. 제 2 광로로 진행하는 광(107)의 광원 역할을 하는 제 1 광로로 진행하는 광(106)이 적층체 내부에 트랩되어 진행하므로, 제 2 광로로 진행하는 광(107)이 적층체 내부의 전 영역에서 홀로그래픽 회절 광학소자층에 의하여 생성될 수 있다. 따라서, 본 출원의 적층체의 제조방법에 의해 제조된 적층체는 홀로그래픽 회절 광학소자층을 이용하여 광원의 크기를 줄일 수 있으며, 광원 상부에서만 지문 인식이 가능했던 광학식 지문 인식 장치와 달리 디스플레이 상에서도 지문 인식이 가능하다.
상기 적층체의 제 1 기재층 및 제 2 기재층의 종류는 상술한 일반식 2 내지 4를 만족하면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는, 상술한 일반식 2 내지 4를 만족하면서 광학적으로 투명한 것을 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 기재층은 디스플레이 장치의 커버글래스로 사용될 수 있는 재료로 구성될 수 있으며, 제 2 기재층은 디스플레이 분야에서 사용되는 광학 점착제일 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법은 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 홀로그래픽 회절 광학소자에는 투과형 또는 반사형 홀로그램이 기록될 수 있다.
도 2는 일반적인 투과형 홀로그램의 기록방법(200)을 도시한 것이다. 투과형 홀로그램의 기록은 도 2에 도시한 것처럼 감광 재료(201)의 어느 일면상에 제 1 광(202) 및 제 2 광(203)을 조사하여 감광 재료를 노광하고, 그 결과 감광 재료(201)에 간섭패턴(204)이 형성되어 이루어진다. 본 명세서에서 「노광」이라 함은 감광 재료 내부를 서로 다른 광로를 가지는 두 광이 진행하고, 두 광의 간섭에 의하여 감광 재료 내부에 간섭패턴이 형성되는 과정을 의미할 수 있다.
반사형 홀로그램의 기록은 투과형 홀로그램과 유사하게 제 1 광 및 제 2 광을 이용하나, 제 1광 및 제 2광이 감광 재료의 어느 일면상에 조사되는 것이 아니라, 어느 일면 및 상기 일면의 반대면에 조사되어 간섭패턴을 형성한다는 점에서 차이가 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법에서 사용되는 감광 재료는, 조사된 광선의 간섭에 의하여 간섭패턴이 형성될 수 있는 것이라면 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 홀로그램의 기록 분야에서는 홀로그램을 기록할 수 있는 다양한 감광 재료가 공지되어 있으며, 본 출원에서는 상기 감광 재료의 감광 성능 등을 고려하여 적절한 감광 재료를 선택하여 사용할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 감광 재료로는 유리 또는 트리아세틸셀룰루오스(TAC) 기판 상에 형성되어 있는 감광물질층일 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법에 사용되는 제 1 광선 및 제 2 광선은 선택된 감광 재료에 간섭패턴을 형성할 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 레이저를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 광선 및 제 2 광선으로 연속파 레이저(continuous wave lase: CW laser)를 사용할 수 있다. 연속파 레이저는 시간적으로 일정한 출력으로 연속적인 빔을 발진할 수 있는 레이저를 의미할 수 있다. 또한, 제 1 광선 및 제 2 광선으로 종모드(longitudinal mode) 레이저를 사용할 수 있다. 종모드 레이저란 공진기 축과 평행한 진동을 가지는 레이저로, 진동방향과 진행방향이 같은 레이저를 의미할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제 1 광선 및 제 2 광선은 단일 종모드(single longitudinal mode) 레이저일 수 있다. 단일 모드라는 것은 레이저의 공진기가 1개의 밴드만을 선택하여 증폭한다는 것을 의미할 수 있다.
본 출원의 적층체 제조방법에 의해 제조되는 적층체는 상술한 제 1 및 2 광로로 진행하는 광을 이용한다. 상술하였듯이 제 2 광로로 진행하는 광은 적층체 내에 트랩된 제 1 광로로 진행하는 광의 일부를 홀로그래픽 회절 광학소자층이 회절시켜 형성될 수 있다.
상기와 같이 트랩된 광으로부터 선택적으로 전반사하는 광을 형성하는 홀로그래픽 회절 광학소자층으로 기능할 수 있는 것은, 예를 들면, 홀로그래픽 회절 광학소자일 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조 방법은, 예를 들면, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계는 감광 재료와 프리즘이 접촉하고 있는 계면에 제 1 광선 및 제 2 광선을 입사시켜 감광 재료에 홀로그램을 기록할 수 있다. 상기 프리즘은 상기 감광 재료의 적어도 일면 이상에 접촉하여, 적어도 하나 이상의 상기 계면을 형성할 수 있다.
본 명세서에서 「감광 재료와 프리즘이 접촉하고 있는 계면에 제 1 광선 및 제 2 광선을 입사시킨다」는 것은 제 1 광선 및 제 2 광선 중 적어도 하나 이상은 프리즘을 통과하여, 상기 제 1 광선 및 제 2 광선이 프리즘과 감광 재료가 접하는 어느 하나의 계면에 조사되도록 제 1 광선 및 제 2 광선을 조사한다는 것을 의미할 수 있다.
상기 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하기 위해서는, 예를 들면, 도 2에 도시한 것과 같이 감광 재료(201) 내부에서 제 1 광(202) 및 제 2 광(203)이 소정의 광로로 진행하도록 해야한다. 특히, 상술한 것과 같이 트랩된 광으로부터 선택적으로 전반사하는 광을 형성하는 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하기 위해서는, 트랩된 광이 홀로그래픽 회절 광학소자층 내에서 진행하는 각도와 대응되는 각도로 감광 재료 내부에서 진행하도록 감광 재료에 입사되는 광선 및 선택적으로 전반사하는 광이 홀로그래픽 광학소자층 내에서 진행하는 각도와 대응되는 각도로 감광 재료 내부에서 진행하도록 감광 재료에 입사되는 광선이 감광 재료에 조사되어야 한다.
예를 들면, 도 2에 기재한 것과 유사한 방식으로 감광 재료(201)에 간섭패턴(204)을 기록하고자 할 때, 제 1 광(202) 및 제 2 광(203)이 각각 감광 재료(201) 내에서 도 1 에 도시된 예시적인 적층체에서 트랩된 광(106)이 홀로그래픽 회절 광학소자층(102) 내에서 진행하는 각도와 선택적으로 전반사하는 광(107)이 홀로그래픽 회절 광학소자층(102) 내에서 진행하는 각도에 대응되는 각도로 진행하도록 제 1 광(202) 및 제 2 광(203)이 감광 재료(201)에 조사되어야 한다.
그러나, 공기 중에서는 어떠한 각도로 감광 재료에 광을 조사하더라도 공기와 감광 재료의 굴절률의 차이에 의하여 제 1 광(202) 및 제 2 광(203) 중 하나 이상은 감광 재료 내에서 상술한 각도로 진행할 수 없다. 공기와 감광 재료의 굴절률 차이에 의한 상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원의 적층체의 제조방법에서는 프리즘을 이용한다.
도 3은 예시적인 본 출원의 홀로그래픽 회절 광학소자 제조단계를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 것과 같이, 예시적인 적층체의 제조방법은 감광 재료(301)와 프리즘(302)이 접촉하고 있는 계면에 제 1 광선(303) 및 제 2 광선(304)을 입사시킬 수 있다.
상기 제 1 광선 및 제 2 광선 중 하나 이상은, 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
θpp>sin-1(nair/npp) × 180°/π
상기 일반식 1에서, θpp는 입사 평면 상에서 광선이 감광 재료 내에서 진행하는 각도이며, nair는 공기의 굴절률이고, npp는 감광 재료의 굴절률이다. 도 3에 도시한 것과 같이, 상술한 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하기 위해서 제 1 광선 및 제 2 광선 중 하나 이상은 감광 재료(301) 내에서 상기 일반식 1을 만족할 수 있다. 제 1 광선 및 제 2 광선 중 하나 이상이 상기 일반식 1을 만족한다는 것은, 제 1 광선 및 제 2 광선 중 하나 이상이 감광 재료 내부에서 공기와 감광 재료의 계면에서 입사하였을 경우에는 공기와 감광 재료의 굴절률에 의하여 진행할 수 없는 광로로 진행한다는 것을 의미한다.
하나의 예시에서, 상기 프리즘은 삼각기둥 형상일 수 있다. 삼각기둥 형상이라는 것은 상기 프리즘의 수평 단면이 대략적으로 동일한 삼각형인 각기둥이라는 것을 의미할 수 있다. 프리즘의 수평 단면이 대략적으로 동일한 삼각형이라는 것은, 프리즘의 제조 공정에 의해 일반적으로 발생할 수 있는 오차범위를 고려할 때, 수평 단면의 형상이 대략적으로 동일하다고 볼 수 있는 삼각형을 유지하는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 도 3에 도시한 것과 같이 상기 프리즘(302)을 프리즘의 옆면 중 어느 하나가 감광 재료와 접하도록 프리즘을 감광 재료상에 위치시킬 경우, 프리즘의 수직 단면(305)이 감광 재료(301)와 접한 모서리측의 두 꼭지점의 각도가 θ1, θ2인 삼각기둥 형상일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 프리즘은 하기 일반식 11 내지 14를 만족할 수 있다.
[일반식 11]
np < nair / | sin(A-θ1) |
[일반식 12]
np < nair / | sin(A-θ2) |
[일반식 13]
np < nair / | sin(B-θ1) |
[일반식 14]
np < nair / | sin(B-θ2) |
상기 일반식 11 내지 14에 있어서, np는 프리즘의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이다. θ1 및 θ2는 상술하였듯이 삼각기둥 형상인 프리즘의 옆면 중 어느 하나가 감광 재료와 접하도록 프리즘을 감광 재료상에 위치시켰을 때, 프리즘의 수직단면의 감광 재료와 접한 모서리측의 두 각도이다. 프리즘이 상술한 일반식 11 내지 14를 만족함으로써, 제 1 및 2 광선 중 어느 하나가 상술한 일반식 1의 조건을 만족하더라도 홀로그램의 기록이 가능하며, 제 1 광로로 진행하는 광의 일부를 회절시켜 제 2 광로로 진행하게 하는 홀로그래픽 광학 소자를 제작할 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법은 본 출원의 제조방법에 의해 홀로그램이 기록된 홀로그래픽 회절 광학소자를 복제용 감광 재료에 복제하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 도 4 는 예시적인 투과형 홀로그래픽 회절 광학소자의 복제단계를 도시한 도면이다. 도 4 에 도시한 것처럼, 본 출원의 적층체의 제조방법의 복제단계(400)는 홀로그래픽 회절 광학소자(401) 및 복제용 감광 재료(402)가 순차적으로 적층된 적층체에 복제광(403)을 조사하여 홀로그래픽 회절 광학소자(401)에 기록된 홀로그램을 복제용 감광 재료(402)에 복제하는 단계일 수 있다. 도 4는 비록 홀로그래픽 회절 광학소자(401)와 복제용 감광 재료(402)가 이격되어 있으나, 홀로그래픽 회절 광학소자(401)와 복제용 감광 재료(402)는 서로 접해 있을 수 있다. 투과형 홀로그래픽 회절 광학소자를 이용한 도 4의 예시적인 복제단계와 달리, 반사형 홀로그래픽 회절 광학소자를 이용할 경우, 당업자라면 상기 적층체에 조사하는 복제광의 방향을 다르게 해야한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 4에 도시한 것과 같이, 홀로그래픽 회절 광학소자(401)와 복제용 감광 재료(402)의 적층체에 복제광(403)을 조사할 경우, 홀로그래픽 회절 광학소자(401)가 복제광(403)의 일부를 회절시켜 회절된 복제광(404)을 형성한다. 따라서, 복제용 감광 재료(402)가 홀로그래픽 회절 광학소자(401)를 투과한 복제광(403)과, 회절된 복제광(404)에 의하여 노광되어 복제용 감광 재료(402)에 간섭패턴이 형성될 수 있다.
본 명세서에서 홀로그래픽 회절 광학소자에 기록된 홀로그램을 「복제」한다는 것은, 예를 들면, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자가 입사평면 상에서 X 각도로 입사한 광의 일부를 입사평면 상에서 Y 각도로 진행하도록 회절시키는 홀로그래픽 회절 광학소자일 경우, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자와 복제용 감광 재료의 적층체에 복제광을 조사하여 복제용 감광 재료에 홀로그램을 기록함으로써, 상기 복제용 감광 재료 또한 입사평면 상에서 X 각도로 입사한 광의 일부를 입사평면 상에서 Y 각도로 회절시키는 홀로그래픽 회절 광학소자가 되도록 하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 「복제」는 상기 홀로그래픽 회절 광학소자와 상기 복제용 감광 재료가 투과된 광과 회절된 광 전체 세기에 대한 회절된 광의 세기의 비율로 정의되는 회절효율이 동일한 경우뿐만 아니라, 회절 효율이 상이한 경우도 포함할 수 있다.
본 명세서에서는 복제에 사용되는 홀로그래픽 회절 광학소자를 「마스터」라고 지칭할 수 있으며, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자에 의해 복제된 홀로그래픽 회절 광학소자는 「카피」라고 지칭할 수 있다.
상기와 같이 마스터를 복제하여 카피를 제조할 경우, 본 출원의 적층체의 제조방법에 의해 제조되는 적층체의 대량생산이 용이할 수 있다. 상기 대량생산은, 예를 들면, 카피를 제조하기 위한 복제용 감광 재료가 롤에 의해 이송되고, 복제용 감광 재료와 마스터가 적층된 적층체에 스캔 방식으로 광을 조사하는 롤 투 롤 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 출원의 적층체의 제조방법은 공기 중에서는 제작이 불가능한 광학식 지문 인식용 적층체에 포함되는 홀로그래픽 회절 광학소자층을 제조할 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 출원의 예시적인 적층체를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 투과형 홀로그램 기록방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 출원의 예시적인 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 출원의 예시적인 복제단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예에서 제조한 홀로그래픽 회절 광학소자의 입사각에 따른 회절각도를 측정한 결과이다.
도 2는 예시적인 투과형 홀로그램 기록방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 출원의 예시적인 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 출원의 예시적인 복제단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예에서 제조한 홀로그래픽 회절 광학소자의 입사각에 따른 회절각도를 측정한 결과이다.
이하 본 출원의 적층체의 제조방법을 실시예를 통하여 설명하나, 본 출원의 적층체의 제조방법이 상기 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예. 프리즘을 이용한 홀로그래픽 회절 광학소자의 제조
도 3에 도시한 것과 같이, 감광 재료(301)상에 프리즘(302)을 적층하였다. 프리즘(302)은 수평 단면(305)이 삼각형 형상인 삼각기둥인 것을 사용하였다. 상기 감광 재료는 굴절률이 1.5이다. 상기 프리즘은 θ1이 50°, θ2가 60°이고, 굴절률은 1.52이다.
상기 프리즘에 제 1 광선 및 제 2 광선을 조사하여, 제 1 광선 및 제 2 광선에 의해 감광 재료를 노광하였다. 제 1 광선 및 제 2 광선으로 단일 종모드이며 파장이 532nm인 레이저를 이용하였다. 프리즘 내부에서 제 1 광선은 프리즘과 감광 재료의 계면에 44.3°로 입사하였으며, 제 2 광선은 프리즘과 감광 재료의 계면에 69.8°로 입사하였다. 상기 제 1 광선은 감광 재료 내의 입사 평면 상에서 45°의 각도로 진행하며, 제 2 광선은 감광 재료 내의 입사 평면 상에서 72°의 각도로 진행하게 된다. 따라서, 일반식 1을 참고할 때, nair는 1이며, npp는 1.5이므로, 일반식 1의 우변이 약 41.8°가 되므로 제 1 및 2 광선은 상술한 일반식 1을 만족하는 것을 알 수 있다.
제조한 홀로그래픽 회절광학소자의 입사각에 따른 회절각도를 측정한 결과는 도 5와 같다. 측정 결과 72°로 입사한 광을 45°로 회절시키는 홀로그래픽 회절광학소자가 제조된 것을 알 수 있었다.
비교예. 홀로그래픽 회절 광학소자의 제조
프리즘을 사용하지 않고 제 1 광선이 감광 재료내에서 72°의 각도로 진행하고, 제 2 광선이 감광 재료 내에서 45°의 각도로 진행할 수 있도록 공기와 감광 재료의 계면에 제 1 및 2 광선을 조사하려 하였다. 그러나, 공기(nair=1)와 감광 재료(npp=1.5) 사이의 전반사 임계각은 41.8°이므로, 공기중에서 광선을 어떠한 각도로 조사하여도 조사된 광선이 감광 재료 내에서 41.8° 이상의 각도로 진행하도록 할 수 없어 72°의 각도로 입사하는 광선을 45°로 회절시키는 회절광학소자를 제조할 수 없었다.
100: 적층체
101: 제 1 기재층
102: 홀로그래픽 회절 광학소자층
103: 제 2 기재층
104: 지문의 마루
105: 지문의 골
106: 제 1 광로로 진행하는 광
107: 제 2 광로로 진행하는 광
200: 투과형 홀로그램 기록방법
201: 감광 재료
202: 제 1 광
203: 제 2 광
204: 간섭패턴
300: 홀로그래픽 회절 광학소자 제조단계
301: 감광 재료
302: 프리즘
303: 제 1 광선
304: 제 2 광선
305: 프리즘의 수평 단면
400: 복제단계
401: 홀로그래픽 회절 광학소자
402: 복제용 감광 재료
403: 복제광
404: 회절된 복제광
101: 제 1 기재층
102: 홀로그래픽 회절 광학소자층
103: 제 2 기재층
104: 지문의 마루
105: 지문의 골
106: 제 1 광로로 진행하는 광
107: 제 2 광로로 진행하는 광
200: 투과형 홀로그램 기록방법
201: 감광 재료
202: 제 1 광
203: 제 2 광
204: 간섭패턴
300: 홀로그래픽 회절 광학소자 제조단계
301: 감광 재료
302: 프리즘
303: 제 1 광선
304: 제 2 광선
305: 프리즘의 수평 단면
400: 복제단계
401: 홀로그래픽 회절 광학소자
402: 복제용 감광 재료
403: 복제광
404: 회절된 복제광
Claims (7)
- 순차로 적층된 제 1 기재층, 홀로그래픽 회절 광학소자층 및 제 2 기재층을 포함하는 적층체의 제조방법에 있어서,
감광 재료와 프리즘이 접촉하고 있는 계면에 제 1 광선 및 제 2 광선을 입사시켜 감광 재료에 홀로그램을 기록하여 홀로그래픽 회절 광학소자를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 광선 및 제 2 광선 중 하나 이상은 하기 일반식 1을 만족하며,
상기 홀로그래픽 회절 광학소자층은, 공기와 상기 제 1 기재층의 계면에 각도 A로 입사하는 제 1 광로로 진행하는 광의 일부를 공기와 상기 제 1 기재층의 계면에 각도 B로 입사하는 제 2 광로로 진행하도록 회절시키며,
상기 적층체는, 상기 제 1 기재층에 접촉되는 높낮이 패턴을 가지는 물체의 높낮이 패턴을 인식할 수 있도록 형성되고,
상기 제 1 광로는 공기와 상기 제 1 기재층의 계면에서 전반사하며, 상기 제 1 기재층과 상기 홀로그래픽 회절 광학 소자층의 계면에서 전반사하지 않고, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자층과 상기 제 2 기재층의 계면에서 전반사하는 광로이며,
상기 제 2 광로는 공기와 상기 제 1 기재층의 계면에서 전반사하고, 상기 높낮이 패턴을 가지는 물체 중 상기 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분과 상기 제 1 기재층의 계면에서 전반사하지 않고, 상기 제 1 기재층과 상기 홀로그래픽 회절 광학소자층의 계면에서 전반사하지 않으며, 상기 홀로그래픽 회절 광학소자층과 상기 제 2 기재층의 계면에서 전반사하지 않는 광로이고,
상기 각도 A는 하기 일반식 5 내지 7을 만족하고, 상기 각도 B는 하기 일반식 8 내지 10을 만족하는 적층체의 제조방법:
[일반식 1]
θpp > sin-1(nair/npp) × 180°/π
일반식 1에서 θpp는 입사 평면 상에서 광선이 감광 재료 내에서 진행하는 각도이며, nair는 공기의 굴절률이고, npp는 감광 재료의 굴절률이다:
[일반식 5]
A > sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 6]
A < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
[일반식 7]
A > sin-1(n2/n1) × 180°/π
[일반식 8]
sin-1(nair/n1) × 180°/π < B < sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 9]
B < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
[일반식 10]
B < sin-1(n2/n1) × 180°/π
일반식 5 내지 10에서 n1은 상기 제 1 기재층의 굴절률이고, n2는 상기 제 2 기재층의 굴절률이며, nhoe는 상기 홀로그래픽 회절 광학소자층의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이며, no는 상기 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 프리즘은 삼각기둥 형상인 적층체의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 프리즘은 하기 일반식 11 내지 14를 만족하는 적층체의 제조방법:
[일반식 11]
np < nair / | sin(A-θ1) |
[일반식 12]
np < nair / | sin(A-θ2) |
[일반식 13]
np < nair / | sin(B-θ1) |
[일반식 14]
np < nair / | sin(B-θ2) |
일반식 11 내지 14에서 np는 프리즘의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이며, θ1 및 θ2는 프리즘의 옆면 중 어느 하나가 감광 재료와 접하도록 프리즘을 감광 재료상에 위치시켰을 때, 프리즘의 수직단면의 감광 재료와 접한 모서리측의 두 각도이다. - 제 1 항에 있어서, 홀로그래픽 회절 광학소자 및 복제용 감광 재료가 순차적으로 적층된 적층체에 복제광을 조사하여 홀로그래픽 회절 광학소자에 기록된 홀로그램을 복제용 감광 재료에 복제하는 단계를 추가로 포함하는 적층체의 제조방법.
- 순차로 적층된 제 1 기재층, 홀로그래픽 회절 광학소자층 및 제 2 기재층을 포함하는 적층체로서,
상기 적층체는, 상기 제 1 기재층에 접촉하는 높낮이 패턴을 가지는 물체의 높낮이 패턴을 인식할 수 있도록 형성되며,
하기 일반식 2 내지 일반식 4를 만족하는 적층체:
[일반식 2]
n1>nair
[일반식 3]
nhoe>n2
[일반식 4]
n1>no
일반식 2 내지 4에서 n1은 제 1 기재층의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이며, nhoe는 홀로그래픽 광학소자층의 굴절률이고, n2는 제 2 기재층의 굴절률이며, no는 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다. - 순차로 적층된 제 1 기재층, 홀로그래픽 회절 광학소자층 및 제 2 기재층을 포함하는 적층체로서,
상기 적층체는, 상기 제 1 기재층에 접촉하는 높낮이 패턴을 가지는 물체의 높낮이 패턴을 인식할 수 있도록 형성되며,
상기 홀로그래픽 회절 광학소자층은, 공기와 제 1 기재층의 계면에 각도 A로 입사하는 제 1 광로로 진행하는 광의 일부를 공기와 제 1 기재층의 계면 각도 B로 입사하는 제 2 광로로 진행하도록 회절시키고,
상기 제 1 광로는 공기와 제 1 기재층의 계면에서 전반사하고, 제 1 기재층과 홀로그래픽 회절 광학 소자층의 계면에서 전반사하지 않으며, 홀로그래픽 회절 광학소자층과 제 2 기재층의 계면에서 전반사하는 광로이고,
상기 제 2 광로는 공기와 제 1 기재층의 계면에서 전반사하며, 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분과 제 1 기재층의 계면에서 전반사하지 않고, 제 1 기재층과 홀로그래픽 회절광학소자층의 계면에서 전반사하지 않으며, 홀로그래픽 회절 광학소자층과 제 2 기재층의 계면에서 전반사하지 않는 광로이고,
상기 각도 A 는 하기 일반식 5 내지 7을 만족하고, 상기 각도 B는 하기 일반식 8 내지 10을 만족하는 적층체:
[일반식 5]
A > sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 6]
A < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
[일반식 7]
A > sin-1(n2/n1) × 180°/π
[일반식 8]
sin-1(nair/n1) × 180°/π < B < sin-1(no/n1) × 180°/π
[일반식 9]
B < sin-1(nhoe/n1) × 180°/π
[일반식 10]
B < sin-1(n2/n1) × 180°/π
일반식 5 내지 10에서 n1은 제 1 기재층의 굴절률이고, n2는 제 2 기재층의 굴절률이며, nhoe는 홀로그래픽 회절 광학소자층의 굴절률이고, nair는 공기의 굴절률이며, no는 높낮이 패턴을 갖는 물체 중 제 1 기재층과 직접 접촉하는 부분의 굴절률이다.
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