KR20190045865A - 회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법 - Google Patents

회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시상태는 제1 회절 기재; 및 상기 제1 회절 기재 상에 구비되는 제2 회절 기재를 포함하고, 상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하며, 상기 제2 회절 기재는 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하며, 상기 제1 회절 격자층은 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하며, 상기 제2 회절 격자층은 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 제3 회절 격자층은 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가지는 것인 회절 도광판을 제공한다.

Description

회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법{DIFFRACTION LIGHT GUIDE PLATE AND MANUFACTURING METHOD FOR DIFFRACTION LIGHT GUIDE PLATE}
본 명세서는 2017년 10월 24일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2017-0138685호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다.
본 발명은 회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 유닛에 관심이 커지면서, 이를 구현하는 디스플레이 유닛에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 추세이다. 증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용하는 회절 도광판을 포함하고 있다. 이러한 회절 도광판은 기본적으로, 광을 회절시킬 수 있는 격자 형태의 나노 패턴을 포함하는 패턴층이 일면에 형성된 3개의 기재를 포함하고 있다. 다만, 3개의 기재를 포함하고 있는 회절 도광판은 그 두께가 두껍고, 증강현실, 혼합현실, 또는 가상현실을 구현하는 디스플레이 유닛의 경량화를 구현하기에는 다소 무거운 문제가 있다.
또한, 기재의 일면 상에 패턴층이 형성되는 경우, 패턴층의 응력에 의하여 기재가 변형되는 문제가 발생될 수 있다. 패턴층의 응력에 의하여 변형된 기재를 포함하는 회절 도광판을 사용하는 디스플레이 유닛의 디스플레이 성능이 현저하게 저하되는 문제 등이 발생될 수 있다.
이에 따라, 회절 도광판의 두께 및 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 기술 및 회절 도광판을 구성하는 기재가 패턴층의 응력에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 명세서는 회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 회절 기재; 및 상기 제1 회절 기재 상에 구비되는 제2 회절 기재를 포함하고, 상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하며, 상기 제2 회절 기재는 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하며, 상기 제1 회절 격자층은 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하며, 상기 제2 회절 격자층은 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 제3 회절 격자층은 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가지는 것인 회절 도광판을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는 회절 도광판의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태는, 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 준비하는 단계; 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하는 제2 회절 기재를 준비하는 단계; 및 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착하는 단계;를 포함하는, 상기 회절 도광판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 도광판은 일면 상에 제1 회절 격자층, 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 포함함으로써, 상기 회절 도광판의 두께 및 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 제3 회절 격자층을 포함하는 제2 회절 기재의 타면 상에 응력 보상층을 형성함으로써, 제3 회절 격자층의 응력에 의하여 발생될 수 있는 제2 회절 기재의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 회절 도광판의 두께 및 중량이 감소된 회절 도광판을 용이하게 제조할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 기재의 일면 상에 패턴층이 형성됨에 따라, 기재가 변형되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일면 상에 패턴층이 형성된 기재 3개를 포함하는 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재의 인-커플링 앵글(in-coupling angle)과 아웃-커플링 앵글(out-coupling angle)을 나타낸 것이고, 도 4b는 제1 회절 격자층과 제3 회절 격자층이 구비된 회절 기재의 인-커플링 앵글(in-coupling angle)과 아웃-커플링 앵글(out-coupling angle)을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층의 평면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 격자층에 포함되는 패턴 구조체의 듀티, 높이, 및 광굴절률에 따른 회절 격자층의 광 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층을 포함하는 회절 도광판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 패턴 내지 제3 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12은 본 발명의 일 실시상태에 따른 두개의 기재를 이용하여 제1 회절 기재를 준비하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13a는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이고, 도 13b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제2 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 제3 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 15은 본 발명의 실시예 1에 따른 반사 방지 패턴을 포함하는 응력 보상층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 16는 본 발명의 실시예 1에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 1 내지 5에서 준비된 기재의 광투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17는 본 발명의 실시예 2에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 6 및 참고예 7에서 준비된 기재의 광투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 18a는 참고예 8에서 기재를 제조하는 과정에 따른 기재의 3D 이미지를 나타낸 도면이고, 도 18b는 참고예 9에서 기재를 제조하는 과정에 따른 기재의 3D 이미지를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 어느 부재의 두께는 해당 부재의 단면을 전자 현미경(SEM, TEM, STEM)으로 관찰함으로써 얻어진 임의의 10점의 측정값의 평균값일 수 있다. 해당 부재의 두께가 매우 얇은 경우에는 고배율로 관찰된 사진을 확대하여 측정할 수 있으며, 확대 시 층간 계면 라인을 폭 방향으로 이등분한 중심 부분을 경계선으로서 측정할 수 있다.
본 발명자들은 제1 회절 기재의 일면 상에 제1 회절 격자층을 형성하고, 제1 회절 기재의 타면 상에 제2 회절 격자층을 형성하여, 제조되는 회절 도광판의 전체 두께 및 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것을 밝혀 내었다. 또한 550 nm 이상 700 nm 이하의 파장값을 가지는 제1 광을 분리할 수 있는 제1 회절 격자층을 일면 상에 포함하고, 400 nm 이상 550 nm 이하의 파장값을 가지는 제2 광을 분리할 수 있는 제2 회절 격자층을 타면 상에 포함하는 제1 회절 기재는 제1 광과 제2 광 사이에 발생될 수 있는 크로스토크(cross talk)를 효과적으로 방지할 수 있음을 밝혀 내었다. 나아가, 제2 회절 기재의 일면 상에 제3 회절 격자층을 형성하고, 제2 회절 기재의 타면 상에 응력 보상층을 형성하여, 제3 회절 격자층의 응력에 의하여 제2 회절 기재가 변형되는 것을 방지할 수 있음을 밝혀 내어, 하기와 같은 회절 도광판 및 그 제조 방법을 개발하였다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 회절 기재; 및 상기 제1 회절 기재 상에 구비되는 제2 회절 기재를 포함하고, 상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하며, 상기 제2 회절 기재는 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하며, 상기 제1 회절 격자층은 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하며, 상기 제2 회절 격자층은 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 제3 회절 격자층은 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가지는 것인 회절 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 도광판은 일면 상에 제1 회절 격자층, 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 포함함으로써, 상기 회절 도광판의 두께 및 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 제3 회절 격자층을 포함하는 제2 회절 기재의 타면 상에 응력 보상층을 형성함으로써, 제3 회절 격자층의 응력에 의하여 발생될 수 있는 제2 회절 기재의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다.
증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)을 구현하는 디스플레이 유닛은 광의 파동적 성질에 기초한 회절 현상을 이용하는 회절 도광판을 포함하고 있다. 종래의 회절 도광판은 기본적으로 광을 회절시키는 3개의 기재를 포함하고 있으며, 3개의 기재 각각은 일면 상에 격자 패턴을 포함하는 패턴층이 형성되어 있다. 다만, 일면 상에 패턴층이 형성된 기재를 3개 포함하는 종래의 회절 도광판은 그 두께가 두껍고. 무거운 문제가 있다. 또한, 일면 상에만 패턴층이 형성된 기재는, 패턴층의 응력에 의하여 기재가 변형되는 문제가 발생될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 기재층의 일면 상에 패턴층이 형성됨에 따라, 기재층이 변형되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 1a는 기재층(10)의 일면 상에 형성된 패턴층(20)에 압축 응력이 발생됨에 따라, 패턴층(20)이 구비된 기재층(10)이 변형되는 것을 나타낸 도면이다. 도 1b는 기재층(10)의 일면 상에 형성된 패턴층(20)에 인장 응력이 발생됨에 따라, 패턴층(20)이 구비된 기재층(10)이 변형되는 것을 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b에서, 패턴층(20)에 포함되는 격자 패턴은 생략하였다.
패턴층과 기재층의 재질, 기재층 상에 패턴층을 형성하는 공정 조건 등의 다양한 요소에 의해, 기재층의 일면 상에 형성된 패턴층에 압축 응력 또는 인장 응력이 발생될 수 있다. 일 예로, 패턴층을 형성하기 위한 조성물을 기재층 상에 도포한 후, 조성물을 건조시키는 공정 및/또는 조성물을 경화시키는 공정 중에 발생되는 열 응력(thermal stress), 또는 기재층 상에 도포된 조성물의 수축 거동 등에 의한 압축 응력 또는 인장 응력이 패턴층에 형성될 수 있다. 도 1a 및 도 1b와 같이, 패턴층(20)에 발생되는 압축 응력 또는 인장 응력에 의하여, 기재층(10)이 변형될 수 있다.
도 2는 일면 상에 패턴층이 형성된 기재층 3개를 포함하는 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2는 제1 패턴층(21)이 형성된 제1 기재층(11), 제2 패턴층(22)이 형성된 제2 기재층(12) 및 제3 패턴층(23)이 형성된 제3 기재층(13)을 포함하는 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참고하면, 일면 상에만 패턴층이 형성된 기재층의 경우, 패턴층의 응력에 의하여 기재층이 다소 휘어진 형태로 변형되는 문제가 발생될 수 있다. 회절 도광판에 포함되는 패턴층이 형성된 기재층이 도 2와 같이 휘어지는 경우에는 회절 도광판에 광이 입사시에 일부 산란에 의해 광투과율이 저하되는 문제가 발생될 수 있고, 상기 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 유닛이 구현하는 영상의 품질이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 도광판은 일면 상에 제1 회절 격자층을 포함하고 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 포함함으로써, 상기 회절 도광판의 두께 및 중량을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 회절 도광판은 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재인 두개의 기재를 포함하고 있어, 상기 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 유닛을 효과적으로 경량화시킬 수 있다. 나아가, 상기 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 유닛의 부피를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재의 일면에 구비된 상기 제3 회절 격자층의 응력을 보상하거나 또는 상쇄할 수 있는 상기 응력 보상층이 상기 제2 회절 기재의 타면에 구비됨으로써, 상기 제3 회절 격자층의 응력에 의해 상기 제2 회절 기재가 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가질 수 있다. 상기 제3 회절 격자층에 압축 응력이 발생되는 경우에는 상기 응력 보상층은 압축 응력을 가질 수 있고, 상기 제3 회절 격자층에 인장 응력이 발생되는 경우에는 상기 응력 보상층은 인장 응력을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 1a를 참고하면, 상기 제2 회절 기재의 일면 상에 구비되는 상기 제3 회절 격자층에 압축 응력이 발생되는 경우, 이에 의해 상기 제2 회절 기재에 인장 응력이 인가될 수 있다. 이 때, 상기 제2 회절 기재의 타면 상에 구비되는 상기 응력 보상층이 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향인 압축 응력을 가지는 경우, 상기 제2 회절 기재의 인장 응력을 상쇄하여, 상기 제2 회절 기재가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 1b를 참고하면, 상기 제2 회절 기재의 일면 상에 구비되는 상기 제3 회절 격자층에 인장 응력이 발생되는 경우, 이에 의해 상기 제2 회절 기재에 압축 응력이 인가될 수 있다. 이 때, 상기 제2 회절 기재의 타면 상에 구비되는 상기 응력 보상층이 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향인 인장 응력을 가지는 경우, 상기 제2 회절 기재의 압축 응력을 상쇄하여, 상기 제2 회절 기재가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제1 회절 기재의 타면에 포함되는 상기 제2 회절 격자층은, 상기 제1 회절 기재의 일면에 포함되는 상기 제1 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가질 수 있다. 이에 의해, 상기 제1 회절 격자층의 응력에 의해, 상기 제1 회절 기재가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재의 일면 및 타면은 각각 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층을 구비하고, 상기 제2 회절 기재의 일면 및 타면은 각각 제3 회절 격자층과 응력 보상층을 구비하여, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재가 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력의 80% 내지 120%의 응력을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력의 85% 내지 115%, 90% 내지 105%, 80% 내지 95%, 100% 내지 110%, 또는 100% 내지 105%의 응력을 가질 수 있다. 또한, 상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 크기의 응력을 가질 수 있다. 상기 응력 보상층과 상기 제3 회절 격자층의 응력의 비가 전술한 범위를 가지도록 조절함으로써, 상기 제2 회절 기재가 휘어지는 형태 등으로 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기 응력 보상층의 응력이 상기 제3 회절 격자층의 응력의 80% 미만인 경우, 상기 제3 회절 격자층의 응력에 의하여 발생되는 상기 제2 회절 기재가 변형되는 것을 효과적으로 방지하기 어려운 문제가 있다. 또한, 상기 응력 보상층의 응력이 상기 제3 회절 격자층의 응력의 120%를 초과하는 경우에는 오히려 상기 응력 보상층의 응력에 의하여, 상기 제2 회절 기재가 변형되는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 응력 보상층의 두께, 상기 응력 보상층의 조성 등을 조절하여, 상기 제3 회절 격자층의 응력을 보상할 수 있도록 상기 응력 보상층의 응력을 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 제3 회절 격자층의 조성 및 두께와 유사하거나 동일한 응력 보상층을 상기 제2 회절 기재의 타면 상에 구비시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 격자층의 응력은 상기 제1 회절 격자층의 응력의 90% 내지 110%의 응력을 가질 수 있다. 상기 제2 회절 격자층의 응력과 상기 제1 회절 격자층의 응력의 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 제1 회절 기재가 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 제1 회절 격자층이 구비되고 타면 상에 제2 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재, 일면 상에 제3 회절 격자층이 구비되고 타면 상에 응력 보상층이 구비된 제1 회절 기재의 변형이 억제되는 정도는 당업계에서 필름의 휨 변화를 측정하는 장비 및 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 일 예로, 형상 변화 측정장비(FSM-6000LE)를 이용할 수 있다. 또한, 광 삼각법의 원리를 기초로 하는 3D-CMM(3D-coordinate measuring mechine)을 이용하여 상기 제1 회절 격자층 및 제2 회절 격자층을 포함하는 상기 제1 회절 기재와 상기 제3 회절 격자층 및 응력 보상층을 포함하는 상기 제2 회절 기재의 형태를 3D 이미지로 촬영할 수 있다. 촬영된 3D 이미지를 분석하여, 상기 제1 회절 기재와 제2 회절 기재의 변형이 억제되는 정도를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 응력 보상층은 반사 방지 패턴을 포함할 수 있다. 상기 응력 보상층에 반사 방지 패턴이 포함됨으로써, 상기 제2 회절 기재에 입사될 수 있는 외부광의 반사를 효과적으로 억제할 수 있다. 구체적으로, 반사 방지 패턴을 포함하는 상기 응력 보상층이 타면 상에 구비된 제2 회절 기재를 포함하는 디스플레이 유닛을 사용자가 사용하는 경우, 상기 응력 보상층의 반사 방지 패턴이 회절 도광판에 제공되는 영상 정보 이외에 외부에서 유입되는 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 일면 상에 상기 제3 회절 격자층을 포함하고, 타면 상에 상기 응력 보상층을 포함하는 상기 제2 회절 기재의 광투과율이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 반사 방지 패턴은 당업계에서 사용되는 반사 방지 패턴을 이용할 수 있다. 일 예로, 본 발명에서는 반사 방지 패턴으로 모스 아이(moth-eye) 패턴을 상기 응력 보상층의 표면 상에 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 상기 제3 회절 격자층이 구비되고 타면 상에 응력 보상층이 구비된 제2 회절 기재 등의 광투과율은 당업계에서 필름 등의 광투과율을 측정하는 장비 및 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 일 예로, 광 투과율 측정 장치(HM-150)을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층을 포함하고 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함할 수 있으며, 상기 제2 회절 기재는 일면 상에 제3 회절 격자층을 포함하고, 타면 상에 응력 보상층을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 회절 기재의 일면 상에는 제1 회절 격자층이 구비될 수 있고, 타면 상에는 제2 회절 격자층이 구비될 수 있으며, 상기 제2 회절 기재의 일면 상에는 제3 회절 격자층이 구비될 수 있고, 타면 상에는 응력 보상층이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 및 제2 회절 격자층을 포함하는 상기 제1 회절 기재 및 상기 제3 회절 격자층 및 상기 응력 보상층을 포함하는 상기 제2 회절 기재는, 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재에 입사되는 광을 내부 반사 또는 내부 전반사를 통해 상기 광을 일 지점으로 가이드할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재에 입사되는 광은 상기 제1 회절 기재의 내부에서 반사 또는 전반사되어, 상기 제1 회절 기재에 광이 입사된 지점과 다른 지점으로 출사될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재 각각의 광굴절률은 1.5 이상 2.0 미만일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재 각각은 약 500 nm 파장의 광에 대하여 1.5 이상 2.0 미만의 광굴절률을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 기재와 제2 회절 기재의 광굴절률은 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재는 상기 범위의 광굴절률을 보유하는 기재라면, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재로 고굴절 성분을 포함하는 유리 또는 수지 필름 등을 사용할 수 있다. 상기 고굴절 성분은 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 , Nb2O5 및 ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재의 종류를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재의 일면은 상기 제2 회절 기재의 일면 또는 타면과 대향되거나, 상기 제1 회절 기재의 타면은 상기 제2 회절 기재의 일면 또는 타면과 대향될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재의 일면 상에 포함되는 제1 회절 격자층이 상기 제2 회절 기재의 일면 상에 포함되는 제3 회절 격자층과 인접하도록, 상기 제1 회절 기재 상에 상기 제2 회절 기재를 구비시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 격자층이 상기 응력 보상층과 인접하도록, 상기 제1 회절 기재 상에 상기 제2 회절 기재를 구비시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 회절 격자층이 상기 제3 회절 격자층과 인접하도록 상기 제1 회절 기재 상에 상기 제2 회절 기재를 구비시킬 수 있고, 상기 제2 회절 격자층이 상기 응력 보상층과 인접하도록 상기 제1 회절 기재 상에 상기 제2 회절 기재를 구비시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 3a는 일면 상에 제1 회절 격자층(310)이 구비되고 타면 상에 제2 회절 격자층(320)이 구비된 제1 회절 기재(100)와 일면 상에 제3 회절 격자층(330)이 구비되고 타면 상에 응력 보상층(900)이 구비된 제2 회절 기재(200)가 스페이서(400)에 의해 연결된 것으로, 제1 회절 기재(100)의 타면과 제2 회절 기재(200)의 타면이 대향되어 구비된 회절 도광판을 나타낸 도면이다. 도 3b는 제1 회절 격자층(310)이 구비된 제1 회절 기재(100)의 일면과 응력 보상층(900)이 구비된 제2 회절 기재(200)의 타면이 대향된 상태로 스페이서(400)에 의해 연결된 회절 도광판을 나타낸 도면이다. 도 3c는 제2 회절 격자층(320)이 구비된 제1 회절 기재(100)의 타면과 제3 회절 격자층(330)이 구비된 제2 회절 기재(200)의 일면이 대향된 상태로 스페이서(400)에 의해 연결된 회절 도광판을 나타낸 도면이다. 도 3d는 제1 회절 격자층(310)이 구비된 제1 회절 기재(100)의 일면과 응력 보상층(900)이 구비된 제2 회절 기재(200)의 타면이 대향된 상태로 스페이서(400)에 의해 연결된 회절 도광판을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재의 회절 격자층은 상기 제2 회절 기재와 이격되어 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 격자층 또는 상기 제2 회절 격자층이 상기 제3 회절 격자층 또는 상기 응력 보상층과 이격되도록, 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재는 이격되어 구비될 수 있다. 도 3a와 같이, 상기 제1 회절 기재(100)의 제2 회절 격자층(320)이 상기 제2 회절 기재(200)의 응력 보상층(900)과 이격되도록 구비될 수 있다. 또한, 도 3b와 같이, 상기 제1 회절 기재(100)의 제1 회절 격자층(310)이 상기 제2 회절 기재(200)의 응력 보상층(900)과 이격되도록 구비될 수 있다. 또한, 도 3c와 같이, 상기 제1 회절 기재(100)의 제2 회절 격자층(320)이 상기 제2 회절 기재(200)의 제3 회절 격자층(330)과 이격되도록 구비될 수 있다. 또한, 도 3d와 같이, 상기 제1 회절 기재(100)의 제1 회절 격자층(310)이 상기 제2 회절 기재(200)의 제3 회절 격자층(330)과 이격되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재는 스페이서를 통해, 이격된 상태로 부착될 수 있다. 도 3a 내지 도 3d를 참고하면, 상기 제1 회절 기재(100)의 일단부와 상기 제2 회절 기재(200)의 일단부, 상기 제1 회절 기재(100)의 타단부와 상기 제2 회절 기재(200)의 타단부는 스페이서(400)에 의해 연결될 수 있다. 상기 스페이서는 상기 제1 회절 기재와 제2 회절 기재를 연결할 수 있는 공지된 구성을 사용할 수 있으며, 상기 스페이서로 탄성을 보유한 것을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재의 두께는 각각 0.1 mm 이상 2 mm 이하일 수 있다. 도 3a에는 제1 회절 기재(100)의 두께(h1)가 표시되어 있다. 상기 제1 회절 기재의 두께는 0.5 mm 이상 1.8 mm 이하, 0.8 mm 이상 1.6 mm 이하, 1 mm 이상 1.4 mm 이하, 0.7 mm 이상 1 mm 이하, 1.1 mm 이상 1.8 mm 이하, 또는 1.3 mm 이상 1.5 mm 이하일 수 있다. 전술한 두께를 가지는 제1 회절 기재의 일면에 제1 회절 격자층이 구비되고, 타면 상에 제2 회절 격자층이 구비됨에 따라, 상기 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층 간의 간격은 전술한 범위로 조절될 수 있다. 상기 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층의 간격을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 제1 회절 기재는, 입사되는 광으로부터 제1 광과 제2 광을 보다 효과적으로 구분하여 분리할 수 있다.
또한, 상기 제2 회절 기재의 두께는 0.1 mm 이상 2 mm 이하일 수 있으며, 상기 제2 회절 기재의 두께는 상기 제1 회절 기재의 두께와 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층은 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하며, 상기 제2 회절 격자층은 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하고, 상기 제3 회절 격자층은 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 격자층은, 상기 제1 회절 격자층에 입사되는 광으로부터 550 nm 이상 700 nm 이하의 파장값을 가지는 제1 광을 분리할 수 있다. 또한, 상기 제2 회절 격자층은, 상기 제2 회절 격자층에 입사되는 광으로부터 400 nm 이상 550 nm 이하의 파장값을 가지는 제2 광을 분리할 수 있다. 또한, 상기 제3 회절 격자층은, 상기 제3 회절 격자층에 입사되는 광으로부터 450 nm 이상 650 nm 이하의 파장값을 가지는 제3 광을 분리할 수 있다.
상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층에서 분리되는 광의 파장값은 당업계에서 광의 파장값을 측정하는 장비를 이용하여 측정할 수 있다. 일 예로, 광 파장 측정기(86120C, Agilent Technologies社)를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 도 3a와 같이 제1 회절 기재(100)와 제2 회절 기재(200)를 포함하는 회절 도광판에 대하여 제1 회절 기재(100)의 일면 상에 포함된 제1 회절 격자층(310)에 다양한 파장값을 가지는 광 들이 포함된 입사광이 조사되는 경우, 제1 회절 격자층(310)은 입사광으로부터 550 nm 이상 700 nm 이하의 파장값을 가지는 제1 광을 분리할 수 있다. 이후, 제1 회절 격자층(310)을 통과한 입사광이 제2 회절 격자층(320)에 조사되는 경우, 제2 회절 격자층(320)은 입사광으로부터 400 nm 이상 550 nm 이하의 파장값을 가지는 제2 광을 분리할 수 있다. 이후, 제1 회절 격자층(310) 및 제2 회절 격자층(320)을 통과한 입사광이 제3 회절 격자층(330)에 조사되는 경우, 제3 회절 격자층(320)은 입사광으로부터 450 nm 이상 650 nm 이하의 파장값을 가지는 제3 광을 분리할 수 있다.
또한, 도 3b와 같이 제1 회절 기재(100)와 제2 회절 기재(200)를 포함하는 회절 도광판에 대하여 제2 회절 격자층(320)에 입사광이 조사되는 경우, 제2 회절 격자층(320)은 입사광으로부터 제2 광을 분리할 수 있다. 이후, 제2 회절 격자층(320)을 통과한 입사광이 제1 회절 격자층(310)으로 조사되는 경우, 제1 회절 격자층(310)은 입사광으로부터 제1 광을 분리할 수 있다. 이후, 제2 회절 격자층(320) 및 제1 회절 격자층(310)을 통과한 입사광이 제3 회절 격자층(330)에 조사되는 경우, 제3 회절 격자층(330)은 입사광으로부터 제3 광을 분리할 수 있다.
또한, 도 3c와 도 3d의 회절 도광판의 경우, 전술한 도 3a와 도 3b의 회절 도광판과 같은 방식으로, 제1 입사광으로부터 제1 광, 제2 광 및 제3 광이 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 제1 회절 격자층을 포함하고, 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 상기 제1 회절 기재는, 제1 회절 기재에 입사되는 광으로부터 제1 광과 제2 광을 보다 효과적으로 구분하여 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층을 포함하고, 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하되, 상기 제1 회절 격자층에서는 550 nm 이상 700 nm 이하의 파장값을 가지는 제1 광을 분리하고, 제2 회절 격자층에서는 400 nm 이상 550 nm 이하의 파장값을 가지는 제2 광을 분리시킴으로써, 상기 제1 광과 제2 광 사이에 크로스토크(cross talk) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 단일의 제1 회절 기재에 구비된 제1 회절 격자층에서 분리되는 제1 광과 제2 회절 격자층에서 분리되는 제2 광 사이에 크로스토크 현상이 발생되는 것을 방지함으로써, 회절 도광판의 두께 및 무게를 감소시킴과 동시에 상기 제1 회절 기재의 광 분리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 기재의 광 회절 효율을 향상시킬 수 있고, 이중상 현상 및 색분산 현상이 발생되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재의 인-커플링 앵글(in-coupling angle)과 아웃-커플링 앵글(out-coupling angle)을 나타낸 것이고, 도 4b는 제1 회절 격자층과 제3 회절 격자층이 구비된 회절 기재의 인-커플링 앵글(in-coupling angle)과 아웃-커플링 앵글(out-coupling angle)을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 4a는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재의 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글을 나타낸 도면과, 상기 제1 회절 기재에 입사되는 광이 기재 내에서 반사되는 형태를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4b는 본 발명의 일 실시상태와 달리 제1 회절 격자층과 제3 회절 격자층이 구비된 회절 기재의 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글을 나타낸 도면과, 상기 회절 기재에 입사되는 광이 기재 내에서 반사되는 형태를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하는 상기 제1 회절 격자층과 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하는 상기 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재의 경우, 제1 회절 기재에 크로스 토크 현상이 발생되지 않아, 시야 범위에서 이중상이 발생되지 않고, 제1 회절 기재 내에 설정된 바와 같이 광의 회절이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 4b를 참고하면, 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하는 상기 제1 회절 격자층과 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리하는 상기 제3 회절 격자층을 포함하는 회절 기재의 경우, 회절 기재에 크로스 토크 현상이 발생되고, 크로스 토크 현상에 의하여 시야 범위에서 이중상 및 색분산 현상이 발생되며, 회절 기재 내에서 광이 설정된 바와 다른 회절이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이 때, 상기 도 4a 및 도 4b에서의 회절 기재의 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글은 당업계에서 회절 기재의 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글을 시뮬레이션하는 장치 및/또는 방법을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명에서는 하기 수학식 1을 이용하여, 회절 기재의 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글을 시뮬레이션할 수 있다.
[수학식 1]
sin(θin) - sin(θout) = λ(1/b - 1/a)
상기 수학식 1에서, θin은 인-커플링 앵글을 의미하고, θout은 아웃-커플링 앵글을 의미한다. 또한, 수학식 1에서, λ는 파장, a는 입사광을 회절 기재 내부로 회절시키는 회절 격자의 주기, b는 회절 기재 내부의 빛을 출사광의 각도로 회절시키는 회절 격자의 주기이다. 인-커플링과 아웃-커플링이 동일한 면에서 일어나는 경우, 즉 a=b인 경우에는 입사광과 출사광의 각도가 도 4a와 도 4b에서 시야범위에 위치하는 하얀색 원으로 표현된 것과 같이 동일하다. 반면, 인-커플링과 아웃-커플링이 서로 다른 면에서 일어나는 경우, 즉 a≠b인 경우에는 인-커플링 앵글과 아웃-커플링 앵글이 달라지게 되며 이는 파장에 따라 또한 달라지므로 색분산이 일어나게 된다. 도 4a는 a가 468nm 및 b가 405nm, 또는 a가 405nm 및 b가 468nm인 경우의 인-커플링 앵글에 따른 아웃-커플링 앵글을 계산한 결과이며, 각 파장에 대응하는 색상으로 표현하였다. 도 4b는 a가 468nm 및 b가 340nm, 또는 a가 304nm, b가 468nm인 경우의 인-커플링 앵글에 따른 아웃-커플링 앵글을 계산한 결과이며 각 파장에 대응하는 색상으로 표현하였다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각의 광굴절률은 1.5 이상 2 미만일 수 있다. 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각은 약 500 nm 파장의 광에 대하여 1.5 이상 2.0 미만의 광굴절률을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각의 광굴절률은 1.55 이상 1.9 이하, 1.6 이상 1.8 이하, 1.7 이상 1.8 이하, 1.5 이상 1.8 이하, 또는 1.55 이상 1.75 이하일 수 있다.
상기 범위의 광굴절률을 가지는 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각은 입사되는 광에 대한 회절 성능이 우수할 수 있다. 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각의 광굴절률이 2 이상인 경우에는 2차 회절이 일어나는 문제가 발생될 수 있으며, 광굴절률이 1.5 미만인 경우에는 상기 회절 도광판의 광 회절 효율이 감소되는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각의 광굴절률은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 격자층의 광굴절률, 상기 회절 기재의 광굴절률 등은 당업계에서 일반적으로 광굴절률을 측정하는 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 일 예로, 프리즘커플러(SPA-4000) 또는 엘립소미터(ellipsometry)를 사용하여 광굴절률을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각은 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 Nb2O5, ZnS, HfO, MoO 및 CuO 중 적어도 하나의 고굴절 성분을 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층에 포함되는 고굴절 성분을 제한하는 것은 아니다. 상기 회절 격자층에 포함되는 고굴절 성분의 함량, 종류 등을 조절하여, 상기 회절 격자층의 광굴절률을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각은 고굴절 성분을 함유하는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 등을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층의 광굴절률은 상기 제1 회절 기재의 광굴절률과 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 상기 제3 회절 격자층과 상기 제2 회절 기재의 광굴절률은 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 응력 보상층은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 등을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다. 또한, 상기 응력 보상층은 고굴절 입자를 함유하는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 고굴절 입자는 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 Nb2O5, ZnS, HfO, MoO 및 CuO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층은 각각 광이 입사되는 제1 영역, 입사된 광이 확산하며 이동하는 제2 영역 및 이동된 광이 추출되는 제3 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함되고, 상기 제3 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층의 평면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 5는 광이 입사되는 제1 영역(511), 입사된 광이 확산하며 이동하는 제2 영역(512) 및 이동된 광이 추출되는 제3 영역(513)을 포함하는 제1 회절 격자층(310)의 평면을 나타낸 도면이다. 도 5와 같이, 상기 제1 회절 격자층(310)의 일측(A)에서 타측(B)방향으로 제1 영역(511) 내지 제3 영역(513)이 순차적으로 구비될 수 있다. 이 때, 도 5에서 상기 제1 회절 격자층의 패턴 구조체는 생략 도시하였다.
도 5를 참고하면, 상기 제1 영역(511)은 다양한 파장값을 가지는 광 들을 포함하는 입사광이 입사되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 제2 영역(512)은 상기 제1 회절 격자층(310)으로 입사된 광 들이 회절되는 영역이며, 상기 제1 영역(511)에 입사된 광이 상기 제3 영역(513)으로 확산(expansion)되는 영역일 수 있다. 상기 제3 영역(513)은 광이 추출되는 영역으로, 상기 회절 도광판을 디스플레이 유닛에 사용하는 경우, 광이 추출되어 사용자에게 디스플레이 정보를 제공하는 영역일 수 있다. 또한, 도 5에 나타난 제1 회절 격자층과 유사하게, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층도 제1 영역 내지 제3 영역을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 6은 제1 영역(511)으로 광이 입사된 후, 제3 영역(513)으로 광이 추출되어 사용자에게 디스플레이 정보가 제공되는 것을 나타낸 도면이다. 도 6에서 제1 회절 기재에 타면에 포함되는 제2 회절 격자층, 및 제2 회절 기재는 생략 도시하였다. 도 6에서 제1 회절 기재에 타면에 포함되는 제2 회절 격자층은 생략하였다. 또한, 도 6와 같이, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층도 제1 영역으로 입사된 광이 제3 영역을 통해 추출될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각은 회절 패턴을 포함할 수 있다. 상기 회절 패턴은 2 이상의 패턴 구조체를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 7은 제1 회절 격자층(310)의 일측(A)으로부터 타측(B)방향을 따라 구비되는 2 이상의 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 7에서 제1 회절 기재에 타면에 포함되는 제2 회절 격자층은 생략하였다. 도 7에 나타난 바와 동일하게, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층은 회절 격자층의 일측으로부터 타측방향을 따라 구비되는 2 이상의 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 형태에 따라, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층에 입사되는 광으로부터 분리되는 광의 파장값이 상이할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 8은 2 이상의 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 8에서 제1 회절 기재에 타면에 포함되는 제2 회절 격자층은 생략하였다. 도 8을 참고하면, 제1 회절 기재(100)의 일면으로부터 패턴 구조체가 θ1의 경사각을 이루며 구비되고, 상기 패턴 구조체는 h2의 높이를 가지며, 2 이상의 패턴 구조체가 d1의 주기(pitch)를 가지며 구비될 수 있다. 본 발명에서 “주기”는 패턴 구조체가 반복되는 간격을 의미하며, 도 8과 같이, 하나의 패턴 구조체의 일 지점과 이와 인접하는 다른 하나의 패턴 구조체의 일 지점 사이의 길이를 의미할 수 있다. 하나의 패턴 구조체의 일 지점과 다른 하나의 패턴 구조체의 일 지점은 패턴 구조체 간에 서로 대응되는 위치를 의미할 수 있다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 상기 제1 회절 격자층(310)의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체는 제1 회절 기재(100)의 일면으로부터 50°이상 90°미만의 경사각(θ1)을 이루며 구비될 수 있다. 또한, 상기 2 이상의 패턴 구조체는 100 nm 이상 600 nm 이하의 주기(d1)를 가지며 구비될 수 있으며, 상기 패턴 구조체의 높이(h3)는 0 nm 초과 600 nm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 격자층에 포함되는 패턴 구조체가 제1 회절 기재에 대하여 이루는 경사각은 55°이상 80°이하, 60°이상 75°이하, 65°이상 85°이하, 50°이상 65°이하, 또는 70°이상 80°이하일 수 있다. 또한, 상기 2 이상의 패턴 구조체는 150 nm 이상 500 nm 이하, 200 nm 이상 400 nm 이하, 250 nm 이상 350 nm 이하, 150 nm 이상 250 nm 이하, 350 nm 이상 450 nm 이하, 또는 500 nm 이상 600 nm 이하의 주기를 가지며 구비될 수 있다. 또한, 상기 패턴 구조체의 높이는 10 nm 이상 500 nm 이하, 50 nm 이상 400 nm 이하, 100 nm 이상 350 nm 이하, 150 nm 이상 250 nm 이하, 450 nm 이상 550 nm 이하, 또는 300 nm 이상 400 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층과 유사하게, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층은 2 이상의 패턴 구조체를 포함할 수 있고, 상기 패턴 구조체는 회절 기재의 일면으로부터 50°이상 90°미만의 경사각을 이루며 구비될 수 있다. 또한, 상기 2 이상의 패턴 구조체는 100 nm 이상 600 nm 이하의 주기를 가지며 구비될 수 있으며, 상기 패턴 구조체의 높이는 0 nm 초과 600 nm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 패턴 구조체는 회절 기재의 일면에 대하여 50°이상 80°이하, 55°이상 70°이하, 65°이상 75°이하, 또는 70°이상 80°이하의 경사각을 가질 수 있다. 또한, 상기 2 이상의 패턴 구조체는 125 nm 이상 450 nm 이하, 250 nm 이상 350 nm 이하, 200 nm 이상 400 nm 이하, 150 nm 이상 300 nm 이하, 350 nm 이상 400 nm 이하, 또는 500 nm 이상 655 nm 이하의 주기를 가지며 구비될 수 있다. 또한, 상기 패턴 구조체의 높이는 30 nm 이상 500 nm 이하, 100 nm 이상 400 nm 이하, 150 nm 이상 300 nm 이하, 200 nm 이상 250 nm 이하, 450 nm 이상 550 nm 이하, 또는 300 nm 이상 400 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 형태는 상이할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체와, 상기 제2 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체는 주기는 동일하나, 패턴 구조체의 경사각 및 높이가 상이할 수 있다. 또한, 상기 제2 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체와, 상기 제3 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체는 높이는 동일하나, 격자의 경사각이 상이할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체가 회절 기재에 대하여 이루는 경사각, 패턴 구조체간의 주기(pitch), 패턴 구조체의 높이를 조절하여, 회절 격자층으로 입사되는 광으로부터 분리되는 광의 파장값을 용이하게 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 격자층에 포함되는 패턴 구조체의 듀티, 높이, 및 광굴절률에 따른 회절 격자층의 광 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 9의 (a)는 회절 격자층의 광 굴절률(n)을 1.8, 높이(depth)를 300 nm로 설정하고, 패턴 구조체의 듀티에 따른 회절 격자층의 광 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 9의 (b)는 회절 격자층의 광 굴절률(n)을 1.8, 듀티(duty)를 0.6으로 설정하고, 패턴 구조체의 ?이에 따른 회절 격자층의 광 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 9의 (c)는 회절 격자층의 듀티(duty)를 0.6, 높이(depth)를 300 nm로 설정하고, 패턴 구조체의 광 굴절률(refractive index)에 따른 회절 격자층의 광 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 격자층에 포함되는 패턴 구조체의 듀티, 높이 및 회절 격자층의 광 굴절률을 조절함으로써, 회절 격자층의 광 회절 효율을 용이하게 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
이 때, 상기 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에서의 시뮬레이션은 당업계에서 회절 기재의 광 회절 효율을 계산하는 장치 및/또는 방법을 이용하여 계산할 수 있으며, 본 발명에서는 Rigorous Coupled Wave Analysis 알고리즘을 사용하는 VirtualLab SoftWare를 이용하여 계산할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층을 포함하는 회절 도광판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 10a는 제1 회절 격자층(310), 제2 회절 격자층(320), 제3 회절 격자층(330) 각각의 제1 영역(511, 521, 531)에 포함되는 제1 회절 패턴(311, 321, 331), 제2 영역(512, 522, 532)에 포함되는 제2 회절 패턴(312, 322, 333), 제3 영역(513, 523, 533)에 포함되는 제3 회절 패턴(313, 323, 333)을 나타낸 도면이다. 또한, 도 10b는 제1 회절 격자층(310) 및 제2 회절 격자층(320) 각각의 제1 영역(511, 521)에 포함되는 제1 회절 패턴(311, 321), 제2 영역(512, 522)에 포함되는 제2 회절 패턴(312, 322), 제3 영역(513, 523)에 포함되는 제3 회절 패턴(313, 323)을 나타내었고, 제3 회절 격자층(330)의 제1 영역(531)에 포함되는 제1 회절 패턴(331), 제3 영역(533)에 포함되는 제3 회절 패턴(313, 323, 333), 두개의 제2 영역(532, 532') 각각에 제2 회절 격자 패턴(332, 332')이 포함된 것을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함되고, 상기 제3 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함될 수 있다. 즉, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 상기 제1 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 구비되도록 정렬될 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 상기 제3 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 구비되도록 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치, 상기 제2 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치 및 상기 제3 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치는 서로 대응될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 영역을 포함하는 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층의 위치는 서로 동일할 수 있고, 상기 제3 영역을 포함하는 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층의 위치는 서로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치와 상기 제2 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있고, 상기 제2 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치와 상기 제3 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있으며, 상기 제1 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치와 상기 제3 회절 격자층의 제1 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있다.
또한, 상기 제1 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치, 상기 제2 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치 및 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치는 서로 대응될 수 있다. 즉, 상기 제1 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치와 상기 제2 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있고, 상기 제2 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치와 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있으며, 상기 제1 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치와 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역이 구비되는 위치가 대응될 수 있다. 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 구비되는 제3 영역의 위치가 서로 대응됨으로써, 상기 제1 회절 격자층으로부터 분리된 제1 광, 상기 제2 회절 격자층으로부터 분리된 제2 광 및 상기 제3 회절 격자층으로부터 분리된 제3 광이 효과적으로 합쳐질 수 있다.
또한, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 서로 대응되도록 정렬되는 제1 영역 간의 면적 및 제3 영역 간의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명에서 “면적이 실질적으로 동일”한 것은 면적이 정확하게 동일한 경우뿐만 아니라, 제조 상에 발생될 수 있는 미소한 오차를 포함하는 면적이 동일한 것을 의미할 수도 있다.
도 10a 및 도 10b를 참고하면, 제1 회절 격자층(310), 제2 회절 격자층(320) 및 제3 회절 격자층(330)에 각각 포함되는 제1 영역(511, 521, 531)이 포함되는 위치가 서로 대응될 수 있다. 또한, 제1 회절 격자층(310), 제2 회절 격자층(320) 및 제3 회절 격자층(330)에 각각 포함되는 제3 영역(513, 523, 533)이 포함되는 위치는 서로 대응될 수 있다. 즉, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제1 영역과 제3 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제1 영역 각각은 그 면적이 실질적으로 동일할 수 있고, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제3 영역 각각은 그 면적이 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제1 영역과 제3 영역을 서로 대응되는 위치에 형성함으로써, 상기 회절 도광판이 적용된 디스플레이 유닛에 의해 구현되는 영상의 선명도 등의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제2 영역은 서로 대응되는 위치에 구비되거나 또는 상이한 위치에 구비될 수 있다. 도 10a를 참고하면, 상기 제1 회절 격자층(310), 제2 회절 격자층(320) 및 제3 회절 격자층(330) 각각에 포함되는 제2 영역(512, 522, 532)은 서로 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 또한, 도 10b를 참고하면, 제1 회절 격자층(310)에 구비되는 제2 영역(512)과 제3 회절 격자층(320)에 구비되는 제3 영역(532)은 형성되는 위치 및 면적이 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층은 제1 영역 및 제3 영역을 포함하고, 제2 영역을 선택적으로 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 회절 격자층과 제3 회절 격자층은 제1 영역 내지 제3 영역을 포함하고, 제2 회절 격자층은 제1 영역과 제3 영역만을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역은 복수개로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제3 회절 격자층은 하나의 제1 영역, 두 개의 제2 영역, 하나의 제3 영역을 포함할 수 있다. 도 10b를 참고하면, 제3 회절 격자층(330)은 두 개의 제2 영역(532, 532')을 포함할 수 있으며, 두 개의 제2 영역(532, 532') 각각은 제2 회절 패턴(332, 332')을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각에 포함되는 상기 제1 회절 패턴, 제2 회절 패턴 및 제3 회절 패턴은 그 형태가 서로 상이할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 회절 격자층의 제1 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체와 상기 제1 회절 격자층의 제2 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체는, 패턴 구조체의 경사 방향, 경사각, 높이, 폭 등이 상이할 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 격자층의 상기 제1 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체와 상기 제2 회절 격자층의 상기 제1 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체는, 패턴 구조체의 경사 방향, 경사각, 높이, 폭 등이 상이할 수 있다.
도 11는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 패턴 내지 제3 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 11는 제1 회절 패턴(311)에 포함되는 패턴 구조체, 제2 회절 패턴(312)에 포함되는 패턴 구조체 및 제3 회절 패턴(313)에 포함되는 패턴 구조체의 경사 방향, 경사각, 주기, 높이가 서로 상이한 제1 회절 격자층(310)을 나타낸 도면이다. 도 11에서 제1 회절 기재에 타면에 포함되는 제2 회절 격자층은 생략하였다.
도 11를 참고하면, 상기 제1 회절 격자층(310)의 제1 회절 패턴(311), 제2 회절 패턴(312), 제3 회절 패턴(313)에 포함되는 패턴 구조체가 회절 기재와 이루는 경사 방향, 경사각, 패턴 구조체의 주기, 패턴 구조체의 높이를 각각 조절하여, 제1 회절 격자층에 입사되는 광으로부터 제1 광을 분리하는 효율 및 제1 회절 기재에 대한 광의 회절 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 격자층과 마찬가지로, 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층의 제1 회절 패턴, 제2 회절 패턴 및 제3 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체의 경사 방향, 경사각, 패턴 구조체의 주기, 패턴 구조체의 높이를 각각 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 회절 격자층의 회절 패턴에 포함되는 패턴 구조체의 경사각, 주기, 높이 등을 조절하여, 선명한 화상을 구현할 수 있는 디스플레이를 제조할 수 있는 회절 도광판을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역은 일측에서 타측까지 광굴절률이 점진적으로 증가할 수 있다.
종래의 회절 도광판의 경우, 광을 추출하여 사용자에게 디스플레이 정보를 제공하는 전 영역에서의 광 회절 효율이 동일하였다. 회절 도광판에 포함되는 광이 회절되는 영역의 전체 부위에서 광 회절 효율이 동일한 경우, 회절 도광판 내부에서 광이 반사 또는 전반사되는 과정에서, 회절 도광판에 의해 회절되는 광량이 감소하게 된다. 구체적으로, 회절 도광판의 일측면에 광이 입사되어 회절 도광판의 타측면으로 광이 가이드되는 경우, 회절 도광판의 일측면에서 타측면으로 갈수록 회절 영역에서 회절되는 광량이 감소하게 된다. 회절 도광판의 부분별 회절되는 광량이 서로 상이한 경우, 회절되는 광량이 많은 부분에서는 광도가 높은 광이 출사되나, 회절되는 광량이 적은 부분에서는 광도가 낮은 광이 출사되게 된다. 따라서, 종래의 회절 도광판의 경우, 광을 추출하는 영역 전체에서의 광 회절 효율이 동일하여, 광을 추출하는 영역의 부분별 추출되는 광의 광도가 일정하지 않은 문제가 발생될 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역은 일측에서 타측까지 광굴절률이 점진적으로 증가될 수 있다. 상기 제3 영역은 광이 추출되는 영역일 수 있으며, 제3 영역은 일측에서 타측까지 광굴절률이 점진적으로 증가됨에 따라, 제3 영역의 부분별 추출되는 광의 광도가 일정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 사용자에게 동일한 광도를 가지는 디스플레이 정보를 제공할 수 있는 회절 도광판을 구현할 수 있다.
또한, 상기 제3 영역과 마찬가지로, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각 포함되는 제1 영역 및/또는 제2 영역의 광굴절률은 일측에서 타측까지 점진적으로 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 높이가 증가하는 경사 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 높이가 증가하는 경사 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함함으로써, 제3 영역의 일측에서 타측까지 광굴절률을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 도 11을 참고하면, 제3 영역(513)의 일측(A)에서 타측(B)방향을 따라 높이가 점진적으로 증가되는 경사 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴이 제3 영역에 포함됨으로써, 상기 제3 영역 일측에서 타측방향으로 광굴절률이 점진적으로 증가될 수 있다. 제3 영역의 일측에서 타측으로 광굴절률이 점진적으로 증가됨으로써, 제3 영역의 일측에서 타측까지 광 회절효율이 점진적으로 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층의 제3 영역에 포함되는 경사 패턴 구조체의 높이를 제3 영역의 일측에서 타측방향을 따라 점진적으로 증가시킴으로써, 상기 제3 영역의 일측에서 타측방향으로 광이 회절되는 과정에서 광량이 감소되는 것을 방지하여, 제3 영역의 부분별 출사되는 광의 광도를 일정하게 할 수 있다.
또한, 상기 제3 영역과 마찬가지로, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각 포함되는 제1 영역 및/또는 제2 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 높이가 증가하는 경사 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 듀티가 증가하는 패턴 구조체를 포함할 수 있다. 본 발명에서 “듀티(duty)”는 패턴 구조체의 폭의 값을 패턴 구조체의 주기로 나눈 값(패턴 구조체의 폭/패턴 구조체의 주기)을 의미할 수 있다. 도 8를 참고하면, 패턴 구조체의 듀티는 패턴 구조체의 폭(d2)를 패턴 구조체의 주기(d1)으로 나눈 값(d2/d1)이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 듀티가 증가하는 패턴 구조체를 포함함으로써, 제3 영역의 일측에서 타측까지 광굴절률을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 제3 영역의 일측에서 타측방향을 따라 패턴 구조체의 듀티가 점진적으로 증가됨으로써, 상기 제3 영역 일측에서 타측방향으로 광굴절률이 점진적으로 증가될 수 있다. 제3 영역의 일측에서 타측으로 광굴절률이 점진적으로 증가됨으로써, 제3 영역의 일측에서 타측까지 광 회절효율이 점진적으로 증가될 수 있다. 일 예로, 패턴 구조체의 주기를 동일하게 설정하고, 패턴 구조체의 폭을 점진적으로 증가시킴으로써, 제3 영역의 일측으로부터 타측방향을 따라 패턴 구조체의 듀티를 점진적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제3 영역에 포함되는 패턴 구조체의 듀티는 0.1 이상 1.0 이하일 수 있다. 상기 제3 영역에 포함되는 패턴 구조체의 튜티를 전술한 범위로 조절함으로써, 광 회절효율이 우수한 제3 영역을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 2 이상의 패턴 구조체의 주기는 동일하게 설정하고, 제3 영역의 일측에서 타측방향으로 패턴 구조체의 폭을 점진적으로 증가시킴으로써, 패턴 구조체의 듀티를 제3 영역의 일측에서 타측까지 점진적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제3 영역과 마찬가지로, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각 포함되는 제1 영역 및/또는 제2 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 듀티가 증가되는 패턴 구조체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 회절 도광판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 준비하는 단계; 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하는 제2 회절 기재를 준비하는 단계; 및 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착하는 단계;를 포함하는, 상기 회절 도광판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 회절 도광판의 두께 및 중량이 감소된 회절 도광판을 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 휘어짐이 방지된 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재를 포함하는 회절 도광판을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판의 제조 방법에서 제조되는 제1 회절 기재, 제2 회절 기재, 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층, 제3 회절 격자층, 응력 보상층은 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판에 포함되는 제1 회절 기재, 제2 회절 기재, 제1 회절 격자층, 제2 회절 격자층, 제3 회절 격자층, 응력 보상층과 실질적으로 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재를 준비하는 단계는, 제1 기재의 일면 상에 상기 제1 회절 격자층을 형성하고, 상기 제1 기재의 타면 상에 상기 제2 회절 격자층을 형성하여 상기 제1 회절 기재를 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 기재의 일면 상에 상기 제1 회절 격자층을 형성한 후, 상기 제1 기재의 타면 상에 상기 제2 회절 격자층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 기재의 일면 및 타면 상에 제1 회절 격자층 및 제2 회절 격자층을 동시에 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재를 준비하는 단계는, 상기 제1 회절 격자층이 일면 상에 구비된 제1 기재 및 상기 제2 회절 격자층이 일면 상에 구비된 추가의 기재를 서로 접합하여 제1 회절 기재를 제조할 수 있다. 구체적으로, 제1 기재의 일면 상에 제1 회절 격자층을 형성하고, 상기 추기의 기재 일면 상에 제2 회절 격자층을 형성한 후, 상기 제1 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 접합하여 상기 제1 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면은 점착층을 매개로 접합될 수 있다. 상기 점착층은 1.5 이상 2.0 미만의 광굴절률을 보유할 수 있다. 전술한 범위의 광굴절률을 보유하는 점착층을 이용하여 상기 제1 기재와 상기 추가의 기재를 접합함으로써, 우수한 광 회절 효율을 가지는 제1 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 점착층은 점착 필름 또는 점착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전술한 광굴절률을 보유하는 점착 필름을 사용할 수 있으며, 전술한 광굴절률을 보유하는 점착층을 형성할 수 있는 점착제를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는, 제2 기재의 일면 상에 상기 제3 회절 격자층을 형성하고, 상기 제2 기재의 타면 상에 상기 응력 보상층을 형성하여 상기 제2 회절 기재를 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 기재의 일면 상에 상기 제3 회절 격자층을 형성한 후, 상기 제2 기재의 타면 상에 상기 응력 보상층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 기재의 일면 및 타면 상에 제3 회절 격자층 및 응력 보상층을 동시에 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는, 상기 제3 회절 격자층이 일면 상에 구비된 제2 기재 및 상기 응력 보상층이 일면 상에 구비된 추가의 기재를 서로 접합하여 제2 회절 기재를 제조할 수 있다. 구체적으로, 제2 기재의 일면 상에 제3 회절 격자층을 형성하고, 상기 추기의 기재 일면 상에 응력 보상층을 형성한 후, 상기 제2 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 접합하여 상기 제2 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면은 점착층을 매개로 접합될 수 있다. 상기 제2 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 접합하는 점착층은, 상기 제1 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 접합하는 점착층과 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는, 상기 응력 보상층 상에 반사 방지 패턴을 형성할 수 있다. 상기 응력 보상층 상에 반사 방지 패턴을 형성함으로써, 상기 제2 회절 기재에 입사될 수 있는 외부광의 반사를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 반사 방지 패턴은 당업계에서 사용되는 반사 방지 패턴을 이용할 수 있다. 일 예로, 본 발명에서는 반사 방지 패턴으로 모스 아이(moth-eye) 패턴을 상기 응력 보상층의 표면 상에 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 및 상기 응력 보상층은 각각 광경화성 수지 조성물 및 임프린팅 몰드를 이용하는 임프린팅 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재를 준비하는 단계는 제1 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물에 광조사하여, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킬 수 있다. 이에 의해, 일면 상에 제1 회절 격자층이 형성된 제1 기재를 제조할 수 있다. 상기 몰드에 음각된 회절 격자 패턴은 상기 제1 회절 격자층의 패턴과 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 상기 제1 회절 격자층이 형성된 상기 제1 기재의 타면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물에 광조사하여, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킬 수 있다. 상기 몰드에 음각된 회절 격자 패턴은 상기 제2 회절 격자층의 패턴과 대응될 수 있다. 이를 통해, 일면 상에 제1 회절 격자층이 형성되고 타면 상에 제2 회절 격자층이 형성된 제1 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시키는 공정은 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 몰드를 임프린팅하는 공정과 동시에 수행될 수 있고, 또는 몰드를 제거한 후에 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 기재의 일면 상에 제1 회절 격자층을 형성한 후 제1 회절 격자층에 이형필름 등을 부착하여, 상기 제1 기재의 타면 상에 제2 회절 격자층을 형성하는 과정 동안 상기 제1 회절 격자층을 보호(protect)할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 기재의 일면 및 타면 상에 광경화성 수지 조성물을 동시에 도포, 건조하고, 상기 제1 기재의 일면 및 타면 상에 도포된 광경화성 수지 조성물의 표면을 몰드를 이용하여 동시에 임프린팅할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재를 준비하는 단계는 제1 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜, 일면 상에 제1 회절 격자층이 형성된 제1 기재를 제조할 수 있다. 추가의 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜 일면 상에 제2 회절 격자층이 형성된 추가의 기재를 제조할 수 있다. 이후, 상기 제1 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 점착층을 매개로 접합하여, 제1 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는 제2 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물에 광조사하여, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킬 수 있다. 이에 의해, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성된 제2 기재를 제조할 수 있다. 상기 몰드에 음각된 회절 격자 패턴은 상기 제3 회절 격자층의 패턴과 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 일면 상에 상기 제3 회절 격자층이 형성된 상기 제2 기재의 타면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 반사 방지 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물에 광조사하여, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킬 수 있다. 상기 몰드에 음각된 반사 방지 패턴은 상기 제2 회절 격자층의 반사 방지 패턴과 대응될 수 있다. 이를 통해, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성되고 타면 상에 반사 방지 패턴이 포함된 응력 보상층이 형성된 제1 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시키는 공정은 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 몰드를 임프린팅하는 공정과 동시에 수행될 수 있고, 또는 몰드를 제거한 후에 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 기재의 일면 상에 제3 회절 격자층을 형성한 후 제3 회절 격자층에 이형필름 등을 부착하여, 상기 제2 기재의 타면 상에 응력 보상층을 형성하는 과정 동안 상기 제3 회절 격자층을 보호(protect)할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 기재의 일면 및 타면 상에 광경화성 수지 조성물을 동시에 도포, 건조하고, 상기 제2 기재의 일면 및 타면 상에 도포된 광경화성 수지 조성물의 표면을 몰드를 이용하여 동시에 임프린팅할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는 제2 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 회절 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성된 제2 기재를 제조할 수 있다. 추가의 기재 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 반사 방지 패턴이 음각된 표면을 가지는 몰드를 사용하여 임프린팅 할 수 있다. 이후, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜 일면 상에 응력 보상층이 형성된 추가의 기재를 제조할 수 있다. 이후, 상기 제2 기재의 타면과 상기 추가의 기재 타면을 점착층을 매개로 접합하여, 제2 회절 기재를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층을 형성하기 위하여 사용되는 상기 광경화성 수지 조성물은 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 , Nb2O5, ZnS, HfO, MoO 및 CuO 중 적어도 하나의 고굴절 성분을 함유하는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 광경화성 수지는 광조사에 의해 경화될 수 있으며, 상기 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트계 광경화성 수지, 에폭시 아크릴레이트계 광경화성 수지 등의 아크릴계 광경화성 수지, 폴리아미드계 광경화성 수지, 폴리이미드계 광경화성 수지, 실리콘계 광경화성 수지, 에폭시계 광경화성 수지, 폴리에스테르계 광경화성 수지 등을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 고굴절 성분을 함유하는 광경화성 수지를 포함하는 광경화성 수지 조성물을 기재 상에 도포한 후, 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜 기재 상에 회절 격자층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 고굴절 입자로 ZrO2를 함유하는 아크릴계 광경화성 수지를 포함하는 광경화성 수지 조성물을 스핀 코팅(spin-coating) 방법으로 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 광경화성 수지 조성물을 약 3분 건조시킨 후, 약 40 ℃의 온도에서 100 mW/cm2 이상의 세기를 가지는 자외선을 60초 이상 조사하여 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킬 수 있다.
또한, 상기 응력 보상층을 형성하기 위하여 사용되는 상기 광경화성 수지는 광조사에 의해 경화될 수 있으며, 상기 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트계 광경화성 수지, 에폭시 아크릴레이트계 광경화성 수지 등의 아크릴계 광경화성 수지, 폴리아미드계 광경화성 수지, 폴리이미드계 광경화성 수지, 실리콘계 광경화성 수지, 에폭시계 광경화성 수지, 폴리에스테르계 광경화성 수지 등을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다. 또한, 상기 응력 보상층을 형성하기 위하여 사용되는 상기 광경화성 수지는 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 , Nb2O5, ZnS, HfO, MoO 및 CuO 중 적어도 하나의 고굴절 성분을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 기재, 제2 기재 및 추가의 기재 각각의 광굴절률은 1.5 이상 2.0 미만일 수 있다. 전술한 범위의 광굴절률을 보유하는 기재라면, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 기재로 고굴절 성분을 포함하는 유리 또는 고굴절 성분을 포함하는 수지 필름 등을 사용할 수 있다. 상기 고굴절 성분은 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 Nb2O5 및 ZnS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴을 고려하여, 상기 몰드를 제작할 수 있다. 또한, 상기 응력 보상층에 포함되는 반사 방지 패턴을 고려하여 상기 몰드를 제작할 수 있다. 상기 몰드로 당업계에서 사용될 수 있는 몰드를 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로, 니켈, 니켈 합금 등의 금속이나 합금, 비정질 금속을 포함하는 하드(hard) 몰드 또는 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate) 등을 포함하는 소프트(soft) 몰드를 이용할 수 있다. 또한, 상기 몰드는 투명할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 몰드를 이용하여 상기 광경화성 수지 조성물의 표면에 임프린팅 시, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면과 상기 패턴이 구비된 몰드의 표면 간의 접촉성을 향상시키기 위하여, 지지부가 구비된 몰드를 이용할 수 있다. 구체적으로, 일면 상에 패턴이 음각된 몰드의 타면 상에 지지부를 구비시킴으로써, 상기 광경화성 수지 조성물의 표면과 상기 패턴이 구비된 몰드의 표면 간의 접촉성을 향상시켜, 임프린팅 효율이 증가시킬 수 있다. 상기 지지부는 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate, PET) 재질 또는 우레탄 재질의 지지층, 지지층의 일면 상에 구비되며 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 탄성층을 포함할 수 있으나, 지지층과 탄성층의 종류를 제한하는 것은 아니다. 또한, 상기 지지부에 포함되는 지지층 및 탄성층은 투명할 수 있으며, 상기 지지부의 탄성층이 상기 몰드의 타면 상에 위치하도록 구비될 수 있다.
도 12은 본 발명의 일 실시상태에 따른 두개의 기재를 이용하여 제1 회절 기재를 준비하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 12은 제1 기재(610)의 일면 및 추가의 기재(620)의 일면 상에 광경화성 수지 조성물(700)을 도포하고 건조시킨 후, 제1 기재(610)의 타면과 추가의 기재(620) 타면을 대향시킨 후, 제1 회절 격자층에 구비된 패턴이 일면 상에 음각된 몰드(810)와 제2 회절 격자층에 구비된 패턴이 일면 상에 음각된 몰드(820)를 이용하여 임프린팅하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12을 참고하면, 패턴이 형성되지 않은 몰드(810, 820)의 타면 상에 PET와 PDMS를 포함하는 지지부, 우레탄과 PDMS를 포함하는 지지부를 각각 구비시켜, 광경화성 수지 조성물의 표면과 상기 패턴이 구비된 몰드의 일면 간의 접촉성을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 전술한 방법과 동일한 방법을 이용하여 제2 회절 기재를 준비할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 및 상기 응력 보상층은 각각 리소그래피 공정 또는 레이저 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고 광경화시킨 후, 제1 기재의 일면 상에 형성된 경화물의 표면에 리소그래피 공정 또는 레이저 식각 공정을 이용하여 회절 패턴을 형성함으로써, 제1 기재의 일면 상에 제1 회절 격자층을 형성할 수 있다. 상기 방법과 동일하게, 제2 회절 격자층, 제3 회절 격자층 및 응력 보상층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착하는 단계는 스페이서를 이용하여, 상기 제1 회절 기재의 회절 격자층이 상기 제2 회절 기재와 이격되도록 부착할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재의 일단부와 상기 제2 회절 기재의 일단부, 상기 제1 회절 기재의 타단부와 상기 제2 회절 기재의 타단부를 스페이서를 통해 연결할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 제1 회절 기재와 제2 회절 기재를 연결할 수 있는 공지된 구성을 사용할 수 있으며, 상기 스페이서로 탄성을 보유한 것을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층 또는 상기 제2 회절 격자층이 상기 제3 회절 격자층 또는 상기 응력 보상층과 이격된 상태로, 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착할 수 있다. 즉, 상기 제1 회절 기재에 포함된 상기 제1 회절 격자층 또는 상기 제2 회절 격자층이 상기 제2 회절 기재에 포함된 제3 회절 격자층 또는 상기 응력 보상층과 접하지 않도록 하며, 상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 스페이서를 통해 부착할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시상태는 상기 회절 도광판을 포함하는 디스플레이 유닛을 제공한다. 상기 디스플레이 유닛은 제공되는 영상을 증강현실(AR: Augmented Reality), 혼합현실(MR: Mixed Reality), 또는 가상현실(VR: Virtual Reality)로 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
용매로 프로필렌글리콜모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 고굴절 입자로 ZrO2, 모노머로 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA), 광중합 개시제로 Irgacure 184를 포함하는 조성물로부터 제조된 광경화성 수지를 포함하는 광경화성 수지 조성물을 준비하였다. 제1 기재, 제2 기재로 두께 0.8 mm, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 약 1.5의 광굴절률을 보유하는 글라스를 준비하였다.
제1 기재의 일면 상에 준비된 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 제1 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 제1 기재 상의 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킴으로써, 일면 상에 제1 회절 격자층이 구비된 제1 기재를 제조하였다. 이후, 제1 기재의 타면 상에 준비된 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 제2 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 제1 기재 상의 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킴으로써, 일면 상에 제1 회절 격자층이 구비되고 타면 상에 제2 회절 격자층이 구비된 제1 기재를 제조하였다.
제2 기재의 일면 상에 준비된 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 제3 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 제2 기재 상의 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킴으로써, 일면 상에 제3 회절 격자층이 구비된 제2 기재를 제조하였다. 이후, 제2 기재의 타면 상에 준비된 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 반사 방지 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 제2 기재 상의 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 상기 광경화성 수지 조성물을 광경화시킴으로써, 일면 상에 제3 회절 격자층이 구비되고 타면 상에 반사 방지 패턴을 포함하는 응력 보상층이 구비된 제2 기재를 제조하였다.
이후, 제1 회절 기재의 타면과 제2 회절 기재의 타면이 대향되도록 위치시킨 후, 제1 회절 기재의 일단부와 제2 회절 기재의 일단부, 제1 회절 기재의 타단부와 제2 회절 기재의 타단부를 스페이서로 연결하였다. 이로써, 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재를 포함하는 회절 도광판을 제조하였다.
실시예 2
제1 기재, 제2 기재로 두께 0.8 mm, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 약 1.73의 광굴절률을 보유하는 티오우레탄(thiourethane)계 필름을 준비한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 회절 도광판을 제조하였다.
제1 회절 격자층 및 제2 회절 격자층의 단면 분석
실시예 1에서 제조된 제1 회절 격자층 및 제2 회절 격자층의 단면을 전자현미경(S-1400, Hitachi, Ltd)을 이용하여 분석하였다.
도 13a는 본 발명의 실시예 1에 따른 제1 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이고, 도 13b는 본 발명의 실시예 1에 따른 제2 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 구체적으로, 도 13a의 (A)는 5,000배 비율로 제1 회절 격자층을 촬영한 사진이고, 도 13a의 (B)는 15,000배 비율로 제1 회절 격자층을 촬영한 사진이고, 도 13a의 (C)는 100,000배 비율로 제1 회절 격자층을 촬영한 사진이다. 또한, 도 13b의 (A)는 5,000배 비율로 제2 회절 격자층을 촬영한 사진이고, 도 13b의 (B)는 15,000배 비율로 제2 회절 격자층을 촬영한 사진이고, 도 13b의 (C)는 100,000배 비율로 제2 회절 격자층을 촬영한 사진이다.
도 13a 및 도 13b를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 방법을 통해, 제1 회절 격자층과 제2 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재를 포함하는 회절 도광판을 용이하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
제2 회절 기재의 형태 분석
실시예 1에서 제조된 제3 회절 격자층 및 응력 보상층의 형태를 전자현미경(S-1400, Hitachi, Ltd)을 이용하여 분석하였다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 제3 회절 격자층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 구체적으로, 도 14의 (A)는 5,000 배 비율로 제3 회절 격자층의 단면을 촬영한 사진이고, 도 14의 (B)는 15,000 배 비율로 제3 회절 격자층의 평면을 촬영한 사진이고, 도 14의 (C)는 100,000 배 비율로 제3 회절 격자층의 평면을 촬영한 사진이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 방법을 통해, 제3 회절 격자층을 포함하는 제2 회절 기재를 용이하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 15은 본 발명의 실시예 1에 따른 반사 방지 패턴을 포함하는 응력 보상층의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 도 15을 참고하면, 방지 방지 패턴으로 모스 아이 패턴을 응력 보상층 상에 형성하였다. 구체적으로, 도 15의 (A)는 10,000 배 비율로 모스 아이 패턴을 포함하는 응력 보상층의 표면을 촬영한 사진이고, 도 15의 (B)는 50,000 배 비율로 모스 아이 패턴을 포함하는 응력 보상층의 표면을 촬영한 사진이고, 도 15의 (C)는 10,000 배 비율로 모스 아이 패턴을 포함하는 응력 보상층의 단면을 촬영한 사진이고, 도 15의 (D)는 50,000 배 비율로 모스 아이 패턴을 포함하는 응력 보상층의 단면을 촬영한 사진이다.
도 15을 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 방법을 통해, 반사 방지 패턴인 모스 아이 패턴을 포함하는 응력 보상층이 구비된 제2 회절 기재를 용이하게 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
제2 회절 기재의 광 투과율 분석
참고예 1
두께 0.8 mm, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 약 1.5의 광굴절률을 보유하는 글라스 기재를 준비하였다.
참고예 2
상기 참고예 1과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 경화시켜, 일면 상에 수지층이 형성된 기재를 제조하였다.
참고예 3
상기 참고예 1과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 반사 방지 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 기재의 일면 상에 도포된 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 경화시켜, 반사 방지 패턴을 포함하는 수지층이 형성된 기재를 제조하였다.
참고예 4
상기 참고예 1과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 제3 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 기재 상에 도포된 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성된 기재를 제조하였다.
참고예 5
상기 참고예 1과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 미리 설정된 제3 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 기재 상에 도포된 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 광경화시켰다. 이후, 기재의 타면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하고, 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다. 이후, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜, 일면 상에 제3 회절 격자층, 타면 상에 수지층이 형성된 기재를 제조하였다.
참고예 6
두께 0.8 mm, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 약 1.73의 광굴절률을 보유하는 티오우레탄(thiourethane)계 필름을 준비하였다.
참고예 7
상기 참고예 6과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 미리 설정된 제3 회절 격자층의 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 기재 상에 도포된 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 광경화시켜, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성된 기재를 제조하였다.
도 16는 본 발명의 실시예 1에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 1 내지 참고예 5에서 준비된 기재의 광투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 380 nm 이상 1200 nm 이하의 파장을 가지는 광원(JIS K7136)을 상기 실시예 1에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 1 내지 참고예 5에서 준비된 기재에 조사하고, 광투과율 측정 장치인 HM-150을 이용하여 광투과율을 측정한 결과를 도 16에 나타내었다.
도 16를 참고하면, 본 발명의 실시예 1에서 준비한 제3 회절 격자층 및 응력 보상층을 포함하는 제2 회절 기재는 약 700 nm 이상 1200 nm 이하의 파장을 가지는 광에 대하여, 참고예 1 내지 참고예 5에서 준비된 기재보다 광투과율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 17는 본 발명의 실시예 2에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 6 및 참고예 7에서 준비된 기재의 광투과율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 380 nm 이상 1200 nm 이하의 파장을 가지는 광원(JIS K7136)을 상기 실시예 2에서 준비된 제2 회절 기재, 참고예 6 및 참고예 7에서 준비된 기재에 조사하고, 광투과율 측정 장치인 HM-150을 이용하여 광투과율을 측정한 결과를 도 17에 나타내었다.
도 17를 참고하면, 본 발명의 실시예 2에서 준비한 제3 회절 격자층 및 응력 보상층을 포함하는 제2 회절 기재는 약 700 nm 이상 1200 nm 이하의 파장을 가지는 광에 대하여, 참고예 6 및 참고예 7에서 준비된 기재보다 광투과율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
제2 회절 기재의 휨 분석
참고예 8
두께 0.8 mm, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 약 1.73의 광굴절률을 보유하는 티오우레탄(thiourethane)계 필름을 준비하였다.
이후, 티오우레탄계 필름을 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 방치하였다(건조 단계). 이후, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하였다(UV 조사 단계).
참고예 9
상기 참고예 8과 동일한 기재를 준비하고, 실시예 1에서 준비한 광경화성 수지 조성물과 동일한 것을 준비하였다. 이후, 기재의 일면 상에 광경화성 수지 조성물을 도포하였다(도포 단계). 이후, 광경화성 수지가 도포된 기재를 약 80 ℃의 온도에서 약 3분 동안 건조시켰다(건조 단계). 이후, 미리 설정된 반사 방지 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 기재의 일면 상에 도포된 광경화성 수지 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60초 동안 조사하여 광경화성 수지 조성물을 경화시켜(UV 조사 단계), 반사 방지 패턴을 포함하는 응력 보상층이 일면 상에 형성된 기재를 제조하였다.
참고예 8 및 참고예 9에서 기재를 제조하는 과정 중에, 기재가 변형되는 것을 3D-CMM(3D-coordinate measuring mechine)을 이용하여 3D 이미지로 촬영하였다.
도 18a는 참고예 8에서 기재를 제조하는 과정에 따른 기재의 3D 이미지를 나타낸 도면이고, 도 18b는 참고예 9에서 기재를 제조하는 과정에 따른 기재의 3D 이미지를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 18a에는 참고예 8에서 준비된 기재의 형태, 건조 단계를 수행한 기재의 형태, UV 조사 단계를 수행한 기재의 형태를 3D 이미지로 촬영한 것을 나타내었다. 또한, 도 18b에는 참고예 9에서 준비된 기재의 형태, 도포 단계를 수행한 기재의 형태, 건조 단계를 수행한 기재의 형태, UV 조사 단계를 수행한 기재의 형태를 3D 이미지로 촬영한 것을 나타내었다.
도 18a을 참고하면, 참고예 8에서 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 기재를 제조하는 공정과 동일한 조건을 가지는 건조 단계, UV 조사 단계를 수행하는 경우, 기재가 변형되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 18b를 참고하면, 참고예 9의 경우, 기재의 일면 상에 응력 방지층을 형성함으로써, 건조 단계, UV 조사 단계를 수행하는 경우에도 기재가 변형되는 것이 억제됨을 확인할 수 있다.
따라서, 일면 상에 제3 회절 격자층이 형성된 제2 회절 기재의 타면 상에 응력 보상층을 형성함으로써, 제2 회절 기재를 제조하는 과정 중에 제2 회절 기재가 변형되는 것을 억제할 수 있음을 예측할 수 있다. 또한, 일면 상에 제1 회절 격자층이 형성된 제1 회절 기재의 타면 상에 제2 회절 격자층을 형성함으로써, 제1 회절 기재를 제조하는 과정 중에 제1 회절 기재가 변형되는 것을 억제하는 것도 예측할 수 있다.
10: 기재층
11: 제1 기재층
12: 제2 기재층
13: 제3 기재층
20: 패턴층
21: 제1 패턴층
22: 제2 패턴층
23: 제3 패턴층
100: 제1 회절 기재
200: 제2 회절 기재
310: 제1 회절 격자층
320: 제2 회절 격자층
330: 제3 회절 격자층
311, 321, 331: 제1 회절 패턴
312, 322, 332, 332': 제2 회절 패턴
313, 323, 333: 제3 회절 패턴
400: 스페이서
511, 521, 531: 제1 영역
512, 522, 532, 532': 제2 영역
513, 523, 533: 제3 영역
610: 제1 기재
620: 추가의 기재
700: 광경화성 수지 조성물
810, 820: 몰드
900: 응력 보상층

Claims (15)

  1. 제1 회절 기재; 및 상기 제1 회절 기재 상에 구비되는 제2 회절 기재를 포함하고,
    상기 제1 회절 기재는 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하며,
    상기 제2 회절 기재는 일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하며,
    상기 제1 회절 격자층은 550 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광을 분리하며,
    상기 제2 회절 격자층은 400 nm 이상 550 nm 이하 파장의 광을 분리하고,
    상기 제3 회절 격자층은 450 nm 이상 650 nm 이하 파장의 광을 분리하고,
    상기 응력 보상층은 상기 제3 회절 격자층의 응력과 동일한 방향의 응력을 가지는 회절 도광판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응력 보상층은 반사 방지 패턴을 포함하는 회절 도광판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 기재 및 제2 회절 기재의 두께는 각각 0.1 mm 이상 2 mm 이하인 회절 도광판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 기재의 회절 격자층은 상기 제2 회절 기재와 이격되어 구비되는 회절 도광판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층은 각각 광이 입사되는 제1 영역, 입사된 광이 확산하며 이동하는 제2 영역 및 이동된 광이 추출되는 제3 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함되고,
    상기 제3 영역은 상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 각각의 서로 대응되는 위치에 포함되는 회절 도광판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역은 일측에서 타측까지 광굴절률이 점진적으로 증가하는 회절 도광판.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 높이가 증가하는 경사 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함하는 회절 도광판.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 영역은 일측에서 타측까지 점진적으로 듀티가 증가하는 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 포함하는 회절 도광판.
  9. 일면 상에 제1 회절 격자층, 및 타면 상에 제2 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재를 준비하는 단계;
    일면 상에 제3 회절 격자층, 및 타면 상에 응력 보상층을 포함하는 제2 회절 기재를 준비하는 단계; 및
    상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착하는 단계;를 포함하는, 청구항 1에 따른 회절 도광판의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 회절 기재를 준비하는 단계는, 제1 기재의 일면 상에 상기 제1 회절 격자층을 형성하고, 상기 제1 기재의 타면 상에 상기 제2 회절 격자층을 형성하여 상기 제1 회절 기재를 제조하는 회절 도광판의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는, 제2 기재의 일면 상에 상기 제3 회절 격자층을 형성하고, 상기 제2 기재의 타면 상에 상기 응력 보상층을 형성하여 상기 제2 회절 기재를 제조하는 회절 도광판의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 회절 기재를 준비하는 단계는, 상기 응력 보상층 상에 반사 방지 패턴을 형성하는 회절 도광판의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 및 상기 응력 보상층은 각각 광경화성 수지 조성물 및 임프린팅 몰드를 이용하는 임프린팅 공정을 이용하여 형성되는 회절 도광판의 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층 및 상기 응력 보상층은 각각 리소그래피 공정 또는 레이저 식각 공정을 이용하여 형성되는 회절 도광판의 제조방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 회절 기재와 상기 제2 회절 기재를 부착하는 단계는 스페이서를 이용하여, 상기 제1 회절 기재의 회절 격자층이 상기 제2 회절 기재와 이격되도록 부착하는 회절 도광판의 제조방법.
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