KR20200045699A - 회절 도광판 - Google Patents

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KR20200045699A
KR20200045699A KR1020180126554A KR20180126554A KR20200045699A KR 20200045699 A KR20200045699 A KR 20200045699A KR 1020180126554 A KR1020180126554 A KR 1020180126554A KR 20180126554 A KR20180126554 A KR 20180126554A KR 20200045699 A KR20200045699 A KR 20200045699A
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이연근
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주식회사 엘지화학
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings

Abstract

본 발명은 내구성 및 장기 신뢰성이 우수한 회절 도광판을 제공한다.

Description

회절 도광판{DIFFRACTION LIGHT GUIDE PLATE}
본 발명은 회절 도광판에 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 패턴이 일면에 형성된 3개의 기재를 포함하고 있다. 회절 도광판을 최종적으로 제조하기 위하여, 상기 격자 형태의 나노 패턴이 구비된 3개의 기재를 적층하고 있다. 3개의 기재를 적층하는 방식은 다양하나, 일반적으로 스페이서(Spacer)를 사용하고 있다. 이때, 기재의 표면에는 패턴이 구비되어 있으므로, 스페이서는 패턴이 구비되지 않은 영역, 예를 들면 기재의 외곽 부위에 부착되고 있다.
스페이서를 기재의 외곽에 부착함에 따라, 기재 간에는 공기 갭(Gap) 부분이 있으며, 특히 플라스틱 필름을 회절 도광판의 기재로 사용하는 경우, 기재에 압력이 가해지거나, 높은 온도에 노출되면 기재에 휨이 발생될 수 있다. 이렇게 기재에 휨이 발생되는 경우, 서로 인접하는 기재가 닿게 되고 기재의 표면에 구비된 패턴이 훼손되어, 최종적으로 회절 도광판의 품질 불량이 발생되는 문제가 있다.
따라서, 회절 도광판의 품질 불량을 발생하고, 장기 신뢰성이 우수한 회절 도광판을 제조하는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 내구성 및 장기 신뢰성이 우수한 회절 도광판을 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 격자층이 일면에 구비되는 제1 회절 기재; 제2 회절 격자층이 일면에 구비되는 제2 회절 기재; 제3 회절 격자층이 일면에 구비되는 제3 회절 기재; 상기 제1 회절 기재의 외측부와 상기 제2 회절 기재의 외측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 외측부와 상기 제3 회절 기재의 외측부 사이에 개재되는 외측 스페이서; 및 상기 제1 회절 기재의 내측부와 상기 제2 회절 기재의 내측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 내측부와 상기 제3 회절 기재의 내측부 사이 중 적어도 하나의 사이에 개재되는 내측 스페이서;를 포함하는 회절 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 도광판은 회절 기재의 내측부 간에 내측 스페이서를 구비시킴으로써, 회절 도광판의 내구성, 장기 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층의 평면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층을 포함하는 회절 도광판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 패턴 내지 제3 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 회절 도광판을 정면에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8b는 비교예 1에서 제조된 회절 도광판을 정면에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 회절 기재 간의 접촉 실험 평가 시의 수학식 1의 관계를 도식화한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 회절 도광판의 제1 회절 기재와 제2 회절 기재 간의 접촉 실험 평가 결과를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 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.
본원 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.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "회절 기재"는 제1 회절 기재, 제2 회절 기재 및 제3 회절 기재를 총칭하는 것일 수 있다. 또한, "외측 스페이서"는 회절 기재의 외측부 사이에 개재되는 복수의 외측 스페이서를 총칭하는 것일 수 있다. 또한, "내측 스페이서"는 회절 기재의 내측부 사이에 개재되는 외측 스페이서가 복수개인 경우, 복수개의 외측 스페이서를 총칭하는 것일 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 회절 격자층이 일면에 구비되는 제1 회절 기재; 제2 회절 격자층이 일면에 구비되는 제2 회절 기재; 제3 회절 격자층이 일면에 구비되는 제3 회절 기재; 상기 제1 회절 기재의 외측부와 상기 제2 회절 기재의 외측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 외측부와 상기 제3 회절 기재의 외측부 사이에 개재되는 외측 스페이서; 및 상기 제1 회절 기재의 내측부와 상기 제2 회절 기재의 내측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 내측부와 상기 제3 회절 기재의 내측부 사이 중 적어도 하나의 사이에 개재되는 내측 스페이서;를 포함하는 회절 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 도광판은 회절 기재의 내측부 간에 내측 스페이서를 구비시킴으로써, 회절 도광판의 내구성, 장기 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판은 3개의 회절 기재의 내측부 사이에 내측 스페이서를 구비시킴으로써, 회절 기재의 휨이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 이를 통해, 회절 기재에 휨이 발생되어 회절 기재에 구비된 회절 패턴이 훼손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 회절 도광판의 내구성, 장기 신뢰성 및 고온 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 1은 일면 상에 제1 회절 격자층(110)이 구비된 제1 회절 기재(100), 일면 상에 제2 회절 격자층(210)이 구비된 제2 회절 기재(200), 및 일면 상에 제3 회절 격자층(310)이 구비된 제3 회절 기재(300)를 포함하는 회절 도광판을 나타낸 것이다. 또한, 도 1을 참고하면, 제1 회절 기재(100)와 제2 회절 기재(200)는 외측부에 구비된 외측 스페이서(400)를 통해 이격되어 적층될 수 있다. 또한, 제2 회절 기재(200)와 제3 회절 기재(300)는 외측부에 구비된 외측 스페이서(400)를 통해 이격되어 적층될 수 있다. 또한, 제1 회절 기재(100)의 내측부와 제2 회절 기재(200)의 내측부 사이, 제2 회절 기재(200)의 내측부와 제3 회절 기재(300)의 내측부 사이에는 내측 스페이서(500)가 개재될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 기재의 외측부는 회절 기재의 테두리 부분의 외곽 부분을 의미할 수 있다. 또한, 상기 회절 기재의 내측부는 회절 기재의 중앙에 인접한 부분을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 외측 스페이서 및 내측 스페이서는 회절 패턴이 구비되지 않은 영역에 위치할 수 있다. 예를 들면, 상기 회절 기재의 일면 전체에 회절 격자층이 구비된 경우에는, 회절 패턴이 구비되지 않은 회절 격자층의 영역 상에 외측 스페이서 및 내측 스페이서가 위치할 수 있다. 또한, 상기 회절 기재의 일면 상에 회절 격자층이 부분적으로 구비된 경우에는, 회절 격자층이 구비되지 않은 회절 기재의 일면 영역 상에 외측 스페이서 및 내측 스페이서가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재, 제2 회절 격자층을 포함하는 상기 제2 회절 기재, 및 상기 제3 회절 격자층을 포함하는 상기 제3 회절 기재는, 제1 회절 기재 내지 제3 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. 상기 제2 회절 기재 및 제3 회절 기재 또한 전술한 바와 같이 입사된 광을 일 지점으로 가이드할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재 각각의 광굴절률은 1.5 이상 2.0 미만일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재 각각은 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 1.5 이상 2.0 미만의 광굴절률을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재의 광굴절률은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 또한, 상기 회절 기재의 광굴절률은 회절 격자층이 구비된 회절 기재에 대한 광굴절률을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재는 상기 범위의 광굴절률을 보유하는 기재라면, 당업계에서 통상적으로 사용되는 기재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재로 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 , Nb2O5, ZnS 등의 고굴절 성분을 적어도 하나 포함하는 유리, 또는 상기 고굴절 성분을 적어도 하나 포함하는 수지 필름 등을 사용할 수 있으나, 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재의 종류를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재의 두께는 각각 0.1 mm 이상 2 mm 이하일 수 있다. 도 1를 참고하면, 상기 제1 회절 기재(100)의 두께(h1)는 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. 또한, 상기 제2 회절 기재 및 제3 회절 기재의 두께는 각각 0.1 mm 이상 2 mm 이하일 수 있으며, 상기 제2 회절 기재 및 제3 회절 기재의 두께는 상기 제1 회절 기재의 두께와 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1 회절 기재 내지 제3 회절 기재의 두께를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 회절 도광판의 전체 중량 및 부피를 감소시킬 수 있고, 회절 도광판의 광 회절 효율을 향상시킬 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.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 회절 기재, 제2 회절 기재 및 제3 회절 기재를 포함하는 회절 도광판에 대하여 제1 회절 기재의 일면 상에 포함된 제1 회절 격자층에 다양한 파장값을 가지는 광 들이 포함된 제1 입사광이 조사되는 경우, 제1 회절 격자층은 제1 입사광으로부터 550 nm 이상 700 nm 이하의 파장값을 가지는 제1 광을 분리할 수 있다. 이후, 제1 입사광으로부터 제1 광이 분리된 제2 입사광이 제1 회절 기재 내부에서 반사 또는 전반사되면서 제2 회절 격자층으로 조사되는 경우, 제2 회절 격자층은 제2 입사광으로부터 400 nm 이상 550 nm 이하의 파장값을 가지는 제2 광을 분리할 수 있다. 이후, 제2 입사광으로부터 제2 광이 분리된 제3 입사광이 제3 회절 격자층에 조사되는 경우, 제3 회절 격자층은 제3 입사광으로부터 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, 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 400 nm 이상 700 nm 이하 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, 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 전술한 범위 내인 경우, 2차 회절이 일어나는 문제 및 상기 회절 도광판의 광 회절 효율이 감소되는 것을 효과적으로 억제할 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, CuO 등의 고굴절 성분 중 적어도 하나를 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 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 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층의 평면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2는 광이 입사되는 제1 영역(611), 입사된 광이 확산하며 이동하는 제2 영역(612) 및 이동된 광이 추출되는 제3 영역(613)을 포함하는 제1 회절 격자층(110)의 평면을 나타낸 도면이다. 도 2와 같이, 상기 제1 회절 격자층(110)의 일측(A)에서 타측(B)방향으로 제1 영역(611) 내지 제3 영역(613)이 순차적으로 구비될 수 있다. 이 때, 도 2에서 상기 제1 회절 격자층의 회절 패턴은 생략 도시하였다.
도 2를 참고하면, 상기 제1 영역(611)은 다양한 파장값을 가지는 광 들을 포함하는 입사광이 입사되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 제2 영역(612)은 상기 제1 회절 격자층(110)으로 입사된 광 들이 회절되는 영역이며, 상기 제1 영역(611)에 입사된 광을 상기 제3 영역(613)으로 확산(expansion)하는 영역일 수 있다. 상기 제3 영역(613)은 광이 추출되는 영역으로, 상기 회절 도광판을 디스플레이 유닛에 사용하는 경우, 상기 제3 영역(613)은 디스플레이 유닛 사용자의 안구와 인접하는 영역으로, 광이 추출되어 사용자에게 디스플레이 정보를 제공하는 영역일 수 있다. 또한, 도 2에 나타난 제1 회절 격자층과 유사하게, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층도 제1 영역 내지 제3 영역을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층을 포함하는 제1 회절 기재의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 3은 제1 영역(611)으로 광이 입사된 후, 제3 영역(613)으로 광이 추출되어 사용자에게 디스플레이 정보가 제공되는 것을 나타낸 도면이다. 또한, 도 3과 같이, 상기 제2 회절 격자층 및 제3 회절 격자층도 제1 영역으로 입사된 광을 제3 영역을 통해 추출할 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 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 제1 회절 격자층(110)의 일측(A)으로부터 타측(B)방향을 따라 구비되는 2 이상의 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 4에 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 파장값 및 광의 회절 효율이 상이할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 5는 2 이상의 패턴 구조체를 포함하는 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 5를 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 5와 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 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시상태에 따른 상기 제1 회절 격자층(110)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 구조체는 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 50°이상 80°이하, 55°이상 70°이하, 65°이상 75°이하, 또는 70°이상 80°이하일 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 파장값, 회절 격자층의 광굴절률 및 광의 회절 효율을 용이하게 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층을 포함하는 회절 도광판의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 6은 제1 회절 격자층(110), 제2 회절 격자층(210), 제3 회절 격자층(310) 각각의 제1 영역(711, 721, 731)에 포함되는 제1 회절 패턴(611, 621, 631), 제2 영역(612, 622, 632)에 포함되는 제2 회절 패턴(712, 722, 733), 제3 영역(613, 623, 633)에 포함되는 제3 회절 패턴(713, 723, 733)을 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, 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층에서의 제1 영역이 구비되는 영역은 서로 동일할 수 있다. 또한, 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층에서의 제3 영역이 구비되는 영역은 서로 동일할 수 있다.
구체적으로, 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 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.
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 경우뿐 만 아니라, 제조 상에 발생될 수 있는 미소한 오차를 포함하는 면적이 동일한 것을 의미할 수도 있다.
도 6을 참고하면, 제1 회절 격자층(110), 제2 회절 격자층(210) 및 제3 회절 격자층(310)에 각각 포함되는 제1 영역(611, 621, 631)이 포함되는 위치가 서로 대응될 수 있다. 또한, 제1 회절 격자층(110), 제2 회절 격자층(210) 및 제3 회절 격자층(310)에 각각 포함되는 제3 영역(613, 623, 633)이 포함되는 위치는 서로 대응될 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 6을 참고하면, 상기 제1 회절 격자층(110), 제2 회절 격자층(210) 및 제3 회절 격자층(310) 각각에 포함되는 제2 영역(612, 622, 632)은 서로 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
또한, 제1 회절 격자층에 구비되는 제2 영역과 제3 회절 격자층에 구비되는 제3 영역은 형성되는 위치 및 면적이 상이할 수 있다. 또한, 제2 회절 격자층에 구비되는 제2 영역과 제3 회절 격자층에 구비되는 제3 영역은 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.
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 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 회절 패턴 내지 제3 회절 패턴을 포함하는 제1 회절 격자층을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 7은 제1 회절 패턴(711)에 포함되는 패턴 구조체, 제2 회절 패턴(712)에 포함되는 패턴 구조체 및 제3 회절 패턴(713)에 포함되는 패턴 구조체의 경사 방향, 경사각, 주기, 높이가 서로 상이한 제1 회절 격자층(110)을 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 상기 제1 회절 격자층(110)의 제1 회절 패턴(711), 제2 회절 패턴(712), 제3 회절 패턴(713)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 광 회절 효율이 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 광 회절 효율이 점진적으로 증가될 수 있다. 상기 제3 영역은 광이 추출되는 영역일 수 있으며, 제3 영역은 일측에서 타측까지 광 회절 효율이 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 광 회절 효율은 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 광 회절 효율을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 도 7을 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 광 회절 효율이 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 5를 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 광 회절 효율을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 제3 영역의 일측에서 타측방향을 따라 패턴 구조체의 듀티가 점진적으로 증가됨으로써, 상기 제3 영역 일측에서 타측방향으로 광 회절 효율이 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 회절 효율이 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.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 회절 기재의 내측부와 상기 제2 회절 기재의 내측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 내측부와 상기 제3 회절 기재의 내측부 사이 중 적어도 하나의 사이에 내측 스페이서가 개재될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 회절 기재의 내측부와 상기 제2 회절 기재의 내측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 내측부와 상기 제3 회절 기재의 내측부 사이에 각각 내측 스페이서가 개재될 수 있다.
상기 3 개의 회절 기재 내측부 사이에 내측 스페이서를 개재시킴으로써, 회절 도광판에 외력이 가해지거나, 회절 도광판이 고온에 노출되거나, 또는 회절 도광판의 기재 자체의 하중에 의하여, 회절 기재가 휘어지는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이를 통해, 내구성 및 장기 신뢰성이 구현된 회절 도광판을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수는 10 MPa 이상 500 MPa 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수는 50 MPa 이상 400 MPa 이하, 100 MPa 이상 300 MPa 이하, 150 MPa 이상 250 MPa 이하, 30 MPa 이상 120 MPa 이하, 170 MPa 이상 280 MPa 이하, 또는 350 MPa 이상 450 MPa 이하일 수 있다. 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 회절 기재의 내측부에 휨이 발생되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 통해, 상기 회절 기재에 휨이 발생됨에 따라 인접하는 회절 기재의 회절 패턴이 훼손 및 파손되는 것을 방지할 수 있고, 회절 도광판의 내구성 및 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참고하면, 제1 회절 기재(100)의 내측부와 제2 회절 기재(200)의 내측부 사이에 개재되는 제1 내측 스페이서(510), 및 제2 회절 기재(200)의 내측부와 제3 회절 기재(300)의 내측부 사이에 개재되는 제2 내측 스페이서(520)의 압측 탄성계수는 각각 10 MPa 이상 500 MPa 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 외측 스페이서와 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수의 비는 1:1 내지 1:50일 수 있다. 구체적으로, 상기 외측 스페이서와 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수의 비는1:1 내지 1:30, 1:1 내지 1:10, 1:5 내지 1:40, 1:10 내지 1:30, 또는 1:15 내지 1:25일 수 있다. 상기 외측 스페이서와 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수의 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 회절 기재 간의 이격된 적층 구조를 보다 용이하게 유지할 수 있고, 상기 회절 기재에 휨에 발생되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 스페이서의 압축 탄성 계수는 25 ℃ 및 50 RH%의 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 ×5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시 측정되는 힘의 시편 변형 ((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 대한 기울기를 의미할 수 있다. 또한, 스페이서가 2 이상의 상이한 층으로 구성되는 경우의 스페이서의 압축 탄성 계수는, 적층된 시편을 면적 5 ×5 ㎟로 준비하여 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시 측정되는 힘의 시편 변형 ((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 대한 기울기를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서의 광굴절률은 1.5 이상 2 이하일 수 있다. 구체적으로, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 상기 내측 스페이서의 광굴절률은 1.6 이상 1.9 이하, 또는 1.7 이상 1.8 이하일 수 있다. 상기 내측 스페이서는 상기 회절 기재에 입사된 광이 전반사되는 영역 상에 위치할 수 있으므로, 상기 내측 스페이서의 광굴절률을 전술한 범위로 조절함으로써, 회절 도광판의 광 회절 효율을 저하시키지 않음과 동시에, 회절 도광판의 내구성 및 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 내측 스페이서와 제2 내측 스페이서의 광굴절률은 각각 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여 1.5 이상 2 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 회절 기재와 상기 내측 스페이서의 광굴절률의 비는 1:0.95 내지 1:1일 수 있다. 구체적으로, 400 nm 이상 700 nm 이하 파장의 광에 대하여, 상기 회절 기재와 상기 내측 스페이서의 광굴절률의 비는 1:0.97 내지 1:1, 또는 1:0.99 내지 1:1일 수 있다. 상기 회절 기재와 상기 내측 스페이서의 광굴절률의 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 내측 스페이서를 구비시키는 경우에도 상기 회절 도광판의 광 회절 효율이 설정된 값에서 상이하게 변화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 제1 회절 기재와 상기 제1 내측 스페이서의 광굴절률의 비, 상기 제2 회절 기재와 상기 제1 내측 스페이서의 광굴절률의 비, 상기 제2 회절 기재와 상기 제2 내측 스페이서의 광굴절률의 비, 및 상기 제3 회절 기재와 상기 제2 내측 스페이서의 광굴절률의 비는 각각 1:0.95 내지 1:1일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서는 유리전이온도가 80 ℃ 이상 120 ℃ 이하인 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이서는 유리전이온도가 80 ℃ 이상 100 ℃ 이하, 또는 80 ℃ 이상 90 ℃ 이하인 수지를 포함할 수 있다. 전술한 유리전이온도를 가지는 수지를 포함하는 내측 스페이서를 사용함으로써, 상기 회절 도광판이 고온 조건에 노출되는 경우에도, 상기 내측 스페이서는 상기 회절 기재 사이를 효과적으로 지지할 수 있다.
상기 내측 스페이서에 포함되는 수지는 전술한 압축 탄성계수, 광굴절률 및 유리전이온도 중 적어도 하나를 만족하는 것이라면, 당업계에서 사용되는 수지를 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 스페이서에 포함되는 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 내측 스페이서에 포함되는 수지는 TiO2, Al2O3, Ga2O3, TeO2, ZrO2, Ta2O5 , Nb2O5, ZnS, HfO, MoO, CuO 등의 고굴절 성분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이스가 상기 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 회절 기재의 일면 전면적의 비는 1:100 내지 1:2500일 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이스가 상기 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 회절 기재의 일면 전면적의 비는 1:150 내지 1:2000, 1:200 내지 1:1500, 1:250 내지 1:1000, 또는 1:250 내지 1:500일 수 있다.
상기 내측 스페이스가 상기 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 회절 기재의 일면 전면적의 비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 내측 스페이서는 상기 회절 기재의 내측부 간을 효과적으로 지지하여, 회절 기재에 휨이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이스가 상기 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 회절 기재의 일면 전면적의 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 회절 기재의 휨 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 내부 회절 패턴과의 간섭이 커져 영상 이미지의 품질이 열등해지거나 또는 시인성 측면에서 사용자에게 불편함을 주는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 내측 스페이스가 상기 제2 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 제2 회절 기재의 일면 전면적의 비는 1:100 내지 1:2500일 수 있고, 상기 제2 내측 스페이스가 상기 제3 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 제2 회절 기재의 일면 전면적의 비는 1:100 내지 1:2500일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서의 높이는 상기 외측 스페이서의 높이보다 작고, 상기 내측 스페이서의 높이는 상기 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 높이보다 클 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이서의 높이를 상기 외측 스페이서의 높이보다 작게 함으로써, 회절 기재 간의 합착 시에 회절 기재 간의 공기 갭 부분에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 또한, 상기 내측 스페이서의 높이를 상기 회절 격자층에 포함되는 회절 패턴의 높이보다 크게 함으로써, 상기 회절 도광판에 외력이 가해져 회절 기재에 휨이 발생되는 경우에도, 상기 내측 스페이서를 통해 상기 회절 패턴이 훼손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내측 스페이서의 높이와 상기 외측 스페이서 높이의 비는 1:1.1 내지 1:10일 수 있다. 구체적으로, 상기 내측 스페이서의 높이와 상기 외측 스페이서 높이의 비는 1:2 내지 1:9, 1:3 내지 1:8, 1:4.5 내지 1:6, 1:2 내지 1:5, 또는 1:6.5 내지 1:9.5일 수 있다. 상기 내측 스페이서의 높이와 상기 외측 스페이서 높이의 비를 전술한 범위로 조절함으로써, 회절 기재 간의 합착 시에 회절 기재 간의 공기 갭 부분에 영향을 주는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 회절 기재에 휨이 발생되는 경우에도 회절 패턴이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 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
일면에 제1 회절 격자층이 구비된 제1 회절 기재(LG 화학 社), 일면에 제2 회절 격자층이 구비된 제2 회절 기재(LG 화학 社), 및 일면에 제3 회절 격자층이 구비된 제3 회절 기재(LG 화학 社)를 준비하였다.
이후, 회절 패턴이 구비되지 않은 제3 회절 기재의 테두리 부분의 외곽 부분에 제2 외측 스페이서를 구비하고, 회절 패턴이 구비되지 않은 제3 회절 기재의 내측부의 중앙부분에 인접한 위치에 제2 내측 스페이서 4개를 각각 이격시켜 구비하였다. 이후, 제3 회절 기재 상에 제2 회절 기재를 적층하였다.
이후, 회절 패턴이 구비되지 않은 제2 회절 기재의 테두리 부분의 외곽 부분에 제1 외측 스페이서를 구비하고, 회절 패턴이 구비되지 않은 제2 회절 기재의 내측부의 중앙부분에 인접한 위치에 제1 내측 스페이서 4개를 각각 이격시켜 구비하였다. 이후, 제2 회절 기재 상에 제1 회절 기재를 적층하여 회절 도광판을 제조하였다.
도 8a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 회절 도광판을 정면에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8a에서 제1 회절 기재의 일면 상에 구비된 제1 회절 격자층은 생략 도시하였다. 도 8a를 참고하면, 회절 도광판의 제1 회절 기재(100)의 방향으로 회절 도광판을 바라본 것으로, 제1 회절 기재(100)의 테두리 부분 아래에 제1 외측 스페이서(410)가 구비된 것을 점선으로 나타낸 것이고, 제1 회절 기재(100)의 중앙 부분 아래에 제1 내측 스페이서(510) 4개가 각각 이격되어 구비된 것을 점선으로 나타낸 것이다.
이 때, 제1 회절 기재와 제2 회절 기재 사이에 구비된 외측 스페이서 및 내측 스페이서는, 제2 회절 기재와 제3 회절 기재 사이에 구비된 외측 스페이서 및 내측 스페이서와 각각 동일한 것을 사용하였다.
또한, 약 600 nm의 파장값을 가지는 광에 대하여, 제1 회절 격자층 내지 제3 회절 격자층 각각의 광굴절률은 약 1.6이었고, 내측 스페이서의 광굴절률은 약 1.52이었다.
또한, 내측 스페이서의 압축 탄성계수는 약 10 MPa이었고, 유리전이온도는 약 90 ℃이었다. 또한, 외측 스페이서의 압축 탄성계수는 약 10 MPa이었다. 또한, 하나의 내측 스페이서가 회절 기재의 일면에 접하는 면적(4 mm2)과 회절 기재 일면의 전면적(2400 mm2)의 비는 약 1:600이었다. 또한, 외측 스페이서의 높이는 약 200 ㎛이고, 내측 스페이서의 높이는 약 190 ㎛이었다.
비교예 1
제1 회절 기재와 제2 회절 기재의 사이, 및 제2 회절 기재와 제3 회절 기재의 사이에 내측 스페이서를 구비시키지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 회절 도광판을 제조하였다.
도 8b는 비교예 1에서 제조된 회절 도광판을 정면에서 바라본 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 8b에서 제1 회절 기재의 일면 상에 구비된 제1 회절 격자층은 생략 도시하였다. 도 8b를 참고하면, 회절 도광판의 제1 회절 기재(100)의 방향으로 회절 도광판을 바라본 것으로, 제1 회절 기재(100)의 테두리 부분 아래에 제1 외측 스페이서(410)가 구비된 것을 점선으로 나타낸 것이다.
회절 기재 간의 접촉 실험 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 회절 도광판에서 제1 회절 기재와 제2 회절 기재가 적층된 적층체를 준비하였다.
이후, 하기 수학식 1을 기초로 하여, Texture Analyzer (TA.XT Plus; TTC 社)장비를 이용하여, 적층체의 제1 회절 기재에 외력이 가해지는 정도에 따라, 제1 회절 기재와 제2 회절 기재 간에 접촉이 발생되는지 여부를 실험하였다. 이 때, 제1 회절 기재에 외력(Force; F)을 가하기 위하여 사용한 팁(Tip)은 가로 10 mm, 세로 10 mm인 정사각형 지그를 사용하였고, 가압 방향으로의 이동 속도를 약 6 mm/min으로 설정하였다.
도 9는 회절 기재 간의 접촉 실험 평가 시의 수학식 1의 관계를 도식화한 도면이다.
[수학식 1]
Figure pat00001
도 9 및 상기 수학식 1에서, L은 제1 회절 기재의 길이를 의미하고, w는 제1 회절 기재의 폭을 의미하고, h는 제1 회절 기재의 두께를 의미하고, F는 제1 회절 기재에 가해지는 외력을 의미하고, d는 제1 회절 기재에 가해지는 외력에 따라 제1 회절 기재가 변형되는 거리를 의미하고, Ebend는 제1 회절 기재의 굴곡 탄성률(flexural modulus)을 의미한다.
회절 기재 간의 접촉 실험 시에, 제1 회절 기재의 길이는 68 mm, 제1 회절 기재의 폭은 35 mm, 제1 회절 기재의 두께는 0.8 mm로 제작하였고, 제1 회절 기재에 가해지는 외력은 0 g으로부터 16,000 g으로 변화시켰다.
도 10은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 회절 도광판의 제1 회절 기재와 제2 회절 기재 간의 접촉 실험 평가 결과를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 10에서, 실시예 1 및 비교예 1에 대하여 각각 접촉 실험을 2회 수행하였으며, 이의 결과를 실시예 1(1), 실시예 1(2), 비교예 1(1), 비교예 1(2)로 나타내었다.
도 10의 실험 결과를 참고하면, 비교예 1의 경우에는 제1 회절 기재에 1,000 g의 외력이 가해지는 경우에 비교예 1(1), 비교예 1(2)의 그래프에서 변곡점이 발생되는 것을 확인하였다. 이는 제1 회절 기재에 1,000 g의 외력이 가해짐에 따라 제1 회절 기재와 제2 회절 기재가 서로 맞닿는 것을 의미한다.
반면, 실시예 1(1), 실시예 1(2)의 그래프에서 변곡점이 발생되지 않는 것을 확인하였고, 제1 회절 기재에 16,000 g의 외력이 가해지는 경우에도 제1 회절 기재와 제2 회절 기재가 맞닿지 않는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 회절 도광판은 회절 기재 간에 내측 스페이서가 구비됨에 따라, 내구성 및 장기 신뢰성이 우수한 것을 알 수 있다.
100: 제1 회절 기재
110: 제1 회절 격자층
200: 제2 회절 기재
210: 제2 회절 격자층
300: 제3 회절 기재
310: 제3 회절 격자층
400: 외측 스페이서
410: 제1 외측 스페이서
420: 제2 외측 스페이서
500: 내측 스페이서
510: 제1 내측 스페이서
520: 제2 내측 스페이서
611, 621, 631: 제1 영역
612, 622, 632: 제2 영역
613, 623, 633: 제3 영역
711, 721, 731: 제1 회절 패턴
712, 722, 732: 제2 회절 패턴
713, 723, 733: 제3 회절 패턴

Claims (9)

  1. 제1 회절 격자층이 일면에 구비되는 제1 회절 기재;
    제2 회절 격자층이 일면에 구비되는 제2 회절 기재;
    제3 회절 격자층이 일면에 구비되는 제3 회절 기재;
    상기 제1 회절 기재의 외측부와 상기 제2 회절 기재의 외측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 외측부와 상기 제3 회절 기재의 외측부 사이에 개재되는 외측 스페이서; 및
    상기 제1 회절 기재의 내측부와 상기 제2 회절 기재의 내측부 사이, 및 상기 제2 회절 기재의 내측부와 상기 제3 회절 기재의 내측부 사이 중 적어도 하나의 사이에 개재되는 내측 스페이서;를 포함하는 회절 도광판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수는 10 MPa 이상 500 MPa 이하인 회절 도광판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 스페이서와 상기 내측 스페이서의 압축 탄성계수의 비는 1:1 내지 1:50인 회절 도광판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 스페이서의 광굴절률은 1.5 이상 2 이하인 회절 도광판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회절 기재와 상기 내측 스페이서의 광굴절률의 비는 1:0.95 내지 1:1인 회절 도광판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 스페이서는 유리전이온도가 80 ℃ 이상 120 ℃ 이하인 수지를 포함하는 회절 도광판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 스페이스가 상기 회절 기재의 일면에 접하는 면적과 상기 회절 기재의 일면 전면적의 비는 1:100 내지 1:2500인 회절 도광판.
  8. 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 것인 회절 도광판.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 회절 격자층 내지 상기 제3 회절 격자층의 제3 영역은 일측에서 타측까지 광 회절 효율이 점진적으로 증가하는 것인 회절 도광판.
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