KR20220033324A - 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법 및 이에 따라 복제된 홀로그래픽 광학 소자 - Google Patents

홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법 및 이에 따라 복제된 홀로그래픽 광학 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 일 실시예는, 홀로그래픽 광학 소자를 구성하는 광경화성 패널과, 상기 광경화성 패널에 전사되는 격자 패턴을 갖는 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optical Element)로 구성된 마스터를 배치하는 배치 단계; 및 참조광을 상기 마스터에 입사시켜 상기 광경화성 패널에 상기 격자 패턴을 형성시키는 격자 형성 단계를 포함하는 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 제공하여 복제의 지속성, 균일성 및 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Description

홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법 및 이에 따라 복제된 홀로그래픽 광학 소자{Cloning method of holographic optical element and holographic optical element replicated by the method}
본 발명은 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법 및 이를 통하여 복제된 홀로그래픽 광학 소자에 관한 것으로, 특정 격자 패턴이 형성된 마스터에 레이저 광을 조사하여 발생하는 반사, 회절, 또는 투과되는 광의 간섭에 의하여 마스터와 동일한 격자 패턴을 갖는 홀로그래픽 광학 소자를 복제하는 방법에 대한 것이다.
홀로그래픽 광학 소자는 기준광(참조광)과 물체광에 의하여 특정 격자 패턴이 형성된 것으로, 홀로그램을 기록하고 재생하기 위하여 필요한 소자이다.
이와 같은 홀로그래픽 광학 소자에 기준광이 조사되면 홀로그램이 재생될 수 있다. 종래에는 이러한 홀로그래픽 광학 소자의 특징을 활용하여 홀로그래픽 광학 소자를 마스터로 하여 동일한 격자 패턴을 갖는 또 다른 홀로그래픽 광학 소자를 제작하는 복제 기술이 존재한다.
이러한 홀로그래픽 광학 소자의 복제 공정은 공정 방법 자체가 비교적 간단하여 적은 비용으로도 대량 생산이 가능하다는 특징이 있고, 복제의 대상이 되는 마스터의 품질이 균일하고, 장시간 유지되어야 복제가 반복되더라도 일정한 품질의 홀로그래픽 광학 소자가 생산될 수 있다.
다만, 종래의 복제 방법에서 마스터로 활용되는 홀로그래픽 광학 소자는 내구성이 부족하고, 관리가 어렵다는 문제점이 있고, 이에 따라, 장시간 동안 일정하고 정밀한 복제가 어렵다는 문제점이 있다.
이에 따라, 보다 내구성이 크고 관리 및 제작이 용이한 소자를 마스터로 이용하는 홀로그래픽 광학 소자의 복제 기술이 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명에 따른 일 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 상술한 문제를 해결하기 위하여, 기존의 홀로그래픽 광학 소자보다 제작 및 관리가 용이하고 내구성이 뛰어난 마스터를 활용함으로써, 정밀하고 균일한 품질을 장시간 유지할 수 있는 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자(HOE, Holographic Optical Element)의 복제 방법은 상기 홀로그래픽 광학 소자를 구성하는 광경화성 패널과, 상기 광경화성 패널에 전사되는 격자 패턴을 갖는 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optical Element)로 구성된 마스터를 배치하는 배치 단계; 및 참조광을 상기 마스터에 입사시켜 상기 광경화성 패널에 상기 격자 패턴을 형성시키는 격자 형성 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마스터로 나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여 제작된 회절 광학 소자를 사용함으로써, 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법의 정밀도, 및 균일도가 향상되고, 마스터의 제작 및 관리 용이성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 홀로그래픽 광학 소자가 복제되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마스터와 복제된 홀로그래픽 광학 소자에 영상을 입사하는 상황을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실제 현실의 물체 및 배경과 가상 현실의 객체를 동시에 보기 위한 AR(Augmented Reality, 증강 현실) 디스플레이 기기 중 하나인 증강 현실 안경, HMD(Head Mounted Display), HUD(Head Up Display) 등을 구현하기 위해서는 나노 패턴의 회절 격자가 새겨진 도광판이 활용될 수 있다. 이러한 도광판을 회절 도광판, 광학 소자, 회절 광학 소자, 격자 패턴 소자, 홀로그램 광학 소자, 홀로그래픽 광학 소자 등 다양한 명칭으로 칭하기도 한다.
이러한 회절 도광판에 다양한 광이 조사됨에 따라 사용자가 원하는 다양한 영상이 입체적으로 출력될 수 있고, 사용자는 회절 도광판 너머에 보이는 현실과 회절 도광판에 형성된 영상을 동시에 볼 수 있다.
이러한 회절 도광판의 예시로, 나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여, 격자 패턴에 대응하는 표면 요철 격자(Surface-Relief Grating, SRG)를 형성시킨 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optical Element)가 있다. 또한, 회절 도광판의 예시로, 가간섭성(coherent) 특성 광원인 레이저의 간섭 노광을 이용하여 광경화성 고분자 수지인 포토폴리머에 Volume Holographic Grating(VHG)를 기록하는 방식으로 제작하는 홀로그래픽 광학 소자(HOE, Holographic Optical Element)도 있다.
최근 AR 디스플레이 장치의 대량 생산을 위하여 홀로그래픽 광학 소자의 대량 생산이 필요해지고, 이를 위한 홀로그래픽 광학 소자의 복제 기술이 존재한다.
종래의 홀로그래픽 광학 소자의 복제 기술은 복제 대상인 마스터로써 홀로그래픽 광학 소자를 사용한다. 마스터에 참조광(reference beam, 또는 기준광)을 조사하면 물체광(object beam)이 발생하는 원리를 이용하여, 참조광과 물체광의 간섭 패턴을 포토폴리머에 기록함으로써, 홀로그래픽 광학 소자를 복제한다. 이러한 홀로그래픽 광학 소자의 복제 공정은 제작 공정이 비교적 간단하여 대량 생산이 가능하지만, 정밀하고 균일한 복제 공정을 위하여는 마스터의 품질이 동일하고 장시간 유지되어야 하는데 홀로그래픽 광학 소자의 내구성은 상대적으로 낮다는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법은, 복제 공정의 마스터로 나노임프린트 공정으로 제작된 회절 광학 소자를 사용함으로써, 보다 정밀하고 균일한 품질의 복제를 장시간 지속될 수 있도록 한다. 경사 식각으로 제작된 회절 광학 소자는 회절광을 한 방향으로 집중시킬 수 있어 홀로그래픽 광학 소자의 복제 공정의 마스터로 활용할 수 있다. 나노임프린트 공정으로 마스터를 제작함에 따라 마스터의 피치 조절이 용이하고, 다른 기재 없이 단일 기재로 형성된 스탬프가 마스터가 되어 마스터의 내구성이 뛰어나고 보다 장시간 동일한 복제 품질을 유지할 수 있다는 장점이 있다.
이에 각 도면을 참고하여 본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법과 그 방법에 사용되는 각 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 홀로그래픽 광학 소자가 복제되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 이하 도 1 내지 도 3를 참고하여 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법은 홀로그래픽 광학 소자를 구성하는 광경화성 패널(120)과, 상기 광경화성 패널(120)에 전사되는 격자 패턴을 갖는 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optical Element)로 구성된 마스터(110)를 배치하는 배치 단계(S10) 및 참조광(RB)을 상기 마스터(110)에 입사시켜 상기 광경화성 패널(120)에 상기 격자 패턴을 형성시키는 격자 형성 단계(S20, S30, S40)를 포함할 수 있다.
광경화성 패널(120)은, 광경화성 수지(빛 에너지를 받아 가교 및 경화하는 합성 유기 재료)로 구성된 패널 형태의 소재일 수 있다. 예를 들어, 광경화성 패널(120)은, 포토폴리머(Photopolymer)일 수 있다. 이러한 광경화성 패널(120)에 두 개 이상의 빛의 간섭으로 형성된 격자 패턴 등이 기록될 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자는, 이러한 광경화성 패널(120)에 두 개 이상의 빛의 간섭 무늬를 기록함으로써, 제작될 수 있다.
마스터(110)는, 복제의 대상이 되는 격자 패턴을 가진 회절 도광판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 마스터(110)는, 회절 광학 소자로 구성될 수 있다. 종래의 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에서는 마스터(110)로써 홀로그래픽 광학 소자를 사용하지만, 본 발명에서는 회절 광학 소자를 사용하여 복제 공정의 균일성, 정밀도, 유지 시간 등을 향상시킨다.
S10 단계는, 광경화성 패널(120)과 마스터(110)를 배치하는 단계이다. 광경화성 패널(120)과 마스터(110)는, 서로 넓은 면으로 밀착되어 나란히 배치되거나, 마스터(110)와 광경화성 패널(120) 사이에 유리(130)나 굴절률 정합제(예를 들어, Index Matching Liquid나 Index Matching Oil) 등 다양한 물질이 위치하도록 배치될 수도 있다. 도 2 내지 도 5를 참조하면 광경화성 패널(120)과 마스터(110)는 다양한 형태로 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에 따르면, 마스터(110)의 상단으로 참조광(RB)이 입사되는 경우, 광경화성 패널(120)은 마스터(110)의 하단에 밀착되어 배치될 수 있다. 도 4의 실시예에 따르면, 마스터(110)의 상단으로 참조광(RB)이 입사되는 경우, 광경화성 패널(120)은 마스터(110)의 상단에 배치되고, 마스터(110)와 광경화성 패널(120) 사이에 유리(130)가 밀착되어 배치될 수 있다. 도 5의 실시예에 따르면, 마스터(110)의 상단으로 참조광(RB)이 입사되는 경우, 광경화성 패널(120)은 마스터(110)의 하단에 배치되고, 마스터(110)와 광경화성 패널(120) 사이에 유리(130)가 밀착되어 배치될 수 있다.
마스터(110)는, 나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여, 격자 패턴에 대응하는 표면 요철 격자(Surface-Relief Grating, SRG)가 형성된 패널일 수 있다. 마스터(110)는, 나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여 제작된 패널이므로, 다수의 간섭 노광에 의하여 제작되는 홀로그래픽 광학 소자에 비하여, 정밀성, 균일성, 및 내구성이 큰 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 복제 방법은, 마스터(110)로 나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여 제작된 회절 광학 소자로 구성되므로, 종래의 홀로그래픽 광학 소자를 마스터(110)로 사용하는 복제 방법에 비하여 정밀성, 균일성, 및 내구성이 큰 장점이 있다. 또한, 나노 임프린팅 공정을 통하여 회절 광학 소자를 제작하는 경우, 회절 광학 소자의 피치를 용이하고 정밀하게 조절할 수 있다는 장점도 있어, 복제되기 원하는 격자 패턴을 갖는 마스터(110)를 보다 정밀하게 제작할 수 있다.
마스터(110)는, 표면에 격자 패턴에 대응하는 표면 요철 격자를 갖는 마스터(110) 몰드를 활용하여 마스터(110)의 소재 패널에 상기 격자 패턴을 전사하는 단계; 및 상기 격자 패턴이 전사된 소재 패널을 경화하는 단계를 통하여 제조된 것일 수 있다. 마스터(110) 몰드는 마스터(110)를 제작하기 위하여 마스터(110)에 형성되어야 하는 격자 패턴을 갖는 스탬프일 수 있다. 마스터(110)의 소재 패널은, 단일 소재로 구성된 패널일 수 있다. 예를 들어, 마스터(110)의 소재 패널은 쿼츠를 단일 소재로 구성된 패널일 수 있다.
마스터(110)의 소재 패널에 격자 패턴을 전사하는 단계에서는, 경사 식각에 의하여 상기 전사가 이루어지는 것일 수 있다. 이에 따라, 마스터(110)에는 격자 패턴에 대응하는 경사 식각이 구현될 수 있다. 격자 패턴이 전사된 소재 패널이 경화되면 복제에 사용될 마스터(110)의 제작이 완료된다. 이에 따라 제작된 마스터(110)는, 경사 식각이 구현된 단일 소재의 스탬프의 형태일 수 있다. 예를 들어, 마스터(110)는, 쿼츠 단일 소재의 패널에 표면 요철 격자가 경사 식각으로 구현된 것일 수 있다.
마스터(110)에는 경사 식각이 구현될 수 있다. 구체적으로, 마스터(110)에 구현된 경사 식각은, 마스터(110)에 의하여 발생하는 회절광 또는 반사광이 단일의 경사 방향으로 진행되도록 할 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자를 복제하는 경우, 참조광(RB)과 물체광(OB)의 간섭이 발생하여 형성되는 패턴이 광경화성 패널(120)에 기록되는데, 마스터(110)가 도 2 및 도 3의 실시예와 달리 경사 식각으로 구현되지 않는 경우, 마스터(110)에 입사한 참조광(RB)이 양쪽 방향으로 회절되어 포토폴리머에 세 방향의 광(마스터(110)를 투과하는 참조광(RB)과 양쪽으로 회절된 두방향의 광)에 의하여 간섭 패턴이 기록되므로 부정확한 복제가 진행될 수 있다. 마스터(110)에 경사 식각이 구현됨에 따라 마스터(110)에 입사한 참조광(RB)이 단일 방향으로만 회절되어 포토폴리머에 두방향의 광(마스터(110)를 투과하는 참조광(RB)과 한쪽 방향으로 회절된 회절광)에 의한 간섭 패턴이 기록되고, 정확한 복제가 진행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 경사 식각은 마스터(110)에 의하여 발생되는 물체광(OB)의 진행 방향이 단일 방향의 경사를 갖도록 하는 마스터(110)의 표면 요철 격자의 형태일 수 있다.
마스터(110)는, 격자 패턴에 대응하는 표면 요철 격자가 경사 식각으로 구현된 단일 소재의 스탬프일 수 있다. 즉, 마스터(110)는 나노임프린트 공정에 따른 최종적인 임프린트 샘플이 아니고, 경사 식각으로 표면 요철 격자가 구현된 스탬프일 수 있다. 최종 임프린트 샘플은 스탬프에 소프트 몰드 공정이 추가되어야 제작될 수 있으므로, 스탬프에 비하여 패턴이 전사(임프린트)되는 공정이 더 필요하다. 이 과정에서 마스터(110)로서의 품질이 저하될 가능성이 있고, 마스터(110) 제작에 소요되는 비용과 시간이 증가할 수 있다. 또한, 스탬프는 단일 기재로 구성되어 있는 반면에(예를 들어, 스탬프의 소재는 쿼츠(석영)일 수 있다.) 임프린트 샘플은 유리나 플라스틱 기재 위에 임프린트용 레지스트가 코팅된 상태이기 때문에 세척, 관리 및 취급 용이성이 떨어진다는 문제점도 있다. 이에 따라, 마스터(110)로서는 임프린트 샘플보다 쿼츠 스탬프가 더욱 바람직할 수 있다.
예를 들어, 마스터(110)의 구체적인 스펙은 아래와 같을 수 있다. 마스터(110)는 라인 패턴이 경사 식각으로 구현되고 쿼츠 단일로 구성된 스탬프일 수 있다. 이 때 쿼츠 소재의 굴절률은 1.46일 수 있다. 나노임프린트 공정으로 마스터(110)를 제작하는 경우, 마스터(110)의 피치 조절이 용이하다는 장점도 있다. 예를 들어, 참조광(RB)이 532nm 단일 파장의 레이저광인 경우 마스터(110)의 피치는 405nm로 조절될 수 있다.
도 1에 나타난 S20의 단계에서는, 광원으로부터 마스터(110) 및 광경화성 패널(120)을 항하여 참조광(RB)이 입사된다. 광원은 레이저 광원일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 광원은 가간섭성이 높은 광을 출력하는 것이 바람직하다. 이 경우 여러 광의 간섭 현상이 원활하게 발생할 수 있다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 참조광(RB)이 마스터(110)에 입사되는 것을 확인할 수 있다.
도 1에 나타난 S30의 단계에서는, 광원으로부터 조사된 참조광(RB)이 마스터(110)에 도달함에 따라, 마스터(110)에 의한 재생광(물체광(OB))이 발생한다. 마스터(110)에 참조광(RB)이 도달하는 경우, 마스터(110)에 구현된 경사 식각으로 인하여 재생광이 발생할 수 있다. 재생광은 마스터(110)에 도달한 일부 참조광(RB)이 반사되거나 회절되어 진행하는 광일 수 있다. 마스터(110)는, 단일의 경사 방향으로 진행하는 재생광을 생성한다. 이에 따라, 광경화성 패널(120)에 두방향의 광(마스터(110)를 투과하는 참조광(RB)과 한쪽 방향으로 회절된 회절광)에 의한 간섭 패턴이 기록되고, 정확한 복제가 진행될 수 있다. 도 2 및 도 3를 참조하면 마스터(110)에 의하여 재생광이 생성된 것을 확인할 수 있다. 이 실시예에서, 재생광은 마스터(110)에 구현된 경사 식각으로 인하여 단일의 경사 방향으로 진행한다. 마스터(110)를 투과하여 진행하는 투과광(RB2)은, 참조광(RB)과 동일한 방향으로 광경화성 패널(120)에 도달한다.
도 1에 나타난 S40의 단계에서는, 광원으로부터 조사된 참조광(RB)과 마스터(110)에 의하여 발생한 재생광(물체광(OB))의 간섭 무늬가 광경화성 패널(120)에 기록됨에 따라, 광경화성 패널(120)에 격자 패턴이 형성된다. 이때 형성된 격자 패턴은 마스터(110)에 형성된 격자 패턴이 복제된 것이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에 적용되는 기록 조건은 다음과 같을 수 있다. 참조광(RB)은 단일 파장의 레이저 광일 수 있다. 예를 들어, 참조광(RB)은 532nm 단일 파장(Green)의 레이저광일 수 있다. 참조광(RB)은 기 설정된 강도(intensity)로 기 설정된 노광 시간 동안 마스터(110)에 입사되는 것일 수 있다. 예를 들어, 참조광(RB)의 기 설정된 강도는 1mW/cm2이고, 기 설정된 노광 시간은 5, 10, 15, 20초 중 어느 하나일 수 있다. 이 때, 광경화성 패널(120)(포토폴리머)의 두께는, 8, 15, 30마이크로 미터 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 기록 조건에 따라 홀로그래픽 광학 소자를 복제한 결과는 도 6에 나타난다. 이에 대한 설명은 도 6에 대한 설명에서 후술한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 실시예에서, 복제되는 홀로그래픽 광학 소자는 반사형 홀로그래픽 광학 소자이다. 이 경우 마스터(110)는, 반사형 회절 광학 소자일 수 있다.
반사형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에서, 배치 단계는, 참조광(RB)을 입사하는 광원과 마스터(110) 사이에 광경화성 패널(120)을 배치하는 단계일 수 있다. 이 경우, 마스터(110)와 광경화성 패널(120) 사이에 굴절을 최소화하기 위한 유리(130)나 굴절률 정합제 등이 배치될 수 있다. 본 실시예에서 반사광은 물체광(OB)이다.
반사형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에서, 격자 형성 단계는, 마스터(110)에 의하여 반사되어 상기 광경화성 패널(120)에 도달하는 반사광(물체광(OB))과, 상기 마스터(110)보다 상기 광경화성 패널(120)에 먼저 도달하는 상기 참조광(RB)에 의하여 상기 격자 패턴이 형성되는 단계이다. 광원으로부터 조사되는 참조광(RB)은, 광경화성 패널(120)에 도달한다. 마스터(110)에 의하여 생성된 반사광(물체광(OB))은 경사 방향으로 광경화성 패널(120)에 도달한다. 광경화성 패널(120)에 도달한 참조광(RB)과 반사광(물체광(OB))은 간섭을 일으켜 그 간섭 무늬가 광경화성 패널(120)에 기록된다. 마스터(110)를 투과하는 투과광(RB2)은, 본 실시예에서 다른 효과를 발생시키지 않는다.
마스터(110)는, 반사광(물체광(OB))과 참조광(RB)의 BR(Beam Ratio)이 1:1이 되게 하는 회절효율을 갖을 수 있다. 이 경우, 마스터(110)의 회절효율을 최대값을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 실시예에서, 복제되는 홀로그래픽 광학 소자는 투과형 홀로그래픽 광학 소자이다. 이 경우 마스터(110)는, 투과형 회절 광학 소자일 수 있다.
투과형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에서, 배치 단계는, 참조광(RB)을 입사하는 광원과 상기 광경화성 패널(120) 사이에 상기 마스터(110)를 배치하는 단계이다. 이 경우, 마스터(110)와 광경화성 패널(120) 사이에 굴절을 최소화하기 위한 유리(130)나 굴절률 정합제 등이 배치될 수 있다. 본 실시예에서 물체광(OB)은 마스터(110)를 통과하면서 회절되어 경사 방향으로 진행하는 회절광이다.
투과형 홀로그래픽 광학 소자의 복제 방법에서, 격자 형성 단계는, 상기 마스터(110)를 통과하여 상기 광경화성 패널(120)에 도달하는 투과광(RB2)과, 상기 마스터(110)에 의하여 회절되어 상기 광경화성 패널(120)에 도달하는 회절광에 의하여 상기 격자 패턴이 형성되는 단계이다. 광원으로부터 조사되는 참조광(RB)은, 광경화성 패널(120)보다 마스터(110)에 먼저 도달한다. 이후 참조광(RB)과 동일한 방향으로 마스터(110)를 투과하는 투과광(RB2)과 마스터(110)에 의하여 회절되어 경사 방향으로 진행하는 회절광(물체광(OB))이 발생한다. 투과광(RB2)과 회절광(물체광(OB))은 광경화성 패널(120)에 도달한다. 광경화성 패널(120)에 도달한 투과광(RB2)과 회절광(물체광(OB))은 간섭을 일으켜 그 간섭 무늬가 광경화성 패널(120)에 기록된다.
마스터(110)는, 반사광(물체광(OB))과 참조광(RB)의 BR(Beam Ratio)이 1:1이 되게 하는 회절효율을 갖을 수 있다. 이 경우, 마스터(110)의 회절효율은 실험에 의하여 결정될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 마스터(110)와 복제된 홀로그래픽 광학 소자에 영상을 입사하는 상황을 나타내는 도면이다.
도 6의 실시예에서, 마스터(110)는, 1D 라인 패턴이 경사 식각으로 구현된 쿼츠 소재의 스탬프이다. 이 마스터(110)는, 투과형 홀로그래픽 광학 소자를 복제하기 위한 마스터(110)다. 포토폴리머의 두께는, 각 샘플마다 8, 15, 30 마이크로 미터이다. 노광 시간은 20초이다. 붉은 원 부분은 프로젝터의 영상이 각 광학 소자를 향하여 입사되기 시작하는 지점을 표시한 것이다.
도 6의 (a)는, 본 실시예의 마스터(110)로 사용된 퀴츠 스탬프 회절 광학 소자(DOE)에 프로젝터 영상의 광이 입사된 상황의 사진이다. 복제의 대상이 되는 마스터(110)는, 나노 임프린트 공정으로 제작되어 그 정밀도와 내구성이 가장 높고, 그 결과 입사된 광이 가장 선명하게 보임을 확인할 수 있다.
도 6의 (b) 내지 (d)는, 각각 본 발명에 따라 복제된 홀로그래픽 광학 소자에 동일한 프로젝터 영상의 광이 입사된 상황의 사진이고, 모든 케이스의 노광 시간은 20초이고, 각 케이스에서의 광경화성 패널(120)의 두께만 상이하다. 도 6의 (b)는, 본 발명에 따라 8 마이크로미터의 광경화성 패널(120)에 20초의 노광 시간을 통하여 마스터(110)의 격자 패턴을 복제한 결과물을 나타낸다. 도 6의 (c)는, 본 발명에 따라 15 마이크로미터의 광경화성 패널(120)에 20초의 노광 시간을 통하여 마스터(110)의 격자 패턴을 복제한 결과물을 나타낸다. 도 6의 (d)는, 본 발명에 따라 30 마이크로미터의 광경화성 패널(120)에 20초의 노광 시간을 통하여 마스터(110)의 격자 패턴을 복제한 결과물을 나타낸다. 본 결과에 따라, 노광 시간은 광경화성 패널(120)의 두께에 따라 적절한 시간으로 설정되어야 하고, 패널의 두께가 증가함에 따라 노광 시간도 증가해야 복제 품질이 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.
결과적으로, 도 6의 (a) 내지 (d)를 참고하면, 각각의 복제 샘플에 입사된 영상의 광이 마스터(110)(DOE 쿼츠 스탬프)와 같이 한 방향으로 도파되는 것을 확인할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
110 : 마스터
120 : 광경화성 패널
130 : 유리
RB : 참조광(또는 기준광)
RB2 : 투과광
OB : 물체광(또는 재생광)

Claims (12)

  1. 홀로그래픽 광학 소자(HOE, Holographic Optical Element)의 복제 방법에 있어서,
    상기 홀로그래픽 광학 소자를 구성하는 광경화성 패널과, 상기 광경화성 패널에 전사되는 격자 패턴을 갖는 회절 광학 소자(DOE, Diffractive Optical Element)로 구성된 마스터를 배치하는 배치 단계; 및
    참조광을 상기 마스터에 입사시켜 상기 광경화성 패널에 상기 격자 패턴을 형성시키는 격자 형성 단계를 포함하는 복제 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스터는,
    나노임프린팅 공정(Nanoimprint lithography, NIL)을 통하여, 상기 격자 패턴에 대응하는 표면 요철 격자(Surface-Relief Grating, SRG)가 형성된 패널인 복제 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스터는,
    표면에 상기 격자 패턴을 갖는 마스터 몰드를 활용하여, 상기 마스터의 소재 패널에 상기 격자 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 격자 패턴이 전사된 소재 패널을 경화하는 단계를 통하여 제조된 것인 복제 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 격자 패턴을 전사하는 단계에서는,
    경사 식각에 의하여 상기 전사가 이루어지는 것인 복제 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스터는,
    경사 식각이 구현되어, 상기 마스터에 의하여 발생하는 재생광이 단일의 경사 방향으로 진행되게 하는 스탬프인 복제 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스탬프는 쿼츠 단일 소재로 구현되는 복제 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 광학 소자는 반사형 홀로그래픽 광학 소자이고,
    상기 배치 단계는,
    상기 참조광을 입사하는 광원과 상기 마스터 사이에 상기 광경화성 패널을 배치하는 단계이고,
    상기 격자 형성 단계는,
    상기 마스터에 의하여 반사되어 상기 광경화성 패널에 도달하는 반사광과, 상기 마스터보다 상기 광경화성 패널에 먼저 도달하는 상기 참조광에 의하여 상기 격자 패턴이 형성되는 단계인 복제 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마스터는,
    상기 반사광과 상기 참조광의 BR(Beam Ratio)이 1:1이 되게 하는 회절효율을 갖는 복제 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 광학 소자는 투과형 홀로그래픽 광학 소자이고,
    상기 배치 단계는,
    상기 참조광을 입사하는 광원과 상기 광경화성 패널 사이에 상기 마스터를 배치하는 단계이고,
    상기 격자 형성 단계는,
    상기 마스터를 통과하여 상기 광경화성 패널에 도달하는 투과광과, 상기 마스터에 의하여 회절되어 상기 광경화성 패널에 도달하는 회절광에 의하여 상기 격자 패턴이 형성되는 단계인 복제 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스터는,
    상기 투과광과 상기 회절광의 BR(Beam Ratio)이 1:1이 되게 하는 회절효율을 갖는 복제 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 참조광은, 단일 파장의 레이저 광이고,
    상기 격자 형성 단계에서,
    상기 참조광은 기 설정된 강도(intensity)로 기 설정된 노광 시간 동안 상기 마스터에 입사되는 것인 복제 방법.
  12. 제1항의 복제 방법을 통하여 복제된 홀로그래픽 광학 소자.
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