KR20220155570A

KR20220155570A - 도광판, 및 ar 디스플레이

Info

Publication number: KR20220155570A
Application number: KR1020227031019A
Authority: KR
Inventors: 하루키 고시토우게; 가즈노리 우메다; 가즈히사 이와소; 아야카 오구리; 마사히코 오노; 유키오 가토; 마사키 스기하라; 고우지 시미즈
Original assignee: 미쯔비시 케미컬 주식회사
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-11-23
Also published as: JP2024052861A; EP4120005A4; US20230014434A1; CN115244449A; JPWO2021182598A1; TW202138873A; WO2021182598A1; EP4120005A1

Abstract

면적 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하인 수지 기재를 갖는, 도광판.

Description

도광판, 및 AR 디스플레이

본 발명은, 도광판, 및 이것을 사용한 AR 디스플레이에 관한 것이다.

본원은, 2020년 3월 13일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2020-044442호, 및 2020년 5월 28일에 일본에서 출원된 일본 특허출원 2020-093092호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

표시 장치에 있어서, 화상 표시용 도광판이 사용되는 경우가 있다. 예를 들어, VR (가상 현실) 기술, AR (확장 현실) 기술 또는 MR (복합 현실) 을 사용한 표시 장치에 있어서는, 홀로그램층이 투명 기재에 지지된 화상 표시용 도광판이나, 요철 형상의 회절 광학 패턴을 갖는 투명 기재로 구성되는 화상 표시용 도광판이 사용된다. 홀로그램층에는, 여러 가지 광학 기능, 예를 들어, 도파, 반사 및 회절의 기능을 갖는 홀로그램이 형성된다.

투명 기재로는, 유리 기재가 사용되는 경우가 많다. 그러나, 가공성, 경량성, 내구성 및 가반성의 관점에서, 투명 기재로서 수지 기재가 사용되는 것이 보다 바람직하다.

특허문헌 1 에는, 차재용 헤드 업 디스플레이에 사용되는 홀로그램 적층체가 개시되어 있다. 이 홀로그램 적층체는, 아크릴계 수지 기판, 아크릴계 접착제층, 아크릴계 포토폴리머로 이루어지는 홀로그램층, 아크릴계 접착제층 및 아크릴계 수지 기판이 이 순서로 적층되어 있다.

특허문헌 1 에는, 아크릴계 수지 기판의 표면 평활성에 의해, 홀로그램의 외관 변화가 발생하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1 에 의하면, 홀로그램 적층체의 표면 평활성을 나타내는 최대 높이 Rmax 가 50 ㎛ 를 초과하면, 홀로그램의 외관 변화가 현저해진다. 최대 높이 Rmax 가 25 ㎛ 미만인 경우, 홀로그램의 외관 변화는 허용 범위이다. 단, 특허문헌 1 에는, 최대 높이 Rmax 가 1 ㎛ 이하인 나노 오더의 표면 평활성의 필요성에 대해서는 특별히 기재되어 있지 않다. 특허문헌 1 에는, 나노 오더의 표면 평활성을 갖는 구체예도 전혀 기재되어 있지 않다.

특허문헌 2 에는, 제 1 광 입사부와 제 1 광 출사부를 구비한 제 1 도광체와, 상기 제 1 도광체의 상기 제 1 광 입사부에 형성되고, 입사광의 일부를 회절시켜 상기 제 1 도광체의 내부를 반사에 의해 도광시키는 제 1 회절 광학 소자와, 상기 제 1 도광체의 상기 제 1 광 입사부와 반대측의 면에 형성된 반사 부재를 갖고, 상기 반사 부재는, 상기 입사광 중 상기 제 1 회절 광학 소자에서 회절되지 않는 광의 적어도 일부가, 상기 반사 부재에서 반사된 후, 상기 제 1 회절 광학 소자에서 회절되고, 상기 제 1 도광체의 내부를 반사에 의해 도광하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스가 기재되어 있다 (청구항 1).

일본 공개특허공보 2000-296583호 일본 특허공보 제6232863호

그러나, 상기의 관련 기술에는, 이하의 문제가 있다.

특허문헌 1 에 기재된 홀로그램 적층체는, 주로 운전자가 보는 차재용의 헤드 업 디스플레이에 사용된다. 이 때문에, 표시 화상의 화질은, 특별히 고화질이 아니어도 된다. 그러나, 예를 들어, AR 또는 MR 에 사용하는 웨어러블 디스플레이 또는 헤드 마운트 디스플레이의 경우, 사용자의 전체 시야에 있어서 사실적인 화상이 표시되거나, 미세한 문자가 나타나거나 하는 경우가 많다. 이와 같은 용도에 있어서는, 가일층의 고화질화가 요구된다.

본 발명자의 검토에 의하면, 화상 표시용 도광판에 있어서 홀로그램층이 수지 기재에 끼여 있는 경우, 최대 높이 Rmax 가 25 ㎛ 미만이어도 화질 저하가 관찰되는 경우가 있다. 예를 들어, 압출 성형된 수지 기재의 표면에, 압출 롤러의 구동 기어의 맞물림 피치에 대응하는 피치의 굴곡 (기어 마크) 이 발생하고 있으면, 화상이 불선명한 지점이 발생하기 쉽다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 광학 디바이스에서는, 도광체는, 유리 또는 광 투과성의 수지 재료에 의해 형성된 판상의 부재 (도광판) 이다. 유리는 수지 재료에 비해, 경량성이 떨어지고, 내충격성이 낮고, 안전성이 떨어진다. 한편, 수지 재료는, 유리에 비해, 흡수 및 가열에 수반하는 치수 변화에 의해 치수 정밀도, 광학 특성 및 황변성이 떨어진다. 그 때문에, 특허문헌 2 에 기재된 도광판을 수지 재료에 의해 형성한 경우, 특히, 시인성에 개선의 여지가 확인되었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 선명한 화상을 표시할 수 있어 시인성이 우수한, 수지제의 화상 표시용 도광판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 예의 연구한 결과, 특정한 형상으로 성형된 수지 기재를 도광판으로서 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 예를 들어, 본 발명은 이하의 양태를 갖는다.

[1] 면적 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 0.2 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.2 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2 ㎛ 이상 1.2 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.2 ㎛ 이상 1.0 ㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.2 ㎛ 이상 0.8 ㎛ 이하인 수지 기재를 갖는 도광판.

[2] JIS K7209 : 2000 에 준거하여 측정되는 흡습에 의한 치수 변화율이 1.0 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.01 ∼ 1.0 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 0.02 ∼ 0.9 ％ 이고, 특히 바람직하게는 0.03 ∼ 0.8 ％ 인, [1] 에 기재된 도광판.

[3] JIS K6718-1 부속서 A 에 준거하여 측정되는 열 수축률이 3 ％ 이하이고, 0 ％ 이상 2.5 ％ 이하가 보다 바람직하고, 0 ％ 이상 2.0 ％ 이하가 더욱 바람직한, [1] 또는 [2] 에 기재된 도광판.

[4] 상기 수지 기재의 두께가 0.05 ∼ 2 ㎜ 이고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상 1.5 ㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상 1 ㎜ 이하인, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[5] 상기 수지 기재의 표면의 산술 평균 조도 Ra 가 10 ㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎚ 이상 8 ㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하이고, 특히 바람직하게는 1 ㎚ 이상 5 ㎚ 이하인 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[6] 상기 수지 기재의 굴절률이 1.48 이상이고, 바람직하게는 1.48 이상 2.00 이하이고, 보다 바람직하게는 1.48 이상 1.90 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.48 이상 1.80 이하인, [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[7] 상기 수지 기재가, 폴리(메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 고리형 폴리올레핀 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 포함하는, [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[8] 상기 수지 기재의 적어도 일방의 표면에 배리어층 또는 하드 코트층을 갖는, [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[9] 상기 수지 기재의 적어도 일방의 표면에 회절 광학 패턴을 갖고, 회절 광학 패턴의 최대 높이가 바람직하게는 0.05 ㎛ 이상 0.15 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 0.14 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상 0.13 ㎛ 이하인, [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[10] 도광판의 평면도는, 0.5 ∼ 500 ㎛ 가 바람직하고, 0.6 ∼ 450 ㎛ 가 보다 바람직하고, 0.7 ∼ 400 ㎛ 가 더욱 바람직한, [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[11] 상기 수지 기재의 유리 전이 온도 (Tg) 는, 50 ∼ 200 ℃ 가 바람직하고, 60 ∼ 190 ℃ 가 보다 바람직하고, 70 ∼ 180 ℃ 가 더욱 바람직한, [1] ∼ [10] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[12] 상기 수지 기재의 샤르피 충격 강도는, 0.5 ∼ 15 kJ/㎡ 가 바람직하고, 0.8 ∼ 14.5 kJ/㎡ 가 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 14.0 kJ/㎡ 가 더욱 바람직한, [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[13] 상기 수지 기재의 비중은, 1.0 ∼ 1.5 g/㎤ 가 바람직하고, 1.05 ∼ 1.45 g/㎤ 가 보다 바람직하고, 1.1 ∼ 1.4 g/㎤ 가 더욱 바람직한, [1] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[14] 상기 수지 기재의 광선 투과율은, 85 ％ 이상 100 ％ 이하가 바람직하고, 86 ％ 이상 100 ％ 이하가 보다 바람직하고, 87 ％ 이상 100 ％ 이하가 더욱 바람직한, [1] ∼ [13] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[15] 상기 수지 기재의 황색도 (YI) 는, 0 이상 5 이하가 바람직하고, 0 이상 4 이하가 보다 바람직하고, 0 이상 3 이하가 더욱 바람직한, [1] ∼ [14] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[16] 상기 수지 기재의 굴절률은, 1.2 ∼ 2.0 이 바람직하고, 1.3 ∼ 1.9 가 보다 바람직하고, 1.4 ∼ 1.8 이 더욱 바람직한, [1] ∼ [15] 중 어느 하나에 기재된 도광판.

[17] 리타데이션이, 1 ∼ 200 ㎚ 가 바람직하고, 3 ∼ 150 ㎚ 가 보다 바람직하고, 4 ∼ 100 ㎚ 가 더욱 바람직한, [1] ∼ [16] 에 기재된 도광판.

[18] [1] ∼ [17] 에 기재된 도광판을 갖는, AR 화상 표시용 도광판.

[19] [1] ∼ [18] 중 어느 하나에 기재된 도광판의 AR 화상 표시로의 사용.

[20] [1] ∼ [19] 중 어느 하나에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[21] 화상광 입사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 상기 화상광 입사면의 회절 광학 패턴의 선폭 (L_IN) 은, 100 ∼ 300 ㎚ 가 바람직하고, 120 ∼ 280 ㎚ 가 보다 바람직하고, 140 ∼ 260 ㎚ 가 더욱 바람직한, [20] 에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[22] 화상광 입사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 상기 화상광 입사면의 회절 광학 패턴의 높이 (H_IN) 는, 30 ∼ 150 ㎚ 가 바람직하고, 40 ∼ 140 ㎚ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 130 ㎚ 가 더욱 바람직한, [20] 또는 [21] 에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[23] 화상광 입사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 상기 화상광 입사면의 회절 광학 패턴의 높이 (H_IN) 와 선폭 (L_IN) 의 비의 값 (높이 (H_IN)/선폭 (L_IN)) 은, 0.1 ∼ 1.5 가 바람직하고, 0.14 ∼ 1.17 이 보다 바람직하고, 0.19 ∼ 0.93 이 더욱 바람직한, [20] ∼ [22] 중 어느 하나에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[24] 화상광 출사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 상기 화상광 출사면의 회절 광학 패턴의 선폭 (L_OUT) 은, 50 ∼ 250 ㎚ 가 바람직하고, 70 ∼ 230 ㎚ 가 보다 바람직하고, 90 ∼ 210 ㎚ 가 더욱 바람직한, [20] ∼ [23] 중 어느 하나에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[25] 화상광 출사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 화상광 출사면의 회절 광학 패턴의 높이 (H_OUT) 는, 30 ∼ 150 ㎚ 가 바람직하고, 40 ∼ 140 ㎚ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 130 ㎚ 가 더욱 바람직한, [20] ∼ [24] 중 어느 하나에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

[26] 화상광 출사면에 회절 광학 패턴을 갖고, 화상광 출사면의 회절 광학 패턴의 높이와 선폭의 비의 값 (높이 (H_OUT)/선폭 (L_OUT)) 은, 0.12 ∼ 3.0 이 바람직하고, 0.28 ∼ 2.00 이 보다 바람직하고, 0.24 ∼ 1.44 가 더욱 바람직한, [20] ∼ [25] 중 어느 하나에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.

본 발명에 의하면, 선명한 화상을 표시할 수 있어 시인성이 우수한, 수지제의 화상 표시용 도광판을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 도광판의 일례를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 도광판의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 도광판의 일례의 평면도이다.
도 4 는, 실시예에서 사용한 사출 성형용 금형의 입사광측 릴리프형 회절 소자 형성용 패턴의 일부를 나타내는 모식도이다.
도 5 는, 실시예에서 사용한 사출 성형용 금형의 출사광측 릴리프형 회절 소자 형성용 패턴의 일부를 나타내는 모식도이다.

본 발명의 도광판에 사용되는 수지 기재는, 면적 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하이다.

수지 기재는, 평판인 것이 바람직하다. 평판은 표면에 요철을 가져도 되고 갖지 않아도 된다. 평판이 표면에 요철을 갖는 경우, 오목부의 깊이 및 볼록부의 높이는, 30 ∼ 150 ㎚ 가 바람직하고, 40 ∼ 140 ㎚ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 130 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

이 평행도 P 는, 레이저 간섭계로 측정되는, 수지 기재의 측정면 (상면 또는 하면) 의 면적 50 × 100 ㎟ 당의 간섭 무늬의 수와, 1 간섭 무늬당의 두께의 변화량 Δd 의 곱으로서 구해지는 값이다. 간섭 무늬의 수는, 상기 레이저 간섭계로 측정된 간섭 이미지로부터, 성형품 중앙부에서 성형품의 상하 좌우의 단부까지의 4 방향에서 간섭 무늬의 수를 세고, 평균값을 간섭 무늬의 수로 한다. 이 Δd 는, 하기 식 (1) 에 의해 산출할 수 있다.

여기서, n 은 수지 기재의 굴절률이고, λ 는 632.8 ㎚ (He-Ne 레이저의 파장) 이다. 수지 기재의 굴절률은, 아베 굴절계를 사용하여 JIS K7142 에 기초하여, 23 ℃ 에서 589 ㎚ 의 D 선에 의해 측정하여 얻어지는 값이다.

또한, 측정하는 수지 기재의 면적이 50 × 100 ㎟ 미만인 경우에는, 간섭 무늬의 수를 50 × 100 ㎟ 당의 면적값으로 환산하여 평행도 P 를 구한다.

이 평행도 P 의 값은, 도광판으로서의 특성에 영향을 미칠 수 있는 레벨의 두께 변화의 빈도를 의미하고, 두께 변화도라고 바꿔 말할 수도 있다. 이 값이 작을수록 수지 기재의 상면 및 하면이 보다 평행에 가까움과 함께, 수지 기재의 두께의 정밀도가 높은 것으로 판단할 수 있다.

즉, 이 수지 기재의 평행도 P 를 5 ㎛ 이하로 함으로써, 이것을 사용한 도광판을 경유하는 화상을 선명하게 표시시킬 수 있다. 바람직하게는 4 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.2 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.8 ㎛ 이하이다.

한편, 수지 기재의 취급시의 변형이나 이물질의 부착 등에 의한 평행도 P 의 악화에서 기인하는, 도광판의 품질의 저하나 편차를 억제할 수 있는 점에서, 이 수지 기재의 평행도 P 를 0.2 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 도광판에 있어서는, 흡습률이 0.01 ∼ 1.0 ％ 의 범위인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02 ∼ 0.9 ％ 의 범위이고, 더욱 바람직하게는 0.03 ∼ 0.8 ％ 의 범위이다.

또, 본 발명의 도광판에 있어서는, 흡습에 의한 치수 변화율이 1.0 ％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01 ∼ 1.0 ％ 의 범위이고, 더욱 바람직하게는 0.02 ∼ 0.9 ％ 의 범위이고, 특히 바람직하게는 0.03 ∼ 0.8 ％ 의 범위이다.

이 흡습에 의한 치수 변화율이 1.0 ％ 이하임으로써, 본 발명의 도광판의 치수 정밀도가 보다 우수한 것이 되고, 도광판의 화상 표시 특성의 경시적인 변동을 억제할 수 있는 경향이 있다. 더욱 바람직하게는 0.9 ％ 이하이고, 특히 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다.

또, 흡습에 의한 치수 변화율을 0.01 ％ 이상으로 함으로써, 본 발명의 도광판을 과도하게 가공할 필요가 없어지기 때문에, 그 생산성을 향상시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.02 ％ 이상이고, 특히 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다.

광 투과성의 수지 재료이기도 한 본 발명의 도광판의 흡습률은, JIS K 7209 : 2000 에 준거하여, 시험편을 23 ℃ 의 증류수에 침지하고, 흡수에 의한 24 시간당의 중량 증가율을 산출하여 구해지는 값이다.

또, 광 투과성의 수지 재료이기도 한 본 발명의 도광판의 흡습에 의한 치수 변화율은, JIS K 7209 : 2000 에 준거하여, 시험편을 23 ℃ 의 증류수에 침지하고, 흡수에 의한 24 시간당의 중량 증가율을 수지 재료의 비중으로 나눔으로써 산출되는 값이다.

또한, 본 발명의 도광판에 있어서는, JIS K 6718-1 : 2015 의 부속서 A 에 준거하여 측정되는 열 수축률이, 3 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 이 도광판을 사용하여 형성되는, AR 또는 MR 등의 홀로그램을 이용한 표시 화상의 선명성이 양호해지는 경향이 있다. 이 열 수축률은, 2.5 ％ 이하가 보다 바람직하고, 2.0 ％ 이하가 더욱 바람직하다.

본 발명의 화상 표시용 도광판에 있어서는, 상기 수지 기재의 표면의 산술 평균 조도 Ra 가 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 이 도광판을 사용하여 형성되는, 표시 화상의 선명성이 보다 양호해지는 경향이 있다. 보다 바람직하게는 8 ㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 5 ㎚ 이하이다.

또, 본 발명의 화상 표시용 도광판에 있어서는, 상기 수지 기재의 표면의 산술 평균 조도 Ra 가 0.1 ㎚ 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 수지 기재의 취급시의 변형이나 이물질의 부착 등에 의한 평행도 P 의 악화에서 기인하는, 도광판의 품질의 저하나 편차를 억제할 수 있는 경향이 있다. 보다 바람직하게는 0.5 ㎚ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1 ㎚ 이상이다.

본 발명의 화상 표시용 도광판에 있어서는, 상기 수지 기재의 굴절률이 1.20 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 화상 표시용 도광판으로서 사용했을 때의 시인성이 양호해지는 경향이 있다. 보다 바람직하게는 1.30 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.40 이상이다. 또, 시야각을 확대시킬 수 있다는 관점에서는, 상기 수지 기재의 굴절률은 1.48 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.49 이상이다.

이 수지 기재의 굴절률은, 아베 굴절계를 사용하여 JIS K7142 에 기초하여, 23 ℃ 에서 589 ㎚ 의 D 선에 의해 측정하여 얻어지는 값이다.

또, 본 발명의 화상 표시용 도광판에 있어서는, 상기 수지 기재의 굴절률이 2.00 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 수지 기재를 극단적으로 얇게 하지 않고, 화상 표시용 도광판으로서 가공하기 쉬운 두께로 취급할 수 있다. 보다 바람직하게는 1.90 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.80 이하이다.

본 발명의 화상 표시용 도광판에 있어서, 상기 수지 기재에 사용할 수 있는 재료로는, 광 투과성의 수지 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 나일론, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 에틸렌비닐알코올 공중합체, 불소 수지 필름, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고리형 폴리올레핀, 셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리페닐렌술파이드, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리(메트)아크릴 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리아릴레이트, 폴리노르보르넨, 스티렌-이소부틸렌-스티렌 블록 공중합체 (SIBS), 알릴디글리콜카보네이트 등의 유기 재료를 들 수 있다. 폴리(메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 고리형 폴리올레핀 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 포함하는 것이 바람직하다.

이들 수지 재료는 공지된 방법에 의해 중합성 재료를 중합시킴으로써 얻을 수 있다. 중합성 재료는, 단량체, 중합 개시제, 유화제 등을 포함하는 것이 바람직하다. 단량체로서, 예를 들어 폴리(메트)아크릴 수지의 경우, (메트)아크릴산에스테르를 들 수 있고, 지방족 메타크릴레이트 (예를 들어, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산부틸), 지환식 메타크릴레이트 (예를 들어, 메타크릴산시클로헥실), 방향족 메타크릴레이트 (예를 들어, 메타크릴산페닐) 등등을 들 수 있다. 중합 개시제로는, 아조 중합 개시제, 유기 과산화물 등을 들 수 있다. 아조 중합 개시제로는, 2,2'-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴) 등을 들 수 있다. 유기 과산화물로는, t-헥실퍼옥시피발레이트 등을 들 수 있다. 유화제로는, 디옥틸술포숙신산나트륨 등을 들 수 있다.

상기 수지 기재의 투명성의 관점에서는, 폴리카보네이트 또는 폴리(메트)아크릴 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 수지 기재의 내약품성 및 가공성 등의 내프로세스성의 관점에서는, 폴리(메트)아크릴 수지, 에폭시 수지 또는 고리형 폴리올레핀을 사용하는 것이 바람직하지만, 그 중에서도 투명성 및 내프로세스성을 양립할 수 있는 점에서, 폴리(메트)아크릴 수지가 보다 바람직하다.

본 발명의 도광판에 홀로그램층을 채용하는 경우에 있어서는, 상기 수지 기재와 이 홀로그램층 사이에 배리어층을 도입할 수도 있다. 배리어층을 도입함으로써, 홀로그램층의 열화를 억제하여, 선명한 화상을 유지할 수 있다. 또, 본 발명의 도광판에 있어서는, 상기 수지 기재에 하드 코트층을 도입할 수도 있다. 하드 코트층을 도입함으로써, 상기 수지 기재의 표면의 흠집 발생을 억제하여 선명한 화상을 유지할 수 있다. 이들 배리어층, 하드 코트층은 어느 것, 또는 양방을 사용해도 된다. 도 2 에 있어서, 배리어층과 하드 코트층을 갖는 도광판의 단면도를 나타낸다. 도 2 에 있어서, 수지 기재 (1) 와 홀로그램층 (2) 사이에 배리어층 (3) 을 구비하고, 수지 기재 (1) 의 배리어층 (3) 측의 면과는 반대측의 면에 하드 코트층 (4) 을 구비한다.

배리어층의 재료로는, 예를 들어, 규소 산화물, 규소질소 산화물, DLC, 알루미늄 산화물 및 유리를 들 수 있지만, 산화아연, 산화안티몬, 산화인듐, 산화세륨, 산화칼슘, 산화카드뮴, 산화은, 산화금, 산화크롬, 산화규소, 산화코발트, 산화지르코늄, 산화주석, 산화티탄, 산화철, 산화구리, 산화니켈, 산화백금, 산화팔라듐, 산화비스무트, 산화마그네슘, 산화망간, 산화몰리브덴, 산화바나듐 또는 산화바륨 등의 산화물이어도 된다.

이 배리어층은, 층 두께가 10 ∼ 300 ㎚ 의 범위인 것이 바람직하고, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 또는 플라즈마 CVD 법 등의 방법에 의해 형성시킬 수 있다.

또, 하드 코트층의 재료로는, 예를 들어, 활성 에너지선의 조사에 의해 경화물을 형성하는 중합성 모노머 또는 중합성 올리고머 등을 포함하는 하드 코트제를 들 수 있다. 상기 중합성 모노머로는, 예를 들어, 분자 중에 라디칼 중합성 불포화기를 갖는 (메트)아크릴레이트 모노머를 들 수 있다. 상기 중합성 올리고머로는, 분자 중에 라디칼 중합성 불포화기를 갖는 (메트)아크릴레이트 올리고머를 들 수 있다.

이 하드 코트층은, 연필 경도 (JIS K 5600-5-4 : 1999) 가 H 이상, 층 두께가 1 ∼ 50 ㎛ 의 범위인 것이 바람직하다.

또, 이 하드 코트층은, 예를 들어, 상기와 같은 하드 코트제를 유연법, 롤러 코트법, 바 코트법, 분무 코트법, 에어 나이프 코트법, 디핑법 등의 도포법으로 수지 기재 상에 직접 도포하여, 얻어지는 도포막에 광 조사함으로써 형성시킬 수 있다.

상기 서술한 바와 같이 수지 기재의 표면에 배리어층이나 하드 코트층을 도입하는 경우에는, 도광판에 있어서도, 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 서술한 평행도 P 를 갖고 두께 정밀도가 우수한 수지 기재는, 예를 들어, 캐스트 방식을 사용하여 제조할 수 있다. 또, 수지 기재에 절삭 가공, 연마 가공, 프레스 성형과 같은 후가공을 함으로써 제조할 수도 있다.

상기 서술한 절삭 가공, 연마 가공, 프레스 성형과 같은 후가공은, 배리어층, 하드 코트층이 도입된 수지 기재에도 적응시킬 수 있다.

상기 캐스트 방식으로는, 유리 캐스트 방식이 사용되어도 된다. 상기 유리 캐스트 방식에서는, 표면이 평활한 유리판 사이에 상기 수지 기재의 원료가 부어 넣어진 후, 중합 공정이 실시됨으로써 상기 수지의 원료가 고화된다. 상기 수지 기재가 상기 유리 캐스트 방식에 의해 제조되는 경우, 유리 캐스트 방식에 사용하는 유리 (이하「캐스트용 유리」라고 하는 경우가 있다.) 의 표면 형상이 상기 수지 기재에 전사된다.

상기 캐스트용 유리는, 내부 변형이 작을수록 상기 수지 기재의 평행도 P 가 향상되는 경향이 있다. 예를 들어, 상기 캐스트용 유리로는, 강화 유리보다 비강화 유리 쪽이 바람직하다. 단, 강화 유리라도, 풍랭 강화 유리에 비해 변형이 적은 화학 강화 유리이면, 상기 수지 기재의 평행도 P 가 보다 향상되는 경향이 있다.

상기 캐스트용 유리의 두께는 두꺼울수록 상기 캐스트용 유리의 강성이 높아지고, 상기 수지 기재 제조시의 유리의 변형이 억제되므로, 상기 수지 기재의 평행도 P 를 향상시킬 수 있다.

상기 캐스트용 유리는 변형되기 어려울수록 상기 캐스트용 유리의 강성이 높아지고, 상기 수지 기재 제조시의 유리의 변형이 억제되므로, 상기 수지 기재의 평행도 P 를 향상시킬 수 있다. 예를 들어 비강화 유리보다 합성 석영 유리를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 캐스트 방식에 있어서의 중합 공정에 있어서, 경화 속도가 낮을수록 상기 캐스트의 표면 형상이 상기 수지 기재에 전사되기 쉬워지므로, 상기 수지 기재의 평면성 및 평활성을 향상시킬 수 있다.

상기 경화 속도를 저하시키는 수단으로는, 예를 들어, 중합 개시제의 양을 저감시키거나, 또는 중합 온도를 낮게 하는 등의 수단이 사용되어도 된다.

상기 캐스트에는 박리제를 사용할 수 있지만, 그 사용량은 적을수록 바람직하다. 이로써, 상기 캐스트의 표면 형상이 상기 수지 기재에 보다 전사되기 쉬워져, 상기 수지 기재의 평면성 및 평활성을 향상시킬 수 있다.

상기 캐스트 방식에 있어서의 중합 공정에서는, 기재 형성용의 모노머를 예비 중합시킴으로써, 상기 수지 기재의 평면성 및 평활성을 향상시킬 수 있다.

상기 캐스트 방식에 있어서의 중합 공정에서는, 기재 형성용의 모노머에 기재 형성용의 폴리머를 용해시킨 원료를 사용하여 캐스트 중합을 실시함으로써, 경화 수축이 작아지고, 상기 캐스트의 표면 형상이 상기 수지 기재에 전사되기 쉬워지므로, 상기 수지 기재의 평면성 및 평활성을 향상시킬 수 있다.

상기 캐스트 방식에 있어서는, 상기 서술한 각 기술은 2 이상 조합하여 사용되어도 된다. 이 경우, 각 기술의 상승 효과에 의해, 더욱 상기 수지 기재의 평행도 P 를 향상시킬 수 있다.

상기 수지 기재에 대한 절삭 가공, 연마 가공, 프레스 성형 등의 후가공은, 공지 기술 등을 적절히 선택하여 실시할 수 있다.

상기 수지 기재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 이 수지 기재의 두께는, 0.05 ∼ 2 ㎜ 인 것이 바람직하다.

수지 기재의 두께가 0.05 ㎜ 이상이면, 안정된 형상으로 유지하기 쉬워, 평행도 P 의 측정 오차를 작게 억제할 수 있는 경향이 있어 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상이다.

또, 수지 기재의 두께가 2 ㎜ 이하이면, 화상 표시용 도광판의 질량을 저감시켜 경량화할 수 있음과 함께, 수지 기재의 흡수에서 기인하는 변형이나 잔류 변형을 저감시킬 수 있는 경향이 있어 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.5 ㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1 ㎜ 이하이다.

수지 기재의 두께는, 23 ℃ 에서 마이크로미터에 의해 4 개 지점의 두께를 측정하고, 이들의 평균값을 산출하여 얻어지는 값이다.

수지 기재의 두께 공차는, ±0 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하고, ±0.001 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하다.

본 발명의 도광판에는, 광 투과성의 수지 기재의 적어도 일방의 표면에 회절 광학 패턴을 부여시킬 수도 있으며, 이로써 화상 표시용 도광판으로서 AR 디스플레이 등에 바람직하게 사용할 수 있다.

예를 들어, 수지 기재의 표면의 화상광 입사면 및 화상광 출사면에, 금형 상에 광학 설계된 회절 광학 패턴을 전사 부형함으로써, 릴리프형 회절 소자가 형성된 도광판을 얻을 수 있다.

이 회절 광학 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 회절 광학 패턴의 최대 높이를 0.15 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 회절 광학 패턴에 의한 상기 서술한 평행도 P 에 대한 영향이 저감되어, 선명한 화상을 표시할 수 있는 경향이 있다. 보다 바람직하게는 0.14 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.13 ㎛ 이하이다.

상기 서술한 바와 같이 수지 기재의 표면에 회절 광학 패턴을 부여시키는 경우에는, 도광판에 있어서도, 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이하에서는, 도면을 적절히 참조하면서, 릴리프형 회절 소자를 갖는, AR 디스플레이용의 도광판의 일례를 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 도광판의 일례를 나타내는 주요부 단면도이다. 도 1 에 나타내는 도광판 (20) 은, 수지 기재 (30c) 의 표면 (200) 의 화상광 입사면 (20a) 및 화상광 출사면 (20b) 에, 금형 상에 광학 설계된 회절 광학 패턴을 전사 부형함으로써 형성된 릴리프형 회절 소자 (입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a), 출사광측 릴리프형 회절 소자 (30b)) 를 갖는다.

도 3 은, 도 1 에 나타내는 화살표 A 에서 도광판 (20) 을 본 평면도이다.

도 1 및 도 3 에 나타내는 도광판 (20) 의 전체적인 외관은, 도면 중 YZ 면에 평행으로 연장되는 평판상의 부재인 수지 기재 (30c) 에 의해 형성되어 있다. 이 도광판 (20) 은, 광 투과성의 수지 재료에 의해 형성된 판상의 부재이고, 화상 형성부 (10) 에 대향 배치된 표면 (200), 표면 (200) 의 이측인 제 1 패널면 (201), 이면 (203) 의 이측이고, 제 1 패널면 (201) 과 대향하는 제 2 패널면 (202) 을 갖고, 표면 (200) 에 형성된 화상광 입사면 (20a) 을 통하여 화상광이 입사되고, 제 1 패널면 (201) 및 제 2 패널면 (202) 에 의해, 화상광 출사면 (20b) 에 도광한다.

도 1 에 나타내는 화상 형성부 (10) 는, 화상 표시 장치 (11) 와, 투사 광학계 (12) 를 갖는다. 화상 표시 장치 (11) 는, 예를 들어, 액정 표시 디바이스이고, 광원으로부터 적, 녹, 청의 3 색을 포함하는 광을 발생시키고, 광원으로부터의 광을 확산시켜 직사각형 단면의 광속으로 하여, 투사 광학계 (12) 를 향하여 출사한다. 한편, 투사 광학계 (12) 는, 예를 들어, 화상 표시 장치 (11) 상의 각 점으로부터 출사된 화상광을 평행 상태의 광속으로 변환하여, 도광판 (20) 에 입사시키는 콜리메이트 렌즈이다.

수지 기재 (30c) 도광판 (20) 은, YZ 면에 평행한 표면 (200) 상에, 화상 형성부 (10) 로부터의 화상광을 받아들이는 광 입사부인 화상광 입사면 (20a) 과, 화상광을 관찰자의 눈 (EY) 을 향하여 출사시키는 화상광 출사면 (20b) 을 갖고 있다. 화상광 입사면 (20a) 에는, 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 가 금형 상에 광학 설계된 회절 광학 패턴을 전사 부형함으로써 형성되고, 화상광 출사면 (20b) 에는, 화상광 출사면 (20b) 으로부터 외부를 향하여 출사된 화상광을 회절시켜 투과시키고, 허상광으로서 관찰자의 눈 (EY) 에 투사하는 출사광측 릴리프형 회절 소자 (30b) 가 금형 상에 광학 설계된 회절 광학 패턴을 전사 부형함으로써 형성되어 있다.

도 1 에서는, 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 와 출사광측 릴리프형 회절 소자 (30b) 는, 일례로서 격자 주기가 동일하게 되어 있다. 그러나, 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 와 출사광측 릴리프형 회절 소자 (30b) 의 격자 주기는 상이해도 된다.

수지 기재 (30c) 도광판 (20) 은, 서로 대향하여 YZ 면에 대해 평행으로 연장되는 제 1 패널면 (201) 및 제 2 패널면 (202) 을 갖고 있고, 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 에서 회절시킨 화상광을 수지 기재 (30c) 도광판 (20) 내에서 전반사시켜, 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 에서 회절시킨 화상광을 관찰자의 눈앞에 도광한다. 환언하면, 화상 형성부 (10) 로부터 출사된 광 (L1) 은, 화상광 입사면 (20a) 에 입사되어 입사광측 릴리프형 회절 소자 (30a) 에서 회절되고 (광 (L2)), 광 (L2) 은 제 2 패널면 (202) 에 입사되어 전반사되고 (광 (L3)), 이어서, 광 (L3) 은, 제 1 패널면 (201) 에 입사되어 전반사된다. 이하 이 동작이 반복됨으로써, 화상광은, 수지 기재 (30c) 도광판 (20) 의 화상광 출사면 (20b) 에 유도된다. 화상광 출사면 (20b) 에 유도된 화상광은, 출사광측 릴리프형 회절 소자 (30b) 에서 회절된 후, 관찰자의 눈 (EY) 을 향하여 출사된다 (광 (L4)).

또한, 제 1 패널면 (201) 및 제 2 패널면 (202) 에는 반사 코트를 실시하지 않고, 제 1 패널면 (201) 및 제 2 패널면 (202) 에 대해 외계측으로부터 입사되는 외계광이, 높은 투과율로 수지 기재 (30c) 도광판 (20) 을 통과하도록 해도 된다. 이로써, 도광판 (20) 을, 외계 이미지의 투시가 가능한 시스루 타입으로 할 수 있다.

도광판 (20) 은, 광 투과성의 수지 재료에 의해 형성된, 시인성이 우수한 AR 디스플레이용의 도광판이다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 광학 패턴의 선폭 (L_IN) 은, 100 ∼ 300 ㎚ 가 바람직하고, 120 ∼ 280 ㎚ 가 보다 바람직하고, 140 ∼ 260 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 광학 패턴의 높이 (H_IN) 는, 30 ∼ 150 ㎚ 가 바람직하고, 40 ∼ 140 ㎚ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 130 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 광학 패턴의 높이 (H_IN) 와 선폭 (L_IN) 의 비의 값 (높이 (H_IN)/선폭 (L_IN)) 은, 0.1 ∼ 1.5 가 바람직하고, 0.14 ∼ 1.17 이 보다 바람직하고, 0.19 ∼ 0.93 이 더욱 바람직하다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 격자 패턴의 선폭 (L_IN), 높이 (H_IN) 및 높이 (H_IN)/선폭 (L_IN) 이 상기 범위 내이면, 화상 형성부로부터 출사된 화상광이 화상 입사면 통과 후의 회절각이 소정의 범위 내가 되고, 회절광이 도광판 내를 전반사로 전파되어, 화상광 출사면에 도달하는 것이 가능해진다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 격자 패턴의 선폭 (L_IN) 및 높이 (H_IN) 는, 원자간력 현미경 (Nano-R, 퍼시픽 나노테크놀로지사 제조) 을 사용하여 측정하여 얻어지는 값이다.

화상광 입사면 (20a) 의 회절 격자 패턴의 높이 (H_IN) 와 선폭 (L_IN) 의 비의 값 (H_IN/L_IN) 은, 상기 서술한 방법에 의해 측정한 높이 (H_IN) 및 선폭 (L_IN) 으로부터 계산하여 구한 값이다.

화상광 출사면 (20b) 의 회절 광학 패턴의 선폭 (L_OUT) 은, 50 ∼ 250 ㎚ 가 바람직하고, 70 ∼ 230 ㎚ 가 보다 바람직하고, 90 ∼ 210 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

화상광 출사면 (20b) 의 회절 광학 패턴의 높이 (H_OUT) 는, 30 ∼ 150 ㎚ 가 바람직하고, 40 ∼ 140 ㎚ 가 보다 바람직하고, 50 ∼ 130 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

화상광 출사면 (20b) 의 회절 광학 패턴의 높이와 선폭의 비의 값 (높이 (H_OUT)/선폭 (L_OUT)) 은, 0.12 ∼ 3.0 이 바람직하고, 0.28 ∼ 2.00 이 보다 바람직하고, 0.24 ∼ 1.44 가 더욱 바람직하다.

화상광 출사면 (20b) 의 회절 격자 패턴의 선폭 (L_OUT), 높이 (H_OUT) 및 높이 (H_OUT)/선폭 (L_OUT) 이 상기 범위 내이면, 도광판 내에서 전파되어 온 화상광이 출사 면을 통과 후, 회절각이 소정의 범위 내가 되어, 화상의 흐려짐이나 고스트가 없어, 시인성이 우수한 화상이 관찰자에게 도달하는 것이 가능해진다.

화상광 출사면 (20b) 의 회절 격자 패턴의 선폭 (L_OUT), 높이 (H_OUT) 및 높이 (H_OUT)/선폭 (L_OUT) 은, 각각, 화상광 입사면 (20a) 의 회절 격자 패턴의 선폭 (L_IN), 높이 (H_IN) 및 높이 (H_IN)/선폭 (L_IN) 과 동일하게 하여 구한 값이다.

도광판 (20) 의 평면도는, 0.5 ∼ 500 ㎛ 가 바람직하고, 0.6 ∼ 450 ㎛ 가 보다 바람직하고, 0.7 ∼ 400 ㎛ 가 더욱 바람직하다.

도광판 (20) 의 평면도가 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 치수 정밀도가 보다 우수한 것이 된다.

도광판 (20) 의 평면도는, 화강암 정반에, 도광판 (20) 의 이면 (203) 을 아래로 하여 두고, 정반과 도광판 (20) 의 간극에 시크니스 게이지를 꽂아 측정하여 얻어지는 값이다.

도광판 (20) 의 평행도 P 는, 상기 서술한 바와 같이 5 ㎛ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.2 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 0.8 ㎛ 이하이다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 유리 전이 온도 (Tg) 는, 50 ∼ 200 ℃ 가 바람직하고, 60 ∼ 190 ℃ 가 보다 바람직하고, 70 ∼ 180 ℃ 가 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 유리 전이 온도 (Tg) 가 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 치수 정밀도가 보다 우수한 것이 된다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 유리 전이 온도 (Tg) 는, 시차 주사 열량계 (Diamond DSC, 퍼킨엘머 재팬사 제조) 를 사용한 시차 주사 열량 측정에 의해 측정하여 얻어지는 값이다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 샤르피 충격 강도는, 0.5 ∼ 15 kJ/㎡ 가 바람직하고, 0.8 ∼ 14.5 kJ/㎡ 가 보다 바람직하고, 1.0 ∼ 14.0 kJ/㎡ 가 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 샤르피 충격 강도가 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 안전성이 보다 우수한 것이 된다.

상기 광 투과성 수지 재료의 샤르피 충격 강도는, 만능 충격 시험기 (야스다 정기 제작소사 제조) 를 사용하여 JIS K 7111 : 2012 에 기초하여, 시험편에 노치를 부여하고, 진자로 시험편을 충돌시켰을 때의 충격 강도를 측정하여 얻어지는 값이다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 비중은, 1.0 ∼ 1.5 g/㎤ 가 바람직하고, 1.05 ∼ 1.45 g/㎤ 가 보다 바람직하고, 1.1 ∼ 1.4 g/㎤ 가 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 비중이 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 경량성이 보다 우수한 것이 된다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 비중은, JIS K 7112 : 1999 에 준거하여, 시험편을 밀도 구배관에 투입했을 때, 시험편이 부유하고 있는 눈금의 판독값이다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 광선 투과율은, 85 ％ 이상이 바람직하고, 86 ％ 이상이 보다 바람직하고, 87 ％ 이상이 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 황색도 (YI) 는, 5 이하가 바람직하고, 4 이하가 보다 바람직하고, 3 이하가 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 황변도 (ΔYI) 는, 5 이하가 바람직하고, 4 이하가 보다 바람직하고, 3 이하가 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 광선 투과율, 황색도 (YI) 및 황변도 (ΔYI) 가 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 투명성이나 시인성이 보다 우수한 것이 된다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 굴절률은, 1.2 ∼ 2.0 이 바람직하고, 1.3 ∼ 1.9 가 보다 바람직하고, 1.4 ∼ 1.8 이 더욱 바람직하다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 굴절률이 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 시인성이 보다 우수한 것이 된다.

상기 광 투과성의 수지 재료의 굴절률은, 아베 굴절계를 사용하여 JIS K7142 에 기초하여, 23 ℃ 에서 589 ㎚ 의 D 선에 의해 측정하여 얻어지는 값이다.

도광판 (20) 의 리타데이션은, 1 ∼ 200 ㎚ 가 바람직하고, 3 ∼ 150 ㎚ 가 보다 바람직하고, 4 ∼ 100 ㎚ 가 더욱 바람직하다.

도광판 (20) 의 리타데이션이 상기 범위 내이면, 본 발명의 도광판의 시인성이 보다 우수한 것이 된다.

도광판 (20) 의 두께 (d) 는, 23 ℃ 에서 마이크로미터에 의해 4 개 지점의 두께를 측정하고, 이들의 평균값을 산출하여 얻어지는 값이다.

도광판의 두께 공차는, ±0 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하고, ±0.001 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하가 바람직하다.

본 발명의 도광판은, 예를 들어, 입사광측 릴리프형 회절 소자 형성용의 회절 패턴 (도 4) 및 출사광측 릴리프형 회절 소자 형성용의 회절 패턴 (도 5) 을 구비한 사출 성형용의 형을 준비하고, 상기 서술한 광 투과성의 수지 재료를 사용하여 사출 성형을 실시함으로써 제조할 수도 있다.

구체적으로는, 하기 (1) ∼ (3) 의 제조 방법을 들 수 있다 :

(1) 중합 셀에 중합성 원료를 주입하는 것 (주입 공정), 중합성 원료를 경화시키는 것 (경화 공정), 및 중합 셀로부터 수지 기재를 박리하는 것 (박리 공정) 을 포함하는 도광판의 제조 방법 ;

(2) 수지판을 절삭 가공 및 연마 가공하는 것 (절삭·연마 공정) 을 포함하는 도광판의 제조 방법 ; 및

(3) 사출 성형용의 형을 사용하여, 수지 기재를 구성하는 수지 재료를 사출 성형하는 것 (사출 성형 공정) 을 포함하는 도광판의 제조 방법.

상기 (1) 의 제조 방법의 주입 공정에 있어서, 중합 셀로는, 공간부의 두께가 0.05 ㎜ 이상 4.0 ㎜ 이하, 공간부의 두께 공차가 ±0.0001 ㎜ 이상 ±0.2 ㎜ 이하인 중합 셀을 사용하는 것이 바람직하고, 공간부의 두께가 0.1 ㎜ 이상 3.8 ㎜ 이하, 두께 공차가 ±0.0001 ㎜ 이상 ±0.01 ㎜ 이하인 중합 셀을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

경화 공정에 있어서, 중합성 원료는, 열 중합, 광 중합 등에 의해 경화시킬 수 있다. 열 중합의 경우, 30 ℃ 이상 150 ℃ 이하에서, 5 분 이상 120 분 이하로 중합시키는 것이 바람직하고, 50 ℃ 이상 130 ℃ 이하에서, 10 분 이상 60 분 이하로 중합시키는 것이 보다 바람직하다. 광 중합의 경우, 200 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 파장의 광을, 조사 강도 10 ㎽㎝^-2 이상 1000 ㎽㎝^-2 이하, 조사 시간 1 초 이상 100 초 이하로 중합시키는 것이 바람직하고, 200 ㎚ 이상 500 ㎚ 이하의 파장의 광을, 조사 강도 50 ㎽㎝^-2 이상 500 ㎽㎝^-2 이하, 조사 시간 2 초 이상 20 초 이하로 중합시키는 것이 바람직하다.

박리 공정에 있어서, 경화 공정 후, 중합 셀을 실온까지 냉각시키고 나서 박리하는 것이 바람직하다.

상기 (2) 의 제조 방법의 절삭·연마 공정에 있어서, 사용하는 수지판은 시판품이어도 되지만, 그 중에서도 연속 캐스트 아크릴판이 바람직하다. 절삭하는 방법으로는, NC 가공, 지석 가공, 래핑 가공 등이 바람직하다. 연마하는 방법으로는, 버프 연마, 화학 연마, 전해 연마, 화학 기계 연마 (CMP 연마) 등이 바람직하다. 이 중에서도, 화학 기계 연마 (CMP 연마) 는, 수지 기재의 평행도 P 나 표면 조도를 보다 단시간에 저감시킬 수 있는 경향이 있어 특히 바람직하다.

이 화학 기계 연마는, 연마재 (지립) 가 갖는 표면 화학 작용이나, 이것을 포함하는 슬러리액 중의 화학 성분의 작용에 의해, 연마재와 연마 대상물의 상대 운동에 의한 기계적 연마 (표면 제거) 효과를 증대시키는 연마 방법이다.

화학 기계 연마로는, 예를 들어, 연마 패드를 첩부한 상하 정반 사이에 수지판이 장착된 캐리어를 일정 압력으로 끼우고, 상기 상하 정반을 40 ℃ 이하로 유지하도록 온도 제어한 상태에서, 상기 캐리어를 자전·공전시키면서 상기 상하 정반과 상기 캐리어 사이에 연마재를 포함한 슬러리액을 송액하고, 동시에 상하 정반을 일정 속도로 회전시키는 공정을 채용할 수 있다.

이 화학 기계 연마의 조건은, 상기 서술한 평행도 P 를 갖는 수지 기재가 얻어지는 조건을 적절히 선택할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 연마 패드나 슬러리액에 대해서도, 공지된 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

상기 (3) 의 제조 방법의 사출 성형 공정에 있어서, 금형 상에 광학 설계된 회절 광학 패턴의 전사성을 높이기 위해, 사출 성형 재료의 표준 성형 조건에 대해, 실린더 온도는 높게, 사출 속도는 빠르게, 금형 온도는 높게 실시하는 것이 바람직하다. 또, 평행도 P 를 작게 하기 위해, 금형 온도 분포를 균일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 사출 압축 성형을 실시하는 것이 보다 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 후술하는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 한, 여러 가지 변경이 가능하다.

[실시형태의 실시예 및 비교예 (실시예 1 ∼ 4, 비교예 1 ∼ 2)]

이하, 실시형태의 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.

하기 표 1 에 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2 에 사용하는 수지 기재의 구성 및 평가 결과를 나타낸다.

고정밀도 석영…두께 10 ㎜, 판 두께 공차 ±0.001 ㎜

통상 유리…두께 6 ㎜, 판 두께 공차 ±0.3 ㎜

아크릴라이트 L 은, 미츠비시 케미컬 주식회사의 일본에서의 등록상표.

＜실시예＞

이하 실시예는, 화상 표시용 도광판의 제조에 대응하는 실시예이다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 수지 기재의 재료로는, 아크릴 수지 (PMMA, 굴절률 1.49) 와 광 경화성 수지 (OGSOL EA-F5710, 오사카 가스 케미컬 주식회사 제조, 굴절률 1.62) 를 사용하였다. 수지 기재의 판 두께는 1 ㎜ 또는 1.5 ㎜ 였다.

(실시예 1)

실시예 1 의 수지 기재는, 이하와 같이 하여 제조하였다.

냉각관, 온도계 및 교반기를 구비하는 반응기 (중합 가마) 에, MMA (메타크릴산메틸) 100 부를 투입하고, 교반하였다. 질소 가스로 버블링한 후, 가열을 개시하였다. 내온이 80 ℃ 가 된 시점에서, 라디칼 중합 개시제인 2,2'-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴) 0.05 부를 첨가하였다. 추가로 내온 100 ℃ 까지 가열한 후, 10 분간 유지하였다. 그 후, 반응기를 실온까지 냉각시켜, MMA 가 부분적으로 중합된 점성 혼합물인 시럽을 얻었다. 시럽의 중합률은 약 20 질량％ 였다.

이 후, 시럽 100 부에 t-헥실퍼옥시피발레이트 0.2 부, 디옥틸술포숙신산나트륨 0.01 부를 첨가하고, 실온하에서 완전히 용해시켜, 중합성 원료를 형성하였다.

감압하에서, 중합성 원료 중의 용존 공기를 제거한 후, 경면 마무리된 두께 10 ㎜, 두께 공차 ±0.001 ㎜ 의 합성 석영 유리제의 1 쌍의 중합 셀에 원료를 주입하였다.

중합성 원료를 주입한 중합 셀을, 80 ℃ 의 온수욕에서 60 분 유지한 후 꺼내고, 130 ℃ 의 오븐에서 30 분 가열하여 시럽을 완전히 경화시켰다. 중합 셀이 실온까지 냉각된 후, 석영 유리를 박리하여 수지 기재를 얻었다.

(실시예 2)

실시예 2 의 수지 기재의 제조 조건은, 중합성 원료를 주입한 중합 셀을, 80 ℃ 의 온수욕에서 30 분 유지한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하였다.

(실시예 3)

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 3 은, 비교예 2 와 동등한 두께 1.5 ㎜ 의 연속 캐스트 아크릴판 (폴리메틸메타크릴레이트) 인 아크릴라이트 L (등록상표) 을, 화학 기계 연마에 의해 두께 1 ㎜ 로 가공한 것을 사용하였다.

(실시예 4)

m-페녹시벤질아크릴레이트 유래의 구성 단위와, 플루오렌 구조를 갖는 광 경화성 수지인 OGSOL EA-F5710 (오사카 가스 케미컬 주식회사 제조) 100 부에 대해, 광 중합 개시제로서 Omnirad184 및 Omnirad.TPO 를 각각 1 부, 0.1 부 첨가한 중합성 원료를 제조하였다. 이어서, 석영 유리 1 쌍의 중합 셀에 상기 중합성 원료를 주입하고, 고압 수은등 램프를 50 ㎽/㎠ 의 조도로 1000 mJ/㎠ 의 노광량으로 광 중합시킴으로써 두께 2.0 ㎜ 의 수지 기재를 얻었다. 또한, 이 수지 기재를 화학 기계 연마에 의해 두께 1 ㎜ 로 가공하였다.

(비교예 1)

표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 1 은 중합 셀에 두께 6 ㎜, 두께 공차 ±0.3 ㎜ 의 강화 유리를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하였다.

(비교예 2)

표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예 2 에 있어서의 수지 기재는, 두께 1.5 ㎜ 의 연속 캐스트 아크릴판인 아크릴라이트 L (등록상표, 미츠비시 케미컬 주식회사 제조) 을 사용하였다.

＜평가 방법＞

다음으로, 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2 의 평가 방법에 대해 설명한다.

(평행도 P)

수지 기재의 평행도 P 는, 레이저 Fizeau 식 간섭계 (제품명 : 레이저 간섭계 G102, Fujifilm 사 제조) 를 사용하여, 광원 파장 632.8 ㎚ 의 He-Ne 레이저를 사용하여 측정되는 간섭 무늬의 수와 1 간섭 무늬당의 두께의 변화량 Δd 의 곱으로서 산출하였다.

1 간섭 무늬의 두께 변화량 Δd 는, 수지 기재의 굴절률 n, 레이저 파장 λ 로 하여, 하기 식 (1) 에 의해 산출되는 값이고, 예를 들어, 수지 기재가 아크릴 수지 (폴리메틸메타크릴레이트, n = 1.49) 인 경우에는, Δd 는 0.212 ㎛ 가 된다.

이 평행도 P 의 측정 샘플로는, 폭 50 ㎜, 길이 100 ㎜, 두께 1.0 ㎜ 또는 1.5 ㎜ 의 평판상의 수지판을 사용하였다.

측정으로 얻어지는 간섭 패턴은 전하 결합 디바이스 (CCD) 카메라로 기록하고, 디지털로 보존하였다. 이어서, 측정면의 면적 50 × 100 ㎟ 당의 간섭 무늬의 수와 Δd 의 곱으로부터 평행도 P 를 산출하였다. 간섭 무늬의 수는, 상기 레이저 간섭계로 측정된 간섭 이미지로부터, 성형품 중앙부에서 성형품의 상하 좌우의 단부까지의 4 방향에서 간섭 무늬의 수를 세고, 평균값을 간섭 무늬의 수로 하였다.

(흡습에 의한 치수 변화율)

JIS K 7209 : 2000 에 준거하여, 시험편을 23 ℃ 의 증류수에 침지하고, 흡수에 의한 24 시간당의 중량 증가율을 수지 재료의 비중으로 나눔으로써 산출하였다.

(열 수축률)

JIS K 6718 : 2015 의 부속서 A「가열시의 치수 변화 (수축) 의 측정」에 준거하는 치수 변화 (수축) 를 측정함으로써 산출하였다.

(Ra)

Ra 의 평가에서는, 각 평가 샘플의 표면의 산술 평균 조도 Ra 를 측정하였다. 측정 장치로는, 백색 간섭형 표면 형상 측정기 Zygo NewView (등록상표) 6300 (상품명 ; Zygo Corporation 사 제조) 을 사용하였다. 대물 렌즈의 배율은 2.5 배로 하였다. 관찰 범위는, 2.8 ㎜ × 2.1 ㎜ 의 직사각형상의 범위로 하였다.

(광선 투과율)

HAZE 미터 NDH-5000 (닛폰 전색 공업 제조) 으로, 전광선 투과율을 측정하였다. 얻어진 전광선 투과율이 높을수록 투명성이 우수한 것을 나타낸다.

(황변도 ΔYI)

S&M 컬러 컴퓨터 SM-T 형 (스가 시험기사 제조) 으로, 황변도 ΔYI 를 측정하였다. 얻어진 황변도 ΔYI 값이 낮을수록 투명성이 우수한 것을 나타낸다.

(리타데이션)

23 ℃ 또한 상대 습도 55 ％ 에서 2 시간 이상 정치 (靜置) 한 샘플을 복굴절 측정 장치 KOBRA-WR (오지 계측기 (주) 제조) 을 사용하여 파장 550 ㎚ 에 있어서의 리타데이션값을 측정하였다. 얻어진 리타데이션값이 낮을수록 복굴절이 낮고, 후술하는 표시 화상의 선명성이 우수하다.

(표시 화상의 선명성)

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2 의 화상 표시용 도광판을 화상 표시 장치에 장착하였다. 화상 표시 장치에는, 표시를 실시하는 화상광을 화상 표시용 도광판의 입사부에 입사하는 광학계, 구동 전원, 및 화상광을 얻기 위한 화상 정보 등을 공급하는 회로 시스템이 형성되어 있었다.

평가에 사용하는 입력 화상으로는, 백색 화상과 문자 표시 화상을 사용하였다.

평가는, 백색 화상과 문자 표시 화상의, 보이는 방식을 육안으로 판정함으로써 실시하였다. 문자 화상으로는, 크기 10 ㎜ × 100 ㎜ 이내의「ABCDE」가 표시되도록 하였다.

백색 화상에 있어서 무지개색이 보이지 않고, 문자 표시 화상에 있어서, 문자가 매우 명확하게 보이는 경우, 특히 양호함 (very good, 표 1 에서는「S」로 기재) 으로 판정한다.

백색 화상에 있어서 무지개색이 보이지 않고, 문자 표시 화상에 있어서, 문자가 명확하게 보이는 경우, 양호함 (good, 표 1 에서는「A」로 기재) 으로 판정한다.

백색 화상에 있어서 약간 무지개색이 보이지만, 문자 표시 화상에 있어서, 문자가 명확하게 보이는 경우, 좋음 (fair, 표 1 에서는「B」로 기재) 으로 판정한다.

백색 화상에 있어서 적어도 일부에 무지개색이 보이고, 또한 문자 표시 화상에 있어서, 문자의 윤곽이 희미하게 보이는 경우, 좋지 않음 (no good, 표 1 에서는「C」로 기재) 으로 판정한다.

＜평가 결과＞

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 ∼ 4 의 평행도 P 는, 각각, 3.7 ㎛, 4.9 ㎛, 0.5 ㎛, 0.8 ㎛ 였다. 실시예 2 는 실시예 1 에 비해 평행도 P 가 저하되어 있었다. 이 이유는, 실시예 2 는 중합 셀의 유지 시간이 실시예 1 에 비해 짧기 때문에, 미중합의 시럽이 많이 잔존, 다음의 오븐 중에서 급속히 중합됨으로써, 표면의 반응 균일성이 저하됐기 때문인 것으로 생각된다. 실시예 1 ∼ 4 의 평행도 P 는 모두 5 ㎛ 미만이고, 표시 화상의 선명성이 우수하였다. 이에 반해, 비교예 1 ∼ 2 의 평행도 P 는, 모두 30 ㎛ 를 초과하고 있고, 표시 화상의 선명성이 떨어졌다.

이 이유는, 각 실시예의 수지 기재가 캐스트법, 또는 연마에 의해 제조됐기 때문인 것으로 생각된다. 캐스트법에서는, 각 실시예의 수지 기재의 원료의 표면에, 예를 들어, 중합 셀에 사용한 석영 유리의 표면 형상이 전사된다. 이 때, 수지 기재의 표면의 평면성이 석영 유리의 평면성과 동등해짐으로써, 수지 기재의 양호한 두께 정밀도를 얻을 수 있었다. 또, 연마에 의해, 수지 기재의 매우 높은 두께 정밀도를 얻을 수 있었다.

이에 반해, 비교예 1 ∼ 2 에 있어서는, 강화 유리, 또는 제조시의 주형의 표면 형상이 전사됐기 때문에, 충분한 평행도 P 가 얻어지지 않은 것으로 생각된다.

실시예 1 ∼ 4 의 산술 평균 조도 Ra 는, 각각, 3.2 ㎚, 2.3 ㎚, 1.7 ㎚, 2.0 ㎚ 로, 모두 10 ㎚ 미만이었다. 이에 반해, 비교예 1 ∼ 2 의 Ra 는, 각각, 1.2 ㎚, 4.9 ㎚ 로, 모두 10 ㎚ 미만이었다. 이 때문에, Ra 로 나타내는 평활성에 관해서는, 실시예 1 ∼ 4 는, 비교예 1 ∼ 2 에 비해 큰 차는 없었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태, 및 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태, 및 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경이 가능하다.

또, 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지 않고, 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

본 발명의 수지제의 도광판은, 선명한 화상을 표시할 수 있고, 예를 들어, AR 또는 MR 에 사용하는 웨어러블 디스플레이 또는 헤드 마운트 디스플레이 등의 표시 장치 용도에 유용하다.

1 : 수지 기재
2 : 홀로그램층
3 : 배리어층
4 : 하드 코트층
10 : 화상 형성부
11 : 화상 표시 장치
12 : 투사 광학계
20 : 도광판
20a : 화상광 입사면
20b : 화상광 출사면
30a : 입사광측 릴리프형 회절 소자
30b : 출사광측 릴리프형 회절 소자
30c : 수지 기재
200 : 표면
201 : 제 1 패널면
202 : 제 2 패널면
203 : 이면
EY : 관찰자의 눈
L1, L2, L3, L4 : 광

Claims

면적 50 × 100 ㎟ 당의 평행도 P 가 5 ㎛ 이하인 수지 기재를 갖는 도광판.
제 1 항에 있어서,
JIS K7209 : 2000 에 준거하여 측정되는 흡습에 의한 치수 변화율이 1.0 ％ 이하인, 도광판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
JIS K6718-1 부속서 A 에 준거하여 측정되는 열 수축률이 3 ％ 이하인, 도광판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 기재의 두께가 0.05 ∼ 2 ㎜ 인, 도광판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 기재의 표면의 산술 평균 조도 Ra 가 10 ㎚ 이하인, 도광판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 기재의 굴절률이 1.48 이상인, 도광판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 기재가, 폴리(메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 고리형 폴리올레핀 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 수지를 포함하는, 도광판.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 기재의 적어도 일방의 표면에 배리어층 또는 하드 코트층을 갖는, 도광판.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 도광판을 갖는, AR 화상 표시용 도광판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 도광판의 AR 화상 표시로의 사용.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 도광판을 구비한 AR 디스플레이.