KR20240070107A - Ar 및 vr 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 웨이브가이드 광학 소자를 저가의 공정 단가와 빠른 생산 속도로 생산할 수 있는, 나노임프린트 공정과 나노전사공정을 이용한, 미세 경사 구조체 제조 방법에 관한 것으로서, 스탬프 돌출부들과 스탬프 홈부들이 배열된 스탬프 요철면이 형성된 스탬프를 준비하는 단계; 스탬프 요철면 상에 미세구조체를 증착하는 단계; 고분자 물질로 형성된 고분자 기판을 준비하는 단계; 스탬프에 증착된 미세구조체가 고분자 기판과 접촉하는 단계; 고분자 기판을 유리전이온도 이상으로 가열시키는 단계; 고분자 기판 방향으로 스탬프에 압력을 가하여 미세구조체의 일부가 고분자 기판에 묻히도록 하는 단계; 및 고분자 기판에 가해진 열을 제거하고, 스탬프를 고분자 기판으로부터 이격시킴으로써 미세구조체를 고분자 기판에 고정된 상태로 남기는 단계를 포함하되, 미세구조체는 스탬프 돌출부의 단면 중심선을 기준으로 비대칭 형상으로 증착될 수 있다.
Description
본 발명은 AR 및 VR 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 웨이브가이드 광학 소자를 저가의 공정 단가와 빠른 생산 속도로 생산할 수 있는, 나노임프린트 공정과 나노전사공정을 이용한, 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체에 관한 것이다.
AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해서는, 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 웨이브가이드(waveguide) 광학 소자가 필요하다.
이렇게 입사광의 경로를 회절 시키기 위해서는 프리즘과 같은 형태의 나노/마이크로 단위의 미세구조체가 필요하지만, 종래의 제조 방법에서는 경사 에칭 등과 같이 단가가 높은 공정을 사용할 수 밖에 없으며, 특히 에칭 공정의 균일성(uniformity) 유지의 어려움으로 인해 대면적 기판의 제작은 쉽지 않다는 문제점이 존재한다.
많은 발명가들이 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구를 해오고 있으나, 아직까지 만족스러운 결과를 얻지 못하고 있는 것이 현실이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른, AR 및 VR 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체가 이루고자 하는 기술적 과제는, AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 웨이브가이드 광학 소자의 공정 단가를 획기적으로 낮추고, 대면적 기판의 생산이 가능하도록 양산 수준의 빠른 생산 속도를 확보할 수 있는 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른, AR 및 VR 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 미세구조체 전사방법은, 스탬프 돌출부들과 스탬프 홈부들이 배열된 스탬프 요철면이 형성된 스탬프를 준비하는 단계; 스탬프 요철면 상에 미세구조체를 증착하는 단계; 고분자 물질로 형성된 고분자 기판을 준비하는 단계; 스탬프에 증착된 미세구조체가 고분자 기판과 접촉하는 단계; 고분자 기판을 유리전이온도 이상으로 가열시키는 단계; 고분자 기판 방향으로 스탬프에 압력을 가하여 미세구조체의 일부가 고분자 기판에 묻히도록 하는 단계; 및 고분자 기판에 가해진 열을 제거하고, 스탬프를 고분자 기판으로부터 이격시킴으로써 미세구조체를 고분자 기판에 고정된 상태로 남기는 단계를 포함하되, 미세구조체는 스탬프 돌출부의 단면 중심선을 기준으로 비대칭 형상으로 증착될 수 있다.
미세구조체는 스탬프 요철면에 대하여 경사를 가지고 증착이 될 수 있다.
미세구조체는 스탬프 돌출부의 제 1 측면을 제외한, 스탬프 돌출부의 제 2 측면 및 상면에 증착이 될 수 있다.
스탬프 돌출부의 제 2 측면에 증착된 미세구조체 부분은 스탬프 돌출부의 상면을 향해 경사면을 형성할 수 있다.
유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판에 스탬프가 압력을 가할 때, 스탬프 돌출부의 상면에 증착된 미세구조체 부분이 고분자 기판에 묻힐 때까지 압력을 가할 수 있다.
스탬프 돌출부의 제 2 측면에 증착된 미세구조체 부분의 적어도 일부는 고분자 기판에 묻히지 않도록 할 수 있다.
스탬프를 준비하는 단계는, 스탬프 돌출부들에 대응되는 마스터 홈부들과 스탬프 홈부들에 대응되는 마스터 돌출부들이 형성된 마스터 요철면이 형성된 마스터를 준비하는 단계; 마스터 요철면 상에 UV 레진을 도포하고 UV 경화시켜 스탬프를 형성하는 단계; 및 스탬프를 마스터로부터 이격시켜 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
미세구조체는 입사광의 경로를 변경시키기 위한 고굴절률의 재료로 이루어질 수 있으며, 고분자 기판은 PMMA 또는 PET 필름일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 미세구조체는 상기 방법에 의해 형성된 미세구조체일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체가 형성된 기판은, 스탬프의 스탬프 돌출부들 상에 경사 증착된 미세구조체의 일부가 유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판에 묻힌 후에 유리전이온도 아래로 냉각되며 고분자 기판에 고정될 수 있다.
미세구조체는 고분자 기판의 표면 상에 비대칭 형상으로 돌출될 수 있으며, 미세구조체는 경사면을 가질 수 있다.
미세구조체는 입사광의 경로를 변경시키기 위한 고굴절률의 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른, AR 및 VR 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체는, AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 웨이브가이드 광학 소자의 공정 단가를 획기적으로 낮추고, 대면적 기판의 생산이 가능하도록 양산 수준의 빠른 생산 속도를 확보할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른, AR 및 VR 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법에 의해 경사 증착된 미세구조체를 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체가 형성된 기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체를 촬영한 사진이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법에 의해 경사 증착된 미세구조체를 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체가 형성된 기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체를 촬영한 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 '~부'로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들을 차례로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법의 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법에 의해 경사 증착된 미세구조체를 촬영한 사진이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체가 형성된 기판을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체를 촬영한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체 제조 방법은 하기의 단계들을 포함할 수 있다.
먼저, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 마스터(140)를 준비하는 단계가 수행될 수 있다(S110). 마스터(140)는 마스터 홈부(141)들과 마스터 돌출부(142)들이 형성된 마스터 요철면(143)이 형성된 부재이며, 후술할 스탬프(110)와의 관계에서, 마스터 홈부(141)들은 스탬프 돌출부(111)들에 대응되고, 마스터 돌출부(142)들은 스탬프 홈부(112)들에 대응된다. 마스터(140)는 실리콘 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 마스터 요철면(143) 상에 UV 레진(150)을 도포하고 UV를 조사하여 경화시킴으로써 스탬프(110)를 형성하는 단계가 수행될 수 있다(S120).
다음으로, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 경화된 스탬프(110)를 마스터(140) 반대 방향으로 이동시킴으로써 마스터(140)로부터 스탬프(110)를 분리하는 단계가 수행될 수 있다(S130). 이로 인해, 스탬프(110)에는 스탬프 돌출부(111)들과 스탬프 홈부(112)들이 배열된 스탬프 요철면(113)이 형성되게 된다. 스탬프 요철면(113)의 나노/마이크로 패턴은 마스터 요철면(143)의 나노/마이크로 패턴과 정반대의 형상을 가지게 된다.
다음으로, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 미세구조체(120) 증착을 위해 스탬프(110)가 준비되고, 스탬프 요철면(113) 상에 미세구조체(120)를 증착하는 단계가 수행될 수 있다(S140).
여기서, 미세구조체는 나노/마이크로 단위의 구조체로 정의될 수 있으며, AR 및 VR 용 안경에 이미지를 구현하기 위해 측면에서 들어오는 입사광의 경로를 정면으로 유도하기 위한 고굴절률의 재료로 이루어 질 수 있다.
또한, 미세구조체(120)는 스탬프 요철면(113)에 대하여 경사를 가지고 증착이 이루어 질 수 있다. 이러한 경사 증착으로 인해, 미세구조체(120)는 스탬프 돌출부(111)의 횡단면의 중앙을 통과하는 가상의 중심선(119)을 기준으로 비대칭 형상으로 증착될 수 있다. 즉, 미세구조체(120)는 스탬프 돌출부(111)의 제 1 측면(114)을 제외한, 스탬프 돌출부(111)의 제 2 측면(115) 및 상면(116)에만 증착이 될 수 있으며, 스탬프 돌출부(111)의 제 2 측면(115)에 증착된 미세구조체(120) 부분은 스탬프 돌출부(111)의 상면(116)을 향해 소정 각도의 경사면을 형성할 수 있다. 이 경사면은 추후 미세구조체(120)에 입사되는 입사광의 경로를 변경시키는 기능을 수행하게 된다.
다음으로, 고분자 물질로 형성된 고분자 기판(130)을 준비하는 단계가 수행될 수 있다(S150). 여기서, 고분자 기판(130)은 유리전이온도를 갖는 PMMA 또는 PET 필름일 수 있다.
다음으로, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, 스탬프(110)를 고분자 기판(130)의 방향으로 이동시켜 스탬프(110)에 증착된 미세구조체(120)가 고분자 기판(130)과 접촉되도록 하는 단계가 수행될 수 있다(S160).
다음으로, 고분자 기판(130)을 유리전이온도 이상으로 가열시키는 단계가 수행될 수 있다(S170). 이러한 가열에 의해 고분자 기판(130)의 표면은 유연한 상태로 바뀌게 된다.
다음으로, 도 2(f)에 도시된 바와 같이, 고분자 기판(130) 방향으로 스탬프(110)에 압력을 가하여 미세구조체(120)의 일부가 고분자 기판(130)에 묻히도록 하는 단계가 수행될 수 있다(S180). 유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판(130)의 표면은 유연한 상태이므로, 미세구조체(120)의 일부가 묻힐 수 있게 된다.
유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판(130)에 스탬프(110)가 압력을 가할 때, 스탬프 돌출부(111)의 상면(116)에 증착된 미세구조체(120) 부분이 고분자 기판(130)에 묻힐 때까지만 압력을 가할 수 있다. 여기서, 스탬프 돌출부(111)의 제 2 측면(115)에 증착된 미세구조체(120) 부분의 적어도 일부는 고분자 기판(130)에 묻히지 않고, 경사면을 가지는 프리즘 형상으로 노출될 수 있다.
다음으로, 도 2(g)에 도시된 바와 같이, 고분자 기판(130)에 가해진 열을 제거하고, 스탬프(110)를 고분자 기판(130)으로부터 이격시킴으로써 미세구조체(120)를 고분자 기판(130)에 고정된 상태로 남기는 단계가 수행될 수 있다(S190). 고분자 기판(130)에 가해진 열을 제거하여 유리전이온도 아래로 내려간 고분자 기판(130)의 표면은 단단한 상태로 변경되므로, 고분자 기판(130)에 묻혔던 미세구조체(120)는 고분자 기판(130)에 고정될 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 경사 구조체가 형성된 기판은, 스탬프(110)의 스탬프 돌출부(111)들 상에 경사 증착된 미세구조체(120)의 일부가 유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판(130)에 묻힌 후에 유리전이온도 아래로 냉각되며 도 4에 도시된 것과 같은 형태로 고분자 기판(130)에 고정된 구성일 수 있다.
여기서, 미세구조체(120)는 입사광의 경로를 변경시키기 위한 고굴절률의 재료로 이루어진 구조체로서, 고분자 기판(130)의 표면 상에 비대칭 형상으로 돌출될 수 있고, 경사면을 가지고 있을 수 있다.
위에서 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
110: 스탬프
111: 스탬프 돌출부
112: 스탬프 홈부
113: 스탬프 요철면
120: 미세구조체
130: 고분자 기판
140: 마스터
141: 마스터 홈부
142: 마스터 돌출부
143: 마스터 요철면
150: UV 레진
111: 스탬프 돌출부
112: 스탬프 홈부
113: 스탬프 요철면
120: 미세구조체
130: 고분자 기판
140: 마스터
141: 마스터 홈부
142: 마스터 돌출부
143: 마스터 요철면
150: UV 레진
Claims (14)
- 스탬프 돌출부 및 스탬프 홈부가 배열된 스탬프 요철면이 형성된 스탬프를 준비하는 단계;
스탬프 요철면 상에 미세구조체를 증착하는 단계;
고분자 물질로 형성된 고분자 기판을 준비하는 단계;
스탬프에 증착된 미세구조체가 고분자 기판과 접촉하는 단계;
고분자 기판을 유리전이온도 이상으로 가열시키는 단계;
고분자 기판 방향으로 스탬프에 압력을 가하여 미세구조체가 고분자 기판에 묻히도록 하는 단계; 및
고분자 기판에 가해진 열을 제거하고, 고분자 기판으로부터 스탬프를 이격시킴으로써 미세구조체를 고분자 기판에 고정된 상태로 남기는 단계
를 포함하고,
미세구조체는 스탬프 돌출부의 단면 중심선을 기준으로 비대칭 형상인 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 1 항에 있어서,
미세구조체는 스탬프 요철면에 대하여 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 2 항에 있어서,
미세구조체는 스탬프 돌출부의 제 1 측면을 제외한, 스탬프 돌출부의 제 2 측면 및 상면에 증착이 된 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 3 항에 있어서,
스탬프 돌출부의 제 2 측면에 증착된 미세구조체 부분은 스탬프 돌출부의 상면을 향해 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 3 항에 있어서,
유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판에 스탬프가 압력을 가할 때, 스탬프 돌출부의 상면에 증착된 미세구조체의 일부가 고분자 기판에 묻힐 때까지 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 5 항에 있어서,
스탬프 돌출부의 제 2 측면에 증착된 미세구조체 부분의 적어도 일부는 고분자 기판에 묻히지 않는 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 1 항에 있어서,
스탬프를 준비하는 단계는:
스탬프 돌출부에 대응되는 마스터 홈부와 스탬프 홈부에 대응되는 마스터 돌출부가 형성된 마스터 요철면이 형성된 마스터를 준비하는 단계;
마스터 요철면 상에 UV 레진을 도포하고 UV 경화시켜 스탬프를 형성하는 단계; 및
스탬프를 마스터로부터 이격시켜 분리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 1 항에 있어서,
미세구조체는 입사광의 경로를 변경시키기 위한 고굴절률의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 1 항에 있어서,
고분자 기판은 PMMA 또는 PET 필름인 것을 특징으로 하는 미세구조체 전사방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 미세구조체.
- 스탬프의 스탬프 돌출부 상에 경사 증착된 미세구조체의 일부가 유리전이온도 이상으로 가열된 고분자 기판에 묻힌 후 유리전이온도 아래로 냉각되며 고분자 기판에 고정된 것을 특징으로 하는 미세 경사 구조체가 형성된 기판.
- 제 11 항에 있어서,
미세구조체는 고분자 기판의 표면 상에 비대칭 형상으로 돌출된 것을 특징으로 하는 미세 경사 구조체가 형성된 기판.
- 제 12 항에 있어서,
미세구조체는 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 경사 구조체가 형성된 기판.
- 제 11 항에 있어서,
미세구조체는 입사광의 경로를 변경시키기 위한 고굴절률의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세 경사 구조체가 형성된 기판.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220151516A KR20240070107A (ko) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | Ar 및 vr 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체 |
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| KR1020220151516A KR20240070107A (ko) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | Ar 및 vr 기기를 위한 웨이브가이드용 미세 경사 구조체 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 미세 경사 구조체 |
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ID=91320417
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- 2022-11-14 KR KR1020220151516A patent/KR20240070107A/ko not_active Application Discontinuation
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