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KR20210102699A - 회절 도광판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스 - Google Patents

회절 도광판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스 Download PDF

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KR20210102699A
KR20210102699A KR1020200017051A KR20200017051A KR20210102699A KR 20210102699 A KR20210102699 A KR 20210102699A KR 1020200017051 A KR1020200017051 A KR 1020200017051A KR 20200017051 A KR20200017051 A KR 20200017051A KR 20210102699 A KR20210102699 A KR 20210102699A
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KR
South Korea
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light guide
guide plate
acrylate
meth
diffraction light
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Ceased
Application number
KR1020200017051A
Other languages
English (en)
Inventor
윤민혁
김봉준
이연근
이승민
김소영
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020200017051A priority Critical patent/KR20210102699A/ko
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Abstract

본 발명은 1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판, 유리 기판, 및 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 사이에 위치하며, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판을 이격시키는 복수의 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지, 및 상기 바인더 수지에 분산된 스페이서를 포함하는 회절 도광판, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.

Description

회절 도광판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스{DIFFRACTIVE LIGHT GUIDE PLATE, PREPARING METHOD THEREOF, AND WEARABLE DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 회절 도광판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스에 관한 것이다.
최근 가상 현실 디바이스(Virtual Reality Device) 및 증강 현실 디바이스(Augmented Reality Device) 등을 이용하여, 사용자에게 3차원의 화상을 제공하는 장치의 개발이 이루어지고 있다. 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스는 파동적 성질에 기초한 회절현상을 이용한 회절 도광판을 포함하고 있으며, 이러한 회절 도광판은 광을 회절 시킬 수 있는 다양한 형태의 나노 패턴을 일면에 형성한 기판을 포함한다.
일반적으로, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도의 기판은 굴절율이 높은 유리를 사용하게 되는데, 유리는 높은 굴절율, 광투과도, 평탄도, 강도 및 긁힘 방지 효과를 가질 수 있으나, 파손 시 사용자의 안구에 치명적인 손상을 가할 수 있고, 밀도가 높아 무게가 무거워 장시간 착용에 불편함이 존재한다.
한편, 플라스틱을 기판으로 이용하여 회절 도광판을 제작하면, 유리 렌즈에 비해 가벼워 착용하기 편하고 잘 파손되지 않으나, 휨(warpage)이 쉽게 발생하여 회절 도광판을 이용한 출광 이미지의 해상도 등의 품질이 저하되어 이중상 등이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 다양한 색 구현이 가능하고, 고굴절률 구현이 가능하고, 강도 및 경도가 우수하면서도 무게가 가볍고, 휨(warpage)이 적어 이미지의 품질이 우수한 회절 도광판 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도로 사용 가능하고, 중첩 이미지가 발생하지 않아 이미지 품질이 우수한 웨어러블 디바이스를 제공하고자 한다.
본 명세서에서는, 1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판; 유리 기판; 및 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 사이에 위치하며, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판을 이격시키는 복수의 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함하는 회절 도광판을 제공한다.
또한, 본 명세서에서는, 1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판의 일면의 말단부에 접착 조성물을 도포하고, 도포된 접착 조성물에 유리 기판의 일면의 말단부를 부착하는 단계; 및 상기 접착 조성물을 경화하여 상기 플라스틱 기판과 상기 유리 기판을 이격시키는 접착층을 형성하여 회절 도광판을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 접착 조성물은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함하는 회절 도광판 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 회절 도광판을 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 회절 도광판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 웨어러블 디바이스에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 ‘경화’는 열경화 및 광경화 양쪽 모두를 포함하는 의미로, ‘경화성 조성물’은 열경화 및/또는 광경화 가능한 조성물을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 상기 (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 고굴절은 400 nm 이상 700 nm 이하의 파장 영역 또는 532nm의 파장에서 굴절률이 약 1.6 이상을 의미한다.
또한, 본 명세서에서, 중량 평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은 겔 투과 크로마토그래피(GPC) 법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 분자량(단위: Da(Dalton)) 을 의미한다. 상기 GPC 법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 30℃의 온도, 클로로포름 용매(Chloroform) 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 입자의 입경은 SEM(scanning electron microscope) 이미지, TEM(transmission electron microscope) 이미지 또는 입도 분석기(Malvern, 일본)로 측정될 수 있다. 구체적으로, 입자의 입경은 입도 분석기를 이용하여, 콜로이드 나노 용액 상의 동적 광산란에 의하여 2차 입도를 측정한 것일 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판; 유리 기판; 및 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 사이에 위치하며, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판을 이격시키는 복수의 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함하는 회절 도광판을 제공한다.
종래에는 고굴절률의 플라스틱 기판만을 사용해 회절 도광판을 제조함으로 인해 무게가 가볍고 파손이 방지되는 장점이 있었으나, 휨이 쉽게 발생하여 원하는 출광 각도 외에 다른 각도로 출광된 빛이 겹쳐 이중상이 발생하여 출광 이미지의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명자들은 회절 도광판이 고굴절률의 플라스틱 기판 및 유리 기판을 동시에 사용하고, 플라스틱 기판과 유리 기판 사이에 이들을 이격시키는 복수의 접착층을 포함함으로 인해, 강도 및 경도가 우수하면서도 무게가 가볍고, 휨(warpage)이 적어 이미지의 품질이 우수하다는 점을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
도 1은 발명의 일 구현예에 따른 회절 도광판의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참고하면, 상기 회절 도광판(500)은 상부 기판(10), 하부 기판(20), 및 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 위치하여 이들을 이격시키고, 스페이서(5)를 포함하는 접착층(30, 40)을 포함할 수 있다.
상기 회절 도광판(500)에 포함된 상부 기판(10)은 플라스틱 기판 또는 유리 기판일 수 있으며, 상기 상부 기판이 플라스틱 기판인 경우, 상기 하부 기판(20)은 유리 기판일 수 있다. 반대로, 상기 상부 기판이 유리 기판인 경우, 상기 하부 기판은 플라스틱 기판일 수 있다. 즉, 상기 회절 도광판은 적어도 1개의 플라스틱 기판 및 적어도 1개의 유리 기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판(500)은 상기 상부 기판(10) 및 하부 기판(20) 사이에 위치하여 이들을 이격시키는 2개의 접착층(30, 40)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 접착층은 상부 기판 및 하부 기판의 일면의 말단부에 위치하여 이들을 이격시키거나, 상기 기판 및 하부 기판의 중심부에 위치하여 이들을 이격시킬 수 있다. 이때, 상기 상부 기판 및 하부 기판이 이격된 간격이 일정하게 유지되기 위해, 상기 2개의 접착층은 높이가 동일할 수 있다.
구체적으로, 상기 접착층(30, 40)은 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 일면의 말단부에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 접착층의 상면은 상기 플라스틱 기판의 일면의 말단부에 위치할 수 있고, 상기 복수의 접착층의 하면은 상기 유리 기판의 일면의 말단부에 위치할 수 있으며, 상기 플라스틱 기판의 일면과 유리 기판의 일면은 서로 마주보는 면일 수 있다.
또한, 상기 접착층(30, 40)은 스페이서(5)를 포함할 수 있다. 상기 접착층의 구조를 이로써 한정하는 것은 아니나, 1개의 구형의 스페이서를 포함하면서, 상기 접착층의 두께와 상기 스페이서의 직경이 동일하거나, 상기 접착층의 두께가 상기 스페이서의 직경에 비해 100 nm 이하, 또는 1 내지 50 nm로 더 클 수 있다.
상기 접착층(30, 40)은 굴절률은 400 nm 이상 700 nm 이하 파장 영역에서 측정된 굴절률이 1.65 이상, 1.70 이상, 1.73 이상, 또는 1.74 내지 1.90일 수 있다. 상기 접착층의 굴절률이 지나치게 작으면 상기 회절 도광판의 다른 구성과의 굴절률의 차이가 발생하여 출광되는 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
상기 접착층(30, 40)은 접착력이 50 g/mm 이상, 60 내지 400 g/mm, 80 내지 300 g/mm, 또는 90 내지 250 g/mm일 수 있다. 상기 접착층의 접착력이 지나치게 작으면 회절 도광판의 휨이 발생하여 출광되는 이미지에서 이중상 등이 발생하여 품질이 저하될 수 있다.
상기 접착층은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는 단관능 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 관능기를 2 내지 10개 가지는 다관능 (메트)아크릴레이트계 올리고머 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는, 예를 들어, 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물, 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물은 분자 내에 에폭시기를 적어도 1개 포함하는 화합물으로, 예를 들어, 지환식 에폭시계 화합물, 방향족 에폭시계 화합물, 수소화 에폭시계 화합물, 지방족 에폭시계 화합물 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 2-(3,4-에폭시)시클로헥실-5,5-스피로-(3,4-에폭시)시클로헥산-m-다이옥산, 3',4'-에폭시시클로헥산메틸-3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트, 비스페놀 A의 디글리시딜에테르, 4,4'-메틸렌디페놀 디글리시딜에테르, 비스페놀 F의 디글리시딜에테르, 비스페놀 S의 디글리시딜에테르와 같은 비스페놀형 에폭시 수지; 페놀노볼락 에폭시 수지, 크레졸노볼락 에폭시 수지, 히드록시벤즈알데히드페놀노볼락 에폭시 수지와 같은 노볼락형의 에폭시 수지; 테트라히드록시페닐 메탄의 글리시딜에테르, 테트라히드록시벤조페논의 글리시딜에테르, 에폭시화폴리비닐페놀과 같은 다관능형의 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
상기 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 100 g/mol 내지 100,000 g/mol, 100 g/mol 내지 50,000 g/mol, 150 g/mol 내지 30,000 g/mol, 또는 200 g/mol 내지 20,000 g/mol일 수 있다. 상기 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물의 중량평균분자량이 지나치게 작으면 접착력 하락하면서도 경화 수축률이 증가하는 문제점이 있고, 지나치게 크면 도포 특성이 불량해질 수 있다.
상기 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물은 (메트)아크릴레이트 당량이 50 내지 1,000 g/mol, 100 내지 900 g/mol, 또는 150 내지 800 g/mol일 수 있다. 상기 (메트)아크릴레이트 당량이 지나치게 적으면 접착력 하락하면서도 경화 수축률이 증가하는 문제점이 있고, 지나치게 크면 도포 특성이 불량해질 수 있다. 이러한 작용기의 당량은 폴리실록산의 분자량을 작용기의 수로 나눈 값으로, H-NMR 또는 화학적 적정법으로 분석할 수 있다.
상기 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물은 이로써 한정하는 것은 아니나, 폴리부타디엔 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 에폭시 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 및 폴리에테르 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 100 g/mol 내지 100,000 g/mol, 100 g/mol 내지 50,000 g/mol, 150 g/mol 내지 30,000 g/mol, 또는 200 g/mol 내지 20,000 g/mol일 수 있다. 상기 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물의 중량평균분자량이 지나치게 작으면 접착력 하락하면서도 경화 수축률이 증가하는 문제점이 있고, 지나치게 크면 도포 특성이 불량해질 수 있다.
상기 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물은 (메트)아크릴레이트 당량이 50 내지 100,000 g/mol, 100 내지 50,000 g/mol, 또는 200 내지 10,000 g/mol일 수 있다. 상기 (메트)아크릴레이트 당량이 지나치게 적으면 접착력 하락하면서도 경화 수축률이 증가하는 문제점이 있고, 지나치게 크면 도포 특성이 불량해질 수 있다.
이러한 작용기의 당량은 폴리실록산의 분자량을 작용기의 수로 나눈 값으로, H-NMR 또는 화학적 적정법으로 분석할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는 상기 바인더 수지 100 중량%에 대해 60 내지 90 중량%, 65 내지 85 중량%, 또는 68 내지 82 중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더 수지 100 중량%에 대한 상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머의 함량이 지나치게 적으면 회절 도광판의 휨이 발생하여 출광되는 이미지의 품질이 저하될 수 있고, 상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머의 함량이 지나치게 많으면 다른 성분의 함량이 상대적으로 적어져 접착력이 저하될 수 있다.
상기 접착층은 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머을 포함하며, 이로 인해 경화도가 증가될 수 있다. 상기 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 관능기를 2 내지 8개 가지며, 중량평균분자량이 100 내지 10,000 g/mol, 또는 200 내지 5,000 g/mol일 수 있다.
또한, 상기 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 아크릴레이트 당량(equivalent weight)이 10 내지 5,000 g/mol, 20 내지 2,500 gmol, 또는 50 내지 500 g/mol일 수 있다. 이러한 작용기의 당량은 폴리실록산의 분자량을 작용기의 수로 나눈 값으로, H-NMR 또는 화학적 적정법으로 분석할 수 있다.
상기 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 이로써 한정하는 것은 아니나, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 트리메틸올프로판에톡시 트리아크릴레이트(TMPEOTA), 글리세린 프로폭실화 트리아크릴레이트(GPTA), 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트(PETA), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA), 또는 트리사이클로데케인 디메탄올 디아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 상기 바인더 수지 100 중량%에 대해 1 내지 30 중량%, 3 내지 20 중량%, 또는 5 내지 15중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더 수지 100 중량%에 대한 상기 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머의 함량이 지나치게 적으면 회절 도광판의 휨이 발생하여 출광되는 이미지의 품질이 저하될 수 있고, 지나치게 많으면 다른 성분의 함량이 상대적으로 적어져 접착력이 저하될 수 있다.
상기 접착층은 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머을 포함하며, 이로 인해 점착력이 증가될 수 있다. 상기 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 관능기를 1개가지며, 중량평균분자량이 50 내지 600 g/mol, 50 내지 500 g/mol, 또는 50 내지 350 g/mol일 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 이로써 한정하는 것은 아니나, 2-에틸페녹시(메트)아크릴레이트, 2-에틸티오페닐(메트)아크릴레이트, 페닐(메트)아크릴레이트, 비페닐메틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 2-페닐에틸(메트)아크릴레이트, 3-페닐프로필(메트)아크릴레이트, 4-페닐부틸(메트)아크릴레이트, 2-2-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-3-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-4-메틸페닐에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-프로필페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-(1-메틸에틸)페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 2-(4-메톡시페닐)에틸(메트)아크릴레이트, 또는 아이소보르닐 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머는 상기 바인더 수지 100 중량%에 대해 5 내지 40 중량%, 10 내지 30 중량%, 또는 15 내지 25중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더 수지 100 중량%에 대한 상기 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머의 함량이 지나치게 적으면 회절 도광판의 휨이 발생하여 출광되는 이미지의 품질이 저하될 수 있고, 지나치게 많으면 다른 성분의 함량이 상대적으로 적어져 접착력이 저하될 수 있다.
상기 접착층은 상술한 바인더 수지와 함께, 상기 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해 0.01 내지 5 중량부, 0.05 내지 4 중량부, 또는 0.2 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 스페이서의 함량이 지나치게 적으면 유리 기판 및 플라스틱 기판 간 간격 (Gap)이 일정하지 않아 출광 이미지 품질의 저하를 야기할 수 있고, 상기 첨가제의 함량이 지나치게 많으면 점도가 지나치게 증가하거나 디스펜서 노즐의 막힘 현상 (Clogging)을 유발할 수 있다.
또한, 상기 스페이서의 형상은 구형, 삼각기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥, 원기둥 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 스페이서의 형상이 구형인 경우, 상기 스페이서의 직경은 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 상기 스페이서의 직경이 지나치게 크면, 회절 도광판 전체 두께가 두꺼워져 사용자의 불편을 야기할 수 있고, 상기 스페이서의 직경이 지나치게 작으면 압력 인가 시 기판 들이 서로 맞닿아 회절 도광 패턴이 망가져 이미지 품질이 저하될 수 있다.
상기 스페이서는 폴리비닐벤젠, 폴리스티렌 및 폴리메틸메타아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 라디칼 개시제, 무기 입자 또는 이들의 혼합물이 더 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 접착층은 라디칼 개시제가 더 포함될 수 있다. 상기 라디칼 개세지의 종류는 이로써 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, AIBN(azobisisobutyronitrile) 또는 2,2'-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(2,2'-azobis-(2,4-dimethylvaleronitrile)) 등의 아조 화합물이나, BPO(benzoyl peroxide) 또는 DTBP(di-t-butyl peroxide) 등과 같은 과산화물 계열일 수 있다.
상기 라디칼 개시제는 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해 3 내지 10 중량부, 또는 3 내지 8중량부, 또는 3 내지 5중량부로 포함할 수 있다. 상기 라디칼 개시제의 함량이 지나치게 적으면 목표 경화율에 도달하지 못하여 접착력이 저하될 수 있고, 상기 라디칼 개시제의 함량이 지나치게 많으면 과경화로 인해 접착력이 저하될 수 있다.
상기 접착층에는 무기 입자가 더 포함될 수 있다. 상기 무기 입자는 굴절률을 높게 유지하고, 요변성(Thixotropy)을 부여할 수 있다.
상기 무기 입자의 종류는 이로써 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 제올라이트 및 티타늄 산화물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 무기 입자의 입경은 5 ㎚ 내지 50 nm, 6 ㎚ 내지 40 nm, 8 ㎚ 내지 35 nm, 또는 10 ㎚ 내지 20 nm일 수 있다.
상기 무기 입자는 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부, 2 내지 9 중량부, 또는 3 내지 8 중량부로 포함될 수 있다. 상기 무기 입자의 함량이 지나치게 적으면 원하는 요변성을 구현하지 못할 수 있고, 상기 무기 입자의 함량이 지나치게 많으면 점도가 지나치게 증가하거나, 접착력이 낮아질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 회절 도광판은 적어도 1개의 플라스틱 기판 및 적어도 1개의 유리 기판을 포함할 수 있다.
일반적으로, 무겁고 쉽게 파손되는 유리를 대체하여 플라스틱 기판만을 사용하여 회절 도광판을 제조하였으나, 플라스틱 기판은 휨이 쉽게 발생하여 원하는 출광 광도 외에 다른 각도로 빛이 출광되어 이중상이 발생하는 등의 문제점이 있다.
그러나, 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판은 적어도 1개의 플라스틱 기판 및 적어도 1개의 유리 기판을 포함에 따라, 우수한 강도 및 경도를 나타내면서도, 무게가 가볍고, 휨이 발생하지 않아 출광되는 이미지의 품질이 우수할 수 있다.
상기 회절 도광판은 2개의 플라스틱 기판과 1개의 유리 기판을 포함할 수 있으며, 이러한 경우 2개의 플라스틱 기판 사이에 유리 기판이 개제될 수 있고, 각 기판은 접착층을 통해 이격될 수 있다. 또한, 상기 회절 도광판은 2개의 유리 기판과 1개의 플라스틱 기판을 포함할 수 있으며, 이러한 경우 2개의 유리 기판 사이에 플라스틱 기판이 개제될 수 있고, 각 기판은 접착층을 통해 이격될 수 있다.
구체적으로, 상기 플라스틱 기판은 황 원자가 20 중량% 이상 함유된 황 함유 화합물을 포함한 매트릭스 조성물을 이용하여 형성된 것일 수 있다. 상기 황 함유 화합물은 상기 플라스틱 렌즈 기재의 광굴절률을 높게 조절할 수 있다.
상기 황 함유 화합물은 티올기 함유 화합물, 티오우레탄기 함유 화합물 및 티오에폭시기 함유 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 티올기 함유 화합물은 분자 내에 하나 이상의 티올기(-SH)를 함유한 화합물로서, 예를 들어 메탄디티올, 1,2-에탄디티올, 1,1-프로판디티올, 1,2-프로판디티올, 1,3-프로판디티올, 2,2-프로판디티올, 1,6-헥산디티올, 1,2,3-프로판트리티올, 비스(2- 메르캅토에틸) 설파이드, 비스(2,3-디메르캅토프로파닐) 설파이드, 비스(2,3-디메르캅토프로파닐) 디설파이드, 비스(메르캅토메틸)-3,6,9-트리티아운데칸-1,11-디티올, 펜타에리트리톨 테트라키스 티오글리콜레이트, 펜타에리트리톨 테트라키스(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 트리스(3-머캅토아세테이트), 트리메티롤프로판트리스(3-머캅토프로피오네이트), 트리메티롤프로판 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트) 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 티오우레탄기 함유 화합물은 하나 이상의 이소시아네이트기(-NCO)를 갖는 화합물과 하나 이상의 티올기를 갖는 화합물을 사용하여 제조할 수 있으며, 이소시아네이트와 티올의 몰비(SH/NCO)를 조절하여 다양한 티오우레탄기 함유 화합물을 제조할 수 있다. 상기 이소시아네이트기를 갖는 화합물은, 예를 들어 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 자일렌 디이소시아네이트, 디메틸페닐렌 디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
상기 티오에폭시기 함유 화합물로서, 예를 들어 비스(2,3-에피티오프로필) 설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)트리설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필 티오) 시클로헥산, 비스(2,3-에피티오프로필 티오시클로헥실)설파이드 등을 들 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 유리전이온도(Tg)는 40 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 80 ℃ 이상, 100 ℃ 이상, 120 ℃ 내지 180 ℃일 수 있다. 웨어러블 디바이스의 경우, 지속적인 영상의 전송 및 출력이 진행될 수 있으며, 이에 따라 렌즈 기재의 온도가 상승할 수 있다. 이에, 상기 플라스틱 기판은 유리전이온도가 40 ℃ 이상으로서, 웨어러블 디바이스의 렌즈 기재로 사용하더라도 온도에 따른 물성 변화를 최소화할 수 있다.
상기 플라스틱 기판은 400 nm 이상 700 nm 이하 파장 영역에서 측정된 굴절률이 1.65 이상, 1.70 이상, 1.73 이상, 또는 1.74 내지 1.90일 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 기판과 유리 기판의 굴절률 차이는 0.1 이하, 0.05 이하, 또는 0.02 이하일 수 있다. 상기 플라스틱 기판과 유리 기판의 굴절률 차이가 0.1 초과하면 출광 이미지의 품질이 저하될 수 있다.
상기 플라스틱 기판은 두께가 0.4 ㎜ 내지 5.0 ㎜, 0.5 mm 내지 4.0 mm, 0.6 mm 내지 3.0 mm, 또는 0.7 mm 내지 2.0 mm일 수 있다.
또한, 상기 유리 기판은 두께가 0.4 ㎜ 내지 5.0 ㎜, 0.5 mm 내지 4.0 mm, 0.6 mm 내지 3.0 mm, 또는 0.7 mm 내지 2.0 mm일 수 있다.
상기 플라스틱 기판과 유리 기판의 두께 비율은 1:0.1 내지 10, 1:0.2 내지 9, 1: 0.5 내지 3, 또는 1: 0.8 내지 2일 수 있다. 상기 플라스틱 기판에 비해 유리 기판의 두께가 지나치게 얇으면 회절 도광판의 휨이 발생하여 출광된 이미지의 해상도가 저하될 수 있고, 상기 플라스틱 기판에 비해 유리 기판의 두께가 지나치게 두꺼우면 회절 도광판의 무게가 무거워지고 외부 충격에 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
상기 플라스틱 기판은 두께 편차가 1 % 이하, 0.9 % 이하, 0.5 내지 0.01 %일 수 있다.
또한, 상기 유리 기판은 두께 편차가 1 % 이하, 0.9 % 이하, 0.5 내지 0.01 %일 수 있다. 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 두께 편차 값이 1 % 초과하면 두께의 균일도가 저하되어 회절 도광판에서 출광된 이미지의 선명도가 낮아질 수 있다.
또한, 상기 두께 편차는 하기 식 1과 같이 도출될 수 있다.
[식 1]
두께 편차(%) = {(최대 두께 - 최소 두께)/평균 두께} × 100
부재의 최대 두께, 최소 두께 및 평균 두께는 25 ℃ 및 50 RH%에서 파이버프로 사의 OWTM(Optical Wafer Thickness Measurement system) 장비를 이용한 비접촉식 측정 방법으로 구할 수 있다. 구체적으로, 크기 50 ㎜ × 50 ㎜의 샘플을 준비하고, 각 모서리의 말단으로부터 5 ㎜씩을 제외한 40 ㎜ × 40 ㎜ 의 면적에 대하여 가로, 세로 1 ㎜ 간격으로 두께를 측정하여, 총 1681점에 대한 두께 값을 얻은 후, 이 중 가장 높은 값은 최대 두께로 하고, 가장 낮은 값을 최소 두께로 하며, 측정된 총 1681점에 대한 산술 평균 값을 통하여 평균 두께를 구할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 회절 도광판은 상기 유리 기판 및 플라스틱 기판 사이에 위치하여 이들을 이격시키는 복수의 접착층을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 상기 유리 기판과 플라스틱 기판을 일정 간격으로 이격시킴으로 인해 기판에 형성된 회절 도광 패턴을 보호할 수 있다. 만일, 상기 유리 기판과 플라스틱 기판 사이에 접착층 없이, 상기 유리 기판과 플라스틱 기판이 밀착되는 경우, 회절 도광 패턴이 훼손되어 출광 이미지의 선명도가 저하될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 상기 접착층은 바인더 수지 및 스페이서를 포함하며, 특히, 상기 접착층이 스페이서를 포함함으로 인해 기판 간 간격을 일정하게 이격시킴으로 기판에 형성된 회절 도광 패턴을 보호할 수 있다.
상기 접착층은 2개 이상, 또는 3개 내지 10개일 수 있다.
또한, 상기 접착층의 높이는 스페이서의 크기에 따라 조절 가능하며, 이로써 제한하는 것은 아니나, 예를 들어, 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 50 ㎛ 내지 300 ㎛, 또는 100 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 상기 접착층의 높이가 지나치게 높으면 회절도광판 전체 두께가 두꺼워져 사용자의 불편을 야기할 수 있고, 상기 높이가 지나치게 낮으면 압력 인가 시 기판이 맞닿아 회절 도광 패턴이 망가져 이미지 품질이 저하될 수 있다.
상기 접착층의 단면적은 100 내지 200,000 ㎛2, 2,000 내지 70,000 ㎛2, 또는 8,000 내지 30,000 ㎛2일 수 있다. 상기 접착층의 단면적이 지나치게 작으면 압력 인가 시 기판 간 간격을 일정하게 유지 할 수 없고, 상기 접착층의 단면적이 지나치게 크면 접착 부위의 폭이 불필요하게 넓어지는 문제점이 있다. 이때, 접착층의 단면은 접착층의 높이 방향과 수직한 방향의 단면을 의미한다.
상기 플라스틱 기판 및 유리 기판은 각각 독립적으로 적어도 일면에 회절 격자 패턴이 포함된 회절 도광부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판 중 하나에 회절 도광부가 형성되거나, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판 모두에 각각 회절 도광부가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판 중 하나에 회절 도광부가 형성되는 경우, 접착층이 위치하는 않는 플라스틱 기판 또는 유리 기판의 타면에 회절 도광부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판 모두에 각각 회절 도광부가 형성되는 경우, 상기 접착층이 부착되지 않은 플라스틱 기판 및 유리 기판의 타면에 상기 회절 도광부가 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층이 부착된 일면에 회절 도광부가 추가적으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 플라스틱 기판의 일면, 타면, 또는 일면과 타면 모두에 회절 도광부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 유기 기판의 일면, 타면, 또는 일면과 타면 모두에 회절 도광부가 형성될 수 있다.
상기 회절 도광부는 고굴절 성분을 함유하는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지 또는 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트 또는 에폭시 아크릴레이트 등을 포함하는 아크릴계 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다.
상기 회절 도광부는 상기 플라스틱 기판 또는 유리 기판 상에 구비되고, 회절 도광 패턴을 포함할 수 있다.
상기 회절 격자 패턴의 피치는 100 nm 이상 600 nm 이하일 수 있고, 높이는 0 nm 초과 600 nm 이하일 수 있다. 구체적으로는, 상기 회절 도광 패턴의 피치는 150 nm 이상 500 nm 이하, 200nm 이상 450 nm 이하, 250 nm 이상 400 nm 이하, 또는 350 nm 이상 400 nm 이하일 수 있다. 또한, 상기 회절 도광 패턴의 높이는 0 nm 초과 500 nm 이하, 50 nm 이상 400 nm 이하, 100 nm 이상 350 nm 이하, 또는 150 nm 이상 250 nm 이하일 수 있다. 회절 도광 패턴이 상기 범위 내의 피치 및 높이를 가짐으로써 회절광이 효율적으로 전반사될 수 있다.
상기 회절 도광 패턴의 듀티(Duty)와 경사각(Slanted angle)은 통상의 회절 도광 패턴에 적용되는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
도 2는 회절 도광판(500)으로 입사된 광이 회절 도광판을 통해 출사되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 회절 도광판은 일면에만 입사부(50) 및 출사부(60)가 포함된 회절 도광부가 형성된 것으로 개략적으로 나타나 있으나, 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판에서 회절 도광부의 위치 및 형상은 이에 한정된 것은 아니다.
구체적으로, 도 2에 따르면 상기 회절 도광판(500)에 포함된 회절 도광부는 광이 입사되는 입사부(50) 및 광이 추출되는 출사부(60)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입사부(50) 및 출사부(60)는 일측에서 타측까지 점진적으로 높이가 증가하는 회절 도광 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 출사부의 회절 도광 패턴은 상기 회절 도광판(500)에 대하여 50 °이상 90 ° 미만의 경사각을 이루며 구비될 수 있다. 또한, 상기 출사부의 회절 도광 패턴의 높이를 상기 출사부의 일측에서 타측방향을 따라 점진적으로 증가시킴으로써, 상기 출사부의 일측에서 타측방향으로 광이 회절되는 과정에서 광량이 감소되는 것을 방지하여, 상기 출사부의 부분별 출사되는 광의 광도를 일정하게 할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 회절 도광판은 휨(Warpage)은 13 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이하, 8 ㎛ 이하, 또는 7 ㎛ 이하 0 ㎛ 초과일 수 있다. 상기 회절 도광판의 휨(Warpage)은 비파괴 레이저 측정 방식인 3차원 좌표 측정기(3D CMM; 3D Coordinate Measuring Machine, ㈜덕인 (Dukin))를 이용해 측정할 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판은 이미지 품질(MTF; Modulation Transfer Function)이 0.1 내지 0.6, 또는 0.2 내지 0.5일 수 있다.
상기 이미지 품질 (MTF)은 특정 광원을 사용하여 입사된 영상이 회절 도광판 내에서 전반사를 거쳐 출사된 영상으로부터 측정될 수 있으며, 구체적으로, LED 광원(SML-LX1610RGBW, A, 525 nm) 앞에 디퓨저(diffuser)를 밀착시켜 면 광원을 형성시킨 후 UASF 1951 resolution chart를 부착하고 회절 도광판의 입사부(50)와 광원간 이격이 1 mm가 되도록 배치하고, CCD monitor (CA 2000)와 회절 도광판의 출사부(60)간 이격이 17 mm가 되도록 배치하고, 출광된 사진을 Image-J 프로그램을 사용하여 이미지를 분석하여, 휘도의 최대치(Imax)를 측정할 수 있다.
또한, 상기 휘도 측정과 같은 방법으로 출광된 사진에서 Group 2의 Element 1 (4.4 cycle/degree)에 대하여 가로 세로 줄무늬 각각의 MTF를 계산하고 산술 평균을 취하여 회절 도광판의 MTF 값으로 사용할 수 있다. 구체적으로, MTF는 Image-J 프로그램으로 상기 회절 도광판으로부터 출력된 사진의 이미지를 분석한 뒤 하기 식 2을 이용하여 구할 수 있다. Imax, Imin은 출사된 이미지를 Image-J 프로그램에 의하여 분석한 그래프에서 3점의 값을 취하여 각 평균치를 사용할 수 있다.
[식 2]
MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)
또한, 상기 회절 도광판은 532 nm의 파장에서 JIS K 7361에 따라 측정된 광투과율이 80 % 이상, 80 내지 99 %, 또는 85 내지 90 %일 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판은 ASTM E313-1973에 따라 측정된 황색도(YI; Yellow Index)가 1 내지 30, 2 내지 22, 2.1 내지 10, 2.2 내지 5, 또는 2.3 내지 4일 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판은 JIS K 7136에 따라 측정된 헤이즈 값이 1 % 이하, 0.01 내지 1 %, 또는 0.01 내지 0.5 %일 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 상기 회절 도광판 제조 방법은 1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판의 일면의 말단부에 접착 조성물을 도포하고, 도포된 접착 조성물에 유리 기판의 일면의 말단부를 부착하는 단계; 및 상기 접착 조성물을 경화하여 상기 플라스틱 기판과 상기 유리 기판을 이격시키는 접착층을 형성하여 회절 도광판을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 접착 조성물은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 상기 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 회절 도광판 제조 방법은 상기 접착 조성물을 도포하기 전에, 상기 플라스틱 기판 및/또는 유리 기판의 적어도 일면에 회절 도광부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회절 도광부는 임프린트 수지 조성물 및 회절 도광 패턴이 음각된 몰드를 이용하는 임프린팅 공정을 통해 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 플라스틱 기판 상에 상기 임프린트 수지 조성물을 도포한 후, 상기 임프린트 수지 조성물의 표면에 회절 도광 패턴이 음각된 몰드를 사용하여 임프린팅하는 공정을 통해 상기 회절 도광부가 형성될 수 있다. 이때, 상기 몰드에 음각된 회절 도광 패턴은 상기 회절 도광부의 회절 도광 패턴과 대응될 수 있다. 상기 회절 도광부의 회절 도광 패턴에 대한 설명은 상기 회절 도광판에서 상술한 바와 같다.
한편, 상기 임프린트 수지 조성물은 상기 플라스틱 기판을 형성하는 열경화성 조성물과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 임프린트 수지 조성물은 고굴절 성분을 함유하는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지 또는 광경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트 또는 에폭시 아크릴레이트 등을 포함하는 아크릴계 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 그 종류를 제한하는 것은 아니다.
상기 회절 도광판 제조 방법은, 상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머 및 상기 스페이서를 혼합하여 접착 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 회절 도광판에서 상술한 바와 같이, 상기 접착 조성물은 개시제, 무기 입자 또는 이들의 혼합물이 더 포함될 수 있으며, 이들의 함량은 상술한 바와 같다.
또한, 상기 접착 조성물을 제조한 이후, 상기 플라스틱 기판의 일면의 말단부에 접착 조성물을 도포하고, 도포된 접착 조성물에 상기 유리 기판의 일면의 말단부를 부착할 수 있다. 이때, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판에 대한 설명은, 상기 회절 도광판에서 상술한 바와 같다.
또한, 상기 부착 단계 이후, 상기 접착 조성물을 경화하여 상기 플라스틱 기판과 상기 유리 기판을 이격시키는 접착층을 형성할 수 있다.
이때, 경화는 경화는 0.1 내지 5 kgf 합착력 및 10 내지 200 초의 경화 시간 동안 이루어질 수 있다. 구체적으로, 합착력은 0.5 내지 4 kgf, 0.7 내지 3 kgf, 1 내지 2 kgf, 또는 1.3 내지 1.5 kgf일 수 있다. 또한, 상기 경화 시간은 10 내지 200 초, 20 내지 150초, 30 내지 120초, 또는 40 내지 100초일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 회절 도광판을 포함하는 웨어러블 디바이스를 제공한다.
상기 웨어러블 디바이스는 증강현실 디바이스 또는 가상현실 디바이스일 수 있다. 상기 증강현실 디바이스 또는 가상현실 디바이스 등은 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.
상기 회절 도광판은 적어도 일면에 회절 도광부를 포함하여 입력된 광 정보의 입력, 이동 및 송출을 하는 기재로서 적용될 수 있다. 또한, 상기 회절 도광판은 높은 광굴절률을 가지므로, 광손실을 최소화하며 광 정보의 이동을 도모할 수 있다.
나아가, 상기 회절 도광부는 높은 유리전이온도를 가지므로, 웨어러블 디바이스의 작동에 따른 열에 의하여 물성의 변화를 최소화하여 높은 내구성을 구현할 수 있다. 나아가, 상기 회절 도광부는 유리 기판과 플라스틱 기판을 함께 포함하고, 이들 사이에 특정 바인더 수지 및 스페이서를 포함하는 접착층을 형성함으로 인해 강도 및 경도가 우수하면서도 무게가 가볍고, 휨(warpage)이 적어 이미지의 품질이 우수한 웨어러블 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 색 구현이 가능하고, 고굴절률 구현이 가능하고, 강도 및 경도가 우수하면서도 무게가 가볍고, 휨(warpage)이 적어 이미지의 품질이 우수한 회절 도광판, 및 이러한 회절 도광판을 포함하여 중첩 이미지가 발생하지 않아 이미지 품질이 우수한 웨어러블 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 발명의 일 구현예에 따른 회절 도광판의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 일 구현예에 따른 회절 도광판으로 입사된 광이 회절 도광판을 통해 출사되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 2의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이다.
도 4는 비교예 3 의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이다.
도 5는 비교예 4의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이다.
도 6은 실시예 2의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이다.
도 7은 비교예 3의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이다.
도 8은 비교예 4의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 접착 조성물 제조
에폭시 아크릴레이트 올리고머 (페닐 에폭시 아크릴레이트, 미원, MIRAMER PE110H, 중량 평균 분자량: 220 g/mol, 아크릴레이트 당량: 220 g/eq) 70 g, 다관능 아크릴레이트 모노머 (트리사이클로데케인 디메탄올 디아크릴레이트, 미원, Miramer M262, 중량 평균 분자량: 304 g/mol, 아크릴레이트 당량: 152 g/eq) 10 g, 단관능 아크릴레이트 모노머 (아이소보르닐 아크릴레이트, 미원, Miramer M1140, 중량 평균 분자량: 208 g/mol, 아크릴레이트 당량: 208 g/eq) 20 g, 라디칼 개시제 (Ciba, Irgacure819) 3 g, 스페이서 (구형, 직경: 100 ㎛, 폴리비닐벤젠, Sekisui, GS-L100) 1 g 및 실리카 (직경: 12nm, Evonik, AEROSIL®R805, BET: 150 m2/g) 5 g을, 페이스트 믹서(Paste Mixer)를 이용하여 25 ℃의 온도에서 10분간 혼합하여 접착 조성물을 제조하였다.
(2) 회절 도광판 제조
상부 기판(10)으로 1.74의 굴절률(400 nm 이상 700 nm 이하 파장), 1 mm의 두께, 1% 이하의 두께 편차, 1.2 g/cm3의 밀도, 2.5 g의 무게를 갖는 티오우레탄(thiourethane)계 플라스틱 기판을 준비하였다. 또한, 하부 기판(20)으로 1.72의 굴절률(400 nm 이상 700 nm 이하 파장), 0.8 mm 의 두께, 1% 이하의 두께 편차, 2.5 g/cm3의 밀도, 5 g의 무게를 갖는 유리 기판을 준비하였다.
상기 플라스틱 기판과 유리 기판 각각의 일면에 프로필렌글리콜모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), ZrO2, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA), Irgacure 184를 포함하는 조성물을 도포하고, 80 ℃의 온도에서 약 3 분 동안 건조시켰다. 이후, 피치 405 nm, 높이 200 nm, 듀티 0.4, 및 경사각 35 °인 회절 격자 패턴이 음각된 몰드를 이용하여 도포된 조성물 표면에 임프린팅하였다. 임프린팅 하는 과정에서, 약 40 ℃의 온도에서 약 100 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60 초 동안 조사하여 조성물을 광경화시킴으로써, 일면 상에 회절 도광부가 구비된 플라스틱 기판 및 유리 기판을 제조하였다.
상기 회절 도광부가 구비된 유리 기판의 말단부에, 상기 접착 조성물을 폭 1 mm로 도포한 후, 상기 플라스틱 기판을 부착하였다. 이후, 1.35 kgf의 합착력을 유지하면서, 약 30 ℃의 온도에서 약 50 mW/cm2의 세기를 가지는 자외선을 약 60 초 동안 조사하여 접착 조성물을 경화시켜 높이 100 ㎛의 접착층이 형성된 회절 도광판을 제조하였다.
실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 4
상기 상부 기판, 하부 기판, 접착 조성물을 하기 표 1에 기재된 상부 기판, 하부 기판, 접착 조성물으로 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 회절 도광판을 제조하였다.
(단위: g) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
기판 상부 기판 플라스틱 플라스틱 플라스틱 플라스틱 플라스틱 유리 플라스틱
하부 기판 유리 유리 유리 유리 유리 유리 플라스틱
접착 조성물 에폭시 아크릴레이트 올리고머 70 - - - 55 - -
우레탄 아크릴레이트 올리고머 - 80 80 80 - 80 80
다관능 아크릴레이트 모노머 10 5 5 5 40 5 5
단관능 아크릴레이트 모노머 20 15 15 15 5 15 15
라디칼 개시제 3 3 5 1 3 3 3
스페이서 1 1 1 1 1 1 1
실리카 5 5 5 5 5 5 5
- 에폭시 아크릴레이트 올리고머: 페닐 에폭시 아크릴레이트, 미원, MIRAMER PE110H, 중량 평균 분자량: 220 g/mol, 아크릴레이트 당량: 220 g/eq
- 우레탄 아크릴레이트 올리고머: 지방족 2관능성 아크릴레이트, 미원, MIRAMER PU2560, 중량 평균 분자량: 10,400 g/mol, 아크릴레이트 당량: 5,200 g/eq
- 다관능 아크릴레이트 모노머: 트리사이클로데케인 디메탄올 디아크릴레이트, 미원, Miramer M262, 중량 평균 분자량: 304 g/mol, 아크릴레이트 당량: 152 g/eq
- 단관능 아크릴레이트 모노머: 아이소보르닐 아크릴레이트, 미원, MIRAMER M1140, 중량 평균 분자량: 208 g/mol, 아크릴레이트 당량: 208 g/eq
- 라디칼 개시제: Ciba, Irgacure819
- 스페이서: 구형, 직경: 100 ㎛, 폴리비닐벤젠, Sekisui, GS-L100
- 실리카: 직경: 12nm, Evonik, AEROSIL®R805, BET: 150 m2/g
<평가>
1. 무게 측정
실시예 및 비교예의 회절 도광판에 대해 전자 저울(Sartorius)를 이용해 회절 도광판의 무게를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
2. 깨짐 특성 평가
실시예 및 비교예의 회절 도광판을 바닥으로부터 50 cm의 높이에서 떨어뜨려 외관 깨짐을 육안으로 확인하고, 하기 평가 기준으로 깨짐 특성 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 기판이 유리 기판 및 플라스틱 기판을 포함하는 경우, 플라스틱 기판이 바닥에 먼저 닿도록 떨어뜨렸다.
<평가 기준>
양호: 3 mm 미만의 금이 전혀 발생하지 않음.
불량: 3 mm 이상의 금이 발생하거나, 기판의 깨짐이 발생함.
3. 접착력 측정
25 mm X 90 mm X 0.7 mm(가로X세로X두께)인 유리 기판에 1.0 mm X 20 mm(가로 X 세로)로 실시예 및 비교예에서 제조된 접착 조성물을 도포한 후, 같은 크기의 유리 기판을 그 위에 1.35 kgf의 합착력으로 합착하였다. 이후, UV (LED 405 nm, 3 J/cm2)로 접착 조성물의 광경화를 60초 동안 진행한 후, TA [(Texture Analyser) - XT2 plus]로 접착력을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
4. 휨(Warpage) 정도 평가
실시예 및 비교예의 회절 도광판에 대해 비파괴 레이저 측정 방식인 3차원 좌표 측정기(3D CMM; 3D Coordinate Measuring Machine, ㈜덕인 (Dukin))를 이용해 휨(Warpage) 정도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 도 3은 실시예 2의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이고, 도 4는 비교예 3 의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이고, 도 5는 비교예 4의 회절 도광판에 대해 3차원 좌표 측정기로 촬영한 3D 이미지이다.
5. 이미지 품질 (MTF) 평가
실시예 및 비교예의 회절 도광판에 대한 이미지 품질은 MTF(Modulation Transfer Fucntion, 변조전달함수) 측정법에 의하여 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구체적으로, 이미지 품질 (MTF)은 특정 광원을 사용하여 입사된 영상이 회절 도광판 내에서 전반사를 거쳐 출사된 영상으로부터 측정되었다.
보다 구체적으로, LED 광원(SML-LX1610RGBW, A, 525 nm) 앞에 디퓨저(diffuser)를 밀착시켜 면 광원을 형성시킨 후 UASF 1951 resolution chart를 부착하고 회절 도광판의 입사부(50)와 광원간 이격이 1 mm가 되도록 배치했다. 입사광은 회절 도광판과 수직한 방향에서 입사되도록 했다. 또한, CCD monitor (CA 2000)와 회절 도광판의 출사부(60)간 이격이 17 mm가 되도록 배치했다. 실시예 및 비교예의 회절 도광판으로부터 출력된 사진을 Image-J 프로그램을 사용하여 이미지를 분석하여, 측정된 휘 도의 최대치(Imax)를 휘도값으로 취했다.
또한, 상기 휘도 측정과 같은 방법으로 출력된 사진에서 Group 2의 Element 1 (4.4 cycle/degree)에 대하여 가로 세로 줄무늬 각각의 MTF를 계산하고 산술 평균을 취하여 회절 도광판의 MTF 값으로 사용했다. 구체적으로, MTF는 Image-J 프로그램으로 상기 회절 도광판으로부터 출력된 사진의 이미지를 분석한 뒤 하기 식 2를 이용하여 구했다. Imax, Imin은 출사된 이미지를 Image-J 프로그램에 의하여 분석한 그래프에서 3점의 값을 취하여 각 평균치를 사용하였다.
[식 2]
MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)
한편, 도 6은 실시예 2의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이고, 도 7은 비교예 3의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이고, 도 8은 비교예 4의 회절 도광판으로부터 출력된 사진이다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
무게 (g) 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 10 5
깨짐 특성 양호 양호 양호 양호 양호 불량 양호
접착력 (g/mm) 93 114 229 10 5 114 110
휨정도 (㎛) 7 7 7 15 15 <3 15
이미지 품질 (MTF) 0.5 0.5 0.5 0.2 0.2 0.6 0.2
상기 표 2를 참조하면, 실시예의 회절 도광판은 무게가 가볍고, 깨짐 특성이 양호하며, 접착력이 우수하면서도, 휨이 발생하지 않고, 이미지 품질 또한 우수함을 확인했다.
한편, 비교예 1 및 2는 접착층의 접착력이 10 g/mm 이하로 낮아 회절 도광판의 휨이 크게 발생할 뿐만 아니라, 저하된 이미지 품질이 나타남을 확인했다. 또한, 2층의 유리 기판만을 사용하는 비교예 3은 무게가 무거울 뿐만 아니라, 외부 충격에 의해 쉽게 깨진다는 점을 확인했다. 또한, 2층의 플라스틱 기판만을 사용하는 비교예 4는 휨이 발생하여 저하된 이미지 품질이 나타남을 확인했다. 특히, 도 8에 따르면, 비교예 4의 회절 도광판으로부터 출력된 사진은, 도 6의 실시예 2의 회절 도광판으로부터 출력된 사진에 비해, 해상도가 현저히 낮다는 점을 확인했다.
5: 스페이서 10: 상부 기판
20: 하부 기판 30, 40: 접착층
50: 입사부 60: 출사부
500: 회절 도광판

Claims (20)

1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판;
유리 기판; 및
상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 사이에 위치하며, 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판을 이격시키는 복수의 접착층;을 포함하고,
상기 접착층은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는 상기 바인더 수지 100 중량%에 대해 60 내지 90 중량%로 포함하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는 에폭시 (메트)아크릴레이트계 화합물, 우레탄 (메트)아크릴레이트계 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 스페이서의 함량은 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해 0.01 내지 5 중량부인, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 스페이서는 직경이 10㎛ 내지 500㎛인 구형인, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 스페이서는 폴리비닐벤젠, 폴리스티렌 및 폴리메틸메타아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 라디칼 개시제, 무기 입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는, 회절 도광판.
제7항에 있어서,
상기 라디칼 개시제는 상기 바인더 수지 100중량부에 대해 3 내지 10 중량부로 포함하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 접착력이 50 g/mm 이상인, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 상기 플라스틱 기판 및 유리 기판의 일면의 말단부에 위치하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 접착층은 높이가 10 ㎛ 내지 500 ㎛인, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판 및 유리 기판은 각각 독립적으로 적어도 일면에 회절 격자 패턴이 포함된 회절 도광부를 포함하는, 회절 도광판.
제1항에 있어서,
상기 회절 도광판은 휨(Warpage)은 13 ㎛ 이하인, 회절 도광판.
1.65 이상의 굴절률을 갖는 플라스틱 기판의 일면의 말단부에 접착 조성물을 도포하고, 도포된 접착 조성물에 유리 기판의 일면의 말단부를 부착하는 단계; 및
상기 접착 조성물을 경화하여 상기 플라스틱 기판과 상기 유리 기판을 이격시키는 접착층을 형성하여 회절 도광판을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 접착 조성물은 (메트)아크릴레이트계 올리고머, 다관능 (메트)아크릴레이트계 모노머, 및 단관능 (메트)아크릴레이트계 모노머를 포함하는 바인더 수지; 및 스페이서를 포함하는, 회절 도광판 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 (메트)아크릴레이트계 올리고머는 상기 바인더 수지 100중량%에 대해 60 내지 90중량%로 포함하는, 회절 도광판 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 바인더 수지 100 중량부에 대해 0.01 내지 5 중량부로 포함하는, 회절 도광판 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 접착층은 라디칼 개시제, 무기 입자 또는 이들의 혼합물을 더 포함하는, 회절 도광판 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 라디칼 개시제는 상기 바인더 수지 100중량부에 대해 3 내지 10 중량부로 포함하는, 회절 도광판 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 경화는 0.1 내지 5 kgf 합착력 및 10 내지 200 초의 경화 시간 동안 이루어지는, 회절 도광판 제조방법.
제1항에 따른 회절 도광판을 포함하는 웨어러블 디바이스.
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PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20240620

Patent event code: PE09021S01D

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20241220

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D