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WO2020218784A1 - 회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법 - Google Patents

회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법 Download PDF

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Publication number
WO2020218784A1
WO2020218784A1 PCT/KR2020/005194 KR2020005194W WO2020218784A1 WO 2020218784 A1 WO2020218784 A1 WO 2020218784A1 KR 2020005194 W KR2020005194 W KR 2020005194W WO 2020218784 A1 WO2020218784 A1 WO 2020218784A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light guide
guide plate
bis
curable composition
diffractive light
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/005194
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김재영
김영석
정순화
장영래
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
Priority claimed from KR1020200046117A external-priority patent/KR102375853B1/ko
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to EP20796215.0A priority Critical patent/EP3940291A4/en
Priority to CN202080004373.XA priority patent/CN112534185B/zh
Priority to US17/263,084 priority patent/US20210294041A1/en
Priority to JP2021506483A priority patent/JP7374515B2/ja
Publication of WO2020218784A1 publication Critical patent/WO2020218784A1/ko

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics

Definitions

  • the present invention relates to a diffractive light guide plate and a method of manufacturing a diffractive light guide plate.
  • a device for providing a 3D image to a user has been developed using a virtual reality device and an augmented reality device.
  • the virtual reality device or the augmented reality device may form a diffraction light guide pattern on lenses such as general glasses to display a desired image to a user.
  • a lens for a virtual reality device or an augmented reality device uses glass having a high refractive index, and the glass may have a high refractive index, light transmittance, flatness and strength, but when it is damaged, it may cause fatal damage to the user's eyes. It can be used, and due to its high density, it is heavy in weight, which makes it difficult to wear for a long time.
  • the present invention is to provide a diffractive light guide plate having excellent thickness uniformity and flatness, low haze, and excellent mechanical properties such as pencil hardness and strength.
  • the present invention is to provide a diffractive light guide plate manufacturing method for manufacturing the diffractive light guide plate by a simple process.
  • a diffraction grating pattern includes an optical layer formed on one surface, and the diffraction grating pattern is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer, and the difference in refractive index between the diffraction grating pattern and one surface of the optical layer Is 0.01 or less, a diffractive light guide plate is provided.
  • a template in which a diffraction grating pattern included in the flat lower substrate, the flat upper substrate, the buffer spacer positioned between the flat lower substrate and the flat upper substrate, and the flat lower substrate or the flat upper substrate is engraved preparing a mold equipment including (template) and in which a molding space is partitioned by the buffer spacer; Buffering the curable composition in the molding space; And compressing the curable composition under the load of the flat upper substrate and curing the curable composition; including, compressing the curable composition under the load of the flat upper substrate, and curing the curable composition
  • a method of manufacturing a diffractive light guide plate performed to satisfy the following Equation 1 is provided.
  • step (to) or “step of” to the extent used do not mean “step for”.
  • the diffraction grating pattern includes an optical layer formed on one surface, the diffraction grating pattern is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer, and a difference in refractive index between the diffraction grating pattern and one surface of the optical layer is 0.01 or less,
  • a diffractive light guide plate may be provided.
  • the present inventors have found that when the diffraction grating pattern is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer, mechanical properties such as pencil hardness and strength of the diffractive light guide plate The characteristics are excellent.
  • refractive index between the diffraction grating pattern and one surface of the optical layer, there is no problem of lowering of transmittance or generation of haze caused by an interface formed between layers having different refractive indices, and incident on the diffraction light guide plate.
  • the efficiency in which light (that is, light guided) is totally reflected in the diffractive light guide plate is improved, and a high-resolution image with higher luminance can be displayed when the light is used in a virtual reality device or the like.
  • the diffractive light guide plate manufactured by this method had an interface between the plastic substrate and the pattern part, and also had poor interface adhesion, making it difficult to secure mechanical properties such as pencil hardness.
  • the diffraction grating pattern is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer, so that excellent mechanical properties such as high pencil hardness and strength may be exhibited.
  • the diffractive light guide plate has a high refractive index similar to that of glass and can be used as a diffractive light guide lens of a wearable device. For this reason, it is possible to prevent problems that occur due to breakage of the conventional glass, and problems that are difficult to wear for a long time due to the heavy weight of the glass. Furthermore, the diffractive light guide plate can achieve a high refractive index even if it does not contain additional inorganic particles, and thus, does not cause haze due to inorganic particles, and has low haze, so that visibility is high.
  • the diffractive light guide plate may be manufactured by a method of manufacturing a diffractive light guide plate, which will be described later, and thus can have excellent thickness uniformity and flatness.
  • the difference in refractive index between the diffraction grating pattern and one surface of the optical layer may be 0.01 or less, 0.05 or less, 0.001 or less, or 0.001 to 0.0001.
  • a problem of a decrease in transmittance resulting from an interface or haze may occur. Therefore, since the difference in refractive index between the diffraction grating pattern and one surface of the optical layer satisfies the above range, there is no problem of lowering of transmittance or generation of haze originating from the interface, and of light guided light.
  • the total reflection efficiency is increased, and when it is used in a virtual reality device, an image with higher brightness can be displayed.
  • the optical layer 300 has a diffraction grating pattern 200 formed on one surface thereof, and the diffraction grating pattern may include one or more pattern units 400.
  • the diffraction grating pattern 200 may include two or more pattern units 400 that are spaced apart from one side along the other side direction.
  • the pattern unit is not particularly limited as long as it is a pattern capable of diffraction of waved light, but may be a grid pattern having a shape such as a square column, a hexagonal column, a triangular pyramid, a cone, an elliptical cone, or a hemisphere, or a bar or stripe pattern.
  • the shape of the cross section of the pattern unit is not particularly limited, but may have, for example, a square, a triangle, a rhombus, a trapezoid, and a parabolic shape.
  • the direction of the cross section of the pattern unit may be a direction perpendicular to the diffraction light guide plate.
  • the pitch between the pattern units 400 included in the diffraction grating pattern 200 is 0.1 to 1 ⁇ m, 0.2 to 0.9 ⁇ m, 0.3 to 0.8 ⁇ m, or 0.4 to 0.7 ⁇ m, and the height May be 0.1 to 1 ⁇ m, 0.2 to 0.9 ⁇ m, 0.3 to 0.8 ⁇ m, or 0.4 to 0.7 ⁇ m.
  • the pitch means an interval at which the pattern unit 400 is repeated, and specifically, may mean a length between a point of one pattern unit and a point of another pattern unit adjacent thereto.
  • one point of one pattern unit and one point of the other pattern unit may mean positions corresponding to each other between the pattern units, and the direction of the length is a direction parallel to the optical layer 300.
  • the direction of the height is a direction perpendicular to the optical layer.
  • the shape of the two or more pattern units may be the same, and specifically, the shape, period, height, etc. of the cross section may be the same. have. For this reason, the amount of light diffracted in the entire area of the diffractive light guide plate may be the same.
  • the shape of the two or more pattern units 400 included in the diffraction grating pattern 200 may be different, and specifically, the shape of the cross section may be the same, but the period and height may be different, and the period may be the same. The shape and height of the cross section may be different.
  • the thickness of the optical layer 300 may be 0.1 to 10 mm, 0.2 to 9 mm, 0.3 to 8 mm, 0.4 to 7 mm, or 0.5 to 5 mm.
  • the thickness of the optical layer is too thin, the number of times that light incident on the diffractive light guide plate including the optical layer is unnecessarily totally reflected inside the diffractive light guide plate increases, and thus the luminance of the outgoing light emitted from the diffractive light guide plate decreases, When such a diffractive light guide plate is used in a virtual reality device or the like, the resolution may decrease.
  • the thickness of the optical layer is too thick, the transmittance of external light to the diffractive light guide plate including the optical layer decreases, so that the luminance of the external image is lowered, thereby reducing visibility.
  • the optical layer 300 on which the diffraction grating pattern 200 is formed may be a continuous phase of a polymer including an episulfide compound and a thiol compound.
  • the diffraction light guide plate has an optical layer in which the diffraction grating pattern is formed on one side in a one-step process by a method of manufacturing a diffraction light guide plate to be described later, and the diffraction grating pattern is integrated without an interface on one side of the optical layer.
  • the optical layer and the diffraction grating pattern formed on one surface of the optical layer may include a cured product of the same curable composition. That is, the optical layer on which the diffraction grating pattern is formed may be a continuous phase of a polymer including an episulfide compound and a thiol compound.
  • the continuous phase of the polymer can implement a high refractive index without including inorganic particles, it is possible to prevent a problem related to haze caused when a large amount of inorganic particles are used.
  • the episulfide compound is not particularly limited as long as it is a compound having at least one episulfide group in one molecule, but, for example, bis(2,3-epithiopropyl)sulfide, bis(2,3-epithiopropyl)disulfide, Bis(2,3-epithiopropyl)trisulfide, bis(2,3-epithiopropylthio)methane, 1,2-bis(2,3-epithiopropylthio)ethane, 1,3-bis(2 ,3-epithiopropylthio)propane, 1,2-bis(2,3-epithiopropylthio)propane, 1,4-bis(2,3-epithiopropylthio)butane, and bis(2,3 -It may be one or more selected from the group consisting of epithiopropylthioethyl) sulfide.
  • the content of the episulfide compound may be 50 to 98 parts by mass, 60 to 95 parts by mass, or 70 to 90 parts by mass, based on 100 parts by weight of the episulfide compound and the thiol compound.
  • the thiol compound is not particularly limited as long as it is a compound having one or more mercapto groups in one molecule, for example, m-xylylenedithiol, p-xylylenedithiol, o-xylylenedithiol, 2,2 '-Thiodiethanethiol, pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate), and 1,2-bis(2-mercaptoethylthio)-3- It may be one or more selected from the group consisting of mercaptopropane.
  • the content of the thiol compound may be 2 to 50 parts by weight, 5 to 40 parts by weight, or 10 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the episulfide compound and the thiol compound.
  • the continuous phase of the polymer may further include an isocyanate compound.
  • the isocyanate compound is not particularly limited as long as it is a compound having one or more isocyanate groups per molecule, but, for example, xylylene diisocyanate compound, 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, isophorone diisocyanate, and It may be one or more selected from the group consisting of hexamethylene diisocyanate.
  • the content of the isocyanate compound in the continuous phase of the polymer may be 1 to 20 parts by weight, 2 to 10 parts by weight, or 3 to 9 parts by weight, based on 100 parts by weight of the continuous phase of the polymer.
  • the continuous phase of the polymer may further include a polymerization catalyst.
  • the type of the polymerization catalyst is not particularly limited as long as it exhibits polymerization and curing, but for example, amines, phosphines, quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, condensates of aldehydes and amine compounds, carboxylates Salts of this acid and ammonia, urethanes, thiourethanes, guanidines, thioureas, thiazoles, sulfenamides, thirams, dithiocarbamates, xanthogen salts, tertiary sulfonium salts, Secondary iodonium salts, mineral acids, Lewis acids, organic acids, silicic acids, boric tetrafluorides, peroxides, azo compounds, and acidic phosphate esters are mentioned.
  • the polymerization catalyst is a quaternary ammonium salt such as tetra-n-butylammonium bromide, triethylbenzyl ammonium chloride, cetyldimethylbenzyl ammonium chloride, 1-n-dodecylpyridinium chloride, tetra-n-butyl Quaternary phosphonium salts, such as phosphonium bromide and tetraphenyl phosphonium bromide, are mentioned.
  • quaternary ammonium salt such as tetra-n-butylammonium bromide, triethylbenzyl ammonium chloride, cetyldimethylbenzyl ammonium chloride, 1-n-dodecylpyridinium chloride, tetra-n-butyl Quaternary phosphonium salts, such as phosphonium bromide and tetraphenyl phosphonium bromide, are mentioned.
  • the content of the polymerization catalyst in the continuous phase of the polymer may be 0.001 to 10 parts by weight, 0.005 to 5 parts by weight, or 0.01 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the continuous phase of the polymer.
  • One surface of the diffraction grating pattern 200 and the optical layer 300 may each have a refractive index of 1.65 or more at a wavelength of 532 nm.
  • the photorefractive index is 1.65 or more at a wavelength of 532 nm.
  • the diffraction light guide plate including the optical layer on which the diffraction grating pattern is formed on one surface may be made of a plastic material, but can implement a light refractive index equivalent to that of a glass substrate, thereby replacing a glass substrate.
  • optical loss can be minimized and optical information can be moved.
  • the glass transition temperature of the diffraction light guide plate may be 40°C or higher, 40°C to 150°C, 50°C to 130°C, or 80 to 100°C.
  • the temperature of the lens may increase.
  • the diffractive light guide plate may have a glass transition temperature of 40° C. or higher, even if it is used as a lens of a wearable device, a change in physical properties according to temperature can be minimized to achieve high durability.
  • the haze of the diffractive light guide plate may be 4.0% or less, 2% or less, 1% or less, or 0.1 to 1%. Since the diffractive light guide plate has a refractive index of 1.65 or higher without including inorganic particles, it does not cause haze and has high visibility.
  • the pencil hardness of the diffractive light guide plate may be HB or higher, H or higher, or 2H or higher. Since the diffraction grating pattern 200 is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer 300, mechanical properties such as pencil hardness and strength are excellent.
  • a thickness variation may be 3.0% or less, 2.5% or less, 1% or less, or 0.1 to 1%. As the value of the thickness deviation is lower, the thickness uniformity of the diffractive light guide plate is higher, and thus the diffractive light guide plate according to the embodiment may have excellent thickness uniformity.
  • the thickness deviation of the diffractive light guide plate can be derived as in the following general formula 1.
  • Thickness deviation (%) (maximum deviation/average thickness) ⁇ 100
  • the maximum thickness or minimum thickness can be measured using a contact measurement method using Mitsutoyo's Digimatic Thick 547-401 equipment at 25 °C and 50 RH% atmosphere. Alternatively, the maximum thickness or minimum thickness can be measured at 25° C. and 50 RH% using a non-contact measurement method using Micro-Epsilon's IFS-2405-1 or IFC-2451-MP equipment.
  • the average thickness is at 25 °C and 50 RH% atmosphere, using a contact measurement method using Mitsutoyo's Digimatic Thick 547-401 equipment, a random point of a randomly placed specimen as the origin, a radius of 10 mm and 22.5 degrees. It may be an average value of the thickness measured at intervals.
  • the average thickness is at 25 °C and 50 RH% atmosphere, using a non-contact measurement method using FiberPro's OWTM (Optical Wafer Thickness Measurement System) equipment, using a random point of the randomly placed specimen as the origin, horizontal and vertical It may be an average value of the thickness measured at 1 mm intervals for each.
  • the warp of the diffractive light guide plate may be 100 ⁇ m or less, 50 ⁇ m or less, 20 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or less, or 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the diffractive light guide plate manufactured by the method of manufacturing the diffractive light guide plate according to the above embodiment may satisfy the warp range, and when the warp of the diffractive light guide plate exceeds 100 ⁇ m, the reflection angle of light incident on the diffractive light guide plate cannot be maintained. When used in a device, the resolution may be degraded.
  • Warp is a numerical representation of the overall curvature of the diffractive light guide plate, It can be derived as in the following general formula 2.
  • Warp maximum deviation between center plane and reference plane-minimum deviation between center plane and reference plane
  • the center plane is a plane corresponding to the middle of the thickness of the diffraction light guide plate
  • the reference plane is a plane calculated by least squares fit with respect to the center plane in the measurement area. Accordingly, the warp corresponds to a difference between the maximum and minimum deviations between the reference plane and the center plane.
  • the central surface may be derived using a non-contact measurement method using Fiber Pro's OWTM (Optical Wafer Thickness Measurement System) equipment in an atmosphere of 25° C. and 50 RH%.
  • Fiber Pro's OWTM Optical Wafer Thickness Measurement System
  • the diffractive light guide plate may be for a diffractive light guide lens of a wearable device.
  • the wearable device is an augmented reality device or a virtual reality device
  • the diffraction light guide plate may be included as a lens of the wearable device, and due to the diffraction grating pattern included in the diffraction light guide plate, input, movement and Transmission can be facilitated.
  • a method of manufacturing the above-described diffractive light guide plate is provided.
  • the present inventors inject a curable composition into a conventional mold equipment and then cure it to manufacture only a plastic substrate, the cured product is peeled off the mold substrate during curing due to curing shrinkage of the curable composition, and peeling marks on the surface of the manufactured plastic substrate It was recognized that there is a problem that this remains and the thickness uniformity is greatly damaged.
  • the plastic substrate and imprinted Recognizing that it is difficult to secure high pencil hardness due to poor interfacial adhesion between resin layers the present invention has been developed.
  • the method of manufacturing a diffractive light guide plate includes: a flat lower substrate, a flat upper substrate, a buffer spacer positioned between the flat lower substrate and the flat upper substrate, and the flat lower substrate or the flat plate Preparing a mold equipment including a template in which a diffraction grating pattern included in an upper substrate is engraved, and in which a molding space is partitioned by the buffer spacer;
  • the cured product is peeled off from the flat lower substrate and the flat upper substrate of the mold equipment according to the curing shrinkage of the curable composition when the curable composition is cured.
  • the cured product is peeled off from the flat lower substrate and the flat upper substrate of the mold equipment according to the curing shrinkage of the curable composition when the curable composition is cured.
  • the curable composition is cured and the diffraction grating pattern engraved on the template is compressed to the upper or lower part of the cured product, and diffraction is performed on one surface of the diffraction light guide plate that is finally manufactured.
  • a lattice pattern can be formed.
  • a diffraction light guide plate including an optical layer in which a diffraction grating pattern is formed on one surface can be manufactured by a simple one-step process, and the diffraction grating pattern Is excellent in mechanical properties such as pencil hardness and strength because it is formed in an integrated structure without an interface on one surface of the optical layer.
  • the compressive stress of the buffer spacer satisfies Equation 1 above. Since the compressive stress of the buffer-type spacer has a difference within 5% of the sum of the load of the flat upper substrate and the curing contraction force of the curable composition, in the curing step of the curable composition, depending on the curing shrinkage of the curable composition The flat upper substrate is brought into close contact with the curable composition. Accordingly, the manufactured diffractive light guide plate exhibits excellent surface flatness, and thus thickness uniformity can be excellently implemented.
  • the template included in the flat lower substrate or the flat upper substrate may also be in close contact with the curable composition, and thus, the intaglio in the template
  • the diffraction grating pattern may clearly appear as a diffraction grating pattern on one side of the cured product.
  • the compressive stress of the buffer-type spacer is less than ⁇ (load of flat upper substrate + curing contraction force of curable composition) ⁇ 0.95 ⁇ , curing is completed before equilibrium is reached, resulting in uneven thickness of the diffractive light guide plate, The diffraction grating pattern may not appear clearly.
  • the compressive stress of the buffer-type spacer is greater than ⁇ (load of the flat upper substrate + curing shrinkage force of the curable composition) ⁇ 1.05 ⁇ , non-uniformity of shrinkage may occur during curing, resulting in poor appearance characteristics of the diffraction light guide plate.
  • Equation 1 may satisfy Equation 1-1, 1-2, or 1-3 below.
  • the compressive stress of the buffer-type spacer may have a difference within 3%, within 2%, or within 1% of the sum of the load of the flat upper substrate and the curing contraction force of the curable composition, and is manufactured accordingly.
  • the diffractive light guide plate exhibits more excellent surface flatness, and thickness uniformity may be better implemented.
  • Units of the load of the flat upper substrate, the curing contraction force of the curable composition, and the compressive stress of the buffer spacer may be kgf or N.
  • the buffer spacer may serve to prevent the cured product of the curable composition from being peeled off from the flat upper substrate due to curing shrinkage of the curable composition.
  • the buffer spacer has a compressive stress in consideration of the degree of curing and shrinkage of the curable composition and the load of the flat upper substrate as the curable composition is cured, and thus the load of the flat upper substrate according to the curing shrinkage of the curable composition It is compressed by, and in the step of curing the curable composition, it may serve to maintain a state in which the curable composition and the flat upper substrate are in close contact with each other.
  • the buffer spacer is in close contact with the template and the curable composition in the step of curing the curable composition. It can play a role in maintaining the status.
  • the load of the flat upper substrate may be 3.4 N to 34 N, 5.9 N to 27 N, or 7 N to 25 N.
  • the load of the flat upper substrate is within the above range, deformation due to curing shrinkage during curing of the curable composition can be minimized, reduction in transmittance during photocuring of the curable composition can be minimized, and By minimizing the non-uniformity in discharge of reaction heat during thermal curing, it is possible to induce uniform curing of the curable composition.
  • the template in which the diffraction grating pattern is engraved is included in the flat upper substrate and is located on the flat upper substrate, the load of the flat upper substrate is a load due to the template in which the diffraction grating pattern is engraved. It corresponds to the included load.
  • the curing shrinkage force of the curable composition may be measured by the following method. Specifically, using TA's Texure Analyzer equipment at 25°C and 50 RH% atmosphere, after applying a certain amount of the curable composition on the lower jig, lower the upper jig to contact the curable composition to record the initial value of the force. And, after raising the temperature to 90° C. and maintaining it for 5 hours, the final value of the force is recorded, and the value obtained as the difference between the final value of the force and the initial value can be measured.
  • the compressive stress of the buffer spacer can be measured in the following manner. Specifically, in an atmosphere of 25°C and 50 RH%, the specimen is deformed ((initial thickness-thickness after deformation)/initial when compressed with a specimen area of 5 ⁇ 5 mm2 and a compression speed of 1 mm/min using TA's Texture Analyzer. It may be a measure of the force at the moment of reaching the thickness).
  • the molding space may be partitioned by the buffer spacer. Specifically, when a template in which a diffraction grating pattern is engraved on the flat lower substrate is provided, the molding space is partitioned by the buffer spacer, and an empty space provided between the template and the flat upper substrate is provided. It can mean. Alternatively, when a template in which a diffraction grating pattern is engraved on the flat upper substrate is provided, the molding space is partitioned by the buffer spacer, meaning an empty space provided between the template and the flat lower substrate. can do.
  • the method of manufacturing the light guide plate according to the other embodiment may include buffering the curable composition in the molding space.
  • the step of buffering the curable composition may include injecting the curable composition into the molding space so that the curable composition is in close contact with the flat lower substrate (or the flat upper substrate) and the template in which the diffraction grating pattern is engraved. It can mean filling enough.
  • the curable composition may be tightly adhered to the entire surface of the intaglio pattern of the template.
  • the step of buffering the curable composition may mean injecting the curable composition in an amount of 95 vol% or more, 97 vol% or more, 99 vol% or more, or 100 vol% to the molding space.
  • the step of buffering the curable composition may include injecting the curable composition into a molding space divided into the buffer-type spacer and the flat-type lower substrate, and laminating a flat-type upper substrate including the template;
  • various methods such as a method of injecting the curable composition by providing an injection hole in the mold equipment may be used.
  • the curable composition may be a photocurable composition or a thermosetting composition, and may be applied without limitation as long as it is for manufacturing a diffraction light guide plate.
  • the curable composition may be applied without limitation as long as it is capable of manufacturing a diffractive light guide plate using mold casting.
  • the curable composition may include an episulfide compound and a thiol compound.
  • the episulfide compound is not particularly limited as long as it is a compound having at least one episulfide group in one molecule, but, for example, bis(2,3-epithiopropyl)sulfide, bis(2,3-epithiopropyl)disulfide, Bis(2,3-epithiopropyl)trisulfide, bis(2,3-epithiopropylthio)methane, 1,2-bis(2,3-epithiopropylthio)ethane, 1,3-bis(2 ,3-epithiopropylthio)propane, 1,2-bis(2,3-epithiopropylthio)propane, 1,4-bis(2,3-epithiopropylthio)butane, and bis(2,3 -It may be one or more selected from the group consisting of epithiopropylthioethyl) sulfide.
  • the content of the episulfide compound in the curable composition may be 50 to 98 parts by mass, 60 to 95 parts by mass, or 70 to 90 parts by mass based on 100 parts by weight of the episulfide compound and the thiol compound.
  • the thiol compound is not particularly limited as long as it is a compound having one or more mercapto groups in one molecule, for example, m-xylylenedithiol, p-xylylenedithiol, o-xylylenedithiol, 2,2 '-Thiodiethanethiol, pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate), and 1,2-bis(2-mercaptoethylthio)-3- It may be one or more selected from the group consisting of mercaptopropane.
  • the content of the thiol compound in the curable composition may be 2 to 50 parts by weight, 5 to 40 parts by weight, or 10 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the episulfide compound and the thiol compound.
  • the curable composition may further include an isocyanate compound.
  • the isocyanate compound is not particularly limited as long as it is a compound having one or more isocyanate groups per molecule, but, for example, xylylene diisocyanate compound, 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, isophorone diisocyanate, and It may be one or more selected from the group consisting of hexamethylene diisocyanate.
  • the content of the isocyanate compound in the curable composition may be 1 to 20 parts by weight, 2 to 10 parts by weight, or 3 to 9 parts by weight based on 100 parts by weight of the curable composition.
  • the curable composition may further include a polymerization catalyst.
  • the type of the polymerization catalyst is not particularly limited as long as it exhibits polymerization and curing, but for example, amines, phosphines, quaternary ammonium salts, quaternary phosphonium salts, condensates of aldehydes and amine compounds, carboxylates Salts of this acid and ammonia, urethanes, thiourethanes, guanidines, thioureas, thiazoles, sulfenamides, thirams, dithiocarbamates, xanthogen salts, tertiary sulfonium salts, Secondary iodonium salts, mineral acids, Lewis acids, organic acids, silicic acids, boric tetrafluorides, peroxides, azo compounds, and acidic phosphate esters are mentioned.
  • the polymerization catalyst is a quaternary ammonium salt such as tetra-n-butylammonium bromide, triethylbenzyl ammonium chloride, cetyldimethylbenzyl ammonium chloride, 1-n-dodecylpyridinium chloride, tetra-n-butyl Quaternary phosphonium salts, such as phosphonium bromide and tetraphenyl phosphonium bromide, are mentioned.
  • quaternary ammonium salt such as tetra-n-butylammonium bromide, triethylbenzyl ammonium chloride, cetyldimethylbenzyl ammonium chloride, 1-n-dodecylpyridinium chloride, tetra-n-butyl Quaternary phosphonium salts, such as phosphonium bromide and tetraphenyl phosphonium bromide, are mentioned.
  • the content of the polymerization catalyst in the curable composition may be 0.001 to 10 parts by weight, 0.005 to 5 parts by weight, or 0.01 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the curable composition.
  • the curable composition may have a curing shrinkage of 15% or less, 1% to 15% or less, 1% or more and 12% or less, or 1% or more and 10% or less, but is not limited thereto.
  • the method of manufacturing a light guide plate according to the other embodiment may include compressing the curable composition under a load of the flat upper substrate, and curing the curable composition.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the mold equipment in the step of curing the curable composition. It is a schematic diagram. Specifically, FIG. 2 is a diagram of a molding equipment including a buffer type spacer 503 provided between a planar lower substrate 501 and a flat upper substrate 502 including a template 504 in which a diffraction grating pattern is engraved. It shows that the curable composition 600 was injected into the molding space to be buffered. In this way, after the curable composition is buffered, photocuring and/or thermosetting may be performed to prepare a diffractive light guide plate.
  • the heating rate may be 2 °C/min or less, 1 °C/min or less, or 0.1 to 0.5 °C/min.
  • the heating rate is within the above range, it is possible to induce uniform curing of the curable composition by minimizing the variation between positions of heat transferred to the curable composition and minimizing the unevenness of discharge of reaction heat.
  • the final temperature may be 50 to 100° C., or 60 to 80° C., and between positions of heat transferred to the curable composition by placing an isothermal maintenance section three or more times at a temperature lower than the final temperature before reaching the final temperature. The deviation can be minimized.
  • the temperature difference between the isothermal maintenance periods may be 10°C to 20°C, and the holding time of the isothermal maintenance periods may be 1 hour to 5 hours, respectively.
  • heat curing at 45°C for 2 hours, 60°C for 2 hours, 75°C for 2 hours, and 90°C for 4 hours to obtain a diffraction light guide plate. Can be manufactured.
  • a diffraction grating pattern may be formed on one surface of the optical layer by a template in which the diffraction grating pattern is engraved.
  • the diffraction grating pattern is the same as the description of the diffraction grating pattern formed on one surface of the optical layer included in the aforementioned diffraction light guide plate.
  • the flexural modulus of the flat lower substrate and the flat upper substrate may be 3 GPa or more, 10 GPa or more, 20 GPa or more, or 40 GPa to 300 GPa, respectively.
  • the flexural modulus of the flat lower substrate and the flat upper substrate is within the above range, the bowing phenomenon of the flat upper substrate can be minimized, and thus the thickness uniformity of the manufactured diffractive light guide plate can be greatly increased. .
  • the flexural modulus of the template in which the diffraction grating pattern is engraved may be 1 to 20 GPa, 1.5 to 15 GPa, or 2 to 10 GPa. If the flexural modulus of the template in which the diffraction grating pattern is engraved is less than 1 GPa, the uniformity of the diffraction grating pattern may be damaged as the curable composition is cured and contracted, and if it exceeds 20 GPa, the diffraction grating pattern engraved on the template due to excessive stiffness. This can be damaged.
  • Surface flatness of the flat lower substrate and the flat upper substrate may be 5 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, or 0.01 to 1 ⁇ m, respectively.
  • the surface flatness of the manufactured diffractive light guide plate may be significantly improved than that of a general diffractive light guide plate.
  • the method of measuring the surface flatness is as follows. Specifically, in an atmosphere of 25° C. and 50 RH%, measure one point per 0.16 ⁇ 0.16 mm 2 in a 200 mm diameter area with QED's ASI (aspheric stitching interferometry) equipment, or use a three-dimensional shape measuring instrument of Deokin, It can be measured as a value obtained as the difference between the highest and lowest values of the height measured at intervals of 5 mm and 11.25 degrees with a radius of 5 mm based on an arbitrary origin in a 200 mm diameter region.
  • QED's ASI aspheric stitching interferometry
  • planar lower substrate and the planar upper substrate may be a transparent substrate.
  • the planar lower substrate and the planar upper substrate may each be an organic substrate, which may effectively perform photocuring of the curable composition due to excellent light transmission properties.
  • the compressive elastic modulus of the buffer spacer may be 0.1 MPa to 10 MPa, 0.1 MPa to 5 MPa, 0.1 MPa to 3 MPa, or 0.1 MPa to 2 MPa.
  • a load is uniformly transferred to the curable composition when the flat upper substrate is in contact, thereby increasing the thickness uniformity of the diffraction light guide plate, and diffraction engraved on the template.
  • the grating pattern may clearly appear as a diffraction grating pattern on one side of the cured product.
  • a method of measuring the compressive elastic modulus of the buffer spacer is as follows. In an atmosphere of 25 °C and 50 RH%, specimen deformation of the force measured when compression with a specimen area of 5 ⁇ 5 mm2 and a compression speed of 1 mm/min using TA's Texture Analyzer ((initial thickness-thickness after deformation)/initial It may mean a slope for thickness).
  • the compressive modulus of the buffer spacer is the force measured when the laminated specimen is prepared with an area of 5 ⁇ 5 mm2 and compressed at a compression speed of 1 mm/min. It may be a measure of the slope for deformation ((initial thickness-thickness after deformation)/initial thickness).
  • the buffer spacer may have a structure in which an inelastic layer and an elastic layer are stacked, a structure in which an elastic layer is provided between the inelastic layers, or a structure in which an inelastic layer is provided between the elastic layers.
  • the compressive elastic modulus of the buffer-type spacer is It may mean the compressive elastic modulus of the elastic layer.
  • the buffer spacer may be designed in consideration of the degree of shrinkage of the curable composition, it may serve as a support as the inelastic layer, and may serve as the elastic layer to control a height change according to the shrinkage of the curable composition. have.
  • the curing shrinkage rate of the curable composition may be 15% or less, 1% to 15% or less, 1% or more and 12% or less, or 1% or more and 10% or less.
  • the curing shrinkage rate of the curable composition may be derived as shown in General Formula 3 below.
  • Curing shrinkage (%) ⁇ (volume before curing-volume after complete curing) / volume before curing ⁇ ⁇ 100.
  • the method of manufacturing a diffractive light guide plate may further include obtaining a diffractive light guide plate from the mold equipment.
  • a diffractive light guide plate may be obtained by removing the flat upper substrate, the flat lower substrate, and the template in which the diffraction grating pattern is engraved.
  • Removing the planar upper substrate, the planar lower substrate, and the template may include, after the curing of the curable composition is completed, the planar upper substrate, the flat lower substrate, and the template are transferred to a diffractive light guide plate that is a cured product of the curable composition. It can mean separating.
  • the diffractive light guide plate manufactured by the method of manufacturing the diffractive light guide plate according to the other embodiment are as mentioned in the above-described diffraction light guide plate.
  • the diffractive light guide plate may be for a diffractive light guide lens of a wearable device.
  • the thickness of the diffractive light guide plate may be adjusted according to the separation distance between the flat lower substrate and the flat upper substrate and the curing shrinkage rate of the curable composition, and the diffractive light guide plate within the above range according to the use of the diffractive light guide plate. The thickness can be adjusted.
  • Surfaces of the flat lower substrate, the flat upper substrate, and the template in which the diffraction grating pattern is engraved may be surface-treated with a release agent, respectively.
  • the releasing agent can be applied without limitation as long as it is generally used in the art.
  • the surface treatment with the release agent may be surface coated with a fluorine-based silane coupling agent.
  • It can provide a diffractive light guide plate having excellent thickness uniformity and flatness, low haze, and excellent mechanical properties such as pencil hardness and strength, and can also manufacture such a diffractive light guide plate by a simple one-step process.
  • a method of manufacturing a diffractive light guide plate can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical layer included in a diffractive light guide plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a mold equipment in the step of curing a curable composition in a method of manufacturing a diffractive light guide plate according to another embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.
  • Bis (2,3-epithiopropyl) disulfide (Bis (2,3-epithiopropyl) disulfide) 88.5 parts by weight, 2,2'-thiodiethanethiol (2,2'-Thiodiethanethiol) 6.5 parts by weight, isophorone di
  • a curable composition comprising 5.0 parts by weight of isocyanate (Isophoronediisocyanate) and 0.07 parts by weight of tetrabutylphosphonium bromide was prepared.
  • the curing shrinkage force of the prepared curable composition was 2.00 ⁇ 10 -4 N/mm 3 as a result of measuring by the method of measuring the curing shrinkage force described above.
  • a glass substrate having a flexural modulus of 70 GPa, a surface flatness of 0.5 ⁇ m, a thickness of 30 mm, and a diameter of 200 mm was prepared, and a template (flexural modulus: 3 GPa) in which a diffraction grating pattern was engraved on the lower substrate was prepared. Attached. At this time, it was attached so that the circular center of the lower substrate and the circular center of the template were in contact, the diameter of the template was 150 mm, the thickness was polyethylene terephthalate (PET), and the pitch of the engraved diffraction grating pattern was It was 405 nm and the depth was 500 nm.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a buffer-type spacer made of silicon having a compressive elastic modulus of 1.0 MPa, a height of 1,007 ⁇ m, and a cross-sectional area of 10 ⁇ 10 mm2 is provided at 120° intervals to contact the circumference of the lower substrate to form a molding space.
  • the curable composition was prepared using a glass substrate having a flexural modulus of 70 GPa, a load of 8.2 N, a diameter of 200 mm, and a surface flatness of 0.5 ⁇ m as an upper substrate. Buffered to the molding space.
  • the curable composition was placed in a convection oven of Jeio Tech, allowed to stand at room temperature for 2 hours, and then the heating rate was set to 1° C./min, followed by 2 hours at 45° C., 2 hours at 60° C., 2 hours at 75° C. , Heat curing at 90° C. for 4 hours to prepare a diffractive light guide plate having a thickness of 0.8 mm.
  • a diffractive light guide plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the template in which the diffraction grating pattern was engraved was attached to the upper substrate rather than the lower substrate.
  • a diffractive light guide plate was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the spacer had a height of 427 ⁇ m and a template in which the diffraction grating pattern was engraved was attached to the upper substrate rather than the lower substrate.
  • a glass substrate with a flexural modulus of 70 GPa, a surface flatness of 0.5 ⁇ m, a thickness of 30 mm, and a diameter of 200 mm was used, and a compressive elastic modulus of 1.0 MPa, a height of 805 ⁇ m, and a cross-sectional area of 10 ⁇ 10 mm2.
  • the flexural modulus as the upper substrate
  • the curable composition was buffered in the molding space using a glass substrate having 70 GPa, a load of 8.2 N, a diameter of 200 mm, and a surface flatness of 0.5 ⁇ m.
  • the curable composition was placed in a convection oven of Jeio Tech, allowed to stand at room temperature for 2 hours, and then the heating rate was set to 1° C./min, followed by 2 hours at 45° C., 2 hours at 60° C., 2 hours at 75° C. , By heat curing at 90° C. for 4 hours to prepare a plastic substrate.
  • a template (diameter 150 mm, thickness 200 ⁇ m, polyethylene terephthalate) in which a diffraction grating pattern having a pitch of 405 nm and a depth of 1 ⁇ m was engraved on the imprint resin layer was applied at a temperature of 40° C. and a pressure of 20 bar.
  • the diffraction light guide plate having a thickness of 0.8 mm was prepared by irradiation with UV (360 nm light source) of 1000 mJ/cm 2 and cured, and cut into a rectangular shape of 6 ⁇ 5 cm.
  • the thickness deviation of the diffractive light guide plates of Examples and Comparative Examples was calculated through the following General Formula 1, and the results are shown in Table 1 below.
  • Thickness deviation (%) (maximum deviation/average thickness) ⁇ 100
  • the thickness of the diffractive light guide plate is measured at the maximum or minimum thickness using a contact-type measurement method using Mitsutoyo's Digimatic Thick 547-401 equipment in an atmosphere of 25° C. and 50 RH%. The point was the origin, and the average value of the thickness measured at intervals of 10 mm in radius and 22.5 degrees was measured as the average thickness.
  • Warp maximum deviation between center plane and reference plane-minimum deviation between center plane and reference plane
  • the central surface is a reference optical body installed under the diffractive light guide plate and the thickness of the diffractive light guide plate using a non-contact measurement method using OWTM (Optical Wafer Thickness Measurement System) equipment of Fiber Pro in an atmosphere of 25° C. and 50 RH% It can be derived by measuring the distance between and the diffraction light guide plate. Meanwhile, the reference plane may be calculated using a least squares fit with respect to the center plane.
  • OWTM Optical Wafer Thickness Measurement System
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Thickness deviation (%) 2.1 2.2 2.2 2.1 Warp ( ⁇ m) 28 24 24 65 Haze (%) 1.4 1.55 1.58 4.2 Pencil hardness 2H 2H 2H 6B
  • the diffraction light guide plate of the embodiment including the optical layer having the diffraction grating pattern formed on one surface thereof has significantly superior pencil hardness compared to the comparative example having an interface between the plastic substrate and the diffraction grating pattern.
  • the above embodiment does not include inorganic particles, it can be predicted that the haze is significantly lower than that of the comparative example including the inorganic particles, so that the visibility will be high.
  • the warp was significantly lower in Examples than in Comparative Examples.

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Abstract

본 발명은 회절 격자 패턴을 광학층의 일면에 계면없이 일체화된 구조로 형성하여 우수한 두께 균일도 및 평탄도를 가지는 동시에, 헤이즈가 낮아 시인성이 우수하고, 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수한 회절 도광판 및 이러한 회절 도광판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 4월 25일자 한국 특허 출원 제 10-2019-0048581호 및 2020년 4월 16일자 한국 특허 출원 제10-2020-0046117호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 회절 도광판 및 회절 도광판 제조방법에 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 일반적인 안경과 같은 렌즈에 회절 도광 패턴을 형성하여 원하는 이미지를 사용자에게 보이도록 할 수 있다.
일반적으로, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도의 렌즈는 굴절율이 높은 유리를 사용하게 되는데, 유리는 높은 굴절율, 광투과도, 평탄도 및 강도를 가질 수 있으나, 파손 시 사용자의 안구에 치명적인 손상을 가할 수 있고, 밀도가 높아 무게가 무거워 장시간 착용에 불편함이 존재한다.
이에 따라, 가상 현실 디바이스 또는 증강 현실 디바이스 용도로 사용할 수 있도록, 높은 광투과도 및 높은 굴절율을 가지며, 나아가 가볍고 파손 시 상대적으로 안전한 렌즈에 대한 연구가 필요하다.
유리를 대체하기 위한 고굴절 플라스틱의 경우, 매우 가볍고 다양한 색 구현이 가능하나, 표면 평탄도 및 두께 균일도와 같은 물성이 기존의 유리에 크게 미치지 못하는 문제점이 있다.
나아가, 회절 격자를 형성하는 임프린트 공정시, 강도가 낮아 형태 변형이 발생하거나, 고굴절 구현을 위해 무기 입자를 다량 사용하는 경우 최종 제품의 헤이즈를 유발할 뿐만 아니라, 고굴절 플라스틱 기재와 회절 격자 간의 계면 접착력이 불량하여 높은 연필 경도를 확보하기 어려운 문제점이 있어, 이의 개선을 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 우수한 두께 균일도 및 평탄도를 가지는 동시에, 헤이즈가 낮고 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수한 회절 도광판을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 간단한 공정으로 상기 회절 도광판을 제조하는 회절 도광판 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층을 포함하고, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되며, 상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이는 0.01 이하인, 회절 도광판이 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 위치하는 완충형 스페이서, 및 상기 평판형 하부 기판 또는 평판형 상부 기판에 포함되는 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(template)를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계; 상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계; 및 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계;를 포함하며, 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족하도록 수행되는 회절 도광판 제조방법이 제공된다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 회절 도광판 및 회절 도광판 제조방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
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.
또한, 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.
또한, 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
발명의 일 구현예에 따르면, 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층을 포함하고, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되며, 상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이는 0.01 이하인, 회절 도광판이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 회절 도광판에 포함되는 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층에서, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되는 경우, 회절 도광판의 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수하다. 또한, 상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이가 거의 없어, 굴절률이 상이한 층 상이에 형성되는 계면에서 비롯되는 투과율 저하의 문제 또는 헤이즈 발생의 문제가 없을 뿐만 아니라, 회절 도광판에 입사된 빛(즉, 도파(light guide)되는 빛)이 회절 도광판 내에서 전반사되는 효율을 높여, 이를 가상 현실 디바이스 등에 사용하는 경우 보다 휘도가 높은 고해상도 이미지를 디스플레이할 수 있다.
종래의 회절 도광판의 경우, 플라스틱(또는 유리) 기재 상에 임프린트용 수지 조성물을 도포하고 건조하여 수지층을 형성한 후, 상기 수지층 상에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(Template)를 임프린트하는 공정을 통해 패턴부를 갖는 도광판을 제조하였으나, 이러한 방법으로 제조된 회절 도광판은 플라스틱 기재와 패턴부 사이에 계면이 존재하며, 또한, 계면 접착력이 불량하여 연필 경도 등의 기계적 물성을 확보하기 어려웠다. 그러나, 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판은, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되어 높은 연필 경도 및 강도 등의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판은 유리(Glass)와 유사한 고굴절율을 가져 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈로 사용할 수 있다. 이로 인해, 종래 유리의 파손으로 발생하는 문제점 및 유리의 무거운 무게로 장시간 착용이 어려운 문제점 등을 방지할 수 있다. 나아가, 상기 회절 도광판은 무기 입자를 추가적으로 포함하지 않더라도 고굴절율의 구현이 가능하여, 무기 입자로 인한 헤이즈를 유발하지 않고 헤이즈가 낮아 시인성이 높다. 또한, 상기 회절 도광판은 후술할 회절 도광판 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 이로 인해 우수한 두께 균일도 및 평탄도를 가질 수 있다.
상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이는 0.01 이하, 0.05 이하, 0.001 이하, 또는 0.001 내지 0.0001일 수 있다. 상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이가 0.01 초과하면 계면에서 비롯되는 투과율 저하의 문제 또는 헤이즈 발생할 수 있다. 따라서, 상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이가 상기 범위를 만족함으로 인해, 상기 계면에서 비롯되는 투과율 저하의 문제 또는 헤이즈 발생의 문제가 없을 뿐만 아니라, 도파(light guide)되는 빛의 전반사 효율을 높여 이를 가상 현실 디바이스 등에 사용하는 경우 보다 휘도가 높은 이미지를 디스플레이할 수 있다.
도 1은 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판에 포함되는 광학층의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 상기 광학층(300)은 일면에 회절 격자 패턴(200)이 형성되어 있고, 상기 회절 격자 패턴은 1 이상의 패턴 단위체(400)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 회절 격자 패턴(200)은 일측면에서 타측면 방향을 따라 이격되어 구비되는 2 이상의 패턴 단위체(400)를 포함할 수 있다. 상기 패턴 단위체는 도파되는 빛의 회절이 가능한 패턴이라면 특별히 한정하지 않으나, 사각기둥, 육각기둥, 삼각뿔, 원뿔, 타원뿔, 또는 반구 등의 형태를 갖는 격자 패턴일이거나, 바(Bar) 또는 줄무늬 패턴일 수 있다. 한편, 상기 패턴 단위체 단면의 형상은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 사각형, 삼각형, 마름모 형상, 사다리꼴 형상, 포물선 형상 등을 가질 수 있다. 상기 패턴 단위체 단면의 방향은 회절 도광판과 수직한 방향일 수 있다.
또한, 상기 회절 격자 패턴(200)에 포함되는 상기 패턴 단위체(400)들 간의 주기(pitch)는 0.1 내지 1 μm, 0.2 내지 0.9 μm, 0.3 내지 0.8 μm 또는 0.4 내지 0.7 μm이고, 높이(height)는 0.1 내지 1 μm, 0.2 내지 0.9 μm, 0.3 내지 0.8 μm 또는 0.4 내지 0.7 μm일 수 있다.
상기 주기(pitch)는 패턴 단위체(400)가 반복되는 간격을 의미하며, 구체적으로, 하나의 패턴 단위체의 일 지점과 이와 인접하는 다른 하나의 패턴 단위체의 일 지점 사이의 길이를 의미할 수 있다. 또한, 하나의 패턴 단위체의 일 지점과 다른 하나의 패턴 단위체의 일 지점은 패턴 단위체 간에 서로 대응되는 위치를 의미할 수 있으며, 그 길이의 방향은 광학층(300)와 평행한 방향이다. 또한, 상기 높이(height)의 방향은 상기 광학층과 수직한 방향이다.
상기 회절 격자 패턴(200)에 포함되는 2 이상의 패턴 단위체(400)를 포함하는 경우, 2 이상의 패턴 단위체의 형태는 동일할 수 있으며, 구체적으로, 단면의 형상, 주기, 높이 등이 서로 동일할 수 있다. 이로 인해, 상기 회절 도광판 전 영역에서 회절되는 광량이 동일할 수 있다. 또한, 회절 격자 패턴(200)에 포함되는 2 이상의 패턴 단위체(400)의 형태는 상이할 수 있으며, 구체적으로, 단면의 형상은 동일하나 주기 및 높이가 상이할 수 있고, 또한, 주기는 동일하나 단면의 형상 및 높이가 상이할 수 있다.
상기 광학층(300)의 두께는 0.1 내지 10 mm, 0.2 내지 9 mm, 0.3 내지 8mm, 0.4 내지 7mm, 또는 0.5 내지 5 mm일 수 있다. 상기 광학층의 두께가 지나치게 얇으면, 상기 광학층을 포함하는 회절 도광판에 입사된 빛이 회절 도광판 내부에서 불필요하게 전반사되는 횟수가 많아지고, 이로 인해 회절 도광판에서 출사되는 출사광의 휘도가 낮아지므로, 이러한 회절 도광판을 가상 현실 디바이스 등에 사용하는 경우 해상도가 저하될 수 있다. 한편, 상기 광학층의 두께가 지나치게 두꺼우면, 상기 광학층을 포함하는 회절 도광판에 대한 외부광의 투과율이 감소하여 외부 영상의 휘도가 낮아지고, 이에 따라 시인성이 저하될 수 있다.
상기 회절 격자 패턴(200)이 일면에 형성된 광학층(300)은 에피설파이드 화합물 및 티올(Thiol) 화합물을 포함한 고분자의 연속상일 수 있다.
상기 회절 도광판은 후술하는 회절 도광판 제조방법에 의해 원스텝(One-step) 공정으로 상기 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층이 형성되어, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되고, 상기 광학층과 상기 광학층의 일면에 형성된 회절 격자 패턴은 동일한 경화성 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 즉, 상기 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층은 에피설파이드 화합물 및 티올(Thiol) 화합물을 포함한 고분자의 연속상일 수 있다. 또한, 상기 고분자의 연속상은 무기 입자를 포함하지 않고도, 고굴절율의 구현이 가능하여, 다량의 무기 입자를 사용하는 경우 발생하는 헤이즈 유발에 관한 문제점을 방지할 수 있다.
상기 에피설파이드 화합물은 1분자 중에 에피설파이드기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)트리설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,4-비스(2,3-에피티오프로필티오)부탄, 및 비스(2,3-에피티오프로필티오에틸)설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 에피설파이드 화합물의 함량은, 에피설파이드 화합물 및 티올 화합물 100중량부를 기준으로, 50 내지 98 질량부, 60 내지 95 질량부 또는 70 내지 90 질량부일 수 있다.
상기 티올 화합물은 1분자 중에 메르캅토기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, m-자일릴렌디티올, p-자일릴렌디티올, o-자일릴렌디티올, 2,2’-티오디에탄티올, 펜타에리스리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 및 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 티올 화합물의 함량은, 에피설파이드 화합물 및 티올 화합물 100중량부를 기준으로, 2 내지 50 중량부, 5 내지 40 중량부, 또는 10 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 고분자의 연속상은 이소시아네이트 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물은 1분자당 이소시아네이트기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 자일릴렌디이소시아네이트화합물, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 이소포론디이소시아네이트, 및 헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 고분자의 연속상에서 이소시아네이트 화합물의 함량은, 상기 고분자의 연속상 100중량부를 기준으로, 1 내지 20 중량부, 2 내지 10 중량부, 또는 3 내지 9 중량부일 수 있다.
상기 고분자의 연속상은 중합 촉매를 더 포함할 수 있다. 중합 촉매는 중합 경화를 발현하는 것이라면 그 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 아민류, 포스핀류, 제4급 암모늄염류, 제4급 포스포늄염류, 알데히드와 아민계 화합물의 축합물, 카르본산과 암모니아의 염, 우레탄류, 티오우레탄류, 구아니딘류, 티오요소류, 티아졸류, 설펜아미드류, 티람류, 디티오카르바민산염류, 크산토겐산염, 제3급 술포늄염류, 제2급 요오드늄염류, 광산류, 루이스산류, 유기산류, 규산류, 사불화붕산류, 과산화물, 아조계 화합물, 산성 인산에스테르류를 들 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 중합 촉매는, 테트라-n-부틸암모늄브로마이드, 트리에틸벤질암모늄클로라이드, 세틸디메틸벤질암모늄클로라이드, 1-n-도데실피리디늄클로라이드 등의 제4급 암모늄염, 테트라-n-부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드 등의 제4급 포스포늄염을 들 수 있다.
상기 고분자의 연속상에서 중합 촉매의 함량은, 상기 고분자의 연속상 100중량부를 기준으로, 0.001 내지 10 중량부, 0.005 내지 5 중량부, 또는 0.01 내지 3 중량부일 수 있다.
상기 회절 격자 패턴(200) 및 상기 광학층(300)의 일면은 532 ㎚ 파장에서의 굴절율이 각각 1.65 이상일 수 있다. 일반적인 유리 기재의 경우, 광굴절율이 532 ㎚ 파장에서 1.65 이상이다. 따라서, 상기 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층을 포함하는 회절 도광판은 플라스틱 재질임에도 불구하고, 유리 기재와 동등한 수준의 광굴절율을 구현할 수 있으므로, 유리 기재를 대체할 수 있다. 또한 높은 광굴절율로 인해 웨어러블 디바이스의 렌즈로 사용되는 경우, 광손실을 최소화하며 광정보의 이동을 도모할 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판의 유리전이온도는 40 ℃ 이상, 40 ℃ 내지 150 ℃, 50 ℃ 내지 130 ℃, 또는 80 내지 100℃일 수 있다. 웨어러블 디바이스의 경우, 지속적인 영상의 전송 및 출력이 진행될 수 있으며, 이에 따라 렌즈의 온도가 상승할 수 있다. 한편, 상기 회절 도광판은 유리전이온도가 40 ℃ 이상으로 구현할 수 있으므로, 웨어러블 디바이스의 렌즈로 사용하더라도 온도에 따른 물성 변화를 최소화하여 높은 내구성을 구현할 수 있다.
상기 회절 도광판의 헤이즈는 4.0% 이하, 2% 이하, 1% 이하 또는 0.1 내지 1%일 수 있다. 상기 회절 도광판은 무기 입자를 포함하지 않고도 굴절율이 1.65 이상으로 나타남으로 인해, 헤이즈를 유발하지 않아 시인성이 높다.
또한, 회절 도광판의 연필 경도는 HB 이상, H 이상, 또는 2H 이상일 수 있다. 상기 회절 격자 패턴(200)은 상기 광학층(300)의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성됨으로 인해, 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수하다.
또한, 상기 회절 도광판은 1 이상의 패턴 단위체(400)를 포함함에도, 두께 편차는 3.0% 이하, 2.5% 이하, 1% 이하, 또는 0.1 내지 1%일 수 있다. 상기 두께 편차의 값이 낮을수록 상기 회절 도광판의 두께 균일도는 높으므로, 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판은 우수한 두께 균일도를 가질 수 있다.
또한, 상기 회절 도광판의 두께 편차는 하기 일반식 1과 같이 도출될 수 있다.
[일반식 1]
두께 편차(%) = (최대 편차/평균 두께) Х 100
두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 최대 두께 또는 최소 두께를 측정할 수 있다. 또는, 두께는 25 ℃ 및 50 RH%에서 Micro-Epsilon 사의 IFS-2405-1 또는 IFC-2451-MP 장비를 이용한 비접촉식 측정 방법을 이용하여 최대 두께 또는 최소 두께를 측정할 수 있다.
한편, 평균 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 임의로 배치된 시편의 임의의 점을 원점으로, 반지름 10 ㎜ 및 22.5 도의 간격으로 측정된 두께의 평균값일 수 있다. 또는, 평균 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, 파이버프로 사의 OWTM(Optical Wafer Thickness Measurement system) 장비를 이용한 비접촉식 측정방법을 이용하여, 임의로 배치된 시편의 임의의 점을 원점으로, 가로 및 세로 각각에 대하여 1 mm 간격으로 측정된 두께의 평균값일 수 있다.
상기 회절 도광판의 워프(Warp)는 100 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이하, 또는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 일 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법에 의해 제조된 회절 도광판은 상기 워프 범위를 만족할 수 있으며, 회절 도광판의 워프가 100 ㎛ 초과하면 회절 도광판에 입사된 빛의 반사각이 유지 되지 못해, 이를 가상 현실 디바이스 등에 사용하는 경우 해상도가 저하될 수 있다.
워프(Warp)는 상기 회절 도광판의 전체적인 굴곡을 수치로 나타낸 것으로, 하기 일반식 2와 같이 도출될 수 있다.
[일반식 2]
워프 = 중앙면과 기준면의 최대 편차 - 중앙면과 기준면의 최소 편차
상기 일반식 2에서 중앙면은 회절 도광판의 두께의 중간에 해당하는 면이고, 기준면은 측정 영역 내에서의 중앙면에 대한 최소이승법(Least squares fit)으로 계산된 면이다. 따라서, 상기 워프는 상기 기준면과 중앙면 간의 최대 편차 및 최소 편차의 차이에 해당한다.
한편, 상기 중앙면은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, 파이버프로 사의 OWTM(Optical Wafer Thickness Measurement system) 장비를 이용한 비접촉식 측정방법을 이용하여 도출될 수 있다.
상기 회절 도광판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈용일 수 있다. 구체적으로, 상기 웨어러블 디바이스는 증강현실 디바이스 또는 가상현실 디바이스인 것으로, 상기 회절 도광판은 상기 웨어러블 디바이스의 렌즈로 포함될 수 있으며, 상기 회절 도광판에 포함된 회절 격자 패턴으로 인해, 광정보의 입력, 이동 및 송출을 용이하게 할 수 있다.
발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 회절 도광판을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명자들은 경화성 조성물을 통상의 몰드 장비에 주입한 후 경화하여 플라스틱 기재만을 제조하는 경우, 경화성 조성물의 경화 수축에 의하여 경화 도중 경화물이 몰드 기판에서 박리되어, 제조되는 플라스틱 기재의 표면에 박리 자국이 남고, 두께 균일도가 크게 훼손되는 문제점이 있음을 인식하고 있였다. 또한, 상기 몰딩 공정에 의해 제조된 플라스틱 기재 상에 임프린트용 수지 조성물을 도포하고 건조하여 수지층을 형성한 후, 상기 수지층 상에 임프린트 공정을 통해 회절 도광판을 제조하는 경우, 플라스틱 기재와 임프린트된 수지층 간의 계면 접착력이 불량하여 높은 연필 경도를 확보하기 어렵다는 점을 인식하고, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.
상기 다른 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법은, 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 위치하는 완충형 스페이서, 및 상기 평판형 하부 기판 또는 평판형 상부 기판에 포함되는 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(template)를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계;
상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계; 및
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계;를 포함하며,
상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}.
상기 다른 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법은 상기 완충형 스페이서를 이용함으로 인해, 경화성 조성물의 경화시 경화성 조성물의 경화 수축에 따라 경화물이 몰드 장비의 평판형 하부 기판 및 평판형 상부 기판에서 박리되는 현상을 최소화하여, 표면 평탄도 및 두께 균일도가 매우 우수한 회절 도광판을 제조할 수 있다.
또한, 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(template)를 이용함으로 인해, 경화성 조성물이 경화됨과 동시에 템플레이트에 음각된 회절 격자 패턴이 경화물의 상부 또는 하부에 압착되면서, 최종 제조되는 회절 도광판의 일면에 회절 격자 패턴이 형성될 수 있다. 이로 인해, 추가적인 수지층 형성 공정 및 임프린트 공정을 수행할 필요 없이, 간단한 원스텝(One-Step) 공정으로 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층을 포함하는 회절 도광판을 제조할 수 있으며, 상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성됨으로 인해 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수하다.
한편, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 식 1을 만족한다. 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 평판형 상부 기판의 하중과 상기 경화성 조성물의 경화 수축력의 합의 5 % 이내의 차이를 가지고 있으므로, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서 상기 경화성 조성물의 경화시 수축에 따라 상기 평판형 상부 기판이 상기 경화성 조성물에 밀착되게 된다. 이에 따라, 제조되는 회절 도광판은 우수한 표면 평탄도를 나타내게 되어, 두께 균일도도 우수하게 구현될 수 있다.
또한, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 식 1을 만족함으로 인해, 상기 평판형 하부 기판 또는 평판형 상부 기판에 포함되는 상기 템플레이트 또한 경화성 조성물에 밀착될 수 있으며, 이로 인해, 상기 템플레이트에 음각된 회절 격자 패턴이 경화물의 일면에 회절 격자 패턴으로 선명하게 나타날 수 있다.
한편, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력이 {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} 보다 작은 경우, 평형이 도달하기 전에 경화가 완료되어 회절 도광판 두께의 불균일이 발생하고, 회절 격자 패턴이 선명하게 나타나지 못할 수 있다. 그리고, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력이 {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05} 보다 큰 경우, 경화시 수축의 불균일이 발생하여 회절 도광판 외관 특성이 불량할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 식 1은 하기 식 1-1, 식 1-2, 또는 식 1-3을 만족할 수 있다.
[식 1-1]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.97} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.03}
[식 1-2]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.98} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.02}
[식 1-3]
{(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.99} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.01}
구체적으로, 상기 완충형 스페이서의 압축 응력은 상기 평판형 상부 기판의 하중과 상기 경화성 조성물의 경화 수축력의 합의 3 % 이내, 2 % 이내, 또는 1 % 이내의 차이를 가질 수 있으며, 이에 따라 제조되는 회절 도광판은 보다 우수한 표면 평탄도를 나타내게 되며, 두께 균일도도 보다 우수하게 구현될 수 있다.
상기 평판형 상부 기판의 하중, 상기 경화성 조성물의 경화 수축력 및 상기 완충형 스페이서의 압축 응력의 단위는 kgf 또는 N일 수 있다.
상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물의 경화 수축에 의해 경화성 조성물의 경화물이 상기 평판형 상부 기판에서 박리되는 것을 방지하도록 하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물이 경화됨에 따라 경화 수축하는 정도 및 상기 평판형 상부 기판의 하중을 고려한 압축 응력을 가지므로, 상기 경화성 조성물의 경화 수축에 따라 상기 평판형 상부 기판의 하중에 의해 압축되어, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서 상기 경화성 조성물과 상기 평판형 상부 기판이 밀착된 상태를 유지하도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트가 상기 평판형 상부 기판에 포함되어 상기 평판형 상부 기판 상에 위치하는 경우, 상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서 상기 템플레이트와 경화성 조성물이 밀착된 상태를 유지하도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 평판형 상부 기판의 하중은 3.4 N 내지 34 N, 5.9 N 내지 27 N, 또는 7 N 내지 25 N일 수 있다. 상기 평판형 상부 기판의 하중이 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물의 경화시 경화 수축에 의한 변형을 최소화할 수 있고, 상기 경화성 조성물의 광경화시 투과율 저하를 최소화할 수 있고, 또한 상기 경화성 조성물의 열경화시 반응열의 배출 불균일을 최소화하여, 상기 경화성 조성물의 균일한 경화를 유도할 수 있다. 한편, 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트가 상기 평판형 상부 기판에 포함되어 상기 평판형 상부 기판 상에 위치하는 경우, 상기 평판형 상부 기판의 하중은 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트로 인한 하중을 포함한 하중에 해당한다.
상기 식 1에서, 경화성 조성물의 경화 수축력은 하기와 같은 방법으로 측정될 수 있다. 구체적으로, 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서 TA 사의 Texure Analyzer 장비를 사용하여, 하부 지그 위에 일정량의 경화성 조성물을 도포 후 상부 지그를 하강하여 경화성 조성물과 접촉시켜 힘의 초기값을 기록한다. 그리고, 온도를 90 ℃로 상승시켜 5시간 유지한 후 힘의 최종값을 기록하여 힘의 최종값과 초기값 간의 차이로 얻어진 값으로 측정될 수 있다.
상기 식 1에서, 완충형 스페이서의 압축 응력은 하기와 같은 방법으로 측정될 수 있다. 구체적으로, 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 Х 5 ㎟, 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시, 시편의 변형((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 도달하는 순간의 힘의 측정값일 수 있다.
상기 몰딩 공간은 상기 완충형 스페이서에 의하여 구획될 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 하부 기판 상에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트가 구비되는 경우, 상기 몰딩 공간은 상기 완충형 스페이서에 의하여 구획되며, 상기 템플레이트와 상기 평판형 상부 기판 사이에 구비되는 빈 공간을 의미할 수 있다. 또는, 상기 평판형 상부 기판 상에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트가 구비되는 경우, 상기 몰딩 공간은 상기 완충형 스페이서에 의하여 구획되며, 상기 템플레이트와 상기 평판형 하부 기판 사이에 구비되는 빈 공간을 의미할 수 있다.
상기 다른 구현예에 따른 도광판 제조방법은 상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는, 상기 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물을 주입하여 상기 경화성 조성물이 상기 평판형 하부 기판(또는 상기 평판형 상부 기판)과 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트에 밀착되도록 충분히 채워 넣는 것을 의미할 수 있다. 특히, 상기 경화성 조성물은 상기 템플레이트의 음각된 패턴 표면 전체에 빈틈없이 밀착될 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는 상기 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물은 95 vol% 이상, 97 vol% 이상, 99 vol% 이상 또는 100 vol%로 주입하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 경화성 조성물을 완충하는 단계는, 상기 완충형 스페이서와 평판형 하부 기판으로 구획된 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물을 주입하고, 상기 템플레이트를 포함하는 평판형 상부 기판을 적층하는 방법; 상기 완충형 스페이서와 상기 템플레이트를 포함하는 평판형 하부 기판으로 구획된 몰딩 공간에 상기 경화성 조성물을 주입하고, 상기 평판형 상부 기판을 적층하는 방법; 또는 상기 몰드 장비에 주입구를 구비하여 상기 경화성 조성물을 주입하는 방법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.
한편, 상기 경화성 조성물은 광경화성 조성물 또는 열경화성 조성물일 수 있으며, 회절 도광판을 제조하기 위한 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화성 조성물은 몰드 캐스팅을 이용하여 회절 도광판을 제조할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 티올(Thiol) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에피설파이드 화합물은 1분자 중에 에피설파이드기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)트리설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,4-비스(2,3-에피티오프로필티오)부탄, 및 비스(2,3-에피티오프로필티오에틸)설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 경화성 조성물에서 에피설파이드 화합물의 함량은, 에피설파이드 화합물 및 티올 화합물 100중량부를 기준으로, 50 내지 98 질량부, 60 내지 95 질량부 또는 70 내지 90 질량부일 수 있다.
상기 티올 화합물은 1분자 중에 메르캅토기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, m-자일릴렌디티올, p-자일릴렌디티올, o-자일릴렌디티올, 2,2’-티오디에탄티올, 펜타에리스리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 및 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 경화성 조성물에서 티올 화합물의 함량은, 에피설파이드 화합물 및 티올 화합물 100중량부를 기준으로, 2 내지 50 중량부, 5 내지 40 중량부, 또는 10 내지 30 중량부일 수 있다.
상기 경화성 조성물은 이소시아네이트 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물은 1분자당 이소시아네이트기를 1개 이상 갖는 화합물이라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 자일릴렌디이소시아네이트화합물, 1,3-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 이소포론디이소시아네이트, 및 헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 경화성 조성물에서 이소시아네이트 화합물의 함량은, 상기 경화성 조성물 100중량부를 기준으로, 1 내지 20 중량부, 2 내지 10 중량부, 또는 3 내지 9 중량부일 수 있다.
상기 경화성 조성물은 중합 촉매를 더 포함할 수 있다. 중합 촉매는 중합 경화를 발현하는 것이라면 그 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 아민류, 포스핀류, 제4급 암모늄염류, 제4급 포스포늄염류, 알데히드와 아민계 화합물의 축합물, 카르본산과 암모니아의 염, 우레탄류, 티오우레탄류, 구아니딘류, 티오요소류, 티아졸류, 설펜아미드류, 티람류, 디티오카르바민산염류, 크산토겐산염, 제3급 술포늄염류, 제2급 요오드늄염류, 광산류, 루이스산류, 유기산류, 규산류, 사불화붕산류, 과산화물, 아조계 화합물, 산성 인산에스테르류를 들 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 중합 촉매는, 테트라-n-부틸암모늄브로마이드, 트리에틸벤질암모늄클로라이드, 세틸디메틸벤질암모늄클로라이드, 1-n-도데실피리디늄클로라이드 등의 제4급 암모늄염, 테트라-n-부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드 등의 제4급 포스포늄염을 들 수 있다.
상기 경화성 조성물에서 중합 촉매의 함량은, 상기 경화성 조성물 100중량부를 기준으로, 0.001 내지 10 중량부, 0.005 내지 5 중량부, 또는 0.01 내지 3 중량부일 수 있다.
한편, 상기 경화성 조성물은 경화 수축률이 15 % 이하, 1 % 내지 15 % 이하, 1 % 이상 12 % 이하, 또는 1 % 이상 10 % 이하일 수 있으나, 이로써 한정하는 것은 아니다.
상기 다른 구현예에 따른 도광판 제조방법은, 상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2는 경화성 조성물을 경화하는 단계에서, 몰드 장비의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2는 평판형 하부 기판(501)과 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(504)를 포함하는 평판형 상부 기판(502) 사이에 구비되는 완충형 스페이서(503)를 포함하는 몰딩 장비의 몰딩 공간에, 경화성 조성물(600)을 주입하여 완충된 것을 나타낸 것이다. 이와 같이, 경화성 조성물이 완충된 후, 광경화 및/또는 열경화하여 회절 도광판을 제조할 수 있다.
상기 열경화 하기 위하여 상기 경화성 조성물에 열처리 시 승온 속도는 2 ℃/min 이하, 1 ℃/min 이하 또는 0.1 내지 0.5 ℃/min일 수 있다. 상기 승온 속도가 상기 범위 내인 경우, 상기 경화성 조성물에 전달되는 열의 위치 간 편차를 최소화하고 반응열의 배출 불균일을 최소화하여 상기 경화성 조성물의 균일한 경화를 유도할 수 있다.
상기 열경화 시 최종 온도는 50 내지 100℃, 또는 60 내지 80℃일 수 있으며, 상기 최종 온도 도달 전 최종 온도보다 낮은 온도에서 등온 유지 구간을 세 번 이상 둠으로써 상기 경화성 조성물에 전달되는 열의 위치 간 편차를 최소화할 수 있다. 상기 등온 유지 구간 사이의 온도 차이는 10 ℃ 내지 20 ℃일 수 있으며, 상기 등온 유지 구간의 유지 시간은 각각 1 시간 내지 5 시간일 수 있다. 예를 들어, 상기 경화성 조성물을 상온(25 ℃)에서 2 시간 방치 한 후, 45 ℃에서 2 시간, 60 ℃에서 2 시간, 75 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간 동안 열경화하여 회절 도광판을 제조할 수 있다.
상기 경화성 조성물을 경화하는 단계에서, 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트에 의해 상기 광학층의 일면에 회절 격자 패턴이 형성될 수 있다. 상기 회절 격자 패턴은 앞서 언급한 회절 도광판에 포함되는 광학층의 일면에 형성된 회절 격자 패턴에 대한 설명과 같다.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3 GPa 이상, 10 GPa 이상, 20 GPa 이상, 또는 40 GPa 내지 300 GPa일 수 있다. 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율이 상기 범위 내인 경우, 상기 평판형 상부 기판의 보잉(bowing) 현상을 최소화할 수 있으므로, 제조되는 회절 도광판의 두께 균일도를 크게 증가시킬 수 있다.
상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트의 굴곡 탄성율은 1 내지 20 GPa, 1.5 내지 15GPa, 또는 2 내지 10GPa일 수 있다. 상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트의 굴곡 탄성율이 1 GPa 미만이면 상기 경화성 조성물의이 경화 수축됨에 따라 회절 격자 패턴의 균일성이 손상될 수 있고, 20 GPa 초과하면 지나친 강성으로 템플레이트에 음각된 회절 격자 패턴이 손상될 수 있다.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5 ㎛ 이하, 2 ㎛ 이하, 또는 0.01 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도가 상기 범위 내인 경우, 제조되는 회절 도광판의 표면 평탄도도 일반적인 회절 도광판 보다 매우 향상될 수 있다.
상기 표면 평탄도의 측정 방법은 하기와 같다. 구체적으로, 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, QED 사의 ASI(aspheric stitching interferometry) 장비로 지름 200 ㎜ 영역에서 0.16 Х 0.16 ㎟ 당 한 점을 측정하거나, 또는 덕인 사의 3차원 형상 측정기 장비를 사용하여, 지름 200 ㎜ 영역에서 임의의 원점을 기준으로 반지름 5 ㎜ 및 11.25 도 간격으로 측정된 높이의 최고값과 최저값 간의 차이로 얻어진 값으로 측정될 수 있다.
상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판은 각각 투명 기판일 수 있다. 구체적으로, 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판은 각각 유기 기판일 수 있으며, 이는 우수한 투광성에 의하여 효과적으로 상기 경화성 조성물의 광경화를 수행할 수 있다.
상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 MPa 내지 10 MPa, 0.1 MPa 내지 5 MPa, 0.1 MPa 내지 3 MPa, 또는 0.1 MPa 내지 2 MPa일 수 있다. 상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수가 상기 범위 내인 경우, 상기 평판형 상부 기판의 접촉시 균일하게 상기 경화성 조성물에 하중을 전달하여, 상기 회절 도광판의 두께 균일도를 높일 수 있으며, 상기 템플레이트에 음각된 회절 격자 패턴이 경화물의 일면에 회절 격자 패턴으로 선명하게 나타날 수 있다.
상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수의 측정 방법은 하기와 같다. 25 ℃ 및 50 RH%의 분위기에서, TA 사의 Texture Analyzer를 사용하여 시편 면적 5 Х 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, 완충형 스페이서가 2 이상의 상이한 층으로 구성되는 경우의 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는, 적층된 시편을 면적 5 Х 5 ㎟로 준비하여 압축 속도 1 mm/min으로 압축 시 측정되는 힘의 시편 변형 ((초기 두께-변형 후 두께)/초기 두께)에 대한 기울기의 측정값일 수 있다.
상기 완충형 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조일 수 있다. 한편, 상기 완충형 스페이서가 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사 이에 비탄성층이 구비된 구조인 경우 상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 탄성층의 압축 탄성 계수를 의미하는 것일 수 있다.
상기 완충형 스페이서는 상기 경화성 조성물의 수축 정도를 고려하여 설계될 수 있으므로, 상기 비탄성층으로 지지 역할을 수행하고, 상기 탄성층으로 상기 경화성 조성물의 수축에 따른 높이 변화를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하, 1 % 내지 15 % 이하, 1 % 이상 12 % 이하, 또는 1 % 이상 10 % 이하일 수 있다.
상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 하기 일반식 3과 같이 도출될 수 있다.
[일반식 3]
경화 수축률(%) = {(경화 전 부피 - 완전 경화 후 부피) / 경화 전 부피} Х 100.
상기 다른 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법은 상기 몰드 장비로부터 회절 도광판을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 회절 도광판을 수득하는 단계는, 상기 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판 및 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트를 제거하여 회절 도광판을 수득할 수 있다. 상기 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판 및 템플레이트를 제거하는 것은, 상기 경화성 조성물의 경화가 완료된 이후, 상기 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판 및 템플레이트를 상기 경화성 조성물의 경화물인 회절 도광판에서 분리하는 것을 의미할 수 있다.
상기 다른 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법에 의해 제조되는 회절 도광판의 두께 및 두께 편차, 굴절률, 유리전이온도, 헤이즈 등의 물성에 대한 설명은, 앞서 기재된 회절 도광판에서 언급한 바와 같다. 또한, 상기 회절 도광판은 앞서 언급한 바와 같이, 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈용일 수 있다.
한편, 회절 도광판의 두께는 상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 이격 거리 및 상기 경화성 조성물의 경화 수축률에 따라 조절될 수 있으며, 상기 회절 도광판의 용도에 따라 상기 범위 내에서 상기 회절 도광판의 두께를 조절할 수 있다.
상기 평판형 하부 기판, 상기 평판형 상부 기판 및 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트의 표면은 각각 이형제로 표면 처리된 것일 수 있다. 상기 이형제는 당업계에서 일반적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 적용할 수 있다. 일 예로 상기 이형제로 표면 처리한 것은 불소계 실란 커플링제를 이용하여 표면 코팅된 것일 수 있다. 상기 이형제를 이용하여 표면 코팅된 경우, 상기 회절 도광판을 수득하는 단계에서, 상기 회절 도광판의 표면에 손상을 최소화하며 상기 평판형 하부 기판, 상기 평판형 상부 기판 및 상기 템플레이트를 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 두께 균일도 및 평탄도를 가지는 동시에, 헤이즈가 낮고 연필 경도 및 강도 등의 기계적 특성이 우수한 회절 도광판을 제공할 수 있고, 또한, 이러한 회절 도광판을 간단한 원스텝 (One-step) 공정으로 제조할 수 있는 회절 도광판 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 회절 도광판에 포함되는 광학층의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 회절 도광판 제조방법 중 경화성 조성물을 경화하는 단계에서, 몰드 장비의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예: 경화성 조성물의 제조
비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드(Bis(2,3-epithiopropyl)disulfide) 88.5 중량부, 2,2'-티오디에탄티올(2,2'-Thiodiethanethiol) 6.5 중량부, 이소포론 디이소시아네이트(Isophoronediisocyanate) 5.0 중량부 및 테트라부틸포스포늄 브로마이드(Tetrabutylphosphonium bromide) 0.07 중량부를 포함하는 경화성 조성물을 제조하였다.
제조된 경화성 조성물의 경화 수축력은, 전술한 경화 수축력의 측정방법으로 측정한 결과, 2.00 Х 10-4 N/㎣ 였다.
실시예 1
하부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 표면 평탄도가 0.5 ㎛, 두께가 30 ㎜, 지름이 200 ㎜인 유리 기판을 준비하고, 상기 하부 기판 상에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(굴곡 탄성률: 3GPa)를 부착하였다. 이때, 하부 기판의 원중심과 템플레이트의 원중심이 접하도록 부착하였고, 상기 템플레이트의 지름은 150 mm, 두께는 200 ㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이고, 음각된 회절 격자 패턴의 주기(pitch)는 405nm이고, 깊이(depth)는 500 nm였다.
이후, 압축 탄성 계수가 1.0 MPa, 높이가 1,007 ㎛, 단면적이 10 Х 10 ㎟인 실리콘 재질의 완충형 스페이서를 상기 하부 기판의 원주에 접하도록 120° 간격으로 구비하여 몰딩 공간을 형성한 후, 상기 제조예에 따라 제조된 경화성 조성물을 몰딩 공간에 주입한 후, 상부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 하중이 8.2 N, 지름이 200 ㎜, 표면 평탄도가 0.5 ㎛인 유리 기판을 이용하여 상기 경화성 조성물을 몰딩 공간에 완충시켰다.
나아가, 상기 경화성 조성물을 제이오텍 사의 대류 오븐에 넣고, 상온에서 2 시간 방치 한 후, 승온 속도를 1 ℃/min으로 설정한 후 45 ℃에서 2시간, 60 ℃에서 2 시간, 75 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간 동안 열경화하여 0.8 mm 두께의 회절 도광판을 제조하였다.
실시예 2
하부 기판이 아닌 상부 기판에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트를 부착한다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 회절 도광판을 제조하였다.
실시예 3
스페이서의 높이가 427 ㎛이고, 하부 기판이 아닌 상부 기판에 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트를 부착한다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 회절 도광판을 제조하였다.
비교예 1
하부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 표면 평탄도가 0.5 ㎛, 두께가 30 ㎜, 지름이 200 ㎜인 유리 기판을 이용하고, 압축 탄성 계수가 1.0 MPa, 높이가 805㎛, 단면적이 10 Х 10 ㎟인 실리콘 재질의 완충형 스페이서를 상기 하부 기판의 원주에 접하도록 120° 간격으로 구비하여 몰딩 공간을 형성한 후, 상기 제조예에 따라 제조된 경화성 조성물을 몰딩 공간에 주입한 후, 상부 기판으로서 굴곡 탄성률 70 GPa, 하중이 8.2 N, 지름이 200 ㎜, 표면 평탄도가 0.5 ㎛인 유리 기판을 이용하여 상기 경화성 조성물을 몰딩 공간에 완충시켰다.
나아가, 상기 경화성 조성물을 제이오텍 사의 대류 오븐에 넣고, 상온에서 2 시간 방치 한 후, 승온 속도를 1 ℃/min으로 설정한 후 45 ℃에서 2시간, 60 ℃에서 2 시간, 75 ℃에서 2 시간, 90 ℃에서 4 시간 동안 열경화하여 플라스틱 기재를 제조하였다.
상기 플라스틱 기재에 입경 20nm의 지르코니아 입자 8.3중량부, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(DPHA) 8.3중량부, 부틸 카르비톨 아세테이트 83 중량부 및 에틸(2,4,6-트리메틸빈조일)페닐포스피네이트 0.4중량부을 포함하는 임프린트 수지 조성물(굴절률 1.70)을 도포 후 건조하여 1 ㎛ 두께의 임프린트 수지층을 형성하였다. 이후, 상기 임프린트 수지층 상에 주기(pitch) 405nm, 깊이(depth) 1 ㎛의 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(지름 150 mm, 두께 200 ㎛, 폴리에틸렌테레프탈레이트)를 40 ℃ 온도 및 20 bar 압력 조건에서 압착하여 회절 격자를 형성한 후, 1000mJ/cm 2의 UV(360nm 광원) 조사하여 경화하여 0.8 mm 두께의 회절 도광판을 제조하고, 6 Х 5 cm의 직사각형 형태로 재단하였다.
평가
1. 두께 편차 측정
실시예 및 비교예의 회절 도광판의 두께 편차는 하기 일반식 1을 통해 계산하고 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[일반식 1]
두께 편차(%) = (최대 편차/평균 두께) Х 100
구체적으로, 회절 도광판의 두께는 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, Mitsutoyo사의 Digimatic Thick 547-401 장비를 이용한 접촉식 측정방법을 이용하여, 최대 두께 또는 최소 두께를 측정하고, 또한, 시편의 임의의 점을 원점으로 반지름 10 ㎜ 및 22.5 도의 간격으로 측정된 두께의 평균값을 평균 두께로 측정하였다.
2. 워프(Warp) 측정
실시예 및 비교예의 회절 도광판을 장축 600 mm 맟 단축 400 mm의 직사각 영역의 시편을 준비하고, 하기 일반식 2를 통해 워프를 계산하고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[일반식 2]
워프 = 중앙면과 기준면의 최대 편차 - 중앙면과 기준면의 최소 편차
상기 중앙면은 25 ℃ 및 50 RH% 분위기에서, 파이버프로 사의 OWTM(Optical Wafer Thickness Measurement system) 장비를 이용한 비접촉식 측정방법을 이용하여, 상기 회절 도광판의 두께 및 상기 회절 도광판의 하부에 설치된 기준 광학체와 상기 회절 도광판 사이의 거리를 측정하여 도출될 수 있다. 한편, 상기 기준면은 중앙면에 대한 최소이승법(Least squares fit)으로 계산될 수 있다.
3. 헤이즈 측정
실시예 및 비교예의 회절 도광판의 헤이즈를 ASTM D-1003에 의해 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
4. 연필 경도 측정
실시예 및 비교예의 회절 도광판의 표면에 하중 0.5㎏, 각도 45°로 연필을 고정시킨 후 연필 경도 별로 긁어 육안으로 긁히는지 여부를 판단하고, 스크래치가 생기지 않는 최대 연필 경도를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1
두께 편차 (%) 2.1 2.2 2.2 2.1
워프 (㎛) 28 24 24 65
헤이즈 (%) 1.4 1.55 1.58 4.2
연필 경도 2H 2H 2H 6B
하기 표 1에 따르면, 상기 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층이 포함된 실시예의 회절 도광판은, 플라스틱 기재와 회절 격자 패턴 사이에 계면이 있는 비교예에 비해 연필 경도가 현저히 우수함을 확인했다. 또한, 상기 실시예는 무기 입자를 포함하지 않아, 무기 입자를 포함하는 비교예에 비해 헤이즈가 현저히 낮아 시인성이 높을 것임을 예측할 수 있다. 나아가, 실시예는 비교예에 비해 워프가 현저히 낮음을 확인했다.

Claims (21)

  1. 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층을 포함하고,
    상기 회절 격자 패턴은 상기 광학층의 일면에 계면 없이 일체화된 구조로 형성되며,
    상기 회절 격자 패턴과 상기 광학층의 일면 간의 굴절율 차이는 0.01 이하인, 회절 도광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자 패턴 및 상기 광학층의 일면은 굴절율이 각각 1.65 이상인 회절 도광판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자 패턴이 일면에 형성된 광학층은 에피설파이드 화합물 및 티올(Thiol) 화합물을 포함한 고분자의 연속상인, 회절 도광판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에피설파이드 화합물은 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)트리설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,4-비스(2,3-에피티오프로필티오)부탄, 및 비스(2,3-에피티오프로필티오에틸)설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 회절 도광판.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 티올 화합물은 m-자일릴렌디티올, p-자일릴렌디티올, o-자일릴렌디티올, 2,2’-티오디에탄티올, 펜타에리스리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 및 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 회절 도광판.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 고분자의 연속상은 이소시아네이트 화합물을 더 포함하는 회절 도광판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회절 도광판의 두께는 0.1 내지 10 mm인, 회절 도광판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회절 격자 패턴은 1 이상의 패턴 단위체를 포함하고,
    상기 패턴 단위체 간의 주기(pitch)는 0.1 내지 1 μm이고, 높이(height)는 0.1 내지 1 μm인 회절 도광판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회절 도광판의 워프(Warp)는 100 ㎛ 이하이고,
    상기 회절 도광판의 헤이즈는 4.0% 이하이고,
    상기 회절 도광판의 연필 경도는 HB 이상이고,
    상기 회절 도광판의 두께 편차는 3.0% 이하인 회절 도광판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회절 도광판은 웨어러블 디바이스의 회절 도광 렌즈용인 회절 도광판.
  11. 평판형 하부 기판, 평판형 상부 기판, 상기 평판형 하부 기판과 상기 평판형 상부 기판 사이에 위치하는 완충형 스페이서, 및 상기 평판형 하부 기판 또는 평판형 상부 기판에 포함되는 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트(template)를 포함하고, 상기 완충형 스페이서에 의하여 몰딩 공간이 구획되는 몰드 장비를 준비하는 단계;
    상기 몰딩 공간에 경화성 조성물을 완충하는 단계; 및
    상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계;를 포함하며,
    상기 평판형 상부 기판의 하중으로 상기 경화성 조성물을 압축하며, 상기 경화성 조성물을 경화하는 단계는 하기 식 1을 만족하도록 수행되는, 회절 도광판 제조방법:
    [식 1]
    {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 0.95} ≤ 완충형 스페이서의 압축 응력 ≤ {(평판형 상부 기판의 하중 + 경화성 조성물의 경화 수축력) Х 1.05}.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 굴곡 탄성율은 각각 3GPa 이상인 회절 도광판 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회절 격자 패턴이 음각된 템플레이트는 굴곡 탄성율이 1 내지 20 GPa인 회절 도광판 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 평판형 하부 기판 및 상기 평판형 상부 기판의 표면 평탄도는 각각 5㎛ 이하인 회절 도광판 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 완충형 스페이서의 압축 탄성 계수는 0.1 내지 10 MPa인 회절 도광판 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 완충형 스페이서는 비탄성층과 탄성층이 적층된 구조, 비탄성층 사이에 탄성층이 구비된 구조, 또는 탄성층 사이에 비탄성층이 구비된 구조인 회절 도광판 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 경화성 조성물의 경화 수축률은 15 % 이하인 회절 도광판 제조방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 경화성 조성물은 에피설파이드 화합물 및 티올 화합물을 포함하는 회절 도광판 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 에피설파이드 화합물은 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)트리설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필티오)메탄, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)에탄, 1,3-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스(2,3-에피티오프로필티오)프로판, 1,4-비스(2,3-에피티오프로필티오)부탄, 및 비스(2,3-에피티오프로필티오에틸)설파이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 회절 도광판 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 티올 화합물은 m-자일릴렌디티올, p-자일릴렌디티올, o-자일릴렌디티올, 2,2’-티오디에탄티올, 펜타에리스리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 펜타에리스리톨테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 및 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 회절 도광판 제조방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 경화성 조성물은 이소시아네이트 화합물을 더 포함하는 회절 도광판 제조방법.
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