JP2021504760A - ウェアラブルデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、ガラス基材をレンズ基材に適用したウェアラブルデバイスに比べて軽く、破損時、相対的に安全であり、製品の体積をより小さくできるウェアラブルデバイスに関する。

Description

本明細書は、２０１７年１２月１５日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１７−０１７３１８７号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本発明に組み込まれる。本発明は、ウェアラブルデバイスに関する。

仮想現実デバイスまたは拡張現実デバイスのようなウェアラブルデバイスは、一般的なメガネのようなレンズに回折導光パターンを形成して所望のイメージを使用者に見せることができる。一般的に、ウェアラブルデバイス用途のレンズ基材は屈折率の高いガラス基材を用いるが、ガラス基材は、高い屈折率および光透過度を有するという利点があるものの、破損時、使用者の眼球に致命的な損傷を加えることがあり、重量が重くて長時間着用に不便さが存在する。

これによって、既存のガラス基材レンズを代替できるレンズ基材を適用したウェアラブルデバイスに関する研究が必要であるのが現状である。

韓国公開公報：ＫＲ１０−２０１５−００６０５６２Ａ

本発明は、ウェアラブルデバイスを提供する。具体的には、本発明は、プラスチックレンズ基材を適用したウェアラブルデバイスを提供する。

ただし、本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明の一実施態様は、プラスチックレンズ基材と、前記プラスチックレンズ基材上に備えられた、回折導光パターンを含む回折導光部とを含み、前記プラスチックレンズ基材の厚さは０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、前記プラスチックレンズ基材の平均厚さに対する厚さ偏差は１％以内であり、前記プラスチックレンズ基材上の長さ３０ｍｍあたりの回折光の全反射回数が４０回以上１００回以下であるウェアラブルデバイスを提供する。

本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスは、既存のガラス基材をレンズ基材に適用したウェアラブルデバイスに比べて軽く、破損時、相対的に安全であるという利点がある。

本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスは、回折光の全反射回数が過度に高くならないように調節して、抽出される光量が弱くなるのを防止することができる。

本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスは、厚さ偏差の低いプラスチックレンズ基材を適用することにより、優れた解像度を実現することができる。

本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスは、薄い厚さのプラスチックレンズ基材を適用して、製品の体積をより小さくできるという利点がある。

本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材に入射した光が回折されて前記プラスチックレンズ基材の内部を全反射しながら進行することを概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材上に備えられた回折導光部の回折導光パターンを拡大して前記パターンが入射光を回折させることを概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材の厚さに応じて前記プラスチック基材の内部で回折光の全反射回数が変化することを概略的に示す図である。 マイクロディスプレイから入力される光が本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材を通して使用者の眼に抽出される過程を概略的に示す図である。 本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材上の回折導光部の屈折率が１．７、ピッチが４２５ｎｍ、入射光の波長が５３２ｎｍの時、入射角（θ_ｏ）と回折角（θ_ｄ）との関係グラフを示す図である。 本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスによって出射されたイメージをＩｍａｇｅ−Ｊプログラムによって分析したグラフを示す図である。

本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。

本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

本明細書において、「基材上の長さ」とは、基材面に平行な方向であって、プラスチックレンズ基材上の回折導光部において第１領域の中心から第２領域の中心に向かう方向を意味する。

本明細書において、粒子の粒径は、ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージ、ＴＥＭ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージ、または粒度分析器（Ｍａｌｖｅｒｎ、日本）で測定できる。具体的には、粒子の粒径は、粒度分析器を用いて、コロイドナノ溶液上の動的光散乱によって二次粒度を測定したものであってもよい。

本明細書において、粒子の平均粒径は、粒子をＴＥＭ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で写真を撮って、最も小さい粒子１個の大きさが２ｍｍ〜５ｍｍになる倍率で５０〜１００個の粒子の最大径を測定し、その平均値を平均粒径として求めることができる。

本明細書において、ガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）（ＤＳＣ ８２３ｅ；Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ社）を用いて、−１５℃〜２００℃の温度範囲で加熱速度１０℃／ｍｉｎで昇温して測定して、ＤＳＣ曲線の中間点として決定された値であってもよい。

本明細書において、光屈折率は、２５℃および５０ＲＨ％でＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ Ｍ−２０００、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ）を用い、Ｃａｕｃｈｙ Ｆｉｌｍ Ｍｏｄｅｌを用いて５３２ｎｍ波長を基準として測定された値であってもよい。

本明細書において、視野角（ＦＯＶ、Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）とは、回折光の進行角がプラスチックレンズ基材内で全反射が可能な最小進行角より大きくなる入射角の範囲を意味することができる。

本明細書において、光透過率は、ＳＨＩＭＡＤＺＵのＵＶ−Ｖｉｓ−ＮＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ装置であるＳｏｌｉｄｓｐｅｃ３７００を用いてＴｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ｍｏｄｅで測定された値であってもよい。

本明細書において、ヘイズは、Ｎｉｐｐｏｎ ＤｅｎｓｈｏｋｕのＣＯＨ−４００で測定された値であってもよい。

本明細書において、表面平坦度は、ＮａｎｏｗｏｒｌｄのＮＣＨＲ−５０のＡＦＭ Ｐｒｏｂｅを用いて、４μｍ×４μｍの面積に対して、Ｐａｒｋ ＳｙｓｔｅｍｓのＡＦＭ装置であるＮＸ１０で測定されたＲａ値であってもよい。

本明細書において、デューティは、「パターン構造体の幅／パターン構造体のピッチ」を意味することができる。

本明細書において、輝度と解像度は、特定の光源を用いて入射した映像がプラスチックレンズ基材内で全反射を経て出射された映像から測定できる。

具体的には、ＬＥＤ光源（ＳＭＬ−ＬＸ１６１０ＲＧＢＷ、Ａ、５２５ｎｍ）の前にディフューザ（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）を密着させて面光源を形成させた後、ＵＡＳＦ １９５１ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔを付着させ、試験片の入射部と光源との間の離隔が１ｍｍとなるように配置する。入射光は試験片と垂直な方向に入射するようにする。また、ＣＣＤ ｍｏｎｉｔｏｒ（ＣＡ２０００）と試験片の出射部との間の離隔が１７ｍｍとなるように配置する。回折導光サンプルから出力された写真を、Ｉｍａｇｅ−Ｊプログラムを用いてイメージを分析して、測定された輝度の最大値（Ｉ_ｍａｘ）を輝度値として取る。

また、解像度は、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｃｎｔｉｏｎ、変調伝達関数）測定法によって測定できる。具体的には、輝度測定のような方法で出力された写真において、Ｇｒｏｕｐ２のＥｌｅｍｅｎｔ１（４ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇｒｅｅ）に対して縦横縞模様それぞれのＭＴＦを計算し、算術平均を取って回折導光サンプルのＭＴＦ値として用いる。ＭＴＦは、Ｉｍａｇｅ−Ｊプログラムで前記回折導光サンプルから出力された写真のイメージを分析した後、下記式１を用いて求める。Ｉ_ｍａｘ、Ｉ_ｍｉｎは、図６で表された領域（Ｉ_ｍａｘ：点円、Ｉ_ｍｉｎ：線円）のように３点の値を取って各平均値を用いる。

［式１］
ＭＴＦ＝（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）

本発明者らは、既存のウェアラブルデバイスに適用されるガラス素材のレンズ基材をプラスチック素材のレンズ基材に代替するための研究を継続した結果、回折導光部の屈折率、回折導光パターンのピッチ、高さなどの特性と、プラスチックレンズ基材の厚さ、厚さ偏差および入射した光の全反射回数などの物性がウェアラブルデバイスの性能に重要な影響を及ぼすことを見出した。さらに、ウェアラブルデバイスに適用される回折導光部の屈折率および回折導光パターンのピッチを調節してプラスチックレンズ基材内で進行する回折光の回折角を制御し、プラスチックレンズ基材の光屈折率および厚さ、厚さ偏差などを調節することで回折された光の全反射特性を制御することにより、ウェアラブルデバイスに最適化されたプラスチックレンズ基材を発明するに至った。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明の一実施態様は、プラスチックレンズ基材と、前記プラスチックレンズ基材上に備えられた、回折導光パターンを含む回折導光部とを含むウェアラブルデバイスを提供する。

図１は、本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材に入射した光が回折されて前記プラスチックレンズ基材の内部を全反射しながら進行することを概略的に示す図であり、図２は、前記プラスチックレンズ基材上に備えられた回折導光部の回折導光パターンを拡大して前記回折導光パターンが入射光を回折させることを概略的に示す図である。図１および図２を参照すれば、回折導光部１００に入射する入射光２１０は、θ_０の入射角で入射して前記回折導光部１００の回折導光パターン１１０によって回折し、回折された回折光２２０は、前記プラスチックレンズ基材３００の内部をθ_ｄの回折角で進行する。

前記回折導光パターンが形成された回折導光部に入射した光の回折角は、下記式２によって求められる。

［式２］
ｎ ｓｉｎθ_ｄ−ｎ_０ ｓｉｎθ_０＝λ／ａ

本明細書全体において、ｎは回折導光部の屈折率、ｎ_０は空気の屈折率、λは波長、ａは回折導光パターンのピッチをそれぞれ意味する。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材の厚さは０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。具体的には、前記プラスチックレンズ基材の厚さは０．４ｍｍ以上１．３ｍｍ以下、０．５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下、または０．６ｍｍ以上１ｍｍ以下であってもよい。

図３は、プラスチックレンズ基材の厚さに応じて前記プラスチック基材の内部で回折光の全反射回数が変化することを概略的に示す図である。図３を参照すれば、プラスチックレンズ基材３００の厚さが薄いほど、同一の回折角を有する回折光２２０でも全反射回数が多くなる。したがって、プラスチックレンズ基材３００の厚さが前記範囲内の場合、回折光２２０の過度に多い全反射を防止して光量の損失を最小化することができ、さらに、ウェアラブルデバイスの体積を最小化できるという利点がある。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材の平均厚さに対する厚さ偏差は１％以下である。具体的には、前記プラスチックレンズ基材の平均厚さに対する厚さ偏差は０．５％以下であってもよい。前記プラスチックレンズ基材の平均厚さに対する厚さ偏差は、下記式３によって導出できる。

［式３］
厚さ偏差（％）＝｛（最大厚さ−最小厚さ）／平均厚さ｝×１００

本明細書において、部材の最大厚さ、最小厚さおよび平均厚さは、２５℃および５０ＲＨ％でＦＩＢＥＲＰＲＯ社のＯＷＴＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｆｅｒ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）装置を用いた非接触式測定方法で求められる。具体的には、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍのサンプルを用意し、各角の末端から５ｍｍずつを除いた４０ｍｍ×４０ｍｍの面積に対して、縦横１ｍｍ間隔で厚さを測定して、総１６８１点に対する厚さ値を得た後、このうち、最も高い値は最大厚さにし、最も低い値を最小厚さにし、測定された総１６８１点に対する算術平均値により平均厚さを求めることができる。

本明細書において、「平均厚さに対する厚さ偏差」は、「厚さ偏差」と同一の意味で使用できる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材の厚さ偏差は、一般的なプラスチックレンズ基材の厚さ偏差（２％〜５％）に比べてはるかに低い値を有するので、前記ウェアラブルデバイスは、優れた解像度の光情報を出力することができる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材上の長さ３０ｍｍあたりの回折光の全反射回数が４０回以上１００回以下である。具体的には、前記プラスチックレンズ基材上の長さ３０ｍｍあたりの回折光の全反射回数が４０回以上８０回以下、４０回以上５０回以下、または４０回以上４５回以下であってもよい。

前記プラスチックレンズ基材内で起こる全反射回数を前記範囲に制御して抽出される光量を高めることにより、出力画像の輝度を高めることができる。

本発明の一実施態様によれば、前記全反射回数は、５３２ｎｍ波長の光を基準とすることができる。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光部および前記プラスチックレンズ基材の５３２ｎｍ波長における光屈折率は１．６５以上であってもよい。一般的な高屈折ガラス基材の場合、光屈折率が５３２ｎｍ波長で１．６５以上であってもよいし、本発明の一実施態様に係る前記プラスチックレンズ基材はガラス基材と同等またはそれ以上の光屈折率を有するので、ガラス材質のレンズ基材を代替してウェアラブルデバイスに適用することができる。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光部と前記プラスチックレンズ基材の屈折率の差は０．０５以下であってもよい。前記範囲の屈折率の差を有する場合、前記回折導光部と前記プラスチックレンズ基材との間における光の損失が最小化できる。

本発明の一実施態様によれば、前記ウェアラブルデバイスは、視野角が３０゜以上であってもよい。さらに具体的には、視野角が４０゜以上であってもよい。前述した範囲の視野角を有することでより広い範囲のイメージを提供可能で、優れた品質の映像を使用者に提供することができる。

図５は、本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材上の回折導光部の光屈折率が１．７、入射光の波長が５３２ｎｍ、前記回折導光部に含まれた回折導光パターンのピッチが４２５ｎｍの時、入射角（θ_ｏ）に応じた回折角（θ_ｄ）を示すものである。回折光のうち、θ_ｍｉｎ以上の回折角を有する回折光のみが前記プラスチックレンズ基材の内部で全反射して出射部に進行できる。全反射が起こる最小回折角（θ_ｍｉｎ、臨界角）は、下記式４によって求められる。

［式４］
ｎ ｓｉｎ θ_ｍｉｎ＝ｎ_０／ｎ

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光パターンのピッチは１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であってもよく、高さは０ｎｍ超過５００ｎｍ以下であってもよい。具体的には、前記回折導光パターンのピッチは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下、３００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、３００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、または６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であってもよい。

また、具体的には、前記回折導光パターンの高さは０ｎｍ超過４００ｎｍ以下、０ｎｍ超過３００ｎｍ以下、または０ｎｍ超過２００ｎｍ以下であってもよい。回折導光パターンが前記範囲内のピッチおよび高さを有することにより、回折光がプラスチックレンズ基材内で効率的に全反射できる。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光パターンのデューティと傾斜角（Ｓｌａｎｔｅｄ ａｎｇｌｅ）は、通常の回折導光部に適用される範囲内で適宜調節可能である。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材のヘイズは１％以下であってもよい。また、本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材の５３２ｎｍ波長における光透過率は８０％以上であってもよい。

前記プラスチックレンズ基材のヘイズおよび光透過率の範囲が前記範囲以内の場合、ウェアラブルデバイス用途として適切な透明度を有することができ、さらに、前記プラスチックレンズ基材を通して出力される画像の解像度を高めることができる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材の表面平坦度は１μｍ以下であってもよい。前記表面平坦度は、表面粗さ（Ｒ_ａ）と同一の意味であってよい。具体的には、前記表面平坦度が前記範囲以内の場合、前記プラスチックレンズ基材内で回折光の経路がずれるのを防止することができる。さらに、前記プラスチックレンズ基材を通して出力される画像の解像度の低下を最小化することができる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材は、５３２ｎｍ波長における光屈折率が１．８以上であり、粒径が５０ｎｍ以下である無機粒子を含むことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記無機粒子は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ゼオライト、およびチタン酸化物の中から選択された１種以上を含むものであってもよい。

本発明の一実施態様によれば、前記無機粒子は、５３２ｎｍ波長における光屈折率が１．８以上、具体的には１．９以上、より具体的には２．０以上であってもよい。

本明細書において、無機粒子の光屈折率は、アッベ屈折計を用いて測定できる。また、無機粒子とアクリレートバインダーとを混合して製造したプラスチック基材の屈折率をＥｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒで測定して簡単に計算することができる。例えば、アクリレートＨＲ６０４２（ＲＩ_アクリル、屈折率１．６０、密度１．１８）５０重量部に無機粒子５０重量部を混合して製造したプラスチック基材の屈折率がＲＩ_基材であり、アクリレートの体積分率がＶ_アクリル、無機粒子の体積分率がＶ_粒子の場合、ＲＩ_基材＝（ＲＩ_アクリル×Ｖ_アクリル）＋（ＲＩ_粒子×Ｖ_粒子）であるので、これを用いて無機粒子の屈折率を求めることができる。

前記無機粒子は、前記プラスチックレンズ基材の光屈折率を１．６５以上に実現可能にする役割を果たすことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記無機粒子の粒径は５０ｎｍ以下であってもよい。具体的には、前記無機粒子の粒径は４０ｎｍ以下、３５ｎｍ以下、または３０ｎｍ以下であってもよい。また、前記無機粒子の粒径は５ｎｍ以上、または１０ｎｍ以上であってもよい。さらに、前記無機粒子の粒径は、平均粒径であってよい。

前記無機粒子の粒径が前記範囲内の場合、前記無機粒子は、前記プラスチックレンズ基材の製造時、高い分散性を維持することができ、さらに、前記プラスチックレンズ基材に透明性を付与して光屈折率を大きく向上させることができる。

本発明の一実施態様によれば、前記無機粒子の含有量は、前記プラスチックレンズ基材の高分子マトリックス１００重量部に対して、２０重量部以上７０重量部以下であってもよい。具体的には、前記無機粒子の含有量は、前記プラスチックレンズ基材の高分子マトリックス１００重量部に対して、２５重量部以上７０重量部以下、または３０重量部以上７０重量部以下であってもよい。

前記無機粒子の含有量が前記範囲内の場合、前記プラスチックレンズ基材の光屈折率が５３２ｎｍ波長で１．６５以上に実現できる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材は、硫黄原子が２０ｗｔ％以上含有された硫黄含有化合物を含むマトリックス組成物を用いて形成されたものであってもよい。前記硫黄含有化合物は、前記プラスチックレンズ基材の光屈折率を高く調節する役割を果たすことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記硫黄含有化合物は、チオール基含有化合物、チオウレタン基含有化合物、およびチオエポキシ基含有化合物の中から選択された１種以上を含むことができる。

前記チオール基含有化合物は、分子内に１つ以上のチオール基（−ＳＨ）を含有した化合物であって、例えば、メタンジチオール、１，２−エタンジチオール、１，１−プロパンジチオール、１，２−プロパンジチオール、１，３−プロパンジチオール、２，２−プロパンジチオール、１，６−ヘキサンジチオール、１，２，３−プロパントリチオール、ビス（２−メルカプトエチル）スルフィド、ビス（２，３−ジメルカプトプロパニル）スルフィド、ビス（２，３−ジメルカプトプロパニル）ジスルフィド、ビス（メルカプトメチル）−３，６，９−トリチアウンデカン−１，１１−ジチオール、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキス（２−メルカプトアセテート）、ペンタエリスリトールトリス（３−メルカプトアセテート）、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトプロピオネート）、トリメチロールプロパンテトラキス（３−メルカプトプロピオネート）などが挙げられるが、これらに制限されるわけではない。

前記チオウレタン基含有化合物は、１つ以上のイソシアネート基（−ＮＣＯ）を有する化合物と１つ以上のチオール基を有する化合物を用いて製造することができ、イソシアネートとチオールのモル比（ＳＨ／ＮＣＯ）を調節して多様なチオウレタン基含有化合物を製造することができる。前記イソシアネート基を有する化合物は、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネートなどが挙げられる。

前記チオエポキシ基含有化合物として、例えば、ビス（２，３−エピチオプロピル）スルフィド、ビス（２，３−エピチオプロピル）ジスルフィド、ビス（２，３−エピチオプロピル）トリスルフィド、ビス（２，３−エピチオプロピルチオ）シクロヘキサン、ビス（２，３−エピチオプロピルチオシクロヘキシル）スルフィドなどが挙げられる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材は、アクリル系高分子マトリックス内に前記無機粒子が分散したものであってもよい。具体的には、前記プラスチックレンズ基材は、アクリル系単量体および／またはアクリル系共重合体、および前記硫黄含有化合物を含むマトリックス組成物を用いて製造できる。

本発明の一実施態様によれば、前記プラスチックレンズ基材のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は４０℃以上であってもよい。ウェアラブルデバイスの場合、持続的な映像の伝送および出力が行われ、これによってレンズ基材の温度が上昇しうる。よって、前記プラスチックレンズ基材はガラス転移温度が４０℃以上であって、ウェアラブルデバイスのレンズ基材として用いても温度による物性の変化を最小化できるという利点がある。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光部は、光が入射する第１領域および光が抽出される第２領域を含むことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光部は、前記プラスチックレンズ基材上に備えられ、回折導光パターンを含むことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記回折導光部は、高屈折成分を含有する熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を含むことができる。具体的には、前記熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂は、ウレタンアクリレートまたはエポキシアクリレートなどを含むアクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、およびポリエステルの中から選択された１種以上を含むことができるが、その種類を制限するものではない。

図４は、マイクロディスプレイから入力される光が本発明の一実施態様に係るウェアラブルデバイスに適用されるプラスチックレンズ基材を通して使用者の眼に抽出される過程を概略的に示す図である。

図４を参照すれば、前記第１領域または前記第２領域は、一側から他側まで漸進的に高さが増加する回折導光パターンを含むことができる。

本発明の一実施態様によれば、前記第２領域の回折導光パターンは、前記プラスチックレンズ基材に対して５０゜以上９０゜未満の傾斜角をなして備えられる。

本発明の一実施態様によれば、第２領域の回折導光パターンの高さを前記第２領域の一側から他側方向に沿って漸進的に増加させることにより、前記第２領域の一側から他側方向に光が回折される過程で光量が減少するのを防止して、前記第２領域の部分ごとに出射される光の光度を一定にできる。

本発明の一実施態様によれば、第２領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加する回折導光パターンを含むことができる。

本発明の一実施態様によれば、第２領域は、一側から他側まで漸進的にデューティが増加する回折導光パターンを含むことにより、前記第２領域の一側から他側まで光屈折率を漸進的に増加させることができる。前記第２領域の一側から他側方向に沿って回折導光パターンのデューティが漸進的に増加することにより、前記第２領域は、一側から他側方向に光屈折率が漸進的に増加できる。前記第２領域の一側から他側に光屈折率が漸進的に増加することにより、前記第２領域の一側から他側まで光回折効率が漸進的に増加できる。

本発明の一実施態様によれば、第２領域に含まれる回折導光パターンのデューティは０．１以上１．０以下であってもよい。前記第２領域に含まれる前記回折導光パターンのデューティを前記範囲に調節することにより、光回折効率に優れた第２領域を実現することができる。

また、本発明の一実施態様によれば、回折導光部の第２領域の回折導光パターンのピッチは一定に設定し、第２領域の一側から他側方向に前記回折導光パターンの幅を漸進的に増加させることにより、前記回折導光パターンのデューティを前記第２領域の一側から他側まで漸進的に増加させることができる。

本発明の一実施態様によれば、前記ウェアラブルデバイスは、拡張現実デバイスまたは仮想現実デバイスであってもよい。

前記プラスチックレンズ基材は、前記ウェアラブルデバイスのレンズ基材であって、前記一面上に回折導光部を含むことで、入力された光情報の入力、移動および送出をする基材として適用可能である。

前記プラスチックレンズ基材は高い光屈折率を有するので、光損失を最小化し、光情報の移動を図ることができる。さらに、前記プラスチックレンズ基材は高いガラス転移温度を有するので、ウェアラブルデバイスの作動による熱によって物性の変化を最小化して高い耐久性を実現することができる。さらに、前記プラスチックレンズ基材によって、本願発明は、従来のガラスレンズ基材を適用したウェアラブルデバイスに比べて軽くて安定性が高いウェアラブルデバイスを提供することができる。

［実施例］
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に述べる実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

［実施例１］
ＭＧＣ社のＬｕｍｉｐｌｕｓ ＬＰＪ−１１０２を材料として用いて、緩衝型スペーサが適用されたモールドキャスティング方法で厚さが０．５ｍｍおよび５３２ｎｍ波長における光屈折率が１．７０のプラスチックレンズ基材を製造した。製造されたプラスチックレンズ基材の厚さ偏差は０．５％であった。

さらに、製造されたプラスチックレンズ基材を５０×５０ｍｍ^２に裁断した後、片面にＵＶ硬化型インプリント用樹脂を１μｍの厚さに塗布した。ピッチ４２５ｎｍ、深さ１２５ｎｍ、デューティが０．４の回折導光パターンが彫り込み形成されたフィルム形態のモールドを圧着した後、ＵＶ露光してプラスチックレンズ基材上に回折導光パターンを有する回折導光部を製造した。

プラスチックレンズ基材の物性を下記表１のように調節したことを除けば、実施例１と同様の方法で実施例２〜４および比較例１〜３によるプラスチックレンズ基材および前記プラスチックレンズ基材上の回折導光部を製造した。また、前記実施例１〜４および比較例１〜３により製造されたプラスチックレンズ基材の基材上の長さ３０ｍｍあたりの回折光の全反射回数およびガラス転移温度を測定して、下記表１に示した。

また、製造された前記実施例１〜４および比較例１〜３の回折導光部に対して、臨界角、輝度、解像度、視野角、透過度およびヘイズを測定して、下記表２に示した。

前記表１および２を参照すれば、実施例１〜４によるウェアラブルデバイスは、プラスチックレンズ基材が０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、１％以下の厚さ偏差、および基材上の長さ３０ｍｍあたり４０回以上１００回以下の回折光全反射回数を有することにより、適切な輝度と解像度を有する映像を使用者に提供することができる。また、４１゜以上の広い視野角を提供して優れた品質の映像を使用者に提供できることを確認することができる。

これに対し、比較例１および３は、プラスチックレンズ基材の厚さ偏差がそれぞれ４％および５％と大きく、出射される映像の解像度が低く、特に、比較例１は、視野角が狭くヘイズが高くて映像品質が低下することを確認することができる。プラスチックレンズ基材の厚さが０．４ｍｍ以下と薄く、３０ｍｍあたりの全反射回数が１００以上である比較例２のプラスチックレンズ基材は、輝度が非常に低くてウェアラブルデバイスへの使用に不適であることを確認することができる。

１００：回折導光部
１１０：回折導光パターン
２１０：入射光
２２０：回折光
３００：プラスチックレンズ基材

Claims (11)

1. プラスチックレンズ基材と、前記プラスチックレンズ基材上に備えられた、回折導光パターンを含む回折導光部とを含み、
   前記プラスチックレンズ基材の厚さは０．４ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
   前記プラスチックレンズ基材の平均厚さに対する厚さ偏差は１％以下であり、
   前記プラスチックレンズ基材上の長さ３０ｍｍあたりの回折光の全反射回数が４０回以上１００回以下であるウェアラブルデバイス。
2. 前記プラスチックレンズ基材の５３２ｎｍ波長における光屈折率は１．６５以上である、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
3. 視野角が３０゜以上である、請求項１または２に記載のウェアラブルデバイス。
4. 前記回折導光パターンのピッチ（Ｐｉｔｃｈ）は１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、高さが５００ｎｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
5. 前記プラスチックレンズ基材のヘイズ（Ｈａｚｅ）は１％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
6. 前記プラスチックレンズ基材の５３２ｎｍ波長における光透過率は８０％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
7. 前記プラスチックレンズ基材のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は４０℃以上である、請求項１から６のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
8. 前記回折導光部は、光が入射する第１領域および移動した光が抽出される第２領域を含むものである、請求項１から７のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。
9. 前記第２領域の回折導光パターンは、一側から他側まで漸進的に高さが増加するものである、請求項８に記載のウェアラブルデバイス。
10. 前記第２領域の回折導光パターンは、一側から他側まで漸進的にデューティ（Ｄｕｔｙ）が増加するものである、請求項８または９に記載のウェアラブルデバイス。
11. 前記ウェアラブルデバイスは、拡張現実デバイスまたは仮想現実デバイスである、請求項１から１０のいずれか一項に記載のウェアラブルデバイス。