クラッドのRIが視野角を左右する理由
回折型AR導波路では、コアが全反射により画像光を導波します。コアが導波できる角度範囲、すなわちディスプレイが提供できる視野（FOV）は、コアとクラッドの屈折率コントラストによって決まります。コントラストが高いほど角度範囲は広く、角度範囲が広いほどFOVは大きくなります。
この関係は臨界角によって規定されます。
sin(θc) = ncladding / ncore
コアRIが一定であれば、クラッドRIの低下はそのままTIRで導波される角度範囲の拡大につながります。n = 1.85のコアに n = 1.52のガラスクラッドを組み合わせると臨界角は55度になります。同じコアに n = 1.16のKriya LRIクラッドを組み合わせると38.8度となり、片側あたり16度の拡大となります。両眼AR系では、これは対角FOV 35度と60度近くの差に相当します。
クラッドは受動的な構造層ではありません。光学コンポーネントであり、そのRIを下げることは、グレーティングカプラを再設計せずにFOVを拡張できる数少ない処方上のレバーの1つです。
Kriya LRI: RI 1.16のPFASフリー、オーバーコート可能
Kriyaのオーバーコート可能なPFASフリー低屈折率材料はRI 1.16に到達します。これは単一のPFASフリーサプライヤーから商業的に入手可能な最低値です。導波路クラッド用途では次の3つの特性が重要です。
- PFASフリー — 超低RIへの従来ルートはフッ素系ポリマーまたはフッ素系添加剤でした。いずれもEU、米国、日本における今後のPFAS規制の対象範囲に含まれます。Kriya LRIはフッ素を使わずに同等のRIを実現します。詳細はPFASフリー・コーティングをご覧ください。
- オーバーコート可能 — ほとんどの超低RIコーティングは、後続層の密着を阻む表面に硬化します。Kriya LRIはオーバーコートを受け入れるよう設計されており、AR導波路が必要とするクラッド-コア-クラッド構造のスタックを可能にします。
- 安定性 — RI値は堅牢なハイブリッドネットワーク内で設計されたポロシティによって達成されます。機械的耐久性と環境安定性は設計段階で組み込まれており、低RIと引き換えにされていません。
RIプラットフォーム：クラッドとコアを1社から
クラッドの問題はコアの問題と切り離せません。重要なのは屈折率コントラストであり、いずれの層も単独では単なる数値にすぎません。Kriyaは単一のケミストリープラットフォームから、コントラスト方程式の両端を提供します。
| 層の役割 | Kriyaグレード | RI @ 589 nm | ケミストリー | PFASフリー |
|---|---|---|---|---|
| 超低クラッド | LRI 1.16 | 1.16 | ハイブリッドsol-gel | はい |
| 低クラッド | LRI 1.34 | 1.34 | UV硬化型100%固形分 | はい |
| 中クラッド | LRI 1.40 | 1.40 | 熱硬化型ラテックス | はい |
| 中コア | HRI 1.65 | 1.65 | ハイブリッドUV硬化型 | はい |
| 高コア | HRI 1.85 | 1.85 | ハイブリッドsol-gel | はい |
| 超高コア | HRI 2.00 | 2.00 | 溶剤系sol-gel | はい |
屈折率コントラストと視野角：数値が意味するもの
下表は、参考として従来のガラスクラッド（n = 1.52）を含む代表的なコア-クラッドの組み合わせについて、臨界角と概算の片側角度範囲を示しています。角度範囲が広いほど、適切な回折格子設計と組み合わせた場合により広いFOVに直結します。
| コアRI | クラッド | クラッドRI | 臨界角 | TIR角度範囲 |
|---|---|---|---|---|
| 1.65 | ガラス（参考） | 1.52 | 67.0° | 23.0° |
| 1.65 | Kriya LRI 1.34 | 1.34 | 54.2° | 35.8° |
| 1.65 | Kriya LRI 1.16 | 1.16 | 44.6° | 45.4° |
| 1.85 | ガラス（参考） | 1.52 | 55.2° | 34.8° |
| 1.85 | Kriya LRI 1.34 | 1.34 | 46.4° | 43.6° |
| 1.85 | Kriya LRI 1.16 | 1.16 | 38.8° | 51.2° |
| 2.00 | ガラス（参考） | 1.52 | 49.5° | 40.5° |
| 2.00 | Kriya LRI 1.16 | 1.16 | 35.5° | 54.5° |
ガラスクラッドの n = 1.85 コアからKriya LRI 1.16をクラッドとする n = 2.00 コアへ移行すると、TIR角度範囲はほぼ倍増します — 片側34.8度から54.5度へ。このマージンが、製造可能なフォームファクタで広FOVのコンシューマー向けAR/VR光学を可能にします。
クラッドを通る光学損失と透明性
クラッド層は2つの損失メカニズムに影響します：クラッド内部のバルク吸収（エバネッセント場が侵入する領域で重要）と、コア-クラッド界面での散乱です。Kriya LRIグレードは低バルク損失と平滑な界面となるよう処方されています。
| グレード | RI @ 589 nm | 透過率（1 µm） | ヘイズ | 界面Rq |
|---|---|---|---|---|
| LRI 1.16 | 1.16 | >98.5% | <0.4% | <1.5 nm |
| LRI 1.34 | 1.34 | >99.0% | <0.2% | <1.0 nm |
| LRI 1.40 | 1.40 | >99.0% | <0.2% | <1.0 nm |
透過率は1マイクロメートルのコーティング層で測定し、界面粗さRqはコーティング済みテスト基板上でAFMにより測定しています。トレードオフの構図は明確です：RIを下げるには設計上のポロシティを増やす必要があり、これによりわずかなバルク透過率の低下と界面粗さの増加が生じます。LRI 1.16は導波路クラッドとして十分使用可能な仕様範囲に収まっています。
コアとの組み合わせ：プロセス互換性
導波路スタックの性能は、層間の界面品質によって決まります。Kriyaのクラッドおよびコアグレードは互換性を考慮して処方されています。
- オーバーコート性 — LRIグレードは、プライマーや表面処理なしでHRIオーバーコートを受け入れます
- 共有されたケミストリーファミリー — ハイブリッドUV硬化型およびsol-gelグレードは同じプロセスウィンドウで硬化するため、パラメータを変更せずに逐次コーティングが可能です
- NIL対応 — LRIおよびHRIの100%固形分グレードはともに、グレーティングカプラ向けのナノインプリントリソグラフィに対応します。詳細はNIL対応コーティング.
- R2R対応 — グラビアおよびスロットダイコーティングがプラットフォーム全体で互換
R2R導波路製造において重要な理由
コンシューマー向けAR/VRの経済性は、導波路製造をウェハからロールへ移行できるかにかかっています。現状のウェハベース導波路生産はユニット当たりコストが高く、適切なクラッドとコア材料を用いたロール・ツー・ロール・ナノインプリントは、量産時にコストを概ね1桁削減することを狙いとしています。
クラッド材料はそのボトルネックの一つです。ガラスクラッドはR2Rとは本質的に相性が悪く、接合、研磨、剛性基板のハンドリングを必要とします。同等の光学性能をもつポリマー系クラッドであれば、フレキシブル基板処理、連続コーティング、インラインでのNILグレーティング複製が可能になります。Kriya LRI 1.16は現時点でPFASフリーで入手可能な最低RIのポリマー系クラッドであり、オーバーコート可能であるため、同一ラインでその上にスタックの残りを構築できます。
品質管理と供給
各バッチは0.8マイクロメートルでろ過され、最大10のCritical-to-Quality（CTQ）パラメータでテストされます。製造はISO 9001:2015認証取得済みです。設計能力はナノ粒子分散液で年間100,000 kg、コーティングで年間1,000,000 kgを超え、量産AR/VRプログラムの立ち上げを支えるのに十分です。納入ごとにCertificate of Analysisが付帯し、RI、粘度、固形分、外観を記録します。未開封で最低6か月の保存期間。