클래딩 굴절률이 시야각을 결정하는 이유
회절형 AR 도파관에서 코어는 전반사를 통해 영상광을 가이드합니다. 코어가 가이드할 수 있는 각도 범위, 즉 디스플레이가 제공할 수 있는 시야각(FOV)은 코어와 클래딩 간의 굴절률 대비에 의해 결정됩니다. 대비가 높을수록 각도 범위가 넓어지고, 각도 범위가 넓어질수록 FOV가 커집니다.
이 관계는 임계각으로 정해집니다.
sin(θc) = ncladding / ncore
코어 RI가 일정할 때, 클래딩 RI를 낮출수록 TIR로 가이드되는 각도 범위가 넓어집니다. n = 1.85 코어에 n = 1.52 유리 클래딩을 사용하면 임계각은 55도가 됩니다. 같은 코어에 n = 1.16의 Kriya LRI 클래딩을 사용하면 38.8도가 되어, 한쪽당 16도가 넓어집니다. 양안 AR 시스템에서는 이는 대각 FOV 35도와 60도에 가까운 FOV의 차이에 해당합니다.
클래딩은 수동적인 구조층이 아닙니다. 광학 부품이며, RI를 낮추는 것은 그레이팅 커플러를 재설계하지 않고 FOV를 확장할 수 있는 몇 안 되는 포뮬레이션 레버 중 하나입니다.
Kriya LRI: RI 1.16 PFAS-free, 오버코트 가능
Kriya의 오버코트 가능한 PFAS-free 저굴절률 소재는 RI 1.16에 도달합니다. 이는 단일 PFAS-free 공급업체에서 상업적으로 제공되는 최저값입니다. 도파관 클래딩 용도에서 다음 세 가지 특성이 중요합니다.
- PFAS-free — 초저 RI에 도달하는 기존 경로는 플루오로폴리머 또는 플루오린 첨가제였습니다. 두 가지 모두 EU, 미국, 일본의 다가오는 PFAS 규제 대상 범위에 포함됩니다. Kriya LRI는 플루오린 없이 동등한 RI를 달성합니다. PFAS-free 코팅 참고.
- 오버코트 가능 — 대부분의 초저 RI 코팅은 후속 층의 접착을 방해하는 표면으로 경화됩니다. Kriya LRI는 오버코트를 수용하도록 설계되어, AR 도파관에 필요한 클래딩-코어-클래딩 스택을 가능하게 합니다.
- 안정성 — RI 값은 견고한 하이브리드 네트워크 내에서 설계된 다공성을 통해 달성됩니다. 기계적 내구성과 환경 안정성은 설계에 내재되어 있으며, 낮은 RI와 맞바꾼 것이 아닙니다.
RI 플랫폼: 클래딩과 코어를 단일 공급업체에서
클래딩 문제는 코어 문제와 분리할 수 없습니다. 중요한 것은 굴절률 대비이며, 각 층 단독은 단지 하나의 숫자일 뿐입니다. Kriya는 단일 화학 플랫폼에서 대비 방정식의 양쪽 끝을 모두 공급합니다.
| 층 역할 | Kriya 그레이드 | RI @ 589 nm | 화학 계열 | PFAS-free |
|---|---|---|---|---|
| 초저 클래딩 | LRI 1.16 | 1.16 | 하이브리드 sol-gel | 예 |
| 저 클래딩 | LRI 1.34 | 1.34 | UV 경화형 100% 고형분 | 예 |
| 중 클래딩 | LRI 1.40 | 1.40 | 열경화형 라텍스 | 예 |
| 중 코어 | HRI 1.65 | 1.65 | 하이브리드 UV 경화형 | 예 |
| 고 코어 | HRI 1.85 | 1.85 | 하이브리드 sol-gel | 예 |
| 초고 코어 | HRI 2.00 | 2.00 | 용제형 sol-gel | 예 |
굴절률 대비와 시야각: 숫자가 의미하는 것
아래 표는 참고용으로 기존 유리 클래딩(n = 1.52)을 포함한 일반적인 코어-클래딩 페어링의 임계각과 한쪽 면 기준 대략적인 각도 범위를 보여줍니다. 더 넓은 각도 범위는 적절한 회절 격자 설계와 결합될 때 더 넓은 FOV로 이어집니다.
| 코어 RI | 클래딩 | 클래딩 RI | 임계각 | TIR 각도 범위 |
|---|---|---|---|---|
| 1.65 | 유리(참고) | 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 | 유리(참고) | 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 | 유리(참고) | 1.52 | 49.5° | 40.5° |
| 2.00 | Kriya LRI 1.16 | 1.16 | 35.5° | 54.5° |
유리 클래딩 n = 1.85 코어에서 Kriya LRI 1.16으로 클래딩된 n = 2.00 코어로 전환하면 TIR 각도 범위가 한쪽당 34.8도에서 54.5도로 거의 두 배가 됩니다. 이 여유 마진이 양산 가능한 폼팩터에서 광시야 소비자급 AR/VR 광학을 가능하게 만듭니다.
클래딩을 통한 광학 손실과 투명도
클래딩 층은 두 가지 손실 메커니즘에 영향을 미칩니다: 클래딩 내부의 벌크 흡수(에바네센트 필드가 침투하는 영역에서 중요)와 코어-클래딩 계면에서의 산란입니다. Kriya LRI 그레이드는 낮은 벌크 손실과 매끄러운 계면을 갖도록 처방되어 있습니다.
| 그레이드 | RI @ 589 nm | 투과율(1 µm) | 헤이즈 | 계면 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 |
투과율은 1마이크로미터 코팅층에서 측정되며, 계면 거칠기 Rq는 코팅된 시험 기재 위에서 AFM으로 측정됩니다. 트레이드오프 패턴은 명확합니다: RI가 낮을수록 더 많은 설계 다공성이 필요하며, 이는 소량의 벌크 투과율 손실과 약간의 계면 거칠기 증가를 동반합니다. LRI 1.16은 도파관 클래딩으로서 사용 가능한 사양 범위 내에 충분히 들어옵니다.
코어와의 페어링: 공정 호환성
도파관 스택의 성능은 층 간 계면의 품질에 따라 결정됩니다. Kriya의 클래딩과 코어 그레이드는 호환성을 고려해 처방되어 있습니다.
- 오버코트성 — LRI 그레이드는 프라이머나 표면 처리 없이 HRI 오버코트를 수용합니다
- 공유된 화학 계열 — 하이브리드 UV 경화형 및 sol-gel 그레이드는 동일한 공정 윈도우 내에서 경화되어, 파라미터 변경 없이 순차적 코팅이 가능합니다
- NIL 호환 — LRI 및 HRI 100% 고형분 그레이드 모두 그레이팅 커플러용 나노임프린트 리소그래피를 지원합니다. NIL 호환 코팅.
- R2R 대응 — 그라비아 및 슬롯 다이 코팅이 플랫폼 전반에 걸쳐 호환
R2R 도파관 제조에서 이것이 중요한 이유
소비자용 AR/VR의 경제성은 도파관 제조를 웨이퍼에서 롤로 옮길 수 있느냐에 달려 있습니다. 현재 웨이퍼 기반 도파관 생산은 단위당 비용이 높으며, 적절한 클래딩과 코어 소재를 활용한 롤투롤 나노임프린트는 양산 규모에서 약 한 자릿수 수준의 비용 절감을 목표로 합니다.
클래딩 소재는 결정적 요소 중 하나입니다. 유리 클래딩은 본질적으로 R2R과 호환되지 않으며, 본딩, 폴리싱, 강성 기재 핸들링이 필요합니다. 동등한 광학 성능을 가진 폴리머 클래딩은 유연 기재 공정, 연속 코팅, 인라인 NIL 그레이팅 복제를 가능하게 합니다. Kriya LRI 1.16은 현재 PFAS-free로 제공되는 최저 RI 폴리머 클래딩 옵션이며, 오버코트가 가능하여 동일 라인에서 그 위에 스택의 나머지를 구축할 수 있습니다.
품질 관리 및 공급
모든 배치는 0.8마이크로미터로 여과되며 최대 10개의 Critical-to-Quality 파라미터에 대해 테스트됩니다. ISO 9001:2015 인증 제조 공정. 설계 용량은 나노입자 분산액 연 100,000 kg 및 코팅 연 1,000,000 kg을 초과하며, 양산 AR/VR 프로그램의 램프업을 충분히 지원할 수 있습니다. 모든 납품에는 RI, 점도, 고형분, 외관을 기록한 Certificate of Analysis가 동반됩니다. 미개봉 기준 최소 6개월의 보관 수명.