KR100244220B1 - 편광액정 홀로그램 제조방법 및 이를 이용한 광 픽업장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머 액정을 이용하여 그레이팅 효과를 갖는 편광 액정 홀로그램(Polarizing Liquid Crystal Hologram ; 이하, PLCH라 칭함.) 제조 방법 및 이를 이용한 광 픽업장치에 관한 것으로서, 특히 상하 유리 기판사이에 평판 형태로 상하 투명전극을 형성하고 마스크를 통해 자외선을 조사한 후 마스크를 제거하여 전원이 제거된 후에도 회절기능을 갖는 편광액정 홀로그램을 제작함으로써, 어느 위치나 광 경로가 똑같아 광 경로차가 일어나지 않으므로 성능 저하가 일어나지 않고, 상하 투명 전극을 평판 패턴으로 형성하므로 특정한 방향으로 정렬해줄 필요가 없게 되어 공정수가 짧아지고 전극 만드는 공정이 간단해지며 더불어 제조 공정 비용을 낮출 수 있게 된다. 또한, 상기와 같이 제작된 편광액정 홀로그램을 광 픽업 장치에 작용하여 빛의 일부를 회절에 의하여 굴절시킴으로써, 회절을 받지 않는 직진광과 회절을 받아 편향하는 회절광에 따라 상이한 개구수를 유지하여 이종의 광 디스크들의 표면에 광빔을 정확하게 집광시킬수 있으므로 두께 및 기록밀도가 다른 이종의 광 디스크를 동시에 재생할 수 있게 된다.

Description

편광 액정 홀로그램 제조방법 및 이를 이용한 광 픽업장치

본 발명은 폴리머(Ploymer) 액정을 이용하여 그레이팅(Grating) 효과를 갖는 편광액정 홀로그램(Polarizing Liquid Crystal Hologram ; 이하 PLCH라 칭함.)을 제조하고 이를 이용하여 이종 광 디스크를 재생할 수 있도록 하는 PLCH 제조방법 및 이를 이용한 광 픽업장치에 관한 것이다.

일반적으로 광 디스크 메모리 시스템은 응용이 확대되어 고밀도, 대용량 데이터 기록을 위한 연구가 계속되고 있다.

고밀도화를 위해서 광원의 단파장화와 기록/재생용 대물렌즈의 고 개구수(NA)가 연구되고 있다.

그리고 이러한 연구노력에 의해 콤팩트 디스크(Compact Disc ; CD)보다 대용량의 기록용량을 갖는 디지털 비데오 디스크(Digital Video Disc ; DVD)가 개발되었다.

DVD는 CD에 비해 기록밀도가 조밀할 뿐만 아니라 디스크의 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 짧다.

실제로 DVD는 디스크 표면으로부터 정보 기록면까지의 거리가 0.6mm인 반면 CD는 1.2mm이다.

즉, DVD의 기록 용량은 CD의 6∼8배이고, 영상과 음성 데이터 압축을 사용하며 현행 TV 방송과 같은 화질의 영화 한편을 직경 120mm의 디스크에 기록한다.

이때, 데이터는 디스크의 양면에 기록하거나 기록면을 2층으로 구성하여 기록 용량을 높이기도 한다.

이러한 DVD에서는 기록 가능 기능(Writeable Function)과 고밀도화를 위해 레이저 출력 파워의 효과적인 사용이 강하게 요구된다.

이를 위해 복굴절성(Birefringence) 물질을 사용한 편광 빔 스프리터(Polarized Beam Splitter)가 최근 활발하게 개발되고 있다.

그중 하나가 파인 패터닝된(fine-patterned) 광 폴리머화 액정(Photo-polymerized liquid crystal)을 사용한 그레이팅 타입 편광 빔 스프리터(Grating Type Polarized Beam Splitter ; GPBS)로서 , 논문(International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage, July 8-12, 1996)에 개시되어 있다.

제1a도 내지 제1c도는 상기 GPBS의 제조 공정을 나타낸 측단면도로서, 제1a도에서와 같이 상유리기판(11)위에 스트라이프(Stripe) 패턴의 상투명전극(ITO)(13)과 상배향막(도시되지 않음)을 차례로 형성하고, 형성된 상배향막에 통상의 러빙 공정을 실시하여 상배향막이 일정 방향으로 러빙되도록 한다.

또한, 하유리기판(12) 위에 평판 패턴의 하투명전극(14)과 하배향막을 형성하고, 형성된 하배향막에 러빙 공정을 실시하여 하배향막이 상배향막과 반대 방향으로 러빙되도록 한다.

이와 같이 형성된 상하 유리기판(11, 12)이 일정 공간을 갖고 상하 배향막이 마주 보도록 에폭시실(Epoxy Seal)재(15)로 상하 유리기판(11, 12)을 합착하고 상기 에폭시 실재(15)로 형성된 공간에 액정(16)을 주입한 후 밀봉하여 GPBS를 형성한다.

이와 같이 제조된 GPBS의 상하 투명전극(13, 14)에 제1b도에서와 같이 구형파의 교류 전압을 인가하고 교류 전압이 인가되는 동안 10mW/cm2의 에너지 밀도를 갖는 자외선(UV light)을 조사하면 마주보면 전극(Facing electrodes)사이의 액정(16)은 그 분자가 전계에 평행으로 정렬(Align)된다.

그리하여, 굴절율에 의한 그레이팅 액정분자의 주기적인 배향으로 인해 형성된다.

이때, 상기 배향은 광 폴리머화에 의해 동결되므로 그레이팅 특성은 제1c도에서와 같이 전원이 제거된 후에도 변하지 않고 유지된다.

그러나, 상기된 종래의 GPBS는 상유리기판의 전극을 스트라이트 형태로 만들어주면서 전극 패턴을 특정방향으로 정렬시켜 주어야 하므로 전극 만드는 공정이 어렵고 복잡하며 그로 인해 비용이 상승한다.

또한, 상유리기판에서 전극이 있는 부분과 없는 부분이 있으므로, 광 경로차가 발생하여 성능저하가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 평판 형태의 투명전극이 각각 형성되고 합착된 상하 유리 기판사이에 액정을 주입한 후 마스크를 통해 자외선을 조사한 후 마스크를 제거하여 전원이 제거된 후에도 회절기능을 갖도록 함으로써, 광 경로가 일정하고 특정한 방향으로 정렬할 필요가 없으며 전극 제조 공정수가 짧아지는 편광액정 홀로그램 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적을 편광액정 홀로그램을 광 픽업 장치에 적용하여 빛의 일부를 회절에 의하여 분리시킴으로써, 회절을 받지 않는 직진광과 회절을 받아 편향하는 회절광에 따라 상이한 개구수를 유지하여 이종의 광 디스크들의 표면에 광빔을 정확하게 집광시켜 이종의 공 디스크를 동시에 재생할 수 있도록 하는 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치에 제공함에 있다.

제1a도 내지 제1c도는 종래의 그레이팅 편광 빔 스프리터의 제조 공정을 나타낸 측단면도.

제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 편광 액정 홀로그램의 제조 공정을 나타낸 측단면도.

제3도는 제2도에서 제조된 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치의 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 상유리기판 22 : 하유리기판

23 : 상투명전극 24 : 하투명전극

25 : 상배향막 26 : 하배향막

27 : 액정 28 : 마스크

31 : 광원 32 : 액정 셔터

33 : 시준렌즈 34 : 빔 스프리터

35 : 액츄에이터 36 : 편광액정 홀로그램

37 : 대물렌즈 38 : 광 디스크

39 : 센서렌즈 40 : 광 검출기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광액정 홀로그램 제조방법의 특징은, 상유리가판 위에 상투명전극과 상배향막을 차례로 형성하고, 하유리기판 위에 하투명전극과 하배향막을 차례로 형성하는 공정과, 상기 상하 유리기판이 일정 공간을 갖고 상하 배향막이 마주 보도록 실재로 상기 상하 유리기판을 합착하고 상기 공간에 액정을 주입하는 공정과, 상기 상, 하 유리기판을 러빙하는 공정과, 소정 주기로 상 유리기판 상면에 마스크 패턴을 놓은 공정과, 상기 상하 투명 전극에 교류 전압을 인가하고 자외선을 조사하는 공정과, 전원과 마스크를 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는데 있다.

본 발명에 따른 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치의 특징은, 광 디스크의 표면에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원 및 광 디스크 사이에 위치하여 상기 광 디스크쪽으로 입사될 광빔의 편광 방향을 광 디스크의 종류에 따라 선택적으로 변화시키는 액정 셔터와, 상기 액정셔터로부터 입사되는 광빔의 편광 방향과 마스크 패턴에 따라 빛의 일부를 회절시키는 편광액정 홀로그램과, 상기 회절광에 따라 상이한 개구수를 유지하여 기록 밀도 및 두께가 상이한 이종의 광 디스크의 표면에 광빔을 정확하게 집광시키는 대물렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 편광액정 홀로그램 제조 공정을 나타낸 측단면도로서, 제2a도에서와 같이 상유리기판(21)위에 평판 패턴의 상투명전극(23)과 상배향막(25)을 차례로 형성한다.

또한, 하유리기판(22) 위에 평판 패턴의 하투명전극(24)과 하배향막(26)을 차례로 형성한다.

이때, 상하 배향막(25, 26)으로 사용하는 고분자 물질은 폴리이미드(Polyimide)계의 물질들이 널리 사용되고 있다.

그리고, 배향막이 형성된 기판에 대하여 액정분자의 균일하고 제어력이 있는 효과를 얻기 위해 러빙을 실시한다.

러빙 공정은 레이온이나 나이론 계통의 섬유질을 롤에 부착하여 러빙포를 만든 후 배향막이 형성된 유리기판에 대하여 결정된 방향으로 배향막 표면을 긁어줌으로써, 배향막 표면에 굴곡을 형성하여 액정분자의 배향 방향을 결정한다.

이와 같이 형성된 상하 유리기판(21, 22)이 일정 공간을 갖고 상하 배향막(25, 26)이 마주 보도록 실(Seal)재(도시되지 않음.)로 상하 유리기판(21, 22)을 합착하고 상기 공간에 액정(27)을 주입하여 밀봉한다.

그리고, 제2b도에서와 같이 소정 주기로 상 유리기판(21) 상면에 마스크(Mask)(28) 패턴을 놓는다.

그리고 나서, 상하 투명전극(23, 24)에 제2b도에서와 같이 교류 전압을 인가하면 액정(27)은 그의 분자가 전계에 평행으로 정렬한다.

이때, 10mW/cm2의 에너지 밀도를 갖는 자외선(UV light)을 조사한다.

그리고나서, 전원을 제거하면 제2c도에서와 같이 마스크 패턴이 없어 UV 큐어링된 부분의 액정은 정렬 상태를 유지하고 마스크 패턴에 의해 UV 큐어링되지 않은 부분의 액정은 원 상태로 복귀한다.

그리고, 마스크(28)를 제거한다.

여기서, 마스크되지 않은 부분을 통해 자외선이 액정(27)으로 조사될 때 마스크(28)에 의해 자외선의 일부가 회절을 일으킨다.

즉, 자외선은 그대로 직진하는 빛과 회절을 받아 편향하는 복수의 회절광으로 분리된다.

회절을 받지 않는 직진광이 0차광, 회절되는 빛을 편향각이 작은 측에서 순서대로 +1차광, +2차광,...이라 부르고, 반대방향으로 회절하는 빛을 편향각이 작은 측에서 순서대로 -1차광, -2차광,...이라 부른다.

상기 각 액정(27)은 그 분자들이 0차광과 좌우에서 회절되어 입사되는 ±1차광의 빛을 받아 폴리머화된다.

따라서, 상기 편광액정 홀로그램은 상기 마스크를 통하여 입사된 자외선에 의해, 액정이 폴리머화 되어 있기 때문에 전원 및 마스크가 제거된 후에도 그레이팅 특성이 변하지 않고 유지된다.

제3도는 제2도에서 제조된 편광액정 홀로그램을 광 픽업 장치에 적용한 본 발명의 이종 광디스크용 광 픽업장치의 블록도이다.

제3도를 보면, 광 디스크(38)에 조사될 광빔을 발생하는 광원(31)과, 광원(31)으로부터 입사되는 광빔의 편광방향을 전극의 온/오프에 따라 변경시키는 LC셔터 (32)와, LC셔터(32)를 통해 입사되는 광빔이 일정방향으로 평행하게 진행되도록 하는 시준렌즈(Collimator Lens)(33), 입사되는 광빔을 분산시키는 빔 스프리터(34)와, 빔 스프리터(34)를 통과한 광빔을 광 디스크(38)의 표면상의 한점에 집광시키는 대물렌즈(37)와, 빔 스프리터(34)로부터의 반사 광빔을 검출하여 전기적 신호로 변환하는 광 검출기(40)로 구성된다.

그리고, 빔 스프리터(34) 및 광 검출기(40) 사이에 센서렌즈(39)를 구비하고, 상기 빔 스프리터(34) 및 대물렌즈(37) 사이에 편광액정 홀로그램(36)을 구비하며, 대물렌즈(37)를 수평 및 수직 방향에서 이동시키기 위한 액츄에이터(35)를 구비한다.

여기서, 광 검출기(40)는 광디스크(38)의 정보 기록면(38a, 38b)에 의해 반사되어 대물렌즈(37), 편광액정 홀로그램(36), 빔 스프리터(34) 및 센서렌즈(39)를 경유하여 입사되는 반사광빔을 전기적 신호로 변환한다.

시준렌즈(33)는 LC셔터(32)를 통과한 광빔이 평행하게 빔 스프리터(34)쪽으로 진행하도록 한다.

빔 스프리터(34)는 시준렌즈(33)로부터의 광빔을 편광액정 홀로그램(36) 및 대물렌즈(37) 쪽으로 통과시킴과 아울러 대물렌즈(37)로부터 입사되는 반사광빔을 센서렌즈(39) 쪽으로 반사시킨다.

센서렌즈(39)는 빔 스프리터(34)로부터의 반사 광빔을 광 검출기(40)의 표면에 집광시킨다.

시준렌즈(33) 및 센서렌즈(39)는 대물렌즈(37)가 포커스 및 트랙킹 서보로 인하여 수평 및 수평방향에서 이동함에 따라 저하되는 반사 광빔의 감도를 일정한 수준으로 향상시킨다.

상기 LC셔터(32)는 전원의 온/오프에 따라 즉, 광 디스크의 종류(예컨대, CD 또는 DVD)에 따라 광원(31)으로부터 입사되는 광빔의 편광 방향을 변경시킨다.

즉, DVD를 재생할 때에 LC셔터(32)에 0파의 광 빔이 입사하는 경우, LC셔터(32)에 구동전원의 공급을 차단하여 0파 그대로 통과시키도록 하고, E파의 광빔이 입사되는 경우에는 LC셔터(32)에 구동전원을 공급하여 편광방향이 90°변환되어 0파로 되게 하여 통과시킨다.

한편 CD를 재생할 때 LC셔터(32)에 0파의 광빔이 입사하는 경우, LC셔터(32)에 구동전원을 공급하여 E파로 변경시켜 통과하도록 하고, E파의 광빔이 입사하는 경우 LC셔터(32)의 구동전원공급을 차단하여 E파 그대로 통과되게 하여 각각 후단에 설치되는 편광 액정 홀로그램(36)으로 보내지도록 하여, 후술하는 바와 같이 대물렌즈(37)의 개구수를 조절하도록 한다.

그리고 작동하고자 하는 광디스크가 CD용인지 DVD용인지의 이종 광디스크를 판별하는 방법은 여러 가지 방법이 널리 사용되고 있으며, 예를 들면 CD와 DVD는 상이한 재생 RF 신호를 갖는 점을 이용하여 광디스크 재생시에 광디시크 드라이버는 이 드라이버에 입력된 광디스크를 CD 또는 DVD의 초기모드로 초기 재생해 봄으로써, 재생동작이 원활히 수행되는 모드를 CD 혹은 DVD로 판별하거나, 혹은 광디스크 표면으로부터 기록면까지의 거리가 CD는 1.2mm인 반면에 DVD는 0.6mm이어서 광디스크의 두께가 다르며 광디스크 드라이버는 이와 같이 광디스크의 두께 차이를 이용하여 광포커싱, 즉 광빔을 투사하여 봄으로써 광빔이 디스크 표면과 기록층에서 읽어내는 두 신호의 시간 차이를 이용하여 CD 인지 DVD인지를 판별하거나, 혹은 극단적인 방법으로 사용자가 광디스크 드라이버로 디스크를 입력할 때 CD 혹은 DVD인지를 판별해주는 정보를 스위치등 이용 광디스크 드라이버에 제공하여 주는 방법을 들수 있다.

따라서 본 발명은 이들 공지된 CD인지 DVD인지를 판별하는 여러 가지 방법 중 하나를 사용한 것으로, 이는 광디스크 드라이버에서 통상적으로 사용되는 기술이어서 도면에는 그 도시를 생략한다.

편광액정 홀로그램(36)는 LC셔터(32)로부터 시준렌즈(33) 및 빔 스프리터(34)를 경유하여 입사되는 광빔의 편광 방향에 따라 빛의 일부를 회절시켜 대물렌즈(17) 쪽으로 통과시켜 대물렌즈(17)에 입사되는 광빔의 선속경을 조절한다.

상기 편광액정 홀로그램(36)는 제2도에서와 같이 상하 유리기판 사이에 평판 패턴의 상하 투명전극을 형성하고 소정주기로 마스크를 놓은 상태에서 전원을 가하고 자외선을 조사하여 제작된다.

따라서, 액정의 분자들이 0차광과 좌우의 ±1차 회절광에 의해 폴리머화되므로 마스크와 전원을 제거해도 그레이팅 특성이 계속 유지된다.

이와 같이 편광액정 홀로그램(36)은 LC셔터(32)로부터의 광빔을 회절을 받지 않는 0차광과 회절을 받아 편향하는 ±1차광, ±2차광,.....으로 발생함으로써, 대물렌즈(37)의 개구수를 조절하는 효과를 얻게 된다.

상기 대물렌즈(37)는 광원(31)으로부터의 광빔을 그 편광방향의 회절광에 따라 광 디스크(38)의 제1 또는 제2정보 기록면(38a, 또는 38b)에 집광시킨다.

여기서, 제1정보 기록면(39a)은 DVD의 정보기록면이고, 제2정보기록면(38b)은 CD의 정보 기록면이며, 제2정보 기록면(38b)은 제1정보기록면(38a)보다 광 디스크(38)의 표면으로부터 0.6mm 더 떨어지도록 위치한다.

즉, 편광액정 홀로그램(36)에서 회절되지 않은 0차광에 의해 대물렌즈(37)는 0.35의 개구수를 유지하게 되어 광빔이 광 디스크(38)의 제2정보 기록면(38b)에 집광되도록 한다.

반면에 편광액정 홀로그램(36)에서 회절을 받아 편향하는 회절광에 의해 대물렌즈(37)는 0.6의 개구수를 유지하게 되어 광빔이 광 디스크(38)의 제1정보기록면(38a)에 집광되도록 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 편광액정 홀로그램 제조방법 및 이를 이용한 광픽업 장치에 의하면, 상하 유리 기판 사이에 평판 형태로 상하 투명전극을 형성하고 마스크를 통해 자외선을 조사한 후 마스크를 제거하여 전원이 제거된 후에도 회절기능을 갖는 편광액정 홀로그램을 제작함으로써, 어느 위치나 광 경로가 똑같아 광 경로차가 일어나지 않으므로 성능 저하가 일어나지 않고, 상하 투명 전극을 평판 패턴으로 형성하므로 특정한 방향으로 정렬해줄 필요가 없게 되어 공정수가 짧아지고 전극 만드는 공정이 간단해지며 더불어 제조 공정비용을 낮출 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 제작된 편광액정 홀로그램을 광 픽업 장치에 적용하여 빛의 일부를 회절에 의하여 굴절시킴으로써, 회절을 받지 않는 직진광과 회절을 받아 편향하는 회절광에 따라 상이한 개구수를 유지하여 이종의 공 디스크들의 표면에 광빔을 정확하게 집광시킬 수 있으므로, 두께 및 기록 밀도가 다른 이종의 광 디스크를 동시에 재생할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 상유리기판 위에 상투명전극과 상배향막을 차례로 형성하는 공정과; 하유리기판 위에 하투명전극과 하배향막을 차례로 형성하는 공정과; 상기 상하 유리가판이 일정 공간을 갖고 상하 배향막이 마주 보도록 실재로 상기 상하 유리기판을 합착하고 상기 공간에 액정을 주입하는 공정과; 상기 상, 하 유리기판을 러빙하는 공정과; 소정 주기로 상 유리기판 상면에 마스크 패턴을 놓는 공정과; 상기 상하 투명 전극에 교류 전압을 인가하고 자외선을 조사하는 공정과; 전원과 마스크를 제거하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 편광 액정 홀로그램 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상하 투명전극은 평판 패턴으로 형성됨을 특징으로 하는 편광 액정 홀로그램 제조 방법.
3. 광 디스크의 표면에 조사될 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원 및 광 디스크 사이에 위치하여 상기 광 디스크쪽으로 입사될 광빔의 편광 방향을 광 디스크의 종류에 따라 선택적으로 변화시키는 액정 셔터와, 상기 액정셔터로부터 입사되는 광빔의 편광 방향과 마스크 패턴에 따라 빛의 일부를 회절시키는 편광액정 홀로그램과, 상기 회절광에 따라 상이한 개구수를 유지하여 기록 밀도 및 두께가 상이한 이종의 광 디스크의 표면에 광빔을 정확하게 집광시키는 대물렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 편광액정 홀로그램은, 평판 패턴의 투명전극과 배향막을 각각 가지는 상하유리기판과, 소정 패턴의 마스크를 놓은 상태에서 상기 투명전극에 전원을 가하고 자외선을 조사하여 폴리머화시킨 액정을 구비하여 형성됨을 특징으로 하는 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 편광액정 홀로그램의 액정은 자외선 조사시 소정패턴을 갖는 마스크에 의해 형성된 0차광과 좌우의 ±1차 회절광에 의해 폴리머화된 것임을 특징으로 하는 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 편광액정 홀로그램의 액정은 상기 폴리머에 의해 전원이 제거된 후에도 변하지 않고 유지되는 그레이팅 특성을 가지게 형성됨을 특징으로 하는 편광액정 홀로그램을 이용한 광 픽업장치.