KR100497586B1 - 광헤드장치와 그에 적합한 회절소자 및 회절소자와광헤드장치의 제조방법 - Google Patents

광헤드장치와 그에 적합한 회절소자 및 회절소자와광헤드장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

복굴절성을 갖는 광기록매체에 대해서도 정보를 읽어낼 수 있도록 하기 위해 단면이 요철 형상인 회절격자 (21) 를 형성하는 광학재료, 및 회절 격자 (21) 의 적어도 오목부에 충전되는 별도의 광학재료 (22) 를 구비하고, 상기 2 종류의 광학재료 (21, 22) 중 적어도 한 쪽이 복굴절성을 나타내고, 다른 쪽 광학재료 (22) 가 복굴절성을 나타내는 한 쪽 광학재료 (21) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 어느 쪽과도 다른 굴절율을 갖도록 한다.
또, 회절 효율이 높고 면내 분포가 균일한 편광계의 회절 소자를 얻기 위해, 대향하는 2 장의 기판 (2) 중 하나에 배향처리막 (11) 을 형성하고, 대향하는 기판 (2) 사이에 간격을 일정하게 유지하는 스페이서 (12) 와 고분자 액정 박막 (1) 이 되는 액정을 위치시키고 액정을 배향시켜 광조사에 의해 액정을 경화하여 고분자 액정 박막 (1) 으로 한 후, 한 쪽 기판을 떼내어 고분자 액정 박막 (1) 에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하여 요철부에 등방성 매질을 충전한다.

Description

광헤드장치와 그에 적합한 회절소자 및 회절소자와 광헤드장치의 제조방법{OPTICAL HEAD DEVICE AND A DIFFRACTION ELEMENT SUITABLE FOR THE DEVICE, AND A METHOD OF MANUFACTURING THE DIFFRACTION ELEMENT AND THE OPTICAL HEAD DEVICE}
본 발명은 CD, DVD 등의 광기록매체에 광학적 정보를 써넣거나 광학적 정보를 읽어내기 위한 광헤드장치 및 그에 알맞은 회절 소자 및 회절 소자의 제조방법에 관한 것이다.
종래, CD 나 DVD 등의 광 디스크 및 광 자기 디스크 등의 광기록매체에 광학적 정보를 써넣거나 광기록매체로부터 광학적 정보를 읽어내는데 광기록매체로부터의 반사광인 신호광을 광검출기인 수광 소자에 도광하는 회절 소자 등을 구비한 광헤드장치가 이용된다.
회절 소자 광의 왕복 효율을 광의 편광 방향에 의존하지 않는 무편광계의 왕복 효율 10 ％ 보다도 높게 하기 위해, 광의 편광방향에 따라 왕복 효율이 변하는 편광계인 홀로그램 빔 스플리터 등을 회절 소자로서 이용하는 것이 제안되어 있다.
편광계의 홀로그램 빔 스플리터는 유리기판 등의 위에 형성된 액정과 같은 복굴절성 광학재료의 이상 광선굴절율 또는 정상 광선굴절율과 동일한 굴절율을 갖는 등방성 광학재료로 이루어지는 등방성 회절 격자와, 배향처리 (alignment treatment) 가 실시된 배향막을 갖는 대향기판이, 마주 보게 배치되고 밀봉재를 개재시키고 열압착되고, 내부에 액정과 같은 복굴절성 광학재료가 충전된 구조로 되어 있다.
또, 편광계의 홀로그램 빔 스플리터를 이용하는 경우에는, 이 홀로그램 빔 스플리터 (hologram beam splitter) 와 1/4 파장판을 결합함으로써 홀로그램 빔 스플리터를 통과할 때의 광의 편광방향을, 왕로 (往路 ; 광원으로부터 광기록매체면을 향한 방향) 와 귀로 (歸路 ; 광기록매체면에서 광원측 및 수광 소자측을 향한 방향) 간에 90 도 회전시킨다.
광 디스크는 고속회전되기 때문에, 1 곳 이상의 부분적인 복굴절성을 갖는 광 디스크로부터의 반사광은, 편광방향이 일정하지 않고 시시각각 변동하여 왕로의 광의 편광방향에 대하여 귀로의 편광방향이 90 도 보다 더 어긋나며, 더구나 어느 정도 편광방향이 어긋나 있는지를 전혀 알 수 없는 반사광이 되돌아온다.
그리고, 최악의 경우에는 광 디스크로부터의 반사광이 왕로와 동일한 편광방향으로 되돌아가는 일도 생긴다. 이러한 경우 편광계의 홀로그램 빔 스플리터는 반사광을 거의 회절할 수 없어, 광 디스크의 정보를 수광 소자로 읽어낼 수 없다.
본 발명은, 상술한 실정을 감안하여, 복굴절성을 가지는 광기록매체에 대해서도 정보를 읽어내도록 한 회절 소자 및 광헤드장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
한편, 종래 고분자 액정의 박막을 사용한 회절 소자를 다음과 같이 제작하고 있었다. 즉, 유리와 같은 투명 기판면에 배향처리를 실시하고, 이 투명기판면 위에 액정을 얇게 도포한 뒤 광중합 (photopolymerization) 에 의해 경화시켜 고분자 액정의 박막을 얻었다. 이 고분자 액정의 박막에 건식 에칭 등을 실시하여 단면이 요철 형상인 격자를 형성하고, 그 요철부에 광학적인 등방성 매질을 충전하였다.
그러나, 이 고분자 액정의 박막을 제작할 때에 배향처리를 실시한 기판에 중합 전의 모노머 (monomer) 상태인 액정을 도포하였을 때 얻어지는 배향상태를 안정화시키는 것은 어려웠다. 배향상태가 안정되지 않으면, 중합 후의 실질적인 복굴절성 상태가 변화하여 굴절율이 안정되지 않아 얻고자 하는 회절 효율을 얻을 수 없고, 회절 소자를 높은 수율로 얻을 수 없는 문제가 있었다.
또, 고분자 액정의 막두께 제어도 곤란하여, 이 막두께가 변동하면 회절 효율이 변동하여 회절 소자의 제조 수율의 저하를 초래하고 있었다.
본 발명은, 막두께가 일정하므로 굴절율이 안정되어 소망의 회절 효율을 얻을 수 있는, 회절 소자의 제조방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광계의 회절 소자의 측방 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다른 편광계의 회절 소자의 측방 단면도.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장으로 규격화된 위상차 Δn ×d/λ와 효율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광계의 회절 소자의 측방 단면도.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 관계된 파장으로 규격화된 위상차 Δn ×d/λ와 효율과의 관계를 나타내는 그래프.
도 6 의 (a), (b), (c) 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2 개의 복굴절성 광학재료의 굴절율의 관계를 나타내는 도면.
도 7 의 (a), (b), (c) 는 고분자 액정 박막의 제조 공정의 일례를 나타내는 단면도.
도 8 은 본 발명의 회절 소자를 홀로그램 빔 스플리터로서 광헤드장치에 이용한 경우의 개략 측면도.
본 발명은, 단면이 요철 형상인 회절 격자를 형성한 광학재료와, 회절 격자의 적어도 오목부에 충전되는 별도의 광학재료로 이루어지는 회절 소자에 있어서, 상기 2 종류의 광학재료 중 적어도 한 쪽이 복굴절성을 나타내고, 다른 쪽 광학재료가 복굴절성을 나타내는 한 쪽 광학재료의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 어느 쪽과도 다른 굴절율을 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 하는 회절 소자를 제공한다.
또 본 발명은, 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하고 요철 형상의 격자부에 등방성 매질을 충전하는 회절 소자의 제조방법에 있어서, 대향하는 2 장의 기판 중 적어도 한 쪽 대향면에 배향처리를 실시하고, 대향하는 기판 사이에 스페이서와 고분자 액정의 박막이 되는 액정을 끼워 넣고 (sandwitching) 액정을 배향시켜서 경화하여 고분자 액정의 박막으로 한 후, 적어도 한 쪽 기판을 떼내어 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하여 요철형상 격자부의 적어도 오목부에 등방성 매질을 충전하는 것을 특징으로 하는 회절 소자의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 광원, 광원으로부터의 출사광을 통과시킴과 동시에 광기록매체를 반사하여 되돌아 온 반사광의 진행방향을 변경하는 회절 소자, 및 회절 소자에 의해 진행방향이 변경된 반사광의 정보를 검지하는 광검출기를 구비한 광헤드장치에 있어서, 회절 소자로서 상기 회절 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 광헤드장치를 제공한다.
본 발명은, 단면이 요철 형상인 회절 격자를 형성한 광학재료와, 회절 격자의 적어도 오목부에 충전한 별도의 광학재료와의, 2 종류의 광학재료 중 적어도 한 쪽이 복굴절성을 나타내고, 다른 쪽 광학재료가 상기 복굴절성을 나타내는 한 쪽 광학재료의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 어느 쪽과도 다른 굴절율을 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 한다. 상기에서 「적어도 오목부에 충전한」 이라고 표현하고 있지만, 다른 표현으로 「적어도 볼록부 사이에 충전한」 이 있는데 이들은 동일한 의미이다. 이후, 후자와 같이 표현하기도 한다.
그리고, 기본적인 본 발명의 실시예에서는, 2 종류의 광학재료 중 한 쪽을 등방성 광학재료로 하고 있다. 등방성 광학재료를 사용하면 복굴절성 광학재료로서 고분자 액정을 사용하는 경우에 배향처리가 용이하여 제조상 바람직하다.
또, 등방성 광학재료의 굴절율은 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 중간값으로 해도 되지만, 바람직하게는 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 작은 쪽보다도 작거나 또는 큰 쪽보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
그리고, 회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율이 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율의 10 ％ 이상이 되고, 회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 O 차 투과 효율과 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율의 곱이 10 ％ 이상이 되는 굴절율차를 갖는, 2 종류의 광학재료를 사용한다. 여기서, 1 차 회절 효율은 ±1 차 회절광 중 어느 한 회절 효율을 의미한다.
광원, 광원으로부터의 출사광을 통과시킴과 동시에 광기록매체에 의해 반사하여 되돌아 온 반사광의 진행방향을 변경하는 회절 소자, 및 회절 소자에 의해 진행방향이 변경된 반사광의 정보를 검지하는 광검출기를 구비한 광헤드장치에 있어서, 회절 소자로서 상기한 회절 소자를 이용한다.
구체적인 구조로는, 예컨대 도 1 에 나타낸 바와 같이, 유리와 같은 기판 (20) 위에 단면이 직사각형 파형인 복굴절성 회절 격자 (21) 를 형성하고, 복굴절성 회절 격자 (21) 의 적어도 오목부에 등방성 충전재 (22) 를 충전하여 회절 소자 (23) 를 구성하고, 이 회절 소자 (23) 를 광헤드장치의 광원과 광 디스크 사이에 장착한다.
또, 도 1 에 나타낸 바와 같이 볼록부 사이의 복굴절성 광학재료를 완전히 제거해도 되고, 복굴절성 회절격자 (21) 의 격자 깊이 (d) 를 조정하기 위해, 도 2 에 나타낸 바와 같이 볼록부 사이의 복굴절성 광학재료를 소요되는 양만 남긴 구조로 해도 된다.
이 경우, 복굴절성 회절격자 (21) 를 구성하는 복굴절성 광학재료로는, 예컨대 모노머 상태의 액정을 배향시켜 중합하여 고분자화한 고분자 액정, 또는 1 축 연신한 고분자의 필름이나 복굴절성 단결정을 사용할 수 있다. 또, 등방성 충전재 (22) 를 구성하는 등방성 광학재료로는, 예컨대 아크릴계 수지나 에폭시계 수지 등을 사용할 수 있다.
오목부의 복굴절성 광학재료를 완전히 제거하는 경우 (도 1) 나 오목부의 복굴절성 광학재료를 소요되는 양만 남기는 경우 (도 2) 어느 쪽의 경우에도, 상면에 1/4 파장판 (27) 을 일체적으로 형성해도 된다. 이로 인하여 부품수를 삭감할 수 있음과 동시에 소형 경량화를 달성할 수 있기 때문에 유리하다. 1/4 파장판 (27) 을 대향기판과는 별도로 형성해도 된다.
그리고, 먼저 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율을 no, 이상 광선굴절율을 ne, 등방성 재료의 굴절율을 ns 라 하면, ns ≠ ne 이고, ns ≠no 가 되는 복굴절성 광학재료와 등방성 재료의 결합을 선정한다. 이로써 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 방향의 편광 또는 이상 광선굴절율 방향의 편광 어느 것에 대해서도 등방성 광학재료가 복굴절성 광학재료와는 다른 굴절율을 나타내기 때문에 이 회절 소자 (23) 는 광의 편광방향에 관계없이 회절 효율을 가진다.
그리고, 회절 소자 (23) 의 회절 효율이나 투과 효율은, 2 개의 광학재료의 굴절율차를 Δn, 격자 깊이를 d, 광의 파장을 λ라 하면, 파장으로 규격화된 위상차 (Δn ×d/λ) 와 효율과의 관계를 나타내는 도 5 의 그래프 등에 근거하여 구해진다.
이 중, 광의 파장 (λ) 은 광원이 발진하는 파장으로서 용도에 따라 미리 정해지기 때문에 굴절율차 (Δn) 와 격자 깊이 (d) 에 의해 회절 효율을 결정하게 되지만, 격자 깊이 (d) 를 깊게 하면 회절 소자 제조상 곤란해지기 때문에 주로 굴절율차 (Δn) 로 회절효율을 정하는 것이 좋다.
여기서, 복굴절성 광학재료의 이상 광선굴절율 방향에서의 복굴절성 광학재료와 등방성 광학재료의 굴절율차를 Δn1 = ｜ne - ns｜ 라 하고, 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 방향에서의 복굴절성 광학재료와 등방성 광학재료의 굴절율차를 Δn2 = ｜no - ns｜ 라 하면, 등방성 재료의 굴절율 (ns) 을 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 (no) 과 이상 광선굴절율 (ne) 의 중간에 있는 값 (ne < ns < no, 또는 no < ns < ne) 으로 한 경우, 굴절율차 (Δn1 와 Δn2) 가 큰 차가 없는 값이 되기 때문에, 회절 효율 등의 설정에 격자 깊이 (d) 를 깊게 할 수밖에 없어 구조상 불리하다.
그래서, 등방성 재료의 굴절율 (ns) 을 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 (no) 및 이상 광선굴절율 (ne) 중 작은 쪽보다도 작거나 또는 큰 쪽보다도 크게 한다 (ns < ne, no, 또는 ne, no < ns). 이렇게 하면, 굴절율차 (Δn1 와 Δn2) 의 값에 큰 차를 줄 수 있기 때문에 격자 깊이 (d) 를 깊게 하지 않더라도 회절 효율 등의 설정을 용이하게 할수 있어 구조상 큰 이점이 얻어진다.
여기서, 편광계의 회절 소자 (23) 에 있어서, 가장 회절 효율이 낮은 편광방향을 A 방향이라 하고 가장 회절 효율이 높은 편광방향을 B 방향이라 한 경우, 왕로의 0 차 투과 효율을 높게 (즉, 1 차 회절 효율을 낮게) 하고 귀로의 1 차 회절 효율을 높게 하면 왕복 효율이 높아지기 때문에, 왕로의 광의 편광방향을 A 방향이라 하고 귀로의 광의 편광방향을 B 방향이라 하는 것이 바람직하다. 그리고, 귀로 (B 방향) 의 편광방향에 대한 1 차 회절 효율은, 가능한 한 높게 하는 것이 광의 왕복 효율을 높게 할 수 있어서 바람직하다. B 방향의 편광방향에 대한 1 차 회절 효율은, 도 3 에 의하면 거의 40 ％ 정도 확보할 수 있다.
그리고, 무편광계의 홀로그램 빔 스플리터의 이론 왕복 효율인 10 ％ 이상의 왕복 효율을 얻기 위해서는, 귀로의 1 차 회절 효율이 거의 40 ％ (실제로는 이 이하가 된다) 이므로, 왕로 (A 방향) 의 편광에 대한 0 차 투과 효율은 다소의 여유를 주어 거의 30 ％ 이상으로 해야 할 필요가 있다.
한편, 광 디스크에 복굴절성이 있으면, 최악의 경우 귀로의 편광방향이 왕로와 동일한 A 방향의 편광방향이 되는 일이 있다. 이 경우, A 방향의 편광방향에 대한 1 차 회절 효율에 의해 광이 회절되지만, 왕로와 동등한 편광방향에 대한 1 차 회절 효율을 너무 낮게 하면 수광 소자로 광을 유효하게 검지할 수 없다.
수광 소자에 접속된 자동 이득 보정회로로 신호를 보정할 수 있는 배율은 거의 10 배 정도까지이므로, A 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율을 B 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율의 10 ％ 이상으로 함으로써 수광 소자로 광을 유효하게 검지할 수 있다. 또, 자동 이득 보정회로의 구성을 간략화하기 위해서는, A 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율을 B 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율의 25 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
여기서, O 차 투과 효율을 높게 하면 1 차 회절 효율이 낮아지고, 반대로 0차 투과 효율을 낮게 하면 1 차 회절 효율이 높아진다는 관계가 성립되고 있으므로, 왕로에 대응하는 A 방향의 편광방향에서의 0 차 투과 효율과 1 차 회절 효율을 상기한 양 쪽 조건을 만족하는 범위 내에 설정함으로써, 복굴절성을 가진 광 디스크에서도 정보를 읽어낼 수 있다.
또, 광 디스크에는 반드시 복굴절성을 갖는 부분이 있다고는 할 수 없기 때문에, 귀로의 편광방향이 왕로의 편광방향과 직교한 편광방향이 되도록 회절 소자 (23) 와 광 디스크 사이에는 1/4 파장판을 배치해 두는 것이 바람직하다.
정상 광선굴절율 (no) 이 이상 광선굴절율 (ne) 보다도 작은 복굴절성 광학재료와 굴절율 (ns) 이 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 (no) 보다도 작은 등방성 재료를 사용하는 경우, 즉, ns < no < ne 인 경우이고, 또 오목부와 볼록부의 폭 치수의 비가 1 : 1 인 단면이 직사각형 파형인 회절 격자를 이용하는 경우에 관해 보다 구체적으로 굴절율 no, nc, ns 의 결정법을 설명한다.
오목부와 볼록부의 폭 치수의 비가 1 : 1 인 단면이 직사각형 파형인 회절 격자를 이용하는 경우, 파장으로 규격화된 위상차 (Δn ×d/λ) 와 효율과의 관계는 도 3 에 나타낸 바와 같아져서, 도면으로부터 Δn ×d/λ= 0.5 일 때에 ±1 차 회절 효율이 각각 40.5 ％ 로 가장 높아지는 것을 알 수 있다.
이 경우에는, 정상 광선굴절율 (no) 의 방향이 가장 회절 효율이 낮은 A 방향이 되고, 이상 광선굴절율 (ne) 의 방향이 가장 회절 효율이 높은 B 방향이 되기 때문에, A 방향을 왕로의 편광방향으로 설정하고 B 방향을 귀로의 편광방향으로 설정한다.
그리고, B 방향의 굴절율차를 Δn1 = ｜ne - ns｜ 라 하면, 1 차 회절 효율을 최대치인 40.5 ％ 로 하기 위해서는, Δn1 ×d 의 값을 최적화하여 Δn1 ×d/λ의 값이 0.5 또는 0.5 부근이 되도록 한다.
그리고, 무편광계의 회절 소자의 이론 왕복 효율인 10 ％ 이상의 왕복 효율을 확보하기 위해서는, 왕로의 0 차 투과 효율을 거의 30 ％ 이상으로 해야 할 필요가 있기 때문에 (귀로의 1 차 회절 효율을 40.5 ％ 로 한 경우에는 계산상 왕로의 0 차 투과 효율은 거의 25 ％ 이상이면 되지만, 실제로는 귀로의 1 차 회절 효율로서 40.5 ％ 라는 높은 값은 얻어지지 않는다), 왕로의 굴절율차를 Δn2 = ｜no - ns｜ 로 하고, Δn2 × d/λ의 값을 거의 0.32 이하로 한다.
또, 정상 광선굴절율 (no) 의 방향 (A 방향) 의 편광에 대한 1 차 회절 효율은 상술한 바와 같이 이상 광선굴절율 (ne) 의 방향 (B 방향) 의 편광에 대한 1 차 회절 효율 (= 40.5 ％) 의 10 ％ 이상, 바람직하게는 25 ％ 이상이 필요하기 때문에, 1 차 회절 효율로는 40.5 ％ ×1/10 ≒ 4 ％ 이상, 바람직하게는 40.5 ％ ×1/4 ≒ 10 ％ 이상이 되고, 이 조건을 만족하는 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 O.11 이상, 바람직하게는 거의 O.17 이상으로 한다. 그 결과, 상기한 것을 맞추면 Δn2 ×d/λ의 값으로는 거의 0.11 이상, 바람직하게는 거의 0.17 이상이고, 거의 0.32 이하라는 범위가 얻어진다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회절 격자를 톱니형상으로 한 경우를 나타낸다. 회절 격자의 단면형상을 톱니형상으로 하면, 도 5 에 나타낸 바와 같이 Δn ×d/λ= 1.0 일 때에 가장 높아 거의 100 ％ 라는 1 차 회절 효율이 얻어진다. 따라서, B 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율을 100 ％ 근방에 설정함으로써 무편광계 회절 소자의 이론 왕복 효율인 10 ％ 이상의 왕복 효율을 얻기 위한 A 방향의 편광에 대한 O 차 투과 효율은 거의 lO ％ 이상이 되어, 이 조건을 만족하는 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 0.76 이하가 된다.
또, B 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율 (거의 100 ％) 의 10 ％ 이상, 바람직하게는 25 ％ 이상이 되는 A 방향의 편광에 대한 1 차 회절 효율은 거의 10 ％ 이상, 바람직하게는 거의 25 ％ 이상이 되어, 이 조건을 만족하는 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 0.25 이상, 바람직하게는 거의 0.4 이상이 된다.
그 결과, 상기한 것을 맞추면 Δn2 ×d/λ의 값으로는 거의 0.25 이상, 바람직하게는 거의 0.4 이상, 거의 0.74 이하라는 범위가 얻어진다.
상기한 것 이외에도 상기 실시예와 거의 동일한 구성을 구비하고 있는 구성은 동일한 작용, 효과가 얻어진다.
도 6 의 (a), (b), (c) 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 2 개의 복굴절성 광학재료의 굴절율의 관계를 나타내는 도면이다.
본 실시예는 2 종류의 광학재료 모두를 복굴절성 광학재료로 하려는 것에 그 특징이 있다. 이 경우에 있어서, 2 종류의 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 및 이상 광선굴절율 중 적어도 3 개가 다르게 한다.
예컨대, 도 6 에 나타낸 바와 같이 2 종류의 복굴절성 광학재료를 각각 광학재료 (1) 와 광학재료 (2) 로 하고, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 A 방향으로 하는 굴절율을 na1, B 방향으로 하는 굴절율을 nb1 로 나타내고, 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 A 방향으로 하는 굴절율을 na2, B 방향으로 하는 굴절율을 nb2 로 나타내면, 광학재료 (1) 와 광학재료 (2) 의 굴절율 방향을 조정함으로써, 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율을 na1, nb1, 또는 na2, nb2 중 어느 쪽으로도 설정할 수 있기 때문에, 예컨대 도 6(a) 에 나타낸 바와 같이 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 사이에 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 높은 쪽이 있고, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 낮은 쪽보다도 아래에 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 낮은 쪽이 있는 경우, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율중 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 함과 동시에, 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율중 굴절율이 높은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 낮은 쪽을 B 방향으로 하여 A 방향의 굴절율차 Δn2 (= ｜na1 - na2｜) 및 B 방향의 굴절율차 Δn1 (= ｜nb1 - nb2｜) 를 얻도록 하거나, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 함과 동시에, 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 하여 A 방향의 굴절율차 Δn2 (= ｜na1 - na2｜) 및 B 방향의 굴절율차 Δn1 (= ｜nb1 - nb2｜) 을 얻도록 하기도 하여, 굴절율차, 또는 파장으로 규격화된 위상차 (Δn ×d/λ) 를 선택하여, 1 차 회절 효율이나 O 차 투과 효율을 설정하도록 한다.
또, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 낮은 쪽보다도 아래에 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율의 높은 쪽이 있는 경우에, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 함과 동시에, 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 높은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 낮은 쪽을 B 방향으로 하여, A 방향의 굴절율차 Δn2 (= ｜na1 - na2｜) 및 B 방향의 굴절율차 Δn1 (= ｜nb1 - n b2｜) 를 얻도록 하거나, 도시하지 않지만 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하고 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 함과 동시에, 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 굴절율이 높은 쪽을 B 방향으로 하고 굴절율이 낮은 쪽을 A 방향으로 하여, A 방향의 굴절율차 Δn2 (= ｜na1 - na2｜) 및 B 방향의 굴절율차 Δn1 (= ｜nb1 - nb2｜) 을 얻도록 하기도 하거나, 굴절율차, 또는 파장으로 규격화된 위상차 (Δn ×d/λ) 를 선택하여, 1 차 회절 효율이나 0 차 투과 효율을 설정한다.
또, 광학재료 (1) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 사이에 광학재료 (2) 의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 모두가 있는 경우에 대해서도 마찬가지로 굴절율차, 또는 파장으로 규격화된 위상차 (Δn ×d/λ) 를 선택하여 1 차 회절 효율이나 0 차 투과 효율을 설정할 수 있다.
이와 같이, 2 종류의 광학재료 모두를 복굴절성 광학재료로 함으로써 굴절율차의 선택범위가 넓어지기 때문에, 1 차 회절 효율이나 0 차 투과 효율을 설정하는 데에 있어서 훨씬 자유롭다.
상기한 것 이외에도, 상기 실시예와 거의 같은 구성을 구비하고 있는 구성은 동일한 작용, 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 회절 소자의 제조방법에 관한 최선의 실시 형태에 관해 서술한다.
본 발명에 있어서는, 대향하는 2 장의 기판의 대향면, 즉 액정에 접하는 면에 배향처리를 실시하는 경우 1 장의 기판에 실시해도 되고 2 장의 기판에 실시해도 되지만, 2 장의 기판에 실시하는 것이 액정의 분자배향을 제어하기 쉬워 바람직하다. 여기서 사용하는 배향처리로는 기판표면 또는 그 표면에 부착된 폴리이미드 막, 폴리아미드 막의 고분자 막이나 SiO2 과 같은 무기 막 등에 대한 러빙 (rubbing) 처리, 또는 SiO 의 경사 증착 처리 등이 대표적이다.
본 발명에서 이용하는 고분자 액정의 박막을 형성하기 위한 액정은 액정성을 나타내는 모노머 (monomer), 올리고머 (oligomer), 기타 반응성 화합물 등의 조성물이며, 기판에 대한 배향처리에 의해 조성물로서 액정배열하는 것이면 사용할 수 있다. 이하의 설명에서는 이들 액정성을 나타내는 반응성 화합물 등의 조성물을 액정재료라 칭하면서 설명한다. 따라서, 액정재료는 폴리머가 아닌 것을 의미한다.
이 대향하는 2 장의 기판 사이에 스페이서를 배치하고 소정의 간격을 두어 기판을 대향시킨 다음 그 공극에 액정재료를 주입하여 액정재료를 중합시켜 경화하는 수단에 의해 경화하여 고분자 액정의 박막이 얻어진다.
액정재료를 경화하는 수단으로는 가시광이나 UV (자외) 광 등의 광을 조사하는 방법이나 가열에 의한 방법 등이 있지만, 특히 가시광이나 UV 광 등의 광을 조사하는 경화방법은 기판 상에서 직접 할 수 있어 바람직하다. 따라서, 여기서는 액정재료를 중합하여 광의 조사에 의해 경화하는 것에 대하여 설명한다.
고분자 액정 박막의 제조 공정의 일례를 도 7 에 나타낸다. 도 7(a) 는 소정의 간격을 두고 대향하는 2 장의 기판을 나타내는 측면도이고, 도 7(b) 는 대향하는 2 장의 기판 사이에 액정재료를 주입하고 UV 광 등의 광을 조사하여 액정재료를 고분자 액정의 박막으로 한 것을 나타내는 측면도이고, 도 7(c) 는 대향하는 2 장의 기판 중 한 장을 뺀 모양을 나타내는 측면도이다. 도 7 중, 부호 1 은 고분자 액정 박막, 2 는 기판, 11 은 배향처리막, 12 는 스페이서이다.
액정재료의 주입방식으로는 진공주입법을 이용해도 되고 모세관 현상을 이용한 방법으로 대기압 중에서 실시해도 된다. 이 경우, 이 작업에 앞서 스페이서를 미리 1 장째 기판 상에 살포하고 나서 2 장째 기판을 적층하면 된다. 또한, 1 장째 기판에 스페이서와 액정재료의 혼합물을 적하한 후 2 장째 기판을 적층하여 프레스해도 된다.
또, 1 장째 기판에 스페이서를 살포한 후 액정재료를 적하하고 2 장째 기판을 적층하여 프레스하여 박막화해도 된다. 기판으로는 투명한 유리판이나 플라스틱판 등을 사용할 수 있지만, 경도나 내구성 등이 우수하다는 점에서 유리판이 바람직하다.
그리고, 대향하는 기판 사이에 이 간격을 일정하게 유지하는 수단과 고분자 액정의 박막이 되는 액정재료를 끼워 지지시킨다 (sandwitching). 사용하는 액정재료로는 아크릴산 또는 메타크릴산 등의 에스테르류 중에서 선택하는 것이 바람직하다.
이 중, 액정재료에 반응기를 부가하여 중합하고 고분자화하는 재료로서 (측쇄형 고분자 액정인) 아크릴산계가 바람직하다. 이 고분자 액정은 재료 그 자체의 복굴절성이 클 뿐만 아니라 이 액정재료는 기판의 배향처리에 대하여 민감하게 반응하여 중합후의 복굴절성을 크게 하기 쉽다는 우수한 특징을 갖는다.
고분자 액정 박막의 두께에 분포가 있으면 상기한 바와 같이 회절 효율에 불균일이 생겨 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명의 제조법에서는 기판 2 장의 간격을 일정하게 유지하는 수단으로서 스페이서를 이용한다. 이 스페이서로는 강성과 내구성을 갖는 유리, 알루미나, 실리카 등의 무기물 또는 플라스틱의 구형, 입자형, 섬유형과 같은 스페이서라면 그 기능을 다하지만, 유리 스페이서가 특히 강성과 내구성이 우수하여 바람직하다. 보통, 고분자 액정 박막의 두께는 1∼5 ㎛ 으로 사용된다.
그 유리로는 구형의 SiO2 유리가 좋고, 그 갯수는 지름이 2 ㎛ 이하인 경우, 1 ㎠ 당 10 개 ∼ 20 만개가 좋다. 10 개 미만이면 기판 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 곤란하고, 20 만개 보다 많으면 광산란을 초래하여 광헤드장치에 장착하였을 때 미광 (迷光) 이 발생하여 좋지 않다. 바람직하게는 1000 개 ∼ 1 만개이며, 이 경우 상기한 불량을 효과적으로 피할 수 있다.
액정재료를 배향시킨 후에 실시하는 광조사에는, 상기한 바와 같이 가시광이나 UV 광 등이 사용되지만, 효율적으로 경화시키기 위해서 UV 광이 바람직하다. 이와 같이 광조사를 함으로써, 배향상태를 유지한 상태로 액정재료를 경화시킬 수 있다.
경화후 대향하는 2 장의 기판 중 적어도 한 쪽 기판을 분리한다 (도 7(c)). 이 경우, 분리한 기판에 고분자 액정의 박막이 부착하는 것을 막기 위해서, 분리하는 기판의 내면, 즉 액정재료에 접하는 면에 이형 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
대향하는 2 장의 기판 중 1 장의 기판 내면에 배향처리를 실시하는 경우에는, 배향처리를 하지 않는 쪽 기판의 내면에 이형 처리를 실시하는 것이 액정재료의 배향효과를 높이는 데에 있어서 바람직하다.
이형 처리 (release treatment) 를 위해 사용되는 이형제 (release agent) 로는 플루오로실란계, 불소함유 지방족 고리 구조를 갖는 불소함유 중합체 등을 사용할 수 있다.
이렇게 제조된 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자가 형성되고, 적어도 오목부에 등방성 매질이 충전되어 회절 소자가 얻어진다.
즉, 고분자 액정의 박막에 포토리소그래피에 의한 에칭법이나 격자 형상을 갖는 금형에 의한 프레스 방식 등에 의해 단면이 요철 형상인 격자를 형성한다. 이 단면이 요철 형상인 격자가 형성되고, 적어도 굴절율이 고분자 액정의 박막의 정상 광선굴절율 (no) 과도 이상 광선굴절율 (ne) 과도 같지 않은 등방성 매질을 오목부에 충전하여 경화한다. 이 경우는, 광기록매체인 광 디스크 등에 복굴절성이 있었을 때, 상술한 바와 같이 이 회절 소자와 결합시킴으로써 광 디스크에 의해 반사되는 신호광의 강도를 저하시키지 않는 효과가 있어 매우 바람직하다.
또, 이 등방성 매질은 고분자 액정의 박막의 정상 광선굴절율 (no) 또는 이상 광선굴절율 (ne) 과 같은 굴절율의 광학적 등방성 매질을 요철부에 충전하는 경우에도 이용할 수 있다. 등방성 매질로는 예컨대 광중합형 아크릴계 수지나 에폭시계 수지 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 제조방법으로 제조한 회절 소자는 고분자 액정 분자축의 한 방향에 대한 배향성이 좋기 때문에, 굴절율이 회절 소자 내에서 균일하고 크며 또 고분자 액정의 박막의 두께가 균일하기 때문에, 높고 균일한 회절 효율이 얻어진다는 우수한 특성을 갖는다.
회절 격자의 오목부에 잔류한 고분자 액정의 박막 속을 광이 투과할 때의 입사각도 등에 따라 편광방향이 변하는 일이 있다. 이 때문에 오목부의 고분자 액정의 박막을 완전하게 제거하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 제조방법으로 제조한 회절 소자를 광헤드장치에 장착한다. 즉, 반도체 레이저로부터의 출사광이 광기록매체로 입사되어 광기록매체로부터의 반사광이 회절 소자로 회절되고, 이 회절광이 광검출기로 검출되는, 광헤드장치의 회절 소자로 본 발명의 제조방법으로 제조한 회절 소자를 이용한다.
본 발명의 회절 소자를 홀로그램 빔 스플리터로서 광헤드장치에 이용한 경우의 개략구성을 나타내는 측면도를 도 8 에 나타낸다. 광원인 반도체 레이저 (35) 로부터 나온 광은 회절 소자 (34) 인 홀로그램 빔 스플리터를 투과하여 대물렌즈 (37) 에 의해 광 디스크 (38) 상에 집광되고, 광 디스크 (38) 로부터의 반사광은 다시 대물렌즈 (37) 를 투과하여 홀로그램 빔 스플리터에 의해 회절되어 광검출기인 수광 소자 (36) 에 도달한다.
이 홀로그램 빔 스플리터와 광 디스크 (38) 사이에 1/4 파장판 (40) 을 삽입함으로써, 상술한 바와 같이 광 디스크 (38) 에 복굴절성이 있어 반도체 레이저 (35) 로부터 출사된 선형 편광된 광의 편광방향을 왕로와 귀로사이에서 어떠한 각도로 회전시켜도 반사광인 정보광을 검출할 수 있다.
[예 1]
고분자 액정 박막의 제조방법에서 각 공정의 측면도를 도 7(a), (b) 및 (c) 에 나타내었다.
먼저 도 7(a) 에 나타낸 바와 같이, 지름이 3 인치인 대향하는 2 장의 유리 기판 (2) 의 내면 상에 폴리이미드 박막을 형성하고 그 후 러빙 처리로서 2 장의 기판 사이에서 평행한 한 방향으로 마찰해서 배향처리하여 배향처리막 (11) 으로 하였다. 이 2 장의 대향하는 유리 기판 (2) 중 한 쪽 기판의 배향처리막 (11) 상에 플루오로실란계의 이형제를 도포 (도시생략) 하였다.
다른 쪽 기판에는 지름 2.0 ㎛ 이고 SiO2 로 제조된 구형 스페이서 (12) 를 6000 개/㎠ 의 밀도로 살포한 후, 이 기판 2 장의 내면 간격이 2 ㎛ 가 되도록 겹쳐 놓았다. 다음으로 도 7(b) 에 나타낸 바와 같이 이 기판 2 장의 공극부에 진공주입법을 이용하여 아크릴산계이며 네마틱상 (nematic phase) 인 액정재료를 주입하였다.
이 상태에서 액정의 배향상태를 관찰하면 러빙 방향으로 정연하게 액정재료의 분자축이 배향되어 있는 것이 관찰되어 양호한 배향상태인 것이 확인되었다. 다음에, 유리기판을 통해서 600 mJ 의 UV 광을 조사하고 액정재료를 광중합으로 경화하여 고분자 액정의 박막 (1) 을 형성하였다. 고분자 액정의 배향상태도 균일하고 양호하였다.
또, 도 7(c) 에 나타낸 바와 같이, 이형 처리를 실시한 쪽의 기판을 분리하였다. 그 결과, 이형 처리를 하고 있지 않은 기판의 고분자 액정은 벗겨지는 일없이 기판에 남아, 이 기판측에 고분자 액정의 박막 (1) 을 형성할 수 있었다. 그 배향상태는 기판을 분리하기 전과 마찬가지로 양호하였다. 또, 고분자 액정의 박막 (1) 의 막두께는 약 2 ㎛ 으로 설계대로 균일한 막두께를 얻을 수 있었다.
그 후, 기판상의 복굴절성 재료인 고분자 액정의 박막 (1) 에 포토리소그래피에 의한 에칭법을 이용하여 단면이 요철 형상인 격자 (도 1) 로 러빙 방향에 평행한 길이방향을 갖는 격자를 형성하고 아크릴계의 등방성 매질 (3) 로 충전하여 경화하였다.
이 때 등방성 매질 (3) 의 굴절율은 고분자 액정 박막 (1) 의 정상 광선굴절율과 동일하였다. 그리고, 이 기판을 외부 치수 4 mm ×4 mm 로 절단함으로써 편광성의 회절 소자인 홀로그램 빔 스플리터를 얻었다.
이렇게 해서 제조한 홀로그램 빔 스플리터를 도 8 에 나타내는 광헤드장치의 회절 소자 (34) 로서 장착하였다. 이 광헤드장치에 탑재한 홀로그램 빔 스플리터는 왕로의 광인 반도체 레이저 (35) 로부터 출사된 직선의 편광에 대해서는 높은 투과율 95 ％ 을 나타내었고, 귀로의 광인, 광 디스크 (38) 로 반사하여 1/4 파장판 (40) 을 투과하고 왕로의 광과 편광방향이 90 도 회전된 편광에 대해서는, 높은 ±1 차 회절 효율 36 ％ 을 나타내었다.
따라서, 0.95 ×0.36 = 0.34, 즉 34 ％ 의 높은 광이용 효율을 얻을 수 있고, 더구나 이 홀로그램 빔 스플리터의 회절 효율은 면내에서 균일하였다.
또, 광 디스크에 큰 복굴절성이 있는 경우를 상정하여, 귀로의 편광방향이 왕로와 같은 A 방향이 되었을 때의 왕복 효율을 조사하면, 95 ％ × 0 ％ = 0 ％ 가 되었다.
[예 2]
단면이 직사각형 파형인 복굴절성 회절격자 (21) 에 등방성 충전재 (22) 를 충전함으로써 도 1 과 거의 같은 회절 소자 (23) 를 제작하였다.
이 경우에, 복굴절성 회절격자 (21) 로서 정상 광선굴절율 (no) = 1.52, 이상 광선굴절율 (ne) = 1.64 인 고분자 액정을 이용하고, 등방성 충전재 (22) 로서 굴절율 (ns) = 1.43 인 아크릴계 등방성 매질을 이용하였다. 그리고, 격자 깊이 (d) 를 약 1.62 ㎛ 로 설정하고, 파장 (λ) 이 650 nm 인 광원을 이용하였다.
이 회절 소자 (23) 의 가장 굴절율이 높은 B 방향의 굴절율차 (Δn1) 는 1.64 - 1.43 = 0.21 이 되고, 격자의 깊이 (d) 가 1.62 ㎛, 파장 (λ) 이 650 nm 이기 때문에 Δn1 ×d/λ의 값은 거의 0.5 가 되며, B 방향의 편광의 광에 대한 1 차 회절 효율은 약 38 ％ 라는, 이론 한계에 가까운 값이 얻어졌다.
또, 이 회절 소자 (23) 의 가장 굴절율이 낮은 A 방향의 굴절율차 (Δn2) 는 1.52 - 1.43 = 0.09 이 되고, 격자의 깊이 (d) 가 1.62 ㎛, 파장 (λ) 이 650 nm 이기 때문에 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 0.22 가 되며, A 방향의 편광의 광에 대한 0 차 투과 효율은 거의 58 ％, 1 차 회절 효율은 거의 15 ％ 라는 값이 얻어졌다.
상기 회절 소자를 광헤드장치에 탑재하였다. 복굴절성이 거의 없는 광 디스크의 경우에는, A 방향에 편광된 출사광이 58 ％ 인 0 차 투과 효율로 회절 소자 (23) 를 투과하고 1/4 파장판에 의해 원편광으로 변환되고 광 디스크에서 반사되며, 다시 l/4 파장판으로 B 방향의 편광으로 변화된 후, 회절 소자 (23) 에 의해 38 ％ 의 1 차 회절 효율로 회절되어 수광 소자에 도달하였다. 이 때의 왕복 효율은 58 ％ ×38 ％ ≒ 22 ％ 이었다. 단, 이 값은 대물렌즈의 렌즈 지름에 따른 개구 제한이나 디스크의 반사손해 등은 없다고 가정하였을 때의 환산치이다.
또, 광 디스크에 큰 복굴절성이 있는 경우를 상정하여, 귀로의 편광방향이 왕로와 같은 A 방향이 되었을 때의 왕복 효율을 조사하면, 58 ％ ×15 ％ = 8.7 ％ 이 되었다.
[예 3]
예 2 와 동일한 회절 소자 (23) 를 제작하였다. 여기서는, 복굴절성 회절 격자 (21) 로서 정상 광선굴절율 (no) = 1.57, 이상 광선굴절율 (ne) = 1.68 인 고분자 액정을 이용하고, 등방성 충전재 (22) 로서 굴절율 (ns) = 1.49 인 아크릴계 등방성 매질을 이용하였다. 그리고, 격자 깊이 (d) 를 약 1.75 ㎛ 로 설정하고 파장 (λ) 이 650 nm 인 광원을 이용하였다.
이 회절 소자 (23) 의 가장 굴절율이 높은 B 방향의 굴절율차 (Δn1) 는 0.19 가 되고, 가장 굴절율이 낮은 A 방향의 굴절율차 (Δn2) 는 0.08 이 되었다. 격자의 깊이 (d) 가 1.75 ㎛ 이고 파장 (λ) 이 650 nm 이기 때문에 Δn1 ×d/λ 의 값은 거의 0.5 가 되고 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 0. 22 가 되어, B 방향의 편광의 광에 대한 1 차 회절 효율 및 A 방향의 편광의 광에 대한 0 차 투과 효율과 1 차 회절 효율 모두 예 2 와 같은 값이 얻어졌다.
또, 상기한 회절 소자를 광헤드장치에 탑재한 경우에도 역시 예 2 와 같은 결과를 얻었다.
[예 4]
단면이 톱니형상인 등방성 회절 격자 (24) 에 복굴절성 충전재 (25) 를 충전함으로써 도 4 의 것과 거의 같은 회절 소자 (23) 를 제작하였다.
이 경우, 복굴절성 충전재 (25) 로서 정상 광선굴절율 (no) = 1.52, 이상 광선굴절율 (ne) = 1.77 인 액정을 이용하여, 굴절율 (ns) = 1.59 이며 유리로 제작한 기판 (20) 에 직접 등방성 회절 격자 (24) 를 형성하였다. 그리고, 격자 깊이 (d) 를 약 3.6 ㎛ 로 설정하고 파장 (λ) 이 650 nm 인 광원을 이용하였다.
이 회절 소자 (23) 의 가장 굴절율이 높은 B 방향의 굴절율차 Δn1 는 1.77 - 1.59 = 0.18 이 되고, 격자의 깊이 (d) 가 3.6 ㎛, 파장 (λ) 이 650 nm 이기 때문에 Δn1 ×d/λ의 값은 거의 1.0 이 되어, B 방향의 편광의 광에 대한 1 차 회절 효율은 이론 한계인 거의 95 ％ 라는 값이 얻어졌다.
또한, 이 회절 소자 (23) 의 가장 굴절율이 낮은 A 방향의 굴절율차 Δn2 는 1.52 - 1.59 = -0.07 이 되고, 격자의 깊이 (d) 가 3.6 ㎛, 파장 (λ) 이 650 nm 이기 때문에 Δn2 ×d/λ의 값은 거의 0.39 가 되어, A 방향의 편광의 광에 대한 0차 투과 효율은 거의 58 ％, 1 차 회절 효율은 거의 22 ％ 라는 값이 얻어졌다.
상기 회절 소자를 광헤드장치에 장착하였다. 복굴절이 거의 없는 광 디스크의 경우에는 A 방향에 편광된 출사광이 58 ％ 인 0 차 투과 효율로 회절 소자 (23) 를 투과하고 1/4 파장판에 의해 원편광으로 변환되고 광 디스크로 반사되며, 다시 1/4 파장판으로 B 방향의 편광으로 변환된 후, 회절 소자 (23) 에 의해 95 ％ 의 1 차 회절 효율로 회절되어 수광 소자에 도달하였다. 이 때의 왕복 효율은 58 ％ ×95 ％ ≒ 55％ 이었다. 단, 이 값은 대물렌즈의 렌즈 지름에 따른 개구 제한이나 디스크의 반사손해 등은 없다고 가정하였을 때의 환산치이다.
또, 광 디스크에 큰 복굴절성이 있는 경우를 상정하여 귀로의 편광방향이 왕로와 같은 A 방향이 되었을 때의 왕복 효율을 조사하면, 58 ％ ×22 ％ ≒ 13 ％ 가 되었다.
또한 본 발명은, 상술한 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가할 수 있다.
본 발명의 제조방법을 이용함으로써 액정재료는 양호하게 안정적으로 배향하고, 또 제작된 고분자 액정의 막두께를 균일하게 할 수 있으며 굴절율도 안정적으로 높다.
따라서, 회절 소자는 회절 효율이 높으며, 회절 효율은 면내 균일한 특징을 갖는다. 또, 회절 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 회절 소자 및 광헤드장치에 의하면, 복굴절성을 가지는 광기록매체에 대해서도 정보를 읽어낼 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다. 그리고 광 이용효율이 높고 회절 효율이 안정적인 장치가 된다.

Claims (18)

  1. 단면이 요철 형상인 회절 격자를 형성한 광학재료, 및 회절 격자의 적어도 오목부에 충전된 별도의 광학재료로 이루어지는 회절 소자에 있어서, 상기 2 종류의 광학재료 중 적어도 한 쪽이 복굴절성을 나타내고, 다른 쪽 광학재료가 복굴절성을 나타내는 한 쪽 광학재료의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 중 어느 쪽과도 다른 굴절율을 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    2 종류의 광학재료 중 한 쪽을 등방성 광학재료로 한 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    등방성 광학재료의 굴절율이 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 및 이상 광선굴절율 중 작은 쪽보다도 작거나 또는 큰 쪽보다도 큰 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율은, 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율의 l0 ％ 이상이 되고, 회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 0 차 투과 효율과 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율과의 곱이 10 ％ 이상이 되는 굴절율차를 갖는, 2 종류의 광학재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단면이 요철 형상이고 좌우비대칭인 톱날형인 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    유리기판 위에 회절 격자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    1/4 파장판이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복굴절성을 나타내는 광학재료가 고분자 액정인 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    등방성 광학재료의 굴절율이 고분자 액정의 정상 광선굴절율 및 이상 광선굴절율 중 작은 쪽보다도 작은 것을 특징으로 하는 회절 소자.
  10. 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하고 요철 형상의 격자부에 등방성 매질을 충전하는 회절 소자의 제조방법에 있어서, 대향하는 2 장의 기판 중 적어도 한 쪽 대향면에 배향처리를 실시하고, 대향하는 기판 사이에 스페이서와 고분자 액정의 박막이 되는 액정을 끼워 넣고 (sandwitching) 액정을 배향시켜서 경화하여 고분자 액정의 박막으로 한 후, 적어도 한 쪽 기판을 떼내어 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하여 적어도 오목부에 등방성 매질을 충전하는 것을 특징으로 하는 회절 소자의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    대향하는 2 장의 기판에 배향처리를 실시한 후에 적어도 한 쪽 기판의 대향면에 이형 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 회절 격자의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    고분자 액정 박막의 요철 형상 격자부에 충전하는 등방성 매질의 굴절율이 고분자 액정 박막의 정상 광선굴절율과 이상 광선굴절율 어느 쪽과도 다른 것을 특징으로 하는 회절 소자의 제조방법.
  13. 광원, 광원으로부터의 출사광을 통과시킴과 동시에 광기록매체를 이용하여 반사하여 되돌아 온 반사광의 진행방향을 변경하는 회절 소자, 및 회절 소자에 의해 진행방향이 변경된 반사광의 정보를 검지하는 광검출기를 구비한 광헤드장치에 있어서, 회절 소자로서 제 1 항에 기재된 회절 소자를 이용하는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    2 종류의 광학재료 중 하나를 등방성 광학재료로 한 회절 소자를 사용한 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    등방성 광학재료의 굴절율이 복굴절성 광학재료의 정상 광선굴절율 및 이상 광선굴절율 중 작은 쪽보다도 작거나 또는 큰 쪽보다도 큰 회절 소자를 이용하는 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율이, 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율의 10 ％ 이상이 되고, 회절 효율이 최저가 되는 편광방향에 대한 O 차 투과 효율과 회절 효율이 최고가 되는 편광방향에 대한 1 차 회절 효율의 곱이 10 ％ 이상이 되는 굴절율차를 갖는, 2 종류의 광학재료를 사용한 회절 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 광헤드장치.
  17. 광원, 광원으로부터의 출사광을 통과시킴과 동시에 광기록매체에 의해 반사하여 되돌아 온 반사광의 진행방향을 변경하는 회절 소자, 및 회절 소자에 의해 진행방향이 변경된 반사광의 정보를 검지하는 광검출기를 구비한 광헤드장치의 제조방법에 있어서,
    대향하는 2 장의 기판 중 적어도 한 쪽 대향면에 배향처리를 실시하고, 대향하는 기판 사이에 스페이서와 고분자 액정의 박막이 되는 액정을 끼워 넣고, 액정을 배향시킨 후 경화하여 고분자 액정의 박막으로 한 후, 적어도 한 쪽 기판을 떼내어 고분자 액정의 박막에 단면이 요철 형상인 격자를 형성하여 적어도 오목부에 등방성 매질을 충전하여 회절소자를 형성하는 것을 특징으로 하는 광헤드장치의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    회절 소자를 제조하는 경우, 대향하는 2 장의 기판에 배향처리를 실시한 후에 적어도 한 쪽 기판의 대향면에 이형처리를 실시하고, 액정을 경화한 후에, 이형 처리를 한 측의 기판을 떼어 내는 것을 특징으로 하는 광헤드장치의 제조방법.
KR10-2000-7003571A 1997-10-02 1998-10-01 광헤드장치와 그에 적합한 회절소자 및 회절소자와광헤드장치의 제조방법 KR100497586B1 (ko)

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