KR100667790B1 - 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비한 광픽업 및 광기록 및/또는 재생기기 - Google Patents

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Abstract

전기장 미인가시에는 액정이 수직 배향되고, 전기장 인가시에는 축 대칭으로 액정이 방사형으로 배향되도록 된 액정층을 구비하며, 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응하는 위상변화 분포를 생성하며, 인가되는 전기장의 세기에 따라 그 위상변화량을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 복굴절 보정소자로 사용하는 광픽업 및 광 기록 및/또는 재생기기가 개시되어 있다.

Description

복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비한 광픽업 및 광 기록 및/또는 재생기기{Liquid crystal device for compensating birefringence and optical pickup and optical recording and/or reproducing apparatus employing it}
도 1은 광이 광디스크에 집광되어 광스폿을 형성할 때, 입사광선의 위치에 따른 수직 방향 복굴절 영향을 받는 정도를 보여준다.
도 2는 복굴절 보정소자로 본 발명에 따른 액정소자를 구비한 광픽업의 광학적 구성의 일 예를 개략적으로 보여준다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 액정소자의 일 실시예를 개략적으로 보여준 것으로, 도 3a는 전기장 오프 상태, 도 3b는 전기장 온 상태에서의 액정층의 액정 배열을 보여준다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b에서의 액정 배열을 보인 평면도이다.
도 5는 축 대칭으로 방사상의 러빙 처리 구조의 예를 개략적으로 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정소자를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 7은 도 6의 전극의 패턴 구조를 개략적으로 보인 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 광 기록 및/또는 재생기기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1...광디스크 10...광원
17...파장판 19...보정소자
20,20'...액정소자 21,21'...제1기판
23,26...배향막 25...액정층
29,29'...제2기판 30...대물렌즈
40...광검출기
본 발명은 광 기록 및/또는 재생기기 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광정보저장매체의 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비하는 광픽업 및 광 기록 및/또는 재생기기에 관한 것이다.
광을 이용하여 정보가 기록 및/또는 기록된 정보가 재생되는 광디스크와 같은 광정보저장매체의 기판은 일반적으로 폴리카보네이트(polycarbonate)로 만들어진다. 이러한 폴리카보네이트 기판은 평면내(in-plane)와 수직(vertical) 방향 복굴절을 가지고 있으며, 수직 방향 복굴절이 평면내 복굴절보다 재생/기록 성능에 더 큰 영향을 준다. 그 이유는, 광이 광정보저장매체에 집광되어 정보면에 광스폿을 형성할 경우, 중심의 광선에 비해 주변 광선이 더 큰 각도를 이루며 광정보저장매체 내부에 있는 정보면에 집광되는데, 이와 같이 각도가 커지면 수직 방향 복굴 절 영향을 더 많이 받기 때문이다.
도 1은 광이 광디스크(1)에 집광되어 광스폿을 형성할 때, 입사광선의 위치에 따른 수직 방향 복굴절 영향을 받는 정도를 보여준다. 도 1에서 실선으로 된 양방향 화살표는 광의 편광 방향을 나타내며, 점선으로 된 양방향 화살표는 각 광선이 받는 수직 방향 복굴절 영향의 크기를 나타낸다. 수직 방향 복굴절 영향의 크기는 편광의 수직 방향 복굴절 방향으로 사영시킨 성분에 해당한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 주변 광선이 중심 광선에 비해 더 큰 각도를 이루기 때문에, 수직 방향 복굴절 영향을 더 크게 받는다. 이에 의해 집광 광스폿이 커지게 되며, 단위 면적당 광강도도 작아지게 된다. 이러한 집광 광스폿의 증가 및 광강도 변화는 신호 기록/재생에 영향을 주게 된다.
그러므로, 이렇게 신호 기록/재생에 영향을 주는 복굴절의 영향은 광학적인 방법으로 보상이 필요하다.
종래에는 이러한 복굴절의 영향을 보정하기 위해 방사상으로 그리고 반경 별로 다른 위상을 갖는 다수의 위상영역이 존재하도록 패터닝된 파장판을 제작하는 기술이 제안된 바 있다. 그런데, 이러한 파장판은 그 위상의 크기가 고정되어 있기 때문에, 광정보저장매체마다 다른 복굴절 양을 보상하기가 어렵다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 광정보저장매체에 따라 달라지는 복굴절을 능동적으로 보정할 수 있도록 된 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비하는 광픽업 및 광 기록 및/또는 재생기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복굴절 보정용 액정소자는, 전기장 미인가시에는 액정이 수직 배향되고, 전기장 인가시에는 축 대칭으로 액정이 방사형으로 배향되도록 된 액정층을 구비하며, 상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응하는 위상변화 분포를 생성하며, 인가되는 전기장의 세기에 따라 그 위상변화량을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 액정소자는, 그 내측면에 상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응되게 축 대칭의 두께 변화 프로필을 가지는 기판을 사용할 수 있다.
이때, 상기 기판의 두께 변화 프로필은 스텝형 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기판은 상기 액정의 정상 굴절율과 동일 또는 인덱스 매칭이 가능한 유사한 굴절율을 가지는 매질로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 액정소자는, 상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응되게 부분별로 다른 전압을 상기 액정층에 인가할 수 있도록 패터닝 된 전극;을 구비할 수 있다.
한편, 상기 액정소자는, 수직 배향이 가능하도록 형성되고, 축 대칭으로 방사상의 러빙 처리를 한 배향막을 구비할 수 있다.
상기 배향막은 수직 배향용 폴리이미드로 형성되거나, SiO 증착 방식에 의해 형성될 수 있다.
상기 액정은 음의 부호의 유전율 이방성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광픽업은, 광원과; 상기 광원에서 출사된 광을 집속시켜 광정보저장매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 광정보저장매체에서 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 광검출기와; 상기 광정보저장매체의 복굴절을 보정하기 위한 보정소자;를 포함하며, 상기 보정소자는, 상기한 특징점 중 적어도 어느 하나를 가지는 액정소자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 광픽업은, 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 편광을 변화시키는 파장판;을 더 구비하며, 상기 보정소자는 상기 파장판과 대물렌즈 사이에 위치될 수 있다.
상기 파장판은 상기 광원에서 출사된 광의 파장에 대해 1/4 파장판을 구비하여, 상기 보정소자로 입사되는 유효 광이 원편광이 되도록 된 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광정보저장매체의 반경 방향으로 이동가능하게 설치되어 광정보저장매체에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 광픽업 및 이 광픽업을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 광 기록 및/또는 재생기기에 있어서, 상기 광픽업은 상기한 특징점 중 적어도 어느 하나를 가지는 광픽업을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비하는 광픽업 및 광 기록 및/또는 재생기기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 복굴절 보정소자로 본 발명에 따른 액정소자를 구비한 광픽업의 광학 적 구성의 일 예를 개략적으로 보여준다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광픽업은, 광원(10)과, 광원(10)에서 출사된 광을 집속시켜 광정보저장매체 예컨대, 광디스크(1)에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈(30)와, 광디스크(1)의 복굴절을 보상하기 위한 복굴절 보정소자(19)와, 광디스크(1)에서 반사된 광을 수광하여 정보신호 및/또는 오차신호를 검출하는 광검출기(40)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업은, 상기 광원(10)에서 출사되어 상기 보정소자(19)로 진행하는 유효광이 원편광이 되도록 하는 파장판(17)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업은, 기록 광학계에서의 고효율 요구를 만족할 수 있도록, 입사광의 진행 경로를 편광에 따라 변환하기 위한 편광 의존성 광로변환기 예컨대, 편광 빔스프리터(14)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 2에서 참조번호 12는 3빔법이나 차동 푸시풀법 등에 의해 트랙킹 에러신호를 검출하도록 광원(10)에서 출사되는 광을 분기하는 그레이팅, 참조번호 16은 광원(10)에서 발산광 형태로 출사된 광을 평행광으로 바꾸어 대물렌즈(30)로 입사되도록 하는 콜리메이팅렌즈, 참조번호 15는 비점수차법에 의해 포커스 에러신호를 검출할 수 있도록 비점수차를 발생시키는 비점수차렌즈이다. 또한, 참조번호 18은 광의 진행 경로를 꺽어주기 위한 반사 미러이다.
상기 광원(10)은 청색 파장영역의 광 즉, 405nm 파장의 광을 출사하는 것이 바람직하다.
상기 대물렌즈(30)는, 고밀도 광디스크 예컨대, HD-DVD(High Definition DVD) 규격을 만족하는 고개구수 즉, 대략 0.65의 개구수를 갖도록 된 것이 바람직하다.
상기와 같이, 상기 광원(10)이 청색 파장영역의 광을 출사하고, 상기 대물렌즈(30)가 0.65의 개구수를 가지는 경우, 본 발명에 따른 광픽업은 고밀도 광디스크 특히, HD-DVD 규격의 광디스크를 기록 및/또는 재생할 수 있다.
여기서, 상기 광원(10)의 파장 및 대물렌즈(30)의 개구수는 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광픽업의 광학적 구성은 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 광픽업이 편면에 복수의 기록층을 가지는 DVD를 기록 및/또는 재생할 수 있도록, 광원(10)은 DVD에 적합한 적색 파장영역 예컨대, 650nm 파장의 광을 출사하며, 상기 대물렌즈(30)는 DVD에 적합한 개구수 예컨대, 0.6 또는 0.65의 개구수를 갖도록 마련될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 광픽업은 BD, HD-DVD 및 DVD를 호환 채용할 수 있도록, 상기 광원(10)으로 복수 파장 예컨대, 고밀도 광디스크에 적합한 청색 파장 및 DVD에 적합한 적색 파장의 광을 출사하는 광원 모듈을 구비하고, 상기 대물렌즈(30)를 BD 및 DVD에 적합한 유효 개구수를 달성할 수 있도록 구성하거나, 유효 개구수를 조절하기 위한 별도의 부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광픽업은 도 2에 도시된 광학적 구성으로는 고밀도 광디스크를 기록 및/또는 재생하고, DVD 및/또는 CD를 기록 및/또는 재생하기 위한 부가적인 광학적 구성을 더 구비할 수도 있다.
또한, 상기 광원(10) 및 대물렌즈(30)는 본 발명에 따른 광픽업이 DVD 및 CD 를 호환하여 기록 재생하도록 기록 및/또는 재생하도록 마련될 수도 있다.
한편, 상기 편광 의존성 광로변환기는 광원(10)쪽에서 입사되는 광은 대물렌즈(30)쪽으로 향하도록 하며, 광디스크(1)에서 반사된 광은 광검출기(40)쪽으로 향하도록 한다. 도 2에서는 상기 편광 의존성 광로변환기로 입사광을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 편광 빔스프리터(14)를 구비한 예를 보여준다. 대안으로 상기 편광 의존성 광로변환기로는, 예를 들어, 광원(10)에서 출사된 일 편광의 광은 그대로 투과시키고, 광디스크(1)에서 반사되어 입사되는 다른 편광의 광은 +1차 또는 -1차로 회절시키도록 된 편광 홀로그램소자를 구비할 수도 있다.
상기 파장판(17)은 상기 광원에서 출사된 광에 대해 1/4파장판인 것이 바람직하다.
이 경우, 광원(10)쪽에서 상기 편광 빔스프리터(14)로 입사되는 일 직선편광 예컨대, p 편광의 광은 이 편광 빔스프리터(14)의 경면을 투과하고 상기 파장판(17)을 경유하면서 일 원편광 예컨대, 우원편광의 광으로 바뀌어 광디스크(1)쪽으로 진행한다. 이 일 원편광의 광은 광디스크(1)에서 반사되면서 다른 원편광 예컨대, 좌원편광의 광으로 되고, 파장판(17)을 다시 경유하면서 다른 직선편광 예컨대, s 편광의 광으로 된다. 이 다른 직선편광의 광은 편광 빔스프리터(14)의 경면에서 반사되어 광검출기(40)쪽으로 향한다.
상기 보정소자(19)는, 광디스크(1)의 복굴절 특히, 그 두께 방향으로 나타나는 수직 방향 복굴절을 보정하기 위한 것이다. 상기 보정소자(19)로는 도 3a 내지 도 7을 참조로 다음에서 설명하는 바와 같은 본 발명에 따른 복굴절 보정용 액정소 자(20 또는 20')를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 액정소자(20 또는 20')는 전기장 미인가시에는 액정층의 액정이 수직 배향되고, 전기장 인가시에는 축 대칭(axial symmetry)으로 상기 액정이 방사상으로 배향되도록 구성된다. 그리고, 이 액정소자(20 또는 20')는 광디스크(1)에 나타나는 복굴절 분포에 대응하는 위상변화 분포를 생성하며, 또한 액정층에 인가되는 전기장의 세기에 따라 그 위상변화 분포를 조절할 수 있도록 되어 있다. 이러한 액정소자(20 또는 20')를 사용하면, 광디스크(1)에 따라 달라지는 복굴절을 능동적으로 보정할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 액정소자(20)의 일 실시예를 개략적으로 보여준 것으로, 도 3a는 전기장 오프 상태, 도 3b는 전기장 온 상태에서의 액정층의 액정 배열을 보여준다. 도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b에서의 액정 배열을 보인 평면도이다.
도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)는 그 내측면에 광디스크에 나타나는 복굴절 분포 보다 바람직하게는, 특정 포맷의 광디스크의 평균적인 복굴절 분포에 대응되게 축 대칭의 두께 변화 프로필(profile)을 가지는 기판을 사용한다. 이러한 축 대칭의 두께 변화 프로필을 가지는 기판을 복굴절 보정에 사용할 수 있는 이유는, 광디스크(1)에 광스폿으로 집광되는 입사광선의 위치에 따른 수직 방향 복굴절 영향을 받는 정도가 대략적으로 축 대칭이기 때문이다.
상기 기판의 두께 변화 프로필은 도 3a 및 도 3b에 예시한 바와 같이 축 대 칭의 스텝형 구조로 이루어질 수 있다. 이는 광디스크(1)에 광스폿이 집광 중에 나타나는 복굴절의 형태가 대략 R2의 형태 즉, 반경의 제곱에 비례하는 형태로 나타나므로, 기판을 이에 대응되게 타원형 또는 포물형 스텝형 구조로 형성하면, 광디스크(1)에서 나타나는 복굴절을 보정할 수 있게 된다.
이러한 기판의 사용에 의해 기준이 되는 광디스크의 평균적인 복굴절 분포를 보정할 수 있는 위상 변화 분포를 만들 수 있다. 그리고, 이러한 기준이 되는 광디스크에 나타날 수 있는 평균적인 복굴절 분포와 다른 복굴절 분포를 나타내는 광디스크가 사용되는 경우에는, 액정에 인가되는 전압을 조정하여 액정층에서 위상 변화 분포를 조절하여 복굴절을 보정한다.
보다 구체적으로, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)는 제1 및 제2기판(21)(29)과, 상기 제1 및 제2기판(21)(29) 내측면에 형성된 제1 및 제2전극(22)(27)과, 상기 제1 및 제2기판(21)(29) 사이에 채워진 액정층(25)과, 상기 제1 및 제2전극(22)(27)과 액정층(25) 사이에 각각 위치되는 제1 및 제2배향막(23)(26)을 포함하여 구성된다.
상기 제1기판(21)으로는 특정 포맷을 가지는 광디스크의 평균 복굴절 분포에 대응되게 축 대칭의 두께 변화 프로필을 가지는 기판을 사용할 수 있으며, 상기 제2기판(29)으로는 평평한(flat) 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1기판(21)의 내측면에는 보정하고자 평균적인 복굴절 분포와 동일하게 축 대칭의 두께 높낮이 분포가 예컨대, 축 대칭의 스텝형 구조가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1기판(21)의 내측면 상에 제1전극(22) 및 제1배향막(23)이 형성된다. 제2기판(29)의 내측면 상에 제2전극(27) 및 제2배향막(26)이 형성된다.
상기 제1기판(21)은 액정층의 액정의 정상 굴절율과 동일 또는 인덱스 매칭이 가능한 유사한 굴절율을 가지는 매질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 액정층(25)은 전기장 미인가시에는 그 액정이 도 3a 및 도 4a에서와 같이 수직 배열되고, 전기장 인가시에는 도 3b 및 도 4b에서와 같이 축 대칭으로 액정이 방사형으로 배열되도록 되어 있다.
이를 위하여, 상기 제1 및 제2배향막(23)(26)은 액정을 수직 배향시킬 수 있도록 형성되고, 도 5에 예시한 바와 같이 축 대칭으로 방사상의 러빙 처리를 한 것이 바람직하다. 도 5는 축 대칭으로 방사상의 러빙 처리 구조의 예를 개략적으로 보여준다.
상기 제1 및 제2배향막(23)(26)을 수직 배향용 폴리이미드로 형성하거나, SiO 증착 방식에 의해 형성할 수 있다. SiO 증착 방식은 배향막을 형성하는 물질을 기판에 증착시 기판 상에 특정 각도로 분자 배열되게 형성하는 증착 방식을 말한다.
이와 같이 제1 및 제2배향막(23)(26)이 수직 배향막이 되도록 형성한 다음, 그 제1 및 제2배향막(23)(26)에 축 대칭을 갖도록 방사상의 러빙 처리를 한다. 이에 의해 액정층의 액정들은 전기장 미인가시에는 액정 방향자들(25a)이 도 3a 및 도 4a에서와 같이 수직 배향 상태를 갖고, 전기장 인가시에는 액정 방향자들(25a)이 도 3b 및 도 4b에서와 같이 제1 및 제2기판(21)(29)과 평행하면서 축 대칭을 갖 는 방향으로 배열된다.
상기와 같은 액정 배향 상태를 얻을 수 있도록, 상기 액정층(25)에는 수직 배향 가능한 전용 액정으로서 음의 부호의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 액정층은 예를 들어, 음의 부호의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정으로 이루어질 수 있다.
음의 부호의 유전율 이방성을 갖는 액정은 전기장 인가시에 전기장에 수직 방향으로 움직이게 된다. 따라서, 이러한 액정에 전기장을 인가하면, 액정이 기판에 평행한 상태로 눕게 되는데, 이때 배향막에 아무런 사전 처리가 없다면 액정들은 랜덤하게 눕게 된다. 하지만, 배향막에 미리 방사상으로 러빙처리를 살짝 해두게 되면 액정들은 그 러빙된 방향으로 즉, 방사상으로 정렬된 상태로 눕게 되므로, 액정층(25)에 전기장을 인가함에 따라 복굴절을 보정하는데 기여할 수 있는 원하는 분포의 위상 변화를 얻을 수 있게 된다.
상기와 같은 액정으로는 예를 들어, Merck사의 MAT-03-427(△ε=-3.9, ne=1.6733, no=1.5024, △n=0.1709)과 같은 높은 광학적 이방성을 갖는 수직 배향 모드(Vertical Alignment(VA) mode)용 액정을 사용할 수 있다. 여기서, △ε은 유전율 이방성, ne는 이상(extra ordinary) 굴절율, no는 정상(ordinary) 굴절율, △n은 이상 굴절율과 정상 굴절율의 차이이다.
이 경우, 기판 특히, 상기 제1기판(21)의 재료로는 예를 들어, 액정의 정상 굴절율과 같은 ng=no=1.5의 값을 갖고, 대략 400nm 내지 418nm 파장범위에서 흡수율 이 최소인 재료 예컨대, 글래스(glass) 재료를 선택할 수 있다. 상기 제1기판(21)은 선택된 글래스 재료를 미리 계산된 소정 포맷의 광디스크의 평균적인 굴절율 분포에 해당하는 두께 변화 프로필을 가지도록 형상 가공하여 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 제1기판(21)의 재료는 상기 액정의 정상 굴절율과 동일하거나, 인덱스 매칭(index matching)이 가능한 범위내에서 정상 굴절율과 유사한 굴절율을 가지는 글래스 재료일 수 있다. 제2기판(29)의 재료로도, 제1기판(21)과 동일한 재료를 선택할 수 있다. 물론, 제2기판(29)은 제1기판(21)처럼 형상 가공을 할 필요는 없다.
선택된 글래스 위에 ITO와 같은 투명 전극을 코팅하여 상기 제1 또는 제2전극(22)(27)전극으로 사용한다.
액정 분자들의 배향은 일반적인 균질형(homogeneous type)의 폴리이미드 배향제를 스핀코팅하여 러빙하는 방식으로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2배향막(23)(26)은 폴리이미드 배향제로서 JSR 사의 수직 배향제 JALS1H659와 같은 재료를 이용하여 스핀 코팅하여 형성하거나, SiO 증착방식으로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 액정소자(20)는 제1 및 제2기판(21)(29) 각각의 두께 변화 분포의 조합이 원하는 셀 갭 분포를 이루도록 제1 및 제2기판(21)(29)을 각각 형상 가공하는 방식으로 제작할 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 소자(20)는 광디스크에 따라 다르게 나타나는 복굴절 특히, 수직 방향의 복굴절을 보상하도록, 기판의 굴곡을 이용한 두께 변화 분포와 액정에 인가되는 전압의 조정으로 보상하는 방식을 채택한 구조를 갖는다. 이때, 액정의 동작은 전기장 미인가시에는 수직 배향 상태 이고, 전기장 인가시에 수평 방향의 방사형 배향 상태를 갖는다.
기판의 굴곡을 이용한 두께 변화는 특정 포맷의 광디스크에서 나타날 수 있는 복굴절 분포의 평균값에 대응되도록 형성하고, 이 평균적인 복굴절 분포와 다른 분포의 광디스크에 대해서는, 액정에 인가되는 전압을 조정하여 상기 액정 소자(20)에서의 전체적인 위상 변화 분포를 그 복굴절 분포와 일치시켜 보상한다.
상기 제1 및 제2전극(22)(27)을 통하여, 상기 제1 및 제2기판(21)(29) 사이에 소정 포맷의 광디스크의 평균적인 복굴절 분포에 대응하는 위상 변화 분포를 만들 수 있도록 소정 크기의 전압(V)을 인가한 경우, 액정층(25)에 인가되는 전기장(E = V/d)의 크기 분포는 평균적인 복굴절 분포에 대응하게 된다. 여기서, 평균적인 복굴절 분포에 대응되는 전기장 크기 분포가 얻어지는 이유는, 제1기판(21)이 평균적인 복굴절 분포를 보정할 수 있는 두께 변화 프로필을 가지므로, 제1기판(21)의 두께 변화에 대응되게 위치에 따라 제1 및 제2전극(22)(27) 사이의 간격이 다른데, 전기장의 크기는 전극 사이의 간격(d)에 반비례하기 때문이다.
액정 분자들도 이러한 전기장의 크기 분포에 상응하여 배열이 변화되므로, 입사 광빔에 대해 광디스크의 평균적인 복굴절 분포에 대응하는 평균 위상 변화 분포를 부여하는 것이 가능하며, 이에 의해 복굴절의 보정이 가능해진다. 광디스크가 평균적인 복굴절 분포와 다른 복굴절 분포를 가지는 경우, 제1 및 제2전극(22)(27)을 통해 인가되는 전압이 조정되며, 이에 의해 액정층(25)에 인가되는 전기장의 크기 분포가 변화되어 액정 분자들의 배열을 변화시키고, 이에 의해 입사 광빔에 광디스크의 복굴절 분포에 대응하는 위상 변화 분포가 부여되어, 복굴절이 보정된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)에 의하면, 광디스크에 따라 달라지는 복굴절을 능동적으로 보정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)에서, 제1 및 제2전극(22)(27)은 단순히 투명 전극 예컨대, ITO 전극을 제1 및 제2기판(21)(29) 전체에 코팅하여 형성될 수 있다. 이는 복굴절 보정의 대부분은 기판 두께 변화 프로필을 이용하여 이루어지고, 액정층에 의해서는 상대적으로 미소한 복굴절 보정이 이루어지기 때문이다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)에서는 제1 및 제2전극(22)(27)을 단순히 코팅하여 형성하는 것이 가능하므로, ITO 전극 패터닝 및 금속 전극 증착의 필요성을 없앨 수 있다. 따라서, 전극 제조 방법이 매우 단순하여 공정프로세스를 크게 단순화하고 제조 비용을 크게 줄일 수 있다. 또한 ITO 분할 전극형성과 금속 전극 첨가로 인한 투과율 감소 및 보정 효과 감소를 방지할 수 있으며, 구동을 위한 필요한 리드 선의 수가 2개로 줄어들게 되어 상대적으로 구동 및 배선 방법도 매우 단순해진다.
따라서, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)는, 광픽업의 소형화 및 경량화, 저 가격화에 기여할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정소자(20')를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 7은 도 6의 전극의 패턴 구조를 개략적으로 보인 평면도이다. 여기서, 앞선 실시예에서와 실질적으로 동일 부재는 동일 참조부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7에 보여진 바와 같이, 본 발명에 따른 광픽업에 복굴절 보정을 위한 보정소자(19)로 사용되는 액정소자(20')는 기판의 굴곡에 따른 두께 변화를 이용하는 대신에, 광디스크(1)에 나타나는 복굴절 분포에 대응되게 부분별로 다른 전기장을 액정층(25)에 인가할 수 있도록 패터닝된 전극을 사용할 수도 있다. 도 6는 액정층(25)에 전기장이 인가되지 않은 상태를 보인 것으로, 액정층(25)에 전기장이 인가되는 경우, 액정 분자 배열은 도 3b 및 도 4b에서와 같이 바뀌게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정소자(20')는 플랫한 제1 및 제2기판(21')(29')을 사용하고, 제1 및 제2전극(22')(27') 중 적어도 어느 한 전극을, 도 7에 예시한 바와 같이 광디스크(1)의 복굴절 분포에 대응되게 타원형 또는 포물형 스텝형 구조의 위상 변화 분포를 얻을 수 있도록 패터닝한 구성을 가진다. 예를 들어, 상기 제1전극(22')은 도 6에서와 같이 패터닝되고, 제2전극(27')은 제2기판(29') 전면에 걸쳐 균일하게 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정소자(20')는 제1 및 제2기판(21')(29')이 모두 플랫한 구조이고, 제1 및 제2전극(22')(27') 중 적어도 어느 한 전극이 도 6에서와 같이 패터닝된 점을 제외하고는 나머지 구성은 실질적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 액정소자(20)와 동일하다. 여기서, 제1 및 제2기판(21')(29'), 제1 및 제2전극(22')(27')은 각각 도 3a 및 도 3b에서의 제1 및 제2기판(21)(29), 제1 및 제2전극(22)(27)과 동일 재질로 형성될 수 있다.
도 7에서는 전극(22' 및/또는 27')이 동축 상의 동심원을 이루는 복수의 환형 전극 영역(35)으로 패터닝된 예를 보여준다. 이때, 각 환형 전극 영역(35)의 폭 은 광디스크(1)의 평균적인 복굴절 분포의 고려하여 결정된다. 이 복수의 환형 전극 영역(35)에 각각 다른 전압을 가함으로써, 그 환형 전극 영역(35)에 대응되게 위치된 액정분자들의 배열이 바뀌며, 이에 의해 광디스크(1)의 복굴절 분포에 대응되는 위상 변화 분포를 만들어, 복굴절을 보정할 수 있다.
여기서, 전극을 복수의 환형 전극 영역(35)으로 패터닝하여 복굴절 보정에 사용할 수 있는 이유는, 광디스크(1)에 광스폿으로 집광되는 입사광선의 위치에 따른 수직 방향 복굴절 영향을 받는 정도가 대략적으로 축 대칭이기 때문이다.
도 7에서는 전극(22' 및/또는 27')이 동축 상의 동심원을 이루는 복수의 환형 전극 영역(35)으로 패터닝된 예를 보여주는데, 상기 전극(22' 및/또는 27')은 그 복수의 환형 전극 영역(35) 각각이 다시 복수의 섹터로 분할되어, 보다 세밀하게 복굴절 분포에 대응하는 위상 변화 분포를 형성하도록 마련될 수도 있다.
상기한 바와 같은 복굴절 보정용 액정소자(20 또는 20')를 사용하는 보정소자(19)는 원편광인 영역에서 위상차를 부여할 수 있도록, 파장판(17)과 대물렌즈 사이에 위치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 하나의 보정소자(19)만으로도, 편광 의존성을 극복하여 왕복 광 모두에 대해 복굴절 보정 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 광 기록 및/또는 재생기기의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 8을 참조하면, 광 기록 및/또는 재생기기는 광정보저장매체인 광디스크(1)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(455)와, 상기 광디스크(1)의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 광디스크에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 광 픽업(450)과, 스핀들 모터(455)와 광픽업(450)을 구동하기 위한 구동부(457)와, 광픽업(450)의 포커스 및 트랙킹 서보 등을 제어하기 위한 제어부(459)를 포함한다. 여기서, 참조번호 452는 턴테이블, 453은 광디스크(1)를 척킹하기 위한 클램프를 나타낸다.
광픽업(450)은 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 광픽업 광학계 구조를 가진다.
광디스크(1)로부터 반사된 광은 광픽업(450)에 마련된 광검출기를 통해 검출되고 광전변환되어 전기적 신호로 바뀌고, 이 전기적 신호는 구동부(457)를 통해 제어부(459)에 입력된다. 상기 구동부(457)는 스핀들 모터(455)의 회전 속도를 제어하며, 입력된 신호를 증폭시키고, 광픽업(450)을 구동한다. 상기 제어부(459)는 구동부(457)로부터 입력된 신호를 바탕으로 조절된 포커스 서보 및 트랙킹 서보 명령을 다시 구동부(457)로 보내, 광픽업(450)의 포커싱 및 트랙킹 동작이 구현되도록 한다.
이러한 본 발명에 따른 광픽업을 채용한 광 기록 및/또는 재생기기에서는, 광디스크(1) 기록 및/또는 재생시, 상기한 액정소자(20 또는 20')을 사용하는 보정소자(19)에 전압을 인가하여 상기 광디스크(1)의 복굴절 특히, 수직 방향 복굴절 분포에 대응하는 위상 변화 분포를 발생시킴으로써, 광디스크(1)의 복굴절을 보정하므로, 복굴절에 기인하여 집광 광스폿이 커지거나 단위 면적당 광강도도 작아지지 않게 된다. 따라서, 광디스크(1)의 복굴절이 신호 기록/재생에 영향을 주지 않게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 복굴절 보정용 액정소자에 의하면, 광정보저장매체에 따라 달라지는 복굴절 양을 능동적으로 보상할 수 있으므로, 복굴절에 기인하여 집광 광스폿이 커지거나 단위 면적당 광강도도 작아지지 않게 되고, 이에 의해 양호한 기록/재생이 가능하게 된다.

Claims (14)

  1. 전기장 미인가시에는 액정이 수직 배향되고, 전기장 인가시에는 축 대칭으로 음의 부호의 유전율 이방성을 갖는 액정이 방사형으로 배향되도록 된 액정층을 구비하며,
    상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응하는 위상변화 분포를 생성하며, 인가되는 전기장의 세기에 따라 그 위상변화량을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정소자는,
    그 내측면에 상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응되게 축 대칭의 두께 변화 프로필을 가지는 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기판의 두께 변화 프로필은 스텝형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기판은 상기 액정의 정상 굴절율과 동일 또는 인덱스 매칭이 가능한 유사한 굴절율을 가지는 매질로 이루어진 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광정보저장매체에 나타나는 복굴절 분포에 대응되게 부분별로 다른 전압을 상기 액정층에 인가할 수 있도록 패터닝 된 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  6. 제1항에 있어서, 수직 배향이 가능하도록 형성되고, 축 대칭으로 방사상의 러빙 처리를 한 배향막을 구비하는 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배향막은 수직 배향용 폴리이미드로 형성되거나, SiO 증착 방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 복굴절 보정용 액정소자.
  8. 삭제
  9. 광원과; 상기 광원에서 출사된 광을 집속시켜 광정보저장매체에 광스폿으로 맺히도록 하는 대물렌즈와; 상기 광정보저장매체에서 반사된 광을 수광하여 정보 신호 및/또는 오차신호를 검출하기 위한 광검출기와; 상기 광정보저장매체의 복굴절을 보정하기 위한 보정소자;를 포함하며,
    상기 보정소자는, 청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항의 복굴절 보정용 액정소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 편광을 변화시키는 파장판;을 더 구비하며,
    상기 보정소자는 상기 파장판과 대물렌즈 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 광픽업.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파장판은 상기 광원에서 출사된 광의 파장에 대해 1/4 파장판을 구비하여, 상기 보정소자로 입사되는 유효 광이 원편광이 되도록 된 것을 특징으로 하는 광픽업.
  12. 광정보저장매체의 반경 방향으로 이동가능하게 설치되어 광정보저장매체에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 광픽업 및 이 광픽업을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 광 기록 및/또는 재생기기에 있어서,
    상기 광픽업은 청구항 제9항의 광픽업을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 재생기기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광픽업은, 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 편광을 변 화시키는 파장판;을 더 구비하며,
    상기 보정소자는 상기 파장판과 대물렌즈 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 재생기기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 파장판은 상기 광원에서 출사된 광의 파장에 대해 1/4 파장판을 구비하여, 상기 보정소자로 입사되는 유효 광이 원편광이 되도록 된 것을 특징으로 하는 광 기록 및/또는 재생기기.
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