KR100761236B1 - 조광 장치와 촬상 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

조광 장치와 촬상 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

액정 디바이스(liquid crystal device), 및 상기 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 광 경로에 배치된 편광판을 포함한 조광 장치가 개시된다. 여기서, 상기 액정 디바이스는 네거티브 타입 액정을 호스트 물질로서 이용하는 게스트-호스트 타입으로 구성되며, 촬상 장치는 조광 장치를 이용한다. 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법이 개시된다.
Figure 112007018357229-pat00001
편광판, 조광 장치, 촬상 장치, 투과율, 액정 디바이스

Description

조광 장치와 촬상 장치 및 그 구동 방법{Light modulation apparatus and image pickup apparatus, and drive methods thereof}
도 1a 및 1b는 포지티브 타입의 액정을 이용하는 종래 기술의 조광 장치의 동작 원리를 도시한 개략도이고, 도 1c는 액정에 인가된 전압의 구형파를 도시한 그래프.
도 2a 및 2b는 도 1a 및 1b에 도시된 장치의 투과율과 이에 인가된 전압 간의 관계를 도시한 그래프이고, 여기서, 도 2a는 0 내지 10V의 전압 범위에서의 관계를 도시하고, 도 2b는 0 내지 20V의 전압 범위에서의 관계를 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 네거티브 타입 게스트-호스트 액정을 이용하는 조광 장치의 동작 원리를 도시한 개략도이고, 도 3c는 액정에 인가된 전압의 구형파를 도시한 그래프.
도 4a 및 4b는 도 3a 및 3b에 도시된 장치의 투과율과 이에 인가된 전압 간의 관계를 도시한 그래프이고, 여기서, 도 4a는 0 내지 10V의 전압 범위에서의 관계를 도시하고, 도 4b는 0 내지 20V의 전압 범위에서의 관계를 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 평행 러빙(rubbing) 공정, 비평행 러빙 공정 및 액정 디바이스를 러빙하기 위한 일측면 러빙 공정을 각각 도시한 개략도.
도 6a 내지 도 6c는 평행 러빙 공정, 비평행 러빙 공정 및 일측면 러빙 공정 각각에 의해 러빙된 도 3a 내지 도 3c에 도시된 액정 디바이스를 포함한 조광 장치의 투과율과 상기 액정 디바이스에 인가된 전압간의 관계를 각각 도시한 그래프.
도 7은 비평행 러빙 공정에 의해 러빙된 도 3a 및 3b에 도시된 액정 디바이스를 포함한 조광 장치의 초기 투과율에 따라 달라지는 갭을 도시한 도면.
도 8a 내지 8d는 비평행 러빙 공정 및 일측면 러빙 공정 각각에 의해 러빙된 도 3a 및 3b에 도시된 액정 디바이스를 포함한 조광 장치의 응답 속도에 따라 달라지는 갭을 각각 도시한 그래프.
도 9는 투과율 플리커(flicker)와 4가지 종류의 펄스 휴면 기간 각각을 포함한 구동 펄스의 파형 간의 4가지 관계를 도시한 도면이며, 상기 구동 펄스는 도 3a 및 3b에 도시된 조광 장치에 인가됨을 도시한 도면.
도 10은 도 3a 및 3b에 도시된 조광 장치의 투과율과 이 장치에 인가된 구동 펄스의 펄스 폭간의 관계를 도시한 그래프이며, 상기 구동 펄스는 5V 및 10V의 펄스 높이를 각각 가짐을 도시한 도면.
도 11은 도 3a 및 3b에 도시된 조광 장치에 인가된 구동 펄스의 3가지 종류의 변조된 파형을 도시한 도면.
도 12는 도 3a 및 3c에 도시된 조광 장치의 네거티브 타입 액정의 완화 단계를 예시한 그래프.
도 13a 내지 13c는 도 3a 및 3b에 도시된 네거티브 타입 액정을 이용하는 조광 장치의 응답 특성을 각각 도시한 그래프.
도 14는 도 3a 및 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 펄스 폭 및 펄스 높이 각각이 변조된 각 구동 펄스 간의 관계를 도시한 그래프.
도 15는 펄스 폭과 펄스 밀도 각각이 변조된 각 구동 펄스가 적용된 도 3a 내지 도 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 듀티비(duty ratio) 간의 관계를 도시한 그래프.
도 16a 내지 16d는 펄스 폭이 다르게 변조되며 도 3a 및 3c에 도시된 조광 장치에 인가될 4가지 종류의 구동 펄스의 파형을 도시한 도면이며, 도 16e는 각 구동 펄스의 펄스 폭과 투과율의 세기간의 관계를 도시한 그래프.
도 17은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율의 세기, 및 이 장치에 인가된 포지티브 및 네거티브 구동 펄스의 수를 도시한 그래프.
도 18a 내지 18d는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 광 결정 분자 디렉터의 정렬 단계를 각각 도시한 개략도.
도 19는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 이 장치에 인가된 전압간의 관계에 따라 달라지는 액정 분자의 정렬시의 결함을 예시한 도면.
도 20은 인가되는 전압에 따라 달리지는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율 변화에 관한 비교 데이터를 도시한 그래프.
도 21a 및 21b는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 펄스 높이가 2개의 단계로 변조되는 각 구동 펄스 간의 관계를 각각 도시한 그래프로서, 상기 구동 펄스의 파형은 도면의 하측에 도시되는 도면.
도 22는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 펄스 높이가 2개의 단계로 변조되는 각 구동 펄스 간의 관계를 도시한 그래프로서, 상기 구동 펄스의 파형은 도면의 하측에 도시되는 도면.
도 23은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치에 인가된 다양한 종류의 구동 펄스들 각각의 파형을 도시한 도면.
도 24는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율, 및 펄스 높이가 한 단계에서 변조되는 각 구동 펄스의 변화에 관한 비교 데이터를 도시한 도면.
도 25는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 투과율과 펄스 폭이 2개의 단계로 변조되는 각 구동 펄스 간의 관계를 도시한 그래프로서, 상기 구동 펄스의 파형은 도면의 하측에 도시되는 도면.
도 26은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 다른 온도 각각에서의 투과율과 이 장치에 인가된 각 구동 펄스의 펄스 높이 간의 관계를 도시한 그래프.
도 27은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치에 인가된 다른 온도에서의 구동 펄스의 펄스 높이 간의 관계를 도시한 그래프.
도 28은 동일한 투과율을 얻기 위하여 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치에 인가된 65℃ 및 23.5℃에서의 전압 간의 보상차를 도시한 그래프.
도 29는 동일한 투과율을 얻기 위하여 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치에 인가된 65℃ 및 25℃에서의 전압 간의 보상차를 도시한 그래프.
도 30은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 다른 온도들 각각에서의 투과율과 이 장치에 인가된 각 구동 펄스의 펄스 높이 간의 관계를 도시한 그래프.
도 31은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 2가지 온도들 각각에서의 투과율과 이 장치에 인가된 각 구동 펄스의 펄스 높이 간의 관계를 도시한 그래프.
도 32는 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치에 인가된 다른 온도들에서의 구동 펄스의 펄스 높이 간의 관계를 도시한 그래프.
도 33은 본 발명의 조광 장치의 구성을 도시한 측면 개략도.
도 34는 도 33에 도시된 조광 장치에 제공된 기계적 조리개의 정면도.
도 35a 내지 35c는 도 33에 도시된 조광 장치의 유효 광 경로에 인접한 기계적 조리개의 동작을 예시한 개략적인 부분 확대도.
도 36은 도 33에 도시된 조광 장치가 조립된 카메라 시스템의 개략적인 단면도.
도 37은 도 36에 도시된 카메라 시스템의 투과율을 제어하기 위한 알고리즘을 도시한 도면.
도 38은 도 36에 도시된 구동 회로를 포함한 카메라 시스템의 블록도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
4 : 게스트 물질 5 : 입사광
12 : GH 셀 13 : 호스트 물질
발명배경
본 발명은 입사 광량을 변조하고, 변조된 광을 출력하기 위한 조광 장치와, 조광 장치를 이용하는 촬상 장치, 및 조광 장치 및 촬상 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
조광 장치는 액정 셀, 일반적으로 트위스트된 네마틱(TN) 타입 액정 셀 또는 게스트-호스트 타입 액정 셀(GH cell) 및 편광판을 포함한 타입으로 공지되어 있다.
도 1a 및 1b는 편광판(1) 및 GH 셀(2)을 주로 포함한 조광 장치와 관련된 기술의 동작 원리를 도시한 개략도이며, 도 1c는 GH 셀(2)에 인가된 구동 전압의 구형파를 도시한 그래프이다. 도면에서, 설명의 용이한 이해를 위하여, GH 셀(2) 이외의 액정 디바이스의 구성요소, 예컨대 GH(2)가 사이에 보유되는 2개의 글래스 기판, 동작 전극 및 기판 상에 형성된 액정 정렬 막이 생략된다. GH 셀(2)은 액정 분자(3) 및 다이크로익 다이 분자(4; dichroic dye molecular)를 함유한다. 다이크로익 다이 분자(4)는 분자의 장축 정렬 방향에서 광을 흡수할 수 있는 포지티브 타입(p-타입) 광 흡수 이방성을 갖고, 액정 분자(3)는 포지티브 타입(p-타입) 이방성 유전 상수를 갖는다.
도 1a는 GH 셀(2)에 전압이 전혀 인가되지 않을 때의 GH 셀(2)의 상태를 도시한다. 편광판(1)을 통과하는 입사광(5)은 편광판(1)에 의해 선형으로 편광된다. 종래 기술의 조광 장치에 있어서, 선형으로 편향된 광의 편광 방향은 다이크로익 다이 분자(4)의 장축 정렬 방향에 대응하기 때문에, 광은 다이크로익 분자(4)에 흡수되고, 그 결과 GH 셀(2)의 투과율은 감소된다.
도 1c에 도시된 구형파를 갖는 전압이 도 1b에 도시된 바와 같이 GH 셀(2)에 인가되면, 다이크로익 다이 분자(4)의 장축 정렬 방향은 선형으로 편향된 광의 편 광 방향에 수직으로 되며, 그 결과 광은 GH 셀(2)에 극소량이 흡수되는데, 즉, 광의 대부분은 GH 셀(2)을 통과하게 된다.
분자의 단축 정렬 방향에서 광을 흡수할 수 있는 네거티브 타입(n-타입) 다이크로익 다이 분자를 이용하는 경우, GH 셀의 광 흡수와 광 투과 간의 관계는 포지티브 타입 다이크로익 다이 분자(4)를 포함한 GH 셀(2)과 반대이다. 더 구체적으로, 광은 전압이 전혀 인가되지 않을 때 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자를 포함한 GH 셀에 흡수되지 않고, 광은 전압이 인가될 때 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자를 포함한 GH 셀에 흡수된다.
도 1a 내지 1c에 도시된 조광 장치의 광학 밀도(흡수) 비율, 즉 전압이 인가될 때의 장치의 광학 밀도 대 전압이 인가되지 않을 때의 광학 밀도의 비율은 약 10이다. 도면에 도시된 장치의 상기 광학 밀도 비율은 편광판(1)을 이용하지 않고 GH 셀(2)만을 포함한 조광 장치의 광학 밀도 비율의 약 2배 정도 크다.
상기 도면들에 도시된 조광 장치의 관련 기술은 문제점을 갖고 있다. 편광판(1)이 광의 유효 광 경로에 고정되어 있기 때문에, 광 부분, 예컨대 광의 50%는 일반적으로 편광판(1)에 흡수되고, 다른 광은 편광판(1)의 표면으로부터 반사된다. 그 결과, 편광판(1)을 통과하는 광의 최대 투과율은 특정 값, 예컨대 50%를 넘을 수 없으며, 이에 따라 조광 장치를 통과하는 광량은 편광판(1)의 광 흡수에 의해 상당히 감소된다. 이러한 문제는 액정 셀을 이용하는 조광 장치를 실질적으로 이용하는데 어려움을 주는 요인들 중 하나이다.
한편, 편광판을 이용하지 않는 다양한 종류의 조광 장치가 제안되어 왔다. 이러한 장치들의 예로서, 제 1 층에서의 GH 셀이 편향된 광의 방향과 일치하는 방향에서 편광 성분을 흡수하고, 제 2 층에서의 GH 셀이 편향된 광의 방향에 수직인 방향에서의 편광 성분을 흡수하는 2개의 GH 셀의 적층을 이용하는 타입, 액정 셀의 콜레스테릭 상과 네마틱 상 간의 상 전이를 이용하는 타입, 및 액정의 산란을 이용하는 고분자 화합물 스캐터링(high polymer scattering) 타입이 있다.
편광판을 이용하지 않는 상기 조광 장치는 문제점을 갖고 있다. 전압의 인가가 없을 때와 전압의 인가가 있을 때 간의 광학 밀도(흡수) 비율이 상술된 바와 같이 5 정도로 작고, 장치의 콘트라스트 비가 너무 작아서 밝은 위치에서 어두운 위치까지의 넓은 범위에서의 임의의 위치에서 광의 변조를 정상적으로 수행할 수 없게 된다. 고분자 화합물 산란 타입의 조광 장치는, 이 장치가 촬상 장치에 이용될 때, 촬상 장치의 광학 시스템의 이미지 형성 성능을 현저히 열화시키는 다른 문제가 있다.
종래 기술의 조광 장치는 또 다른 문제가 있다. 투과 상태에서의 투과율이 장치에 이용되는 액정 디바이스의 종류에 따라 어두워질 수 있기 때문에, 조광 장치에 제공된 촬상 장치가 상기 투과 상태에서 충분한 광량을 갖는 이미지를 픽업하고자 하는 경우, 조광 장치는 촬상 장치의 광학 시스템으로부터 제거될 필요가 있다.
종래 기술의 조광 장치는 그 구동과 관련하여 다음의 문제점이 있다. 종래 기술의 조광 장치를 구동하기 위하여, 투과율은 장치에 인가된 DC 전압 또는 AC 전 압의 크기를 변조함으로써 제어되지만, 컨슈머(consumer) 레벨에서의 조광 장치에 대해서 전압 제어를 정확하게 수행하여 저 임계치를 갖는 특성을 달성하는데 어려움이 있고, 투과율 레벨의 그라데이션 횟수에 제한이 있으며, D/A 변환이 투과 광의 세기에 기초한 전압 제어를 필요로 해서 회로 단가를 상승시키게 된다.
종래 기술의 조광 장치, 특히 네거티브 이방성 유전 상수를 갖는 네거티브 타입 액정을 갖는 타입의 장치의 구동은 또 다른 문제가 있다. 종래 기술의 조광 장치에 있어서, 투과율은 현재 투과율에서 타겟 투과율로 큰 폭으로 변경되었지만, 이렇게 큰 폭의 투과율 변경시, 특히 투과 상태에서의 투과율로부터 광 차폐 상태에서의 투과율로의 변경시에는, 액정 분자의 정렬시 결함이 생겨서, 예컨대 동상의 투과율 불균일(이후 설명됨) 같은 불안정한 광학 특성이 나타나게 된다.
더 구체화하기 위하여, 액정에 인가된 전압이 투과율을 큰 폭으로 변경하기 위하여 큰 폭으로 변경되는 경우, 액정 분자가 다른 방향으로 정렬되는 과도 상태가 발생하게 되고, 만약, 이러한 과도 상태가 투과율에 영향을 미치기에 충분히 긴 시간 동안 지속된다면, 투과율에서의 동상 불균일이 나타나게 된다. 일반적으로, 과도 상태는 액정 분자와 색소 분자의 재정렬에 필요한 특정 시간이 경과한 후 사라지게 된다. 그러나 최악의 경우에, 과도 상태가 장시간이 경과한 후에도 부분적으로 남아 있을 수 있다.
종래 기술의 조광 장치 구동의 또 다른 문제는 특정한 제어 파형을 갖는 구동 펄스가 조광 장치의 액정 디바이스에 인가되는 상태에서도 있다. 이 경우에 장치가 배치된 환경에서의 온도의 변화로 인해 투과율의 변화가 발생한다.
발명의 요약
본 발명의 제 1 목적은, 투과율을 향상시키고, 콘트라스트 비를 높이며, 광량을 일정하게 유지할 수 있는 조광 장치를 제공하는데 있다.
제 1 목적을 달성하기 위하여, 제 1 발명에 따르면, 액정 디바이스, 및 상기 액정 디바이스에 입사되는 광의 광 경로에 배치된 편광판을 포함하는데, 여기서 상기 액정 디바이스는 호스트 물질로서 네거티브 타입 액정을 이용하는 게스트-호스트 타입으로 이루어진, 조광 장치, 및 촬상 시스템의 광학 시스템의 광 경로에 배치된 조광 장치를 포함한 촬상 장치가 제공된다.
액정 디바이스의 네거티브 타입 액정은 네거티브 이방성 유전 상수를 가질 수 있으며, 게스트 물질은 포지티브 타입 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질일 수 있다.
제 1 발명의 상기 구성에 있어서, 네거티브 타입 이방성 유전 상수(△ε)를 갖는 네거티브 타입 액정은 광 경로 상에 배치된 액정 디바이스 부분을 구성하는 호스트 물질로서 이용되며, 따라서 광 투과시의 투과율은, 특히 투과 상태에서는 포지티브 타입 액정(△ε＞0)을 이용하는 액정 디바이스를 포함한 조광 장치에 비해서 크게 향상됨으로써, 조광 장치는 촬상 장치의 광학 시스템에 고정적으로 위치될 수 있다.
편광판이 상술된 단일 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 광 경로에 배치되는 제 1 발명의 조광 장치는, 또한 전압이 인가되지 않을 때와 전압이 인가될 때 사이의 장치의 광 밀도(흡수)비가 장치의 콘트라스트 비를 증가시키도록 향상됨으로써, 밝은 위치에서 어두운 위치로의 넓은 범위에서의 임의의 위치에서 광의 변조를 정상적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 투과율을 용이하고 정확하게 제어하고, 임계값을 감소시키고, 그라데이션의 수를 개선하고, 구동 회로를 단순화하며, 비용을 낮출 수 있는 조광 장치와, 이 조광 장치를 이용하는 촬상 장치, 및 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법을 제공하는데 있다.
제 2 목적을 달성하기 위하여, 제 2 발명에 따르면, 액정 디바이스와, 액정 디바이스를 구동하는 구동 펄스 발생 유닛, 및 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조하여 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 투과율을 제어하는 펄스 폭 제어 유닛을 포함한 조광 장치, 및 촬상 장치의 광학 시스템의 광 경로에 배치된 조광 장치를 포함한 촬상 장치가 제공된다.
각 구동 펄스의 펄스 폭은 그 펄스 높이가 일정하게 유지된 채로 변조될 수 있다. 각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조시, 액정 디바이스의 구동 전극 간에 제공된 구동 펄스의 포지티브 및 네거티브 펄스 높이의 단위 시간당 평균은 플리커(flicker)의 원인들 중 하나인 DC 성분으로 인한 바이어스 작용을 제거하기 위하여 바람직하게 거의 제로이다.
각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조는 각 구동 펄스의 파형이 기본 주파수의 주기 내에 존재하도록 수행될 수 있다. 기본 주파수 및 변조된 펄스 폭은 조광 장치의 정지 구동시, 플리커의 발생을 방지할 수 있도록 조정될 수 있다. 조광 장치는 구동 회로 유닛을 더 포함하며, 파형이 기본 주파수의 주기 내에 있는 각 구동 펄스는 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생될 수 있다.
조광 장치는 제어 회로 유닛을 더 포함할 수 있으며, 액정 디바이스로부터 나오는 광의 휘도 정보가 제어 회로 유닛에 피드백되도록 구성될 수 있고, 각 구동 펄스의 펄스 폭은 제어 회로 유닛으로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 변조된다. 조광 장치를 포함한 촬상 장치는 조광 장치의 광 진행 방향측 상에 배치된 촬상 장치를 더 포함하며, 구동 회로 유닛이 촬상 장치에 제공되도록 구성되며, 촬상 장치로부터의 출력 신호는 조광 장치의 제어 회로 유닛에 휘도 신호로서 피드백되고, 각 구동 펄스의 펄스 폭은 제어 회로 유닛으로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 변조된다.
제 2 발명의 상술한 구성에 있어서, 투과율은 조광용 액정 디바이스에 인가되는 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조함으로써 제어되며, 이에 따라 전압의 진폭을 변조하여 투과율을 제어하는 것이 비해서, 투과율이 용이하며 정확하게 제어될 수 있는데, 그 이유는 펄스 폭이 펄스 폭 제어 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 용이하고 정확하게 제어되기 때문이며, 펄스 폭의 변조에 의한 투과율의 변화가 낮은 임계값에서 발생하도록 허용되고, 투과율이 용이하고 정확하게 제어될 수 있는데, 그 이유는 펄스 폭의 변조에 의한 투과율의 변화가 상대적으로 적절하기 때문이며, 그라데이션의 수가 증가될 수 있고, D/A 변환의 필요가 제거됨으로써 회로 비용을 감소할 수 있다.
특히, 컨슈머 레벨에서의 조광 장치에 있어서, 각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조는 그 정확도 및 용이성 면에서 장점이 있고, 특히, 최신 디지털 제어 타입 장비에 조광 장치를 장착하는 경우에, 시간축 상에서의 펄스 폭의 제어는 저 비용으로 장비의 고정밀 제어 시스템을 구현할 수 있는 것으로 기대된다.
제 2 목적을 달성하기 위하여, 제 2 발명에 따르면, 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법이 또한 제공되며, 각 방법은 액정 디바이스에 인가되는 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조함으로써 액정 디바이스에 입사되는 광의 투과율을 제어할 수 있는 액정 디바이스를 구동하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법은 양호한 제어도로 조광 장치 및 촬상 장치를 구동시에 장점이 있다.
이 방법에서는, 제 2 발명에 따르면, 파형이 조광 장치의 액정 디바이스의 광학적 특성을 향상시키고 안정화시키기 위해 선택되는 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조하는 단일 수단이 조광 장치의 액정 디바이스의 구동을 위해 이용되기 때문에 매우 중요하다.
본 발명의 제 3 목적은, 액정 문자의 정렬시 결함 발생없이 투과율을 안정하게 제어할 수 있는 조광 장치, 조광 장치를 이용하는 촬상 장치, 및 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법을 제공하는데 있다.
제 3 목적을 달성하기 위하여, 제 3 발명에 따르면, 액정 디바이스와, 적어도 2단계들로 제어되는 구동 펄스를 액정 디바이스에 인가함으로써 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 투과율을 현재의 투과율에서 타겟 투과율로 변경하는 펄스 제 어 유닛, 및 촬상 장치의 광학 시스템의 광 경로에 배치된 조광 장치를 포함한 촬상 장치를 포함한 조광 장치를 제공하는데 있다.
각 구동 펄스의 펄스 높이 및 펄스 폭은 적어도 2 단계로 제어될 수 있다.
조광 장치는 구동 회로 유닛을 더 포함하며, 구동 펄스가 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되도록 구성될 수 있다.
조광 장치는 제어 회로 유닛을 더 포함하며, 액정 디바이스로부터 나오는 광의 휘도 정보가 제어 회로 유닛에 피드백되고, 각 구동 펄스가 제어 회로 유닛으로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되도록 구성될 수 있다. 조광 장치를 포함한 촬상 장치는 조광 장치의 광 진행 방향측 상에 배치된 촬상 장치를 더 포함할 수 있으며, 구동 회로 유닛이 촬상 장치에 제공되고, 촬상 장치로부터의 출력 신호가 조광 장치의 제어 회로 유닛에 휘도 정보로서 피드백되고, 각 구동 펄스가 제어 회로 유닛으로부터 공급되는 신호에 기초하여 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되도록 구성될 수 있다.
제 3 발명의 상기 구성에 있어서, 조광을 위한 액정 디바이스에 인가될 구동 펄스는 적어도 2 단계로 (저전압에서 고전압으로) 제어되며, 이에 따라 전압이 급격하게 변화하는 종래 기술의 조광 장치에 비해서, 투과율이, 높이가 액정 분자의 정렬시 결함의 발생을 방지할 수 있도록 충분히 높은 준비 펄스를 제공함으로써 액정 디바이스의 전체 면상에 균일하도록 제어될 수 있어서, 액정 분자를 약간 기울인 후, 소망하는 투과율을 얻기 위해 필요한 최종 펄스를 인가할 수 있다.
제 3 목적을 달성하기 위하여, 제 3 발명에 따르면, 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법이 또한 제공되는데, 각 방법은 적어도 2단계들로 제어되는 구동 펄스들을 액정 디바이스에 인가함으로써 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 투과율을 현재의 투과율에서 타겟 투과율로 변경하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법은 양호한 제어력을 갖는 조광 장치 및 촬상 장치를 구동시에 장점이 있다.
본 발명의 제 4 목적은, 투과율을 안정하게 제어할 수 있는 조광 장치, 조광 장치를 이용하는 촬상 장치, 및 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 4 목적을 달성하기 위하여, 제 4 발명에 따르면, 액정 디바이스와, 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기 또는 액정 디바이스의 주위 온도를 검출하는 검출 유닛과, 검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 액정 디바이스의 주위 온도에 따라 달라지는 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 제어 회로 유닛, 및 제어 회로 유닛에 의해 투과 광의 타겟 세기를 발생하는데 이용되는 구동 신호를 발생하는 구동 신호 발생 유닛을 포함한 조광 장치, 및 촬상 장치의 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 조광 장치를 포함하는 촬상 장치가 제공된다.
조광 장치는 제어 회로 유닛을 더 포함할 수 있으며, 투과 광을 모니터링하고, 검출 정보를 제어 회로 유닛에 피드백하고, 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되거나, 또는 액정 디바이스의 주위 온도를 모니터링하고, 검출 정보를 제어 회로 유닛에 피드백하고, 검출 정보를 미리 결정된 특성 값과 비교하 며, 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어될 수 있다.
제어 회로 유닛은 펄스 높이가 변조되는 AC 파형을 갖는 각 구동 펄스, 또는 펄스 폭 또는 펄스 밀도가 변조되는 각 구동 펄스를 발생할 수 있다.
조광 장치는 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 폭이 변조되고 구동 펄스의 펄스 높이가 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 제어되거나, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 높이가 변조되고 구동 펄스의 펄스 폭이 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 변조되도록 구성될 수 있다.
조광 장치는 구동 회로 유닛을 더 포함할 수 있으며, 각 구동 펄스가 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록의 동기로 발생되도록 구성될 수 있다.
제 4 발명의 상기 구성에 있어서, 조광을 위한 액정 디바이스의 투과 광의 세기 또는 액정 디바이스의 주위 온도가 검출되고, 액정 디바이스의 주위 온도에 따라 달라지는 투과 광의 타겟 세기가 투과 광의 검출된 세기 또는 주위 온도에 기초하여 설정되며, 광 투과의 타겟 세기를 실현하기 위한 특정한 구동 신호가 발생되며, 이에 따라, 가능한 한 많이 주위 온도의 영향을 제거하면서 액정 디바이스의 구동을 실현할 수 있으며, 일반적으로 타겟 투과율이 투과율의 제어와 무관하게 온도 수정을 수행함으로써 구해질 수 있는 방식으로 조광 장치를 구동할 수 있다.
제 4 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 조광 장치 및 촬상 장치를 제어하는 방법에 제공되는데, 각 방법은, 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기 또는 액정 디바이스의 주위 온도를 검출함으로써 액정 디바이스를 구동하는 단계와, 검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 액정 디바이스의 주위 온도에 따라 달라지는 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 단계, 및 투과 광의 타겟 세기를 발생시키기 위하여 이용된 구동 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
제 4 발명에 따른 조광 장치 및 촬상 장치를 구동하는 방법은 각각 양호한 제어력을 갖는 조광 장치 및 촬상 장치를 구동시 장점이 있다.
상술된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 발명은 또한 다음과 같이 구성될 수 있다.
액정 디바이스의 각 구동 전들은 유효 광 투과부의 적어도 전체 영역 상에 형성될 수 있다. 이러한 관점에서, 유효 광 경로의 전체 폭에서의 투과율은 이와 같이 형성된 구동 전극 간에 인가될 각 구동 펄스의 펄스 폭의 제어에 의해 집합적으로 정확하게 제어될 수 있다.
*조광 장치에 이용되는 게스트-호스트 타입 액정 디바이스에서, 호스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 타입 이방성 유전 상수를 갖는 네거티브 또는 포지티브 타입 액정일 수 있으며, 게스트 물질은 포지티브 또는 네거티브 타입 광 흡수 이방률을 갖는 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질일 수 있다.
편광판은 기계적 조리개의 이동 가능한 부분에 배치될 수 있으며, 기계적 조리개의 이동 가능한 부분을 동작함으로써 광 경로 안으로 및 광 경로로부터 이동될 수 있다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
이후, 본 발명의 조광 장치의 바람직한 실시예들이 첨부 도면과 관련하여 설명될 것이다.
제 1 실시예
도 3a 내지 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조광 장치가 도시되어 있으며, 여기서, 상기 장치는 호스트 물질(13)과 게스트 물질(4)을 포함한 게스트-호스트 타입 액정 셀(GH 셀)(12), 및 이 GH 셀(12)의 입사측에 배치된 편광판(11)을 포함한다.
Merck사 제품인 MLC-6608의 상표명의 네거티브 이방성 유전 상수(△ε)를 갖는 네거티브 타입 액정이 호스트 물질(13)로서 이용되었다. BDH사 제품인 D5의 상표명의 포지티브 광 흡수 이방성(△A)을 갖는 포지티브 타입 다이크로익 다이가 게스트 물질(4)로서 이용되었다.
상술된 바와 같이 구성된 조광 장치에 있어서, 조광 장치의 투과율의 변화(액정 셀과 편광판을 완전하게 통과하는 전체 광량에 기초한 백분율로 표현됨)는 도 3c에 도시된 구형파를 갖는 동작 전압을 GH 셀(12)에 인가하여 공기중에서 측정되었다.
이러한 측정시, 네거티브 타입 액정은 호스트 물질(13)로서 이용되기 때문에, 광은 GH 셀(12)에 전압이 인가되지 않을 때 GH 셀(12)을 통과하고, 광은 GH 셀(12)에 전압이 인가될 때 GH 셀(12)에 흡수됨을 유념한다.
도 4a 및 4b에 도시된 측정 결과로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 가시 광선의 (공기중에서의) 평균 투과율은 인가된 전압이 증가함에 따라 최대 투과율(약 75%)에서 수 %로 급격하게 변화, 즉 감소된다.
본 실시예의 조광 장치의 투과율이 인가된 전압이 증가함에 따라 급격하게 감소되는 이유는, 다음과 같은 이유로 간주될 수 있다: 즉, 네거티브 타입의 호스트 물질을 이용하는 경우에, 액정 셀의 액정 정렬 막과 액정 분자 사이의 경계부에서의 액정 분자의 상호작용은 전압의 인가가 없는 경우에 매우 약하기 때문에, 광은 액정 셀에 전압이 인가되지 않을 때 상기 액정 셀을 통과하는 것이 용이하고, 액정 분자의 디렉터(정렬 벡터)는 이곳에 전압이 인가될 때 용이하게 변화할 수 있다.
비교를 위하여, 도 1a 내지 1c에 도시된 조광 장치의 투과율의 변화는 상술된 바와 같은 방법으로 측정되었다. 도 1a 내지 1c에 도시된 바와 같이, 조광 장치는 호스트 물질(3) 및 게스트 물질(4)을 포함한 게스트-호스트 타입 액정 셀(GH 셀)(2), 및 GH 셀(2)의 입사측에 배치된 편광판(1)을 포함한다.
Merck사 제품인 MLC-6849의 상표명의 포지티브 이방성 유전 상수(△ε)를 갖는 포지티브 타입으로 생성된 액정은 호스트 물질(3)로서 이용되고, 제 1 실시예에서 이용되는 것과 같은 포지티브 타입 다이크로익 다이 D5(BDH사 제품의 상표명)는 게스트 물질(4)로서 이용된다.
상술된 바와 같이 구성된 조광 장치에 있어서, 조광 장치의 투과율의 변화는 도 1c에 도시된 구형파를 갖는 동작 전압을 GH 셀(2)에 인가함으로써 측정된다.
포지티브 타입 액정은 호스트 물질(3)로서 이용되기 때문에, 광은 GH 셀(2)에 전압이 인가되지 않을 때 상기 셀(2)에 흡수되고, 광은 GH 셀(2)에 전압이 인가될 때 상기 셀(2)을 통과하게 됨을 유념한다.
도 2a 및 2b에 도시된 측정 결과로부터 명백한 바와 같이, 가시광의 평균 투 과율은 인가되는 전압이 증가함에 따라 서서히 변화되거나 또는 증가되며, 20V의 전압이 액정 셀(2)에 인가될 때는 최대 투과율(약 60%)에 도달한다.
이러한 비교예의 조광 장치의 투과율이 인가되는 전압이 증가함에 따라 서서히 변화되고, 그 최대 투과율이 상대적으로 작은 이유는 다음과 같이 간주될 수 있다: 즉, 포지티브 타입의 호스트 물질을 이용하는 경우에, 액정 셀의 액정 정렬 막과 액정 분자 사이의 경계부에서의 액정 분자의 상호작용이 전압이 인가되지 않을 때 강하기 때문에, 액정 분자들이 남아 있게 되고, 그 디렉터는 이곳에 전압이 인가되더라도 변화되지 않거나 또는 변화가 용이하지 않게 된다.
상술된 바와 같이, 제 1 실시예에 따라 네거티브 타입 호스트 물질을 이용하는 GH 셀(12)을 포함한 조광 장치는, 최대 투과율이 약 75%까지 증가될 수 있기 때문에, 장치가 고 투과율의 영역에서 동작되도록 설계될 수 있고, 투과율이 급격하게 변화될 수 있기 때문에, 장치가 동작 전압에 의해 투과율을 용이하게 제어할 수 있는 점에서 장점이 있다.
GH 셀(12)을 구성하는 호스트 물질과 게스트 물질의 조합은 다양하게 변화될 수 있는데, 이 예들로서, 네거티브 호스트 물질(△ε＜0)과 포지티브 타입 게스트 물질(△A＞0)의 조합, 네거티브 호스트 물질(△ε＜0)과 네거티브 타입 게스트 물질(△A＜0)의 조합, 포지티브 타입 호스트 물질(△ε＞0)과 포지티브 타입 게스트 물질(△A＞0)의 조합, 및 포지티브 타입 호스트 물질(△ε＞0)과 네거티브 타입 게스트 물질(△A＜0)의 조합이 있다.
GH 셀(12)에서, 구동 전극, 일반적으로는 ITO(Indium Tin Oxide: Tin으로 도 핑된 인듐 산화물) 전극이 기판 표면상에 고체 상태로 제공되지만, 구획 모드 또는 매트릭스 모드에서 이용되도록 분할될 수 있다.
본 발명에 따른 조광 장치에 이용될 수 있는 네거티브 호스트 물질(△ε＜0)은 다음의 분자 구조를 갖는 화합물을 함유할 수 있다.
[예 1]
Figure 112007018357229-pat00002
[예 2]
〈다른 기본 골격 구조〉
R1, R2, R3 및 L은 표준 사슬 또는 분기된 알킬 그룹, 알콕시 그룹, 알케닐 그룹, 플루오르알콕시 그룹, 플루오르알케닐 그룹, -CN 그룹 등을 나타낸다.
Figure 112007018357229-pat00003
[예 3]
Figure 112007018357229-pat00004
[예 4]
Figure 112007018357229-pat00005
[예 5]
Figure 112007018357229-pat00006
[예 6]
Figure 112007018357229-pat00007
[예 7]
Figure 112007018357229-pat00008
본 발명에 따른 조광 장치에 이용 가능한 네거티브 호스트 물질의 예는 다음 의 상업용 화합물을 함유할 수 있다.
[예 1]
Figure 112007018357229-pat00009
[예 2]
Figure 112007018357229-pat00010
[예 3]
Figure 112007018357229-pat00011
[예 4]
Figure 112007018357229-pat00012
상기 화합물은 실제 서비스 온도 범위에서 네마틱 속성을 나타내기 위해 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 조광 장치에 이용 가능한 다이크로익 다이 분자 물질의 예에서는 다음의 분자 구조를 갖는 화합물을 포함한다.
[예 1]
Figure 112007018357229-pat00013
[예 2]
Figure 112007018357229-pat00014
[예 3]
Figure 112007018357229-pat00015
제 2 실시예
본 실시예에서는, 전압 인가에 대한 조광 장치의 응답 속도가 검사된다.
전압 인가에 대한 조광 장치의 응답 속도는 그 장치의 구동 종류뿐만 아니라 액정 디바이스를 생산하는데 사용된 방법 예컨대, 러빙 공정에 의존하여 변화한다. 러빙 공정은 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol)과 같은 고중합체로 이루어진 막을 기판 상에 형성시키고, 직포(cloth)로 그 막을 문지르고, 그에 의해 문지르는 방향으로 액정 분자들을 정렬시키는 것을 포함한다[D. W. Berrenan, Mol. Cryst. & Liq. Cryst., 23.215(1973)].
러빙 공정들의 예는 평행 러빙 공정, 비평행 러빙 공정(anti-parallel rubbing process), 및 일측면 러빙 공정을 포함한다. 도 5a에 도시된 평행 러빙 공정은 상부 정렬 막상의 러빙 방향과 하부 정렬 막상의 러빙 방향이 평행하도록 하는 방법으로 상부 및 하부에 형성된 정렬 막 모두를 러빙하는 것을 포함한다. 도 5b에 도시된 비평행 러빙 공정은 상부 정렬 막상의 러빙 방향과 하부 정렬 막상의 러빙 방향이 평행하지 않도록 하는 방법으로 상부 및 하부에 형성된 정렬 막 모두를 러빙하는 것을 포함한다. 도 5c에 도시된 일측면 러빙 공정은 상부 및 하부 기판 중 하나에 형성된 단지 하나의 정렬 막만을 러빙하는 것을 포함한다.
액정 분자의 정렬은 정렬 막의 물질과 정렬 막의 막 형성 조건에 따라 크게 다르기 때문에, 액정 물질에 적합한 정렬 막 물질을 선택하는 것과 그 액정 물질에 적합한 막 형성 조건 및 러빙 조건을 검사하는 것이 필요로 된다. 이러한 관점에서, 본 발명에 따르면, 조건들 특히 조광 장치에 사용되는 액정 혼합물에 적합한 러빙 공정 조건을 결정하는 것이 가능하다.
첫째로, 평행 러빙 공정에 의해 문질러진 액정 디바이스를 포함하는 조광 장치에 인가된 전압에 의존하는 투과율의 변화는 다음과 같이 검사되었다:
도 3a 내지 3c에서 도시된 것과 같은, 즉 호스트 물질(13) 및 게스트 물 질(4)을 포함하는 GH 셀(12) 및 그 GH 셀(12)의 입사면상에 게재된 편광판(11)을 포함하는 동일한 기본 구성을 갖는 조광 장치가 준비되었다. 본 예에서는, 이방성 네거티브 유전 상수(Δε)를 가지며 MLC-2039라는 상표명으로 Merck 법인에 의해 생산되는 일반화된 네거티브 타입 액정이 호스트 물질(13)로서 사용되었다. D5라는 상표명으로 BDH 법인에 의해 생산되며 제 1 실시예에서 사용된 것과 동일한 포지티브 타입 다이크로익 다이가 게스트 물질(4)로서 사용되었다. 그리고 GH(12)는 도 5a에 도시된 평행 러빙 공정에 의해 문질러졌다. 따라서 준비된 조광 장치들 각각의 3개의 샘플에 대하여, 샘플의 투과율에 있어서의 변화는 도 3c에 도시된 구형 파형을 갖는 동작 전압을 GH 셀(12)에 인가함으로써 측정되었다.
도 6a에 도시된 결과로부터, 투과율이 동작 전압에 의존하지 않으며 어떤 특정값에서 감소되지 않는다는 것이 명백해진다. 이것은 평행 러빙 공정이 네거티브 타입 액정 분자의 정렬에 부적합하다는 것을 의미한다.
둘째로, 비평행 러빙 공정에 의해 문질러진 액정 디바이스를 포함한 조광 장치에 인가된 전압에 의존하는 투과율의 변화가 다음과 같이 검사되었다:
도 3a 내지 3c에서 도시된 것과 같은, 즉 호스트 물질(13) 및 게스트 물질(4)을 포함하는 GH 셀(12) 및 그 GH 셀(12)의 입사면상에 게재된 편광판(11)을 포함하는 동일한 기본 구성을 갖는 조광 장치가 준비되었다. 본 예에서는, MLC-6608이라는 상표명으로 Merck 법인에 의해 생산되며 제 1 실시예에서 사용된 것과 같은 동일한 네거티브 타입 액정이 호스트 물질(13)로서 사용되었다. D5라는 상표명으로 BDH 법인에 의해 생산되며 제 1 실시예에서 사용된 것과 동일한 포지티브 타입 다이크로익 다이가 게스트 물질(4)로서 사용되었다. 그리고 GH(12)는 도 5b에 도시된 비평행 러빙 공정에 의해 문질러졌다. 따라서 준비된 조광 장치들 각각의 3개의 샘플에 대하여, 샘플의 투과율에 있어서의 변화는 도 3c에 도시된 구형 파형을 갖는 동작 전압을 GH 셀(12)에 인가함으로써 측정되었다.
도 6b에 도시된 결과로부터, 가시 광(visual light)의 평균 투과율(공기중에서)이 동작 전압의 증가로 인해 급격히 변화하거나 최대 투과율(75%)에서 수 %로 감소되는 것이 명백해진다.
이러한 점에서, 비평행 러빙 공정으로부터 문질러진 GH 셀의 투과율은 높은 전압 의존도를 보이며 즉, GH 셀에 인가된 전압을 기초로 하여 제어될 수 있고, 나아가 전압에 의해 제어 가능한 투과율의 범위가 증대된다. 게다가, 도 6b에서 투과율이 급격하게 감소되고 최대 투과율이 높아지는 이유는 다음과 같이 고찰된다: 즉, 네거티브 타입 호스트 물질을 사용하는 경우에, 액정 셀의 액정 정렬 막과 액정 분자 간의 경계에서 액정 분자들의 상호 작용이 전압의 인가 없이는 매우 약하기 때문에, 전압이 인가되지 않을 때 빛이 액정 셀을 통과하기가 쉬우며, 전압이 인가될 때 액정 분자의 방향자가 변화하기 쉬워진다.
셋째로, 일측면 러빙 공정에 의해 문질러진 액정 디바이스를 포함한 조광 장치에 인가된 전압에 의존하는 투과율의 변화가 다음과 같이 검사되었다:
도 3a 내지 3c에서 도시된 것과 같은, 즉 호스트 물질(13) 및 게스트 물질(4)을 포함하는 GH 셀(12) 및 그 GH 셀(12)의 입사면상에 게재된 편광판(11)을 포함하는 동일한 기본 구성을 갖는 조광 장치가 준비되었다. 본 예에서는, MLC- 6608이라는 상표명으로 Merck 법인에 의해 생산되며 제 1 실시예에서 사용된 것과 같은 동일한 네거티브 타입 액정이 호스트 물질(13)로서 사용되었다. D5라는 상표명으로 BDH 법인에 의해 생산되며 제 1 실시예에서 사용된 것과 동일한 포지티브 타입 다이크로익 다이가 게스트 물질(4)로서 사용되었다. 그리고 GH(12)는 도 5c에 도시된 일측면 러빙 공정에 의해 문질러졌다. 따라서 준비된 조광 장치들 각각의 3개의 샘플에 대하여, 샘플의 투과율에 있어서의 변화는 도 3c에 도시된 구형 파형을 갖는 동작 전압을 GH 셀(12)에 인가함으로써 측정되었다.
도 6c에 도시된 결과로부터, 가시 광의 평균 투과율(공기중에서)이 동작 전압의 증가로 인해 급격히 변화하거나 최대 투과율(약 75%)에서 수 %로 감소되는 것이 명백해진다.
이러한 점에서, 비평행 러빙 공정으로부터 문질러진 GH 셀의 투과율은 높은 전압 의존도를 보이며 즉, GH 셀에 인가된 전압을 기초로 하여 제어될 수 있다. 게다가, 도 6c에서 투과율이 동작 전압 증가로 급격하게 감소되고 최대 투과율이 높아지는 이유는 다음과 같이 고찰된다: 즉, 네거티브 타입 호스트 물질을 사용하는 경우에, 액정 셀의 액정 정렬 막과 액정 분자 간의 경계에서 액정 분자들의 상호 작용이 전압의 인가 없이는 매우 약하기 때문에, 전압이 인가되지 않을 때 빛이 액정 셀을 통과하기가 쉬우며, 전압이 인가될 때 액정 분자의 방향자가 변화되기 쉬어진다.
그 다음, 일측면 러빙 공정에 의해 문질러진 GH 셀의 초기 투과율(전압 무인가 시)을 결정하기 위한 전형적인 이전 경사각 요인이 검사된다.
도 7은 도 3a 내지 3c에 도시된 조광 장치의 초기 투과율(전압의 오프 상태시)에 대한 이전 경사각 의존도를 도시한 그래프이다. 이전 경사각은 액정 분자가 러빙 단계에서 폴리이미드 또는 폴리비닐 알콜과 같은 고중합체로 이루어진 막의 주된 고리의 경사 방향을 따라 경사지게 되는 각으로서 정의된다. 그러므로 이전 경사각은 러빙 공정과 깊은 관련을 갖는다.
도 7에 도시된 결과로부터, 디자인 셀 갭(gap)이 6 ㎛ 또는 그 이상일 때, 초기 투과율은 이전 경사각에 의존하지 않는다는 것은 명백해진다. 다시 말하면, 만일 조광 장치의 액정 디바이스의 셀 갭이 5 ㎛ 또는 그 이하의 범위 내라면, 투과율은 정렬 공정에 의해 조정될 수 있다.
비평행(anti-parallel) 공정에 의해 문질러진 GH 셀을 사용하는 경우에, 도 7에 도시된 것과 동일한 결과가 얻어진다.
응답 속도에 영향을 미치는 비평행 러빙 공정의 효과가 응답 속도에 영향을 미치는 일측면 러빙 공정의 효과와 다음과 같이 비교된다: 즉, 전압 및 셀 갭에 의해 제어 가능한 비평행 러빙 공정 및 일측면 러빙 공정 각각에 의해 문질러진 액정 디바이스를 포함한 조광 장치의 응답 속도 간의 관계는 22℃ 및 65℃ 각각에서 대규모 구동 모드(구동 파형: 1 KHz에서 0.5V) 및 중간 규모 구동 모드(구동 파형: 1 KHz에서 2-3V) 각각에서의 액정 디바이스에 전압을 인가함으로써 검사된다. 그 결과는 도 8a 내지 8d에 도시된다. 이들 도면에서, 용이한 비교를 위해, 그 응답 속도는 단위 응답 시간당 변화된 흡광도로 표현된다.
도 8a 및 8b에 도시된 결과로부터, 중간 규모 구동 모드(2-3V)에서의 응답 속도에 대한 갭 의존도가 저온 환경, 22℃에서는 나타나지 않지만(도 8a), 대규모 구동 모드(0-5V)에서의 응답 속도에 대한 갭 의존도는 22℃에서 나타난다는 것이 명백해진다. 그리고 비평행 러빙 공정에 의해 문질러진 셀을 포함한 장치의 응답속도는 갭 의존도의 유무에 상관없이, 22℃에서 일측면 러빙 공정에 의해 문질러진 셀을 포함한 장치의 응답 속도보다 더 높다.
도 8c 및 8d에 도시된 결과로부터, 응답 속도에 대한 갭 의존도는 고온 환경, 65℃에서 중간 규모 구동 모드(2-3V) 및 대규모 구동 모드(0-5V) 각각에서 나타난다는 것이 명백해진다. 그리고 비평행 러빙 공정에 의해 문질러진 셀을 포함한 장치의 응답 속도는 65℃에서 중간 규모 구동 모드에서의 일측면 러빙 공정에 의해 문질러진 셀을 포함한 장치의 응답 속도보다 더 높지만, 65℃에서 대규모 구동 모드(0-5V)에서의 장치의 응답 속도는 러빙 공정의 종류에 의존하지 않는다.
이러한 점에서, 비평행 러빙 공정에 의해 5 ㎛ 또는 그 이하의 범위 내에서 초기 투과율에 영향을 미치는 이전 경사각에서 문질러진 액정 디바이스를 포함한 조광 장치의 응답 속도는 일측면 러빙 공정에 의해 동일한 이전 경사각에서 문질러진 액정 디바이스를 포함한 장치의 응답속도보다 더욱 높게 만들어질 수 있다. 그 이유는 비평형 러빙 공정에 의해 문질러진 액정 디바이스에서 정렬된 액정 분자의 방향자들이 그것에 인가된 전계에 의해 변화되기 쉽다는 것으로 고찰될 수 있다.
제 3 실시예
본 실시예에서는, 장치의 GH 셀에 인가된 구동 펄스들의 펄스 폭 또는 펄스 밀도를 변조시킴으로써 조광 장치의 투과율 제어가 검사되었다.
특히, 조광 장치의 투과율을 제어하기 위한 각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조는 투과율의 제어 및 투과율의 보상을 독립적으로 수행하는데 효과적이다. 특히, 투과율은 통상적인 피드백 제어에 기초하여 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조시킴으로써 통상적으로 제어되며 그 투과율은 온도 정정 피드백 신호에 기초하여 구동 펄스의 펄스 높이를 변조함으로써 보상되거나 또는 그 투과율은 통상적인 피드백 제어 신호에 기초하여 각 구동 펄스의 펄스 높이를 변조함으로써 통상적으로 제어되며, 그 투과율은 온도 정정 피드백 신호에 기초하여 구동 펄스의 펄스 폭을 변조함으로써 보상된다.
(1) 조광 장치의 구동 펄스 및 플리커의 기본 구형 파형
GH(12)에 인가될 전압의 파형은 도 3c에 도시된 바와 같이 구형파이다. 그러나 사다리꼴 파형 또는 사인 파형일 수도 있다. 도 3c에 도시된 각각의 구동 펄스가 액정 디바이스에 인가될 때, 액정 분자의 방향자들은 광 투과율을 제어할 두 전극 간의 상이한 포텐셜(potential)에 의존하여 변화된다. 따라서 투과율은 일반적으로 구동 펄스의 펄스 높이(또는 펄스 전압)에 기초하여 제어된다.
그러나 각 구동 펄스의 그러한 펄스 높이의 제어는 기본적으로 D/A 변환이 되기 쉬우며, 나아가서, 펄스 높이를 고도로 정확하게 제어하는 것이 힘들며, 그 결과 펄스 높이의 제어가 회로 비용을 높이는 문제점을 야기한다.
그런데 네마틱 액정 물질(nematic liquid crystal material)의 전기광학적 응답은 최소 수 ms 그리고 최대 수백 ms 만큼 느리다. 이러한 관점으로부터, 본 발명자는 인가된 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조하는 모드를 채택함으로써 그러한 응 답 특성을 갖는 물질의 투과율을 안정하게 제어하기 위하여 구동 펄스들의 적합한 기본 펄스 발생 주기를 검사하고 있다.
기본 펄스 발생 주기를 결정하기 위한 테스트가 도 9에 도시된 바와 같이 0V→5V →0V →-5V →0V ‥‥의 순서로 조광 장치의 액정 디바이스에 구동 펄스들을 인가함으로써 수행되며, 장치의 투과율에서의 변화는 각 펄스의 폭 특히, 각 레스팅(resting) 펄스(0V)를 변화시킴으로써 관찰된다.
도 9에 도시된 결과들로부터 명백한 바와 같이, 즉, 레스팅 펄스 주기가 300 ㎲ 또는 그 이상일 때 그 투과율은 불안정하며 투과율의 플리커가 나타나고, 레스팅 펄스 주기가 200 ㎲ 또는 그 이하일 때에는 어떠한 투과율의 플리커도 나타나지 않는다.
따라서 조광 장치의 액정 디바이스에 인가된 각 펄스의 펄스 폭은 레스팅 펄스 주기가 약 200 ㎲를 초과하지 못하도록 하는 방법으로 변조되어야 한다. 액정의 응답 속도는 액정의 종류 및 주위 온도에 의존하기 때문에, 레스팅 펄스 주기는 서비스 조건하에서 투과율의 플리커를 야기하지 못하도록 하는 그러한 값으로 설정되어야만 한다. 더욱이, 액정 디바이스의 안정한 광학적 특성들을 얻는 것은, 주위 온도 피드백 신호에 기초하여 각 구동 펄스의 펄스 폭을 제어하는데 효과적이다.
(2) 펄스 폭의 변조
전술한 검사의 결과로서, 기본 펄스 발생 주기는 100 ㎲에서 설정되고, 펄스 폭(PW)은 이러한 기본 펄스 발생 주기 이내에서 변조된다. 도 10은 일정한 값 예컨대, 각각 5V 및 10V에서 설정된 구동 펄스의 펄스 높이로 장치의 액정 디바이스에 인가된 각각의 구동 펄스의 펄스 폭(PW)에 의존하는 조광 장치의 투과율의 변화를 보인다. 게다가, 그 투과율은 액정 디바이스에 전압이 인가되지 않을 때 액정 셀 및 편광판을 통과하는 전체 광량에 기초한 백분율로 표현된다.
도 10으로부터 명백한 바와 같이, 투과율은 구동 펄스의 펄스 높이가 각각 5V 및 10V에서 설정된 조건하에서 펄스 발생 주기 100 ㎲ 이내에서 각 구동 펄스의 펄스 폭을 변조함으로써 쉽게 제어될 수 있다. 이는 액정 분자의 방향자들이 각 구동 펄스의 펄스 폭에 대응하는 전계 에너지에 의해 변화되기 때문이며, 그 결과 액정 분자들의 정렬이 제어된다. 도 10에 도시된 결과로부터, 그 투과율은 각 구동 펄스의 펄스 높이 및 펄스 폭의 조합에 의해 자유로이 제어될 수 있음을 역시 알 수 있다. 이는 최소 클록의 제한으로 인한 등급의 제한을 제거할 수 있음을 의미하며 즉, 등급 제어의 해상도는 더욱 하위의 비트로서 디지털에서 펄스 높이를 제어함으로써 그리고 동시에 더욱 상위의 비트로서 펄스 폭을 변조시킴에 의해 증가되거나 또는 더욱 하위의 비트로서 디지털에서 펄스 폭을 제어함으로써 그리고 동시에 더욱 상위의 비트로서 펄스 높이를 변조시킴으로써 증가될 수 있다. 각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조는 그 구동 펄스의 기본 파형의 펄스 폭이 조광 디바이스를 포함한 장치의 주변 회로에 의해 발생된 클록에 동기하여 변조될 수 있기 때문에 비용면에서 또 다른 이점을 갖는다.
도 11a 및 11b는 펄스 폭 변조된 각각의 구동 펄스의 두 가지 파형을 도시한다. 도 11a에 도시된 파형에서, 그 펄스는 기본 펄스 발생 주기의 개시에서 인가되며, 도 11b에 도시된 파형에서, 그 펄스는 기본 펄스 발생 주기의 개시 이후 특정 지연 시간 경과 후에 인가된다. 도 11a에서의 파형을 갖는 구동 펄스의 효과는 도 11b에서의 파형을 갖는 구동 펄스의 효과와 동일하다. 도 11b에서의 파형에 대하여, 그 펄스는 각 기본 펄스 발생 주기 이후 지연 시간의 경과 후에 인가될 수 있다. 더욱이, 도 11b에서의 파형은 도 11a에서의 파형과 조합될 수 있다. 게다가, 필요한 수의 구동 펄스들이 기본 펄스 발생 주기 이내에 인가될 수 있다. 도 11c는 펄스 밀도의 변조를 도시하며, 기본 펄스 발생 주기 이내 펄스들의 수적인 밀도가 변조된다.
도 12는 예컨대 도 3a 내지 3c에 도시된 GH 셀의 호스트 물질로서 사용된 네거티브 타입 액정의 이완 단계(relaxation stage)를 도시한다.
네거티브 타입 액정 시스템의 이완 단계는 다음 방정식에 의해 표현된다.
R = R1[1 - exp (-T/τ1)] + R2[1 - exp - (T/τ2)2]
기본 주기 ≤- (이완 시간) ×In (0.98)
T = - τ × In [1 - 2/100]
이완 시간 (τ1)의 이완 단계
→T = 300 내지 40 ㎲
값들(R1, τ1, R2, 및 τ2), 예컨대 3V →0V 의 이완 상태에서 R1 = 78%, τ1 = 15.8 ms, R2 = 22%, 및 τ2 = 17.6 ms 은 도 12에 도시되어 있다.
도 12에 도시된 결과로부터, 펄스 전압이 인가되고 그 다음 턴 오프된 후의 이완 시간은 펄스 높이에 의존하여 변화된다는 것이 명백해지며, 특히 이완 시간은 그 펄스 높이가 높아질수록 더 길어지게 된다.
도 13a는 도 12에 도시된 것과 유사한 이완 단계에서 조광 장치의 투과 광의 세기를 도시하며, 도 13b 및 13c 각각은 이완 단계에서 조광 장치의 투과 광의 세기의 변화를 도시한다. 0 내지 5 ms의 범위에서 투과 광의 세기의 변화에 관한 데이터로부터 이완은 선형적으로 발생되며(도 13b), 300 ㎲ 또는 그 이하의 오프 시간은 1% 또는 그 이하의 범위 내에서의 변화를 특정화하는 것과 420 ㎲ 또는 그 이하의 오프 시간은 2% 또는 그 이하의 범위 내에서의 변화를 특정화하는 것이 필요로 된다는 것은 명백해진다.
상기 오프 시간(off time)은 도 9에 도시된 투과율의 플리커를 제거하기 위한 레스팅 펄스 주기에 대응하며, 그 결과 기본 펄스 발생 주기가 예컨대 2% 또는 그 이하의 범위 내에서 투과 광의 세기의 변화가 허용되는 조건하에서 100 ㎲로 설정될 수 있다.
2% 또는 그 이하의 범위 내에서 투과 광의 세기의 변화는 현존하는 CCD(후술됨)의 영상 픽업 명세서에 기초하여 설정된다.
CCD의 영상 픽업에서, 비록 2% 이상의 범위에서 투과 광의 세기의 변화가 발생한다 할지라도, 플리커는 CCD의 통상 동작시에 거의 나타나지 않는다. 왜냐하면, CCD의 영상 픽업이 필드 주기에서 축적된 평균 광량에 기초하고 있기 때문이다. 그러나 투과율 제어의 동적 범위가 열화되며, 만일 셔터(shutter)가 사용되면, 셔터의 오픈 시간은 제어 관점에서 문제를 야기하는 광량에 비례하지 않는다. 결과적으 로, CCD의 영상 픽업에서, 2% 또는 그 이하의 범위에서 투과 광의 세기의 변화를 특정화하는 것이 바람직할 수 있다.
만일 기본 펄스 발생 주기가 CCD의 필드 주기를 초과한다면, 플리커가 CCD의 통상 동작시에 발생한다. 따라서 각 구동 펄스의 펄스 폭의 변조를 수행하기 위하여, CCD의 필드 주기 이내에서 기본 펄스 발생주기를 설정하는 것이 필수적이다.
(3) 펄스 폭의 변조와 펄스 높이의 변조 간의 비교
도 14는 종래 펄스 높이 변조(PHM) 모드의 특성과 펄스 폭 변조(PWM) 모드의 특성을 비교하기 위한 그래프를 도시한다. 이 그래프에서, 횡 좌표는 균등 전압이 걸리는 전극 간에 인가된 상이한 전위의 절대값에 대한 단위 시간당 평균을 표시한다.
도 14에서 명백하듯이, PHM 모드를 표시하는 곡선과 비교할 때, PWM 모드를 표시하는 곡선은 문턱 전압에 있어 더욱 낮으며 전체적으로 더욱 낮은 전압 측면에서 시프트된다. 결과적으로, PWM 모드에 따라, 그 투과율은 전력 소모를 줄이기 위하여 더욱 낮은 전압에 의해 제어될 수 있으며, 투과율은 전압에 의존하여 상대적으로 알맞게 변화되기 때문에, 등급을 향상시키기 위하여 그 전압에 의해 용이하게 제어될 수 있다.
이러한 점에서, 펄스 폭 변조(PWM) 모드는 다음의 이점들을 갖는다.
(1) 문턱 전압을 감소시키는 것,
(2) 투과율 레벨의 등급 수를 증가시키고, 투과율을 고도로 정확하게 제어한다는 것, 및
(3) D/A 변환이 없기 때문에 회로 비용을 감소시키는 것
(4) 펄스 폭의 변조 및 펄스 밀도의 변조
각 구동 펄스의 펄스 높이의 변조 대신 사용되는 펄스 밀도 변조(PDM) 모드는 전술한 PWM 모드와 비교된다. PDM 모드에서, 단위 시간당 발생된 펄스들의 수가 변조되며, 일반적으로 매우 짧은 폭을 갖는 각각의 펄스들은 단위 시간당 빈번하게 발생된다.
도 15에 도시된 바와 같이, PWM 모드의 구동 특성은 PDM 모드의 구동 특성과 매우 유사하다. 그러나 PWM 모드는 PDM 모드보다 전력 소모에서 우수하다. 왜냐하면, PWM 모드는 단위 시간당 액정 셀 내에 축전되는 전류의 양의 관점에서 PDM 모드보다 더 작기 때문이다. 또한, PWM 모드는 임피던스 정합의 관점에서 PDM 모드보다 우수하다.
(5) 펄스 수의 효과
펄스 폭 변조 모드에서 조광 장치의 투과율을 제어하는 경우에, 장치의 액정 디바이스의 전극 간에 인가된 상이한 전위(DC 성분)의 단위 시간당 평균이 거의 제로가 되도록 하는 방법으로 장치를 구동함으로써 조광 장치 내의 이온 또는 그와 같은 것의 분극의 편향을 제거하는 것이 가능하며, 그 결과 장치의 투과율을 고도로 정확하게 제어하는 것이 가능하다.
예컨대, 도 16b에 도시된 바와 같이, 두 개의 포지티브 펄스와 두 개의 네거티브 펄스가 도 16a의 기본 구동 파형에 교대로 인가될 때, 만일 포지티브 펄스의 수의 단위 시간당 평균이 네거티브 펄스의 수의 단위 시간당 평균과 같다면, 그 투 과율의 동일한 구동 특성을 통상적으로 얻는 것이 가능하다.
도 16c에 도시된 바와 같이, 투과율과 펄스 폭간의 관계는 포지티브 펄스 수(m = 1, 2,ㆍㆍㆍ)가 네거티브 펄스 수(m = 1, 2,ㆍㆍㆍ)와 같은 한에 있어서는 포지티브 펄스 수(m = 1, 2,ㆍㆍㆍ) 및 네거티브 펄스 수(m = 1, 2,ㆍㆍㆍ)에 상관없이 변화되지 않는다.
도 16d에 도시된 바와 같이, 투과율과 펄스 폭간의 관계는 포지티브 펄스의 수가 네거티브 펄스의 수와 같은 한에 있어서는 펄스의 발생 차수에 상관없이 변화되지 못한다. 더욱이, 펄스 폭들의 단위 시간당 평균이 특정화되지 않는 한, 투과율과 펄스 폭간의 관계가 비록 펄스 폭이 독자적으로 변조된다 할지라도 변화되지 못한다는 것을 용이하게 설명할 수 있다.
반면에, 포지티브 펄스의 수가 네거티브 펄스의 수와 상이하다면, 투과율과 펄스 폭간의 관계는 변화된다. 이하, 네거티브 펄스의 수가 포지티브 펄스의 수보다 k 배 크다고 가정한다. 만일 k = 1 이면, 구동 펄스들(포지티브 및 네거티브 펄스들)은 0V 에 대하여 대칭적으로 인가되며, 이러한 경우에, 투과율과 펄스 폭간의 관계는 변화되지 못한다. 다른 한편으로, 만일 k의 값이 1보다 더 크게 되면, 구동 펄스들(포지티브 및 네거티브 펄스들)은 0V에 대하여 비대칭적으로 인가되며, 이러한 경우에, 투과율과 펄스 폭간의 관계는 변화되고, 특히 도 17에 도시된 바와 같이, 투과율은 특정한 투과율보다 크게 되며, 그 결과 그 투과율의 제어 가능성은 열화된다. 다시 말해서, 그 투과율은 값 "m"에 의존하지 않고 값 "k"에 의존하여 변화된다.
비대칭(asymmetric) 펄스들의 극성들이 순간적으로 반전된다면, 그 투과율은 일시적으로 감소되며 수 초 후에 원래의 투과율로 되돌아가게 된다. 긴 주기를 갖는 플리커로서 관찰되는 그러한 초의 차수로 순간적인 변화는 액정 셀 내의 이동 가능한 이온들의 편향으로 인하여 발생되는 것이 관찰될 수 있다. 그 편향은 바이어스 전압(bias voltage)들의 단위 시간당 평균에 의해 야기될 수 있다.
전술한 바와 같이, 투과율을 안정하게 조절하기 위해서는, OV에 대하여 구동 펄스들(포지티브 및 네거티브 펄스들)을 대칭적으로 인가하는 것 즉, 포지티브 펄스들의 수를 네거티브 펄스들의 수와 같도록 만드는 것이 바람직하다.
제 4 실시예
본 실시예에서는, 장치의 액정 디바이스에 인가된 각 구동 펄스의 펄스 폭을 계단식으로 변조함으로써 조광 장치의 투과율의 제어를 검사한다.
러빙 효과 및 정렬내 결함
액정 분자의 정렬내 결함 및 러빙 효과를 검사하기 위한 테스트는 도 3a 및 3c에 도시된 액정 셀을 포함한 조광 장치를 사용함으로써 수행되었다. 그 셀은 준비된 액정 정렬층의 상부 표면상의 투명 전극을 각각 갖는 글래스 기판들을 제조함으로써 생산되었으며, 그 사이에 특정한 갭을 서로 가지며 직면하고 있고, 그 갭을 감소된 압력으로 게스트-호스트 액정으로 채운다. 도 3c에 도시된 AC 구형파를 갖는 각 구동 펄스는 장치의 셀에 인가되었으며, 액정 분자의 정렬내 결함이 관찰되었다.
전압이 셀에 인가될 때, 만일 액정 정렬층(도시되지 않음)이 도 18a에 도시 된 바와 같이 러빙 처리로 영향받지 않는다면, 액정 분자는 그 기판 평면에 관하여 동시에 경사지며, 투과율의 비균일성이 기판 면내에 발생하는 결과로 글래스 기판 면에 평행한 면에서 액정 분자 및 색소 분자는 방해받는다. 공지된 기술로서 그러한 문제를 해결하기 위하여, 액정 분자의 경사진 방향은 액정 분자를 균일하게 경사지도록 도 18b에 도시된 바와 같은 액정 정렬층을 러빙함으로써 미리 특정화되며, 그 결과 액정 분자의 평면 균일성을 향상시킨다.
그러나 만일 큰 구동 전압이 전술한 바와 같이 문질러진 액정 디바이스에 단일 단계로 인가된다면, 액정 분자가 상이한 방향으로 정렬되는 과도 상태를 발생시키며, 만일 그러한 과도 상태가 투과율 상에 효과를 미치기에 충분히 오랜 시간 동안 지속된다면, 투과율에서 평면 비균일성이 나타난다. 일반적으로, 과도 상태는 액정 분자 및 색소 분자의 재정렬에 필요한 소정 시간의 경과 후에 사라진다. 그러나 최악의 경우에, 과도 상태는 오랜 시간 경과 후에도 부분적으로 남아있게 된다.
그러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 18d에 도시된 바와 같이, 액정 분자의 정렬에서 결함을 야기하지 않도록 준비된 저전압이 어느 정도 액정 분자가 경사지도록 하기 위하여 액정 디바이스에 인가되며, 그 이후 바람직한 투과율을 달성하기에 충분히 높은 최종 전압이 평면 균일 상태로 투과율을 제어하기 위하여 액정 디바이스에 인가된다.
단일 단계 구동 모드의 정렬내 투과율 및 결함 (1)
도 19에 도시된 바와 같이, 펄스 폭 변조(PWM) 또는 펄스 높이 변조(PHM) 모드 각각에 의해 15% 또는 그 이하의 투과율을 달성하기 위한 단일 단계를 갖는 전 압을 인가하는 경우에는, 전술한 도 18c를 참조하면 액정 분자 및 색소 분자의 정렬내에 결함들이 발생한다. PWM 또는 PHM 모드 각각에 의해 15% 또는 그 이상의 투과율을 달성하기 위한 단일 단계를 갖는 전압을 인가하는 경우에는, 액정 분자 및 색소 분자의 정렬내에 결함들이 발생하지 않는다.
도 20은 조광 장치의 투과율의 변화 및 PWM 모드 및 PHM 모드 각각에서 장치의 액정 디바이스에 인가된 펄스 전압에 의존하는 정렬 결함의 빈도를 도시한다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 투과율의 변화 및 정렬 결함의 빈도는 펄스 전압에 의존하며, 특히 펄스 전압이 5V 또는 그 이상까지 증가하기 때문에(즉, 투과율은 15% 또는 그 이하가 됨), 액정 분자의 정렬 결함은 발생하게 마련이다.
두 단계 구동 모드에서의 투과율 변화 (1)
본 발명에 따른 두 단계로 각 AC 펄스의 펄스 높이를 변조시킴으로써 액정 디바이스를 구동하는 방법이 기술된다.
도 21a에 도시된 일례에서, 4V의 준비된 전압이 90 ms 동안 우선 인가된 후 10V의 최종 전압이 인가되는 두 단계 구동 모드가 0V →10V의 단일 단계 구동 모드 대신에 수행된다. 이러한 두 단계 구동 모드로, 도 20에 도시된 바와 같이 투과율의 불안정한 변화가 나타나지 않으며 대신에 투과율의 안정한 변화가 나타난다. 도 21b에 도시된 일례에서, 4V의 준비된 전압이 15 ms 동안 우선 인가된 후 10V의 최종 전압이 인가되는 두 단계 구동 모드가 수행된다. 이 예에서조차도 역시, 투과율의 변화가 안정화된다. 전술한 예에서와 같이, 각 단계에서 펄스 시간 폭은 자유로이 선택될 수 있다. 게다가, 도 21b에 도시된 두 단계 구동 모드는 신속한 응답에 적합할 수 있다.
도 22는 도 21b에 도시된 것과 동일한 구동 파형을 상세히 도시한다. 이 그래프에 도시된 두 단계 구동 모드에서, 첫 번째 단계로, 포지티브 및 네거티브 펄스들(펄스 높이 : 4.5 V, 펄스 폭 : 500 ㎲)은 15번까지 교대로 반복되며, 두 번째 단계로, 포지티브 및 네거티브 펄스들(펄스 높이 : 10 V, 펄스 폭 : 500 ㎲)은 75번까지 교대로 반복된다. 결과적으로, 만일 포지티브 및 네거티브 펄스들(펄스 높이 : 4.5 V, 펄스 폭 : 500 ㎲)이 15 ms 또는 그 이상 시간 동안 액정 디바이스에 미리 인가된다면, 구동 펄스(펄스 높이 : 5 V 또는 그 이상)가 액정 디바이스에 인가되고 있을 때조차도 정렬내에 결함이 발생하지 않는다.
이러한 점에서, 본 발명에 따른 두 단계 펄스의 인가에 의한 조광 장치의 구동으로서, 투과율의 제어 정확도를 향상시키고 장치의 투과율의 평면 균일성을 증대시키기 위하여 소망하는 프로파일을 갖는 투과율의 변화를 얻는 것이 가능하다.
이러한 두 단계 구동 모드에서, 준비 펄스의 펄스 폭 및 펄스 높이는 자유로이 특정화될 수 있으며, 도 23a 내지 23e에 도시된 각각의 패턴들은 준비 및 최종 펄스의 조합으로서 선택될 수 있다. 구동 펄스는 조광 장치의 필요성에 따라 두 단계 이상의 다단계로 변조될 수 있으며, 더욱이 일정하게 유지된 펄스 높이를 갖는 펄스 폭만을 변조하는 방법, 예컨대 펄스 폭 변조 모드는 후에 기술되는 바와 같이 인가될 수 있다.
단일 단계 구동 모드의 정렬내 투과율 및 결함 (2)
일정하게 유지된 펄스 높이를 갖는 펄스 폭내에 변조된 구동 펄스를 인가함 으로써 15% 또는 그 이하의 투과율을 달성하는 경우에 있어서, 도 18c를 참조하여 기술된 바와 같이, 투과율의 변화는 구동 펄스의 펄스 높이에 의존하여 변화된다. 도 24a에 도시된 바와 같이, 만일 펄스 높이가 5V로 설정된다면, 정렬내 결함으로 인한 투과율의 불안정한 변화가 발생하지 않으며, 도 24b에 도시된 바와 같이, 만일 펄스 높이가 10V로 설정된다면, 정렬내 결함으로 인한 투과율의 불안정한 변화(비정상적 응답)가 발생하기 마련이다.
두 단계 구동 모드의 투과율 변화 (2)
액정 분자의 정렬내 결함의 발생을 방지하기 위하여, 특히 액정 디바이스에 인가된 각 구동 펄스의 펄스 높이가 높은 경우에, 본 발명에 따라 상기 구동 펄스의 펄스 폭은 두 단계로 변조된다. 예컨대, 펄스 높이가 10V 인(0V 에 기초하여) 구동 펄스를 인가하는 경우에, 도 25에 도시된 바와 같이, 포지티브 및 네거티브 준비 펄스들(펄스 높이 : 10V, 펄스 폭 : 20 ㎲)이 15 ms 동안 인가된 후, 포지티브 및 네거티브 펄스들(펄스 높이 : 10V, 펄스 폭 : 100 ㎲)이 인가된다. 이 경우에, 도 25에 도시된 바와 같이, 투과율 변화는 안정하게 된다. 펄스 폭이 상이한 펄스들의 조합은 전술한 것으로 한정되지 않는다. 각각의 구동 펄스의 펄스 폭은 둘 또는 그 이상의 단계들로 변조될 수 있으며, 그 구동 펄스의 펄스 높이는 다양하게 변화될 수 있다.
제 5 실시예
본 실시예에서는, 조광 장치의 인가된 전압 특성-투과율에 대한 온도 의존성을 검사한다.
네거티브 타입 액정 디바이스의 인가된 전압 특성-투과율에 대한 온도 의존성
주위 온도 각각(23.5℃, 40℃, 55℃, 및 65℃)에 노출되며, 네거티브 타입 네마틱 액정을 사용한 GH 액정 디바이스(12)는 도 3c에 도시된 AC 파형(1 KHz)을 갖는 구동 전압을 인가함으로써 구동되며, GH 액정 디바이스(12)의 인가된 전압 특성-투과율(V-T 특성)이 측정된다. 그 결과들은 도 26에 도시된다. 23.5℃에서, 그 디바이스의 투과율은 0 내지 1.5V 범위에서 약 80% 정도만큼 투명하며, 2V 또는 그 이상의 범위에서 인가된 전압의 증가로 감소되며, 5V 또는 그 이상의 범위에서 점차적으로 포화된다.
그러한 V-T 특성은 도 26에 도시된 온도 의존성을 가지며, 그 투과율은 0 내지 약 4V의 범위에서 주위 온도의 증가로 감소되며, 약 4V 이상의 범위에서 주위 온도의 증가로 상승한다. 온도 변화로 야기된 투과율의 변화는 GH 액정 디바이스(12)의 호스트 물질로서 액정의 분자와 게스트 물질로서 색소의 분자의 열적 파동에 기인하여 발생한다. 더욱 특별하게는, 만일 액정 및 색소의 분자가 기판 면에 수직한 방향으로 정렬된다면, 그 기판 면상에 투사된 색소 분자들의 흡수축의 성분들(색소 분자의 주축들에 평행한)은 분자들의 파동으로 인하여 증가되며, 그 결과로 색소 분자들에 의한 광흡수가 증가되며, 즉 광 차단 특성이 향상된다. 반면에, 만일 액정 및 색소의 분자들이 기판 면에 평행한 방향으로 정렬된다면, 기판 면상에 투사되며 색소 분자들의 흡수축의 성분들은 분자들의 파동으로 인하여 감소되고, 그 결과 색소 분자들에 의한 광 흡수는 감소된다. 즉, 광 차단 특성이 감소된 다.
모니터링된 광 검출 신호에 기초한 피드백 제어
본 실시예에 따라, 주위 온도에 의존하는 투과율의 변화를 피하기 위해서는, 투과 광의 제어된 양(즉, 제어된 투과율)을 모니터하는 방법이 채택되며, 주위 온도에 기초하여 미리 설정된 설정 투과율과 비교하며, 제어 유닛에 정정 정보를 피드백하고, 그 결과 투과율을 일정하게 하기 위해 액정에 인가된 전압의 파형을 정정한다. 이러한 방법으로, 투과율에 영향을 미치는 주위 온도의 효과는 주위 온도를 직접적으로 모니터링하지 않고 제거될 수 있다. 예컨대, 만일 실제 투과율이 온도 상승 효과에 의한 설정 투과율보다 더 크게 된다면, 각각의 구동 펄스의 펄스 높이는 증가되며 그 결과 실제 투과율은 설정 투과율에 대응한다(도 26 참조). 광을 모니터링하기 위한 수단은 포토 다이오드 또는 촬상 디바이스, 전형적으로 CCD(전하 결합 디바이스)와 같은 검출기로서 구성된다.
온도 검출 신호에 기초한 제어 방법
도 26에 도시된 바와 같이, 동일한 인가 전압에 의해 구동되는 액정 디바이스의 투과율은 온도 변화에 의존하여 상이하다. 그러나 주위 온도에 의존하여 변화되는 액정 디바이스의 V-T 특성의 재현성은 바람직하다. 예컨대, 도 27에 도시된 바와 같이, 23.5℃에서 투과율을 얻기 위하여 액정에 인가된 전압과 동일한 투과율을 얻기 위하여 65℃에서 액정 디바이스에 인가된 전압간의 실질적인 선형 변환을 얻을 수 있다.
따라서 액정의 투과율은 장치의 주위 온도를 모니터링함에 의한 온도 변화의 효과 없이도 통상적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 도 27에 도시된 변환 관계에 기초하여 모니터링된 주위 온도에 대응하는 새로운 전압으로 현재 전압을 정정하거나, 또는 그 모니터링된 주위 온도(도 27에 도시된)에서의 전압에 대응하는 전압차(도 28에 도시된)를 더하거나 빼며, 그 전압차는 현재의 전압에서 룩업 테이블로부터 읽어낸다. 이러한 방법으로, 본 발명에 따라, 주위 온도에 의해 거의 영향받지 않는 액정 디바이스의 투과율 특성은 현재 펄스 전압을 그 모니터링된 주위 온도에 대응하는 전압으로 제어함으로써 얻을 수 있다.
포지티브 타입 액정 디바이스의 인가된 전압 특성-투과율에 대한 온도 의존성
포지티브 타입 액정(상표명 : MLC-6849, Merck에 의해 생산됨)을 제외한 전술한 것들로서 호스트 물질로서 사용되었던 동일한 GH 셀이 준비되었으며, GH 셀의 인가된 전압 특성-투과율에 대한 온도 의존성이 검사되었다.
도 3c에 도시된 AC 파형(1 KHz)을 갖는 인가된 전압을 이용함에 의한 포지티브 타입 네마틱 액정을 사용한 GH 액정 셀의 구동의 결과로서, 도 2의 경우와 같이 저 전압 측면에서 액정에 의한 광 흡수가 수평 방향으로의 액정 분자들의 정렬 때문에 증가되었다는 것을 알았고 도 30 및 31에 도시된 바와 같이 그러한 광 흡수가 온도 상승으로 감소되었다는 것을 알았으며, 고 전압 측면에서 액정에 의한 광 흡수가 감소되었고 그러한 광 흡수는 온도 상승으로 증가되었다는 것을 알았다. 따라서 이 경우에서도, 주위 온도에 의존하여 변화하는 GH 셀의 투과율은 전술된 바와 같은 동일한 방법에 의해 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 조광 장치에 이용 가능한 포지티브 타입 호스트 물질(Δε＞0)의 예들이 다음 분자 구조들을 갖는 혼합물을 포함할 수 있다:
[예 1]
Figure 112007018357229-pat00016
[예 2]
Figure 112007018357229-pat00017
[예 3]
Figure 112007018357229-pat00018
[예 4]
Figure 112007018357229-pat00019
[예 5]
Figure 112007018357229-pat00020
[예 6]
Figure 112007018357229-pat00021
[예 7]
Figure 112007018357229-pat00022
[예 8]
Figure 112007018357229-pat00023
[예 9]
Figure 112007018357229-pat00024
[예 10]
Figure 112007018357229-pat00025
[예 11]
Figure 112007018357229-pat00026
[예 12]
Figure 112007018357229-pat00027
[예 13]
Figure 112007018357229-pat00028
[예 14]
Figure 112007018357229-pat00029
[예 15]
Figure 112007018357229-pat00030
본 발명에 따른 조광 장치에 이용 가능한 포지티브 타입 호스트 물질은 다음의 상업용 화합물을 포함할 수 있다:
[Merck사 제품인 화합물(상표명)의 제 1 예]
Figure 112007018357229-pat00031
Figure 112007018357229-pat00032
Figure 112007018357229-pat00033
Figure 112007018357229-pat00034
[Chisso사 제품인 화합물(상표명)의 제 2 예]
[예 1]
Figure 112007018357229-pat00035
[예 2]
Figure 112007018357229-pat00036
[예 3]
Figure 112007018357229-pat00037
[예 4]
Figure 112007018357229-pat00038
[예 5]
Figure 112007018357229-pat00039
[예 6]
Figure 112007018357229-pat00040
[예 7]
Figure 112007018357229-pat00041
[예 8]
Figure 112007018357229-pat00042
[예 9]
Figure 112007018357229-pat00043
[예 10]
Figure 112007018357229-pat00044
[예 11]
Figure 112007018357229-pat00045
[예 12]
Figure 112007018357229-pat00046
[예 13]
Figure 112007018357229-pat00047
[예 14]
Figure 112007018357229-pat00048
온도 검출 신호에 기초한 제어 방법
도 30 및 31에 도시된 바와 같이, 동일한 인가 전압에 의해 구동된 포지티브 타입 액정 디바이스의 투과율은 온도 변화에 따라 달라진다. 그러나 주위 온도에 따라 변화되는 액정 디바이스의 V-T 특성의 반복성은 바람직하다. 예를 들어, 도 32에 도시된 바와 같이, 실질적으로 25℃에서의 투과율을 구하기 위한 액정에 인가된 전압과, 동일한 투과율을 구하기 위해 65℃에서 액정 디바이스에 인가된 전압간의 선형 변환 관계를 구할 수 있다.
따라서 액정 디바이스의 투과율은, 일반적으로, 장치의 주위 온도를 모니터링하고, 도 32에 도시된 변환 관계에 기초하여 현재의 전압을 상기 모니터링된 주위 온도에 대응하는 새로운 전압으로 보정하거나, 전압차가 또는 현재의 전압으로 또는 이 전압으로부터의 룩업 테이블로부터 판독되는 모니터링된 주위 온도(도 32에 도시됨)에서의 전압에 대응하는 전압차(도 29에 도시됨)를 가산 또는 감산함으로써, 온도 변화에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 방식에서, 본 발명에 따르면, 주위 온도에 덜 영향받는 액정 디바이스의 투과율 특성이 현재의 펄스 전압을 모니터링된 주위 온도에 대응하는 전압으로 제어함으로써 구해질 수 있다.
제 6 실시예
도 3a 내지 3c에 도시된 GH 셀을 이용하는 조광 장치의 한 구성예는 도 33, 34 및 도 35a 내지 35c를 참조하여 설명될 것이다.
도 33을 참조하면, GH 셀(12) 및 편광판(11)을 포함한 조광 장치(23)가 도시되어 있다. 2개의 글래스 기판(도시되지 않음) 사이에 둘러싸인 GH 셀(12)은 네거티브 타입 액정 분자를 호스트 물질로서, 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자를 게스트 물질(guest material)로서 포함한다. 네거티브 타입 액정 분자는 네거티브 타입 이방성 유전 상수를 갖고, 다이크로익 다이 분자는 분자의 장축 정력 방향에서 광을 흡수할 수 있는 포지티브 타입 광 흡수 이방률을 갖는다. 편광판(11)의 광 흡수 축은 GH 셀에 전압이 인가될 때 GH 셀의 광 흡수측에 수직이 되도록 하는 방식으로 설정된다.
조광 장치(23)는 전방 렌즈 그룹(15)과 후방 렌즈 그룹(16) 사이에 배치되며, 이들 각각은 줌 렌즈 같은 다수의 렌즈들로 구성된다. 전방 렌즈 그룹(15)을 통과한 광은 편광판(11)을 통해 선형으로 편광되어 GH 셀(12)에 입사된다. GH 셀(12)로부터 나오는 광은 후방 렌즈 그룹(16)에 의해 수집되어, 촬상 스크린(17) 상에 이미지로서 투영된다.
조광 장치(23)의 일부를 구성하는 편광판(11)은 GH 셀에 입사되는 유효 광 경로 안으로 또는 이 경로로부터 이동 가능하다. 더 구체적으로, 편광판(11)은 가상선으로 도시된 위치로 이동될 수 있으며, 따라서 광의 유효 경로 밖으로 이동될 수 있다. 도 34에 도시된 기계적 조리개는 광의 유효 광 경로 안으로 또는 이 경로로부터 편광판(11)을 이동시키기 위한 수단으로 이용될 수 있다.
일반적으로 디지털 스틸 카메라 또는 비디오 카메라에 이용되는 기계적 격막(diaphragm) 디바이스인 기계적 조리개는 주로 2개의 조리개 블레이드(18, 19) 및 조리개 블레이드(18) 상에 교착된 편광판(11)을 포함한다. 조리개 블레이드(18, 19)는 수직 방향으로 이동될 수 있다. 도 34에 도시된 바와 같이, 조리개 블레이드(18, 19)는 상대적으로 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 화살표(21)로 도시된 방향으로 이동된다.
조리개 블레이드들(18, 19)의 상대 이동으로, 조리개 블레이드들(18, 19)은 도 34에 도시된 바와 같이 서로 부분적으로 중첩되고, 이 중첩된 영역이 커짐에 따라 조리개 블레이드들(18, 19)간의 중심 부분 근방에 위치된 유효 광 경로(20) 상의 개구부(22)는 편광판(11)으로 덮인다.
도 35a 내지 35c는 기계적 조리개의 유효 광 경로(20) 근방의 일부의 부분 확대도이다. 조리개 블레이드(18)가 아래로 이동하고, 동시에 조리개 블레이드(19)가 위로 이동될 때, 조리개 블레이드(18) 상에 교착된 편광판(11)은 또한 도 35a에 도시된 바와 같이 유효 광 경로(20) 밖으로 이동된다. 반대로, 조리개 블레이 드(18)가 위로 이동되고, 동시에 조리개 블레이드(19)가 아래로 이동될 때, 조리개 블레이드들(18, 19)은 서로 중첩되고, 도 35b에 도시된 바와 같이, 편광판(11)은 개구부(22)를 점차적으로 덮기 위하여 유효 광 경로(20)상으로 이동된다. 도 35c에 도시된 바와 같이, 조리개 블레이드들(18, 19)의 중첩된 영역은 커져서, 편광판(11)이 개구부(20)를 완전하게 덮을 수 있게 된다.
기계적 조리개를 이용하는 조광 장치(23)의 동작은 후술된다.
객체(도시되지 않음)가 밝아짐에 따라, 도 35a에 도시된 바와 같이 상측 및 하측 방향으로 개방된 조리개 블레이드들(18, 19)은 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되어 서로 점차적으로 중첩된다. 이러한 조리개 블레이드들(18, 19)의 이동에 따라, 조리개 블레이드(18)에 교착된 편광판(11)은 유효 광 경로(20)로의 진입을 개시하여 도 35b에 도시된 바와 같이 개구부(22)를 부분적으로 덮게 된다.
이 때, GH 셀(12)은 열 변동 또는 표면 반사로 인한 소량의 광 흡수를 제외하고 광 흡수가 허용되지 않는 상태에 있게 된다. 따라서 편광판(11)을 통과한 광의 분배 세기는 개구부(22)를 통과한 광의 분배 세기와 거의 동일하게 된다.
이후, 편광판(11)은 도 35c에 도시된 바와 같이 개구부(22)를 완전히 덮은 상태로 남아있게 된다. 이 상태에서, 객체의 휘도(brightness)가 강해지면, GH 셀(12)에 인가된 전압은 GH 셀(12)에서의 광을 흡수하여 광을 변조시키기 위해 증가된다.
반대로, 상술한 상태에서, 객체가 어두워지면, GH 셀(12)에 인가된 전압은 GH 셀(12)에 의한 광 흡수 효과를 제거하기 위하여 감소되거나 차단된다. 객체가 더 어두워지면, 조리개 블레이드(18)는 하측으로 이동되고, 조리개 블레이드(19)는 도 35a에 도시된 바와 같이 유효 광 경로(20)의 밖으로 편광판(11)을 이동시키기 위하여 모터(도시되지 않음)에 의해 상측으로 이동된다.
본 실시예에 따르면, 투과율이 일반적으로 40 내지 50%의 범위에 있는 편광판(11)은 광의 유효 광 경로(20) 밖으로 이동될 수 있기 때문에, 광은 편광판(11)에 흡수되지 않으며, 그 결과, 본 발명의 조광 장치의 최대 투과율이 GH 셀 및 고정된 편광판을 포함한 종래 기술의 조광 장치의 최대 투과율 보다 2배 또는 그 이상으로 높은 값까지 증가될 수 있다. 본 발명의 조광 장치의 최소 투과율은 종래 기술의 조광 장치의 최소 투과율과 같다는 것이 주목되어야 한다.
편광판(11)은 실질적으로 디지털 스틸 카메라에 이용되는 기계적 조리개를 이용함으로써 광의 유효 광 경로 안으로 또는 광 경로로부터 이동되기 때문에, 상기 구성을 갖는 조광 장치가 용이하게 실현될 수 있다.
본 실시예에서의 조광 장치는 GH 셀(12)을 이용하기 때문에, 조광은 편광판(11)에 의한 조광와 GH 셀(12)의 광 흡수의 조합에 의해 효과적으로 수행될 수 있다.
이러한 방식에서는, 본 실시예에서의 조광 장치에 따르면, 밝고-어두운 콘트라스트 비(contrast ratio)를 높일 수 있으며, 광 분배량을 거의 일정한 값으로 유지할 수 있다.
본 실시예에서 이용되는 GH 셀(12)에 있어서, 만약, 네거티브 이방성 유전 상수를 갖는 광 결정 분자가 호스트 물질로서 이용되면, 네거티브 타입(n-타입) 다 이크로익 다이 분자들은 게스트 물질로서 이용될 수 있다.
도 1a 내지 1c에 도시된 종래 기술의 조광 장치는 문제점이 있다. 편광판(1)은 광의 유효 광 경로에 고정되기 때문에, 광의 일부, 예컨대 광의 50%가 일반적으로 편광판(1)에 흡수되고, 나머지 광은 편광판(1)의 표면으로부터 반사될 수 있다. 그 결과, 편광판(1)을 통과하는 광의 최대 투과율은 특정 값, 예컨대 50%를 넘을 수 없으며, 이에 따라 조광 장치를 통과하는 광량이 편광판(1)의 광 흡수에 의해 상당히 감소하게 된다. 이러한 문제는 액정 셀을 이용하는 조광 장치를 실질적으로 이용하는데 어려움을 주는 요인들 중 하나다.
한편, 편광판을 이용하지 않는 다양한 종류의 조광 장치가 제안되어 왔다. 이러한 장치의 예에서는 제 1 층에서의 GH 셀이 편향된 광과 동일한 방향에서 편광 성분을 흡수하고, 제 2 층에서의 GH 셀이 편향된 광과 수직인 방향에서 편광 성분을 흡수하는 2개의 GH 셀의 적층을 이용하는 타입, 액정 셀의 콜레스테릭 상과 네마틱 상 간의 상을 이용하는 타입, 및 액정의 스캐터링을 이용하는 고분자 화합물 스캐터링 타입을 포함한다.
편광판을 이용하지 않는 이러한 조광 장치들은 문제점을 갖고 있다. 전압 인가가 없을 때와 전압 인가가 있을 때 사이의 광 밀도(흡수)비는 상술된 바와 같이 5정도만 작고, 장치의 콘트라스트 비는 너무 작아서 밝은 위치에서 어두운 위치까지의 넓은 범위에서의 임의의 위치에서 광의 변조를 정상적으로 수행할 수 없다. 고분자 화합물 스캐터링 타입의 조광 장치는, 이 장치가 촬상 장치에 이용될 때 촬상 장치의 광학 시스템의 이미지 형성 성능을 상당히 열화시키는 다른 문제를 갖고 있다.
종래 기술의 조광 장치에는 또 다른 문제점이 나타난다. 투과 상태에서의 투과율은 장치에 이용되는 액정 디바이스의 종류에 따라 어두워질 수 있기 때문에, 조광 장치가 제공된 촬상 장치가 상기 투과 상태에서 충분한 광량을 갖는 이미지를 픽업하도록 의도되면, 조광 장치는 촬상 장치의 광학 시스템으로부터 제거될 필요가 있다.
반대로, 본 실시예에 따르면, 편광판(11)은 광의 유효 광 경로에서 또는 이 경로로부터 이동될 수 있기 때문에, 광량을 증가시킬 수 있고, 콘트라스트 비를 높일 수 있으며, 광량을 일정하게 유지할 수 있다.
제 7 실시예
제 6 실시예에서 설명된 조광 장치가 CCD(Charge Coupled Device) 카메라에 조립된 일 실시예가 도 36 내지 도 38을 참조하여 설명된다.
도 36을 참조하면, 상술된 전방 렌즈 그룹(15)과 등가인 제 1 렌즈 그룹(51) 및 (주밍을 위한)제 2 렌즈 그룹(52), 상술된 후방 렌즈 그룹(16)과 등가인 제 3 렌즈 그룹(53) 및 (포커싱을 위한)제 4 렌즈 그룹(54), 및 CCD 패키지(55)를 포함한다. CCD 카메라(50)의 상기 구성요소들은 대시 선으로 도시된 광축을 따라 적절한 간격으로 상기 순서대로 공간 배치된다. 적외선 차단 필터(55a), 광학적 저역 통과 필터 시스템(55b) 및 CCD 촬상 장치(55c)는 CCD 패키지(55)에 포함된다. 광량을 조정하거나 또는 제한하기 위한 본 발명에 따른 GH 셀(12) 및 편광판(11)을 포함한 조광 장치(23)는 제 3 렌즈 그룹(53)을 향해 오프셋되는 동안 제 2 렌즈 그 룹(52)과 제 3 렌즈 그룹(53) 사이에 위치된 부분에서 동일한 광 경로에 장착된다. 포커싱을 위한 제 4 렌즈 그룹(54)은 선형 모터(57)에 의해 제 3 렌즈 그룹(53)과 CCD 패키지(55) 사이의 범위에서 광 경로를 따라 이동될 수 있으며, 주밍(zooming)을 위한 제 2 렌즈 그룹(52)은 제 1 렌즈 그룹(51)과 조광 장치(23) 사이의 범위에서 광 경로를 따라 이동될 수 있다.
도 37은 조광 장치(23)에 의한 카메라 시스템의 투과율 제어 시퀀스의 알고리즘을 도시한다.
본 실시예에 따르면, 제 2 렌즈 그룹(52)과 제 3 렌즈 그룹(53) 사이에 설정된 본 발명의 조광 장치(23)는 이 장치에 인가된 전계에 의해 광량을 조정할 수 있기 때문에, 시스템을 소형화할 수 있고, 실질적으로 광 경로의 유효 범위를 줄일 수 있어서, CCD 카메라를 소형화할 수 있다. 광량은 패턴화된 전극에 인가된 전압의 값에 의해 적절하게 제어될 수 있기 때문에, 통상의 회절 현상을 방지할 수 있고, 충분한 광량을 촬상 장치에 입사함으로써 이미지의 흐려짐을 제거할 수 있다.
카메라 시스템의 구동 회로
도 38은 CCD 카메라의 구동 회로를 도시한 블록도이다. 도 38을 참조하면, CCD 카메라는 조광 장치(23) 측으로 진행하는 광 방향으로 배치된 CCD 촬상 장치(55c)의 구동 회로 유닛(60)을 포함한다. CCD 촬상 장치(55c)로부터의 출력 신호는 Y/C 신호 처리 유닛(61)에 의해 처리되어, 휘도 정보(Y 신호)로 GH 셀 구동 회로 유닛(62)에 피드백된다. GH 셀(12)의 주위 온도는 온도계(65)에 의해 검출되고, 검출 온도 정보는 제어 회로 유닛(62)에 피드백된다. 펄스 높이나 펄스 폭이 제어 회로 유닛(62)으로부터의 제어 신호에 기초하여 구동 회로 유닛(60)으로부터 발생된 기본 클록으로 동기하여 변조되는 각 구동 펄스는 펄스 발생 회로 유닛(63)으로부터 발생된다. 제어 회로 유닛(62) 및 펄스 발생 회로 유닛(63)은 각 구동 펄스의 펄스 높이나 펄스 폭을 변조하기 위하여 GH 액정 구동 회로 유닛(64)을 포함한다.
상술된 카메라 시스템은, 조광 장치(23)로부터 나오는 광이 광검출기에 의해 검출되는 다른 시스템으로 대체될 수 있고, 상기 광검출기에 의해 검출된 광의 휘도 정보는 서미스터(65)에 의해 검출된 온도 정보와 함께 제어 회로 유닛(42)에 피드백되며, 펄스 높이나 펄스 폭이 상기 휘도 정보 및 온도 정보에 기초하여 GH 셀 구동 회로 유닛(도시되지 않음)에 의해 발생된 클록으로 동기하여 변조되는 각 구동 펄스는 펄스 발생 회로 유닛에 의해 발생된다.
또한, 리셋 게이트 신호 또는 전계 결정 신호, 수직 동기 신호 또는 흑화 신호 같은 기본 클록은 CCD 촬상 누적 시간과 다른 주기로 GH 제어 파형을 변경하기 위해 동기화 신호로서 이용될 수 있다. 또한, 휘도 정보 및 온도 정보는 독립적이거나 또는 동시에 피드백될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 설명되었지만, 이 설명은 단지 예시를 목적으로 한 것으로서, 본 발명의 기술적인 사상을 이탈하지 않는 범위 내에서 많은 변화와 응용이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
예를 들어, 액정 디바이스 및 편광판 각각의 구성 및 물질, 그 구동 메커니즘 및 구동 회로 및 제어 회로 각각의 구성은 다양하게 변화될 수 있다. 전극 간에 인가되는 각 구동 펄스의 구동 파형은, 조광 장치의 투과율을 제어하기 위해 액정 분자들의 방향으로의 변화를 허용하는 한, 구형, 사다리꼴 또는 사인 파형일 수 있다. 조광 장치의 온도를 검출하기 위한 수단은 서미스터(thermistor)로 제한되는 것이 아니고, 다른 센서일 수도 있다.
GH 셀은 실시예에서 설명된 것으로 제한되지 않고, 이중 층 구조를 갖는 GH 셀일 수도 있다. GH 셀(12)에 대한 편광판(11)의 위치가 실시예에서는 전방 렌즈 그룹(15)과 후방 렌즈 그룹(16) 사이에 위치되었지만, 이에 제한되지 않고, 촬상 렌즈의 설정 조건을 감안하여 적절하게 결정될 수 있다. 더 구체적으로, 편광판(11)은, 예컨대 촬상 스크린(17)과 후방 렌즈 그룹(16) 사이의 위치에서 객체측 또는 촬상 장치측 상에 자유롭게 위치될 수 있다. 또한, 편광판(11)은 전방 렌즈 그룹(15) 또는 후방 렌즈 그룹(16)으로부터 변화된 단일 렌즈의 정면 또는 뒷면에 배치될 수 있다.
조리개 블레이드들(18, 19)의 수는 2개로 제한되지 않고, 하나 또는 2개 또는 그 이상일 수 있다. 조리개 블레이드들(18, 19)은 수직 방향이 아닌 다른 방향으로 이동되어 서로 간에 중첩되거나, 또는 주변으로부터 중심 방향으로 나선형으로 이동될 수도 있다.
편광판(11)이 실시예에서는 조리개 블레이드(18) 상에 교착되지만, 조리개(19) 상에 교착될 수도 있다.
실시예에서, 객체가 밝아짐에 따라 우선 편광판(11)의 이동에 의한 조광이 수행되고, 이후 GH 셀(12)에 의한 광 흡수가 수행되지만, 객체가 밝아짐에 따라, 우선 GH 셀(12)에 의한 광 흡수가 GH 셀(12)의 투과율이 감소될 때까지 수행된 후, 편광판(11)의 이동에 의한 조광이 수행될 수 있다.
유효 광 경로(20)에서 또는 이 경로로부터 편광판(11)을 이동시키는 수단은 기계적 조리개로 제한되지 않는다. 예를 들어, 유효 광 경로(20)에서 또는 이 경로로부터의 편광판(11) 이동은 편광판(11)이 구동 모터 상에 교착되고 이 구동 모터를 동작시키는 막을 직접 제공함으로써 수행될 수 있다.
실시예에서, 편광판(11)은 유효 광 경로(20)에서 또는 이로부터 이동되지만, 물론 유효 광 경로 상에 고정될 수도 있다.
조광 장치는 유기 일렉트로크로믹 물질(organic electrochromic material), 액정(liquid crystal) 또는 전자발광 물질(electroluminescence material) 등의 공지된 필터 물질들 중 임의의 것과 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 조광 장치는 CCD 카메라 같은 촬상 장치의 광학적 다이어그램에 이용될 뿐만 아니라 전자 포토그래픽 재생 기기 또는 광통신 장비용 광량 조정 디바이스와 같은 다른 광학 시스템에 이용될 수 있다. 조광 장치는 광학 필터에 이용될 뿐만 아니라 문자나 이미지를 디스플레이하기 위한 다른 이미지 디스플레이 디바이스들에 이용될 수 있다.

Claims (47)

  1. 조광 장치에 있어서:
    액정 디바이스;
    상기 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 검출하는 검출 유닛;
    상기 검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 상기 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 제어 회로 유닛; 및
    상기 투과 광의 타겟 세기를 발생하는데 이용되는 구동 신호를 발생하는 구동신호 발생 유닛을 포함하는, 조광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 투과율은, 상기 투과 광을 모니터링하고, 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되거나, 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 모니터링하고, 상기 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 검출 정보를 미리 결정된 특성 값과 비교하며, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 비교된 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되는, 조광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로 유닛은 펄스 높이가 변조되는 AC 파형을 갖는 각 구동 펄스, 또는 펄스 폭이나 펄스 밀도가 변조되는 각 구동 펄스를 발생하는, 조광 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 폭이 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 높이는 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 제어되거나, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 높이가 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 폭은 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 변조되는, 조광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 각 구동 펄스는 상기 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되는, 조광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 디바이스는 게스트-호스트 타입 액정 디바이스인, 조광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 호스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 타입 유전 상수 이방성을 갖는 네거티브 또는 포지티브 타입 액정인, 조광 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 게스트 물질은 포지티브 또는 네거티브 타입 광 흡수 이방성을 갖는 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질인, 조광 장치.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 광 경로에 배치된 편광판을 더 포함하는, 조광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 편광판은 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동 가능한, 조광 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 구동 전극은 유효 광 투과부의 적어도 전체 영역 상에 형성되는, 조광 장치.
  12. 촬상 장치에 있어서:
    액정 디바이스, 상기 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 검출하는 검출 유닛, 상기 검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 상기 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 제어 회로 유닛, 및 상기 투과 광의 상기 타겟 세기를 발생하는데 이용되는 구동 신호를 발생하는 구동 신호 발생 유닛을 포함하는 조광 장치를 포함하고,
    상기 조광 장치는 상기 촬상 장치의 광학 시스템의 광 경로에 배치되는, 촬상 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 투과율은, 상기 투과 광을 모니터링하고, 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되거나, 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 모니터링하고, 상기 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 검출 정보를 미리 결정된 특성 값과 비교하며, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 비교된 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되는, 촬상 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제어 회로 유닛은, 펄스 높이가 변조되는 AC 파형을 갖는 각 구동 펄스, 또는 펄스 폭이나 펄스 밀도가 변조되는 각 구동 펄스를 발생하는, 촬상 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 폭이 변조되고 구동 펄스의 펄스 높이는 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 제어되거나, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 높이가 변조되고 구동 펄스의 펄스 폭은 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 변조되는, 촬상 장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 각 구동 펄스는 상기 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되는, 촬상 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 액정 디바이스는 게스트-호스트 타입 액정 디바이스인, 촬상 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 호스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 타입 유전 상수 이방성을 갖는 네거티브 또는 포지티브 타입 액정인, 촬상 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 게스트 물질은 포지티브 또는 네거티브 타입 광 흡수 이방성을 갖는 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질인, 촬상 장치.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 광 경로에 배치된 편광판을 더 포함하는, 촬상 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 편광판은 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동 가능한, 촬상 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 편광판은 기계적 조리개의 이동 가능한 부분의 동작에 의해 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동될 수 있도록 상기 기계적 조리개의 상기 이동 가능한 부분에 배치되는, 촬상 장치.
  23. 제 12 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 구동 전극은 유효 광 투과부의 적어도 전체 영역 상에 형성되는, 촬상 장치.
  24. 액정 디바이스를 포함한 조광 장치를 구동하는 방법에 있어서:
    상기 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기, 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 검출하는 단계;
    검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 상기 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 단계; 및
    상기 투과 광의 타겟 세기를 발생하는데 이용되는 구동 신호를 발생하는 단계를 포함하는, 조광 장치 구동 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 투과율은, 상기 투과 광을 모니터링하고, 검출 정보를 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되거나, 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 모니터링하고, 상기 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 검출 정보를 미리 결정된 특성 값과 비교하며, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 비교된 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되는, 조광 장치 구동 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 제어 회로 유닛은, 펄스 높이가 변조되는 AC 파형을 갖는 각 구동 펄스, 또는 펄스 폭이나 펄스 밀도가 변조되는 각 구동 펄스를 발생하는, 조광 장치 구동 방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 폭이 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 높이는 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 제어되거나, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 높이가 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 폭은 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 변조되는, 조광 장치 구동 방법.
  28. 제 24 항에 있어서, 각 구동 펄스는 상기 조광 장치에 제공된 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기되어 발생되는, 조광 장치 구동 방법.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 액정 디바이스는 게스트-호스트 타입 액정 디바이스인, 조광 장치 구동 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 호스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 타입 유전 상수 이방성을 갖는 네거티브 또는 포지티브 타입 액정인, 조광 장치 구동 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 게스트 물질은 포지티브 또는 네거티브 타입 광 흡수 이방성을 갖는 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질인, 조광 장치 구동 방법.
  32. 제 24 항에 있어서, 편광판이 상기 액정 디바이스 상에 입사되는 광의 광 경로에 배치되는, 조광 장치 구동 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 편광판은 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동 가능한, 조광 장치 구동 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 편광판은 기계적 조리개의 이동 가능한 부분의 동작에 의해 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동될 수 있도록 상기 기계적 조리개의 상기 이동 가능한 부분에 배치되는, 조광 장치 구동 방법.
  35. 제 24 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 구동 전극은 유효 광 투과부의 적어도 전체 영역 상에 형성되는, 조광 장치 구동 방법.
  36. 촬상 장치를 구동하는 방법으로서, 액정 디바이스가 상기 촬상 장치의 광학 시스템의 광 경로에 배치되는, 상기 촬상 장치 구동 방법에 있어서:
    상기 액정 디바이스를 통과한 투과 광의 세기 또는 상기 액정 디바이스의 주 위 온도를 검출하는 단계;
    검출 유닛으로부터 공급되는 검출 값에 기초하여 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 상기 투과 광의 타겟 세기를 설정하는 단계; 및
    상기 투과 광의 타겟 세기를 발생하는데 이용되는 구동 신호를 발생하는 단계를 포함하는, 촬상 장치 구동 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 투과율은, 상기 투과 광을 모니터링하고, 검출 정보를 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되거나, 또는 상기 액정 디바이스의 주위 온도를 모니터링하고, 상기 검출 정보를 상기 제어 회로 유닛에 피드백하고, 상기 검출 정보를 미리 결정된 특성 값과 비교하며, 상기 제어 회로 유닛에 의해 상기 비교된 검출 정보에 기초하여 상기 투과 광의 세기를 일정한 값으로 조정함으로써 제어되는, 촬상 장치 구동 방법.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 제어 회로 유닛은, 펄스 높이가 변조되는 AC 파형을 갖는 각 구동 펄스, 또는 펄스 폭이나 펄스 밀도가 변조되는 각 구동 펄스를 발생하는, 촬상 장치 구동 방법.
  39. 제 37 항에 있어서, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 폭이 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 높이는 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 제어되 거나, 기본 파형을 갖는 각 구동 펄스의 펄스 높이가 변조되고 상기 구동 펄스의 펄스 폭은 상기 액정 디바이스의 주위 온도에 의존하여 변조되는, 촬상 장치 구동 방법.
  40. 제 36 항에 있어서, 각 구동 펄스는 상기 조광 장치에 제공된 구동 회로 유닛에 의해 발생된 클록에 동기하여 발생되는, 촬상 장치 구동 방법.
  41. 제 36 항에 있어서, 상기 액정 디바이스는 게스트-호스트 타입 액정 디바이스인, 촬상 장치 구동 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 호스트 물질은 네거티브 또는 포지티브 타입 유전 상수 이방성을 갖는 네거티브 또는 포지티브 타입 액정인, 촬상 장치 구동 방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 게스트 물질은 포지티브 또는 네거티브 타입 광 흡수 이방성을 갖는 포지티브 또는 네거티브 타입 다이크로익 다이 분자 물질인, 촬상 장치 구동 방법.
  44. 제 36 항에 있어서, 편광판이 상기 액정 디바이스에 입사되는 광의 광 경로에 배치되는, 촬상 장치 구동 방법.
  45. 제 36 항에 있어서, 상기 편광판은 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동 가능한, 촬상 장치 구동 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 편광판은 기계적 조리개의 이동 가능한 부분의 동작에 의해 상기 광 경로 안에서 또는 상기 광 경로로부터 이동될 수 있도록 상기 기계적 조리개의 상기 이동 가능한 부분에 배치되는, 촬상 장치 구동 방법.
  47. 제 36 항에 있어서, 상기 액정 디바이스의 구동 전극은 유효 광 투과부의 적어도 전체 영역 상에 형성되는, 촬상 장치 구동 방법.
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