KR19990077241A - 광헤드 장치 및 그 제조방법 그리고 그에 적합한 회절소자 - Google Patents

광헤드 장치 및 그 제조방법 그리고 그에 적합한 회절소자 Download PDF

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KR19990077241A
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Abstract

광기록매체의 판독 및/또는 기록용 광헤드 장치의 광학이방성 회절격자로서, 2 개의 투명기판 사이에 협지된 광학이방성을 가지는 고분자 액정으로 이루어지는 광학이방성 회절격자를 사용한다. 그 광학이방성 회절격자의 고분자 액정의 배향방향을 주기적으로 변화시킴으로써 굴절률이 다른 격자를 형성하여 높은 광이용효율과 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.

Description

광헤드 장치 및 그 제조방법 그리고 그에 적합한 회절소자
종래, 광디스크 및 광자기 디스크 등에 광학적 정보를 기록하거나, 광학적 정보를 판독하는 광헤드 장치로서는 디스크의 기록면에서 반사된 신호광을 검출부로 도광 (빔 스플리트) 하는 광학부품으로 프리즘식 빔 스플리터를 사용한 것과 회절격자 또는 홀로그램 소자를 사용한 것이 알려져 있다.
종래, 광헤드 장치용 회절격자 및 홀로그램 소자는 유리나 플라스틱 기판상에 직사각형 단면을 갖는 직사각형 격자 (릴리프형 등방성 회절격자) 를 드라이 에칭법 또는 사출성형법으로 형성함으로써 광을 회절시켜 빔 스플리트 기능을 부여하였다.
또, 광의 이용효율이 10 % 정도의 등방성 회절격자보다 광의 이용효율을 높이고자 하는 경우에는 편광을 이용하는 것을 생각할 수 있다. 편광을 이용하고자 하면 프리즘식 빔 스플리터에 λ/4 판을 조합하여 왕로 (광원쪽에서 광기록매체쪽으로 향하는 방향) 및 복로 (광기록매체쪽에서 광원쪽 및 검출부쪽으로 향하는 방향) 의 효율을 높여 왕복효율을 높이는 방법이 있었다.
그러나, 프리즘식 편광 빔 스플리터는 고가이기 때문에 다른 방식이 모색되고 있었다. 하나의 방식으로서 LiNbO3등의 복굴절 결정의 평판을 사용하여 표면에 이방성 회절격자를 형성하고 편광선택성을 갖게하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 복굴절 결정 자체가 고가이기 때문에 민생분야로 적용하기는 어렵다. 또 통상 프로톤 교환법으로 격자를 형성한 경우 프로톤 교환액 중의 프로톤이 LiNbO3기판중에 확산되기 쉬우므로 미세한 피치의 격자를 형성하기 어려운 문제도 있었다.
등방성 회절격자는 상술한 바와 같이 왕로의 이용효율이 50 % 정도이고, 복로의 이용효율이 20 % 정도이므로 왕복으로 10 % 정도가 한계이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서 높은 광이용효율과 높은 신뢰성을 가지는 광헤드 장치의 제공을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명은 광원으로부터의 광을 회절소자를 통하여 광기록매체에 조사함으로써 정보를 판독 및/또는 정보를 기록하는 광헤드 장치에 있어서, 상기 회절소자는 2 개의 투명기판 사이에 협지된 광학이방성을 가지는 고분자 액정으로 이루어지는 광학이방성 회절격자를 구비하여 상기 고분자 액정의 배향방향이 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치 및 그에 적합한 회절소자를 제공한다.
본 발명의 바람직한 태양에서는, 상기 2 개의 투명기판에는 각각 전극이 형성되고, 2 개의 전극의 적어도 일방은 주기적으로 형성된다. 이와 같은 구성에 의해 주기적으로 형성된 분할전극에 상당하는 부분과, 분할전극이 형성되지 않은 부분으로 전계인가시의 액정재료의 배향상태를 다르게 할 수 있으므로 광학이방성 회절격자를 전계에 의해 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 태양에서는 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되어 이루어지고, 상기 2 개의 투명기판 사이에서 상기 2 개의 전극이 비대칭이다. 이는 고분자 액정 셀이 형성된 상태에서 2 개의 투명기판 사이의 중심에 위치하고 2 개의 투명기판에 평행인 중심면에 관하여 비대칭이라는 의미이다. 이와 같은 구성에 의해 2 개의 전극의 각각의 분할전극은 그 위치 및/또는 크기가 다른 상태로 대면하게 되므로 상하 한쌍의 분할전극으로 본 경우, 고분자 액정의 분할전극에 의한 배향부를 좌우비대칭으로 할 수 있다. 따라서, ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 높은 광학이방성 회절격자를 전계에 의해 용이하게 형성할 수 있다.
이들의 경우, 적어도 일방의 주기적으로 형성된 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있는 것이 바람직하다.
또, 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되고, 양방의 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있어도 된다. 이 경우에는 상하의 전극을 같은 폭으로 하여도 된다.
본 발명의 바람직한 다른 태양에서는 적어도 일방의 투명기판의 액정과 접하는 쪽의 면에 배향막이 설치되고, 적어도 일방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 포함한다. 이와 같은 구성으로, 주기적으로 배향력이 다른 배향막의 분할배향막에 의해 고분자 액정의 배향상태에 분포를 부여할 수 있다. 나아가 복수의 분할 배향막을 1 주기로 한 경우, 주기의 방향에서의 고분자 액정의 배향상태를 좌우비대칭으로 할 수 있다. 따라서, ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 부분적으로 높은 광학이방성 회절격자를 용이하게 형성할 수 있다
본 발명의 바람직한 다른 태양에서는 2 개의 투명기판의 양방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 각각 포함하고, 상기 2 개의 투명기판 사이에 있어서 주기적으로 배향력이 다른 배향막이 비대칭이다. 이는 고분자결정 셀이 형성된 상태에 있어서, 2 개의 투명기판 사이의 중심에 위치하고 2 개의 투명기판에 평행인 중심면에 관하여 비대칭인 것을 의미한다. 이와 같은 구성에 의해 2 개의 주기적으로 배향력이 다른 배향막의 각각의 분할 배향막은 상하 한쌍의 분할배향막에서 본 경우, 고분자 액정의 분할 배향막에 의한 배향부를 좌우비대칭으로 할 수 있다. 따라서, ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 높은 광학이방성 회절격자를 배향막으로 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 태양에서는 전극상에 배향막이 설치되고, 그 배향막이 전극의 길이방향으로 직교하도록 러빙된 배향막이다.
나아가 본 발명은 광원으로부터의 광을 회절소자를 통하여 광기록 매체에 조사함으로써 정보를 판독 및/또는 정보를 기록하는 광헤드 장치의 제조방법에 있어서 2 개의 투명기판에 각각 전극을 형성하고, 2 개의 전극의 적어도 일방은 주기적으로 형성되고, 2 개의 투명기판의 적어도 일방의 투명기판의 액정재료와 접하는 쪽의 면에 배향막을 설치하고, 2 개의 투명기판 사이에 중합성 액정재료를 협지하고, 상기 전극에 주기적인 전계를 인가하여 액정재료를 배향시키고, 그 상태에서 액정재료를 중합시킴으로써 광학이방성 회절격자를 가지는 회절소자를 제작하는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 태양에서는 상기 주기적으로 형성된 전극의 복수의 분할전극을 1 주기로서, 상기 1 주기에 있어서 각각의 분할전극으로 인가하는 전계가 다르도록 하고, 전계의 주기의 방향에 있어서 1 주기내의 액정재료의 배향상태가 좌우비대칭이 되도록 하여 그 후 액정재료를 중합시킨다. 이와 같은 방법으로 전계의 주기의 방향에 있어서, 1 주기내에서 브레이즈 (톱니) 형 회절격자 등에 등가인 비대칭 회절격자를 전계에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 높은 광학이방성 회절격자를 전계에 의해 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양에서는 2 개의 투명기판 사이에 미중합의 액정재료를 협지하고, 주기적인 마스크 노광에 의해 주기적으로 액정재료를 중합시키는 공정 A 와, 이어서 전면노광에 의해 액정재료 전체를 중합시키는 공정 B 를 실행할 때에 상기 공정 A 또는 공정 B 중 어느 한 공정에 있어서 전압을 인가한다. 이와 같은 방법에 의해 다음과 같은 일이 수행된다.
전극 및 배향막을 가지는 투명기판을 러빙처리함으로써 수평배향력이 있는 투명기판을 얻는다. 2 개의 투명기판을 러빙방향이 일치하도록 겹치고 그 사이에 광중합성을 가지는 정(正)의 유전이방성을 가지는 액정 모노머를 협지한다. 투명기판상에 발모양 (簾狀) 의 마스크를 놓고, 양 투명기판 사이에 전압을 인가하면서 자외광을 조사하여 노광 (공정 A) 하면 수직배향상태로 중합한 고분자 액정과 미중합의 액정성 모노머의 주기적인 구조가 형성된다. 마스크를 제거하고 전압을 인가하지 않고 더 전면노광 (공정 B) 하면 앞서 미중합이었던 액정성 모노머 부분이 수평배향상태의 고분자 액정으로 되고, 전체로서 주기적인 배향상태를 가지는 광학이방성 회절격자로 된다.
이 경우, 공정 B 에 있어서 전압을 인가하면 공정 A 에서는 수평배향상태로 중합한 고분자 액정과 미중합의 액정성 모노머의 주기적인 구조가 형성되고, 공정 B 에서는 미중합이었던 액정성 모노머의 부분이 수직배향상태의 고분자 액정으로 된다.
본 발명에서는 다음에 나타내는 바와 같은 태양이 더 바람직하다.
상기 회절소자의 2 개의 투명기판에 이루어진 배향처리의 방향을 전극의 주기적 격자와 직교하도록 하는 것이 바람직하다. 그럼으로써 전계인가시에 전극경계부 주변에서 일어나는 과도영역의 굴절률 타원체축이 입사편광방향과 평행 또는 수직으로 되고, 소자 투과광의 편광 직선성이 유지되기 쉽다. 더불어 전극의 주기적 격자와 평행하게 배향시킨 경우에 비하여 과도영역의 입사광의 편광축에 대한 굴절률 이방성을 크게 잡을 수 있다.
더욱 바람직하게는 2 개의 투명기판 사이의 배향방향의 각도 (교차각) 를 180 °로 한다. 본 발명에서는 이 배향방향의 각도는 거의 0 °또는 180 °로 사용되는데, 0 °인 경우보다 180 °인 경우가 전계의 주기적인 온 오프에 대하여 보다 응답성이 우수하고, 급경사의 격자형상을 제작할 수 있다. 더불어 2 개의 투명기판 사이의 갭을 6 ㎛ 이하로 함으로써 구동전압의 저감 및 전극경계로부터의 전계의 누설에 기인하는 격자형상인 직사각형으로부터의 괴리의 저감을 위하여 바람직하다.
또한, 상기 전극폭이 다른 전극을 사용하는 경우에는 상하의 전극을 비대칭으로 배치함으로써 한쪽의 회절효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 좁은 쪽의 전극의 폭을 전극의 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 함으로써 대칭격자의 이론한계치 40 % 를 넘을 수 있다. 나아가 2 개의 투명기판 사이의 갭을 상술한 6 ㎛ 이하로 함으로써 전극경계로부터의 누설전계를 억제하고 전극의 비대칭성을 보다 강하게 배향부에 반영시킬 수 있다. 배향부를 더 비대칭화하고, 한쪽효율의 타방에 대한 비율을 1.5 배 이상으로 하기 위해서는 갭 3 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 한쪽 고정 (solid) 전극 또는 양쪽 모두 주기적인 전극에서 상하의 전극이 대칭인 경우에도 적어도 일방의 전극의 폭을 전극의 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 하는 것이 바람직하다. 상하의 전극사이로 전압을 인가한 경우에는 전계가 전극폭의 약간 바깥쪽까지 배럴 (barrel) 모양으로 퍼진다. 그러므로 전극의 폭을 전극의 주기 피치의 50 % 로 하는 것보다 45 % 이하로 하는 편이 회절효율이 향상된다. 또, 전극의 폭을 전극의 주기 피치의 30 % 미만으로 하면 전계의 배럴 모양의 팽창이 상대적으로 커진다. 그로 인해, 액정이 그 전계를 따라 배열하고, 격자의 굴절률 분포가 불선명해지기 쉬우므로 오히려 회절효율이 저하되기 쉽다.
본 발명은 CD (콤팩트 디스크), CD-ROM 등의 광디스크, 광자기 디스크 등의 광기록매체에 정보를 판독 및/또는 기록하기 위한 광헤드 장치 및 그에 적합한 회절소자에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예를 나타내며 광헤드 장치용 회절소자의 측단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예를 나타내며 광헤드 장치용 회절소자의 부분측 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
본 발명에서는 2 개의 투명기판의 적어도 일방의 투명기판의 고분자 액정과 접하는 쪽의 면에 주기적인 전극 (투명전극) 을 형성한다. 즉, 일방이 주기적인 전극이고 타방이 고정전극, 또는 양방을 주기적인 전극으로 한다. 이와 같은 2 개의 투명기판으로 미중합의 액정재료 (액정성 모노머) 를 협지하고, 상기 전극에 전계를 인가한 상태에서 중합시킴으로써 주기적인 배향구조를 지닌 고분자 액정에 의한 광학이방성 회절격자를 형성한다.
이 때, 미중합의 액정재료는 사용하는 액정이 정 (正) 의 유전이방성을 가지는 경우에는, 전계를 인가한 부분은 액정분자가 전계에 평행이며 투명기판에 수직으로 배향한다. 전계를 인가하지 않는 부분은 투명기판에 평행이며 배향막의 러빙방향으로 평행하게 배향한다.
배향막이 수직배향능을 가지며 사용하는 액정재료가 부(負)의 유전이방성을 가지는 경우에는, 전계를 인가하지 않는 부분은 투명기판과 수직으로, 전계를 인가한 부분은 투명기판과 평행하게 배향한다.
배향막의 배향능력의 차를 이용하여 포토리소그래피법과 러빙법의 조합에 의해 수직배향영역과 수평배향영역의 주기적 패턴을 형성할 수도 있다. 그리고 전계를 번갈아 가함으로써 전계분포를 개선할 수 있다. 이 경우, 배향막은 생략할 수 있다.
상기 방법으로 액정재료의 배향에 분포를 부여한 상태 그대로 열, 자외선 등에 의해 전체를 고분자화함으로써 배향의 분포를 고정한 채로 고화시킬 수 있다.
고분자 액정이란 액정성 모노머에서 생성된 모노머로서, 여기에서는 그 굴절률 이방성이 0.02 이상의 폴리머를 말한다. 따라서 고분자 액정 자신이 액정성을 나타낼 필요는 없다.
고분자 액정은 액정성 모노머를 광 또는 열에 의해 중합하여 제조하는 것이 바람직하다. 특히 자외광 또는 가시광으로 중합할 수 있는 액정 모노머는 포토리소 프로세스에 의해 온 사이트로 (기판상에서 직접) 고분자 액정을 제조할 수 있으므로 바람직하다.
액정성 모노머란 실온 또는 광중합시의 온도에 있어서 액정성을 나타내는 모노머를 말한다. 액정성이란 네마틱, 스멕틱, 콜레스테릭 등 공지된 액정상을 나타내는 것을 뜻하는데 콜레스테릭과 같이 분자의 나선의 피치가 짧은 경우에는 본 발명에 적합하지 않다.
액정성 모노머로서는 아크릴산 또는 메타크릴산 등의 에스테르류 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 에스테르를 형성하는 알코올잔기에 페닐기가 1 개 이상 함유되는 것이 바람직하며, 2 개 또는 3 개 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 그리고 에스테르를 형성하는 알코올잔기에 시클로헥실기가 1 개 함유되어도 된다. 액정성 모노머는 그 액정으로서 존재할 수 있는 온도범위를 넓히기 위하여 2 성분 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 광헤드 장치는 광학적으로 이하와 같이 기능한다. 이 회절소자는 배향막의 러빙방향은 전극의 격자에 수직 (도 1 의 좌우방향) 인 방향으로 하였다. 다음의 설명에서는 P 파는 도 1 의 지면과 평행한 방향으로 편광한 광을 의미한다. 회절소자의 광원측 (도 1 에서는 하방) 에서 입사한 S 파 (도 1 의 지면에 수직인 방향으로 편광한 광) 는 하방에서 광학이방성 회절격자로 입사한다. 이 때 광학이방성 회절격자는 S 파에 대하여는 고분자 액정의 수직배향부와 수평배향부가 광학적으로 동일하므로 S 파는 어떤 변화도 받지 않는다. S 파는 그대로 λ/4 판에 입사하고, 원편광으로 변화하여 비구면 렌즈 (대물 렌즈) 를 투과함으로써 거의 100 % 의 광이 광기록매체의 기록면에 도달한다.
광기록매체에서 반사하고 다시 비구면 렌즈를 통하여 되돌아온 광은 다시 λ/4판을 통과하여 편광방향이 90 ° 다른 P 파로 변화한다. P 파가 광학이방성 회절격자로 입사하면 P 파에 대해서는 고분자 액정의 수직배향부와 수평배향부의 굴절률이 다르므로 회절격자로서 기능한다. 그 때, 1 차 회절광으로서 약 40 %, － 1 차 회절광으로서 약 40 % 의 회절효율을 얻을 수 있다. 광검출기를 일방에만 배치한 경우에 40 %, 양방에 배치한 경우에는 계 80 % 의 광이용효율을 얻을 수 있다.
그리고, 2 개의 투명기판에 각각 형성된 2 개의 주기적인 전극을, 그 위치 및 /또는 크기를 비대칭으로 함으로써 전극부에 상당되고 전계에 의해 특정방향으로 배향된 고분자 액정을 좌우비대칭으로 형성할 수 있다. 따라서, ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 높은 광학이방성 회절격자로 할 수 있다.
〔예 1〕
도 1 에 나타낸 바와 같이 두께 3 ㎜, 120 ㎜ × 120 ㎜ 의 유리기판 (1) 의 일표면에 ITO 의 고정의 투명전극 (2) 을 형성한다. 다른 1 개의 동일 유리기판 (4) 을 준비하고, 그 일표면에 포토리소그래피법과 드라이 에칭법으로 ITO 의 투명전극 (2) 을 주기적으로 형성한다. 주기적 투명전극은 전극부분의 폭과 전극이 없는 부분의 폭을 1 : 1 로 한다.
그 후, 스핀 코트법으로 100 ㎚ 정도의 폴리이미드막 (3) 을 2 개의 유리기판 (1,4) 의 투명전극 (2) 을 형성한 면에 막형성한다. 상기 폴리이미드막 (3) 을 수평배향을 위하여 러빙처리한다. 이 때, 전극을 형성한 기판의 러빙 방향은 투명전극 (2) 의 격자에 수직 (주기의 방향) 으로 한다. 2 개의 유리기판을 투명전극 (2) 이 대향하고, 상하의 기판사이의 배향방향의 각도가 180 °가 되도록 배치하고, 2 개의 유리기판 사이의 갭을 3 ㎛ 으로 한다.
그 갭에 4′-ω-아크릴로일옥시알킬옥시-4-시아노비페닐과, 4-ω-아클릴로일옥시알킬옥시안식향산4′-n-알킬옥시페닐에스테르를 주성분으로 하는 액상의 액정재료 (액정성 모노머) 를 주입하고, 2 개의 유리기판 사이에 협지시킨다. 이 때, 액정성 모노머에는 광중합 개시재로서 벤조인이소프로필에테르를 1 % 첨가하여 자외선 경화성의 액정성 모노머 조성물로 한다.
그 후 전극에 5 V 를 인가하고, 전극을 주기적으로 형성한 분할전극에 상당하는 액정성 모노머 조성물을 수직으로 배향시킨다 (수직배향부 (7)). 분할전극에 상당하지 않는 부분은 수평배향부 (8) 로 된다. 분할전극의 피치 (주기) 는 4 ㎛ 로, 1 개의 분할전극의 폭은 2 ㎛ 로 한다. 그 후 파장 360 ㎚ 의 자외선을 전체에 조사하고, 상기 배향상태 그대로 액정성 모노머 조성물 전체를 중합시켜 고화함으로써 전체를 고정한다.
유리기판 (4) 의 상면 (액정과 반대측면) 에 λ/4 판 (5) 을 투명접착제로 적층 접착하고, 그리고 λ/4 판 (5) 의 상면에 평탄성이 좋은 유리기판 (6) 을 투명접착제로 적층 접착한다. 유리기판 (6) 은 회절소자 전체의 광입출사면에서의 파면수차를 개선하기 위하여 설치되지만, λ/4 판 (5) 의 평탄성이 좋은 경우에는 생략할 수도 있다. 이와 같이 하여 광학이방성 회절격자를 가지는 회절소자를 제작하였다.
상기 회절소자는 S 파 (도 1 에서는 지면에 수직인 방향으로 편광한 광) 에 대해서는 전계인가부 (수직배향부 (7)) 에서 굴절률 1.52 (상광(常光)굴절률), 비전계인가부 (수평배향부 (8)) 에서 굴절률 1.53 (상광굴절률) 이었다. P 파 (도 1 에서는 지면에 수직방향으로 편광한 광) 에 대해서는 전계인가부에서 굴절률 1.54 (상광굴절률), 비전계인가부에서 굴절률 1.66 (이상광굴절률) 이 얻어지고, 굴절률차로서 0.12 정도가 얻어졌다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하고, 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 약 80 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ± 1 차 회절광 모두 약 25 % 가 얻어졌다.
〔예 2〕
투명전극 (2) 의 구성을 다음과 같이 변경한 이외에는 예 1 과 동일하게 하여 회절소자를 제작한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이 유리기판 (1) 측의 투명전극 (2) 을 주기적으로 형성하고, 1 개의 분할전극의 폭은 4 ㎛ 으로, 피치는 8 ㎛ 으로 한다. 유리기판 (4) 측의 투명전극 (2) 도 주기적으로 형성하고, 1 개의 분할전극의 폭은 2 ㎛ 으로, 피치는 8 ㎛ 으로 한다. 이 때에도, 배향방향은 어떤 기판도 격자와 직교하는 방향 (주기방향) 으로 하고, 상하 기판 사이의 배향방향의 각도는 180 °로 한다.
이 경우, S 파에 대해서는 전계인가부 (수직배향부 (7)) 에서 굴절률 1.52 (상광굴절률), 비전계인가부 (수평배향부 (8)) 에서 굴절률 1.52 (상광굴절률) 이었다. P 파에 대해서는 전계인가부에서 굴절률 1.53 (상광굴절률), 비전계인가부에서 굴절률 1.65 (이상광 굴절률) 가 얻어지고, 굴절률차로서 0.12 정도가 얻어졌다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하고, 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 약 78 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ＋ 1 차 회절광에서 약 28 %, － 1 차 회절광에서 약 19 % 가 얻어졌다.
〔예 3〕
투명전극 (2) 을 형성하지 않고, 배향막을 다음과 같이 구성한 이외에는 예 1 과 동일하게 회절소자를 제작한다.
유리기판 (1,4) 의 각각에 포토리소그래피법과 마스크 러빙법으로 수평배향막 (폴리이미드막) 과 수직배향막을 번갈아 형성하였다. 수직배향막은 불소계 계면활성제 (C8F17SO2NH(CH2)3N＋(CH3)3·I－) 를 코트하여 형성한다. 수평배향막 끼리와 수직배향막 끼리가 대면하도록 하여 (유리기판 (1,4) 사이에서 대칭이 되도록 하여) 유리기판 (1,4) 을 갭 5 ㎛ 로 적층 접착한다. 수평배향막의 폭을 4 ㎛, 수직배향막의 폭을 4 ㎛ 로 하여 피치 8 ㎛ 의 배향력이 주기적으로 다른 배향막으로 한다. 이 때, 수평배향부의 배향방향은 번갈아 형성되어 있는 주기의 방향으로 한다. 또, 상하의 기판 사이의 배향방향의 각도는 180 °로 한다.
이 경우, S 파에 대해서는 수직배향부에서 굴절률 1.53 (상광굴절률), 수평배향부에서 굴절률 1.53 (상광굴절률) 이었다. P 파에 대해서는 수직배향부에서 굴절률 1.54 (상광굴절률), 수평배향부에서 굴절률 1.65 (이상광 굴절률) 가 얻어지고, 굴절률차로서 0.11 정도가 얻어졌다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하고, 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 약 70 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ＋ 1 차 회절광에서 약 20 %, － 1 차 회절광에서 약 20 % 가 얻어졌다.
〔예 4〕
투명전극 (2) 의 구성을 다음과 같이 변경한 이외에는 예 1 과 동일하게 회절소자를 제작한다.
유리기판 (1,4) 에 투명전극 (2) 을 주기적으로 형성한다. 9 ㎛ 를 1 주기로서 1 주기 중에 거의 3 ㎛ 폭의 비전극부와 약 3 ㎛ 폭의 분할전극 2 개를, 가장자리로부터 상기 순으로 형성한다. 상기 비전극부 끼리와 분할전극 끼리가 대면하도록 하여 (유리기판 (1,4) 사이에서 대칭이 되도록 하여) 유리기판 (1,4) 을 갭 5 ㎛ 로 적층 접착한다. 1 주기 중에서 중앙부의 분할전극 (D) 에는 2 V 를 인가하고, 또 1 개의 분할전극 (E) 에는 5 V 를 인가한다.
이와 같이 하여 비전극부의 액정성 모노머는 수평배향부가 되고, 분할전극 (E) 에 상당하는 부분은 수직배향부가 되며, 분할전극 (D) 에 상당하는 부분은 수평배향과 수직배향의 거의 중간의 배향상태로 되었다. 따라서, 1 주기내의 배향상태는 좌우비대칭이 된다. 그 후, 파장 360 ㎚ 의 자외선을 전체에 조사하고, 상기 배향상태 그대로 액정성 모노머 조성물 전체를 중합시켜 고화함으로써 전체를 고정한다.
이 경우, S 파에 대해서는 수직배향부에서 굴절률 1.52 (상광굴절률), 중간의 배향상태의 부분에서 굴절률 1.52 (상광굴절률), 수평배향부에서 굴절률 1.52 (상광굴절률) 이었다. P 파에 대해서는 수직배향부에서 굴절률 1.66 (상광굴절률), 중간의 배향상태의 부분에서 굴절률 1.60, 수평배향부에서 굴절률 1.54 (이상광 굴절률) 가 얻어지고, 굴절률이 단계적으로 변화하도록 하였다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하고, 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 약 80 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ＋ 1 차 회절광에서 약 29 %, － 1 차 회절광에서 약 20 % 가 얻어졌다.
〔예 5〕
도 1 에 나타낸 바와 같이 두께 1.1 ㎜, 120 ㎜ × 120 ㎜ 의 유리기판 (1,4) 의 일표면에 두께 1000 A 의 ITO 의 투명전극 (2) 을 형성한다. 유리기판 (1,4) 의 ITO 전극에 포토리소그래피법과 웨트 에칭법으로 ITO 의 투명전극 (2) 을 주기적으로 형성한다. 이 때, 주기적 투명전극은 전극부분의 폭과 전극이 없는 부분의 폭을 약 0.8 : 1.2 로 한다.
그 후, 스핀 코트법으로 100 ㎚ 정도의 폴리이미드막 (3) 을 2 개의 유리기판 (1,4) 의 투명전극 (2) 을 형성한 면에 막형성한다. 상기 폴리이미드막 (3) 을 수평배향을 위하여 러빙처리를 ITO 전극격자에 대하여 직교하는 방향으로 한다. 2 개의 유리기판을 투명전극 (2) 이 대향하고, 상하의 기판사이의 배향방향의 각도가 180 °가 되도록 배치하고, 2 개의 유리기판 사이의 갭을 5 ㎛ 으로 한다.
그 갭에 4′-ω-아크릴로일옥시알킬옥시-4-시아노비페닐과, 4-ω-아클릴로일옥시알킬옥시안식향산4′-n-알킬옥시페닐에스테르를 주성분으로 하는 액상의 액정재료 (액정성 모노머) 를 주입하고, 2 개의 유리기판 사이에 협지시킨다. 이 때, 액정성 모노머에는 광중합 개시재로서 벤조인이소프로필에테르를 1 % 첨가하여 자외선 경화성의 액정성 모노머 조성물로 한다.
그 후 전극에 5 V, 100 ㎐ 의 직사각형 교류전압을 인가하고, 전극을 주기적으로 형성한 분할전극에 상당하는 액정성 모노머 조성물을 수직으로 배향시킨다 (수직배향부 (7)). 분할전극에 상당하지 않는 부분은 수평배향부 (8) 로 된다. 분할전극의 피치 (주기) 는 20 ㎛ 로, 1 개의 분할전극의 폭은 8 ㎛ 로 한다. 그 후 파장 360 ㎚ 의 자외선을 전체에 조사하고, 상기 배향상태 그대로 액정성 모노머 조성물 전체를 중합시켜 고화함으로써 전체를 고정한다.
유리기판 (4) 의 상면 (액정과 반대측면) 에 λ/4 판 (5) 을 투명접착제로 적층 접착하고, 그리고 λ/4 판 (5) 의 상면에 평탄성이 좋은 유리기판 (6) 을 투명접착제로 적층 접착한다. 유리기판 (6) 은 회절소자 전체의 광입출사면에서의 파면수차를 개선하기 위하여 설치되지만, λ/4 판 (5) 의 평탄성이 좋은 경우에는 생략할 수도 있다. 이와 같이 하여 광학이방성 회절격자를 가지는 회절소자를 제작한다.
상기 회절소자는 S 파 (도 1 에서는 지면에 수직인 방향으로 편광한 광) 에 대해서는 전계인가부 (수직배향부 (7)) 에서 굴절률 1.52 (상광굴절률), 비전계인가부 (수평배향부 (8)) 에서 굴절률 1.53 (상광굴절률) 이었다. P 파 (도 1 에서는 지면에 평행으로 편광한 광) 에 대해서는 전계인가부에서 굴절률 1.54 (상광굴절률), 비전계인가부에서 굴절률 1.66 (이상광굴절률) 이 얻어지고, 굴절률차로서 0.12 정도가 얻어졌다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하여 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 84 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ± 1 차 회절광 모두 약 32 % 가 얻어졌다.
〔예 6〕
투명전극 (2) 의 구성을 다음과 같이 변경한 이외에는 예 5 와 동일하게 하여 회절소자를 제작한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이 유리기판 (1) 측의 투명전극 (2) 을 주기적으로 형성하고, 1 개의 분할전극의 폭은 8 ㎛ 으로, 피치는 16 ㎛ 으로 한다. 유리기판 (4) 측의 투명전극 (2) 도 주기적으로 형성하고, 1 개의 분할전극의 폭은 6 ㎛ 으로, 피치는 16 ㎛ 으로 한다. 또한 2 개의 기판 사이의 갭은 3 ㎛ 으로 한다. 자외광 반사시에는 7 V, 100 ㎐ 의 직사각형 교류전압을 인가한다.
이 경우, S 파에 대해서는 전계인가부 (수직배향부 (7)) 에서 굴절률 1.52 (상광굴절률), 비전계인가부 (수평배향부 (8)) 에서 굴절률 1.52 (상광굴절률) 이었다. P 파에 대해서는 전계인가부에서 굴절률 1.53 (상광굴절률), 비전계인가부에서 굴절률 1.65 (이상광 굴절률) 가 얻어지고, 굴절률차로서 0.12 정도가 얻어졌다.
광원으로서 반도체 레이저 (광파장 780 ㎚), 상기 회절소자, λ/4 판, 비구면 렌즈 (대물 렌즈), 광디스크, 광검출기로서 포토 다이오드를 사용하고, 광헤드 장치를 제작한다. 광파장 780 m 의 입사광 (S 파) 에 대한 광투과율은 약 89 % 이고, 광디스크로부터의 반사광 (원편광) 이 λ/4 판에 의해 변환된 P 파에 대한 회절효율은 ＋ 1 차 회절광에서 약 40 %, － 1 차 회절광에서 약 26 % 가 얻어졌다.
본 발명에 의해 전극을 주기적으로 형성하거나, 배향막의 배향방향을 주기적으로 변화시킴으로써 작은 피치 (주기) 의 광학이방성 회절격자가 용이하게 얻어진다. 또, 분할전극 또는 분할배향막을 2 개의 투명기판 사이에서 비대칭으로 함으로써 비대칭인 광학이방성 회절격자를 용이하게 형성할 수 있으므로 ± 1 차 회절광 중 어느 하나의 회절효율이 높은 회절소자를 용이하게 제작할 수 있다. 또, 전극만으로 액정성 모노머를 전계에 의해 배향시킬 수 있으므로 배향막을 생략할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 광원으로부터의 광을 회절소자를 통하여 광기록매체에 조사함으로써 정보를 판독 및/또는 정보를 기록하는 광헤드 장치에 있어서, 상기 회절소자는 2 개의 투명기판 사이에 협지된 광학이방성을 가지는 고분자 액정으로 이루어지는 광학이방성 회절격자를 구비하여 상기 고분자 액정의 배향방향이 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 2 개의 투명기판에는 각각 전극이 형성되고, 2 개의 전극의 하나 이상은 주기적으로 형성되는 광헤드 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되어 이루어지고, 상기 2 개의 투명기판 사이에서 상기 2 개의 전극이 비대칭인 광헤드 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 적어도 일방의 주기적으로 형성된 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있는 광헤드 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되고, 양방의 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있는 광헤드 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 적어도 일방의 투명기판의 고분자 액정과 접하는 쪽의 면에 배향막이 설치되고, 적어도 일방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 포함하는 광헤드 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 2 개의 투명기판의 양방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 각각 포함하고, 상기 2 개의 투명기판 사이에 있어서 주기적으로 배향력이 다른 배향막이 비대칭인 광헤드 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 전극상에 배향막이 설치되고, 그 배향막이 전극의 길이방향에 직교하도록 러빙된 배향막인 광헤드 장치.
  9. 광원으로부터의 광을 회절소자를 통하여 광기록 매체에 조사함으로써 정보를 판독 및/또는 정보를 기록하는 광헤드 장치의 제조방법에 있어서, 2 개의 투명기판에 각각 전극을 형성하고, 2 개의 전극의 하나 이상은 주기적으로 형성되고, 2 개의 투명기판의 적어도 일방의 투명기판의 액정재료와 접하는 쪽의 면에 배향막을 설치하고, 2 개의 투명기판 사이에 중합성 액정재료를 협지하고, 상기 전극에 주기적인 전계를 인가하여 액정재료를 배향시키고, 그 상태에서 액정재료를 중합시킴으로써 광학이방성 회절격자를 가지는 회절소자를 제작하는 것을 특징으로 하는 광헤드 장치의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 주기적으로 형성된 전극의 복수의 분할전극을 1 주기로서, 상기 1 주기에 있어서 각각의 분할전극으로 인가하는 전계가 다르도록 하고, 전계의 주기의 방향에 있어서 1 주기내의 액정재료의 배향상태가 좌우비대칭이 되도록 하여 그 후 액정재료를 중합시키는 광헤드 장치의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 2 개의 투명기판 사이에 미중합의 액정재료를 협지하고, 주기적인 마스크 노광에 의해 주기적으로 액정재료를 중합시키는 공정 A 와, 이어서 전면노광에 의해 액정재료 전체를 중합시키는 공정 B 를 실행할 때에 상기 공정 A 또는 공정 B 중 어느 한 공정에 있어서 전압을 인가하는 광헤드의 제조방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 그 배향막은 전극의 길이방향으로 직교하는 방향으로 액정분자가 배열하도록 배향처리된 광헤드의 제조방법.
  13. 2 개의 투명기판 사이에 광학이방성을 가지는 액정을 협지하여 이루어지는 회절소자에 있어서, 2 개의 투명기판 사이에 협지되는 액정이 고분자 액정으로서, 상기 고분자 액정의 배향방향이 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 회절소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 2 개의 투명기판에는 각각 전극이 형성되고, 2 개의 전극의 하나 이상은 주기적으로 형성되는 회절소자.
  15. 제 14 항에 있어서, 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되어 이루어지고, 상기 2 개의 투명기판 사이에서 상기 2 개의 전극이 비대칭인 광헤드 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 적어도 일방의 주기적으로 형성된 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있는 광헤드 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 2 개의 전극의 양방이 주기적으로 형성되고, 양방의 전극의 폭이 주기 피치의 30 ∼ 45 % 로 되어 있는 광헤드 장치.
  18. 제 13 항에 있어서, 적어도 일방의 투명기판의 액정과 접하는 쪽의 면에 배향막이 설치되고, 적어도 일방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 포함하는 회절소자.
  19. 제 18 항에 있어서, 2 개의 투명기판의 양방의 배향막이 주기적으로 배향력이 다른 배향막을 각각 포함하고, 상기 2 개의 투명기판 사이에 있어서 주기적으로 배향력이 다른 배향막이 비대칭인 회절소자.
  20. 제 13 항에 있어서, 전극상에 배향막이 설치되고, 그 배향막이 전극의 길이방향에 직교하도록 러빙된 배향막인 회절소자.
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