무기 웨이브플레이트 - 박막 광학 부품

빛의 진동 방향을 회전시키는 파장판의 기능

파장판은 빛을 효율적으로 활용하는 데 주로 사용되는 광학 부품입니다. 프로젝터와 같은 광학 장치에서 빛의 방향을 원하는 방향으로 조절하는 데 사용됩니다. 아래에서 파장판의 구조와 기능을 자세히 살펴보겠습니다.
여기서 설명하는 편광판은 편광되지 않은 빛을 특정 방향으로 투과시킵니다. 이와 대조적으로, 파장판은 입사광의 위상(빛의 타이밍)을 변화시켜 편광 상태를 변경할 수 있습니다.

다음 두 그림은 가장 일반적인 파장판 두 가지인 반파장판과 1/4파장판을 통과하는 빛의 파동을 보여줍니다.

빛은 두 방향으로 직행하는 빛의 벡터를 합성한 것으로 간주할 수 있습니다. 아래 그림과 같이 위상을 1/2 파장 어긋난 경우는, 어긋나지 않았을 때에 대해서 90도의 각도가 붙은 직선 편광을 얻을 수 있습니다.

한편, 아래의 그림은 위상의 타이밍을 4분의 1 어긋나는 1/4 파장판에서 출력되는 빛의 모식도입니다. 합성된 빛의 벡터가 나선형으로 호를 그리기 때문에 "원편광"이라고 합니다. 1/4 파장판은 반대로 원 편광의 빛을 입력하면 직선 편광의 빛을 출력할 수 있습니다.

파장판에 의해 빛을 효율적으로 이용

다음으로, 실제로 파장판이 기기 안의 어떠한 장소에 사용되고 있는지를 예시합니다. 파장판이 사용되고 있는 기기의 하나로, 회의 등에서 이용되는 프로젝터가 있어, 그 내부에 있는 PS 컨버터라고 하는 광학 부품에 짜넣어지고 있습니다. 광원으로부터 방출된 광은 PS 컨버터에 의해 편광 변환되어 액정에 매치한 편광에 맞추어 광 이용 효율이 높아지는 것입니다.

아래 그림은 광원의 빛이 PS 컨버터를 통과한 후 프로젝터 내부에서 어떤 경로를 따라 이미지를 투사하고 있는지를 보여줍니다. 좌측의 광원이 발하는 무편광의 빛은, P편광(가로 방향으로 진동하고 있는 빛)과 S편광(세로 방향으로 진동하고 있는 빛)이 섞인 상태입니다. PS 컨버터(편광 변환 소자)는 S 편광은 그대로 투과하지만 P 편광은 1/2 파장판을 통과하여 S 편광으로 변환하여 투과합니다. 즉, 무편광의 빛을 S 편광의 빛으로 바꾸는 것이 PS 컨버터(1/2 파장판)의 역할입니다. PS 컨버터를 투과한 S편광은, 편광 빔 스플리터로 반사한 후, 반사형 액정 패널에 입사해, 화상을 출력하는 화소만 P편광으로 변화해, 편광 빔 스플리터를 투과해 화상이 투영됩니다.

파장판에 요구되는 제1의 성능은, 「회전 투과율」이 높은 것입니다. 회전 투과율이란 파장판에 입사한 빛이 얼마나 효율적으로 편광 변환되었는지를 나타내는 비율을 말합니다. 아래는 덱세리얼즈가 개발한 광대역 1/2 파장판의 편광 투과율을 나타내는 2종류의 그래프입니다. 위가 파장을 가로축으로 취한 그래프로, 아래는 빛의 입사각을 가로축으로 하고 있습니다. 광원의 빛을 가능한 한 유효하게 사용하기 위해서는 가능한 한 넓은 파장 대역, 입사각으로 100%에 가까운 편광 투과율을 유지하는 것이 요구됩니다.

덱세리얼즈 무기 파장의 특징

기존의 파장판의 대부분은 유기 재료로 만들어졌습니다. 유기 재료는 비용이 저렴하다는 장점이 있지만 열에 약하다는 큰 단점이 있습니다. 그 때문에, 최근의 고휘도화가 진행되고 있는 프로젝터에서는 장기간 사용에 견딜 수 있는 무기 재료의 파장판이 사용되게 되어 있습니다.

덱세리얼즈에서 개발한 무기 파판은 다음과 같은 세 가지 주요 특징을 가지고 있습니다.

1. 무기 재료이기 때문에, 내열·내광성이 우수하다.
2. 박막 공정에서의 제조에 의해, 고객의 요구에 맞는 작은 위상차의 막을 설계할 수 있다.
3. 박막 공정에서의 제조에 의해, 입사각 의존성이 적은 위상차판의 제작이 가능하다.

석영으로 만든 무기 웨이브 플레이트도 있습니다. 그러나 석영 파장판은 1/2 또는 1/4 위상 차이를 달성하기 위해 기계적 연마 공정을 사용하기 때문에 정확도가 떨어집니다.

이에 반해 덱세리얼즈가 개발한 박막 공정에 의한 파장판은 무기 재료를 유리 기재 위에 사방 증착함으로써 기둥 형상 구조를 형성하고 위상차를 발현한다. 따라서 높은 정밀도로 제조할 수 있습니다.

보다 밝고, 고화질의 영상을 투영할 수 있는 프로젝터의 성능 향상의 실현을 향해, 앞으로도 덱세리얼즈는 연구를 진행해 나갈 것입니다.