CN1300605C - 全息元件及其制造方法，以及电子光学部件 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于降低基板的膨润应变并防止在全息元件中形成裂缝。本发明的全息元件包括在其上具有全息衍射栅格的基板以及在基板上形成并覆盖全息衍射栅格的低透湿性膜，其中基板具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域。通常，由基板的吸湿性引起的膨润应变影响裂缝形成比率。本发明的全息元件包括具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域的基板，使得也从其中形成低透湿性膜的表面吸收水分。因此，缓和膨润应变以防止形成裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及一种全息元件及其制造方法，以及提供有该全息元件的电子光学部件。本发明的全息元件优选地用于比如CD、CD-ROM、MD和LD这样的光盘的拾波部件。
背景技术
图4是示出了现有全息元件51的结构的侧视图。现有全息元件51包括在由丙烯酸(类)树脂制成的透明基板52的两个表面上通过底层涂料层53a和53b的紫外线硬化型树脂层55a、55b。在紫外线硬化型树脂层55a、55b上通过光聚合物方法等形成全息衍射栅格。在紫外线硬化型树脂层55a、55b的两面上基本全面形成作为防反射膜的介电膜57a、57b(例如，参考日本未审查专利公开No.Hei11-311711(1999))。
由丙烯酸(类)树脂制成的透明基板52具有高吸湿性并且通过吸收水分而膨胀。在具有低透湿性的介电层完整形成在透明基板52的两个表面上的情况中，丙烯酸(类)树脂基板仅从侧面吸收水分并且通过吸收而膨胀，并由此产生膨润应变(swelling strain)。
在全息元件51由坚固的固定方法，比如4点固定或4边固定，而固定在包括激光芯片和光束检测部件的激光单元的情况中，在60℃和90％RH的条件下，因为膨润应变可能在树脂基板形成裂缝。
发明内容
考虑现有技术的上述情况，本发明意在减轻基板的膨润应变并防止在全息元件中形成裂缝。
本发明的全息元件包括在其上具有全息衍射栅格的基板以及在基板上形成并覆盖全息衍射栅格的低透湿性膜，其中基板具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域。
通常，由基板的吸湿性引起的膨润应变影响裂缝形成比率。本发明的全息元件包括具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域的基板，使得也从其中形成低透湿性膜的表面吸收水分。因此，缓和膨润应变以防止形成裂缝。
本发明还涉及一种全息元件的制造方法，其包括：在基板上形成多个全息衍射栅格；在基板上形成低透湿性膜，从而覆盖全息衍射栅格；形成具有规定的深度的沟槽，从而限定全息衍射栅格；以及以保留沟槽的底部的方式将基板切割。
本发明另外还涉及一种全息元件的制造方法，其包括：在基板上形成多个全息衍射栅格；通过使用在对应于全息衍射栅格的区域具有开口的掩膜，在基板上形成低透湿性膜，从而在基板上形成未被低透湿性膜覆盖的暴露区域；以及将基板切割从而限定全息衍射栅格。
本发明还涉及一种电子光学部件，其包括如上所述的全息元件。
附图说明
图1是根据本发明的实例1的全息元件的结构的侧视图。
图2是示出了根据本发明的实例2的全息元件的侧视图。
图3是示出了根据本发明的实例3的全息激光单元的结构的截面侧视图。
图4是示出了现有全息元件的结构的侧视图。
具体实施方式
本发明的全息元件包括其上具有全息衍射栅格的基板以及在基板上形成并覆盖全息衍射栅格的低透湿性膜，其中基板具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域。
在这个说明书中，“暴露区域”表示具有合适的大小以通过本发明的原理或功能产生本发明的效果的暴露区域。低透湿性膜的涂覆缺陷和由涂覆的划痕形成的暴露区域不包括在本发明的“暴露区域”中。
可以通过，例如，下面两种方法形成这种全息元件。
(第一方法)
根据第一方法的全息元件的制造方法包括：(1)在基板上形成多个全息衍射栅格；(2)在基板上形成低透湿性膜，从而覆盖全息衍射栅格；(3)形成具有规定的深度的沟槽，从而限定全息衍射栅格；以及(4)以保留沟槽的底部的方式将基板切割。
将描述上述步骤(1)，就是说，在基板上形成多个全息衍射栅格的步骤。
作为基本，可以使用例如对可见激光光束具有透射性的材料，比如，丙烯酸(类)树脂、聚烯烃树脂、PET树脂、PP树脂或玻璃。在将要在下面描述的通过光聚合物方法形成衍射栅格的情况中，基板优选的具有对紫外线的高透射性。在使用丙烯酸(类)树脂作为基板的情况中，因为丙烯酸(类)树脂具有高吸湿性，本发明特别有效。
可以在基板的一部分或基板的整个表面上形成全息衍射栅格。每个全息衍射栅格可以被划分为多个区段，并具有不同的栅格间隔、占空比和沟槽形状。
可以通过，例如，下面的两种方法形成全息衍射栅格。
全息衍射栅格的第一形成方法包括(a)通过光刻法和蚀刻技术在基板上形成对应于衍射栅格的图形的掩膜以及(b)通过使用掩膜执行各向异性蚀刻到规定的深度。
可以通过在CF4和CHF3的气体环境中的反应离子蚀刻方法执行各向异性蚀刻。
全息衍射栅格的第二形成方法是所谓的光聚合物方法，并且其包括(a)加压具有对应于全息衍射栅格的图形的形状的主板和基板，使得它们通过紫外可硬化的或热固性的树脂紧密接合，以及(b)在这种状态中向它们放射光线或施加热量。
优选地使用丙烯酸型紫外可硬化树脂作为材料。而且，形成底层涂料层以增加在基板和光或热固性树脂之间的附着强度的步骤可以被加到步骤(a)之前。
之后，将描述上述步骤(2)，也就是，在基板上形成低透湿性膜从而覆盖全息衍射栅格的步骤。
“从而覆盖全息衍射栅格”包括整个或部分覆盖多个全息衍射栅格的情况。而且，它包括整个或部分覆盖每个全息衍射栅格的情况。
低透湿性膜是具有通过在基板上形成的膜降低基板的吸湿性的功能的膜。低透湿性膜还包括具有一定程度的透湿性以实现本发明的目的膜。
低透湿性膜可以是，例如，无机介电膜。具体地说，可以通过依次地在基板上形成第一层而后在其上形成第二层来构成无机介电膜。第一层可以是氧化钛和氧化锆的混合物的层，第二层可以是氧化硅层。这种膜可以通过，例如，RF离子电镀方法形成。具有这种结构的膜坚固的粘贴到比如丙烯酸基板这样的塑料基板，使得在500小时85℃的高温测试、500小时-40℃低温测试、500周期-40℃
85℃的循环测试以及500小时60℃和90％RH的高温高湿测试中没有膜分离，几乎不示出光特性的变化，且因此成为具有高可靠性的抗反射膜。
低透湿性膜作为，例如，防反射膜和/或保护膜工作，用于保护衍射栅格。
之后，将描述步骤(3)，也就是，形成具有规定深度从而限定全息衍射栅格的沟槽的步骤。
例如，通过使用0.3mm厚的切割叶片(dicing blade)形成沟槽。沟槽的形成移去了低透湿性膜并形成暴露区域。随着暴露区域变宽，可以更加减少基板的膨润应变。因此，沟槽的形状优选的宽度更宽且深度更深。如果沟槽的深度是基板深度的3/4或更多，基板容易断裂，并且因此，沟槽的深度优选的在基板深度的1/3到3/4的范围中。
之后，将描述步骤(4)，也就是，以保留沟槽的底部的方式将基板切割的步骤。
可以使用，例如，0.3mm厚的切割叶片来执行切割。在这个步骤中，将基板切割以获得各个全息元件。因为以保留沟槽的底部的方式将基板切割，各个全息元件具有沟槽，并且在沟槽中形成暴露区域。根据这个方法，很容易形成暴露区域。
另外，可以以仅移去每个沟槽的侧壁的一侧并且留下沟槽的底部的方式将基板切割。在这种情况中，每个全息元件在表面的端部具有阶梯，并且阶梯的下部未被低透湿性膜覆盖。因此，在阶梯的下部形成暴露区域。可以通过在表面的端部形成阶梯来使得全息元件的外部形状更小。因此，如果在光学拾波器中装配全息元件，可以更容易地避免和其他部件互相干涉，并且使得光学拾波器可以更小。
(第二方法)
根据第二方法的全息元件的制造方法包括：(1)在基板上形成多个全息衍射栅格；(2)通过使用在对应于全息衍射栅格的区域具有开口的掩膜，在基板上形成低透湿性膜，从而在基板上形成未被低透湿性膜覆盖的暴露区域；以及(3)将基板切割从而限定全息衍射栅格。
上述步骤(1)和第一方法的步骤(1)相同。
因此，将描述上述步骤(2)，也就是，通过使用在对应于全息衍射栅格的区域具有开口的掩膜，在基板上形成低透湿性膜，从而在基板上形成未被低透湿性膜覆盖的暴露区域的步骤。
上述的“在对应于全息衍射栅格的区域具有开口的掩膜”包括具有对应于多个全息衍射栅格的一些或全部的开口的掩膜。而且，它包括具有对应于每个全息衍射栅格的一部分的开口的掩膜。另外，它包括在全息衍射栅格以外的区域具有开口的掩膜。如果使用这种掩膜形成低透湿性膜，在开口中形成低透湿性膜并且在覆盖有掩膜的区域中形成暴露区域。因为暴露区域的缘故，降低基板的膨润应变，并且实现本发明的目的。为了尽可能地拓宽暴露区域，优选的形成低透湿性膜使得其仅覆盖全息衍射栅格。暴露区域可以形成在要制造的全息元件的表面端部，并且可以形成在表面端部以外的区域。可以通过光刻法和蚀刻技术形成掩膜。
之后，将描述步骤(3)，也就是，将基板切割从而限定全息衍射栅格的步骤。
使用0.3mm厚的切割叶片来执行切割。通过该步骤，将基板切割并获得各个全息元件。
在第二方法中，可以以由掩模覆盖的切割线来形成低透湿性膜(因此，不在线上形成膜)，并且在这个情况中使得切割更容易，并且可以增加处理速度，而且用于切割的叶片(切割工具)的寿命延长，从而减少成本。
可以应用于第二方法的第一方法的描述包括在第二方法的描述中。
从另一方面，本发明提供一种电子光学部件，并向其提供上述的全息元件。
该电子光学部件包括，例如，全息激光单元和光学拾波器。
全息单元包括，例如，彼此通过紫外可硬化的树脂接合在一起的激光单元和全息元件。可以在4点或4边执行粘附。向激光单元提供，例如，发光装置、光接收装置以及包围它们的帽。向帽提供玻璃窗口。
向光学拾波器提供，例如，全息激光单元、升降镜，并且物镜和升降镜反射来自全息激光单元的光线，并且将光线引到物镜。被引到物镜的光线在比如CD-ROM这样的记录介质上会聚，以记录或读取信息。
因为在本发明的全息元件中不容易形成裂缝，在提供有全息元件的电子光学部件中不容易引起损坏，并且这种电子光学部件具有高的可靠性和低成本。
在这个说明书中，短语“在基板上”包括和基板相邻，通过保护膜、绝缘膜、或其他功能膜和基板相邻，以及在非接触状态中在半导体基板之上的概念。而且，短语“在基板上”包括“在层压膜的方向上”的概念。因此，在基板的下表面上形成多层膜的情况中，使用短语“在基板上”。短语“在膜上”和“在层上”也是相同的。
实例1
图1是示出了根据本发明的实例1的全息元件1的结构的侧视图。
向这个实例1的全息元件1提供透明基板2。作为透明基板2，使用由Sumitomo Chemical Co.，Ltd制造的丙烯酸(类)树脂突出模制产品(商标名称：Sumipex；等级名称：E010)。在透明基板2的两个表面上形成包括N-乙烯基-2-吡咯烷酮溶剂的底层涂料层3a，3b。在底层涂料层3a，3b上形成由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd制造的其上具有精细图形的紫外可硬化的树脂层(MP-107)5a、5b。在紫外可硬化的树脂层5a、5b上通过光聚合物方法形成精细图形。各个紫外可硬化的树脂层5a、5b的精细图形相互对准。在紫外可硬化的树脂层5a、5b上形成介电膜7a、7b。
在透明基板2中形成阶梯9，并且在下部10上没有形成介电膜，从而暴露透明基板2。因此，透明基板2可以从上侧吸收水分以缓和透镜基板2的膨润应变。
在下文中，将参考图1描述全息元件1的制造方法。
(底层涂料处理步骤)
在透明基板2的两个表面上形成底层涂料层3a，3b。具体的说，在N-乙烯基-2-吡咯烷酮溶剂中浸泡被设置在盒中的十片透明基板2。之后，通过使用旋转式脱水机，例如Bar Tech Inc.制造的Rinser DrierMODEL 1600-3移去过多的溶剂，并且在清洁的烘烤炉中在85℃将基板干燥10分钟。在旋转式脱水机装置中，因为它对这种溶剂的抵抗力以及考虑到溶剂的可燃性，使用Teflon(注册商标)作为防护材料，从而执行防止爆炸的应对措施。
(光聚合物形成步骤)
之后，在底层涂料层3a，3b上形成紫外可硬化的树脂层5a、5b，其具有被布置以形成矩阵的多个全息衍射栅格。具体的说，使用由I.Graphic Co.制造的光聚合物形成装置，以形成矩阵的布置形成多个全息衍射栅格。将由Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.制造的紫外可硬化的树脂(MP-107)用作用于形成全息衍射栅格的材料。
(防反射膜涂覆步骤)
在紫外可硬化的树脂层5a、5b上形成作为防反射膜的介电膜7a、7b。具体的说，使用由Shincron Co.制造的沉积装置BMC-850DCI，以在紫外可硬化的树脂层上通过射频离子电镀方法(RF-IP)形成ZrO2+TiO2混合层和SiO2层的双膜结构。因为这个膜具有低透湿性，对于降低膨润应变，形成未被膜覆盖的暴露区域是很重要的。(将在下面描述在各个实施例之间的关系)。
(沟槽处理步骤)
之后，从透明基板2的上侧形成阶梯9。具体的说，使用由DiscoCo.制造的切割装置形成具有1mm深度和0.3mm宽度的沟槽，该深度是2mm厚的丙烯酸(类)材料的大约一半。
(切割步骤)
将获得的透明基板2切割以完成全息元件1的制造。具体的说，使用由Disco Co.制造的切割装置(叶片的厚度：0.3mm)，以在规定尺寸执行切割。
如果沟槽形状在宽度上更宽并且在深度上更深，更加抑制在高温和高湿产生的裂缝。如果沟槽的深度是基板厚度的3/4或更多，存在强度问题并且因此深度优选的是基板厚度的1/3到3/4。因为沟槽宽度是等于叶片厚度的0.3mm，可以通过单一过程形成沟槽。
实例2
图2示出了根据本发明的实例2的全息元件21的结构的侧视图。其和实例1的全息元件的不同在于是否在透明基板2中形成阶梯。这个实例的全息元件21的形成如下。
首先，类似于实例1，执行底层涂料处理步骤和光聚合物形成步骤。之后，通过使用在对应于全息衍射栅格的区域中具有开口的掩膜形成介电膜。具体的说，使用具有2.4mm×2.4mm尺寸的开口的掩膜(全息元件的尺寸是3.2mm×2.4mm)。在这个步骤中形成具有对应于覆盖有掩膜的区域的暴露区域的介电膜。
以和实例1相同的方式执行透明基板2的切割以完成全息元件21的制造。
实例3
图3示出了根据本发明的实例3的全息激光单元31的结构的侧视图。
全息激光单元31包括彼此通过紫外可硬化的粘合剂35等粘贴的实例1的全息元件1和激光单元33。通过将粘合剂应用到全息元件的所有四个边缘执行粘贴。向激光单元33提供晶体管管座36、子装配台36a、发光装置37、光接收装置39、以及包围它们的帽41。向帽41提供玻璃窗口43。发光装置37和光接收装置39和电极45电气连接。
制造这种全息激光单元31，并且其经受300小时65℃的高温和95％RH的高湿测试，在全息元件没有发现裂缝形成。而且，在1000小时60℃和90％RH的测试之后没有发现形成裂缝。以这种方式，可以通过在60℃和90％RH的高温和高湿条件下的测试检查是否形成裂缝。
对于实例2的全息元件21，也执行相同实验，在相同情况下没有发现形成裂缝。
Claims (8)
1.一种全息元件，其包括在其上具有全息衍射栅格的基板以及在基板上形成并覆盖全息衍射栅格的低透湿性膜，其中基板具有未被低透湿性膜覆盖的暴露区域。
2.如权利要求1所述的全息元件，其中，该基板在表面的端部具有阶梯，并且在阶梯的下部形成暴露区域。
3.如权利要求1所述的全息元件，其中，该基板由丙烯酸类树脂制成。
4.如权利要求1所述的全息元件，其中，该低透湿性膜是无机介电膜。
5.如权利要求1所述的全息元件，其中，该低透湿性膜是通过依次地在基板上形成第一层而后在其上形成第二层而形成的，其中该第一层是氧化钛和氧化锆的混合层，且该第二层是氧化硅层。
6.一种全息元件的制造方法，其包括：(1)在基板上形成多个全息衍射栅格；(2)在基板上形成低透湿性膜，从而覆盖全息衍射栅格；(3)形成具有规定的深度的沟槽，从而限定全息衍射栅格；以及(4)以保留沟槽的底部的方式将基板切割。
7.一种全息元件的制造方法，其包括：(1)在基板上形成多个全息衍射栅格；(2)通过使用在对应于全息衍射栅格的区域具有开口的掩膜，在基板上形成低透湿性膜，从而在基板上形成未被低透湿性膜覆盖的暴露区域；以及(3)将基板切割从而限定全息衍射栅格。
8.一种电子光学部件，其具有如权利要求1所述的全息元件。
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