JP2000147254A

JP2000147254A - 偏光分離素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000147254A
Application number: JP10318453A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kobayashi; 一雄小林; Takahisa Fukuzawa; 孝久福澤
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光分離素子において、紫外線によるパター
ン露光後の透明相に含まれるカルボン酸の揮発を抑制
し、この透明相の凹みの発生を防止、あるいは抑制でき
ること。【解決手段】偏光分離素子１はガラス基板１０を有し
ている。このガラス基板１０の表面１０１にはポリジア
セチレン誘導体膜１１からなる周期格子１２が形成され
ている。この周期格子１２は、誘導体膜１１に紫外線を
選択的に照射することにより形成されている。周期格子
１２の第１の色相変化部１２１は透明相に色相変化して
いる。紫外線照射により第１の色相変化部１２１に生成
された揮発性のカルボン酸は、カルシウムイオンによっ
てキレート化される。このため、当該カルボン酸が時間
の経過と共に揮発するのを抑制できる。従って、偏光分
離素子１は、第１の色相変化部１２１の凹みの発生を防
止、あるいは抑制でき、周期格子１２の回折特性を安定
したものにできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学装置、
特に光ピックアップ装置に用いられる偏光分離素子およ
びその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、
ポリジアセチレン誘導体からなる薄膜の表面に周期格子
を形成した偏光分離素子およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光ピックアップ装置等に用いられる偏光
分離素子としては、ポリジアセチレン誘導体からなる薄
膜の表面に周期格子を形成したものが知られている。こ
の偏光分離素子は以下のようにして製造される。

【０００３】まず、光学的等方性基板の一方の表面に、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）塗布工程、ラビ
ング工程の後、ジアセチレンモノマーを蒸着する。次
に、蒸着したジアセチレンモノマーに紫外線を照射し、
当該ジアセチレンモノマーを重合してポリジアセチレン
誘導体からなる薄膜を形成する。次に、光学的等方性基
板を紫外線透過部分が周期格子状に形成されたフォトマ
スクで覆い、当該フォトマスクを介して薄膜の表面に紫
外線をパターン露光する。この結果、当該薄膜の表面に
は、互いに屈折率の異なる第１および第２の色相変化部
が交互に配列された周期格子が形成される。第１の色相
変化部は、パターン露光時に紫外線照射を受けて透明相
に色相変化したポリジアセチレン誘導体膜となってお
り、第２の色相変化部は、その時に紫外線照射を受けず
に色相変化しなかった赤色相または青色相のポリジアセ
チレン誘導体膜になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、透明相のポリ
ジアセチレン誘導体膜（第１の色相変化部）は時間の経
過と共に凹みが増大し、周期格子の回折特性を変動させ
てしまう傾向にある。本出願人等は、この原因を調べた
ところ、以下のような新たな知見が得られた。ポリジア
セチレン誘導体は、紫外線を用いて透明相に色相変化さ
せると、当該透明相に揮発性のカルボン酸とみられる物
質が生成される。この透明相に生成されたカルボン酸
が、紫外線によるパターン露光後に徐々に揮発して、透
明相の凹みが時間とともに増大する。

【０００５】このような知見によれば、偏光分離素子の
周期格子の回折特性が変動することを防止するには、紫
外線によるパターン露光後の周期格子におけるカルボン
酸の揮発を抑制することにより、透明相の凹みの増大を
防止すれば良い。例えば、周期格子は、紫外線のパター
ン露光後に、エージング処理によって、ほぼ完全にカル
ボン酸の揮発成分を周期格子（薄膜）から追い出すこと
も可能である。しかしながら、偏光分離素子は、エージ
ング処理における加熱によって、周期格子からカルボン
酸の揮発成分を追い出すと、周期格子の透明相が過剰に
凹んでしまい所望の回折特性を得ることが難しくなる。

【０００６】このような点に鑑みて、本発明の課題は、
パターン露光後の透明相におけるカルボン酸の揮発に起
因した当該透明相部分の凹みの発生を防止あるいは抑制
可能な偏光分離素子、およびその製造方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の偏光分離素子は、光学的等方性基板と、こ
の光学的等方性基板の光入射面および光出射面の少なく
とも一方の面に形成したポリジアセチレン誘導体からな
る薄膜と、この薄膜に対して紫外線を選択的に照射する
ことにより、互いに屈折率の異なる第１および第２の色
相変化部を周期的に形成した周期格子とを有し、前記第
１の色相変化部を透明相に色相変化させた偏光分離素子
において、前記第１の色相変化部に含まれる揮発性のカ
ルボン酸を所定の金属イオンでキレート化したものとす
ることを特徴としている。

【０００８】本発明の偏光分離素子において、周期格子
は透明相である第１の色相変化部に含まれる揮発性のカ
ルボン酸（カルボキシル基）を所定の金属イオンでキレ
ート化することにより、当該カルボン酸のＯＨ基は金属
イオンと置き換えられている。すなわち、本発明の偏光
分離素子は、ポリジアセチレン誘導体からなる薄膜にキ
レート化された金属イオンを含有する。したがって、周
期格子の透明相では、紫外線によるパターン露光後に含
有されるカルボン酸の揮発成分を抑制でき、透明相の凹
み発生を防止あるいは抑制できる。このため、偏光分離
素子における周期格子の回折特性を、経時変化が非常に
少ない、安定した特性にできる。

【０００９】ここで、透明相に生成されたカルボン酸を
有効にキレート化するための金属イオンとしては、例え
ば、Ｃａ²⁺、Ｃｕ²⁺、Ｍｇ²⁺、Ｂａ²⁺、およびＦｅ²⁺等
の２価の金属イオンを用いれば良い。また、本発明にお
いては、２価の金属イオンに限定するものではなく、２
価以上の金属イオンであればもちろん良い。

【００１０】本発明の偏光分離素子は、以下のようにし
て製造することができる。まず、前記光学的等方性基板
の光入射面および光出射面のうちの少なくとも一方の面
に、ＰＥＴ塗布工程、ラビング工程の後、ポリジアセチ
レン誘導体からなる薄膜を形成する。次に、当該薄膜に
対して選択的に紫外線を照射することにより、前記第１
および第２の色相変化部を周期的に形成した前記周期格
子を当該薄膜の表面に形成する。その後、前記周期格子
は、前記金属イオンを含有した塩基、すなわち、水酸化
物の水溶液に前記周期格子を浸漬して、この水酸化物
と、ポリジアセチレン誘導体からなる薄膜を中和反応さ
せ、前記第１の色相変化部に含まれる揮発性のカルボン
酸を前記金属イオンでキレート化する。このような製造
方法によって、偏光分離素子は、透明相に含まれる揮発
性のカルボン酸が所定の金属イオンでキレート化され揮
発し難くなり、透明相の凹みの発生を防止あるいは抑制
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明を適用した偏光分
離素子の概略構成図である。この図に示すように、偏光
分離素子１は、光入射面となる面１０２と、光出射面と
なる面１０１を備えた光学的等方性基板としてのガラス
基板１０を有している。ガラス基板１０は、その出射面
１０１にポリジアセチレン誘導体（ＰＤＡ）からなる所
定の膜厚の薄膜１１が形成されている。ポリジアセチレ
ン誘導体膜（薄膜）１１の表面には、当該表面を紫外線
でパターン露光することによって周期格子１２が形成さ
れている。ここで、ガラス基板１０の表面１０１には、
ポリジアセチレン誘導体膜１１の下地として、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）膜からなる配向誘導膜１
３が成膜されている。なお、周期格子１２は、入射面１
０２に形成することもできる。

【００１２】ポリジアセチレン誘導体膜１１は、以下の
化学式（１）に示されるポリジアセチレンの誘導体から
構成されている。

【００１３】

【化１】

【００１４】ポリジアセチレン誘導体膜１１は、図１に
示すように、Ｘ―Ｙ平面内で配向されている。その膜１
１の主鎖方向（配向方向）は矢印Ｈで示すＹ軸方向であ
る。

【００１５】このようなポリジアセチレン誘導体膜１１
は、紫外線が照射されると、分子鎖が切断され、青色、
赤色、透明の順に、あるいは、青色にならずに赤色、透
明の順に色相変化する。ポリジアセチレン誘導体膜１１
は、このような色相変化に伴って、配向方向Ｈにおける
屈折率が下がる性質を備えている。

【００１６】本形態では、これらの性質を利用して、周
期格子１２が形成されている。すなわち、偏光分離素子
１では、ポリジアセチレン誘導体膜１１に対して選択的
に紫外線を照射することによって、色相変化した第１の
色相変化部１２１と、紫外線が照射されずに、そのまま
残された第２の色相変化部１２２とが交互に配列された
周期格子１２が形成されている。周期格子１２の屈折率
は、第１の色相変化部１２１の屈折率が紫外線の照射前
より低下しており、第２の色相変化部１２２の屈折率が
紫外線の照射前とほぼ同一である。周期格子１２の第２
の色相変化部１２２および第１の色相変化部１２１は、
それぞれ、赤色相および透明相に色相変化している。な
お、第２の色相変化部１２２の色相は青色相である場合
もある。

【００１７】ここで、周期格子１２の透明相に色相変化
した第１の色相変化部１２１には、揮発性のカルボン酸
と見られる物質が生成されることが明らかとなってい
る。このため、本形態では、後述のように、第１の色相
変化部１２１に生成されたカルボン酸を所定の金属イオ
ンでキレート化して、当該カルボン酸による揮発性を抑
制している。

【００１８】（偏光分離素子１の製造方法）図２および
図３には、偏光分離素子１の製造工程の概略のフローチ
ャートを示してある。これらのフロチャートに従って、
本形態の偏光分離素子１の製造方法を説明する。

【００１９】まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス基
板１０の表面１０１にＰＥＴ膜からなる配向誘導膜１３
を形成する。配向誘導膜１３は次のようにして形成す
る。まず、ＰＥＴを少量のフッ素系アルコール溶液に飽
和するまで溶解する。その後、塩素系の希釈液で１０倍
に希釈して沈殿物などを取り除く。そして、このように
して用意したＰＥＴ溶液を光学的等方性を有するガラス
基板１０の表面１０１に塗布する。この結果、ガラス基
板１０の表面１０１にはＰＥＴ膜が成膜される。このＰ
ＥＴ膜の膜厚は、例えば１００〜２００ｎｍである。次
に、ＰＥＴ膜の表面をナイロン、レーヨン、ポリエステ
ル等の材質のクロスで一方向にラビング処理（配向処
理）する。これにより、ＰＥＴ膜が配向誘導膜１３にな
る。

【００２０】次に、図２（Ｂ）に示すように、配向誘導
膜１３の表面に、化学式（１）に示したポリジアセチレ
ン誘導体膜１１を形成するためのジアセチレンモノマー
１１ａを真空蒸着法により成膜する。この真空蒸着の際
に、ジアセチレンモノマー１１ａは、配向誘導膜１３が
ラビング処理された方向に沿って自発的に配向する。こ
のときの真空蒸着の条件は、例えば、抵抗加熱による加
熱温度が１２４℃、蒸着速度が０．２ｎｍ／ｓ、圧力が
１〜４×１０^-3Ｐａである。この結果、配向誘導膜１３
の表面に所望の膜厚のジアセチレンモノマー１１ａが成
膜する。

【００２１】図２（Ｃ）に示すように、ジアセチレンモ
ノマー膜１１ａの全面に紫外線（ＵＶ）を照射してジア
セチレンモノマー膜１１ａをポリマー化（重合）する。
この重合時には、Ｘｅ−Ｈｇランプの放射照度を約２ｍ
Ｗ／ｃｍ²とし、照射時間を２０秒程度として紫外線を
照射する。この結果、紫外線重合されたポリジアセチレ
ン誘導体膜１１が成膜される。この後に、ポリジアセチ
レン誘導体膜１１を熱処理して、青相から赤相へ色相変
化させる。

【００２２】これは、偏光分離素子１を、ＤＶＤの記録
再生用の光ピックアップ装置に組込むことを想定してい
るためである。すなわち、以下の工程を経て作製される
偏光分離素子１が、ＤＶＤ用の光ピックアップ装置に使
用されるレーザ光の波長（６５０ｎｍ）に対する吸収が
少なくなるためである。なお、偏光分離素子１をＣＤの
記録再生用の光ピックアップ装置に組込むことを想定し
ている場合は、熱処理を省いて、ポリジアセチレン誘導
体膜１１が青相のままでも良い。これは、偏光分離素子
１がＣＤ用の光ピックアップ装置で使用される光の波長
（７８０ｎｍ）に対する吸収が少なくなるためである。

【００２３】次に、図３（Ａ）に示すように、ポリジア
セチレン誘導体膜１１の表面に紫外線を部分的に照射し
て周期格子１２を形成する。この工程においては、ま
ず、ポリジアセチレン誘導体膜１１上に、フォトマスク
１５（クロムマスク）を配置する。このフォトマスク１
５には、透光部分１５１と、遮光部分１５２を備えた回
折格子パターンが形成されている。このようなフォトマ
スク１５の上方からコリメートされた紫外線を照射す
る。このときの光源としては、Ｘｅ−Ｈｇランプを用
い、その強度を約２ｍＷ／ｃｍ²、照射（露光）時間を
約１時間とする。

【００２４】この結果、ポリジアセチレン誘導体膜１１
の表面には、フォトマスク１５の透光部分１５１を通っ
て紫外線が照射されて透明相に色相変化した第１の色相
変化部１２１が形成される。また、ポリジアセチレン誘
導体膜１１の表面には、フォトマスク１５の遮光部分１
５２に相当する部分が、紫外線の影響を受けないため、
そのままの状態を保持され第２の色相変化部１２２が形
成される。すなわち、ポリジアセチレン誘導体膜１１の
表面には、パターン露光されることによって、しばらく
した後、周期格子１２が形成される。なお、第２の色相
変化部１２２の色相は赤色相または青色相である。

【００２５】ここで、第１の色相変化部１２１には揮発
性のカルボン酸（Ｒ−ＣＯＯＨ）が生成される。この揮
発成分（カルボン酸）は時間の経過とともに揮発して、
第１の色相変化部１２１に凹みが発生してしまう。そこ
で、本形態の偏光分離素子１の製造方法では、以下の化
学式（２）に示す中和処理（中和反応）を行って、カル
ボン酸を中和して、周期格子１２の第１の色相変化部１
２１に凹み発生し難くする。

【００２６】

【化２】

【００２７】詳しく説明すると、図３（Ｂ）に示すよう
に、周期格子１２が形成されたガラス基板１０を、水酸
化カルシウム溶液｛Ｃａ（ＯＨ）₂ａｑ｝の入った容器
３０に浸漬する。浸漬する時間は、例えば、５分であ
る。また、容器３０には飽和状態の水酸化カルシウム水
溶液を入れる。ここで、水酸化カルシウムは、水１Ｌに
対して１．８ｇ（０℃）または、０．８ｇ（１００℃）
溶解することが知られている。このため、例えば、容器
３０に入れる水酸化カルシウム水溶液は、水１Ｌに対し
て水酸化カルシウムを１．８ｇ入れた溶液をスターラで
十分に撹拌したものとする。

【００２８】このようにすると、先の化学式（２）に示
すように、第１の色相変化部１２１に含まれるカルボン
酸と水酸化カルシウムが中和反応する。この結果、周期
格子１２（透明相の第１の色相変化部１２１）には、カ
ルボキシル基に変わってカルボキシレート基（−ＣＯＯ
^-）からなる多座配位子がカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）
に配位したキレート化合物が含有される。したがって、
周期格子１２の透明相の第１の色相変化部１２１は、カ
ルボン酸のＨ⁺がカルシウムイオンと置き換わるように
キレート化される。

【００２９】５分後に、水酸化カルシウム水溶液の入っ
た容器３０から、周期格子１２の形成されたガラス基板
１０を取出し、３段カスケード漕を用いて水洗する。こ
の水洗時間は、例えば、３段カスケード漕の各漕におい
て、３０秒、３０秒、４分とする。その後、ガラス基板
１０を窒素ブローして表面上の水分を除去する。

【００３０】このようにして製造された偏光分離素子１
では、透明相である第１の色相変化部１２１に生成され
た揮発性のカルボン酸が、カルシウムイオンでキレート
化される。したがって、本形態の偏光分離素子１は、当
該カルボン酸の揮発を抑制でき、紫外線のパターン露光
後における第１の色相変化部１２１の凹みの発生を防
止、あるいは抑制できる。このため、カルボン酸の揮発
成分に起因して周期格子１２の回折特性が変動すること
を防止できる。

【００３１】ここで、本形態の周期格子１２は、水酸化
カルシウムにより、透明相の第１の色相変化部１２１に
含まれるカルボン酸の揮発成分が中和処理される。この
ような周期格子１２は、エージング処理前後、すなわ
ち、経時変化によって周期格子１２の回折特性に大きな
差（変動）は見られないはずである。

【００３２】一方、図３（Ａ）に示したポリジアセチレ
ン誘導体膜１１に紫外線を照射させる工程において、フ
ォトマスク１５をポリジアセチレン誘導体膜１１に密着
させた状態で露光を行い、この密着状態を維持させたま
ま中和処理させれば、第１の色相変化部１２１の凹みの
発生はみられない。

【００３３】そこで、本出願人等は、紫外線のパターン
露光後に中和処理、そしてエージング処理を行う周期格
子１２において、中和処理前後の回折特性を比較をして
カルボン酸の揮発性が抑制されていることの確認（実
験）を行った。

【００３４】なお、この実験は、周期格子１２の格子ピ
ッチ（第１の色相変化部１２１と第２の色相変化部１２
２の幅を足した寸法）が異なる偏光分離素子を形成して
行った。ここで、周期格子１２の格子ピッチは、２．５
μｍ、３．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍ、および
８．０μｍである。

【００３５】この実験にあたって、中和処理した偏光分
離素子は、紫外線によるパターン露光後のエージング処
理前と、中和処理をしてエージング処理後の回折特性を
比較している。偏光分離素子の回折特性は、常光および
異常光の０次光、±１次光のそれぞれの強度を測定し、
常光の０次光の回折効率η０（ｏ）を算出した。また、
中和処理を行わずにエージング処理した偏光分離素子の
回折特性も、同様に測定し算出した。図４には、この結
果をグラフとして示してある。また、常光の０次光の回
折効率η０（ｏ）については、エージング処理前後の回
折効率の変化率も求めた。図５には、この結果をグラフ
として示してある。

【００３６】図４のグラフから分かるように、中和処理
された周期格子１２では、エージング処理の前後で、常
光の０次光の回折効率η０（ｏ）がほとんど変化してい
ない。また、図５から明らかなように、エージング処理
の前後で、回折効率η０（ｏ）の変化率がほぼ±１０％
以内に抑えられている。このことから周期格子１２の第
１の色相変化部１２１の凹みが増大していないと判断で
きる。また、中和処理されない周期格子では、エージン
グ処理前後を比較すると、回折効率η０（ｏ）が大きく
変化していることが分かる。

【００３７】したがって、本実験では、周期格子１２の
透明相の第１の色相変化部１２１に含まれる揮発性のカ
ルボン酸が中和処理を行う製造方法によって、偏光分離
素子は、透明相に含まれる揮発性のカルボン酸を所定の
金属イオンでキレート化され揮発し難くなり、透明相の
凹みの増大を防止できることが確認できる。

【００３８】なお、本形態では、カルボン酸の中和処理
に用いる水酸化物に、２価のカルシウムイオン（Ｃ
ａ²⁺）を用いた例を説明している。この代わりに、マグ
ネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）、鉄イオン（Ｆｅ²⁺）または
銅（Ｃｕ²⁺）等の２価の金属イオンであっても勿論良
い。さらに、カルボン酸の中和処理は、カルボン酸とキ
レート化される金属イオンとして、２価の金属イオンに
限らず３価以上の金属イオンであっても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光分離
素子では、ポリジアセチレン誘導体膜からなる周期格子
の透明相に含まれる揮発性のカルボン酸を所定の金属イ
オンでキレート化している。すなわち、周期格子の透明
相においては、含有される当該カルボン酸を、エージン
グ処理によって透明相から追い出すのではなく、金属イ
オンでキレート化して揮発性を抑制している。このた
め、本発明の偏光分離素子において、紫外線のパターン
露光後の周期格子はカルボン酸の揮発を抑制でき、透明
相の凹みの発生を防止、あるいは抑制できる。したがっ
て、経時変化が少ない回折特性を備えた偏光分離素子を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した偏光分離素子の概略構成図で
ある。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用した偏光分離
素子の製造工程を示す図である。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図２に示す偏光分離素
子の製造工程以降の工程を示す図である。

【図４】本発明を適用した偏光分離素子の中和処理前後
の回折特性を示すグラフである。

【図５】本発明を適用した偏光分離素子の回折効率の変
化率を示すグラフである。

【符号の説明】

１偏光分離素子１０ガラス基板１０１表面１１ポリジアセチレン誘導体膜（薄膜）１２周期格子１２１第１の色相変化部１２２第２の色相変化部１３配向誘導膜１５フォトマスク３０容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 BA05 BA24 BC05 BC08 4J100 AT11P CA01 DA61 FA00 JA32 5D119 AA32 BA01 JA12 JA25 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的等方性基板と、この光学的等方性
基板の光入射面および光出射面の少なくとも一方の面に
形成したポリジアセチレン誘導体からなる薄膜と、この
薄膜に対して紫外線を選択的に照射することにより、互
いに屈折率の異なる第１および第２の色相変化部を周期
的に形成した周期格子とを有し、前記第１の色相変化部
が透明相に色相変化している偏光分離素子において、前記第１の色相変化部に含まれる揮発性のカルボン酸が
所定の金属イオンでキレート化されていることを特徴と
する偏光分離素子。
【請求項２】請求項１において、前記金属イオンは２
価以上のものであることを特徴とする偏光分離素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の偏光分離素子
の製造方法であって、前記周期格子を形成した後の前記
光学的等方性基板を、前記金属イオンを含有した水溶液
に浸漬して、前記第１の色相変化部に含まれる揮発性の
カルボン酸を当該金属イオンでキレート化することを特
徴とする偏光分離素子の製造方法。