JP2005215027A - Liquid crystal optical element and optical head device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶光学素子および光ヘッド装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal optical element and an optical head device.
図5は、従来の液晶光学素子の概略の断面構成を示す図である。図5において、ガラス基板501、502上に、In、Snの混合酸化膜(以下、ITO膜という。)からなる厚さ200nm程度の透明導電膜503、504が成膜されている。そして、透明導電膜503、504には、所定の形状になるように配線加工が施されている。ITO膜からなる透明導電膜503、504上には、厚さ約50nmのゾルゲル膜が中間膜505、506として塗布形成され、その上に厚さ約50nmのポリイミド膜が液晶の配向膜507、508として塗布形成されている。ガラス基板501、502は、図示しないスペーサおよびシール材511を用いてガラス基板501とガラス基板502の間隔が所定範囲内になるように張り合わされ、密閉空間を形成している。この密閉空間に液晶512が注入され、封止されることによって液晶光学素子500が構成される。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a conventional liquid crystal optical element. In FIG. 5, transparent
ここで、これらの各構成材料の屈折率は、他の構成材料の屈折率と異なっており、特に、透明導電膜503、504が大きく異なることが知られている。例えば、青色レーザが使用される400nm付近の波長で比較すると、ガラス基板501、502、透明導電膜503、504、中間膜505、506、配向膜507、508、および液晶512の屈折率は、それぞれ、1.55、2.20、1.55、1.60、および1.55程度である。
Here, the refractive indexes of these constituent materials are different from those of other constituent materials, and it is known that the transparent
そのため、透明導電膜503、504とガラス基板501、502との界面、および透明導電膜503、504と中間膜505、506との界面において、使用波長での反射率や透過率の差異が生じていた。そして、これによって、素子内に透過率の変動である透過率リップルが生じていた。このような透過率リップルを軽減すべく、従来は、透明導電膜503、504の屈折率を下げる試みや、透明導電膜503、504、中間膜505、506、配向膜507、508の膜厚および屈折率を調整することが行なわれていた(例えば、特許文献1または特許文献2参照。)。
しかし、このような従来の液晶光学素子では、液晶光学素子に使用される透明導電膜の屈折率が材料固有の値であるため、成膜条件を変えて膜の緻密性を調整し屈折率を下げようとしても、素子の信頼性の変動や、光学特性または電気特性の変動などの不具合が生じる問題があった。 However, in such a conventional liquid crystal optical element, since the refractive index of the transparent conductive film used in the liquid crystal optical element is a value specific to the material, the film density is changed to adjust the refractive index by changing the film forming conditions. Even if it is attempted to lower, there are problems such as fluctuations in the reliability of the elements and fluctuations in optical characteristics or electrical characteristics.
また、透明導電膜と配向膜に挟まれた構成のみに注目して膜厚および屈折率を制御する試みでは、界面における反射の低減が不十分であった。 Further, in an attempt to control the film thickness and the refractive index while paying attention only to the configuration sandwiched between the transparent conductive film and the alignment film, the reduction of reflection at the interface is insufficient.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子および光ヘッド装置を提供する。 The present invention has been made to solve such problems, and provides a liquid crystal optical element and an optical head device that can reduce the reflectance of light at the interface between a transparent electrode film and a substrate.
以上の点を考慮して、請求項1に係る発明は、透明電極膜、第1中間膜、および配向膜を順次積層した2枚の基板を前記配向膜が向き合うように対向させて配置し、2つの前記基板間に液晶材料を封入して得られる液晶光学素子において、前記透明電極膜と前記基板との界面における光の反射率が、使用光の波長に対して略1パーセント以下になるよう、前記透明電極膜と前記基板との各前記界面に新たな第2中間膜を挿入した構成を有している。 In view of the above points, the invention according to claim 1 is arranged such that two substrates in which a transparent electrode film, a first intermediate film, and an alignment film are sequentially laminated are opposed to each other so that the alignment films face each other. In a liquid crystal optical element obtained by enclosing a liquid crystal material between two substrates, the reflectance of light at the interface between the transparent electrode film and the substrate is approximately 1% or less with respect to the wavelength of the used light. In addition, a new second intermediate film is inserted into each interface between the transparent electrode film and the substrate.
この構成により、透明電極膜と基板との間に第2中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板により構成される界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。 With this configuration, since the second intermediate film is provided between the transparent electrode film and the substrate so that the optical characteristics can be adjusted, the liquid crystal optical element that can reduce the reflectance of light at the interface constituted by the transparent electrode film and the substrate Can be realized.
また、請求項2に係る発明は、請求項1において、前記第2中間膜の屈折率を、前記透明電極膜の屈折率と前記基板の屈折率との間のいずれかの値にした構成を有している。
The invention according to
この構成により、請求項1の効果に加え、第2中間膜の屈折率を、透明電極膜の屈折率と基板の屈折率との間のいずれかにしたため、滑らかに光路上の屈折率を変化でき、確実に反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of the first aspect, the refractive index of the second intermediate film is set between the refractive index of the transparent electrode film and the refractive index of the substrate, so that the refractive index on the optical path can be changed smoothly. And a liquid crystal optical element capable of reliably reducing the reflectance can be realized.
また、請求項3に係る発明は、請求項1または2において、前記透明電極膜の厚さが1nmから50nmまでの範囲にあると共に、前記第2中間膜の厚さが使用波長の0.2倍から0.3倍までの範囲にある構成を有している。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thickness of the transparent electrode film is in the range from 1 nm to 50 nm, and the thickness of the second intermediate film is 0.2 of the working wavelength. It has a configuration in the range from double to 0.3 times.
この構成により、請求項1または2の効果に加え、透明電極膜の厚さを1nmから50nmのいずれかにすると共に、第2中間膜の厚さを使用波長の(0.25±0.05)×λ(λはnm単位で記述された入射光の波長)にして適正化を図ったため、さらに反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。 According to this configuration, in addition to the effect of the first or second aspect, the thickness of the transparent electrode film is set to any one of 1 nm to 50 nm, and the thickness of the second intermediate film is set to (0.25 ± 0.05 ± 0.05). ) × λ (λ is the wavelength of incident light described in nm unit), and the liquid crystal optical element capable of further reducing the reflectance can be realized.
また、請求項4に係る発明は、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、集光されて前記光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、前記対物レンズと前記光源との間の光路中、または、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項1から3までのいずれか1項に記載の前記液晶光学素子が配置されている構成を有している。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light source, an objective lens for condensing the light emitted from the light source onto an optical recording medium, and light detection for detecting the emitted light that is collected and reflected by the optical recording medium. In the optical head apparatus provided with an optical device, either in the optical path between the objective lens and the light source or in the optical path between the objective lens and the photodetector. The liquid crystal optical element according to the item is arranged.
この構成により、請求項1から3までのいずれか1項の効果を有していて、光利用効率の高い光ヘッド装置を実現できる。 With this configuration, an optical head device having the effect of any one of claims 1 to 3 and having high light utilization efficiency can be realized.
本発明は、透明電極膜と基板との間に第2中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子および光ヘッド装置を提供できる。 In the present invention, since the second intermediate film is provided between the transparent electrode film and the substrate so that the optical characteristics can be adjusted, the liquid crystal optical element and the light that can reduce the reflectance of light at the interface between the transparent electrode film and the substrate A head device can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る液晶光学素子の概念的な構成を示す断面図である。図1において、液晶光学素子100は、以下のように構成される。まず、液晶光学素子100の外側は、ガラスまたはポリカーボネートなどのプラスティック材料によって構成された基板101、102によって構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conceptual configuration of the liquid crystal optical element according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the liquid crystal
次に、基板101、102上には、真空蒸着などによって第2中間膜109、110が成膜され、第2中間膜109、110上には、ITO等からなる透明導電膜103、104が形成されている。ここで、透明導電膜103、104は、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチング等の技術を用いて、所定の素子形状ならびに電極形状に加工されている。ここで、透明導電膜103、104は、液晶光学素子の透過率を高くするために薄い方が望ましく、特に1nmから50nmまでの間にすることが望ましい。
Next, second
透明導電膜103、104上には、第1中間膜105、106が形成され、第1中間膜105、106は、導電性異物の混入などによる上下電極間の短絡を防止する観点から、十分に強固な膜であることが望ましい。第1中間膜105、106は、SiO2、ZrO2、TiO2、Al2O3など、または、これらの物質の混合組成の物質からなるのでもよい。第1中間膜105、106は、これらの物質を、ゾルゲル法を用いて塗布・焼成し、または、スパッタリング、真空蒸着などにより成膜するのでもよい。
The first
第1中間膜105、106上には、液晶分子を配列させるための配向膜107、108が形成される。ここで、配向膜107、108を、フレキソ印刷やスピンコートなどの技術を用いてポリイミドを塗布、成膜するのでもよく、塗布後、焼成することで強固な結合を持つ配向膜107、108を形成できる。第2中間膜109、110、透明導電膜103、104、第1中間膜105、106、および配向膜107、108が構成されていない基板101、102の周辺部には、シール材111が設けられ、基板101と基板102との間に液晶112が封じ込められ、液晶光学素子100が得られる。
On the first
液晶光学素子100は、第2中間膜109、110を設け、その屈折率および膜厚を調整することによって、基板101、102と透明導電膜103、104との界面で特定波長の光に対する反射率を低減できるようになっている。ここで、基板101、102と透明導電膜103、104との界面で特定波長の光に対する反射率を略1%以下にし、干渉を抑制するのが好適である。ここで略1%以下とは、0.2〜1.5%の値をいう。
The liquid crystal
図2は、液晶光学素子100の一方の側から入射した光の透過率の電圧依存性を示すグラフである。図2において、グラフの縦軸は透過率であり、横軸は電圧であり、透過率は、波長をパラメータとして表した。ここで、横軸の電圧を変えることは、液晶の入射偏光に対する屈折率を変化させることとみなすことができる。パラメータとしての波長は、それぞれ、白抜きの丸(○)で表した線イについては400nm、黒丸(●)で表した線ロについては405nm、小さい白抜きの四角(□)で表した線ハについては410nm、そして、大きい白抜きの四角(△)で表した線ニについては420nmである。
FIG. 2 is a graph showing the voltage dependence of the transmittance of light incident from one side of the liquid crystal
図2に示すグラフは、液晶光学素子を、透明導電膜103、104、第1中間膜105、106、配向膜107、108で構成した場合(以下、この構成の素子を「従来構成の液晶光学素子」という。)の透過率特性である。図2から明らかなように、半導体レーザ光源の波長を例えば410nmとしたとき、従来構成の液晶光学素子の透過率は、約91%となっている。また、波長または駆動電圧が変化した場合、透過率は2%以上変動することがわかる。
The graph shown in FIG. 2 shows that the liquid crystal optical element is composed of the transparent
図3は、従来構成の液晶光学素子に、屈折率が約1.7、厚さが100nmのAl2O3膜を第2中間膜109、110として付加した構成(以下、本発明の構成という。)の透過率の電圧依存性を示すグラフである。図3に示す特性から明らかなように、第2中間膜109、110を設けることにより、透過率は94%以上まで向上している。そして、波長または駆動電圧が変化した場合の透過率の変動は、0.3%以下に収まっていることがわかる。
FIG. 3 shows a configuration in which an Al 2 O 3 film having a refractive index of about 1.7 and a thickness of 100 nm is added as second
図4は、本発明の構成の液晶光学素子を構成する第2中間膜109、110のAl2O3膜を厚さ130nmにした場合の透過率の電圧依存性を示すグラフである。膜厚を130nmにした場合、透過率は約92.5%となり、透過率リップルは2%程度となっている。反射を生ずる透明導電膜との界面を有する液晶光学素子では、その界面で大きな干渉が生じるが、反射が減ればこの干渉の影響も小さくなる。
FIG. 4 is a graph showing the voltage dependence of the transmittance when the Al 2 O 3 films of the second
図3は、第2中間膜109、110を有する本発明の構成の液晶光学素子における波長および電圧に対する干渉パターンを示し、図2は、本発明の構成の液晶光学素子と比較のため、上記従来構成の液晶光学素子の波長および電圧に対する干渉パターンを示す。図2および図3からわかるように、図3に示す第2中間膜109、110を有する本発明の構成の液晶光学素子100は、図2の第2中間膜を有しない従来構成の液晶光学素子に比べて顕著な干渉振幅の低減が見られる。この干渉振幅の低減により、光透過率が高く、広い波長範囲にわたって液晶光学素子の駆動電圧変化に起因する透過率のばらつきが少ない液晶光学素子を実現できる。
FIG. 3 shows an interference pattern with respect to wavelength and voltage in the liquid crystal optical element having the second
上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。ここで、本実施例に係る液晶光学素子は、基板101、102として、図示しない低反射コートを施した屈折率1.46のガラス基板を用い、この上に屈折率が1.68、厚さが100nmのAl2O3の第2中間膜109、110を、さらに、屈折率2.05、厚さ10nmのITOの透明導電膜103、104を第2中間膜109、110上に成膜した(図1)。第2中間膜109、110は真空蒸着法を用いて成膜し、透明導電膜103、104はシート抵抗が約300Ω/□であり液晶を駆動するのに十分な電気的特性を有している。
Specific examples based on the above-described embodiments of the present invention will be described below. Here, in the liquid crystal optical element according to the present example, a glass substrate having a refractive index of 1.46 with a low reflection coating (not shown) is used as the
フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法を用いて、この透明導電膜103、104を所定の電極パターンに加工した。その後、周辺の封止部分以外にSiO2を主成分とするゾルゲル膜をフレキソ印刷し、低圧水銀ランプを用いて、UV光を4000mJ照射した後に、300℃で1時間焼成し、屈折率が1.49、厚さが50nmの第1中間膜105、106を形成した。
The transparent
第1中間膜105、106の形成後、屈折率1.55のポリイミド樹脂を第1中間膜105、106上に位置合わせし、フレキソ印刷した。フレキソ印刷したものを250℃で1時間焼成し、ラビング処理を施して厚さ50nmの液晶用の配向膜107、108とした。ガラスの基板101の第1中間膜105および液晶用の配向膜107の塗布されていない周辺部分に図示しないグラスファイバースペーサおよび導電ビーズを含むエポキシのシール材111を印刷し、2枚のガラスの基板101、102を重ね合わせた。これに、常光屈折率が1.51、異常光屈折率が1.61の液晶112を真空注入し、封止を行なって液晶光学素子100を構成した。
After the formation of the first
本実施例に係る液晶光学素子100は、波長410nmの半導体レーザ光を、異常光屈折率を感じる偏光方向で入射した際に、94%以上の高い透過率を示した。また、分光評価による干渉振幅の評価では、波長400nmから波長430nmまでの範囲で反射率が1.0%以下となり、半導体レーザの波長ばらつきに対しても十分に対応できるレベルであった。
The liquid crystal
また、本実施例に係る液晶光学素子100は、液晶特性を利用した光学素子に適用が可能であり、特に単一の波長での優れた特性が要求される光ヘッド装置部品などに適している。その例としては、CD、CD−ROM、DVD等の光ディスク、および光磁気ディスク、相変化型光ディスク等の集光特性を改善する液晶を用いた位相補正素子が挙げられる。本実施例の液晶光学素子を光ヘッド装置に用いる場合は、光源となる半導体レーザと、半導体レーザからの出射光を光記録媒体上に集光させる前記光ヘッド装置の対物レンズと、の間の光路中に設置させて用いる。
Further, the liquid crystal
さらに、本実施例に係る液晶光学素子100は、上記のように特定の単一の波長に対して最適化を図ったとき特に大きな効果を有するが、単一の波長の場合のみならず、屈折率の異なる層をさらに付加し、特定の2つの波長や、特定の波長帯域について平均的に干渉を低減し、光学特性を改善することもできるため、設計の自由度がある。
Further, the liquid crystal
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る液晶光学素子および光ヘッド装置は、透明電極膜と基板との間に第2中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる。 As described above, the liquid crystal optical element and the optical head device according to the first embodiment of the present invention can adjust the optical characteristics by providing the second intermediate film between the transparent electrode film and the substrate. The reflectance of light at the interface between the transparent electrode film and the substrate can be reduced.
本発明にかかる液晶光学素子および光ヘッド装置は、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できるという効果が有用な液晶光学素子および光ヘッド装置等の用途にも適用できる。 The liquid crystal optical element and the optical head device according to the present invention can also be applied to applications such as a liquid crystal optical element and an optical head device that are useful for reducing the light reflectance at the interface between the transparent electrode film and the substrate.
100、500 液晶光学素子
101、102 基板
501、502 ガラス基板
103、104、503、504 透明導電膜
105、106、505、506 第1中間膜
107、108、507、508 配向膜
109、110、509、510 第2中間膜
111、511 シール材
112、512 液晶
100, 500 Liquid crystal
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JP2004018197A JP2005215027A (en) | 2004-01-27 | 2004-01-27 | Liquid crystal optical element and optical head device |
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