JP2009069490A - 回折格子一体型偏光変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】光ピックアップ用光学部品の製造コストの削減と同時に素子の複合化による性能の向上を図ることを可能とする偏光変換素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明による回折格子一体型偏光変換素子は、同一の樹脂基板で偏光変換素子と回折格子とを一体的に形成して製造する。例えば、樹脂からなる偏光変換素子に、前記樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子を溶着させて、回折格子を偏光変換素子に一体的に形成して、回折格子付き樹脂製偏光変換素子を製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回折格子一体型の偏光変換素子、例えば、ＣＤ（登録商標）、ＤＶＤ（登録商標）、ＨＤＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）などの情報記録媒体に光学的に映像や音楽などの情報を記録または再生する装置に組み込まれる光ピックアップ（光ヘッドと同義）などに用いられる波長板（位相差板、位相差素子、位相子等と同義）、偏光板などの偏光変換素子に関する。

従来から、例えば特許文献１に示すように、光ピックアップなどに用いられる高分子材料からなるフィルム一枚の波長板は公知である。

また、例えば特許文献２に示すように、複数のフィルムを溶着したフィルム波長板も公知である。

なお、上述した複数のフィルムを溶着する溶着技術は、例えば特許文献３に示すように、公知である。

また、例えば特許文献４に示すように、上下スタンパを用いて紫外線硬化型樹脂により回折格子を四分の一波長板に成形する技術も公知である。

また、例えば特許文献５に示すように、ガラス等からなる光透過性基板の一方の面に、微細周期構造としてのサブ波長構造体からなる１／４波長板相当の機能を有し、光透過性基板の他方の面に、微細周期構造としてのサブ波長構造体からなる偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）相当の機能を有する面を備えた光学素子が知られている。

特許文献５には、サブ波長構造体を構成する材料として、ＳｉＮｘやＳｉ（好ましくは、屈折率が２．０以上のもの）等の材料を適宜選択する旨記載されている。

また、特許文献５には、偏光分離素子相当の機能を有する面を構成するサブ波長構造体は、Ａｕ等の金属を格子状に整列させたいわゆるワイヤグリッド型のサブ波長構造体であり、サブ波長構造体の構成材料以外としては、Ａｕの他にも、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌ等の材料を選択することができ、ワイヤグリッドに限らず、例えば、ＳｉやＳｉＯ_２からなる多層構造を光透過性基板の表面に配設するようにしてもよい旨記載されている。

一方、例えば特許文献６に示すように、光ピックアップ用ではない液晶表示装置用、有機ＥＬ用に、透明樹脂などからなるフィルムに周期凹凸構造を形成した波長板や、特許文献７に示すように、光ピックアップ用ではない液晶ディスプレイ用、有機ＥＬディスプレイ用として、フッ素化ポリイミドフィルム表面に、光の波長程度の周期の周期凹凸構造を形成した位相差素子も公知である。
特開２００１−２１５４６２号公報、段落０００９ 国際公開ＷＯ２００６／０６５９９７Ａ２公報、第１１頁段落３２〜第１７頁段落４５、図２ａ，２ｂ 特開２００１−２７７４３３号公報、段落００２９〜００４９、図３〜図６ 特開２００２−１７４７１１号公報、段落００３８、図６，図７ 特開２００５−７７６５９号公報、段落００２７〜００３７、図１ 特開２００４−１７０６２３号公報 特開２００５−３２１６１１号公報

しかしながら、特許文献４や特許文献５に示すように、異なる材料を用いた基板に回折格子などを樹脂等により接着し回折格子一体型の波長板を製造し、光ピックアップ等の装置に装着する場合、装置内部環境温度などにより剥離が生じやすい。

また、基板、接着剤、回折格子が互いに異なる屈折率材質から構成されているため、ＨＤＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）などに用いられるような波長４０５ｎｍ周辺の近紫外線に対して光学的な収差を生じる可能性があった。

また、特許文献６や特許文献７に示すような周期凹凸構造を形成して初めて波長板が形成されるような光学素子に、さらに回折などの偏光機能を持たせようとすると、製造工程が煩雑となり、製造コストも多大になってしまう。

確かに、特許文献１に示すような高分子材料からなるフィルム一枚の波長板は広く知られており、回折等の偏光特性を付加しようとすると、単に波長板フィルムに回折格子を接着または溶着することで形成することができるが、上述したように、装置内部環境温度などにより剥離が生じやすく、また近紫外線に近い波長域に対して光学的な収差を生じてしまう可能性があり、ＨＤＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）などに録音録画された高品質な音楽や映像の品質を落としてしまう虞がある。

そこで、本発明の目的は、光ピックアップ用光学部品の製造コストの削減と同時に素子の複合化による性能の向上を図ることを可能とする偏光変換素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。

（１）同一の樹脂基板で偏光変換素子と回折格子とを一体的に形成して、回折格子付き樹脂製偏光変換素子を製造することを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。

（２）樹脂からなる偏光変換素子に、前記樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子を溶着させて、回折格子を偏光変換素子に一体的に形成して、回折格子付き樹脂製偏光変換素子を製造することを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。

（３）前記偏光変換素子は、波長板であることを特徴とする前述の回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。

（４）偏光変換素子と回折格子が同一の樹脂基板で一体的に形成されていることを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子。

（５）樹脂からなる偏光変換素子に、前記樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子が溶着されていて、回折格子が一体的に形成されていることを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子。

（６）前記偏光変換素子は、波長板であることを特徴とする前述の回折格子一体型偏光変換素子。

本発明は、前述のように、偏光変換素子と回折格子を形成する基板を同じ樹脂で（例えば溶着により）作るので、好ましくは、光ピックアップ用モジュールに必要不可欠な回折格子素子を１／２波長板や１／４波長板等の偏光変換素子と同じ樹脂素材の上に樹脂にて形成し一体化して作るので、部品の製造コスト、使用時の組立調整費用を削減し、且つ接着剤等の光学的異種材料を使わないことにより光学的なロスを発生させることのない偏光変換素子、とくに光ピックアップモジュールである偏光変換素子及びその製造方法を実現することができる。

本発明においては、偏光変換素子と回折格子基板とが同じ樹脂で一体的に形成される。

本発明の好ましい１つの形態においては、樹脂からなる偏光変換素子に、その樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子を溶着させ、回折格子を偏光変換素子に一体的に形成して、回折格子一体型偏光変換素子を製造する。この場合、同じ樹脂からなる偏光変換素子と回折格子が互いに溶着された回折格子一体型偏光変換素子が製造されるのである。

また、本発明の別の他の好ましい形態においては、例えば、波長板フィルムに回折格子を直接形成し、偏光変換素子として機能させる。

いずれの形態の場合も、偏光変換素子を構成する樹脂と、回折格子基板を構成する樹脂とが同一であり、接着剤などを介在させておらず、化学量論的に一致することによって、全体が堅固になり、歪みを発生させず、収差の少ない回折光を発生させ、ＨＤＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）に用いられる波長４０５ｎｍ周辺の近紫外線の波長域に対しても高品質な映像や音楽などの情報を劣化させない。

本発明においては、フィルム波長板などの樹脂製の偏光変換素子の表面に、その樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子を直接形成するか、あるいは、樹脂からなる偏光変換素子に回折格子基板を溶着して、偏光変換素子と回折格子を同一樹脂で回折格子一体型偏光変換素子を製造する。

実施例１
まず、フィルム波長板などの樹脂製偏光変換素子の表面に直接回折格子を形成する実施例１を説明する。

この場合、例えば、ナノインプリント法によって、フィルム波長板からなる偏光変換素子の表面に直接回折格子を形成する。

図１に示すように、金型１０を成形し、その金型１０でフィルム波長板１１に直接回折格子１２を形成する。

好ましくは、フィルム波長板１１として膨張係数を下げたものを使用する。とくに、石英のナノ粒子を導入してフィルム波長板１１の膨張係数を下げる。

また、樹脂として光硬化樹脂を使用し、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素を導入してもよい。

また、金型１０を離型処理するための離型材としてフッ素系の樹脂を用いることによって、金型１０を離型させる際に、回折格子１２の素子表面に反射防止コート又は汚れ防止コートを施してもよい。

熱式ナノインプリントの場合、使用する金型１０は、以下に示すように成形するのが好ましい。

リソグラフィーやレーザアブレーションなどの技術を用いて、ＳｉやＳｉＯ_２の表面に凹凸の微細構造を形成し、金型１０を母型として形成する。

金型１０の大きさは、例えば一辺が１ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。とくに、レーザアブレーション法を用いると、金型１０の凸型１０ａのアスペクト比が５以下、好ましくは５程度である超微細加工をすることができる。

リソグラフィーの電子ビームやレーザアブレーションのレーザ光などの超尖鋭な光線により凸型１０ａを形成すると、金型１０の凸型１０ａのアスペクト比が５程度になるように超微細加工するのが容易である。

凹凸微細構造において、凸型１０ａは、円柱状や角柱状等であってもよい。また、凸型１０ａは、格子状、千鳥状又はランダムな構造でもよい。好ましくは、凸型１０ａの間隔は、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。

好ましくは、金型１０の表面に離型膜（図示せず）を塗布により形成する。

さらに、例えばカラーリンク・ジャパン株式会社製の厚さ０．１２ｍｍのＰＣ（ポリカーボネート）樹脂などで作られたフィルム波長板を構成する樹脂の表面にナノインプリントする。金型１０に対応して、樹脂表面上には、凹凸の微細構造が転写され、５以下の高アスペクト比で凸型が回折格子１２として形成される。その際、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の凸型の間隔で凹凸微細構造が形成される。

凹凸微細構造が転写される樹脂の種類は、上述したＰＣ以外に、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン、ポリアセタール（ＰＯＭ）、シクロオレフィンポリマー、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ、変性ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレート・ガラス樹脂入り（ＰＥＴ−Ｇ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）などのエンジニアリングプラスチック（略してエンプラともいう）や、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの汎用プラスチックなどの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、尿素樹脂（ユリア樹脂、ＵＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、アルキド樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリイミド（ＰＩ）などの熱硬化性樹脂などが使用できる。

以上により、波長板の樹脂表面にナノインプリント法により１０以上の高アスペクト比で凸型が回折格子１２として形成され、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の凸型の間隔で凹凸微細構造が生成され、全体的に見れば、所望の回折格子付き波長板が製造される。

この回折格子付き波長板によると、たとえば、ＨＤ−ＤＶＤやＢｌｕｅ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃなどに用いられる波長３００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域（特に、４０５ｎｍの波長）のレーザ光線で、左回り旋回光、右回り旋回光に偏光された場合であっても、十分に回折され、回折効率９０％〜９９％の高い効率を示す。

なお、上記実施例１では、ＰＣなどの樹脂製の波長板に回折格子をナノインプリント法により形成したが、本発明は、これに限定されない。

実施例２
例えば、ナノインプリントによる凹凸形状の形成後に、凹凸表面にＡｌ、Ｓｉなどの金属を積層し、ワイヤーグリッドを形成してもよい。

実施例３
また、図２の（ａ）に示すように、波長板２０を形成する樹脂の材質と同一の材質の樹脂で予め回折格子２１を形成し、その後、溶着技術を使って、波長板２０の表面に回折格子２１の平坦面側を溶着し、図２の（ｂ）に示すような回折格子一体型偏光変換素子２２を製造してもよい。

溶着方法を具体的に詳しく述べると、特許文献３に示すように、波長板２０を形成する樹脂と、同一の材質の樹脂からなる回折格子２１との間において、それらの樹脂を溶かしながら、押圧ローラで溶着し、回折格子一体型偏光変換素子２２を製造する。

本発明の実施例１〜３は、いずれも、以上のとおり、光ピックアップ用モジュールに必要不可欠な回折格子素子を１／２波長板や１／４波長板等の偏光変換素子と同じ樹脂素材の上に樹脂にて形成し一体化している。そうすることにより、部品の製造コスト、使用時の組立調整費用を削減し、且つ接着剤等の光学的異種材料を使わないことにより光学的なロスを発生させることのない光ピックアップモジュールである偏光変換素子及びその製造方法を実現している。

本発明の１つの実施例によりフィルム波長板に金型を用いて回折格子を形成して、回折格子一体型偏光変換素子を製造する様子を示す。 （ａ）は、フィルム波長板を形成する樹脂の材質と同一の材質の樹脂で予め回折格子を形成し、そのあと、フィルム波長板に回折格子を溶着して、回折格子一体型偏光変換素子を製造する様子を示す。（ｂ）は、そのようにして製造した回折格子一体型偏光変換素子を示す。

符号の説明

１０ 金型
１０ａ 凸型
１１ フィルム波長板
１２ 回折格子
２０ 波長板
２１ 回折格子
２２ 回折格子一体型偏光変換素子

Claims (6)

1. 同一の樹脂基板で偏光変換素子と回折格子とを一体的に形成して、回折格子付き樹脂製偏光変換素子を製造することを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。
2. 樹脂からなる偏光変換素子に、前記樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子を溶着させて、回折格子を偏光変換素子に一体的に形成して、回折格子付き樹脂製偏光変換素子を製造することを特徴とする、請求項１に記載の回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。
3. 前記偏光変換素子は、波長板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回折格子一体型偏光変換素子の製造方法。
4. 偏光変換素子と回折格子が同一の樹脂基板で一体的に形成されていることを特徴とする回折格子一体型偏光変換素子。
5. 樹脂基板からなる偏光変換素子に、前記樹脂と同一の樹脂基板からなる回折格子が溶着されていて、回折格子が一体的に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の回折格子一体型偏光変換素子。
6. 前記偏光変換素子は、波長板であることを特徴とする請求項４又は５に記載の回折格子一体型偏光変換素子。

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