JP4368172B2 - 液晶光学素子とその製造方法、光ピックアップおよび光記録媒体駆動装置 - Google Patents
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また、偏光依存性を有する回折格子として機能させることができる。特に光ディスク用ピックアップや液晶プロジェクター用偏光変換素子などに好適な偏光分離素子を提供することができる。特性の温度依存性が少ないため、特に高温環境で使用するのに適した素子を提供することができる。また、微小な周期構造が制御可能であるので、大きな回折角が得られ、素子や装置の小型化を図ることができる。
図1は本発明になる液晶光学素子である偏光分離素子の断面模式図の例である。
図1に示すように、素子は基板11と必要に応じて設けられる対向基板21との間に形成された光回折層20から実質的に構成されている。
このようにすることにより、常用温度範囲において液晶性高分子ないしオリゴマーはガラス相または固体相とすることができる。
それに対して、本発明の素子では常用温度範囲で固体相またはガラス相であるので屈折率の温度変化が小さく、その結果、回折効率の温度変化が小さい素子を提供することができる。
なお、均一な配向特性を得るためにはガラス相であることがより好ましい。
また、別の方法としてレーザービームを走査する方法によっても作成することができる。
高分子液晶ないしオリゴマーの呈する液晶相としては、一軸配向性を有するものが好ましく、ネマティック液晶やスメクティックA液晶を好ましく用い、特にネマティック液晶相を呈するものを特に好ましく用いる。
用いることのできる非液晶性モノマーとしては、単官能または多官能のアクリレート、メタクリレートを好適に用いる。単官能アクリレートとしては分岐していても良いアルキルアクリレート、アルコキシアルキルアクリレート、アルキル基またはアルコキシ基で置換されていても良いフェニルアクリレートまたはメタクリレート、末端にアルキル置換基を有していても良い(ポリ)アルキレングリコールアクリレートまたはメタクリレートなどを例示することができる。
組成物には更に、必要に応じて重合開始剤や増感剤を添加することもできる。
このような構造によっては容易に光利用効率を高めることができるため、特に好ましく採用することができる。
また、周期構造のピッチは所望の回折角や波長によって異なるが、概ね0.2μmから10μmの範囲であるが、特に限定されるものではない。
例えば、405nmに対して20°の分離角を得るためには、1.1μm程度のピッチ、650nmに対しては2.3μm程度のピッチが必要となる。
また、層の傾斜角としては0°から20°程度が好ましいが、特に限定されるものではない。
構造式CにおいてR1=−CH3、m=6,R2=−OCH3である高分子液晶(相系列:ガラス−95℃−ネマティック相−105℃−等方相)と二官能アクリレートであるHX220(商品名:日本化薬社製)、#310HG(商品名:大阪有機化学社製)、単官能アクリレートであるHEA(商品名:大阪有機化学社製)を混合した組成物を調整した。3種のアクリレートの組成は重量比で80:5:15とし、アクリレートと高分子液晶の重量組成比は7:3とした。組成物にはアクリレートに対して2重量%の光重合開始剤イルガキュア369(商品名)を添加した。5μmピッチのライン&スペースのフォトマスクを密着させ、50mWのクリプトンイオンレーザを用いて露光を行った。露光時間は30秒間であり、露光は100℃で行った。露光後試料を高圧水銀ランプによって全面露光し、露光を完了した。このようにしてポリマーと高分子液晶が5μmピッチで周期的に相分離した素子を作製した。高分子液晶は周期方向に配向しており、この配向は、高分子液晶がガラス相を呈する25℃に冷却した後も保持されていた。
実施例1において、露光は二光束干渉法を用い、2μmピッチの干渉縞で高分子液晶を露光した他は実施例1と同様にして資料を作成した。
直線偏光した露光光はそれぞれ液晶相法線から+5°、−5°傾斜させて入射させた。このようにしてポリマーと高分子液晶が2μmピッチで周期的に相分離した素子を作製した。高分子液晶は周期方向に配向しており、この配向は、高分子液晶がガラス相を呈する25℃に冷却した後も保持されていた。
また、この回折効率は85℃まで温度を上昇させてもほとんど変化せず、高い温度安定性が確認できた。
実施例2において、二光束干渉を行う際に、試料を10°傾斜させ、周期方向に10°傾斜した干渉縞で露光を行ったほかは同様にして素子を作成した。この素子に、波長405nmで干渉縞の周期方向と一致する直線偏光を垂直に入射させたところ20°の角度に+1次の回折光が70%以上の回折効率で得られた。一方、直交する偏光に対しての回折はおこらず、0次光のみが観察され、偏光分離機能が確認された。
また、この回折効率は85℃まで温度を上昇させてもほとんど変化せず、高い温度安定性が確認できた。
実施例3の偏光分離素子を用いて図6に示す青紫レーザー用の光ピックアップを構成した。半導体レーザーとフォトディテクターの距離を1mmとしたとき、偏光分離素子と半導体レーザーの間隔は3.2mmまで薄くすることができた。
一方、回折角が10°の偏光分離素子を用いた場合には約6mmであり、本素子が駆動装置の小型、薄型化に有効であることが確認できた。また、70℃の使用環境においても良好な読みとりが行えた。
20 光回析層
21 対向基板
Claims (6)
- 室温で固体相またはガラス相を呈する液晶性高分子ないしオリゴマーと、非液晶性モノマーの混合物を主成分とする組成物の非液晶性モノマーの重合反応に伴い、非液晶性モノマーの反応生成物と液晶性高分子ないしオリゴマーとの相分離を誘起させると共に、
重合反応が光誘起の重合反応であり、室温で固体相またはガラス相を呈する液晶性高分子ないしオリゴマーと、非液晶性モノマーの混合物を主成分とする組成物からなる層に重合を誘起する波長の光でパターン露光することによって周期的構造を形成することを特徴とする液晶光学素子の製造方法。 - 露光が干渉露光によってなされることを特徴とする請求項1に記載の液晶光学素子の製造方法。
- 露光が混合組成物の等方相であって、液晶性高分子ないしオリゴマーが液晶相ないし等方相を呈する温度においてなされるとともに、露光後冷却によって液晶性高分子ないしオリゴマーの液晶相における配向構造をガラス相に固定化したことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶光学素子の製造方法。
- 請求項1から3のいずれか一つに記載の製造方法で製造された液晶光学素子において、
室温で固体相またはガラス相を呈する液晶性高分子ないしオリゴマーと、非液晶性モノマーの反応生成物との相分離構造が微小領域で分散した構造を有し、
液晶性高分子ないしオリゴマーと、非液晶性モノマーの反応生成物からなる領域が、周期的構造をなし、液晶性高分子ないしオリゴマーが該領域内において配向しており、かつ、異なる領域間での配向方向が一致していることを特徴とする液晶光学素子。 - 請求項4に記載の液晶光学素子を偏光分離素子として用いたことを特徴とする光ピックアップ。
- 請求項5に記載のピックアップを備えたことを特徴とする光記録媒体駆動装置。
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