JP4419229B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）、（ｂ）の従来の液晶封止素子は、例えば光ヘッド装置用であれば、基板１０１、１０２にＩＴＯ透明導電膜を加工した透明電極１０６を形成し、２枚の基板１０１、１０２をシール材１０５にて熱圧着して、基板周辺を封止してセルの構造とされている。シール材１０５には所望のギャップ間隔を保持するためのスペーサおよび上下の基板の電極間で導電性をとるために導電膜を表面にコーティングした導電性ビーズが含まれている。
【０００３】
真空注入法などによりセル内部に液晶１０８を注入した後に、注入口を封止材１０９を用いて封止し、液晶のセルが形成される。セルを構成する基板に設けられた透明電極１０６が複数個に分割された部分電極からは、基板１０２の端部（周辺部）に設けられた電極取り出し部１０４まで配線電極１０３が引き出され、外部より電圧が印加される。
【０００４】
電極取り出し部を有しない基板１０１側への電圧の印加は、トランスファー部１０７を用いて行われる。上下の基板に形成された重なる部分を、シール材に混入された導電性ビーズにより導電接続することにより、対向する基板１０１の透明電極へは電極取り出し部１０４から電圧を印加できる。
【０００５】
この液晶封止素子を光ヘッド装置に搭載すれば、光記録媒体である光ディスク上での集光特性を改善できる。すなわち、液晶封止素子は半導体レーザからのレーザ光の光路中に配置され、レーザ光が透過する液晶封止素子の有効領域中において、複数個に分割された部分電極により部分的に液晶に電圧が印加され、印加部分の透過光の位相を変化させて光ディスク上の波面収差を補正できる。
【０００６】
一例として、図９における有効領域の透明電極は、５分割されて部分電極となっており、各々に電圧を印加し印加部分を透過した光の位相を変化させることができる。波面収差の補正を行うときには、図９中の部分電極２０３が基準となり、図９の横方向である半径方向の補正には、部分電極２０１、２０２、２０３、２０４、２０５が使用される。
【０００７】
これらの部分電極を、液晶封止素子を構成する基板に形成された分圧用の抵抗２０６に接続し、配線電極２０７、２０８に電圧を印加することにより、位相の変化量の大きさの関係が次のようになるようにする。すなわち、部分電極２０１領域＝部分電極２０４領域＜部分電極２０３領域＜部分電極２０２領域＝部分電極２０５領域、または、部分電極２０１領域＝部分電極２０４領域＞部分電極２０３領域＞部分電極２０２領域＝部分電極２０５領域。ここでは、配線電極として対向基板の配線電極２０９を含めて３本となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の液晶封止素子においては、配線電極などの配線の引き回しが基板上に２次元的に施されており、配線の自由度が制限される問題があった。特に複数の配線がクロスするときに、配線間の絶縁性を保ったまま複数の配線をクロスすることができなかった。
【０００９】
さらに、上述の半径方向の補正（図９）に加えて、より厳密な波面収差の補正を行うため図９の部分電極２０２、２０４の中に別の部分電極を新たに追加する場合、新たな部分電極は図１０の３０１、３０２のようになり、これらの部分電極３０１、３０２から配線電極が引き出される。部分電極３０１、３０２からの配線電極は、他の複数の部分電極からの配線電極とのクロスをさけるため、有効領域内に配線することが必要となり、液晶封止素子の光学特性上好ましくない問題があった。
【００１０】
さらに、精密に波面収差の補正を行うために部分電極の数を増加したとき、配線の引き回しはできるが、有効領域内を引き回す配線の数および配線の占める面積が増え、入射する光の利用面積がさらに減少する問題があった。
【００１１】
本発明は、上述の問題を解決し、配線の自由度が大きく光利用効率の高い液晶封止素子を用いた小型・軽量の光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体レーザからの出射光を光記録媒体に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器に導く光ヘッド装置において、前記半導体レーザと前記光記録媒体の間の光路中に位相補正素子が設置され、前記位相補正素子は、前記出射光が通過する有効領域中に透明電極がそれぞれ形成されて対向する２枚以上の透明基板間に液晶が挟持され、２つ以上の前記透明電極のうち少なくとも１つが複数個の領域に分割されて複数の部分電極が形成され、前記複数の部分電極は、島状の部分電極と、前記島状の部分電極を囲む環状の部分電極と、の組み合わせを２つ、周縁部の円弧状の部分電極を２つ、そして、残余の部分電極を有し、さらに、前記光記録媒体の半径方向に、一方の前記円弧状の部分電極、一方の前記環状の部分電極、他方の前記環状の部分電極、そして、他方の前記円弧状の部分電極の順に、前記残余の部分電極を挟んで、それぞれ離隔して配置され、同一面に形成された前記透明電極の前記部分電極から前記透明基板の周辺部へ引き出された複数の前記配線電極のうち少なくとも１本には電気的な絶縁手段が設けられ、前記絶縁手段が設けられた配線電極と他の配線電極のうち少なくとも１本の配線電極とは前記絶縁手段を介して、１枚の透明基板上または対向する２枚の透明基板間で、立体的な交差構造が形成されていることを特徴とする光ヘッド装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な考え方は、同一透明電極を分割することにより形成された部分電極からの引き出し電極である配線電極を、電気的な絶縁手段を介して立体的な多層構造を形成することである。
透明基板上に形成される電極の材料は、通常使用される金属薄膜など導電性材料を用いればよいが、透明性の観点からＩＴＯなどの透明導電性材料が好ましい。透明基板はガラス基板を用いても、ポリカーボネートなどのプラスティック基板を用いてもよい。基板上に形成された導電膜はフォトリソグラフィ法およびエッチング法などを用いて所望の形状に加工される。
【００１５】
２次元的（平面的）な配線パターンのみでは形成できない配線の引き回しを、少なくとも１本の配線電極に絶縁手段を設け、この配線電極を絶縁手段を設けていない他の配線電極と、絶縁手段を介して立体的に重ねることによって実現する。この立体的な多層構造は、１枚の基板に形成されてもよいし、対向する２枚の基板に跨って形成されてもよい。この構成により、配線電極の引き回しが自由にでき、液晶封止素子への入射光の有効面積を増加できる。この配線電極を立体的に形成する方法を図１〜図６を用いて以下に説明する。
【００１６】
図１に示すように、第１の実施の形態は、１枚の透明基板に配線電極が立体的に多層化されていて、この形成法を述べる。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、まず透明基板４０６であるガラス基板上に１層目の配線電極４０１、４０２、４０３を作製し、その上に絶縁手段である２層目の絶縁膜４０４を成膜する。そして、配線電極４０１と配線電極４０３とは３層目の導電膜４０５によって導電接続され、３層の立体構造が形成される。
【００１７】
絶縁膜４０４は高抵抗であるほどよく膜厚は厚いほど特性はよいが、この絶縁膜４０４は透明基板の例えば周辺部でシール材の中に埋め込まれるので、セルギャップ以下の膜厚をもつ薄膜であることが好ましい。絶縁膜４０４としては、ポリイミドなどの有機材料膜や、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｉＮなどの無機材料膜を用いることもできる。
【００１８】
成膜については、各種印刷法・スピンコート法などの常圧下での成膜方法を適用できるが、この絶縁膜にはピンホールなどがないことが要求されるため、スパッタ法や真空蒸着法を用いることが望ましい。この絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびエッチング法などを用いてパターン化し絶縁膜４０４を形成する。
【００１９】
３層目の導電膜４０５は、導電性のある低抵抗の材料が好ましく、Ａｕ、Ａｇ、半田などの金属材料や、銀ペーストなどの導電性ペースト、導電性接着剤などが使用できる。この導電膜４０５はスパッタ法や真空蒸着法などにより作製し、同じくフォトリソグラフィ法およびエッチング法などを用いてパターン化し導電膜４０５を形成する。
【００２０】
この多層化により配線電極４０１と配線電極４０３は上記のように導電接続がとれ、同時に配線電極４０１と配線電極４０２、および配線電極４０３と配線電極４０２とはそれぞれ絶縁された状態にできる。したがって、１層のみの配線電極パターンではできなかった、絶縁性を保った複数の配線電極間クロスが実現できる。
【００２１】
多層化の層数には制限はなく、層数が多ければ配線の自由度は増す。なお、配線電極、絶縁膜、導電膜のパターン化は、上述のように、まず成膜を透明基板全面にわたって行い、次に不要部分をエッチング法により除去してもよいし、遮蔽マスクなどを用いてスパッタ法や真空蒸着法などにより初めから部分的に行ってもよい。
【００２２】
一方、図２に示すように、第２の実施の形態は、対向する２枚の透明基板に跨って配線電極が立体的に多層化されていて、この形成法を述べる。第１の実施形態で述べた膜形成法により透明基板５０７上に配線電極５０１、５０２、５０３、透明基板５０６上に配線電極５０８を形成し、少なくとも一方の透明基板に形成された配線電極上に導電材料を導電部５０４、５０５として堆積し、両透明基板を対向させて重ね合わせたときに、両透明基板の配線電極間の導電接続がとれるようにする。この導電材料は導電性があればどのようなものでもよい。
【００２３】
この導電材料を透明基板上に形成するときには、スクリーン印刷、フレキソ印刷などの各種印刷法、スピンコート法、スパッタ法や真空蒸着法などで成膜した後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法などを用いてパターン化する。
なお、導電材料の形成は透明基板の全面に行い不要部分をエッチング法により除去してもよいし、遮蔽マスクなどを用いて部分的に成膜してもよい。またディスペンサを使用して部分的に形成してもよいが、膜の厚みはセルギャップ程度にする必要があり、スクリーン印刷を利用することが所望の膜厚を得るのに好ましい。
【００２４】
また、透明基板上での導電材料の厚みが最終的な液晶封止素子のセルギャップよりもやや大きくなるように形成し、両透明基板を対向させ重ね合わせたときに、導電材料が多少押しつぶされる方が両透明基板間の配線電極の導電性が安定して得られて好ましい。さらに導電材料はつぶれた方向に対して反発力が発生するようにその材料の弾性変形力が利用できることが、導電性の信頼性の面から好ましい。
【００２５】
また、周囲温度の変化などによりセルギャップ（基板間間隔）が変動したときにも、その変化に追随して導電材料のつぶれた方向の長さが変化し、両透明基板上に形成した配線電極間（両基板間）の導電性がとれるように導電材料の線膨張係数を調整することがより好ましい。また導電材料として、銀ペーストなどの導電性ペーストや導電性接着剤などを用いてもよい。
【００２６】
上記のようにセルを組んだときに導電部５０４、５０５により、配線電極５０１と配線電極５０８とは導電性がとれ、同時に配線電極５０８と配線電極５０３は導電性がとれるため、配線電極５０１と配線電極５０３とは導電性がとれる。同時に配線電極５０１と配線電極５０２、および配線電極５０３と配線電極５０２とは絶縁された状態とすることができる。したがって、１層のみの配線電極パターンではできなかった、絶縁性を保った複数の配線電極間クロスが実現できる。
【００２７】
また、図３および図４に示すように、第３の実施の形態も、やはり対向する２枚の透明基板に跨って配線電極が立体的に多層化されている。ここで、図３と図４の構造はほとんど同じであるので、同符号を付してまとめて説明する。
【００２８】
第３の実施の形態は、図３および図４に示したように、セルの周辺（一端）を封止するのにシール材を使用する。前述のフォトリソグラフィ法およびエッチング法などにより透明基板６０６上に配線電極６０１、６０２、６０３を形成し、透明基板６０７上に配線電極６０４を形成する。配線電極６０４の形状は、図３と図４では異なっているが、ともに同じ方法で形成できる。さらに、もう１点異なるところは、図４では絶縁膜６０８が配線電極６０２に重ねられているが、図３には絶縁膜がないことである。
【００２９】
透明基板６０６と透明基板６０７に形成された配線電極間の導電性をシール材６０５でとる。シール材として、導電性を有するものであれば種々使用できるが、対向透明基板の法線方向（図の上下方向）にのみ導電性を示し、基板と平行な方向（図の左右方向）には絶縁性を示す異方的導電性のある材料を用いる。
【００３０】
例えば導電性ビーズをシール材に混合したものが使用できる。導電性ビーズは樹脂ビーズの表面を金属膜などで覆ったものがよく、粒径は作製する液晶封止素子のセルギャップよりもわずか大きくし、セルを組んだときに導電性ビーズがわずか変形し両透明基板上の配線電極と接触して両透明基板間で導電性をとるようにする。
【００３１】
さらに導電性ビーズはつぶれた方向に対して反発力を有するようにその材料の弾性変形力を利用することが、導電性の信頼性の面から好ましい。また、周囲温度の変化などによりセルギャップが変動したときにも、その変化に追随して導電性ビーズのつぶれた方向に長さが変化し、両透明基板上に形成した配線電極間（両基板間）の導電性がとれるように導電材料の線膨張係数を調整することがより好ましい。
【００３２】
図３と図４では、透明基板６０６上の配線電極６０１と、この対向基板上に施された配線電極６０４とが、異方的導電性を有したシール材６０５を通じて導電性が確保され、さらに配線電極６０３と配線電極６０４ともシール材６０５により導電性が得られる。
【００３３】
このとき、配線電極６０２と配線電極６０４との導電性をさけるため、図３の場合、配線電極６０４はシール材６０５を介しても図形上重ならない形状としている。また図４の場合、配線電極６０２は絶縁膜６０８があるため、導電性のシール材６０５を介しても配線電極６０４と導電性をとることができない。
絶縁膜の作製方法は前述と同様、各種印刷法などとフォトリソグラフィ法などを組み合わせればよい。
【００３４】
この第３の実施の形態においてシール材を用いると、シール材は上下基板の接着を行うと同時に上下基板の配線電極間の導電性をもとることができる。したがって、導電性のための余分の配線領域を設けなくてもよく、またその作製工程が不要であり、したがって有効領域を広くとれるので極めて好ましい。
【００３５】
また、第２および第３の実施の形態のように、対向する２枚の透明基板を使用して、配線電極を立体的に形成することは、配線の設計の自由度が大きく極めて好ましい。
【００３６】
本発明により作製される液晶封止素子は、表示用途の他に、使用液晶材料の特性を利用した液晶素子を設置する光学装置にも適用できる。特に液晶封止素子のサイズに対する有効領域の割合が大きく、小型化・軽量化が要求される光情報の記録再生に用いる光ヘッド装置用の光学部品として最適である。
【００３７】
その例としてＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光ディスク、および光磁気ディスク、相変化型光ディスクなどへの集光特性を改善するための液晶を用いた位相補正素子が挙げられる。位相補正素子の有効領域内を引き回す配線数の削減により、波面収差の補正特性の向上、補正電極パターンの設計自由度の向上など、大きな効果が得られる。
【００３８】
【実施例】
本実施例を図５、図６を参照しつつ説明する。スパッタリング法によりＩＴＯ透明電極膜を厚さ３０ｎｍ成膜した、厚さ０．５３ｍｍのガラスの透明基板７０１およびガラスの透明基板７０４に、フォトリソグラフィ法およびウエットエッチング法により透明電極７０２、７０３および配線電極７０５Ａ、７０５Ｂ、７０６、７０７を形成した（図５（ａ）、（ｂ））。ここで透明電極７０２は７個の部分電極に分割されている。
部分電極間、および部分電極と配線電極間はそれぞれ１０μｍのギャップを設けて互いの絶縁性を保っている。
【００３９】
次に、透明基板７０１と透明基板７０４のＩＴＯの透明電極上には厚さ約５０ｎｍのポリイミド膜をフレキソ印刷法により塗布し、その後焼成した。ポリイミド膜に対して布によるラビングの配向処理を施した後、透明基板７０１にスクリーン印刷法によりエポキシ系のシール材８０１を印刷した。エポキシ系のシール材８０１には、セルギャップを維持するための直径５μｍのファイバスペーサを３重量％と、透明基板７０１と透明基板７０４との間の導電性をとるために表面に導電性コーティングを施した直径５．５μｍのアクリル球を２重量％を混合した。
【００４０】
透明基板７０１と透明基板７０４とは位置合わせして重ねた（図６）。これらの基板を別のガラス基板で挟んだ後に１７０℃にて、６×１０⁴Ｎ／ｍ²の圧力で圧着しセルを形成した。作製したセルに真空注入法により液晶８０２を注入し、注入口をＵＶ接着剤８０３にて封止して幅約１ｍｍの周辺のシール材８０１の部分に配線電極を内蔵する外形８ｍｍ×１０ｍｍ角の液晶封止素子を作製できた。
【００４１】
このとき、シール材８０１に混入した導電性ビーズおよび透明基板７０４に作製した配線電極７０５を介して、透明基板７０１上の配線電極７０６と７０７が導電性を有している（以下、これらの配線電極をジャンパ線部という）。すなわち、配線電極７０５Ａと７０７、および配線電極７０５Ｂと７０６が立体的に繋がっている。
【００４２】
外部からの電圧印加時には、作製したジャンパ線部は液晶封止素子駆動用の配線として使用され素子内部の液晶の配向動作が確認された。液晶封止素子を通過するレーザ光に対し、有効領域が大きくとれるので光利用効率の高いものが得られた。
【００４３】
このように作製された液晶封止素子を、図７に示すように、光ヘッド装置に配されたλ／４板５とコリメートレンズ３との間に位相補正素子４として設置され、この位相補正素子４は位相補正素子制御回路１０からの出力電圧によって制御された。
【００４４】
半導体レーザ１からのＰ偏光レーザ光は、偏光ビームスプリッタ２、コリメートレンズ３、位相補正素子４、λ／４板５の順に透過し、アクチュエータ７に保持された対物レンズ６を通過して光記録媒体８上に集光される。集光されたレーザ光は、光記録媒体８に記録された光情報を含んで反射され、上記とは逆向きに進み、偏光ビームスプリッタ２によって、光検出器９によって光情報が読み取られた。この光情報を含んだレーザ光は、光利用効率の高いものであった。
さらに、液晶封止素子を設置した光ヘッド装置は、小型・軽量のものが得られた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば配線電極の構造を立体的にすることにより、配線の自由度を高くすることができ、したがって液晶封止素子内の配線電極部分の面積を節約できるので、入射する光の利用面積すなわち光の利用効率を高くすることができる。
また、余分配線を引き回す必要なく、液晶封止素子の体積・重量を小さくできて、この素子を組み込んだ光ヘッド装置は、小型・軽量のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配線電極の立体的構造を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る配線電極の立体的構造を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る配線電極の立体的構造を示す斜視図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る別の配線電極の立体的構造を示す斜視図。
【図５】本発明の液晶封止素子を構成する２枚の透明基板に形成された透明電極、配線電極などのパターン図で、（ａ）は１枚の透明基板に形成された透明電極、配線電極などのパターン図、（ｂ）は（ａ）と合わせる他の１枚に形成された透明電極、配線電極などのパターン図。
【図６】図２の２枚の透明基板を合わせた平面図。
【図７】本発明の液晶封止素子を設置した光ヘッド装置の概念図。
【図８】従来の液晶封止素子の一例を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。
【図９】光ディスクの半径方向の波面収差補正を行う、従来の部分電極のパターンを示す概念図。
【図１０】図９の場合より厳密な波面収差補正を行う、従来の部分電極のパターンを示す概念図。
【符号の説明】
１：半導体レーザ
４：位相補正素子（液晶封止素子）
８：光記録媒体
１０１，１０２：基板
１０６、７０２、７０３：透明電極
４０６、５０６、５０７、５０８、６０６、６０７、７０１、７０４：透明基板１０５、６０５、８０１：シール材
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、３０１、３０２、７０５Ａ、７０５Ｂ：部分電極
１０４：電極取り出し部
１０８、８０２：液晶
１０３、２０７、２０８、２０９、４０１、４０２、４０３、５０１，５０２，５０３、６０１，６０２，６０３，６０４、７０６，７０７：配線電極
４０４：絶縁膜
６０８：絶縁部
４０５：導電膜
５０４、５０５：導電部
１０７：トランスファー部分
２０６：分圧用の抵抗
１０９、８０３：封止材

Claims (3)

1. 半導体レーザからの出射光を光記録媒体に導き、前記光記録媒体からの反射光を光検出器に導く光ヘッド装置において、
   前記半導体レーザと前記光記録媒体の間の光路中に位相補正素子が設置され、
   前記位相補正素子は、前記出射光が通過する有効領域中に透明電極がそれぞれ形成されて対向する２枚以上の透明基板間に液晶が挟持され、２つ以上の前記透明電極のうち少なくとも１つが複数個の領域に分割されて複数の部分電極が形成され、
   前記複数の部分電極は、島状の部分電極と、前記島状の部分電極を囲む環状の部分電極と、の組み合わせを２つ、周縁部の円弧状の部分電極を２つ、そして、残余の部分電極を有し、
   さらに、前記光記録媒体の半径方向に、一方の前記円弧状の部分電極、一方の前記環状の部分電極、他方の前記環状の部分電極、そして、他方の前記円弧状の部分電極の順に、前記残余の部分電極を挟んで、それぞれ離隔して配置され、
   同一面に形成された前記透明電極の前記部分電極から前記透明基板の周辺部へ引き出された複数の前記配線電極のうち少なくとも１本には電気的な絶縁手段が設けられ、前記絶縁手段が設けられた配線電極と他の配線電極のうち少なくとも１本の配線電極とは前記絶縁手段を介して、１枚の透明基板上または対向する２枚の透明基板間で、立体的な交差構造が形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記立体的な交差構造は、対向する２枚の透明基板間で形成されている請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記絶縁手段は、薄膜である請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。

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