JPH09281330A - 液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘッド装置 - Google Patents
液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘッド装置Info
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- JPH09281330A JPH09281330A JP8089775A JP8977596A JPH09281330A JP H09281330 A JPH09281330 A JP H09281330A JP 8089775 A JP8089775 A JP 8089775A JP 8977596 A JP8977596 A JP 8977596A JP H09281330 A JPH09281330 A JP H09281330A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光ヘッドに用いる回折格子で光の利用効率が高
く、小型軽量で製造が容易な回折格子を得る。 【解決手段】光硬化可能な液晶性化合物を、回折格子を
形成するようにストライプ状にパターニングされた電極
２Ａ、２Ｂ及び液晶性化合物のねじれ角が２７０°にな
るような配向膜３Ａ、３Ｂを有する基板間に挟持して、
電極に電圧を印加しつつ光を照射して硬化させて、周期
的に液晶ポリマーの配向方向が変化している液晶回折格
子を製造する。
く、小型軽量で製造が容易な回折格子を得る。 【解決手段】光硬化可能な液晶性化合物を、回折格子を
形成するようにストライプ状にパターニングされた電極
２Ａ、２Ｂ及び液晶性化合物のねじれ角が２７０°にな
るような配向膜３Ａ、３Ｂを有する基板間に挟持して、
電極に電圧を印加しつつ光を照射して硬化させて、周期
的に液晶ポリマーの配向方向が変化している液晶回折格
子を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ポリマーを用
いた液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘ
ッド装置に関するものである。
いた液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘ
ッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ヘッドに用いられる回折格子として、
等方性格子が使用されている。この等方性格子は、ガラ
ス、プラスチック上に矩形格子（レリーフ型）をドライ
エッチングまたは射出成型等によって形成し、これによ
って光を回折し、ビームスプリッタ機能を持たせるもの
である。これは、製造も容易であり、薄いフィルム上に
することも可能なので、軽量、小型という点では有利で
あった。
等方性格子が使用されている。この等方性格子は、ガラ
ス、プラスチック上に矩形格子（レリーフ型）をドライ
エッチングまたは射出成型等によって形成し、これによ
って光を回折し、ビームスプリッタ機能を持たせるもの
である。これは、製造も容易であり、薄いフィルム上に
することも可能なので、軽量、小型という点では有利で
あった。
【０００３】しかし、この等方性格子においては光ヘッ
ドとして使用した場合、光利用効率が悪いという問題点
を有していた。具体的には往路がせいぜい50％、復路が
せいぜい20％で、往復で10％程度が限界であった。この
ため、充分な検出出力を得るためには、レーザー光源の
出力を大きくしなくてはならないという問題点を有して
いた。
ドとして使用した場合、光利用効率が悪いという問題点
を有していた。具体的には往路がせいぜい50％、復路が
せいぜい20％で、往復で10％程度が限界であった。この
ため、充分な検出出力を得るためには、レーザー光源の
出力を大きくしなくてはならないという問題点を有して
いた。
【０００４】これを改善するために、等方性格子の代わ
りに異方性格子を用いることが提案されている。即ち、
ビームスプリッタに偏光選択性を持たせ、１／４波長板
と組み合わせることにより、往復での光効率を上げるこ
とができる。
りに異方性格子を用いることが提案されている。即ち、
ビームスプリッタに偏光選択性を持たせ、１／４波長板
と組み合わせることにより、往復での光効率を上げるこ
とができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このプリズム
タイプの偏光ビームスプリッタは製造が面倒で高価であ
り、大きくて重くなる傾向がある。このため、小型、軽
量の光関係のディスクの光ヘッドとして用いるには不利
であった。
タイプの偏光ビームスプリッタは製造が面倒で高価であ
り、大きくて重くなる傾向がある。このため、小型、軽
量の光関係のディスクの光ヘッドとして用いるには不利
であった。
【０００６】これを改善するために、LiNbO3等の複屈折
結晶の平板を用い、表面に異方性格子を形成し、偏光選
択性を持たす方法等が知られている。しかし、この複屈
折結晶を用いた場合は、複屈折結晶は基本的に製造が困
難なため、大量に入手が難しく、高価であり、民生分野
への適用は難しいものであった。また、これはプロトン
交換法という方法を用いて回折格子を製造することにな
るので、細かい周期を持つ格子を形成することは難しい
ものであった。
結晶の平板を用い、表面に異方性格子を形成し、偏光選
択性を持たす方法等が知られている。しかし、この複屈
折結晶を用いた場合は、複屈折結晶は基本的に製造が困
難なため、大量に入手が難しく、高価であり、民生分野
への適用は難しいものであった。また、これはプロトン
交換法という方法を用いて回折格子を製造することにな
るので、細かい周期を持つ格子を形成することは難しい
ものであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、液晶ポリマーを用い
た液晶回折格子において、液晶ポリマーの配向方向が、
基板に対してねじれた部分と基板に対してほぼ垂直な部
分とが交互に配列して回折格子を形成しており、この液
晶のねじれ角が90°＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）
であることを特徴とする液晶回折格子を提供するもので
ある。
を解決すべくなされたものであり、液晶ポリマーを用い
た液晶回折格子において、液晶ポリマーの配向方向が、
基板に対してねじれた部分と基板に対してほぼ垂直な部
分とが交互に配列して回折格子を形成しており、この液
晶のねじれ角が90°＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）
であることを特徴とする液晶回折格子を提供するもので
ある。
【０００８】また、液晶ポリマーを用いた液晶回折格子
の製造方法において、光硬化可能な液晶性化合物を、回
折格子を形成するようにパターニングされた電極及び液
晶性化合物のねじれ角が90°＋ 180°×ｎ（ｎは０以上
の整数）になるような配向処理層を有する基板間に挟持
して、電極に電圧を印加しつつ光を照射して光硬化可能
な液晶性化合物を硬化させることにより、硬化した液晶
ポリマーの配向方向が、基板に対してねじれた部分と基
板に対してほぼ垂直な部分とが交互に配列して回折格子
を形成している液晶回折格子を製造することを特徴とす
る液晶回折格子の製造方法を提供するものである。
の製造方法において、光硬化可能な液晶性化合物を、回
折格子を形成するようにパターニングされた電極及び液
晶性化合物のねじれ角が90°＋ 180°×ｎ（ｎは０以上
の整数）になるような配向処理層を有する基板間に挟持
して、電極に電圧を印加しつつ光を照射して光硬化可能
な液晶性化合物を硬化させることにより、硬化した液晶
ポリマーの配向方向が、基板に対してねじれた部分と基
板に対してほぼ垂直な部分とが交互に配列して回折格子
を形成している液晶回折格子を製造することを特徴とす
る液晶回折格子の製造方法を提供するものである。
【０００９】また、レーザー光源から出た光が１／４波
長板を通過し、前記の液晶回折格子または前記の液晶回
折格子の製造方法により製造された液晶回折格子を通過
し、被読み取りディスクで反射させ、その反射光を再度
液晶回折格子、１／４波長板を通して光を回折させて、
レーザー光源の側部に設けられた光検出器で検出するよ
うにしたことを特徴とする光ヘッド装置を提供するもの
である。
長板を通過し、前記の液晶回折格子または前記の液晶回
折格子の製造方法により製造された液晶回折格子を通過
し、被読み取りディスクで反射させ、その反射光を再度
液晶回折格子、１／４波長板を通して光を回折させて、
レーザー光源の側部に設けられた光検出器で検出するよ
うにしたことを特徴とする光ヘッド装置を提供するもの
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明では、液晶ポリマーを用い
た液晶回折格子であって、液晶ポリマーの配向方向が、
基板に対してねじれた部分と基板に対してほぼ垂直な部
分とが交互に配列しているものを用いる。この基板に対
してねじれた部分とは、液晶ポリマーのねじれ角が90°
＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）とされているものを
意味する。
た液晶回折格子であって、液晶ポリマーの配向方向が、
基板に対してねじれた部分と基板に対してほぼ垂直な部
分とが交互に配列しているものを用いる。この基板に対
してねじれた部分とは、液晶ポリマーのねじれ角が90°
＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）とされているものを
意味する。
【００１１】図１は、本発明の液晶回折格子を模式的に
示した断面図である。図において、1A、1Bはガラス、プ
ラスチック等の基板、2A、2Bは光硬化時に電圧を印加す
るためのIn2O3-SnO2（ＩＴＯ）、SnO2等の電極、3A、3B
はその表面に形成された配向膜、 4は硬化した液晶ポリ
マー、 5はそのねじれ構造を有する部分、 6は垂直配向
した部分を示している。
示した断面図である。図において、1A、1Bはガラス、プ
ラスチック等の基板、2A、2Bは光硬化時に電圧を印加す
るためのIn2O3-SnO2（ＩＴＯ）、SnO2等の電極、3A、3B
はその表面に形成された配向膜、 4は硬化した液晶ポリ
マー、 5はそのねじれ構造を有する部分、 6は垂直配向
した部分を示している。
【００１２】基板1A、1Bは、ガラス、プラスチック等の
透明な基板であり、電極2A、2Bは液晶性化合物を光硬化
させる際に電圧を印加するための透明な電極である。こ
の電極は通常はストライプ状とされ、この繰り返しピッ
チW3が所望の回折が得られるように調整される。通常は
数μｍ〜数十μｍの繰り返しピッチにされる。この際、
電極への電圧印加により垂直配向される部分は上下の電
極の重なり部分となるので、必ずしも上下の電極が同じ
形状で無くてもよいが、液晶の配向状態をより明確に２
分するためには、上下の電極をほぼ完全に重なるように
同じパターンにしておくことが好ましい。ただし、＋１
次または−１次のいずれか一方の効率を増加させたい場
合には、意図的に上下の電極の面積（幅）を変えておい
て、上下で非対称な格子を形成してもよい。
透明な基板であり、電極2A、2Bは液晶性化合物を光硬化
させる際に電圧を印加するための透明な電極である。こ
の電極は通常はストライプ状とされ、この繰り返しピッ
チW3が所望の回折が得られるように調整される。通常は
数μｍ〜数十μｍの繰り返しピッチにされる。この際、
電極への電圧印加により垂直配向される部分は上下の電
極の重なり部分となるので、必ずしも上下の電極が同じ
形状で無くてもよいが、液晶の配向状態をより明確に２
分するためには、上下の電極をほぼ完全に重なるように
同じパターンにしておくことが好ましい。ただし、＋１
次または−１次のいずれか一方の効率を増加させたい場
合には、意図的に上下の電極の面積（幅）を変えておい
て、上下で非対称な格子を形成してもよい。
【００１３】また、片側の電極のみストライプ状にパタ
ーニングし、もう一方は全面ベタ電極とすることは、パ
ターニング工程が減る点で有利であり、実用的な構成で
ある。しかし、この場合には、ストライプ状のパターン
の電極に対応する部分の少し横の部分とストライプ状の
パターンの電極との間にも斜めに電界がかかるため、２
種類の配向の間が不鮮明になりやすいので、回折効率が
低下しやすくなる。このため、ファインピッチの格子を
形成する時には、両方の基板ともに同様に電極をストラ
イプ状にパターニングする方が、できた回折格子として
の効率が高くなり好ましい。
ーニングし、もう一方は全面ベタ電極とすることは、パ
ターニング工程が減る点で有利であり、実用的な構成で
ある。しかし、この場合には、ストライプ状のパターン
の電極に対応する部分の少し横の部分とストライプ状の
パターンの電極との間にも斜めに電界がかかるため、２
種類の配向の間が不鮮明になりやすいので、回折効率が
低下しやすくなる。このため、ファインピッチの格子を
形成する時には、両方の基板ともに同様に電極をストラ
イプ状にパターニングする方が、できた回折格子として
の効率が高くなり好ましい。
【００１４】図２はこの電極のパターンの例を示す平面
図である。この図２に示すように、回折格子として機能
させる部分は電極をストライプ状にパターニングし、か
つ外部端子部分ではそれを１つにつなげて取り出しを容
易にしている。もちろん、この図の例で、図の下側でも
電極をつなぐようなパターンにしてもよい。この電極の
ある部分12の幅W1と電極の無い部分11の幅W2とは通常
１：１にされる。もちろん、必要に応じて１：１からず
らすこともできる。
図である。この図２に示すように、回折格子として機能
させる部分は電極をストライプ状にパターニングし、か
つ外部端子部分ではそれを１つにつなげて取り出しを容
易にしている。もちろん、この図の例で、図の下側でも
電極をつなぐようなパターンにしてもよい。この電極の
ある部分12の幅W1と電極の無い部分11の幅W2とは通常
１：１にされる。もちろん、必要に応じて１：１からず
らすこともできる。
【００１５】この電極付き基板の表面には、配向処理層
を形成する。この配向処理層は、電極付き基板の表面を
直接ラビングして配向処理してもよい。しかし、電極付
き基板の表面にポリイミド、ポリアミド等の有機高分子
の膜やSiO2,Al2O3等無機物の膜を形成し、その表面をラ
ビングしたり、無機物を斜め蒸着したりして形成した配
向膜とした方が液晶の配向性が良く好ましい。
を形成する。この配向処理層は、電極付き基板の表面を
直接ラビングして配向処理してもよい。しかし、電極付
き基板の表面にポリイミド、ポリアミド等の有機高分子
の膜やSiO2,Al2O3等無機物の膜を形成し、その表面をラ
ビングしたり、無機物を斜め蒸着したりして形成した配
向膜とした方が液晶の配向性が良く好ましい。
【００１６】このようにして配向処理層を設けた電極付
き基板を２枚、電極面が相対向するように配置して周辺
をシール材で注入口を除いてシールして空セルを形成す
る。次いで、その空セルの注入口から光硬化可能な液晶
性化合物を注入して、注入口を封止する。なお、空セル
を形成せずに、基板の上にシール材を設けた後、液晶性
化合物をその内部に滴下し、もう１枚の基板を重ねてシ
ールと注入とを同時に行うようにしてもよい。本発明で
は、配向状態の異なる部分が周期的に繰り返されている
液晶ポリマーのフィルムができればよいので、周辺のシ
ールを無しにしてもよい。
き基板を２枚、電極面が相対向するように配置して周辺
をシール材で注入口を除いてシールして空セルを形成す
る。次いで、その空セルの注入口から光硬化可能な液晶
性化合物を注入して、注入口を封止する。なお、空セル
を形成せずに、基板の上にシール材を設けた後、液晶性
化合物をその内部に滴下し、もう１枚の基板を重ねてシ
ールと注入とを同時に行うようにしてもよい。本発明で
は、配向状態の異なる部分が周期的に繰り返されている
液晶ポリマーのフィルムができればよいので、周辺のシ
ールを無しにしてもよい。
【００１７】本発明では、液晶のねじれ角は、液晶ポリ
マーを製造する段階で、液晶性化合物のねじれ角が90°
＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）となるようなものが
使用される。このねじれ角は、基板の表面の配向処理層
と液晶性化合物のピッチと基板間隙とによって定まる。
このため、２枚の基板の表面の配向処理層の配向方向が
ほぼ直交するようにされ、基板間隙に対して液晶性化合
物のピッチが整合するようにされる。もっとも、ｎ＝０
の場合であるねじれ角が90°の場合には、液晶性化合物
自体でもつ固有ピッチはほぼ無限大であってもよい。
マーを製造する段階で、液晶性化合物のねじれ角が90°
＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整数）となるようなものが
使用される。このねじれ角は、基板の表面の配向処理層
と液晶性化合物のピッチと基板間隙とによって定まる。
このため、２枚の基板の表面の配向処理層の配向方向が
ほぼ直交するようにされ、基板間隙に対して液晶性化合
物のピッチが整合するようにされる。もっとも、ｎ＝０
の場合であるねじれ角が90°の場合には、液晶性化合物
自体でもつ固有ピッチはほぼ無限大であってもよい。
【００１８】通常は、ねじれ角が90°の場合には、基板
間隙をｄとし、液晶性化合物自体でもつ固有ピッチをｐ
としたときに、そのｄ／ｐを0.25とした時が整合するこ
とになる。そして、配向状態が揃うためには 0＜ｄ／ｐ
＜0.5 の範囲とされることが好ましい。同様にねじれ角
を 270°とする場合にはｄ／ｐは0.75が整合しており、
0.5＜ｄ／ｐ＜1.0 の範囲とされ、ねじれ角を 450°と
する場合には 1.0＜ｄ／ｐ＜1.5 の範囲とされる。
間隙をｄとし、液晶性化合物自体でもつ固有ピッチをｐ
としたときに、そのｄ／ｐを0.25とした時が整合するこ
とになる。そして、配向状態が揃うためには 0＜ｄ／ｐ
＜0.5 の範囲とされることが好ましい。同様にねじれ角
を 270°とする場合にはｄ／ｐは0.75が整合しており、
0.5＜ｄ／ｐ＜1.0 の範囲とされ、ねじれ角を 450°と
する場合には 1.0＜ｄ／ｐ＜1.5 の範囲とされる。
【００１９】ただし、このねじれ角は通常のネマチック
液晶で用いられている90°よりもＳＴＮ液晶で用いられ
ている 270°または 450°とすることが好ましい。これ
は、ねじれ角がＳＴＮ液晶のように大きい方が、電界に
対する液晶の配向立ち上がりがシャープであるので、電
極からの漏れ電界による影響を受けにくく、ファイピッ
チの回折格子が可能になるという利点がある。
液晶で用いられている90°よりもＳＴＮ液晶で用いられ
ている 270°または 450°とすることが好ましい。これ
は、ねじれ角がＳＴＮ液晶のように大きい方が、電界に
対する液晶の配向立ち上がりがシャープであるので、電
極からの漏れ電界による影響を受けにくく、ファイピッ
チの回折格子が可能になるという利点がある。
【００２０】この液晶性化合物は、１種類の化合物でも
よいし、複数の化合物を組み合わせて用いてもよい。ま
た、所望の固有のねじれを生じるように光学活性物質等
を添加してもよい。また、必要に応じて、光硬化用の触
媒、色素、その他の添加剤も併用してもよい。
よいし、複数の化合物を組み合わせて用いてもよい。ま
た、所望の固有のねじれを生じるように光学活性物質等
を添加してもよい。また、必要に応じて、光硬化用の触
媒、色素、その他の添加剤も併用してもよい。
【００２１】この液晶性化合物は、それ自体で液晶性を
示し、かつ光硬化可能な化合物とされる。複数の化合物
を併用した組成物として用いる場合には、組成物として
液晶性を示せばよいので、一部の化合物は単体では非液
晶の化合物を含んでいてもよい。本発明では、電圧印加
時に垂直配向する液晶が安定しており好ましいので、通
常は正の誘電異方性のネマチック液晶性を示す液晶性化
合物を用いる。
示し、かつ光硬化可能な化合物とされる。複数の化合物
を併用した組成物として用いる場合には、組成物として
液晶性を示せばよいので、一部の化合物は単体では非液
晶の化合物を含んでいてもよい。本発明では、電圧印加
時に垂直配向する液晶が安定しており好ましいので、通
常は正の誘電異方性のネマチック液晶性を示す液晶性化
合物を用いる。
【００２２】この光硬化が可能な液晶性化合物として
は、代表的な化合物として以下に示すようなアクリル酸
構造を末端に有するビフェニル、ターフェニル化合物
や、安息香酸フェニル化合物がある。ただし、本発明は
これらの化合物に限定されるものではなく、液晶性を示
し、かつ光硬化可能な化合物であればよい。以下の化学
式において、-Ph-は1,4-ジ置換フェニレン基を示し、-R
はアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基を示す。このア
ルキル基は、その一部のエーテル結合、エステル結合、
ケトン構造が入ったり、一部の水素原子がハロゲン原子
に置換されたりしていてもよい。ｍは１〜２、ｎは１〜
１０を表す。
は、代表的な化合物として以下に示すようなアクリル酸
構造を末端に有するビフェニル、ターフェニル化合物
や、安息香酸フェニル化合物がある。ただし、本発明は
これらの化合物に限定されるものではなく、液晶性を示
し、かつ光硬化可能な化合物であればよい。以下の化学
式において、-Ph-は1,4-ジ置換フェニレン基を示し、-R
はアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基を示す。このア
ルキル基は、その一部のエーテル結合、エステル結合、
ケトン構造が入ったり、一部の水素原子がハロゲン原子
に置換されたりしていてもよい。ｍは１〜２、ｎは１〜
１０を表す。
【００２３】CH2=CH-COO-Ph-(Ph)m-R CH2=CH-COO-(CH2)n-O-Ph-(Ph)m-R CH2=CH-COO-(Ph)m-OOC-(Ph)m-R
【００２４】このような液晶性化合物を基板間隙に挟ん
だ状態にする。具体的には、例えば、前記したように空
セルに液晶性化合物を封入する。この際、液晶性化合物
の基板間でのねじれが 270°であったとする。すると、
電圧を印加していない状態では、セル全体にわたって液
晶性化合物は図１の 5の部分で示すように 270°ねじれ
ている均一な配向状態を取っている。
だ状態にする。具体的には、例えば、前記したように空
セルに液晶性化合物を封入する。この際、液晶性化合物
の基板間でのねじれが 270°であったとする。すると、
電圧を印加していない状態では、セル全体にわたって液
晶性化合物は図１の 5の部分で示すように 270°ねじれ
ている均一な配向状態を取っている。
【００２５】次いで、上下の電極間に液晶が立ち上がる
に充分な電圧を印加する。すると、電極のある部分で
は、図１の 6の部分で示すように液晶性化合物が電界に
平行に配向、即ち、電極面には垂直に配向する。一方、
電極の無い部分では、液晶性化合物は図１の 5の部分で
示すように 270°ねじれて配向している。この状態で、
光を照射して光硬化を行って、液晶性化合物の硬化した
液晶ポリマーの配向状態を固定化する。
に充分な電圧を印加する。すると、電極のある部分で
は、図１の 6の部分で示すように液晶性化合物が電界に
平行に配向、即ち、電極面には垂直に配向する。一方、
電極の無い部分では、液晶性化合物は図１の 5の部分で
示すように 270°ねじれて配向している。この状態で、
光を照射して光硬化を行って、液晶性化合物の硬化した
液晶ポリマーの配向状態を固定化する。
【００２６】即ち、これにより硬化した液晶ポリマーの
配向方向が、基板に対してねじれた部分と基板に対して
ほぼ垂直な部分とが交互に配列して回折格子を形成して
いる光学異方性のある液晶回折格子が得られる。
配向方向が、基板に対してねじれた部分と基板に対して
ほぼ垂直な部分とが交互に配列して回折格子を形成して
いる光学異方性のある液晶回折格子が得られる。
【００２７】図３は、このように製造した液晶回折格子
を用いた光ヘッドの正面から見た模式図である。図３に
おいて、21はレーザー光源、22は１／４波長板、23は本
発明の液晶回折格子、24は集光レンズ、25は被読み取り
ディスクを表している。
を用いた光ヘッドの正面から見た模式図である。図３に
おいて、21はレーザー光源、22は１／４波長板、23は本
発明の液晶回折格子、24は集光レンズ、25は被読み取り
ディスクを表している。
【００２８】レーザー光源21からでた光は、直線偏光、
例えばＰ偏光を有するが、１／４波長板22を通過するこ
とにより円偏光とされる。ここでは説明の都合上、右回
りの円偏光に変化したとして説明する。これは、本発明
の光学異方性のある液晶回折格子が円偏光に対して機能
するものであるためである。この１／４波長板22を通過
して右回りの円偏光とされた光が、本発明の液晶回折格
子23に入射する。
例えばＰ偏光を有するが、１／４波長板22を通過するこ
とにより円偏光とされる。ここでは説明の都合上、右回
りの円偏光に変化したとして説明する。これは、本発明
の光学異方性のある液晶回折格子が円偏光に対して機能
するものであるためである。この１／４波長板22を通過
して右回りの円偏光とされた光が、本発明の液晶回折格
子23に入射する。
【００２９】右回りの円偏光は、液晶ポリマーが垂直に
配向した部分では、そのまま右回りの円偏光で出射し、
その光路差（液晶ポリマーの常光屈折率ｎo と基板間隙
ｄとの積）の分だけ位相が変化する。一方液晶ポリマー
がねじれた部分では、基板間隙、液晶の屈折率及びねじ
れ方向、ねじれ角とを適当に選ぶと、特定の波長で、右
回りの円偏光が、同じく右回りの円編光で出射する条件
が存在する。ただし、この条件は液晶の基板間隙に対し
てそれほどクリテイカルではないということが重要なポ
イントである。
配向した部分では、そのまま右回りの円偏光で出射し、
その光路差（液晶ポリマーの常光屈折率ｎo と基板間隙
ｄとの積）の分だけ位相が変化する。一方液晶ポリマー
がねじれた部分では、基板間隙、液晶の屈折率及びねじ
れ方向、ねじれ角とを適当に選ぶと、特定の波長で、右
回りの円偏光が、同じく右回りの円編光で出射する条件
が存在する。ただし、この条件は液晶の基板間隙に対し
てそれほどクリテイカルではないということが重要なポ
イントである。
【００３０】この時の位相変化はジョーンズマトリック
スを用いて計算され、これもまた基板間隙にクリテイカ
ルに依存しない。このため、基板間隙をうまく選ぶと、
偏光状態を変えずに、ねじれ配向部を透過した光と垂直
配向部を透過した光との位相差を、ほぼゼロになるよう
にすることができる。そのためこの液晶回折格子23に入
射した入射光は、そのまま回折されずに、回折素子を通
過する。
スを用いて計算され、これもまた基板間隙にクリテイカ
ルに依存しない。このため、基板間隙をうまく選ぶと、
偏光状態を変えずに、ねじれ配向部を透過した光と垂直
配向部を透過した光との位相差を、ほぼゼロになるよう
にすることができる。そのためこの液晶回折格子23に入
射した入射光は、そのまま回折されずに、回折素子を通
過する。
【００３１】この液晶回折格子23を通過した光は、集光
レンズ24により集光されて、被読み取りディスク25の表
面で反射する。この反射光は、反射前の光とは円偏光状
態が、反対になっている。例えば、この場合には、左回
りの円偏光になって戻ってくることになる。この反射光
は、集光レンズを通り再度液晶回折格子23に入射する。
レンズ24により集光されて、被読み取りディスク25の表
面で反射する。この反射光は、反射前の光とは円偏光状
態が、反対になっている。例えば、この場合には、左回
りの円偏光になって戻ってくることになる。この反射光
は、集光レンズを通り再度液晶回折格子23に入射する。
【００３２】この時、往路と同様にねじれ配向部を透過
した光と垂直配向部を透過した光とは共に偏光状態が保
たれる。しかし、位相差に関しては、垂直配向部は往路
と同じ位相変化量であるのに対し、ねじれ配向部は、左
回り円偏光に対しては、ねじれ角の２倍位相変化量が異
なる。このため、ねじれ角が 270°の場合、ちょうど２
倍の 540°の位相差が生じる、即ち、 180°位相が異な
ることになり、垂直配向部を通過した光とねじれ配向部
を通過した光とが干渉することにより、光は回折する。
した光と垂直配向部を透過した光とは共に偏光状態が保
たれる。しかし、位相差に関しては、垂直配向部は往路
と同じ位相変化量であるのに対し、ねじれ配向部は、左
回り円偏光に対しては、ねじれ角の２倍位相変化量が異
なる。このため、ねじれ角が 270°の場合、ちょうど２
倍の 540°の位相差が生じる、即ち、 180°位相が異な
ることになり、垂直配向部を通過した光とねじれ配向部
を通過した光とが干渉することにより、光は回折する。
【００３３】その後、液晶回折格子23により回折した光
は、再び１／４波長板22を通り、円偏光からＳ偏光にな
って、光検出器26に到達する。このような構成とするこ
とにより、往復での光効率の高い光学異方性回折格子あ
るいは光利用効率の高い光ヘッドを構成することができ
る。
は、再び１／４波長板22を通り、円偏光からＳ偏光にな
って、光検出器26に到達する。このような構成とするこ
とにより、往復での光効率の高い光学異方性回折格子あ
るいは光利用効率の高い光ヘッドを構成することができ
る。
【００３４】以上の説明は、本発明の基本的な構成につ
いて説明したものであり、本発明はさらに、可変焦点レ
ンズを付加したり、液晶回折格子の回折格子のピッチを
複数種類設けたり、光検出器の配置や数を変えたりする
こともできる。
いて説明したものであり、本発明はさらに、可変焦点レ
ンズを付加したり、液晶回折格子の回折格子のピッチを
複数種類設けたり、光検出器の配置や数を変えたりする
こともできる。
【００３５】本発明を適用する被読み取りディスクは、
レーザー光をあててその反射光を読み取る形式のもので
あれば何にでも使用でき、代表的なものとしてＣＤやＤ
ＶＤのディスクがある。
レーザー光をあててその反射光を読み取る形式のもので
あれば何にでも使用でき、代表的なものとしてＣＤやＤ
ＶＤのディスクがある。
【００３６】
実施例１ 無アルカリガラス基板上にＩＴＯ電極を40ｎｍ厚で形成
し、これを図２に示すように繰り返しピッチW3が15μ
ｍ、電極のある部分12の幅W1＝電極の無い部分11の幅W2
となるようにストライプ状にパターニングした。その表
面にポリイミドをスピンコーターで塗布し、加熱硬化
後、ナイロン布でラビング処理を行った。このラビング
処理は一方の基板では、電極のストライプの方向と直交
する方向にラビングし、他方の基板では電極のストライ
プの方向と平行な方向にラビングした。
し、これを図２に示すように繰り返しピッチW3が15μ
ｍ、電極のある部分12の幅W1＝電極の無い部分11の幅W2
となるようにストライプ状にパターニングした。その表
面にポリイミドをスピンコーターで塗布し、加熱硬化
後、ナイロン布でラビング処理を行った。このラビング
処理は一方の基板では、電極のストライプの方向と直交
する方向にラビングし、他方の基板では電極のストライ
プの方向と平行な方向にラビングした。
【００３７】次いで、これらの２枚の基板を電極面（配
向処理層面）が対向するように、かつ両方の基板のスト
ライプ状の電極が図１に示すように電極同士が、重なり
合うように位置合わせを行った後、予め周辺に印刷した
シール材を用いて貼り合せ、空セルを作製した。この
際、シール材にスペーサを混入し、基板間隙が 7.2μｍ
になるようにした。この空セルに、別途下記の組成にな
るように用意した光硬化可能な液晶性化合物を65℃で空
セルに設けた注入口から注入し、注入口を封止した。
向処理層面）が対向するように、かつ両方の基板のスト
ライプ状の電極が図１に示すように電極同士が、重なり
合うように位置合わせを行った後、予め周辺に印刷した
シール材を用いて貼り合せ、空セルを作製した。この
際、シール材にスペーサを混入し、基板間隙が 7.2μｍ
になるようにした。この空セルに、別途下記の組成にな
るように用意した光硬化可能な液晶性化合物を65℃で空
セルに設けた注入口から注入し、注入口を封止した。
【００３８】光硬化可能な液晶性化合物の組成 下記の式(1) で表される光重合性の液晶モノマーである
4-[w-(プロペノイルオキシ) プロペピルオキシ]-4'- シ
アノビフェニル48.5wt％に、式(2) で表される光重合性
液晶モノマーである4-(4'-n-ペンチルフェニルカルボニ
ルオキシ- フェニルアクリレートを48.5wt％混合した。
この液晶モノマーの組成物は、室温でネマチック液晶状
態を示し、かつ57℃で等方性液体に相転移するモノトロ
ピック液晶であった。この液晶にねじれ性を与えるため
に、コレステリックノナエイトを2wt％添加し、ねじれ
のピッチｐが9.5533μｍのカイラルネマチック液晶とし
た。さらに、この液晶に光重合開始剤として2-メチル-1
-[4-( メチルチオ) フェニル]-2-モルホリノプロパン-1
を 1wt％混合した。
4-[w-(プロペノイルオキシ) プロペピルオキシ]-4'- シ
アノビフェニル48.5wt％に、式(2) で表される光重合性
液晶モノマーである4-(4'-n-ペンチルフェニルカルボニ
ルオキシ- フェニルアクリレートを48.5wt％混合した。
この液晶モノマーの組成物は、室温でネマチック液晶状
態を示し、かつ57℃で等方性液体に相転移するモノトロ
ピック液晶であった。この液晶にねじれ性を与えるため
に、コレステリックノナエイトを2wt％添加し、ねじれ
のピッチｐが9.5533μｍのカイラルネマチック液晶とし
た。さらに、この液晶に光重合開始剤として2-メチル-1
-[4-( メチルチオ) フェニル]-2-モルホリノプロパン-1
を 1wt％混合した。
【００３９】CH2=CH-COO-(CH2)3-O-Ph-Ph-CN (1) CH2=CH-COO-Ph-OOC-Ph-C5H11(n) (2) なお、-Ph-は1,4-ジ置換フェニレン基を示す。
【００４０】次に、この液晶性化合物を充填したセル
に、電圧を印加しながら光重合を行った。印加電圧は 3
Ｖrms 、 100Hzの矩形波交流電圧である。光重合は、環
境温度20℃、10mW/cm2の強度の紫外線を 150秒照射させ
て行った。重合後得られた液晶ポリマーは可視光域で透
明であり、散乱も見られなかった。
に、電圧を印加しながら光重合を行った。印加電圧は 3
Ｖrms 、 100Hzの矩形波交流電圧である。光重合は、環
境温度20℃、10mW/cm2の強度の紫外線を 150秒照射させ
て行った。重合後得られた液晶ポリマーは可視光域で透
明であり、散乱も見られなかった。
【００４１】この液晶回折格子の一面に１／４波長板を
積層し、偏光ホログラムビームスプリッタを作製した。
この素子を図３に示すような構成の光ヘッドに用いたと
ころ、波長 650ｎｍのレーザー光源で、約50％の光利用
効率を得ることができた。
積層し、偏光ホログラムビームスプリッタを作製した。
この素子を図３に示すような構成の光ヘッドに用いたと
ころ、波長 650ｎｍのレーザー光源で、約50％の光利用
効率を得ることができた。
【００４２】
【発明の効果】本発明の液晶回折格子は、製造が容易で
大量生産に向いており、かつ小型軽量の異方性回折格子
である。この回折格子を光ヘッドに用いることにより、
往復での光効率を上げることができ、低い出力のレーザ
ー光源でも高いＳ／Ｎ比が得られ、光ヘッド自体を小
型、軽量、低消費電力とすることができる。
大量生産に向いており、かつ小型軽量の異方性回折格子
である。この回折格子を光ヘッドに用いることにより、
往復での光効率を上げることができ、低い出力のレーザ
ー光源でも高いＳ／Ｎ比が得られ、光ヘッド自体を小
型、軽量、低消費電力とすることができる。
【００４３】特に、液晶のねじれ角をＳＴＮ並にするこ
とにより、ファインピッチでシャープな特性の回折格子
が得られる。本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用が可能である。
とにより、ファインピッチでシャープな特性の回折格子
が得られる。本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で、種々の応用が可能である。
【図１】本発明の液晶回折格子の断面図。
【図２】本発明の液晶回折格子の基板の電極の状態を示
す平面図。
す平面図。
【図３】本発明の液晶回折格子を用いた光ヘッドの正面
から見た模式図。
から見た模式図。
１Ａ、１Ｂ：基板 ２Ａ、２Ｂ：電極 ３Ａ、３Ｂ：配向膜 ４ ：液晶ポリマー ５ ：ねじれ構造を有する部分 ６ ：垂直配向した部分
Claims (3)
- 【請求項１】液晶ポリマーを用いた液晶回折格子におい
て、液晶ポリマーの配向方向が、基板に対してねじれた
部分と基板に対してほぼ垂直な部分とが交互に配列して
回折格子を形成しており、この液晶のねじれ角が90°＋
180°×ｎ（ｎは０以上の整数）であることを特徴とす
る液晶回折格子。 - 【請求項２】液晶ポリマーを用いた液晶回折格子の製造
方法において、光硬化可能な液晶性化合物を、回折格子
を形成するようにパターニングされた電極及び液晶性化
合物のねじれ角が90°＋ 180°×ｎ（ｎは０以上の整
数）になるような配向処理層を有する基板間に挟持し
て、電極に電圧を印加しつつ光を照射して光硬化可能な
液晶性化合物を硬化させることにより、硬化した液晶ポ
リマーの配向方向が、基板に対してねじれた部分と基板
に対してほぼ垂直な部分とが交互に配列して回折格子を
形成している液晶回折格子を製造することを特徴とする
液晶回折格子の製造方法。 - 【請求項３】レーザー光源から出た光が１／４波長板を
通過し、請求項１の液晶回折格子または請求項２の液晶
回折格子の製造方法により製造された液晶回折格子を通
過し、被読み取りディスクで反射させ、その反射光を再
度液晶回折格子、１／４波長板を通して光を回折させ
て、レーザー光源の側部に設けられた光検出器で検出す
るようにしたことを特徴とする光ヘッド装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08977596A JP3700239B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | 液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘッド装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08977596A JP3700239B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | 液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘッド装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09281330A true JPH09281330A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3700239B2 JP3700239B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=13980061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08977596A Expired - Fee Related JP3700239B2 (ja) | 1996-04-11 | 1996-04-11 | 液晶回折格子、その製造方法及びそれを用いた光ヘッド装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3700239B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999024852A1 (fr) * | 1997-10-16 | 1999-05-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de separation de la polarisation d'elements d'hologramme, dispositif d'eclairage par polarisation et affichage d'image |
| US6172792B1 (en) * | 1997-01-31 | 2001-01-09 | Mary Lou Jepsen | Method and apparatus for forming optical gratings |
| US6671031B1 (en) * | 1999-08-26 | 2003-12-30 | Nippon Mitsubishi Oil Corporation | Method for manufacturing polarization diffraction film |
| JP2006196156A (ja) * | 2005-01-10 | 2006-07-27 | Samsung Electronics Co Ltd | 光情報記録媒体の複屈折補正用の液晶素子及びそれを備える光ピックアップ及び光記録及び／または再生機器 |
| KR100667132B1 (ko) * | 2000-02-25 | 2007-01-12 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 광회절 현상을 이용한 액정투사형 표시장치 |
| JP2007280460A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Asahi Glass Co Ltd | 光ヘッド装置 |
| WO2008020591A1 (fr) * | 2006-08-15 | 2008-02-21 | Asahi Glass Co., Ltd. | Élément écran sélectif en longueur d'onde et unité de tête optique l'utilisant |
| CN100377229C (zh) * | 2004-06-11 | 2008-03-26 | 三星电子株式会社 | 光学拾取装置及方法 |
| JP2009104060A (ja) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Seiko Epson Corp | 液晶装置の製造方法 |
| WO2019019813A1 (zh) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | 深圳吉迪思电子科技有限公司 | 一种感光组件 |
| US11221527B2 (en) | 2019-07-17 | 2022-01-11 | Japan Display Inc. | Optical element and liquid crystal display apparatus |
-
1996
- 1996-04-11 JP JP08977596A patent/JP3700239B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7715297B2 (en) | 2004-06-11 | 2010-05-11 | Samsung Electronics Co., Ltd | Optical pickup apparatus and method to reproduce information onto and from discs having different thicknesses and storage capacities |
| JP2006196156A (ja) * | 2005-01-10 | 2006-07-27 | Samsung Electronics Co Ltd | 光情報記録媒体の複屈折補正用の液晶素子及びそれを備える光ピックアップ及び光記録及び／または再生機器 |
| JP2007280460A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Asahi Glass Co Ltd | 光ヘッド装置 |
| WO2008020591A1 (fr) * | 2006-08-15 | 2008-02-21 | Asahi Glass Co., Ltd. | Élément écran sélectif en longueur d'onde et unité de tête optique l'utilisant |
| US8040782B2 (en) | 2006-08-15 | 2011-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Wavelength-selective light-shielding element and optical head using the same |
| JP2009104060A (ja) * | 2007-10-25 | 2009-05-14 | Seiko Epson Corp | 液晶装置の製造方法 |
| WO2019019813A1 (zh) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | 深圳吉迪思电子科技有限公司 | 一种感光组件 |
| US11221527B2 (en) | 2019-07-17 | 2022-01-11 | Japan Display Inc. | Optical element and liquid crystal display apparatus |
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|---|---|
| JP3700239B2 (ja) | 2005-09-28 |
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