JP4830685B2 - 波長選択性偏光ホログラム素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置の搭載に適した波長選択性偏光ホログラム素子の構造および製造方法に関するものである。

光ピックアップ装置において、ＣＤ（コンパクトディスク）とＤＶＤなどの光ディスクに記録・再生するために、それぞれ異なる波長のレーザーを搭載している。ＣＤとＤＶＤでは開口数を変えるなどのために、波長選択性開口制限の機能を持つフィルター素子が必要である。また、偏光を用いた光利用効率の高い偏光ホログラム素子が使われている。

光ディスク装置の薄型化に伴い、光ピックアップ装置も薄型化する必要があり、光学部品も薄型・集積化する必要があった。偏光ホログラムに必要な波長選択性開口制限素子、波長板および偏光ホログラムをできるだけ薄く構成する技術が必要となった。

従来は、波長板を水晶基板やフィルム位相差板の部材を複屈折基板（ＬｉＮｂＯ３）に形成した偏光ホログラム素子と貼り合わせにより形成する製造方法は紹介されている（例えば特許文献1参照）。
特開２００５−３１０２３６号公報

上記のように貼り合わせによる波長選択性偏光ホログラムの製造方法では、ホログラム作成のための基板と波長板である位相差板の２つの部材厚みを合算された厚みが必要であったため、薄型化にも限界があるという課題であった。

そこで本発明は、従来のフィルム波長板を貼り合わせる製造方法の素子より非常に薄型である波長選択性偏光ホログラム素子の製造方法を提供する。

本発明の波長選択性偏光ホログラム素子の製造方法は、光ピックアップ装置の薄型化に適した波長選択性開口機能を有する偏光ホログラム素子に、光硬化型液晶樹脂で形成した波長板を用いて単一基板で、すべて形成できる製造方法を提案するものである。

本発明は、複屈折を有するＬｉＮｂＯ３基板の片面に偏光ホログラム素子を作製し、その反対面に波長選択性開口フィルターパターンを光路設計にもとづく配置に合うように形成する。偏光ホログラム素子の回折格子面である位相段差がある格子パターンに埋め込みするための樹脂を塗布して熱硬化させて平坦化する。その上にＳｉＯ２の保護層を形成し、さらに光配向樹脂を塗布する。光配向樹脂に必要な方位のＵＶ偏光を照射し配向を行う。その上に光硬化型液晶樹脂を塗布し、ベーク・ＵＶ硬化により波長板を形成する。最終、その面に無反射コートである多層膜を成膜する。

本発明の波長選択性偏光ホログラム素子の製造方法により、従来のフィルム波長板を貼り合わせる製造方法の素子より非常に薄型であり、光硬化型液晶樹脂を均一に塗布することにより波面収差も低減できる偏光ホログラム素子が得られる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態における波長選択性偏光ホログラム素子を示したもので、図１(a)は素子を図２のX方向側から見た平面図、図２(b)は図２のY方向側から見た平面図、図２は素子の構成例を示す断面図、図４は本素子の製造工程を示す図面である。

図４(a)に示す様にＬｉＮｂＯ３基板１０３の片方の面に偏光ホログラムの格子パターン１０５を、フォトリソグラフィ技術を利用してプロトン交換層と位相補償溝エッチングにより形成する。もう片方の面に設けられた波長選択性開口制限パターン１０４は、ＣＤ波長（７８５ｎｍとする）の透過率を２０％以下で、ＤＶＤ波長（６６０ｎｍとする）の透過率は９６％以上である多層膜構造であり、図１の１０２の第二領域形成のため、ホログラムとパターン合わせを行い、開口パターンを形成する。その時、第一領域１０１はＣＤ波長、ＤＶＤ波長共に９６％以上の透過率があり、この第一領域１０１と第二領域１０２はＤＶＤ波長に対して２λの位相段差にしてあるため、球面収差発生を低減している。

次に図４(ｂ)に示す様に基板１０３の屈折率と埋め込み樹脂１０７との屈折率差による反射を防ぐため、ホログラム面に無反射コート膜１０６を形成する。その上から、埋め込みのための透明樹脂１０７を滴下、スピンコートにより均一に広げて、ベークにより熱硬化させて、回折格子段差の間に埋め込む。この時、回折格子の部分が平坦になる様に材料粘度・回転数を最適化する。

この埋め込み樹脂１０７の上に、ＳｉＯ２膜１０８を７０〜３００ｎｍ程度スパッタリングにより形成する。このＳｉＯ２膜１０8は埋め込み樹脂と液晶波長板樹脂との熱膨張による位相差の変化を抑制するために形成する。

図３は図２におけるＳｉＯ２膜１０８の有／無による、素子完成品での位相差温度変化を示す。位相差を計測しながらドライヤー加熱により素子温度を上げて、７分後に空冷により常温にもどす間での素子完成品の初期位相差から変化した位相差の割合を位相差相対値で表す。この時間経過で位相差の変量が、ＳｉＯ２を形成したことで改善される。よって、埋め込み樹脂と光硬化型液晶樹脂の熱膨張差により位相差の温度変化を抑制するため、ＳｉＯ２層１０８を挟み込むことで改善できる。

次に図４(ｃ)に示す様にＳｉＯ２膜１０８の上に光配向樹脂を滴下、スピンコートにより均一に塗布して、ベークにより硬化する。そして、紫外線偏光露光装置により、特定方位に偏光されたＵＶ光を照射して、配向膜に光配向を行う。

この配向膜１０９の上に、光硬化型液晶樹脂１１０をスピンコートにより均一に塗布し・ベーク・ＵＶ照射の工程を経て硬化させて波長板を形成する。最終、この波長板１１０に無反射コート１１１を成膜して完成する。この波長板は光配向により配向させた光硬化型液晶樹脂１１０を用いてスピンコートにより必要な厚みに塗布することで位相差を得ることができる。

上記のような光学素子を形成することにより、波長選択性開口制限機能と偏光ホログラム機能と波長板の３つの機能を併せ持つ単一基板構成の光学素子となり、部品点数を削減でき、さらに薄型化が図れる。

以上のように、本発明の波長選択性偏光ホログラム素子の製造方法は、偏光ホログラム面の格子を平坦化して同一面に波長板を形成することができ、基板厚みだけで厚みが決まる素子であり、非常に薄型で、信頼性の高い光学素子として光ピックアップ装置の薄型化に有益である。

本実施形態の偏光ホログラムの平面図 本実施形態の偏光ホログラムの断面図 ＳｉＯ２層有無での位相差温度変化の比較図 本素子の製造工程を示す工程図

符号の説明

１０１ 第一領域
１０２ 第二領域
１０３ 基板（ＬｉＮｂＯ３）
１０４ 波長選択性開口制限パターン
１０５ 偏光ホログラムパターン
１０６ 無反射コート
１０７ 埋め込み樹脂層
１０８ ＳｉＯ２層
１０９ 配向膜層
１１０ 光硬化型液晶樹脂
１１１ 無反射コート

Claims (2)

1. 光ピックアップ装置に用いられる偏光ホログラム素子の製造方法であって、
   ＬｉＮｂＯ３複屈折基板の片面に波長選択性開口制限素子を形成する工程と、
   前記ＬｉＮｂＯ３複屈折基板のもう片面に形成したホログラムの回折格子である段差パターンに透明樹脂を塗布・熱硬化により平坦化を行い埋め込み樹脂層を形成する工程と、
   その埋め込み樹脂層上に液晶樹脂を塗布・配向・硬化することにより液晶樹脂波長板を形成する工程とを備え、
   前記埋め込み樹脂層と前記液晶樹脂波長板との層間に、ＳｉＯ２を形成することで、前記埋め込み樹脂層と前記液晶樹脂波長板の熱膨張差による波長板位相差の変動を抑制する偏光ホログラム素子の製造方法。
2. 前記液晶樹脂波長板は光配向により配向させた光硬化型液晶樹脂を用いてスピンコートにより必要な厚みに塗布することで位相差を得る、請求項１記載の偏光ホログラム素子の製造方法。

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