(57)【要約】  【課題】  透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子および光ヘッド装置を提供すること。  【解決手段】  透明電極膜１０３、１０４、第１中間膜１０５、１０６、および配向膜１０７、１０８を順次積層した２枚の基板１０１、１０２を配向膜１０７、１０８が向き合うように対向させて配置し、２つの基板１０１、１０２間に液晶材料を封入して得られる液晶光学素子１００において、透明電極膜１０３、１０４と基板１０１、１０２との界面における光の反射率が、使用光の波長に対して略１パーセント以下になるように、これらが接する各界面に新たな第２中間膜１０９、１１０を挿入した構成を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極膜、第１中間膜、および配向膜を順次積層した２枚の基板を前記配向膜が向き合うように対向させて配置し、２つの前記基板間に液晶材料を封入して得られる液晶光学素子において、前記透明電極膜と前記基板との界面における光の反射率が、使用光の波長に対して略１パーセント以下になるよう、前記透明電極膜と前記基板との各前記界面に新たな第２中間膜を挿入したことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記第２中間膜の屈折率を、前記透明電極膜の屈折率と前記基板の屈折率との間のいずれかの値にした請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記透明電極膜の厚さが１ｎｍから５０ｎｍまでの範囲にあると共に、前記第２中間膜の厚さが使用波長の０．２倍から０．３倍までの範囲にある請求項１または２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、集光されて前記光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、前記対物レンズと前記光源との間の光路中、または、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１から３までのいずれか１項に記載の前記液晶光学素子が配置されていることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子および光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の液晶光学素子の概略の断面構成を示す図である。図５において、ガラス基板５０１、５０２上に、Ｉｎ、Ｓｎの混合酸化膜（以下、ＩＴＯ膜という。）からなる厚さ２００ｎｍ程度の透明導電膜５０３、５０４が成膜されている。そして、透明導電膜５０３、５０４には、所定の形状になるように配線加工が施されている。ＩＴＯ膜からなる透明導電膜５０３、５０４上には、厚さ約５０ｎｍのゾルゲル膜が中間膜５０５、５０６として塗布形成され、その上に厚さ約５０ｎｍのポリイミド膜が液晶の配向膜５０７、５０８として塗布形成されている。ガラス基板５０１、５０２は、図示しないスペーサおよびシール材５１１を用いてガラス基板５０１とガラス基板５０２の間隔が所定範囲内になるように張り合わされ、密閉空間を形成している。この密閉空間に液晶５１２が注入され、封止されることによって液晶光学素子５００が構成される。
【０００３】
ここで、これらの各構成材料の屈折率は、他の構成材料の屈折率と異なっており、特に、透明導電膜５０３、５０４が大きく異なることが知られている。例えば、青色レーザが使用される４００ｎｍ付近の波長で比較すると、ガラス基板５０１、５０２、透明導電膜５０３、５０４、中間膜５０５、５０６、配向膜５０７、５０８、および液晶５１２の屈折率は、それぞれ、１．５５、２．２０、１．５５、1．６０、および１．５５程度である。
【０００４】
そのため、透明導電膜５０３、５０４とガラス基板５０１、５０２との界面、および透明導電膜５０３、５０４と中間膜５０５、５０６との界面において、使用波長での反射率や透過率の差異が生じていた。そして、これによって、素子内に透過率の変動である透過率リップルが生じていた。このような透過率リップルを軽減すべく、従来は、透明導電膜５０３、５０４の屈折率を下げる試みや、透明導電膜５０３、５０４、中間膜５０５、５０６、配向膜５０７、５０８の膜厚および屈折率を調整することが行なわれていた（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０８９１４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０８１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来の液晶光学素子では、液晶光学素子に使用される透明導電膜の屈折率が材料固有の値であるため、成膜条件を変えて膜の緻密性を調整し屈折率を下げようとしても、素子の信頼性の変動や、光学特性または電気特性の変動などの不具合が生じる問題があった。
【０００６】
また、透明導電膜と配向膜に挟まれた構成のみに注目して膜厚および屈折率を制御する試みでは、界面における反射の低減が不十分であった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子および光ヘッド装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、透明電極膜、第１中間膜、および配向膜を順次積層した２枚の基板を前記配向膜が向き合うように対向させて配置し、２つの前記基板間に液晶材料を封入して得られる液晶光学素子において、前記透明電極膜と前記基板との界面における光の反射率が、使用光の波長に対して略１パーセント以下になるよう、前記透明電極膜と前記基板との各前記界面に新たな第２中間膜を挿入した構成を有している。
【０００９】
この構成により、透明電極膜と基板との間に第２中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板により構成される界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記第２中間膜の屈折率を、前記透明電極膜の屈折率と前記基板の屈折率との間のいずれかの値にした構成を有している。
【００１１】
この構成により、請求項１の効果に加え、第２中間膜の屈折率を、透明電極膜の屈折率と基板の屈折率との間のいずれかにしたため、滑らかに光路上の屈折率を変化でき、確実に反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記透明電極膜の厚さが１ｎｍから５０ｎｍまでの範囲にあると共に、前記第２中間膜の厚さが使用波長の０．２倍から０．３倍までの範囲にある構成を有している。
【００１３】
この構成により、請求項１または２の効果に加え、透明電極膜の厚さを１ｎｍから５０ｎｍのいずれかにすると共に、第２中間膜の厚さを使用波長の（０．２５±０．０５）×λ（λはｎｍ単位で記述された入射光の波長）にして適正化を図ったため、さらに反射率を低減できる液晶光学素子を実現できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、光源と、前記光源からの出射光を光記録媒体へ集光する対物レンズと、集光されて前記光記録媒体により反射された出射光を検出する光検出器とを備える光ヘッド装置において、前記対物レンズと前記光源との間の光路中、または、前記対物レンズと前記光検出器との間の光路中に、請求項１から３までのいずれか１項に記載の前記液晶光学素子が配置されている構成を有している。
【００１５】
この構成により、請求項１から３までのいずれか１項の効果を有していて、光利用効率の高い光ヘッド装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、透明電極膜と基板との間に第２中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる液晶光学素子および光ヘッド装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶光学素子の概念的な構成を示す断面図である。図１において、液晶光学素子１００は、以下のように構成される。まず、液晶光学素子１００の外側は、ガラスまたはポリカーボネートなどのプラスティック材料によって構成された基板１０１、１０２によって構成される。
【００１９】
次に、基板１０１、１０２上には、真空蒸着などによって第２中間膜１０９、１１０が成膜され、第２中間膜１０９、１１０上には、ＩＴＯ等からなる透明導電膜１０３、１０４が形成されている。ここで、透明導電膜１０３、１０４は、フォトリソグラフィーおよびウェットエッチング等の技術を用いて、所定の素子形状ならびに電極形状に加工されている。ここで、透明導電膜１０３、１０４は、液晶光学素子の透過率を高くするために薄い方が望ましく、特に１ｎｍから５０ｎｍまでの間にすることが望ましい。
【００２０】
透明導電膜１０３、１０４上には、第１中間膜１０５、１０６が形成され、第１中間膜１０５、１０６は、導電性異物の混入などによる上下電極間の短絡を防止する観点から、十分に強固な膜であることが望ましい。第１中間膜１０５、１０６は、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など、または、これらの物質の混合組成の物質からなるのでもよい。第１中間膜１０５、１０６は、これらの物質を、ゾルゲル法を用いて塗布・焼成し、または、スパッタリング、真空蒸着などにより成膜するのでもよい。
【００２１】
第１中間膜１０５、１０６上には、液晶分子を配列させるための配向膜１０７、１０８が形成される。ここで、配向膜１０７、１０８を、フレキソ印刷やスピンコートなどの技術を用いてポリイミドを塗布、成膜するのでもよく、塗布後、焼成することで強固な結合を持つ配向膜１０７、１０８を形成できる。第２中間膜１０９、１１０、透明導電膜１０３、１０４、第１中間膜１０５、１０６、および配向膜１０７、１０８が構成されていない基板１０１、１０２の周辺部には、シール材１１１が設けられ、基板１０１と基板１０２との間に液晶１１２が封じ込められ、液晶光学素子１００が得られる。
【００２２】
液晶光学素子１００は、第２中間膜１０９、１１０を設け、その屈折率および膜厚を調整することによって、基板１０１、１０２と透明導電膜１０３、１０４との界面で特定波長の光に対する反射率を低減できるようになっている。ここで、基板１０１、１０２と透明導電膜１０３、１０４との界面で特定波長の光に対する反射率を略１％以下にし、干渉を抑制するのが好適である。ここで略１％以下とは、０．２〜１．５％の値をいう。
【００２３】
図２は、液晶光学素子１００の一方の側から入射した光の透過率の電圧依存性を示すグラフである。図２において、グラフの縦軸は透過率であり、横軸は電圧であり、透過率は、波長をパラメータとして表した。ここで、横軸の電圧を変えることは、液晶の入射偏光に対する屈折率を変化させることとみなすことができる。パラメータとしての波長は、それぞれ、白抜きの丸（○）で表した線イについては４００ｎｍ、黒丸（●）で表した線ロについては４０５ｎｍ、小さい白抜きの四角（□）で表した線ハについては４１０ｎｍ、そして、大きい白抜きの四角（△）で表した線ニについては４２０ｎｍである。
【００２４】
図２に示すグラフは、液晶光学素子を、透明導電膜１０３、１０４、第１中間膜１０５、１０６、配向膜１０７、１０８で構成した場合（以下、この構成の素子を「従来構成の液晶光学素子」という。）の透過率特性である。図２から明らかなように、半導体レーザ光源の波長を例えば４１０ｎｍとしたとき、従来構成の液晶光学素子の透過率は、約９１％となっている。また、波長または駆動電圧が変化した場合、透過率は２％以上変動することがわかる。
【００２５】
図３は、従来構成の液晶光学素子に、屈折率が約１．７、厚さが１００ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜を第２中間膜１０９、１１０として付加した構成（以下、本発明の構成という。）の透過率の電圧依存性を示すグラフである。図３に示す特性から明らかなように、第２中間膜１０９、１１０を設けることにより、透過率は９４％以上まで向上している。そして、波長または駆動電圧が変化した場合の透過率の変動は、０．３％以下に収まっていることがわかる。
【００２６】
図４は、本発明の構成の液晶光学素子を構成する第２中間膜１０９、１１０のＡｌ２Ｏ３膜を厚さ１３０ｎｍにした場合の透過率の電圧依存性を示すグラフである。膜厚を１３０ｎｍにした場合、透過率は約９２．５％となり、透過率リップルは２％程度となっている。反射を生ずる透明導電膜との界面を有する液晶光学素子では、その界面で大きな干渉が生じるが、反射が減ればこの干渉の影響も小さくなる。
【００２７】
図３は、第２中間膜１０９、１１０を有する本発明の構成の液晶光学素子における波長および電圧に対する干渉パターンを示し、図２は、本発明の構成の液晶光学素子と比較のため、上記従来構成の液晶光学素子の波長および電圧に対する干渉パターンを示す。図２および図３からわかるように、図３に示す第２中間膜１０９、１１０を有する本発明の構成の液晶光学素子１００は、図２の第２中間膜を有しない従来構成の液晶光学素子に比べて顕著な干渉振幅の低減が見られる。この干渉振幅の低減により、光透過率が高く、広い波長範囲にわたって液晶光学素子の駆動電圧変化に起因する透過率のばらつきが少ない液晶光学素子を実現できる。
【実施例】
【００２８】
上記の本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例を以下に説明する。ここで、本実施例に係る液晶光学素子は、基板１０１、１０２として、図示しない低反射コートを施した屈折率１．４６のガラス基板を用い、この上に屈折率が１．６８、厚さが１００ｎｍのＡｌ２Ｏ３の第２中間膜１０９、１１０を、さらに、屈折率２．０５、厚さ１０ｎｍのＩＴＯの透明導電膜１０３、１０４を第２中間膜１０９、１１０上に成膜した(図１)。第２中間膜１０９、１１０は真空蒸着法を用いて成膜し、透明導電膜１０３、１０４はシート抵抗が約３００Ω／□であり液晶を駆動するのに十分な電気的特性を有している。
【００２９】
フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法を用いて、この透明導電膜１０３、１０４を所定の電極パターンに加工した。その後、周辺の封止部分以外にＳｉＯ２を主成分とするゾルゲル膜をフレキソ印刷し、低圧水銀ランプを用いて、ＵＶ光を４０００ｍＪ照射した後に、３００℃で１時間焼成し、屈折率が１．４９、厚さが５０ｎｍの第１中間膜１０５、１０６を形成した。
【００３０】
第１中間膜１０５、１０６の形成後、屈折率１．５５のポリイミド樹脂を第１中間膜１０５、１０６上に位置合わせし、フレキソ印刷した。フレキソ印刷したものを２５０℃で１時間焼成し、ラビング処理を施して厚さ５０ｎｍの液晶用の配向膜１０７、１０８とした。ガラスの基板１０１の第１中間膜１０５および液晶用の配向膜１０７の塗布されていない周辺部分に図示しないグラスファイバースペーサおよび導電ビーズを含むエポキシのシール材１１１を印刷し、２枚のガラスの基板１０１、１０２を重ね合わせた。これに、常光屈折率が１．５１、異常光屈折率が１．６１の液晶１１２を真空注入し、封止を行なって液晶光学素子１００を構成した。
【００３１】
本実施例に係る液晶光学素子１００は、波長４１０ｎｍの半導体レーザ光を、異常光屈折率を感じる偏光方向で入射した際に、９４％以上の高い透過率を示した。また、分光評価による干渉振幅の評価では、波長４００ｎｍから波長４３０ｎｍまでの範囲で反射率が１．０％以下となり、半導体レーザの波長ばらつきに対しても十分に対応できるレベルであった。
【００３２】
また、本実施例に係る液晶光学素子１００は、液晶特性を利用した光学素子に適用が可能であり、特に単一の波長での優れた特性が要求される光ヘッド装置部品などに適している。その例としては、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の光ディスク、および光磁気ディスク、相変化型光ディスク等の集光特性を改善する液晶を用いた位相補正素子が挙げられる。本実施例の液晶光学素子を光ヘッド装置に用いる場合は、光源となる半導体レーザと、半導体レーザからの出射光を光記録媒体上に集光させる前記光ヘッド装置の対物レンズと、の間の光路中に設置させて用いる。
【００３３】
さらに、本実施例に係る液晶光学素子１００は、上記のように特定の単一の波長に対して最適化を図ったとき特に大きな効果を有するが、単一の波長の場合のみならず、屈折率の異なる層をさらに付加し、特定の２つの波長や、特定の波長帯域について平均的に干渉を低減し、光学特性を改善することもできるため、設計の自由度がある。
【００３４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る液晶光学素子および光ヘッド装置は、透明電極膜と基板との間に第２中間膜を設けて光学特性を調整できるようにしたため、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる液晶光学素子および光ヘッド装置は、透明電極膜と基板との界面における光の反射率を低減できるという効果が有用な液晶光学素子および光ヘッド装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶光学素子の概念的構成を示す図
【図２】第２中間膜を設けない従来構成の液晶光学素子で得られる屈折率の電圧依存性を示すグラフ
【図３】第２中間膜を設けた本発明の液晶光学素子で得られる屈折率の電圧依存性を示すグラフ
【図４】第２中間膜の膜厚を変えた図３に示す構成の液晶光学素子で得られる屈折率の電圧依存性を示すグラフ
【図５】従来の液晶光学素子の概念的構成を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１００、５００  液晶光学素子
１０１、１０２  基板
５０１、５０２  ガラス基板
１０３、１０４、５０３、５０４  透明導電膜
１０５、１０６、５０５、５０６  第１中間膜
１０７、１０８、５０７、５０８  配向膜
１０９、１１０、５０９、５１０  第２中間膜
１１１、５１１  シール材
１１２、５１２  液晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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