(57)【要約】【課題】  接着剤を用いずに、樹脂の位相差板上に直接回折格子を設けることで、小型・軽量で耐環境性能に優れる複合素子を提供する。【解決手段】  折格子付き波長板において、ナノインプリント法によりフィルム樹脂表面に凹凸形状をつけて、フィルム樹脂表面に直接回折格子が形成される。【選択図】図１
2009025501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を用いずにフィルム樹脂製の波長板の表面に回折格子が直接形成されていることを特徴とする回折格子付き波長板。
【請求項２】
ナノインプリント法によりフィルム樹脂表面に凹凸形状が形成されていて、そのフィルム樹脂表面に直接回折格子が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回折格子付き波長板。
【請求項３】
フィルム樹脂が膨張係数を下げたものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回折格子付き波長板。
【請求項４】
フィルム樹脂が石英のナノ粒子の導入によって膨張係数を下げたものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回折格子付き波長板。
【請求項５】
フィルム樹脂が光硬化樹脂からなり、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素が導入されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回折格子付き波長板。
【請求項６】
５以下の高アスペクト比でフィルム樹脂表面に凸型が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回折格子付き波長板。
【請求項７】
接着剤を用いずにフィルム樹脂製の波長板の表面に回折格子を直接形成することを特徴とする回折格子付き波長板の製造方法。
【請求項８】
ナノインプリント法によりフィルム樹脂表面に凹凸形状をつけて、フィルム樹脂表面に直接回折格子を形成することを特徴とする、請求項７に記載の回折格子付き波長板の製造方法。
【請求項９】
フィルム樹脂として膨張係数を下げたものを使用することを特徴とする、請求項７又は８に記載の回折格子付き波長板の製造方法。
【請求項１０】
石英のナノ粒子を導入してフィルム樹脂の膨張係数を下げることを特徴とする、請求項９に記載の回折格子付き波長板の製造方法。
【請求項１１】
フィルム樹脂として光硬化樹脂を使用し、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素を導入することを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の回折格子付き波長板の製造方法。
【請求項１２】
金型離型処理用の離型材としてフッ素系の樹脂を用いることによって、金型離型の際に、素子に反射防止コート又は汚れ防止コートを施すことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の回折格子付き波長板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ（登録商標）、ＨＤ−ＤＶＤ（登録商標）、Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標）などの記録媒体の読取再生に用いられる光ピックアップ装置、半導体露光装置、ＰＤＰ・液晶基板用露光装置、電子顕微鏡などの電子ビーム装置、測量機、眼科用測定光学装置などに用いられる回折格子付き波長板及び回折格子付き波長板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ピックアップ（光ヘッド）の軽量化、小型化等の研究が盛んに行われている。
【０００３】
この中で、これまで光の回折・拡散・分離などを行う場合には、主に１つの目的に対して１つの光学素子を光路中に導入してきた。そして、複数の機能を１つの光学素子に集約させた複合光学素子も開発されてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、波長板として機能する水晶から成る異方性結晶板の片面に積層した中間層上に、ＳｉＯ２から成る回折格子を形成し、全体を一体化した構成が示されている。
【０００５】
また、回折格子の形成方法として、例えば特許文献２には、透明性の基板の上に形成されたフォトレジスト層に格子パターンを露光し現像を行い、回折格子のパターンを形成し、アルミニウム、クロムなどの金属層を真空蒸着、スパッタリング法などにより形成し、次にフォトレジストパターンと金属層の除去を行い、透明性の基板上に金属格子パターンを形成したものをイオンビームエッチングなどのドライエッチングし、所望の深さまでエッチング部を形成し、金属マスクを除去して回折格子を形成する方法が開示されている。
【０００６】
また、例えば特許文献３には、複屈折光学結晶からなる光回折素子を有する波長板が開示されている。とくに、第６図には複屈折回折型素子と１／４波長板を同一のパッケージに収めた複合光学素子が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４の請求項１及び請求項４に記載されているように、複屈折性の領域と等方性の領域が交互に配置された周期格子により入射光の直交する偏光を０次光と回折光に分離する格子型の広帯域偏光分離素子を用いた光ヘッドにおいて、広帯域光分離素子に１／４波長板が一体化されている光ヘッドが提案されている。特許文献４の明細書の段落００３７〜００３８には、偏光分離素子の等方性オーバーコート層の上に１／４波長板を接着して一体化するか、あるいは偏光分離素子のガラス基板の上に１／４波長板を接着して一体化することにより、１／４波長板付き偏光分離素子とすることが開示されている。
【０００８】
また、特許文献５には、基板上に形成された配向性薄膜を等方性媒質で覆った偏光性回折素子の上に、λ／４板を一体化させた複合光学素子が開示されている。
【０００９】
また、特許文献６には、ガラス等からなる光透過性基板の一方の面（図１における下面）に、微細周期構造としてのサブ波長構造体からなる１／４波長板相当の機能を有する面を備え、この面を構成するサブ波長構造体は、ナノ加工技術等の微細加工技術を用いて形成ピッチ（凹凸ピッチ）が使用する光の波長よりも小さい大きさに形成された構造体であり、これ以外の断面形状を選択することも可能である旨記載されている。さらに、特許文献６の段落００２９には、サブ波長構造体を構成する材料としては、ＳｉＮｘやＳｉ（好ましくは、屈折率が２．０以上のもの）等の材料を適宜選択することができる旨記載されている。
【００１０】
また、例えば特許文献７、段落００８３、図１２には、１／４波長板の片面側の外周部にアパーチャが形成されており、中央に回折格子が形成されている複合機能光学部材が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１０１９８４号公報、段落０００８、図１
【特許文献２】特許第３８５１２５３号公報、段落００３６〜００３８、図３
【特許文献３】特許第２６１６０１８号公報、特許請求の範囲、第３頁左欄第３３行〜同頁同欄第３７行、第６図
【特許文献４】特許第３６６７９８４号公報、特許請求の範囲、段落００３８〜００３７、図８
【特許文献５】特開平１１−３１２３２９号公報、段落００３２、図４
【特許文献６】特開２００５−７７６５９号公報、段落００２７〜００２９、図１
【特許文献７】特開平７−１６９０６２号、段落００８３、図１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献３、４、７に示されているような従来の光学複合素子では、例えばガラス製の回折格子に樹脂製の位相差板を接着剤で接着して作製される。この場合、両者の材料の線膨張係数の差が大きいために、高温下で使用したときに、接着部分が剥離するなどの問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に示されているようにして製造された回折格子を波長板と一体化する場合、接着剤などの樹脂を必要とし、両者の材料の線膨張係数の差が大きいために、高温下で使用したときに、接着部分が剥離するなどの問題があった。
【００１３】
また、特許文献１、５に示されているような従来の複合光学素子では、石英や水晶、また配向性薄膜などで作られた回折格子と位相差板を接着した場合に、石英、水晶、配向性薄膜などと接着剤の線膨張係数の差などから接着部分が剥離することがあった。
【００１４】
さらに、一般の（従来の）ＵＶ硬化型樹脂は膨張係数が大きく、たわんだりして、実際に回折格子を作製した場合には、アスペクト比が悪くなってしまい、回折性能が悪くなったり、波長シフトが生じてしまう。
【００１５】
また、例えば特許文献６の発明においても、サブ波長構造体を蒸着あるいは接着によってガラス等からなる光透過性基板に形成しており、前述したように、サブ波長構造体と接着剤との線膨張係数の差などから接着部分が剥離することがあった。
【００１６】
そこで、本発明は、上記問題点を除くために、接着剤を用いずに、例えば樹脂の位相差板上に直接回折格子を設けることで、小型・軽量で耐環境性能に優れる複合素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【００１８】
（１）  接着剤を用いずにフィルム樹脂製の波長板の表面に回折格子直接形成されていることを特徴とする回折格子付き波長板。
【００１９】
（２）  ナノインプリント法によりフィルム樹脂表面に凹凸形状が形成されていて、そのフィルム樹脂表面に直接回折格子が設けられていることを特徴とする前述の回折格子付き波長板。
【００２０】
（３）  フィルム樹脂が膨張係数を下げたものであることを特徴とする前述の回折格子付き波長板。
【００２１】
（４）  フィルム樹脂が石英のナノ粒子の導入によって膨張係数を下げたものであることを特徴とする前述の回折格子付き波長板。
【００２２】
（５）  フィルム樹脂が光硬化樹脂からなり、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素が導入されていることを特徴とする前述の回折格子付き波長板。
【００２３】
（６）  ５以下の高アスペクト比でフィルム樹脂表面に凸型が形成されていることを特徴とする前述の回折格子付き波長板。
【００２４】
（７）  接着剤を用いずにフィルム樹脂製の波長板の表面に回折格子を直接形成することを特徴とする回折格子付き波長板の製造方法。
【００２５】
（８）  ナノインプリント法によりフィルム樹脂表面に凹凸形状をつけて、フィルム樹脂表面に直接回折格子を形成することを特徴とする、前述の回折格子付き波長板の製造方法。
【００２６】
（９）  フィルム樹脂として膨張係数を下げたものを使用することを特徴とする、前述の回折格子付き波長板の製造方法。
【００２７】
（１０）  石英のナノ粒子を導入してフィルム樹脂の膨張係数を下げることを特徴とする、前述の回折格子付き波長板の製造方法。
【００２８】
（１１）  フィルム樹脂として光硬化樹脂を使用し、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素を導入することを特徴とする、前述の回折格子付き波長板の製造方法。
【００２９】
（１２）  金型離型処理用の離型材としてフッ素系の樹脂を用いることによって、金型離型の際に、素子に反射防止コート又は汚れ防止コートを施すことを特徴とする、前述の回折格子付き波長板の製造方法。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、接着剤を用いずに、例えばナノインプリント法によって、樹脂製の位相差板上に直接回折格子を設けることで、小型・軽量で耐環境性能に優れる複合素子を提供することができる。
【００３１】
また、接着剤を用いずに回折格子を直接フィルム樹脂製の波長板の表面に形成したので、接着剤の線膨張係数の差などから接着部分が剥離することがない。
【００３２】
また、フィルム樹脂は石英のナノ粒子などを導入することで膨張係数を下げることができ、その場合、熱変化が少なく、安定した性能での製造が可能となる。
【００３３】
また、金型離型処理用の離型材としてフッ素系の樹脂を用いると、金型離型の際に、素子に反射防止コートや汚れ防止コートなどを施すことができる。
【００３４】
また、ＵＶナノインプリントにおいて、光硬化樹脂の中に波長選択のある色素を導入すれば、波長選択性のある回折格子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明においては、フィルム樹脂表面に凹凸形状をつけて、フィルム樹脂表面に直接回折格子を形成する。例えば、ナノインプリント法によって、フィルム樹脂からなる位相差板上に直接回折格子を設ける。好ましくは、フィルム樹脂として膨張係数を下げたものを使用する。とくに、石英のナノ粒子を導入してフィルム樹脂の膨張係数を下げる。
【００３６】
また、フィルム樹脂として光硬化樹脂を使用し、その光硬化樹脂の中に波長選択のある色素を導入することが好ましい。
【００３７】
また、金型離型処理用の離型材としてフッ素系の樹脂を用いることによって、金型離型の際に、素子に反射防止コート又は汚れ防止コートを施すことが好ましい。
【００３８】
熱式ナノインプリントの場合、使用する金型は、以下に示すように成形するのが好ましい。
【００３９】
図１において、(Ａ)は、リソグラフィーやレーザアブレーションなどの技術を用いて、ＳｉやＳｉＯ２の表面に凹凸の微細構造を形成した金型１（母型）の断面図である。
【００４０】
金型１の大きさは、例えば一辺が１ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。とくに、レーザアブレーション法を用いると、金型１の凸型１ａのアスペクト比が５以下、好ましくは５程度である超微細加工をすることができる。
【００４１】
リソグラフィーの電子ビームやレーザアブレーションのレーザ光などの超尖鋭な光線２により凸型１ａを形成すると、金型１の凸型１ａのアスペクト比が５程度になるように超微細加工するのが容易である。
【００４２】
凹凸微細構造において、凸型１ａは、円柱状や角柱状等であってもよい。
【００４３】
また、凸型１ａは、格子状、千鳥状又はランダムな構造でもよい。
【００４４】
好ましくは、凸型１ａの間隔は、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。
【００４５】
図１の（Ｂ）に示すように、好ましくは、金型１の表面に離型膜３を塗布により形成する。
【００４６】
さらに、図１の（Ｃ）に示すように、例えばカラーリンク・ジャパン製の厚さ０．１ｍｍのＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー、環状ポリオレフィン）樹脂などで作られた波長板４を構成するフィルム樹脂の表面にナノインプリントする。金型１に対応して、フィルム樹脂表面上には、凹凸の微細構造が転写され、５以下の高アスペクト比で凸型４ａが形成される。その際、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の凸型４ａの間隔で凹凸微細構造が形成される。
【００４７】
凹凸微細構造が転写されるフィルム樹脂の種類は、上述したＣＯＰ以外に、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ、変性ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンテレフタレート・ガラス樹脂入り（ＰＥＴ−Ｇ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）などのエンジニアリングプラスチック（略してエンプラともいう）や、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＴＦＥ、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの汎用プラスチックなどの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、尿素樹脂（ユリア樹脂、ＵＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、アルキド樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリイミド（ＰＩ）などの熱硬化性樹脂などが使用できる。
【００４８】
以上により、波長板４のフィルム樹脂表面にナノインプリント法により１０以上の高アスペクト比で凸型４ａが形成され、数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の凸型４ａの間隔で凹凸微細構造が生成され、所望の回折格子付き波長板が製造される。
【００４９】
この回折格子付き波長板４によると、たとえば、ＨＤ−ＤＶＤやＢｌｕｅ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃなどに用いられる波長３００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域（特に、４０５ｎｍの波長）のレーザ光線で、左回り旋回光、右回り旋回光に偏光された場合であっても、十分に回折され、回折効率９０％〜９９％の高い効率を示す。
【００５０】
なお、上記実施例では、ＣＯＰなどのフィルム樹脂製の波長板に回折格子をナノインプリント法により形成したが、本発明は、これに限定されない。例えば、ナノインプリントによる凹凸形状の形成後に、凹凸表面にＡｌ、Ｓｉなどの金属を積層し、ワイヤーグリッドを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）は、本発明にかかる光ナノインプリント法に用いる金型の断面の概略を示す。（Ｂ）は、（Ａ）に示されている金型に離型膜を形成した状態を示す。（Ｃ）は、（Ｂ）に示されている離型膜付きの金型でフィルム樹脂製の波長板にナノインプリント法により回折格子を形成する形態の一例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  金型
１ａ  凸型
４  波長板
４ａ  凸型
【図１】
2009025501.tif 000003