JP2005339630A - 偏光回折素子及びその作製方法、及び光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基板2上に有機複屈折膜3を接着層5を介して接着し、有機複屈折膜部に周期的凹凸格子6を形成し、該格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷してオーバコート層4を形成し、オーバーコート層4の上に第二の透明基板2’を装荷した構成の偏光回折素子1において、オーバーコート層4を第一のオーバーコート層4-1と第二のオーバーコート層4-2の多層構成とし、第一のオーバーコート層4-1の材料の粘度を第二のオーバーコート層4-2の材料より低粘度とし、接着層5の厚さd1と多層のオーバーコート層4の合計の厚さd2を略同じ厚さに構成する。これにより凹凸格子内への気泡の混入や格子倒れを低減でき、層界面チッピングを低減できる。
【選択図】図2
Description
近年は回折格子に関して、その光利用効率をさらに上げるために偏光を利用したものが提案されている。中でも光ディスク用ピックアップの小型化を目的とした薄型のピックアップ用偏光回折素子として、複屈折回折格子型偏光分離素子が数種提案されている。
その工程内では有機複屈折膜上にドライエッチング等により周期的凹凸格子(回折格子)を作製した後に、有機複屈折膜のいずれかの屈折率に適合させたオーバーコート材を格子内に充填し、さらにその上に第二の透明基板を貼り合せて装荷することとなる。
また、有機複屈折膜であるため、凹凸格子の凸部分は構造の強度が弱く、オーバーコート工程の際に、オーバーコート材からの圧力により凹凸格子の凸部分に倒れ(格子倒れ))が発生する場合もある。
特に図5に示したような断面構成の偏光回折素子21のように、異なる材料からなる多層構成の素子の場合には、図6に示すように、その層の界面(接着剤層25と透明基板22の界面、オーバーコート層24と第二の透明基板22’の界面)においても層界面チッピング(かけ)が発生し、それが剥がれや割れなどの不具合の原因となり、偏光回折素子の信頼性低下の大きな原因となる。また、この層界面チッピングにより偏光回折素子の組み付け時のハンドリング不良の原因にもなる。
また、本発明の第二の目的は、透明基板上に有機複屈折膜を接着層を介して接着し、前記有機複屈折膜部に周期的凹凸格子を形成し、該格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷してオーバコート層を形成し、さらにそのオーバーコート層の上に第二の透明基板を装荷した構成の偏光回折素子において、凹凸格子内への気泡の混入及び凹凸格子の倒れを低減するともに、透明基板と接着層、及び透明基板とオーバーコート層の界面で発生する層界面チッピングを低減し、高品質、高信頼性である偏光回折素子を提供することである。
さらに本発明の第三の目的は、透明基板上に有機複屈折膜を接着層を介して接着し、前記有機複屈折膜部に周期的凹凸格子を形成し、該格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷してオーバコート層を形成し、さらにそのオーバーコート層の上に第二の透明基板を装荷した構成の偏光回折素子を作製する、偏光回折素子の作製方法において、凹凸格子内への気泡の混入及び凹凸格子の倒れを低減するともに、高品質、高信頼性である偏光回折素子の作製方法を提供することである。
さらにまた、本発明の第四の目的は、その偏光回折素子を用い、高品質、高信頼性な光ピックアップ装置を提供することである。
本発明の第1の手段は、透明基板上に有機複屈折膜を接着層を介して接着し、前記有機複屈折膜部に周期的凹凸格子を形成し、該格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷してオーバコート層を形成し、さらにそのオーバーコート層の上に第二の透明基板を装荷した構成の偏光回折素子において、前記オーバーコート層が、多層のオーバーコート層からなることを特徴とする(請求項1)。
また、本発明の第2の手段は、第1の手段の偏光回折素子において、前記オーバーコート層が、二層のオーバーコート層からなることを特徴とする(請求項2)。
また、本発明の第4の手段は、第1〜第3のいずれか一つの手段の偏光回折格子において、前記オーバーコート層のうち、第一、第二のオーバーコート層の材料が、アクリル系もしくはエポキシ系の樹脂材料であることを特徴とする(請求項4)。
さらに、本発明の第5の手段は、第1〜第4のいずれか一つの手段の偏光回折素子において、多層のオーバーコート層からなるオーバーコート層の合計の厚さが、有機複屈折膜を接着している接着層の厚さと略同一であることを特徴とする(請求項5)。
また、本発明の第7の手段は、第6の手段の偏光回折素子の作製方法において、多層のオーバーコート層のうち、第一のオーバーコート層は回転による遠心力により均一化されることを特徴とする(請求項7)。
さらに本発明の第8の手段は、第7の手段の偏光回折素子の作製方法において、回転による遠心力により均一化を行う際に熱を与えることを特徴とする(請求項8)。
また、第2の手段の偏光回折素子では、オーバーコート層を二層構成とすることで、オーバーコート材の凹凸格子内への充填時に凹凸格子の倒れや気泡の混入の問題を低減することができる。
また、第4の手段の偏光回折素子のように、オーバーコート層の材質は、粘性や屈折率等の物性の制御の容易さ、接着力及び透明性の点から、アクリル系、エポキシ系の樹脂材料が好ましい。
さらに第5の手段の偏光回折素子では、接着剤層と多層のオーバーコート層の合計の厚さを略同一とすることで、ダイシング時の負荷を均一にすることができ、層界面チッピングを低減することができる。
また、第8の手段の偏光回折素子の作製方法では、回転による遠心力により均一化を行う際に熱を与えることで、気泡の混入を防ぎ効率よくオーバーコート層を作製することができる。
まず、本発明に係る偏光回折素子の作製方法を説明する。本発明に係る偏光回折素子の作製工程の一例としては、図1に示すように、(a)ウエハ状の透明基板2上に接着剤層5で有機複屈折膜3を貼り付ける工程→(b)有機複屈折膜3上に格子状の金属マスクパターン等によりエッチング用マスク7を作製する工程→(c)そのマスク7を用いたエッチングにより有機複屈折膜3に周期的凹凸格子6を形成する工程→(d1)その周期的凹凸格子6内及び有機複屈折膜3上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷して第一のオーバーコート層4-1を形成する工程→(d2)その第一のオーバコート層4-1の上に第二のオーバーコート層4-2を形成するとともに、その第二のオーバーコート層4-2が接着層を兼ねて第二の透明基板2’を装荷する工程→(e)以上の複数の層が積層形成されたウエハをダイシングにより個々のチップ(偏光回折素子)1に切り離す工程、といった作製工程となる。
より具体的には、図1に示した作製工程のように、オーバーコート層4を第一のオーバーコート層4-1と第二のオーバーコート層4-2の二層構成とすることで、オーバーコート材の凹凸格子6内への充填時に凹凸格子6の倒れや気泡の問題を低減する。
なお、オーバーコート層4を構成する第一、第二のオーバーコート層4-1,4-2の材質は、粘性や屈折率等の物性の制御の容易さ、接着力及び透明性の点から、アクリル系、エポキシ系の樹脂材料が好ましい。
また、図2(b)に示すように、接着剤層5の厚さd1と、多層のオーバーコート層4(第一、第二のオーバーコート層4-1,4-2)の合計の厚さd2を略同一とすることで、ダイシング時の負荷を均一にすることができ、チッピングを低減することができる。
厚さ1.0mm、直径φ100mmのウエハ上の透明基板2にアクリル系紫外線硬化型接着剤にて厚さ100μmの接着層5を設け、この接着層5の上に厚さ100μmの有機高分子複屈折膜3を貼り合わせ、減圧下にて一体化させた後、紫外線を照射し、さらに100℃にて10分間ベーキングを行ない、完全に接着層5を硬化させた(図1(a))。
その後、有機高分子複屈折膜3上に金属膜(例えばAl膜)による周期パターン(3.0μmピッチ)を複数個形成した(マスクパターン形成工程 (図1(b)))。
この周期パターンをマスク7としてドライエッチングを行ない、金属マスクを除去し、有機高分子複屈折膜3上に複数個の周期的凹凸格子形状6(3.0μmピッチ、深さ3.0μm)を作製した(ドライエッチング工程(図1(c)))。
また、作製した偏光回折素子1の断面を観察した結果、凹凸格子6には気泡の混入及び倒れは観察されなかった。
比較例1として、実施例1と同様に、透明基板2上に接着層5を介して有機高分子複屈折膜3を接着し、周期的凹凸格子6を形成した後、第一のオーバーコート層4-1を設けずに、周期的凹凸格子6が形成されている有機高分子複屈折膜3上に粘度200cpのアクリル系紫外線硬化樹脂をボッティングし、その上に厚さ1.0mmの透明基板2’を載せ、適度に加圧し、厚さ100μmの単層のオーバーコート層4を作製した。これ以外は実施例1と同様の方法で、偏光回折素子を複数個作製した。この時の素子の断面は図5と同様の構成であり、層界面チッピングは最大30μmであった。
また、作製した偏光回折素子の断面を観察した結果、凹凸格子6に多数の倒れが観察された。
厚さ1.0mm、直径φ100mmのウエハ状の透明基板2にエポキシ系紫外線硬化型接着剤にて厚さ40μmの接着層5を設け、その上に厚さ80μmの有機高分子複屈折膜3を貼り合わせ、減圧下にて一体化させた後、紫外線を照射し、さらに100℃にて10分間ベーキングを行ない完全に接着層を硬化させた(図1(a))。
その後、有機高分子複屈折膜3上に金属膜(例えばAl膜)による周期パターン(1.5μmピッチ)を複数個形成した(マスクパターン形成工程 (図1(b)))。
この周期パターンをマスク7としてドライエッチングを行ない、金属マスクを除去し、有機高分子複屈折膜3上に複数個の周期的凹凸格子形状6(1.5μmピッチ、深さ3.0μm)を作製した(ドライエッチング工程(図1(c)))。
また、作製した偏光回折素子1の断面を観察した結果、凹凸格子6には気泡の混入及び倒れは観察されなかった。
厚さ1.0mm、直径φ100mmのウエハ状の透明基板22にエポキシ系紫外線硬化型接着剤にて厚さ40μmの接着層25を設け、厚さ80μmの有機高分子複屈折膜23を貼り合わせ、減圧下にて一体化させた後、紫外線を照射し、さらに100℃にて10分間ベーキングを行ない完全に接着層25を硬化させた。
その後、有機高分子複屈折膜23上に金属膜(例えばAl膜)による周期パターン(1.5μmピッチ)を複数個形成した(マスクパターン形成工程 )。
この周期パターンをマスクとしてドライエッチングを行ない、金属マスクを除去し、有機高分子複屈折膜23上に複数個の周期的凹凸格子形状6(1.5μmピッチ、深さ3.0μm)を作製した(ドライエッチング工程)。
また、作製した偏光回折素子の断面を観察した結果、凹凸格子の倒れが観察された。
厚さ1.0mm、直径φ100mmのウエハ状の透明基板2にエポキシ系紫外線硬化型接着剤にて厚さ50μmの接着層5を設け、厚さ100μmの有機高分子複屈折膜3を貼り合わせ、減圧下にて一体化させた後、紫外線を照射し、さらに100℃にて10分間ベーキングを行ない完全に接着層5を硬化させた(図1(a))。
その後、実施例2と同様の方法でマスクパターン形成工程(図1(b)) 、ドライエッチング工程(図1(c))を行った。さらに、周期的凹凸格子6(1.5μmピッチ、深さ3.0μm)が形成されている有機高分子複屈折膜3側に、第一のオーバーコート層4-1となる粘度50cpのエポキシ系紫外線硬化樹脂をボッティングし、スピンコートにより均一化を行い(500rpm、100sec.)、紫外線を照射し硬化させた(第一のオーバーコート層形成工程(図1(d1)))。この時のオーバーコート層4-1の厚さは20μmであった。さらにその上から、第二のオーバーコート層4-2となる粘度200cpのエポキシ系紫外線硬化樹脂をボッティングし、厚さ1.0mmの第二の透明基板2’を装荷し、適度に加圧し、厚さが30μmの第二のオーバーコート層4-2を作製した。紫外線を照射後、100℃で10分間ベーキングを行い完全に硬化させた(第二のオーバーコート層形成工程(図1(d2)))。
また、作製した偏光回折素子の断面を観察した結果、凹凸格子内に気泡の混入が観察された。
次に本発明の偏光回折素子を光ピックアップ装置に適用した実施例を図3によって説明する。
図3は本発明の一実施例を示す光ピックアップ装置の概略構成図である。図3において、レーザー光源11から平行光束として出射したレーザー光は偏光回折素子12(例えば図2(b)に示す構成の本発明の偏光回折素子1)に入射する。レーザー光は出射した時点で特定の方向に偏光しており、その偏光方向が偏光回折素子12にとって常光線になるように設定されているため、偏光回折素子12によって何ら影響を受けること無く直進する。そしてレーザー光はλ/4板13に入射すると直線偏光から円偏光に変換させられて出射する。レーザー光はさらに対物レンズ14で集光され光記録媒体(光ディスクまたは光磁気ディスク)15の記録面に焦点を結ぶ。
2 透明基板
2’ 第二の透明基板
3 有機複屈折膜(有機高分子複屈折膜)
4 オーバーコート層
4-1 第一のオーバーコート層
4-2 第二のオーバーコート層
5 接着層
6 周期的凹凸格子
11 レーザ光源
13 λ/4板
14 対物レンズ
15 光記録媒体
16 光検出器
Claims (9)
- 透明基板上に有機複屈折膜を接着層を介して接着し、前記有機複屈折膜部に周期的凹凸格子を形成し、該格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷してオーバコート層を形成し、さらにそのオーバーコート層の上に第二の透明基板を装荷した構成の偏光回折素子において、
前記オーバーコート層が、多層のオーバーコート層からなることを特徴とする偏光回折素子。 - 請求項1記載の偏光回折素子において、
前記オーバーコート層が、二層のオーバーコート層からなることを特徴とする偏光回折素子。 - 請求項1または2記載の偏光回折素子において、
前記オーバーコート層のうち、第一のオーバーコート層に使用する材料の粘度が、第二のオーバーコート層に使用される材料より低粘度であることを特徴とする偏光回折素子。 - 請求項1〜3のいずれか一つに記載の偏光回折格子において、
前記オーバーコート層のうち、第一、第二のオーバーコート層の材料が、アクリル系もしくはエポキシ系の樹脂材料であることを特徴とする偏光回折素子。 - 請求項1〜4のいずれか一つに記載の偏光回折素子において、
多層のオーバーコート層からなるオーバーコート層の合計の厚さが、有機複屈折膜を接着している接着層の厚さと略同一であることを特徴とする偏光回折素子。 - 請求項1〜5のいずれか一つに記載の偏光回折素子を作製する、偏光回折素子の作製方法において、
透明基板上に接着剤層で有機複屈折膜を貼り付ける工程と、前記有機複屈折膜上に周期的凹凸格子を形成する工程と、その格子内及び有機複屈折膜上に等方性オーバーコート材を被覆あるいは装荷して多層のオーバーコート層を形成する工程と、そのオーバーコート層上に第二の透明基板を装荷する工程とを有することを特徴とする偏光回折素子の作製方法。 - 請求項6記載の偏光回折素子の作製方法において、
前記多層のオーバーコート層のうち、第一のオーバーコート層は回転による遠心力により均一化されることを特徴とする偏光回折素子の作製方法。 - 請求項7記載の偏光回折素子の作製方法において、
回転による遠心力により均一化を行う際に熱を与えることを特徴とする偏光回折素子の作製方法。 - レーザー光を出射するレーザー光源と、該レーザー光源から出射されたレーザー光を集束して光記録媒体に照射する対物レンズと、レーザー光源と光記録媒体との間の光路上で前記レーザー光源から射出されたレーザー光を透過し、前記光記録媒体からの反射光を回折する偏光回折素子と、前記光記録媒体と前記偏光回折素子との間の光路上でレーザー光の偏光方向を換えるλ/4板と、前記偏光回折素子により回折された反射光を検出する光検出器と、を備える光ピックアップ装置において、
前記偏光回折素子として、請求項1〜5のいずれか一つに記載の偏光回折素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
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