液晶光学素子および光ピックアップ装置
【課題】短波長光である青紫レーザに対して光利用効率を低下させずに耐光性を向上させることが可能で、かつ安価な液晶光学素子およびこれを搭載した光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】液晶光学素子１００は、内側に有機配向膜３ａ，３ｂが形成された２枚の透明基板１ａ，１ｂ間に液晶５を挟持する構成から成り、この液晶５に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤６、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための過酸化物分解剤を液晶５に含有させることにより、青紫レーザ光による劣化反応を起こし難くすることが可能となる。
【解決手段】液晶光学素子１００は、内側に有機配向膜３ａ，３ｂが形成された２枚の透明基板１ａ，１ｂ間に液晶５を挟持する構成から成り、この液晶５に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤６、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための過酸化物分解剤を液晶５に含有させることにより、青紫レーザ光による劣化反応を起こし難くすることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青紫レーザ光に対する耐光性を有した液晶光学素子およびこの液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報の大容量化に伴い、光ディスクの記録容量の向上が求められる中、光ピックアップのレーザ光源の短波長化が進んでいる。すなわち、従来のＣＤ波長７８０ｎｍおよびＤＶＤ波長６５０ｎｍに加え、近紫外波長域である４０５ｎｍ付近の青紫レーザも使用されるようになった。この青紫レーザでは光ピックアップに搭載される光学部品がこれまで以上の耐光性を求められており、さらに読み込みおよび記録の倍速化が伴うと青紫レーザの光強度は強くなると予想される。
【０００３】
光ピックアップ装置内に搭載される光学部品のひとつとして、液晶を駆動することにより、レーザ光の波面や光量を制御する液晶光学素子が挙げられる。この液晶光学素子は、透明導電膜と、ポリイミドからなる有機配向膜とが順に形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成される。この有機配向膜を用いた液晶光学素子に、レーザ光源から出射される青紫レーザを照射し続けると、照射された配向膜部分が光反応により変化し、結果として、液晶分子の配向状態が乱されるという問題が生ずる。（この液晶分子の配向の乱れを以下「劣化」と記す。）。劣化と判断されるまでの時間（耐光時間）は、レーザ光の強度により異なり、その強度が増すにつれ短時間となる傾向にある。
【０００４】
上記問題を解消するために、光吸収の要因とされている不飽和結合（トラン結合、エステル結合など）を低減した液晶を用いた液晶光学素子をレーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配設した光ピックアップ装置が提案されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９０９９０号公報（第２―４頁、第１―２図）
【０００６】
また、一般的に、樹脂などの有機物は、光照射により下記反応式（化１）、（化２）のような光劣化反応を生じる。
【０００７】
【化１】
【０００８】
【化２】
【０００９】
この光劣化反応を抑制するために、ＵＶ吸収剤、錯体配位子、光安定化剤、過酸化分解剤、の添加剤を樹脂に加える方法が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の液晶光学素子の液晶材料として、芳香環以外の不飽和結合（トラン
結合、エステル結合など）を減少させた液晶は、レーザ光源から出射されるレーザ光の近紫外波長域での光吸収低減という点で効果的であるが、表示用液晶パネルで使用される一般的な液晶材料を使用することができず高価な素子となる。
【００１１】
また、液晶光学素子に主として使用するネマチック液晶は、樹脂に混合される一般的な添加剤を使うと光利用効率の低下や着色が起こる。具体的には、耐光時間に効果を及ぼす量のＵＶ安定化剤を液晶へ添加すると、ＵＶ安定化剤の光吸収スペクトルが青紫レーザのスペクトルと一部重なるため、レーザ光源から出射される光の一部が液晶光学素子に吸収され、光利用効率が悪化するという問題が生じる。また、耐光時間に効果を及ぼす量の錯体配位子を液晶へ添加すると、溶解した錯体配位子により液晶が着色する。この着色により、液晶光学素子を通過する光量は減少し、結果として光利用効率を低下させるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、短波長光である青紫レーザに対して光利用効率を低下させずに耐光性を向上させることが可能で、かつ安価な液晶光学素子およびこれを搭載した光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の液晶光学素子および光ピックアップ装置は、基本的に下記の構成を採用するものである。
【００１４】
本発明は、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持し、レーザ光を透過する液晶光学素子において、液晶に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための添加剤を液晶に含有させることを特徴とする。
【００１５】
上記フリーラジカルを捕捉する添加剤は、ＨＡＬＳ（Hindered Amine Light Stabilizer）であることが好ましい。
【００１６】
また、上記過酸化物を無害化するための添加剤は、リン系酸化防止剤であることが好ましい。
【００１７】
好ましくは、液晶光学素子を透過するレーザ光の波長領域は４００から８００ｎｍである。
【００１８】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上記の液晶光学素子を搭載することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、短波長光である青紫レーザに対して光利用効率を低下させずに耐光性を向上させることが可能で、かつ安価な液晶光学素子およびこれを搭載した光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【００２０】
本発明によれば、青紫レーザ光を含む４００から８００ｎｍの波長領域のレーザ光を液晶光学素子に透過させることが可能になる。したがって、本発明の液晶光学素子およびこの液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置は、青紫レーザ光、光ディスク規格のＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ全てを統一した３波長レーザ光に対しても十分な効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の液晶に混入される添加剤の含有量と耐光時間を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明では、本発明の実施形態に係る液晶光学素子の構成および作用について説明をし、その後で上述した本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成および作用について詳細に説明をする。
【００２３】
まず、本実施形態の液晶光学素子１００の構成について説明する。図１は本実施形態に係る液晶光学素子１００の断面図を示している。
【００２４】
図１に示すように、液晶光学素子１００は、透明導電膜２ａと有機配向膜３ａとを有する透明基板１ａと、同様に透明導電膜２ｂと有機配向膜３ｂとを有する透明基板１ｂとを、配向膜３ａ、３ｂが内側となるように対向配置し、シール剤４を介して添加剤６を含有した液晶５を挟持する。
【００２５】
この液晶光学素子で使用する液晶５として、例えば、屈折率異方性Δｎが０．１５、誘電率異方性Δεが約+６、Ｎ-Ｉ点が約１００℃のネマチック液晶を用いることができる。この液晶にはフッ素を含有する成分が含まれ、モノフェニル、ビフェニルおよびターフェニルの芳香族成分を主体に構成される。またトラン結合、エステル結合、アルケン側鎖などの、芳香族以外の不飽和結合が全く含まない液晶材料を用いる。
【００２６】
添加剤６の液晶５への添加方法について説明する。粉末状もしくは液状の添加剤６を液晶５へ適量添加し、９０℃に温めながら１５分間撹拌する。このときの添加量は、液晶光学素子の使用環境温度の範囲内において、液晶中に溶解した添加剤６が析出しない程度の量に設定する必要がある。
【００２７】
次に、液晶５に含有する添加剤６の具体的組成について説明する。下記式（化３）は、添加剤６の一つ目の例であるＨＡＬＳの組成式である。
【００２８】
【化３】
【００２９】
（化３）において、Ｒ１〜Ｒ８はＨまたはアルキルであり、Ｍ１は−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−であり、ｎは整数である。
【００３０】
下記式（化４）は、添加剤６の二つ目の例であるリン系酸化防止剤の組成式である。
【００３１】
【化４】
【００３２】
（化４）において、Ｒ１〜Ｒ１８は、Ｈまたはアルキルである。
【００３３】
また、先に触れたが、化学式（化１）、（化２）は、添加剤６を作用させる前の液晶および配向膜の光劣化機構を示している。液晶や配向膜に青紫レーザ等のエネルギーの高い光を照射すると、（化１）、（化２）で示すような光劣化反応が生じる。まず（
化１）の光劣化反応について説明する。光照射により、液晶や配向膜を形成するアルキル基ＲＨがラジカル化されてＲ・となり（１）、ラジカル化されたＲ・は酸素と反応して、ＲＯＯ・となる（２）。このＲＯＯ・が、液晶や配向膜を形成するＲＨと反応して、Ｒ・を生成し（３）、これらの反応を繰り返すことで、液晶や配向膜のＲＨは分解され続け、劣化が進行する。
【００３４】
一方、（化２）のように液晶や配向膜にＲＯＯＨ基が存在する場合、ＲＯＯＨが光照射によりラジカル化されてＲＯ・が生じ（４）、ＲＯ・が液晶や配向膜を形成するＲＨと反応して（５）、さらに、（６）および（７）の反応が進み、液晶や配向膜のＲＨは分解され、劣化が進行する。
【００３５】
次に、下記式（化５）および（化６）を用いて上述した光劣化反応（化１）および（化２）に対する添加剤の効果を説明する。
【００３６】
【化５】
【００３７】
【化６】
【００３８】
（化１）に対する効果を（化５）に示す。光照射により、ＨＡＬＳのＮＨ基が酸素に置換され、Ｎ−Ｏ・となる。このラジカルは、（化１）の（１）で示した配向膜や液晶の劣化により生じるＲ・と反応して、Ｎ−ＯＲを生成する。また、このＮ−ＯＲは、（化１）の（２）に示した、ＲＯＯ・基と結合して、安定なＲＯＯＲを生成し、またＮ−
Ｏ・へと戻ることで、劣化反応（化１）を抑制する反応（化５）が繰り返される。
【００３９】
（化２）に対する効果を（化６）に示す。光照射により、リン系酸化防止剤Ｐ（ＯＲ）3が配向膜や液晶のＲＯＯＨと反応して、安定なＲＯＨへと変化させる。この反応により、劣化反応である（化２）の（４）反応を抑止することができる。
【００４０】
次に、液晶中に混入される添加剤の含有量と、青紫レーザを照射した際の耐光時間（ライフタイム）との関係について説明する。図２は、本実施形態の液晶光学素子における液晶に含有される添加剤含有量と耐光時間を示す図である。
【００４１】
図２で示す様に、液晶光学素子１００に、７０ｍＷ／ｍｍ2の中心光強度を放つ青紫レーザを照射し、液晶の配向が乱れるまですなわち劣化するまでの時間を耐光時間として縦軸に示す。液晶の配向の乱れは偏光顕微鏡により観察し、数十μｍの配向乱れが生じた点を劣化点とした。また、液晶光学素子は上述した構成とし、配向膜にポリイミドを用い、液晶に含有する添加剤は、ＨＡＬＳを用いた。また、青紫レーザを照射したときの外部環境温度は７０℃とし、液晶５に対する添加剤重量率ｘを、０ｗｔ％≦ｘ≦４ｗｔ％の間に設定した。
【００４２】
図２に示す様に、添加剤濃度に対する耐光時間を示す曲線は、添加剤濃度０ｗｔ％時には１６０時間の耐光時間であったが、添加剤を混合すると上昇し、１ｗｔ％では２倍強の４４０時間まで向上した。それ以上の濃度では耐光時間に変化はなく、本液晶では添加剤濃度１ｗｔ％が、最大効果を発揮する最小濃度である事が分かる。
【００４３】
このような耐光性についての効果は、ＨＡＬＳの代わりにリン系酸化防止剤を添加剤とし用いても同様に得ることができる。
【００４４】
なお、これまで、特に効果が大きいポリイミドからなる有機配向膜を使用した液晶光学素子を例に挙げて説明してきたが、他の有機材料として、例えばアクリル系の有機配向膜
等を用いても、上述したと同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、有機配向膜３ａ、３ｂに代えて、無機材料を用いた形態であっても、耐光性に対する効果を得ることができる。
【００４６】
次に、図３〜５を用いて、液晶に添加剤としてＨＡＬＳを含有させた場合の光学特性について説明する。
【００４７】
図３は、液晶光学素子１００に青紫レーザ光の付近領域４００〜５００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。上述した結果より、ＨＡＬＳを液晶に添加することにより、光学特性を変化させずに、耐光性を向上させることが可能であると言える。なお、図中、透過率曲線は上下に細かく振動する波形となっているが、これは電極など液晶光学素子の層部材による干渉に起因している。図に示す２つの透過率曲線は、その振動が互いにズレており全く同じ曲線とはなっていない。しかし、隣接する極大値と極小値の中間値を結んだ線で比較評価すれば、添加剤添加前後での透過率の変動傾向は同様の振る舞いを示し互いに同等の特性と言える。
【００４８】
図４は、液晶光学素子１００に赤レーザ光の付近領域５００〜７００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。なお、図中２つの透過率曲線には一部に差（ズレ）が見られるが、２つの透過率曲線の差は概ね０．５％以内であり、添加剤添加前後での透過率の変動傾向は同様の振る舞いを示し互いに同等の特性と言える。添加剤添加前後での測定値の違いは、図３と同じ目盛では確認困難であるほどの微差であるため、その違いを明確に示すべく図４では敢えて図３に比べ縦軸（透過率）の目盛を拡大した。
【００４９】
図５は、液晶光学素子１００に赤レーザ光の付近領域７００〜８００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。以上の結果を考慮すると前述の３種類の光ディスク（ＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤ）用ピックアップに対応可能な素子であると言える。なお、図５においても、図４と同様、添加剤添加前後での測定値の違いを明確にするため、図３に比べ縦軸（透過率）の目盛を拡大している。
【００５０】
このような光学特性については、液晶に含有させる添加剤としてリン系酸化防止剤を用いても同様の効果が得られる。従って、本実施形態の液晶光学素子によれば、４００−８００ｎｍの広帯域の波長のレーザ光に対応することが可能となる。
【００５１】
なお、ラジカル捕捉剤としてはフェノール系酸化防止剤などもある。しかし、フェルール系は着色しやすく、光の利用効率を低下させるという問題が生じる。また、過酸化分解剤についてはイオウ系酸化防止剤などがあるが、イオウ系酸化物もまた着色しやすく、同様に光の利用効率を低下させるという問題が生じる。それに対し、本実施形態の液晶光学素子ではこのような問題は生じないため、上述したように光利用効率を低下させることなく耐光性を向上させることができる。また、上記実施形態では、ラジカル捕捉剤と過酸化分解剤とをそれぞれ単独に液晶中に添加しているが、混合して添加してもよい。
【００５２】
ここで、この液晶光学素子を、収差補正素子として用いる場合の光ピックアップ装置２００の具体的な構成例および作用について説明する。図６は、本発明を適用した光ピック
アップ装置２００の構成例を示す図面である。
【００５３】
図６に示す様に、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、青紫レーザを発振するレーザ光源１０１、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、収差補正素子として機能する液晶光学素子１０４、この液晶光学素子１０４を駆動するための駆動回路１０８、１／４波長板１０５、対物レンズ１０６ａ，集光レンズ１０６ｂ、受光ダイオード１０７から構成されている。
【００５４】
図６において、レーザ光源１０１から出射された短波長の青紫レーザ光は、コリメータレンズ１０２で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を通過した後、液晶光学素子１０４に入射する。この液晶光学素子１０４を通過する際に、青紫レーザ光は、液晶光学素子１０４で変調されて青紫レーザ光の収差補正が行われる。その後、１／４波長板１０５を通過して、対物レンズ１０６ａにより高密度光ディスク１０９に集光される。そして高密度光ディスク１０９にて反射された青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０６ａ及び１／４波長板１０５を経て、偏光ビームスプリッタ１０３により光路が変更されて、集光レンズ１０６ｂを介して受光ダイオード１０７に集光される。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ、１ｂ 透明基板
２ａ、２ｂ 透明導電膜
３ａ、３ｂ 有機配向膜
４ シール剤
５ 液晶
６ 添加剤
１０１ レーザ光源
１０２ コリメータレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ 液晶光学素子
１０５ １／４波長板
１０６ａ 対物レンズ
１０６ｂ 集光レンズ
１０７ 受光ダイオード
１０８ 駆動回路
１０９ 高密度光ディスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青紫レーザ光に対する耐光性を有した液晶光学素子およびこの液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報の大容量化に伴い、光ディスクの記録容量の向上が求められる中、光ピックアップのレーザ光源の短波長化が進んでいる。すなわち、従来のＣＤ波長７８０ｎｍおよびＤＶＤ波長６５０ｎｍに加え、近紫外波長域である４０５ｎｍ付近の青紫レーザも使用されるようになった。この青紫レーザでは光ピックアップに搭載される光学部品がこれまで以上の耐光性を求められており、さらに読み込みおよび記録の倍速化が伴うと青紫レーザの光強度は強くなると予想される。
【０００３】
光ピックアップ装置内に搭載される光学部品のひとつとして、液晶を駆動することにより、レーザ光の波面や光量を制御する液晶光学素子が挙げられる。この液晶光学素子は、透明導電膜と、ポリイミドからなる有機配向膜とが順に形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持して構成される。この有機配向膜を用いた液晶光学素子に、レーザ光源から出射される青紫レーザを照射し続けると、照射された配向膜部分が光反応により変化し、結果として、液晶分子の配向状態が乱されるという問題が生ずる。（この液晶分子の配向の乱れを以下「劣化」と記す。）。劣化と判断されるまでの時間（耐光時間）は、レーザ光の強度により異なり、その強度が増すにつれ短時間となる傾向にある。
【０００４】
上記問題を解消するために、光吸収の要因とされている不飽和結合（トラン結合、エステル結合など）を低減した液晶を用いた液晶光学素子をレーザ光源と対物レンズとの間の光路中に配設した光ピックアップ装置が提案されている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９０９９０号公報（第２―４頁、第１―２図）
【０００６】
また、一般的に、樹脂などの有機物は、光照射により下記反応式（化１）、（化２）のような光劣化反応を生じる。
【０００７】
【化１】
【０００８】
【化２】
【０００９】
この光劣化反応を抑制するために、ＵＶ吸収剤、錯体配位子、光安定化剤、過酸化分解剤、の添加剤を樹脂に加える方法が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の液晶光学素子の液晶材料として、芳香環以外の不飽和結合（トラン
結合、エステル結合など）を減少させた液晶は、レーザ光源から出射されるレーザ光の近紫外波長域での光吸収低減という点で効果的であるが、表示用液晶パネルで使用される一般的な液晶材料を使用することができず高価な素子となる。
【００１１】
また、液晶光学素子に主として使用するネマチック液晶は、樹脂に混合される一般的な添加剤を使うと光利用効率の低下や着色が起こる。具体的には、耐光時間に効果を及ぼす量のＵＶ安定化剤を液晶へ添加すると、ＵＶ安定化剤の光吸収スペクトルが青紫レーザのスペクトルと一部重なるため、レーザ光源から出射される光の一部が液晶光学素子に吸収され、光利用効率が悪化するという問題が生じる。また、耐光時間に効果を及ぼす量の錯体配位子を液晶へ添加すると、溶解した錯体配位子により液晶が着色する。この着色により、液晶光学素子を通過する光量は減少し、結果として光利用効率を低下させるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、短波長光である青紫レーザに対して光利用効率を低下させずに耐光性を向上させることが可能で、かつ安価な液晶光学素子およびこれを搭載した光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の液晶光学素子および光ピックアップ装置は、基本的に下記の構成を採用するものである。
【００１４】
本発明は、内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持し、レーザ光を透過する液晶光学素子において、液晶に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための添加剤を液晶に含有させることを特徴とする。
【００１５】
上記フリーラジカルを捕捉する添加剤は、ＨＡＬＳ（Hindered Amine Light Stabilizer）であることが好ましい。
【００１６】
また、上記過酸化物を無害化するための添加剤は、リン系酸化防止剤であることが好ましい。
【００１７】
好ましくは、液晶光学素子を透過するレーザ光の波長領域は４００から８００ｎｍである。
【００１８】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上記の液晶光学素子を搭載することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、短波長光である青紫レーザに対して光利用効率を低下させずに耐光性を向上させることが可能で、かつ安価な液晶光学素子およびこれを搭載した光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【００２０】
本発明によれば、青紫レーザ光を含む４００から８００ｎｍの波長領域のレーザ光を液晶光学素子に透過させることが可能になる。したがって、本発明の液晶光学素子およびこの液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置は、青紫レーザ光、光ディスク規格のＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ全てを統一した３波長レーザ光に対しても十分な効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の液晶に混入される添加剤の含有量と耐光時間を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る液晶光学素子の添加前後の光学特性を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明では、本発明の実施形態に係る液晶光学素子の構成および作用について説明をし、その後で上述した本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成および作用について詳細に説明をする。
【００２３】
まず、本実施形態の液晶光学素子１００の構成について説明する。図１は本実施形態に係る液晶光学素子１００の断面図を示している。
【００２４】
図１に示すように、液晶光学素子１００は、透明導電膜２ａと有機配向膜３ａとを有する透明基板１ａと、同様に透明導電膜２ｂと有機配向膜３ｂとを有する透明基板１ｂとを、配向膜３ａ、３ｂが内側となるように対向配置し、シール剤４を介して添加剤６を含有した液晶５を挟持する。
【００２５】
この液晶光学素子で使用する液晶５として、例えば、屈折率異方性Δｎが０．１５、誘電率異方性Δεが約+６、Ｎ-Ｉ点が約１００℃のネマチック液晶を用いることができる。この液晶にはフッ素を含有する成分が含まれ、モノフェニル、ビフェニルおよびターフェニルの芳香族成分を主体に構成される。またトラン結合、エステル結合、アルケン側鎖などの、芳香族以外の不飽和結合が全く含まない液晶材料を用いる。
【００２６】
添加剤６の液晶５への添加方法について説明する。粉末状もしくは液状の添加剤６を液晶５へ適量添加し、９０℃に温めながら１５分間撹拌する。このときの添加量は、液晶光学素子の使用環境温度の範囲内において、液晶中に溶解した添加剤６が析出しない程度の量に設定する必要がある。
【００２７】
次に、液晶５に含有する添加剤６の具体的組成について説明する。下記式（化３）は、添加剤６の一つ目の例であるＨＡＬＳの組成式である。
【００２８】
【化３】
【００２９】
（化３）において、Ｒ１〜Ｒ８はＨまたはアルキルであり、Ｍ１は−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−ＣｎＨ２ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−であり、ｎは整数である。
【００３０】
下記式（化４）は、添加剤６の二つ目の例であるリン系酸化防止剤の組成式である。
【００３１】
【化４】
【００３２】
（化４）において、Ｒ１〜Ｒ１８は、Ｈまたはアルキルである。
【００３３】
また、先に触れたが、化学式（化１）、（化２）は、添加剤６を作用させる前の液晶および配向膜の光劣化機構を示している。液晶や配向膜に青紫レーザ等のエネルギーの高い光を照射すると、（化１）、（化２）で示すような光劣化反応が生じる。まず（
化１）の光劣化反応について説明する。光照射により、液晶や配向膜を形成するアルキル基ＲＨがラジカル化されてＲ・となり（１）、ラジカル化されたＲ・は酸素と反応して、ＲＯＯ・となる（２）。このＲＯＯ・が、液晶や配向膜を形成するＲＨと反応して、Ｒ・を生成し（３）、これらの反応を繰り返すことで、液晶や配向膜のＲＨは分解され続け、劣化が進行する。
【００３４】
一方、（化２）のように液晶や配向膜にＲＯＯＨ基が存在する場合、ＲＯＯＨが光照射によりラジカル化されてＲＯ・が生じ（４）、ＲＯ・が液晶や配向膜を形成するＲＨと反応して（５）、さらに、（６）および（７）の反応が進み、液晶や配向膜のＲＨは分解され、劣化が進行する。
【００３５】
次に、下記式（化５）および（化６）を用いて上述した光劣化反応（化１）および（化２）に対する添加剤の効果を説明する。
【００３６】
【化５】
【００３７】
【化６】
【００３８】
（化１）に対する効果を（化５）に示す。光照射により、ＨＡＬＳのＮＨ基が酸素に置換され、Ｎ−Ｏ・となる。このラジカルは、（化１）の（１）で示した配向膜や液晶の劣化により生じるＲ・と反応して、Ｎ−ＯＲを生成する。また、このＮ−ＯＲは、（化１）の（２）に示した、ＲＯＯ・基と結合して、安定なＲＯＯＲを生成し、またＮ−
Ｏ・へと戻ることで、劣化反応（化１）を抑制する反応（化５）が繰り返される。
【００３９】
（化２）に対する効果を（化６）に示す。光照射により、リン系酸化防止剤Ｐ（ＯＲ）3が配向膜や液晶のＲＯＯＨと反応して、安定なＲＯＨへと変化させる。この反応により、劣化反応である（化２）の（４）反応を抑止することができる。
【００４０】
次に、液晶中に混入される添加剤の含有量と、青紫レーザを照射した際の耐光時間（ライフタイム）との関係について説明する。図２は、本実施形態の液晶光学素子における液晶に含有される添加剤含有量と耐光時間を示す図である。
【００４１】
図２で示す様に、液晶光学素子１００に、７０ｍＷ／ｍｍ2の中心光強度を放つ青紫レーザを照射し、液晶の配向が乱れるまですなわち劣化するまでの時間を耐光時間として縦軸に示す。液晶の配向の乱れは偏光顕微鏡により観察し、数十μｍの配向乱れが生じた点を劣化点とした。また、液晶光学素子は上述した構成とし、配向膜にポリイミドを用い、液晶に含有する添加剤は、ＨＡＬＳを用いた。また、青紫レーザを照射したときの外部環境温度は７０℃とし、液晶５に対する添加剤重量率ｘを、０ｗｔ％≦ｘ≦４ｗｔ％の間に設定した。
【００４２】
図２に示す様に、添加剤濃度に対する耐光時間を示す曲線は、添加剤濃度０ｗｔ％時には１６０時間の耐光時間であったが、添加剤を混合すると上昇し、１ｗｔ％では２倍強の４４０時間まで向上した。それ以上の濃度では耐光時間に変化はなく、本液晶では添加剤濃度１ｗｔ％が、最大効果を発揮する最小濃度である事が分かる。
【００４３】
このような耐光性についての効果は、ＨＡＬＳの代わりにリン系酸化防止剤を添加剤とし用いても同様に得ることができる。
【００４４】
なお、これまで、特に効果が大きいポリイミドからなる有機配向膜を使用した液晶光学素子を例に挙げて説明してきたが、他の有機材料として、例えばアクリル系の有機配向膜
等を用いても、上述したと同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、有機配向膜３ａ、３ｂに代えて、無機材料を用いた形態であっても、耐光性に対する効果を得ることができる。
【００４６】
次に、図３〜５を用いて、液晶に添加剤としてＨＡＬＳを含有させた場合の光学特性について説明する。
【００４７】
図３は、液晶光学素子１００に青紫レーザ光の付近領域４００〜５００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。上述した結果より、ＨＡＬＳを液晶に添加することにより、光学特性を変化させずに、耐光性を向上させることが可能であると言える。なお、図中、透過率曲線は上下に細かく振動する波形となっているが、これは電極など液晶光学素子の層部材による干渉に起因している。図に示す２つの透過率曲線は、その振動が互いにズレており全く同じ曲線とはなっていない。しかし、隣接する極大値と極小値の中間値を結んだ線で比較評価すれば、添加剤添加前後での透過率の変動傾向は同様の振る舞いを示し互いに同等の特性と言える。
【００４８】
図４は、液晶光学素子１００に赤レーザ光の付近領域５００〜７００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。なお、図中２つの透過率曲線には一部に差（ズレ）が見られるが、２つの透過率曲線の差は概ね０．５％以内であり、添加剤添加前後での透過率の変動傾向は同様の振る舞いを示し互いに同等の特性と言える。添加剤添加前後での測定値の違いは、図３と同じ目盛では確認困難であるほどの微差であるため、その違いを明確に示すべく図４では敢えて図３に比べ縦軸（透過率）の目盛を拡大した。
【００４９】
図５は、液晶光学素子１００に赤レーザ光の付近領域７００〜８００ｎｍの光を照射し、分光器にて透過率を測定した結果である。添加剤を添加する前の透過率曲線と添加剤を添加した後の透過率曲線とを比較すると、同等な特性が得られており、添加剤による光学特性の変化は観測されなかった。以上の結果を考慮すると前述の３種類の光ディスク（ＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤ）用ピックアップに対応可能な素子であると言える。なお、図５においても、図４と同様、添加剤添加前後での測定値の違いを明確にするため、図３に比べ縦軸（透過率）の目盛を拡大している。
【００５０】
このような光学特性については、液晶に含有させる添加剤としてリン系酸化防止剤を用いても同様の効果が得られる。従って、本実施形態の液晶光学素子によれば、４００−８００ｎｍの広帯域の波長のレーザ光に対応することが可能となる。
【００５１】
なお、ラジカル捕捉剤としてはフェノール系酸化防止剤などもある。しかし、フェルール系は着色しやすく、光の利用効率を低下させるという問題が生じる。また、過酸化分解剤についてはイオウ系酸化防止剤などがあるが、イオウ系酸化物もまた着色しやすく、同様に光の利用効率を低下させるという問題が生じる。それに対し、本実施形態の液晶光学素子ではこのような問題は生じないため、上述したように光利用効率を低下させることなく耐光性を向上させることができる。また、上記実施形態では、ラジカル捕捉剤と過酸化分解剤とをそれぞれ単独に液晶中に添加しているが、混合して添加してもよい。
【００５２】
ここで、この液晶光学素子を、収差補正素子として用いる場合の光ピックアップ装置２００の具体的な構成例および作用について説明する。図６は、本発明を適用した光ピック
アップ装置２００の構成例を示す図面である。
【００５３】
図６に示す様に、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、青紫レーザを発振するレーザ光源１０１、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、収差補正素子として機能する液晶光学素子１０４、この液晶光学素子１０４を駆動するための駆動回路１０８、１／４波長板１０５、対物レンズ１０６ａ，集光レンズ１０６ｂ、受光ダイオード１０７から構成されている。
【００５４】
図６において、レーザ光源１０１から出射された短波長の青紫レーザ光は、コリメータレンズ１０２で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３を通過した後、液晶光学素子１０４に入射する。この液晶光学素子１０４を通過する際に、青紫レーザ光は、液晶光学素子１０４で変調されて青紫レーザ光の収差補正が行われる。その後、１／４波長板１０５を通過して、対物レンズ１０６ａにより高密度光ディスク１０９に集光される。そして高密度光ディスク１０９にて反射された青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０６ａ及び１／４波長板１０５を経て、偏光ビームスプリッタ１０３により光路が変更されて、集光レンズ１０６ｂを介して受光ダイオード１０７に集光される。
【符号の説明】
【００５５】
１ａ、１ｂ 透明基板
２ａ、２ｂ 透明導電膜
３ａ、３ｂ 有機配向膜
４ シール剤
５ 液晶
６ 添加剤
１０１ レーザ光源
１０２ コリメータレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ 液晶光学素子
１０５ １／４波長板
１０６ａ 対物レンズ
１０６ｂ 集光レンズ
１０７ 受光ダイオード
１０８ 駆動回路
１０９ 高密度光ディスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持しレーザ光を透過する液晶光学素子において、
前記液晶に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための添加剤を前記液晶に含有させることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記フリーラジカルを捕捉する添加剤は、ＨＡＬＳ（Hindered Amine Light Stabilizer）であることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記過酸化物を無害化するための添加剤は、リン系酸化防止剤であることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記液晶光学素子を透過するレーザ光の波長領域は、４００から８００ｎｍであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置。
【請求項１】
内側に配向膜が形成された２枚の透明基板間に液晶を挟持しレーザ光を透過する液晶光学素子において、
前記液晶に青紫のレーザ光が照射されることで一次的に生じるフリーラジカルを捕捉する添加剤、またはラジカルから二次的に発生する過酸化物を無害化するための添加剤を前記液晶に含有させることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記フリーラジカルを捕捉する添加剤は、ＨＡＬＳ（Hindered Amine Light Stabilizer）であることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記過酸化物を無害化するための添加剤は、リン系酸化防止剤であることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記液晶光学素子を透過するレーザ光の波長領域は、４００から８００ｎｍであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の液晶光学素子を搭載した光ピックアップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９７４５０（Ｐ２０１０−１９７４５０Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３９０５９（Ｐ２００９−３９０５９）
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２３日（２００９．２．２３）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【Ｆターム（参考）】
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