JPH1138400A

JPH1138400A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH1138400A
Application number: JP9192257A
Authority: JP
Inventors: Shiyouhei Kobayashi; 章兵小林
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】素子内部での光の反射をより有効に防止で
き、素子の膜数を少なくでき、特に、可視光領域および
光ヘッド分野において一般に用いられる半導体レーザの
波長領域を含む広範囲の波長領域において、素子内部で
の光の反射を有効に防止できる液晶素子を提供する。【解決手段】一対の透明基板1a,11bと、これら透明基
板上にそれぞれ設けた透明電極膜13,13bと、これら透明
電極膜間に設けた液晶層16とを有する液晶素子におい
て、少なくとも一方の透明基板上に、当該透明基板上に
設ける透明電極膜を含めて反射防止膜17a,17b を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子は、テレビ、ワープロ、パソコ
ン等の各種の表示素子として用いられている他、種々の
分野で広く用いられている。例えば、光ヘッド分野にお
いては、例えば、単一の対物レンズで基板厚の異なる光
学ディスクを再生するため、光学、第２６巻第１号、第
２７−２８頁に記載されているように、偏光ビームスプ
リッタや偏光素子と組み合わせて対物レンズの開口数を
制御したり、特開平５−２０５２８２号公報に記載され
ているように、基板厚の異なる光学ディスクに焦点を合
わせる場合に生じる波面収差を補正したり、あるいは特
開平９−１３８９６９号公報に記載されているように、
基板厚の異なる光学ディスクからの戻り光の光束径を制
限したりする場合等に用いられている。

【０００３】かかる液晶素子においては、素子内部での
光の反射を低減することが、特に表示素子として用いる
場合においては、多重反射による干渉色の発生を防止す
る上で好ましく、また、上記の光ヘッド分野においては
光の利用効率を高める上で好ましい。

【０００４】このような液晶素子内部での光の反射を低
減するようにしたものとして、例えば、特開平５−６６
３９３号公報には、液晶素子を構成する少なくとも一方
の透明基板上に、屈折率の異なる透明で絶縁性を有する
膜を少なくとも２層積層してなる反射防止膜を設け、こ
の反射防止膜上に透明電極膜を形成するようにしたもの
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者による検討によれば、上記の特開平５−６６３９３号
公報に開示されている構成の液晶素子では、光の反射防
止効果が十分得られないことがわかった。以下、この点
について、さらに詳細に説明する。

【０００６】図８は、上記公報の図３Ａに記載された一
方の透明基板上の膜構成を示すもので、透明基板１と液
晶２との間に、透明基板１側から、Ａｌ₂Ｏ₃膜３ａお
よびＴｉＯ₂膜３ｂからなる反射防止膜３と、透明電極
（ＩＴＯ）膜４と、絶縁膜（ＳｉＯ₂）５とが順次積層
されている。本発明者は、かかる膜構成において、波長
４００ｎｍ〜９００ｎｍの光に対する反射率を計算した
ところ、図９に実線で示すような波長依存性があること
がわかった。ただし、各膜の屈折率および膜厚について
は、上記公報記載と同様に、Ａｌ₂Ｏ₃膜３ａの屈折率
を１．６、膜厚を９４ｎｍ、ＴｉＯ₂膜３ｂの屈折率を
２．３、膜厚を１３０ｎｍ、ＩＴＯ膜４の屈折率を１．
９、膜厚を７９ｎｍ、ＳｉＯ₂膜５の屈折率を１．４
６、膜厚を２０５ｎｍとし、透明基板１については、上
記公報に記載がないので、その屈折率を１．５１として
計算した。なお、図９には、図８に示す構成において、
反射防止膜３を取り除いた場合の上記公報の図４Ｂに示
されている反射率の波長依存性を破線で示している。

【０００７】図９から明らかなように、反射防止膜３を
形成すれば、それを形成しない場合よりも反射率を低減
することができるが、波長４００ｎｍでは反射率がほぼ
１０％もあり、波長４５０ｎｍでは反射率が０．５％以
下となってバラツキが大きいと共に、波長５００ｎｍ〜
８００ｎｍでは反射率が２％前後と比較的高くなってい
る。このため、表示素子として用いる場合の可視光領域
（波長３８０ｎｍ〜７７０ｎｍ）では、必ずしも満足な
特性とならず、また、光ヘッド分野において一般に用い
られる半導体レーザの波長領域（波長６００ｎｍ〜８０
０ｎｍ）でも、反射率が高過ぎて光の有効利用が図れな
いことになる。

【０００８】そこで、本発明者は、種々検討したとこ
ろ、図８に示す液晶素子においては、ＩＴＯ膜４に反射
防止作用をもたせておらず、ＩＴＯ膜４およびＳｉＯ₂
膜５の膜厚はそれぞれそのままとして、全体の反射率が
小さくなるように別途反射防止膜３を形成するようにし
ているため、反射防止膜３の設計の自由度が低く、十分
な反射防止効果が得られないことを突き止めた。さら
に、別途反射防止膜３を設けることで、素子全体の膜数
が増加し、膜形成における工数が増加するという不具合
もある。

【０００９】この発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、素子内部での光の反射をより有効に防止でき、素
子の膜数を少なくできるよう適切に構成した液晶素子を
提供することを目的とするものである。特に、可視光領
域および光ヘッド分野において一般に用いられる半導体
レーザの波長領域を含む広範囲の波長領域において、素
子内部での光の反射を有効に防止できる液晶素子を提供
することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、一対の透明基板と、これら透明基板上
にそれぞれ設けた透明電極膜と、これら透明電極膜間に
設けた液晶層とを有する液晶素子において、少なくとも
一方の前記透明基板上に、当該透明基板上に設ける前記
透明電極膜を含めて反射防止膜を形成したことを特徴と
するものである。

【００１１】この発明の一実施形態においては、前記反
射防止膜を、前記透明基板上に、誘電体膜、前記透明電
極膜、および配向膜を順次積層してなる３層構造をもっ
て構成するのが、全体の膜数を少なくでき、容易かつ安
価に製造できるようにする点で好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態を
示す断面図である。この液晶素子は、一対の透明ガラス
基板１１ａ，１１ｂを有し、その一方の透明ガラス基板
１１ａ上に誘電体膜１２ａ、透明電極（ＩＴＯ）膜１３
ａおよび配向膜１４ａを順次積層し、他方の透明ガラス
基板１１ｂ上にも、同様に、誘電体膜１２ｂ、ＩＴＯ膜
１３ｂおよび配向膜１４ｂを順次積層して、これら透明
ガラス基板１１ａ，１１ｂ上の配向膜１４ａ，１４ｂ間
に、シール材１５で密封して液晶１６を介在させたもの
である。ここで、誘電体膜１２ａ，１２ｂは、透明ガラ
ス基板１１ａ，１１ｂからのナトリウムの析出を防止す
る作用を成し、ＩＴＯ膜１３ａ，１３ｂは、液晶１６に
選択的に電界を印加する作用を成し、配向膜１４ａ，１
４ｂは、液晶１６の分子の配向を揃える作用を成す。

【００１３】この実施形態では、透明ガラス基板１１ａ
上に積層した誘電体膜１２ａ、ＩＴＯ膜１３ａおよび配
向膜１４ａの３層構造をもって反射防止膜１７ａを構成
し、同様に、透明ガラス基板１１ｂ上に積層した誘電体
膜１２ｂ、ＩＴＯ膜１３ｂおよび配向膜１４ｂの３層構
造をもって反射防止膜１７ｂを構成する。

【００１４】反射防止膜１７ａは、図２に部分拡大断面
図を示すように、例えば、透明ガラス基板１１ａの屈折
率ｎ₁₁を１．５１、誘電体膜１２ａをＳｉＯ₂膜でその
屈折率ｎ₁₂を１．４６、ＩＴＯ膜１３ａの屈折率ｎ₁₃を
１．９、配向膜１４ａの屈折率ｎ₁₄を１．５、液晶１６
の屈折率ｎ₁₆を１．６５とするとき、誘電体膜１２ａの
膜厚ｄ₁₂を２５６ｎｍ、ＩＴＯ膜１３ａの膜厚ｄ₁₃を１
３ｎｍ、配向膜１４ａの膜厚ｄ₁₄を２６９ｎｍとして構
成する。反射防止膜１７ｂについても、反射防止膜１７
ａと同様に構成する。

【００１５】図３は、図２に示す膜構成において、透明
ガラス基板１１ａに入射する波長４００ｎｍ〜９００ｎ
ｍの光の反射率の計算結果を示すものである。この実施
形態によれば、波長４５０ｎｍの入射光で反射率がほぼ
２％と最も高く、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの入射光
では反射率が０．５％未満、特に、波長６００ｎｍ〜７
００ｎｍの入射光では反射率がほぼ０％となる。この図
３と図９との比較から明らかなように、この実施形態に
よれば、図８に示す従来の液晶素子におけるよりも、反
射率の波長依存性を相対的に小さくできると共に、その
バラツキも小さくできる。

【００１６】したがって、可視光領域の光を対象とする
表示素子として、十分満足できる反射防止効果が得られ
るので、低出力のバックライトを用いることができ、こ
れにより低価格、低消費電力を図ることができると共
に、例えば携帯用のパソコン等の表示素子として用いた
場合には、バッテリの長寿命化を図ることができる。ま
た、例えば、光ヘッド分野においては、一般に用いられ
る半導体レーザの波長領域（波長６００ｎｍ〜８００ｎ
ｍ）において、光の利用効率を十分高めることができる
ので、半導体レーザとして低出力、低価格のものを用い
たり、高出力の半導体レーザを低出力で用いて長寿命化
を図ることが可能となる。

【００１７】また、透明電極膜としてのＩＴＯ膜１３ａ
および１３ｂをも含めて反射防止作用を持たせるように
全体の膜を構成したので、別途反射防止膜を形成するこ
とがなくなり、全体の膜数の削減に寄与できる。したが
って、全体の膜の形成工数が削減でき、容易かつ安価に
製造できる。すなわち、少なくとも従来は、透明電極膜
は、電極としての作用を有しているに過ぎなかったため
に、別途反射防止膜が必要となり、全体の膜数が多くな
っていたが、この実施形態では、全体（誘電体膜、透明
電極膜、配向膜）で反射防止膜となるように透明電極膜
を形成したので、反射防止膜の設計の自由度が上がり、
反射防止効果が向上すると共に、膜数を削減することが
できる。

【００１８】図４および図５は、この発明に係る液晶素
子を用いる光ヘッドの一例の構成を示すものである。こ
の光ヘッドは、基板厚の薄いＤＶＤ（デジタル・ビデオ
・ディスク）用の対物レンズ２１と、基板厚の厚いＣＤ
（コンパクト・ディスク）用の対物レンズ２２とを有す
るツインレンズ方式のもので、一つの半導体レーザ２３
から出射されたレーザ光の偏光方向を、光学ディスクの
種類に応じて液晶素子２４により選択的に９０°回転さ
せて、対応する対物レンズに導くようにしたものであ
る。

【００１９】このため、この実施形態では、半導体レー
ザ２３からの断面楕円形のレーザ光を、コリメータレン
ズ２５により平行光束とした後、整形プリズム２６によ
り断面ほぼ円形のビーム形状に整形し、そのレーザ光を
直線偏光２７として液晶素子２４に入射させる。液晶素
子２４は、例えばＴＮ（ツイスト・ネマティック）液晶
を有するもので、図１と同様に、一対の透明基板の各々
の側に、透明電極膜を含んで反射防止膜を設けて構成
し、光学ディスクの種類に応じて液晶制御回路２８によ
り一対の透明電極膜を介してＴＮ液晶に選択的に閾値以
上の電圧を印加するようにする。

【００２０】この実施形態では、光学ディスクがＤＶＤ
の場合には、液晶素子２４に閾値以上の電圧を印加し
て、図６に示すように、ＴＮ液晶の分子配向を電場方向
に傾けて、入射直線偏光２７を、その偏光面を９０°回
転させることなく透過させる。また、光学ディスクがＣ
Ｄの場合には、液晶素子２４への電圧の印加をオフ、あ
るいは閾値未満の電圧を印加して、図７に示すように、
ＴＮ液晶の分子配向を変化させないようにし、これによ
り入射直線偏光２７を、その偏光面を９０°回転させて
透過させるようにする。

【００２１】液晶素子２４を透過した直線偏光は、偏光
ビームスプリッタ２９に入射させ、該偏光ビームスプリ
ッタ２９により入射直線偏光の偏光方向に応じて光路を
切り換える。この実施形態では、光学ディスクがＤＶＤ
の場合には、液晶素子２４を透過した直線偏光がＰ偏光
で偏光ビームスプリッタ２９に入射するようにして、該
偏光ビームスプリッタ２９を透過させ、その透過直線偏
光を１／４波長板３０で円偏光に変換した後、立ち上げ
ミラー３１で上方向に反射させてＤＶＤ用の対物レンズ
２１に入射させ、これによりＤＶＤ３２の記録面上に収
束させるようにする。

【００２２】また、光学ディスクがＣＤの場合には、液
晶素子２４を透過した直線偏光はＳ偏光で偏光ビームス
プリッタ２９に入射するので、該偏光ビームスプリッタ
２９で反射させて光路を切り換え、その直線偏光を反射
ミラー３３で反射させた後、１／４波長板３０で円偏光
に変換して立ち上げミラー３１を経てＣＤ用の対物レン
ズ２２に入射させ、これによりＣＤ３４の記録面上に収
束させるようにする。なお、対物レンズ２１，２２は、
図示しない共通のレンズホルダに保持し、このレンズホ
ルダを公知の手段によりフォーカス方向、およびトラッ
ク方向と交差するトラッキング方向に駆動し得るように
する。

【００２３】一方、光学ディスクがＤＶＤ３２の場合に
おいて、ＤＶＤ用の対物レンズ２１を経てＤＶＤ３２に
照射されたレーザ光の反射光は、対物レンズ２１および
立ち上げミラー３１を経て１／４波長板３０に入射さ
せ、該１／４波長板３０で円偏光から直線偏光に変換し
て偏光ビームスプリッタ２９に入射させる。ここで、偏
光ビームスプリッタ２９に入射するＤＶＤ３２からの戻
り光は、往路および復路において１／４波長板３０をそ
れぞれ透過するので、往路に対して偏光方向が９０°回
転したものとなる。したがって、この戻り光は、偏光ビ
ームスプリッタ２９にＳ偏光で入射することになるの
で、該偏光ビームスプリッタ２９で反射されることにな
る。

【００２４】この偏光ビームスプリッタ２９で反射され
るＤＶＤ３２からの戻り光は、集光レンズ３５で集光し
た後、シリンドリカルレンズ３６で非点収差を与えて、
例えば４分割受光領域を有する光検出器３７で受光し、
その出力に基づいてＤＶＤ３２の再生信号、非点収差法
によるフォーカスエラー信号、およびプッシュプル法に
よるトラッキングエラー信号を検出するようにする。

【００２５】また、光学ディスクがＣＤ３４の場合にお
いて、ＣＤ用の対物レンズ２２を経てＣＤ３４に照射さ
れたレーザ光の反射光は、対物レンズ２２および立ち上
げミラー３１を経て１／４波長板３０に入射させ、該１
／４波長板３０で円偏光から直線偏光に変換して反射ミ
ラー３３を経て偏光ビームスプリッタ２９に入射させ
る。ここで、偏光ビームスプリッタ２９に入射するＣＤ
３４からの戻り光は、往路および復路において１／４波
長板３０をそれぞれ通過するので、ＤＶＤの場合と同様
に、往路に対して偏光方向が９０°回転したものとな
る。したがって、この戻り光は、偏光ビームスプリッタ
２９にＰ偏光で入射することになるので、該偏光ビーム
スプリッタ２９を透過することになる。

【００２６】この偏光ビームスプリッタ２９を透過する
ＣＤ３４からの戻り光は、ＤＶＤの場合と同様に、集光
レンズ３５で集光した後、シリンドリカルレンズ３６で
非点収差を与えて光検出器３７で受光し、その出力に基
づいてＣＤ３４の再生信号、フォーカスエラー信号およ
びトラッキングエラー信号を検出するようにする。

【００２７】このように、ツインレンズ方式の光ヘッド
において、一つの半導体レーザ２３から出射されたレー
ザ光の偏光方向を、この発明に係る液晶素子２４を用い
て光学ディスクの種類に応じて選択的に９０°回転させ
て、対応する対物レンズに導くようにすれば、液晶素子
２４内部でのレーザ光の反射を極めて小さくできるの
で、光の利用効率を十分高めることができる。したがっ
て、半導体レーザ２３として低出力、低価格のものを用
いたり、高出力のものを低出力で用いて長寿命化を図る
ことができる。

【００２８】なお、この発明は、上述した実施形態にの
み限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可
能である。例えば、上述した実施形態では、液晶素子を
構成する一対の透明基板の両方に、それぞれ透明電極膜
を含んで反射防止膜を形成するようにしたが、いずれか
一方の透明基板上にのみ反射防止膜を形成することもで
きる。また、透明電極（ＩＴＯ）膜は、誘電体膜を介さ
ずに透明基板上に直接形成することもできる。まこ、反
射防止膜は、誘電体膜、透明電極膜および配向膜の３層
構造のものに限らず、透明電極膜を含む任意の多層膜構
造をもって構成することができると共に、各膜の膜厚に
ついても、反射防止膜を構成する各膜の屈折率や、使用
する光や液晶素子に入射する光の波長等を考慮して適宜
設定することができる。

【００２９】さらに、この発明に係る液晶素子は、図４
および図５に示したツインレンズ方式の光ヘッドに限ら
ず、上記の光学、第２６巻第１号、第２７−２８頁に記
載されているように、単一の対物レンズで基板厚の異な
る光学ディスクを再生するために、偏光ビームスプリッ
タや偏光素子と組み合わせて対物レンズの開口数を制御
するのに用いたり、特開平５−２０５２８２号公報に記
載されているように、基板厚の異なる光学ディスクに焦
点を合わせる場合に生じる波面収差を補正するのに用い
たり、特開平９−１３８９６９号公報に記載されている
ように、基板厚の異なる光学ディスクからの戻り光の光
束径を制限したりするのに用いることもできる。また、
各種の光学機器において、光を透過・遮蔽する液晶シャ
ッタとして用いたり、焦点位置を可変とする液晶レンズ
として用いたり、種々の応用が可能である。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、液晶素子を構成する
少なくとも一方の透明基板上に、当該透明基板上に設け
る透明電極膜を含めて反射防止膜を形成したので、従来
のように透明電極膜はそのままとして、別に反射防止膜
を設ける場合に比べて、膜構成の設計の自由度を高める
ことができ、素子内部での光の反射をより有効に防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る液晶素子の一実施形態を示す断
面図である。

【図２】図１の部分拡大断面図である。

【図３】図１に示す液晶素子の反射率特性を示す図であ
る。

【図４】この発明に係る液晶素子を用いる光ヘッドの一
例の構成を示す図である。

【図５】図４の部分側面図である。

【図６】図４に示す液晶素子の作用を説明するための図
である。

【図７】同じく、液晶素子の作用を説明するための図で
ある。

【図８】従来の液晶素子の部分拡大断面図である。

【図９】図８に示す液晶素子の反射率特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ透明ガラス基板１２ａ，１２ｂ誘電体膜１３ａ，１３ｂ透明電極（ＩＴＯ）膜１４ａ，１４ｂ配向膜１５シール材１６液晶１７ａ，１７ｂ反射防止膜２１，２２対物レンズ２３半導体レーザ２４液晶素子２５コリメータレンズ２６整形プリズム２７直線偏光２８液晶制御回路２９偏光ビームスプリッタ３０１／４波長板３１立ち上げミラー３２ＤＶＤ３３反射ミラー３４ＣＤ３５集光レンズ３６シリンドリカルレンズ３７光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透明基板と、これら透明基板上に
それぞれ設けた透明電極膜と、これら透明電極膜間に設
けた液晶層とを有する液晶素子において、少なくとも一方の前記透明基板上に、当該透明基板上に
設ける前記透明電極膜を含めて反射防止膜を形成したこ
とを特徴とする液晶素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶素子において、前記反射防止膜を、前記透明基板上に、誘電体膜、前記
透明電極膜、および配向膜を順次積層してなる３層構造
をもって構成したことを特徴とする液晶素子。