DE102008060281B4

DE102008060281B4 - Reflektierender Flächenlichtmodulator

Info

Publication number: DE102008060281B4
Application number: DE102008060281.7A
Authority: DE
Inventors: Haruyasu Ito; Yasushi Ohbayashi; Norihiro Fukuchi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: JP5270142B2; US20090147161A1; JP2009139581A; US7876405B2; DE102008060281A1

Abstract

Reflektierender Flächenlichtmodulator (1), der eine Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) aufweist und Phasen eines auftreffenden Lichtes, das aus einer vorgegebenen Richtung durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchtritt, und eines reflektierten Lichtes steuert, das aus einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der des auftreffenden Lichtes durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchtritt, wobei der reflektierende Flächenlichtmodulator (1) des Weiteren umfasst:eine Flüssigkristallschicht (5), die an einer Position angeordnet ist, an der das auftreffende Licht, das durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchgetreten ist, ankommt, wobei die Flüssigkristallschicht (5) konfiguriert wird, indem ein Flüssigkristall, der aus einem lichtmodulierendem Material besteht, in einen Zwischenraum zwischen zwei Alignment-Filmen (5a, 5b) gefüllt wird, die entlang einer Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes, das durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchgetreten ist, aufeinanderfolgend angeordnet sind;eine reflektierende Schicht (7), die an einer Seite angeordnet ist, die der Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) in Bezug auf die Flüssigkristallschicht (5) gegenüberliegt, wobei die reflektierende Schicht (7) das auftreffende Licht, das durch die Flüssigkristallschicht (5) hindurchgetreten ist, als reflektiertes Licht reflektiert, das sich in der Richtung entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes ausbreitet; undeine Phasenverschiebungsschicht (6), die zwischen der Flüssigkristallschicht (5) und der reflektierenden Schicht (7) angeordnet ist, wobei die Phasenverschiebungsschicht (6) Phasen des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes an einer Grenzfläche zwischen Alignment-Film (5b) und Flüssigkristall in der Flüssigkristallschicht (5) verschiebt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen reflektierenden Flächenlichtmodulator.
Verwandter technischer Hintergrund
Es ist ein herkömmliches Verfahren zum Modulieren von Laserlicht mit einem reflektierenden Flüssigkristall-Flächenlichtmodulator (Liquid Crystal On Silicon - Spatial Light Modulator - LCOS-SLM) bekannt. So wird beispielsweise eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen reflektierenden Flüssigkristall-Flächenlichtmodulator enthält, im Patentdokument 1 offenbart. Bei der in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2006-068762 A (Dokument 1) beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung wird ein Laser, der von einer Femtosekunden-Laserlichtquelle ausgegeben wird, hinsichtlich der Energieverteilung homogenisiert und trifft homogen auf eine gesamte Oberfläche des Flächenlichtmodulators auf, um eine Vielzahl von Brennpunkten im Inneren einer zu bearbeitenden Substanz auszubilden. Bei einem derartigen Flächenlichtmodulator ist eine reflektierende Schicht gegenüber einer Flüssigkristallschicht angeordnet, und durch die Flüssigkristallschicht hindurchgelassenes Licht wird von der reflektierenden Schicht reflektiert.
Die DE 101 96 893 T5 offenbart einen Modulator für räumliches Licht und eine Lichtimpuls-Wellenformsteuerung.
Die DE 698 35 976 T2 offenbart einen polarisationsunabhängigen optischen Phasenmodulator.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Anmelder der vorliegenden Erfindung haben herkömmliche Flächenlichtmodulatoren untersucht und sind dabei auf die folgenden Probleme gestoßen. Das heißt, wenn Laserlicht hoher Intensität mit einer hohen Spitzenintensität, wie beispielsweise ein Femtosekundenlaser, auf einen Flächenlichtmodulator gerichtet wird, kann eine Flüssigkristallschicht, die in der Nähe einer reflektierenden Fläche vorhanden ist, beschädigt werden. Bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung wird durch Bereitstellen eines externen Elementes, wie beispielsweise eines Strahlformungselementes, der Laserausgang innerhalb eines effektiven Durchmessers des Lichtmodulators homogenisiert, um Beschädigung der Flüssigkristallschicht zu vermeiden. Bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator, der im Patentdokument 1 beschrieben ist, konnte jedoch, obwohl das auftreffende Licht durch Homogenisierung der Lichtintensitätsverteilung mit verringerter Spitzenintensität auftraf, Beschädigung des Flüssigkristalls in der Nähe der reflektierenden Fläche nicht verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die oben beschriebenen Probleme zu beheben. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen reflektierenden Flächenlichtmodulator zu schaffen, der Verbesserung der Lichtbeständigkeit und Verhinderung von Beschädigung der Flüssigkristallschicht ermöglicht.
Um das obengenannten Problem zu lösen, berücksichtigten die Erfinder ein Phänomen, das zwischen einer Flüssigkristallschicht und Hochleistungs-Laserlicht auftritt. Dabei stellte sich heraus, dass eine Ursache für Beschädigung der Flüssigkristallschicht eine Multiphotonenabsorption ist, die in der Nähe einer Grenzfläche der Flüssigkristallschicht auftritt, und dass die Multiphotonenabsorption weitgehend von einer Lichtintensität abhängt, die durch Überlagerung eines auftreffenden Lichtes, das auf einen reflektierenden Flächenlichtmodulator gerichtet wird, und eines durch eine reflektierende Schicht reflektierten Lichtes resultiert. Das Wissen, dass die Beschädigung der Flüssigkristallschicht verhindert werden kann, indem der Einfluss dieser Multiphotonenabsorption in der Nähe der Grenzfläche des Flüssigkristalls und der reflektierenden Schicht verringert wird, führte die Erfinder zu der vorliegenden Erfindung.
Ein reflektierender Flächenlichtmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung steuert Phasen eines auftreffenden Lichtes und eines reflektierenden Lichtes, wenn das auftreffende Licht von einer Vorderseite reflektiert wird, und umfasst eine Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche, durch die das auftreffende Licht und das reflektierende Licht aus einander entgegengesetzten Richtungen hindurchtreten. Der reflektierende Flächenlichtmodulator umfasst des Weiteren eine Flüssigkristallschicht, eine reflektierende Schicht und eine Phasenverschiebungsschicht. Die Flüssigkristallschicht wird konfiguriert, indem ein Flüssigkristall, das aus einem lichtmodulierenden Material besteht, in einen Zwischenraum zwischen zwei sogenannten Alignment-Filmen gefüllt wird, die in einer Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes, das durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche hindurchgetreten ist, aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die reflektierende Schicht ist an einer Seite angeordnet, die der Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche in Bezug auf die Flüssigkristallschicht gegenüberliegt. Die reflektierende Schicht wirkt so, dass sie das auftreffende Licht, das durch die Flüssigkristallschicht hindurchgetreten ist, als reflektiertes Licht reflektiert, das sich in der Richtung entgegengesetzt zu der Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes ausbreitet. Des Weiteren ist die Phasenverschiebungsschicht zwischen der Flüssigkristallschicht und der reflektierenden Schicht angeordnet. Die Phasenverschiebungsschicht wirkt so, dass sie Phasen des auftreffenden Lichtes und des reflektierten Lichtes an einer Grenzfläche zwischen Alignment-Film und Flüssigkristall (einer Grenzfläche zwischen einem der Alignment-Filme und dem Flüssigkristall in der Flüssigkristallschicht; im Folgenden der Einfachheit halber als Grenzfläche der Flüssigkristallschicht bezeichnet) verschiebt.
Die Erfinder sind, wie oben beschrieben, durch Forschung zu der Erkenntnis gekommen, dass Beschädigung der Flüssigkristallschicht auf den Einfluss von Zweiphotonen-Absorption zurückzuführen ist, bei der es sich um einen Typ der Multiphotonenabsorption handelt. Zweiphotonen-Absorption ist ein Phänomen, bei dem, wenn eine Substanz gleichzeitig zwei Photonen absorbiert, Absorption auftritt, die dem Zweifachen einer Beleuchtungsenergie entspricht. Bei dem herkömmlichen reflektierenden Flächenlichtmodulator trat Zweiphotonen-Absorption aufgrund von Überlagerung des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes auf und beschädigte die Flüssigkristallschicht. Hingegen ist bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung die Phasenverschiebungsschicht zwischen der Flüssigkristallschicht und der reflektierenden Schicht angeordnet. Die Phasen des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes können so in der Phasenverschiebungsschicht verschoben werden, um das Auftreten von Zweiphotonen-Absorption an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht zu verringern. So kann bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator, selbst wenn ein Hochleistungslaser auftrifft, Beschädigung des Flüssigkristalls vermieden werden.
Bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Phasenverschiebungsschicht vorzugsweise eine Dicke des optischen Films von nicht mehr als einer Wellenlänge des auftreffenden Lichtes auf. Des Weiteren weist die Phasenverschiebungsschicht, wenn τ eine Impulsbreite des auftreffenden Lichtes ist und c eine Lichtgeschwindigkeit ist, vorzugsweise eine Dicke des optischen Films von nicht mehr als (τ × c)/30 auf. Bei beiden Konfigurationen kann vorteilhafterweise Zweiphotonen-Absorption, die nahe der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht auftritt, verringert werden.
Des Weiteren bilden bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung die Phasenverschiebungsschicht und die reflektierende Schicht einen Teil eines dielektrischen Mehrschicht-Films, in dem drei oder mehr dielektrische Schichten übereinandergeschichtet sind, und der dielektrische Mehrschicht-Film ist vorzugsweise so angeordnet, dass eine Schichtungsrichtung der dielektrischen Schichten der Ausbreitungsrichtung des durch den Flüssigkristall hindurchgetretenen auftreffenden Lichtes entspricht. Bei dieser Konfiguration wirkt von den dielektrischen Schichten in dem dielektrischen Mehrschicht-Film eine obere dielektrische Schicht, die an einer Seite angeordnet ist, die am nächsten an der Flüssigkristallschicht liegt, vorzugsweise als die Phasenverschiebungsschicht. Die anderen dielektrischen Schichten mit Ausnahme der oberen dielektrischen Schicht hingegen wirken vorzugsweise als die reflektierende Schicht. Die reflektierende Schicht und die Phasenverschiebungsschicht können so vorteilhaft angeordnet sein.
Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich als Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung nicht einschränken sollen.
Weitere Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es sollte jedoch klar sein, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, lediglich der Veranschaulichung dienen, da verschiedene Veränderungen und Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung für den Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.
Figurenliste

1 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Ausführungsform eines reflektierenden Flächenlichtmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung von Pixel-Elektroden;
3 ist ein Diagramm von Spektraltransmissionskennlinien jeweiliger Flüssigkristalltypen;
4 ist ein Spektrum von gestreutem Licht bei Beleuchtung eines reflektierenden Flächenlichtmodulators, der einen Flüssigkristall verwendet, mit einem Femtosekundenlaser;
5 zeigt eine Beziehung einer optischen Filmdicke einer transparenten Schicht und einer Lichtintensität an einer Grenzfläche einer Flüssigkristallschicht;
6 zeigt eine Lichtintensität an einer Flüssigkristall-Grenzfläche bei einem herkömmlichen reflektierenden Flächenlichtmodulator;
7 zeigt eine Lichtintensität an einer Flüssigkristall-Grenzfläche bei dem in 1 gezeigten reflektierenden Flächenlichtmodulator;
8 zeigt Versuchsergebnisse der Lichtbeständigkeit des herkömmlichen reflektierenden Flächenlichtmodulators und des reflektierenden Flächenlichtmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 ist eine vergrößerte Ansicht einer Konfiguration eines dielektrischen Mehrschicht-Films gemäß einem abgewandelten Beispiel der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines reflektierenden Flächenlichtmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnungen sind identische oder entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und wiederholte Beschreibung wird weggelassen.
1 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Ausführungsform eines reflektierenden Flächenlichtmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung. Der in 1 gezeigte reflektierende Flächenlichtmodulator enthält ein Glassubstrat 2, einen transparenten leitenden Film 3, Pixel-Elektroden 4, eine Flüssigkristallschicht 5, eine transparente Schicht (Phasenverschiebungsschicht) 6, einen dielektrischen Mehrschicht-Film (reflektierenden Film) 7 und eine Lichtsperrschicht 8.
Eine obere Fläche 2a des Glassubstrats 2 bildet eine Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche 1a des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1, ein Antireflexfilm 100 ist auf der oberen Fläche 2a ausgebildet, und das Glassubstrat 2 lässt Licht L einer vorgegebenen Wellenlänge, das über die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche 1a des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1 auftrifft, in das Innere des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1 durch. Der transparente leitende Film 3 ist an einer hinteren Fläche 2b des Glassubstrats 2 ausgebildet und besteht hauptsächlich aus einem leitenden Material (beispielsweise ITO), das das Licht L durchlässt.
Die Pixel-Elektroden 4 sind, wie in 2 dargestellt, zweidimensional angeordnet und bilden jeweilige Pixel. Jede Pixel-Elektrode 4 besteht aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium, und eine obere Fläche derselben ist so bearbeitet, dass sie plan und glatt ist. Die Vielzahl von Pixel-Elektroden werden von einer Aktivmatrix-Schaltung angesteuert, die in einer Ansteuerschaltungs-Schicht 9 angeordnet ist. Die Aktivmatrix-Schaltung ist zwischen den Pixel-Elektroden 4 und einem Siliziumsubstrat 10 angeordnet und steuert Anlegespannungen an die jeweiligen Pixel-Elektroden 4 entsprechend einem optischen Bild, das von dem reflektierenden Flächenlichtmodulator 1 ausgegeben wird. Eine derartige Aktivmatrix-Schaltung enthält beispielsweise eine erste Ansteuerschaltung, die Anlegespannungen jeweiliger Pixel-Spalten steuert, die in einer X-Achsen-Richtung ausgerichtet sind, und eine zweite Ansteuerschaltung, die Anlegespannungen jeweiliger Pixel-Reihen steuert, die in einer Y-Achsen-Richtung ausgerichtet sind, und sie ist so konfiguriert, dass sie vorgegebene Spannungen an die Pixel-Elektroden 4 von Pixeln anlegt, die durch beide Ansteuerschaltungen angegeben werden.
Die Flüssigkristallschicht 5 ist zwischen dem transparenten leitenden Film 3 und der transparenten Schicht 6 angeordnet, und moduliert das Licht L entsprechend elektrischen Feldern, die durch die jeweiligen Pixel-Elektroden 4 ausgebildet werden. Das heißt, wenn durch die Aktivmatrix-Schaltung eine Spannung an eine bestimmte Pixel-Elektrode 4 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld zwischen dem transparenten leitenden Film 3 und der Pixel-Elektrode 4 ausgebildet. Dieses elektrische Feld wird an den dielektrischen Mehrschicht-Film 7 und die Flüssigkristallschicht 5 jeweils in Anteilen angelegt, die dem jeweiligen Widerstandswert entsprechen. Eine Orientierungsrichtung von Flüssigkristall-Molekülen ändert sich entsprechend der Stärke des elektrischen Feldes, das an die Flüssigkristallschicht 5 angelegt wird. Wenn das Licht L durch das Glassubstrat 2 und den transparenten leitenden Film 3 hindurchgelassen wird und auf die Flüssigkristallschicht 5 auftrifft, wird das Licht L durch die Flüssigkristallmoleküle beim Vorgang des Hindurchtretens durch die Flüssigkristallschicht 5 moduliert, und wird, nachdem es durch den dielektrischen Mehrschicht-Film 7 reflektiert worden ist, durch die Flüssigkristallschicht 5 erneut moduliert und dann ausgeleitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die Flüssigkristallschicht 5 sogenannte Alignment-Filme 5a und 5b.
Die Alignment-Filme 5a und 5b sind an jeweiligen Endflächen der Flüssigkristallschicht 5 ausgebildet und richten die Gruppe von Flüssigkristall-Molekülen in einer festen Richtung aus. Die Alignment-Filme 5a und 5b bestehen aus Polymermaterial, wie beispielsweise Polyimid, und es werden Filme eingesetzt, bei denen eine Reibbehandlung usw. an den Flächen angewendet wurde, die in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 5 sind.
Die transparente Schicht 6 ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Phasenverschiebungsschicht. An einer Schnittstelle der Flüssigkristallschicht 5 verschiebt die transparente Schicht 6 die Phasen so, dass Spitzen des Lichtes L, das über die Seite des Glassubstrats 2 auftrifft, und des Lichtes L, das von dem dielektrischen Mehrschicht-Film 7 reflektiert wird, einander nicht überlagern. Eine optische Filmdicke der transparenten Schicht 6 ist vorzugsweise auf nicht weniger als eine Wellenlänge des auftreffenden Lichtes festgelegt, oder die optische Filmdicke der transparenten Schicht 6 ist vorzugsweise auf nicht weniger als (τ × c)/30 festgelegt, wobei τ eine Impulsbreite des auftreffenden Lichtes ist und c eine Lichtgeschwindigkeit ist. Vorzugsweise ist SiO₂ oder Nb₂O₅ als Grundmaterial in der transparenten Schicht 6 enthalten.
Der dielektrische Mehrschicht-Film 7 ist zwischen der transparenten Schicht 6 und der Lichtsperrschicht 8 angeordnet. Der dielektrische Mehrschicht-Film 7 reflektiert das Licht L mit einem hohen Reflexionsgrad von beispielsweise über 99 %. Obwohl ein Material, in dem SiO₂ und TiO₂ abwechselnd übereinandergeschichtet sind, als ein Beispiel für ein Material angeführt werden kann, aus dem der dielektrische Mehrschicht-Film 7 besteht, ist die vorliegende Erfindung nicht speziell darauf beschränkt, und es können entsprechende Änderungen vorgenommen werden, indem beispielsweise HfO₂ anstelle von TiO₂ eingesetzt wird und MgF₂ anstelle von SiO₂ eingesetzt wird.
Die Lichtsperrschicht 8 ist zwischen dem dielektrischen Mehrschicht-Film 7 und den Pixel-Elektroden 4 angeordnet und direkt auf den oberen Flächen der Pixel-Elektroden 4 ausgebildet. Die Lichtsperrschicht 8 unterdrückt das Austreten von Licht.
Die Funktion des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Zunächst sind Spektraltransmissionskennlinien jeweiliger Flüssigkristalltypen in 3 dargestellt. Die jeweiligen Typen von Flüssigkristallen C1 bis C3 weisen, wie in 3 gezeigt, starke Lichtdurchlässigkeit in einem Schwingungs-Wellenlängenband (700 nm bis 1000 nm) eines Ti:Saphir-Lasers auf, der verbreitet als ein Hochleistungs-Femtosekundenlaser eingesetzt wird. Es gibt auch Flüssigkristalle, wie beispielsweise C1, die eine starke Absorption in einem kurzen Wellenlängenband aufweisen, das 1/2 der Schwingungs-Wellenlänge entspricht.
Normalerweise ist die Absorption von Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm durch ein Flüssigkristall gering. Wenn jedoch Zweiphotonen-Absorption auftritt, bei der ein Flüssigkristall gleichzeitig zwei Photonen absorbiert, wird eine Energie erzeugt, die Beleuchtung mit Licht von 400 nm entspricht, bei dem die Absorption hoch ist. 4 ist ein Spektrum von gestreutem Licht, wenn ein Femtosekundenlaser mit einer Mittelwellenlänge von 800 nm und einer Wiederholfrequenz von 1 kHz auf einen reflektierenden Flächenlichtmodulator gerichtet wird, bei dem der in 3 dargestellte Flüssigkristall C3 eingesetzt wird. Dadurch, dass die Flüssigkristallschicht 5 durch Zweiphotonen-Absorption gleichzeitig zwei Photonen mit einer Wellenlänge von 800 nm absorbiert, tritt, wie in 4 gezeigt, der gleiche Effekt auf, wie er auftritt, wenn ein einzelnes Photon mit einer Wellenlänge von 400 nm absorbiert wird, die durch die Flüssigkristallschicht 5 stark absorbiert wird.
5 zeigt eine Beziehung der optischen Filmdicke der transparenten Schicht 6 und einer Lichtintensität an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5. In 5 zeigt eine Abszisse die optische Filmdicke (nm) der transparenten Schicht, und eine Ordinate gibt die Lichtintensität (beliebige Einheiten) an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 an. Wenn die optische Filmdicke der transparenten Schicht 6 0 nm beträgt, ist dies der Fall, in dem die transparente Schicht 6 nicht vorhanden ist. Was die in 5 gezeigten jeweiligen Kurven G1 bis G3 angeht, so zeigt G1 die Beziehung in einem Fall an, in dem die Impulsbreite 50 fs beträgt, G2 zeigt die Beziehung in einem Fall an, in dem die Impulsbreite 100 fs beträgt, und G3 zeigt die Beziehung in einem Fall an, in dem die Impulsbreite 150 fs beträgt. Aus 7 kann geschlossen werden, dass sich die Lichtbeständigkeit der Vorrichtung auf einen Wert verbessert, der einem normalen Einssatzverfahren widersteht, wenn die optische Filmdicke der transparenten Schicht 6 auf nicht weniger als (τ × c)/30 festgelegt wird, wobei τ die Impulsbreite des auftreffenden Lichtes ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn die jeweiligen Impulsbreiten in diese Formel eingesetzt werden, beträgt das Ergebnis bei 50 fs 500 nm, bei 100 fs 1000 nm und bei 150 fs 1500 nm, und die Lichtintensität an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 beträgt in diesen Fällen das 0,98-fache derjenigen in dem Fall, in dem keine transparente Schicht 6 vorhanden ist. Dabei wird, da eine Häufigkeit des Auftretens von Zweiphotonen-Absorption proportional zu einem Quadrat der Lichtintensität an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 ist, die Häufigkeit des Auftretens von Zweiphotonen-Absorption um 0,98², d. h. 0,96-fach, verringert. Die Intensität des Lichtes wird umso mehr abgeschwächt, je dicker die optische Filmdicke der transparenten Schicht 6 ist und je kürzer die Impulsbreite ist.
6 und 7 sind Diagramme, die jeweils eine Lichtintensität an einer Grenzfläche einer Flüssigkristallschicht zeigen, wenn ein Lichtimpuls mit einer Impulsbreite von 50 fs auf einen reflektierenden Flächenlichtmodulator gerichtet wird. 6 zeigt die Lichtintensitätsänderung an der Flüssigkristall-Grenzfläche bei einem herkömmlichen reflektierenden Flächenlichtmodulator, bei dem die transparente Schicht 6 nicht vorhanden ist. 7 hingegen zeigt die Änderung der Lichtintensität an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator 1, der die transparente Schicht 6 aufweist, die aus Nb₂O₅ in einer Dicke des optischen Films von 3 µm besteht, und zwischen der Flüssigkristallschicht 5 und dem dielektrischen Mehrschicht-Film 7 angeordnet ist.
Bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie in 7 gezeigt, die Lichtintensitätsspitze an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 verglichen mit dem Fall verringert, in dem keine transparente Schicht 6 vorhanden ist, und die Lichtintensitätsspitze an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 wird um das 0,55-fache verringert. Die Häufigkeit des Auftretens von Zweiphotonen-Absorption wird dadurch um 0,55², d, h. 0,3-fach, verringert.
Der reflektierende Flächenlichtmodulator 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform weist den folgenden Effekt auf. Bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator 1 kann, da die transparenten Schicht 6 zwischen der Flüssigkristallschicht 5 und dem dielektrischen Mehrschicht-Film 7 vorhanden ist, Zweiphotonen-Absorption aufgrund von Überlagerung des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 verringert werden.
8 zeigt Versuchsergebnisse der Lichtbeständigkeit des herkömmlichen reflektierenden Flächenlichtmodulators und des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. In 8 gibt die Abszisse eine Beleuchtungsintensität (W/cm²) an, und die Ordinate gibt eine Zeit (min) an, die vergeht, bis die Flüssigkristallschicht 5 beschädigt ist. Die Zeit bis zum Beginn der Beschädigung der Flüssigkristallschicht 5 in Bezug auf die Beleuchtungsintensität ist, wie in 8 gezeigt, bei dem reflektierenden Flächenlichtmodulator 1 (Kurve L1) länger als bei dem herkömmlichen Flächenlichtmodulator (Kurve L2), der die transparente Schicht 6 nicht enthält. Normalerweise wird, wenn eine Vorrichtung eingesetzt wird, lange mit Licht beleuchtet. Einflüsse von Multiphotonenabsorption akkumulieren sich daher entsprechend der Beleuchtungszeit. Bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch kann, da die transparente Schicht 6 wirkungsvoll arbeitet, die Lichtbeständigkeit des reflektierenden Flächenlichtmodulators 1 durch das Vorhandensein der transparenten Schicht 6 verbessert werden.
Abgewandeltes Beispiel
9 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Konfiguration eines dielektrischen Mehrschicht-Films 12 als ein Abwandlungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsform. Der reflektierende Flächenlichtmodulator 1 gemäß der Ausführungsform kann den in 9 gezeigten dielektrischen Mehrschicht-Film 12 anstelle der transparenten Schicht 6 und des dielektrischen Mehrschicht-Films 7, die in 1 gezeigt sind, enthalten.
Der dielektrische Mehrschicht-Film 12 umfasst, wie in 9 gezeigt, eine transparente Schicht 12a (eine erste Schicht, die eine Phasenverschiebungsschicht ist), die in Kontakt mit einem Alignment-Film 4a ist, und eine reflektierende Schicht 12b (eine andere Schicht als die erste Schicht), die in Kontakt mit der transparenten Schicht 12a ist. Die reflektierende Schicht 12b wirkt mit einer Lichtreflexionswirkung zusammen, die die oberen Flächen der Pixel-Elektroden 4 aufweisen, so dass das Licht L mit einem hohen Reflexionsgrad von beispielsweise über 99 % reflektiert wird. Vorzugsweise ist SiO₂ vorwiegend als Grundmaterial der transparenten Schicht 12a enthalten. Obwohl ein Material, in dem SiO₂ und TiO₂ abwechselnd übereinandergeschichtet sind, als ein Beispiel für ein Grundmaterial der reflektierenden Schicht 12b angeführt werden kann, ist das vorliegende Beispiel nicht speziell darauf beschränkt, und es können entsprechende Änderungen vorgenommen werden, indem beispielsweise HfO₂ anstelle von TiO₂ und MgF₂ anstelle von SiO₂ eingesetzt werden.
Auch bei dem vorliegenden abgewandelten Beispiel mit dem oben beschriebenen Aufbau kann, da die transparente Schicht 12a zwischen der Flüssigkristallschicht 5 und der reflektierenden Schicht 12b ausgebildet ist, Zweiphotonen-Absorption aufgrund von Überlagerung des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes an der Grenzfläche der Flüssigkristallschicht 5 verringert werden.
Der reflektierende Flächenlichtmodulator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es sind verschiedene andere Abwandlungen möglich. So kann beispielsweise, obwohl ein Dünnfilm, der SiO₂ als Grundmaterial aufweist, in der oben beschriebenen Ausführungsform als die transparente Schicht 6 eingesetzt wird, stattdessen eine Glasschicht, eine Luftschicht, eine Flüssigkeitsschicht (entsprechendes Öl) usw. als die Phasenverschiebungsschicht eingesetzt werden.
Mit dem reflektierenden Flächenlichtmodulator gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lichtbeständigkeit verbessert werden, und Beschädigung der Flüssigkristallschicht kann verhindert werden.
Aus der oben beschriebenen Erfindung wird ersichtlich, dass die Ausführungsformen der Erfindung auf vielfältige Weise verändert werden können. Diese Veränderungen sind nicht als Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten, und alle Abwandlungen, wie sie für den Fachmann auf der Hand liegen, sollen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims

Reflektierender Flächenlichtmodulator (1), der eine Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) aufweist und Phasen eines auftreffenden Lichtes, das aus einer vorgegebenen Richtung durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchtritt, und eines reflektierten Lichtes steuert, das aus einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der des auftreffenden Lichtes durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchtritt, wobei der reflektierende Flächenlichtmodulator (1) des Weiteren umfasst: eine Flüssigkristallschicht (5), die an einer Position angeordnet ist, an der das auftreffende Licht, das durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchgetreten ist, ankommt, wobei die Flüssigkristallschicht (5) konfiguriert wird, indem ein Flüssigkristall, der aus einem lichtmodulierendem Material besteht, in einen Zwischenraum zwischen zwei Alignment-Filmen (5a, 5b) gefüllt wird, die entlang einer Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes, das durch die Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) hindurchgetreten ist, aufeinanderfolgend angeordnet sind; eine reflektierende Schicht (7), die an einer Seite angeordnet ist, die der Licht-Eingangs-/Ausgangs-Fläche (1a) in Bezug auf die Flüssigkristallschicht (5) gegenüberliegt, wobei die reflektierende Schicht (7) das auftreffende Licht, das durch die Flüssigkristallschicht (5) hindurchgetreten ist, als reflektiertes Licht reflektiert, das sich in der Richtung entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des auftreffenden Lichtes ausbreitet; und eine Phasenverschiebungsschicht (6), die zwischen der Flüssigkristallschicht (5) und der reflektierenden Schicht (7) angeordnet ist, wobei die Phasenverschiebungsschicht (6) Phasen des auftreffenden Lichtes und des reflektierenden Lichtes an einer Grenzfläche zwischen Alignment-Film (5b) und Flüssigkristall in der Flüssigkristallschicht (5) verschiebt.
Reflektierender Flächenlichtmodulator (1) nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebungsschicht (6) eine optische Filmdicke von nicht mehr als einer Wellenlänge des auftreffenden Lichtes hat.
Reflektierender Flächenlichtmodulator (1) nach Anspruch 1, wobei, wenn τ eine Impulsbreite des auftreffenden Lichtes ist und c eine Lichtgeschwindigkeit ist, die Phasenverschiebungsschicht (6) eine optische Filmdicke von nicht weniger als (τ × c)/30 hat.
Reflektierender Flächenlichtmodulator (1) nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebungsschicht (6) und die reflektierende Schicht (7) einen Teil eines dielektrischen Mehrschicht-Films (12) bilden, in dem drei oder mehr dielektrische Schichten (12a, 12b) übereinandergeschichtet sind, und der dielektrische Mehrschicht-Film (12) so angeordnet ist, dass eine Schichtungsrichtung der dielektrischen Schichten (12a, 12b) der Ausbreitungsrichtung des durch den Flüssigkristall hindurchgetretenen auftreffenden Lichtes entspricht, und wobei von den dielektrischen Schichten (12a, 12b) in dem dielektrischen Mehrschicht-Film (12) eine obere dielektrische Schicht (12a), die an einer Seite angeordnet ist, die am nächsten an der Flüssigkristallschicht (5) liegt, als die Phasenverschiebungsschicht (6) wirkt, und die anderen dielektrischen Schichten (12b) mit Ausnahme der oberen dielektrischen Schicht (12a) als die reflektierende Schicht (7) wirken.