光學(xué)薄膜在液晶投影顯示技術(shù)中的應(yīng)用研究

汪汝林

摘 要：近些年來，液晶投影顯示技術(shù)取得了較多的發(fā)展成果，并因其自身的巨大優(yōu)勢在教育、商業(yè)、軍事等各大領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)實(shí)際上也涉及了諸如微電子、電子電路等多方面技術(shù)領(lǐng)域，而其中的光學(xué)技術(shù)在投影機(jī)自身的亮度、投影度、色彩等方面都有著較為深遠(yuǎn)的影響，光學(xué)技術(shù)中的光學(xué)薄膜則是對投影機(jī)的色彩有著較為顯著的作用?；诖?，本文圍繞液投影顯示技術(shù)中光學(xué)薄膜的應(yīng)用展開相應(yīng)的研究。

關(guān)鍵詞：液晶投影顯示;光學(xué)薄膜;應(yīng)用

1、光學(xué)薄膜概述

光學(xué)薄膜技術(shù)從其本質(zhì)上來看，就是利用基片表面分層介質(zhì)通過光線的時(shí)候，介質(zhì)內(nèi)多個(gè)界面的產(chǎn)生的光線折射及發(fā)射現(xiàn)象。并根據(jù)實(shí)際需求的差異，在合理制作及設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，最終實(shí)現(xiàn)合理化調(diào)整及再分配的界面上光波相位及能量等特性的目標(biāo)。通常而言，光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的光學(xué)薄膜發(fā)揮著如下幾方面的作用：第一，光學(xué)效率的提高及雜光的降低，比如高反射膜等具備這一功能。第二，調(diào)整分配能量。比如，分色膜、分束膜等都是以實(shí)際投影顯示技術(shù)的需求變化為基礎(chǔ)，針對能量進(jìn)行再分配的光學(xué)元件。第三，通過波長的選擇性來提升整個(gè)系統(tǒng)的信噪比，比如窄帶、帶通濾光片等都具備此項(xiàng)功能。第四，通過使用ITO透明性導(dǎo)電膜等實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。這種種功能對應(yīng)的光學(xué)薄膜在液晶投影顯示系統(tǒng)中基本上都得到了應(yīng)用。

2、液晶投影顯示技術(shù)中光學(xué)薄膜的應(yīng)用

2.1隔紅外紫外濾光片

這一類型光片的主要作用就是將燈源光譜內(nèi)的紫外及紅外光完全去除，在液晶投影顯示系統(tǒng)中的紫外光會影響到的LCD、LCOS、DMD等芯片。對于前兩者而言，系統(tǒng)在長時(shí)間接受紫外光照射的情況下，液晶的取向?qū)訉霈F(xiàn)液晶方向混亂的問題，最終帶來的就是液晶調(diào)制作用逐步喪失的現(xiàn)象。除此之外，長時(shí)間的紫外光照射也會帶來液晶分子自身的變化問題。而對于DMD芯片來說，長時(shí)間的紫外光照射會損害芯片內(nèi)部的反射鏡，從而大幅度降低整體的發(fā)射效率，并且紫外光對于LCD的影響程度要顯著高于DLP。通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中證明，420納米之下的紫外光對于芯片自身的損害程度較大，而同樣的紅外光會在大幅度提升圖像芯片溫度的基礎(chǔ)上，降低芯片的使用壽命，但700納米之上的光對于整個(gè)投影儀的亮度貢獻(xiàn)并非是十分顯著。為此，在液晶投影顯示技術(shù)中使用光學(xué)膜薄過濾的紫外及紅外光波長就是420納米之下及700納米之上的?，F(xiàn)在雖然此類薄膜屬 于經(jīng)典的光學(xué)薄膜但要得到性能很好的產(chǎn)品也有很多事情要做：第一，要由寬的紅外和紫外波段的反射以及可見光范圍內(nèi)的高透過率。第二，減少光譜的抖動提高截止特性。第三，沒有顏色失真。第四，良好的化學(xué)及機(jī)械穩(wěn)定性。第五，要求反射特性不受基底的影響。

2.2色輪分色膜

光學(xué)薄膜中的分色膜，其主要目標(biāo)就是將一束白光劃分為紅、藍(lán)、率三大原色，當(dāng)前最為常用的色輪形狀主要是以扇形及螺旋形為主，但無論是使用何種形式的色輪，使用的薄膜類型也是以透紅反藍(lán)綠、透藍(lán)反紅綠、透綠反紅藍(lán)為主。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮的一個(gè)問題就是如何有效的抑制通帶的波紋及提升通帶的透過率，除此之外，敏感層數(shù)量的減少也是一個(gè)十分重要的問題。這種種問題會對薄膜的可鍍制性及批量生產(chǎn)帶來極大的影響。同時(shí)，在截止波長位置上的透過率曲線的要求是越陡峭越好，這也就意味著分色性的良好。就目前的情況來看，市面上大多數(shù)的分色膜，截止波長位置上的透過率曲線都是十分陡峭的，并且整個(gè)通帶的通過率基本都維持在98%之上，同時(shí)也基本消除了透射峰的抖動。

2.3TIR棱鏡膜

在DLP系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一就是TIR棱鏡，這一元件也被人們稱為是DLP系統(tǒng)的光門，在圖像對比度及一致性的提升上發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。TIR棱鏡可以顯著的增強(qiáng)傍軸照明度，并通過焦深的縮短使得圖像結(jié)構(gòu)更為緊湊。在其工作的表面需要將一層滿足實(shí)際角度需求的減反膜鍍制其上，并且還需要在其他幾個(gè)的非工作面上均勻涂抹質(zhì)量較高的黑色涂料，同時(shí)在膠合兩個(gè)棱鏡的過程中需要預(yù)留出一個(gè)滿足實(shí)際需求的空間。

通過TIR棱鏡膜的使用，可以將入射光在達(dá)到間隙層的時(shí)候做到被完全反射，而經(jīng)由DLP調(diào)制之后的光束就可以在直接通過光門的情形下入射到投影機(jī)的鏡頭上，并且通過相關(guān)研究證實(shí)，這一類型減反膜的入射角度誤差在4度之內(nèi)的情況下，波長位于420納米到680納米之間的光線透過率基本都可以維持在90%之上，而在入射角度誤差小于8度的情況下，透過率也可以維持在80%之上。

2.4光導(dǎo)管元件

光導(dǎo)管這一元件主要是被應(yīng)用在DLP投影系統(tǒng)之中，其結(jié)構(gòu)是空腔類型，在其內(nèi)表面上鍍有一層厚度均勻的反射膜，同時(shí)這些反射膜需要做到反射波長420納米到680納米之間的光線，同時(shí)光線入射角度需要維持在70度左右，且反射率需要到達(dá)98%之上。

在此之前的光導(dǎo)管使用的都是實(shí)心結(jié)構(gòu)，而如今將之改變?yōu)榭涨唤Y(jié)構(gòu)的主要原因就是為了通過反射的提升來提高射光的準(zhǔn)直性，并且將光導(dǎo)管外側(cè)灰塵對于光束傳輸?shù)挠绊懗潭冉抵磷畹?。除此之外，光?dǎo)管實(shí)心結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，就會對整個(gè)材料的均勻程度、紋理、氣泡的存在提出更高的要求。而空腔結(jié)構(gòu)存在于工藝成熟的情形下，光導(dǎo)管本身的性能就會十分穩(wěn)定，在促使結(jié)構(gòu)更加緊湊的同時(shí)也可將光源波動帶來的負(fù)面影響降至最低。除此之外，空腔結(jié)構(gòu)下的光導(dǎo)管制作成本也會得到顯著的降低。

但是，制作此類薄膜的主要難題有：第一，要保持在較大的入射角范圍內(nèi) 對 420～680nm 任何波段任何偏振態(tài)的反射率都要達(dá)到 98%以上。第二，提高薄膜的耐腐蝕性和耐高溫性。第三，反射片的膠合。

3、總結(jié)

對于分色和合色系統(tǒng)來說 ，薄膜的光譜特性—通帶是否平、截止是否深、過渡是否陡、定位是否準(zhǔn)是影響圖像的彩色還原、彩色平衡、色飽和度和對比度的直接因素;而增透膜、反光膜其通帶或反射帶是否夠?qū)拤蚱?，也間接影響著圖像的質(zhì)量。總之，隨著投影顯示業(yè)的發(fā)展，對光學(xué)薄膜提出了更新更高的要求，也為薄膜事業(yè)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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