光學薄膜在液晶投影顯示技術中的應用研究

汪汝林

摘 要：近些年來，液晶投影顯示技術取得了較多的發展成果，并因其自身的巨大優勢在教育、商業、軍事等各大領域中得到了廣泛的應用。這一技術實際上也涉及了諸如微電子、電子電路等多方面技術領域，而其中的光學技術在投影機自身的亮度、投影度、色彩等方面都有著較為深遠的影響，光學技術中的光學薄膜則是對投影機的色彩有著較為顯著的作用。基于此，本文圍繞液投影顯示技術中光學薄膜的應用展開相應的研究。

關鍵詞：液晶投影顯示;光學薄膜;應用

1、光學薄膜概述

光學薄膜技術從其本質上來看，就是利用基片表面分層介質通過光線的時候，介質內多個界面的產生的光線折射及發射現象。并根據實際需求的差異，在合理制作及設計的基礎上，最終實現合理化調整及再分配的界面上光波相位及能量等特性的目標。通常而言，光學系統內部的光學薄膜發揮著如下幾方面的作用：第一，光學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，調整分配能量。比如，分色膜、分束膜等都是以實際投影顯示技術的需求變化為基礎，針對能量進行再分配的光學元件。第三，通過波長的選擇性來提升整個系統的信噪比，比如窄帶、帶通濾光片等都具備此項功能。第四，通過使用ITO透明性導電膜等實現一些特殊功能。這種種功能對應的光學薄膜在液晶投影顯示系統中基本上都得到了應用。

2、液晶投影顯示技術中光學薄膜的應用

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的紫外及紅外光完全去除，在液晶投影顯示系統中的紫外光會影響到的LCD、LCOS、DMD等芯片。對于前兩者而言，系統在長時間接受紫外光照射的情況下，液晶的取向層將會出現液晶方向混亂的問題，最終帶來的就是液晶調制作用逐步喪失的現象。除此之外，長時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，長時間的紫外光照射會損害芯片內部的反射鏡，從而大幅度降低整體的發射效率，并且紫外光對于LCD的影響程度要顯著高于DLP。通過相關實驗結果中證明，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上，降低芯片的使用壽命，但700納米之上的光對于整個投影儀的亮度貢獻并非是十分顯著。為此，在液晶投影顯示技術中使用光學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。現在雖然此類薄膜屬 于經典的光學薄膜但要得到性能很好的產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，良好的化學及機械穩定性。第五，要求反射特性不受基底的影響。

2.2色輪分色膜

光學薄膜中的分色膜，其主要目標就是將一束白光劃分為紅、藍、率三大原色，當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綠、透藍反紅綠、透綠反紅藍為主。在實際的設計過程中，需要考慮的一個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，敏感層數量的減少也是一個十分重要的問題。這種種問題會對薄膜的可鍍制性及批量生產帶來極大的影響。同時，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，并且整個通帶的通過率基本都維持在98%之上，同時也基本消除了透射峰的抖動。

2.3TIR棱鏡膜

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

通過TIR棱鏡膜的使用，可以將入射光在達到間隙層的時候做到被完全反射，而經由DLP調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的鏡頭上，并且通過相關研究證實，這一類型減反膜的入射角度誤差在4度之內的情況下，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光導管元件

光導管這一元件主要是被應用在DLP投影系統之中，其結構是空腔類型，在其內表面上鍍有一層厚度均勻的反射膜，同時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，同時光線入射角度需要維持在70度左右，且反射率需要到達98%之上。

在此之前的光導管使用的都是實心結構，而如今將之改變為空腔結構的主要原因就是為了通過反射的提升來提高射光的準直性，并且將光導管外側灰塵對于光束傳輸的影響程度降至最低。除此之外，光導管實心結構的應用，就會對整個材料的均勻程度、紋理、氣泡的存在提出更高的要求。而空腔結構存在于工藝成熟的情形下，光導管本身的性能就會十分穩定，在促使結構更加緊湊的同時也可將光源波動帶來的負面影響降至最低。除此之外，空腔結構下的光導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 對 420～680nm 任何波段任何偏振態的反射率都要達到 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

對于分色和合色系統來說 ，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寬夠平，也間接影響著圖像的質量。總之，隨著投影顯示業的發展，對光學薄膜提出了更新更高的要求，也為薄膜事業的發展提供了新的契機。

參考文獻

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