[發明專利]電控可變波長濾波器及其制備方法

無效

• 申請號: 02111809.4
• 申請日: 2002-05-23
• 公開（公告）號: CN1383025A
• 公開（公告）日: 2002-12-04
• 發明（設計）人: 莊松林;黃維實;竇曉鳴
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海春曉光電科技有限公司
• 主分類號: G02F1/1333
• 分類號: G02F1/1333;G02F1/23;G02B27/18;C09K19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域：

本發明涉及一種用于彩色投影器的電控可變波長濾波器及其制備方法，屬于光學技術領域。

背景技術：

目前彩色投影器，包括正投影式及背投影式TFT液晶投影器、LCOS投影器和DLP投影器等，有用單片或雙片液晶(或LCOS、DMD)芯片，以時間調制的方式來實現彩色顯示。這種方式照明波長和圖象中相對應的波長成分同步。目前使用的方法是用一個旋轉輪將三元色(R、G、B)的濾光片過濾照明光源，使R、G、B依次照明圖象芯片。這種方法有很多缺點，采用的轉輪會產生很大的噪聲，影響視聽效果；轉輪方法不易達到照明光波長和圖象光波長同步；轉輪會產生氣流和熱量，影響圖象質量。

發明內容：

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于彩色投影器的電控可變波長濾波器及其制備方法，使制得的濾波器對不同波長的光有較高的衍射效率，能實現紅、綠、藍三種顏色波長的切換，具有小型化、低功耗的特點。

為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，采用三個不同空間分辨率的液晶光柵元件疊加，組成光柵組，液晶光柵元件有兩片鍍有導電膜的玻璃基片，在玻璃基片中有5-10微米的高分子聚合物和液晶混合體構成的液晶層。

本發明用激光全息或計算機全息的方法在液晶層上建立平面波干涉而形成的衍射光柵，制成液晶全息光柵。設計不同的全息記錄光路在液晶層上可獲得不同空間分辨本領的全息衍射光柵，制成不同空間頻率的液晶光柵元件，再用光學耦合的方法將三個不同空間頻率的液晶光柵元件疊加在一起，制成可變波長濾波器。改變電信號加在濾波器每一個液晶光柵上的時序，就能使衍射的光束分別對應于紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)。

本發明制備可變波長濾波器方法的具體步驟如下：

1、制備液晶光柵元件。制備兩片鍍有透明導電膜的玻璃基片，在玻璃基片間灌有一層5～10微米的高分子聚合物彌散液晶并加入適量添加劑的混合物，構成液晶層。構成液晶層的混合物是由下述化學成分組成：

高分子聚合物材料????????30％-65％

超扭曲液晶或鐵電液晶????30％-65％

苯基甘氨酸phenylglycine??1％-5％

乙烯基1-viayl????????????1％-5％

吡咯烷基2-pyrrolidinone??1％-5％各種成分百分比之和應為100％。

用精密測定厚度的高分子薄膜作為隔離層，控制導電玻璃之間的間隙，用真空抽吸或涂制的方法，將上述混合物密封導電玻璃的邊緣，完成對高分子聚合物彌散液晶盒的制作。

2、用激光全息方法在液晶層上建立平面波干涉而形成的衍射光柵，制成液晶全息光柵元件。

兩束經準直擴束的激光在液晶層形成干涉條紋，其條紋的空間頻率f由公式tanθ＝λf所確定，其中λ為光波波長，θ為兩束準直激光束之間的夾角。由于液晶層中固化劑的作用，使高分子聚合物在干涉條紋的亮條紋處形成聚積，形成光柵。光柵的調制度由液晶層曝光時間及高分子聚合物和液晶的折射率差所確定。此時有光波通過液晶層時，由于光柵的作用而產生衍射，當在導電玻璃加以交變電壓時，由于液晶分子的取向改變引起其折射率變化，當其折射率和高分子聚合物的折射率相匹配時，光柵消失，入射光不發生衍射。交變電壓為10V～100V，其頻率為50Hz～1000Hz。當撤除電壓時，光柵恢復原狀。

3、用與步驟2同樣的方法制作不同空間頻率的液晶光柵，使其對應于紅、綠、藍三種波長具有相同的衍射角，其計算公式為λ＝dsinΦ，其中λ為光波波長，Φ為衍射角。

4、用光學耦合方法將三個液晶光柵疊加在一起。

制得可變波長濾波器之后，使用時可在三個光柵上施加交變電壓，輪流撤除其中之一的電壓，就可實現對三個波長光波的依次按照明方向衍射。

本發明結構簡單，采用三個不同空間分辨率的液晶光柵相疊加制成可變波長濾波器，以改變電信號加在每一液晶光柵元件上的時序，來實現紅、綠、藍三種顏色波長的切換。這種全新的設計使濾波器具有快速、低功耗的特點，并由于無運動部件，使之工作更為可靠，并有利于系統小型化。附圖說明及具體實施方式：

為更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖及具體的實施例作進一步說明。

圖1為本發明液晶光柵元件的基本結構示意圖。

如圖所示，本發明可變波長濾波器的液晶光柵元件由兩片玻璃基片3和玻璃基片之間的液晶層2組成，玻璃基片3上分別鍍有透明導電膜1，液晶層2由5～10微米的高分子聚合物彌散液晶并加入適量添加劑的混合物構成。