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光閥（Light Valve，LV）是一種在光路中起通斷光路并對光路強行進行調(diào)制和放大的應用光電子器件。在投影顯示技術(shù)中，光閥相當于一個圖像亮度增強器，它利用微弱的圖像信號輸入改變器件的電光性能（如偏振、折射率等）或兒何微結(jié)構(gòu)特性。外部讀出光被光閥（反射或透射）作用后，再經(jīng)投影物鏡投影，最后在投影屏幕上得到與微弱輸入圖像結(jié)構(gòu)相同，但強度和尺寸已得到增強放大的圖像。

按照光閥的上述定義，光閥的基本結(jié)構(gòu)由控制界面、變性/變形單元及相應附件組成。

根據(jù)變性/變形材料性質(zhì)，光閥可以分為以下幾類。

•變形介質(zhì)膜光閥，如油膜光閥、壓電陶瓷光閥、熱塑光閥、彈性體光閥；

•電光晶體光閥；

•鐵電陶瓷光閥；

•液晶光閥；

•變形金屬膜光閥，如DMD光閥、鏡振光閥、糟縫式光閥、柵狀光閥。

目前商業(yè)化應用的投影顯示光閥主要有數(shù)字微鏡器件（DMD）光閥、液晶光閥（LCLV）和油膜光閥（OFLV）。DMD投影顯示技術(shù)在前面已做了介紹，液晶光閥投影技術(shù)是主流技術(shù)之一，這里將對其結(jié)構(gòu)、原理、應用及相關(guān)技術(shù)進行描述。

一、液晶光閥的結(jié)構(gòu)與工作原理

液晶光閥投影技術(shù)是一種比較成熟的光閥投影技術(shù)，具有亮度高、色澤好的特點，加之良好的經(jīng)濟性能，使其在民用投影系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。液晶光閥器件利用液晶的扭曲r或超扭曲）向列效應對入射光（不是信號光）進行調(diào)制，實現(xiàn)對信號光的放大，得到高清晰度、大容量的信息輸出。

（1）液晶光閥的結(jié)構(gòu)。反射式液晶光閥的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中使用高清晰度的CRT作為圖像信號源（也有使用LCD或其他顯示器的）。

圖1 液晶光閥結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1從右至左的順序，液晶光閥的構(gòu)成單元是：

①光纖導光面板。它由數(shù)以億根像素光纖熱壓而成，圖像可以從一端無失真地傳輸?shù)搅硪欢?，且面板可保證良好的氣密性。其主要作用是補償輸入圖像的場曲、消除像散，保證圖像滿足分辨率的要求。

②透明電極。透明電極是一種ITO導電膜，兩導電膜間加有一個數(shù)伏的直流驅(qū)動電壓。

③光電導體層。光電導體層是由很薄的光電材料（如CdS）組成的光敏層。當有光照時，光敏層阻抗迅速下降，成為導體，否則阻抗很高，呈現(xiàn)絕緣體特征。利用該特征，可使上述驅(qū)動電壓根據(jù)光信號變化，實現(xiàn)液晶層的光調(diào)制作用。

④擋光層和反射膜。擋光層實現(xiàn)信號光和讀出光的隔離，以消除相互之間的干擾，而在其前面有反射讀出光的介質(zhì)高反射膜。

⑤液晶層。液晶層是一層厚度特別設計的液晶（如TN或STN液晶），該液晶層基于電光雙折射和偏振原理，在驅(qū)動電壓作用下，液晶分子能作45°扭曲。液晶層兩邊分別設有偏振片和檢偏振片，讀出光強經(jīng)過時，將隨液晶層兩端施加電場變化而變化，此即液晶的光調(diào)制作用。此外，液晶層兩邊還設有匹配濾光片，以濾掉非期望波長的光。

液晶光閥結(jié)構(gòu)的主要單元實際上由兩部分組成，由光導層、光阻層組成的光敏層，以及由透明電極、液晶層、電介質(zhì)反射鏡組成的反射光調(diào)制層。

（2）液晶光閥的工作原理。對于向列型液晶，其分子排列取向有序，分子長軸近似平行，沒有信號光或加在液晶層兩邊的平均電壓值小于其電控雙折射效應的閾值時，光導層處于高阻狀態(tài)，這樣液晶僅顯示出扭曲效應。此時，入射線偏振光讀出光垂直通過液晶，再經(jīng)過介質(zhì)反射鏡反射出來時，線偏振光經(jīng)過檢偏器（或偏振濾光片）時被阻擋，相應的視場就呈現(xiàn)暗態(tài)：而當有信號光作用于光導層時，光導層呈現(xiàn)低阻態(tài)，電壓經(jīng)阻光層直接加在液晶單元上，液晶分子排列在垂直于電場方向產(chǎn)生變化。當電壓足夠大時，出射光相當于入射光的偏振方向附加旋轉(zhuǎn)90°，相應的視場為亮態(tài)；當電壓介于開啟和關(guān)閉之間時，即可實現(xiàn)亮度調(diào)制。

根據(jù)上述原理，當寫入信號光是呈一定亮度分布的圖像時，相應的液晶透射率便與圖像亮度相對應，當使用強光照射液晶層時，可得到與信號光亮度分布相同但強度已增強的圖像，該圖像經(jīng)投影物鏡投射在投影屏上，從而實現(xiàn)大屏幕投影。

二、液晶光閥投影顯示系統(tǒng)

液晶光閥投影機是CRT投影機與液晶光閥相結(jié)合的產(chǎn)物，它采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，信號光與投影光相分離，只要信號光的圖像分辨率足夠高，即使亮度不高，也可獲得高亮度、高清晰度的投影畫面。它很好地解決了傳統(tǒng)CRT大屏幕投影顯示時圖像分辨率與亮度間的矛盾。由于投影光源采用外光源，也稱為被動式投影方式。