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光閥（Light Valve，LV）是一種在光路中起通斷光路并對(duì)光路強(qiáng)行進(jìn)行調(diào)制和放大的應(yīng)用光電子器件。在投影顯示技術(shù)中，光閥相當(dāng)于一個(gè)圖像亮度增強(qiáng)器，它利用微弱的圖像信號(hào)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(qiáng)度和尺寸已得到增強(qiáng)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(yīng)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(yīng)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(duì)其結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)進(jìn)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(diǎn)，加之良好的經(jīng)濟(jì)性能，使其在民用投影系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。液晶光閥器件利用液晶的扭曲r或超扭曲）向列效應(yīng)對(duì)入射光（不是信號(hào)光）進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)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(hào)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(dǎo)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(bǔ)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(dǎo)電膜，兩導(dǎo)電膜間加有一個(gè)數(shù)伏的直流驅(qū)動(dòng)電壓。

③光電導(dǎo)體層。光電導(dǎo)體層是由很薄的光電材料（如CdS）組成的光敏層。當(dāng)有光照時(shí)，光敏層阻抗迅速下降，成為導(dǎo)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(dòng)電壓根據(jù)光信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)液晶層的光調(diào)制作用。

④擋光層和反射膜。擋光層實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shè)計(jì)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(dòng)電壓作用下，液晶分子能作45°扭曲。液晶層兩邊分別設(shè)有偏振片和檢偏振片，讀出光強(qiáng)經(jīng)過時(shí)，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(shè)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(shí)際上由兩部分組成，由光導(dǎo)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(duì)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(hào)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(yīng)的閾值時(shí)，光導(dǎo)層處于高阻狀態(tài)，這樣液晶僅顯示出扭曲效應(yīng)。此時(shí)，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(shí)，線偏振光經(jīng)過檢偏器（或偏振濾光片）時(shí)被阻擋，相應(yīng)的視場就呈現(xiàn)暗態(tài)：而當(dāng)有信號(hào)光作用于光導(dǎo)層時(shí)，光導(dǎo)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(dāng)電壓足夠大時(shí)，出射光相當(dāng)于入射光的偏振方向附加旋轉(zhuǎn)90°，相應(yīng)的視場為亮態(tài)；當(dāng)電壓介于開啟和關(guān)閉之間時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)制。

根據(jù)上述原理，當(dāng)寫入信號(hào)光是呈一定亮度分布的圖像時(shí)，相應(yīng)的液晶透射率便與圖像亮度相對(duì)應(yīng)，當(dāng)使用強(qiáng)光照射液晶層時(shí)，可得到與信號(hào)光亮度分布相同但強(qiáng)度已增強(qiáng)的圖像，該圖像經(jīng)投影物鏡投射在投影屏上，從而實(shí)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(jī)是CRT投影機(jī)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(hào)光與投影光相分離，只要信號(hào)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(shí)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(dòng)式投影方式。