[发明专利]电控可变波长滤波器及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于彩色投影器的电控可变波长滤波器及其制备方法，属于光学技术领域。

背景技术：

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，有用单片或双片液晶(或LCOS、DMD)芯片，以时间调制的方式来实现彩色显示。这种方式照明波长和图象中相对应的波长成分同步。目前使用的方法是用一个旋转轮将三元色(R、G、B)的滤光片过滤照明光源，使R、G、B依次照明图象芯片。这种方法有很多缺点，采用的转轮会产生很大的噪声，影响视听效果；转轮方法不易达到照明光波长和图象光波长同步；转轮会产生气流和热量，影响图象质量。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于彩色投影器的电控可变波长滤波器及其制备方法，使制得的滤波器对不同波长的光有较高的衍射效率，能实现红、绿、蓝三种颜色波长的切换，具有小型化、低功耗的特点。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用三个不同空间分辨率的液晶光栅元件叠加，组成光栅组，液晶光栅元件有两片镀有导电膜的玻璃基片，在玻璃基片中有5-10微米的高分子聚合物和液晶混合体构成的液晶层。

本发明用激光全息或计算机全息的方法在液晶层上建立平面波干涉而形成的衍射光栅，制成液晶全息光栅。设计不同的全息记录光路在液晶层上可获得不同空间分辨本领的全息衍射光栅，制成不同空间频率的液晶光栅元件，再用光学耦合的方法将三个不同空间频率的液晶光栅元件叠加在一起，制成可变波长滤波器。改变电信号加在滤波器每一个液晶光栅上的时序，就能使衍射的光束分别对应于红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)。

本发明制备可变波长滤波器方法的具体步骤如下：

1、制备液晶光栅元件。制备两片镀有透明导电膜的玻璃基片，在玻璃基片间灌有一层5～10微米的高分子聚合物弥散液晶并加入适量添加剂的混合物，构成液晶层。构成液晶层的混合物是由下述化学成分组成：

高分子聚合物材料        30％-65％

超扭曲液晶或铁电液晶    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％各种成分百分比之和应为100％。

用精密测定厚度的高分子薄膜作为隔离层，控制导电玻璃之间的间隙，用真空抽吸或涂制的方法，将上述混合物密封导电玻璃的边缘，完成对高分子聚合物弥散液晶盒的制作。

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

两束经准直扩束的激光在液晶层形成干涉条纹，其条纹的空间频率f由公式tanθ＝λf所确定，其中λ为光波波长，θ为两束准直激光束之间的夹角。由于液晶层中固化剂的作用，使高分子聚合物在干涉条纹的亮条纹处形成聚积，形成光栅。光栅的调制度由液晶层曝光时间及高分子聚合物和液晶的折射率差所确定。此时有光波通过液晶层时，由于光栅的作用而产生衍射，当在导电玻璃加以交变电压时，由于液晶分子的取向改变引起其折射率变化，当其折射率和高分子聚合物的折射率相匹配时，光栅消失，入射光不发生衍射。交变电压为10V～100V，其频率为50Hz～1000Hz。当撤除电压时，光栅恢复原状。

3、用与步骤2同样的方法制作不同空间频率的液晶光栅，使其对应于红、绿、蓝三种波长具有相同的衍射角，其计算公式为λ＝dsinΦ，其中λ为光波波长，Φ为衍射角。

4、用光学耦合方法将三个液晶光栅叠加在一起。

制得可变波长滤波器之后，使用时可在三个光栅上施加交变电压，轮流撤除其中之一的电压，就可实现对三个波长光波的依次按照明方向衍射。

本发明结构简单，采用三个不同空间分辨率的液晶光栅相叠加制成可变波长滤波器，以改变电信号加在每一液晶光栅元件上的时序，来实现红、绿、蓝三种颜色波长的切换。这种全新的设计使滤波器具有快速、低功耗的特点，并由于无运动部件，使之工作更为可靠，并有利于系统小型化。附图说明及具体实施方式：

为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图及具体的实施例作进一步说明。

图1为本发明液晶光栅元件的基本结构示意图。

如图所示，本发明可变波长滤波器的液晶光栅元件由两片玻璃基片3和玻璃基片之间的液晶层2组成，玻璃基片3上分别镀有透明导电膜1，液晶层2由5～10微米的高分子聚合物弥散液晶并加入适量添加剂的混合物构成。