光学薄膜在LCOS光学系统中的应用

论文摘要

LCOS显示是LCD与CMOS集成电路有机结合的反射型新型显示技术,LCOS作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、省电等诸多优势,其应用产品被许多人所看好,LCOS可能是HDTV（High Definition Television）的背投影技术发展的主要方向,在大屏幕投影显示中具有重要地位,由于经济和轻便,成为CRT技术大屏幕投影电视机的主要竞争者。与穿透式HTPS-LCD（High Temperature Poly-Silicon-Liquid Crystal Display）及DLP（Digital Light Projector）相比,LCOS具有下列优势:光利用效率高、体积小、分辨率高、制造技术较成熟。近年来,LCOS显示技术的迅猛发展和产业化,极大的促进了光学薄膜的发展,同时也对光学薄膜提出了更多更高的要求。论文针对LCOS显示技术的要求,对系统中的光学薄膜进行了深入的研究和探讨。论文主要包括以下几个方面内容:第一章简要介绍了光学薄膜的历史和发展以及LCOS显示技术的发展现状。阐述了光学薄膜、光学薄膜设计和光学薄膜制备技术的历史和发展现状,并详细讨论了LCOS显示技术的优势及其面临的问题。第二章回顾了光学薄膜设计的理论基础。从麦克斯韦方程组出发,阐述了单色平面电磁波的基本性质,以此为基础讨论了光学薄膜的理论计算和分析方法,为LCOS光学系统光学薄膜的设计奠定了基础。第三章深入分析研究了应用于LCOS光学系统中所需的光学薄膜系统,并完成了各类薄膜的设计计算。LCOS光学系统所需的薄膜是一个复杂、高精度、种类繁多的薄膜系统,包含:应用于彩色分光镜和合光镜的截止滤光片、应用于偏振分束镜的偏振分光膜、在照明系统中所需的冷光膜,此外还有宽带增透膜、各波段增透膜和高反膜。运用Mass设计软件完成了各种薄膜的设计计算,获得了性能优良、工艺性好、满足设计要求的优良薄膜结构。第四章主要讨论研究了薄膜的制备工艺。在光学薄膜研究中,只要特性要求合理,总能设计出适用的多层膜结构。其关键问题在于多层膜的实际制备,这涉及到设计制备误差宽容的膜系结构;选择合适的薄膜材料和制备工艺;精确控制各层薄膜的厚度和折射率,以得到预期的光学和机械特性。为了验证所设计薄膜的性能,开展了大量的工艺实验研究。在实际制备中,由于仪器设备和时间的限制,仅制备了一些具有代表性的薄膜,如宽带增透膜、高反膜和截止滤光片,并检测了所镀薄膜的特性,获得了较好的实验结果。第五章简短对全文进行了总结,并对下一步的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光学薄膜的回顾与发展现状
• 1.2 光学薄膜设计技术的回顾与发展状况
• 1.3 薄膜制备技术的发展状况
• 1.3.1 电阻蒸镀与电子束蒸镀
• 1.3.2 离子辅助沉积
• 1.3.3 等离子辅助沉积（PIAD）
• 1.3.4 离子束溅射
• 1.3.5 磁控溅射
• 1.4 LCOS显示技术现状及发展
• 1.5 本章小结
• 第二章 光学薄膜设计的理论基础
• 2.1 单色平面电磁波
• 2.1.1 麦克斯韦方程
• 2.1.2 平面电磁波
• 2.1.3 光学导纳
• 2.2 平面电磁波在单一界面的反射和折射
• 2.2.1 E和H的边界条件
• 2.2.2 反射定律和折射定律
• 2.2.3 菲涅尔公式
• 2.3 光学薄膜特性的理论计算
• 2.3.1 单层介质薄膜的反射率
• 2.3.2 多层介质薄膜的反射率
• 2.4 本章小结
• 第三章 LCOS光学系统薄膜的分析和设计
• 3.1 LCOS光学系统简介
• 3.2 LCOS光学系统薄膜的分析
• 3.3 增透膜的设计
• 3.3.1 单层增透膜
• 3.3.2 双层增透膜
• 3.3.3 设计的增透膜
• 3.4 高反膜的设计
• 3.4.1 多层介质高反射膜
• 3.4.2 展宽高反射带的多层介质膜
• 3.4.3 设计的高反膜
• 3.5 干涉截止滤光片的设计
• 3.5.1 干涉滤光片
• 3.5.2 通带波纹的压缩
• 3.5.3 设计的干涉截止滤光片
• 3.6 冷光膜的设计
• 3.7 偏振分束膜的设计
• 3.7.1 材料的选定
• 3.7.2 设计的偏振分光膜
• 3.8 本章小结
• 第四章 膜系制备实践
• 4.1 实验设备
• 4.1.1 实验设备
• 4.1.2 实验原理及方法
• 4.1.3 影响因素
• 4.2 制备的薄膜
• 4.2.1 增透膜
• 4.2.2 高反膜
• 4.2.3 截止滤光片
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢