光阀（Light Valve，LV）是一种在光路中起通断光路并对光路强行进行调制和放大的应用光电子器件。在投影显示技术中，光阀相当于一个图像亮度增强器，它利用微弱的图像信号输入改变器件的电光性能（如偏振、折射率等）或儿何微结构特性。外部读出光被光阀（反射或透射）作用后，再经投影物镜投影，最后在投影屏幕上得到与微弱输入图像结构相同，但强度和尺寸已得到增强放大的图像。

按照光阀的上述定义，光阀的基本结构由控制界面、变性/变形单元及相应附件组成。

根据变性/变形材料性质，光阀可以分为以下几类。

•变形介质膜光阀，如油膜光阀、压电陶瓷光阀、热塑光阀、弹性体光阀；

•电光晶体光阀；

•铁电陶瓷光阀；

•液晶光阀；

•变形金属膜光阀，如DMD光阀、镜振光阀、糟缝式光阀、栅状光阀。

目前商业化应用的投影显示光阀主要有数字微镜器件（DMD）光阀、液晶光阀（LCLV）和油膜光阀（OFLV）。DMD投影显示技术在前面已做了介绍，液晶光阀投影技术是主流技术之一，这里将对其结构、原理、应用及相关技术进行描述。

一、液晶光阀的结构与工作原理

液晶光阀投影技术是一种比较成熟的光阀投影技术，具有亮度高、色泽好的特点，加之良好的经济性能，使其在民用投影系统中得到了广泛的应用。液晶光阀器件利用液晶的扭曲r或超扭曲）向列效应对入射光（不是信号光）进行调制，实现对信号光的放大，得到高清晰度、大容量的信息输出。

（1）液晶光阀的结构。反射式液晶光阀的基本结构如图1所示，图中使用高清晰度的CRT作为图像信号源（也有使用LCD或其他显示器的）。

图1 液晶光阀结构示意图

由图1从右至左的顺序，液晶光阀的构成单元是：

①光纤导光面板。它由数以亿根像素光纤热压而成，图像可以从一端无失真地传输到另一端，且面板可保证良好的气密性。其主要作用是补偿输入图像的场曲、消除像散，保证图像满足分辨率的要求。

②透明电极。透明电极是一种ITO导电膜，两导电膜间加有一个数伏的直流驱动电压。

③光电导体层。光电导体层是由很薄的光电材料（如CdS）组成的光敏层。当有光照时，光敏层阻抗迅速下降，成为导体，否则阻抗很高，呈现绝缘体特征。利用该特征，可使上述驱动电压根据光信号变化，实现液晶层的光调制作用。

④挡光层和反射膜。挡光层实现信号光和读出光的隔离，以消除相互之间的干扰，而在其前面有反射读出光的介质高反射膜。

⑤液晶层。液晶层是一层厚度特别设计的液晶（如TN或STN液晶），该液晶层基于电光双折射和偏振原理，在驱动电压作用下，液晶分子能作45°扭曲。液晶层两边分别设有偏振片和检偏振片，读出光强经过时，将随液晶层两端施加电场变化而变化，此即液晶的光调制作用。此外，液晶层两边还设有匹配滤光片，以滤掉非期望波长的光。

液晶光阀结构的主要单元实际上由两部分组成，由光导层、光阻层组成的光敏层，以及由透明电极、液晶层、电介质反射镜组成的反射光调制层。

（2）液晶光阀的工作原理。对于向列型液晶，其分子排列取向有序，分子长轴近似平行，没有信号光或加在液晶层两边的平均电压值小于其电控双折射效应的阈值时，光导层处于高阻状态，这样液晶仅显示出扭曲效应。此时，入射线偏振光读出光垂直通过液晶，再经过介质反射镜反射出来时，线偏振光经过检偏器（或偏振滤光片）时被阻挡，相应的视场就呈现暗态：而当有信号光作用于光导层时，光导层呈现低阻态，电压经阻光层直接加在液晶单元上，液晶分子排列在垂直于电场方向产生变化。当电压足够大时，出射光相当于入射光的偏振方向附加旋转90°，相应的视场为亮态；当电压介于开启和关闭之间时，即可实现亮度调制。

根据上述原理，当写入信号光是呈一定亮度分布的图像时，相应的液晶透射率便与图像亮度相对应，当使用强光照射液晶层时，可得到与信号光亮度分布相同但强度已增强的图像，该图像经投影物镜投射在投影屏上，从而实现大屏幕投影。

二、液晶光阀投影显示系统

液晶光阀投影机是CRT投影机与液晶光阀相结合的产物，它采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，信号光与投影光相分离，只要信号光的图像分辨率足够高，即使亮度不高，也可获得高亮度、高清晰度的投影画面。它很好地解决了传统CRT大屏幕投影显示时图像分辨率与亮度间的矛盾。由于投影光源采用外光源，也称为被动式投影方式。