毕业设计范文

南京信息职业技术学院毕业设计(论文)作者单春建学号30722P17系部微电子学院专业光电子技术题目基于液晶盒防窥门镜设计与制作指导教师陈羽评阅教师孙士祥完成时间：年4月10日毕业设计(论文)汉字摘要基于液晶盒防窥门镜设计与制作摘要：在科技高速发展今天，许多东西科技性更高，科技化代替了传统模式，许多事物都不停在进化中。传统门镜是利用光学原理进行工作，本设计介绍一个利用液晶盒工作透光与不透光原理制作防窥门镜。主要是在门镜中间加入一个液晶盒，在门镜一头装有红外感应器，经过控制电路来控制液晶盒透光与不透光，从而达成防窥效果。这种设计新奇，同时也包含了电子方面利用，更具科技化。本文首先介绍了防窥门镜结构，将其分为光学部分、液晶盒部分和红外探测部分，并给出了各部分工作原理。其次，阐述了液晶盒设计方法和制作工序。液晶盒设计分为外观设计和菲林版设计。外观设计关键点是其直径与门镜内径相吻合、能正确方便地引出电极。制造液晶盒需要先设计出5张菲林版，它们分别是上光刻菲林版、下光刻菲林版、凸版、Seal版、Dot版，其尺寸和形状依照液晶盒整体外观和详细功效而定。液晶盒制作工艺主要分为光刻掩膜版制作、图形刻蚀、取向排列、空盒制作、液晶灌注和成品检测六个阶段。本文结合防窥门镜中液晶盒，给出了详细制作工序。最终设计出控制电路。控制电路由继电器部分、接口部分、振荡部分、红外探测部分组成。本文详细介绍了各部分功效和工作原理。关键词：门镜液晶盒红外感应器毕业设计(论文)外文摘要Title:Basedliquidcrystalcellanti-glimpseofthedesignandproductionofthedoormirrorAbstract:Rapiddevelopmentintechnologytoday,manythingsbecomemoretechnologicalnature.Technologytoreplacethetraditionalmode,manythingsareconstantlyinevolution.Thetraditionaldoormirrorworksbyusingoptics.theDesignofworkismakingtheopaqueanti-peepdoormirrorbymeansofaliquidcrystallighttransmission.Mainlyinthemiddleofthedoormirrorstoaddaliquidcrystalcell,thedoormirrorequippedwithinfraredsensors.Itisthroughthecontrolcircuittocontroltheliquidcrystalcellwork,transparencyandopacity,toachievetheeffectofanti-peep.Thisinnovativedesignalsoincludestheuseofelectronicsandmorescienceandtechnology.Thispaperdescribesthestructureofanti-peepdoormirrors,willbedividedintoopticalparts,liquidcrystalpartandtheinfrareddetectionpart,andgiveeachpartworks.Secondly,Thispaperdescribesthedesignmethodandliquidcrystalmanufacturingprocess.Designofliquidcrystalcellisdividedintoexteriorandfilmversion.Designelementsofexteriordesignisitsdiameterandinnerdiameterofthedoormirrormatch,caneasilyleadtotherightelectrode.Manufactureofliquidcrystalcellwillneedtodesignafivefilmversion,theyareonthefilmversionoflithography,lithographyunderthefilmversion,Toppan,Sealedition,Dotversion.LiquidcrystalcellmanufacturingprocessconsistsofLithographymaskmaking,graphicetching,orientedintheairboxproduction,LCDperfusionandfinishedthesixstagesoftesting.Thispapergivesadetailedproductionprocess.Finally,thedesignofthecontrolcircuit.ControlcircuitconstitutedbythepartofRelay,Interface,Oscillating,Infrareddetection.Thispaperdescribesthefunctionofeachpartandprinciple.Keywords:doormirror,liquidcrystalcell,infraredsensors目录1引言2防窥门镜工作原理2．1防窥门镜结构介绍2．2液晶盒开关原理2．3门镜光学原理2．4防窥电路中光偶开关3防窥门镜设计3.1外观设计3.2液晶盒制作3.3菲林版设计3.4电路设计4结论致谢参考文件1.引言在科技高速发展今天，许多东西科技性更高，科技化代替了传统模式，许多事物都不停在进化中。传统门镜是利用光学原理进行工作，我们现在用液晶盒工作透光与不透光原理来进行改造，这种设计新奇，同时也包含了电子方面利用，更具科技化。门镜俗名叫做猫眼，是由两个透镜组成,物镜为凹透镜,目镜为凸透镜。

近似于倒置伽利略望远镜。从室内经过门镜向外看，能看清门外视场角约为120度范围内全部景象，而从门外用肉眼经过门镜却无法看到室内任何东西。不过，不法分子从门外经过由光学透镜组成光学仪却能方便地看到室内情况。现在市场上防窥门镜，多是机械式，即经过手动用挡板遮住门镜，其缺点是较费事、易磨损。本设计是利用红外探测技术和液晶盒光学开关特征，为门镜防窥技术开辟了一条新路，具备宽广市场前景。2.防窥门镜工作原理2.1防窥门镜结构介绍方法防窥门镜包含光学系统、液晶盒及其控制电路、红外探测及其控制电路三大部分。2.1.1普通门镜由四个透镜组成，从外到里是三个靠得很近凹透镜和一个相距较远凸透镜，三个靠近凹透镜能够等效成一个焦距很短一组凹透镜，称为物镜；凸透镜为另一组，称为目镜，如图2-1所表示。图2-1光学部分2.1.液晶盒在物镜和目镜之间，有两个电极引出。电极上无电压时，液晶盒“打开”，光能够自由穿过液晶盒，它对门镜光路没有影响；当在电极上加有一定幅值交流电压时，光无法穿过液晶盒，此时液晶盒“关闭”，对门镜光路产生了阻断，从而起到了防窥作用。电极上所加交流电由振荡器提供，电压有效值2~3V，频率为几十至几百赫兹。2..1.3红外探测部分红外探测器是一个反射式光耦，由一对红外发射接收管组成，安装在目镜一侧。正常情况下，液晶盒处于关闭状态。只有当室内有些人在目镜这一侧向外观察时，红外探测器会探测到人靠近，产生响应信号，经处理后触发振荡器工作，使得液晶盒“打开”，这么室内人就能够观察到门外情况了。2.2液晶盒开关原理2.2.1液晶物理特征液晶物理特征是当两端加上电压导通后，排列变有秩序，使光线能够经过；不加电压时排列混乱，阻止光线经过（如图2-2）。液晶面板其中有两片精巧无钠玻璃素材，其中间夹著一层液晶。当光束经过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，这么会阻隔或使光束顺利经过。大多数液晶都是有机复合物，由长棒状分子组成。图2-2液晶物理特征2.2.2单色液晶显示器原理液晶显示器有很多个不一样结构，但从原理来看，基本上是相同。其中TN(扭曲向列型)单色液晶显示器结构就是液晶面板中间夹着一层液晶，结构就好像一块“三明治”。接下来说下液晶层，液晶是灌入两个内部有沟槽夹层，这个主要是让液晶分子能够整齐地排列好，因为假如液晶排列不整齐话，光线是不能够顺利地经过液晶部分。沟槽非常平行，液晶分子会顺着槽排列，所以各分子也是完全平行。这两个沟槽夹层通常称为上下夹层，上下夹层中都是排列整齐液晶分子，只是排列方向有所不一样，上部夹层液晶分子按照上部沟槽方向来排列，而下部夹层液晶分子按照下部沟槽方向排列。在生产过程中，上下沟槽垂直90度交织（上层液晶分子排列是横向，下层液晶分子排列是纵向），这么就造成了位于上下夹层之间液晶分子靠近上层就呈横向排列，靠近下层则呈纵向排列（图2-3）。图2-3单色液晶显示器原理当从整体来看，液晶分子排列就像螺旋形扭转排列，夹层中加有极化滤光片，这两块滤光片排列和透光角度与上下夹层沟槽排列相同，当光线从上向下照射时，通常只有一个角度光线能够穿透下来，经过上滤光片导入上部夹层沟槽中，再经过液晶分子扭转排列通路从下滤光片穿出，形成一个完整光线穿透路径。而一旦经过电极给这些液晶分子加电之后，因为受到外界电压影响，液晶分子不再按照正常方式排列，而变成竖立状态，这么光线就无法经过，显示出黑色。这么会形成不加电时透光为白、加电时不透光为黑，字符就能够显示在屏幕上了，这就是最简单显示原理。2.2.3TN型LCD工作原理在液晶盒中注入是TN型液晶材料，TN型液晶棒状分子平行地排列于上下电极之间，靠正面电极分子平行纸面排列；靠反面电极分子则垂直于纸面排列。而上下电极之间分子是被逐步扭曲，如图2-4所表示。图2-4TN型LCD结构当入射光经过偏振方向与上电极面液晶分子排列方向相同上偏振片(起偏器)形成偏振光。此光经过液晶层时扭转了90度。抵达下偏振片(检偏器)时，偏振方向不变，偏振光经过下偏振片，并被下偏振片后方反射板反射回来。液晶盒呈透亮。图2-5TN型LCD工作原理当上下电极之间加上一定电压后，电极部位液晶分子在电场作用下转变成与上下玻璃面垂直排列，这时液晶层失去旋光性。偏振光经过液晶层没有改变方向，与下偏振片偏振方向相差90°，光被吸收，没有光反射回来，也就看不到反射板，在电极部位出现黑色（如图2-5）。这么依照需要制做成不一样电极，就能够实现不一样内容显示。2.3门镜光学原理门镜主要是由两块透镜（物镜和目镜）组合而成。当从门内向外看时（光路见图2-6）。物镜（凹透镜）L1焦距极短，它将室外人或物AB成一缩得很小正立虚像A′B′，此像恰好落在目镜（凸透镜）L2第一焦点之内，L2起着放大镜作用，最终得到一个较放大正立虚像A″B″，此像恰又成在人眼明视距离附近，室内人就能够看到外面情形了。如图2-6所表示。图2-6门镜光学原理2.4防窥电路中光耦开关光耦是由一对红外发射和接收管组成，其结构相当于把发光二极管和光敏三极管封装在一起。发光二极管把输入电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，因为没有直接电气连接，这么既耦合传输了信号，又有隔离作用。2.4.1光耦分类及其参数因为光电耦合器品种和类型非常多，其型号超出上千种，通常能够按以下方法进行分类：(1)按光路径分，可分为外光路光电耦合器（又称光电断续检测器）和内光路光电耦合器。外光路光电耦合器又分为透过型和反射型光电耦合器。(2)按隔离特征分，可分为普通隔离光电耦合器（通常光学胶灌封低于5000V，空封低于V）和高压隔离光电耦合器（可分为10kV，20kV，30kV等）。电流传输比是光耦合器主要参数，通惯用直流电流传输比来表示。线性光耦合器与普通光耦合器经典CTR-IF特征曲线。线性光耦合器CTR-IF特征曲线具备良好线性度，尤其是在传输小信号时，其交流电流传输比(CTR＝IC/IF)很靠近于直流电流传输比CTR值。使用光电耦合器主要是为了提供输入电路和输出电路间隔离，在设计电路时，所选取光电耦合器件必须符合国际关于隔离击穿电压标准。2.4.2光耦发展现实状况日本光电耦合器市场虽不太大，但却以40%年增加率增大，其主要原因是每一个程序控制器里都要用到20～30个甚至更多光电耦合器。现在，光电耦合器已显示出一个朝大容量和高速度方向发展显著趋势。美、日两国生产光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成器件为主，该类器件大约占整个美、日两国生产全部光电耦合器60%左右。因为这种类型器件不但电流传输效率高（通常为7～30%），而且响应速度比较快（2～5μs），因而能够满足大多数应用场所要求。日本横河电机企业用GaAsP红外发光二极管作输入端，PIN光电二极管作接收端制成三种高速光电耦合器绝缘电压都在3000伏以上，其中5082—43610型超高速数字光电耦合器和5082—4361型高共模抑制型光电耦合器响应速度均可达成10Mb/s，它们电流传输效率高达60%以上。美国莫托罗拉企业生产4N25、4N26、4N27型光电耦合器属于三极管输出型光电耦合器，这种光电耦合器具备很高输入、输出绝缘性能，其频率响应可达300kHz，而开关时间只有几微秒。3.防窥门镜设计3.1外观设计因为门镜为圆形，所以液晶盒基本结构为圆形，其直径与门镜内径相同。因为液晶盒需要有两个控制电极引入，所以在圆形下方留有缺口，方便接上引脚，如图3-1所表示。图3-1外观设计3.2液晶盒制作液晶盒制作全部过程大致分为40多道工序，这些工序又能够分为光刻掩膜版制作、图形刻蚀、取向排列、空盒制作、液晶灌注和成品检测六个阶段。3.2.1光刻掩膜版制作首先就是要设计光刻掩膜版，依照要制作液晶盒外观图设计，图是普通液晶盒外观图。设计方法通惯用计算机软件绘制底图，依照底图，在不一样层面设计电极、边款、银点、凸版版图，并经过软件将数据转换成光绘数据，由光绘仪直接制成1：1单体菲林，在经过高精度拼版机拼版生成生产用菲林。接下来就是制作了，通常有两种，一是采取摄影制版，另一个是光绘制版。光绘制版与摄影制版不一样就是在于它用仪器设备代替了大部分手工操作。详细讲就是它是把计算机设计图形软件转换成光绘机能够运行软件，用光绘机光源直接在菲林片上曝光制成与设计要求完全一致图形。3.2.2ITO图形刻蚀(1)ITO玻璃投入依照产品要求，选择适宜ITO玻璃装入传递篮具中，它要求ITO玻璃规格型号符合产品要求。装篮要切记ITO层面一定朝上插入篮具中。(2)玻璃清洗与干燥工序第一步就是将符合生产规格ITO玻璃用清洗剂、去离子水等清洗下净，并用物理或化学方法将ITO玻璃表面杂质、油污洗净，然后把水除去并干燥，确保下道工序加工质量。(3)涂光刻胶在洁净ITO玻璃导电层表面上均匀涂上一层光刻胶。涂过胶玻璃一定要放到烤箱在一定温度下进行预烘处理。(4)前烘在一定温度下将涂有光刻胶德玻璃烘一段时间，以使光刻胶中溶剂挥发，增加与玻璃表面粘附性。(5)曝光用紫外光经过预先制作好电极图形掩膜版照射光刻胶表面，使被照部分光刻胶层发生反应。在涂有光刻胶玻璃上覆盖光刻掩膜版，在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光。(6)显影用显影液处理玻璃表面，将经过光照分解光刻胶层除去。保留未曝光部分光刻胶层。用化学方法使受UV光照射部分光刻胶溶于显影液中。(7)坚膜将玻璃再经过一次高温处理，使光刻胶膜愈加坚固。(8)刻蚀用适当酸刻液将无光刻胶覆盖ITO膜腐蚀掉，这么就得到了所需要ITO电极图形。(9)去膜用高浓度碱液作脱膜液，将玻璃上剩下光刻胶剥离掉，使ITO玻璃上形成与光刻掩膜版图形完全一致ITO图形。(10)清洗干燥用高纯水冲洗玻璃上剩下碱液、残留光刻胶和其余杂志。3.2.3取向层排列(1)涂取向剂用一定方法，将有机高分子取向材料涂在玻璃表面。即采取选择性涂覆方法，在ITO玻璃上适当位置涂一层均匀取向层。同时对取向层做固化处理。(2)固化经过高温处理使取向层固化，通常在烤箱里面进行烘烤。(3)取向摩擦用绒布类材料以特定方向摩擦取向层表面，以使液晶分子未来能沿着这个方向排列依照产品要求，在玻璃取向层上按一定方向摩擦，使成盒后液晶分子沿取向层摩擦方向排列。(4)清洗取向层摩擦后玻璃上会留下绒布等污染物，需要采取特殊清洗步骤来消除污染物。3.2.4空盒制作(1)丝印边框及银点将封接材料用丝网印刷方法分别对上板和下板玻璃印上边框胶和导电胶。(2)喷衬垫料在下玻璃上均匀分布支撑材料。将一定尺寸衬垫料均匀分布在玻璃表面，制盒时就要靠这些衬垫料确保一定盒厚。(3)对位压合按对位标识上、下玻璃对位粘合，将对应两片玻璃面对面用封接材料粘合起来。(4)固化在高温下使封接材料固化。固化时通常在上、玻璃上加上一定压力，以使盒厚保持均匀。3.2.5液晶灌注(1)切割通常一对ITO玻璃能够制作多个液晶盒，为了把液晶注入口露出来，必须把玻璃适当切割成条（或粒）。(2)灌注液晶通惯用专门液晶灌注机，在真空状态下将液晶注入液晶盒内。(3)封口用封口材料将灌完液晶液晶盒注入口封堵起来。(4)分粒与裂片假如是成条灌注，则将其分成单个液晶盒。(5)清洗用洗洁剂清洗液晶盒外部粘附液晶及其余污染物。(6)再配向用适当加温一段时间方法使液晶分子按摩擦方向整齐排布。3.2.6成品检测(1)台光检测目视检测，将不合格品剔出。在台光下检验液晶盒外观质量，外观正品交下道工序。(2)电测图形检测加电状态下检验液晶屏显示图形。(3)贴偏光片在液晶盒两面贴上产品所要求上、下偏光片，这么一个完整液晶盒就制成了。3.3菲林版设计在液晶盒制造过程中，需要在导电玻璃导电层上制成所要求电极图形，这个过程现在是用光刻技术来完成，光刻中需要用到具备特定图形菲林版，它是经过制版方法在胶片上制成与电极图形对应黑白图案，黑色区域能遮挡光，而透明区域能让光经过。液晶盒生产工艺中几个比较主要工序为光刻、PI涂覆、摩擦、丝印成盒等几个工序。光刻工序是在玻璃上刻出电极图形，其中曝光所用菲林版需要设计，因为液晶盒由上下两片玻璃组成，所以有上下两张光刻菲林版；PI涂覆要用一个凸版，制作凸版需要一张菲林版；丝印成盒工序需要丝网印刷，丝网印刷所用丝网制作，也需要两张菲林版，一张是印封边框Seal版，另一张是印导电点Dot版；所以一共需要设计五张菲林版。防盗门镜所需液晶盒五张菲林版如图3-2所表示。图3-2菲林版设计3.4电路设计图3-3电路设计如图3-3所表示，与非门U2、电容C6及电阻R5R6组成多谐振荡器。当与非门U214脚加电压时，振荡器开始工作，就能输出方波给液晶盒，使液晶盒处于“打开”状态；反之则会“关闭”液晶盒。LED和D1组成反射光耦（即红外探测头），当室内无人靠近探测头时，液晶盒“关闭”，室外人无法经过光学仪观察到室内。反之，当室内有些人靠近探测头时，液晶盒“打开”，室内人就可观察到外面情况了。3.4.1继电器是一个靠电磁感应工作自动化电器开关，它具备控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，是用较小电流去控制较大电流一个“自动开关”故在电路中起着自动调整、安全保护、转换电路等作用。图3-3中，继电器1、8两脚是输入回路，与红外探测电路相连，2、3、4脚是输出回路，与振荡电路相连。当继电器1、8两脚有电流经过时，2脚与4脚相连而与3脚断开；当继电器1、8两脚没有电流经过时，2脚与3脚相连而与4脚断开。3.4.2图3-3有两个接口，其一是电池接口，用来给各部分电路供电。每节干电池1.5伏，选取几节电池依照液晶盒阈值电压、元器件选取及电路特征综合而定；其二是液晶盒接口，输出方波给液晶盒。输出频率由振荡部分电阻电容而定。3.4振荡部分是由反相器组成自激多谐振荡器。如图3-4所表示，电路由暂稳态返回到稳态，是由电容C充放电来实现。其控制状态翻转依然是由电容充放电作用。电路中a、b、c三点波形如图3-5所表示。振荡频率为：图3-4自激多谐振荡器图3-5振荡器各点波形3.4.4LED和D1组成反射光耦（即红外探测头），当室内无人靠近探测头时，LED发出红外不能反射到D1，光敏管D1处于阻断状态，三极管Q1因无基极偏置而处于截止状态，电源电压经D2、R3加至三极管Q2基极，使其导通，这么继电器1、8两脚有电流经过，其2脚与4脚相连而与3脚断开，振荡电路因缺乏电源而停振，液晶盒“关闭”，室外人无法经过光学仪观察到室内。反之，当室内有些人靠近探测头时，继电器2脚与4脚断开而与3脚相连，振荡器器开始振荡，从而使液晶盒“打开”，室内人就可观察到外面情况了。结论基于液晶盒防窥门镜主要是在传统利用凸透镜和凹透镜光学原理进行改造，利用液晶盒工作透光不透光来实现门镜防窥效果。整个门镜外形是一个圆筒似，和普通门镜一样。门镜前后是两片光学镜片，圆筒中间是一块普通液晶盒，在圆桶一头加有红外感应开关，其余都是控制电路。整个电路时利用红外感应开关来加上继电器和多谐振荡电路来控制，来实现液晶盒透光和不透光。有红外感应开关一头装在门里面，正常情况下，液晶和是处于关闭状态，只有当室内有些人在目镜这一侧向外观察时，红外感应开关接收到信号，经处理后触发振荡器工作，使得液晶盒“打开”，这么室内人就能够观察到门外情况了。本文主要完成工作以下：(1)将防窥门镜从结构上分为光学部分、液晶