專利名稱：對(duì)投影顯示分色器的梯度膜厚進(jìn)行修正的擋板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)投影顯示分色器的梯度膜厚進(jìn)行修正的擋板，使投影顯示分色器的膜厚分布呈梯度變化，屬光學(xué)薄膜領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前世界上以TFT-IXD為圖像源的液晶投影機(jī)和以MEMS-DMD為圖像源的DLP投影機(jī)已成為兩大主流機(jī)型。投影顯示是目前單位顯示面積最為節(jié)能、成本最低的顯示技術(shù)，可以說(shuō)目前國(guó)際上這兩大類數(shù)字投影機(jī)的消費(fèi)熱點(diǎn)已經(jīng)形成，高亮度、高分辨率和低成本的數(shù)字投影機(jī)已成為國(guó)內(nèi)外大屏幕顯示的主流需求。在上述兩大主流機(jī)型中，不管是何種投影機(jī)，光學(xué)薄膜器件都是核心組件，由其構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)稱為光學(xué)引擎，即投影機(jī)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”；也不管是何種光學(xué)引擎，分色器和彩色圖像合成器都是不可缺少的重要器件。分色器將白光分解為紅、綠、藍(lán)三原色，分別照射在紅、綠、藍(lán)三塊圖像芯片上，經(jīng)圖像芯片調(diào)制后的圖像信號(hào)由彩色圖像合成器合成，最后經(jīng)投影物鏡投射于屏幕上形成彩色圖像。為使分色器分開(kāi)的透射光和反射光互相垂直，分色器必須以45°角放置，這樣，當(dāng)一個(gè)錐光束入射到分色器上時(shí)，分色器上不同的位置就會(huì)分出不同的顏色，其原因是因?yàn)槟拥南辔缓穸扰c入射角的余弦成正比，因此，較大的入射角導(dǎo)致膜層厚度變薄較多，較小的入射角則導(dǎo)致膜層厚度變薄較少，也即分色器分出的顏色隨分色器上的位置變化是不一致的，最終使屏幕上彩色圖像的色彩產(chǎn)生相應(yīng)的漸變。隨著投影機(jī)要求的不斷提高，過(guò)去曾被一度擱置的這一難題現(xiàn)在正在逐步得到解決。目前已有的制造梯度膜厚的方法是把分色器基板傾斜放置，其原理是因?yàn)榛迳系哪ず衽c蒸發(fā)源到基板的距離平方成反比，所以將基板傾斜放置后可以產(chǎn)生梯度膜厚分布。但不幸的是，得到的膜厚梯度不正確，而且不適宜于尺寸較小的分色器基板，更不適宜于膜厚梯度要求較大的分色器，例如膜厚梯度要求3 4nm/cm時(shí)，用基板傾斜放置的方法就難以實(shí)現(xiàn)；此外，這種方法因每塊分色器基板需要設(shè)計(jì)一個(gè)專用的使其傾斜放置的夾具，試驗(yàn)復(fù)雜、成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種對(duì)投影顯示分色器的梯度膜厚進(jìn)行修正的擋板，從而保證鍍膜時(shí)，分色器的膜厚呈梯度變化，以補(bǔ)償因分色器上光線的入射角不同而引起的
膜厚變化。本實(shí)用新型的構(gòu)思是既然投影機(jī)中的分色器必須以45°角放置，而且入射到分色器上的照明光一定是錐光束，那么分色器上不同的位置就必然會(huì)分出不同的顏色，這種光學(xué)現(xiàn)象是無(wú)法對(duì)其改變的。但是這種顏色變化歸根到底是因?yàn)槟拥南辔缓穸扰c入射角的余弦成正比引起的，根據(jù)分色器不同位置上的入射角可以得到相應(yīng)基板位置上的膜層相位厚度或光學(xué)厚度變化。目前投影機(jī)照明系統(tǒng)的數(shù)值孔徑對(duì)應(yīng)的F值為2. 8-3. 5，計(jì)算得到的膜厚梯度范圍約為2 4nm/cm。如果選擇入射角45°的錐光束主光線作為參考點(diǎn)，則由于較大入射角(大于45° )的位置上導(dǎo)致膜層厚度比參考點(diǎn)薄2 4nm/cm，那么可以在鍍膜時(shí)預(yù)先有意增加其厚度，其厚度的增加量恰好能補(bǔ)償因入射角變大引起的厚度的減少量；類似地，較小入射角(小于45° )的位置上導(dǎo)致膜層厚度比參考點(diǎn)厚2 4nm/cm，那么在鍍膜時(shí)預(yù)先故意減少其厚度，使厚度的減少量恰好能補(bǔ)償因入射角變小引起的厚度的增加量。關(guān)鍵問(wèn)題在于如何保證在分色器基板鍍膜時(shí)能準(zhǔn)確地獲得預(yù)置的厚度增加量或減少量，為此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一塊擋板。在沒(méi)有擋板的情況下，真空鍍膜機(jī)在整個(gè)鍍膜區(qū)域內(nèi)的膜厚分布是均勻的，即分色器上的膜厚是均勻的；如果在分色器基板正下方加上一塊夾角為45°的扇形擋板，雖然分色器的分色波長(zhǎng)變短了，但分色器上的膜厚分布依然 是均勻的；要達(dá)到分色器的膜厚分布按要求的梯度變化，需要進(jìn)一步對(duì)此夾角為45°的扇形擋板進(jìn)行修正。通過(guò)修正設(shè)計(jì)，此擋板可使分色器的膜厚分布嚴(yán)格地按照要求的梯度變化，梯度變化的大小恰好能抵消入射角變化引起的梯度厚度變化，這樣便可有效地進(jìn)行色補(bǔ)償。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是根據(jù)投影機(jī)分色器的膜厚梯度要求，本實(shí)用新型的擋板設(shè)有梯形遮擋修正區(qū)DEFG，梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊EF與第二底邊DG的距離與投影顯示分色器的長(zhǎng)度相等，第一底邊EF與第一腰FG的夾角為112.5°，第一底邊EF與第二腰DE的夾角為58° 84°。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的擋板還設(shè)有安裝區(qū)HGNM，安裝區(qū)是梯形遮擋修正區(qū)第二底邊DG向外延伸而形成的擋板固定區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是現(xiàn)有投影機(jī)的分色器因大多尚未使用梯度膜厚，故顯示圖像的顏色在屏幕的左右兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的色漸變，也即屏幕上出現(xiàn)不同的色度坐標(biāo)值；采用本實(shí)用新型的梯度膜厚修正擋板后，由于不同入射角引起的膜厚變化得到了補(bǔ)償，因而整個(gè)屏幕上能實(shí)現(xiàn)色均勻。目前已有的制造梯度膜厚的方法因每塊分色器基板需要設(shè)計(jì)一個(gè)專用的傾斜放置夾具，試驗(yàn)復(fù)雜、成本高；而本實(shí)用新型用一塊修正擋板即可同時(shí)對(duì)量產(chǎn)的分色膜一次完成修正，既提高生產(chǎn)效率，又節(jié)省成本，不僅適用于各種尺寸的分色器基板，而且能獲得較大的膜厚梯度變化，得到的膜厚梯度精確、穩(wěn)定、可
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圖I是短波通分色器和長(zhǎng)波通分色器的工作原理圖；圖2是具有不同入射角的錐光束入射到本實(shí)用新型的梯度膜厚分色器上的示意圖；圖3是本實(shí)用新型的修正擋板與被鍍分色器基板、光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)的配置示意圖；圖4是45°扇形擋板的制作示意圖；圖5是本實(shí)用新型的梯度膜厚修正擋板設(shè)計(jì)制作過(guò)程的說(shuō)明示意圖，其中，(a)為被鍍分色器基板，(b)為梯度膜厚修正擋板；圖6是本實(shí)用新型梯度膜厚修正擋板的兩種實(shí)施方式的示意圖，其中，(a)第一底邊EF與第二腰DE的夾角為58°，用于膜厚梯度4nm/cm，(b)第一底邊EF與第二腰DE的夾角為84°，用于膜厚梯度2nm/cm;圖7是用本實(shí)用新型的修正擋板所獲得的實(shí)測(cè)光譜透射率曲線，其中，(a)短波通分色器，(b)長(zhǎng)波通分色器圖8是色度坐標(biāo)測(cè)試點(diǎn)分布圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。以下實(shí)例的膜厚梯度要求如下投影機(jī)分色器分為短波通分色器I和長(zhǎng)波通分色器2，對(duì)短波通(透藍(lán)反紅綠)分色器I要求的膜厚梯度為4. 0±0. 5nm/cm ;對(duì)長(zhǎng)波通(透紅反綠)分色器2要求的膜厚梯度為3. 6±0. 5nm/cm。圖I是短波通分色器I和長(zhǎng)波通分色器2的工作原理圖。圖中照明白光(W)的錐光束的主光線3以45°角入射至透藍(lán)反紅綠短波通分色器1，先分出藍(lán)光(B);被分色器I反射的紅綠光的錐光束的主光線再以45°角入射至透紅反綠長(zhǎng)波通分色器2，再分出綠光(G)和紅光(R)。由于錐光束的主光線以45°角入射至分色器上，分色器上不同的位置就會(huì)分出不同的顏色，這是因?yàn)槟拥南辔缓穸扰c入射角的余弦是成正比的。圖2是具有不同入射角的錐光束入射到本實(shí)用新型的梯度膜厚分色器上的示意圖，圖2中錐光束的主光線3以％= 45°角入射至鍍?cè)诨?上的梯度膜厚分色器多層膜4上。由于在分束器上對(duì)應(yīng)錐光束中較小入射角9 !的位置上導(dǎo)致膜層厚度變薄較少，故在鍍膜時(shí)預(yù)置一厚度減小量，以補(bǔ)償因較小入射角引起的厚度增加量；同樣，在分束器上對(duì)應(yīng)錐光束較大入射角0 2的位置上導(dǎo)致膜層厚度變薄較多，故需在鍍膜時(shí)預(yù)置一厚度增加量，以補(bǔ)償因較大入射角引起的厚度減少量。為實(shí)現(xiàn)此目的，需要引入一塊本實(shí)用新型的能使膜厚分布產(chǎn)生梯度變化的修正擋板。圖3是本實(shí)用新型所用的修正擋板與被鍍分色器基板、光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)的配置示意圖。如圖3所示，光學(xué)膜厚監(jiān)控系統(tǒng)主要由光源6、聚焦透鏡7、膜厚監(jiān)控片8、濾光片9和接收器10等組成。每層薄膜的厚度均用監(jiān)控片8測(cè)量。用蒸發(fā)源11或12分別依次蒸發(fā)高、低折射率薄膜材料。被鍍分色器基板13、14置于工件夾具盤(pán)15上(實(shí)際上，在工件夾具盤(pán)15上放滿一圈的基板，不僅僅只有基板13、14)，由鍍膜時(shí)工件夾具盤(pán)15快速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以所有分色器基板上的特性是一樣的。梯度膜厚修正擋板16就緊靠著置于被鍍分色器基板(例如被鍍分色器基板13)的正下方，以遮擋蒸發(fā)源11或12分別蒸發(fā)時(shí)的一部分薄膜材料分子，得到要求的膜厚梯度。那么如何制作滿足膜厚梯度要求的分色器修正擋板呢？為說(shuō)明此問(wèn)題，下面以透藍(lán)反紅綠的短波通分色器I為例，其要求的膜厚梯度為4. 0±0. 5nm/cm。圖4和圖5示出了本實(shí)用新型修正擋板的一種制作方法。它是利用45°扇形擋板17作為初始擋板，如圖4的陰影區(qū)所示，其扇形半徑等于圖3中鍍膜機(jī)工件夾具盤(pán)15的半徑。若將此45°初始擋板緊靠著置于被鍍分色器基板13或14的正下方，則被鍍分色器基板上的膜層厚度會(huì)比沒(méi)有設(shè)置45°初始擋板時(shí)的厚度均勻地減薄45/360(即1/8)，但沒(méi)有形成梯度厚度分布。接著對(duì)45°初始擋板進(jìn)行修正設(shè)計(jì)，以形成4. Onm/cm的梯度膜厚分布。如圖5所示，對(duì)45°初始擋板的修正設(shè)計(jì)按如下方法進(jìn)行首先要明確設(shè)計(jì)要求，圖5(a)是厚度為Imm的被鍍分色器I的基板示意圖，設(shè)計(jì)要求從分色器基板ST邊開(kāi)始到UV邊為止，膜厚以4.0nm/cm的梯度線性增加；并且膜厚梯度檢測(cè)點(diǎn)設(shè)為A’、B’、C’三點(diǎn)，若以B’點(diǎn)作為參考點(diǎn)，則A，點(diǎn)膜厚應(yīng)比B，點(diǎn)薄4. Onm,Cj點(diǎn)膜厚應(yīng)比B，點(diǎn)厚4. Onm。0 5(b)是本實(shí)用新型對(duì)短波通分色器I梯度膜厚為4. Onm/cm的修正擋板設(shè)計(jì)制作過(guò)程的說(shuō)明，擋板設(shè)有梯形遮擋修正區(qū)DEFG和安裝區(qū)HGNM，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是梯形遮擋修正區(qū)，梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊EF與第二底邊DG的距離與投影顯示分色器基板的長(zhǎng)度SU或TV相等(本實(shí)例的分色器I的基板長(zhǎng)度為4cm);由于采用45°扇形初始擋板，故梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊EF與第一腰FG的夾角Z EFG為112. 5°。下面說(shuō)明如何確定梯形遮擋修正區(qū)的第二底邊DG和第二腰DE :由于對(duì)本實(shí)例進(jìn)行修正的短波通膜的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)入^為610nm，即每層膜的厚度為Ao/4，故45°扇形擋板在所有位置上擋去的膜厚均為(^/4) X (45° /360° )=19. 06nm,這就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)分色器基板ST邊的梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊EF把膜厚遮擋去了 19. 06nm ;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)應(yīng)分色器基板UV邊的梯形遮擋修正區(qū)的第二底邊DG對(duì)膜厚遮擋的減少量應(yīng)為膜厚梯度要求4. Onm/cmX分色器基板長(zhǎng)度4cm = 16nm,但由于未經(jīng)修正的45°扇形擋板在對(duì)應(yīng)分色器基板UV邊的HG處膜厚也遮擋了 19.06nm，要使分色器基板UV邊的膜厚遮擋減少16nm，應(yīng)把HG切去一部分，切去的量應(yīng)為HD，剩下的DG所擋去的膜厚應(yīng)為U。/4) X (45° /360。) XDG/HG = 19. 06nm-16nm = 3. 06nm。這就是說(shuō)，第一底邊EF擋去的膜厚19. 06nm和第二底邊DG擋去的膜厚3. 06nm之差除以投影顯示分色器基板的長(zhǎng)度4cm便得到所要求的膜厚梯度4nm/cm,由此得到DG/HG = 3. 06/19. 06 = 0. 16,這樣就確定了 D點(diǎn)，也即確定了梯形遮擋修正區(qū)的第二底邊DG ;將D點(diǎn)與E點(diǎn)連接即得到梯形遮擋修正區(qū)的第二腰DE。接著進(jìn)一步確定第一底邊EF與第二腰DE的夾角Z DEF,由圖 5(b)可知EF = 16. 56mm，GH = 49. 71mm，即得 GD = 49. 71X0. 16 ^ 8mm ;作 EQ 丄 HG，于是在ADEQ中，得到DQ = 25. 13mm, Z DEQ = 32. 1°，即第一底邊EF與第二腰DE的夾角Z DEF = 90° -32. 1° ^ 58°，它對(duì)應(yīng)于4. Onm/cm的膜厚梯度要求。在相同數(shù)值孔徑的照明系統(tǒng)中，透藍(lán)反紅綠的短波通分色器I與透紅反綠的長(zhǎng)波通分色器2的膜厚梯度要求會(huì)稍有不同，在本實(shí)例中，分色器2的膜厚梯度要求為3. 6nm/cm,用同樣的方法可以設(shè)計(jì)制作分色器2的修正擋板,得到DG/HG = 0. 244,⑶=49. 71X0. 244 ^ 12. 13_，此時(shí)，第一底邊 EF 與第二腰 DE 的夾角Z DEF ^ 62. 3°。同理，可把本實(shí)用新型的方法推廣到其它數(shù)值孔徑的投影機(jī)照明系統(tǒng)中，若最小膜厚梯度要求為2nm/cm，此時(shí)可以得到DG/HG = 0. 58，GD = 49. 71X0. 58 ^ 28. 8mm,即對(duì)應(yīng)的第一底邊EF與第二腰DE的夾角Z DEF 84°，它對(duì)應(yīng)于2nm/cm的膜厚梯度要求。顯而易見(jiàn)，對(duì)目前常用的梯度膜厚要求2 4nm/cm來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的第一底邊EF與第二腰DE的夾角在58° 84°之間。并且，當(dāng)梯形遮擋修正區(qū)DEFG的第一底邊EF與第二腰DE的夾角為67. 5°時(shí)，修正檔板為平行四邊形(一種特殊的梯形)。本實(shí)用新型修正擋板的安裝區(qū)是用于方便將本實(shí)用新型的修正擋板固定于鍍膜機(jī)機(jī)架上的附屬區(qū)域。通常，該安裝區(qū)可以是梯形遮擋修正區(qū)第二底邊DG向外延伸而形成的修正擋板固定區(qū)。如圖3、5、6所示，安裝區(qū)上設(shè)有兩個(gè)固定孔18，以便把擋板16固定在鍍膜機(jī)架上的附屬區(qū)域。擋板的材料用304不銹鋼板，厚度取0. 5 I. 5mm，主要考慮有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。[0030]將本實(shí)用新型的上述修正擋板設(shè)置于緊靠分色器基板(例如13)的正下方，要求修正擋板的第一底邊EF的中垂線OP與分色器基板的短邊ST的中垂線0’ P’上下對(duì)準(zhǔn)，擋板第一底邊EF與分色器基板的短邊ST邊上下對(duì)準(zhǔn)，擋板的第二底邊DG與分色器基板的短邊UV邊上下對(duì)準(zhǔn)，這樣就能保證擋板設(shè)計(jì)時(shí)的A、B、C三點(diǎn)分別與分色器的測(cè)試點(diǎn)A’、B’、C’三點(diǎn)上下對(duì)準(zhǔn)。加上本實(shí)用新型的修正擋板后，整個(gè)分色器的膜厚梯度已能滿足要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)因分色器上光線的入射角不同而引起的膜層厚度變化的補(bǔ)償。但是，此時(shí)對(duì)應(yīng)分色器上B’點(diǎn)的過(guò)渡波長(zhǎng)因遮擋作用使膜厚減薄而向短波移動(dòng)，故還需調(diào)大膜厚監(jiān)控片8上的監(jiān)控波長(zhǎng)，監(jiān)控波長(zhǎng)的增量應(yīng)為參考點(diǎn)B’的遮擋量乘以4，對(duì)分色器I為(19. 06nm-8nm) X4 =44. 2nm。 圖6是本實(shí)用新型梯度膜厚修正擋板的兩種實(shí)施方式的示意圖，其中，(a)第一底邊EF與第二腰DE的夾角為58°，用于最大膜厚梯度4nm/cm，(b)第一底邊EF與第二腰DE的夾角為84° ,用于最小膜厚梯度2nm/cm。圖7是用本實(shí)用新型的修正擋板所獲得的(a)短波通分色器I和(b)長(zhǎng)波通分色器2的實(shí)測(cè)光譜透射率曲線。由圖7(a)所示的短波通(透藍(lán)反紅綠)分色器I可知，實(shí)測(cè)膜厚梯度為4. lnm/cm,滿足梯度要求4. 0±0. 5nm/cm。由圖7 (b)所示的長(zhǎng)波通(透紅反綠)分色器2可知，實(shí)測(cè)膜厚梯度為3. 6nm/cm,滿足梯度要求3. 6±0. 5nm/cm。圖7中兩個(gè)例子說(shuō)明修正擋板取得了非常精確、穩(wěn)定、可靠的膜厚梯度修正效果。把光譜透射率測(cè)試結(jié)果如圖7所示的短波通分色器I和長(zhǎng)波通分色器2裝配到對(duì)應(yīng)數(shù)值孔徑的投影機(jī)上，按國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行色度坐標(biāo)測(cè)量，如圖8所示，把屏幕分成9個(gè)點(diǎn)，在100%白場(chǎng)的情況下，9個(gè)點(diǎn)的色度坐標(biāo)偏離量為X = 0. 325±0. 003，y =0.319±0. 004，在整個(gè)顯示屏幕上用肉眼已觀察不出顏色差異，比未經(jīng)膜厚梯度修正的分色器得到了顯著的改善。在未經(jīng)膜厚梯度修正前，從屏幕左側(cè)向右側(cè)可用肉眼觀察到顏色從淡白-白-微黃的逐漸變化，同樣在100%白場(chǎng)時(shí)測(cè)量，9個(gè)點(diǎn)的色度坐標(biāo)偏離量為X =0. 329±0. 023，y = 0. 320±0. 028，可見(jiàn)色度坐標(biāo)偏離量比膜厚梯度修正后約大7倍。實(shí)驗(yàn)表明，鍍膜時(shí)分色器1、2的膜厚梯度變化已較好地補(bǔ)償了因分色器上光線的入射角不同而引起的膜厚變化。
權(quán)利要求1.一種對(duì)投影顯示分色器的梯度膜厚進(jìn)行修正的擋板，其特征在于所述擋板設(shè)有梯形遮擋修正區(qū)，梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊與第二底邊的距離與所述投影顯示分色器的長(zhǎng)度相等，所述第一底邊與第一腰的夾角為112.5°，所述第一底邊與第二腰的夾角為58°"84° 。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于投影顯示分色器梯度膜厚的修正擋板，其特征在于所述修正擋板還設(shè)有安裝區(qū)，所述安裝區(qū)是所述梯形遮擋修正區(qū)的第二底邊向外延伸的區(qū)域。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種對(duì)投影顯示分色器的梯度膜厚進(jìn)行修正的擋板，該擋板設(shè)有梯形遮擋修正區(qū)和安裝區(qū)，梯形遮擋修正區(qū)的第一底邊與第二底邊的距離與所述投影顯示分色器的長(zhǎng)度相等，第一底邊與第一腰的夾角為112.5°，第一底邊與第二腰的夾角為58o~84°。本實(shí)用新型擋板可進(jìn)一步設(shè)有安裝區(qū)，安裝區(qū)是梯形遮擋修正區(qū)第二底邊向外延伸而形成的擋板固定區(qū)。修正擋板被設(shè)置于緊靠著投影顯示分色器基板的正下方。經(jīng)這種梯度膜厚修正擋板修正后的分色器可使整個(gè)投影顯示屏幕實(shí)現(xiàn)色均勻,并具有效率高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/04GK202380071SQ20112053772
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者吳江波, 唐晉發(fā), 艾曼靈, 金波, 陳建國(guó), 顧培夫 申請(qǐng)人:杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司