專利名稱：一種用于激光顯示的光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光顯示系統(tǒng)的光源裝置，特別是一種能夠滿足大屏幕 激光顯示和高功率要求的光源裝置。
背景技術(shù)：
激光顯示是顯示技術(shù)的跨越式發(fā)展，是顯示領(lǐng)域的重大發(fā)展方向。激光顯示 具有更大的色域范圍，而且激光是線譜，具有高的色飽和度，可顯示自然界最真 實、最豐富、最鮮艷的色彩，由于激光方向性好，能實現(xiàn)更高的顯示分辨率，是 繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的下一代顯示技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中，用于激光顯示的紅綠藍(lán)(RGB)三基色激光光源均采用單臺激 光器，如文獻(xiàn)中科院長春光機(jī)所劉偉奇等人2004年在《液晶與顯示》上發(fā)表 的"全固態(tài)激光彩色視頻顯示技術(shù)"(2004年10月，第19巻，第5期，325-328 頁)中公開的技術(shù)，分別采用RGB三色的單臺激光器作為激光顯示的光源，利用 合成鏡組，先將其中的兩束合成一束后再與另外一束通過合成鏡組進(jìn)行合束。現(xiàn)有技術(shù)用于激光顯示的紅綠藍(lán)三基色激光光源均采用單臺激光器的不足 在于U)人們希望激光顯示實現(xiàn)大屏幕、高亮度的顯示，但是單臺激光器的輸 出功率有限，隨著屏幕的增大，顯示畫面的亮度逐漸降低，很難滿足大屏幕激光顯示的亮度要求；(2)高功率紅綠藍(lán)三基色激光器單獨作為光源存在可靠性差的 缺點，任何一臺激光器出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致整個顯示系統(tǒng)不能工作，從而限制了激 光顯示的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有激光顯示系統(tǒng)的光源裝置的缺陷，從而提供 一種高功率、高穩(wěn)定性、適用于大屏幕激光顯示的光源裝置。本發(fā)明提供的用于激光顯示的光源裝置，包括RGB三基色激光光源和組束裝 置，其特征在于，每種基色的激光光源由至少兩個激光器組成。進(jìn)一步地，所述組束裝置包括多個會聚透鏡和多個光纖，每個激光器發(fā)出的 光束經(jīng)過各自對應(yīng)的會聚透鏡耦合進(jìn)入單根或多根光纖，然后將全部光纖的輸出 端封裝成一束光纖束。進(jìn)一步地，所述組束裝置還包括一套管，用于將全部光纖的輸出端封裝成一 束光纖束；進(jìn)一步地，所述組束裝置包括多個會聚透鏡和多個光纖，RGB三基色中任一 基色的激光器發(fā)出的光束經(jīng)過一個會聚透鏡耦合進(jìn)入單根或多根光纖，其余基色 激光器發(fā)出的光束經(jīng)過各自對應(yīng)的會聚透鏡耦合進(jìn)入單根或多根光纖，將全部光 纖的輸出端封裝成一束光纖束。進(jìn)一步地，所述光纖的輸入端面為平面、半球面或圓錐面。進(jìn)一步地，所述組束裝置還包括合束會聚透鏡，所述光纖束發(fā)出的光經(jīng)第二 會聚透鏡耦合進(jìn)入輸出光纖。進(jìn)一步地，所述每種基色的激光光源分別由各自發(fā)出p偏振光和s偏振光的 兩個激光器組成；所述組束裝置包括設(shè)置在每種基色的激光器出光口處的第一、 第二、第三偏振光束分離器，設(shè)置在第二和第三偏振光束分離器的出射光路上的 第一合色鏡，和設(shè)置在第三偏振光束分離器和所述第一合色鏡出射光路上的第二 合色鏡；每種基色的兩個激光器發(fā)射的光經(jīng)過偏振光束分離器耦合為一束耦合 光，其中任意兩種基色的耦合光經(jīng)過第一合色鏡耦合成為混合光，所述混合光經(jīng) 過第二合色鏡與另一種基色的耦合光耦合成一束光。進(jìn)—-步地，在所述激光器和組束裝置之間還設(shè)置有整形系統(tǒng)和準(zhǔn)直系統(tǒng)。進(jìn)—-步地，所述的整形系統(tǒng)為柱透鏡、球透鏡或?qū)崿F(xiàn)整形的光學(xué)系統(tǒng)。進(jìn)--步地，所述準(zhǔn)直系統(tǒng)為球透鏡或?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)直的光學(xué)系統(tǒng)。進(jìn)--步地，所述激光器為半導(dǎo)體激光器或固體激光器。進(jìn)—-步地，所述激光器為同一類型的激光器或者為不同類型的激光器。 本發(fā)明的激光顯示用光源突破了原有激光顯示用RGB三基色激光構(gòu)成體系 框架，采用非相干組束技術(shù)，通過增加激光器的數(shù)量就可以提高光源的輸出功率， 而且單個激光器模塊可以隨意拆卸更換，實現(xiàn)了整個光源裝置的模塊化設(shè)計，提 高了光源的可靠性和可維修性，降低了光源系統(tǒng)的成本，能滿足超大屏幕激光顯 示的要求，使其向大屏幕、高亮度方向發(fā)展。


圖1是RGB三色激光全部采用固體激光器的大功率激光光纖耦合裝置圖2是紅色激光采用半導(dǎo)體激光器的大功率激光光纖耦合裝置圖3采用PBS的大功率激光耦合裝置圖4采用PBS的另一種大功率激光耦合裝置具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明。 實施例1如圖1所示，用于激光顯示的光源裝置，光源包括由n個紅光固體激光器組 成的紅光激光光源，圖1中用Rl-Rn表示，由m個綠光固體激光器組成的綠光激 光光源，圖1中用G1-Gn表示，和由k個藍(lán)光固體激光器組成藍(lán)光激光光源，圖 1中用B1-Bn表示，其中n、 m、 k之間的比例應(yīng)按照各激光器的輸出功率和顯示 顏色配比要求來設(shè)定，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以勝任的，比如本實施例 選擇『6臺波長為671nm、輸出功率為5W的紅光固體激光器R1-R6; m=3臺波長 為532nm、輸出功率為1W的綠光固體激光器Gl-G3;以及k = 4臺波長為473nm、 輸出功率為1W的藍(lán)光固體激光器B1-B4。本實施例的會聚裝置，包括多個會聚透鏡LR1-LRn、 LG1-LGm和LBl-LBk， 光纖FRl-FRn、 FGl—FGm和FBI-FBk,套管4，合束會聚透鏡5和單根耦合光纖 6;所述激光器位于各自對應(yīng)的會聚透鏡的一側(cè)，所述光纖的輸入端設(shè)置在對應(yīng) 的會聚透鏡另一側(cè)焦點上，套管4將所有光纖的輸出端封裝到一起，并設(shè)置于所 述合束會聚透鏡5的一側(cè)，所述合束會聚透鏡5的另一側(cè)焦點設(shè)置單根耦合光纖 6。這些固體激光器同方向并行放置，每個激光器發(fā)出的光首先經(jīng)擴(kuò)束透鏡(圖 中未示出)整形和準(zhǔn)直透鏡(圖中未示出)準(zhǔn)直后，成為平行光，然后分別入射 到會聚透鏡LR1-LR3、 LG1-LG3和LB1-LB4上，在所述會聚透鏡另一側(cè)的焦點上 設(shè)置光纖FR1-FR3、 FG1—FG3和FB1-FB4的輸入端，所述光纖輸入端的端面可以 為平面、半球面或圓錐面，把所有光纖的輸出端用套管4封裝到一起，得到的白 色混合激光用作激光顯示的光源；也可以將套管4封裝的光纖束的輸出光束經(jīng)會 聚透鏡5聚焦后耦合進(jìn)入單根耦合光纖6，單根耦合光纖6輸出的混合白色光直 接用作激光顯示的光源。實施例2如圖2所示，用于激光顯示的光源裝置，光源包括由n個紅光半導(dǎo)體激光器 組成的紅光激光光源，圖2中用R1-Rn表示，由m個綠光固體激光器組成的綠光 激光光源，圖2中用G1-Gn表示，和由k個藍(lán)光固體激光器組成的藍(lán)光激光光源， 圖2中用B1-Bn表示，其中n、 m、 k之間的比例應(yīng)按照各激光器的輸出功率和顯 示顏色配比要求來設(shè)定，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以勝任的，比如本實施 例中，選用n = 112支波長為635nm、輸出功率為350mW的紅光半導(dǎo)體激光器 Rl-R112; m=12臺波長為532nm、輸出功率為1W的綠光固體激光器Gl-G12以及 k = 3臺波長為457nm、輸出功率為3W的藍(lán)光固體激光器B1-B3，所有的激光器 都并行放置。本實施例的會聚裝置，包括分別對應(yīng)所述綠光和藍(lán)光固體激光器的多個會聚 透鏡LG1-LG12和LB1-LB3，分別對應(yīng)所述多個會聚透鏡的光纖FG1 —FG12和 FBI-FB3，對應(yīng)紅光半導(dǎo)體激光器Rl-R112的單個會聚透鏡23，對應(yīng)于單個會聚 透鏡23的光纖FR，以及套管4;所述光纖FR、 FG1—FG12和FBI-冊3的輸入端設(shè) 置在對應(yīng)的會聚透鏡另一側(cè)焦點上，套管4將所有光纖的輸出端封裝到一起。本實施例還包括一整形系統(tǒng)和準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于半導(dǎo)體激光器在垂直方向的發(fā)散角(約30°-40")與水平方向的發(fā)散角 (約6°-10°)差別很大，所以半導(dǎo)體激光器的整形系統(tǒng)和準(zhǔn)直系統(tǒng)可以選擇兩個 球透鏡或者一個自聚焦透鏡，本實施例選用自聚焦透鏡2，如圖2所示，每個紅 光半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光通過各自對應(yīng)的自聚焦透鏡整形和準(zhǔn)直后經(jīng)單個會聚透鏡23耦合進(jìn)入單根或多根光纖FR，從而實現(xiàn)紅光的耦合。藍(lán)光和綠光激光光源的固體激光器發(fā)出的光經(jīng)過擴(kuò)束透鏡和準(zhǔn)直透鏡(圖中 未示出)成為平行光，在與所述平行光束垂直的方向上，設(shè)置會聚透鏡LG1-LG12 和LB1-LB3，在所述會聚透鏡另一側(cè)的焦點上設(shè)置光纖的輸入端，所述光纖的輸 入端面可以為平面、半球面或圓錐面，所述平行光經(jīng)過會聚透鏡在另一側(cè)的焦點 聚焦并被耦合進(jìn)入光纖,將RGB三基色各束輸出光纖的輸出端用套管4封裝到一 起，出射的混合白色激光用作激光顯示的光源。實施例3本實施例提供的大功率激光顯示光源中，RGB三色光源分別由兩個并行放置 的激光器組成，其出射光分別為p偏振光和s偏振光，如圖3所示，R1和R2為 波長660nm、輸出功率為12W的紅光半導(dǎo)體激光器，Gl和G2為波長532nm、輸 出功率為3W的綠光固體激光器，Bl和B2為波長457nm、輸出功率為2W的藍(lán)光 固體激光器，其中，Rl、 G1和B1發(fā)射的激光為P偏振光，R2、 G2和B2發(fā)射的 激光為S偏振光。圖3中，合束系統(tǒng)主要包括第一偏振光束分離器11、第二偏振光束分離器 12、第三偏振光束分離器13和第一合色鏡9、第二合色鏡IO。偏振光束分離器(Polarizing Beam Splitter,簡稱PBS)，由兩個直角棱 鏡結(jié)合，在結(jié)合面上，利用45度布儒斯特角條件的千涉淀積PBS膜，偏振方向 與偏振光束分離器入射面平行的P偏光可以無阻礙的透過PBS膜，而偏振方向與 偏振光束分離器入射面垂直的S偏光則被PBS膜反射。紅光激光器Rl和R2發(fā)射激光的偏振方向如圖所示，Rl發(fā)出的P偏光垂直 入射到第一偏振光束分離器11，經(jīng)透射后不改變方向，R2發(fā)出的S偏光經(jīng)紅光 反射鏡14偏折后垂直進(jìn)入第一偏振光束分離器11，經(jīng)反射后，方向改變90度， 由此Rl和R2發(fā)出的紅光耦合到一起輸出；所述紅光反射鏡14可以為平面反射 鏡或全反射棱鏡。綠光激光器Gl和G2的出射光方向與所述紅光激光器的出射光平行，綠光激 光器Gl和G2發(fā)射激光的偏振方向如圖所示，Gl發(fā)出的P偏光垂直入射到第二
偏振光束分離器12，經(jīng)透射后不改變方向，G2發(fā)出的S偏光經(jīng)綠光反射鏡15 偏折后垂直進(jìn)入第二偏振光束分離器12，經(jīng)反射后，方向改變90度，由此Gl 和G2發(fā)出的綠光耦合到一起輸出；所述綠光反射鏡15可以為平面反射鏡或全反 射棱鏡。藍(lán)光激光器Bl和B2的出射光方向垂直于所述紅光激光器的出射光，藍(lán)光激 光器Bl和B2發(fā)射激光的偏振方向如圖所示，Bl發(fā)出的P偏光垂直入射到第三 偏振光束分離器13，經(jīng)透射后不改變方向，B2發(fā)出的S偏光經(jīng)藍(lán)光反射鏡16 偏折后垂直進(jìn)入第三偏振光束分離器13,經(jīng)反射后，方向改變90度，由此藍(lán)光 激光器Bl和B2發(fā)出的藍(lán)光耦合到一起輸出；所述藍(lán)光反射鏡16可以為平面反 射鏡或全反射棱鏡。所述第一合色鏡9表面鍍有藍(lán)光的透射膜和45度綠光的反射膜，所述耦合 后的藍(lán)光和耦合后的綠光分別從第一合色鏡的兩側(cè)以45度入射到第一合色鏡9， 得到綠光與藍(lán)光的耦合光束，該耦合光束再經(jīng)過第二合色鏡10與所述耦合后的 紅光合成一束白光出射，作為激光顯示的光源，所述第二合色鏡10的表面鍍有 紅光的透射膜和45度藍(lán)綠光的反射膜。實施例4如圖4所示，本實施例在實施例3的基礎(chǔ)上，去掉了反射鏡，采用將激光器 R2、 G2和B2分別與Rl、 Gl和Bl垂直設(shè)置，從而使得s偏振光直接垂直入射到 對應(yīng)的偏振光分離器中，其他部分與實施例3相同。
權(quán)利要求
1.一種用于激光顯示的光源裝置，包括RGB三基色激光光源和組束裝置，其特征在于，每種基色的激光光源由至少兩個激光器組成。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述組束裝 置包括多個會聚透鏡和多個光纖，每個激光器發(fā)出的光束經(jīng)過各自對應(yīng)的會聚透 鏡耦合進(jìn)入光纖，然后將全部光纖的輸出端封裝成一束光纖束。
3. 按權(quán)利要求2所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述組束裝 置還包括一套管,用于將全部光纖的輸出端封裝成一束光纖束。
4. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述組束 裝置包括多個會聚透鏡和多個光纖，RGB三基色中任一基色的激光器發(fā)出的光束 經(jīng)過一個會聚透鏡耦合進(jìn)入光纖，其余基色激光器發(fā)出的光束經(jīng)過各自對應(yīng)的會 聚透鏡耦合進(jìn)入光纖，將全部光纖的輸出端封裝成一束光纖束。
5. 按權(quán)利要求2或4所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述 光纖的輸入端面為平面、半球面或圓錐面。進(jìn)一步地，所述組束裝置還包括合束會聚透鏡，所述光纖束發(fā)出的光經(jīng)合束 會聚透鏡耦合進(jìn)入輸出光纖。
6. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述每種基 色的激光光源分別由各自發(fā)出P偏振光和s偏振光的兩個激光器組成；所述組束 裝置包括設(shè)置在每種基色的激光器出光口處的第一、第二、第三偏振光束分離器(PBS)，設(shè)置在第二和第三偏振光束分離器的出射光路上的第一合色鏡，和設(shè)置 在第三偏振光束分離器和所述第一合色鏡出射光路上的第二合色鏡。
7. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，在所述激光 器和組束裝置之間還設(shè)置有整形系統(tǒng)和準(zhǔn)直系統(tǒng)。
8. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述的整形 系統(tǒng)為柱透鏡或球透鏡。
9. 按權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的光源裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直系 統(tǒng)為球透鏡。
10. 進(jìn)一步地，所述激光器為同一類型的激光器或者為不同類型的激光器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于激光顯示系統(tǒng)的光源裝置，特別是一種能夠滿足大屏幕激光顯示和高功率要求的光源裝置，包括RGB三基色激光光源和組束裝置，每種基色的激光光源由至少兩個激光器組成；本發(fā)明的激光顯示用光源突破了原有激光顯示用RGB三基色激光構(gòu)成體系框架，采用非相干組束技術(shù)，通過增加激光器的數(shù)量就可以提高光源的輸出功率，而且單個激光器模塊可以隨意拆卸更換，實現(xiàn)了整個光源裝置的模塊化設(shè)計，提高了光源的可靠性和可維修性，降低了光源系統(tǒng)的成本，能滿足超大屏幕激光顯示的要求，使其向大屏幕、高亮度方向發(fā)展。
文檔編號G02B6/00GK101153936SQ20061011357
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者巖 亓, 華 成, 濤 房, 勇 畢, 斌 王, 光 鄭 申請人:中國科學(xué)院光電研究院