專利名稱：一種側向發(fā)光的激光柱光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種側向發(fā)光的激光柱光源，屬于光源及激光顯示技術領域。
背景技術：
激光器的發(fā)明為人類帶來了一種嶄新的強光源。在近50年的發(fā)展期間，基于不同 原理與工作物質、滿足不同需要的激光器先后研制成功，如按工作物質分有固體激光器、氣 體激光器、半導體激光器等，按波長分有紅外、可見、紫外、X射線激光器等。激光光源的發(fā) 展不僅帶動了多種學科技術的發(fā)展，而且在科技、工業(yè)、國防、醫(yī)療及人們的日常生活中也 獲得了廣泛應用。激光具有單色性、方向性、相干性極好和高亮度等特點，激光光束一般是 發(fā)散角很小的細光束，它在眾多領域中得到廣泛應用正是因為它的這些特點。但在某些應 用(如激光加工、激光照明與顯示等)領域中則需要對激光光束進行勻光和整形。
傳統(tǒng)的液晶電視與液晶顯示器采用的是冷陰極熒光管(即CCFL)背光源，它的技 術成熟、壽命較長，但也有不少缺點一是色域較小，一般只能達到NTSC色域標準的72X ; 二是冷陰極熒光管中含有少量的汞，不符合環(huán)保標準；三是漏光現(xiàn)象較普遍，低溫啟動困 難，響應時間較慢。近年來，LED背光源發(fā)展迅速，它有望取代傳統(tǒng)的CCFL，采用LED背光源 的液晶顯示器件已商品化丄ED背光源最顯著的優(yōu)點是可以擴大色彩還原性和提高對比度， 其色彩還原范圍可以達到NTSC色域標準的105%甚至120%。但是LED背光源也有它的缺 點， 一是LED的亮度不夠高，需要多個LED排列成線陣以代替CCFL或排列成面陣，功耗比較 大；二是LED發(fā)光的單色性遠比激光差，在顯示色域、色飽和度及色彩逼真程度等方面難以 與采用激光光源相比。采用激光作為光源可以大大改進投影顯示與平板液晶顯示器件的顏 色特性，使其色域更寬、更加接近自然色彩。激光顯示將是未來顯示技術的發(fā)展趨勢和市場 的主流。 從激光器出射的細光束在接收面上一般為圓斑或圓點，無法直接均勻照明一個較 大的面積或空間，例如，若要采用激光作為投影顯示的照明光源或液晶平板顯示的背光源， 就需要采用特殊方法將激光光束轉換成均勻的光斑或面光源；若在某些特殊應用中需要 用激光為一定空間提供照明，則需要采用特殊方法將激光光束轉換成均勻向四周發(fā)光的光 源。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有顯示器光源技術存在的問題，提供一種能夠將激光器出射的細激 光束轉換成側向發(fā)光的柱形發(fā)光體的側向發(fā)光的激光柱光源。該激光柱光源既可以替代 CCFL或LED陣列作為液晶顯示背光板的光源，大大改進平板液晶顯示器件的顏色特性，實 現(xiàn)激光全色顯示，也可以在特殊需要時為一定空間提供照明。
本發(fā)明的側向發(fā)光的激光柱光源采用以下技術方案 該側向發(fā)光的激光柱光源，包括激光光源、擴束鏡、螺紋微棱鏡導光棒和反衍型光 學器件，擴束鏡粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的入射端，反衍型光學器件粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的末端，激光光源設置在擴束鏡的前面，螺紋微棱鏡導光棒的外側壁上分布 有螺紋，螺紋微棱鏡導光棒的內(nèi)部分布有散射微顆粒，反衍型光學器件上設有純相位結構。
所述激光光源可以是固體激光器、氣體激光器、半導體激光器(Laser Diode-LD)， 也可以是LED(發(fā)光二極管)。 所述擴束鏡是消球差雙凹透鏡，可將激光器出射的細激光束擴束成和螺紋微棱鏡 導光棒相匹配的發(fā)散光束。 螺紋微棱鏡導光棒上分布的每一個螺紋類似一個微棱鏡，螺距等于每個螺紋的寬 度。螺紋微棱鏡導光棒的內(nèi)部分布著適當密度的微散射顆粒。周期性螺紋微棱鏡結構的力 求使得成180度正對的兩個微棱鏡相應面相互平行，整體上螺紋微棱鏡導光棒側面呈周期 性螺紋結構。 所述反衍型光學器件是基于光束整形技術中的相位恢復算法設計的純相位反射 衍射型光學器件，可將螺紋微棱鏡導光棒末端集中的光能沿多個方向反向傳播，提高側向 發(fā)光激光柱光源的發(fā)光均勻性。 擴束鏡、螺紋微棱鏡導光棒和反衍型光學器件都可以根據(jù)具體的使用條件調整其 尺寸。激光器出射的細激光束經(jīng)擴束鏡擴束成和螺紋微棱鏡導光棒相匹配的發(fā)散光束，發(fā) 散光束中發(fā)散角較大的光線經(jīng)螺紋微棱鏡導光棒側壁上的一系列微棱鏡側面多次反射和 折射，每一次的折射光從側面出射，每一次的反射光又進入螺紋微棱鏡導光棒內(nèi)部，再次經(jīng) 過多次反射和折射。每遇到一個微棱鏡面就有部分光能以一定角度從螺紋微棱鏡導光棒側 壁出射。發(fā)散光束中發(fā)散角較小的光線在微顆粒散射作用下， 一部分光能經(jīng)螺紋微棱鏡的 多次反射和折射從側壁出射；其余光能量入射到末端的反衍型光學器件上，在反衍型光學 器件的作用下以多個不同方向返回到螺紋微棱鏡導光棒中，進一步保證了側向發(fā)光激光柱 光源的發(fā)光均勻性。 本發(fā)明能夠得到發(fā)光均勻性好、色純度高的側向發(fā)光激光柱光源，可以將激光器 出射的激光細光束轉換成側向均勻發(fā)光的激光柱光源，可以代替液晶顯示背光板中的CCFL 光管，實現(xiàn)激光全色顯示，可以在特殊應用中為一定空間提供激光照明。
圖1是本發(fā)明側向發(fā)光的激光柱光源的結構示意圖。
圖2是擴束鏡的結構示意圖。 圖3是螺紋微棱鏡導光棒的局部結構放大示意圖。
圖4是反衍型光學器件的結構示意圖。
圖5是一根光線追跡的示意圖。
圖6是多根光線追跡的示意圖。 圖中1、激光光源，2、擴束鏡，3、螺紋微棱鏡導光棒，4、反衍型光學器件，5、微棱 鏡，6、散射微顆粒，7、反衍型光學器件上的純相位結構。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的側向發(fā)光的激光柱光源包括激光光源1、擴束鏡2、螺紋微棱 鏡導光棒3和反衍型光學器件4。激光光源1設置在擴束鏡2的前面，激光光源1可以是固
4體激光器、氣體激光器、半導體激光器(Laser Diode-LD)或LED(發(fā)光二極管)。擴束鏡2 粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒3的入射端，如圖2所示，擴束鏡2是消球差雙凹透鏡，可將 激光器出射的細激光束擴束成和螺紋微棱鏡導光棒相匹配的發(fā)散光束。反衍型光學器件4 粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒3的末端。螺紋微棱鏡導光棒3是一個側壁上刻有螺紋分布 的圓柱體，螺紋微棱鏡導光棒3的內(nèi)部分布有密度適當?shù)纳⑸湮㈩w粒6。螺紋微棱鏡導光棒 3上分布的每一個螺紋類似一個微棱鏡5，螺距等于每個螺紋的寬度，如圖3所示， 一個螺紋 和每個螺紋的寬度的含義如圖3所示，一個螺紋可以理解為是圖3中的一個牙形。周期性 螺紋微棱鏡結構的力求使得成180度正對的兩個微棱鏡相應面相互平行，整體上螺紋微棱 鏡導光棒3側面呈周期性螺紋結構。反衍型光學器件4是基于光束整形技術中的相位恢復 算法設計的純相位反射衍射型光學器件，如圖4所示，其上設有純相位結構7，可將螺紋微 棱鏡導光棒3末端集中的光能沿多個方向反向傳播，提高側向發(fā)光激光柱光源的發(fā)光均勻 性。 激光器1出射的細激光束經(jīng)擴束鏡2擴束成和螺紋微棱鏡導光棒3相匹配的發(fā)散 光束，發(fā)散光束中發(fā)散角較大的光線經(jīng)螺紋微棱鏡導光棒3側壁上的一系列微棱鏡5側面 的多次反射和折射。每一次折射都有一部分光從側面出射，每一次反射都有一部分光又進 入螺紋微棱鏡導光棒3內(nèi)部，再次經(jīng)過多次反射和折射。每遇到一個微棱鏡面就有部分光 能以一定角度從螺紋微棱鏡導光棒3側壁出射。發(fā)散光束中發(fā)散角較小的光線在微顆粒6 散射作用下，一部分光能經(jīng)螺紋微棱鏡5的多次反射和折射從側壁出射；其余光能量入射 到末端的反衍型光學器件4上，反衍型光學器件4上的純相位結構7使光束傳播方向發(fā)生 反轉，以多個不同方向返回到螺紋微棱鏡導光棒3中，進一步保證了側向發(fā)光激光柱光源 的發(fā)光均勻性。 一根光線的追跡如圖5所示，多根光線的追跡如圖6所示。
權利要求
一種側向發(fā)光的激光柱光源，包括激光光源、擴束鏡、螺紋微棱鏡導光棒和反衍型光學器件，其特征在于擴束鏡粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的入射端，反衍型光學器件粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的末端，激光光源設置在擴束鏡的前面，螺紋微棱鏡導光棒的外側壁上分布有螺紋，螺紋微棱鏡導光棒的內(nèi)部分布有散射微顆粒，反衍型光學器件上設有純相位結構。
2. 根據(jù)權利要求1所述的側向發(fā)光的激光柱光源，其特征在于所述激光光源是固體 激光器、氣體激光器、半導體激光器或發(fā)光二極管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的側向發(fā)光的激光柱光源，其特征在于所述擴束鏡是消球差 雙凹透鏡，用于將激光器出射的細激光束擴束成和螺紋微棱鏡導光棒相匹配的發(fā)散光束。
4. 根據(jù)權利要求1所述的側向發(fā)光的激光柱光源，其特征在于所述螺紋微棱鏡導光 棒上分布的螺紋螺距等于每個螺紋的寬度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的側向發(fā)光的激光柱光源，其特征在于所述反衍型光學器件 是基于光束整形技術中的相位恢復算法設計的純相位反射衍射型光學器件，用于將螺紋微 棱鏡導光棒末端集中的光能沿多個方向反向傳播。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種側向發(fā)光的激光柱光源，包括激光光源、擴束鏡、螺紋微棱鏡導光棒和反衍型光學器件，擴束鏡粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的入射端，反衍型光學器件粘合鑲嵌在螺紋微棱鏡導光棒的末端，激光光源設置在擴束鏡的前面，螺紋微棱鏡導光棒的外側壁上分布有螺紋，螺紋微棱鏡導光棒的內(nèi)部分布有散射微顆粒，反衍型光學器件上設有純相位結構。本發(fā)明能夠得到發(fā)光均勻性好、色純度高的側向發(fā)光激光柱光源，可以將激光器出射的激光細光束轉換成側向均勻發(fā)光的激光柱光源，可以代替液晶顯示背光板中的CCFL光管，實現(xiàn)激光全色顯示，可以在特殊應用中為一定空間提供激光照明。
文檔編號H01S3/16GK101714741SQ200910230819
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權日2009年11月25日
發(fā)明者丁海生, 萬強, 宋剛, 張行愚, 李慶華, 王洪君, 王玉榮, 連潔 申請人:山東大學