CN108963758A - 一种激光阵列装置 - Google Patents

Abstract

一种激光阵列装置，所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块；每组激光光源模块包括复数个光源；所述复数个光源均通过喷墨打印制得。本公开所揭示的技术方案首先实现了用喷墨打印制得激光阵列装置，这为廉价且工业化制造激光阵列装置提供了新的技术方案；其次，由于所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块，就使得每组激光光源模块发光时相互独立，其出射光之间很难产生激光相干，从而极大消除常规激光显示技术中由于激光相干而导致的散斑现象。

Description

一种激光阵列装置

技术领域

本发明涉及激光领域，特别涉及一种激光阵列装置。

背景技术

对于激光光源领域，一方面，现有的激光显示技术，由于激光强相干性的干涉效应引起激光散斑，严重降低了显示质量，不得不采用振屏等手段来消除散斑。另一方面，现有技术中缺乏一种快速、批量制造激光阵列装置且使得所述激光阵列装置中的每个点都能发出不同颜色激光的技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明(本文所述的本发明与本公开概念相同)提供了一种全新的激光阵列装置。由于所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块，能够使每组激光光源模块发光时相互独立，其出射光之间很难产生激光相干，从而极大消除常见的激光相干所导致的散斑现象。

本发明通过如下技术方案实现：

一种激光阵列装置，其中：

所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块；

每组激光光源模块包括复数个光源；

所述复数个光源均通过喷墨打印制得。

优选的，所述复数个光源的至少两个光源能够在相同的激发条件下发出不同颜色的光。

优选的，所述每组激光光源模块可以通过飞秒激光来激发所述复数个光源。

优选的，所述激光阵列装置可以通过直流电压或脉冲电压来激发所述复数个光源。

优选的，当所述激光阵列装置用于显示一个图像时，所述每组激光光源模块受激发而发出的光，均对应所述图像的一个像素。

优选的，所述复数个光源中的每个光源均为毫米尺度、或微米尺度或更小尺度。

优选的，每组激光光源模块包括三个单色光源，分别为红绿蓝三色，即为RGB三个光源。

优选的，所述喷墨打印的墨水包括发光染料和基质材料。

优选的，所述喷墨打印使用一个或多个打印头进行；所述打印头，用于逐次打印，或一次打印每组激光光源模块中的每个光源。

优选的，所述打印头的尺寸可根据所述每个光源的尺寸决定。

此外，本发明还提供了一种激光投影仪，其中，

所述激光投影仪包括前述任一项所述的激光阵列装置。

此外，本发明还提供了一种激光薄膜，其中，

所述激光薄膜包括前述任一项所述的激光阵列装置。

本发明所提供的技术方案，实现了用喷墨打印制得激光阵列装置，这为廉价且工业化制造激光阵列装置提供了新的技术方案；其次，由于所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块，就使得每组激光光源模块发光时相互独立，其出射光之间很难产生激光相干，从而极大地消除了常见的激光相干所导致的散斑现象。

附图说明

图1是本公开的一个实施例中的激光阵列装置的示意图；

图2是本公开的一个实施例中的激光阵列装置的喷墨打印过程示意图；

图3是本公开的一个实施例中的激光阵列装置的喷墨打印过程另一示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员理解本公开所披露的技术方案，下面将结合实施例及附图，对各个实施例的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而非全部实施例。本发明所采用的术语“第一”、“第二”等用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖且不排他。例如包含了一系列步骤或单元的过程、或方法、或系统、或产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

参见图1，在本发明的一个实施例中，其示出了一种激光阵列装置，其中：

所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块；

每组激光光源模块包括复数个光源；

所述复数个光源均通过喷墨打印制得。

对于所述实施例而言，首先其实现了用喷墨打印制得激光阵列装置，这为廉价且工业化制造激光阵列装置提供了一种新的技术方案；其次，由于所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块，就使得每组激光光源模块发光时相互独立，其出射光之间很难产生激光相干叠加，从而极大消除常见的激光相干所导致的散斑现象。

可以看出，喷墨打印需要使用墨水来打印。与激光阵列装置对应的是，所述墨水可以采用激光染料掺杂的聚合物溶液。

激光染料为本领域已知的常用染料，例如半花菁类红光染料、寡聚苯乙烯类蓝光染料、香豆素类绿光染料或罗丹明系列染料。例如香豆素153，或者香豆素6或者罗丹明6G染料。

优选的激光染料为对称二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B三种激光染料及其混合物，更优选为三者的混合物。

在另一个实施例中，所述复数个光源的至少两个光源能够在相同的激发条件下发出不同颜色的光。

就所述实施例来讲，这使得至少通过两个光源就能实现每组激光光源模块的混色。更为有利的是，鉴于所述实施例可以基于相同的激发条件，以通过飞秒激光来激发所述光源为例，本领域技术人员就可以仅仅通过使用一种波长的飞秒激光来实现至少两个光源的混色。即，能够通过一束光来激发至少两个光源，以实现混色。

可以看出，喷墨打印的所述复数个光源都是通过墨水来打印，所述复数个光源往往是微球形，更优选地，是半球形。在制得所述激光阵列装置中的光源的过程中，由于所采用的喷墨打印的墨水是液态，而制得的光源最终是固态，那么喷墨打印过程中一般要使得每个光源之间彼此不接触以避免互相之间融合。也就是说，每个光源之间往往不接触，且存在间距；如果把每个光源理解为半球，那么对于复数个光源来讲，第一半球与第二半球(甚至与第三半球等等)彼此不相切。

能够理解的是，在至少两个光源的混色中，可选的，通过飞秒激光来激发所述至少两个光源，且仅仅使用一束飞秒激光的话，那么这束飞秒激光必然要能够同时激发到所述至少两个光源。这样一来，由于所述复数个光源的至少两个光源能够在相同的激发条件下发出不同颜色的光，那么所述实施例就实现了所述每组激光光源模块中的混色。混色是非常有意义的，例如根据RGB三原色就能混色出多种不同的颜色。

需要指出的是，本公开允许所述复数个光源的至少两个光源能够在相同的激发条件下发出相同颜色的光。例如，为了实现某种单一颜色的强光，那么每组激光光源模块中的复数个光源也可以是相同的光源，所述复数个光源的每个光源都能够在相同的激发条件下发出同一颜色的光。这种激光光源阵列可以用于探照灯领域。

上文指出，在另一个实施例中，所述每组激光光源模块通过飞秒激光来激发所述复数个光源。下面进一步描述飞秒激光有关的实施例。

可以看出，具体的飞秒激光的参数，例如波长，是由上述墨水固化后所形成的光源本身所决定的。受激光激发，必然与墨水固化后所形成的光源本身的吸收光谱有关。即，此处所说的波长由墨水固化后所形成的光源的吸收光谱决定。

假设每组激光光源模块包括三个光源，每个光源采用一种具体的激光染料来喷墨打印制得，那么：当三种染料制得的所述三个光源都可以被同一波长的激光来受激发光时，本领域技术人员可选择这种波长的激光来作为激发条件；当然，这并不排斥使用两种或三种波长的激光作为激发条件；也就是说，用于激发的激光的波长可灵活选择：选择一束激光，两束激光还是三束激光，来激发所述每组激光光源模块都是可以的，而每束激光的波长则由所述光源的吸收光谱所决定。特别的，与现有技术中采用多束不同颜色的光来扫描发光、并用于图像的显示不同，本公开只需要采用一束激光来激发所述光源即可。

在另一个实施例中，所述激光阵列装置通过直流电压来激发所述复数个光源。

对于所述实施例，其揭示了另一种激发方式。当然，无论是飞秒激光来激发，还是直流电压或脉冲电压来激发，都取决于墨水固化后所形成的光源本身。换句话说，所述激光染料显然要具备能够被一定的直流电压或脉冲电压激发的特点，例如直流电压约为3V。

在另一个实施例中，当所述激光阵列装置用于显示一个图像时，所述每组激光光源模块受激发而发出的光，均对应所述图像的一个像素。

就所述实施例而言，意味着所述每组激光光源模块是像素级的。这有利于实现更精细的图像显示，推动激光技术在高清、超清显示领域的应用。

在另一个实施例中，当采用直流电压的激发方式时，每组激光光源模块可以通过薄膜晶体管进行驱动，或者通过其他薄膜晶体管进行驱动：例如氧化物半导体薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管。与通过一束或多束飞秒激光这种激发方式相比，直流电压的激发方式能够单独、甚至同时的控制每个像素点，这对于像素级的激光阵列装置是非常有益的。附带的，这种激发方式还能够大大缩小激光显示领域中设备的体积。依材料不同，直流电压可能会根据需要更改为脉冲电压。脉冲频率和幅值符合显示所需的刷新率即可。

在另一个实施例中，所述复数个光源中的每个光源均为毫米尺度、或微米尺度或更小尺度，例如纳米尺度。

对于所述实施例而言，每个光源的尺度越小，每组激光光源模块的尺度也越小，越有利于实现更高分辨率的图像显示效果。如果将每组激光光源模块中的任意一个光源视为一个微半球结构，按照分辨率的要求，我们可以制得与分辨率相应尺寸的微半球结构。所述任意一个光源的微半球结构的尺寸可以是15、35、45、85、100微米等等，甚至更小。如果任意一个光源的微半球结构的尺寸是毫米级，则适用于户外大屏幕显示技术。

可以看出，微半球结构中的光学模式为回音壁模式，对于不同尺寸的微半球结构，其模式间距不同。根据回音壁模式理论，半球直径越小，其模式间距越大，增益区间内存在的模式数越少，当模式数减少为一个时，即为单模激光，得到最好的单色性。

进一步的，当某个光源所对应的微半球结构的半球直径小到一定尺寸，且所述一定尺寸与所述光源激发出的光为单模激光存在对应关系时，其所发出的单模激光能够进一步增加激光的色域区间。示例性的而非限制的，所述一定尺寸约为15微米。

在另一个实施例中，每组激光光源模块包括RGB(红绿蓝)三个光源。容易理解，这是便于利用RGB三原色原理来混色。参见前文，如果采用一束飞秒激光来激发且混色，那么这束飞秒激光必然要能够同时激发到所述RGB三个光源，以便利用三原色原理来混色得到各种颜色。类似的，如果采用直流电压激发，那么更精细的控制可以实现：对RGB三个光源能够分别控制其电压，从而利用三原色原理来混色得到各种颜色。

在另一个实施例中，所述喷墨打印的墨水包括发光染料和基质材料。示例性的，所述发光染料通过溶剂与所述基质材料形成溶液，从而制得墨水。

对于所述实施例，墨水由于是液态，其配方除了溶剂之外，主要包括基质材料和发光染料。

假设为了制得RGB三原色的光源：优选的，发光染料选用罗丹明B，荧光素钠和对称二苯代乙烯；基质材料选择牛血清蛋白(BSA)，溶剂选择水，辅助材料选择甘油。

其中，发光染料的选择非常广泛。发光染料可选择可光致发激光的染料。对于本领域技术人员而言，按照发光颜色需求，选择相应发光波长的染料即可。此外，发光染料还可选择寡聚苯乙烯类蓝光染料，或者香豆素153，或者香豆素6等香豆素类绿光染料，或者罗丹明6G等罗丹明系列，或者半花菁类红光染料。更一般的，发光染料还可以选择可电致发激光的染料。受电压而激发，必然与墨水固化后形成的光源本身的电致发光特性有关。具体电压的数值(或数值范围)，受所述电致发光特性决定。

示例性的，基质材料作为激光腔体的支撑材料，其与激光染料有材料兼容性即可。容易理解的，材料兼容性越好，则越适于用作基质材料。可以看出，基质材料如果具有良好的加工性能，那么也是非常有利的。例如，基质材料可以选择如聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，NOA1625，NOA68等NOA系列光固化材料等。

更优选的，除了水之外，溶剂还可以选择二氯甲烷，三氯甲烷，二甲基甲酰胺等。

此外，辅助材料的选取原则是：一方面有助于降低溶剂的挥发性，另一方面确保打印过程中墨水不会固化。示例性的，辅助材料一般选择液态的聚合物预聚体，其在光照或加热处理后，才会固化。此外，辅助材料还可以选择热固化环氧树脂，NOA系列光固化胶等。

更优选的，具体的配方可以采用下述任一种：

对称二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B三种激光染料分别加入300-1000mg/mL的BSA水溶液，其中三个染料与BSA的质量比分别为1-3％，随后加入甘油，甘油与水的体积比为1：1-4，优选为1:2；

更优选地，所述墨水采用下述任一种配方：

(1)对称二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B三种激光染料分别加入400mg/mL的BSA水溶液，其中三个染料与BSA的质量比都为1％，最后加入甘油，甘油与水的体积比为1：2。

(2)对称二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B三种激光染料分别加入800mg/mL的BSA水溶液，其中三个染料与BSA的质量比都为1％，最后加入甘油，甘油与水的体积比为1：2。

(3)对称二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B三种激光染料分别加入500mg/mL的BSA水溶液，其中二苯代乙烯，荧光素钠和罗丹明B与BSA的质量比分别为：2％，2％和1％，最后加入甘油，甘油与水的体积比为1：2。

(4)除以上具体配方的用量外，仍有多种选择，其中BSA水溶液的溶度氛围为300-1000mg/mL，罗丹明B，荧光素钠和对称二苯代乙烯与BSA的质量比分别为1％-2％，1％-3％，和1％-3％，甘油与水的体积比为30％-100％。

在另一个实施例中，当采用上述配方(1)至(3)时，所述激光阵列装置中每组激光光源模块在335-375nm飞秒激光的激发下而受激发光。如前所述，波长由墨水固化后所形成的光源的吸收光谱决定。

在另一个实施例中，喷墨打印可使用一个或多个打印头；所述打印头，用于逐次打印，或一次打印每组激光光源模块中的每个光源。

对于所述实施例，参见图2，当使用一个打印头时，打印头逐次打印每组激光光源模块中的每个光源，例如按照R、G、B顺序逐次打印红、绿、蓝三个光源；当使用多个打印头时，多个打印头可以一次打印每组激光光源模块中的每个光源——容易理解，工作中的打印头数量必然大于等于每组激光光源模块中的光源数量，例如大于等于RGB三个光源的数量。图3仅示出了多个打印头中的针对某个光源，例如红色光源的多个打印头，针对复数个光源的其他光源并未示出。

在另一个实施例中，所述打印头尺寸由所述每个光源的尺寸所决定。

可以看出，打印头的尺寸与前文所述微半球结构的半球直径相关，受半球直径决定。所述打印头的尺寸可选的范围有5、10、20、30、40、50、60微米等等。如果需要制得比微米尺度更小的微半球结构，当打印头的尺寸无法更小时，可以采用能够调节墨滴尺寸的喷墨打印机来适应性稍加改进以便于通过喷墨打印来制得本公开所述的光源。如前所述，如果要获得毫米级的微半球结构，那么打印头的尺寸可以适当的大一点。

能够调节墨滴尺寸的喷墨打印机，可以参见现有技术中的如下专利文献：CN1876375 A、US8042899 B2、US8714692 B1、US8955937 B2、US8985723 B2、US9573382 B1。这些专利文献在此一并引入本公开的说明书，然而需要指出的是：这些只是现有技术中的喷墨打印机有关技术的一部分。由于无法穷举所有现有技术，因此，其余可以参考和稍加改进的现有技术不再列出。

此外，本公开另一个实施例中，还揭示了一种激光投影仪，其中，

所述激光投影仪包括前述任一激光阵列装置。

此外，本公开还揭示了一种激光薄膜，其中，

所述激光薄膜包括前述任一激光阵列装置。

对于所述激光投影仪和激光薄膜，其扩展了本公开所述激光阵列装置的应用。例如，将所述激光阵列装置用作投影仪中的光源。一般情况下，喷墨打印过程依赖于基板，所述只要有利于在其上喷墨打印光源即可；更佳的，基板需要有一定的透光性。然而，容易理解的，当用于激光薄膜时，所述激光阵列装置的基板需要具备相应的柔性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种激光阵列装置，其中：

所述激光阵列装置包括多组独立的激光光源模块；

每组激光光源模块包括复数个光源；

所述复数个光源均通过喷墨打印制得。

2.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述复数个光源的至少两个光源能够在相同的激发条件下发出不同颜色的光。

3.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述每组激光光源模块通过飞秒激光来激发所述复数个光源。

4.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述激光阵列装置通过直流电压或脉冲电压来激发所述复数个光源。

5.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

当所述激光阵列装置用于显示一个图像时，所述每组激光光源模块受激发而发出的光，均对应所述图像的一个像素。

6.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述复数个光源中的每个光源均为毫米尺度、或微米尺度或更小尺度。

7.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

每组激光光源模块包括RGB三个光源。

8.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述喷墨打印的墨水包括发光染料和基质材料。

9.根据权利要求1所述的激光阵列装置，其中：

所述喷墨打印利用一个或多个打印头进行；

所述打印头，用于逐次打印，或一次打印每组激光光源模块中的每个光源。

10.根据权利要求9所述的激光阵列装置，其中：

所述打印头的尺寸由所述每个光源的尺寸所决定。

11.一种激光投影仪，其中，

所述激光投影仪包括权利要求1-10任一项的激光阵列装置。

12.一种激光薄膜，其中，

所述激光薄膜包括权利要求1-10任一项的激光阵列装置。