一种基于碳纳米粒子的激光白光光源的制作方法
一种基于碳纳米粒子的激光白光光源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光源领域，尤其涉及一种基于激光和碳纳米粒子发光材料的激光白光光源。
【背景技术】
[0002]目前常用三种半导体技术实现白光光源:(1)利用红，绿，蓝三基色发光二级管(LED)按一定比例混合产生白光；(2)紫外光LED激发三基色荧光粉产生白光；(3)利用蓝色光LED激发钇铝石榴石为主体的荧光粉产生黄绿光，并混合剩余的蓝光产生白光。上述方法中第一种和第二种技术不成熟，并未普及，而第三种方法是目前应用较广泛的白光发光二级管的制作方法。但第三种方法的缺陷也很明显，如:光转化的稀土荧光粉涂布于LED发光芯片上，容易产生散热问题影响白光质量和设备寿命，并降低稀土荧光粉的光转换效率。目前的半导体白光光源均采用稀土基荧光粉作为光转换材料，稀土本身作为稀有资源储量是有限的，而稀土的大量开采和冶炼也会加大对环境的破坏。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，旨在解决现有白光光源的缺陷。
[0004]本发明是这样实现的，一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件；
[0005]所述激光源用于产生激光，所述激光经所述光束调整组件调光后照射在所述碳纳米粒子上以激发所述碳纳米粒子，所述碳纳米粒子吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经所述反光组件调整方向后集中射出。
[0006]进一步地，所述激光源为半导体激光二极管。
[0007 ] 进一步地，所述激光源用于产生波长范围为350nm-500nm的激光。
[0008]进一步地，所述光束调整组件为一调光透镜。
[0009]进一步地，所述调光透镜为凸透镜。
[0010]进一步地，所述调光透镜为凹透镜。
[0011]进一步地，所述反光组件为反光杯。
[0012]进一步地，所述碳纳米粒子的粒径为lnm-10nm，所述碳纳米粒子均勾分散于高分子聚合物中，在所述高分子聚合物中呈固态。
[0013]进一步地，所述碳纳米粒子在所述高分子聚合物中的质量浓度为0.1%_100%。
[0014]进一步地，所述高分子聚合物为环氧树脂或者有机硅树脂中的一种。
[0015]本发明与现有技术相比，有益效果在于:本发明采用的碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制，对环境友好，进一步地，采用半导体激光二极管LD作为白光的激发光源，相对于LED作为激发光源的功耗更低，且光转换碳纳米材料采用远程模式设计，与激发激光的发光芯片不接触，热效应小，可提高白光产生的效率以及延长光源使用寿命；由于采用价格相对低廉的半导体激光二极管LD产生激发光，这有利于降低激光白光光源的制作成本，另外本发明提供的激光白光光源的色温可根据需要选择不同的波长的半导体激光二极管LD或者不同浓度的碳纳米粒子进行灵活调节，适应性较广。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的一种基于碳纳米粒子的激光白光光源的结构示意图。
[0017]图2是本发明实施例提供的激光白光光源的光谱图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]为了克服现有白光技术的缺陷，本发明采用半导体激光二极管(LD，LaSerD1de)作为激发光源，采用碳纳米粒子作为光转换材料，利用半导体激光二极管所产生的激光的一部分来激发碳纳米粒子以产生可见光，并使得该可见光与剩余的激光混合产生白光。光转换碳纳米粒子采用远程模式，不与激发光源的发光芯片接触，热效应小，且碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制。
[0020]基于上述理论，本发明提供了如图1所示的一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源100、光束调整组件200、碳纳米粒子300和反光组件400;
[0021]激光源100用于产生激光，所述激光经光束调整组件200调光后照射在碳纳米粒子300上以激发碳纳米粒子300，碳纳米粒子300吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经反光组件400调整方向后集中射出。
[0022]下面，对本发明进行进一步地阐述。
[0023]本发明提供的激光白光光源由以下部分组成:激光源100，其产生的激光的波长范围为350-500nm;光束调整组件200，可以是调光透镜，所述调光透镜可以是凸透镜或者凹透镜;碳纳米粒子300，其粒径为l-10nm，且均匀分散于高分子聚合物中，在高分子聚合物中呈固态，浓度(即碳纳米粒子在高分子聚合物中的质量分数)为0.1%-100%;反光组件400;所述高分子聚合物可以是环氧树脂或者有机硅树脂，也可以是其他高分子聚合物。
[0024]本发明的工作原理是这样的:激光源100发出一束激光，激光穿过光束调整组件200后照射在有碳纳米粒子300的高分子聚合物上，碳纳米粒子300吸收一定量的激光并将其转化为波长更长的可见光，可见光波长介于450-700nm之间，转化形成的可见光与剩余的尚未吸收的激光混合而得到白光。因为激光源100发出的激光的光斑不一定符合实际应用的要求，使用光束调整组件200的目的是为了使激光通过光束调整组件200调整到实际应用所需要的光斑形状；白光的色温可通过两种方式进行调节:1)选用不同波长的激光源发射的激光来激发碳纳米粒子，如选择激发波长较长的半导体激光二极管LD作为激发源则得到色温较低的白光，反之亦然；2)通过碳纳米粒子300在高分子聚合物基体中的浓度进行调节，如选择浓度较低的碳纳米粒子300作为光转换时产生的白光色温较高，反之亦然。所产生的白光通过反光组件400的反射而集中，从而提高白光亮度。
[0025]下面通过一具体实施例对本发明进行详细的阐述:在本实施例中，激光源100采用半导体激光二极管LD，光束调整组件200采用凸透镜，反光组件400采用反光杯来进行说明:
[0026]LD栗浦光源100产生栗浦光的波长为405nm，栗浦光经过凸透镜200后聚焦在光转化碳纳米粒子300的高分子聚合物上，碳纳米粒子300受到栗浦光的激发，产生波长较长的可见光，发光峰位置为470-580nm的可见光区域，碳纳米粒子产生的可见光与剩余的405nm栗浦光混合形成白光，所产生的白光通过反光杯400调整方向后集中射出。
[0027]在本实施例中，光转化碳纳米粒子300为分散于环氧树脂中的碳纳米粒子，碳纳米粒子的直径为2至5纳米，碳纳米粒子在环氧树脂中的质量分数为10%。在本实施例中使用了成熟的LD作为激光源，相比于现有采用LED作为激发光源，功耗更低，而光转换碳纳米粒子采用远程模式的设计，不与激光发光芯片接触，有效减少了热效应，提高发光效率，延长了使用寿命。
[0028]本实施例的白光光源的光谱图如图2所示，其色度坐标和色温分别为CIE1931(0.305，0.371)和6625K。
[0029]本发明采用半导体激光二极管(LD)产生的激光为激发光，碳纳米粒子作为光转换材料，通过碳纳米粒子吸收部分激光，并转化成波长较长的可见光。转化的可见光与剩余的激光混合形成白光。此发明的碳纳米粒子均匀分散于高分子聚合物中且采用远程模式设计，不与激光的发光芯片相接触，热效应小，半导体激光二极管功耗更低，可实现可调白光色温。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，其特征在于，所述激光白光光源包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件； 所述激光源用于产生激光，所述激光经所述光束调整组件调光后照射在所述碳纳米粒子上以激发所述碳纳米粒子，所述碳纳米粒子吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经所述反光组件调整方向后集中射出。2.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述激光源为半导体激光二极管。3.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述激光源用于产生波长范围为350nm-500nm 的激光。4.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述光束调整组件为一调光透镜。5.如权利要求4所述的激光白光光源，其特征在于，所述调光透镜为凸透镜。6.如权利要求4所述的激光白光光源，其特征在于，所述调光透镜为凹透镜。7.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述反光组件为反光杯。8.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述碳纳米粒子的粒径为lnm-10nm，所述碳纳米粒子均匀分散于高分子聚合物中，在所述高分子聚合物中呈固态。9.如权利要求8所述的激光白光光源，其特征在于，所述碳纳米粒子在所述高分子聚合物中的质量浓度为0.1%-100%。10.如权利要求8或9所述的激光白光光源，其特征在于，所述高分子聚合物为环氧树脂或者有机硅树脂中的一种。
【专利摘要】本发明适用于光源领域，提供了基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件；激光源用于产生激光，激光经光束调整组件调光后照射在碳纳米粒子上以激发碳纳米粒子，碳纳米粒子吸收部分激光并转化成可见光，然后可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经反光组件反射后射出。本发明采用的碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制，对环境友好，进一步地，采用半导体激光二极管LD作为白光的激发光源，相对于LED作为激发光源的功耗更低，价格低廉，有利于降低激光白光光源的制作成本；且碳纳米材料采用远程模式设计，与激发激光的发光芯片不接触，热效应小，可提高白光产生的效率以及延长光源使用寿命。
【IPC分类】F21V9/00, F21K99/00, F21V13/14
【公开号】CN105485548
【申请号】CN201610022094
【发明人】张文飞, 余兆丰, 阮双琛
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月13日
【技术领域】
[0001]本发明属于光源领域，尤其涉及一种基于激光和碳纳米粒子发光材料的激光白光光源。
【背景技术】
[0002]目前常用三种半导体技术实现白光光源:(1)利用红，绿，蓝三基色发光二级管(LED)按一定比例混合产生白光；(2)紫外光LED激发三基色荧光粉产生白光；(3)利用蓝色光LED激发钇铝石榴石为主体的荧光粉产生黄绿光，并混合剩余的蓝光产生白光。上述方法中第一种和第二种技术不成熟，并未普及，而第三种方法是目前应用较广泛的白光发光二级管的制作方法。但第三种方法的缺陷也很明显，如:光转化的稀土荧光粉涂布于LED发光芯片上，容易产生散热问题影响白光质量和设备寿命，并降低稀土荧光粉的光转换效率。目前的半导体白光光源均采用稀土基荧光粉作为光转换材料，稀土本身作为稀有资源储量是有限的，而稀土的大量开采和冶炼也会加大对环境的破坏。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，旨在解决现有白光光源的缺陷。
[0004]本发明是这样实现的，一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件；
[0005]所述激光源用于产生激光，所述激光经所述光束调整组件调光后照射在所述碳纳米粒子上以激发所述碳纳米粒子，所述碳纳米粒子吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经所述反光组件调整方向后集中射出。
[0006]进一步地，所述激光源为半导体激光二极管。
[0007 ] 进一步地，所述激光源用于产生波长范围为350nm-500nm的激光。
[0008]进一步地，所述光束调整组件为一调光透镜。
[0009]进一步地，所述调光透镜为凸透镜。
[0010]进一步地，所述调光透镜为凹透镜。
[0011]进一步地，所述反光组件为反光杯。
[0012]进一步地，所述碳纳米粒子的粒径为lnm-10nm，所述碳纳米粒子均勾分散于高分子聚合物中，在所述高分子聚合物中呈固态。
[0013]进一步地，所述碳纳米粒子在所述高分子聚合物中的质量浓度为0.1%_100%。
[0014]进一步地，所述高分子聚合物为环氧树脂或者有机硅树脂中的一种。
[0015]本发明与现有技术相比，有益效果在于:本发明采用的碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制，对环境友好，进一步地，采用半导体激光二极管LD作为白光的激发光源，相对于LED作为激发光源的功耗更低，且光转换碳纳米材料采用远程模式设计，与激发激光的发光芯片不接触，热效应小，可提高白光产生的效率以及延长光源使用寿命；由于采用价格相对低廉的半导体激光二极管LD产生激发光，这有利于降低激光白光光源的制作成本，另外本发明提供的激光白光光源的色温可根据需要选择不同的波长的半导体激光二极管LD或者不同浓度的碳纳米粒子进行灵活调节，适应性较广。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的一种基于碳纳米粒子的激光白光光源的结构示意图。
[0017]图2是本发明实施例提供的激光白光光源的光谱图。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]为了克服现有白光技术的缺陷，本发明采用半导体激光二极管(LD，LaSerD1de)作为激发光源，采用碳纳米粒子作为光转换材料，利用半导体激光二极管所产生的激光的一部分来激发碳纳米粒子以产生可见光，并使得该可见光与剩余的激光混合产生白光。光转换碳纳米粒子采用远程模式，不与激发光源的发光芯片接触，热效应小，且碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制。
[0020]基于上述理论，本发明提供了如图1所示的一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源100、光束调整组件200、碳纳米粒子300和反光组件400;
[0021]激光源100用于产生激光，所述激光经光束调整组件200调光后照射在碳纳米粒子300上以激发碳纳米粒子300，碳纳米粒子300吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经反光组件400调整方向后集中射出。
[0022]下面，对本发明进行进一步地阐述。
[0023]本发明提供的激光白光光源由以下部分组成:激光源100，其产生的激光的波长范围为350-500nm;光束调整组件200，可以是调光透镜，所述调光透镜可以是凸透镜或者凹透镜;碳纳米粒子300，其粒径为l-10nm，且均匀分散于高分子聚合物中，在高分子聚合物中呈固态，浓度(即碳纳米粒子在高分子聚合物中的质量分数)为0.1%-100%;反光组件400;所述高分子聚合物可以是环氧树脂或者有机硅树脂，也可以是其他高分子聚合物。
[0024]本发明的工作原理是这样的:激光源100发出一束激光，激光穿过光束调整组件200后照射在有碳纳米粒子300的高分子聚合物上，碳纳米粒子300吸收一定量的激光并将其转化为波长更长的可见光，可见光波长介于450-700nm之间，转化形成的可见光与剩余的尚未吸收的激光混合而得到白光。因为激光源100发出的激光的光斑不一定符合实际应用的要求，使用光束调整组件200的目的是为了使激光通过光束调整组件200调整到实际应用所需要的光斑形状；白光的色温可通过两种方式进行调节:1)选用不同波长的激光源发射的激光来激发碳纳米粒子，如选择激发波长较长的半导体激光二极管LD作为激发源则得到色温较低的白光，反之亦然；2)通过碳纳米粒子300在高分子聚合物基体中的浓度进行调节，如选择浓度较低的碳纳米粒子300作为光转换时产生的白光色温较高，反之亦然。所产生的白光通过反光组件400的反射而集中，从而提高白光亮度。
[0025]下面通过一具体实施例对本发明进行详细的阐述:在本实施例中，激光源100采用半导体激光二极管LD，光束调整组件200采用凸透镜，反光组件400采用反光杯来进行说明:
[0026]LD栗浦光源100产生栗浦光的波长为405nm，栗浦光经过凸透镜200后聚焦在光转化碳纳米粒子300的高分子聚合物上，碳纳米粒子300受到栗浦光的激发，产生波长较长的可见光，发光峰位置为470-580nm的可见光区域，碳纳米粒子产生的可见光与剩余的405nm栗浦光混合形成白光，所产生的白光通过反光杯400调整方向后集中射出。
[0027]在本实施例中，光转化碳纳米粒子300为分散于环氧树脂中的碳纳米粒子，碳纳米粒子的直径为2至5纳米，碳纳米粒子在环氧树脂中的质量分数为10%。在本实施例中使用了成熟的LD作为激光源，相比于现有采用LED作为激发光源，功耗更低，而光转换碳纳米粒子采用远程模式的设计，不与激光发光芯片接触，有效减少了热效应，提高发光效率，延长了使用寿命。
[0028]本实施例的白光光源的光谱图如图2所示，其色度坐标和色温分别为CIE1931(0.305，0.371)和6625K。
[0029]本发明采用半导体激光二极管(LD)产生的激光为激发光，碳纳米粒子作为光转换材料，通过碳纳米粒子吸收部分激光，并转化成波长较长的可见光。转化的可见光与剩余的激光混合形成白光。此发明的碳纳米粒子均匀分散于高分子聚合物中且采用远程模式设计，不与激光的发光芯片相接触，热效应小，半导体激光二极管功耗更低，可实现可调白光色温。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于碳纳米粒子的激光白光光源，其特征在于，所述激光白光光源包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件； 所述激光源用于产生激光，所述激光经所述光束调整组件调光后照射在所述碳纳米粒子上以激发所述碳纳米粒子，所述碳纳米粒子吸收部分所述激光并转化成可见光，然后所述可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经所述反光组件调整方向后集中射出。2.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述激光源为半导体激光二极管。3.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述激光源用于产生波长范围为350nm-500nm 的激光。4.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述光束调整组件为一调光透镜。5.如权利要求4所述的激光白光光源，其特征在于，所述调光透镜为凸透镜。6.如权利要求4所述的激光白光光源，其特征在于，所述调光透镜为凹透镜。7.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述反光组件为反光杯。8.如权利要求1所述的激光白光光源，其特征在于，所述碳纳米粒子的粒径为lnm-10nm，所述碳纳米粒子均匀分散于高分子聚合物中，在所述高分子聚合物中呈固态。9.如权利要求8所述的激光白光光源，其特征在于，所述碳纳米粒子在所述高分子聚合物中的质量浓度为0.1%-100%。10.如权利要求8或9所述的激光白光光源，其特征在于，所述高分子聚合物为环氧树脂或者有机硅树脂中的一种。
【专利摘要】本发明适用于光源领域，提供了基于碳纳米粒子的激光白光光源，包括激光源、光束调整组件、碳纳米粒子和反光组件；激光源用于产生激光，激光经光束调整组件调光后照射在碳纳米粒子上以激发碳纳米粒子，碳纳米粒子吸收部分激光并转化成可见光，然后可见光与剩余未被吸收的激光混合后产生的白光经反光组件反射后射出。本发明采用的碳纳米粒子原料来源广泛，不受资源限制，对环境友好，进一步地，采用半导体激光二极管LD作为白光的激发光源，相对于LED作为激发光源的功耗更低，价格低廉，有利于降低激光白光光源的制作成本；且碳纳米材料采用远程模式设计，与激发激光的发光芯片不接触，热效应小，可提高白光产生的效率以及延长光源使用寿命。
【IPC分类】F21V9/00, F21K99/00, F21V13/14
【公开号】CN105485548
【申请号】CN201610022094
【发明人】张文飞, 余兆丰, 阮双琛
【申请人】深圳大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月13日
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