CN101639164B - 一种高稳定的增强显色性led光源模块 - Google Patents

一种高稳定的增强显色性led光源模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高稳定的增强显色性LED光源模块，包括基板及设于基板边缘上的混光腔体，混光腔体内设有白光LED芯片、彩色LED芯片及光传感器，混光腔体内填充有第一透光介质，混光腔体出光口处设有第二透光介质，混光腔体内壁与第二透光介质下表面形成多次反射腔；彩色LED芯片还连接至控制电路，光传感器能探测混光腔体内的白光光通量，控制电路根据光传感器的探测结果调节彩色LED芯片的光通量。该模块能在保持光效的同时，提供高显色性的光输出，色温十分稳定，并且能充分混光，均匀出光。模块的制作工艺也具有很大的灵活性和一致性。

Description

一种高稳定的增强显色性LED光源模块
技术领域
本发明涉及LED光源模块化技术领域，具体公开了一种高稳定的增强显色性LED光源模块。
背景技术
LED是一种半导体发光器件。自大功率白光LED的出现后，由于它具有发光效率高、节能效果好、无污染、寿命长等特点，被誉为替代荧光灯和白炽灯的第四代照明光源。
白光LED要产生白光有三种方法可以实现：1.蓝光LED加YAG荧光粉，由蓝光LED激发涂布在其上方的黄色YAG荧光粉，荧光粉被激发后产生的黄光与原来激发的蓝光互补而产生白光；2.紫外光或紫光(300～400nm)LED加RGB荧光粉，其原理与日光灯的发光原理类似；3.利用三基色原理将RGB三种超高亮度LED混合生成白光。目前，商业上照明领域普遍使用的是蓝光芯片加上YAG荧光粉构成的大功率白光LED。
LED光源，需要对光通量、光效、色温以及显色指数进行评价。其中显色指数反映光源质量好坏的重要特性，其值是由光源的光谱能量分布所决定的。利用“蓝光LED+YAG荧光粉”方法获得白光，制作工艺相对简单，成本也较低。但是，由于其光谱中缺少红光和绿光部分的辐射而局限了光源的质量，导致光源的显色指数偏低(80左右)，从而限制了白光LED在某些需要更高显色指数的场合的应用。
提高显色指数一个有效的方法是增加其光谱中缺少的颜色辐射，尤其增加红色波段(600-680nm波长)的辐射，其效果最为明显。这在实际操作中有两个途径实现：第一，在YAG荧光粉中添加红色或其他颜色的荧光组分(如专利CN1677695A、CN 101414604A和CN 101195742A)或采用YAG荧光粉层与红色荧光粉层相结合的多层荧光粉方式(如专利CN 1953216A)；第二，在封装上同时集成了白光LED和红光LED(如专利CN 101255956A)，或者在同一LED内封装了白光LED芯片和红光LED芯片(如专利CN1937222A)，利用红光LED(芯片)发出的红光来弥补白光缺少红光辐射的局限。对于前种方法，存在红色荧光粉发光效率偏低的问题，荧光粉对蓝光吸收多，引起总体光通量的下降。另外，批量产品的一致性有待提高。对于后一种方法，由于目前蓝光芯片采用GaN系材料，而红光芯片采用InP系材料，不同材料造成衰减系数不一致，峰值波长也会漂移，长时间使用后高显色性难以保持，色温也难以稳定，并且由于封装了多颗芯片，容易造成发光颜色不均匀。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高稳定的增强显色性LED光源模块，该模块能在保持光效的同时，提供高显色性的光输出，色温十分稳定，并且能充分混光，均匀出光。模块的制作工艺也具有很大的灵活性和一致性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种高稳定的增强显色性LED光源模块，包括基板及设于基板边缘上的混光腔体，混光腔体内设有白光LED芯片、彩色LED芯片及光传感器，混光腔体内填充有第一透光介质，混光腔体出光口处设有第二透光介质，混光腔体内壁与第二透光介质下表面形成多次反射腔；该彩色LED芯片还连接至控制电路，光传感器能探测混光腔体内的白光光通量，控制电路根据光传感器的探测结果调节彩色LED芯片的光通量。
第一透光介质与第二透光介质的交界面具有微小漫反射结构或多层膜结构。
该微小漫反射结构或多层膜结构设于第二透光介质下表面，微小漫反射结构为锯齿状、半圆状或微孔状。
该第二透光介质填充有光扩散剂。
第一透光介质与第二透光介质的交界面形成有透镜状结构。
第一透光介质与第二透光介质交界面的形状为平面或曲面结构。
该彩色LED芯片包括一种或一种以上的颜色种类LED芯片。
该彩色LED芯片为红光LED芯片或绿光LED芯片与琥珀色LED芯片的组合。
该基板上还设有用于探测基板温度的温度传感器，并通过散热装置控制基板温度。
所述白光LED芯片为蓝光LED芯片表面涂覆了荧光粉层的裸芯片或为荧光粉涂覆封装后所形成的任何结构LED；所述彩色LED芯片为彩色LED裸芯片的形态或为封装后所形成的任何结构彩色LED。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：为提高LED光源模块的显色指数，拓展其应用场合，本发明在模块化集成封装的层面上，设计了混光腔体和两种介质界面结构，提出类积分球的概念，既保证多种颜色在腔体内充分混合也形成需要的出光面；利用界面的光学反馈，结合基板上或腔体其他部位的光传感器，调控模块腔体内的白光与其他颜色的光通量比例，实现高显色性输出；在基板上集成了温度传感器，用于控制基板温度，消除LED在老化过程中造成的配比误差，保证模块显色指数和色温的高稳定性。
附图说明
图1是实施例1所述的红光增强显色性LED光源模块；
图2是实施例2所述的红光增强显色性LED光源模块；
图3是实施例3所述的红光增透的LED光源模块；
图4是实施例4所述的使用光扩散剂的LED光源模块；
图5是实施例5所述的具有透镜状界面的LED光源模块；
图6是实施例6所述的多色(三种)混光的高显色性LED光源模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1所示，一种高稳定的红光增强显色性LED光源模块，包括白光LED芯片1、红光LED芯片2、光传感器3、温度传感器4、基板5、混光腔体6、第一透光介质7和第二透光介质8。所述白光LED芯片1为涂覆了YAG荧光粉层的蓝光LED芯片。
基板5上同时焊接了白光LED芯片1、红光LED芯片2、光传感器3和温度传感器4。混光腔体6内填充第一透光介质7，第一透光介质7表面形成锯齿状的微小结构，并在其上方覆盖第二透光介质8。
覆盖了YAG荧光粉层的蓝光芯片发出的白光与红光LED芯片2发出的红光在混光腔体6内充分混合。光传感器3探测腔体内的白光光通量，外围电路通过最佳光通量比，实时调节红光光通量，使混合光的显色指数最大，并在第二透光介质8中输出高显色性的光。
温度传感器4用于探测基板5的温度，通过散热装置控制基板5温度，延长LED寿命，抑制峰值波长的漂移，保证配光准确及模块显色指数和色温的稳定性。
实施例2
如图2所示，一种高稳定的红光增强显色性LED光源模块，该模块基板5上同时焊接了白光LED芯片1、红光LED芯片2、光传感器3和温度传感器4。其中，白光LED1和红光LED2为封装好的成品再集成到模块中。第一透光介质7与第二透光介质8间的界面也做成半圆状。其他与实施例1相同。
实施例3
如图3所示，该模块的第二透光介质8下表面做成多层膜结构，多层膜的参数要根据需要增透的红光波长及透光率来设定。其他则与实施例1相同。设置多层膜结构，能达到两个重要的作用：1.提高红光部分的出光效率，增强显色性；2.阻止红光对光传感器的影响，提高混光的准确度。
实施例4
如图4所示，该实施例子的第二透光介质8下表面并没有设置微小的漫反射结构，取而代之的是在介质中混入光扩散剂，同样达到光反馈的效果。其他与实施例1相同。
实施例5
如图5所示，该实施例的第一透光介质7与第二透光介质8之间的界面做成透镜状，能调节配光曲线。其他与实施例1相同。透镜的具体参数根据实际需要利用光学设计软件设定。
实施例6
如图6所示，此实例与前五例不同的是，没有采用“白光+红光”的混光方式，而是采用“白光+琥珀光+绿光”的混光方式。该模块的基板5焊接了白光LED芯片1、绿光LED芯片2、琥珀色LED芯片3、光传感器4和温度传感器5。其他与前五例类似，光传感器4探测腔体内的白光光通量，外围电路通过最佳比例，输出合适的库珀色以及绿色的光通量，最后在第二透光介质9中输出高显色性的光。
该实施例子能进一步提高显色指数到95以上，并且实现色温可调节，在不同色温下依然保持非常高的显色指数。综合上述技术方案，模块混光颜色的数量以及种类可根据白光LED的类型，借助色度学模拟或由实验确定，具有非常大的灵活性。

Claims (8)

1.一种高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：包括基板(5)及设于基板(5)上侧的混光腔体(6)，混光腔体(6)内设有白光LED芯片(1)、辅助LED芯片(2)及光传感器(3)，混光腔体(6)内填充有第一透光介质(7)，混光腔体(6)出光口处设有第二透光介质(8)，混光腔体(6)内壁与第二透光介质(8)下表面形成多次反射腔；该辅助LED芯片(2)还连接至控制电路，光传感器(3)能探测混光腔体(6)内的白光光通量，控制电路根据光传感器(3)的探测结果调节辅助LED芯片(2)的光通量；该辅助LED芯片(2)为红光LED芯片，或者是绿光LED芯片与琥珀色LED芯片组合形成的辅助LED芯片(2)。
2.根据权利要求1所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：第一透光介质(7)与第二透光介质(8)的交界面具有微小漫反射结构或多层膜结构。
3.根据权利要求2所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：该微小漫反射结构或多层膜结构设于第二透光介质(8)下表面，微小漫反射结构为锯齿状、半圆状或微孔状。
4.根据权利要求1所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：该第二透光介质(8)填充有光扩散剂。
5.根据权利要求1所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：第一透光介质(7)与第二透光介质(8)的交界面形成有透镜状结构。
6.根据权利要求1所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：第一透光介质(7)与第二透光介质(8)交界面的形状为平面或曲面结构。
7.根据权利要求1所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：该基板上还设有用于探测基板(5)温度的温度传感器(4)，并通过散热装置控制基板(5)温度。
8.根据权利要求1至6任一项所述的高稳定的增强显色性LED光源模块，其特征在于：所述白光LED芯片(1)为蓝光LED芯片表面涂覆了荧光粉层的裸芯片或为荧光粉涂覆封装后所形成片状结构的LED；所述辅助LED芯片(2)为辅助LED裸芯片的形态或为封装后所形成片状结构的辅助LED。
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