CN101801140B

CN101801140B - 白光加红绿蓝led组合获得高显色可调色温白光的方法

Info

Publication number: CN101801140B
Application number: CN 201010132454
Authority: CN
Inventors: 何国兴; 郑利红
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: CN101801140A

Abstract

本发明涉及一种白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，它由色温为3800K～4800K的高光效白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED，以及一个控制电路实现。高光效白光LED由蓝光芯片、黄色荧光粉和绿色荧光粉组成，从而获得高光效白光LED。通过控制电路分别对白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED提供不同驱动电流，产生不同光强的白光、红光、绿光和蓝光，从而实现不同色温的高光效白光，并可获得在2700K～7000K的色温范围内一般显色指数Ra和特殊显色指数R₉都大于90的色温可调和光通可调的LED组合白光。

Description

白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法

技术领域

本发明涉及LED白光技术领域，特别是涉及一种白光加红绿蓝LED组合获得高光效高显色可调色温LED白光的方法。

背景技术

目前用LED实现可调色温白光的一般有以下几种方案：

1.采用红光LED、绿光LED和蓝光LED组合独立回路，通过调节各回路的驱动电流达到不同色温的白光，其白光的显色性一般都较差。

2.采用蓝光LED芯片激发荧光粉产生高色温冷白光和红光LED芯片组合，或高色温冷白光LED和红光LED组合，通过调节红光LED(芯片)的驱动电流达到不同色温的白光，在2700K～6500K色温范围内其白光的显色性仍然不高。要实现在2700K～6500K色温范围内高显色性必需调整荧光粉配比，因此不能实现连续可调色温的高显色性白光。

3.在方案2的基础上再加绿光LED芯片，但其显色指数Ra在2700K～6500K范围内仍不能都达到90以上，其特殊显色指数R₉仍较低。

4、采用蓝光LED芯片激发红绿荧光粉加黄光LED芯片组合，通过调节黄光LED芯片的驱动电流得到不同色温的白光，其显色性也只能达到80左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，获得在2700K～6500K色温范围内一般显色指数Ra和特殊显色指数R₉都大于90的高光效高显色可调色温的LED白光。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，包括以下步骤：

(1)根据白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的相对光谱分布，通过仿真模拟确定所需LED组合白光色温范围下的白光、红光、绿光和蓝光的光通百分比；

(2)选择白光LED组成白光LED回路，并与白光控制电路串联；选择红光LED组成红光LED回路，并与红光控制电路串联；选择绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光控制电路串联；选择蓝光LED组成蓝光LED回路，并与蓝光控制电路串联；

(3)根据白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路的光通与驱动电流的关系，确定白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路的驱动电流；

(4)通过对应的控制电路，分别对白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路提供确定的驱动电流，从而获得所需色温下的高显色性白光。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的白光LED由蓝光芯片、黄色荧光粉和绿色荧光粉组成；所述的蓝光芯片的主峰波长为450～470nm；所述的蓝光芯片峰值的相对光谱强度为0.50～0.7；所述的黄色荧光粉的主峰波长为560～600nm；所述的绿色荧光粉的主峰波长为510～540nm；所述的白光LED的色温为3800K～4800K，其中荧光光谱的色坐标为u＝0.1965，v＝0.3762，色坐标范围为dC＜0.01。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的蓝光芯片的主峰波长更可取的是455～465nm；所述的蓝光芯片峰值的相对光谱强度更可取的是0.55～0.65；所述的黄色荧光粉的主峰波长更可取的是575～585nm；所述的绿色荧光粉的主峰波长更可取的是520～530nm。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的红光LED的主峰波长为620～640nm；绿光LED的主峰波长为510～530nm；蓝光LED的主峰波长为450～465nm。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的红光LED的主峰波长更可取的是625～635nm；绿光LED的主峰波长更可取的是515～525nm；蓝光LED的主峰波长更可取的是455～460nm。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的所需LED组合白光色温的范围为2700K～6500K。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的高显色性白光通过所述的白光控制电路、红光控制电路、绿光控制电路和蓝光控制电路进行光通调节和色温调节。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的白光LED回路由一颗或至少两颗白光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的红光LED回路由一颗或至少两颗红光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的绿光LED回路由一颗或至少两颗绿光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的蓝光LED回路由一颗或至少两颗蓝光LED进行串联或并联或串并混合连接组成。

所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的颗数根据所述的所需LED组合白光光通的大小以及单颗白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的光通来确定。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：利用色光混合相加原理和光源显色性评价方法，通过对白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED组合进行计算机仿真模拟，找到了满足在2700K～6500K色温范围内，白光一般显色指数Ra和特殊显色指数R₉都大于90的白光加红绿蓝LED组合，并确定了白光LED中荧光光谱的色坐标范围，蓝光相对光谱强度的范围，白光LED的色温范围，以及红光LED、绿光LED和蓝光LED的主峰波长范围，并可确定所需LED组合白光色温下白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路的驱动电流，因此，控制实施方便。

附图说明

图1是本发明的控制电路与LED回路连接示意图；

图2是白光LED相对光谱分布示意图；

图3是红光LED相对光谱分布示意图；

图4是绿光LED相对光谱分布示意图；

图5是蓝光LED相对光谱分布示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，采用理论模型仿真模拟了白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的光谱分布，以及光谱分布、光通和功率与驱动电流变化的关系；利用色光混合相加原理和光源显色性评价方法，通过对白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED组合进行计算机仿真模拟，找到了满足在2700K～6500K色温范围内，白光一般显色指数Ra和特殊显色指数R₉都大于90的白光加红绿蓝LED组合，并确定了白光LED中荧光光谱的色坐标范围，蓝光相对光谱强度的范围，白光LED的色温范围，以及红光LED、绿光LED和蓝光LED的主峰波长范围。利用本发明制作的灯具可适合用于按季节、环境、气氛、爱好等需要从冷白色到暖白色自由调节的特殊要求的照明光源，也可适合用作普通照明光源。

本发明的实施例由5颗功率1W的白光LED、3颗功率1W的红光LED、2颗功率1W的绿光LED和2颗功率1W的蓝光LED和控制电路组成，其连接关系如图1所示。

白光LED的白光由蓝光芯片激发黄色荧光粉和绿色荧光粉产生，蓝光芯片的主峰波长为455.0nm，黄色荧光粉的主峰波长为582.0nm，绿色荧光粉的主峰波长为530nm；白光LED在驱动电流350mA下的色温为4512K，其中荧光光谱的色坐标为u＝0.1959，v＝0.3761，蓝光峰值的相对光谱强度为0.564，此白光LED的光通达到113.5lm，其相对光谱分布如图2所示；红光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为629.2nm，相对光谱分布如图3所示；绿光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为515.3nm，相对光谱分布如图4所示；蓝光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为456.2nm，相对光谱分布如图5所示。

根据白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的相对光谱分布，以及在驱动电流350mA下的光通，通过仿真计算确定在2700K～6500K色温范围内白光、红光、绿光和蓝光分别所需的光通百分比如表1所示：

表1

然后，根据所需要的高显色白光的光通，分别确定白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的所需颗粒数组成各自的独立回路。本实施例中白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的颗粒数是根据所需高显色白光的光通为600lm，采用上述具体实施方法而确定。其中，白光LED回路由5颗白光LED串联而成；红光LED回路由3颗红光LED串联而成；绿光LED回路由2颗绿光LED串联而成；蓝光LED回路由2颗蓝光LED串联而成。

根据白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED光通与驱动电流的关系，初步确定白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的驱动电流。由于LED的相对光谱分布随驱动电流有变化，因此，白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的驱动电流还要通过仿真模拟进行修正，最终确定在所需高显色白光的光通和色温下的白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的驱动电流。

白光LED回路由白光控制电路提供给定的驱动电流，红光LED回路由红光控制电路提供给定的驱动电流，绿光LED回路由绿光控制电路提供给定的驱动电流，蓝光LED回路由蓝光控制电路提供给定的驱动电流。控制电路与白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路连接示意图见图1。

根据上述具体实施方法，本发明实施例中仿真模拟得到的白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的驱动电流如表2所示：

表2

本发明实施例按上述驱动电流获得的2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K的LED组合白光的色温(Tc)、色坐标(u，v)、显色指数(Ra)、特殊显色指数(R₉)和光效如表3所示：

表3

由此可见，本发明获得的白光在2700K～6500K的色温范围内，一般显色指数Ra都达到90以上，平均特殊显色指数达到87以上，说明其获得的白光，不仅对中等彩度颜色的显色性非常好，而且对高彩度颜色的显色性也非常好，特别是特殊显色指数R₉达到90以上，解决了目前LED白光在特殊显色指数R₉上表现较差的难题；其光效也相当高，超过75lm/W，在2700～4000K色温范围内，光效达到90lm/W以上。本发明还可通过红光控制电路、黄光控制电路、绿光控制电路、蓝光控制电路对所得到的LED白光进行光通调节和色温调节。所以，对今后LED进入高显色性照明要求场合和普通照明的发展意义重大。

若白光LED中再加入红色荧光粉并与红绿蓝LED组合采用本发明专利方法同样可以实现高显色白光。本发明中白光LED不使用红色荧光粉是考虑为了提高白光LED的光效，若白光LED中加入红色荧光粉，只是减少了红光LED所需的光通量，因此，并没有实质性方法的改变。故对于白光LED中加入红色荧光粉并与红绿蓝LED组合实现高显色白光同样受本专利保护。

采用本发明专利方法，白光加红绿蓝LED组合实现的高显色性固定色温(2700～6500K)白光也受本专利保护。采用本发明专利方法，对于由一个蓝光LED芯片加荧光粉产生白光、一个蓝光LED芯片、一个红光LED芯片、一个绿光LED芯片组合封装制造的单颗高显色可调色温白光LED或单颗高显色固定色温白光LED也受本专利保护。采用本发明专利方法制作的白光照明灯具、白光照明设备和白光发光体都受本专利保护。

Claims

1.一种白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的相对光谱分布，通过仿真模拟确定所需LED组合白光色温范围下的白光、红光、绿光和蓝光的光通百分比；所述的白光LED由蓝光芯片、黄色荧光粉和绿色荧光粉组成；所述的蓝光芯片的主峰波长为450～470nm；所述的蓝光芯片峰值的相对光谱强度为0.50～0.7；所述的黄色荧光粉的主峰波长为560～600nm；所述的绿色荧光粉的主峰波长为510～540nm；所述的白光LED的色温为3800K～4800K，其中荧光光谱的色坐标为u=0.1965，v=0.3762，色坐标范围dC<0.01；所述的红光LED的主峰波长为620～640nm；绿光LED的主峰波长为510～530nm；蓝光LED的主峰波长为450～465nm；

（2）选择白光LED组成白光LED回路，并与白光控制电路串联；选择红光LED组成红光LED回路，并与红光控制电路串联；选择绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光控制电路串联；选择蓝光LED组成蓝光LED回路，并与蓝光控制电路串联；

（3）根据白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路的光通与驱动电流的关系，确定白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路的驱动电流；

（4）通过对应的控制电路，分别对白光LED回路、红光LED回路、绿光LED回路和蓝光LED回路提供确定的驱动电流，从而获得所需色温下的高显色性白光。

2.根据权利要求1所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的蓝光芯片的主峰波长为455～465nm；所述的蓝光芯片峰值的相对光谱强度为0.55～0.65；所述的黄色荧光粉的主峰波长为575～585nm；所述的绿色荧光粉的主峰波长为520～530nm。

3.根据权利要求1所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的红光LED的主峰波长为625～635nm；绿光LED的主峰波长为515～525nm；蓝光LED的主峰波长为455～460nm。

4.根据权利要求1所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的所需LED组合白光色温的范围为2700K～6500K。

5.根据权利要求1所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的高显色性白光通过所述的白光控制电路、红光控制电路、绿光控制电路和蓝光控制电路进行光通调节和色温调节。

6.根据权利要求1所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的白光LED回路由一颗或至少两颗白光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的红光LED回路由一颗或至少两颗红光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的绿光LED回路由一颗或至少两颗绿光LED进行串联或并联或串并混合连接组成；所述的蓝光LED回路由一颗或至少两颗蓝光LED进行串联或并联或串并混合连接组成。

7.根据权利要求6所述的白光加红绿蓝LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的颗数根据所述的所需LED组合白光光通的大小以及单颗白光LED、红光LED、绿光LED和蓝光LED的光通来确定。