CN101801141B

CN101801141B - 冷白加红黄绿led组合获得高显色可调色温白光的方法

Info

Publication number: CN101801141B
Application number: CN 201010132467
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: CN101801141A

Abstract

本发明涉及一种冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法，它由冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED，以及一个控制电路实现，通过控制电路分别对冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED提供不同驱动电流，产生不同光强的冷白光、红光、黄光和绿光，从而组成不同色温的白光，并可获得在2700K～6500K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的色温可调和亮度可调的白光。

Description

冷白加红黄绿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，特别是涉及一种冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法。

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芯片激发红和绿荧光粉加黄光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冷白加红黄绿LED组合获得可调色温白光的方法，使得白光色温在2700K～6500K范围内连续可调，一般显色指数Ra和特殊显色指数R₉都大于90。

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

(1)根据冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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冷白光、红光、黄光和绿光的光通百分比；

(2)选择冷白光LED组成冷白光LED回路，并与冷白光控制电路串联；选择红光LED组成红光LED回路，并与红光控制电路串联；选择黄光LED组成黄光LED回路，并与黄光控制电路串联；选择绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光控制电路串联；

(3)根据冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光LED回路的光通与驱动电流的关系，确定冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光LED回路的驱动电流；

(4)通过对应的控制电路，分别对冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光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。

所述的冷白加红黄绿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；所述的黄光LED的主峰波长为575～595nm；所述的绿光LED的主峰波长为510～530nm。

所述的冷白加红黄绿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；所述的黄光LED的主峰波长更可取的是582～588nm；所述的绿光LED的主峰波长更可取的是515～525nm。

所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的冷白光LED的色温为7500K～9000K，其中，荧光光谱中绿光荧光粉的光通与黄光荧光粉的光通之比为0.56～0.70。

所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的所需LED组合白光色温范围为2700K～6500K。

所述的冷白加红黄绿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冷白光控制电路、红光控制电路、黄光控制电路、绿光控制电路进行光通调节和色温调节。

所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的冷白光LED独立回路由一颗或至少两颗冷白光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；所述的黄光LED回路由一颗或至少两颗黄光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。

所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法中所述的冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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，通过对冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED组合进行仿真模拟，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的冷白光加红黄绿LED组合，确定了冷白光LED的色温范围，荧光光谱中绿光荧光粉的光通与黄光荧光粉的光通的比值范围，以及红光LED、黄光LED和绿光LED的主峰波长范围，并可确定所需LED组合白光色温下冷白光LED回路、红光LED回路、绿黄光LED回路和绿光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是冷白光LED的相对光谱分布示意图；

图3是红光LED的相对光谱分布示意图；

图4是黄光LED的相对光谱分布示意图；

图5是绿光LED的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冷白加红黄绿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冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED的光谱分布，以及光谱分布、光通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，通过对冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED组合进行仿真模拟，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的冷白光加红黄绿LED组合，并确定了冷白光LED的色温范围，荧光光谱中绿光荧光粉的光通与黄光荧光粉的光通的比值范围，以及红光LED、黄光LED和绿光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。

本发明实施例由1颗功率1W的冷白光LED、1颗功率1W的红光LED、1颗功率1W的黄光LED和1颗功率1W的绿光LED和控制电路组成，其连接关系如图1所示。

其中冷白光LED在驱动电流350mA下的色温为7652K，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632.0nm，其相对光谱分布如图3所示；黄光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为585.0nm，其相对光谱分布如图4所示；绿光LED在驱动电流350mA下的主峰波长为515.3nm，其相对光谱分布如图5所示。

根据冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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色温范围内冷白光、红光、黄光和绿光分别所需的光通比，然后，根据所需要的高显色白光的光通，分别确定冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED的所需颗粒数组成各自的独立回路。本实施例中冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED的颗粒数是根据在高显色白光的光通为100lm条件下，采用上述具体实施方法而确定。

根据冷白光、红光、黄光和绿光所需的光通比，以及冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED光通与驱动电流的关系，初步确定冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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，冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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在不同色温下的冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED的驱动电流。

冷白光LED回路由冷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，黄光LED回路由黄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。控制电路与白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光LED回路连接示意图如图1所示。

根据上述具体实施方法，本发明实施例中仿真模拟得到冷白光、红光、黄光和绿光所需的光通百分比如表1所示：

表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冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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组合白光光谱的色温(Tc)、色坐标(u，v)、一般显色指数(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，显色性非常好，特别在特殊显色指数R₉也都达到90以上，表现更突出；其光效也达到67lm/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。

采用本发明专利方法，冷白加红黄绿LED组合实现的高显色固定色温(2700～6500K)的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芯片加荧光粉产生冷白光、一个红光LED芯片、一个黄光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

1.一种冷白加红黄绿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）根据冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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冷白光、红光、黄光和绿光的光通百分比；所述的红光LED的主峰波长为620～640nm；所述的黄光LED的主峰波长为575～595nm；所述的绿光LED的主峰波长为510～530nm；所述的冷白光LED的色温为7500K～9000K；

（2）选择冷白光LED组成冷白光LED回路，并与冷白光控制电路串联；选择红光LED组成红光LED回路，并与红光控制电路串联；选择黄光LED组成黄光LED回路，并与黄光控制电路串联；选择绿光LED组成绿光LED回路，并与绿光控制电路串联；

（3）根据冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光LED回路的光通与驱动电流的关系，确定冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光LED回路的驱动电流；

（4）通过对应的控制电路，分别对冷白光LED回路、红光LED回路、黄光LED回路和绿光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所述的冷白加红黄绿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；所述的黄光LED的主峰波长为582～588nm；所述的绿光LED的主峰波长为515～525nm。

3.根据权利要求1所述的冷白加红黄绿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组合白光色温范围为2700K～6500K。

4.根据权利要求1所述的冷白加红黄绿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冷白光控制电路、红光控制电路、黄光控制电路、绿光控制电路进行光通调节和色温调节。

5.根据权利要求1所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的冷白光LED回路由一颗或至少两颗冷白光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；所述的黄光LED回路由一颗或至少两颗黄光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。

6.根据权利要求5所述的冷白加红黄绿LED组合获得高显色可调色温白光的方法，其特征在于，所述的冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光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冷白光LED、红光LED、黄光LED和绿光LED的光通来确定。