CN101868085B - 一种白光led灯色温和光通连续调节的方法 - Google Patents

一种白光led灯色温和光通连续调节的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种白光LED灯色温和光通连续调节的方法，该方法首先将两个UVLED芯片A和B置于涂有三基色荧光粉的灯筒中心，分别调节两个UVLED芯片的发光强度，以激发三基色荧光粉，实现色温和光通连续可调。其中，UVLED芯片A发出的紫外光波长为a纳米，UVLED芯片B发的紫外光波长为b纳米，当然a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段，且a不等于b。另外，三基色荧光粉必须满足这样的要求：绿粉对a纳米波长和b纳米波长处的光有同等程度的吸收和发射强度；蓝粉对b纳米波长处的光吸收较强，a纳米波长的光吸收较弱；红粉对a纳米波长的光吸收较强，对b纳米波长的光吸收较弱，其中a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段。

Description

一种白光LED灯色温和光通连续调节的方法
技术领域：
本发明涉及LED灯光调节技术领域，特别涉及一种白光LED灯色温和光通连续调节的方法。
背景技术：
现在，我们的人工照明一般是静态的，与天然采光相比，缺少活力。然而，动感照明就可以克服这一缺点。所谓动感照明就是照明的强弱和色温的高低都可以进行控制的照明。比如清晨时，照明系统提供高照明色温，清冷的色光使得走进办公室的人精神十足的开始一天的工作；午餐时候，降低色温，暖色光有助于人们放松一下；午餐后人们通常会感到困倦，这时候色温升高，以避免午餐后打盹等等都是动感照明，即色温可调照明系统的应用。而当前白光LED灯色温调节的技术一般是利用红、绿、蓝三种颜色的芯片复合出白光，同时调节红、绿、蓝三种芯片发光强度的比例来调节色温。这种方法没有PC-LED存在的斯托克斯效应，显色指数Ra＞95。可是由于三种颜色的LED芯片的正向电压和光输出不同，另外，它们的温度特性和光维持特性也不同，而且控制电路必须具备光输出信号取样和反馈功能，进行动态控制，以便所发出的白光的色度点的坐标保持不变，因此，这种方法对电路设计的要求很高，成本也较高，还没有实际大量应用。
发明内容：
本发明的主要目的是提供一种白光LED灯的色温和光通连续调节的方法，该方法在能够保证显色指数的同时，实现色温和光通的连续调节，可应用于动感照明。
本发明所述的白光LED灯可调色温和光通的方法，包括如下步骤：
首先将两个发紫外光的LED(简称UVLED)芯片A和B(这两个芯片紫外光波段的范围通常为300nm-380nm，并且可以通过改变其禁带宽度来增加其紫外光的发光范围，其发光范围在理论上非常广泛)置于涂有三基色荧光粉的灯筒中心，分别调节两个UVLED芯片的发光强度，以激发三基色荧光粉，实现色温和光通连续可调。
其中涉及的两个发紫外光的UVLED芯片满足这样的要求：UVLED芯片A发出的紫外光波长为a纳米，UVLED芯片B发的紫外光波长为b纳米，其中a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段，且a不等于b。
另外，三基色荧光粉必须满足这样的要求：绿粉对a纳米波长和b纳米波长处的光有同等程度的吸收和发射强度；蓝粉对b纳米波长处的光吸收较强，a纳米波长的光吸收较弱；红粉对a纳米波长的光吸收较强，对b纳米波长的光吸收较弱，其中a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段。
上述方案中，通过脉冲宽度调制技术(Pulse Width Modulation，简称PWM技术)调节占空比从而增大平均电流，从而提高UVLED芯片的光强。当利用PWM技术提高UVLED芯片A发出a纳米波长紫外光的光强时，由于红粉在a纳米波长处吸收较强，蓝粉在a纳米波长处吸收较弱，所以红粉受激发而发出的红光光强增大，蓝光光强和红光光强的比值减小，色温会降低，提高UVLED芯片B发出b纳米波长紫外光的光强时，由于蓝粉在b纳米波长处吸收较强，红粉在b纳米波长处吸收较弱，蓝光光强和红光光强的比值增大，色温会升高。这样一来通过改变UVLED芯片A发出的光强和UVLED芯片B发出的光强，改变蓝光光强和红光光强的比值，便达到宽范围色温调节的目的，同时也就调节了白光的光通量。
由于本发明涉及紫外LED芯片与LED三基色荧光粉，要同时利用紫外LED芯片与LED三基色荧光粉的配合来调节色温。而现行关于色温调节的研究主要在RGB芯片复合出白光和关于不同颜色的LED灯组成的灯群的驱动电路的设计，其对荧光粉的研究不多。关于紫外LED激发RGB荧光粉复合出白光的研究中，荧光粉方面的研究主要集中在关于提高紫外LED用的RGB荧光粉的发光效率上面，并且一般是对单个紫外LED芯片的激发而言，而对如何通过此RGB荧光粉和紫外LED的配合调节色温和利用两个紫外LED芯片激发却没做考虑。本发明同时考虑到紫外LED芯片和LED三基色荧光粉的特性，并且用两个紫外LED芯片和LED三基色荧光粉相配和来调节色温。此方法在使用两个紫外LED芯片的同时，只需在透明件的内表面涂一层三基色荧光粉，其简化了驱动电路并且设计制造相对简单，降低了成本，具有创造性价值。
另外，本发明还有如下优点：
1.驱动电路设计相对简单，用红、绿、蓝三种芯片做光源实现调光调色的灯具需要3路驱动，且需要对3路驱动电路进行单独调节，而本方法只需要两路驱动，并只需对两路进行调节，设计相对简单。
2.三基色荧光粉中，绿色荧光粉的发光强度对光效贡献最大，蓝粉和红粉的发光强度对色温影响最大，因此保证绿光对a纳米波长和b纳米波长的光有同等吸收强度，通过调节红粉和蓝粉的相对发光强度就能实现色温的大范围调节，同时又不影响光效和显色性。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明中涉及的含涂有三基色荧光粉的灯筒的结构示意图；
图2为本发明参考的三基色发射光谱图；
图3为本发明参考的色温变化图；
图4为本发明参考的色坐标图；
图5为本发明参考的显示指数变化图；
图6为RGB芯片复合出白光的驱动电路设计图；
图7为本发明中的驱动电路设计图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明方法涉及包含涂有三基色荧光粉的灯筒(图中所示为灯筒的局部视图)和至于灯筒中心的两个UVLED芯片(一个是发波长为a纳米的紫外光的芯片A，一个是发波长为b纳米的紫外光的芯片B)，以及芯片的驱动电路。
参见图2，若当芯片B发出b纳米波长的紫外光激发蓝粉后，蓝粉发射光谱的主波长在450nm左右，芯片A和芯片B分别发出的a纳米波长的紫外光和b纳米波长的紫外光同时激发绿粉后，绿粉发射光谱的主波长在525nm左右，芯片A发出a纳米波长的紫外光激发红粉后，红粉发射光谱的峰值在590nm左右、612nm左右和625nm左右，参见图3，蓝粉被激发出的蓝光光强度越大，其色温越高，红粉被激发出的红光光强度越大，其色温越低。色温随着蓝光光强度和红光光强度之比的变化曲线在蓝光光强和红光光强之比为0.1-0.325之间时，几乎是直线，并且在蓝光光强同红光光强之比为0.1时，混色后的色温约在3000K，蓝光光强同红光光强之比为0.325时，混色后的色温约在8000K，可见，当蓝红比0.1-0.325时，其色温调节范围较大，约在5000K。同时，参见图4，在其色坐标一直在白圈内，可发出白光，参见图5，显示指数随着蓝光光强和红光光强之比的变化也一直在80左右，没有明显变化，能够满足照明要求。
将两个UVLED芯片放置到涂有三基色荧光粉的灯筒中间，由于在一定范围内，这些LED的光强基本正比于通过LED器件的电流，通过脉冲宽度调制技术(Pulse Width Modulation，简称PWM技术)调节占空比从而增大平均电流，可提高LED芯片的光强。当利用PWM技术提高LED芯片A发出a纳米波长紫外光的光强时，由于红粉在a纳米波长处吸收较强，蓝粉在a纳米波长处吸收较弱，所以红粉受激发而发出的红光光强增大，蓝光光强和红光光强的比值减小，色温会降低，提高LED芯片B发出b纳米波长紫外光的光强时，由于蓝粉在b纳米波长处吸收较强，红粉在b纳米波长处吸收较弱，蓝光光强和红光光强的比值增大，色温会升高。所以，适当得通过PWM技术改变LED芯片A发出的光强和LED芯片B发出的光强，从而适当得改变蓝光光强和红光光强的比值，便达到宽范围色温调节的目的，与此同时，也就调节了白光的光通量。
采用上述方案的好处是可以宽范围的调节色温，同时还可以简化驱动电路的设计。参见图6，用红、绿、蓝三种芯片做光源实现调光调色的灯具需要3路驱动，且需要对3路驱动电路进行单独调节，而本方法的驱动电路设计图参见图7，其只需要两路驱动，并只需对两路进行调节，设计相对简单。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种白光LED灯色温和光通连续调节的方法，该方法首先将两个UVLED芯片A和B置于涂有三基色荧光粉的灯筒中心，分别调节两个UVLED芯片的发光强度，以激发三基色荧光粉，实现色温和光通连续可调；其特征在于，
所述UVLED芯片A发出的紫外光波长为a纳米，UVLED芯片B发的紫外光波长为b纳米，所述a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段，且a不等于b；
所述三基色荧光粉必须满足这样的要求：绿粉对a纳米波长和b纳米波长处的光有同等程度的吸收和发射强度；蓝粉对b纳米波长处的光吸收较强，a纳米波长的光吸收较弱；红粉对a纳米波长的光吸收较强，对b纳米波长的光吸收较弱，其中a纳米波长的光和b纳米波长的光均在紫外光波段，通过脉冲宽度调制技术调节占空比从而增大平均电流，从而提高UVLED芯片的光强；当提高UVLED芯片A发出a纳米波长紫外光的光强时，由于红粉在a纳米波长处吸收较强，蓝粉在a纳米波长处吸收较弱，所以红粉受激发而发出的红光光强增大，蓝光光强和红光光强的比值减小，色温会降低，提高UVLED芯片B发出b纳米波长紫外光的光强时，由于蓝粉在b纳米波长处吸收较强，红粉在b纳米波长处吸收较弱，蓝光光强和红光光强的比值增大，色温会升高；这样一来通过改变UVLED芯片A发出的光强和UVLED芯片B发出的光强，改变蓝光光强和红光光强的比值，便达到宽范围色温调节的目的，同时也就调节了白光的光通量。
2.根据权利要求1的白光LED灯色温和光通连续调节的方法，其特征在于，所述紫外光波段范围为300nm-380nm。
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