CN101886767A - 一种高显色指数高光效led球泡灯 - Google Patents

一种高显色指数高光效led球泡灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高显色指数高光效LED球泡灯,弥补现在技术的不足,其结构包括灯壳、LED发光模块、散热体、驱动电源、灯体、灯头,其特征在于:LED发光模块由多颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED、少许YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED、以及少许红光LED封装在铝基板或金属传导环氧PCB板上形成;蓝光激发YAG荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm。YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm;氮化物红色荧光粉的发射峰值波长为635±10nm,光谱半宽为50±5nm;红光LED峰值波长为640±10nm,光谱半宽为22±5nm。通过采用不同LED的使用数目,可使得这种LED球泡灯的显色指数和光效都较为理想,广泛应用于各种照明场合。

Description

一种高显色指数高光效LED球泡灯
技术领域
本发明涉及LED照明技术,尤其是涉及高显色指数高光效的LED球泡灯及其制备方法。
背景技术
近年来,在照明领域,节能环保型灯具越来越受关注,尤其是LED照明灯具。LED照明灯具以其寿命长、结构稳固、省电、无紫外辐射、灯具可塑性强、装饰更美观等优点,逐渐进入人们的视野,被视为替代传统照明光源的第四代照明光源。
随着LED技术的不断进步,白光LED在光效、寿命以及成本控制等方面取得长足进展,将其应用于各种照明领域已经实现。LED球跑灯作为替代白炽灯的最佳选择,可以应用于家庭照明、学校照明、酒吧照明、办公室照明、走廊照明等,其效果十分明显。
光源的显色指数(Ra)描述了光源对物体真实颜色的呈现程度,光效(ηv)则是描述光源将电能转换为光能的能力高低。因此Ra和ηv是评价LED光源性能的两个重要参数。
目前市面上现有的LED球跑灯,其发光模块多使用蓝光激发YAG荧光粉的白光LED,虽然这种LED制作工艺成熟、成本低、光效较高,但显色指数并不理想,不能满足优质照明要求。也有LED采用在YAG荧光粉中加入少量硫化物红色荧光粉,此种LED虽然显色指数较高,但是光效降低,而且由于硫化物对LED芯片的侵蚀而影响其寿命,同样不能满足照明要求。另有LED采用在YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉,这种LED光效和显色指数虽然较为理想,但是氮化物荧光粉制备困难、价格昂贵,致使这种LED成本大大提高,不适合在LED灯具里大量使用。因此,迫切需要一种既容易实现,又能满足各种照明场合对显色指数的要求,同时光效高,且成本较为实在的LED球泡灯。
发明内容
本发明的目的是:提供一种高显色指数高光效LED球泡灯,以弥补上述现有技术的不足。
为了实现本发明的目的,拟采用以下技术:
一种高显色指数高光效LED球泡灯,其结构包括灯壳、LED发光模块、散热体、驱动电源、灯体、灯头,其特征在于:LED发光模块由多颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED、少许YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED、以及少许红光LED封装在铝基板或金属传导环氧PCB板上形成,通过设置不同LED的使用数目,得到所需要的不同色温、显色指数和光效的LED球泡灯,从而得出较为理想的结果。
所述蓝光激发YAG荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm。
所述YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为450±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm;氮化物红色荧光粉的发射峰值波长为635±10nm,光谱半宽为50±5nm。
所述红光LED,红光峰值波长为640±10nm,光谱半宽为22±5nm。
LED基色光谱选择如下公式:
SLED(λ,λ0,Δλ0.5)={g(λ,λ0,Δλ0.5)+2·g5(λ,λ0,Δλ0.5)}/3  ......(1)
其中,
Figure BSA00000221511100021
λ0为峰值波长,Δλ0.5光谱半宽。
上述蓝光激发YAG荧光粉的白光LED的光谱分布由下式表示:
S1(λ)=kblue·SLED(λ,455,25)+kYAG·SLED(λ,570,150)               ......(2)
其中,kblue和kYAG分别为蓝光峰值与黄光峰值的比例系数。
上述YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED的光谱分布由下式表示:
S2(λ)=kblue-2·SLED(λ,455,25)+kYAG-2·SLED(λ,570,150)+kN-red·SLED(λ,635,50)......(3)
其中,kblue-2、kYAG-2和kN-red分别为蓝光峰值、黄光峰值和红光峰值三者之间的比例系数。
上述红光LED的光谱分布由下式表示:
S3(λ)=SLED(λ,640,22)                                              ......(4)
由公式(2)、(3)、(4),再根据三种不同LED的使用数目,可得到三种LED混光后的光谱分布结果:
Stotal(λ)=k1·S1(λ)+k2·S2(λ)+k3·S3(λ)                           ......(5)
其中,k1为上述蓝光激发YAG荧光粉的白光LED的使用数目、k2为上述YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED的使用数目、k3为上述上述红光LED的使用数目。对(5)式进行归一化处理,即可得到最终从灯壳发出的混合后的漫反射光的相对光谱功率分布。
所述LED发光模块是将上述三种LED封装在铝基板或金属传导环氧PCB板上形成,三种LED各自发光并在灯壳内混光,然后从灯壳发出混合后的漫反射光。其中4~20颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED分布外围,1~8颗YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED和1~8颗红光LED交错分布在铝基板或金属传导环氧PCB板的中央。
所述LED发光模块置于散热体顶部,散热体顶部同时与灯壳相互配合连接,散热体下部与装载驱动电源并且连接灯头的灯体相配合连接。所述灯壳为乳白色塑料灯壳或乳白色玻璃灯壳。
采用上述技术方案,其特点在于:
1、选用少许YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED和少许红光LED。单纯使用蓝光激发YAG荧光粉的白光LED显色指数不理想;使用蓝光激发YAG荧光粉的白光LED中加单纯红光LED会较大影响整个LED发光模块的光效;使用蓝光激发YAG荧光粉的白光LED中单纯使用氮化物红色荧光粉价格高,不适合大量使用;用少许红光LED和少许氮化物红色荧光粉补偿整个LED发光模块中所缺少的红成分光谱,既达到了较理想的显色指数效果,又节省了成本。
2、使用上述技术方案制备而成LED球泡灯,其光源特性同时拥有LED发光模块中三种LED的光谱特性,使得这种LED球泡灯的显色指数Ra和光效ηv都较为理想。
附图说明
图1示出了本发明实施例一的分解结构示意图;
图2示出了本发明实施例一的LED发光模块结构示意图;
图3示出了本发明实施例一的组合结构示意图;
图4示出了本发明实施的蓝光激发YAG荧光粉的白光LED光谱分布图;
图5示出了本发明实施的YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED光谱分布图;
图6示出了本发明实施的红光LED光谱分布图;
图7示出了本发明实施例一的综合光谱分布图;
具体实施方式
如图1~图3所示,一种高显色指数高光效LED球泡灯,其结构包括:灯壳(1)、LED发光模块(2)、散热体(3)、驱动电源(4)、灯体(5)、灯头(6),其特征在于:LED发光模块(2)由多颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED(7)、少许YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED(8)、以及少许红光LED(9)封装在铝基板或金属传导环氧PCB板(10)上而成,通过设置不同LED的使用数目,得到所需要的不同色温、显色指数和光效的LED球泡灯,从而得出较为理想的结果。
所述LED发光模块(2)置于散热体(3)顶部,散热体(3)顶部同时与灯壳(1)相互配合连接,散热体(3)下部与装载驱动电源(4)并且连接灯头(6)的灯体(5)相配合连接。所述灯壳(1)为乳白色塑料灯壳或乳白色玻璃灯壳。
所述蓝光激发YAG荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm。图4所示了其光谱分布,其中蓝光峰值与黄光峰值的比例为:1∶0.58。
所述YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm;氮化物红色荧光粉的发射峰值波长为635±10nm,光谱半宽为50±5nm。图5为其光谱分布,其中蓝光峰值、黄光峰值以及红光峰值之间的比例为:1∶0.55∶0.65。
所述红光LED,峰值波长为640±10nm,光谱半宽为22±5nm。图6示出了其光谱分布。
如图2所示,所述LED发光模块(2)是将上述三种LED封装在铝基板或金属传导环氧PCB板(10)上形成,三种LED各自发光并在灯壳(1)内混光,然后从灯壳(1)发出混合后的漫射光。其中4~20颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED(7)分布在外围,1~8颗YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED(8)和1~8颗红光LED(9)交错分布在铝基板或金属传导环氧PCB板(10)的中央。
采用上述方法,使用11颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED、4颗YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED和4颗红光LED进行设置,得到色温为4794K,显色指数Ra为93.77,光效ηv为86.31m/W的LED球泡灯。图7所示了其综合光谱分布。
采用上述方法进行试验,分别设置不同LED的使用数目,得到不同色温、显色指数和光效的LED球泡灯,其色温、显色指数、光效的部分实验结果如下:
表1  红光LED使用1颗的情况
Figure BSA00000221511100041
表1所示为红光LED使用1颗、YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED使用1~3颗时,此时得到的实验结果,其色温大于5000K,增加蓝光激发YAG荧光粉的白光LED的数目,对结果的影响是色温不断升高、光效提高,但显色指数降低;增加YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED数目,对结果的影响是色温变化很小,光效略降低,显色指数提高。
表2  红光LED使用5颗的情况
Figure BSA00000221511100051
表2所示为红光LED使用5颗、YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED使用3~5颗时,此时得到的实验结果,其色温在大约3700K~5100K之间,增加蓝光激发YAG荧光粉的白光LED的数目,对结果的影响是色温不断升高,光效提高,显色指数呈现先提高又降低的变化;增加YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED的数目,对结果的影响是色温变化很小,光效基本不变,显色指数提高。
表3  红光LED使用7颗的情况
Figure BSA00000221511100052
Figure BSA00000221511100061
表3所示为红光LED使用7颗、YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED使用1~3颗时,此时得到的实验结果,其色温大约在2700K~4800K之间,增加蓝光激发YAG荧光粉的白光LED的数目,对结果的影响是色温不断升高,光效提高,显色指数呈现先提高又降低的变化;增加YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED的数目,对结果的影响是色温略微提高,光效基本不改变,显色指数提高。
综上所述,本发明制备的高显色指数高光效的LED球泡灯,其特征在于根据不同LED的使用数目,根据不同场合的需要制备不同色温、显色指数和光效的LED球泡灯。本发明制备的高显色指数高光效的LED球泡灯,其显色指数基本都达到90以上,同时光效也基本保持在80lm/W以上,能满足各种场合的照明要求,广泛应用于家庭照明、学校照明、酒吧照明、办公室照明、走廊照明等。

Claims (5)

1.一种高显色指数高光效LED球泡灯,结构包括:灯壳、LED发光模块、散热体、驱动电源、灯体、灯头,其特征在于:LED发光模块由多颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED、少许YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED、以及少许红光LED封装在铝基板或金属传导环氧PCB板上而成,通过设置不同LED的使用数目,得到所需要的不同色温、显色指数和光效的LED球泡灯。
2.根据权利要求1所述的高显色指数高光效LED球泡灯,其特征在于:4~20颗蓝光激发YAG荧光粉的白光LED分布在LED发光模块外围,1~8颗YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED和1~8颗红光LED交错分布在LED发光模块的中央。
3.根据权利要求1所述的高显色指数高光效LED球泡灯,其特征在于:蓝光激发YAG荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25±5nm;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm。YAG荧光粉中加入氮化物红色荧光粉的白光LED,蓝光峰值波长为455±5nm,光谱半宽为25nm±5;YAG荧光粉的发射峰值波长为570±10nm,光谱半宽为150±10nm;氮化物红色荧光粉的发射峰值波长为635±10nm,光谱半宽为50±5nm;所述红光LED,红光峰值波长为640±10nm,光谱半宽为22±5nm。
4.根据权利要求1所述的灯壳为乳白色塑料灯壳或乳白色玻璃灯壳。
5.根据权利要求1所述的LED封装在铝基板上或金属传导环氧PCB板上。
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