CN102095184A - 提高低色温冷白光led矩阵光源显色指数及色温的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，在冷白光LED矩阵光源中搭配红光LED进行补偿，所搭配的红光LED为总LED数量的0％-15％，或者再辅助搭配占总LED数量的0％-5％的绿光LED。本发明的方法，使LED矩阵光源应用中，既发挥低色温冷白LED的高光效，又提高矩阵整体显色指数，同时调整其色温，既节能低碳减排，又获得较佳的环境照明显色效果，提高环境照舒适度。

Description

提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法

技术领域

本发明属于LED半导体固体照明技术领域，涉及一种提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法。 

背景技术

众所周知，低色温(5000K-10000K)冷白光大功率LED具有更高的发光效率，目前，商用1W的LED已做到130lm/W的光效，1W中白光LED，色温为3700K-5000K，光效只做到100lm/W以下，而Ra≥80的所谓高显色指数暖白光LWD，色温CCT 2600K-3700K，1W光效只能做到80lm/W左右。更高的光效意味着更节能，同时制作成的LED灯具发热量更小，可靠性更高，有效寿命更长。 

虽然低色温冷白光LED具有极高的光效，但显色指数(CRI)很低，Ra≤70，而暖白光虽然有不错的显色指数，Ra≥80，但这要损失20％以上光电转化效率。照明领域的所有场合中，显色性已经越来越得到重视，特别是室内环境，对显色性要求更高。美国能源之星对用于室内照明的LED灯的显色指数规定Ra≥75，在国内的照明设计标准中，也规定有办公室和宾馆饭店中的显色指数应在80以上的要求。 

高光效和高显色性是LED光源关键，LED矩阵光源整灯的高光效(≥100lm/W)和高显色指数(Ra≥80)且符合照明环境或照明作业对象的白光LED光源才是最好的光源。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，既发挥低色温冷白LED的高光效，又提高矩阵整体显色指数，保证Ra≥85，同时调整其色温。 

本发明所采用的技术方案是，一种提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，在冷白光LED矩阵光源中搭配红光LED进行补偿，所搭配的红光LED为总LED数量的0％-15％。 

本发明的提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，其特征还在于：所述的使用红光LED补偿时，同时辅助搭配占总LED数量的0％-5％的绿光LED。 

本发明的有益效果是，运用红光LED进行主要补偿，或者再辅以绿光LED补偿，提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法。使LED矩阵光源应用中，既发挥低色温冷白LED的高光效，又提高矩阵整体显色指数，使Ra≥85，同时调整其色温，既节能低碳减排，又获得较佳的环境照明显色效果，提高环境照舒适度。 

附图说明

图1是白炽灯、荧光灯、日光光谱图； 

图2是典型冷白光LED发光光谱图； 

图3是本发明实施例1的红光LED补偿的100W矩阵光源； 

图4是实施例1红光LED补偿后的100W LED光源光谱图； 

图5是本发明实施例2的红光和绿光LED补偿的50W矩阵光源。 

图中，1.白光LED，2.红光LED，3.绿光LED。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 

光源对物体的显色能力称为其显色性，显色性用显色指数(CRI)来表征。我国国家标准“光源显色性评价方法GB/T5702-2003”以及CIE等国际标准都规定了光源显色指数类似的评价方法，为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度，采用“一般显色性指数Ra”作为定量评价指针。显色性指数最高为100。显色性指数的高低，就表示物体在该光源下“变色”和“失真”的程度。 

能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(CRI)高的光源，其数值接近100，显色性最好，这样的光源具有比较完整、均匀、连续光谱，当光源光谱中很少或缺乏被照物体的某些颜色光谱时，被照物体反射光颜色会产生明显的色移，色差程度也越大，光源对该色的显色性越差，光源的显色指数就低。70左右显色指数的LED冷白光光源，不能满足更高显色要求的场所。 

图1为显色性好，显色指数大于85的三种光源光谱图，其中日光和白炽灯光源显色指数接近100。观察三者光谱，除荧光灯外，在可见光范围内光谱连续且比较均匀，特别是日光光谱，可见光波长400nm-700nm之间辐射能量几乎连续均匀分布，因此无论照射在什么颜色的物体上，物体反射光的光谱都具有足够的强度来显色。同这三者光谱相比，图2为不连续光谱，图2所示的LED冷白光光谱是不连续光谱，在630nm-700nm处的红光区域强度很弱，在490nm附近的蓝绿光区域也相对较弱，当这种光照射到红颜色物体上时，只会显示暗红色，不能如实反映出物体本身的颜色，显色性较差，因此其显色指数比较低。 

比对可知，冷白光LED光谱中只有设法补偿自身所缺失的光谱段才能使整体光源光谱均匀连续，提高显色性，调整其色温。因此，对于LED光源，只能从其它颜色LED(不同分布光谱LED)考虑补偿，这样制作工艺 及驱动设计才容易兼容，操作性也高。商用蓝色、绿色、黄色、红橙色、红色等彩色LED发光光谱，主波长分别是465nm-485nm的蓝色LED光谱、520nm-535nm的绿色LED光谱、585nm-595nm的黄色LED光谱，以及610nm-620nm和620nm-630nm红橙色LED光谱和红色LED光谱。 

冷白光LED光谱中在620nm-700nm处的红光区域强度很弱，需要补偿红色光谱，在490nm附近的蓝绿光区域也相对较弱，但光谱段较短，这对显色性影响有限，且绿色LED光谱主波长为535nm，在535nm时冷白光LED光谱相对辐射还比较强，所以整体首先需要考虑对红色630nm补偿。 

红光LED光谱能量分布为620nm-630nm集中分布，集中能量的光谱宽度大约10nm，而冷白光LED光谱能量分布从430nm-600nm之间比较集中，平均相对强度0.4，那么补偿时，假设630nm红光从零补偿到0.4相对强度，那么需要红色LED能量大约为10nm÷(600nm-430nm)＝5.5％，所以在补偿的灯具LED矩阵中，需要占总功率5％左右的红色LED，才能达到频谱补偿目的，从而提高整体LED矩阵的显色指数。 

附表，三基色白光，红绿蓝光功率比例与色温CCT和显色指数Ra关系 

同时，附表所示的三基色白光，红绿蓝光功率比例与色温CCT和显色指数Ra关系，一并分析冷白光LED光源光谱特点，蓝光区能量分布充足，绿光区光谱分布相对均匀，但峰值较蓝光弱。那么，相对功率从0％到30％补偿红光，结合相对功率从0％到10％辅助补偿绿光，就可以调节整体光源的色温及显色指数，显色指数Ra从70可以提升到90以上，色温从7000K可以调整到2700K左右。 

本发明的方法是，考虑到红光和绿光LED比冷白光LED比较低的光效，保持整体补偿后矩阵光源高的光效，综合考虑光效、显色指数、色温因素，采用对不同色温的冷白光LED进行0％-15％的红光LED补偿，或者再辅以0％-5％的绿光LED补偿，以提高显色指数、调节色温，同时保持整体矩阵光源较纯冷白光90％以上光效。 

实施例1 

如图3所示，72颗工作流不小于700mA的冷白光LED和12颗不小于700mA红色LED共同组成100W LED矩阵光源，黑色单元为补偿的红色LED。7颗串联为一个基本线路单元组，6组再相互串联为一大串，这样的两大串并联，形成42串2并的矩阵排列。补偿用的红光LED类似图3均匀分布其中以便匀光，其光效为40lm/W，冷白光LED光效为110lm/W，补偿红光功率所占比例为(1×40)÷(6×110)＝6.1％。 

图4给出了补偿红光后光源的光谱图，红光区得到明显补偿。6.1％左右红光补偿，可以将显色指数由70提高到近85，色温从7500K调节到5700K左右，而整体光效仍能保持100lm/W以上(以冷白光LED光效110lm/W，红光LED光效40lm/W基础计算)。 

由于矩阵光源主要采用了串联方式，红光LED与冷白光LED具有相同 的工作电流和工作结温，做好散热，保持LED工作结温控制在75℃以内，可以有效消除光源色温漂移。 

实施例2 

如图5所示，采用20mA小功率LED制作的50W光源，每串48只，共24串(串数可以适当增加到36串以利于散热，增加光效、减小光衰)，每串48只中，除43只冷白光LED外，有1只绿色LED和4只红色LED用于补偿，黑色单元为补偿的红色LED，灰色单元(分布在图中从左上角到右下角的对角线上)为补偿的绿色LED，(本实施例也可以只补偿红光；或者红绿LED补偿种类和比例可以按实际要求适当调整)，用于补偿的LED类似图5均匀分布在矩阵光源中，以利于匀光。 

以每串48只，类似补偿办法，增加并联数到72串，可以制作100W以上的光源，整体光效可达95％以上的原有高效，而显色指数大幅提高，色温可调整到比较理想状态。 

Claims (2)

1.一种提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，其特征在于：在冷白光LED矩阵光源中搭配红光LED进行补偿，所搭配的红光LED为总LED数量的0％-15％。

2.根据权利要求1所述的提高低色温冷白光LED矩阵光源显色指数及色温的方法，其特征在于：所述的使用红光LED补偿时，同时辅助搭配占总LED数量的0％-5％的绿光LED。 

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