CN102966918A

CN102966918A - 基于颜色混合和远程荧光体布置的led照明设备

Info

Publication number: CN102966918A
Application number: CN2011102702842A
Authority: CN
Inventors: 陈鹏; 李爱爱; 刘廷明; 郑盛梅
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2013-03-13
Also published as: WO2013029960A1; US20140233211A1; DE112012003580T5

Abstract

一种基于颜色混合和远程荧光体布置的LED照明设备。该照明设备包括：两组或更多组发光元件，其中每组发光元件具有各自的波长范围；以及荧光部件，其能够在发光元件发射的光的激发下产生荧光，其中，荧光部件在发光元件的光传播方向上与发光元件间隔开，并且各组发光元件的光与荧光组合成白光。采用该配置的照明设备能够提供改进的显色性，并且能够保证一致的光混合。

Description

基于颜色混合和远程荧光体布置的LED照明设备

技术领域

本发明涉及照明设备，具体涉及基于颜色混合和远程荧光体布置的LED照明设备。

背景技术

近年来，市场上存在大量基于LED(发光二极管)的照明设备，用于诸如家庭、商场、街道和办公室等的各种应用。与传统荧光灯相比，基于LED的照明设备能够提供更长的寿命和更高的能量效率，并且更加环保。

然而，这些基于白光LED的照明设备仍然面对着一些困难，使其不能被更广泛地使用。这些问题包括光分布一致性、显色能力(color renderingability)、色稳定性、效率以及成本等。

特别地，LED的显色指数(CRI)通常较低，对于冷白光，典型的显色指数在70-80的范围，而对于暖白光，典型的显色指数在80-90的范围。

例如，现有的具有透明灯罩(cover)的白光LED T8灯管的显色指数通常为70-80，并且存在斑点光分布和热至颜色偏移的问题。

为了改进显色性，通常采用混色的方式。然而，对于常规的“白光LED+红色”的混色方式，难以控制颜色一致性，通常需要复杂的电路设计，并且由于不同类型的荧光体(例如红色荧光体和白光LED中的黄色荧光体)的不同的热致劣化行为而存在颜色偏移。

另外，现有的颜色混合技术存在如下问题：

在照明设备内没有光混合所需要的足够距离的情况下，所混合的颜色不一致并且可能存在亮色斑点；

在使用散射灯罩以提高光分布一致性的情况下，导致较低的发光效率；以及

热致颜色偏移。

如图1a所示，当散射荧光部件与发光元件110、120之间的距离小于d时，来自发光元件110和120的光在未经混合的情况下到达散射荧光部件，从而产生图1b所示的亮色斑点，因此会影响照明设备的颜色和亮度的一致性。在图中，α表示发光元件的光发散角，L表示相邻发光元件之间的距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明设备，其能够提供改进的显色性，并且能够保证一致的光混合。

根据本发明的实施例，提供一种照明设备，包括：两组或更多组发光元件，其中每组发光元件具有各自的波长范围；以及荧光部件，其能够在发光元件发射的光的激发下产生荧光，其中，荧光部件在发光元件的光传播方向上与发光元件间隔开，并且各组发光元件的光与荧光组合成白光。

在本发明的一个实施例中，两组或更多组发光元件以预定数量比交错地组成阵列。

在本发明的一个实施例中，荧光部件为围绕发光元件阵列设置的圆柱面部件。

在本发明的一个实施例中，该两组或更多组发光元件包括蓝光发光二极管和红光发光二极管，并且荧光部件具有黄色荧光体。

在本发明的一个实施例中，蓝光发光二极管和红光发光二极管的数量比为3∶1。

在本发明的一个实施例中，该两组或更多组发光元件包括薄荷色发光二极管和琥珀色发光二极管。

在本发明的一个实施例中，荧光部件与发光元件间隔开的距离d满足：

d > \frac{L}{2} \cot \frac{α}{2}

其中，L为相邻发光元件之间的距离，α为发光元件的光发散角。

附图说明

图1a是示出用于混色的LED的发光光路示意图；

图1b是示出在混色距离小于图1a所示的距离d的情况下出现的亮色斑点的效果图；

图2a是示出根据本发明实施例的照明设备的构造示例的立体图；

图2b是示出图2a所示的照明设备的局部截面图；

图3a和图3b分别是本发明示例性实施例中使用的蓝光LED和红光LED的光谱图；

图4a和图4b分别是本发明示例性实施例中使用的黄色荧光粉的荧光发射光谱和荧光粉颗粒大小分布图；

图5a示出根据本发明示例性实施例的远程荧光体配置中的颜色混合所获得的白光光谱；

图5b示出根据本发明示例性实施例的远程荧光体配置中的颜色混合所获得的白光在CIE色度图中的位置；

图6a是示出根据本发明另一实施例的具有筒灯构造的照明设备的配置示例的立体图；

图6b是示出图6a所示的照明设备的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施例。在附图中，用相同或相似的附图标记表示相同或相似的部分。为了避免因不必要的细节模糊了本发明的要点，在附图中仅示出与本发明的方案密切相关的结构和部件，而省略了关系不大的其它细节。

图2示出根据本发明一个实施例的照明设备的构造的示例。根据本实施例的照明设备200包括荧光部件210、发光元件220、承载发光元件220的电路板230，以及壳体240。

发光元件220可以包括两组或更多组发光元件，其中每组发光元件具有各自的发光波长范围。在本示例性实施例中，发光元件220包括多个蓝光LED220a构成的组和多个红光LED 220b构成的组。

荧光部件210能够在发光元件220发射的光的激发下产生荧光。例如，荧光部件210可以包含荧光体，荧光体例如可以以涂覆方式或者以注塑方式被结合在荧光部件210中。

此外，各组发光元件所发射的光与荧光部件210的荧光组合成白光。在本示例性实施例中，荧光部件210包含黄色荧光粉，从而与蓝光LED 220a和红光LED 220b所发射的光组合成白光。

荧光部件210在发光元件220的光传播方向上与发光元件220间隔开。在本示例性实施例中，荧光部件210具有半圆柱面的形状，并且与壳体240构成完整圆柱面，从而照明设备200整体上具有灯管的形式。荧光部件210在发光元件220的光传播方向，即圆柱面的径向方向上与发光元件至少间隔开大致圆柱面半径长度的距离。

图2b示出图2a所示的照明设备200的局部截面图。蓝光LED 220a和红光LED 220b以预定数量比组成阵列。在所示出的示例性实施例中，蓝光LED 220a和红光LED 220b以3∶1的数量比彼此交错地排列成直线。然而，在其它的实施例中，各组发光元件之间可以具有不同的数量比，并且可以以其它的形式布置，例如，发光元件可以排列成m×n阵列，或者可以散布在圆形区域内(例如在后面将要说明的筒灯构造中)等。

另外，如前面参照图1所说明的，荧光体210与发光元件220的发光表面之间的距离d优选地满足下式(1)，以保证照明设备200的颜色混合一致性以及避免亮色斑点的出现：

d > \frac{L}{2} \cot \frac{α}{2} - - - (1)

其中，L为发光元件阵列中相邻发光元件之间的间距，α为发光元件的光发散角。

下面结合具体示例说明根据本发明具体实施例的照明设备的测试结果。其中，蓝光LED 220a采用Liteon公司的LTST-T680TBKT型号的蓝光LED，其中心波长为453nm、光谱峰的半高全宽(FWHM)为21nm(波长范围：442～463nm)，而红光LED 220b采用Liteon公司的LTST-T680KRKT型号的红光LED，其中心波长为631nm、FWHM为15nm(波长范围：624～639nm)。上述蓝光LED和红光LED的波长分布分别如图3a和图3b所示。荧光部件210中的荧光体采用Intematix公司的EY4254型号的荧光粉，其荧光的CIE(1931)坐标为x＝0.423、y＝0.550，发射峰位于558nm，荧光粉颗粒密度2500/mm³，该荧光粉的荧光波长分布和颗粒大小分布分别如图4a和图4b所示。

图5a示出通过上述远程荧光体配置中的颜色混合而获得的白光光谱。图5b示出本示例性实施例的远程荧光体配置的颜色混合所获得的白光在CIE色度图中的位置。如图中点A所指示的，所获得的光在CIE图中坐标约为x＝0.45、y＝0.40，其色温为2717K，属于暖白光。

下面的表1列出了利用根据本示例性实施例的照明设备得到的光的R1-R15显色指数，由此得到其总体显色指数为93.458。

表1：本实施例照明设备产生的光的R1-R15显色指数

No.	标准测试颜色样本	CRI
			1	TCS1[7.5R 6/4；浅灰红色]	97.698
2	TCS2[5Y 6/4；暗灰黄色]	95.468
			3	TCS3[5GY 6/8；饱和黄绿色]	81.467
4	TCS4[2.5G 6/6；中等黄绿色]	92.852
			5	TCS5[10BG 6/4；浅蓝绿色]	97.330
6	TCS6[5PB 6/8；浅蓝色]	92.905
			7	TCS7[2.5P 6/8；浅紫色]	94.250
8	TCS8[10P 6/8；浅红紫色]	95.692
			9	TCS9[4.5R 4/13；饱和红色]	96.565
10	TCS10[5Y 8/10；饱和黄色]	81.471
			11	TCS11[4.5G 5/8；饱和绿色]	93.029
12	TCS12[3PB 3/11；饱和蓝色]	72.728
			13	TCS13[5YR 8/4；浅黄粉(西方人肤色)]	99.094
14	TCS14[5GY 4/4；中等橄榄绿色(叶绿色)]	86.647
			15	TCS15[1YR 6/4；亚洲人肤色]	96.730

除了以上示例中说明的蓝光LED与红光LED的组合之外，根据本发明实施例的照明设备还可以采用其它发光元件组合。例如，可以采用薄荷色(Mint)LED与琥珀色(Amber)LED的组合。具体地，可以采用薄荷色LED与琥珀色LED以例如2∶1或3∶1的数量比交错地排列成阵列。另外，由于薄荷色LED与琥珀色LED的光能够组合成白光，因此荧光体例如可以采用黄色或其它适当颜色的荧光体。

此外，还可以选择其它合适的发光元件与荧光体组合。例如，可以参照CIE图，选择具有合适的CIE坐标的发光元件和荧光体以组合成白光。另外，虽然以上说明了采用两种发光元件的示例，然而也可以采用多于两种的发光元件来与荧光体进行组合以产生具有高显色性的输出光。

以上示出了根据本发明的具有灯管形式的照明设备的示例性实施例，然而，根据本发明的照明设备也可以具有其它的形式，例如筒灯(down light)。

图6a和图6b分别示出根据本发明另一实施例的具有筒灯构造的照明设备600配置示例的立体图及其剖视图。

照明设备600包括荧光部件610、发光元件620和壳体630。与图2所示的具有灯管构造的照明设备200不同地，在本实施例的具有筒灯构造的照明设备600中，荧光部件610为圆形平面部件，相应地，发光元件620排列成圆形阵列。可以根据发光元件的具体选择和数量比来确定适当的排列方式。另外，可以如上所述地设置发光元件620的发光面与荧光部件610的间距，以保证足够的光混合距离。

虽然在上述实施例中发光元件被布置在同一平面上，但是本发明不限于此。可以根据具体应用和设计需要来布置发光元件，例如，可以将发光元件布置在曲面(例如，球面)上或者布置在不同的平面上。另外，荧光部件可以根据具体应用和设计需要以及发光元件的具体布置方式而具有不同的构造，只要荧光部件在发光元件所发的光的传播方向上与发光元件间隔开即可，从而各组发光元件的光在到达荧光部件时能够得到充分的混合。

通过使用远程荧光体与颜色混合相结合的配置，使得发光元件与荧光体之间具有足够的距离以得到一致的光混合，使得能够实现一致和稳定的光输出，并且使得能够实现显色性的提高。此外，该配置使得能够较为自由地选择构成照明设备的发光元件和荧光体的种类。

虽然参考附图详细说明了本发明的实施例，然而本领域技术人员应该了解可以根据设计需要对本发明进行各种变型、修改、组合以及子组合，只要该修改落入所附权利要求书的实质和范围内即可。

Claims

1.一种照明设备，包括：

两组或更多组发光元件，其中每组发光元件具有各自的波长范围；以及

荧光部件，其能够在所述发光元件发射的光的激发下产生荧光，

其中，所述荧光部件在所述发光元件的光传播方向上与所述发光元件间隔开，并且各组所述发光元件的光与所述荧光组合成白光。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述两组或更多组发光元件以预定数量比交错地组成阵列。

3.根据权利要求2所述的照明设备，其中，所述荧光部件为围绕所述阵列设置的圆柱面部件。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的照明设备，其中，所述两组或更多组发光元件包括蓝光发光二极管和红光发光二极管，并且所述荧光部件具有黄色荧光体。

5.根据权利要求4所述的照明设备，其中，所述蓝光发光二极管和所述红光发光二极管的数量比为3∶1。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的照明设备，其中，所述两组或更多组发光元件包括薄荷色发光二极管和琥珀色发光二极管。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的照明设备，其中，所述荧光部件与所述发光元件间隔开的距离d满足：

d > \frac{L}{2} \cot \frac{α}{2}

其中，L为相邻发光元件之间的距离，α为所述发光元件的光发散角。