CN103196068A

CN103196068A - 一种led光源模块及具有其的灯具

Info

Publication number: CN103196068A
Application number: CN2013101430638A
Authority: CN
Inventors: 赵飞; 姜晓昉
Original assignee: HANGZHOU NAJING TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: HANGZHOU NAJING TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103196068B

Abstract

本发明提供了一种LED光源模块及灯具。该LED光源模块包括：LED基板、壳体、封装体，各封装体内封装有LED芯片，LED芯片包括峰值波长为λ₁～λ₂的第一芯片和峰值波长为λ₃～λ₄的第二芯片，第一芯片连接在电流可调的第一芯片线路上，第二芯片连接在电流可调的第二芯片线路上，且第一芯片的峰值波长小于第二芯片的峰值波长；壳体上设置的第一荧光材料在峰值波长为λ₁～λ₂的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，且在吸收值为在λ₂处吸收值的1/2时所对应的波长小于λ₃；第二荧光材料在峰值波长为λ₃～λ₄的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，且在吸收值为在λ₃处吸收值的1/2时所对应的波长大于λ₂。

Description

一种LED光源模块及具有其的灯具

技术领域

本发明涉及LED照明领域，具体而言，涉及一种LED光源模块及具有其的灯具。

背景技术

LED光源以其优良的性能结合智能控制系统，被越来越多地应用于室内外照明场合，但同时也对其色温、显色指数等色度指标提出了新的要求。为了应对这种挑战，色温可调LED灯具逐渐引起人们注意，该色温可调LED灯具是通过模拟一年四季和每天从早到晚自然光的变化来调节室内灯具照明的色温，以程序控制来满足不同客户或不同年龄段人群对光的需求，色温可在2700～5600K之间进行任意调节。同时，色温可调LED灯具采用先进的封装工艺与设备与普通LED灯具相比可节能20%，与CFL筒灯相比节能高达60%；且显色性超过90，能够真实的还原物体原有的颜色，因此具有高光效、低碳性能的优点。客户在使用时，可选择自动调节和手动随意定色温，为客户提供舒适、宜人的光环境。

目前色温可调LED灯具主要通过下面几种方式来实现：

第一种通过多LED模组排列组合+智能驱动方式，申请号为200920169810.4的中国专利采用三组LED，每组LED灯由相同色温的LED构成，不同LED灯组之间的LED发出不同色温的光，LED灯组之间并联连接，每组都串联有一个驱动电路，驱动电路由电阻、电容、可调电阻和开关组成。通过调节可调电阻的阻值，改变每组LED灯的电流来实现亮度调节，使不同色温的LED灯组发出不同亮度的光，进行混光后就可以得到不同色温的光。

随着封装技术的发展及红色荧光粉，红色芯片性能的提高，部分LED厂家利用440nm和470nm两种蓝色LED芯片对荧光粉的激发程度不同，通过控制调节不同芯片组的电流输入，实现发射光谱的变化，从而达到色温改变的目的，另外可引入红色芯片，通过单独控制红色芯片与原有白光LED的电流来实现色温调节。

由此可见，现有的色温可调LED灯具的结构较为复杂，成本较高，智能驱动的性能要求较高，色温调节的范围也受到限制，因此限制了色温可调LED灯具的推广应用。

发明内容

本发明旨在提供一种LED光源模块及具有其的灯具，简化了LED光源的结构。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种LED光源模块，包括：LED基板；壳体，一端开口，且开口端固定在LED基板上；一个或多个封装体，各封装体内封装有LED芯片，且封装体固定在LED基板上由壳体围成的区域内，LED芯片包括峰值波长为λ₁～λ₂的第一芯片和峰值波长为λ₃～λ₄的第二芯片，第一芯片连接在电流可调的第一芯片线路上，第二芯片连接在电流可调的第二芯片线路上，且第一芯片的峰值波长小于第二芯片的峰值波长；壳体上设置有第一荧光材料和第二荧光材料，第一荧光材料在峰值波长为λ₁～λ₂的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中第一荧光材料在吸收值为在λ₂处吸收值的1/2时所对应的波长小于λ₃；第二荧光材料在峰值波长为λ₃～λ₄的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中第二荧光材料在吸收值为在λ₃处吸收值的1/2时所对应的波长大于λ₂。

进一步地，上述第一芯片为一个或相互串联的多个，第二芯片为一个或相互串联的多个。

进一步地，上述第一芯片的峰值波长为390～440nm，第二芯片的峰值波长为420～480nm，且第一芯片的峰值波长与第二芯片的峰值波长相差在50nm以上，第一荧光材料为量子点材料，第二荧光材料为荧光粉。

进一步地，上述第一芯片的峰值波长为400～420nm，第二芯片的峰值波长为455～480nm。

进一步地，上述荧光粉为黄绿色荧光粉，量子点材料为掺杂型半导体纳米晶体。

进一步地，上述壳体的内表面或外表面具有荧光材料层，第一荧光材料和第二荧光材料分布在荧光材料层中。

进一步地，上述第一荧光材料和第二荧光材料分散在壳体中。

进一步地，上述第一芯片线路与第二芯片线路并联。

进一步地，上述LED光源还包括电流调节器，电流调节器与第一芯片和/或第二芯片相连以调节通过第一芯片和/或第二芯片的电流。

根据本发明的另一方面，还提供了一种LED灯具，包括LED光源模块，该LED光源模块为上述LED光源模块。

应用本发明的技术方案，使得第一荧光材料只吸收第一芯片发出的光而对第二芯片发出的光几乎没有吸收，第二荧光材料只吸收第二芯片发出的光而对第一芯片发出的光几乎没有吸收，芯片与荧光材料的之间的配合能够得到不同具有不同色温的光；并且将第一芯片和第二芯片分别连接在各自的线路中，因此可以自由调节通过第一芯片和/或第二芯片的电流进而改变由第一芯片和/或第二芯片所发出的不同光在整个LED光源模块的出光光谱中的比例，从而实现对LED光源模块色温的调节。本申请的LED光源模块的封装体的封装结构采用目前常规的封装结构即可，通过简单的电流调节装置即可实现对相互独立的第一芯片和第二芯片的电流的调节，进一步简化了该LED光源模块的结构，并降低了该LED光源模块的成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种优选的实施例的LED光源模块的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例5的LED光源模块的色温的变化趋势图；以及

图3示出了根据本发明的实施例5的LED光源模块的显色指数的变化趋势图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明中所指的吸收值是指在紫外可见分光光度计测得的吸收曲线中，相应波长处对应的样品对入射光的吸收数值。

如图1所示，在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种LED光源模块，包括LED基板2、壳体3和一个或多个封装体1。壳体3的一端开口，且开口端固定在LED基板2上；各封装体1内封装有LED芯片11，且封装体1固定在LED基板2上由壳体3围成的区域内。LED芯片11包括峰值波长为λ₁～λ₂的第一芯片和峰值波长为λ₃～λ₄的第二芯片，第一芯片连接在电流可调的第一芯片线路上，第二芯片连接在电流可调的第二芯片线路上，且所述第一芯片的峰值波长小于所述第二芯片的峰值波长。壳体3上设置有第一荧光材料和第二荧光材料，第一荧光材料在峰值波长为λ₁～λ₂的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中第一荧光材料在吸收值为在λ₂处吸收值的1/2时所对应的波长小于λ₃；第二荧光材料在峰值波长为λ₃～λ₄的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中第二荧光材料在吸收值为在λ₃处吸收值的1/2时所对应的波长大于λ₂。

具有上述结构的LED光源模块，使得第一荧光材料只吸收第一芯片发出的光而对第二芯片发出的光几乎没有吸收，并且将吸收的光转化为波长更长的光；第二荧光材料只吸收第二芯片发出的光而对第一芯片发出的光几乎没有吸收，并且将吸收的光转化为波长更长的光，芯片与荧光材料的之间的配合能够得到不同具有不同色温的光；并且将第一芯片和第二芯片分别连接在各自的线路中，因此可以自由调节通过第一芯片和/或第二芯片的电流进而改变由第一芯片和/或第二芯片所发出的不同光在整个LED光源模块的出光光谱中的比例，从而实现对LED光源模块色温的调节。

本申请的LED光源模块的封装体1的封装结构采用目前常规的封装结构即可，通过简单的电流调节装置即可实现对相互独立的第一芯片和第二芯片的电流的调节，进一步简化了该LED光源模块的结构，并降低了该LED光源模块的成本。而且只要能够满足上述条件的荧光材料均可用于本发明的第一荧光材料和第二荧光材料。

用户可以根据需求选择本发明的LED光源模块的第一芯片和第二芯片的数量，优选第一芯片为一个或相互串联的多个，第二芯片为一个或相互串联的多个。当第一芯片和第二芯片的数量为多个时，各个第一芯片串联后与相互串联的第二芯片并联，以便于独立地对第一芯片和第二芯片进行电流调节。

在本发明的一种优选的实施例中，上述第一芯片的峰值波长为390～440nm，第二芯片的峰值波长为420～480nm，且第一芯片的峰值波长与第二芯片的峰值波长相差在50nm以上，第一荧光材料为量子点材料或荧光粉，第二荧光材料为荧光粉。

峰值波长在420～480nm的第二芯片能够激发吸收波长在420nm以上的荧光粉产生黄绿色的光，峰值波长在390～440nm的第一芯片能够激发吸收波长在440nm以下的量子点材料产生红光，使LED光源模块发出白光，因为荧光粉与量子点材料的吸收范围没有重叠，所以红光的输出与黄绿光的输出相互不受影响，通过调节通过第一芯片的电流控制红光在白光中的比例，实现冷白光到暖白光的调节且白光的强度不受影响，从而得到了高光效的LED光源模块。

在本发明的一种优选的实施例中，上述第一芯片的峰值波长为400～420nm，第二芯片的峰值波长为455～480nm，在该实施例中第一芯片与第二芯片的数量根据不同芯片发光强度按比例调节，保证第一芯片和第二芯片的发光功率大小接近。上述实施例的LED光源模块的色温的一般在2300～5500K的范围调节，显色指数一般大于90，R9＞0，完全满足美国能源之星的要求。

本发明为了节约成本，取材方便，优选上述荧光粉为黄绿色荧光粉，上述量子点材料为掺杂型半导体纳米晶体。可用于本发明的掺杂型半导体纳米晶体包括但不限于核-壳结构，核可以为Mn_zZn_1-zSe_xS_1-x,(0＜z≤1，0≤x≤1)。壳层部分可以为ZnS，ZnSe，ZnSe_yS_1-y(0≤y≤1)中的一种或多种，层数可以为一层或多层，两者的重量比可以选择任意比，不仅能使上述LED光源模块能够满足美国能源之星的要求，而且在尽可能低的情况下实现尽可能好的光效。

本发明的LED光源模块的LED芯片的发光为远程荧光激发发光，优选壳体3的内表面或外表面具有荧光材料层31，第一荧光材料和第二荧光材料分布在荧光材料层31中。上述荧光材料层31采用以下方法制作：将第一荧光材料和第二荧光材料分布在硅胶或树脂中形成混合物，然后将该混合物喷涂或刷涂到壳体3的内表面上，待该混合物固化后即形成荧光材料层31。

本发明的第一荧光材料和第二荧光材料也可以在壳体3的制备过程中分散到壳体3的原料中，然后将上述的荧光材料与壳体3的原料一起固化，即第一荧光材料和第二荧光材料分散在壳体3中。

本发明的壳体3的制作材料选用目前的常规材料即可，优选上述壳体3为玻璃壳体、环氧树脂壳体、PC壳体或硅胶壳体。

本发明优选一种简单的独立调节通过第一芯片和第二芯片的电流的方式，即第一芯片线路与第二芯片线路并联。

为了使本发明的LED光源模块的色温调节更加精确，优选在LED光源模块还包括电流调节器，电流调节器与第一芯片和/或第二芯片相连以调节通过第一芯片和/或第二芯片的电流。

并且由于本发明的第一芯片和第二芯片相互独立，因此本领域中常规的电流调节器包括简易的电流调节器均可用作本发明的电流调节器进而使得本发明的LED光源模块的制作成本进一步降低。优选PWM调光器或TRIAC调光器。

在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种LED灯具，包括LED光源模块，该LED光源模块为上述的LED光源模块。具有本发明的LED光源模块的LED灯具的结构简单、色温调节的方法简单、制作成本较低、光效较高，有利于推广应用。

以下将结合实施例，进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

利用计算机仿真模拟软件，建立两个峰值波长分别在400nm和465nm的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片的发射光谱形状均为半波宽为17nm的高斯峰。第一荧光材料为掺杂量子点（核：Mn_0.01Zn_0.99Se，壳层：ZnS），第二荧光材料为型号为Y2B-004-em的荧光粉，荧光粉与该掺杂量子点的重量比为1000:1，调整第一芯片的高斯峰高度大小（模拟通过第一芯片电流的变化，第一芯片的高斯峰高度越大，表示通过第一芯片的电流越小），可以得到第一芯片和第二芯片被远程激发材料激发后得到的混合光，测试结果见表1。

表1

高斯峰高度	色温（K）	显色指数	色差
				125	4359	90.05	0.005
250	4109	90.8	0.004
				375	3827	92	0.003
500	3500	92.2	0.002
				625	2720	93.5	0.004

由表1中的数据可以看出，随着第一芯片的高斯峰的高度增大，所模拟的LED光源的色温减小，并在2700～4360K之间变化，显色指数维持在90以上，色差也均小于0.005。

实施例2

利用计算机仿真模拟软件，建立两个峰值波长分别在420nm和470nm的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片的发射光谱形状均为半波宽为17nm的高斯峰。第一荧光材料为掺杂量子点（核：Mn_0.1Zn_0.9Se_0.95S_0.05，壳层：ZnSe_0.15S_0.85），第二荧光材料为型号为Y2B-004-em的荧光粉，荧光粉与掺杂量子点荧光粉与掺杂量子点的重量比为100:1，调整第一芯片的高斯峰高度大小（模拟通过第一芯片电流的变化，第一芯片的高斯峰高度越大，表示通过第一芯片的电流越小），可以得到第一芯片和第二芯片被远程激发材料激发后得到的混合光，测试结果见表2。

表2

高斯峰高度	色温（K）	显色指数	色差
				125	4750	88.25	0.008
250	4200	89.6	0.007
				375	3720	90.21	0.005
500	3345	91.25	0.004
				625	2710	91.7	-0.002

由表2中的数据可以看出，随着第一芯片的高斯峰的高度增大，所模拟的LED光源的色温减小，并在2700～4750K之间变化。

实施例3

利用计算机仿真模拟软件，建立两个峰值波长分别在430nm和480nm的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片的发射光谱形状均为半波宽为17nm的高斯峰。第一荧光材料为掺杂量子点（核：Mn_0.05Zn_0.95Se_0.9S_0.1，壳层：ZnSe_0.1S_0.9），第二荧光材料为型号为Y2B-004-em的荧光粉，荧光粉与掺杂量子点重量比为1:1，调整第一芯片的高斯峰高度大小（模拟通过第一芯片电流的变化，第一芯片的高斯峰高度越大，表示通过第一芯片的电流越小），可以得到第一芯片和第二芯片被远程激发材料激发后得到的混合光，测试结果见表3。

表3

高斯峰高度	色温（K）	显色指数	色差
				125	4785	90	0.006
250	4200	90.25	0.0056
				375	3870	90.8	0.004
500	3368	92.5	0.002
				625	3025	92.7	0.003

由表3中的数据可以看出，随着第一芯片的高斯峰的高度增大，所模拟的LED光源的色温减小，并在3000～4800K之间变化，显色指数维持在90以上，色差也均小于0.005，说明本发明的LED光源的光效较高。

实施例4

利用计算机仿真模拟软件，建立两个峰值波长分别在360nm和410nm的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片的发射光谱形状均为半波宽为17nm的高斯峰。第一荧光材料为型号为BR630的荧光粉，第二荧光材料为型号为Y2B-004-em的荧光粉，第一荧光材料与第二荧光材料的重量比为1:3.5，调整第一芯片的高斯峰高度大小（模拟通过第一芯片电流的变化，第一芯片的高斯峰高度越大，表示通过第一芯片的电流越小），可以得到第一芯片和第二芯片被远程激发材料激发后得到的混合光，测试结果见表4。

表4

高斯峰高度	色温（K）	显色指数	色差
				0	4160	90	0.0017
300	3520	91.8	-0.002
				780	3005	91.6	-0.0042
1350	2697	90	-0.0046

由表3中的数据可以看出，随着第一芯片的高斯峰的高度增大，所模拟的LED光源的色温减小，并在2500～4300K之间变化，显色指数维持在90以上，色差也均小于0.005。

实施例5

采用两片串联的发光波长为405nm的LED芯片为实施例5的LED光源模块的第一芯片，三片串联的发光波长为455nm的LED芯片为实施例5的LED光源的第二芯片，第一芯片与电压为7V的第一恒流驱动电源连接，第一驱动电源可调节通过第一芯片的电流在0～300mA之间变化，第二芯片与电压为7V的第二驱动电源连接，使第一芯片和第二芯片并联，将型号为Y2B-004-em的荧光粉和掺杂量子点（核：Mn_0.25Zn_0.75Se_0.8S_0.2，壳层：ZnSe_0.05S_0.95），荧光粉与该掺杂量子点涂覆在玻璃壳体的外表面上，且荧光粉与掺杂量子点的重量比为1:10，调节通过第一芯片的电流，测试该光源的色温变化和显色指数的变化，测试结果见表4，变化趋势如图2和图3所示。

表5

驱动电流(mA)	色温（K）	显色指数	色差
				0	2980	90.1	0.005
50	3200	90.2	0.002
				100	3300	90.2	0.0023
150	3980	94	0.001
				200	4360	95.3	0.0015
250	5000	96.1	-0.002
				300	5785	94.2	-0.0032

由图2和图3中所示的色温的变化趋势可以看出色温在2900～5800K之间变化，显色指数均高于90，因此说明实施例5的LED光源模块采用简单的结构即可实现对色温的调节并能保持较高的光效。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种LED光源模块，包括：

LED基板（2）；

壳体（3），一端开口，且开口端固定在所述LED基板（2）上；

一个或多个封装体（1），各所述封装体（1）内封装有LED芯片（11），且所述封装体（1）固定在LED基板（2）上由所述壳体（3）围成的区域内，其特征在于，

所述LED芯片（11）包括峰值波长为λ₁～λ₂的第一芯片和峰值波长为λ₃～λ₄的第二芯片，所述第一芯片连接在电流可调的第一芯片线路上，所述第二芯片连接在电流可调的第二芯片线路上，且所述第一芯片的峰值波长小于所述第二芯片的峰值波长；

所述壳体（3）上设置有第一荧光材料和第二荧光材料，所述第一荧光材料在峰值波长为λ₁～λ₂的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中所述第一荧光材料在吸收值为在λ₂处吸收值的1/2时所对应的波长小于λ₃，所述第二荧光材料在峰值波长为λ₃～λ₄的范围内的不同波长处对应有不同的吸收值，其中所述第二荧光材料在吸收值为在λ₃处吸收值的1/2时所对应的波长大于λ₂。

2.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述第一芯片为一个或相互串联的多个，所述第二芯片为一个或相互串联的多个。

3.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述第一芯片的峰值波长为390～440nm，所述第二芯片的峰值波长为420～480nm，且所述第一芯片的峰值波长与所述第二芯片的峰值波长相差在50nm以上，所述第一荧光材料为量子点材料，所述第二荧光材料为荧光粉。

4.根据权利要求3所述的LED光源模块，其特征在于，所述第一芯片的峰值波长为400～420nm，所述第二芯片的峰值波长为455～480nm。

5.根据权利要求4所述的LED光源模块，其特征在于，所述荧光粉为黄绿色荧光粉，所述量子点材料为掺杂型半导体纳米晶体。

6.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述壳体（3）的内表面或外表面具有荧光材料层（31），所述第一荧光材料和所述第二荧光材料分布在所述荧光材料层（31）中。

7.根据权利要求1所述的LED光源模块，其特征在于，所述第一荧光材料和所述第二荧光材料分散在所述壳体（3）中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的LED光源模块，其特征在于，所述第一芯片线路与所述第二芯片线路并联。

9.根据权利要求8所述的LED光源模块，其特征在于，所述LED光源还包括电流调节器，所述电流调节器与所述第一芯片和/或所述第二芯片相连以调节通过所述第一芯片和/或所述第二芯片的电流。

10.一种LED灯具，包括LED光源模块，其特征在于，所述LED光源模块为权利要求1至9中任一项所述的LED光源模块。