CN104048198A - 发光二极管照明设备及其制造方法 - Google Patents

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CN104048198A CN201410085975.9A CN201410085975A CN104048198A CN 104048198 A CN104048198 A CN 104048198A CN 201410085975 A CN201410085975 A CN 201410085975A CN 104048198 A CN104048198 A CN 104048198A
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Abstract

本申请提供了一种发光二极管(LED)照明设备及其制造方法，其中所述发光二极管照明设备包括白色LED和红色LED。所述白色LED的色度的色温在根据ANSI C78.377-2008标准的范围内的约2800K到约3700K之间，并且所述色温的范围与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。

Description

发光二极管照明设备及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2013-0025524的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及发光二极管(LED)照明设备及制造LED照明设备的方法。
背景技术
通常，具有高色彩再现特性的发光二极管(LED)照明设备具有高发光效率。因此，增加LED照明设备的高显色指数(CRI)是理想的，CRI是色彩再现特性的指数。
普通LED照明设备的CRI在大约70至80之间。然而，在需要高色彩再现特性的地方(比如店铺和商场)使用的照明设备需要具有约90或更高的CRI。因此，发光效率比LED照明设备相对较低的卤素灯或白炽灯泡通常用于工业照明。同时，工业照明可以采用实现了90或更高的CRI的LED照明设备。然而，在这种情况下，由于结构变得复杂而且增加了价格，所以这种工业照明可能不会被实际采用。
与具有约95或更高的CRI的白炽光源相比，包括普通白色LED的LED照明设备具有相对较低的约75或更低的CRI。可能是由于缺乏光谱中波长为大约600nm或更大的红色部分的光而导致较低的CRI。已经开发出用于集成发红光的磷光体材料的技术以增加白色LED的CRI。然而，与黄色和绿色下转换磷光体材料相比，发红光的磷光体材料会导致更多的能量损失和更低的光源效率。
普通高CRI的LED照明缺少具有约630nm或更大波长的红色成分，这会导致LED照明设备的CRI降低。为此，正在通过将蓝色LED和绿色LED磷光体材料与白色LED和红色LED结合来开发达到约90或更高CRI的LED照明设备。
然而，由于LED照明设备使用反馈传感器来控制白色LED和红色LED的电流值，所以可能使电路构造复杂化并且可能增加制造成本。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种发光二极管(LED)照明设备，其包括白色LED和红色LED，其中所述白色LED的色度的色温可以在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约2800K到约3700K之间，并且所述色温的范围可以与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。
所述白色LED的色度的y坐标值大于所述由黑体辐射限定的色度轨迹。
根据本申请的另一个方面，提供了一种LED照明设备，所述LED照明包括白色LED、红色LED和扩散板，其中所述白色LED的色度的色温在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约3500K到约4500K之间，并且从所述白色LED辐射的光和从所述红色LED辐射的光的流明(1m)比由红色LED∶白色LED＝1∶6至红色LED∶白色LED＝1∶14所限定。
根据本申请的另一个方面，提供了一种制造LED照明设备的方法，所述方法包括：形成衬底；在所述衬底的上表面上形成至少一个白色LED；以及在所述衬底的上表面上形成至少一个红色LED，其中所述白色LED的色度的色温在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约2800K到约3700K之间，并且所述色温的范围与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。
根据本申请的另一个方面，提供了一种制造LED照明设备的方法，所述方法包括：形成衬底；在所述衬底的上表面上形成至少一个白色LED；在所述衬底的上表面上形成至少一个红色LED；以及在所述至少一个白色LED和所述至少一个LED的上部形成扩散板，其中所述至少一个白色LED的色度的色温在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约3500K到约4500K之间，并且从所述至少一个白色LED辐射的光和从所述至少一个红色LED辐射的光的流明(1m)比由红色LED∶白色LED＝1∶6至红色LED∶白色LED＝1∶14所限定。
将在后面的说明中在某种程度上阐述另外的优点和新颖特征，并且对本领域技术人员而言，经过对后面内容以及附图的检阅，另外的优点和新颖特征将在某种程度上变得显而易见，或者通过示例的生产或操作可以习得。通过对下面讨论的详细示例中阐述的各方面的方法、手段和组合的实践或使用，可以实现并获得本教导的优点。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例进行的以下说明，本申请的这些和其他方面、特征和优点将变得明显且更容易理解，其中∶
图1是示出了根据本申请实施例的发光二极管(LED)照明设备的外部结构的示图；
图2是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的内部结构的示图；
图3是示出了美国国家标准学会(ANSI)C78.377-2008标准的范围的图表；
图4是示出了测量根据本申请一个实施例的LED照明设备的色度的结果的图表；
图5是示出了根据本申请一个实施例在混合白色LED和红色LED之后的色度范围的图表；
图6是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的构造的侧视图；
图7是示出了根据本申请另一个实施例的LED照明设备的构造的侧视图；
图8示出了计算根据本申请一个实施例的LED照明设备的色度的结果的示图；
图9是示出了根据本申请一个实施例的使用蓝色波长吸收剂的LED照明设备的光谱和未使用蓝色波长吸收剂的LED照明设备的光谱的图表；
图10是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备中包括的扩散板的相对透射率的图表；以及
图11是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的制造方法的流程图。
具体实施方式
在以下的详细说明中，以实施例的方式对许多具体细节进行了阐述，以提供对相关教导的全面理解。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，在没有这些细节的情况下也可以实践本教导。在其他情况下，以不带有细节的相对高水平对众所周知的方法、过程、组件和／或线路进行了说明，以避免不必要地使本教导的各方面模糊。
现在将详细地参考本申请的示例性实施例，在附图中示出了示例性实施例的示例，但是不限于这些实施例。
对下面将使用的术语进行了定义以准确地解释各实施例，并且可以根据用户、用户的意图或实践来改变这些术语。因此，应当基于整篇说明书来确定术语的定义。
图1是示出了根据本申请一个实施例的发光二极管(LED)照明设备的外部结构的示图。
参考图1，LED照明设备的外表包括：壳体110，其可以包括安装白色LED和红色LED的衬底；散热片120，其适用于吸收产生白多个LED的热量并排出热量；以及扩散板130，其适用于传送和漫射产生白多个LED的光。
图2是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的内部结构的示图。
参考图2，可以将白色LED220和红色LED230安装在衬底210上，并且可以在衬底210上布置壳体110以覆盖白色LED220和红色LED230。具体地，例如，LED照明设备可以包括电源电路、衬底210、六个白色LED220、单个红色LED230、壳体110、散热片120和扩散板130。白色LED220和红色LED230可以串联并且被提供有来自电源电路的驱动电流。
白色LED220可以采用由美国国家标准学会(ANSI)C78.377-2008标准规定的色度范围内的LED。该标准规定了针对具有固态照明产品的普通照明设备(比如LED照明设备)推荐的色度范围，并确保产品的白光色度可以传达给消费者。该标准适用于其中包含有控制电子器件和散热片的基于LED的固态照明产品。
图3是示出了ANSI C78.377-2008标准的范围310的图表。
可以根据图3所示的色度来确定ANSI C78.377-2008标准的范围310。黑体辐射的色度范围也可以由ANSI C78.377-2008标准来限定。例如，按照C78.377-2008标准，可以由LED的黑体轨迹上的八个矩形的轮廓来表示范围310。相应地，可以提高LED的均匀性。此外，根据色彩分级(color binning)系统可以将ANSI C78.377-2008标准确定为单密度和精细的色彩分级。
通过调节可用的色度范围和白色LED与红色LED之间的比(例如，流明(1m)值的比或封装件的数量的比)，LED照明设备可以实现高效率的色温、色度和显色指数(CRI)。例如，白色LED220的色度在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约2800K到约3700K的范围内，该范围与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。在白色LED的色度中，y坐标值可以大于由黑体辐射限定的色度轨迹。
在LED照明中，从白色LED220辐射的光和从红色LED230辐射的光的1m比可以由等式1限定。
[等式1]
红色LED∶白色LED＝1∶6至红色LED∶白色LED＝1∶14
图4是示出了测量根据本申请一个实施例的LED照明设备的色度的结果的图表。
通过改变白色LED和红色LED之间的比，LED照明设备可以获得图4的图表所示的色度的模拟结果。在表示黑体辐射色度曲线420的ANSI C78.377-2008标准的范围410内，LED照明设备可以获得白色LED的测量色度值430和通过混合白色LED和红色LED而形成的光的测量色度值440。
例如，当红色LED和白色LED之间的比为1∶5时，LED照明设备根据红色LED和白色LED之间的1m比可以获得约2640K的色温和约94.2的CRI作为模拟结果值450，如附图标记453所示。当比为1∶6时，LED照明设备可以获得约2721K的色温和约92.7的CRI，如图4中的附图标记452所示。当比率为1∶7时，LED照明设备可以获得约2783K的色温和约91.5的CRI，如附图标记451所示。这里，LED照明设备由约350mA的低电流驱动。从一个白色LED可以辐射约1001m并且从红色LED可以辐射约601m。红色LED的峰值波长可以在约600nm到约670nm的范围内。
在包括白色LED和红色LED的LED照明设备中，可以根据光的混合比率来改变色度和CRI。例如，混色后，色度可以位于连接白色LED的色度和红色LED的色度的直线上。随着红色成分增加，颜色混合之后的色度可以接近红色LED的色度。当红色成分不足时，可能不能满意地增加CRI。然而，当红色成分过量时，也可能降低CRI。因此，示例性的是LED照明设备的CRI为约90或更高，并且颜色混合之后的色度在ANSI C78.377-2008标准的范围内。
图5是示出了根据本申请一个实施例在混合白色LED和红色LED之后的色度范围的图表。
参考图5，在混合白色LED和红色LED之后的色度的范围510在ANS I C78.377-2008标准的范围内。为此，可以将LED照明设备的白色LED的色度调整至较高的范围520内，该范围520高于由从约2800K到约3700K的色温以及ANSI C78.377-2008标准的范围内的黑体辐射所限定的直线。
另外，白色LED和红色LED之间的封装件的数量比可以由等式2限定。
[等式2]
红色LED∶白色LED＝1∶4至红色LED∶白色LED＝1∶8
例如，当串联驱动白色LED和红色LED时，可以将LED照明设备白色LED和红色LED之间的封装件的数量比调整至在1∶4至1∶8之间。
作为另一个示例，可以将从白色LED辐射的光和从红色LED辐射的光的1m比调整至在1∶6至1∶14之间。
另外，通过将用于吸收蓝色波长的材料增加到己制成的扩散板或扩散罩可以增加白色LED的可用色度范围。另外，在这种情况下，可以降低制造成本。由于LED照明的白色LED的发光效率可能受限，所以可以添加扩散板或扩散罩以减缓针对可用LED的条件。
图6是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的构造的侧视图。图7是示出了根据本申请另一个实施例的LED照明设备的构造的侧视图。
参考图6，LED照明设备可以包括衬底610、白色照明设备620、红色照明设备630、扩散板640、壳体650和散热片660。扩散板640可以包括用于吸收蓝色波长区域的材料。
参考图7，LED照明可以包括衬底710、白色照明设备720、红色照明设备730、扩散板740，壳体750和散热片760。扩散板740的内侧可以涂覆有蓝色波长吸收剂。可替换地，可以将包括蓝色波长吸收剂的膜741附着至所述扩散板740的内侧。例如，蓝色波长吸收剂包括树脂材料或这样的膜，该膜包括在半导体工厂等中使用的黄色。
图8示出了计算根据本申请一个实施例的LED照明设备的色度的结果的示图。
参考图8，当LED照明设备不包括蓝色波长吸收剂材料时，LED照明设备的色度范围840可以超过包括黑体辐射曲线820的ANSIC78.377-2008标准的范围810。然而，当包括蓝色波长吸收剂时，色度可以移动并且LED照明设备可以获得在ANSI C78.377-2008标准的范围810内的色度值850、860和870。
这里，坐标830指白色LED的色度。坐标840可以获得不具有扩散板的LED照明设备的色度，其中色温为约3033K，CRI为约92.8。坐标850可以获得具有扩散板的LED照明设备的色度，其中扩散板的透射率为约60％，色温为约2778K，CRI为约91.0。坐标860可以获得具有扩散板的LED照明设备的色度，其中扩散板的透射率为约53％，色温为约2740K，CRI为约90.5。坐标870可以获得具有扩散板的LED照明设备的色度，其中扩散板的透射率为约46％，色温为约2703K，CRI为约90.0。
由于可以在ANSI C78.377-2008标准的范围内的4000K周围使用LED照明设备的白色LED，因此可以以较低的成本使用LED照明设备。
图9是示出了根据本申请一个实施例的使用蓝色波长吸收剂的LED照明设备的光谱和未使用蓝色波长吸收剂的LED照明设备的光谱的图表。
参考图9，其中使用蓝色波长吸收剂的情况920的蓝色区域小于其中未使用蓝色波长吸收剂的情况910的蓝色区域。
图10是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备中包括的扩散板的相对透射率的图表。
参考图10，当LED照明设备的参考波长是约580nm时，LED照明设备的白色LED的蓝色成分在峰值波长(例如，约450nm)处的透射率可以在约40％至约60％之间的范围1010内。在这种情况下，包括红色LED和蓝色波长吸收剂的扩散板可以提高LED照明设备的色彩再现特性。
LED照明设备可以包括白色LED、红色LED和扩散板。白色LED的色度的色温可以在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约3500K至4500K。从白色LED辐射的光和从红色LED辐射的光的1m比可以由等式3限定。
[等式3]
红色LED∶白色LED＝1∶6至红色LED∶白色LED＝1∶14
这里，580nm的波长被标准化为100％，扩散板关于450nm的波长的透射率可以为约45％至约60％。
图11是示出了根据本申请一个实施例的LED照明设备的制造方法的流程图。
参考图11，在操作1110中，根据LED照明设备的制造方法形成衬底。在操作1120中，在衬底的上表面上形成至少一个白色LED。在操作1130中，在衬底的上表面上可以形成至少一个红色LED，从而制造出LED照明设备。这里，至少一个白色LED的色度的色温可以在ANSI C78.377-2008标准的范围内的约2800K至3700K之间，其与高于由黑体辐射所限定的色度轨迹的范围相对应。
从至少一个白色LED辐射的光和从至少一个红色LED辐射的光的1m比和封装件的数量比可以参考前述说明，故此将不再进行说明。
在操作1140中，在至少一个白色LED和至少一个LED的上部可以形成扩散板。在操作1150中，在衬底的下表面处可以提供散热片。
此外，虽然可以通过前述制造方法制造LED照明设备，但是可以将白色LED的色度的色温调整至ANSI C78.377-2008标准的范围内的从约3500K到约4500K。
以上己对一些示例进行了说明，然而，应理解可以做出各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所述技术和／或以不同方式组合所述系统中的组件、架构、装置或电路和／或由其他组件或其等价物进行替换或补充，则也可以实现适当的结果。
虽然前面己对被认为是最佳的方式和／或其它示例进行了说明，应理解，可以对此进行各种修改，并且文中所公开的主题可以以各种形式和示例进行实施，而且本教导适用于许多应用，这里仅对其中的一些应用进行了说明。所附权利要求意在要求落入本教导的真正范围内的任意和全部应用、修改和变形。

Claims (20)

1.一种发光二极管照明设备，包括：
白色发光二极管和红色发光二极管，其中：
所述白色发光二极管的色度的色温在根据ANSI C78.377-2008标准的范围内的2800K到3700K之间，并且
所述色温的范围与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。
2.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中所述白色发光二极管的色度的y坐标值大于所述由黑体辐射限定的色度轨迹。
3.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中从所述白色发光二极管辐射的光和从所述红色发光二极管辐射的光的流明比由等式1限定：
[等式1]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶6至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶14。
4.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中所述白色发光二极管和所述红色发光二极管之间的封装件的数量比由等式2限定：
[等式2]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶4至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶8。
5.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中所述红色发光二极管的峰值波长在600nm到670nm的范围内。
6.根据权利要求1所述的发光二极管照明设备，其中所述白色发光二极管和所述红色发光二极管的显色指数为90或更高。
7.一种发光二极管照明设备，包括：
白色发光二极管；
红色发光二极管；和
扩散板，其中：
所述白色发光二极管的色度的色温在根据ANSI C78.377-2008标准的范围内的3500K到4500K之间，并且
从所述白色发光二极管辐射的光和从所述红色发光二极管辐射的光的流明比由等式3限定：
[等式3]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶6至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶14。
8.根据权利要求7所述的发光二极管照明设备，其中当580nm的波长被标准化为100％时，所述扩散板关于450nm的波长的透射率在45％至60％的范围内。
9.根据权利要求7所述的发光二极管照明，还包括：
围绕所述衬底的圆柱形壳体，
其中所述扩散板覆盖所述圆柱形壳体的中空顶面。
10.根据权利要求9所述的发光二极管照明，其中在所述扩散板的内表面上涂覆蓝色波长吸收剂。
11.一种制造发光二极管照明设备的方法，所述方法包括步骤：
形成衬底；
在所述衬底的上表面上形成至少一个白色发光二极管；以及
在所述衬底的上表面上形成至少一个红色发光二极管，其中：
所述白色发光二极管的色度的色温在根据ANSI C78.377-2008标准的范围内的2800K到3700K之间，并且
所述色温的范围与高于由黑体辐射限定的色度轨迹的范围相对应。
12.根据权利要求11所述的制造发光二极管照明设备的方法，其中从所述至少一个白色发光二极管辐射的光和从所述至少一个红色发光二极管辐射的光的流明比由等式4限定：
[等式4]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶6至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶14。
13.根据权利要求11所述的制造发光二极管照明设备的方法，其中所述至少一个白色发光二极管和所述至少一个红色发光二极管之间的封装件的数量比由等式5限定：
[等式5]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶4至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶8。
14.根据权利要求11所述的制造发光二极管照明设备的方法，其中所述至少一个白色发光二极管和所述至少一个红色发光二极管的显色指数为90或更高。
15.根据权利要求11所述的制造发光二极管照明设备的方法，还包括步骤：
在所述至少一个白色发光二极管和所述至少一个发光二极管的上部布置扩散板。
16.根据权利要求15所述的制造发光二极管照明设备的方法，其中当580nm的波长被标准化为100％时，所述扩散板关于450nm的波长的透射率在45％至60％的范围内。
17.根据权利要求11所述的制造发光二极管照明设备的方法，还包括步骤：
在所述衬底的下表面处形成散热片。
18.一种制造发光二极管照明设备的方法，所述方法包括步骤：
形成衬底；
在所述衬底的上表面上形成至少一个白色发光二极管；
在所述衬底的上表面上形成至少一个红色发光二极管；以及
在所述至少一个白色发光二极管和所述至少一个发光二极管的上部形成扩散板，其中：
所述至少一个白色发光二极管的色度的色温在根据ANSIC78.377-2008标准的范围内的3500K到4500K之间，并且
从所述至少一个白色发光二极管辐射的光和从所述至少一个红色发光二极管辐射的光的流明比由等式6限定：
[等式6]
红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶6至红色发光二极管∶白色发光二极管＝1∶14。
19.根据权利要求18所述的制造发光二极管照明设备的方法，其中当580nm的波长被标准化为100％时，所述扩散板关于450nm的波长的透射率在45％至60％的范围内。
20.根据权利要求18所述的制造发光二极管照明设备的方法，还包括步骤：
在所述衬底的下表面处形成散热片。
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