CN104075162B - 一种可调色温的高显色性白光led照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体照明技术领域，具体为一种可调色温的高显色性白光LED照明系统。其包含3组LED光源，每组LED光源由一个独立的驱动器供电，每个驱动器由一个控制通道进行控制；每组LED光源包含n（n≥2）个不同波长的LED单元，这n个LED单元的光输出比例是恒定的；3个控制通道可以通过调节各自电流大小，以改变对应的各组LED光源的光输出比例，从而得到不同色温的白光。本发明的白光LED照明系统色容差SDCM≤7，显色指数Ra≥85，第九种特殊显色指数R9≥85，色温可调范围为2000?10000 K，控制系统设计比较简单，器件少成本低，容易实现并推广。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种高显色性白光LED照明系统。
背景技术
LED相比于诸如白炽灯和荧光灯等传统光源具有多方面的巨大优势，包括光效高、寿命长、开关快、易控制、体积小等，因此基于LED的白光照明设备正日益应用于室内照明和室外照明领域，为实现智能照明提供了基础。
以往，传统的RGB三基色混合白光虽然具有较高的辐射光效，但缺少黄光波段，导致显色指数较低，特别是第九种特殊显色指数R9很低，不适用于一般照明用途。而目前普遍使用的LED白光技术是利用蓝光LED（峰值波长约440-480 nm）激发YAG荧光粉，荧光粉吸收蓝光后发出的黄光与透射过荧光粉的部分蓝光混合后产生白光。这种方法有效补充了黄光波段，显色指数达到了70以上，甚至80以上。但是，相对于显色指数接近100的白炽灯和卤钨灯，这种白光LED在还原色彩方面的能力仍显不足。因此，有必要研发新型白光LED以满足人们对于照明品质日趋苛刻的要求。
专利US5851063中提出了一种使用4个LED混合产生白光的方法，其中第1个LED峰值波长在440-450 nm范围内，第2个LED峰值波长在455-505 nm范围内，第3个LED峰值波长在555-565 nm范围内，第4个LED峰值波长在610-620 nm范围内。由此，在4个LED系统特定的某些相对强度下，可获得显色指数大于85的白光。可是，这种方法在高显色性下可获得的色温非常有限，实用性不强。专利WO2013140296提出了一种由3个或以上的LED组成的白光源，其中至少一个LED由蓝光+荧光粉获得偏绿的白光，至少一个LED由蓝光+荧光粉获得偏蓝的白光，和至少一个LED发出红色光或琥珀色光。由此产生的白光具有85以上的显色指数和贴近黑体线色坐标。可是，荧光粉的大量使用可能带来色漂的问题，光色的稳定性难以保证。专利US20100072900提出了一种使用6个LED产生3种原色（如RGB）来混合产生光的方法。每种原色分别由2个LED产生，通过反馈控制这2个LED的能量比例，来稳定原色的色坐标不变，由此再将3种原色按一定比例混合产生白光。虽然6个LED的使用使得光谱更宽，可以获得较好的照明效果，并且解决了色漂问题，但过多的控制通道却使得此种光源控制难度较高，并不容易实现。专利US20130207570提出了一种使用4个LED混合产生预定光色的方法，其中包括1个红光LED，1个绿光LED，1个蓝光LED，和一个白光LED，白光LED可由蓝光激发YAG荧光粉发光。通过调节4个LED的能量权重可以获得预设色坐标的白光，在某些情况下显色指数可以达到90以上。其能量权重的算法较为复杂，且需要4通道同时控制光输出，技术难度较高。
因此，期望研发一种在获得较高显色指数的同时兼备易控制、色漂小的特点的白光LED系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种显色指数高，且易控制、色漂小的白光LED照明系统。
本发明提供的高显色性白光LED照明系统，至少包含3组LED光源，每组LED光源包含n（n≥2）个LED单元，每个LED单元提供相应波长、强度的可见光，混合得到高显色性的白光。
本发明中，所述3组LED光源分别发射红光、黄绿光以及蓝光，其中：
(1) 红光组LED光源至少包含1个峰值波长在600–620 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在620–640
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合；
(2) 黄绿组LED光源至少包含1个峰值波长在510–560 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在560–600
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合；
(3) 蓝光组LED光源至少包含1个峰值波长在400-460 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在460–510
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合。
本发明中，所述3组LED光源分别由三个独立的驱动器供电，每个驱动器由一条控制通道控制，各条控制通道可以通过调节电流大小以改变各组LED光源的光输出比例。
本发明中，所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的色度靠近黑体光源在色度空间中的点轨迹，色容差SDCM≤5。
本发明中，所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的显色指数Ra≥90。
本发明中，所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的第九种特殊显色指数R9≥90。
本发明中，通过改变所述的3组LED光源的光输出比例，可以调节混合后白光的色温，色温调节范围为2000-10000 K。
与现有的LED混光方式或系统相比，本发明具有以下优势：
本发明设计的可调色温的高显色性白光LED照明系统，全部使用LED光源进行混光，不需要使用荧光粉，避免了荧光粉导致的色漂问题，保证了白光LED照明系统的稳定性。
本发明设计的可调色温的高显色性白光LED照明系统，采用3组LED光源，每组LED至少包含n（n≥2）个LED单元，丰富了混合后的白光光谱成分，增大了光谱的波长覆盖范围，不仅能有效提高白光的显色性能，而且能够拓宽色温调节范围，满足不同应用场合、照明氛围对色温和显色性能的需求。
本发明设计的可调色温的高显色性白光LED照明系统，每组LED光源内部所对应的n个LED单元的光输出比例是恒定的，所以只采用三条控制通道分别对3组LED光源进行驱动以调节这3组光源的光输出比例，因此简化了控制系统，降低了对系统设计的要求。
本发明的白光LED照明系统色容差SDCM≤7，显色指数Ra≥85，第九种特殊显色指数R9≥85，色温可调范围为2000-10000 K，控制系统设计比较简单，器件少成本低，容易实现并推广。
附图说明
图1-3为本发明的可调色温的高显色性白光LED照明系统不同色温的混光示例。
图中标号：R1, R2—2个红光LED单元；G—绿光LED单元；Y—黄光LED单元；B1，B2—2个蓝光LED单元。
具体实施方式
以下所描述的实施例仅为本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的可调色温的高显色性白光LED照明系统，采用3组LED光源进行混光，其中：
(1) 红光组LED光源包含2个红光LED单元R1、R2，峰值波长分别为630 nm和615
nm，半值全宽度(FWHM)分别为20 nm和15 nm，2个LED单元的光输出能量峰值比例为R1:R2=4:6；
(2) 黄绿组LED光源包含1个绿光LED单元，峰值波长为540
nm, FWHM为30 nm，以及1个黄光LED单元，峰值波长为580 nm, FWHM为20 nm，2个LED单元的光输出能量峰值比例为G:Y=6:4；
(3) 蓝光组LED光源包含2个蓝光LED单元B1、B2，峰值波长分别为450 nm和480
nm， FWHM均为20 nm，2个LED单元的光输出能量峰值比例为B1:B2=5:5。
每组LED光源由1个控制通道进行驱动，调节3组LED光源的光输出比例，可以得到不同色温的高显色性白光，如图1所示。该种混色方法可调节的色温范围在2500-9500 K，色容差SDCM≤3，显色指数Ra≥85，R9≥86。特别值得注意的是，色温在4000-7500时Ra≥90；而除了7000 K和8000 K左右，其他色温下白光的R9>90。
Claims (6)
1. 一种可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于：包含3组LED光源，每组LED光源包含n个LED单元，n≥2；每个LED单元提供相应波长、强度的可见光，混合得到高显色性的白光；
所述3组LED光源分别发射红光、黄绿光以及蓝光，其中：
(1) 红光组LED光源至少包含1个峰值波长在600–620 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在620–640
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合；
(2) 黄绿组LED光源至少包含1个峰值波长在510–560 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在560–600
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合；
(3) 蓝光组LED光源至少包含1个峰值波长在400-460 nm范围内的LED单元，以及1个峰值波长在460–510
nm范围内LED单元，2个LED单元的光输出按固定比例混合。
2. 根据权利要求1所述的可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于所述3组LED光源分别由三个独立的驱动器供电，每个驱动器由一条控制通道控制，各条控制通道可以通过调节电流大小以改变各组LED光源的光输出比例。
3. 根据权利要求2所述的可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的色坐标靠近色品图中的黑体色坐标的轨迹，色容差SDCM≤5。
4. 根据权利要求2所述的可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的显色指数Ra≥85。
5. 根据权利要求2所述的可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于所述LED单元的波长组合，使混合得到的白光的第九种特殊显色指数R9≥85。
6. 根据权利要求2所述的可调色温的高显色性白光LED照明系统，其特征在于所述的3组LED光源通过改变光输出比例，调节混合后白光的色温，色温调节范围为2000-10000 K。
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