CN104390162A - 高光效高压交流白光led模块及其白光获得方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块及其白光获得方法，该LED包括：基板；串联的预设颗粒数目的高压LED，固定于基板上；高压LED包括高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；交流驱动控制电路，包括桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块；桥式整流电路将交流电源提供的电流分成两路，分别供给固定电流模块作为蓝光组的驱动，电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；所述模块在不同中间视觉环境下具有超高的中间视觉光效。

Description

高光效高压交流白光LED模块及其白光获得方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种可在不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块及其白光获得方法。
背景技术
室外照明一般亮度较低，例如道路照明，属于中间视觉环境下的照明。国际照明学会(CIE)于2010年推荐采用MES2模型作为基于视觉功能的中间视觉光度学来计算或测量在中间视觉环境下(中间视觉亮度在0.005cd/m2与5.0cd/m2之间)视觉亮度，这样作为低亮度照明光源的光效也需要用中间视觉光效(LEm)来表征实际照明环境视觉下的光源效率。研究表明在中间视觉环境下，对于暗视觉光通量与明视觉光通量之比(S/P)小于1的光源，中间视觉光通量随着明视觉亮度(Lp)的减小而减小；对于S/P大于1的光源，中间视觉光通量随Lp的减小而增大。这表明当明视觉光效相同时，S/P值越大的光源，其中间视觉光效也就越高，且随着适应亮度的降低，光效的优势越明显。一些研究者模拟计算了高压钠灯、金属卤化物灯和LED灯等不同S/P值的光源在不同中间视觉环境下的光效，结果表明S/P值较大值时中间视觉光效确实得到了较大提高。因此，目前用于室外照明的白光LED设计者追求S/P较大或最大的思想进行设计。然而S/P较大或最大并非中间视觉光效也较大或最大，其原因是S/P越大，其中间视觉光效也越高的前提(在相同明视觉光效的情况下)给忽略了。如果S/P值较大，但明视觉光效却较低的话，则中间视觉光效并不一定也会高。因此，需要提出一种适用于不同中间视觉环境下的高光效白光LED设计方法。
目前高压交流白光LED采用多个蓝光高压芯片串联激发荧光粉，以及桥式整流驱动电路来实现。现有的高压交流白光LED与直流白光LED一样都主要采用钇铝石榴石(YAG)荧光粉，其相关色温都高于4500K。然而2014年公布的国家标准《LED城市道路照明应用技术要求》(征求意见稿)中要求LED灯具一般显色指数不应低于60，且额定色温不宜高于4000K。因此，目前仅采用YAG荧光粉的LED作为道路照明灯具的光源已不能使用。如果采用YAG荧光粉添加红色荧光粉来降低色温，其光效大幅降低。同时，目前用于室外照明的LED光源并未按照在中间视觉环境下到达高视觉光效的要求来设计，因此，需要开发相关色温低于4500K且适用于不同中间视觉环境下的高光效LED白光光源。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种在不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块及其白光获得方法，用于解决现有用于室外照明白光LED光源的相关色温偏高和中间视觉光效不高的问题，以发挥LED在中间视觉环境下更节能的潜能和优势。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高压交流白光LED模块，包括：基板；串联的预设颗粒数目的高压LED，固定于所述基板上；各所述高压LED包括高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片分别单独引出正、负极至高压LED外部；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；输入端接有交流电源的交流驱动控制电路，包括：桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块；所述桥式整流电路将交流电源提供的电流分成两路，分别供给所述固定电流模块作为蓝光组的驱动，所述电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；所述交流驱动控制电路与所述串联的高压LED连接形成高压交流LED模块。
可选的，所述高压交流LED模块的相关色温(Tc)范围为4000K±200K，显色指数(Ra)大于60，暗视觉光通与明视觉光通之比(S/P)大于1.8。
可选的，所述高压蓝光芯片的峰值波长为450-465nm，所述高压橙光芯片的峰值波长为590-600nm，所述绿光荧光粉的峰值波长为505-520nm。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种采用所述的高压交流白光LED模块在不同中间视觉环境下获得高压交流LED白光的方法，包括：将串联的预设颗粒数目的高压LED串联固定于基板上，其中，各所述高压LED包括高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片分别单独引出正、负极至高压LED外部；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；提供输入端接有交流电源的交流驱动控制电路；所述交流驱动控制电路包括：桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块，其中，所述桥式整流电路用于将交流电源提供的电流分成两路，分别供给所述固定电流模块作为蓝光组的驱动，所述电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；将所述交流驱动控制电路与所述串联的高压LED连接形成高压交流LED模块；通过所述固定电流模块供给所述蓝光组的驱动电流，所述电流可调模块调节供给所述橙光组的驱动电流，进而实现对高压交流LED模块的相关色温的控制，以供后续调节至满足所需相关色温和显色性要求；在[0，1]范围内的不同亮度适用系数m下的中间视觉极限光效的平均值为优化目标，通过高压蓝光芯片的蓝光光谱、绿色荧光粉的绿光光谱和高压橙光芯片的橙光光谱的组合进行仿真模拟，得到所需相关色温，且满足显色指数(Ra)大于60和偏离黑体轨迹的色差(Duv)小于0.0054条件下的高压LED的相对光谱分布、明视觉极限光效、S/P和中间视觉极限光效的平均值。
可选的，所述高压LED的颗粒数目根据交流驱动控制电路所使用的交流电的电压大小以及高压蓝光芯片的正向压降来确定。
可选的，所述的获得高压交流LED白光的方法，包括：根据所述高压LED的相对光谱分布，确定所述高压LED的色度坐标(xw，yw)；根据所述高压蓝光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(Yb，xb，yb)和辐射通量(φe，b)、所述高压橙光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(YOR，xOR，yOR)和辐射通量(φe，or)，以及所述绿光荧光粉的相对光谱功率分布的色度参数(Yg，xg，yg)和辐射通量(φe，g)，按照以下公式(1)和公式(2)计算确定所述高压LED中橙光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)和绿光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)：
Φ e , or Φ e , b = φΦ e , or Y b y or [ ( x w - x b ) ( y g - y w ) - ( x g - x w ) ( y w - y b ) ] φ e , b Y or y b [ ( x or - x w ) ( y g - y w ) - ( x g - x w ) ( y or - y w ) ] - - - ( 1 )
Φ e , g Φ e , b = φ e , g Y b y g [ ( x w - x b ) ( y or - y w ) - ( x or - x w ) ( y w - y b ) ] φ e , b Y g y b [ ( x g - x w ) ( y or - y w ) - ( x or - x w ) ( y g - y w ) ] - - - ( 2 )
。
可选的，所述的获得高压交流LED白光的方法，包括：通过调整含有绿色荧光粉的封装层中绿色荧光粉与封装材料的百分比，控制高压LED中所述绿光荧光粉的绿光辐射通量与所述高压蓝光芯片激发含有绿色荧光粉的封装层中的绿光荧光粉后剩余蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)。
可选的，所述的获得高压交流LED白光的方法，包括：通过所述交流驱动控制电路调节所述高压交流LED模块中所述橙光组的驱动电流，控制橙光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)，从而获得所需相关色温和显色性要求的在不同中间视觉环境下的高压交流白光。
如上所述，本发明所述不同中间视觉环境下的高压交流白光LED模块及其白光获得方法，具有以下有益效果：
本发明不采用在YAG荧光粉中添加橙红色荧光粉来降低色温，而采用橙光芯片和较低波段的含有绿色荧光粉的封装层等，从而减少因蓝光激发荧光粉而产生的光辐射能量转换损失，因此，光效将大幅提高；由于采用在不同亮度适应系数下的中间视觉极限光效的平均值作为优化目标的设计方法，获得的高压交流白光LED模块更适用于在不同中间视觉环境下的室外照明，并能大幅提高中间视觉光效，能用更低的功率达到所需视觉亮度的要求，从而更加节能并降低灯具的成本。此外，本发明中高压橙光芯片的驱动电流可独立控制，故可克服因高压蓝(橙)光芯片的光效差异而产生的白光光色的不同，从而提高高压交流白光LED模块的光色一致性。
附图说明
图1是本发明一实施例中的高压LED的结构示意图。
图2是本发明一实施例中的高压LED安装在基板上的正负电极连接示意图。
图3是本发明一实施例中的交流驱动控制电路的结构示意图。
图4是本发明一实施例中的高光效高压交流白光的获得方法的流程图。
图5是本发明一实施例中的高压蓝光芯片的相对光谱分布示意图。
图6是本发明一实施例中高压橙光芯片的相对光谱分布示意图。
图7是本发明一实施例中绿色荧光粉的荧光相对光谱分布示意图。
图8是本发明一实施例中的相关色温为4000K的高压交流白光LED模块中仅驱动高压蓝光芯片时的相对光谱分布示意图。
图9是本发明一实施例中的相关色温为4000K的采用橙光芯片的高压交流白光LED模块的相对光谱分布示意图。
图10是本发明一实施例中的相关色温为4000K的采用橙光荧光粉的高压交流白光LED模块的相对光谱分布示意图。
元件标号说明
100   基板
200   高压LED
210   高压橙光芯片
211   橙光芯片正极
212   橙光芯片负极
220   高压蓝光芯片
221   蓝光芯片正极
222   蓝光芯片负极
230   封装层
300   交流驱动控制电路
310   桥式整流电路
320   固定电流模块
330   电流可调模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
本发明提供一种不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块，优选的，所述白光为正白光，如图1至3所示，所述不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块包括：基板100，高压LED 200，交流驱动控制电路300；其中，串联的预设颗粒数目的高压LED 200固定于所述基板100上；交流驱动控制电路300与串联的高压LED200相连，用以提供驱动电流。所述高压交流白光LED模块的相关色温为4000K±200K，显色指数(Ra)大于60，暗视觉光通与明视觉光通之比(S/P)大于1.9。
具体地，所述基板100可以是铝基板，也可以是其他任何符合需要的材料基板。
如图1所示，所述高压LED 200包括高压橙光芯片210、高压蓝光芯片220和用于封装所述高压橙光芯片210和高压蓝光芯片220的含有绿色荧光粉的封装层230；所述高压橙光芯片210和高压蓝光芯片220分别单独引出正、负极至高压LED外部；即从高压橙光芯片210引出至高压LED外部的橙光芯片正极211和橙光芯片负极212，简称橙光芯片正、负极；从高压蓝光芯片220引出至高压LED外部的蓝光芯片正极221和蓝光芯片负极222，简称蓝光芯片正、负极。所述含有绿色荧光粉的封装层230由绿色荧光粉与封装材料以预设百分比混合制成，现有技术中，LED封装材料主要有环氧树脂，聚碳酸脂，聚甲基丙烯酸甲脂，玻璃，有机硅材料等高透明材料。
如图2所示，串联的各高压LED200间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；串联的高压LED有两对正负极，一对是蓝光组的正负极，另一对是橙光组的正负极。所述高压LED的颗粒数目根据交流驱动控制电路所使用的交流电的电压大小以及高压蓝光芯片的正向压降来确定。
如图3所示，所述交流驱动控制电路300外接有交流电源，其包括桥式整流电路310和两个电流模块(即固定电流模块320和电流可调模块330)；所述桥式整流电路310的输入端与交流电源相连，将交流电源提供的电流分成两路，分别供给两个电流模块；两个电流模块分别与所述桥式整流电路的输出端相连，用以分别提供的驱动电流的大小；一路所述固定电流模块320与所述蓝光组相连，为蓝光组提供固定的驱动电流；一路所述电流可调模块330与所述橙光组相连，为橙光组提供可调节的驱动电流。
如图4所示，本发明还提供一种在不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光的获得方法，通过该方法可以获得上述相关色温和显色指数规格，并且在不同亮度适用系数(m＝0，0.1，0.2，……，1)下，具有超高中间视觉的光效的高压交流白光LED模块。
所述方法包括：
步骤S1：将串联的预设颗粒数目的高压LED串联固定于基板上，其中，各所述高压LED包括高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片分别单独引出正、负极至高压LED外部；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；
步骤S2：提供输入端接有交流电源的交流驱动控制电路；所述交流驱动控制电路包括：桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块，其中，所述桥式整流电路用于将交流电源提供的电流分成两路，分别供给所述固定电流模块作为蓝光组的驱动，所述电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；将所述交流驱动控制电路与所述串联的高压LED连接形成高压交流LED模块；通过所述固定电流模块供给所述蓝光组的驱动电流，所述电流可调模块调节供给所述橙光组的驱动电流，进而实现对高压交流LED模块的相关色温的控制，以供后续调节至满足所需相关色温和显色性要求；
步骤S3：以不同亮度适用系数(m＝0，0.1，0.2，……，1)的中间视觉极限光效的平均值为优化目标，通过高压蓝光芯片的蓝光光谱、绿色荧光粉的绿光光谱和高压橙光芯片的橙光光谱的组合进行仿真模拟，得到所需相关色温，且满足显色指数(Ra)大于60和偏离黑体轨迹的色差(Duv)小于0.0054条件下的高压LED的相对光谱分布、明视觉极限光效、S/P和中间视觉极限光效的平均值。
可选的，所述高压LED的颗粒数目根据交流驱动控制电路所使用的交流电的电压大小以及高压蓝光芯片的正向压降来确定。
具体来讲，在一实施例中，本发明的方法可根据所述高压LED的相对光谱分布，确定所述高压LED的色度坐标(xw，yw)；根据所述高压蓝光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(Yb，xb，yb)和辐射通量φe，b、所述高压橙光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(Yor，xor，yor)和辐射通量φe，or，以及所述绿光荧光粉的相对光谱功率分布的色度参数(Yg，xg，yg)和辐射通量φe，g，按照公式(1)和公式(2)计算获得所述高压LED中橙光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)和绿光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)。
在一实施例中，还可通过调整含有绿色荧光粉的封装层中绿色荧光粉与封装材料的百分比，从而可以控制高压LED中所述绿光荧光粉的绿光辐射通量与所述高压蓝光芯片激发含有绿色荧光粉的封装层中的绿光荧光粉后剩余蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)，并通过所述交流驱动控制电路调整所述高压交流LED模块中所述橙光组的驱动电流，控制橙光的辐射通量与蓝光辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)。
在一实施例中，还可通过根据所需高压交流白光LED模块的Φe，g/Φe，b和Φe，or/Φe，b的要求，从而可进一步确定仅驱动高压蓝光芯片时的辐射通量(Φe，g+Φe，b)与仅驱动高压橙光芯片时的辐射通量(Φe，or)之比。根据仅驱动高压蓝光芯片时单颗高压LED的辐射通量和仅驱动高压橙光芯片时单颗高压LED的辐射通量与驱动电流的关系，可以初步确定驱动高压橙光芯片的驱动电流。由于各高压蓝光芯片和高压橙光芯片的辐射效率存在着差异，最终驱动高压橙光芯片的驱动电流需要作设当调节，这也是采用电流可调模块驱动橙光芯片的原因，以获得所需相关色温(Tc)和Duv满足的要求。
综上所述，本发明通过交流驱动控制电路对高压橙光芯片提供可调节的驱动电流，从而可以获得在相关色温为4000K±200K，显色指数(Ra)大于60，暗视觉光通与明视觉光通之比(S/P)大于1.9，在不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块。本发明的实现原理是：利用色光混合相加原理、极限光效预测模型和光源显色性评价方法，以不同亮度适用系数(m＝0，0.1，0.2，……，1)的中间视觉极限光效的平均值为优化目标，通过高压蓝光芯片的蓝光光谱、高压橙光芯片的橙光光谱和绿色荧光粉的绿光光谱的组合进行仿真模拟，可以得到在所需相关色温，且满足显色指数(Ra)大于60和偏离黑体轨迹的色差(Duv)小于0.0054条件下的在不同中间视觉环境下的高压LED的相对光谱分布，同时也确定了以下信息：
1)所需高压蓝光芯片、高压橙光芯片和绿色荧光粉的峰值波长范围。
2)所需高压蓝光芯片激发绿色荧光粉剩余的蓝光、绿色荧光粉被激发的绿光和高压橙光芯片的橙光的辐射通量百分比。
3)所需高压LED仅驱动高压蓝光芯片时蓝光和绿光的辐射通量与和仅驱动高压橙光芯片的橙光的辐射通量百分比。
4)高压交流LED模块的明视觉极限光效、S/P值和在不同亮度适应系数下中间视觉极限光效的平均值。
利用本发明所述方法制作的灯具可适合用作道路，隧道、广场、公园、住宅小区等夜间室外照明。
本发明采用特定的蓝光芯片、橙光芯片和绿色荧光粉组合，从而获得在不同中间视觉环境下的超高中间视觉光效的白光。由于不采用在YAG荧光粉添加橙红色荧光粉来降低色温，而采用橙光芯片和较低波段的含有绿色荧光粉的封装层等，从而减少因蓝光激发荧光粉而产生的光辐射能量转换损失，因此，光效将大幅提高；由于采用在不同亮度适应系数下中间视觉光效的平均值作为优化目标的设计方法，获得的高压交流白光LED模块更适用于在不同中间视觉环境下的室外照明，并能大幅提高在不同中间视觉环境下的实际视觉光效，能用更低的功率达到所需视觉亮度的要求，从而更加节能和降低LED灯具的成本。此外，本发明中高压橙光芯片的驱动电流可独立控制，故可克服因高压蓝(橙)光芯片的光效差异而产生的白光光色的不同，提高高压交流白光LED模块的白光光色的一致性。
举一实例来说明本发明的功效：以4颗功率为1.67W的高压LED，高压LED中的高压蓝光芯片的正向压降为55V，额度电流为20mA，高压橙光芯片的正向压降为55V，额度电流为12mA为例，对本发明的实现过程进行详细描述，具体包括以下内容：
高压蓝光芯片的主峰波长为460nm，半高宽为25nm，其相对光谱分布如图5所示；
高压橙光芯片的主峰波长为595nm，半高宽为20nm，其相对光谱分布如图6所示；
绿色荧光粉的主峰波长为512nm，半高宽为68nm，其相对光谱分布如图7所示；
高压LED的白光由所述高压蓝光芯片激发所述绿色荧光粉的绿光与所述高压橙光芯片的橙光混合产生。根据所述高压蓝光芯片的蓝光、绿色荧光粉的绿光和高压橙光芯片的橙光的相对光谱分布，通过仿真模拟确定了在相关色温为4000K，显色指数(Ra)大于60和偏离黑体轨迹的色差(Duv)小于0.0054的所需要求下的信息如下：
仅驱动高压蓝光芯片时，高压蓝光芯片激发绿荧光粉剩余的蓝光的辐射通量和绿色荧光粉被激发的绿光的辐射通量的百分比分别为27.7％和72.3％，色坐标为x＝0.1775，y＝0.3755。
同时驱动高压蓝光芯片和高压橙光芯片时，蓝光和绿光混合的辐射通量与橙光的辐射通量的百分比分别为57.8％和42.2％，高压LED的色坐标为x＝0.3844，y＝0.3910。
高压LED的明视觉极限光效为3631m/W、S/P为1.91和在不同亮度适应系数下中间视觉极限光效的平均值为4851m/W。
以本施例相同峰值波长的高压蓝光芯片，不采用高压橙光芯片的仿真模拟结果为绿色荧光粉的峰值波长为510nm，橙色荧光粉的峰值波长为576nm，其明视觉极限光效为2931m/W、S/P为1.56和在不同亮度适应系数下中间视觉极限光效的平均值为3501m/W，由此可以发现本发明采用高压橙光芯片获得的高压LED的明视觉极限光效和中间视觉极限光效的平均值大大高于采用橙色荧光粉的结果。
本实施例中可采用220V交流电，高压交流白光LED模块有4颗高压LED串联组成，高压交流白光LED模块的高压蓝光芯片和高压橙光芯片的驱动电流，以及仅驱动高压蓝光芯片时的光通量、仅驱动高压红橙光芯片时的光通量、以及高压交流白光LED模块的功率和总光通量如表1所示。
表1：高压交流白光LED模块的驱动电流及光通量的对应关系表
高压蓝光芯片的驱动电流(mA) 20.0
仅驱动高压蓝光芯片的光通量(1m) 503
高压橙光芯片的驱动电流(mA) 10.5
仅驱动高压橙光芯片的光通量(1m) 542
高压交流白光LED模块的功率(W) 6.7
高压交流白光LED模块的总光通量(1m) 1045
本实施例获得的高压交流白光LED模块和采用橙色荧光粉的高压交流白光LED模块的相关色温(Tc)、Duv、显色指数(Ra)、S/P、明视觉光效(LEp)和中间视觉光效的平均值如表2所示。本施例高压交流白光LED模块中仅驱动高压蓝光芯片时的相对光谱分布见图8，本施例高压交流白光LED模块的相对光谱分布见图9，采用橙色荧光粉的高压交流白光LED模块的相对光谱分布见图10。
表2：高压交流白光LED模块的色光性能参数表
本施例获得的高压交流白光LED模块和采用橙色荧光粉的高压交流白光LED模块在不同亮度适应系数(m)下的中间视觉光效(LEm)如表3所示。
表3：高压交流白光LED模块在不同亮度适应系数下的中间视觉光效
由此可见，本发明获得的高压交流白光LED模块发出的白光其相关色温为4000K，在符合室外照明的色度和显色性要求的条件下，其明视觉光效(LEp)达到1561m/W，中间视觉光效的平均值达到2081m/W，比采用橙色荧光粉的高压交流白光LED模块要分别大幅提高了27.8％和41.5％，解决了目前室外照明LED灯具相关色温偏高和在中间视觉环境下的实际视觉光效不理想的问题。本发明获得的高压交流白光LED模块能用更低的功率达到所需视觉亮度的要求，进而减少使用LED颗数，降低灯具成本，起到更加节能的效果。
采用本发明所述方法制作的白光照明灯具、白光照明设备和白光发光体都包括在本发明的范围内。本发明对今后推广白光LED在室外照明的应用和显示节能效果有着重大现实意义。
综上所述，本发明所述不同中间视觉环境下的高光效高压交流白光LED模块及其白光获得方法，具有以下有益效果：
本发明不采用在YAG荧光粉中添加橙红色荧光粉来降低色温，而采用橙光芯片和较低波段的含有绿色荧光粉的封装层等，从而减少因蓝光激发荧光粉而产生的光辐射能量转换损失，因此，光效将大幅提高；由于采用在不同亮度适应系数下的中间视觉极限光效的平均值作为优化目标的设计方法，获得的高压交流白光LED模块更适用于在不同中间视觉环境下的室外照明，并能大幅提高中间视觉光效，能用更低的功率达到所需视觉亮度的要求，从而更加节能并降低灯具的成本。此外，本发明中高压橙光芯片的驱动电流可独立控制，故可克服因高压蓝(橙)光芯片的光效差异而产生的白光光色的不同，从而提高高压交流白光LED模块的光色一致性。
本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业化利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种高压交流白光LED模块，其特征在于，包括：
基板；
串联的预设颗粒数目的高压LED，固定于所述基板上；各所述高压LED包括：高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片分别单独引出正、负极至高压LED外部；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；
输入端接有交流电源的交流驱动控制电路，包括：桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块；所述桥式整流电路将交流电源提供的电流分成两路，分别供给所述固定电流模块作为蓝光组的驱动，所述电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；所述交流驱动控制电路与所述串联的高压LED连接形成高压交流LED模块。
2.根据权利要求1所述的高压交流白光LED模块，其特征在于，所述高压交流LED模块的相关色温(Tc)范围为4000K±200K，显色指数(Ra)大于60，暗视觉光通与明视觉光通之比(S/P)大于1.8。
3.根据权利要求1所述的高压交流白光LED模块，其特征在于，所述高压蓝光芯片的峰值波长为450-465nm，所述高压橙光芯片的峰值波长为590-600nm，所述绿光荧光粉的峰值波长为505-520nm。
4.一种采用权利要求1、2或者3所述的高压交流白光LED模块在不同中间视觉环境下获得高压交流LED白光的方法，其特征在于，包括：
将串联的预设颗粒数目的高压LED串联固定于基板上，其中，各所述高压LED包括高压蓝光芯片、高压橙光芯片和用于封装所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片的含有绿色荧光粉的封装层；所述高压蓝光芯片和高压橙光芯片分别单独引出正、负极至高压LED外部；串联的各高压LED间，高压蓝光芯片与高压蓝光芯片串联形成蓝光组，高压橙光芯片与高压橙光芯片串联形成橙光组；
提供输入端接有交流电源的交流驱动控制电路；所述交流驱动控制电路包括：桥式整流电路、固定电流模块和电流可调模块，其中，所述桥式整流电路用于将交流电源提供的电流分成两路，分别供给所述固定电流模块作为蓝光组的驱动，所述电流可调模块作为橙光组的驱动以独立调节各所述高压橙光芯片的驱动电流；
将所述交流驱动控制电路与所述串联的高压LED连接形成高压交流LED模块；
通过所述固定电流模块供给所述蓝光组的驱动电流，所述电流可调模块调节供给所述橙光组的驱动电流，进而实现对高压交流LED模块的相关色温的控制，以供后续调节至满足所需相关色温和显色性要求；
在[0，1]范围内的不同亮度适用系数m下的中间视觉极限光效的平均值为优化目标，通过高压蓝光芯片的蓝光光谱、绿色荧光粉的绿光光谱和高压橙光芯片的橙光光谱的组合进行仿真模拟，得到所需相关色温，且满足显色指数(Ra)大于60和偏离黑体轨迹的色差(Duv)小于0.0054条件下的高压LED的相对光谱分布、明视觉极限光效、S/P和中间视觉极限光效的平均值。
5.根据权利要求4所述的获得高压交流LED白光的方法，其特征在于，所述高压LED的颗粒数目根据交流驱动控制电路所使用的交流电的电压大小以及高压蓝光芯片的正向压降来确定。
6.根据权利要求4所述的获得高压交流LED白光的方法，其特征在于，包括：
根据所述高压LED的相对光谱分布，确定所述高压LED的色度坐标(xw，yw)；
根据所述高压蓝光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(Yb，xb，yb)和辐射通量(φe，b)、所述高压橙光芯片的相对光谱功率分布的色度参数(YOR，xOR，yOR)和辐射通量(φe，or)，以及所述绿光荧光粉的相对光谱功率分布的色度参数(Yg，xg，yg)和辐射通量(φe，g)，按照以下公式(1)和公式(2)计算确定所述高压LED中橙光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)和绿光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)；
Φ e , or Φ e , b = Φ e , or Y b y or [ ( x w - x b ) ( y g - y w ) - ( x g - x w ) ( y w - y b ) ] Φ e , b Y or y b [ ( x or - x w ) ( y g - y w ) - ( x g - x w ) ( y or - y w ) ] - - - ( 1 )
Φ e , g Φ e , b = Φ e , g Y b y g [ ( x w - x b ) ( y or - y w ) - ( x or - x w ) ( y w - y b ) ] Φ e , b Y g y b [ ( x g - x w ) ( y or - y w ) - ( x or - x w ) ( y g - y w ) ] - - - ( 2 ) .
7.根据权利要求4所述的获得高压交流LED白光的方法，其特征在于，包括：通过调整含有绿色荧光粉的封装层中绿色荧光粉与封装材料的百分比，控制高压LED中所述绿光荧光粉的绿光辐射通量与所述高压蓝光芯片激发含有绿色荧光粉的封装层中的绿光荧光粉后剩余蓝光的辐射通量之比(Φe，g/Φe，b)。
8.根据权利要求4所述的获得高压交流LED白光的方法，其特征在于，包括：通过所述交流驱动控制电路调节所述高压交流LED模块中所述橙光组的驱动电流，控制橙光的辐射通量与蓝光的辐射通量之比(Φe，or/Φe，b)，从而获得所需相关色温和显色性要求的在不同中间视觉环境下的高压交流白光。
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