CN104747913A

CN104747913A - 一种近自然光的led灯具

Info

Publication number: CN104747913A
Application number: CN201310749817.4A
Authority: CN
Inventors: 卞先彬; 文波; 张偌雨; 张娜; 李海利; 杨柳
Original assignee: Chongqing Xichen Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Chongqing Xichen Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明公开了一种近自然光的LED灯具。该灯具包括一LED光源、一可透光介质、一荧光粉层以及一结构件。荧光粉层为多层结构，每层荧光粉的性质不同。LED光源发出的光线经过荧光粉层后，光子激发不同性质荧光粉产生不同波长的光子，另一部分光子经过荧光粉层波长没有发生变化。这些不同波长的光子适当比例的混合产生最终LED灯具产生所需的光线。通过控制荧光粉层的材料、配比、厚度、层数及组合方式，结合控制LED光源中不同LED芯片的组合及芯片的驱动电流，可实现对LED灯具光谱能量分布的整体控制，实现近自然光的照明。

Description

一种近自然光的LED灯具

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，且特别是一种其光谱能量分布接近自然光光谱且采用远程荧光粉技术的LED灯具。

背景技术

近自然光的光源，是指其光谱能量分布接近于自然光的光谱能量分布。典型的自然光光谱如图1所示，其光谱中包含了可见光范围内所有波长的能量分布，谱线具有连续性与饱满性，光谱的连续性与饱满性可提高物体的可视性与显色性。研究表明，在近自然光的照明环境下，眼睛的视觉疲劳程度会相对较低，视力可以得到有效的保护，物体的色彩可以被更真实地显示。

目前，白光LED的实现主要采用蓝色芯片激发黄色荧光粉的方法，一部分蓝色LED芯片发出的光线直接通过荧光粉层，其余部分通过激发荧光粉产生黄色光线，这两部分光线混合后在人眼的视觉下呈现为白光。白光LED的典型光谱如图2所示，光谱中主要含有以蓝色光谱波长及黄色光谱波长为中心的光谱能量分布。与典型的自然光光谱相比，典型LED灯具的光谱具有以下缺点：(1)典型LED灯具的光谱不具有连续性与饱满性，光谱能量仅在某些可见光范围内的某些波长段具有分布；(2)典型LED灯具的光谱能量分布具有能量尖峰，在长期照明的情况下，具有能量尖峰的光更容易引起眼睛的疲劳并可能对视力造成伤害；(3)典型LED灯具的显色指数较低，对物体色彩的真实显示性不足；(4)典型LED灯具的光谱不具有可调节性，对于不同环境、不同时间或季节、不同人群的需求的适应性较差。

本发明将设计一种近自然光的LED灯具以克服以上缺点。

发明内容

本发明提供一种近自然光的LED灯具，特别是荧光粉层置于可透光介质上，可透光介质具有多层，LED光源置于可以直接照射到荧光粉及可透光介质的位置。以采用蓝色LED芯片为光源、黄色荧光粉及红色荧光粉涂覆的可透光介质为出光面的白光LED灯具为例，一部分从LED光源产生的蓝色光线激发黄色荧光粉产生黄光，另一部分从LED光源产生的蓝色光线激发红色荧光粉产生红光，再一部分LED光源产生的蓝色光线直接穿过可透光介质及荧光粉而没有被激发，这三部分光线混色后即呈现白光。本发明将具有以下特点：(1)由于具有多层不同的荧光粉，LED光源产生的光线将多次机会经过不同荧光粉层并激发产生其它波长及能量分布的光线。当采用不同发射波长的荧光粉并且荧光粉层的层数足够多，可实现近自然光光谱；(2)由多种波长及能量分布的光线混合产生的光谱能量分布可消除某个波长的能量尖峰，因此更接近自然光；(3)通过控制LED光源的种类和发光强度、以及荧光粉层的种类及层数，可有效调节LED灯具的光谱能量分布以接近不同自然条件下的自然光。

本发明的一方面是一种近自然光光谱的LED灯具。该灯具包括：一LED光源、一可透光介质、一荧光粉层以及一结构件。荧光粉层置于可透光介质上，LED光源位于可直接照射到荧光粉层的位置。

本发明的另一方面是，灯具中的荧光粉层可为多层结构，每层荧光粉的材料、荧光粉层的厚度及层数可以改变，各层的组合顺序可以改变；最终灯具产生的光线的光谱分布为近自然光光谱，并可以通过调整荧光粉的多层结构来改变。可以调整的参数包括：每层荧光粉的材料种类、厚度、层数、以及各层的组合顺序。

本发明的另一方面是，LED灯具中的LED光源可以为蓝色LED芯片、红色LED芯片、绿色LED芯片、橙色LED芯片、白光LED芯片、红外LED芯片、紫外LED芯片，以及各种LED芯片的组合。LED光源可以为单颗LED芯片，也可以为一组LED芯片。

本发明的另一方面是，灯具中的LED光源与荧光粉的距离可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

本发明的另一方面是，灯具中的结构件的形状及反射介质的形状可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

附图说明

为了对本发明的目的、技术方案及优点作更清楚的阐述，下文将结合附图作进一步的详细说明。

图1为典型的自然光光谱能量分布。

图2为典型的白光LED灯具光谱能量分布。

图3a为本发明一较佳实施例一种近自然光的LED灯具侧面示意图，图3b为其正面示意图。

图4为本发明一较佳实施例一种近自然光的LED灯具中LED光源的光线路径示意图。

图5为采用图3a及图3b所示结构，荧光粉层采用一种比例的LED灯具的光谱能量分布。

图6为采用图3a及图3b所示结构，荧光粉层采用另一种比例的LED灯具的光谱能量分布。

图7a为本发明另一较佳实施例一种近自然光光谱的LED灯具侧面示意图，图7b为其正面示意图。

图8为本发明再一较佳实施例一种近自然光光谱的LED灯具侧面示意图。

图9为本发明再一较佳实施例一种近自然光光谱的LED灯具侧面示意图。

主要元件符号说明：

1：结构件

2：可透光介质

3：荧光粉层

4：LED光源

5：基板

6：散热器

7：可反射光线的介质

100：荧光粉

200：荧光粉

L1、L2、L3、L4、L5：光线

具体实施方式

以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图3a及图3b所示，本发明一种近自然光的LED灯具共包含6个部分。灯具结构件1用于支撑整个灯具，可透光介质2与灯具结构件1良好连接。荧光粉与硅胶或其他材质溶剂混合后形成荧光粉层3，荧光粉层3置于可透光介质2上。荧光粉与溶剂的材料种类，荧光粉与溶剂的配比，荧光粉层的厚度均可以进行改变，以对灯具光线的光谱能量分布进行调整，同时实现对色温、显色指数、色坐标等光色参数的有效控制。荧光粉层3可为多层结构，每一层荧光粉的光学性能(如激发波长)具有一定差别，不同激发波长的荧光粉受LED光源4发出的光线激发后，将产生不同主波长的光线，通过控制不同荧光粉层的激发波长、荧光粉层的厚度、荧光粉层的层数、不同荧光粉层的组合顺序等，可控制灯具出光的光谱能量分布。LED光源4为单颗LED芯片或多颗LED芯片的组合，在LED光源4包含多颗LED芯片的情况下，多颗LED可为多种颜色的LED芯片，通过控制不同颜色LED的驱动电流，调整不同颜色LED的发光强度，从而对LED灯具的光谱能量分布进行调整。结合对荧光粉层3的控制及对LED光源4的控制，可全方面控制LED灯具的光谱能量分布，从而实现LED灯具的照明光谱接近自然光。

LED光源4通过焊接方式连接到基板5，基板5具有电气连接LED的功能，以及导出LED所产生热量的作用。散热器6与基板5良好连接，将LED光源4产生的热量散出，降低LED光源的芯片结温，保证LED灯具的发光效率及可靠性。同时散热器6与结构件1通过机械方式连接，以达到固定整体灯具的目的。

图4所示为本发明一较佳实施例一种近自然光的LED灯具中LED光源的光线路径示意图。LED光源4发出光线L1、L2及L3，L1激发一种荧光粉100得到光线L4，L2穿过荧光粉层100后激发荧光粉200得到L5，L3直接穿过荧光粉层100及荧光粉层200，L3、L4、L5的混合光线即为LED灯具的出光光线。

采用如图3a及图3b所示的结构，荧光粉层3的结构为3层，包括一层黄色荧光粉，一层绿色荧光粉及一层红色荧光粉，当其比例黄：绿：红=1∶2∶1时，LED灯具的光谱能量分布如图5所示；当比例黄：绿：红=1∶1∶2时，LED灯具的光谱能量分布如图6所示。将图5、图6所示的光谱能量分布与图2所示的典型LED灯具的光谱能量分布以及图1所示的典型自然光光谱能量分布进行比较，有如下结论：(1)近自然光的LED灯具消除了典型LED灯具的光谱能量尖峰，提升了光谱分布的连续性和饱满性；(2)经测试，近自然光的LED灯具的显色指数可达到90-95之间，高于典型LED灯具的显色指数；(3)近自然光的LED灯具的光谱分布比典型LED灯具的光谱更接近于自然光光谱。

图7a及图7b所示为另一较佳实例的一种近自然光的LED灯具。可透光介质2、荧光粉层3均为弧形，LED光源4位于弧形的圆心位置，因此LED光源4发出的光线距离出光面的距离相等，可有效地提高出光均匀性。反光介质7的夹角7a与LED的发光角度相近，可有效地提高光线的利用率，增加LED灯具的光效。

图8、图9为其他较佳实施例的一种近自然光的LED灯具侧面图。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也一同包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种近自然光的LED灯具，包括：一LED光源、一可透光介质、一荧光粉层以及一结构件，荧光粉层置于可透光介质上，LED光源位于可直接照射到荧光粉层的位置。

2.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，还包括基板，LED光源位于该基板上；如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，还包括散热器，基板位于散热器上；如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，还包括可以反射光线的介质，可以反射光线的介质位于结构件的内表面。

3.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，灯具光线的光谱接近于自然光光谱的分布，光谱覆盖可见光所有波长且不局限于可见光波长。

4.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，荧光粉层中的荧光粉种类包括且不限于黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉，荧光粉层可具有多层，1≤荧光粉层层数≤100，0.001mm≤单个荧光粉层的厚度≤0.1mm。

5.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，LED光源可以为蓝色LED芯片、红色LED芯片、绿色LED芯片、橙色LED芯片、白光LED芯片、红外LED芯片、紫外LED芯片，以及各种LED芯片的组合，LED光源可以为单颗LED芯片，也可以为一组LED芯片，200nm≤LED光源波长≤2000nm。

6.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，5mm≤发光元件与荧光粉层间的距离≤500mm。

7.如权利要求1所述的一种近自然光的LED灯具，灯具中的结构件的形状及反射介质的形状可以改变，以使灯具达到较佳的光学效率和照射效果。

8.如权利要求2所述的基板，基板的材质包括环氧树脂、玻璃布、绵纸、铝、铜、氮化铝、碳化硅。

9.如权利要求2所述的散热器，散热器的形状包括圆柱体、长方体及各种形状多面体，散热器的材质包括铝、铜、铸铁、钢及相关合金。

10.如权利要求4所述的荧光粉，其化学分子式包括YAG:Ce³⁺，M₂SiO₄:Re(M=Mg，Ca，Sr，Ba;Re=Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

M₃SiO₅:Re(M=Mg，Ca，Sr，Ba;Re=Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

M₂MgSiO₄:Re(M=Mg，Ca，Sr，Ba;Re=Eu²⁺，Ce³⁺，Mn²⁺)，

Ba₃MgSi₂O₈:Eu²⁺，Ba₃MgSi₂O₈:Mn²⁺，Sr₃MgSi₂O₈:Eu²⁺，Sr₃MgSi₂O₈:Mn²⁺，SrGa₂S₄:Eu²⁺，Ga₂S₃:Eu²⁺，CaGa₂S₄:Eu²⁺，SrLaGa₃S₆O:Eu²⁺，ZnS:Ag，ZnS:Cu，ZnS:Al，ZnCdS:Ag，M₂Si₅N₈(M=Ca，Sr，Ba)，MSi₂O₂N₂(M=Ca，Sr，Ba)，SiAlON，MYSi₄N₇(M=Sr，Ba)，MAlSiN₃(M=Ca，Sr)，MSiN₂(M=Ca，Sr)，Y-Si-O-N，LaSi₃N_5-xO_x(1≤x≤4)。