CN107859888B - 一种可调节色温和显指的光源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节色温和显指的光源，其包括有基板、蓝光发光二极管、多种荧光膜片及其对应连接的控制模块，蓝光发光二极管安装在基板上，多种荧光膜片按特定顺序安装在蓝光发光二极管的出光光路上；本发明通过控制核心接收外部输入的色温控制信号，通过预置的控制程序，运算并输出对荧光膜片调整的信号，动作执行机构接收控制核心的信号，驱动荧光膜片动作，令其相互重叠位置变化，从而使蓝光激发不同比例的荧光转换材料，即可获得不同的色温和显指。本发明不仅实现了色温和显指的大范围连续可调，而且LED驱动部分只需恒定输出，没有热失配风险、安全可靠、成本低、寿命长。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种可调节色温和显指的光源。
背景技术
LED照明封装领域中，普遍使用CIE1931 2°视觉空间色度图，常规照明通常沿黑体辐射线划分不同的白光色区，例如ANSI 7阶方片色块或3阶、5阶麦克亚当椭圆等。特殊照明通常在黑体辐射线上/下两侧划定特殊区域作为白光色区，同一色区内认为颜色相近，可以同等替代，但不同色区之间因其色坐标跨度较大，被认为是不同颜色的白光。对于一颗既定的普通白光照明光源，其色坐标唯一属于某个色区，而不能同时兼容其它色区的器件特点和应用场合。因此，针对不同的照明需求需要开发不同色温(色区)的LED光源。
LED光源的显色指数(下简称“显指”)，具有与上述色温类似的特点。对于一颗既定的普通白光照明光源，其显指是固定值，因此针对不同照明要求的应用场合，需要开发和选用具有不同显指的LED光源。
LED行业中，为了做到在同一个光源上实现色温/显指可变(可调)，常见的方式有：分区域涂覆不同色温的荧光粉；改变被照射激发的荧光粉的量；使用不同颜色的LED芯片形成独立控制支路等方式。这些方式，一定范围上能实现改变色温和显指，但均不能实现大范围、且沿着黑体辐射线、特别是按需随意调节LED光源色坐标的色温可调，更难实现显指的连续可调。
例如，专利公告号为CN103175010A的中国专利公开了一种基于环形分布的可调光LED集成光源。包括基板，基板上设置的规则同心环状几何图形区域，环状区域分为冷白光源区域和暖白光源区域，每个环状区域内均匀分布安装有LED芯片。该发明通过调控冷白光源区域和暖白光源区域内的LED芯片的发光强度来调控冷白光和暖白光的混合比例，从而获得不同色温。该发明符合分区域涂覆不同色温的荧光粉技术特征，该发明具有的显著缺点是：所得色温只能是冷白光源区域色温和暖白光源区域色温在色度图上的连线之间，属于有限色温可调。该发明的另一致命缺点在于：在其调控色温过程中，由于控制不同区域的功率输出，导致热不平衡，荧光转换材料热失配严重，从而大大增加LED金线断裂开路的概率。
再如，专利公告号为CN101344234B的中国专利公开了一种显示装置及其可调式发光模块，包含一个基板、发光二极管芯片、荧光层及转动单元，其中荧光层内含有荧光粉。荧光层呈荧光粉浓度均匀、厚度渐变或者厚度均匀、荧光粉浓度渐变梯度分布。该发明通过转动单元旋转驱动基板、发光二极管芯片照射到荧光层的不同位置，从而得到不同色温的出射光。该发明的技术特点是改变被照射激发的荧光粉的量来获得不同色温，在调节不同的色温过程中，其受激发的荧光粉的变化符合“等比例，量增减”规律，即荧光粉的比例固定，而荧光粉的总量变化。该发明具有一个很大的缺点是：该技术只能在一个相对狭窄的范围内调整色温，并且其全部可得色温的集合组成的轨迹与黑体辐射线呈角度斜交，在右上、左下两个方向远离黑体辐射线，进一步导致其实用意义受到限制。
又如，专利公告号为CN105261613A的中国专利公开了一种技术方案为使用不同颜色的LED芯片形成独立受控的支路来调整色温的光源，该技术具有的显著的缺点为光谱不连续，并且调控过程中不同区域的功率密度不一致，极容易导致因热不平衡造成金线断线开路。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种可调节色温和显指的光源，其不仅实现色温和显指的大范围连续可调，而且LED不需要调制输出功率，没有热失配的风险。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种可调节色温和显指的光源，其特征在于：
包括基板、蓝光发光二极管、多种荧光膜片、多个调控模块；所述蓝光发光二极管电性连接在所述基板上，所述荧光膜片安装在所述蓝光发光二极管的出光光路上，每一种所述荧光膜片对应连接一个所述调控模块。
进一步的，所述调控模块包括控制核心、动作执行机构；所述控制核心接收外部输入的色温控制信号，并通过预设的控制程序，运算并输出对所述荧光膜片位置调整的脉冲波形；所述动作执行机构接收所述脉冲波形，从而驱动所述荧光膜片移动。
进一步的，所述荧光膜片包括第一荧光膜片、第二荧光膜片、第三荧光膜片的一种或多种组合，所述控制模块包括第一位置控制模块、第二位置控制模块、第三位置控制模块；所述第一荧光膜片连接所述第一位置控制模块，所述第二荧光膜片连接所述第二位置控制模块，所述第三荧光膜片连接所述第三位置调控模块。
进一步的，所述荧光膜片包括荧光转换材料和基材，所述荧光转换材料位于所述基材内部或涂覆于所述基材的表面；所述第一荧光膜片为红色荧光膜片，所述第二荧光膜片为绿色荧光膜片，所述第三荧光膜片为黄色荧光膜片；所述红色荧光膜片包括红色荧光转换材料，所述绿色荧光膜片包括绿色荧光转换材料，所述黄色荧光膜片包括黄色荧光转换材料。
进一步的，所述荧光膜片为矩形，所述荧光转换材料在其对应的所述荧光膜片上的浓度分布是：沿矩形的长度方向，浓度由高至低分布，沿矩形的宽度方向，浓度均等。
进一步的，所述荧光膜片为圆形，所述荧光转换材料在其对应的所述荧光膜片上的浓度分布是：沿圆形的圆周方向，浓度由高至低分布，沿圆形的半径方向，浓度均等，最高浓度处与最低浓度处首尾相接。
进一步的，所述红色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～50％；所述绿色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～95％；所述黄色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～30％；每一个所述荧光膜片，其含有的所述荧光转换材料的最低及最高浓度值对应的分布长度大于或等于所述蓝光发光二极管的所述出光光路的横截面宽度。
进一步的，还包括透明胶层，所述透明胶层涂覆在所述基板和所述蓝光发光二极管上。
进一步的，相对靠近所述蓝光发光二极管的所述荧光膜片的发射峰与相对远离所述蓝光发光二极管的所述荧光膜片的吸收峰不重叠。
进一步的，所述荧光膜片的制得方法包括离心法、自然沉降法、3D喷涂堆积法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的一种可调节色温和显指的光源，通过蓝光发光二极管通电输出蓝光，然后调控模块输出对荧光膜片位置调整的信号并驱动荧光膜片的相互重叠位置发生改变，即各荧光转换材料的浓度发生变化，根据白光LED光源的荧光转换材料搭配规律，通过蓝光LED激发不同比例的荧光转换材料，即可获得不同的色温，通过调节受激发的黄色荧光转换材料与红色荧光转换材料加绿色荧光转换材料总和之比例，即可获得不同的显指。该发明可以调整任意荧光膜片的位置，因此可以将白光色点调到色度图中的任意位置，将具有实用意义的白光区域如黑体辐射线附近(＜3步麦克亚当椭圆)和偏离黑体辐射线的特殊色区(有特点的白光)均囊括在内，实现了色温和显指的大范围连续可调。
(2)本发明提供的可调节色温和显指的光源，LED驱动部分只需恒定输出，不需分区域调制输出功率，只需要简单地驱动电源，因此没有区域温差，不仅没有热失配风险、整灯可靠性不受破坏，而且成本低、寿命长。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为所述荧光膜片中的荧光转换材料浓度分布示意图；
图2为实施例1的平移式可调色温光源的结构示意图；
图3为实施例1的矩形的所述荧光膜片的一种结构示意图；
图4为实施例1的矩形的所述荧光膜片的又一种结构示意图；
图5为实施例2的旋转式可调色温光源的结构示意图；
图6为实施例2的圆形的所述荧光膜片的结构示意图。
标记说明：
1、基板；2、蓝光发光二极管；21、出光光路；3、透明胶层；4、荧光膜片41、基材；42、荧光转换材料；421红色荧光转换材料；422、绿色荧光转换材料；423、黄色荧光转换材料；43、第一荧光膜片/红色荧光膜片；44、第二荧光膜片/绿色荧光膜片；45、第三荧光膜片/黄色荧光膜片；5、调控模块；51、第一调控模块；52、第二调控模块；53、第三调控模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明公开了一种可调节色温和显指的光源，如图1-4所示，包括基板1、蓝光发光二极管2、多种荧光膜片4、多个调控模块5；蓝光发光二极管2电性连接在基板1上，荧光膜片4安装在蓝光发光二极管2的出光光路21上，每一种荧光膜片4对应连接一个调控模块5。
具体地，蓝光发光二极管2芯片与基板1的连接可以通过正装芯片金线键合或倒装芯片共晶焊接的方式。
在本实施例中，调控模块5包括有控制核心、动作执行机构；控制核心接收外部输入的色温控制信号，并通过预设的控制程序，运算并输出对荧光膜片4位置调整的脉冲波形；动作执行机构接收脉冲波形，从而驱动荧光膜片4移动；控制核心接受外部输入的色温控制信号，信号可以来自旋钮、遥控器、智能情景感应、程序预设等，通过预置的控制程序，运算并向动作执行机构输出对荧光膜片4位置调整的信号，动作执行机构根据来自控制核心的信号，驱动荧光膜片4动作，令其相互重叠位置变化，LED驱动部分只需恒定输出，不需分区域调制输出功率，因此没有区域温差，没有热失配风险，整灯可靠性不受破坏。
在本实施例中，控制核心包括简单的单片机系统，动作执行机构包括微型步进电机、微型音圈马达、电磁铁等技术手段，能够带动荧光膜片4移动，操作简便。
在本实施例中，荧光膜片4包括第一荧光膜片43、第二荧光膜片44、第三荧光膜片45的一种或多种组合，控制模块5包括第一位置控制模块51、第二位置控制模块52、第三位置控制模块53；第一荧光膜片43连接第一位置控制模块51，第二荧光膜片44连接第二位置控制模块52，第三荧光膜片45连接第三位置调控模块53，调控模块5能控制荧光膜片4的移动，使操作更加方便。
在本实施例中，荧光膜片4包括荧光转换材料42和基材41，荧光转换材料42位于基材41内部(如图3所示)或涂覆于基材41的表面(如图4所示)；第一荧光膜片43为红色荧光膜片43，第二荧光膜片44为绿色荧光膜片44，第三荧光膜片45为黄色荧光膜片45；红色荧光膜片43包括红色荧光转换材料421，绿色荧光膜片44包括绿色荧光转换材料422，黄色荧光膜片45包括黄色荧光转换材料423。
具体地，基材41作为荧光转换材料42的载体，可以是硅胶、硅树脂、玻璃、有机玻璃、透明陶瓷、蓝宝石、光学工程塑料等常见物质中的一种；荧光转换材料42可以但不限于是硅酸盐、氮化物等类型的荧光粉。
在本实施例中，如图2所示，荧光膜片4为矩形，荧光转换材料42在其对应的荧光膜片4上的浓度分布是：沿矩形的长度方向，浓度由高至低分布，沿矩形的宽度方向，浓度均等；每一调控模块5平移式地调控其对应连接的荧光膜片4；通过控制模块5控制对应的荧光膜片4，将荧光膜片4平移，令蓝光激发不同比例的红色荧光转换材料421、绿色荧光转换材料422、黄色荧光转换材料423，即可获得不同的色温；调节受激发的黄色荧光转换材料423与红色荧光转换材料421和绿色荧光转换材料422总和之比例，即可获得不同的显指(黄色荧光转换材料423含量越少，显指越高，黄色荧光转换材料423含量越高，显指越低)；额外地，通过出厂预存的特定数据组，可一步到位将荧光膜片4的位置调整到特定组合，获得需要的常用色温例如2700K、3000K、4000K、5700K、6500K或其他。
在本实施例中，红色荧光转换材料421在基材41中的浓度含量渐变范围为0～50％；绿色荧光转换材料422在基材41中的浓度含量渐变范围为0～95％；黄色荧光转换材料423在基材41中的浓度含量渐变范围为0～30％；每一个荧光膜片4，其最低及最高浓度值对应的分布长度大于或等于蓝光发光二极管2的出光光路21的横截面宽度，如图1所示，以绿色荧光材料422为例，对荧光膜片4中的荧光转换材料42浓度分布作出描述，图中a值和c-b值均大于等于所述蓝光发光二极管2的出光光路21的横截面宽度，以确保荧光膜片4处于极限调控位置时，仍然完全覆盖蓝光发光二极管2的出光光路21的横截面，以防激发效率的损失。
在本实施例中，还包括透明胶层3，透明胶层3涂覆在基板1和蓝光发光二极管2上。
在本实施例中，相对靠近蓝光发光二极管2的荧光膜片4的发射峰与相对远离蓝光发光二极管2的荧光膜片4的吸收峰不重叠。
在本实施例中，荧光膜片4的制得方法包括离心法、自然沉降法、3D喷涂堆积法。
本实施例的具体操作步骤为：结构如图2所示，基板1、发光二极管2通过电源供电发出蓝光，蓝光依次通过红色荧光膜片43、绿色荧光膜片44、黄色荧光膜片45，并激发其中的红色荧光转换材料421、绿色荧光转换材料422、黄色荧光转换材料423，最终出射光线是蓝光、红色荧光转换材料421的受激发射光、绿色荧光转换材料422的受激发射光、黄色荧光转换材料423的受激发射光的混合白光。当第一位置调控模块51、第二位置调控模块52、第三位置调控模块53工作时，通过平移红色荧光膜片43、绿色荧光膜片44、黄色荧光膜片45的方式，改变其互相重叠的位置，来改变被蓝光激发的红色荧光转换材料421、绿色荧光转换材料422、黄色荧光转换材料423的混合比例，从而改变了最终出射光线的混合光谱，得到不同的色温；当黄色荧光膜片45受控调整时，可获得不同的显指输出。
实施例2
本发明提供了又一种可调色温和显指的光源，如图5、6所示，本实施例的结构和实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例的红色荧光膜片43、绿色荧光膜片44、黄色荧光膜片45均为圆形，其通过转轴同心重叠放置；红色荧光转换材料421、绿色荧光转换材料422、黄色荧光转换材料423在对应的圆形红色荧光膜片43、绿色荧光膜片44、黄色荧光膜片45的分布是：沿圆形的圆周方向，浓度由高至低分布，沿圆形的半径方向，浓度均等，并且最高浓度与最低浓度处首尾相接。
本实施例中，当第一位置调控模块51、第二位置调控模块52、第三位置调控模块53工作时，通过驱动红色荧光膜片43、绿色荧光膜片44、黄色荧光膜片45独立地旋转，改变荧光膜片4互相重叠的位置，来改变被蓝光激发的红色荧光转换材料421、绿色荧光转换材料422、黄色荧光转换材料423的混合比例，从而改变最终出射光线的混合光谱，得到不同的色温；当黄色荧光膜片45受控调整时，可获得不同的显指输出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种可调节色温和显指的光源，其特征在于：
包括基板、蓝光发光二极管、多种荧光膜片、多个调控模块；所述蓝光发光二极管电性连接在所述基板上，所述荧光膜片安装在所述蓝光发光二极管的出光光路上，每一种所述荧光膜片对应连接一个所述调控模块；
所述调控模块包括控制核心、动作执行机构；所述控制核心接收外部输入的色温控制信号，并通过预设的控制程序，运算并输出对所述荧光膜片位置调整的脉冲波形；所述动作执行机构接收所述脉冲波形，从而驱动所述荧光膜片移动；
所述荧光膜片包括第一荧光膜片、第二荧光膜片、第三荧光膜片的一种或多种组合，所述调控模块包括第一位置控制模块、第二位置控制模块、第三位置控制模块；所述第一荧光膜片连接所述第一位置控制模块，所述第二荧光膜片连接所述第二位置控制模块，所述第三荧光膜片连接所述第三位置控制模块。
2.根据权利要求1所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：所述荧光膜片包括荧光转换材料和基材，所述荧光转换材料位于所述基材内部或涂覆于所述基材的表面；所述第一荧光膜片为红色荧光膜片，所述第二荧光膜片为绿色荧光膜片，所述第三荧光膜片为黄色荧光膜片；所述红色荧光膜片包括红色荧光转换材料，所述绿色荧光膜片包括绿色荧光转换材料，所述黄色荧光膜片包括黄色荧光转换材料。
3.根据权利要求2所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：所述荧光膜片为矩形，所述荧光转换材料在其对应的所述荧光膜片上的浓度分布是：沿矩形的长度方向，浓度由高至低分布，沿矩形的宽度方向，浓度均等。
4.根据权利要求2所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：所述荧光膜片为圆形，所述荧光转换材料在其对应的所述荧光膜片上的浓度分布是：沿圆形的圆周方向，浓度由高至低分布，沿圆形的半径方向，浓度均等，最高浓度处与最低浓度处首尾相接。
5.根据权利要求2所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：所述红色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～50％；所述绿色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～95％；所述黄色荧光转换材料在所述基材中的浓度含量渐变范围为0～30％；每一个所述荧光膜片，其含有的所述荧光转换材料的最低及最高浓度值对应的分布长度大于或等于所述蓝光发光二极管的所述出光光路的横截面宽度。
6.根据权利要求1～5任一项所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：还包括透明胶层，所述透明胶层涂覆在所述基板和所述蓝光发光二极管上。
7.根据权利要求1～5任一项所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：相对靠近所述蓝光发光二极管的所述荧光膜片的发射峰与相对远离所述蓝光发光二极管的所述荧光膜片的吸收峰不重叠。
8.根据权利要求1～5任一项所述的可调节色温和显指的光源，其特征在于：所述荧光膜片的制得方法包括离心法、自然沉降法、3D喷涂堆积法。
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