CN109360821A - 一种仿太阳光谱led光源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿太阳光谱LED光源，涉及LED技术领域，包括基板、封装于基板并与基板电性连接的LED芯片、用于封装LED芯片的荧光粉；LED芯片包括：光波波长为445‑455nm的第一芯片、光波波长为360‑413nm的第二芯片、光波波长为430‑440nm的第三芯片、光波波长为458‑465nm的第四芯片、光波波长为469‑480nm的第五芯片、光波波长为490‑500nm的第六芯片、光波波长为417‑425nm的第七芯片。通过上述芯片组合以及荧光粉配合使用，使本发明涵盖太阳光中可见光和部分不可见光的波长范围，即具备太阳光谱的照明性能，也具备太阳光谱的生物性能。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种仿太阳光谱LED光源。
背景技术
太阳光谱，是一种不同波长的连续光谱。分为可见光与不可见光两部分。 可见光的波长为400～760nm，散射后分为七种颜色，集中起来则为白光。不可 见光，又分为两种：位于红光之外区的叫红外线，波长大于760nm，最长达 5300nm；位于紫光之外区的叫紫外线，波长290～400nm。太阳光具有明显生物 效应，植物在太阳光作用下可发生合成作用，动物皮肤在太阳光作用下维生素D 发生转换作用；红外线具有巨大的热效应，紫外线有明显杀菌作用等。
人类眼睛在太阳光(太阳光谱如图1所示)下观察事物是感觉最舒适最清晰 的，因此仿太阳光谱光源发出的光不仅使人感觉舒适自然，而且可以有效控制 短波长有害蓝光的量从而更加利于人类的健康，这对未来LED健康照明的发展 具有重要意义。而目前普通LED照明光源采用单波段蓝光芯片和黄色荧光粉(普 通LED照明光源的光谱如图2所示)，该光谱范围较窄，存在着显色指数无法达 到自然光效果的实际问题，光谱中出现两个很强的发射峰，与太阳光谱相差很 大。基于这个问题，人们后来采用了多种荧光粉与蓝光芯片配合使用(如图2 所示)，在多种荧光粉的协同作用下，光谱范围、显色指数等参数都有所增长， 肉眼看来是与太阳光相似，但与太阳光谱相比却仍然存在缺失的波长范围，在 此方案的LED光源下工作会极其容易疲倦。
另一方案，人们采用多个单一波长的LED芯片组合模仿太阳光谱效果，该 方案虽然涵盖了太阳光谱中可见光范围内的多种单色光LED的光源器件，能够 更加真实的模拟太阳发出的白光，但是(如图3所示)，采用该种方法的LED 光源所模仿的太阳光谱不具连续光谱特性，显色性较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿太阳光谱LED光 源，通过多个涵盖了太阳光谱中大部分可见光和不可见光的LED光源器件，配 合荧光粉使其具备连续性，达到与太阳光谱相近的光源效果。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种仿太阳光谱LED光源，包括基板、封装于所述基板并与所述基板电性 连接的LED芯片、用于封装所述LED芯片的荧光粉；所述LED芯片包括：光 波波长为445-455nm的第一芯片、光波波长为360-413nm的第二芯片、光波波 长为430-440nm的第三芯片、光波波长为458-465nm的第四芯片、光波波长为 469-480nm的第五芯片、光波波长为490-500nm的第六芯片、光波波长为 417-425nm的第七芯片。
进一步地，所述第一芯片发光强度(LM)为(13±1.3)n、所述第二芯片 发光强度(LM)为(14±1.4)n、所述第三芯片发光强度(LM)为(10±1)n、 所述第四芯片发光强度(LM)为(25±2.5)n、所述第五芯片发光强度(LM) 为(34±3.4)n、所述第六芯片发光强度(LM)为(55±5.5)n、所述第七芯 片发光强度(LM)为(14±1.4)n；其中，n＞0。
进一步地，所述第一芯片为2个、所述第二芯片为1个、所述第三芯片为1 个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述 第七芯片为1个；10个所述LED芯片依次串联形成1组LED芯片组。
进一步地，所述第一芯片为4个、所述第二芯片为2个、所述第三芯片为3 个、所述第四芯片为4个、所述第五芯片为3个、所述第六芯片为2个、所述 第七芯片为2个；每任意10个所述LED芯片依次串联以形成2组相互独立的 LED芯片组，2组所述LED芯片组相互并联。
进一步地，所述第一芯片为6个、所述第二芯片为3个、所述第三芯片为6 个、所述第四芯片为6个、所述第五芯片为4个、所述第六芯片为2个、所述 第七芯片为3个；每任意10个所述LED芯片依次串联以形成3组相互独立的 LED芯片组，3组所述LED芯片组相互并联。
进一步地，所述第一芯片为2个、所述第二芯片为2个、所述第三芯片为2 个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述 第七芯片为1个；每任意4个所述LED芯片依次串联以形成3组相互独立的LED 芯片组，3组所述LED芯片组相互并联。
进一步地，所述第一芯片为2个、所述第二芯片为1个、所述第三芯片为2 个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述 第七芯片为1个；11个所述LED芯片依次串联形成1组LED芯片组。
进一步地，所述基板内开设有用于容置所述LED芯片的容纳槽。
进一步地，各所述LED芯片组中的所述LED芯片，以及各所述LED芯片 组之间的所述LED芯片的安装位置可任意调换。
进一步地，所述荧光粉由下述组分组成：
发射波长为620-680的红粉 10-30％
发射波长为510-550的绿粉 70-90％。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过提供一种仿太阳光谱LED光源，包括LED光源基本部件基板、封装于 基板并与基板电性连接的LED芯片、用于封装LED芯片的荧光粉；其中LED 芯片包括光波波长为445-455nm的第一芯片、光波波长为360-413nm的第二芯 片、光波波长为430-440nm的第三芯片、光波波长为458-465nm的第四芯片、 光波波长为469-480nm的第五芯片、光波波长为490-500nm的第六芯片、光波 波长为417-425nm的第七芯片。在多个不同波长的LED芯片组合的情况下，保 证对应波长的光照强度范围在一个亮度波动范围下的倍数的范围之内。使本发明的仿太阳光谱LED光源涵盖了太阳光谱中大部分可见光和不可见光的LED光 源器件，让人体肉眼在本发明的照明下能达到在太阳光照射下相仿的感觉以外， 还达到了与太阳光相似的生物效应，植物在本发明的照射作用下可发生合成作 用，激发植物花青素，动物皮肤在仿太阳光谱LED光源下维生素D发生转换作 用，紫外光还有明显杀菌作用等。
此外，由于太阳光中包含了波长小于360nm的紫外光，而这部分紫外光会 对人体造成皮肤慢性损伤、晒斑、皱纹等，严重更会导致皮肤癌。而本发明的 第二芯片则仅截取保留了360-413nm的紫外光，在上述波长内的紫外光则能对 植物体和动物体带来有益效果，截除了对人体有害的部分，使本发明的仿太阳 光谱LED光源具备太阳光谱的照射性能以外，还保留了太阳光对生物体、植物 体的有用部分。
附图说明
图1为太阳光的光谱图；
图2为普通LED照明光源的光谱图；
图3为现有技术单一波长LED组合光源光谱图；
图4为本发明仿太阳光谱LED照明光谱图；
图5为本发明仿太阳光谱LED光源实施例1的光源结构示意图；
图6为本发明仿太阳光谱LED光源实施例2的光源结构示意图；
图7为本发明仿太阳光谱LED光源实施例3的光源结构示意图；
图8为本发明仿太阳光谱LED光源实施例4的光源结构示意图；
图9为本发明仿太阳光谱LED光源实施例5的光源结构示意图；
图10为试验结果1光源照明光谱图；
图11为试验结果2光源照明光谱图；
图12为试验结果3光源照明光谱图；
图13为试验结果4光源照明光谱图；
图14为试验结果5光源照明光谱图；
图15为实验结果6光源照明光谱图；
图16为实验结果7光源照明光谱图；
图17为本发明仿太阳光谱LED光源显色指数示意图之一；
图18为本发明仿太阳光谱LED光源显色指数示意图之二。
图中：10、基板；20、LED芯片；11、容纳槽。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的 是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任 意组合形成新的实施例。
如图4～图9所示，为了提供一种具备太阳光的光照性能与生物性能的LED光 源，本发明提供一种仿太阳光谱LED光源，包括基板10、封装于基板10并与基 板10电性连接的LED芯片20、用于封装LED芯片20的荧光粉。优选的，基板10 采用陶瓷基板10，基板10上设有与外部电源连通的电路，在基板10上点上导电 胶水后，再放入LED芯片20粘合，然后焊接LED芯片20的电路正负极与基板10 中电路电性连接，激活芯片电路，随后采用硅胶与荧光粉混合搅拌呈荧光胶， 而荧光粉则占荧光胶总重量的2-30％，最后将荧光胶注入基板10封装LED芯片20。
其中，LED芯片20包括：光波波长为445-455nm的第一芯片、光波波长为 360-413nm的第二芯片、光波波长为430-440nm的第三芯片、光波波长为 458-465nm的第四芯片、光波波长为469-480nm的第五芯片、光波波长为 490-500nm的第六芯片、光波波长为417-425nm的第七芯片，上述多种LED芯片 20均为至少一个。
第一芯片发光强度(LM)为(13±1.3)n、第二芯片发光强度(LM)为(14 ±1.4)n、第三芯片发光强度(LM)为(10±1)n、第四芯片发光强度(LM) 为(25±2.5)n、第五芯片发光强度(LM)为(34±3.4)n、第六芯片发光强 度(LM)为(55±5.5)n、第七芯片发光强度(LM)为(14±1.4)n；其中， n＞0。
第一芯片对应波长发出蓝光、第二芯片对应波长发出紫外光、第三芯片对 应波长发出深蓝色光、第四芯片对应波长发出浅蓝色光、第五芯片对应波长发 出天蓝色光、第六芯片对应波长发出绿光、第七芯片对应波长发出紫光。
使本发明的仿太阳光谱LED光源采用涵盖了太阳光谱中大部分可见光和不 可见光的LED光源器件，并让对应波长的LED芯片20所发出的光照强度在一个范 围值的倍数范围值以内，配合荧光粉，让人体肉眼在本发明的照明下能达到在 太阳光照射下视察事物相仿的舒适度，本发明的LED太阳光谱图也更加太阳光 的太阳光谱，传统模仿太阳光的LED光谱图缺失部分得到了弥补，还达到了与 太阳光相似的生物效应，植物在本发明作用下可发生合成作用：
红光是植物光合作用的主力，在一定的蓝光条件下能使植物的光合作用的 效果达到最好的效果，从而影响、控制花期；蓝光对于植物生长初期作用大， 帮助植物建立发达的根系，也能激发光源的显色指数；绿光具有一定促进植物 光合作用的效果；紫光是植物趋光性的中心区域，能影响植物的形态建成；动 物皮肤在仿太阳光谱LED光源下维生素D发生转换作用，激发胶原蛋白；紫外线 有明显杀菌作用等。
此外，由于太阳光中包含了光波波长小于360nm的紫外光以及光波波长大于1100nm的红外光，波长小于360nm的紫外光会对人体造成皮肤慢性损伤、晒斑、 皱纹等，严重更会导致皮肤癌；而波长大于1100nm的红外光则会对人体视力造 成损伤，给人体来带辐射等。而本发明的第二芯片则仅截取了360-413nm的紫外 光，在上述波长内的紫外光则是对植物体和动物体有益的光源，截除了对人体 有害的红外光以及紫外光部分，使本发明的仿太阳光谱LED光源具备太阳光谱 的照射性能以外，还保留了太阳光对生物体的好处，截除了对生物体带来坏处 的部分。
实施例1：
具体的，如图5所示，第一芯片为2个、第二芯片为1个、第三芯片为1个、 第四芯片为2个、第五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个；10个LED 芯片20依次串联形成1组LED芯片组。
实施例2：
如图6所示，第一芯片为4个、第二芯片为2个、第三芯片为3个、第四芯片 为4个、第五芯片为3个、第六芯片为2个、第七芯片为2个；每任意10个所述LED 芯片20依次串联以形成2组相互独立的LED芯片组，2组所述LED芯片组相互并 联。
实施例3：
如图7所示，第一芯片为6个、第二芯片为3个、第三芯片为6个、第四芯片 为6个、第五芯片为4个、第六芯片为2个、第七芯片为3个；每任意10个所述LED 芯片20依次串联以形成3组相互独立的LED芯片组，3组所述LED芯片组相互并 联。
实施例4：
如图8所示，第一芯片为2个、第二芯片为2个、第三芯片为2个、第四芯片 为2个、第五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个；每任意4个所述LED 芯片20依次串联以形成3组相互独立的LED芯片组，3组所述LED芯片组相互并 联。
实施例5：
如图9所示，第一芯片为2个、第二芯片为1个、第三芯片为2个、第四芯片 为2个、第五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个；11个所述LED芯片20 依次串联形成1组LED芯片组。
由于实施例之间的LED芯片20因串联与并联的连接方式不同的关系，不同 波长的LED芯片20在方案中的发光强度不同，因此会对个别LED芯片20数量进行 相应的增减，不同色光的芯片数量是根据多次试验所得出的最优效果方案，根 据上述芯片数量通过简单的数量叠加以及比例叠加无法得到体积、光照范围更 大而效果却相同的仿太阳光谱LED光源。
在上述实施例中，发出绿光的第六芯片一般放置于多个LED芯片20所组成 的LED芯片组的中心位置，若LED芯片20之间数量较多，如实施例3所示为每10 个LED芯片20串联并形成3个LED芯片组，而只有2个第六芯片的，第六芯片会放 置于多个LED芯片20的两侧中部，以达到发光平衡的目的，而发出紫外光的第 二芯片、发出紫光的第七芯片则以第六芯片为中心朝两侧排布摆列，在LED芯 片20数量较多时，第二芯片、第七芯片与第六芯片之间也会交替串联发出深蓝 色光的第三芯片，随后蓝光芯片则以绿光芯片为中心朝两侧排布，具体的排布 方式仅需相同芯片之间错开设置即可。
各LED芯片组中的LED芯片20，以及各LED芯片组之间的LED芯片20的安装 位置可任意调换。
以下多个实验结果是对上述方案的进一步支持说明：
实验结果1：
在第一芯片为2个、第二芯片为3个、第三芯片为1个、第四芯片为2个、第 五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个时，如实验结果得出的光普照明 图图10所示，420-440之间的波长存在着明显的缺失，360-413的波长也出现了很 强的发射峰，使光源失去了连续光谱特性，与太阳光谱相比存在着较大差异， 其强度大小和变化趋势与太阳光谱存在着着较大差异。
实验结果2：
在第一芯片为5个、第二芯片为2个、第三芯片为3个、第四芯片为4个、第 五芯片为2个、第六芯片为2个、第七芯片为2个时，如实验结果得出的光普照明 图图11所示，同样，得出的光谱效果的强度大小和变化趋势与太阳光谱存在着 着较大差异，并不能达到与太阳光谱相似的光照性能与生物性能；
实验结果3：
在第一芯片为1个、第二芯片为2个、第三芯片为1个、第四芯片为2个、第 五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个时，如实验结果得出的光普照明 图图12所示，430-440之间的波长存在着明显的缺失，使光源失去了连续光谱特 性，且360-413波长明显较更强，与太阳光谱相比存在着较大差异；
实验结果4：
在第一芯片为6个、第二芯片为3个、第三芯片为7个、第四芯片为6个、第 五芯片为3个、第六芯片为2个、第七芯片为3个时，如实验结果得出的光普照明 图图13所示，445-455、469-480之间的波长存在着明显的缺失，使光源失去了连 续光谱特性，与太阳光谱相比存在着较大差异，其强度大小和变化趋势与太阳 光谱存在着着较大差异，并不能达到与太阳光谱相似的光照性能与生物性能；
实验结果5：
在第一芯片为1个、第二芯片为2个、第三芯片为2个、第四芯片为2个、第 五芯片为2个、第六芯片为1个、第七芯片为1个时，如实验结果得出的光普照明 图图14所示，432-460之间的波长存在着明显的缺失，360-413的波长也出现了发 射峰，使光源失去了连续光谱特性，与太阳光谱相比存在着较大差异，其强度 大小和变化趋势与太阳光谱存在着着较大差异，并不能达到与太阳光谱相似的 光照性能与生物性能。
实验结果6：
在第一芯片波长为446nm、第二芯片波长为395nm、第三芯片波长为432nm、 第四芯片波长为459nm、第五芯片波长为470nm、第六芯片波长为490nm、第七 芯片波长为417nm的情况下，对应上述不同方案的LED芯片20数量组合，得出的 LED照明光谱图如图15所示，得出的结果与太阳光谱相仿。
实验结果7：
在第一芯片波长为453nm、第二芯片波长为411nm、第三芯片波长为439nm、 第四芯片波长为464nm、第五芯片波长为477nm、第六芯片波长为497nm、第七 芯片波长为423nm的情况下，对应上述不同方案的LED芯片20数量组合，得出的 LED照明光谱图如图16所示，得出的结果与太阳光谱相仿。
因此，上述实施例芯片数量方案为经多次反复试验的最优方案。
优选的，基板10内开设有用于容置LED芯片20的容纳槽11。
作为最优实施例之一，荧光粉由下述组分组成：
所述荧光粉由下述组分组成：
发射波长为620-680的红粉 10-30％
发射波长为510-550的绿粉 70-90％。
通过荧光粉与多个LED芯片20配合使用，使本发明的仿太阳光谱LED光源的 光谱图与太阳光谱图更加相似，消除采用单一波长的LED芯片20组合模仿太阳 光谱不具连续光谱特性的问题，使单一波段芯片光谱半波宽窄的缺陷得到解决， 如图17、图18所示，采用上述方案的LED光源，显色指数能达到99.4，色温也能 适应太阳光所能达到的1400-20000的范围，具体可根据实际需求调整，本发明用 途广泛，能作为商业照明、摄影、制布、医用、培植等多个领域当中。相对于 传统的LED光源以及模仿太阳光谱的LED光源显色指数也更高，肉眼看来不会带 来不适感，有利于人眼健康，并且达到了可见光谱的效果，也不存在缺失问题。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的 范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换 均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种仿太阳光谱LED光源，包括基板、封装于所述基板并与所述基板电性连接的LED芯片、用于封装所述LED芯片的荧光粉；其特征在于：
所述LED芯片包括：光波波长为445-455nm的第一芯片、光波波长为360-413nm的第二芯片、光波波长为430-440nm的第三芯片、光波波长为458-465nm的第四芯片、光波波长为469-480nm的第五芯片、光波波长为490-500nm的第六芯片、光波波长为417-425nm的第七芯片。
2.如权利要求1所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片发光强度(LM)为(13±1.3)n、所述第二芯片发光强度(LM)为(14±1.4)n、所述第三芯片发光强度(LM)为(10±1)n、所述第四芯片发光强度(LM)为(25±2.5)n、所述第五芯片发光强度(LM)为(34±3.4)n、所述第六芯片发光强度(LM)为(55±5.5)n、所述第七芯片发光强度(LM)为(14±1.4)n；其中，n＞0。
3.如权利要求2所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片为2个、所述第二芯片为1个、所述第三芯片为1个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述第七芯片为1个；10个所述LED芯片依次串联形成1组LED芯片组。
4.如权利要求2所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片为4个、所述第二芯片为2个、所述第三芯片为3个、所述第四芯片为4个、所述第五芯片为3个、所述第六芯片为2个、所述第七芯片为2个；每任意10个所述LED芯片依次串联以形成2组相互独立的LED芯片组，2组所述LED芯片组相互并联。
5.如权利要求2所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片为6个、所述第二芯片为3个、所述第三芯片为6个、所述第四芯片为6个、所述第五芯片为4个、所述第六芯片为2个、所述第七芯片为3个；每任意10个所述LED芯片依次串联以形成3组相互独立的LED芯片组，3组所述LED芯片组相互并联。
6.如权利要求2所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片为2个、所述第二芯片为2个、所述第三芯片为2个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述第七芯片为1个；每任意4个所述LED芯片依次串联以形成3组相互独立的LED芯片组，3组所述LED芯片组相互并联。
7.如权利要求2所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述第一芯片为2个、所述第二芯片为1个、所述第三芯片为2个、所述第四芯片为2个、所述第五芯片为2个、所述第六芯片为1个、所述第七芯片为1个；11个所述LED芯片依次串联形成1组LED芯片组。
8.如权利要求1～7中任一项所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述基板内开设有用于容置所述LED芯片的容纳槽。
9.如权利要求3～7中任意一项所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：各所述LED芯片组中的所述LED芯片，以及各所述LED芯片组之间的所述LED芯片的安装位置可任意调换。
10.如权利要求1～7中任一项所述的仿太阳光谱LED光源，其特征在于：所述荧光粉由下述组分组成：
发射波长为620-680的红粉 10-30％
发射波长为510-550的绿粉 70-90％。
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