CN110094649B - 一种健康照明的发光系统、灯条和灯具 - Google Patents

一种健康照明的发光系统、灯条和灯具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种健康照明的发光系统、灯条和灯具，能够发出白色光，所述白色光的色温范围为2700K‑6500K，将本发光系统的相对光谱功率设为Ф(λ)，将对应色温的太阳光谱曲线的相对光谱功率分布设为S(λ)，所述白色光具有第一特征波段，所述第一特征波段的波长区域为380‑405nm，所述白色光具有第二特征波段，所述第二特征波段的波长区域为415‑455nm，所述白色光具有第三特征波段，所述第三特征波段的波长区域为465‑495nm。通过对第一特征波段、第二特征波段和第三特征进行限制，实现白光输出的同时，降低了对人体有害的光谱和提高了对人体有益的光谱，实现健康照明。主要用于照明领域。

Description

一种健康照明的发光系统、灯条和灯具
技术领域
本发明涉及LED发光系统技术领域，特别是涉及一种健康照明的发光系统、灯条和灯具。
背景技术
随着人们对光品质的要求增加，越来越多的应用会对发光器件光色的要求提升。目前，采用紫光LED激发蓝、绿、红可获得连续的光谱，更接近太阳光谱，显色性能更好。
有研究表明，白光中的某些特殊波段对人体有害，如380nm-405nm的近紫外波段会损伤人眼，引起白内障；415nm-455nm的高能蓝光波段对损伤人眼，引起AMD，视觉疲劳以及近视等。另外，还有研究表明，白光中的某些特殊波段能够调节人的司辰节律和情绪，如465nm-495nm波段，可以调节褪黑色素的分泌，进而调控人的生物钟，以及调节人的情绪。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供一种具有健康照明的发光系统、灯条和灯具。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种健康照明的发光系统，能够发出白色光，所述白色光的色温范围为2700K-6500K，将本发光系统的相对光谱功率设为Ф(λ)，将对应色温的太阳光谱曲线的相对光谱功率分布设有S(λ)，其中，在色温≥2700K且＜5000K时，太阳光谱曲线为对应色温的黑体辐射曲线，在色温≥5000K且≤6500K时，太阳光谱曲线为对应色温的CIE标准照明体D曲线，所述白色光具有第一特征波段，所述第一特征波段的波长区域为380nm-405nm，所述白色光具有第二特征波段，所述第二特征波段的波长区域为415nm-455nm，所述白色光具有第三特征波段，所述第三特征波段的波长区域为465nm-495nm，对第一特征波段和第二特征波段满足：
Figure BDA0002045682190000021
Figure BDA0002045682190000022
对第三特征波段进行归一化处理，满足：
Figure BDA0002045682190000023
其中，Ф(λ555)表示为波长λ在555nm时，本发光系统的相对光谱功率，S(λ555)表示为波长λ在555nm时，太阳光谱曲线的相对光谱功率。
即从上述公式可以看出，第一特征波段的能量占比小于等于1％，第二特征波段的能量占比小于等于15％。
为使该发光系统的色品质更好，进一步优选的情况包括：
第一特征波段满足：
Figure BDA0002045682190000031
第二特征波段进一步满足：
Figure BDA0002045682190000032
第三特征波段进一步满足：
Figure BDA0002045682190000033
进一步，该健康照明的发光系统发出的光谱在部分波长区域内具有以下特征：
当λ在430nm-500nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure BDA0002045682190000034
当λ在500nm-600nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure BDA0002045682190000035
当λ在600nm-700nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure BDA0002045682190000036
该发光系统是由发射主峰在380nm-430nm的芯片激发荧光粉从而发出白色光。所述荧光粉由蓝粉(发射主峰在430nm-500nm、半峰宽20nm-100nm)、绿粉(发射主峰在480nm-550nm，半峰宽20nm-80nm)、黄粉(发射主峰在540nm-600nm、半峰宽60nm-120nm)以及红粉(发射主峰在600nm-700nm、半峰宽80nm-120nm)组成。其中，所述蓝粉为铝酸盐、氯磷酸盐或硅酸盐，具体包括BaMgAl10O17:Eu2+、BaAl12O9:Eu2+、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、Ba5(PO4)3Cl:Eu2+、RbNa3(Li3SiO4)4:Eu2+或MgSr3Si2O8:Eu2+；所述绿粉为氮氧化物、硅酸盐或铝酸盐，具体包括SiAlON:Eu2+、BaSiON2:Eu2+、Ba2SiO4:Eu2+或LuAG；所述黄粉为铝酸盐、硅酸盐或氮化物，具体包括Ga-YAG、Sr2SiO4:Eu2+、(BaSr)2SiO4:Eu2+或La3Si6N11:Ce3+；所述红粉为氮化物、硫化物或氟化物，具体包括CaAlSiN3:Eu2+、(Ca1-xSrx)AlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、Sr2Si5N8:Eu2+、Ba2Si5N8:Eu2+、CaS:Eu2+或MgGeF6:Mn4+。
一种灯条，所述灯条具有上述技术方案所述的发光系统。
一种灯具，所述灯具具有上述技术方案所述的发光系统。
本发明的有益效果是：发光系统通过对第一特征波段、第二特征波段和第三特征进行限制，实现白光输出的同时，降低了对人体有害的光谱和提高了对人体有益的光谱，实现健康照明。该发光系统可应用于LED发光系统中。提供一种灯条和灯具，该灯条和灯具具有所述发光系统的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是实施例1制成的发光系统与2700K黑体辐射曲线之间对比图；
图2是实施例2制成的发光系统与3000K黑体辐射曲线之间的对比图；
图3是实施例3制成的发光系统与4000K黑体辐射曲线之间的对比图；
图4是实施例4制成的发光系统与5000K标准照明体D曲线之间的对比图；
图5是实施例5制成的发光系统与6500K标准照明体D曲线之间的对比图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，一种健康照明的发光系统。由发射主峰在380nm-430nm的紫光芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉按质量份计，由45.0％的MgSr3Si2O8:Eu2+、25.0％的BaSiON2:Eu2+、20.0％的Sr2SiO4:Eu2+以及10.0％的CaAlSiN3:Eu2+混合而成。
制得色温为2700K的发光系统其发光光谱具有波长区域为380nm-405nm的第一特征波段，且第一特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000061
还具有波长区域为415nm-455nm的第二特征波段，且第二特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000062
以及具有波长区域为465nm-495nm的第三特征波段，且第三征波段满足:
Figure BDA0002045682190000063
实施例2，一种健康照明的发光系统。由发射主峰在380nm-430nm的紫光芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉按质量份计，由50.0％的MgSr3Si2O8:Eu2+、23.6％的BaSiON2:Eu2+、18.0％的Sr2SiO4:Eu2+以及8.4％的CaAlSiN3:Eu2+混合而成。
制得色温为3000K的发光系统其发光光谱具有波长区域为380nm-405nm的第一特征波段，且第一特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000071
还具有波长区域为415nm-455nm的第二特征波段，且第二特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000072
以及具有波长区域为465nm-495nm的第三特征波段，且第三征波段满足:
Figure BDA0002045682190000073
实施例3，一种健康照明的发光系统。由发射主峰在380nm-430nm的紫光芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉按质量份计，由69.3％的MgSr3Si2O8:Eu2+、14.9％的BaSiON2:Eu2+、8.4％的Sr2SiO4:Eu2+以及7.4％的CaAlSiN3:Eu2+混合而成。
制得色温为4000K的发光系统其发光光谱具有波长区域为380-405nm的第一特征波段，且第一特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000074
还具有波长区域为415nm-455nm的第二特征波段，且第二特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000075
以及具有波长区域为465nm-495nm的第三特征波段，且第三征波段满足:
Figure BDA0002045682190000081
实施例4，一种健康照明的发光系统。由发射主峰在380nm-430nm的紫光芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉按质量份计，由75.4％的MgSr3Si2O8:Eu2+、12.1％的BaSiON2:Eu2+、7.5％的Sr2SiO4:Eu2+以及4.9％的CaAlSiN3:Eu2+混合而成。
制得色温为5000K的发光系统其发光光谱具有波长区域为380nm-405nm的第一特征波段，且第一特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000082
还具有波长区域为415nm-455nm的第二特征波段，且第二特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000083
以及具有波长区域为465nm-495nm的第三特征波段，且第三征波段满足:
Figure BDA0002045682190000084
实施例5，一种健康照明的发光系统。由发射主峰在380nm-430nm的紫光芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉按质量份计，由85.0％的MgSr3Si2O8:Eu2+、6.0％的BaSiON2:Eu2+、6.0％的Sr2SiO4:Eu2+以及3.0％的CaAlSiN3:Eu2+混合而成。
制得色温为6500K的发光系统其发光光谱具有波长区域为380nm-405nm的第一特征波段，且第一特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000091
还具有波长区域为415nm-455nm的第二特征波段，且第二特征波段满足:
Figure BDA0002045682190000092
以及具有波长区域为465nm-495nm的第三特征波段，且第三征波段满足:
Figure BDA0002045682190000093
实验例1，取实施例1～5制得的发光系统进行测试比较，得到其不同色温的发光系统的色品质参数(见表1)、不同色温的R1-R8值(见表2)、不同色温的R9-R15值(见表3)、各色温的发光系统的有害波段(第一特征波段和第二特征波段)的能量占比(见表4)、各色温的发光系统的特征长波蓝光波段(第三特征波段)与太阳光谱曲线的比例(见表5)、各色温的发光系统的各波段积分与太阳光谱曲线的比例(见表6)。
其中，表1为不同色温的的发光系统的色品质参数表。其中，Ra：一般显色指数、Rf：色保真指数和Rg：色饱和指数：
Figure BDA0002045682190000094
Figure BDA0002045682190000101
表1；
表2是不同色温的R1-R8值(显色指数)参数表：
Figure BDA0002045682190000102
表2。
表3为不同色温的R9-R15值的参数表：
色温/K R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15
2700 93.7 95.0 94.4 95.5 99.2 95.3 99.0
3000 98.5 97.3 91.9 95.7 96.6 97.9 98.2
4000 98.0 98.8 98.7 92.8 98.8 98.1 98.8
5000 91.8 93.3 95.4 93.0 95.9 99.1 96.0
6500 90.0 90.0 95.1 90.0 95.9 97.2 95.1
表3。
表4为各色温的发光系统的有害波段的能量占比：
实施例 1 2 3 4 5
色温/K 2700 3000 4000 5000 6500
380-405nm 0.42％ 0.06％ 0.18％ 0.12％ 0.06％
415-455nm 3.2％ 5.2％ 7.3％ 10.6％ 13.6％
表4。
表5为各色温的发光系统的特征长波蓝光波段与太阳光谱曲线的比例：
实施例 1 2 3 4 5
色温/K 2700 3000 4000 5000 6500
465-495 78.1％ 93.5％ 98.0％ 106.6％ 84.5％
表5。
表6为各色温的发光系统的各波段积分与太阳光谱曲线的比例：
实施例 1 2 3 4 5
色温/K 2700 3000 4000 5000 6500
430-500nm 85％ 98％ 98％ 106％ 95％
500-600nm 99％ 101％ 100％ 101％ 97％
600-700nm 81％ 85％ 85％ 91％ 77％
表6。
其中，实施例1-5制成的发光系统的光学曲线图如图1-5所示。
通过研究，第一特征波段(380nm-405nm)为近紫外波段UVA，第二特征波段(415nm-455nm)为高能蓝光波段HEV，这两个特征波段对人体视网膜或皮肤都有害。通过上述实验例，本申请创造性的在实现白光输出的同时，降低了第一特征波段和第二特征波段的能量占比，从而减少了本发光系统对人体视网膜和皮肤的伤害。第三特征波段(465nm-495nm)对人体生物节律具有作用，该波段与太阳光谱曲线相似时，对人体生物节律调节最佳，本申请创造性的在实现白光输出的同时，对第三特征波段进行限制，使得其与太阳光谱曲线相似。而且，本申请的发光系统在色品质方面均达到比较佳的效果。
一种灯条，该灯条具有上述实施例所述的发光系统。
一种灯具，该灯具具有上述实施例所述的发光系统。
通过在灯条和灯具上设置上述实施例的发光系统，使得灯条和灯具发出对人体有益的光谱，实现健康照明。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (14)

1.一种健康照明的发光系统，其特征在于，能够发出白色光，所述白色光的色温范围为2700K-6500K，将本发光系统的相对光谱功率设为Ф(λ)，将对应色温的太阳光谱曲线的相对光谱功率分布设有S(λ)，其中，在色温≥2700K且＜5000K时，太阳光谱曲线为对应色温的黑体辐射曲线，在色温≥5000K且≤6500K时，太阳光谱曲线为对应色温的CIE标准照明体D曲线，所述白色光具有第一特征波段，所述第一特征波段的波长区域为380nm-405nm，所述白色光具有第二特征波段，所述第二特征波段的波长区域为415nm-455nm，所述白色光具有第三特征波段，所述第三特征波段的波长区域为465nm-495nm，第一特征波段和第二特征波段满足：
Figure FDA0002469141910000011
Figure FDA0002469141910000012
对第三特征波段进行归一化处理，满足：
Figure FDA0002469141910000013
其中，Ф(λ555)表示为波长λ在555nm时，本发光系统的相对光谱功率，S(λ555)表示为波长λ在555nm时，太阳光谱曲线的相对光谱功率；
当λ在430nm-500nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure FDA0002469141910000021
2.根据权利要求1所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，第一特征波段进一步满足：
Figure FDA0002469141910000022
3.根据权利要求1所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，第二特征波段进一步满足：
Figure FDA0002469141910000023
4.根据权利要求1所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，第三特征波段进一步满足：
Figure FDA0002469141910000024
5.根据权利要求1所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，当λ在500nm-600nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure FDA0002469141910000025
6.根据权利要求1所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，当λ在600nm-700nm的波长区域中时，Ф(λ)和S(λ)之间的积分比例关系满足：
Figure FDA0002469141910000031
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述发光系统由发射主峰在380nm-430nm的芯片激发荧光粉发光，所述荧光粉由发射主峰在430nm-500nm、半峰宽20nm-100nm的蓝粉，发射主峰在480nm-550nm、半峰宽20nm-80nm的绿粉，发射主峰在540nm-600nm、半峰宽60nm-120nm的黄粉，以及发射主峰在600nm-700nm、半峰宽80nm-120nm的红粉组成。
8.根据权利要求7所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述蓝粉为铝酸盐、氯磷酸盐或硅酸盐；所述绿粉为氮氧化物、硅酸盐或铝酸盐；所述黄粉为铝酸盐、硅酸盐或氮化物；所述红粉为氮化物、硫化物或氟化物。
9.根据权利要求8所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述蓝粉为BaMgAl10O17:Eu2+、BaAl12O9:Eu2+、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、Ba5(PO4)3Cl:Eu2+、RbNa3(Li3SiO4)4:Eu2+或MgSr3Si2O8:Eu2+。
10.根据权利要求8所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述绿粉为SiAlON:Eu2+、BaSiON2:Eu2+、Ba2SiO4:Eu2+或LuAG。
11.根据权利要求8所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述黄粉为Ga-YAG、Sr2SiO4:Eu2+、(BaSr)2SiO4:Eu2+或La3Si6N11:Ce3+。
12.根据权利要求8所述的一种健康照明的发光系统，其特征在于，所述红粉为CaAlSiN3:Eu2+、(Ca1-xSrx)AlSiN3:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+、Sr2Si5N8:Eu2+、Ba2Si5N8:Eu2+、CaS:Eu2+或MgGeF6:Mn4+。
13.一种灯条，其特征在于，所述灯条具有权利要求1所述的发光系统。
14.一种灯具，其特征在于，所述灯具具有权利要求1所述的发光系统。
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