CN110176449B - 一种符合d50标准光源的led发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种符合D50标准光源的LED发光装置，该LED发光装置的发射光谱包括300‑400nm的波长范围内的峰，400‑440nm的波长范围内的峰以及440‑800nm的波长范围内的连续光谱，并且连续光谱中可包含440‑500nm波长范围的发射峰、500‑600nm波长范围的发射峰和600‑700nm波长范围的发射峰。该LED发光装置符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影‑观察条件中给出的标准观察条件的照明体应满足的条件，可用于取代印刷、印染、纺织品等颜色领域的荧光灯，避免汞污染的问题，且LED发光装置具有比原有荧光灯光效高，寿命更长的优点。

Description

一种符合D50标准光源的LED发光装置
技术领域
本发明涉及LED应用于标准光源领域，特别地，涉及一种实现符合D50标准光源的LED发光装置。
背景技术
GaN基发光二极管LED(Light-Emitting Diode)具有节能、不含汞等污染源、高光效、寿命长且体积小等优点，已逐步取代传统的各式灯泡和荧光灯，被广泛应用于室内照明、信号灯、指示灯、车用灯以及显示屏、广告屏、户外大型屏幕等发光器件，被誉为21世纪固态发光领域节能、环保的新型绿色能源发光器件。但对于一些特殊照明领域，比如印刷、纺织品、印染、塑胶、颜料、油墨、油漆、摄影等颜色领域基本仍然使用着传统的荧光灯。
目前，印刷领域所使用的基本是传统的色温5000K的高显色荧光灯管。在ISO3664:2009印刷技术和摄影-观察条件中，规定了参考照明体的相对光谱功率分布(即D50标准光源，如图1)，并给出了符合标准观察条件的照明体应满足的条件，包括：色温5000K；色度容差0.005以内；一般显色性指数≥90；样本1-8的特殊显色性指数≥80；可见光同色异谱指数符合C或者更好；紫外同色异谱指数<1.5或者更好。传统的荧光灯管不仅含有汞污染源，而且其光效低，使用寿命短，因此，开发一种符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件的LED照明体以取代传统的荧光灯管具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种符合D50标准光源的LED发光装置，该LED发光装置符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件中给出的标准观察条件的照明体应满足的条件，并且该LED发光装置可用于取代印刷、印染、纺织品等颜色领域的荧光灯，避免汞污染的问题，且LED发光装置具有比原有荧光灯光效高，寿命更长的优点。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：根据ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件中规定的参考照明体的相对光谱功率分布，设计接近该光谱的LED光谱，然后通过LED发光装置来实现设计的LED光谱。经过实际测算，本发明技术方案的LED发光装置符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件中D50标准照明体的要求。
一种符合D50标准光源的LED发光装置，至少包括一个发光二极管(LED)，其光谱具有：
第一光谱特性，所述的第一光谱特性包括在300-400nm的波长范围内的峰；
第二光谱特性，所述的第二光谱特性包括400-440nm的波长范围内的峰；
第三光谱特性，所述的第三光谱特性包括440-800nm的波长范围内的连续光谱，连续光谱中包含440-500nm波长范围的发射峰、500-600nm波长范围的发射峰和600-700nm波长范围的发射峰。
所述的连续光谱中还包含700-800nm波长范围的发射峰。
所述的第一光谱特性的发射峰由紫外光LED芯片产生。
所述的第二光谱特性的发射峰由紫光LED芯片产生，或者通过第一光谱特性的发射光激发紫色荧光粉材料产生。
所述的第三光谱特性的连续光谱，由第一光谱和第二光谱的发射光激发红、绿、蓝荧光粉材料或者量子点材料产生；或者由第二光谱的发射光激发红、绿、蓝荧光粉或者量子点材料产生；或者通过多颗LED芯片产生；或者由多颗LED芯片配合荧光粉或者量子点材料共同产生。
其中红色荧光粉为CaAlSi(ON)3:Eu体系，发射光谱峰值波长在630-660nm；绿色荧光粉为β-SiAlON:Eu体系，LuAG:Ce体系，Ga-YAG:Ce体系，La3Si6N11:Ce体系中的至少一种，发射光谱峰值波长在510-580nm；蓝色荧光粉为(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu体系，发射光谱峰值波长在445-490nm。
所述第一光谱特性或/和第二光谱特性的发射峰相对强度通过涂覆在紫外光LED芯片上的荧光粉材料或者量子点材料的厚度来调整。
其中以第三光谱500-600nm波段的发射强度为标准1.0，所述第一光谱特性的发射峰相对强度为0.4-1.0。
其中以第三光谱500-600nm波段的发射强度为标准1.0，所述第二光谱特性的发射峰相对强度为0.4-0.8。
其中以第三光谱500-600nm波段的发射强度为标准1.0，第一光谱特性发射峰在300-400nm波段范围内，相对强度为0.4-1.0；第二光谱特性发射峰在400-440nm波段范围内，相对强度为0.4-0.8；第三光谱特性的发射峰分别在440-500nm、500-600nm、600-700nm波段范围内，相对强度分别为0.7-0.9、1.0、0.8-1.0。本发明的LED光谱的典型相对光谱功率分布如图2所示。
所述的LED发光装置，通过单个封装体实现或通过两个或多个封装体发射光混合实现。
所述单个封装体由发射峰波长在300-400nm范围内的LED芯片配合紫色荧光粉、蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉实现；也可以由发射峰波长在300-400nm范围内的LED芯片与发射峰波长在400-440nm范围内的LED芯片串联或者并联，然后配合蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉实现。
所述的两个封装体包括封装第一光谱特性封装体和封装第二与第三光谱特性一起的封装体。
所述的两个封装体分别由两个回路控制其发光强度，通过电流或电压调节从而实现混光光谱。
所述两个封装体并联，在每种封装体的串联电路上匹配合适电阻用以调节发光强度，从而实现混光光谱。
本发明提供了一种符合D50标准光源的LED光谱，可以使用LED来实现用于印刷、印染、油墨、颜料等颜色领域的照明，从而替代传统的荧光灯，对于节约能源、环境保护方面有着重要意义。
附图说明
图1为ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件中规定的参考照明体的相对光谱功率分布。
图2为本发明的LED光谱的典型相对光谱功率分布。
图3为本发明实施例1的封装体结构示意图。
图4为本发明实施例1的LED发光装置的相对光谱功率分布。
图5为本发明实施例2的第一封装体的相对光谱功率分布。
图6为本发明实施例2的第二封装体的相对光谱功率分布。
图7为本发明实施例2的LED发光装置的两种封装体相对强度变化对应的相对光谱功率分布和紫外同色异谱指数。
图8为本发明实施例2的LED发光装置的相对光谱对应紫外同色异谱指数为0.5时的测试报告。
图9为本发明实施例2的LED发光装置的相对光谱对应紫外同色异谱指数为1.2时的测试报告。
图10为本发明实施例3的第二封装体的相对光谱功率分布。
图11为本发明实施例3的LED发光装置的相对光谱功率分布。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
所用LED芯片及荧光粉市场上都有售卖，例如CaAlSi(ON)3:Eu体系是市场广泛出售的1113体系红色荧光粉，β-SiAlON:Eu体系是SiAlON体系的绿色荧光粉，LuAG体系和La3Si6N11:Ce体系的绿色荧光粉，(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu体系的蓝色荧光粉。
实施例1
本实施方式通过单一封装体实现本发明方案的LED光谱。
本实施方式的封装体装置为市场上销售的LED封装支架，如图3所示，包括LED芯片1和LED芯片2、封装基板3和两个电极4，两个LED芯片通过串联方式连接，两个电极分别在封装基板3的两端，并且其中一个电极直接与基板连接为一体，用于引出LED芯片2的正极和LED芯片1的负极。
本实施例选用发光峰值波长位于365nm-370nm的紫外LED芯片1和发光峰值波长位于400nm-410nm的紫光LED芯片2，两种芯片串联使用，总功率约为0.5W。
本实施例选用的荧光粉：
红色荧光粉组成式为：CaAlSi(ON)3:Eu，发射光谱峰值波长在630-660nm，半峰宽在80-120nm；
绿色荧光粉组成式为：β-SiAlON:Eu，发射光谱峰值波长在520-550nm，半峰宽在40-60nm；
蓝色荧光粉组成式为：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu，发射光谱峰值波长在445-490nm，半峰宽为50-60nm；
首先，将芯片1和芯片2固定在封装基板3上，芯片之间通过金线连接，芯片两端分别通过金线或银胶与两个极片连接从而与两个电极导通。
接着，按一定比例配出含有红绿蓝三色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。
进一步地，将混合胶体均匀涂敷在两颗LED芯片上方，通过调节荧光粉配比或者设置其涂覆厚度，可以调节所涂覆荧光粉吸收芯片发出的紫外光和紫光的相对强度(即第一和第二光谱特性的发射峰相对强度)，从而使器件发射光谱与所述的LED光谱基本一致。
将封装的发光器件进行光学测试，测试结果如表1所示，其相对光谱功率分布如图4所示。
表1实施例1发光装置光学测试结果
Tc(K) CIE-x CIE-y Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
4956 0.347 0.359 96.5 96.9 98.6 93.2 95.1 98.5 98.2 96.5 95
从测试结果来看，单个封装器件的光学性能，包括色温、色坐标以及显色性均满足D50标准光源的要求。测试光谱的同色异谱指数：可见光同色异谱指数为0.6，紫外光同色异谱指数为0.9，其结果表明可见光同色异谱指数符合C级标准，紫外光同色异谱指数<1.5，均满足D50标准光源的要求。使用多个封装器件制作成照明灯具后，其亮度也可符合ISO3664:2009印刷技术和摄影-观察条件的规定。
实施例2
本实施方式采用两个封装体通过混光方式实现本发明方案的LED光谱。
本实施方式的两个封装体：其中一个实现第一光谱特性；另一个实现第二光谱特性和第三光谱特性。两个封装体的发射光混合得到本发明方案的LED光谱。
本实施方式的封装体装置采用与实施例1相同的支架结构。
第一封装体制作如下：
选用发光峰值波长位于365nm-370nm的紫外LED芯片，将芯片固定在封装基板上，芯片的两个电极分别通过金线或银胶与基板底部的两个极片连接从而与两个电极导通。然后，在芯片表面涂覆一层厚度合适的透明有机硅胶。
第一封装体用以实现第一光谱特性，其发射光谱的相对光谱功率分布如图5。
第二封装体制作如下：
选用发光峰值波长位于400nm-410nm的紫光LED芯片，将芯片固定在封装基板上，芯片的两个电极分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极导通。
选用的荧光粉：
红色荧光粉组成式为：CaAlSi(ON)3:Eu，发射光谱峰值波长在630-660nm，半峰宽在80-120nm；
绿色荧光粉组成式为：β-SiAlON:Eu，发射光谱峰值波长在520-550nm，半峰宽在40-60nm；
蓝色荧光粉组成式为：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu，发射光谱峰值波长在445-490nm，半峰宽为50-60nm；
按一定比例配出含有以上红绿蓝三色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。
然后，将混合胶体均匀涂敷在紫光LED芯片上方，通过调节荧光粉配比或者设置其涂覆厚度，可以调节所涂覆荧光粉吸收芯片发出的紫光的相对强度(即第二光谱特性的发射峰相对强度)，从而使器件发射光谱与所述的LED光谱的第二和第三光谱特性基本一致。
第二封装体用以实现第二和第三光谱特性，其发射光谱的相对光谱功率分布如图6。
将第一封装体和第二封装体按照一定规则焊接至印刷版电路上，两种封装体通过串联和并联的方式连接后与其对应的控制电路串联形成回路，所以分2路电路分别控制第一封装体和第二封装体的发光强度。通过调节2路驱动电源的电流或电压输出比例，调节两种封装体的发光强度(即可调节第一光谱特性的相对强度)，两种封装体的发射光混合后可实现本发明所述的LED光谱。
除了以上分两路控制第一封装体和第二封装体的驱动电源的电流或电压输出比例方式外，还可以采用另外一种方式来实现两种封装体的相对发光强度。
将第一封装体和第二封装体按照一定规则焊接至印刷版电路上，其中第一封装体按照一定的串联方式连接，并在连接电路中配置电阻；同样，第二封装体也按照一定的串联方式连接，并在连接电路中配置电阻。然后将第一封装体和第二封装体并联连接，然后输入电流，电流会根据并联电路的电阻进行电流分配，在第一封装体和第二封装体的串联电路中配置合适的电阻就可以调节他们的输入电流，从而控制两种封装体的相对发光强度，从而使得两种封装体的发射光混合后可实现本发明所述的LED光谱。
两种封装体的相对发光强度变化所对应的相对光谱功率分布以及紫外光同色异谱指数(MIuv)如图7所示。从图中可以看出，以第三光谱500-600nm波段的发射强度为标准1.0，所述第一光谱特性的发射峰相对强度在0.4-1.0范围内变化，紫外光的同色异谱指数均低于1.5，都符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件的规定。另外，可见光的同色异谱指数测试均为0.6，不随两种封装体的相对发光强度变化。
将图7中紫外光同色异谱指数为0.5和1.2的两种光谱进行光学测试，测试报告分别如图8和图9所示。
从测试结果来看，整个发光装置的光学性能，包括色温、色坐标以及显色性均满足D50标准光源的要求。测试光谱的同色异谱指数最优的：可见光同色异谱指数为0.6，紫外光同色异谱指数为0.5，其结果表明可见光同色异谱指数符合C级标准，紫外光同色异谱指数<1.0，均符合D50标准光源的要求。并且该发光装置通过调整使用的第一封装体和第二封装体数量后制作成照明灯具，其亮度也符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件的规定。
实施例3
本实施方式采用两个封装体通过混光方式实现本发明方案的LED光谱。
本实施方式的两个封装体：其中一个实现第一光谱特性；另一个实现第二光谱特性和第三光谱特性。两个封装体的发射光混合得到本发明方案的LED光谱。
本实施方式的封装体装置采用与实施例1相同的支架结构。
第一封装体制作如下：
选用发光峰值波长位于365nm-370nm的紫外LED芯片，将芯片固定在封装基板上，芯片的两个电极分别通过金线或银胶与基板底部的两个极片连接从而与两个电极导通。然后，在芯片表面涂覆一层厚度合适的透明有机硅胶。
第一封装体用以实现第一光谱特性，其发射光谱的相对光谱功率分布与实施例2中第一封装体的一致。
第二封装体制作如下：
选用发光峰值波长位于410nm-420nm的紫光LED芯片，将芯片固定在封装基板上，芯片的两个电极分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极导通。
选用的荧光粉：
红色荧光粉组成式为：CaAlSi(ON)3:Eu，发射光谱峰值波长在630-660nm，半峰宽在80-120nm；
绿色荧光粉组成式为：La3Si6N11:Ce，发射光谱峰值波长在520-560nm，半峰宽在80-120nm；
蓝色荧光粉组成式为：(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu，发射光谱峰值波长在445-490nm，半峰宽为50-60nm；
按一定比例配出含有以上红绿蓝三色荧光粉的混合胶体，搅拌均匀，真空脱泡。
然后，将混合胶体均匀涂敷在紫光LED芯片上方，通过调节荧光粉配比或者设置其涂覆厚度，可以调节所涂覆荧光粉吸收芯片发出的紫光的相对强度(即第二光谱特性的发射峰相对强度)，从而使器件发射光谱与所述的LED光谱的第二和第三光谱特性基本一致。
第二封装体用以实现第二和第三光谱特性，其发射光谱的相对光谱功率分布如图10。
将第一封装体和第二封装体按照一定规则焊接至印刷版电路上，两种封装体通过串联和并联的方式连接后与其对应的控制电路串联形成回路，所以分2路电路分别控制第一封装体和第二封装体的发光强度。通过调节2路驱动电源的电流或电压输出比例，调节两种封装体的发光强度(即可调节第一光谱特性的相对强度)，两种封装体的发射光混合后可实现本发明所述的LED光谱。
除了以上分两路控制第一封装体和第二封装体的驱动电源的电流或电压输出比例方式外，还可以采用另外一种方式来实现两种封装体的相对发光强度。
将第一封装体和第二封装体按照一定规则焊接至印刷版电路上，其中第一封装体按照一定的串联方式连接，并在连接电路中配置电阻；同样，第二封装体也按照一定的串联方式连接，并在连接电路中配置电阻。然后将第一封装体和第二封装体并联连接，然后输入电流，电流会根据并联电路的电阻进行电流分配，在第一封装体和第二封装体的串联电路中配置合适的电阻就可以调节他们的输入电流，从而控制两种封装体的相对发光强度，从而使得两种封装体的发射光混合后可实现本发明所述的LED光谱。
将封装的发光装置进行光学测试，测试结果如表2所示，其相对光谱功率分布如图11所示。
表2实施例3发光装置光学测试结果
Tc(K) CIE-x CIE-y Ra R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
4994 0.3457 0.3564 97.2 97.1 97.9 97.7 96.6 97.4 96.2 97.3 97.5
从测试结果来看，整个发光装置的光学性能，包括色温、色坐标以及显色性均满足D50标准光源的要求。测试光谱的同色异谱指数：可见光同色异谱指数为0.5，紫外光同色异谱指数为0.8，其结果表明可见光同色异谱指数符合C级标准，紫外光同色异谱指数<1.0，均满足D50标准光源的要求。并且该发光装置通过调整使用的第一封装体和第二封装体数量后制作成照明灯具，其亮度也符合ISO 3664:2009印刷技术和摄影-观察条件的规定。
根据上述实施例的详述和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (12)

1.一种符合D50标准光源的LED发光装置，至少包括一个发光二极管，发光装置的光谱具有：
第一光谱特性，所述的第一光谱特性包括在300-400nm的波长范围内的峰；
第二光谱特性，所述的第二光谱特性包括400-440nm的波长范围内的峰；
第三光谱特性，所述的第三光谱特性包括440-800nm的波长范围内的连续光谱，连续光谱中包含440-500nm波长范围的发射峰、500-600nm波长范围的发射峰和600-700nm波长范围的发射峰；
其中以第三光谱500-600nm波段的发射强度为标准1.0，第一光谱特性发射峰在300-400nm波段范围内，相对强度为0.4-1.0；第二光谱特性发射峰在400-440nm波段范围内，相对强度为0.4-0.8；第三光谱特性的发射峰分别在440-500nm、500-600nm、600-700nm波段范围内，相对强度分别为0.7-0.9、1.0、0.8-1.0。
2.根据权利要求1所述的LED发光装置，所述的第一光谱特性的发射峰由紫外光LED芯片产生。
3.根据权利要求1所述的LED发光装置，所述的第二光谱特性的发射峰由紫光LED芯片产生，或者通过第一光谱特性的发射光激发紫色荧光粉材料产生。
4.根据权利要求1-3任一所述的LED发光装置，所述的第三光谱特性的连续光谱，由第一光谱和第二光谱的发射光激发红色、绿色、蓝色荧光粉材料或者量子点材料产生；或者由第二光谱的发射光激发红色、绿色、蓝色荧光粉或者量子点材料产生；或者通过多颗LED芯片产生；或者由多颗LED芯片配合荧光粉或者量子点材料共同产生。
5.根据权利要求4所述的LED发光装置，其中红色荧光粉为CaAlSi(ON)3:Eu体系，发射光谱峰值波长在630-660nm；绿色荧光粉为β-SiAlON:Eu体系，LuAG:Ce体系，Ga-YAG:Ce体系，La3Si6N11:Ce体系中的至少一种，发射光谱峰值波长在510-580nm；蓝色荧光粉为(Sr,Ba)10(PO4)6Cl2:Eu体系，发射光谱峰值波长在445-490nm。
6.根据权利要求5所述的LED发光装置，所述第一光谱特性或/和第二光谱特性的发射峰相对强度通过涂覆在紫外光LED芯片上的荧光粉材料或者量子点材料的厚度来调整。
7.根据权利要求1所述的LED发光装置，通过单个封装体实现或通过两个或多个封装体发射光混合实现。
8.根据权利要求7所述的LED发光装置，所述单个封装体由发射峰波长在300-400nm范围内的LED芯片配合紫色荧光粉、蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉实现；或者由发射峰波长在300-400nm范围内的LED芯片与发射峰波长在400-440nm范围内的LED芯片串联或者并联，然后配合蓝色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉实现。
9.根据权利要求7所述的LED发光装置，所述的两个封装体包括封装第一光谱特性封装体和封装第二与第三光谱特性一起的封装体。
10.根据权利要求9所述的LED发光装置，所述的两个封装体分别由两个回路控制其发光强度，通过电流或电压调节从而实现混光光谱。
11.根据权利要求9所述的LED发光装置，所述两个封装体并联，在每种封装体的串联电路上匹配合适电阻用以调节发光强度，从而实现混光光谱。
12.根据权利要求1所述的LED发光装置，所述的连续光谱中还包含700-800nm波长范围的发射峰。
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