CN111828851A - 一种能够模拟标准光源的led集成灯珠及光谱调节适配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠及光谱调节适配方法，本发明LED集成灯珠包括基板、LED芯片和荧光胶层，基板上集成有PCB电路，且PCB电路与LED芯片电性连接；LED芯片为多组，多组LED芯片并联设置，每组LED芯片包括多个LED芯片，且每组中的多个LED芯片串联设置，多组LED芯片呈矩形阵列均匀排布在基板上并与基板焊接固定；荧光胶层覆盖于多个LED芯片和基板顶部，用于光谱调配和整体封装。该LED集成灯珠设计合理，结构简单，操作灵活度高，可实现对多种标准光谱的拟合，光谱连续性好，匹配度高，同时该LED集成灯珠还能够实现节能环保、使用寿命长、能效高、成本低和亮度可调的有益效果，具有良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光谱调节适配技术领域，更具体的说是涉及一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠及光谱调节适配方法。
背景技术
光源的光谱分布特性，对光源的显色指数、色温、色差等都有十分重要的影响。在一些特殊照明领域，比如纺织、印染、塑胶、颜料、油墨、油漆、摄影场合等对光源都具有严格的颜色管控要求，这时就要用到符合标准的照明光源，如D65国际标准人工日光，D50模拟太阳光，TL84中国商用模拟光源等。为了实现标准光源的照明，需要具有符合标准光源的发光体，现有的普通发光体为荧光灯管，其往往需要配合一定的灯箱结构来实现光源的照明。而一般的光源，其发光体光谱特性虽与实际光源有一定差异，但是对其光谱特性却起到了决定性影响，因此研究实现发光体高光谱匹配度的方法有极为重要的价值。
因此，提供一种光谱连续性好，匹配度高，操作灵活性高，能够满足标准照明光源照明需求的能够模拟标准光源的LED集成灯珠及光谱调节适配方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中发光体光谱特性与实际光源存在一定差异导致无法有效取得所需标准光源等技术问题，本发明一方面提供了一种光谱连续性好，匹配度高，操作灵活性高，能够满足标准照明光源照明需求的能够模拟标准光源的LED集成灯珠。
为了实现上述目的，本发明一方面采用如下技术方案：
一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，包括基板、LED芯片和荧光胶层，所述基板上集成有PCB电路，且所述PCB电路与所述LED芯片电性连接；所述LED芯片为多组，多组所述LED芯片并联设置，每组所述LED芯片包括多个LED芯片，且每组中的多个所述LED芯片串联设置，多组所述LED芯片呈矩形阵列均匀排布在基板上并与所述基板焊接固定；所述荧光胶层覆盖于多个所述LED芯片和所述基板顶部，用于光谱调配和整体封装。
经由上述的技术方案可知，与现有技术方案相比，本发明一方面公开提供了一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，通过利用基板和基板上的PCB电路，能够实现对基板上LED芯片的供电，保证LED芯片作为发光体正常发挥照明作用，通过基板上LED芯片进行矩形阵列排布，可以实现对多种标准光谱的拟合，且利用该LED集成灯珠所拟合的光源光谱连续性好，光谱匹配度更高，通过利用荧光胶层能够定向调整LED芯片特定波段的能量占比，进一步达到目标光谱拟合的目的。本发明的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，不仅设计合理，结构简单，操作灵活度高，可实现对多种标准光谱的拟合，而且光谱连续性好，匹配度高，使得该LED集成灯珠能够实现节能环保、使用寿命长、能效高、成本低和亮度可调的有益效果，具有良好的市场应用前景。
进一步的，所述基板采用铜基板材质或氧化铝陶瓷基板材质中的一种。
采用上述技术方案产生的有益效果是，使得该LED集成灯珠具有良好的导热性能，能够承受机械及热应力，抗老化能力强，使用寿命较长。
进一步的，所述荧光胶层采用的材质为荧光粉和透光胶混合胶质体，且所述荧光粉重量占所述荧光胶层总重量的5-25％。
可选地，所述荧光粉包括蓝粉、绿粉和红粉三种，其中蓝粉发射420-490nm波段的光波，绿粉发射500-580nm波段的光波，红粉发射600-650nm波段的光波。
采用上述技术方案产生的有益效果是，通过调整荧光胶层中不同种类的荧光粉的组成比例，可以定向地调整特定波段的能量占比，以使得该集成灯珠达到目标光谱拟合的目的，获得对多种标准光谱的拟合。
进一步的，所述荧光胶层的厚度为200-300μm。
采用上述技术方案产生的有益效果是，通过调整荧光胶层的厚度可以实现对第一类光谱和第二类光谱发射峰值的调整，同时利用荧光胶层还可实现对LED芯片的整体封装，将LED芯片阵列固定在基板上。
进一步的，所述LED芯片采用多波段LED芯片，且所述多波段LED芯片为集成式多芯片结构。
可选地，单个所述LED芯片的功率为1W，且每组所述LED芯片的功率为10W以上。
采用上述技术方案产生的有益效果是，使得该LED集成灯珠中多个LED芯片的组成方式灵活度高，较易实现对目标光谱的匹配。
进一步的，所述多波段LED芯片包括激发波段LED和直接辐射波段LED，所述激发波段LED发射的光波与所述荧光胶层中荧光粉的激发波长匹配。
采用上述技术方案产生的有益效果是，激发波段LED发射的光波与荧光胶层中荧光粉的激发波长匹配，能够激发荧光粉产生新的光辐射，产生第一类光谱，激发波段LED未耗尽的激发光能够和直接辐射波段LED的直接辐射光混合，产生第二类光谱，同时直接辐射波段LED中的短波成分也可激发荧光粉。
进一步的，所述激发波段LED采用蓝光LED，且所述蓝光LED的峰值波长为430-480nm。
可选地，所述蓝光LED的峰值波长为435nm，460nm或470nm中的一种。
采用上述技术方案产生的有益效果是，使得激发波段LED的峰值波长处于短波波段，与荧光粉的激发波长匹配度高，能够作为激发荧光粉的主要能量来源，提高对荧光粉的激发效率。
进一步的，所述直接辐射波段LED包括蓝紫光LED、红光LED和近红外光LED中的一种或多种，且所述蓝紫光LED的峰值波长为380-430nm，所述红光LED的峰值波长为680-720nm，所述近红外光LED的峰值波长为720-780nm。
采用上述技术方案产生的有益效果是，直接辐射波段LED中的蓝紫光能够协同激发波段LED激发荧光粉，直接辐射波段LED中的红光和近红外光能够和激发波段LED未耗尽的激发光混合产生二类光谱，使得该集成灯珠的光谱连续性好，与荧光粉的激发波长匹配度更高。
本发明另一方面还公开了一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠光谱调节适配方法，包括如下步骤：首先，使多个LED芯片呈矩形阵列均匀排布在基板上，并将多个LED芯片划分为并联设置的多组LED芯片，每组LED芯片均包括多个串联设置LED芯片，且每组LED芯片中LED芯片的个数相同；其次，对基板内的PCB电路进行通电，调节电流，使不同组LED芯片之间的电流差异控制在10％以内，并保证同组内各不同LED芯片的电压相近；最后，观察并记录LED芯片经由荧光胶层所透出的光源光谱能量。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明第二方面提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠光谱调节适配方法操作简单，操作过程中能够实现对电流全局线性调整的目的，灵活度高，通过调整LED芯片的排列方式能够实现对多种标准光谱的拟合，且光谱连续性好，匹配度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的前视图；
图3附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的单体实验光谱图之一；
图4附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的单体实验光谱图之二；
图5附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的单体实验光谱图之三；
图6附图为本发明提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠的单体实验显色指数图。
其中：1-基板，2-LED芯片，3-荧光胶层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明公开了一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，包括基板1、LED芯片2和荧光胶层3，基板1上集成有PCB电路，且PCB电路与LED芯片2电性连接；LED芯片2为多组，多组LED芯片2并联设置，每组LED芯片2包括多个LED芯片2，且每组中的多个LED芯片2串联设置，多组LED芯片2呈矩形阵列均匀排布在基板1上并与基板1焊接固定；荧光胶层3覆盖于多个LED芯片2和基板1顶部，用于光谱调配和整体封装。
根据本发明的一个可选实施例，基板1采用铜基板材质，从而使得该LED集成灯珠具有良好的导热性能，能够承受机械及热应力，抗老化能力强，使用寿命较长。
根据本发明的一个可选实施例，荧光胶层3采用的材质为荧光粉和透光胶混合胶质体；具体地，荧光粉重量占荧光胶层总重量的5-25％，且荧光粉包括绿粉和红粉两种，其中红色荧光粉为掺杂稀土元素的氮氧化物荧光粉，绿色荧光粉为掺杂稀土元素的氯酸盐荧光粉，绿粉发射500-580nm波段的光波，红粉发射600-650nm波段的光波，通过调整荧光胶层中不同种类的荧光粉的组成比例，能够定向地调整特定波段的能量占比，以使得该集成灯珠达到目标光谱拟合的目的。
根据本发明的一个可选实施例，荧光胶层3的厚度为250μm，从而能够实现对第一类光谱和第二类光谱发射峰值的调整，同时利用荧光胶层还可实现对LED芯片的整体封装，将LED芯片阵列固定在基板上。
根据本发明的一个可选实施例，LED芯片2采用多波段LED芯片，且多波段LED芯片为集成式多芯片结构；具体地，单个LED芯片2的功率为1W，每组LED芯片2的功率为10W，从而使得该LED集成灯珠中多个LED芯片的组成方式灵活度高，较易实现对目标光谱的匹配。
根据本发明的一个可选实施例，多波段LED芯片包括激发波段LED和直接辐射波段LED，激发波段LED发射的光波与荧光胶层3中荧光粉的激发波长匹配，能够激发荧光粉产生新的光辐射，产生第一类光谱，激发波段LED未耗尽的激发光能够和直接辐射波段LED的直接辐射光混合，产生第二类光谱，同时直接辐射波段LED中的短波成分也可激发荧光粉。
根据本发明的一个可选实施例，激发波段LED采用蓝光LED，且蓝光LED的峰值波长为435nm，从而使得激发波段LED的峰值波长处于短波波段，与荧光粉的激发波长匹配度高，能够作为激发荧光粉的主要能量来源，提高对荧光粉的激发效率。
根据本发明的一个可选实施例，直接辐射波段LED包括蓝紫光LED、红光LED和近红外光LED，且蓝紫光LED的峰值波长为410nm，红光LED的峰值波长为700nm，近红外光LED的峰值波长为750nm，直接辐射波段LED中的蓝紫光能够协同激发波段LED激发荧光粉，直接辐射波段LED中的红光和近红外光能够和激发波段LED未耗尽的激发光混合产生二类光谱，使得该集成灯珠的光谱连续性好，与荧光粉的激发波长匹配度更高。
本发明另一方面还公开了一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠光谱调节适配方法，包括如下步骤：首先，使多个LED芯片2呈矩形阵列均匀排布在基板1上，并将多个LED芯片2划分为并联设置的多组LED芯片2，每组LED芯片2均包括多个串联设置LED芯片2，且每组LED芯片2中LED芯片2的个数相同；其次，对基板1内的PCB电路进行通电，调节电流，使不同组LED芯片2之间的电流差异控制在10％以内，并保证同组内各不同LED芯片2的电压相近；最后，观察并记录LED芯片2经由荧光胶层3所透出的光源光谱能量。
根据本发明的一个可选实施例，本发明所涉及的模拟光谱LED集成灯珠辐射光谱如附图3-附图5所示，其具体特征如下：
光谱特征一，具有在380-400nm之间的波峰，光谱特征一为紫光LED发射光谱产生的波峰，紫光LED芯片数量占比为5％-25％；
光谱特征二，具有在400-435nm之间的波峰，光谱特征二为蓝紫色LED芯片发射光谱产生的波峰，蓝紫色LED芯片数量占比为20％-40％；
光谱特征三，具有在440-500nm之间的波峰，光谱特征三为蓝光LED芯片发射光谱产生的波峰，蓝光芯片数量占比35％-55％，其中含有450nm、465nm、480nm多个波长的芯片；
光谱特征四，具有在500-670nm之间的连续平滑光谱，并且该连续平滑光谱中具有500-600nm之间的多个峰、600-670nm之间的多个峰，光谱特征四为蓝光芯片同时激发红粉和绿粉发射出的光波成分，其中500-580nm波段主要由绿粉受蓝光激发辐射产生，610-670nm波段主要由红粉受蓝光激发辐射产生，同时，峰值波长在380-400nm的紫外芯片也可以激发两种荧光粉产生辐射光波，因此单体LED集成灯珠辐射特性为多种芯片本身辐射光波和两种荧光粉被激发辐射光波的组合体；
光谱特征五，具有670-720nm之间的波峰，光谱特征五主要为红色690-700nmLED直接辐射光波成分，并且含有红粉被激发的长波部分，红色LED芯片数量占比5％；
光谱特征六，具有720-760nm之间的波峰，光谱特征六为深红色730-750nmLED直接辐射光波成分，深红色LED芯片数量占比5％。
根据本发明的一个可选实施例，该集成灯珠实施例中使用以蓝光LED芯片为主，紫光、蓝紫光和红光LED芯片2为补充光形成的LED芯片2阵列，配合具有合适比例的红色、绿色荧光粉的荧光胶层3实现了模拟D75标准光谱，如附图3-附图6所示，且实验光谱曲线连续性好，平均显色指数Ra达到98.7，相关色温在7350-7650K之间，在此基础之上，配合一定的光学结构可以实现满足D75标准的光源设计要求。
根据本发明的一个可选实施例，该集成灯珠可拆分为组合式灯珠，组合式灯珠包括两个单颗集成灯珠，两个单颗集成灯珠需要成对出现，同时点亮，且点亮后两个单颗集成灯珠的目标光谱与拆分前集成灯珠的光谱一致，从而实现了该集成灯珠的形式多样化。
本发明第二方面提供的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠光谱调节适配方法操作简单，操作过程中能够实现对电流全局线性调整的目的，灵活度高，通过调整LED芯片的排列方式能够实现对多种标准光谱的拟合，且光谱连续性好，匹配度高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，包括基板(1)、LED芯片(2)和荧光胶层(3)，所述基板(1)上集成有PCB电路，且所述PCB电路与所述LED芯片(2)电性连接；所述LED芯片(2)为多组，多组所述LED芯片(2)并联设置，每组所述LED芯片(2)包括多个LED芯片(2)，且每组中的多个所述LED芯片(2)串联设置，多组所述LED芯片(2)呈矩形阵列均匀排布在基板(1)上并与所述基板(1)焊接固定；所述荧光胶层(3)覆盖于多个所述LED芯片(2)和所述基板(1)顶部，用于光谱调配和整体封装。
2.根据权利要求1所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述基板(1)采用铜基板材质或氧化铝陶瓷基板材质中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述荧光胶层(3)采用的材质为荧光粉和透光胶混合胶质体，且所述荧光粉重量占荧光胶层(3)总重量的5-25％。
4.根据权利要求3所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述荧光胶层(3)的厚度为200-300μm。
5.根据权利要求3或4所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述LED芯片(2)采用多波段LED芯片，且所述多波段LED芯片为集成式多芯片结构。
6.根据权利要求5所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述多波段LED芯片包括激发波段LED和直接辐射波段LED，所述激发波段LED发射的光波与所述荧光胶层(3)中荧光粉的激发波长匹配。
7.根据权利要求6所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述激发波段LED采用蓝光LED，且所述蓝光LED的峰值波长为430-480nm。
8.根据权利要求7所述的一种能够模拟标准光源的LED集成灯珠，其特征在于，所述直接辐射波段LED包括蓝紫光LED、红光LED和近红外光LED中的一种或多种，且所述蓝紫光LED的峰值波长为380-430nm，所述红光LED的峰值波长为680-720nm，所述近红外光LED的峰值波长为720-780nm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的能够模拟标准光源的LED集成灯珠的光谱调节适配方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，使多个LED芯片(2)呈矩形阵列均匀排布在基板(1)上，并将多个LED芯片(2)划分为并联设置的多组LED芯片(2)，每组LED芯片(2)均包括多个串联设置LED芯片(2)，且每组LED芯片(2)中LED芯片(2)的个数相同；其次，对基板(1)内的PCB电路进行通电，调节电流，使不同组LED芯片(2)之间的电流差异控制在10％以内，并保证同组内各不同LED芯片(2)的电压相近；最后，观察并记录LED芯片(2)经由荧光胶层(3)所透出的光源光谱能量。
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