CN112413456A - 光源模组、灯具 - Google Patents

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Abstract

一种光源模组，包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出红光，所述红光发生部发光的光谱强度最大值大于所述白光发生部发光的光谱强度最大值，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量中的占比为30.0~50.0%。该光源模组优化了光谱分布，增加红光区的能量，但是具体的能量占比又限制在50%以下，可以满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，特别适合夜间工作人员使用。

Description

光源模组、灯具
技术领域
本发明涉及用于照明的光源模组、灯具。
背景技术
根据科学家的研究报告，人眼视网膜中有人类第三类感光细胞ipRGCs，通过这类细胞，人眼感受到的外界光，传递到人脑神经系统，进而影响皮质醇、褪黑激素等的分泌，从而影响人的健康、幸福、警觉性、睡眠质量、人体的生物钟等。
为了提高或保持人在白天工作时的专注性、警觉度、工作效率，一般采用较高CS值的照明条件（较高的照度，高色温，蓝绿光光谱强度较高），抑制褪黑素分泌；在晚上休息、放松的时，采用较低CS值的照明条件（较低的照度，低色温，蓝绿光光谱强度较低），促进褪黑素分泌。这样的照明条件更符合人体的节律需求。
而在实际生活中，有不少人在晚上还要工作（如加班人员或倒班人员），原来高照度、高色温的光用在晚上，会影响人的节律、睡眠质量和健康；将原来低照度、低色温的光用在晚上工作，又会影响工作效率。因此，提供一种具有较低CS值，满足节律刺激需求，又可以使使用人员保持较专注性不影响工作效率的照明设备，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，寻找一种可以兼顾晚上工作人员(倒班人员)的工作效率（专注性）和人体节律刺激平衡问题的光源及灯具。
本发明为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种光源模组，其特征在于，包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，所述红光发生部发光的光谱强度最大值大于所述白光发生部发光的光谱强度最大值，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量中的占比为30.0~50.0%。
优选地，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为36.0~48.0%。
优选地，所述红光发生部发出的光峰值波长在大于等于630nm到小于等于690nm范围内，所述红光发生部发出的光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为15.0~40.0%。
优选地，所述红光发生部发出的光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为18.0~35.0%。
优选地，所述第二白光所述第二白光的色温2500K~6500K，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下。
优选地，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在(0.000,-0.015]之间。
优选地，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在[-0.003,-0.012]之间。
优选地，所述白光发生部包括蓝光发生部，发出峰值波长在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光，所述蓝光发生部发出的光的峰值强度是红光发生部发出的光的峰值强度的20.0~98.0%，所述蓝光发生部发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为4.0~30.0%。
优选地，所述蓝光发生部发出的光的峰值强度是红光发生部发出的光的峰值强度的30.0~90.0%，所述蓝光发生部发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为8.0~20.0%。
优选地，所述白光发生部还包括：绿光发生部，发出峰值波长在大于等于470nm到小于等于570nm范围内的光；和/或黄橙光发生部，发出峰值波长在大于等于550nm到小于等于600nm范围内的光。
优选地，所述蓝光发生部为蓝光LED，所述绿光发生部为绿光LED或为受所述蓝光LED激发后发出绿光的荧光粉，所述黄橙光发生部为黄橙光LED或为受蓝光LED激发后发出黄橙光的荧光粉。
优选地，所述红光发生部为受所述蓝光LED激发后发出红光的荧光粉。
优选地，所述白光发生部为白光LED，所述红光发生部为红光LED。
优选地，所述白光发生部和所述红光发生部可分别单独控制输出。
优选地，所述光源模组发出的所述第二白光的显色指数指数在80.0以上。
本申请还提供一种灯具，包括上述光源模组。
美国照明研究中心LRC人类实验发现，红光不会抑制褪黑素分泌，但能像白光（高蓝光成分）一样，提升夜间警觉度和表现。本发明所提供的光源模组以此理论为基础优化了光谱分布，增加了红光区的能量，但是具体的能量占比又限制在50%以下，以满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，特别适合夜间工作人员使用。
附图说明
图1是符合本发明优选实施方式的光源模组的结构示意图；
图2是本发明中各优选实施例在CIE1931色度图上的分布图；
图3是本发明中优选实施例中红光发生部的发射光谱图；
图4是本发明中优选实施例中白光发生部的发射光谱图；
图5是本发明中优选实施例1的发射光光谱图；
图6是本发明中优选实施例2的发射光光谱图；
图7是本发明中优选实施例3的发射光光谱图；
图8是本发明中优选实施例4的发射光光谱图；
图9是本发明中优选实施例5的发射光光谱图；
图10是本发明中优选实施例6的发射光光谱图；
图11是本发明中优选实施例7的发射光光谱图；
图12是本发明中优选实施例8的发射光光谱图；
图13是本发明中优选实施例9的发射光光谱图；
图14是本发明中优选实施例10的发射光光谱图；
图15是本发明中优选实施例灯具的结构示意图。
具体实施方式
为了提高或保持人在白天工作时的专注性、警觉度、工作效率，一般采用较高CS值的照明条件(较高的照度，高色温，蓝绿光光谱强度较高)，抑制褪黑素分泌；在晚上休息、放松的时，采用较低CS值得照明条件(较低的照度，低色温，蓝绿光光谱强度较低)，促进褪黑素分泌。这样的照明条件更符合人体的节律需求。而在实际生活中，有不少人在晚上还要工作（如加班人员或倒班人员），原来高照度、高色温的光用在晚上，会影响人的节律、睡眠质量和健康；将原来低照度、低色温的光用在晚上工作，又会影响工作效率。美国照明研究中心LRC人类实验发现，红光不会抑制褪黑素分泌，但能像白光（高蓝光成分）一样，提升夜间警觉度和表现。
结合上述研究成果，本申请提供一种使得出射光在红光区具有特定能量分布的光源模组和灯具，下面结合附图和一些符合本申请的优选实施例对本申请提出的一种光源模组及灯具作进一步详细的说明。
本发明提供的优选实施方式的光源模组是一个混光的白光LED封装芯片，其可以为具有一般贴片封装结构或COB封装结构LED芯片。如图1所示，光源模组包括基部9及设置于基部9上的红光发生部1和白光发生部2，封装胶层8覆盖红光发生部1和白光发生部2。红光发生部1发出的光为峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，优选地，峰值波长位于大于等于630nm到小于等于690nm的范围内。所述红光发生部1发光的光谱强度最大值大于所述白光发生部2发光的光谱强度最大值。本申请中所述的LED芯片(LEDChip)包括正装或倒装，单颗LED Chip或者多颗LED Chip按串联、并联或串并联方式连接在一起。白光发生部2发出具有第一颜色的白光，以下称第一白光。红光发生部1发出的红光和白光发生部2发出的第一白光混合后形成具有第二颜色的第二白光。本身通过红光的加入提升对人专注性的影响，因此红光发生部1发光的光谱强度最大值需大于白光发生部2发光的光谱强度最大值，即在合成后的第二白光的光谱中，其光谱强度最大值位于600nm到780nm这一范围内。第一白光和第二白光虽然都是白光，但是由于红光的加入，两者在颜色上稍有偏差，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下，但是均属于白光范畴。
红光发生部1发出的红光主要集中在大于等于600nm到小于等于780nm的波段中，我们已经知道红光对提升夜间警觉度有一定作用，但是为了兼顾照明的需求也不能一味地增强该波段的能量，通过反复试验验证，本实施方式中红光发生部1发出的红光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%，优选的为36.0~48.0%。虽然在整个红光波段600nm到780nm之间的红光都可以起到提高警觉度的效果，但是结合实验发现在630nm到690nm波段内的红光比例更为重要。因此，红光发生部1发出的红光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为15.0~40.0%更佳，优选的为18.0~35.0%。在此种情况下，可选择发出的光峰值波长在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的红光光源作为红光发生部1。当然，红光发生部1发出的光也会有超出600nm~780nm范围的，但是由于其主要能量集中于该波段，超出部分对整个光谱的影响很小，这里我们不再做具体限定，只要能保证在600nm~780nm范围或630nm~690nm范围内的能量在上述范围内即可起到本申请需要的提高警觉性的效果，同时可保证第二白光的光色符合白光标准，不会过多地影响光色以及显色性等指标。本实施方式的第二白光色温为在2500K~6500K范围内，相关色温如上所述由于红光的加入在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下，具体地如图2所示，与黑体轨迹的在CIE1931色度图上的距离Duv(BBL) 在(0.000,-0.015]之间，优选地为在[-0.003,-0.012]之间。
在现有的技术中产生白光通常采用两种方法，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。以上两种方式都会包括不同颜色的光发生部，因此本实施方式中的白光发生部2也会包括几个产生不同光色的发光部，各发光部的出光混光后产生第一白光。 如图1所示，白光发生部2包括蓝光发生部21、绿光发生部22、黄橙光发生部23。蓝光发生部21发出峰值波长在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光，绿光发生部22，发出峰值波长在大于等于470nm到小于等于570nm范围内的光，黄橙光发生部23，发出峰值波长在大于等于550nm到小于等于600nm范围内的光。在本实施方式中蓝光发生部21、青光发生部22、红光发生部23均为发出单色光的LED，包括蓝光LED、绿光LED、黄光LED或橙光LED。在其他较佳实施方式中，绿光发生部22也可以为受其他发光元件激发,如蓝光LED，将光线转换为峰值波长在大于等于470nm到小于等于570nm范围内的光的荧光粉。黄橙光发生部23也可以为受其他发光元件激发,如蓝光LED，将光线转换为峰值波长在大于等于550nm到小于等于600nm范围内的光的荧光粉。当然，绿光发生部22、黄橙光发生部23为荧光粉时可以是一种荧光粉，也可以是多种不同成分荧光粉的混合体。当绿光发生部22、黄橙光发生部23为荧光粉时，荧光粉均匀地分布在封装胶层3中，受蓝光发生部21激发后产生的光和蓝光发生部21发出的光混合后形成白光。
单以蓝光和黄光混合也可以产生白光，因此在其他较佳实施方式中，白光发生部2可以仅包括蓝光LED和绿光发生部22、黄橙光发生部23其中的一者，本申请对此不作限定，当然同时包括绿光发生部22和黄橙光发生部23方案显色性更佳。不过这些实施方式中均包含蓝光LED，而本申请提供的照明模组主要是为了夜间工作使用，因此如前所述蓝光能量不能过高，以免影响褪黑素的分泌。在本实施方式中，蓝光发生部21发出的光的峰值强度是红光发生部1发出的光的峰值强度的20.0~98.0%，优选的为30.0~90.0%。而蓝光发生部21发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为4.0~30.0%，优选的为8.0~20.0%。
红光发生部1可以为红光LED也可以为蓝光LED激发后发出红光的荧光粉，当红光发生部1为荧光粉时，在光源模组制作时和作为绿光发生部22和黄橙光发生部23的荧光粉一起混合掺入封装胶层3中。在本实施方式中，光源模组为一封装芯片，但本申请提出的光源模组并不局限于该种形式，在其他较佳实施方式中，光源模组也可以是一体式的带有线路板、光学元件和驱动元件的光源模组，其中红光发生部1为红光LED，白光发生部2为封装好的白光LED芯片，白光发生部2和红光发生部1可分别单独控制输出。在另一些较佳实施方式中白光发生部2和红光发生部1可以为分离器件，如可以单独使用的LED光源，但是需符合上述光谱能量分布占比，可实现本申请提出的发明目的。因此我们仍然认为这种成组使用的符合上述光谱能量分布的LED光源组合形式是我们所述光源模组的一种。
由于白光发生部2和红光发生部1均可以有多种选择，下面两张表中，表1给出了一些可选的红光发光部1的具体选型，其中x、y表示红光LED的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，Peak表示红光LED的峰值波长，Hw表示发射峰的半宽度。各红光LED的发射光光谱图如图3所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2给出了一些可选的白光发光部2的具体选型，其中x、y表示红光LED的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，CCT为色温，duv 表示在色坐标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向，CRI为显色指数。各白光LED的发射光光谱图如图4所示。
表2
Figure 117520DEST_PATH_IMAGE002
从上述两表中分别选出一红光LED作为红光发生部1，一白光LED作为白光发生部2组合后获得本申请所述的光源模组，其中选择了10个较佳实施例，其具体选型及获得的发射光的特征参数如表3所示。其中x、y表示实施例光源模组的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，CCT为色温，duv 表示在色坐标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向，CRI为显色指数。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
从上表中可以看到，白光发生部2的选型对第二白光的影响较大，因此我们优先选择显色性较好的白光LED，这可以保证本申请光源模组发出的第二白光的显色指数指数在80.0以上。同时，本申请的目的主要是提供一种夜间工作使用的光源，色温不宜过高，因此我们最终选择的10个较佳实施例中，没有选择色温较高的白光LED，所有实施例中均未选择表2中的6500K_1这款白光LED。
为了实现本申请所需要的提高警觉性的目的，其主要是由不同波段的能量占比实现的，表4列出了实施例1-10中光源模组光谱特征，实施例1-10光源模组的发射光光谱图如图5-14所示。其中总红光区能量比为波长大于等于600nm到小于等于780nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比，优选红光区能量比为波长大于630nm到小于等于690nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比，蓝光区能量比为波长大于等于430nm到小于等于470nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比。蓝光相对强度指光的峰值在第二白光光谱中的相对峰值强度。
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从上表中可以看到，第二白光色温为2500K~6500K，各优选实施例在CIE1931色度图上的分布图如图2所示，其均位于黑体轨迹BBL之下，Duv在(0.000,-0.015]之间，优选的在[-0.003,-0.012]之间。各区域能量占比均符合前述实施方式中的说明，在普通白光光源中增加了红光区的能量，但是具体的能量占比又限制在50%以下，可满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，特别适合夜间工作人员使用。
以上实施例都是符合本申请特点的定制的光源模组，本申请还提供一种灯具，具体可以为吸顶灯、吊灯、台灯、筒灯、射灯等，灯具内设置本申请提出的光源模组，在台灯、筒灯、射灯这些结构较小的灯具中，可直接在原有灯具结构中将光源模组替换为如图1所示的光源模组。而在吸顶灯这类较大的灯具中，如前文所述，文中的光源模组并不限制其结构的一体性，可以采用白光LED和红光LED组合的形式，只需其光谱能量分布占比符合本申请提出的特定比例。
以下，提供本申请一优选实施例灯盘，如图15所示，灯盘包括底盘6、边框5、面板3，面板3通过边框5组装在底盘6之上，构成内部具有容置空间的灯体。红光发生部1和白光发生部2设置在灯体内，两者均固定的底盘6之上，面向面板3发光。白光发生部2为白光LED，发出第一白光。红光发生部1为红光LED，发出的光峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，优选的峰值波长位于大于等于630nm到小于等于690nm的范围内。红光发生部1和白光发生部2发出的光在灯体内混光后形成第二白光。其中，红光发生部1发出的红光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%，优选的为36.0~48.0%。白光发生部2、红光发生部1的选择可采用表2、表3中所列芯片。本实施例中白光发生部2、红光发生部1可分别单独控制开关，因此灯盘还包括控制器7，控制器7和白光发生部2、红光发生部1电性连接。控制器7可以为MCU，通过无线通信模块和外部控制界面通信，接收外部控制指令。无线通信模块可以为wifi、蓝牙、Zigbee、2.4G等无线通信模块，本申请对此不作限定，外部控制界面可以是设置在手持移动设备上的APP，或者墙面控制面板等，此外也可以在墙面设置组合开关，通过有线方式向控制器7发送控制指令。在本实施例中，红光发生部1和白光发生部2之间还设置有隔离结构，具体为一个隔离罩4，隔离罩4和底盘开口方向相同，红光发生部1设置在隔离罩4内。
上文对本申请优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本申请穷尽或局限于所公开的具体形式，显然，可能做出许多修改和变化，这些修改和变化可能对于本领域技术人员来说是显然的，应当包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种光源模组，其特征在于，包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，所述红光发生部发光的光谱强度最大值大于所述白光发生部发光的光谱强度最大值，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量中的占比为30.0~50.0%。
2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为36.0~48.0%。
3.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述红光发生部发出的光峰值波长在大于等于630nm到小于等于690nm范围内，所述红光发生部发出的光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为15.0~40.0%。
4.如权利要求3所述的光源模组，其特征在于，所述红光发生部发出的光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为18.0~35.0%。
5.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第二白光所述第二白光的色温2500K~6500K，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下。
6.如权利要求5所述的光源模组，其特征在于，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在(0.000,-0.015]之间。
7.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在[-0.003,-0.012]之间。
8.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述白光发生部包括蓝光发生部，发出峰值波长在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光，所述蓝光发生部发出的光的峰值强度是红光发生部发出的光的峰值强度的20.0~98.0%，所述蓝光发生部发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为4.0~30.0%。
9.如权利要求8所述的光源模组，其特征在于，所述蓝光发生部发出的光的峰值强度是红光发生部发出的光的峰值强度的30.0~90.0%，所述蓝光发生部发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为8.0~20.0%。
10.如权利要求8所述的光源模组，其特征在于，所述白光发生部还包括：绿光发生部，发出峰值波长在大于等于470nm到小于等于570nm范围内的光；和/或黄橙光发生部，发出峰值波长在大于等于550nm到小于等于600nm范围内的光。
11.如权利要求10所述的光源模组，其特征在于，所述蓝光发生部为蓝光LED，所述绿光发生部为绿光LED或为受所述蓝光LED激发后发出绿光的荧光粉，所述黄橙光发生部为黄橙光LED或为受蓝光LED激发后发出黄橙光的荧光粉。
12.如权利要求11所述的光源模组，其特征在于，所述红光发生部为受所述蓝光LED激发后发出红光的荧光粉。
13.如权利要求1-11任一所述的光源模组，其特征在于，所述白光发生部为白光LED，所述红光发生部为红光LED。
14.如权利要求13所述的光源模组，其特征在于，所述白光发生部和所述红光发生部可分别单独控制输出。
15.如权利要求1-12或14任一所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组发出的所述第二白光的显色指数指数在80.0以上。
16.一种灯具，其特征在于，所述灯具包括如权利要求1-15任一所述的光源模组。
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