CN114068502A - 一种非视觉效应led光谱发光单元及其组成的发光器件 - Google Patents
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Abstract
一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件。本发明提出了一种非视觉效应LED光谱发光单元，包括基板和封装在所述基板上的发光组件，所述发光组件包括第一模块和第二模块，所述第一模块包含有波峰在470～500nm范围内的发光部件，所述第二模块配合所述第一模块激发出类太阳光谱。本发明增加了发光单元在470～500nm波段的光谱能量，提高了发光单元的非视觉效应，相对太阳光谱，具有更强的非视觉效果，增加人体警觉性和兴奋度。
Description
技术领域
本发明涉及照明领域，具体涉及一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件。
背景技术
经过数百万年的演化，包括人类在内的自然界生物已经适应了由太阳带来的昼夜变化，也因此形成一套稳定的生物节律调节系统。但随着人造光源的诞生，打破了人类日出而作、日落而息的生活习惯，人造光源也潜移默化的改变人类的生物节律，包括激素分泌、睡眠质量以及情绪调节等。现代人的生活，有80％以上的时间是在室内度过，因此良好的光照对人类健康具有重大的意义。市面上常用的LED照明灯具，所发出的光的能量分布与太阳光差异较大，影响着人的生理健康。长期生活在不合理光照环境下会使人体内在的昼夜节律发生改变，从而影响人体身心健康。类太阳光谱的意义就是再现太阳光，将大自然光线作用于人类的生理学、心理、人体的利益带回来给我们。然而，现有LED技术在非视觉的效应中，M/P Ratio(非视觉效应)和CS(节律刺激)都达不到太阳光谱的效果。
有鉴于此，本发明设计制造出一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件，在类太阳光谱的基础上提高非视觉效应，增加人体警觉性和兴奋度。
发明内容
为了解决现有LED技术的非视觉效应较差的技术问题，本申请提供一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件，以解决上述技术问题。
根据本申请的第一方面，提出了一种非视觉效应LED光谱发光单元，包括基板和封装在所述基板上的发光组件，所述发光组件包括第一模块和第二模块，所述第一模块包含有波峰在470～500nm范围内的发光部件，所述第二模块配合所述第一模块激发出类太阳光谱。
通过上述技术方案，增加了发光单元在470～500nm波段的光谱能量，提高了发光单元的非视觉效应，相对太阳光谱，具有更强的非视觉效果，增加人体警觉性和兴奋度。
优选的，所述发光部件由波峰在470～500nm范围内的LED芯片和/或波峰在470～500nm范围内的发光材料组成，所述第二模块由配合所述第一模块后能够发出白光的LED芯片和/或发光材料组成。
增加发光单元在470～500nm波段的光谱能量有两种方式，一种是直接使用在470～500nm波段具有较强光谱能量的LED芯片，一种是通过搭配在470～500nm波段具有较强光谱能量的发光材料，来间接使得整个发光单元在470～500nm波段内具有较强的光谱能量。
优选的，所述发光部件包括至少一个波峰在470～500nm范围内的第一LED芯片；
所述第一模块还包括至少一个第二LED芯片和至少一个第三LED芯片，所述第二LED芯片的波峰在400～420nm范围内，所述第三LED芯片的波峰在445～460nm范围内；
所述第二模块为由荧光粉组成的第一光转换材料，所述第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片通过激发所述第一光转换材料发出类太阳光谱。
通过上述技术方案，通过搭配波峰在470～500nm范围内的第一LED芯片，达到增加发光单元在470～500nm波段的光谱能量的效果。
优选的，所述发光部件为第二光转换材料，所述第二光转换材料中至少含有波峰在470～500nm范围内的荧光粉；
所述第二模块包括至少一个第四LED芯片和至少一个第五LED芯片，所述第四LED芯片的波峰在400～420nm范围内，所述第五LED芯片的波峰在445～460nm范围内，所述第四LED芯片和所述第五LED芯片通过激发所述第二光转换材料发出类太阳光谱。
通过上述技术方案，通过搭配含有波峰在470～500nm范围内的荧光粉的第二光转换材料，达到增加发光单元在470～500nm波段的光谱能量的效果。
优选的，所述发光部件包括至少一个波峰在470～500nm范围内的青光LED，所述第二模块包括至少一个白光LED，所述青光LED和所述白光LED配合发出类太阳光谱。
通过上述技术方案，通过搭配波峰在470～500nm范围内的青光LED，达到增加发光单元在470～500nm波段的光谱能量的效果。
进一步优选的，所述第一光转换材料由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。
进一步优选的，所述第二光转换材料由波峰在470～500nm范围内的蓝色荧光粉、波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。
进一步优选的，所述白光LED为由波峰在380～420nm范围内的紫光芯片和第三光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，所述第三光转换材料由波峰在440～470nm范围内的蓝色荧光粉和波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。
进一步优选的，所述白光LED为由波峰在440～470nm范围内的蓝光芯片和第四光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，所述第四光转换材料由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。
根据本申请的第二方面，提出了一种非视觉效应LED光谱发光器件，包括如上述的发光单元。
本申请提出了一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件，通过增加发光单元在470-500nm波段的光谱能量，提高了发光单元的非视觉效应，相对太阳光谱，具有更强的非视觉效果，在节律健康照明领域具有重要作用，在工作、学习、生理节律调节等方面会有显著效果，适用于教室照明、办公照明、书房照明等需要提升注意力或者兴奋度的场所。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是根据本发明实施例的褪黑素敏感曲线分布和视觉敏感曲线分布图；
图2是根据本发明实施例1的发光单元的结构图；
图3是根据本发明实施例1的发光单元的光谱图；
图4是根据本发明实施例2的发光单元的结构图；
图5是根据本发明实施例2的发光单元的光谱图；
图6是根据本发明实施例3的发光单元的光谱图；
图7是根据本发明实施例4的发光单元的光谱图。
图中各编号的含义：1、第一电极；2、第二电极；3、支架；4、空腔；5、第一LED芯片；6、第二LED芯片；7、第三LED芯片；8、第一光转换材料；9、第四LED芯片；10、第五LED芯片；11、第二光转换材料。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。
根据本发明的第一方面，提出了一种非视觉效应LED光谱发光单元，该发光单元包括基板和封装在基板内且与基板电性连接的发光组件，发光组件包括第一模块和第二模块，其中，第一模块包含有波峰在470～500nm范围内的发光部件，第一模块和第二模块配合激发出类太阳光谱。更具体的讲，发光部件由波峰在470～500nm范围内的LED芯片和/或波峰在470～500nm范围内的发光材料组成，第二模块由配合第一模块后能够发出白光的LED芯片和/或发光材料组成。
具体的，可知的是，非视觉效应的计算公式如下：
其中，M/P Ratio为非视觉效应，Φ(λ)为目标光谱分布，Sm(λ)为褪黑素敏感曲线分布，V(λ)为视觉敏感曲线分布。
根据该公式，图1示出了根据本发明实施例的褪黑素敏感曲线分布和视觉敏感曲线分布图，如图1所示，在470～500nm波段内，Sm(λ)大于V(λ)且两者的差值最大，此时计算所得的非视觉效应M/P Ratio的值是最大的。因此，本发明通过设置波峰在470～500nm范围内的发光部件，增加了整个发光单元在470～500nm波段内的光谱能量，提高了非视觉效应M/P Ratio。
实施例1：
图2示出了根据本发明实施例1的发光单元的结构图，如图2所示，基板包括底部水平间隔设置的第一电极1和第二电极2，第一电极1和第二电极2互相远离的一侧均设置有支架3，两个支架3与第一电极1、第二电极2之间形成有用于封装发光组件的空腔4。发光部件包括至少一个波峰在470～500nm范围内的第一LED芯片5，第一模块还包括至少一个第二LED芯片6和至少一个第三LED芯片7，第二LED芯片6采用波峰在400～420nm范围内的LED芯片，第三LED芯片7采用波峰在445～460nm范围内的LED芯片。第二LED芯片6、第三LED芯片7和第一LED芯片5间隔铺设在第一电极1上，第二LED芯片6、第三LED芯片7和第一LED芯片5之间互相连接有健合导线，且第一LED芯片5和第二LED芯片6均通过键合导线分别与第一电极1和第二电极2电性连接。
在本实施例中，第一LED芯片5、第二LED芯片6和第三LED芯片7各设置一个，第一LED芯片5具体采用波峰为475nm的芯片，第二LED芯片6具体采用波峰为415nm的LED芯片，第三LED芯片7具体采用波峰为450nm的LED芯片，第一LED芯片5、第二LED芯片6和第三LED芯片7的色温同时选用4000K，或5000K，或6500K。
第二模块为由荧光粉组成的第一光转换材料8，第一光转换材料8覆盖在第一LED芯片5、第二LED芯片6和第三LED芯片7上，第一LED芯片5、第二LED芯片6和第三LED芯片7通过共同激发第一光转换材料8发出类太阳光谱。本实施例中，第一光转换材料8由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。其中，绿色荧光粉包括但不限于硅酸盐、铝酸盐材料，红色荧光粉包括但不限于氮化物、氟化物、钙钛矿量子点材料。
图3示出了根据本发明实施例1的发光单元的光谱图，如图3所示，通过搭配波峰为475nm的第一LED芯片5，无论第一LED芯片5、第二LED芯片6和第三LED芯片7的色温同时选用4000k、5000K还是6500K的，发光单元在470～500nm这个波段的光谱能量(光谱强度)都是最高的。表1是根据实验得到的不同光谱类型在不同色温下的参数对照表，如表1所示：
表1
从表1中可知，本实施例的光谱的显色指数＞90，并且，相比于普通LED光谱和全光谱，本实施例的光谱的拟合度、非视觉效应和节律刺激均是最高的。(注：拟合度是本实施例的光谱与目标光谱之间的拟合度)
实施例2：
图4示出了根据本发明实施例2的发光单元的结构图，如图4所示，与实施例1不同之处在于，本实施例的第二模块包括至少一个第四LED芯片9和至少一个第五LED芯片10，第四LED芯片9采用波峰在400～420nm范围内的LED芯片，第五LED芯片10采用波峰在445～460nm范围内的LED芯片。第四LED芯片9和第五LED芯片10间隔铺设在第一电极1上，第四LED芯片9和第五LED芯片10之间同样互相连接有健合导线，且通过键合导线与第一电极1和第二电极2电性连接。
在本实施例中，第四LED芯片9设置有一个，第五LED芯片10设置有两个，第四LED芯片9具体采用波峰为415nm的LED芯片，第五LED芯片10具体采用波峰为450nm的LED芯片，第四LED芯片9和第五LED芯片10的色温同时选用4000K，或5000K，或6500K。
发光部件为由荧光粉组成的第二光转换材料11，第二光转换材料11覆盖在第四LED芯片9和两个第五LED芯片10上，第四LED芯片9和两个第五LED芯片10通过共同激发第二光转换材料11发出类太阳光谱。本实施例中，第二光转换材料11由波峰在470～500nm的蓝色荧光粉和波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。其中，蓝色荧光粉包括但不限于铝酸盐、氟酸盐、磷酸盐材料，且蓝色荧光粉具体采用波峰为475nm的，绿色荧光粉包括但不限于硅酸盐、铝酸盐材料，红色荧光粉包括但不限于氮化物、氟化物、钙钛矿量子点材料。
图5示出了根据本发明实施例2的发光单元的光谱图，如图5所示，通过搭配含有波峰为475nm的蓝色荧光粉的第二光转换材料11，无论第四LED芯片9和第五LED芯片10的色温同时选用4000k、5000K还是6500K的，发光单元在470～500nm这个波段的光谱能量(光谱强度)都是最高的。
继续参照表1，从表1可以得知，本实施例的光谱的显色指数＞90，并且，相比于普通LED光谱和全光谱，本实施例的光谱的拟合度、非视觉效应和节律刺激均是最高的。
实施例3：
与实施例1、2不同之处在于，本实施例的发光单元属于LED模组，基板对应为LED模组上的基板。发光部件至少包括一个波峰在470～500nm范围内的青光LED，第二模块至少包括一个白光LED。青光LED和白光LED配合发出类太阳光谱。
在本实施例中，青光LED和白光LED各设置一个，青光LED具体采用波峰为475nm的青光LED，白光LED采用由一个波峰在380～420nm范围内的紫光芯片和第三光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，第三光转换材料由波峰在440～470nm范围内的蓝色荧光粉和波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。在其它实施方式中，紫光芯片也可以是多个。
图6示出了根据本发明实施例3的发光单元的光谱图，如图6所示，通过搭配波峰为475nm的青光LED，无论青光LED和白光LED的色温同时选用4000k、5000K还是6500K的，发光单元在470～500nm这个波段的光谱能量(光谱强度)都是最高的。
继续参照表1，从表1可以得知，本实施例的光谱的显色指数＞90，并且，相比于普通LED光谱和全光谱，本实施例的光谱的拟合度、非视觉效应和节律刺激均是最高的。
实施例4：
与实施例3不同之处在于，本实施例的白光LED采用由一个波峰在440～470nm范围内的蓝光芯片和第四光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，第四光转换材料由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。在其它实施方式中，蓝光芯片也可以是多个。
图7示出了根据本发明实施例4的发光单元的光谱图，如图7所示，同样通过搭配波峰为475nm的青光LED，无论青光LED和白光LED的色温同时选用4000k、5000K还是6500K的，发光单元在470～500nm这个波段的光谱能量(光谱强度)都是最高的。
继续参照表1，从表1可以得知，本实施例的光谱的显色指数＞90，并且，相比于普通LED光谱和全光谱，本实施例的光谱的拟合度、非视觉效应和节律刺激均是最高的。
综上，无论是实施例1、2、3或4，都是通过增加发光单元在470～500nm这个波段的光谱能量，从而提高发光单元的显色指数、拟合度、非视觉效应和节律刺激。
根据本发明的第二方面，还提出了一种非视觉效应LED光谱发光器件，该器件包含一个或多个如上述中的发光单元。
在具体的实施例中，发光器件可以是SMD器件、COB器件或是其它形式的灯具，这里不作进一步限定。
本发明提出了一种非视觉效应LED光谱发光单元及其组成的发光器件，通过四种不同发光组件的搭配，增加发光单元在470-500nm波段的光谱能量，提高了发光单元的非视觉效应，相对太阳光谱，具有更强的非视觉效果，在节律健康照明领域具有重要作用，在工作、学习、生理节律调节等方面会有显著效果，适用于教室照明、办公照明、书房照明等需要提升注意力或者兴奋度的场所。
显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。
Claims (10)
1.一种非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，包括基板和封装在所述基板上的发光组件，所述发光组件包括第一模块和第二模块，所述第一模块包含有波峰在470～500nm范围内的发光部件，所述第二模块配合所述第一模块激发出类太阳光谱。
2.根据权利要求1所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述发光部件由波峰在470～500nm范围内的LED芯片和/或波峰在470～500nm范围内的发光材料组成，所述第二模块由配合所述第一模块后能够发出白光的LED芯片和/或发光材料组成。
3.根据权利要求2所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述发光部件包括至少一个波峰在470～500nm范围内的第一LED芯片；
所述第一模块还包括至少一个第二LED芯片和至少一个第三LED芯片，所述第二LED芯片的波峰在400～420nm范围内，所述第三LED芯片的波峰在445～460nm范围内；
所述第二模块为由荧光粉组成的第一光转换材料，所述第一LED芯片、第二LED芯片和第三LED芯片通过激发所述第一光转换材料发出类太阳光谱。
4.根据权利要求2所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述发光部件为第二光转换材料，所述第二光转换材料中至少含有波峰在470～500nm范围内的荧光粉；
所述第二模块包括至少一个第四LED芯片和至少一个第五LED芯片，所述第四LED芯片的波峰在400～420nm范围内，所述第五LED芯片的波峰在445～460nm范围内，所述第四LED芯片和所述第五LED芯片通过激发所述第二光转换材料发出类太阳光谱。
5.根据权利要求2所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述发光部件包括至少一个波峰在470～500nm范围内的青光LED，所述第二模块包括至少一个白光LED，所述青光LED和所述白光LED配合发出类太阳光谱。
6.根据权利要求3所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述第一光转换材料由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。
7.根据权利要求4所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述第二光转换材料由波峰在470～500nm范围内的蓝色荧光粉、波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～645nm范围内的红色荧光粉混合而成。
8.根据权利要求5所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述白光LED为由波峰在380～420nm范围内的紫光芯片和第三光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，所述第三光转换材料由波峰在440～470nm范围内的蓝色荧光粉和波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉以及波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。
9.根据权利要求5所述的非视觉效应LED光谱发光单元，其特征在于，所述白光LED为由波峰在440～470nm范围内的蓝光芯片和第四光转换材料形成的类太阳光谱LED，其中，所述第四光转换材料由波峰在525～555nm范围内的绿色荧光粉和波峰在600～650nm范围内的红色荧光粉混合而成。
10.一种非视觉效应LED光谱发光器件，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的发光单元。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111546673.3A CN114068502A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种非视觉效应led光谱发光单元及其组成的发光器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111546673.3A CN114068502A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种非视觉效应led光谱发光单元及其组成的发光器件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114068502A true CN114068502A (zh) | 2022-02-18 |
Family
ID=80229733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111546673.3A Pending CN114068502A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种非视觉效应led光谱发光单元及其组成的发光器件 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN114068502A (zh) |
-
2021
- 2021-12-16 CN CN202111546673.3A patent/CN114068502A/zh active Pending
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