CN114353023A

CN114353023A - 光源模组、照明系统及灯具

Info

Publication number: CN114353023A
Application number: CN202111651163.2A
Authority: CN
Inventors: 朱昌荣; 马海云; 刘超博
Original assignee: Opple Lighting Co Ltd; Suzhou Op Lighting Co Ltd
Current assignee: Opple Lighting Co Ltd; Suzhou Op Lighting Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-15

Abstract

光源模组、照明系统及灯具，其中光源模组包括彼此电性独立的第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元，其中第四发光单元具有高Kmel值，各发光单元发出得光混合后形成白光。照明系统，包括上述光源模组和驱动电路。驱动电路可分布对光源模组中的四个发光单元进行控制，从而使得混光获得的白光的色温覆盖范围广，涵盖范围从1600K至16000K，且在同一色温下可实现不同的Kmel值。通过对其中单色发光单元光色的优选，可保证该光源模组在各个色温的白光色点分布轨迹均可依循黑体辐射线且具有较高的显色性及颜色复现性。

Description

光源模组、照明系统及灯具

技术领域

本发明涉及一种光源模组、照明系统及灯具。

背景技术

人类的生活离不开照明，照明的最基本元素就是光源，尤其是随着照明科技的发展，常见的照明光源早已从早期的白炽灯、日光灯到近期比较广泛运用的LED。人们对照明质量的追求也从未停止，以往的照明产品多注重光色、照度、显色性等指标，随着生活品质的提高，人们越来越关注照明和健康的关系。

传统上认为我们眼睛的视网膜内有两种感光细胞，一种感光细胞能辨别光的明暗，另一种能区分颜色。如今科学家认为，视网膜内还有第三种感光细胞——黑视素视网膜神经节细胞（ipRGCs）的存在。黑视素视网膜神经节细胞（ipRGCs）负责感应光线强度，将信号传递给松果体。而人脑的松果体会分泌一种激素：褪黑素melatonin，它是“天然安眠药”，是我们身体自发的“休息信号”。体内褪黑素含量较多时，我们会昏昏欲睡；而褪黑素含量少时，就会清醒精神。于是，科学家们定义了一个用于量化光源对黑视素光响应的刺激程度全新的照度值EML(Equivalent Melanopic Lux)等值黑视素照度。常规的照度值勒克斯(lx)用来衡量锥状细胞的感光，定量描述能让人眼看见物体的光。而黑视素照度值(EML)按ipRGCs对光的响应进行加权，转换光源的光谱刺激，以此定量描述光线对人的生物效应。EML较高的光会提高警觉度、防止困倦、提升工作效率。

可以通过对特定波长能量占比的控制产生高EML的照明产品，但这对各波段的能量控制极为精细，因此都只能对一个色温产生一个固定产品方案，这样的产品就无法实现调光、调色等需求。通常, 若涉及调光调色需求, 一种方案是采用红绿蓝三基色进行调色，此种方案难以实现高EML效果。另一方案是采用两种色温不同的高EML产品进行混光。但缺点为其于CIE 1931色品图的混光色点分布相比与现有色点标准（ANSI或ERP）差距较大，导致照明设备的色偏差较大，其白光颜色和标准相比有明显差异。而若需改善照明设备的色容差水平，可以采用缩小两种色温不同的白光LED彼此相对色温差距的技术方案，但会由此衍生出可调光调色范围较窄的问题。同时，生活中也并不总是需要高EML的照明产品，工作时希望EML较高可提升专注力，休息时又希望EML较低可有利于放松入睡。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种可在较宽的色温范围内具有高显色性的同时可实现其光谱特性对应之EML可调的光源模组、、照明系统及灯具。

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，包括彼此电性独立的第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元；

所述第一发光单元包括第一LED芯片以及覆盖所述第一LED芯片的第一封装体，所述第一LED芯片配置为可发出峰值波长位于455-465nm的蓝光；

所述第二发光单元包括第二LED芯片、覆盖所述第二LED芯片的第二封装体及第一荧光体，所述第二发光单元发出峰值波长位于530-550nm, 光谱半宽90-130nm的绿光，其光色在1931 CIE色品图上位于由A1(0.43, 0.47)、A2 (0.43, 0.55)、 A3(0.37, 0.60)、 A4(0.37, 0.52) 四个点围成的四边形区域内；

所述第三发光单元包括第三LED芯片、覆盖所述第三LED芯片的第三封装体及第二荧光体，所述第三发光单元发出峰值波长位于620-650nm, 光谱半宽60-100nm，其光色在1931 CIE色品图上位于由B1(0.70, 0.30)、 B2(0.64, 0.36)、 B3(0.64, 0.34)、B4(0.70,0.28) 四个点围成的四边形区域内；

所述第四发光单元包括第四LED芯片、覆盖所述第四LED芯片的第四封装体及第三荧光体，所述第四发光单元发出色温5000K±250K，Kmel值大于0.85的白光；

所述光源模组工作时，所述第一发光单元、所述第四发光单元中至少有一者发光，且所述光源模组中各发光单元发出的光混合后形成白光。

优选地，所述第二LED芯片、所述第三LED芯片、所述第四LED芯片为峰值波长位于445-455nm的蓝光LED芯片。

优选地，所述第一LED芯片的峰值波长和所述第二LED芯片、所述第三LED芯片、所述第四LED芯片的峰值波长之差大于等于5nm。

优选地，所述第二发光单元的蓝光含量低于15%，所述第三发光单元的蓝光含量低于5%以下。

优选地，所述第二发光单元发出的光峰值波长位于540nm±5nm。

优选地，所述第一荧光体包括至少一种绿色荧光粉，所述绿色荧光粉为(Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce。

优选地，所述第三发光单元发出的光峰值波长位于625-645nm。

优选地，所述第二荧光体包括至少一种红色荧光粉，所述红色荧光粉为CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂Si₅N₈:Eu。

优选地，所述第三荧光体包括至少一种值波长位于485~515nm的蓝绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于520~580nm的黄/绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于615~655nm的红/橙色荧光粉。

优选地，所述蓝绿色荧光粉为(Ba,Sr)Si₂N₂O₂:Eu；所述黄/绿色荧光粉为(Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO₄:Eu中的一种或多种混合；所述红/橙色荧光粉为(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu。

优选地，光源模组为封装芯片，其包括主体部，所述主体部上设置有第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽，所述第一LED芯片、第二LED芯片、第三LED芯片及第四LED芯片分别设置在所述第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽，并各带一对引脚，各所述引脚之间电性隔离，所述第一荧光体设置在所述第二容置槽，所述第二荧光体设置在所述第三容置槽，所述第三荧光体设置在所述第四容置槽、所述第一封装体、第二封装体、第三封装体及第四封装体分别填充所述第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽并覆盖所述第一LED芯片、第二LED芯片、第三LED芯片及第四LED芯片。

优选地，所述光源模组发出的白光的色温为1600-16000K，且与黑体辐射线的色偏差Duv小于0.001。

优选地，所述光源模组发出的白光色温在1600-16000K范围内可调，当色温在2700-6500K范围内时，显色指数CRI大于90；色温在4000-5000K范围内时，显色指数CRI大于95。

优选地，所述光源模组发出的白光在相同色温下，可产生不同的Kmel值，同一色温下Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值为10-25%。

优选地，所述光源模组发出的白光色温在2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel最大值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86， Kmel最小值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78。

本发明还提供一种照明系统，其特征在于，包括：光源和驱动电路，

所述光源包括至少一个如权利要求1至15任意一项所述的光源模组；

所述驱动电路分别和所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元、所述第四发光单元电连接并向其供电，所述驱动电路对向所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元、所述第四发光单元提供的电流/电压分别进行控制。

优选地，所述驱动电路包括：

电源转换模块，所述电源转换模块将外部电源转换为所述光源模组需要的直流电源；

控制模块，生成控制信号；

LED驱动模块，接收所述电源转换模块输出的所述直流电源和所述控制模块传来的所述控制信号，依据所述控制信号对所述直流电源进行调节，所述LED驱动模块分别和所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元及所述第四发光单元电连接并向其输出调节后各发光单元各自所需的驱动电流/电压。

优选地，所述控制信号为PWM信号。

优选地，所述控制模块包括通信模块，接收外部传来的调光/调色命令，并以此生成所述控制信号。

优选地，所述控制模块包括存储模块存有预设的控制参数值，所述控制参数值为在所述光源模组产生不同色温时，所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元、所述第四发光单元对应的控制参数值，所述光源模组色温范围1600-16000K，在同一色温下对应有Kmel值不同的至少两组所述控制参数值，所述控制模块读取所述控制参数生成所述控制信号。

优选地，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，同一色温下产生白光的Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值为10-25%。

优选地，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，所述光源模组发出的白光色温在2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel最大值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86， Kmel最小值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78以下。

优选地，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，获得的白光在1600-16000K色温范围内显色指数CRI大于80，在2700-6500K色温范围内，显色指数CRI大于90，在4000-5000K范围内，显色指数CRI大于95。

优选地，所述光源包括两个以上所述光源模组，各所述光源模组中的所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元分别串接后和所述LED驱动模块电连接。

本发明还提供一种灯具，其特征在于，包括如权利要求1至15任意一项所述的光源模组，或包括如权利要求16至24任一所述的照明系统。

本发明提供的光源模组、照明系统和灯具，其中光源模组中以一个高EML值的发光单元配合另外三个特定光色的单色发光单元构成，各发光单元可分别独立控制其发光强度，通过不同组合混光后能形成不同色温的白光，且在同一色温下可实现不同的Kmel值。通过对其中单色发光单元光色的优选，可保证该光源模组在各个色温的白光色点分布轨迹均可依循黑体辐射线且具有较高的显色性及颜色复现性。

附图说明

图1是符合本发明优选实施例的光源模组的结构示意图；

图2是本发明优选实施例光源模组中第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元在CIE 1931色品图上的色点分布图；

图3是本发明优选实施例光源模组中第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元的光谱能量分布图；

图4a是本发明优选实施例光源模组目标色温5000K时的高Kmel模式、低Kmel模式和常规光谱的能量对比图；

图4b是本发明优选实施例光源模组目标色温4000K时的高Kmel模式、低Kmel模式和常规光谱的能量对比图；

图4c是本发明优选实施例光源模组目标色温3000K时的高Kmel模式、低Kmel模式和常规光谱的能量对比图；

图4d是本发明优选实施例光源模组目标色温2700K时的高Kmel模式、低Kmel模式和常规光谱的能量对比图；

图4e是本发明优选实施例光源模组目标色温1600K和16000K时的光谱能量分布图；

图5a是目标色温4000K时不同第一发光单元选型的光谱能量对比图；

图5b是目标色温3000K时不同第一发光单元选型的光谱能量对比图；

图6a是目标色温4000K高Kmel模式下不同第二发光单元选型的光谱能量对比图；

图6b是目标色温3000K高Kmel模式下不同第二发光单元选型的光谱能量对比图；

图7a是目标色温4000K低Kmel模式下不同第二发光单元选型的光谱能量对比图；

图7b是目标色温3000K低Kmel模式下不同第二发光单元选型的光谱能量对比图；

图8a是目标色温4000K高Kmel模式下不同第三发光单元选型的光谱能量对比图；

图8b是目标色温3000K高Kmel模式下不同第三发光单元选型的光谱能量对比图；

图9a是目标色温4000K低Kmel模式下不同第三发光单元选型的光谱能量对比图；

图9b是目标色温3000K低Kmel模式下不同第三发光单元选型的光谱能量对比图；

图10是本发明中优选实施例照明系统的结构示意图；

图11a、11b、11c、11d是本发明其他优选实施例光源模组的封装结构示意图；

图12是本发明中优选实施例灯具的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和一些符合本发明的优选实施例对本发明提出的一种光源模组、照明系统及灯具作进一步详细的说明。

本发明的光源模组的一个具体实施方式为一个混光的白光LED封装芯片，封装形式可以是PLCC贴片封装、陶瓷贴片封装、CSP封装、多合一单体贴片封装或COB芯片集成式封装，本申请对此不作限定。

一具体实施例的结构如图1所示，光源模组包括主体部60和设置在主体部60且彼此间隔开的多个发光单元——第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400。各发光单元100、200、300、400均包括LED芯片101、201、301、401和覆盖其上的封装体102、202、302、402。LED芯片(LED Chip),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。本实施例中，为了容纳封装体102、202、302、402，主体部60为塑料支架，其内设多个容置槽61、62、63、64。塑料支架的材质可以为PPA、PCT、EMC其中的任一种。各LED芯片101、201、301、401分别设置在容置槽61、62、63、64中，并各带一对引脚51a、51b、52a、52b、53a、53b、54a、54b，各引脚51a、51b、52a、52b、53a、53b、54a、54b之间相互电性隔离。封装体102、202、302、402由硅基树脂、环氧树脂、或它们的结合制成，分别填充进容置槽61、62、63、64并覆盖各LED芯片101、201、301、401以保证各发光单元100、200、300、400之间的电性隔离。

在本实施例中采用了RGBW的混光方案，其中第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300分别发出蓝光、绿光、红光，这三者组合就可形成白光，具体如下。

第一发光单元100，包括第一LED芯片101和第一封装体102。第一LED芯片101放置在第一容置槽61的底部，并通过两个引脚51a、51b和外部实现电连接。第一封装体102填充第一容置槽61并覆盖第一LED芯片101。第一LED芯片101为蓝光LED，发出峰值波长在455-465nm范围内的蓝光。

第二发光单元200，包括第二LED芯片201和第二封装体202。第二LED芯片201放置在第二容置槽62的底部，并通过两个引脚52a、52b和外部实现电连接。第二封装体202填充第二容置槽62并覆盖第二LED芯片201。第二LED芯片201为蓝光LED，发出峰值波长在445-455nm范围内的蓝光。第二封装体202中含有第一荧光体203，第一荧光体203包括至少一种绿色荧光粉，绿色荧光粉可以选择 (Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce中的任意一种或为多种组合。第二LED芯片201激发第一荧光体203后，第二发光单元200发出的光峰值波长位于530-550nm, 光谱半宽90-130nm，光色为黄绿色，且在1931CIE色品图上位于由A1(0.43, 0.47),A2 (0.43, 0.55), A3(0.37, 0.60), A4(0.37,0.52)四个点围成的四边形区域内，即图2中标示的A区域。由于第二LED芯片201发出的大部分的能量均被第一荧光体203转化为黄绿色光，第二发光单元200发光的蓝光含量低于15%。其中的蓝光含量低于15%，指的是发光单元发出的光中，在蓝光波段440-480nm区域的能量在总能量中的占比小于15%。

第三发光单元300，包括第三LED芯片301和第三封装体302。第三LED芯片301放置在第三容置槽63的底部，并通过两个引脚53a、53b和外部实现电连接。第三封装体302填充第三容置槽63并覆盖第三LED芯片301。第三LED芯片301为蓝光LED，发出峰值波长在445-455nm范围内的蓝光。第三封装体302中含有第二荧光体303，第二荧光体303至少包含一种的红色荧光粉。红色荧光粉可以选择CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂Si₅N₈:Eu中的任意一种或几种组合。第二荧光体303受第三LED芯片302激发后，第三发光单元300发出的光峰值波长位于620-650nm, 光谱半宽60-100nm，光色为红色且在1931 CIE色品图上位于由B1(0.70, 0.30), B2(0.64, 0.36), B3(0.64, 0.34), B4(0.70, 0.28) 四个点围成的四边形区域内，即图2中标示的B区域。由于第三LED芯片301发出的大部分的能量均被第二荧光体303转化为红色光，第三发光单元300发光的蓝光含量低于5%。

第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300他们发出的光混合后可形成白光。通过选择特定光色的单色发光单元，并对他们分别进行调光控制，本实施例中的光源模组发出的白光色温覆盖范围广，从1600-16000K均可实现，且与黑体辐射线的色偏差Duv小于0.001，并可实现较好的显色性。

在上述实施例中可以看到，虽然第一LED芯片101、第二LED芯片201、第三LED芯片301同为蓝光芯片，但是却选择了不同峰值波长的LED。荧光粉在光谱半宽（full-widthhalf-maximum, FWHM）方面通常有着较宽的分布，而单色LED芯片的FWHM较窄。在本实施例中，绿光和红光都选用了荧光粉发光，可以保证这两个波段内，各波长均有能量分布从而保证良好的显色性。而在蓝光部分，在LED芯片FWHM较窄的情况下，选择不同峰值波长的芯片可以在蓝光波段形成一个叠加形式，从而使得蓝光区域整体的能量分布更为均匀，显色性也就更佳。在本实施例中，选择两种LED芯片，第一LED芯片101为第一种，峰值波长位于455-465nm，第二LED芯片201、第三LED芯片301选型相同且为第二种，峰值波长位于445-455nm。在优选方案中，两种LED芯片的峰值波长之差要大于等于5nm。在其他较佳实施例中第一LED芯片101、第二LED芯片201、第三LED芯片301三者皆可以不同，这样FWHM可以更宽。不过由于光源模组中各LED芯片都是单独供电，单独控制，LED选型过多可能会使得控制方面的设置更为复杂，具体可根据设计需要灵活选择。

虽然第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混合后已经可以形成1600-16000K的各种色温白光，但是其Kmel值无法提高，为此本实施例中，加入了具有高Kmel值的第四发光单元400。

常规的照度值勒克斯（lx）是用来衡量锥状细胞的感光，以定量描述能让人眼看见物体的光，而为了用于量化光源对黑视素光响应的刺激程度，采用等效黑视素照度（Equivalent melanopic lux，EML）方式可评价其差异。其中，EML是依照ipRGCs对光的响应进行加权，转换光源的光谱刺激，以此定量描述光线对人的生物效应。相应的，EML较高的光代表对抑制褪黑色素分泌有明显效果，从而提高人体的警觉度、防止困倦、提升工作效率，进而EML较低的光代表更适用于营造舒缓放松的照明场景。由于EML无法直接测定，为了量化产品特征我们这里采用的指标是黑视素光感效率比值Kmel，其比值的趋势对于测定光对黑视素刺激效果和EML有相同的代表意义，Kmel为通过测量各个波长的相对强度，用指定的公式加权计算出EML比率，具体公式如下：

其中：

EDI_mel(D65)：等效D65光源的视黑素感光照度；

Ev：明视觉感光照度；

P(λ)：光源光谱功率分布；

V(λ)：明视觉光视效率函数；

Mel(λ)：黑视素感光细胞(ipRGC)光敏感函数。

以上计算公式依据CIE S026发布的参数定义和计算方法。

第四发光单元400，包括第四LED芯片401和第四封装体402。第四LED芯片401放置在第四容置槽64的底部，并通过两个引脚54a、54b和外部实现电连接。第四封装体402填充第四容置槽64并覆盖第四LED芯片401。第四LED芯片401为蓝光LED，发出峰值波长在445-455nm范围内的蓝光。在本实施例中，第四LED芯片401选用和第二LED芯片201、第四LED芯片301同型号的芯片，且保持和第一LED芯片101有5nm的峰值波长差。在其他实施例中，也可选择其他型号的蓝光芯片，本申请对此不作限定。

第四封装体402中含有第三荧光体403，第三荧光体403由多种荧光粉混合而成，包括至少一种峰值波长位于485-515nm的蓝绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于520-580nm的黄/绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于615-655nm的红/橙色荧光粉。本实施例中蓝绿色荧光粉为(Ba,Sr)Si₂N₂O₂:Eu；黄/绿色荧光粉可选择(Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO₄:Eu中的一种或多种混合；红/橙色荧光粉为(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu。上述各荧光粉混合后形成第三荧光体403，其受第四LED芯片402激发后，第四发光单元400发出的光为色温5000K±250K，Kmel值大于0.85的白光，分布于图2中标示的C区域内。本实施例一样品的实测数据为色温5001K，Kmel值0.876属于较高的Kmel值可有效提升专注力。由于第四发光单元400的加入，在需要高Kmel的场景下，如工作、学习时以第四发光单元400作为主光源可有效提升工作效率，可称其为高Kmel模式。而在不需要高Kmel的场景下，如家居休闲、入睡前可以采用低Kmel模式，即调节减少第四发光单元400的照度甚至使其不发光，用第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混光形成照明白光，产生低Kmel值的照明光线，避免影响睡眠，使人获得放松。

前面已经提到通过第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300可以获得调光范围广、色偏差小、显色性好的白光，在第四发光单元400加入后，我们对第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300做进一步的优化选型，以保证显色性和Kmel的调节范围最大化。

关于第一发光单元100，主要是第一LED芯片101的选型，考虑到第一LED芯片101相比第四发光单元400在黑视素敏感响应光谱区域的光谱分布区域上不占优势, 所以第一发光单元100与其他发光单元所混成的白光的光谱特性主要应用于低Kmel模式。我们选择峰值波长为450nm、460nm和470nm的三种蓝光芯片和其他发光单元进行混光，以目标色温3000K及4000K为例，比较不同波长和其他发光单元混光后出光的光学特征。图5a为目标色温4000K的对比光谱图，图5b为目标色温3000K的对比光谱图，为方便进行光谱数据对比,图内以红光峰强度为基准进行归一化处理。其中blue 1a、blue 1b峰值波长为450nm；blue2a、blue 2b峰值波长为460nm；blue 3a、blue 3b峰值波长为470nm，具体数值如表1所示。由于产品个体的不同，在确定的目标色温下实际数值会稍有偏差，本文表中所列的色温均为和目标色温对应的实测值。

表1

从表1中可以看出，随第一发光单元100中蓝光LED的波长变长, 其与第二发光单元200、第三发光单元300所混成的白光光谱效果在黑视素敏感响应光谱区域的比例逐步增加，所以获得的Kmel值随蓝光LED的波长变长而增加，但是仍然达不到第四发光单元400的Kmel值高度。同时随着蓝光LED的波长变长，其混和而成的白光光谱的显色指数也随之变佳。由于高Kmel值可以依靠第四发光单元400提供，为了实现更大的Kmel值调整幅度，我们希望通过第一发光单元100实现的Kmel尽可能小，同时需保证显色性，因此表中blue 2a、blue 2b的460nm选型更为符合。第一蓝光芯片的峰值波长优选为460nm±2.5nm，其可在获得低的Kmel值的同时, 实现显色指数为90或更大的白光光谱。

关于第二发光单元200，我们选择峰值波长为530nm、540nm、550nm和570nm的四种绿光芯片作为第二发光单元200和其他发光单元进行混光，以目标色温3000K及4000K为例，比较不同波长和其他发光单元混光后出光的光学特征，同一色温分别取其混光后的Kmel最大值和最小值作为示例。图6a、6b分别为目标色温4000K、3000K，Kmel值最大的对比光谱图，图7a、7b分别为目标色温4000K、3000K，Kmel值最小的对比光谱图，为方便进行光谱数据对比, 图6a、7a以蓝光峰强度为基准进行归一化处理, 而图6b、7b以红光峰强度为基准进行归一化处理。其中green 1a、green 1b、green 1c、green 1d峰值波长为530nm；green 2a、green 2b、green 2c、green 2d峰值波长为540nm；green 3a、green 3b、green 3c、green 3d峰值波长为550nm；green 4a、green 4b、green 4c、green 4d峰值波长为570nm。

在高Kmel模式下，由于第四发光单元400在黑视素敏感响应光谱区域的光谱分布比例较高, 所以以第四发光单元400作为主要光源并与第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混成的白光光谱，如图6a、6b所示，具体数值如表2所示。

表2

高Kmel模式时，当目标色温为4000K时，第二发光单元200波长的变化对光谱影响不大，如图6a所示，因此整体效果变化不大。而在3000K时，随第二发光单元200的波长变长，混光后的光谱在黄光与橙光波段进一步获得改善, 相应其显色指数也随之增加。而混成的白光光谱效果在黑视素敏感响应光谱区域的比例随波长增加而逐步增加减少,所获得的Kmel值也随之减少，但是由于第四发光单元400本身的Kmel值较高，仍可获得和常规显色指数90以上的白光LED相比更高的Kmel值。

在低Kmel模式下，需减少第四发光单元400的出光而以第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混成的白光为主要光源，如图7a、7b所示，具体数值如表3所示。

表3

低Kmel模式时，当目标色温为4000K时，显色指数和Kmel随着第二发光单元200的波长变长同时降低，在兼顾低Kmel值和显色性要求的情况下540nm的green 2c最为合适。而在3000K时，仅有540nm的green 2d满足显色性90以上的要求，因此，对于第二发光单元200，其光峰值波长优选为540nm±5nm。

关于第三发光单元300，我们选择峰值波长为620nm、630nm、640nm和650nm的四种红光芯片作为第三发光单元300和其他发光单元进行混光，以目标色温3000K及4000K为例，比较不同波长和其他发光单元混光后出光的光学特征，同一色温分别取其混光后的Kmel最大值和最小值作为示例。图8a、8b分别为目标色温4000K、3000K，Kmel值最大的对比光谱图，图9a、9b分别为目标色温4000K、3000K，Kmel值最小的对比光谱图，为方便进行光谱数据对比, 图8a、9a以蓝光峰强度为基准进行归一化处理, 而图8b、9b以红光峰强度为基准进行归一化处理。其中red 1a、red 1b、red 1c、red 1d峰值波长为620nm；red 2a、red 2b、red2c、red 2d峰值波长为630nm；red 3a、red 3b、red 3c、red 3d峰值波长为640nm；red 4a、red 4b、red 4c、red 4d峰值波长为650nm。

在高Kmel模式下，由于第四发光单元400在黑视素敏感响应光谱区域的光谱分布比例较高, 所以以第四发光单元400作为主要光源并与第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混成的白光光谱，如图8a、8b所示，具体数值如表4所示。

表4

高Kmel模式时，当目标色温为4000K时，第三发光单元300波长的变化对光谱影响不大，如图8a所示，因此整体效果变化不大。而在3000K时，随第三发光单元300的波长离黑视素敏感响应光谱区域较远，对Kmel值的影响较小, 因此随着第三发光单元300的波长的变长，Kmel值仅有略微的提升。但是第三发光单元300的波长变长, 其所混成的光谱在橙光波段逐步缺失，显色性会逐步下降。从表3中看，630nm的red 2b、640nm的red 3b为较佳选择。

在低Kmel模式下，需减少第四发光单元400的出光而以第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300混成的白光为主要光源，如图9a、9b所示，具体数值如表5所示。

表5

低Kmel模式时，当目标色温为4000K时，除了630nm的red 1c显色性略低，其他选型均可实现90以上的显示性及较低的Kmel值。而在3000K时，630nm的red 2d、640nm的red 3d为较佳选择。综合以上结果，第三发光单元300的光峰值波长优选为位于625-645nm范围内。

根据上述优选范围，本实施例最终第一发光单元100为峰值波长460nm的蓝光LED，第二发光单元200为峰值波长540nm的绿光LED，第三发光单元300为峰值波长630nm的红光LED，第四发光单元400为色温5000K，Kmel值0.876，显色指数大于90的白光LED，如图3所示。其中，除了第一发光单元100是采用蓝光芯片直接发光的蓝光LED, 另外三个发光单元均为光源激发荧光粉发光方式的LED芯片,而激发荧光粉的发射光谱在FWHM特性方面有着较宽的分布, 从而改善了混光后整体的显色性。该实施例光源模组中各发光单元可单独控制，其混光可获得1600-16000K的白光，图4a、4b、4c、4d分别对应在目标色温5000K、4000K、3000K、2700K时的光谱图，图中H1、H2、H3、H4分别表示光源模组在相关色温下高Kmel模式的光谱曲线，L1、L2、L3、L4分别表示光源模组在相关色温下低Kmel模式的光谱曲线，P1、P2、P3、P4分别表示常规显色指数高于90的白光LED在相关色温下的对照光谱曲线。图4e示出了处于极值时的光谱曲线，其中L5为16000K时的光谱曲线，L6为1600K时的光谱曲线。随着色温向极值的靠近，其偏离第四发光单元400的5000K越远，第四发光单元400对整体Kmel值的影响就越小，因此，在极值位置我们仅示出了低Kmel模式的光谱曲线。表6列出了上述光谱的具体特征数值。

表6

表6中H1-H4为高Kmel模式数值，L1-L6为低Kmel模式，P1-P4为作为对照的常规显色指数90以上的白光LED的参数。第2列到第5列表示相关发光单元是否参与发光。从上表中可以看到，该光源模组色温在1600-16000K范围内可调。且具有优良的显色性特征，色温在2700-6500K范围内时，显色指数CRI大于90；色温在4000-5000K范围内时，显色指数CRI大于95。实施例光源模组，有四个发光单元包括两种类型的蓝光芯片以及白色、绿色和红色荧光粉，可在CIE1931色品图内四个对应的颜色坐标最大的范围内进行任意的调色,相应的所混成的白光发光光源色点分布轨迹可完全依循黑体辐射线, 其色偏差可控制在0.001以内甚至更低，在表6所列数据中色偏差Duv小于0.0005。

光源模组的另一个特点为在保证显色性的前提下Kmel值可调。当以第四发光单元400为主照明时，配合其他三个发光单元混光后形成的白光Kmel值最大，如表6所示在目标色温2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86。相较于P1-P4其光谱特性对黑视素的敏感特性曲线响应较高, 相应的, 对抑制褪黑色素的分泌有明显效果。而在以第一发光单元100的蓝光LED作为主要光源并与其他三个发光单元进行混光的白光则可形成Kmel模式，表6中记录了相关色温下的Kmel最小值，其中目标色温2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78。和常规白光相比，除了5000K由于第四发光单元400本身Kmel值较高，通过混光虽然Kmel值有所下降，可接近常规白光，其他色温下Kmel值均小于常规白光。在5000K时，虽然Kmel最小值未小于常规白光，但是和Kmel最大值相比，仍然有较大幅度的降低，从表6的结果来看，以第一发光单元100的蓝光LED作为主要光源, 于目标色温2700K至5000K的范围内, 其Kmel值明显低于以第四发光单元400作为主要光源的发光，且至少低10%以上,代表其光谱特性对黑视素的敏感特性曲线响应较低, 相应的, 对增进褪黑色素的分泌有明显效果。本实施例中的光源模组在同一色温下Kmel可调，在保证显色性大于90的前提下，Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值可达到10-25%。

在图1实施例中，示出了一种封装结构，在其他较佳实施例中可采用封装结构很多，我们以第四发光单元400为例，对另外一些较佳的封装形式加以说明。在图11a、11b实施例的封装结构也和图1实施例一样采用了支架结构，支架上形成有容置槽，图中仅展示了光源模组的部分结构，即一个发光单元——第四发光单元400，因此该容置槽为第四容置槽64。图11a实施例中，当第四LED芯片401放置完成之后，通过引脚54a、54b和外部实现电连接。第三荧光体403先采用喷涂或是涂覆之方式将之平铺于第四LED芯片401表面，再用第四封装体402填充第四容置槽64。而在图11b中，先用第四封装体402填充已经放入第四LED芯片401的第四容置槽64，后采用喷涂或是涂覆之方式将第三荧光体403平铺于第四封装体402的上表面。而图11c为陶瓷大功率封装方式，以陶瓷或金属材质作为基板94，第四LED芯片401设置在基板94上，将第三荧光体403用喷涂、荧光膜压膜或荧光陶瓷片贴装方式在第四LED芯片401表面上形成光转化层, 后以模具注塑的方式完成第四封装体402的填充覆盖第三荧光体403和第四LED芯片401。图11d为CSP封装，适用于大功率芯片，以陶瓷或金属材质作为基板94, 第三荧光体403和第四封装体402混合后，以荧光膜压膜方式形成第四LED芯片401表面上的光转化层完成封装。以上方式均可实现本发明的发明目的，本发明对此不作限定。

本发明的另一较佳实施例为如图10所示的照明系统，包括上述实施例中的光源模组1和驱动电路2。

驱动电路2包括电源转换模块21、控制模块22和LED驱动模块23。电源转换模块21连接外部电源，将外部电源转换为光源模组1需要的直流电源。控制模块22包括通信模块，接收外部传来的调光/调色命令，并以此生成控制信号。通信模块可以为有线或无线通讯模块，本发明对此不作限定。LED驱动模块23输入为电源转换模块21输出的直流电源和控制模块22传来的控制信号，依据所述控制信号对直流电源进行调节，分别向光源模组1中的第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400输出调节后各发光单元各自所需的驱动电流/电压。因此，LED驱动模块23需分别和第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400电连接。当照明系统中包括多个光源模组1时，如图7所示，各光源模组1中的第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400分别串接后和LED驱动模块23电连接。

如前所述，实施例光源模组1的色温可调范围从1600-16000K，因此控制模块22包括存储模块，其存有预设的控制参数值，该控制参数值为光源模组1产生不同色温时，其中第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400对应的控制参数值。控制参数值可以为电压值、电流值或PWM信号，当发光单元不参与混光时，该发光单元的控制参数值为零。当外部发来色温变化需求时，控制模块22接收到命令，读取存储模块中的相关数值，形成控制信号发送给LED驱动模块23，调节向第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300输出的电流/电压，使得光源模组1发出相应色温的白光，并保证该白光与黑体辐射线的色偏差Duv小于0.001。本实施例中的光源模组1选择了特定颜色的发光单元相较于现有技术可获得很好的显色性，通过预设控制参数值可保证最终获得的白光在2700-6500K色温范围内，显色指数CRI大于90，在4000-5000K色温范围内，显色指数CRI大于95。本实施光源模组在同一色温下Kmel值可调，因此对于一个色温会预存几种不同Kmel值下的控制参数值。在预存的控制参数值中，同一色温下Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值为10-25%，如表6所示在目标色温2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel最大值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86， Kmel最小值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78。

上述光源模组和照明系统可应用各类灯具，图12示出了本申请一较佳实施例灯具D1。灯具D1为灯盘，包括如上所述的照明系统，在其他较佳实施例中也可以是吊灯、吸顶灯等，或者光源模组1也可作为普通白光芯片应用于台灯、筒灯、射灯等各类灯具。灯具D1包括底盘86、设置有扩散板89的面框88、设置在光源板85上的多个光源模组1及电源盒87，前述驱动电路2设置在电源盒87内。灯具中对于光源模组1中的第一发光单元100、第二发光单元200、第三发光单元300、第四发光单元400分别布线，各光源模组1中的同类发光单元相互串接后接入电源盒87中的驱动电路2，形成前述照明系统。灯具D1还可以根据具体灯具的功能、需求带有控制器、散热装置和配光部件等。控制器可用于调整光源模组L1所发出照射光的光色、光强等，而配光部件除了实施例中的扩散板外还可以是灯罩、透镜、扩散元件、光导等。本发明对此不作限定。

上文对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本发明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

1.一种光源模组，其特征在于，包括彼此电性独立的第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元；

所述第三发光单元包括第三LED芯片、覆盖所述第三LED芯片的第三封装体及第二荧光体，所述第三发光单元发出峰值波长位于620-650nm, 光谱半宽60-100nm，其光色在1931CIE色品图上位于由B1(0.70, 0.30)、 B2(0.64, 0.36)、 B3(0.64, 0.34)、B4(0.70,0.28) 四个点围成的四边形区域内；

2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第二LED芯片、所述第三LED芯片、所述第四LED芯片为峰值波长位于445-455nm的蓝光LED芯片。

3.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述第一LED芯片的峰值波长和所述第二LED芯片、所述第三LED芯片、所述第四LED芯片的峰值波长之差大于等于5nm。

4.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述第二发光单元的蓝光含量低于15%，所述第三发光单元的蓝光含量低于5%以下。

5.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第二发光单元发出的光峰值波长位于540nm±5nm。

6.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第一荧光体包括至少一种绿色荧光粉，所述绿色荧光粉为(Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce。

7.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第三发光单元发出的光峰值波长位于625-645nm。

8.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第二荧光体包括至少一种红色荧光粉，所述红色荧光粉为CaAlSiN₃:Eu、(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)₂Si₅N₈:Eu。

9.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第三荧光体包括至少一种值波长位于485~515nm的蓝绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于520~580nm的黄/绿色荧光粉、至少一种峰值波长位于615~655nm的红/橙色荧光粉。

10.如权利要求9所述的光源模组，其特征在于，所述蓝绿色荧光粉为(Ba,Sr)Si₂N₂O₂:Eu；所述黄/绿色荧光粉为(Lu,Yb,Tb)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce、Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce、Ga-Y₃Al₅O₁₂:Ce、(Ba,Sr,Ca,Mg)SiO₄:Eu中的一种或多种混合；所述红/橙色荧光粉为(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu。

11.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，光源模组为封装芯片，其包括主体部，所述主体部上设置有第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽，所述第一LED芯片、第二LED芯片、第三LED芯片及第四LED芯片分别设置在所述第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽，并各带一对引脚，各所述引脚之间电性隔离，所述第一荧光体设置在所述第二容置槽，所述第二荧光体设置在所述第三容置槽，所述第三荧光体设置在所述第四容置槽、所述第一封装体、第二封装体、第三封装体及第四封装体分别填充所述第一容置槽、第二容置槽、第三容置槽及第四容置槽并覆盖所述第一LED芯片、第二LED芯片、第三LED芯片及第四LED芯片。

12.如权利要求1-11任一所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组发出的白光的色温为1600-16000K，且与黑体辐射线的色偏差Duv小于0.001。

13.如权利要求12所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组发出的白光色温在1600-16000K范围内可调，当色温在2700-6500K范围内时，显色指数CRI大于90；色温在4000-5000K范围内时，显色指数CRI大于95。

14.如权利要求12所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组发出的白光在相同色温下，可产生不同的Kmel值，同一色温下Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值为10-25%。

15.如权利要求14所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组发出的白光色温在2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel最大值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86， Kmel最小值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78。

16.一种照明系统，其特征在于，包括：光源和驱动电路，

17.如权利要求16所述的照明系统，其特征在于，所述驱动电路包括：

控制模块，生成控制信号；

18.如权利要求17所述的照明系统，其特征在于，所述控制信号为PWM信号。

19.如权利要求17所述的照明系统，其特征在于，所述控制模块包括通信模块，接收外部传来的调光/调色命令，并以此生成所述控制信号。

20.如权利要求17所述的照明系统，其特征在于，所述控制模块包括存储模块存有预设的控制参数值，所述控制参数值为在所述光源模组产生不同色温时，所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元、所述第四发光单元对应的控制参数值，所述光源模组色温范围1600-16000K，在同一色温下对应有Kmel值不同的至少两组所述控制参数值，所述控制模块读取所述控制参数生成所述控制信号。

21.如权利要求20所述的照明系统，其特征在于，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，同一色温下产生白光的Kmel最大值和Kmel最小值之间的差和Kmel最小值之间的比值为10-25%。

22.如权利要求21所述的照明系统，其特征在于，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，所述光源模组发出的白光色温在2700K、3000K、4000K和5000K时Kmel最大值分别大于0.45、0.51、0.70和0.86， Kmel最小值分别小于0.42、0.47、0.61和0.78以下。

23.如权利要求20所述的照明系统，其特征在于，按所述控制参数值对所述光源模组进行控制，获得的白光在1600-16000K色温范围内显色指数CRI大于80，在2700-6500K色温范围内，显色指数CRI大于90，在4000-5000K范围内，显色指数CRI大于95。

24.如权利要求17所述的照明系统，其特征在于，所述光源包括两个以上所述光源模组，各所述光源模组中的所述第一发光单元、所述第二发光单元、所述第三发光单元分别串接后和所述LED驱动模块电连接。

25.一种灯具，其特征在于，包括如权利要求1至15任意一项所述的光源模组，或包括如权利要求16至24任一所述的照明系统。