CN117387026A - 光源、光源模组及照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光源、光源模组及照明装置，光源包括：发光元件，发光元件发射第一颜色光，第一颜色光具有445nm至465nm的峰值波长；青色荧光粉，青色荧光粉受第一颜色光激发后发出第二颜色光，第二颜色光具有480nm至500nm的峰值波长，70nm至90nm的半峰全宽；封装部，发光元件和青色荧光粉位于封装部内，第一颜色光和第二颜色光在封装部内混合后形成第三颜色光，第三颜色光在CIE1931色空间上，位于(0.15，0.15)、(0.17，0.158)、(0.177，0.212)、(0.15，0.2)围成的四边形区域内。本发明的光源在与白光光源搭配绿光光源混光时，可获得高Ra和高MR值的白光。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，具体是涉及一种光源、光源模组及照明装置。
背景技术
人类为了克服自然光的时空局限性，不断地探索和改进人工光照明。从油灯发展到白炽灯、荧光灯、LED灯，现代人在夜间延续使用建筑和城市空间的能力有了无限的扩展。由于LED灯具有高亮度、低耗能、环保、寿命长、耐冲击性和性能稳定的优点，使得其在照明领域得到了广泛的应用。
为了更好的理解本发明的技术方案，以下对一些光学概念进行解释说明。
Melanopic Ratio(黑视素比：以下，称为MR)
明视觉(Photopic vision)是指我们在白天和光线充足的空间能看到物体：即光对视觉的影响。Melanopic Ratio(MR，Melanopic/Photopic ratio)量化了光对昼夜节律的影响：光源对人类昼夜节律系统的刺激程度。MR比率越高，光源的昼夜节律效应就越强，越能促进警觉性和清醒。
如图1所示，图1为人类明视觉(Photopic)和黑视觉(Melanopic)的响应曲线，峰值代表眼睛对光的峰值响应。在视觉上，人眼对绿色或黄绿色光的反应最为强烈；在生物学上，蓝光会引起最强烈的反应，抑制褪黑激素的产生并促进清醒。
MR值可通过以下公式求出：
式中：
(1)P(λ)是光源的光谱功率分布；
(2)M(λ)是归一化的褪黑激素加权函数，以490nm为中心；
(3)V(λ)是归一化的明视加权函数，以555nm为中心；
(4)K＝1.219,是黑视和明视响应之间的转换因子，将辐照度转换为勒克斯。
Correlated Color Temperature(相关色温，CCT)
相关色温(CCT，以下也称为色温)是一种用数字表征任何白光光源其颜色外观的方法。人造白光可以使用可见光谱中的颜色组合而成，不同的波长比例会导致光看起来“更冷”(蓝/青色波长)或“更暖”(黄/橙色波长)。光源的CCT是在普朗克轨迹上，与该光源的色度坐标最接近(在感知上)匹配的点，称为色温。如果光源不是黑体辐射源，但它的色度坐标靠近普朗克轨迹，我们可以用CCT来表征它的颜色。CCT以开氏度(Kelvin,K)为单位：暖光约为2700K,中性白约4000K,冷白约5000K或更高。
Ra是指平均显色指数，取自15个颜色样本(R1-R15)的平均值(本文中，显色指数、显指均指的是Ra)。
R9，虽然显色指数(Color Rendering Index，CRI)是衡量光源照亮(渲染)物品颜色的准确程度，优质LED的CRI范围为80以上。虽然CRI是一个数字，但它代表了光源在渲染一组标准化颜色样本时的平均表现得分。传统CRI使用8个核心样本和7个补充样本，每个样本称为Rx。其中，R9是一种深红色，在许多应用中，常被参考作为关键颜色质量指标。
考虑到调光调色的需求，现有技术通常采用红绿蓝(RGB)三基色或红绿蓝白(RGBW)四色进行调色，无论是三基色调色还是四色调色，现有技术使用的蓝光混光单元通常采用的是蓝光LED。
当前健康照明需要动态变化，在动态变化时，希望可以在高色温段保持高MR值，传统的单色蓝光LED参与混光时无法实现这一目标；单色青色LED可以实现混光时高MR值，但其无法保障所混光的显色性，因此需要定义一款新的蓝色色调的光源解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高显色性、高MR值的混光用光源。
为了实现上述目的，本发明提供一种光源，包括：
发光元件，发光元件发射第一颜色光，第一颜色光具有445nm至465nm的峰值波长；
青色荧光粉，青色荧光粉受第一颜色光激发后发出第二颜色光，第二颜色光具有480nm至500nm的峰值波长，70nm至90nm的半峰全宽；
封装部，发光元件和青色荧光粉位于封装部内，第一颜色光和第二颜色光在封装部内混合后形成第三颜色光，第三颜色光从封装部射出，第三颜色光在CIE1931色空间上，位于(0.15，0.15)、(0.17，0.158)、(0.177，0.212)、(0.15，0.2)围成的四边形区域内。
优选地，第三颜色光具有455nm至465nm的峰值波长，并且480nm至500nm范围的光谱能量占总能量的15％至30％。
优选地，第二颜色光的峰值波长为482nm。
本发明还提供一种光源模组，包括：
第一光源，第一光源使用上述光源；
第二光源，第二光源为相关色温3000K及以上的白光光源；
第三光源，第三光源发出峰值波长540nm至550nm的绿光，第三光源的光在CIE1931色空间上，位于(0.38，0.505)、(0.405，0.505)、(0.383，0.46)、(0.355，0.46)围成的四边形区域内；
第一光源、第二光源和第三光源混光后得到第四颜色光，第四颜色光的平均显色指数大于90。
优选地，第二光源为相关色温3000K、平均显色指数大于90的白光光源。
优选地，第三光源的光在CIE1931色空间上的坐标为x＝0.3761，y＝0.4774。
优选地，第四颜色光为相关色温在3500K至6500K的白光。
优选地，第四颜色光当相关色温6500K时，其黑视素比大于1.1。
优选地，所述第四颜色光当相关色温5700K时，其黑视素比大于1。
本发明还提供一种照明装置，包括至少一个如上所述的光源模组。
本发明提供的光源通过添加峰值波长为480nm至500nm、半峰全宽为70nm至90nm的青色荧光粉，并调整其比例，使得光源的光在CIE1931色空间上，位于(0.15，0.15)、(0.17，0.158)、(0.177，0.212)、(0.15，0.2)围成的四边形区域内，这种光相对于传统的蓝色LED发出的光，在混光时可以实现动态变化的广色域白光，并且既能保证混光后的白光具有高显色性(Ra大于93)，又能比常规高色温LED提升MR值(MR值提升10％以上)。
附图说明
图1是人类明视觉(Photopic)和黑视觉(Melanopic)的响应曲线。
图2是本发明的光源的一种实施例的结构示意图。
图3是本发明光源的一种实施例的光谱能量分布图。
图4是本发明光源实施例在CIE1931色空间上的色点分布图。
图5是本发明的光源模组的一种实施例的结构示意图。
图6是第三光源在CIE1931色空间上的色点分布图。
图7是方案1与PC-G、白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
图8是方案2与PC-G、白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
图9是方案3与PC-G、白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
图10是方案4与白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
图11是方案5与白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
图12是方案6与白光光源混光后不同色温的光谱能量分布图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，除非特别说明，“nm”均指光的波长单位。
在本发明的具体实施方式中，本发明的光源/光源模组为混光的LED封装芯片，其封装形式可以是PLCC贴片封装、陶瓷贴片封装、CSP封装、COB芯片集成封装等，封装形式不是本发明讨论的重点，因此本申请对封装形式不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况选择适合自己的封装形式。
光源实施例
参见图2，图2提供了本发明的光源的一种实施例的结构示意图，本实施例中，光源100包括衬底110、发光元件111、封装部112和青色荧光粉113，第一电极结构210和第二电极结构220设置在衬底110上并贯穿于衬底110进行布线，第一电极结构210和第二电极结构220间隔排布。
发光元件111为半导体发光二极管(LED)，发光元件111通过导线分别于第一电极结构210和第二电极结构220电连接。虽然本发明给出的实施例中，发光元件111通过正装芯片方式连接至第一电极结构210和第二电极结构220；但是本发明构思不限于此，发光元件111还可以通过倒装芯片方式连接至第一电极结构210和第二电极结构220。发光元件111为蓝光LED，发光元件111可发射峰值波长为455nm至465nm的蓝光(定义为第一颜色光)。
封装部112由透光树脂形成，透光树脂包括环氧树脂、硅树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种或多种组合，透光树脂具有透光和混光的作用，透光树脂覆盖在衬底110的表面并包裹住发光元件111和青色荧光粉113。
在本实施例中，青色荧光粉113分散在封装部112内。青色荧光粉113为(Ba,Sr)Si2N2O2:Eu2+，青色荧光粉113受发光元件111(蓝光LED芯片)激发，将大部分蓝光转换为波长更长的青光(定义为第二颜色光)，青光和蓝光混合后形成天蓝光(定义为第三颜色光)，参见图4,第三颜色光在CIE1931色空间上，位于B1(0.15，0.15)、B2(0.17，0.158)、B3(0.177，0.212)、B4(0.15，0.2)围成的四边形区域内。
本发明光源的一种实施例的光谱能量分布图参见图3，其光谱在455nm至465nm具有峰值波长，并且480nm至500nm范围的光谱能量占总能量的15％至30％。
在其他实施例中，青色荧光粉113也可涂覆在发光元件111的表面，然后再封装在封装部112内，本发明并不限定青色荧光粉113与发光元件111的封装形态。
光源模组实施例
参见图5，图5提供了本发明的光源模组的一种实施例的结构示意图，本实施例中，光源模组400包括第一光源100、第二光源200和第三光源300，其中，第一光源100使用上述实施例的光源100。第二光源200为白光光源，第二光源200可发射3000K以上的白光。第三光源300为绿光光源，第三光源300可采用第一光源100类似的结构，将第一光源100的青色荧光粉替换成绿色荧光粉，绿色荧光粉选自(Lu,Yb,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce、Ga-Y3Al5O12:Ce、Y3(Al,Ga)5O12:Ce中的一种或多种混合，第三光源300发出峰值波长540nm至550nm的绿光。上述第二光源200可采用市面上常用的光源，无需特别定制。第一光源100、第二光源200和第三光源300混光后，可以得到Ra大于90、CCT在3500K-6500K的高MR值的白光。
参见图6，第三光源的光在CIE1931色空间上，位于G1(0.38，0.505)、G2(0.405，0.505)、G3(0.383，0.46)、G4(0.355，0.46)围成的四边形区域内；优选地，第三光源的光在CIE1931色空间上的坐标为G5(0.3761，0.4774)。
为了获得本发明的效果，本领域技术人员可在本发明的构思下进行适当调整，例如，取消第三光源，在第一光源中同时添加青色荧光粉和绿色荧光粉，通过这种方法同样可以达到本发明的目的；在不脱离本发明构思的前提下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
为了获得高Ra、高MR值的混光效果，我们设计了多种方案(见表1)。
表1
方案1的光源模组包括两颗LED光源，LED1光源为峰值波长为455nm的蓝光LED，LED2光源为峰值波长为480nm的青光LED。
方案2的光源模组包括两颗LED光源，LED1光源为峰值波长为455nm的蓝光LED和青色荧光粉b1封装而成,青色荧光粉b1受蓝光LED激发后发射峰值波长为482nm、半峰全宽为80nm的光谱。LED2光源为峰值波长为480nm的青光LED。
方案3的光源采用峰值波长为455nm的蓝光LED和青色荧光粉b1封装而成，青色荧光粉b1受蓝光LED激发后发射峰值波长为482nm、半峰全宽为80nm的光谱(第一光源100的一个具体实施例)。
PC-G的光源采用峰值波长为455nm的蓝光LED和绿色荧光粉封装而成，绿色荧光粉受蓝光LED激发后发射峰值波长为540nm、半峰全宽为110nm的光谱。(第三光源结构300的一个具体实施例)。
将方案1-3的光源/光源模组与CCT＝3000K的白光光源+PC-G进行混光，分别得到图7-9的光谱能量分布图。
测试其相关参数，分别得到表2-4的数据。
表2
表2中，L11/6500K一列的数据是指方案1的光源与白光光源+PC-G混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关数据，其他列的数据依次类推。
(480-500)％是指波长位于480nm至500nm的光的能量占比。
表3
表3中，L21/6500K一列的数据是指方案2的光源与白光光源+PC-G混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关参数，其他列的数据依次类推。
表4
表4中，L31/6500K一列的数据是指方案3的光源与白光光源+PC-G混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关参数，其他列的数据依次类推。
通过比较表2-4的Ra值可以看出：添加了青色荧光粉的方案2和方案3混光过程中能得到更大的Ra值，尤其是方案3，可见，添加了青色荧光粉的光源模组相对于青光LED更能提高混光的显色效果。虽然加入青色荧光粉后，MR值有所降低，但是仍然比常规LED高，比如现在市面上常规的6500K的LED其MR值为0.95左右，本发明的方案可以比常规LED的MR值高10％以上。
为了研究不同青色荧光粉对Ra、MR值的影响，我们设计了多个方案(见表5)。
表5
其中，方案4的光源为峰值波长为455nm的蓝光LED和青色荧光粉b1封装而成，青色荧光粉b1受蓝光LED激发后发射峰值波长为482nm、半峰全宽为80nm的光谱。
方案5的光源为峰值波长为455nm的蓝光LED和青色荧光粉b2封装而成，青色荧光粉b2受蓝光LED激发后发射峰值波长为490nm、半峰全宽为80nm的光谱。
方案6的光源为峰值波长为455nm的蓝光LED和青色荧光粉b3封装而成，青色荧光粉b3受蓝光LED激发后发射峰值波长为500nm、半峰全宽为80nm的光谱。
将方案4-6的光源分别与CCT＝3000K的白光光源进行混光，分别得到图10-12的光谱能量分布图。
测试其相关参数，分别得到表6-8的数据。
表6
表6中，L41/6500K一列的数据是指方案4的光源模组与白光光源混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关参数，其他列的数据依次类推。
表7
表7中，L51/6500K一列的数据是指方案5的光源模组与白光光源混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关参数，其他列的数据依次类推。
表8
表8中，L61/6500K一列的数据是指方案6的光源模组与白光光源混光得到CCT＝6500K的光源模组的相关参数，其他列的数据依次类推。
通过分析对比表6-8的数据可以看出：
青色荧光粉的峰值波长越大，4000K-6500K的显色性越好(Ra值越大)，但是MR值越小，尤其是方案6(添加了峰值波长为500nm的青色荧光粉)的MR值相对于方案4下降较多。
由此可以看出，在需要获得MR值优先的情况下，优选482nm的青色荧光粉搭配蓝光LED使用；在需要获得高Ra值的情况下，优选490nm的青色荧光粉搭配蓝光LED使用。
本发明还提供一种由上述光源模组得到的照明装置，该照明装置例如可以是天空灯、平板灯、智能灯带、台灯等。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光源，其特征在于，包括：
发光元件，所述发光元件发射第一颜色光，所述第一颜色光具有445nm至465nm的峰值波长；
青色荧光粉，所述青色荧光粉受所述第一颜色光激发后发出第二颜色光，所述第二颜色光具有480nm至500nm的峰值波长，70nm至90nm的半峰全宽；
封装部，所述发光元件和所述青色荧光粉位于所述封装部内，所述第一颜色光和所述第二颜色光在所述封装部内混合后形成第三颜色光，所述第三颜色光在CIE1931色空间上，位于(0.15，0.15)、(0.17，0.158)、(0.177，0.212)、(0.15，0.2)围成的四边形区域内。
2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于：
所述第三颜色光具有455nm至465nm的峰值波长，并且480nm至500nm范围的光谱能量占总能量的15％至30％。
3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于：
所述第二颜色光的峰值波长为482nm。
4.一种光源模组，其特征在于，包括：
第一光源，所述第一光源使用如权利要求1至3任一项所述的光源；
第二光源，所述第二光源为相关色温3000K及以上的白光光源；
第三光源，所述第三光源发出峰值波长540nm至550nm的绿光，所述第三光源的光在CIE1931色空间上，位于(0.38，0.505)、(0.405，0.505)、(0.383，0.46)、(0.355，0.46)围成的四边形区域内；
所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源混光后得到第四颜色光，所述第四颜色光的平均显色指数大于90。
5.根据权利要求4所述的光源模组，其特征在于：
所述第二光源为相关色温3000K、平均显色指数大于90的白光光源。
6.根据权利要求4所述的光源模组，其特征在于：
所述第三光源的光在CIE1931色空间上的坐标为x＝0.3761，y＝0.4774。
7.根据权利要求4所述的光源模组，其特征在于：
所述第四颜色光为相关色温在3500K至6500K的白光。
8.根据权利要求7所述的光源模组，其特征在于：
所述第四颜色光当相关色温6500K时，其黑视素比大于1.1。
9.根据权利要求7所述的光源模组，其特征在于：
所述第四颜色光当相关色温5700K时，其黑视素比大于1。
10.照明装置，其特征在于：
包括权利要求4至9任一项所述的光源模组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311488589.XA CN117387026A (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 光源、光源模组及照明装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311488589.XA CN117387026A (zh) | 2023-11-09 | 2023-11-09 | 光源、光源模组及照明装置 |
Publications (1)
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| CN117387026A true CN117387026A (zh) | 2024-01-12 |
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Family Applications (1)
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- 2023-11-09 CN CN202311488589.XA patent/CN117387026A/zh active Pending
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