CN206708776U - 一种光源模组及包括该光源模组的照明装置 - Google Patents

Abstract

一种光源模组和使用所述光源模组的照明装置，通过调整光源模组所发出照射光中蓝光、红光和绿光的峰值波长、峰值强度和色坐标至预设范围内，使得光源模组所发出照射光具有特定的光谱分布，不仅考虑了颜色理论对照明效果的评价，还考虑光谱对实际照明效果的影响，同时考虑了发光材料对光谱影响，得到了一种被照物喜好性高和鲜艳度高的，高显色指数和高色域指数，与陶瓷金卤灯比较，效果相近的光源。

Description

一种光源模组及包括该光源模组的照明装置

技术领域

本实用新型涉及一种光源模组及包括该光源模组的照明装置。

背景技术

随着第三次照明技术革命的到来和发展，LED照明器具被广泛的使用，而人们对LED照明的光品质也越来越高。一直以来，对于光品质的研究都集中在CRI这单一指标上，并未有更深层次的研究。

然而，照明界发现CRI Ra对LED光源的显色评价与视觉感受不相符合；而且对色彩饱和度较高的环境，CRI数值也往往与人的视觉感受不相符合。[2007年CIE的报告也中指出CRI Ra不适宜用来评价LED光源的显色性。]CIE及IES等组织相继推出了GAI、CQS等光源显色能力评价方法，以补充CRI的不足。北美照明学会（IES）在2015年5月18日正式发布了对于光源显色能力的新的评价方法——IES TM-30-15 IES Method for Evaluating LightSource Color Rendition。各家芯片封装厂商与应用厂商也纷纷推出除CRI指标外，更高GAI指标、更高CQS指数，或更好的TM30-15指数的产品，但具体指标与产品的视觉表现之间关系仍有待验证。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，针对CRI、GAI、CQS、TM30-15等指标，寻求一种鲜艳度更高的LED光源。

本实用新型为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种光源模组，其特征在于，包括：

蓝光发生部，用于发出蓝光；

绿光发生部，用于发出绿光；

红光发生部，用于发出红光；

所述蓝光的峰值波长在430~470nm范围内, 发射光谱的半宽度在15~35nm范围内；

所述红光的峰值波长在620~660nm范围内，发射光谱的半宽度在70~105nm范围内，所述蓝光的峰值强度为所述红光的峰值强度的40%~60%；

所述绿光在510~580nm范围内光谱以5nm为一个测量区间，相邻5nm波长宽度内的光谱强度相对差小于15%；

所述光源模组所发出照射光符合CIE1931色坐标系中的如下条件：

横坐标X在0.410~0.450范围内；所述纵坐标Y在0.375~0.415范围内。

进一步的，所述光源模组所发出的光还满足如下条件：在同一波长下，所述光源模组发光光谱其相邻波长光谱强度的变化率A1(λ)，和所述光源模组色温相同的普朗克黑体辐射热辐射光谱的相邻波长光谱强度的变化率A2(λ)之间的差值A (λ)在[-3.0,3.0]区间内。

进一步的，所述A (λ)在[-1.5,1.5]区间内。

进一步的，所述红光的发射光谱的半宽度在70~85nm或95~105nm范围内。

进一步的，所述蓝光发生部为蓝光LED芯片。

进一步的，所述绿光发生部包含吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出绿光的绿光荧光体。

进一步的，所述红光发生部包含吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出红光的红光荧光体。

进一步的，所述蓝光发生部、绿光发生部、红光发生部封装成为一体，其中蓝光发生部为蓝光LED，绿光发生部为吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出绿光的绿光荧光体，红光发生部为吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出红光的红光荧光体。

进一步的，所述绿光荧光体为铝酸盐体系，或者硅酸盐体系，或者氮化物体系，或者氮氧化物体系，或以上任意两种的组合。

进一步的，所述红光荧光体为氮化物体系，或硅酸盐体系，或为以上两者的组合。

进一步的，横坐标X在0.420~0.440范围内；所述纵坐标Y在0.385~0.405范围内。

进一步的，横坐标X在0.425~0.435范围内；所述纵坐标Y在0.390~0.400范围内。

进一步的，所述光源模组所发出的光的色温在2500K~3600K这一范围内。

进一步的，所述光源模组所发出的光的显色性参数CRI 大于90。

进一步的，所述光源模组所发出的光的显色指数Rf大于90。

进一步的，所述光源模组所发出的光的显色指数R9大于70。

进一步的，所述光源模组所发出的光的色域指数Rg大于100。

本实用新型还提供一种照明装置，其特征在于，包括：

如上所述的光源模组；

电源模组，连接所述光源模组，为所述光源模组提供工作所需电力。

进一步的，所述照明装置还包括控制器，所述控制器连接所述光源模组，用于调整所述光源模组所发出照射光。

本实用新型所提供的光源模组具有特定的光谱分布，不仅考虑了颜色理论对照明效果的评价，还考虑光谱对实际照明效果的影响，同时考虑了发光材料对光谱影响，得到了一种被照物喜好性高和鲜艳度高的，高显色指数和高色域指数，与陶瓷金卤灯比较，效果相近的光源。

附图说明

图1是本实用新型照明装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的相对光谱能量分布图；

图3是本实用新型实施例1中A（λ）的分布图；

图4是本实用新型实施例2的相对光谱能量分布图；

图5是本实用新型实施例2中A（λ）的分布图；

图6是本实用新型实施例3的相对光谱能量分布图；

图7是本实用新型实施例3中A（λ）的分布图；

图8是本实用新型实施例4的相对光谱能量分布图；

图9是本实用新型实施例4中A（λ）的分布图；

图10是本实用新型实施例5的相对光谱能量分布图；

图11是本实用新型实施例5中A（λ）的分布图；

图12是本实用新型实施1~6的CIE1931色坐标图；

图13是本实用新型光源模组的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种光源模组及照明装置作进一步详细的说明。

本实用新型提供的光源模组是色温在2500K~3600K之间的暖白光源，其可应用于如图1所示照明灯具101中用以日常照明。照明灯具101包括电源驱动器（未图示）和控制器102、散热装置103、照明模组104和灯罩105等。控制器可用于调整照明模组104的光色及光强，而灯罩105在其他实施例中可以根据灯具的设计替换成为其他光学元件，如透镜、扩散元件、光导等，其中也可以不包括散热器。其中光源模组104包括输出蓝色光成分的蓝光发生部、输出黄绿色光成分的绿色光发生部、输出红色光成分的红光发生部。

光源模组104中的这些不同色光的发光部可以是LED芯片或者是可以将光的波长进行转换的荧光体材料，或者为LED芯片和荧光体材料的组合，荧光体材料可以根据发出的光色不同选择不同体系的荧光粉。对于蓝光发生部，可以采用单色LED芯片，这里所指的单色LED芯片是指由半导体材料直接激发发光，不带有荧光体的LED芯片，另外蓝光发生部也可以采用LED芯片配合荧光体的模式，即蓝光发生部包含吸收半导体发光元件（LED芯片）所发出的光并通过波长转换而发出蓝光的蓝光荧光体，这里的半导体发光元件可以为发出紫外光的单色LED芯片。红光发生部与蓝光发生部类似，其可以采用单色的LED芯片，不过在一个优选的方案中红光发生部包含吸收半导体发光元件所发出的光并通过波长转换而发出红光的红光荧光体。而绿光发生部包括吸收半导体发光元件所发出的光并通过波长转换而发出绿光的绿光荧光体，绿光荧光体的种类包括铝酸盐体系，如YAG，Ga-YAG，Lu-AG，TbAG等，或者为硅酸盐体系、氮化物体系、氮氧化物体系灯。绿光发生部可以由一种荧光体激发产生绿光，也可以采用两种以上荧光体组合，甚至可以由多种峰值波长的荧光体组合而成，当由多种荧光体组合时，这些荧光体并不限定在一个元器件中，例如可以是两个白光LED中的不同的绿光荧光体，由他们产生的光谱叠加获得我们需要的510-580nm间的光谱强度。这种荧光体的组合并不局限于绿光发生部，当蓝光发生部、红光发生部包含荧光体时，也可以采用多种成分的荧光体，并且这些荧光体可以分布在不同的器件中。需要说明的是，在这里红光发生部及绿光发生部仅是为了说明本实用新型而采用的一种描述，就如红光荧光体的发射带宽较宽的必定有部分能量在绿光区域，这个时候我们可以理解为红光荧光体部分实现了红光发生部的功能，部分为绿光发射作贡献，即绿光发生部是由绿光荧光体和红光荧光体组成的。

通过不同发生部的特定比例设计，结合视觉实验的数据，我们最终确定了光源模组104的设计方案，如图13所示，其中蓝光发生部1041为蓝光LED，绿光发生部1042为绿光荧光粉，红光发生部1043为红光荧光粉，光源模组104为封装而成的白光LED芯片，其形成一种白色的光谱，色温在2500K~3600K之间，光谱的显色性参数CRI、R9、Rf和色域指数Rg等都有较高的值。对应于蓝光发生部、红光发生部、绿光发生部光源模组104的光谱分布具有较明显的两个光谱发射峰，第一个发射峰波长位置在430~470nm，由蓝光发生部产生，发射光谱的半宽度15~35nm。由绿光发生部产生绿光形成发光区域分布在在510~580nm，绿光光谱分布平缓, 以5nm为一个测量区间，相邻5nm波长宽度内的光谱强度相对差小于15%。第二个发射峰波长位置在620~660nm，由蓝光激发红色荧光粉产生，第二峰的光谱强度为整个光谱中的最大值。蓝光即第一峰的峰值强度为红光即第二峰的峰值强度的40%~60%。红色荧光粉的发射光谱的半宽度在70~105nm这一区间内，在具体实施例中，本实用新型大部分红色荧光体的半宽度均落在70~85nm、95~105nm这两个范围内，因此这两段值是更为优选的。

作为本实用新型的一个特征，在波长相同的情况下，我们以A1(λ)表示光源模组104的发光光谱其相邻波长光谱强度的变化率，以A2(λ)表示和光源模组104色温相同的普朗克黑体辐射热辐射光谱的相邻波长光谱强度的变化率，A1(λ)和A2(λ)之间的差值A (λ)在[-3.0,3.0]区间内，即-3.0≤A1(λ)- A2(λ)≤3.0，在更为优选的实施方式中-1.5≤A1(λ)- A2(λ)≤1.5。

在我们这里所述的相邻是以5nm为一个计算区间的，即在计算相邻波长光谱强度的变化率时，我们以5nm为间隔来进行计算，关于A1(λ)和A2(λ)的具体运算公式如下：

；

；

其中：P(λ)为所述光源模组的发光光谱，R(λ)为和所述光源模组具有相同色温的热辐射体在可见光区间内的发光光谱，V(λ)是明视觉光谱光视效率函数。

热辐射光谱按普朗克黑体辐射公式计算得到，计算公式如下：

R(λ)=A/(exp(B)-1)；

A=(2*h*c*c)/ λ^{^5}；

B=(h*c)/(λ*k*CCT)；

CCT是光谱色温值，h为普朗克常数6.626E-34焦耳*秒，c为光速3.000E8 m/s，k是波耳兹曼常数系数1.38065E-23 kg*s^-2*K^-1。

光源模组104的这种光色的色坐标范围在x=0.410~0.450,y=0.375~0.415；优选的色坐标范围在x=0.420~0.440,y=0.385~0.405；最优选的范围在x=0.425~0.435，y=0.390~0.400。这种光谱的显色性参数CRI、Rf均不小于90.0，R9不小于70.0，色域指数Rg不小于100.0。

以下我们介绍光源模组104的几个较佳的实施例。

实施例1，在光源模组104上设置有峰值波长为450±5nm的蓝光LED芯片作为蓝光发生部、可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为红光的红光荧光体作为红光发生部，以及可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为绿光的绿光荧光体作为绿光发生部。在本实施例中蓝光LED芯片即作为蓝光发生部，又是红光发生部、绿光发生部的激发光源。图2为实施例1的相对光谱能量分布图，蓝光LED芯片发出的蓝光能量在图中形成第一峰的发光峰值波长位于450nm，半宽度FWHM为21.8±5nm（其中21.8为一个光源模组的测得值，在实际生产中同批次中每一个光源模组半宽度实测值可能都会稍有偏差，因此会有一个正负区间，后续数值同理）。绿光荧光体将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为绿光，在510~580nm区间内，以5nm为一个测量区间，相邻两个同波长宽带的光谱强度相对百分值差的最大值是0.11。红光荧光体（本实施例中为氮化物荧光粉）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为红光，在图2中形成第二峰，发光峰值波长位于635nm，半宽度FWHM为83.2±5nm，第一峰的峰值强度约为第二峰值强度的47.6%。实施例1的A (λ)分布如图3所示，，其中A(λ)=A1(λ)- A2(λ)，从图中可见A(λ)的值在-0.78~0.85之间。实施1的色坐标为x=0.4337,y=0.3919,色温2964K，显色指数CRI=95.6，R9=95.8,Rf=93.4,色域指数Rg=105.6。

实施例2，在光源模组104上设置有峰值波长为455±5nm的蓝光LED芯片作为蓝光发生部、可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为红光的红光荧光体作为红光发生部，以及可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为绿光的绿光荧光体作为绿光发生部。在本实施例中蓝光LED芯片即作为蓝光发生部，又是红光发生部、绿光发生部的激发光源。图4为实施例2的相对光谱能量分布图，蓝光LED芯片发出的蓝光能量在图中形成第一峰的发光峰值波长位于455nm，半宽度FWHM为22.3±5nm。绿光荧光体（本实施例中为铝酸盐体系中的Ga-YAG）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为绿光，在510~580nm区间内，以5nm为一个测量区间，相邻两个同波长宽带的光谱强度相对百分值差的最大值是0.09。红光荧光体（本实施例中为氮化物荧光粉）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为红光，在图4中形成第二峰，发光峰值波长位于635nm，半宽度FWHM为80.0±5nm，第一峰的峰值强度约为第二峰值强度的51.6%。实施例2的A (λ)分布如图5所示，其中A(λ)=A1(λ)- A2(λ)，从图中可见A(λ)的值在-1.16~1.40之间。实施2的色坐标为x=0.4438,y=0.3835,色温2728K，显色指数CRI=90.3，R9=80.9,Rf=91.6,色域指数Rg=107.2。

实施例3，在光源模组104上设置有峰值波长为450±5nm的蓝光LED芯片作为蓝光发生部、可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为红光的红光荧光体作为红光发生部，以及可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为绿光的绿光荧光体作为绿光发生部。在本实施例中蓝光LED芯片即作为蓝光发生部，又是红光发生部、绿光发生部的激发光源。图6为实施例3的相对光谱能量分布图，蓝光LED芯片发出的蓝光能量在图中形成第一峰的发光峰值波长位于450nm，半宽度FWHM为21.8±5nm。绿光荧光体（本实施例中为铝酸盐体系中的Lu-AG）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为绿光，在510~580nm区间内，以5nm为一个测量区间，相邻两个同波长宽带的光谱强度相对百分值差的最大值是0.08。红光荧光体（本实施例中为氮化物荧光粉）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为红光，在图6中形成第二峰，发光峰值波长位于635nm，半宽度FWHM为80.6±5nm，第一峰的峰值强度约为第二峰值强度的52.1%。实施例3的A (λ)分布如图7所示，其中A(λ)=A1(λ)- A2(λ)，从图中可见A(λ)的值在-1.11~1.15之间。实施3的色坐标为x=0.4348,y=0.4014,色温3014K，显色指数CRI=96.6，R9=97.5,Rf=95.5,色域指数Rg=103.0。

实施例4，在光源模组104上设置有峰值波长为45,0±5nm的蓝光LED芯片作为蓝光发生部、可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为红光的红光荧光体作为红光发生部，以及可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为绿光的绿光荧光体作为绿光发生部。在本实施例中蓝光LED芯片即作为蓝光发生部，又是红光发生部、绿光发生部的激发光源。图8为实施例4的相对光谱能量分布图，蓝光LED芯片发出的蓝光能量在图中形成第一峰的发光峰值波长位于450nm，半宽度FWHM为21.8±5nm。绿光荧光体（本实施例中为铝酸盐体系中的Ga-YAG）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为绿光，在510~580nm区间内，以5nm为一个测量区间，相邻两个同波长宽带的光谱强度相对百分值差的最大值是0.06。红光荧光体（本实施例中为氮化物荧光粉）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为红光，在图8中形成第二峰，发光峰值波长位于640nm，半宽度FWHM为96.4±5nm，第一峰的峰值强度约为第二峰值强度的50.3%。实施例4的A (λ)分布如图9所示，其中A(λ)=A1(λ)- A2(λ)，从图中可见A(λ)的值在-1.06~1.10之间。实施4的色坐标为x=0.4325,y=0.4045,色温3080K，显色指数CRI=97.3，R9=97.0,Rf=95.5,色域指数Rg=103.0。

实施例5，在光源模组104上设置有峰值波长为450±5nm的蓝光LED芯片作为蓝光发生部、可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为红光的红光荧光体作为红光发生部，以及可以将部分蓝光发生部发出的蓝光转换为绿光的绿光荧光体作为绿光发生部。在本实施例中蓝光LED芯片即作为蓝光发生部，又是红光发生部、绿光发生部的激发光源。图10为实施例5的相对光谱能量分布图，蓝光LED芯片发出的蓝光能量在图中形成第一峰的发光峰值波长位于450nm，半宽度FWHM为21.8±5nm。绿光荧光体将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为绿光，在510~580nm区间内，以5nm为一个测量区间，相邻两个同波长宽带的光谱强度相对百分值差的最大值是0.06。红光荧光体（本实施例中为氮化物荧光粉）将蓝光LED芯片发出的部分蓝光转化为红光，在图10中形成第二峰，发光峰值波长位于635nm，半宽度FWHM为80.0±5nm，第一峰的峰值强度约为第二峰值强度的52.1%。实施例5的A (λ)分布如图11所示，，其中A(λ)=A1(λ)- A2(λ)，从图中可见A(λ)的值在-0.71~0.93之间。实施,5的色坐标为x=0.4194,y=0.3840,色温3163K，显色指数CRI=92.4，R9=78.9, Rf=93.8,色域指数Rg=104.8。

本实用新型光源模组的光色为标准白光，其Duv在正负5之间。图12显示了实施例1~5中各光源模组104在在CIE1931色坐标中的光色坐标值，可以发现这些点均落在x=0.410~0.450,y=0.375~0.415这一坐标范围内。其中我们发现实施例1、实施例3、实施例4效果较佳，其色坐标范围在x=0.420~0.440,y=0.385~0.405。而最佳的范围为x=0.425~0.435，y=0.390~0.400，实施例1即在该范围内。

上文对本实用新型优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本实用新型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实用新型的范围之内。

Claims (19)

1.一种光源模组，其特征在于，包括：

蓝光发生部，用于发出蓝光；

绿光发生部，用于发出绿光；

红光发生部，用于发出红光；

所述蓝光的峰值波长在430~470nm范围内, 发射光谱的半宽度在15~35nm范围内；

所述红光的峰值波长在620~660nm范围内，发射光谱的半宽度在70~105nm范围内，所述蓝光的峰值强度为所述红光的峰值强度的40%~60%；

所述绿光在510~580nm范围内光谱以5nm为一个测量区间，相邻5nm波长宽度内的光谱强度相对差小于15%；

所述光源模组所发出照射光符合CIE1931色坐标系中的如下条件：

横坐标X在0.410~0.450范围内；所述纵坐标Y在0.375~0.415范围内。

2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光还满足如下条件：在同一波长下，所述光源模组发光光谱其相邻波长光谱强度的变化率A1(λ)，和所述光源模组色温相同的普朗克黑体辐射热辐射光谱的相邻波长光谱强度的变化率A2(λ)之间的差值A (λ)在[-3.0,3.0]区间内。

3.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述A (λ)在[-1.5,1.5]区间内。

4.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述红光的发射光谱的半宽度在70~85nm或95~105nm范围内。

5.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述蓝光发生部为蓝光LED芯片。

6.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述绿光发生部包含吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出绿光的绿光荧光体。

7.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述红光发生部包含吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出红光的红光荧光体。

8.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述蓝光发生部、绿光发生部、红光发生部封装成为一体，其中蓝光发生部为蓝光LED，绿光发生部为吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出绿光的绿光荧光体，红光发生部为吸收所述蓝光发生部所发出的光并通过波长转换而发出红光的红光荧光体。

9.如权利要求6或8所述的光源模组，其特征在于，所述绿光荧光体为铝酸盐体系，或者硅酸盐体系，或者氮化物体系，或者氮氧化物体系。

10.如权利要求7或8所述的光源模组，其特征在于，所述红光荧光体为氮化物体系，或硅酸盐体系。

11.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，横坐标X在0.420~0.440范围内；所述纵坐标Y在0.385~0.405范围内。

12.如权利要求11所述的光源模组，其特征在于，横坐标X在0.425~0.435范围内；所述纵坐标Y在0.390~0.400范围内。

13.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光的色温在2500K~3600K这一范围内。

14.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光的显色性参数CRI 大于90。

15.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光的显色指数Rf大于90。

16.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光的显色指数R9大于70。

17.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述光源模组所发出的光的色域指数Rg大于100。

18.一种照明装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至17中任意一项所述的光源模组；

电源模组，连接所述光源模组，为所述光源模组提供工作所需电力。

19.如权利要求18所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置还包括控制器，所述控制器连接所述光源模组，用于调整所述光源模组所发出照射光。