CN209415068U - 发光装置及舞台灯系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种发光装置及舞台灯系统。该发光装置包括第一LED阵列、第二LED阵列、第三LED阵列和合光组件，第一LED阵列包括蓝光LED和青光LED，蓝光LED及青光LED分别用于发射蓝光和青光；第二LED阵列包括绿光LED，绿光LED用于发出绿光；第三LED阵列包括红光LED，红光LED用于发出红光；合光组件用于接收蓝光、青光、绿光和所述红光，以发出白光。通过将青光LED与蓝光LED同时设置在第一LED阵列中，增加了发光装置的基色光源，本申请提供的发光装置能够提供拥有更宽色域和更高显色性的白光。

Description

发光装置及舞台灯系统
技术领域
本申请涉及照明技术领域，特别是涉及一种发光装置及舞台灯系统。
背景技术
随着近几年半导体固体光源的飞速发展以及困扰全球的能源紧张，全球气候变暖等问题，半导体LED光源以其节能，环保，亮度及色温可控等优点，已在各行各业上已广泛应用，大有取代传统光源的优势。相信在不久的将来，随着LED的成本的降低及光效率的提高，半导体LED 光源会全面的取代传统光源。
但现有的发光装置利用多种LED发出的白光光谱色域窄、显色性较低，给半导体LED光源在发光装置上的应用带来了新的挑战。
实用新型内容
本申请提供一种发光装置及舞台灯系统，以解决发光装置的光谱色域窄、显色性较低的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种发光装置。该发光装置包括第一LED阵列、第二LED阵列、第三LED阵列和合光组件，第一LED阵列包括蓝光LED和青光LED，蓝光LED 及青光LED分别用于发射蓝光和青光；第二LED阵列包括绿光LED，绿光LED用于发出绿光；第三LED阵列包括红光LED，红光LED用于发出红光；合光组件用于接收蓝光、青光、绿光和所述红光，以发出白光。
在一具体实施例中，所述合光组件包括第一双色镜和第二双色镜，所述蓝光、所述青光在所述第一双色镜上发生反射，并可从所述第二双色镜透射而出，所述绿光依次从所述第一双色镜和所述第二双色镜透射而出，所述红光在所述第二双色镜发生反射，并可从所述第一双色镜透射而出，所述蓝光、所述青光、所述绿光和所述红光经上述光学现象后沿同一方向合成白光出射。
在一具体实施例中，所述第一双色镜的截止波长λ1在500nm至 520nm之间，所述第二双色镜的截止波长λ2在560nm至590nm之间；
其中，所述第一双色镜具有反射小于等于截止波长λ1的光而透射大于截止波长λ1的光的光学性质；所述第二双色镜具有透射小于等于截止波长λ2的光而反射大于截止波长λ2的光的光学性质。
在一具体实施例中，所述第一LED阵列、第二LED阵列和第三LED 阵列依次彼此垂直设置，所述第一LED阵列和所述第三LED阵列位于所述第二LED阵列的同一侧，所述第一双色镜沿所述第一LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置，所述第二双色镜沿所述第三 LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置；或者
所述第一LED阵列与所述第三LED阵列共线设置，并与所述第二 LED阵列垂直设置，所述第一双色镜与所述第二双色镜平行设置，且所述第一双色镜沿所述第一LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置；
所述发光装置还包括复眼透镜和聚光镜，所述白光经所述复眼透镜均匀化处理后入射到所述聚光镜，所述聚光镜用于将所述白光投射出。
在一具体实施例中，所述青光LED包括发光本体和青光转换层，所述青光转换层用于将所述发光本体发出的光线转换成青光。
在一具体实施例中，所述发光本体为蓝色发光体或紫色发光体。
在一具体实施例中，所述蓝光LED与所述青光LED按设定比例排布。
在一具体实施例中，所述绿光LED包括绿光转换层、蓝色发光体或紫色发光体，所述绿光转换层用于将所述蓝色发光体或所述紫色发光体发出的光线转换成绿光。
在一具体实施例中，所述第一LED阵列还包括深蓝光LED，所述第二LED阵列还包括黄光LED，所述第三LED阵列还包括琥珀光LED 和橙光LED，所述合光组件还用于接收深蓝色光、黄光、琥珀光和橙光，并与所述蓝光、所述青光、所述绿光和所述红光沿同一方向合成白光出射。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种舞台灯系统。该舞台灯系统包括如上述的发光装置。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请公开了一种发光装置及舞台灯系统。通过将青光LED与蓝光LED同时设置在第一 LED阵列中，增加了发光装置的基色光源，进而发光装置发出的白光具有更加连续和更宽的光谱色域，进而发出的白光具有更高的显色性，即发光装置能够提供拥有更宽色域和更高显色性的白光。
附图说明
为了更清楚地说明实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本申请提供的发光装置一实施例的结构示意图；
图2是本申请提供的发光装置另一实施例的结构示意图；
图3是图1或图2中青光LED的结构示意图；
图4是图1或图2中第一LED阵列的结构示意图；
图5是各颜色光在截止波长下的透过率的关系示意图；
图6是发光装置在各波段的相对发光强度的关系示意图；
图7是本申请提供的舞台灯系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动情况下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1，图1是本申请提供的发光装置一实施例的结构示意图。
该发光装置100包括第一LED阵列10、第二LED阵列20、第三 LED阵列30和合光组件40，第一LED阵列10、第二LED阵列20和第三LED阵列30发出的光线经合光组件40合成白光出射。
第一LED阵列10包括蓝光LED11和青光LED12，蓝光LED11及青色LED12分别用于发射蓝光和青光。
第二LED阵列20包括绿光LED21，绿光LED21用于发出绿光。
第三LED阵列30包括红光LED31，红光LED31用于发出红光。
合光组件40用于接收蓝光、青光、绿光和红光，以发出白光。
其中，蓝光LED11的主波长在460nm至490nm之间，青光LED12 的主波长在490nm至515nm之间，绿光LED21的主波长在520nm至 550nm之间，红光LED31的主波长在720nm至770nm之间。
相比于拥有三基色的发光装置100，本申请提供的发光装置100拥有四种基色，即本申请将青光LED12与蓝光LED11同时设置在第一LED 阵列10中，增加了发光装置100的基色光源，进而发光装置100发出的白光具有更加连续和更宽的光谱色域，且发出的白光具有更高的显色性，即发光装置100能够提供拥有更宽色域和更高显色性的白光。
在将青光LED12与绿光LED21同时放置在第二LED阵列20上时，青光LED12会占用部分绿光LED21的颗粒数，又由于绿光为所有颜色光中光通量输出及效率最高的颜色光，进而会导致发光装置100整体输出白光的光通量降低。
相对于青光LED12与绿光LED21同时放置在第二LED阵列20上，本申请将青光LED12与蓝光LED11同时设置在第一LED阵列10中，使得第二LED阵列20上全部设置为绿光LED21，而绿光为所有颜色光中光通量输出及效率最高的颜色光，进而能够提高发光装置100整体输出白光的光通量。
可选地，青光LED12包括青色发光体，该青色发光体辐射出青光。
可选地，参阅图3，青光LED12包括发光本体120和青光转换层121，青光转换层121用于将发光本体120发出的光线转换成青光。例如，发光本体120为蓝色发光体或紫色发光体。蓝色发光体发出的蓝光或紫色发光体发出紫光，该蓝光或紫光激发青光转换层121通过波长转换的方式发出青光。
到目前为止，蓝色发光体、紫色发光体通过青光转换层121获得青光的效率要优于青色发光体辐射出青光的效率，且蓝色发光体、紫色发光体的可靠性比青色发光体的高，蓝色发光体、紫色发光体单位面积上的驱动电流更大，其单位面积上能够输出更高的光通量，进而能够提高发光装置100整体的光通量。
为进一步提高发光装置100的光通量，本实施例中，绿光LED21 包括绿光转换层、蓝色发光体或紫色发光体，绿光转换层用于将蓝色发光体或紫色发光体发出的光线转换成绿光。
其主要基于以下三点考虑：1、绿色发光体的发光效率要远低于蓝色发光体和紫色发光体的发光效率；2、且绿色发光体的可靠性也不及蓝色发光体和紫色发光体；3、绿色发光体单位面上的驱动电流也小于蓝色发光体和紫色发光体上单位面积的驱动电流。
进而本申请采用波长转换的方式发出绿光及在第二LED阵列20上全部设置绿光LED21，可以提高绿光的亮度成分及较宽光谱的绿光，以提高发光装置100发出白光光通量的大小及优化白光的显色性。
可选地，蓝色发光体为蓝光芯片，紫色发光体为紫光芯片。
可选地，绿光LED21包括绿色发光体，该绿色发光体可以辐射出绿光。
为进一步拓宽发光装置100发出的白光的色域和提高显色性，第一 LED阵列10还包括深蓝光LED，第二LED阵列20还包括黄光LED，第三LED阵列30还包括琥珀光LED和橙光LED，合光组件40还用于接收该深蓝色光、黄光、琥珀光和橙光，并与蓝光、青光、绿光和红光沿同一方向合成白光出射。
可选地，第一LED阵列10还包括深蓝光LED，而第二LED阵列 20和第三LED阵列30保持不变。或者，第二LED阵列20还包括黄光 LED，而第一LED阵列10和第三LED阵列30保持不变。或者，第三 LED阵列30还包括琥珀光LED和橙光LED，而第一LED阵列10和第二LED阵列20保持不变。
蓝光LED11与青光LED12按设定比例排布。该设定比例可以是蓝光LED11的颗粒数与青光LED12的颗粒数的比例，也可以是蓝光LED11 的发光功率与青光LED12的发光功率的比例，还可以是蓝光LED11与青光LED12的流明比例。
参阅图4，本实施例中，设定比例采用蓝光LED11的发光功率与青光LED12的发光功率的比例。例如，第一LED阵列10的整体功率为 10瓦，可以将蓝光LED11的功率和青光LED12的功率均设定为5瓦。例如，蓝光LED11与青光LED12间隔排列，即将蓝光LED11设于第一 LED阵列10的中部，而青光LED12围绕蓝光LED11的外围设置，且蓝光LED11与青光LED12按发光功率的比例1:1排布。蓝光LED11与青光LED12按发光功率的比例还可以是其他值，例如5:6、4:3等，本申请对此不作限制。
可选地，蓝光LED11与青光LED12按灯珠的颗粒数设置比例，且蓝光LED11与青光LED12成行或成列交错排布，或者蓝光LED11与青光LED12的灯珠之间交错排布。
在发光装置应用于舞台灯等场合时，往往即需要保证LED阵列中各颜色光的LED颗粒不能过少。因此，当LED阵列包括两种及以上的颜色的LED颗粒，该LED阵列中不同颜色LED应保持一定的比例:同一 LED阵列中一种颜色光的流明数不能大于另一颜色光的3倍。当不同颜色光的LED颗粒的规格相同，可以认为上述比例可以用LED的颗粒数代替。当然，对单色光投影没有要求时，可以不对同一LED阵列中不同颜色光的流明比例进行要求。
具体地，合光组件40包括第一双色镜41和第二双色镜42，蓝光、青光在第一双色镜41上发生反射，并可从第二双色镜42透射而出；绿光依次从第一双色镜41和第二双色镜42透射而出；红光在第二双色镜 42发生反射，并可从第一双色镜41透射而出，蓝光、青光、绿光和红光经上述光学现象后沿同一方向合成白光出射。
参阅图5，具体地，第一双色镜41的截止波长λ1在500nm至520nm 之间，第二双色镜42的截止波长λ2在560nm至590nm之间。例如第一双色镜41的截止波长λ1为510nm、515nm或520nm，第二双色镜42的截止波长λ2为570nm、580nm或590nm。
其中，第一双色镜41具有反射小于等于截止波长λ1的光而透射大于截止波长λ1的光的光学性质。第二双色镜42具有透射小于等于截止波长λ2的光而反射大于截止波长λ2的光的光学性质。
从图5中可以看出，截止波长λ1、λ2设置在任何位置都要将至少一种颜色光的光谱分隔成两部分，合光组件40在对三个LED阵列的出射光的合光过程中必然造成光损失。因此，不同的截止波长λ1、λ2的选择会改变合光组件40出射的混合白光的光谱。
为了减少光损失，经试验发现，截止波长λ1应位于青光光谱与绿光光谱曲线的交点附近，截止波长λ2应位于红光光谱与绿光光谱曲线的交点附近。当截止波长λ1、λ2偏离上述交点越远，损失的光就越多。而截止波长λ1设置在500nm至520nm之间，截止波长λ2设置在560nm至 590nm之间，此时经合光组件40的出射的光线损失较少，且合成的白光的显色性也较高。
例如，截止波长λ1为510nm，截止波长λ2为580nm。
参阅图6，为发光装置100中无青光、绿光通道放置青光或蓝光通道放置青光所对应的白光光谱曲线，由图可知，当发光装置100中无青光时，即不包括青光LED或可激发的青色荧光，此时发光装置100出射的白光光谱中，蓝光占比较多，红光占比较少，显色性较差，特别是在460nm-510nm波长段的青光缺少较多，严重影响发光装置100的显色性。发光装置100中绿光通道放置青光出射的白光光谱曲线与无青光的情况类似，主要还是蓝光占比较多，红光占比较少及460nm-510nm 波长段的青光缺少较严重，影响发光装置100的显色性。当发光装置 100中蓝光通道放置青光时，从图中可以看出，在第一LED阵列10 上设置青光LED12的发光装置100其在青光波段460nm至510nm的光谱连续性较好，即发光装置100在青光460nm-510nm段的光损失较少，可以提升整个发光装置在460nm-510nm段的青光色域的表现，另外蓝光通道放置青光时的白光曲线中蓝光占比较少、红光占比较多，大幅提升发光装置的显色性。
此时，蓝光、青光中波长小于等于λ1的波段被第一双色镜41反射，波长大于λ1的波段被第一双色镜41透射，而蓝光、青光的全部波段会被第二双色镜42透射；绿光会被第一双色镜41、第二双色镜42透射；红光中波长大于等于λ2的波段被第二双色镜42反射，波长小于λ2的波段被第二双色镜42透射，红光的全部波段可以被第一双色镜42透射。这样，合光组件40将蓝光、青光、绿光和红光混合成白光出射。
各颜色光经合光组件40混合成白光出射，在确定第一双色镜41、第二双色镜42的光学性质、各个阵列中LED种类及其数量后，可以通过调节LED颗粒的电流来实现出射不同色温的白光。
而在一种实施方式中，青光LED12、绿光LED21及红光LED31均采用蓝光发光体或紫光发光体与相应的颜色光转换层的方式，以出射青光、绿光和红光。而由于蓝光发光体或紫光发光体单位面积上的去多功能电流的调整范围较大，进而发光装置100可实现调节出射较宽色温的白光。
参阅图1，在一实施方式中，第一LED阵列10、第二LED阵列20 和第三LED阵列30依次彼此垂直设置，第一LED阵列10和第三LED 阵列30位于第二LED阵列20的同一侧，第一双色镜41沿第一LED阵列10与第二LED阵列20夹角的角平分线设置，第二双色镜42沿第三 LED阵列30与第二LED阵列20夹角的角平分线设置。
青光、蓝光在第一双色镜41上发生反射，再从第二双色镜42透射出；或者，青光、蓝光先经第二双色镜42投射至第一双色镜41，再由第一双色镜41反射。绿光依次从第一双色镜41和第二双色镜42透射而出。红光在第二双色镜42上发生反射，再从第一双色镜41投射出；或者，红光先经第一双色镜41投射至第二双色镜42，再由第二双色镜 41反射。进而，蓝光、青光、绿光和红光最后均沿同一方向合成白光出射。
参阅图2，在另一实施方式中，第一LED阵列10与第三LED阵列 30共线设置，并与第二LED阵列20垂直设置。第一双色镜41沿第一 LED阵列10与第二LED阵列20夹角的角平分线设置，且第二双色镜 42与第一双色镜41平行设置。
青光、蓝光在第一双色镜41上发生反射，再从第二双色镜42透射出。绿光依次从第一双色镜41和第二双色镜42透射而出。红光由第二双色镜41反射而出。进而，红光相比青光、蓝光、绿光免于经过第一双色镜41，红光的耗损相对减少，能够有效增加合成白光的光通量。
进一步地，蓝光LED11、青光LED12、绿光LED21和红光LED31 的出射光线的路径上且紧邻其的位置处还设有准直透镜25，准直透镜 25用于对出射的光线进行准直。在对光利用效率不高的或其他特殊要求的场合，发光装置100上还可不设置准直透镜25。
进一步地，发光装置100还包括复眼透镜50和聚光镜60，白光经复眼透镜50均匀化处理后入射到聚光镜60，聚光镜60用于将白光聚集投射出。
复眼透镜50的数量为一个或多个，且复眼透镜50的数量为多个时相互间平行间隔设置，白光经复眼透镜50均匀化处理后入射到聚光镜 60，再经聚光镜60投射到带有图案的滤光板上，以投影出色彩鲜艳的图案等。
参阅图7，图7是本申请提供的舞台灯系统一实施例的结构示意图。
该舞台灯系统200包括如上所述的发光装置100。该舞台灯系统200 宝包括多个发光装置100，各发光装置100布置在舞台的四周，且被有序地控制从多个方向向舞台打光，并可以发出多种颜色光。区别于现有技术的情况，本申请公开了一种发光装置。通过将青光LED与蓝光LED 同时设置在第一LED阵列中，增加了发光装置的基色光源，进而发光装置发出的白光具有更加连续和更宽的光谱色域，进而发出的白光具有更高的显色性，即发光装置能够提供拥有更宽色域和更高显色性的白光。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
第一LED阵列，包括蓝光LED和青光LED，所述蓝光LED及所述青光LED分别用于发射蓝光和青光；
第二LED阵列，包括绿光LED，所述绿光LED用于发出绿光；
第三LED阵列，包括红光LED，所述红光LED用于发出红光；
合光组件，用于接收所述蓝光、所述青光、所述绿光和所述红光，以发出白光。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述合光组件包括第一双色镜和第二双色镜，所述蓝光、所述青光在所述第一双色镜上发生反射，并可从所述第二双色镜透射而出，所述绿光依次从所述第一双色镜和所述第二双色镜透射而出，所述红光在所述第二双色镜发生反射，并可从所述第一双色镜透射而出，所述蓝光、所述青光、所述绿光和所述红光经上述光学现象后沿同一方向合成白光出射。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述第一双色镜的截止波长λ1在500nm至520nm之间，所述第二双色镜的截止波长λ2在560nm至590nm之间；
其中，所述第一双色镜具有反射小于等于截止波长λ1的光而透射大于截止波长λ1的光的光学性质；所述第二双色镜具有透射小于等于截止波长λ2的光而反射大于截止波长λ2的光的光学性质。
4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述第一LED阵列、第二LED阵列和第三LED阵列依次彼此垂直设置，所述第一LED阵列和所述第三LED阵列位于所述第二LED阵列的同一侧，所述第一双色镜沿所述第一LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置，所述第二双色镜沿所述第三LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置；或者
所述第一LED阵列与所述第三LED阵列共线设置，并与所述第二LED阵列垂直设置，所述第一双色镜与所述第二双色镜平行设置，且所述第一双色镜沿所述第一LED阵列与所述第二LED阵列夹角的角平分线设置；
所述发光装置还包括复眼透镜和聚光镜，所述白光经所述复眼透镜均匀化处理后入射到所述聚光镜，所述聚光镜用于将所述白光投射出。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述青光LED包括发光本体和青光转换层，所述青光转换层用于将所述发光本体发出的光线转换成青光。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述发光本体为蓝色发光体或紫色发光体。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述蓝光LED与所述青光LED按设定比例排布。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述绿光LED包括绿光转换层、蓝色发光体或紫色发光体，所述绿光转换层用于将所述蓝色发光体或所述紫色发光体发出的光线转换成绿光。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第一LED阵列还包括深蓝光LED，所述第二LED阵列还包括黄光LED，所述第三LED阵列还包括琥珀光LED和橙光LED，所述合光组件还用于接收深蓝色光、黄光、琥珀光和橙光，并与所述蓝光、所述青光、所述绿光和所述红光沿同一方向合成白光出射。
10.一种舞台灯系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的发光装置。
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