WO2011143907A1 - 一种led光源模组及提高led光源模组显色指数的方法 - Google Patents

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WO2011143907A1
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led
light source
source module
white
red
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王钢
吴明洋
薛志强
吴昊
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中山大学佛山研究院
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • LED light source module and method for improving color rendering index of LED light source module
  • the present invention relates to the field of LED lighting technologies, and in particular, to an LED light source module, and a method for improving a color rendering index of an LED light source module. Background technique
  • LED as a new high-efficiency light source, its low energy consumption, long life and other advantages are changing the way human lighting.
  • a white LED used in living lighting it is still subject to the constraints of current technology, and there are still many problems that need to be continuously improved.
  • the original white LEDs use blue LED chips to emit blue light to excite a single phosphor to obtain white LEDs.
  • this white LED can achieve high light efficiency, it has obvious spectral loss in some visible light bands, so its spectrum is one. Intermittent spectrum. Due to the lack of such spectral defects, the color rendering index of such white LEDs is difficult to exceed 80, making LED light source modules or LED lamps made of such white LEDs less continuous than the ability to reflect the true color of the object.
  • the traditional light source of the solar-like spectrum makes it impossible to completely replace the traditional light source in display performance. Therefore, improving the color rendering performance of white LEDs in recent years has become a hot research direction in the field of LED lighting technology.
  • blue LED chips were used to emit blue light, but blue light excited a mixture of multiple phosphors to obtain white LEDs.
  • this method can obtain a white LED with high color rendering index, the light effect of the white LED is affected by the material and thickness of the phosphor, so the light effect is much lower than that of the earlier white LED; and because of various phosphors The attenuation rate is inconsistent, and light color distortion often occurs during the effective life of white LEDs.
  • a white LED obtained by exciting a single phosphor with blue light emitted by a blue LED chip is used as a basic light source, and a plurality of monochromatic light LEDs are used for spectral compensation to obtain a high color rendering index LED light source module.
  • the light efficiency of the LED light source module is also high.
  • intelligent technology can also be used to control the compensation ratio of the monochromatic light LED, thereby achieving various illumination effects such as color temperature, light color stability, and multi-lamp use.
  • the disadvantage is that if the LED light source module is required to achieve a high color rendering index and a normal range of light color effects, a variety of monochromatic light LEDs are required for compensation, which is expensive in circuit control.
  • a method for improving the color rendering index of an LED light source module includes the following steps:
  • the chromaticity coordinates of the white LED are in the CIE1931 chromaticity diagram: P1 (0.227, 0.239), P2 (0.210, 0.290), P3 (0.269, 0.469), P4 (0.346, 0.522), P5 (0.491, 0.451)
  • P1 0.227, 0.239
  • P2 (0.210, 0.290)
  • P3 0.269, 0.469
  • P4 0.346, 0.522
  • P5 0.491, 0.451
  • the pentagonal region surrounded by a five-point line; the red LED has a peak wavelength ranging from 610 nm to 670 nm.
  • the chromaticity coordinates of the white LED are located in a portion above the black body locus in the pentagonal region.
  • the white LED is a monochromatic white LED that has been packaged; and the LED light source module described in step S2) includes a process of mixing and packaging the monochromatic white LED and the red LED; Or the white LED and the red LED are integrated into a blue LED chip by a phosphor coating technology and a plurality of red LED chips.
  • the spectral compensation described in step S2) includes a process of controlling the current of the white LED and the red LED by using an intelligent control circuit and an intelligent control technique to adjust the spectral compensation ratio.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a white LED light source mode which can effectively reduce the cost while having a high color rendering index and high luminous efficiency.
  • An LED light source module comprising a white LED, further comprising a red LED for spectrally compensating the white LED.
  • the chromaticity coordinates of the white LED are in the CIE1931 chromaticity diagram: P1 (0.227, 0.239), P2 (0.210, 0.290), P3 (0.269, 0.469), P4 (0.346, 0.522), P5 (0.491, 0.451)
  • P1 0.227, 0.239
  • P2 (0.210, 0.290
  • P3 0.269, 0.469
  • P4 0.346, 0.522
  • P5 0.491, 0.451
  • the pentagonal region surrounded by a five-point line; the red LED has a peak wavelength ranging from 610 nm to 670 nm.
  • the chromaticity coordinates of the white LED are located in a portion above the black body locus in the pentagonal region.
  • the white LED is a monochromatic white LED that has been packaged, and the monochromatic white LED and the red LED are integrated and packaged together; or the white LED and the red LED are passed by the blue LED chip.
  • the phosphor coating technology and the red LED chip are integrated and packaged in multiple pieces.
  • the LED light source module further includes an intelligent control circuit that controls the current of the white LED and the red LED by using an intelligent control technology to adjust the spectral compensation ratio.
  • An LED light source module using a method for improving the color rendering index of an LED light source module using the technical solution of the present invention Only one single-color LED is used for spectral compensation, and the structure is simple and cost-effective while having a high color rendering index and high luminous efficiency.
  • the current control of the white LED and the red LED can be controlled by the intelligent control circuit to obtain different white light spectra, so that the color rendering index can be easily made greater than 90.
  • the color temperature range covers 2500K to 10000K, which solves the problem of color rendering of most color temperature segments of white LEDs in daily lighting use, and has significant guiding production. significance.
  • white light with higher color temperature has the advantage of high light efficiency.
  • the color temperature of the special white LED used in the high color rendering index LED light source module can be 1000K higher than the color temperature of the final LED lamp obtained, which means that the resulting LED lamp can easily achieve the dual performance of high luminous efficiency and high color rendering. .
  • an LED light source module with high color rendering and normal light color in an effective lifetime. Adjusting the current ratio within a certain range, an LED light source module can obtain various light color effects; Compared with the prior art, a plurality of monochrome chips are used to compensate white light LEDs under normal light color, as described in the present invention.
  • the LED light source module is composed only of white LEDs and red LEDs, so the design difficulty of the control circuit is greatly reduced, and the cost of the circuit portion is also greatly reduced.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the selection and use of a special white LED of the present invention.
  • Figure 3 is a spectrum diagram of a special white LED in the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a spectrum of an LED light source module according to the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic view showing the spectrum of an LED lamp manufactured by using an LED light source module of the present invention.
  • Best Embodiment The purpose of this embodiment is to provide a method for improving the color rendering index of an LED light source module, and an LED light source module manufactured by the method, aiming at the problems existing in the existing LED light source module.
  • the LED light source module can effectively reduce the cost while having a high color rendering index and high luminous efficiency.
  • the basic idea of this embodiment is to use a special type of white LED as the basic light source, and then use a red LED to compensate for a certain proportion of the spectrum.
  • FIG. 1 it is a schematic diagram of the CIE1931 chromaticity coordinate area.
  • the CIE1931 chromaticity diagram was developed by the International Commission on Illumination (CIE) in 1931. It is a prior art and its related knowledge is not described too much. Research found that chroma The coordinate range is in the CIE1931 chromaticity diagram: P1 (0. 227, 0. 239), P2 (0. 210, 0. 290), P3 (0. 269, 0. 469), P4 (0. 346, 0. 522), P5 (0. 491, 0. 451)
  • a special white LED in the pentagon area surrounded by a five-point connection is a suitable choice.
  • the spectrum of the new light source obtained is the algebraic sum of the spectra of the plurality of light sources.
  • the spectrum of the high color rendering light source module is obtained from the spectral composition of three parts.
  • the first part, the blue spectrum is obtained by the blue LED chip;
  • the second part the emission spectrum of the phosphor, is obtained by exciting the corresponding phosphor with blue light;
  • the third part, the red spectrum is obtained by the red LED chip.
  • the typical values of the three parts of the spectral data are provided by combining the measured data with the simulated spectral functions summarized by the law.
  • the peak wavelength of the blue LED is 430 ⁇ ! ⁇ 480nm interval
  • the peak wavelength range of the phosphor is 530 ⁇ ! ⁇ 590nm interval
  • red LED peak wavelength range is 610 ⁇ ! ⁇ 670nm interval.
  • the spectral data of the high color rendering light source module is obtained and composed of
  • the spectra of the weighted blue and weighted phosphor portions of the spectrum are both components of a particular white light.
  • the chromaticity coordinate region of the white light composed of the blue light spectrum and the phosphor spectrum that meets the screening conditions is the region surrounded by the above five-point line.
  • the special white LED of the grid area is compensated by the spectrum of the red LED, and the color temperature range of the LED light source module with the color rendering index greater than 90 is between 2500K and 10000K, which basically covers the large use of the existing lighting fixtures. Partial color temperature area.
  • the spectral components of the white LEDs that make up the grid area are as follows:
  • the peak wavelength range of the blue LED chip is 430 ⁇ ! ⁇ 480nm interval;
  • the peak wavelength range of the phosphor is 530 ⁇ ! ⁇ 590nm interval;
  • the corresponding red light LED for compensating effect has a peak wavelength range of 610 ⁇ ! ⁇ 670nm interval.
  • the study also found that the larger the bandwidth of the monochromatic LED chip, the better it is to improve the color rendering index, and it is easier to obtain a continuous spectrum.
  • the chromaticity coordinate area of a particular white LED is also illustrated in Figure 1:
  • the seven elliptical wireframes in Figure 1 represent the colors of the phosphors of seven typical peak wavelengths.
  • the peak wavelength range increases from 530nm to 590nm from left to right; the peak wavelength range of the blue LED chip, as shown by the elliptical rectangular line frame in the lower left corner of Figure 1, increases from 430nm to 480nm.
  • the peak wavelength range of the red LED chip increases from 610 nm to 670 nm from the range of 610 nm to 670 nm as shown in the long grid area in the lower right corner of Figure 1.
  • the study also found that the blue LED chip excites the phosphor in the peak wavelength region corresponding to the grid region, and the resulting white LED is easier to obtain a higher color rendering index LED light source module.
  • the LED light source module produced by the invention and the LED lamp comprising the LED light source module have the following beneficial effects:
  • the structure is simple and the cost is low.
  • the current control of the white LED and the red LED can be controlled by the intelligent control circuit to obtain different white light spectra, so that the color rendering index can be easily made greater than 90.
  • white light with higher color temperature has the advantage of high light efficiency.
  • the color temperature of the special white LED used in the high color rendering index LED light source module can be 1000K higher than the color temperature of the final LED lamp obtained, which means that the final LED lamp can easily achieve the dual performance of high luminous efficiency and high color rendering. .
  • the current ratio of white LED to red LED can be controlled by intelligent control circuit and intelligent control technology, and the LED light source module with high color rendering and normal light color in the effective lifetime can be obtained.
  • an LED light source module can obtain various light color effects; Compared with the prior art, a plurality of monochrome chips are used to compensate white light LEDs under normal light color, and the present invention
  • the composition of the LED light source module is only white LED and red LED, so the design difficulty of the control circuit is greatly reduced, and the cost of the circuit portion is also greatly reduced.
  • An LED light source module of this embodiment differs from the prior art in that a special white LED is selected.
  • the method for improving the display performance of the LED light source module in the specific embodiment is also to select a special white LED and apply it to the LED light source module, thereby improving the color rendering index of the LED light source module. the goal of. Therefore, the key to the invention is how to select the particular white LED that is needed.
  • composition parameters of the three-part spectrum are determined by determining the effect criteria to be achieved by the LED light source module. Then use the corresponding parameters to select materials to produce a high color rendering LED light source module that meets the requirements.
  • the color light effect desired by the LED light source module is selected on the CIE1931 chromaticity diagram, and the chromaticity diagram is described in the chromaticity diagram.
  • the color deviation of the chromaticity coordinates of the actual light source and the chromaticity coordinates of the black body trajectory at the same color temperature should be less than one.
  • the chromaticity coordinates in the vertical distance of the black body trajectory less than 0.023 are the effective chromaticity coordinates. This range is greater than or equal to the range specified by the existing LED.
  • the distance of the chromaticity coordinate distance corresponding to the black body trajectory at the color temperature is 0. 00001 (indicating infinitely close to the black body trajectory), and setting the A point is a light color effect standard that can meet the requirements of use.
  • the red light corresponding to the chromaticity coordinate point with high color temperature should select the region with the longer peak wavelength, and mark the chromaticity coordinate in the chromaticity diagram. Since the color saturation of the red LED is very high, the red LED chromaticity coordinate point on the horseshoe trajectory curve can be selected instead, that is, the red light on the gray narrow band in FIG. 2 is selected according to this rule, for example, point C. , marked on the map to indicate.
  • Point B is arbitrarily specified on the extension line of AC. Specifying different B points will affect the choice of parameters for the blue chip and phosphor. Different choices mainly involve the matching of the chip and the phosphor, and affect the light efficiency of the LED light source at a deeper level. Therefore, on the extension line, the selection of point B according to the actual situation has more practical guiding significance. The matching of the package is not described here.
  • the color temperature of the special white LED to be prepared can be calculated according to the relationship between the chromaticity coordinates (x, y) and the color temperature T, thereby guiding Production of specific white LEDs.
  • the position of point B determines the peak wavelength range of the blue LED chip and phosphor used.
  • the grid division relationship is utilized (in the data statistics process, it is found that the blue region and the phosphor region have a general one-to-one correspondence, that is, a specific white LED made of a suitable blue light and a corresponding phosphor. Only in accordance with the requirements of the high color rendering light source module, the corresponding relationship is correspondingly identified, such as the grid division relationship in the figure, so the coordinate position of point B is determined, and the line can be made through point B.
  • the characteristic parameters of the blue chip and the phosphor are determined by the elliptical wire frame area and the elliptical corner rectangular wire frame area.
  • the color temperature is 8426K. It can also be seen from Fig. 2 that the peak wavelength of the blue LED chip constituting the special white LED is around 460 nm, and the peak wavelength of the phosphor is 540 ⁇ ! ⁇ Between 550nm.
  • Figure 3 shows the blue light with a peak wavelength of 460 nm and a bandwidth of 24 nm as required.
  • the excitation peak wavelength is 550 nm.
  • the phosphor has a color spectrum of a white light LED with a color temperature of 8426K.
  • an LED light source module with a color temperature of 4965 K, a chromaticity coordinate of (0.353, 0.3455), and Ra of 92 is obtained. Shown.
  • the LED light source module is more in line with the visual requirements in terms of both the color of the light source and the color of the object.
  • Fig. 5 is a schematic view showing the spectrum of an LED lamp with an LED light source module having a color rendering index of 97 and a light source chromaticity coordinate close to a black body trajectory obtained by the present invention.
  • the LED light source module can be realized by a mixed integrated package of the packaged monochromatic white LED and the red LED, and can be coated by a special phosphor through the blue LED chip and the red LED chip.
  • the monolithic integrated package realized by the technology realizes that the package form of the light source module is not limited.

Description

一种 LED光源模组及提高 LED光源模组显色指数的方法
技术领域 本发明涉及 LED照明技术领域， 具体涉及一种 LED光源模组， 以及一种提高 LED光源模 组显色指数的方法。 背景技术
LED作为新型高光效光源， 其低能耗、 长寿命等优势正在改变人类照明的方式。 但是作 为生活照明所使用的白光 LED, 受现在技术的约束， 还存在较多问题， 需要不断地改进。 最 初的白光 LED是采用蓝光 LED芯片发射蓝光来激发单种荧光粉获得白光 LED的，这种白光 LED 虽然能够获得高光效， 但是在某些可见光波段具有明显的光谱缺失现象， 因而其光谱是一种 断续光谱。 由于这种光谱缺失的缺陷， 此类白光 LED的显色指数很难超过 80， 使得此类白光 LED制作的 LED光源模组或者 LED灯具， 在反映物体真实颜色的能力方面低于具有连续的、 类日光光谱的传统光源，从而无法在显示性能上完全取代传统光源。因此近年来提高白光 LED 显色性能成为了 LED照明技术领域的一个热点研究方向。
最初的改进技术中， 还是采用蓝光 LED芯片发射蓝光， 但是蓝光激发的是多种荧光粉的 混合体， 从而获得白光 LED。 此种方法虽然能获得高显色指数的白光 LED, 但是此种白光 LED 的光效受到荧光粉材质、 厚度等的影响， 因而其光效远低于早先的白光 LED; 而且由于各种 荧光粉的衰减速率不一致， 在白光 LED的有效寿命期限内往往会出现光色畸变的现象。
最新的技术中， 以蓝光 LED芯片发出的蓝光激发单种荧光粉而得到的白光 LED作为基本 光源， 用多种单色光 LED进行光谱补偿， 从而获得高显色指数的 LED光源模组， 此种 LED光 源模组的光效也较高。 此外， 这种方式中还可利用智能技术来控制单色光 LED的补偿比例， 从而达到可调色温、 光色稳定、 一灯多用等多种照明效果。 缺点在于， 若要求 LED光源模组 达到较高的显色指数， 以及正常范围的光色效果， 需要采用多种单色光 LED进行补偿， 因而 在电路控制方面花费很大。
综上所述， 现有技术不能使得 LED光源模组在具有高显色指数和高光效的同时， 有效的 降低成本， 因此需要改进。 发明公开 本发明所要解决的技术问题是， 提供一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 解决现有 技术中 LED光源模组在具有高显色指数和高光效的同时， 成本较高的问题。 为解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案： 一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 包括如下步骤：
51)、 选用或者制备白光 LED和红光 LED;
52)、 以所述白光 LED作为基本光源， 以所述红光 LED对白光 LED进行光谱补偿， 并构 成 LED光源模组。
优选的技术方案中，所述白光 LED的色度坐标，在 CIE1931色度图中： P1(0.227， 0.239)、 P2 (0.210， 0.290)、 P3 (0.269， 0.469)、 P4 (0.346， 0.522)、 P5 (0.491， 0.451) 五点 连线所包围的五边形区域中； 所述红光 LED的峰值波长范围在 610nm至 670nm之间。
进一步优选的技术方案中， 所述白光 LED的色度坐标， 在所述五边形区域中， 位于黑体 轨迹上方的部分。
优选的技术方案中， 所述白光 LED为已经封装好的单色白光 LED; 步骤 S2) 中所述的构 成 LED光源模组， 包括将所述单色白光 LED与红色 LED混合集成封装的过程； 或者所述白光 LED和红光 LED, 为蓝光 LED芯片通过荧光粉涂覆技术和红光 LED芯片多片集成封装而成。
优选的技术方案中， 步骤 S2) 中所述的光谱补偿， 包括利用智能控制电路和智能控制技 术对所述白光 LED和红光 LED的电流进行控制， 从而调整光谱补偿比例的过程。 本发明所要解决的另一技术问题是， 提供一种白光 LED光源模， 其在具有高显色指数和 高光效的同时， 能够有效的降低成本。
为解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案：
一种 LED光源模组， 包括白光 LED, 还包括对所述白光 LED进行光谱补偿的红光 LED。 优选的技术方案中，所述白光 LED的色度坐标，在 CIE1931色度图中： P1(0.227， 0.239)、 P2 (0.210， 0.290)、 P3 (0.269， 0.469)、 P4 (0.346， 0.522)、 P5 (0.491， 0.451) 五点 连线所包围的五边形区域中； 所述红光 LED的峰值波长范围在 610nm至 670nm之间。
进一步优选的技术方案中， 所述白光 LED的色度坐标， 在所述五边形区域中， 位于黑体 轨迹上方的部分。
优选的技术方案中， 所述白光 LED为已经封装好的单色白光 LED, 所述单色白光 LED与 红色 LED混合集成封装在一起； 或者所述白光 LED和红光 LED, 为蓝光 LED芯片通过荧光粉 涂覆技术和红光 LED芯片多片集成封装而成。
优选的技术方案中， 所述 LED光源模组还包括采用智能控制技术对所述白光 LED和红光 LED的电流进行控制， 从而调整光谱补偿比例的智能控制电路。 本发明的有益效果是：
采用了本发明技术方案的一种提高 LED光源模组显色指数的方法的 LED光源模组， 由于 只采用一种单色 LED进行光谱补偿， 在具有高显色指数和高光效的同时， 结构简单， 成本底 廉。 后期可通过智能控制电路， 对白光 LED与红光 LED的电流控制， 获得不同的白光光谱， 从而可以很容易得使其显色指数大于 90。
而且不同规格的白光 LED与红光 LED的组合非常多，其色温范围涵盖了 2500K至 10000K, 解决了白光 LED在日常照明使用中的绝大部分色温段的显色性问题， 具有显著的指导生产意 义。 此外， 由于较高色温的白光具有高光效的优势。 高显色指数 LED光源模组使用的特殊白 光 LED的色温， 较所获得的最终 LED灯具的色温可以高出 1000K, 这意味着最终得到的 LED 灯具容易实现高光效、 高显色性的双重性能。
还可以通过智能控制电路和智能控制技术来控制白光 LED与红光 LED的电流比例， 获得 有效寿命内的高显色性、 光色正常的 LED光源模组。 在一定范围内调节电流比例， 一种 LED 光源模组可以获得多种光色效果； 较现有技术中采用多种单色芯片补偿正常光色下的白光 LED来说， 本发明中所述的 LED光源模组的组成方式只有白光 LED和红光 LED, 因而控制电 路的设计难度大大减小， 电路部分的成本也大大降低。
下面将结合附图对本发明作进一步详述。 附图说明
图 1为本发明特殊白光 LED的 CIE1931色度图；
图 2为本发明特殊白光 LED选择使用的说明示意图；
图 3为本发明中一种特殊白光 LED的光谱图；
图 4为本发明中一种 LED光源模组的光谱示意图；
图 5为利用本发明中一种 LED光源模组制作的 LED灯具的光谱示意图。 最佳实施例 本具体实施方式的目的是， 针对现有 LED光源模组存在的问题， 提供一种提高 LED光源 模组显色指数的方法， 以及采用该方法制作的一种 LED光源模组， 该 LED光源模组在具有高 显色指数和高光效的同时， 还能有效的降低成本。
通过我们最新的研究发现， 采用合适的红光 LED对一类特殊的白光 LED进行补偿， 而制 作成的 LED光源模组， 提升显色指数的能力尤为突出。 因而本具体实施方式的基本构思是， 采用一类特殊规格的白光 LED作为基本光源， 然后用一种红光 LED对其进行一定比例的光谱 补偿。
如图 1所示，为 CIE1931色度坐标区域示意图。 CIE1931色度图是国际照明委员会（CIE) 1931年制定了一个色度图， 属于现有技术， 其相关知识本文不做过多描述。 研究发现， 色度 坐标范围在 CIE1931色度图中： P1 ( 0. 227， 0. 239)、 P2 ( 0. 210， 0. 290)、 P3 ( 0. 269， 0. 469)、 P4 ( 0. 346， 0. 522)、 P5 ( 0. 491， 0. 451 ) 五点连线所包围的五边形区域中的特殊白光 LED, 是比较合适的选择。
所述五边形区域的具体获取原理和过程如下：
原理： 根据颜色光相加原理， 即多个光源在经过光的混合后， 其所得到的新光源的光谱 是多个光源的光谱的代数和。
实验过程： 高显色性光源模组的光谱是由三个部分的光谱组成得到的。 第一部分， 蓝光 光谱， 通过蓝光 LED芯片发光获得； 第二部分， 荧光粉的发射光谱， 通过蓝光激发相应的荧 光粉获得； 第三部分， 红光光谱， 通过红光 LED芯片发光获得。 在实验过程中， 通过采集实 测数据和由规律总结出来的模拟光谱函数相结合， 提供了这三部分光谱数据的典型值， 蓝光 LED的峰值波长在 430ηπ！〜 480nm区间， 荧光粉的峰值波长范围在 530ηπ！〜 590nm区间， 红光 LED的峰值波长范围在 610ηπ！〜 670nm区间。 在通过对这三部分光谱的归一化数据的加权后， 并相加获得新的光谱。 利用颜色光的相加原理， 确定此条新光谱是能够准确获得的。 计算出 新光谱的显色指数。 通过设定大范围的加权值区间， 可获得 N种可能的光谱。 本文中的实验 数据， 通过加权获得的可能光谱数量超过 5千万条， 涵盖了绝大部分 LED蓝光芯片和荧光粉 所能形成的光谱类型范围。 对其进行显色指数 （Ra>90 )、 色温（2500K〜10000K)、 色度坐标 距黑体轨迹 0. 0023三个条件的筛选后， 得到符合高显色性光源模组的光谱数据， 组成其光 谱的加权蓝光和加权荧光粉部分的光谱既是特定白光的组成成分。 通过大量的加权循环统 计， 发现符合筛选条件的蓝光光谱和荧光粉光谱组成的白光的色度坐标区域即为上述 5点连 线围成的区域。
进一步研究发现， 黑体轨迹 (如图中经过 Α点的一段曲线所示）的一部分将会通过所述五 边形区域， 而五边形区域中位于黑体轨迹上方的部分， 即图 1中的栅格区域， 其对应的白光 LED是更好的选择。 用红光 LED对色度坐标落于该栅格区域内的白光 LED进行一定比例的光 谱补偿， 更容易得到显色指数大于 90、 正常光色效果的 LED光源模组。 而且栅格区域的特殊 白光 LED, 通过红光 LED的光谱补偿后， 获得显色指数大于 90的 LED光源模组的色温范围在 2500K至 10000K之间， 基本涵盖了现有照明灯具所使用的大部分色温区域。
如图 1所示， 组成栅格区域的白光 LED的光谱成份特征如下： 蓝光 LED芯片的峰值波长 范围在 430ηπ！〜 480nm区间； 荧光粉的峰值波长范围在 530ηπ！〜 590nm区间； 与其相对应的用 于补偿作用的红光 LED峰值波长范围在 610ηπ！〜 670nm区间。 研究还发现， 单色光 LED芯片 的带宽越大， 越有利于提高显色指数， 而且更容易获得类连续光谱。 图 1中还示意了特定白 光 LED的色度坐标区域： 图 1中的 7个椭圆线框代表了 7个典型峰值波长的荧光粉对应的色 度坐标范围， 峰值波长范围从左到右由 530nm至 590nm逐范围增大； 蓝光 LED芯片的峰值波 长范围， 如图 1中左下角椭圆角矩形线框所示， 从 430nm到 480nm逐范围增大； 红光 LED芯 片的峰值波长范围， 如图 1中右下角长条栅格区域所示， 从 610nm到 670nm逐范围增大。
研究还发现， 蓝光 LED芯片激发其栅格区域所对应的峰值波长区域的荧光粉， 所产生的 白光 LED更容易获得更高显色指数的 LED光源模组。
与现有 LED光源模组及 LED灯具相比， 本发明所制作出的 LED光源模组， 以及包含所述 LED光源模组的 LED灯具具有以下有益效果：
一、 在具有高显色指数和高光效的同时， 结构简单， 成本底廉。 后期可通过智能控制电 路， 对白光 LED与红光 LED的电流控制， 获得不同的白光光谱， 从而可以很容易得使其显色 指数大于 90。
二、不同规格的白光 LED与红光 LED的组合非常多，其色温范围涵盖了 2500K至 10000K, 解决了白光 LED在日常照明使用中的绝大部分色温段的显色性问题。
三、 由于较高色温的白光具有高光效的优势。 高显色指数 LED光源模组使用的特殊白光 LED的色温， 较所获得的最终 LED灯具的色温可以高出 1000K, 这意味着最终得到的 LED灯 具容易实现高光效、 高显色性的双重性能。
四、 可以通过智能控制电路和智能控制技术来控制白光 LED与红光 LED的电流比例， 获 得有效寿命内的高显色性、 光色正常的 LED光源模组。
五、 在一定范围内调节电流比例， 一种 LED光源模组可以获得多种光色效果； 较现有技 术中采用多种单色芯片补偿正常光色下的白光 LED来说， 本发明中所述的 LED光源模组的组 成方式只有白光 LED和红光 LED, 因而控制电路的设计难度大大减小， 电路部分的成本也大 大降低。
本具体实施方式的一种 LED光源模组， 与现有技术的不同之处在于， 选用了特殊的白光 LED。 而本具体实施方式的一种提高 LED光源模组显示性的方法， 也在于通过挑选出一种特 殊的白光 LED, 并将之应用于 LED光源模组， 从而达到提高 LED光源模组显色指数的目的。 因此， 本发明的关键在于， 如何挑选出需要的特殊白光 LED。
下面更具体的介绍一个挑选特殊白光 LED的实例。 通过确定 LED光源模组所要达到的效 果标准， 确定出三部分光谱的组成参数。 然后使用相应参数选择材料， 制作出符合要求的高 显色性 LED光源模组。
一、 确定 LED光源模组的效果标准。 如图 2所示， 首先在 CIE1931色度图上选定 LED光 源模组所想要达到的光色效果， 在色度图中以色度坐标描述。 按照人眼对于白光的色偏差范 围的要求来说， 实际光源的色度坐标与同色温时的黑体轨迹上的色度坐标的色偏差应小于一 定数值。 本文中采用位于黑体轨迹垂直距离小于 0. 023内的色度坐标为有效色度坐标。 此范 围大于等于现有 LED规定范围。 （实际情况是， 根据现有市面 LED规格书上的有效范围进行 统计后取出的值， 此部分的内容现在没有很具体的规定， 只有一些公认值。 实际中， 这个范 围是变化的。 为了避免实验的复杂性， 又不影响实验的准确性， 本文中采用的 0. 023是一个 比较理想的衡量值）。
比如图 2中的 A点， 其色度坐标距离相对应的色温下的黑体轨迹的距离为 0. 00001 (表 示无限接近黑体轨迹）， 设定 A 点是能够符合使用要求的光色效果标准的色度坐标， 即要求 其色偏差在容许范围内、 显色指数大于 90。
二、 确定第三部分， 即红光的特征参数。 色温高的色度坐标点对应的红光应当选取峰值 波长较长的区域， 在色度图对其色度坐标进行标注。 由于红光 LED的光色饱和度很高， 可以 选择位于马蹄形轨迹曲线上的红光 LED色度坐标点代替， 即图 2中的灰色窄带上的红光按照 此规则进行选择， 举例为 C点， 标注在图上进行示意。
三、 确定第一、 二部分， 即荧光粉的特征参数。 连接 A、 C两点， 并延长至本发明涵盖 的特定白光 LED色度坐标区域内， 确定出特殊白光 LED的色度坐标点 B ( x， y)。 B点是在 AC 的延长线上任意指定的。 指定不同的 B点将会影响蓝光芯片和荧光粉的参数选择。 不同的选 择主要涉及到芯片与荧光粉的匹配性， 更深层次上影响 LED光源的光效。 因此在延长线上， 根据实际情况进行 B点的选择，更具有实际的指导意义。关于封装的匹配性此处不进行细述。
为了将本发明与实际生产结合， 只需获得 B点的色度坐标， 便可以根据色度坐标（x， y ) 与色温 T的函数关系式计算出需要制备的特殊白光 LED的色温， 从而指导特定白光 LED的生 产。
B点的位置决定使用的蓝光 LED芯片和荧光粉的峰值波长范围。 如图 2所示， 利用栅格 划分关系 （在数据统计过程中， 发现蓝光区域和荧光粉区域具有大体的一一对应关系， 即由 合适的蓝光和相对应的荧光粉制作出的特定白光 LED才能够符合高显色性光源模组的要求， 将这种对应关系进行对应标识， 在图中如栅格划分关系对应）， 因此确定了 B点的坐标位置， 便可以过 B点做出直线通过椭圆线框区域和椭圆角矩形线框区域， 确定蓝光芯片和荧光粉的 特征参数。
根据图 2中示意，经过对色度坐标的测量和色温的计算， A点色度坐标 ( 0. 3460 , 0. 3523)、 色温为 4965K, B点色度坐标（0. 2716， 0. 3602)、 色温为 8426K。 由图 2还可以看到， 组成 特殊白光 LED的蓝光 LED芯片的峰值波长在 460nm附近，荧光粉的峰值波长在 540ηπ！〜 550nm 之间。
图 3所示是按要求获得的峰值波长为 460nm、 带宽为 24nm的蓝光， 激发峰值波长在 550nm 的荧光粉所获得的色温为 8426K的白光 LED的光谱图。通过与峰值波长为 620nm、带宽为 18nm 的红光 LED混色， 得到色温为 4965K、 色度坐标为 （0. 3453， 0. 3455)、 Ra为 92的 LED光源 模组， 其光谱图如图 4所示。 该 LED光源模组在光源颜色和物体颜色两方面的显示都更符合 视觉要求。
图 5为使用本发明所获得的显色指数达到 97、光源色度坐标接近黑体轨迹的 LED光源模组 的 LED灯具的光谱示意图。
需要说明的是， 该 LED光源模组即可以是通过已封装好的单色白光 LED和红色 LED进行混 合集成封装所实现， 又可以通过蓝光 LED芯片和红光 LED芯片通过特殊的荧光粉涂覆技术所 实现的单片集成封装所实现， 不限定光源模组的封装形态。 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发明 的具体实施只局限于这些说明。 对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本 发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 其特征在于， 包括如下步骤：
51)、 选用或者制备白光 LED和红光 LED;
52)、 以所述白光 LED作为基本光源， 以所述红光 LED对白光 LED进行光谱补偿， 并构 成 LED光源模组。
2、 根据权利要求 1所述的一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 其特征在于， 所述 白光 LED的色度坐标， 在 CIE1931色度图中： P1 (0.227， 0.239)、 P2 (0.210， 0.290)、 P3
(0.269， 0.469)、 P4 (0.346， 0.522)、 P5 (0.491， 0.451) 五点连线所包围的五边形区域 中； 所述红光 LED的峰值波长范围在 610nm至 670nm之间。
3、 根据权利要求 2所述的一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 其特征在于， 所述 白光 LED的色度坐标， 在所述五边形区域中， 位于黑体轨迹上方的部分。
4、 根据权利要求 1至 3中任意一项所述的一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 其 特征在于， 所述白光 LED为已经封装好的单色白光 LED; 步骤 S2) 中所述的构成 LED光源模 组，包括将所述单色白光 LED与红色 LED混合集成封装的过程;或者所述白光 LED和红光 LED, 为蓝光 LED芯片通过荧光粉涂覆技术和红光 LED芯片多片集成封装而成。
5、 根据权利要求 1至 3中任意一项所述的一种提高 LED光源模组显色指数的方法， 其 特征在于， 步骤 S2) 中所述的光谱补偿， 包括利用智能控制电路和智能控制技术对所述白光 LED和红光 LED的电流进行控制， 从而调整光谱补偿比例的过程。
6、 一种 LED光源模组， 包括白光 LED, 其特征在于， 所述 LED光源模组还包括对所述白 光 LED进行光谱补偿的红光 LED。
7、 根据权利要求 6所述的一种 LED光源模组， 其特征在于， 所述白光 LED的色度坐标， 在 CIE1931 色度图中： P1 (0.227， 0.239)、 P2 (0.210， 0.290)、 P3 (0.269， 0.469)、 P4 (0.346， 0.522)、 P5 (0.491， 0.451) 五点连线所包围的五边形区域中； 所述红光 LED的峰 值波长范围在 610nm至 670nm之间。
8、 根据权利要求 7所述的一种 LED光源模组， 其特征在于， 所述白光 LED的色度坐标， 在所述五边形区域中， 位于黑体轨迹上方的部分。
9、 根据权利要求 6至 8中任意一项所述的一种 LED光源模组， 其特征在于， 所述白光
LED为已经封装好的单色白光 LED, 所述单色白光 LED与红色 LED混合集成封装在一起； 或 者所述白光 LED和红光 LED, 为蓝光 LED芯片通过荧光粉涂覆技术单和红光 LED芯片多片集 成封装而成。
10、 根据权利要求 6至 8中任意一项所述的一种 LED光源模组， 其特征在于， 所述 LED 光源模组还包括采用智能控制技术对所述白光 LED和红光 LED的电流进行控制， 从而调整光 谱补偿比例的智能控制电路。
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