一種可調色溫的高顯色性白光led照明系統的製作方法
2023-04-25 19:51:41
一種可調色溫的高顯色性白光led照明系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於半導體照明【技術領域】，具體為一種可調色溫的高顯色性白光LED照明系統。其包含3組LED光源，每組LED光源由一個獨立的驅動器供電，每個驅動器由一個控制通道進行控制；每組LED光源包含n（n≥2）個不同波長的LED單元，這n個LED單元的光輸出比例是恆定的；3個控制通道可以通過調節各自電流大小，以改變對應的各組LED光源的光輸出比例，從而得到不同色溫的白光。本發明的白光LED照明系統色容差SDCM≤7，顯色指數Ra≥85，第九種特殊顯色指數R9≥85，色溫可調範圍為2000-10000K，控制系統設計比較簡單，器件少成本低，容易實現並推廣。
【專利說明】—種可調色溫的高顯色性白光LED照明系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體照明【技術領域】，具體涉及一種高顯色性白光LED照明系統。
【背景技術】
[0002]LED相比於諸如白熾燈和螢光燈等傳統光源具有多方面的巨大優勢，包括光效高、壽命長、開關快、易控制、體積小等，因此基於LED的白光照明設備正日益應用於室內照明和室外照明領域，為實現智能照明提供了基礎。
[0003]以往，傳統的RGB三基色混合白光雖然具有較高的輻射光效，但缺少黃光波段，導致顯色指數較低，特別是第九種特殊顯色指數R9很低，不適用於一般照明用途。而目前普遍使用的LED白光技術是利用藍光LED (峰值波長約440-480 nm)激發YAG螢光粉，螢光粉吸收藍光後發出的黃光與透射過螢光粉的部分藍光混合後產生白光。這種方法有效補充了黃光波段，顯色指數達到了 70以上，甚至80以上。但是，相對於顯色指數接近100的白熾燈和滷鎢燈，這種白光LED在還原色彩方面的能力仍顯不足。因此，有必要研發新型白光LED以滿足人們對於照明品質日趨苛刻的要求。
[0004]專利US5851063中提出了一種使用4個LED混合產生白光的方法，其中第I個LED峰值波長在440-450 nm範圍內，第2個LED峰值波長在455-505 nm範圍內，第3個LED峰值波長在555-565 nm範圍內，第4個LED峰值波長在610-620 nm範圍內。由此，在4個LED系統特定的某些相對強度下，可獲得顯色指數大於85的白光。可是，這種方法在高顯色性下可獲得的色溫非常有限，實用性不強。專利W02013140296提出了一種由3個或以上的LED組成的白光源，其中至少一個LED由藍光+螢光粉獲得偏綠的白光，至少一個LED由藍光+螢光粉獲得偏藍的白光，和至少一個LED發出紅色光或琥珀色光。由此產生的白光具有85以上的顯色指數和貼近黑體線色坐標。可是，螢光粉的大量使用可能帶來色漂的問題，光色的穩定性難以保證。專利US20100072900提出了一種使用6個LED產生3種原色(如RGB)來混合產生光的方法。每種原色分別由2個LED產生，通過反饋控制這2個LED的能量比例，來穩定原色的色坐標不變，由此再將3種原色按一定比例混合產生白光。雖然6個LED的使用使得光譜更寬，可以獲得較好的照明效果，並且解決了色漂問題，但過多的控制通道卻使得此種光源控制難度較高，並不容易實現。專利US20130207570提出了一種使用4個LED混合產生預定光色的方法，其中包括I個紅光LED，I個綠光LED，I個藍光LED，和一個白光LED，白光LED可由藍光激發YAG螢光粉發光。通過調節4個LED的能量權重可以獲得預設色坐標的白光，在某些情況下顯色指數可以達到90以上。其能量權重的算法較為複雜，且需要4通道同時控制光輸出，技術難度較高。
[0005]因此，期望研發一種在獲得較高顯色指數的同時兼備易控制、色漂小的特點的白光LED系統。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種顯色指數高，且易控制、色漂小的白光LED照明系統。
[0007]本發明提供的高顯色性白光LED照明系統，至少包含3組LED光源，每組LED光源包含η (η > 2)個LED單元，每個LED單元提供相應波長、強度的可見光，混合得到高顯色性的白光。
[0008]本發明中，所述3組LED光源分別發射紅光、黃綠光以及藍光，其中:
(1)紅光組LED光源至少包含I個峰值波長在600- 620 nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在620 - 640 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合；
(2)黃綠組LED光源至少包含I個峰值波長在510- 560 nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在560 - 600 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合；
(3)藍光組LED光源至少包含I個峰值波長在400-460nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在460 - 510 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合。
[0009]本發明中，所述3組LED光源分別由三個獨立的驅動器供電，每個驅動器由一條控制通道控制，各條控制通道可以通過調節電流大小以改變各組LED光源的光輸出比例。
[0010]本發明中，所述LED單元的波長組合，使混合得到的白光的色度靠近黑體光源在色度空間中的點軌跡，色容差SDCM ( 5。
[0011]本發明中，所述LED單元的波長組合，使混合得到的白光的顯色指數Ra ^ 90。
[0012]本發明中，所述LED單元的波長組合，使混合得到的白光的第九種特殊顯色指數R9 ≥ 90。
[0013]本發明中，通過改變所述的3組LED光源的光輸出比例，可以調節混合後白光的色溫，色溫調節範圍為2000-10000 K。
[0014]與現有的LED混光方式或系統相比，本發明具有以下優勢:
本發明設計的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，全部使用LED光源進行混光，不需要使用螢光粉，避免了螢光粉導致的色漂問題，保證了白光LED照明系統的穩定性。
[0015]本發明設計的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，採用3組LED光源，每組LED至少包含η (η ^ 2)個LED單元，豐富了混合後的白光光譜成分，增大了光譜的波長覆蓋範圍，不僅能有效提高白光的顯色性能，而且能夠拓寬色溫調節範圍，滿足不同應用場合、照明氛圍對色溫和顯色性能的需求。
[0016]本發明設計的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，每組LED光源內部所對應的η個LED單元的光輸出比例是恆定的，所以只採用三條控制通道分別對3組LED光源進行驅動以調節這3組光源的光輸出比例，因此簡化了控制系統，降低了對系統設計的要求。
[0017]本發明的白光LED照明系統色容差SDCM ( 7，顯色指數Ra≥85，第九種特殊顯色指數R9 ^ 85，色溫可調範圍為2000-10000 K，控制系統設計比較簡單，器件少成本低，容易實現並推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1-3為本發明的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統不同色溫的混光示例。
[0019]圖中標號:R1，R2—2個紅光LED單元；G—綠光LED單元；Y—黃光LED單元；Β1，Β2 — 2個藍光LED單元。
【具體實施方式】
[0020]以下所描述的實施例僅為本發明的部分實施例。基於本發明中的實施例而未作出創造性成果的其他所有實施例，都屬於本發明的保護範圍。
[0021 ] 本發明的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，採用3組LED光源進行混光，其中:
(1)紅光組LED光源包含2個紅光LED單元Rl、R2，峰值波長分別為630nm和615nm，半值全寬度(FWHM)分別為20 nm和15 nm，2個LED單元的光輸出能量峰值比例為R1:R2=4:6 ；
(2)黃綠組LED光源包含I個綠光LED單元，峰值波長為540nm, FffHM為30 nm,以及I個黃光LED單元，峰值波長為580 nm, FffHM為20 nm, 2個LED單元的光輸出能量峰值比例為 G:Y=6:4 ；
(3)藍光組LED光源包含2個藍光LED單元B1、B2，峰值波長分別為450nm和480 nm,FWHM均為20 nm，2個LED單元的光輸出能量峰值比例為B1:B2=5:5。
[0022]每組LED光源由I個控制通道進行驅動，調節3組LED光源的光輸出比例，可以得到不同色溫的高顯色性白光，如圖1所示。該種混色方法可調節的色溫範圍在2500-9500K，色容差SDCM≤3，顯色指數Ra≥85，R9≥86。特別值得注意的是，色溫在4000-7500時Ra≥90;而除了 7000 K和8000 K左右，其他色溫下白光的R9>90。
【權利要求】
1.一種可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於:包含3組LED光源，每組LED光源包含η個LED單元，n ^ 2 ;每個LED單元提供相應波長、強度的可見光，混合得到高顯色性的白光。
2.根據權利要求1所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述3組LED光源分別發射紅光、黃綠光以及藍光，其中: (1)紅光組LED光源至少包含I個峰值波長在600- 620 nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在620 - 640 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合； (2)黃綠組LED光源至少包含I個峰值波長在510- 560 nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在560 - 600 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合； (3)藍光組LED光源至少包含I個峰值波長在400-460nm範圍內的LED單元，以及I個峰值波長在460 - 510 nm範圍內LED單元，2個LED單元的光輸出按固定比例混合。
3.根據權利要求1所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述3組LED光源分別由三個獨立的驅動器供電，每個驅動器由一條控制通道控制，各條控制通道可以通過調節電流大小以改變各組LED光源的光輸出比例。
4.根據權利要求3所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述LED單元的波長組合，使混合得到的白光的色坐標靠近色品圖中的黑體色坐標的軌跡，色容差 SDCM ( 5。
5.根據權利要求3所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述LED單元的波長組合，使 混合得到的白光的顯色指數Ra≤85。
6.根據權利要求3所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述LED單元的波長組合，使混合得到的白光的第九種特殊顯色指數R9 ^ 85。
7.根據權利要求3所述的可調色溫的高顯色性白光LED照明系統，其特徵在於所述的3組LED光源通過改變光輸出比例，調節混合後白光的色溫，色溫調節範圍為2000-10000K0
【文檔編號】F21S2/00GK104075162SQ201410316021
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】張善端, 韓秋漪, 金宇章, 楊軍鵬 申請人:復旦大學, 江蘇林洋電子股份有限公司