CN113775944A - 一种光源模组及包括该光源模组的照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种光源模组及包括该光源模组的照明装置，包括第一发光元件和覆盖于第一发光元件的封装部，所述封装部包括：第一荧光体、第二荧光体，光源模组的发射光在CIE1931色空间上，位于相关色温1450~1750K与黑体轨迹的距离duv=‑0.005~0.005的点围成的区间内。本发明所提供的光源模组和照明装置发出类似热辐射、发射光谱连续、低蓝光的LED照明灯具，其光色呈暖黄色，光谱在在380~660nm范围内与热辐射光谱分布有较高的相似度，因而具有较低的M/P值，可促进快速入眠。

Description

一种光源模组及包括该光源模组的照明装置
技术领域
本发明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，白炽灯、卤素灯等由于光效低、不节能已经逐渐被世界各国禁止生产和销售，LED照明器具取而代之已被广泛的使用。随着LED照明应用的发展，对其研究不仅仅局限于节能、照度、颜色和显色性等方面，研究LED发光对人体的影响已经成为一种趋势，健康照明的理念也逐步走入普通家庭。
目前，在市场常见的在家居环境下，针对晚上或睡觉之前用的LED灯，以2700K和3000K的LED为主，其光色呈暖白色。虽然这种光色已经尽可能地向白炽灯靠拢，但是它与白炽灯光色仍然相差较大，不能给人以一种温暖舒适的感觉。另外，目前市面上提供的暖白光只是在色温上偏暖，无法促进快速入眠。因此，提供一种适合人们夜间使用，在实现照明功能的同时又可以促进入眠的LED光源是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，寻找一种适合夜间使用并可促进入眠的光源模组及包括该光源模组的照明装置。
本发明为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种光源模组，其特征在于，包括第一发光元件和覆盖于第一发光元件的封装部，
所述第一发光元件发出峰值波长位于390~470nm的第一颜色光；
所述封装部包括：
第一荧光体，所述第一荧光体被布置为受所述第一颜色光激发后发出峰值波长位于520~560nm的第二颜色光；
第二荧光体，所述第二荧光体被布置为受所述第一颜色光激发后发出峰值波长位于610~660nm，半宽度为80~100nm的第三颜色光,
所述第一颜色、第二颜色光和第三颜色光混合形成所述光源模组的发射光，所述发射光在CIE1931色空间上，位于相关色温1450~1750K与黑体轨迹的距离duv= -0.005~0.005的点围成的区间内。
优选地，所述第一发光元件为LED芯片；所述第一荧光体为绿色荧光粉、黄色荧光粉、至少包含一种绿色荧光粉、黄色荧光粉的荧光粉组合；所述第一荧光体为红色荧光粉、橙色荧光粉、至少包含一种红色荧光粉、橙色荧光粉的荧光粉组合。
优选地，所述第二荧光体和所述第一荧光体的重量比为10%~60%。
优选地，所述封装部还包括基底材料，所述第一荧光体和所述第二荧光体和所述基底材料混合均匀后涂覆于所述第一发光元件。
优选地，所述基底材料为透明硅胶、透明树脂，所述第一荧光体和所述第二荧光体的重量和和所述基底材料的重量比为50%~120%。
优选地，所述封装部还包括光扩散剂，所述光扩散剂为纳米级氧化钛、氧化铝或氧化硅中的一种，所述光扩散剂和所述基底材料的重量比小于3.0%。
优选地，所述绿色荧光粉、所述黄色荧光粉为铝酸盐体系荧光粉，化学式Y3Al5O12:Ce3+、Lu3Al5O12:Ce3+、Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+、Tb3Al5O12:Ce3+；
或为硅酸盐体系荧光粉，化学式(Ca,Sr,Ba)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+、 (Ca,Sr,Ba)2MgSi3O5:Eu2+、β-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+、α-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+；
或为氮氧化物体系荧光粉，化学式β-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2+、α-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2 +。
优选地，所述红色荧光粉、所述橙色荧光粉为氮化物体系荧光粉，化学式(Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)SiAlN3:Eu2+。
优选地，所述发射光的光色在CIE1931色空间上，位于中心点x0=0.571，y0=0.402，长轴a=0.00229，短轴b=0.00129，倾角θ=38.7°，SDCM=5.0的椭圆范围内。
优选地，所述发射光光谱中光谱强度最大值位于在大于610nm范围内，形成有第一波峰，所述发射光光谱中390~470nm范围内，形成有第二波峰，所述第二波峰的峰值强度小于等于所述第一波峰的峰值强度的12.0%。
优选地，所述发射光的光谱在可见光范围内其黑视素照度M与明视觉照度P之比M/P≤0.20。
优选地，所述发射光光谱在380~660nm范围内与同色温同亮度的黑体辐射光谱相比，相似度S≥78%。
本发明还提供一种照明装置，包括上述光源模组。
本申请提供一种发出类似热辐射、发射光谱连续、低蓝光的LED照明灯具，其光色呈暖黄色，光谱在在380~660nm范围内与热辐射光谱分布有较高的相似度，因而具有较低的M/P值，可促进快速入眠。
附图说明
图1是符合本发明优选实施例的光源模组的结构示意图；
图2是符合本发明的优选实施例1~7的CIE1931色坐标图；
图3是符合本发明的优选实施例1和现有技术的光谱比对图；
图4是本发明中优选实施例1的相对光谱能量分布图；
图5是本发明中优选实施例1的和参考光谱的对比图；
图6是本发明中优选实施例2的相对光谱能量分布图；
图7是本发明中优选实施例2的和参考光谱的对比图；
图8是本发明中优选实施例3的相对光谱能量分布图；
图9是本发明中优选实施例3的和参考光谱的对比图；
图10是本发明中优选实施例4的相对光谱能量分布图；
图11是本发明中优选实施例4的和参考光谱的对比图；
图12是本发明中优选实施例5的相对光谱能量分布图；
图13是本发明中优选实施例5的和参考光谱的对比图；
图14是本发明中优选实施例6的相对光谱能量分布图；
图15是本发明中优选实施例6的和参考光谱的对比图；
图16是本发明中优选实施例7的相对光谱能量分布图；
图17是本发明中优选实施例7的和参考光谱的对比图；
图18是本发明中优选实施例灯具的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和一些符合本发明的优选实施例对本发明提出的一种光源模组及照明装置作进一步详细的说明。
本发明的光源模组L1的一个具体实施方式为一个混光的白光LED封装芯片，其可以为具有一般贴片封装结构或COB封装结构LED芯片如图1所示，光源模组L1至少包括一个第一发光元件1和覆盖于第一发光元件的封装部2。
第一发光元件1为蓝光LED芯片，由半导体材料直接激发发光，其发光的峰值波长位于390~470nm，光色呈紫色或蓝色，这里我们称第一发光元件1发出的光为第一颜色光。LED芯片(LED Chip),包括正装或倒装，单颗LED Chip或者多颗LED Chip按串联、并联或串并联方式连接在一起。
封装部2以透明硅胶或透明树脂作为基底材料204，其中透明树脂可以选择环氧树脂、尿素树脂中的一种。基底材料204中掺入有第一荧光体201、第二荧光体202。
其中第一荧光体201为包含至少一种峰值波长在520~560nm的绿色荧光粉或黄色荧光粉，即第一荧光体201为接收第一发光元件1所发射的部分光线，将其转换为峰值波长位于520~580nm的第二颜色光。由于颜色是一种人体的直观感受，无法精确划分黄色和绿色的光谱界限这里我们认为绿色荧光粉或黄色荧光粉仅是使用名称上的差异，这两者基本上具有相同的化学通式，其区别仅在于其中成分的摩尔比不同。在本申请中第一荧光体201可以选择单一的一种黄色荧光粉或绿色荧光粉，也可以选择多个峰值波长在520~560nm黄色荧光粉或绿色荧光粉进行混合后来作为第一荧光体201。所述绿色荧光粉、黄色荧光粉可以为铝酸盐体系荧光粉，化学式Y3Al5O12:Ce3+、Lu3Al5O12:Ce3+、Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+、Tb3Al5O12:Ce3+；或为硅酸盐体系荧光粉，化学式(Ca,Sr,Ba)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+、 (Ca,Sr,Ba)2MgSi3O5:Eu2+、β-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+、α-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+；或为氮氧化物体系荧光粉，化学式β-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2+、α-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2+。以上分子式为基本分子式，在荧光粉的实际应用中摩尔比并不十分精确，摩尔比的不同会影响到荧光粉的峰值波长，这是本领域技术人员所能够理解的。
第二荧光体202为包含至少一种峰值波长在610~660nm的红色荧光粉或橙色荧光粉，即第二荧光体202为接收所述第一发光元件1所发射的部分光线，并将其转换为峰值波长位于610~660nm，优选的位于630~660nm，半宽度80~100nm的第三颜色光。在本申请中第二荧光体202可以选择单一的一种红色荧光粉或橙色荧光粉，也可以选择多个峰值波长在520~560nm红色荧光粉或橙色荧光粉进行混合后来作为第二荧光体202。所述红色荧光粉、所述橙色荧光粉为氮化物体系荧光粉，化学式(Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)SiAlN3:Eu2+。
封装部2中还可以包括有光扩散剂203，光扩散剂可以是纳米级氧化钛、氧化铝或氧化硅中的一种。在本实施方式中作为第一荧光体201和作为第二荧光体202的重量之和，和基底材料204的重量比为50%~120%，其中第二荧光202和第一荧光201的重量比为10%~60%，优选的为25%~40%。光扩散剂203和基底材料204的重量比小于3.0%。上述各类荧光粉和光扩散剂按比例称重后混入基底材料204，再在搅拌机上充分搅拌均匀，使得荧光粉、光扩散剂均匀地分布在基底材料204中，排除气泡后，使用点胶机将混入荧光粉的基底材料204覆盖在作为第一发光元件1的LED 芯片上方形成封装部2。
封装完成后的光源模组L1，其发射光由第一发光元件1发出的第一颜色光、第一荧光体201发出的第二颜色光和第二荧光体202发出的第三颜色光混合而成。本申请提出的光源模组L1其发射光的色温为1450K~1750K，在CIE1931色度图上和黑体轨迹BBL之间的距离Duv在[-0.005, 0.005]之间，在图2中表示为A2区域。更为优选地，发射光的光色在CIE1931色空间上，位于中心点x0=0.571，y0=0.402，长轴a=0.00229，短轴b=0.00129，倾角θ=38.7°，SDCM=5.0的椭圆范围内，在图2中表示为A1区域。
光源模组L1的发射光还具有以下特征，发射光的光谱强度最大值位于大于610nm范围内，即红光区段形成有第一波峰；发射光光谱中390~470nm范围内，即蓝光区段形成有第二波峰，其中第二波峰的峰值强度小于等于第一波峰的峰值强度的12.0%，优选地小于等于第一波峰的峰值强度的8.0%。这样的光谱分布如图3所示相较于现有技术中的典型暖白光，其蓝光能量更少，光色偏黄，更适合夜间使用。
同时光源模组L1的发射光光谱连续，在380~660nm范围内和同色温同亮度的黑体辐射光谱十分接近，为了说明这种相似性，本申请定义相似度S如下：
Figure 183239DEST_PATH_IMAGE002
A(λ)为所述发射光的光谱分布；
P(λ)为和所述发射光同色温的黑体辐射光谱分布。
光源模组L1的发射光和同色温同亮度的黑体辐射光谱的相似度S≥78%，优选的相似度S≥85%。
光源模组L1的发射光其黑视素照度与明视觉照度之比M/P≤0.20，优选M/P≤0.16具有以上特性的光色可促进快速入眠。传统上认为我们眼睛的视网膜内有两种感光细胞，一种感光细胞能辨别光的明暗，另一种能区分颜色。在明亮的地方，视细胞中只有视锥细胞起作用，用这种状态看物体时称为明视。把视锥细胞的敏感度按光谱频率来划分的曲线，叫做明视感度曲线。如今科学家认为，视网膜内还有第三种感光细胞——黑视素视网膜神经节细胞（ipRGCs）的存在。黑视素视网膜神经节细胞（ipRGCs）负责感应光线强度，将信号传递给松果体。而人脑的松果体会分泌一种激素：褪黑素melatonin，它是“天然***”，是我们身体自发的“休息信号”。体内褪黑素含量较多时，我们会昏昏欲睡；而褪黑素含量少时，就会清醒精神。把ipRGCs的敏感度按光谱频率来划分的曲线，叫做黑视素光敏感曲线。
黑视素照度与明视觉照度之比M/P的具体公式如下：
Figure 834800DEST_PATH_IMAGE004
A(λ)为所述发射光的光谱分布；
Mel(λ)为黑视素光敏感曲线；
V(λ)为明视觉敏感曲线。
上面说明了本申请的一种具体实施方式，下面例举采用该实施方式的几个具体实施例，表1展示了本申请的6个实施例，以及各实施例中第一发光元件1、第一附加发光体201、第二附加发光体202的选型及其产生光的峰值波长。表中还标明了荧光粉光、扩散剂203、基底材料204等部分的重量。
表1
Figure 614538DEST_PATH_IMAGE006
从表1中可见对于第一发光元件1,本申请提供的6个实施例均采用了蓝光芯片，不过各个实施例选择芯片的峰值波长不同。实施例1~4中的第一荧光体201为铝酸盐结构黄色荧光粉，分子式为Y3Al5O12:Ce3+，虽然分子式相同但是实施例1中选用的型号和实施例2~4不同，因此他们的峰值波长也不同。实施例5为铝酸盐结构绿色荧光粉，分子式为Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+，峰值波长535nm。实施例5为铝酸盐结构绿色荧光粉，分子式为Lu3Al5O12:Ce3+，峰值波长535nm。实施例1~6中的第二荧光体202均为同一种类的氮化物体系红色荧光粉，分子式为(Sr,Ca,Ba)SiAlN3:Eu2+，发光峰值波长不同，表格中分别标注为1、2、3号。在实施例1~4中采用纳米TiO2作为光扩散剂，而实施例5、6未添加光扩散剂。
表1中的实施例荧光粉重量都是我们在制作光源模组L1的样例芯片时的数据，实际在批量生产中，由于荧光粉批次不同重量都会稍有差异，但是为了保证实现本申请所提出的特定的光色及光谱特性，其基本占比是在一个固定的区间内的。表1中的wt2/wt1表示第二荧光体202和第一荧光体201的重量比，表中其比值基本在30%~35%这个范围内，考虑到荧光粉批次的不同实际范围可能扩大到25%~40%，如果选择和实施例不同类型的荧光粉种类其总量比范围可能扩大到10%~60%。不过基本而言作为第二荧光体202的红、橙色荧光粉要少于作为第一荧光体201的黄、绿色荧光粉。(wt1+wt2)/wt3表示第一荧光体201和第二荧光体202的重量之和和基底材料204的重量比，在表中的数值基本在90~100%之间，同样考虑到荧光粉种类的不同，实际范围可能会扩展到50%~120%。
除了以上的实施例以外，本申请还提供另一较佳实施方式，在该实施方式中，光源模组L1除了包括一种红色或橙色荧光粉以外，还包括红光LED芯片，荧光粉和芯片共同作用，加强红光部分的能量，以保证第二波峰的峰值强度小于等于第一波峰的峰值强度。根据该实施方式，本申请还提供实施例7，实施例7中第一发光元件1为峰值波长为408nm的蓝光LED。第一荧光体201为铝酸盐结构峰值波长为565nm的黄色荧光粉，分子式为Y3Al5O12:Ce3+，粉重7.57g。第二荧光体202为氮化物体系峰值波长为635nm的红色荧光粉，分子式为(Sr,Ca,Ba)SiAlN3:Eu2+，粉重2.63g。此外，光源模组L1还包括峰值波长为660nm的红光LED。基底材料204为10g重的透明硅胶。基底材料204中混入第一荧光体201、第二荧光体202后在搅拌机充分混合均匀，涂覆在发射主峰408nm的蓝光LED芯片和发射主峰660nm的红光LED芯片上，烘干除气泡后得到暖黄色LED芯片，即完成光源模组L1的制备。
实施例1-7的发射光的光色在CIE1931色空间上的位置如图2所示。图4、图6、图8、图10、图12、图14、图16分别为实施例1-7的相对光谱能量分布图，图5、图7、图9、图11、图13、图15、图17分别为实施例1-7和参考光谱的对比图，其中各参考光谱为和各自对应实施例的发射光同色温的黑体辐射光谱分布。实施例1-7发射光的发光特征及光谱特征如表2所示。
表2
Figure 72064DEST_PATH_IMAGE008
表2中1-7行对应实施例1-7，第8行为图3中现有技术典型暖白光的发光特性。表中x、y两列分别表示光源模组L1的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值。各实施例在CIE1931色坐标上的具***置如图2所示，我们发现所有点均落在相关色温1450~1750K与黑体轨迹的距离duv= -0.005~0.005的点围成的区间内，即图示区域A2中。在后期对这些实施例进行用户实验后，我们发现实施例1-4的效果更好，而从图2中我们可以发现，这些点都落入图示区域A1内，区域A1为中心点x0=0.571，y0=0.402，长轴a=0.00229，短轴b=0.00129，倾角θ=38.7°，SDCM=5.0的椭圆。
表2中CCT为色温，duv 表示在色坐标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向。相似度S和M/P以本申请文件中的计算公式获得，各实施例中相似度S均大于78%，对于更为优选的实施例1-4相似度S大于82%。M/P也均小于0.16。表中I2/I1表示第二波峰的峰值强度和第一波峰的峰值强度的比值，可见各实施例中第二波峰的峰值强度均小于等于第一波峰的峰值强度的12.0%。CRI为显色指数。从表2中我们可以看到所有实施例的光源模组L1的发射光均具有较高的显色指数，CRI≥80.0。
上述光源模组L1可应用各类灯具，图18示出了本申请一较佳实施例照明装置D1。照明装置D1为灯盘，在其他较佳实施例中也可以是吊灯、吸顶灯等，或者光源模组L1也可应用于台灯、筒灯、射灯等各类灯具。照明装置D1包括底盘6、设置有扩散板9的面框8、设置在光源板5上的光源模组L1和向光源模组L1提供工作所需电力的电源模组7，照明装置D1还可以根据具体灯具的功能、需求带有控制器、散热装置和配光部件等。控制器可用于调整光源模组L1所发出照射光的光色、光强等，而配光部件除了实施例中的扩散板外还可以是灯罩、透镜、扩散元件、光导等。本申请对此不作限定。
上文对本申请优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本申请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申请的范围之内。

Claims (13)

1.一种光源模组，其特征在于，包括第一发光元件和覆盖于第一发光元件的封装部，
所述第一发光元件发出峰值波长位于390~470nm的第一颜色光；
所述封装部包括：
第一荧光体，所述第一荧光体被布置为受所述第一颜色光激发后发出峰值波长位于520~560nm的第二颜色光；
第二荧光体，所述第二荧光体被布置为受所述第一颜色光激发后发出峰值波长位于610~660nm，半宽度为80~100nm的第三颜色光,
所述第一颜色、第二颜色光和第三颜色光混合形成所述光源模组的发射光，所述发射光在CIE1931色空间上，位于相关色温1450~1750K与黑体轨迹的距离duv= -0.005~0.005的点围成的区间内。
2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于，所述第一发光元件为LED芯片；所述第一荧光体为绿色荧光粉、黄色荧光粉、至少包含一种绿色荧光粉、黄色荧光粉的荧光粉组合；所述第一荧光体为红色荧光粉、橙色荧光粉、至少包含一种红色荧光粉、橙色荧光粉的荧光粉组合。
3.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述第二荧光体和所述第一荧光体的重量比为10%~60%。
4.如权利要求3所述的光源模组，其特征在于，所述封装部还包括基底材料，所述第一荧光体和所述第二荧光体和所述基底材料混合均匀后涂覆于所述第一发光元件。
5.如权利要求4所述的光源模组，其特征在于，所述基底材料为透明硅胶、透明树脂，所述第一荧光体和所述第二荧光体的重量和和所述基底材料的重量比为50%~120%。
6.如权利要求5所述的光源模组，其特征在于，所述封装部还包括光扩散剂，所述光扩散剂为纳米级氧化钛、氧化铝或氧化硅中的一种，所述光扩散剂和所述基底材料的重量比小于3.0%。
7.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述绿色荧光粉、所述黄色荧光粉为铝酸盐体系荧光粉，化学式Y3Al5O12:Ce3+、Lu3Al5O12:Ce3+、Y3(Al,Ga)5O12:Ce3+、Tb3Al5O12:Ce3+；
或为硅酸盐体系荧光粉，化学式(Ca,Sr,Ba)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+、 (Ca,Sr,Ba)2MgSi3O5:Eu2+、β-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+、α-(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2+；
或为氮氧化物体系荧光粉，化学式β-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2+、α-(Sr,Ca)SiAlON:Eu2+。
8.如权利要求2所述的光源模组，其特征在于，所述红色荧光粉、所述橙色荧光粉为氮化物体系荧光粉，化学式(Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)SiAlN3:Eu2+。
9.如权利要求2-8任一所述的光源模组，其特征在于，所述发射光的光色在CIE1931色空间上，位于中心点x0=0.571，y0=0.402，长轴a=0.00229，短轴b=0.00129，倾角θ=38.7°，SDCM=5.0的椭圆范围内。
10.如权利要求2-8任一所述的光源模组，其特征在于，所述发射光光谱中光谱强度最大值位于在大于610nm范围内，形成有第一波峰，所述发射光光谱中390~470nm范围内，形成有第二波峰，所述第二波峰的峰值强度小于等于所述第一波峰的峰值强度的12.0%。
11.如权利要求2-8任一所述的光源模组，其特征在于，所述发射光的光谱在可见光范围内其黑视素照度M与明视觉照度P之比M/P≤0.20。
12.如权利要求2-8任一所述的光源模组，其特征在于，所述发射光光谱在380~660nm范围内与同色温同亮度的黑体辐射光谱相比，相似度S≥78%。
13.一种照明装置，其特征在于，包括：如权利要求1至12中任意一项所述的光源模组。
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