CN216591107U - Led光源模组和照明装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种LED光源模组，LED光源模组包括发光组件和透镜收集***，发光组件用于出射光，发光组件包括主发光体和辅助发光体，主发光体的总出光面积大于辅助发光体的总出光面积；透镜收集***包括收集透镜、复眼透镜和聚光透镜，复眼透镜位于收集透镜与聚光透镜之间，透镜收集***位于发光组件的出光路径，以使发光组件出射的光经收集透镜、复眼透镜和聚光透镜进行出射，本申请还提供一种照明装置。本申请提供的LED光源模组和照明装置通过在发光组件中增设辅助发光体，并采用在光源内部混光的方式，可以改善光源在实际使用过程中出现的亮度及颜色衰减问题。

Description

LED光源模组和照明装置

技术领域

本申请涉及光学领域，具体而言，涉及一种LED光源模组和照明装置。

背景技术

随着半导体照明技术的发展，LED光源亮度得到了提升，其应用领域也被广泛开发。

以单基色光源和单基色为主的大功率LED光源在专业的舞台照明中的使用率逐年提高，已逐步替代传统的气体放电灯泡。虽然大功率LED寿命比较长，一般寿命大于2万小时，但在实际的应用的过程中，随着使用时间增长，采用LED光源的灯具出射光会有一定的衰减，而且每台灯具之间的颜色和亮度衰减不一致，导致灯具在使用一段时间后，灯具之间的颜色一致性很差，无法满足专业的应用场景。

在传统的灯具使用过程中，灯光师通常是通过另外灯具对主灯补光来修正色温或显指，但多灯具有一些缺点，一是成本高，占用较大的空间；二是多灯具相当于多点光源，照明光束照射在物体上，形成多个影子，严重时还形成色斑，达不到自然光完美的照明效果，多影子和颜色色斑，影响了艺术完美展现。

另外，灯具在使用过程中，灯光师根据不同场景的应用要求，会调整灯具亮度输出。LED光源是通过PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制) 的调光方式来调整光通量的输出，基于LED光源是蓝色芯片激发红黄荧光粉，通过波长转换的方式来获得白光的原理，在调整蓝色芯片的发光功率时，其红蓝光的激发效率不一样，而导致LED光源色温的变化，这个色温变化导致摄像机拍摄出来的颜色偏色。

实用新型内容

本申请实施例提出了一种LED光源模组和照明装置，以解决上述技术问题。

本申请实施例通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本申请实施例提供一种LED光源模组包括发光组件和透镜收集***，发光组件用于出射光，发光组件包括主发光体和辅助发光体，主发光体的总出光面积大于辅助发光体的总出光面积；透镜收集***包括收集透镜、复眼透镜和聚光透镜，复眼透镜位于收集透镜与聚光透镜之间，透镜收集***位于发光组件的出光路径，以使发光组件出射的光经收集透镜、复眼透镜和聚光透镜进行出射。

在一种实施方式中，发光组件包括多个封装单元，每个封装单元包括至少一个主发光体与至少一个辅助发光体，同一个封装单元中的辅助发光体分布于主发光体的周围。

在一种实施方式中，发光组件包括多个封装单元，多个封装单元包括多个第一封装单元和多个第二封装单元，每个第一封装单元封装一个主发光体，每个第二封装单元封装多个辅助发光体。

在一种实施方式中，收集透镜包括多个子收集透镜单元，多个子收集透镜单元与多个封装单元一一对应设置，每个子收集透镜位于对应的一个封装单元的出光路径。

在一种实施方式中，辅助发光体发射辅助光，辅助光为红光、蓝光、绿光中的一种或者多种。

在一种实施方式中，多个封装单元呈圆形或者矩形或者多边形分布，多个封装单元分布具有对称中心，辅助发光体关于所述对称中心中心旋转对称，同一个封装单元中的辅助发光体相对主发光体更远离封装单元分布的中心。

在一种实施方式中，LED光源模组还包括滤光单元，滤光单元可选择性地处于滤光位置或非滤光位置，处于滤光位置的滤光单元位于透镜收集***的出光路径并进行滤光，处于非滤光位置的滤光单元偏离透镜收集***的出光路径。

在一种实施方式中，滤光单元对发光组件出射的光进行过滤，并降低波长为510-580nm的光的透过率。

在一种实施方式中，滤光单元对发光组件出射的光进行过滤，并降低波长为600-660nm的光的透过率。

第二方面，本申请实施例提供一种照明装置。照明装置包括上述任一实施例的LED光源模组。

本申请提供的LED光源模组的发光组件包括主发光体和辅助发光体，主发光体用于出射主光(如白光)，辅助发光体用于出射其他辅助光，辅助光的功能是弥补主光在生命周期内色温衰减或调光过程中的色温变化。主光为发光组件中的主要发光源，其发出的光通量大于辅助光，在主发光体和辅助发光体的单位面积发光功率相等时，主发光体的总出光面积大于辅助发光体的总出光面积，达到主光亮度更强，使发光组件更均匀稳定的出射光的效果。本申请采用在光源内部混光的方式，可以改善光源在实际使用过程中出现的亮度及颜色衰减问题，避免照明灯具在投射时产生多个影子和色斑的不良效果。在本申请中，每个点光源或面光源，包含一个主发光体，或者每个点光源或面光源包含多个辅助发光体，或者每个点光源或面光源同时包含一个主发光体和多个辅助发光体，每个点或面光源与收集透镜以一定光学距离组成一个阵列，经过复眼透镜匀光后，再经过聚光镜投射到LED光源模组外，有助于提供发光组件的出光效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为LED光源6000小时老化后色坐标的漂移图。

图2为LED光源6000小时老化后色温的漂移。

图3为本申请实施例一中提供的LED光源模组的结构示意图。

图4为图3的LED光源模组的封装单元的结构示意图。

图5为本申请实施例一中提供的LED光源模组的封装单元分布的示意图。

图6为本申请实施例二中提供的LED光源模组的发光组件的示意图。

图7为本申请实施例二中提供的另一LED光源模组的发光组件的示意图。

图8为本申请实施例二中提供的又一LED光源模组的发光组件的示意图。

图9为本申请实施例二中提供的再一LED光源模组的发光组件的示意图。

图10为本申请实施例二中提供的再一LED光源模组的发光组件的示意图。

图11为本申请实施例二中老化后的LED光源和调整后的LED光源模组的光谱图。

图12为本申请实施例三中提供的LED光源模组的结构示意图。

图13为本申请实施例三中提供的LED光源模组的滤光单元的透过率曲线图。

图14为本申请实施例三中提供的LED光源模组的滤光单元的透过率曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

LED光源的发光原理是LED蓝光芯片激发黄红绿等荧光粉，LED光源的衰减有几个方面的原因：一是LED芯片输出蓝光光通量的衰减；二是红黄荧光粉光转换的衰减；三是胶水老化导致吸蓝光成分增加而导致蓝光光通量的衰减。根据LED光源的发光原理，其衰减可带来色温降低、偏色等的不良效果。请参阅图1和图2，LED光源衰减的具体表现为色温降低，颜色逐渐偏绿。

第一实施例

请参阅图3，本实用新型实施例提供一种LED光源模组1，LED光源模组1包括发光组件100和透镜收集***107。发光组件100用于出射光，透镜收集***107位于发光组件100的出光路径，以使发光组件100出射的光经透镜收集***107进行出射。发光组件100包括主发光体111和辅助发光体112，主发光体111出射主光(如白光)，辅助发光体112出射其它辅助光。

辅助光的颜色至少大于一种，优先考虑红色辅助光，在一种实施方式中，辅助光可以是红色和蓝色两色的辅助光，另外的，辅助光也可以是红绿蓝三色的辅助光。

辅助光可以是半导体芯片直接发出的光，如红色LED芯片、绿色LED 芯片及蓝色LED芯片直接出射的光，在一种实施方式中，辅助光也可以通过短波LED芯片激发相应的荧光粉通过波长转换的获得。

主发光体111为发光组件100中的主要发光源，提供光源模组的主要光通量。辅助光可以弥补主光在色温衰减或调光过程中的色温变化。在主发光体111和辅助发光体112单位发光功率相等的前提下，主发光体111的总出光面积大于辅助发光体112的总出光面积，具体表现为主发光体111的光通量大于辅助发光体112的光通量。这样的设置可以使得主光亮度更强，使发光组件100可以更均匀稳定的出射光。

请参阅图4，发光组件100包括多个封装单元114，每个封装单元114 包括至少一个主发光体111与至少一个辅助发光体112。主发光体111可以为主LED芯片，辅助发光体112可以为辅助LED芯片，具体地，一个封装单元114中可以包括一个主LED芯片和两个辅助LED芯片，在一种实施方式中，一个封装单元114中可以包括一个主LED芯片和三个辅助LED芯片。

主发光体111的有效发光面的形状不局限于方形，示例性的，主发光体 111的有效发光面形状可以为圆形、多边形等。辅助发光体112有效发光面的形状不局限于方形，示例性的，辅助发光体112的有效发光面形状可以为圆形、多边形等。

同一个封装单元114中的多个辅助发光体112对称设置于主发光体111 的周围，主发光体111和辅助发光体112的有效发光面的排布原则为近圆形，合理的布局主发光体111和辅助发光体112的有效发光面分布可以获得更大的光通量的输出。

在一种实施例中，主发光体111为主LED芯片，辅助发光体112为辅助 LED芯片，则为了获得最大的发光效率，芯片不发光的部件113，例如电极，可以设置在靠近发光芯片封装的边缘角落处。

请参阅图5，大功率LED光源模组功率通常在100W以上，单颗LED 芯片的功率在10W-20W之间，所以大功率LED光源模组通常以n(n>＝3) 个封装单元114组成。在一种实施方式中，为了最大地利用发光面积，使得封装单元114的布局更加集中，封装单元114的排布可以呈规则图形，例如圆形或者多边形。

多个封装单元114的分布呈圆形、矩形或者多边形。在一种实施方式中多个封装单元114中的辅助发光体112的分布关于对称中心C呈中心旋转对称，多个封装单元114环绕对称中心C旋转一定角度后，封装单元114中的辅助发光体112可以与原来的封装单元114中的辅助发光体112的布局重合。这样的设置可以使发光组件100获得更好的颜色的均匀性以及亮度的均匀性。

在一种实施方式中，同一个封装单元114中的辅助发光体112相对主发光体111更远离封装单元分布的中心。这样的设置一方面可以使得主发光体111的布局更加集中，从而出射的主光更加集聚，减少偏色现象的出现，使得发光组件100出光颜色更均匀；另一方面可以使得辅助发光体112的布局不至于过于集中，有助于辅助发光体112提供的辅助光更为均匀。

请参阅图3，透镜收集***107包括收集透镜110，复眼透镜103和聚光透镜104。收集透镜110包括多个子收集透镜单元1010，多个子收集透镜单元1010与多个封装单元114一一对应设置，每个子收集透镜单元1010位于对应的一个封装单元114的出光路径。

在一种实施方式中，收集透镜110的数量为两个，例如其中一个收集透镜110可以作为第一收集透镜101，另一个收集透镜110可以作为第二收集透镜102，第一收集透镜101与第二收集透镜102可以间隔地位于发光组件 100的出光路径。

复眼透镜103位于收集透镜110与聚光透镜104之间，复眼透镜103的数量可以是两个，将复眼透镜103应用于照明***可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。聚光透镜104可以弥补光量的不足和适当改变从光源射来的光的方向，将光线聚焦，以得到最好的照明效果。

透镜收集***107位于发光组件100的出光路径，以使发光组件100出射的光经收集透镜110、复眼透镜103和聚光透镜104进行出射，投射至光栏105处。

本实施例采用在同一个封装单元114内封装主发光体111和辅助发光体 112，采用这样的封装方式，辅助光可以弥补主光在生命周期内色温衰减或调光过程中的色温变化。合理的设计主发光体111和辅助发光体112的布局，使得发光组件100出光均匀。采用光源内部混光的方式，可以改善光源在实际使用过程中出现的亮度及颜色衰减问题，避免照明灯具在投射时产生多个影子和色斑的不良效果。

实施例二

请参阅图6，与第一实施例不同的是，在本实施例中，多个封装单元210 包括多个第一封装单元213和多个第二封装单元214，每个第一封装单元213 封装一个主发光体211，每个第二封装单元214封装多个辅助发光体212。采用这样的封装方式可以简化封装单元210的封装结构，使得封装过程更加简易，降低封装成本。其中，第一封装单元213的数量多于第二封装单元214 的数量。

具体的，例如，请参阅图7，在一种实施方式中，每个第一封装单元213 可以封装一个主发光体211，每个第二封装单元214可以封装多个辅助发光体212，第一封装单元213的数量可以为4个，第二封装单元214的数量可以为1个。多个封装单元210呈矩形分布，第一封装单元213可以设置于矩形的四个顶点，第二封装单元214可以设置于矩形的中心。

在一种实施方式中，请参阅图8，每个第一封装单元213可以封装一个主发光体211，每个第二封装单元214可以封装多个辅助发光体212，第一封装单元213的数量可以为6个，第二封装单元214的数量可以为1个。多个封装单元210呈正六边形分布，第一封装单元213可以设置于正六边形的六个顶点，第二封装单元214可以设置于正六边形的中心。

在一种实施方式中，请参阅图9每个第一封装单元213可以封装一个主发光体211，每个第二封装单元214可以封装多个辅助发光体212，第一封装单元213的数量可以为6个，第二封装单元214的数量可以为4个。第一封装单元213可以设置于正六边形的六个顶点，第二封装单元214可以对称设置于正六边形内。

在一种实施方式中，请参阅图10每个第一封装单元213可以封装一个主发光体211，每个第二封装单元214可以封装多个辅助发光体212，第一封装单元213的数量可以为6个，第二封装单元214的数量可以为3个。第一封装单元213可以设置于正六边形的六个顶点，第二封装单元214可以对称设置于正六边形内。多个封装单元210呈中心对称分布。

在本实施例中，同一个封装单元210中可以封装发出相同颜色光的辅助发光体212，不同的封装单元210可以封装发出不同颜色光的辅助发光体212。例如，辅助光可以为红光、蓝光、绿光中的一种或者多种。这样的设置可以在设计封装单元210时更好统一布局设计，得发光组件201出光均匀，减少偏光现象的产生，同时降低了封装发光体的成本和难度。

在一种实施方式中，第一封装单元213的数量大于第二封装单元214的数量，既主发光体211的总出光面积大于辅助发光体212的总出光面积。这样的设置可以使得主光亮度更强，使发光组件201出光更均匀稳定的出射光。请参阅表一，表一为***模拟仿真的老化后的LED光源通过辅助光的调整之后的变化。原始LED光源模组的色温6500K，经过老化后LED光源模组的色温为6280K，有一定的降低。通过本实施例提供的LED光源模组1调光后，色温接近6500K，显色指数显著提高，相对光谱也发生变化。其中CCT代表色温，单位为K，RA代表显色指数，R1～R15分别代表十五种特定颜色的显色指数。从表一可以可得，R9在经过调整后相对于老化时的显色指数有了大幅提升，光源模组颜色由绿偏红。请一并参阅图11，图11为老化后的LED 光源的光谱以及经过本实施例提供的LED光源模组1调光后的光谱。由表一和图11可得，本实施例提供的LED光源模组可以改善LED光源衰减导致的色温降低的问题。

表一

实施例三

灯光师根据不同应用场景，有不同亮度的照明要求，需要对光源的相对光通量输出进行调整，大功率LED光源调整光源亮暗是通过一种PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)调光方式来实现，PWM＝100％,表示全亮； PWM＝0，表示关闭；0<PWM<100％,表示处于最亮和最暗之间。

表二

根据在调光后LED光谱的特性变化，通过理论计算，去掉影响颜色和其它显指等参数的光谱成分，可以得到需要的光谱：

S1(λ)＝S0(λ)*T(λ)；

其中S1为需要的光谱，S0为调光后的光谱，T为光谱调制函数。

表二为LED灯具在调光后各参数的变化，其中，DIM代表光源亮度， CCI代表色彩变化指数，CCT代表相关色温，Duv代表色偏差值，R1～R15 分别代表十五种特定颜色的显色指数。

从表二的数据来看，LED灯具在经过PWM调光，光通量输出在50％-0％这一段的CCI指标及R9降低比较多。主要是通过低于50％亮度的部分，优化光谱调制函数，使光源经过固定特殊的滤光片透过曲线，获得所需要的输出参数。

请参阅图12，LED光源模组3还包括滤光单元306，滤光单元306可以对发光组件300出射的光进行过滤。滤光单元306可以是镀有特殊透过率的滤光片，滤光单元306可选择性地处于滤光位置或非滤光位置，在光源低于 50％的亮度时沿T1方向切入到出光路径中，处于滤光位置的滤光单元306 位于透镜收集***307的出光路径并进行滤光，光源的光谱特性发生改变；当调光亮度在100％-50％时，滤光单元306沿T2方向切出出光路径，处于非滤光位置的滤光单元306偏离透镜收集***307的出光路径，光源不受到滤光单元306的调制。根据实际需要，此亮度档可以分为多段，实现比较精准的调制。

滤光单元306的透过率曲线如图13，在516-547nm之间，透过率是逐渐降低；在547-569nm,透过率是增加的；在510-565nm之间，透过率至少有一个透过率波谷。

在一种实施方式中，滤光单元306的透过率曲线如图14，在507-547nm 之间，透过率是逐渐降低；在547-600nm,透过率是增加的；在510-565nm之间，透过率至少有一个透过率波谷，或者在600-646nm之间，至少有一个透过率波谷。

以上，滤光单元306的特征是在500-700nm，透过率至少有一个波谷，波谷在510-580nm之间，滤光单元306对此波长范围内的光进行过滤，并降低波长为510-580nm的光的透过率；也可以是两个波谷，一个波谷在 510-580nm之间,另外一个波谷在600-660nm之间，滤光单元306对此波长范围内的光进行过滤，并降低波长为510-580nm的光的透过率以及降低波长为 600-660nm的光的透过率。

在本实施例中，从表三的数据来看，经过模拟计算，经过滤光单元306 调制后，在30％及10％亮度，LED光源原始颜色由偏绿变为偏红，R9有显著提升。采用本实施例提供的LED光源模组3，可以在PWM调整LED光源亮度的过程中，对红光和蓝光的输出比例进行调整，以减小光源色温的变化，使摄像机在此环境下的应用得到良好成像，颜色准确的画面。

表三

本申请实施例提供一种照明装置。照明装置包括上述任一实施例的LED 光源模组。本申请提供的照明装置的发光组件100包括主发光体111和辅助发光体112，主发光体111用于出射主光(如白光)，辅助发光体112用于出射其他辅助光，辅助光的功能是弥补主光在生命周期内色温衰减或调光过程中的色温变化。主光为发光组件100中的主要发光源，其发出的光通量大于辅助光，在主发光体111和辅助发光体112的单位面积发光功率相等时，主发光体111的总出光面积大于辅助发光体112的总出光面积。在本申请中，每个点光源或面光源，包含一个主发光体111，或者，每个点光源或面光源包含多个辅助发光体112，或者每个点光源或面光源同时包含一个主发光体 111和多个辅助发光体112。每个点或面光源与收集透镜110以一定光学距离组成一个阵列，经过复眼透镜103匀光后，再经过聚光镜104投射到LED光源模组1外，有助于提供发光组件100的出光效果。本申请采用在光源内部混光的方式，可以改善光源在实际使用过程中出现的亮度及颜色衰减问题，避免照明灯具在投射时产生多个影子和色斑的不良效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED光源模组，其特征在于，包括：

发光组件，用于出射光，所述发光组件包括主发光体和辅助发光体，所述主发光体的总出光面积大于所述辅助发光体的总出光面积；

透镜收集***，所述透镜收集***包括收集透镜、复眼透镜和聚光透镜，所述复眼透镜位于所述收集透镜与所述聚光透镜之间，所述透镜收集***位于所述发光组件的出光路径，以使所述发光组件出射的光经所述收集透镜、所述复眼透镜和所述聚光透镜进行出射。

2.根据权利要求1所述的LED光源模组，其特征在于，所述发光组件包括多个封装单元，每个所述封装单元包括至少一个所述主发光体与至少一个所述辅助发光体，同一个所述封装单元中的所述辅助发光体分布于所述主发光体的周围。

3.根据权利要求1所述的LED光源模组，其特征在于，所述发光组件包括多个封装单元，多个所述封装单元包括多个第一封装单元和多个第二封装单元，每个所述第一封装单元封装一个所述主发光体，每个所述第二封装单元封装多个所述辅助发光体。

4.根据权利要求2或3所述的LED光源模组，其特征在于，所述收集透镜包括多个子收集透镜单元，多个所述子收集透镜单元与多个所述封装单元一一对应设置，每个所述子收集透镜位于对应的一个所述封装单元的出光路径。

5.根据权利要求1-3任一项所述的LED光源模组，其特征在于，所述辅助发光体发射辅助光，所述辅助光为红光、蓝光、绿光中的一种或者多种。

6.根据权利要求2所述的LED光源模组，其特征在于，多个所述封装单元呈圆形或者矩形或者多边形分布，多个所述封装单元分布具有对称中心，所述辅助发光体关于所述对称中心中心旋转对称，同一个所述封装单元中的所述辅助发光体相对所述主发光体更远离所述封装单元分布的中心。

7.根据权利要求1所述的LED光源模组，其特征在于，所述LED光源模组还包括滤光单元，所述滤光单元可选择性地处于滤光位置或非滤光位置，处于所述滤光位置的所述滤光单元位于所述透镜收集***的所述出光路径并进行滤光，处于所述非滤光位置的所述滤光单元偏离所述透镜收集***的所述出光路径。

8.根据权利要求7所述的LED光源模组，其特征在于，所述滤光单元对所述发光组件出射的光进行过滤，并降低波长为510-580nm的光的透过率。

9.根据权利要求7或8所述的LED光源模组，其特征在于，所述滤光单元对所述发光组件出射的光进行过滤，并降低波长为600-660nm的光的透过率。

10.一种照明装置，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的LED光源模组。

Images