节律照明用LED光源及其LED发光部件和发光装置

技术领域

本发明属于LED光源技术领域，特别是涉及一种节律照明用LED光源及其LED发光部件和发光装置。

背景技术

随着LED(Light Emitting Diode，发光二极管)行业技术的发展与产品应用的普及，对LED光源的要求日益提高，这得益于LED器件性价比的不断提升，目前LED器件已逐渐成为照明主要采用的发光器件。目前LED的大部分光源和灯具，的价格已低于传统的光源和灯具。在此期间，基于LED芯片及荧光粉技术的光谱工程也得到了长足发展。

在这些背景下，LED产业逐渐从单纯的追求高光效，高性价比这两个维度，逐渐发展到对照明效果和光品质的追求，LED产业界开始追求以人为本的照明，即人因节律照明，这一照明评价新维度。节律照明属于人因照明的一类，目前已有多种模型定量表征节律照明，特别是2018年国际照明委员会的标准CIES026/E:2018的发表，使得节律照明有国际通用标准可以参考，从而LED器件厂商的产品进入了可定量比较阶段。

现有技术通常采用铝酸盐荧光粉或者硅酸盐荧光粉混合氮化物红色荧光粉配合蓝光或紫光芯片，做到低色温LED用于节律照明的夜间照明。此技术的缺点是褪黑素照度比率(Melanopic Ratio，M/P值)偏高、使用寿命不佳，因此可靠性不佳。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有LED光源用于节律照明的夜间照明时存在褪黑素照度比率M/P值高、使用寿命不佳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于人因照明的节律照明用LED光源，LED芯片和荧光胶，所述荧光胶覆盖在所述LED芯片上，所述荧光胶包括：硅胶和混合荧光粉，上述混合荧光粉包括：β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉，上述β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉的质量比百分比为：

β型塞隆荧光粉为：20％～60％；

红色荧光粉为：5％～20％；

黄色荧光粉为：20％～60％。

发明人在试验过程中，在调整β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉的质量配比过程中发现，当β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉的质量比为：β型塞隆荧光粉为：20％～60％，红色荧光粉为：5％～20％，黄色荧光粉为：20％～60％时，能够使得LED光源的显色指数Ra提高和M/P值降低。

在本发明的一种或多种实施方式中，LED芯片选自发光峰值波长为在400-460nm的芯片。

在本发明的一种或多种实施方式中，LED芯片选自发光峰值波长为440nm～455nm的蓝光芯片。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉的质量比百分比为：

β型塞隆荧光粉为：30％～50％；

红色荧光粉为：5％～18％；

黄色荧光粉为：35％～60％。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述β型塞隆荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉的质量比百分比为：

β型塞隆荧光粉为：35％～45％；

红色荧光粉为：10％～18％；

黄色荧光粉为：40％～55％。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述β型塞隆荧光粉选自发光峰值波长为520nm～560nm的绿色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述β型塞隆荧光粉选自发光峰值波长为530nm～540nm的绿色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述β型塞隆荧光粉的化学分子式为：Si

在本发明的一种或多种实施方式中，上述红色荧光粉选自发光峰值波长为630nm～660nmnm红色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述红色荧光粉选自发光峰值波长为650nm～660nm红色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述红色荧光粉为(Sr,Ca)AlSiN

在本发明的一种或多种实施方式中，上述黄色荧光粉选自发光峰值波长为540nm～570nm黄色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述黄色荧光粉选自发光峰值波长为550nm～560nm黄色荧光粉。

在本发明的一种或多种实施方式中，黄色荧光粉选自(Ca,Sr)

本发明第二方面还提供了一种LED发光部件，上述LED发光部件包括：基板和上述节律照明用LED光源。

本发明第三方面还提供了一种发光装置，包括：封装结构和上述节律照明用LED光源或上述LED发光部件。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述封装结构选自贴片灯珠、COB LED、LED模组、LED灯丝灯中的任意一种或多种。

在本发明的一种或多种实施方式中，上述贴片灯珠为白光贴片LED灯珠，该灯珠包括：LED芯片、芯片电极和LED支架，其中芯片电极分别在LED支架的两端，用于引出LED芯片的正负极。

非视觉效应的计算公式如下：

M/P值计算公式：

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1.本发明人因节律照明LED光源，因为所用芯片峰值波长在440-455nm，这种LED芯片产生的光，可大部分用于激发荧光粉，可以获得很高的激发效率，显色指数Ra>85，M/P值低于0.3，能够有效促进人体褪黑素形成。

2.本发明在白光LED光源中引入了β型塞隆荧光粉，特别是化学分子式为：Si

3.另外，发明人在实验过程中意外发现本发明采用化学分子式为：Si

总之，本发明所得LED光源的M/P比值＜0.3，能够使得蓝光能量＜2％，可实现2000-6500K的任意色温，尤其适用于2000K-3000K的低色温LED产品，显色指数Ra>85，与同类产品相比拥有更高的可靠度，更低的M/P值；人通过本发明LED光源适宜的光照刺激，可以将人体内部生物钟节律周期校准到与地球自转周期同步，从而维持人体各项生理功能有规律性运转，本发明一般运用在晚上睡眠时，可以促进褪黑素的形成，可以做到让人的情绪更加放松。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的β型塞隆荧光粉激发发射光谱；

图2是根据本发明实施例5的白光贴片LED灯珠结构图；

图3是根据本发明实施例6的白光COB LED灯结构图；

图4a是对比例1硅酸盐荧光粉的白光LED光源的光谱强度图；

图4b是对比例2铝酸盐荧光粉的白光LED光源的光谱强度图；

图4c是根据本发明实施例1的白光LED光源的光谱强度图；

图5是根据本发明实施例1与相同色温的采用不同材料的荧光粉的白光LED样品同时进行高温高湿老化测试对比图；

图6是根据本发明实施例1与相同色温的采用不同材料的荧光粉的白光LED样品同时进行常温寿命试验的老化测试对比图；

图7是根据本发明实施例5白光贴片LED灯珠的测试报告图；

图8是根据本发明实施例6白光COB LED灯的测试报告图。

附图标记说明：

1-LED芯片；2-芯片电极；3-LED支架/基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，本发明所使用的β型塞隆荧光粉(β-sialon)的半波宽为54nm，半波宽较窄，且最佳激发波长在400-460nm之间，涵盖了紫外光和蓝光波段，因此本发明LED光源还用于紫外光激发的器件中。

基于本发明对激发效果的要求，本申请采用蓝光芯片激发铝酸盐荧光粉，氮化物荧光粉，β型塞隆荧光粉等单独或者混合荧光粉胶体，通过调整不同比例，做到2000K-6500K色温LED，实现了降低480nm相对光谱强度，显色指数Ra＞85，M/P值低于0.3，且采用峰值波长440-455nm的蓝光芯片能达到最佳效果。

实施例1：节律照明用LED光源

按质量百分比比为41％、44％和15％配出含有绿、黄、红三色荧光粉的荧光粉混合物，其中绿色荧光粉为β型塞隆荧光粉(β-sialon)Si

实施例2：节律照明用LED光源

本实施例制备的节律照明用LED光源采用的混合荧光粉包括：0.35g的β型塞隆荧光粉(β-sialon)Si

实施例3：节律照明用LED光源

本实施例制备的节律照明用LED光源采用的混合荧光粉包括：0.8g的β型塞隆荧光粉(β-sialon)Si

对比例1：LED光源

本对比例LED光源采用的荧光粉混合物为：2.20g的硅胶A+B、0.20g的红色荧光粉、0.60g的黄色荧光粉和0.52g的硅酸盐绿色荧光。

对比例2：LED光源

本对比例LED光源采用的荧光粉混合物为：2.2g的硅胶A+B、0.20g的红色荧光粉、0.60g的黄色荧光粉、0.60g的铝酸盐绿色荧光粉。

实施例4：LED发光部件

将芯片1固定在LED基板3上，芯片1两端分别通过金线与基板底部的两个极片连接从而与两个电极2到导通。

实施例5：白光贴片LED灯珠

如图2所示，本实施例白光贴片LED灯珠包括：LED芯片1、芯片电极2和LED支架3，芯片电极2分别在LED支架3的两端，用于引出LED芯片1的正负极。按图2所示封装结构，结合实施例1所得节律照明用LED光源，得到白光贴片LED灯珠。

实施例6：白光COB LED灯

如图3所示，本实施例为白光COB LED灯，包括：LED芯片1、芯片电极2和LED基板3，芯片电极2分别在LED基板3的两端，用于引出LED芯片1的正负极。按图3所示封装结构，结合实施例1所得节律照明用LED光源，得到白光COB LED灯。

测试例1：M/P值对比测试

图4a-4c为在芯片与支架相同的情况下，实施例1与相同色温的采用对比例1硅酸盐荧光粉和对比例2铝酸盐荧光粉的白光LED样品同时进行测试，得到如下表1所示的褪黑素照度比率M/P值对比表。

表1褪黑素照度比率M/P值对比表

由表1和图4a-4c对比数据可知，对比例1在480nm附近M/P值为0.31，对比例2在480nm附近M/P值为0.35，而实施例1在480nm附近M/P值为0.29，因此，由图4a-4c的光谱图对比可明显看出实施例1在480nm附近M/P值低于对比组荧光粉样品。

因此，β型塞隆荧光粉的绿色半波宽越窄，480nm附近的光谱就越低；绿色荧光粉半波宽越宽，在光谱中覆盖范围越大，也会提高480nm光谱高度。绿色荧光粉半波宽越宽，进而会提高M/P值，而高的M/P值是不适合夜间节律照明的；图4c中β型塞隆荧光粉在540nm的绿色半波宽窄，其480nm附近的光谱降低，降低了M/P值，从而促进了褪黑素的形成，可以做到让人更加放松愉悦。

测试例2：老化对比测试

测试设备为：杭州远方光电HAAS2000-V3测试系统。

测试方法：将LED灯安装在测试夹具上，在控制软件中输入测试电流，点击测试，越5秒测试完成并形成测试报告。

表2为在芯片与支架相同的情况下，实施例1与相同色温的对比例1和对比例2的荧光粉的白光LED样品同时进行高温高湿老化测试对比，其中，高温高湿条件是：环境温度85℃、湿度85％。

由图5和表2可以明显看出实施例1光通量维持率优于采用对比例1的硅酸盐混合荧光粉样品和对比例2的铝酸盐荧光粉样品。

表2高温高湿条件下LED光源寿命对比

表3为在芯片与支架相同的情况下，实施例1与相同色温的对比例1和对比例2的荧光粉的白光LED样品同时进行常温寿命老化测试对比，其中，常温条件是：环境温度25℃。

由图6和表3可以明显看出实施例1光通量维持率优于采用对比例1的硅酸盐混合荧光粉样品和对比例3的铝酸盐荧光粉样品。

表3常温条件下LED光源寿命对比

测试例3：实施例5和实施例6产品色温测试

测试设备为：杭州远方光电HAAS2000-V3测试系统。

测试方法：将LED灯安装在测试夹具上，在控制软件中输入测试电流，点击测试，越5秒测试完成并形成测试报告。

图7为实施例5白光贴片LED灯珠产品的色温测试图。由图7可知，实施例5白光贴片LED灯珠产品额显色指数Ra为85.9，显色指数大于85；在480nm附近有较低的光谱强度；色温为2203K。

图8为实施例6白光COB LED灯的色温测试图。由图7可知，实施例5白光贴片LED灯珠产品额显色指数Ra为85.3，显色指数大于85；在480nm附近有较低的光谱强度；色温为2243K。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。