LED器件和相应的灯的制作方法

本公开的各实施例涉及照明领域，更具体地涉及一种led器件以及相应的灯。

背景技术：

研究表明：光不仅仅对人类在视觉方面有影响，在生物节律方面也有所影响。在夜间暴露给太多的光将使人们变得警觉并且难以入睡。进一步地研究表明，人眼中的黑视蛋白对从蓝色至绿色的青光波长范围(即，从480nm至490nm)内的光较为敏感，从而可以在某种程度上影响人体内的褪黑素的分泌。例如，在白天，活跃的黑视蛋白可以抑制褪黑素的分泌，有助于人们保持清醒；而在黑夜，低活跃的黑视蛋白可以允许褪黑素的分泌，帮助人们快速进入睡眠。因此，光对于人类的生物节律具有举足轻重的影响。

同时，不同的白光具有不同的显色指数和光谱分布。为了更为逼真地再现被照射物体的颜色，通常期望提供具有更高显色指数和更宽光谱分布的白光。已经提出了各种人造光以在各种应用场景下使用。然而，这些人造光在调节人体的生物节律、提供高显色指数和/或宽光谱分布方面并不令人满意。

技术实现要素：

本公开的目的之一在于提供一种led器件，其至少可以在调节人体的生物节律、提供高显色指数和/或宽光谱分布方面有所改进。

根据本公开的第一方面，其提供了一种led器件。该led器件包括第一led光源，其被配置成用于发射第一波长范围的青光；以及第二led光源和荧光粉的组合，其被配置成用于发射白光，其中所述第二led光源被配置成用于发射第二波长范围的蓝光，所述荧光粉被配置成用于至少部分地将入射到其上的所述第二波长范围的蓝光转换成第三波长范围的光，以便与未经转换的蓝光组合形成所述白光；其中所述第二led光源适于被单独供电或与所述第一led光源同时被供电，以使所述led器件能够在至少以下a)和b)两种光的发射之间进行切换：a)所述白光，和b)所述白光和所述青光两者的组合光。

通过本公开的led器件，其因此可以提供至少两种光，即a)传统的基于蓝光激发荧光粉所生成的白光；以及b)白光和青光的组合光。通过在这两种光之间进行切换，可以有利地使得该led器件适应于不同的应用场景。特别地，由于组合光中青光存在，可以有效地调节人体的生物节律，并且可以拓展灯具输出白光的光谱，并且提高输出白光的显色指数。

在一些实施例中，所述第一波长范围的青光具有485nm的峰值波长，所述第二波长范围的蓝光具有450nm的峰值波长。在该些实施例中，具有该485nm的峰值波长的青光以及具有450nm的峰值波长的蓝光可以通过青光芯片和蓝光芯片来实现。特别地，该蓝光芯片是市场上的主流发光芯片，基于该蓝光芯片来生成白光可以有效降低白光灯具的成本。

在一些实施例中，还包括第一接电端和第二接电端，以及第三接电端和第四接电端，其中所述第一接电端和第二接电端分别电连接至所述第一led光源的正极和负极，以用于对所述第一led光源所发射的青光进行控制；所述第三接电端和第四接电端分别电连接至所述第二led光源的正极和负极，以用于对所述组合所发射的白光进行控制。在该些实施例中，可以通过这些接电端实现对第一led光源和第二led光源的独立控制，从而实现上述两种不同光的切换。

在一些实施例中，所述led器件是led封装，其包括第一树脂，所述第一树脂封装所述第二led光源和所述荧光粉的组合以及所述第一led光源两者。在该些实施例中，该led器件可以以封装的形式存在，从而便于后续在灯具中作为光源来使用

在一些实施例中，所述led封装还包括第二树脂，所述第二树脂仅封装所述第二led光源和所述荧光粉的组合，其中所述第一led光源位于所述第二树脂之外，所述第一树脂封装所述第二树脂以及所述第一led光源。在该些实施例中，荧光粉仅与第二led光源结合使用，从而实现仅对第二led光源所发射的光的转换。

在一些实施例中，所述荧光粉至少包括红色荧光粉，其散布在所述第二树脂中。在该些实施例中，红色荧光粉的存在可以有效地拓展白光中的红光分量，从而可以实现更宽光谱的照明白光。

在一些实施例中，所述红色荧光粉为氟硅酸钾锰。该荧光粉为可以是例如来自英特美公司生产的型号为nr6931-04c的红色荧光粉(s90荧光粉)。使用该s90荧光粉可以有效地提高第二led光源的出光效率，并且实现红光光谱分量和其他光谱分量的有效平衡。

在一些实施例中，所述led器件被配置成使得在发射所述白光和所述青光两者的组合光时，所述白光的第一光谱功率和所述青光的第二光谱功率的比值为13:1～26:1。在该些实施例中，通过调节白光的第一光谱功率和所述青光的第二光谱功率的比值，可以实现对显色指数的调节。

在一些实施例中，所述led器件被配置成使得在发射所述白光和所述青光两者的组合光时，所述白光的第一光谱功率和所述青光的第二光谱功率的比值为20:1。在该比值下，本公开的显色指数ra可以高达96。

根据本公开的另一方面，提供了一种led灯。该灯包括根据前面实施例中任一项所述的led器件。

应当理解，

技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开实施例的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的基于蓝光波长以及荧光粉所产生的白光、独立生成的青光以及两者的组合光的光谱分布示意图；

图2示出了用于产生图1的白光和/或青光的led器件的示意性电路图；

图3示出了第一led光源和第二led光源在灯内相互穿插且均匀分布的示例布置；

图4示出了根据本公开的一个实施例的led器件的封装结构示意图；

图5示出了适于经由450nm蓝光激发的s90荧光粉的光谱分布示意图；

图6示出了基于450nm蓝光以及s90荧光粉所产生的白光的光谱分布示意图；

图7、图8和图9分别示出了在不同测试青光光谱功率的情况下的图1所示的led器件所发射的光谱分布示意图；

图10示出了依据图1所示的led器件在使用s90荧光粉的情况下所产生的b)光的显色指数；以及

图11示出了依据图1所示的led器件在使用s90荧光粉的情况下所产生的b)光所测得的色调角的示意分布图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

目前led市场上产生白光或类白光的方法主要有以下三种方法：1)利用r、g、b三基色的led光源所发射的光来混合生成白光；2)利用紫外光激发荧光粉生成白光；以及3)利用蓝光波长激励黄色荧光粉(以及其他可能的红光荧光粉)生成白光。

在上述第一种方案中，由于r、g、b三基色的单色led发出的光的光谱宽度很窄，在可见光光谱380-780nm范围内，它们的组合光谱的连续性很差，显色指数ra通常较低，难以采用。第二种方案中由于紫外光led芯片目前光效很低，且封装材料易老化、防紫外光外泄伤害人体等问题尚未解决，虽然其ra较高，但仍未大量使用。唯有第三种用蓝光led芯片激发荧光粉的方案得到迅速且广泛地应用。

对于上述第三种利用蓝光led芯片激发荧光粉的白光方案，图1示出了对应于这种白光方案的白光光谱功率分布的曲线23。从该曲线23中可以看到，该白光光谱并不具有类似自然光(例如太阳光)的全光谱分布，其尽管具有在450nm和630nm附近的峰值波长，但并不具有从480nm至490nm的青光波长范围。如前面背景技术所讨论的，人眼中的黑视蛋白对从蓝色至绿色的青光波长范围(例如，从480nm至490nm)内的光是较为敏感的，黑视蛋白的激活与否可以影响褪黑素的分泌，从而影响人们的生物节律。

尽管市场上的灯的制造商出于各种的考虑(例如，仅仅出于模拟自然光的全光谱的考虑)，已经提供了可以实现各种类型光谱的白光的光源或灯具，然而发明人研究发现，市场上的这些光源或灯具的白光光谱通常是保持不变地应用于各种生活或工作场景，其并不能在不同的应用场景中实现对白光光谱的调整。比如，市场上的这些光源或灯具所提供的具有全光谱的白光光源，不管是在白天工作或者夜间休息之前的照明中，都提供具有不变白光光谱的照明，其中全光谱的照明光将始终对褪黑素的分泌进行抑制，而用户并不能选择其他类型的白光光谱，从而不利于用户的夜间休息或睡眠。

为此，本公开的一个构思在于提供具有可切换白光光谱的白光照明，其中该白光照明可以至少在以下两种白光光谱之间进行切换：

i)利用蓝光激发荧光粉所产生的白光光谱；以及

ii)利用蓝光激发荧光粉所产生的白光光谱+青光光谱的组合光谱。

将会理解，上述i)的白光光谱并不具有从480nm至490nm的青光波长范围，因此其可以允许褪黑素的分泌，从而有助于用户的休息或睡眠，而ii)的组合光谱实质上也是白光或类白光光谱，并且可以包含从480nm至490nm的青光波长范围，因此其可以有效地抑制褪黑素的分泌，从而有利于用户保持清醒，并且高效地投入到工作学习中。通过对上述i)和ii)两种光谱进行切换，可以有利地帮助用户更加快速地适应不同的工作或生活场景。

图2示出了用于产生图1的白光和/或青光的led器件的示意性电路图。

如图2所示，该led器件1可以包括第一led光源2和第二led光源3和荧光粉4的组合8，其中第一led光源2可以被配置成用于发射第一波长范围的青光；第二led光源3可以被配置成用于发射第二波长范围的蓝光，荧光粉4可以被配置成用于至少部分地将入射到其上的所述第二波长范围的蓝光转换成第三波长范围的光，以便与未经转换的蓝光组合形成所述白光。

在一些实施例中，第一led光源2可以例如是青光芯片，上述第一波长范围的青光可以具有485nm的峰值波长；第二led光源3可以例如是蓝光芯片，上述第二波长范围的蓝光可以具有450nm的峰值波长。将会理解，将第一led光源2和第二led光源3以芯片的方式进行提供，可以简化led器件的布置。另外，具有450nm峰值波长的蓝光芯片是本领域常用的蓝光芯片，其成本相对低廉，因此以此蓝光芯片激励荧光粉来生成白光，可以有效地降低生成白光的成本。

尽管图2中仅绘出了一个第一led光源2和一个第二led光源3，但是将会理解，第一led光源2和第二led光源3的数量可以有所变化，在其他实施例中，可以有更多数量的第一led光源2和第二led光源3，以及第一led光源2和第二led光源3的数量的比值也可以变化。此外，尽管在上面的实施例中，还限定了具有485nm的峰值波长的青光，以及具有450nm的峰值波长的蓝光，但是将会理解，这也并非限制，在其他实施例中，也可以采用其他峰值波长的青光和蓝光。

为了实现上述i)和ii)两者白光光谱的切换，上述第二led光源3被设置成适于被单独供电或与所述第一led光源2同时被供电，以使led器件1能够在至少以下a)和b)两种光的发射之间进行切换：

a)具有上述i)白光光谱的白光；以及

b)具有上述ii)组合光谱的组合光。

为了实现对上述第一led光源2和上述第二led光源3的光发射的控制，如图2所示，该led器件1进一步包括第一接电端11和第二接电端12，以及第三接电端13和第四接电端14，其中第一接电端11和第二接电端12分别电连接至上述第一led光源2的正极和负极，以用于对所述第一led光源所发射的青光进行控制；上述第三接电端13和第四接电端14分别电连接至上述第二led光源3的正极和负极，以用于对上述组合8所发射的白光进行控制。

将会理解，通过上述图2所绘出的电路布置，用户可以轻易地经由外部的驱动电路(和控制电路)来独立地控制第一led光源2和第二led光源3两者，从而实现上述a)和b)两种光的自由切换。

为了保证灯在进行上述a)和b)两种光的自由切换时，其出光形态不发生明显地变化，在一些实施例中，可以使得第一led光源2和第二led光源3在灯内的发光面上相互穿插且均匀地分布。

仅作为示例，图3示出了第一led光源2和第二led光源3在灯30内相互穿插且均匀分布的布置示例，其中该灯30例如可以包括四个led器件1，每个led器件1可以包括1个第一led光源2和3个第二led光源3，相应的荧光粉4可以布置(例如，涂覆)在对应的第二led光源3的下游。

在仅使用上述a)光照明时，此时图3中仅第二led光源3被点亮，由此产生灯30的第一白光输出分布；而当仅使用上述b)光照明时，此时图3中的第一led光源2和第二led光源3同时被点亮，由此产生灯30的第二白光输出分布。由于多个第一led光源2穿插地布置在多个第二led光源3之间，因此上述灯30的第一白光输出分布和第二白光输出分布不会有明显差别，这使得在进行白光照明切换时，用户不会明显地感觉到这种切换。

将会理解，上述图3的结构和布置仅仅是示例，其不构成对本公开的灯30的结构的任何限制，在其他实施例中，灯30内的第一led光源2和第二led光源3的数目和布置方式可以有所变化，和/或包括上述第一led光源2和第二led光源3两者的led器件1的数目和布置方式可以所变化。

在上面描述的实施例中，led器件1中所包括的预定数目和/比例的第一led光源2和第二led光源3可以无封装的裸芯片的形式存在在led器件1中或形成所述led器件，但这并非限制，在其他一些实施例中，led器件1还可以被形成为led封装10的结构。图4示出了该led器件的封装结构示意图。

如图4所示，led封装10可以包括第一树脂6，该第一树脂6可以封装第二led光源3和荧光粉4的组合8以及第一led光源2，其中荧光粉4位于第二led光源3的下游。在进一步的一些实施例中，荧光粉4可以分布于第二树脂5中，其中第二树脂5封装第二led光源3，而第一led光源2可以位于第二树脂5之外，并且第一树脂6封装第二树脂5以及第一led光源2。在这些实施例中，从第二led光源3发射的第二波长范围的蓝光将至少部分地被荧光粉4转换，而从第一led光源2发射的第一波长范围的青光可以直接透射通过第一树脂6，而不需要经过荧光粉4的任何转换。

尽管上面描述了第二树脂5，将会理解，在一些实施例中，第二树脂5可以不是必需的，此时荧光粉4可以直接涂覆在第二led光源3的上方，以形成荧光粉4和第二led光源3的组合8。

从以上参照图2至图4的描述可知，将会理解，无论有无封装，均可以通过对第一led光源2和第二led光源3进行独立和/或组合地供电控制，来实现上述：a)具有上述i)白光谱的白光，和b)具有上述ii)组合光谱的组合光。

为了清楚地展示上述a)光和b)光的光谱的不同，返回参见图1可见，图1中的曲线23示出了上述a)所对应的白光光谱分布；曲线21示出了上述b)光所对应的组合光谱分布。注意：其中b)光所对应的光谱分布实际上是上述a)光所对应的白光光谱分布和曲线22所标记的青光光谱分布的叠加。

由于可自由地切换产生a)和b)两者不同光，因此可以在不同的应用场景使用上述a)和b)两种不同光，以实现对人体的生物节律的调节。例如，在工作的场景中，可以控制上述led器件，使得其仅提供上述b)种光，以抑制用户的褪黑素的分泌，从而让用户保持清醒，提高工作效率；而在准备休息的场景中，可以控制上述led器件，使得其仅提供上述a)种光，而允许褪黑素的分泌，从而让用户更好地休息。

以上已经详细地描述了本公开的led器件在调节生物节律方面的应用。然而，除了调节生物节律方面的应用之外，本公开的led器件还可以用于产生具有高显色指数以及全光谱的照明白光。

以下将结合图1、图5至图11来描述上述led器件在产生具有高显色指数以及全光谱的照明白光方面的应用。

众所周知地，传统的基于蓝光led芯片激发荧光粉产生白光的方案中，该荧光粉可以为黄色的yag荧光粉，由此蓝、黄两互补色可形成白光。然而，发明人注意到：由于这种传统方案所产生的白光光谱中缺少红色光谱，这难以制作低色温(例如相关色温小于4000k)的白光led，而且其显色指数ra也较低——多数在5500k以上，显色指数ra才能大于80，且最高也仅有85上下——无法实现ra大于90的目标。

因此，在一些实施例中，本公开的荧光粉4除了包括上述yag荧光粉，还可以包括红色荧光粉。由于该红色荧光粉的存在，上述a)的白光将包含足够的红色光谱分量，从而实现显色指数ra的提高。

在一些实施例中，红色荧光粉可以例如为氟硅酸钾锰荧光粉(k2sif6:mn)。仅作为示例，该氟硅酸钾锰荧光粉可以是例如来自英特美公司生产的型号为nr6931-04c的红色荧光粉(以下称为s90荧光粉)。发明人注意到：使用诸如s90的氟硅酸钾锰荧光粉可以有效地提高本公开的led器件的出光效率，并且实现红光光谱分量和其他光谱分量的有效平衡。

图5示出了适于经由诸如450nm蓝光波长激发的s90荧光粉的光谱分布示意图；以及图6示出了基于450nm蓝光以及s90荧光粉所产生的白光的光谱分布示意图。

作为对照，与图1所示的使用常规的黄色yag荧光粉+红色荧光粉所产生的白光光谱分布(即曲线23)相比，图5所示的使用s90荧光粉的白光光谱分布(即曲线25)在可见光的光谱分布均衡性方面更好。将会理解，这对于提高整个led器件所产生的白光的显色指数ra是有利的。

为了实现更高地显色指数，补充图5中所示的在波长480附近的青光光谱是至关重要的，而如上所述的，本公开的图1的led器件的结构可以有效地提供包括485nm的峰值波长的青光波长范围，并且因此可以有效地提供具有全光谱且高显色指数的白光。

图7至图9示出了在不同测试青光光谱功率的情况下的图1所示的led器件所发射的光谱分布示意图，其中虚线20示出了作为基准的自然光的示意光谱功率分布；实线26示出了在具有第一青光光谱功率的情况下的led器件所发射的示意白光光谱分布；实线27示出了在具有第二青光光谱功率的情况下的led器件所发射的示意白光光谱分布；实线28示出了在第三青光光谱功率的情况下的led器件所发射的示意白光光谱分布。

比对图7至图9可以看出，图9的实线28所示出的具有第三青光光谱功率的白光光谱分布更为贴近作为基准的自然光的光谱功率分布，并且由此可以实现更高的显色指数ra。

经过实验证明，在图1所示的led器件所发射的b)光中的基于蓝光激发的荧光粉所产生的白光的第一光谱功率分布和青光的第二光谱功率的比值在13:1～26:1范围之内时，所提供的白光的显色指数ra可以超过90。特别地，当比值为20:1时，所提供的白光的显色指数ra甚至可以高达96。在一些实施例中，可以通过外部的控制电路(未示出)调节通过上述第一led光源2和第二led光源3的电流来实现上述白光的第一光谱功率分布和青光的第二光谱功率的比值控制。

图10示出了依据图1所示的led器件在使用s90荧光粉的情况下所产生的b)光的显色指数；以及图11示出了依据图1所示的led器件在使用s90荧光粉的情况下所产生的b)光所测得的色调角的示意分布图。

从图10可知，所获得白光的显色指数ra可以高达96，以及最低的r9可以达到82，r12可以达到83。因此，本公开的图1所示的led器件所产生的白光可以得到获得极高的显色指数；而从图11的色调角的分布可以看出，可以实现在全光谱范围内的白光。

以上已经详细描述了本公开的led器件作为白光的光源在调节生物节律、提供高显色指数和更宽光谱(例如，“全光谱”)的白光方面的应用。将会理解，上述led器件可以被实施在诸如led灯的照明灯具内，并且由此该照明灯具也可以实现前面描述的led器件在调节生物节律、提供高显色指数和更宽光谱的目的。在一些实施例中，该led灯例如可以包括一个或多个上述led器件。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本实用新型，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本实用新型的范围。