LED光源及天空灯的制作方法

led光源及天空灯
技术领域
1.本发明属于灯具技术领域，尤其涉及一种led光源及天空灯。


背景技术：

2.随着城市化的不断发展，现在的人们大多住在高楼大厦之中，很少能够见到天空。且如果赶上延续多日的雾霾天，或者在梅雨季节，更是难以看到太阳，此时很容易使人感觉抑郁烦躁，不利于人们的身心健康以及工作效率等的提高。
3.针对此问题，照明行业内提出了一种可以模拟阳光照射的灯具，即市面上所说的蓝天灯或天空灯，该天空灯可以做出蓝天的效果，让用户觉得太阳从特定角度照射，并且在天井形成光束投影，从而让使用者感觉到，自己处于有阳光蓝天的大自然的环境中，提升使用者的舒适度，降低不良情绪带来的负面效果。
4.然而，市场上现有的天空灯，模拟蓝天效果不佳，需要进一步改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种led光源及天空灯，旨在提供一种模拟蓝天效果好的led光源及天空灯。
6.本发明是这样实现的，第一方面，提供了一种led光源，包括蓝光光源以及包覆于所述蓝光光源外的荧光粉层，所述蓝光光源用于发出长波蓝光，所述荧光粉层中所使用的荧光粉为basi2o2n2:eu2 (m＝sr，mg，ba，ca)，所述led光源发出的光线的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
7.在一个可选的实施例中，所述蓝光光源发出的光线的主波长为480nm。
8.第二方面，提供了一种led光源，包括具有预设电流占空比的白光光源和蓝光光源，所述led光源发出的光线的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
9.第三方面，提供了一种led光源，包括具有预设电流占空比的红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元，所述红光发光单元发出的光线的主波长为630nm，所述绿光发光单元发出的光线的主波长为525nm，所述蓝光发光单元发出的光线的主波长为450-480nm，且三个发光单元发出的光线形成的混合光的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
10.第四方面，提供了一种天空灯，包括光源组件及光学组件，所述光源组件包括上述各实施例提供的led光源，所述光学组件包括导光件及扩散层，所述导光件位于所述光源组件的出光侧，所述扩散层位于所述导光件的第一出光侧。
11.在一个可选的实施例中，所述导光件为板体，具有相对设置的两个板面以及连接两个所述板面的侧面，至少一个所述板面上设有导光点，所述导光点用于供光线通过，所述侧面为所述导光件的入光面，所述光源组件环绕所述入光面设置。
12.在一个可选的实施例中，两个所述板面均设有所述导光点，与其中一个板面对应的一侧为所述第一出光侧，与另一个所述板面对应的一侧为第二出光侧；
13.所述光学组件还包括位于所述第二出光侧的反射层。
14.在一个可选的实施例中，所述光学组件还包括形成于所述扩散层的出光面上的分光层。
15.在一个可选的实施例中，所述分光层的反射率为30％-50％，透射率为50％-70％。
16.在一个可选的实施例中，所述导光件为筒形结构，所述筒形结构在轴向上的其中一个端面为入光面，所述筒形结构的内壁为出光面，所述扩散层位于所述筒形结构的出光面上，所述扩散层的出光面的部分区域或者所述筒形结构的出光面的部分区域设有遮光层。
17.第一方面相对于现有技术的技术效果是：led光源从天空光谱设计出发，选用长波蓝光光源作为激发源，可以有效地调节光谱的主波长和峰值波长，同时人眼对于长波蓝光的感受强度更强，长波蓝光还兼具低蓝光危害和节律效应，模拟蓝天效果好，且采用本实施例提供的led光源使得光源组件整体结构简单，且体积较小。
18.可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果也是模拟蓝天效果好、产品结构简单且体积小。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
20.图1是瑞利散射的天空光的相对光谱功率分布示意图；
21.图2是本发明一实施例提供的led光源的剖视结构示意图；
22.图3是本发明一实施例提供的天空灯的结构示意图；
23.图4是本发明另一实施例提供的天空灯的结构示意图；
24.图5是本发明一实施例所采用的导光件的结构示意图；
25.图6是本发明另一实施例提供的天空灯的结构示意图；
26.图7是本发明另一实施例提供的天空灯的结构示意图，图中未示出扩散层。
27.附图标记说明：
28.100、led光源；110、蓝光光源；120、荧光粉层；130、白光光源；200、导光件；210、第一出光面；220、第二出光面；230、入光面；240、导光点；300、扩散层；400、反射层；500、遮光层；600、分光层。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限
制。
31.此外，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
34.为便于理解，先对本技术将会用到的一些光学词汇进行一下解释说明：
35.混色原理：
36.1.自然界中的绝大部分彩色，都可以由三种基色按一定比例混合得到；反之，任意一种颜色(三基色除外)均可被分解为三种基色。
37.2.作为基色的三种彩色，要相互独立，即其中任何一种基色都不能由另外两种基色混合来产生。
38.3.由三基色混合而得到的彩色光的亮度等于参与混合的各基色的亮度之和。
39.4.三基色的比例决定了混合色的色调和色饱和度。
40.色度学系统(10
°
视场)：
41.根据色度学的理论，每一种光源无物体色都可以用三刺激值(xyz)和色度坐标(xy)，加以定量描述；
42.瑞利散射：
43.瑞利散射是一种光学现象，属于散射的一种情况。又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时(小于波长的十分之一)，其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。
44.天空灯一般包括光源组件和位于光源组件出光侧的光学组件。使用时光源组件发出天空光，该天空光通过光学组件传导、分散均匀射出，形成类似于蓝天的出光效果。
45.上述光源组件要想发出天空光，需借助能够发出与蓝天光谱相适配的光谱的led光源。为此需先获得蓝天光谱，根据色度学理论，天空光的三刺激值用下列公式计算：
[0046][0047]
其中，a
mλ
代表大气的容积散射系数，s0(λ)是地球外太阳辐射的相对光谱功率分
布，是cie1964色度观察者光谱三刺激值，k为调整系数。
[0048]
由公式(1)可知天空的颜色是以下三个因素综合作用的结果：太阳辐射的光谱功率分布、瑞利散射和标准色度观察者光谱3刺激值，将这三个因素结合起来考虑才能对天空的颜色做出正确的解释。
[0049]
根据上述结果，并通过运算可以得出，瑞利散射的天空光的相对光谱功率分布如图1所示，并且由此光谱可以得知，天空光的主波长为478nm，色纯度为41.7％，此时天空色对应的颜色是蔚蓝色。
[0050]
为此，本发明提供了能够发出光线的主波长为478nm、色纯度为41.7％的多种led光源，以用于天空灯。
[0051]
第一种，如图2所示，led光源100包括蓝光光源110以及包覆于蓝光光源110外的荧光粉层120。其中，蓝光光源110用于发出长波蓝光，荧光粉层120中所使用的荧光粉为basi2o2n2:eu2 (m＝sr，mg，ba，ca)。led光源100发出的光线的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
[0052]
传统白光led通常采用短波蓝光进行激发，而商业荧光粉中yag(是钇铝石榴石的简称，化学式为y3al5o
12
)荧光粉在长波蓝光波段的激发效率很低，硅酸盐绿色荧光粉的热猝灭性能较差且容易水解。本方案采用硅基氮氧化物体系荧光粉作为荧光粉基础方案，在氮化物和氮氧化物基质材料中，氮元素具有相对较小的电负性和较大的电子云膨胀效应，能有效促进稀土离子5d能级在晶体场中的辟裂，使5d-4f之间的能级差减小，使得激发波长红移，适合长波蓝光激发，具有稳定的物化性质和优良的高温发光性能。且通过适当的稀土元素掺杂，硅基氮氧化物体系荧光粉可以发出蓝绿色光，有效填补传统led白光光谱中所存在的“蓝绿光沟壑”，提升光谱的连续性。传统硅基氮氧化物体系绿色荧光粉eu2 激活的氮氧化物basi2o2n2:eu2 的发射光波长半峰宽较小，色纯度高，与本方案中需要降低色纯度的理念不符。在此基础上，通过掺杂改性，通过其他金属元素的引入，msi2o2n2:eu2 (m＝sr，mg，ba，ca)部分地引起发射光红移，增大了荧光粉发光的半峰宽，符合本方案的设计理念。
[0053]
由于长波蓝光具有一定波段，设计时，先确定蓝光光源110发出光线的主波长，再根据该波长确定荧光粉的具体材料和配比，以使得经过led光源100发出的光的主波长为478nm、色纯度为41.7％，此时led光源100发出光线的光谱功率分布与计算得出的天空光谱功率分布接近。
[0054]
本实施例提供的led光源100从天空光谱设计出发，选用长波蓝光光源110作为激发源，可以有效地调节光谱的主波长和峰值波长，同时人眼对于长波蓝光的感受强度更强，长波蓝光还兼具低蓝光危害和节律效应，模拟蓝天效果好，且采用本实施例提供的led光源100使得光源组件整体结构简单，且体积较小。
[0055]
在一个可选的实施例中，上述蓝光光源110的主波长为480nm，采用这一结构，蓝光光源110发出光线的主波长接近天空光的主波长，便于荧光粉的调试。
[0056]
第二种，如图4所示，led光源100包括具有预设电流占空比的白光光源130和蓝光光源110，led光源100发出的光线的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
[0057]
具体的，本实施例中白光光源130可以采用色温为6500～10000k的led芯片。本实施例中白光光源130和蓝光光源110的电流占空比可以通过模拟计算或者具体实验得出，通过单独控制单波长蓝光光源110与白光光源130的电流，使得led光源100发出类似于天空光
的蔚蓝色光线，此时led光源100发出的光线的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
[0058]
本实施例提供的led光源100结构简单、便于设计，且模拟蓝天效果好。
[0059]
在一个可选的实施例中，如图2所示，第二种led光源100中的白光光源130和蓝光光源110可以分别设有多个且交错设置，如此整个led光源100结构简单，便于设计。
[0060]
第三种，led光源100包括具有预设电流占空比的红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元。其中，红光发光单元发出的光线的主波长为630nm，绿光发光单元发出的光线的主波长为525nm，蓝光发光单元发出的光线的主波长为450-480nm，且三个发光单元发出的光线形成的混合光的主波长为478nm，色纯度为41.7％。
[0061]
本实施例中led光源100可以包括rgb芯片，其中红光发光单元、绿光发光单元和蓝光发光单元与不同阻值的电阻串联，三者的电流占空比可以通过模拟计算或者具体实验得出，以使得led光源100发出的光谱可达成与天空光一样的同色异谱的色度坐标点xy。
[0062]
本实施例提供的led光源100结构简单、便于设计，且模拟蓝天效果好。
[0063]
如图3及图4所示，将上述任一种led光源100用于天空灯，使用时led光源100发出光线，光线经光学组件均匀扩散后，最终使得整灯也达成与天空光近似的光谱，让整灯发光表面呈现如蓝天般的真实效果。
[0064]
在一个可选的实施例中，如图3及图4所示，光学组件包括导光件200及扩散层300，导光件200位于光源组件的出光侧，扩散层300位于导光件200的第一出光侧。
[0065]
具体的，本实施例中的扩散层300可以为扩散板、扩散膜等，具体可以根据使用需要灵活选择。扩散层300中掺设有散射粒子，用于对从导光件200出射的光束进行瑞利散射以射出蓝色光束。光学组件采用本实施例提供的结构，结构简单，便于组装。
[0066]
上述导光件200可以有多种结构，在一个可选的实施例中，如图5及图6所示，导光件200为板体，具有相对设置的两个板面以及连接两个板面的侧面，至少一个板面上设有导光点240，导光点240用于供光线通过，侧面为导光件200的入光面230，光源组件环绕入光面230设置。
[0067]
本实施例中包括两种情况，一种情况是仅一个板面上设有导光点240，此时导光件200仅一侧出光，另一种情况是两个板面上均设有导光点240，此时导光件200的两侧均出光。设计时，可根据天空灯的出光效果选择导光点240的设置位置，如需要导光件200的两侧出光，则在导光件200的两个板面上均设置导光点240，此时扩散层300可以设置两个，或者在导光件200的其中一侧设置反射层400，具体可以根据使用需要灵活选择；如需要导光件200的一侧出光，则在导光件200的其中一个板面上设置导光点240，此时导光件200的另一个板面可设置为反射面。
[0068]
导光件200采用上述结构，结构简单，便于组装。
[0069]
在另一个可选的实施例中，如图7所示，导光件200为筒形结构，筒形结构在轴向上的其中一个端面为入光面230，筒形结构的内壁为出光面，扩散层300位于筒形结构的出光面上，扩散层300的出光面的部分区域或者筒形结构的出光面的部分区域设有遮光层500。
[0070]
采用本实施例提供的导光件200，不仅可以让用户感知到天空蓝的效果，还可以让用户感知到太阳斜射的感觉，导光点240在筒形导光板的内侧，通过导光点240的设置，让其有太阳从圆形天井射入的阴影，从而达成蓝色天空加太阳入射的感觉。
[0071]
在一个具体的实施例中，导光件采用光学级的亚克力/pc板材制成，然后用具有极
高折射率且不吸光的高科技材料，在导光板的任一面或多面用激光雕刻、v型十字网格雕刻、uv网版印刷技术等技术中的任一种或多种印上导光点240。利用光学级亚克力/pc板材吸取从光源组件发出来的光在光学级亚克力/pc板材表面的停留，当光线射到各个导光点240时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点240，可使导光件200均匀发光。
[0072]
在一个可选的实施例中，如图6所示，导光件200为板体，两个板面均设有导光点240，与其中一个板面(为便于描述，以下该板面称为第一出光面210)对应的一侧为第一出光侧，与另一个板面(为便于描述，以下该板面称为第二出光面220)对应的一侧为第二出光侧。
[0073]
光学组件还包括反射层400，反射层400位于第二出光侧。本实施例中的反射层400可以为反射镜、反射贴膜等，具体可以根据使用需要灵活选择。
[0074]
光源组件发出的光线能够经入光侧进入导光件200，之后一部分经第二出光侧射出，另一部分经第一出光侧射出再经反射层400反射后经另一导光点240重新进入导光件200，之后经导光件200传导由第二出光面220或者第一出光面210射出。若经第一出光面210射出，则再次经反射层400反射，重复上述光路。
[0075]
反射层400的用途在于将由导光件200第二出光面220露出的光反射回导光件200中，用来提高光的使用效率。同等面积发光亮度情况下，采用本实施例提供的天空灯，发光效率高，功耗低。
[0076]
在一个可选的实施例中，如图6所示，导光件200为板体，光学组件还包括形成于扩散层300的出光面上的分光层600。
[0077]
本实施例中的分光层600可以为贴设于扩散层300出光面上的分光膜，也可以为镀设于扩散层300出光面上的分光镀层。分光层600的设置可以改变扩散层300原来的透射和反射的比例，通过镀膜可以增加透过率，使得透射光增加，又因为分光层600表面非常平整，也有一定的反射效果，使得一方面可以让光线最大限度的透过，另外一方面可以通过分光层观察到清晰的倒影，将蓝天的清澈反应得非常真实。
[0078]
为保证天空灯的出光效果良好，在一个可选的实施例中，分光层600的反射率为30％-50％，透射率为50％-70％。
[0079]
在一个具体的实施例中，如图6所示，光学组件包括上述导光件200、反射层400、扩散层300和分光层600，导光件200包括第一出光面210、第二出光面220以及入光面230，第一出光面210和第二出光面220上均设有用于供光线穿过的导光点240。反射层400和扩散层300分设于导光件200的两个出光侧。
[0080]
使用时，led光源100发出的光线经导光件200的入光面230直接进入导光件200内，之后一部分经导光件200的第一出光面210上的导光点240射出，再依次经扩散层300和分光层600射出，另一部分经导光件200的第二出光面220上的导光点240射出，经反射层400反射，再经第二出光面220上的导光点240射入导光件200，之后再导光件200传导，经导光件200的第一出光面210上导光点240射出，再依次经扩散层300和分光层600射出。
[0081]
在此期间，由于led光源100出射的为发散的光线，可能有少部分光线会直接照射至反射层400上，再经反射层400反射至导光件200，再重复上述光路，最终经分光层600射出。
[0082]
经过上述光路，led光源100发出的光线可以被均匀扩散发出，即可以照射出均匀的蓝天光斑。
[0083]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。