低蓝光LED光源及照明装置的制作方法

本实用新型涉及LED技术领域，特别涉及一种低蓝光LED光源及照明装置。

背景技术：

现有用于照明的光源有多种，普通光源由于光谱不完整，光色不自然，使人产生不自然不舒适之感。而且蓝光成分较高,对人眼伤害很大。人类肉眼所看到的可见光范围是390-760nm。其中，紫外线、紫光和蓝光对人眼的伤害最为严重。紫光对眼睛的伤害在眼球的前半部，蓝光对眼睛的伤害是在眼球的后半部，会导致黄斑区病变，严重的甚至导致失明。蓝光对眼睛的伤害，尤其是对未成年学生和儿童的视力损害比较明显，会导致儿童色弱、近视等问题。同时，长期处于高蓝光的照明环境中，或者长时间注视电子设备，会出现头痛、精神不佳等现象，严重影响人们的健康。随着照明技术的发展，人们对光的品质、舒适度等总体性能要求不断提升，最理想的照明光是自然光，自然光照明一直是照明行业的愿景。

现有一种采用蓝光芯片结合荧光胶的白光源，由于芯片的波长范围和发光强度以及荧光胶的波长范围有一定限制，使得这种组合结构与自然光的光谱差别仍然较大，如图12，尤其是蓝光比例过高。如图13，示意了一种采用多种波长的芯片组合的白光源的光谱，例如红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片的三原色组合结构，这种白光存在红、绿、蓝三个中心波长的明显尖峰，蓝光比例更高，且该结构难以均匀混光。

进而提供健康的低蓝光照明光源已经成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低蓝光LED光源，旨在解决传统LED光源蓝光过高的技术问题，以保护人们视力，提升健康水平。

本实用新型是这样实现的，低蓝光LED光源，包括设有导电线路的基片，所述基片上设有反射杯以及容置于于所述反射杯中并与所述导电线路连接的至少一组发光结构；所述发光结构包括白光发光体和红光发光体，所述白光发光体包括蓝光芯片和设置于所述蓝光芯片外部的光学转换层，所述红光发光体包括红光芯片，所述红光发光体用于发射红光补偿所述白光相对于自然光缺失的部分以获得近自然光；所述白光发光体的总光通量和所述红光发光体的总光辐射量比为2-5:1；所述近自然光中的蓝光色比小于5.7％；所述近自然光中蓝光的相对光谱功率小于0.75；所述近自然光中红光的相对光谱功率大于0.60。

进一步地，所述近自然光的色温范围为2700K-6000K；所述近自然光的色容差小于5，显色指数Ra大于95，R9的显色指数大于90，R12的显色指数大于80。

进一步地，所述近自然光中440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。

进一步地，所述反射杯为四棱台形结构，其包括四个梯形的反光面，在相邻的反光面之间通过斜切面连接，在所述反射杯中设有封装胶体，所述封装胶体的出光面为平面结构。

进一步地，所述近自然光中橙色光的相对光谱功率大于0.55；

所述近自然光中黄色光的相对光谱功率大于0.50；

所述近自然光中绿色光的相对光谱功率大于0.35；

所述近自然光中青色光的相对光谱功率大于0.30；

所述近自然光中紫色光的相对光谱功率小于0.10。

进一步地，所述蓝光芯片的波长范围为450-480nm；所述红光芯片的波长为640-700nm；在一组发光结构中，所述蓝光芯片与红光芯片的数量比为1～8:1，其中，红光芯片的数量为1～3颗。

进一步地，所述蓝光芯片和红光芯片倒装于所述基片上，所述低蓝光LED光源的长度小于或等于6mm，所述低蓝光LED光源的宽度小于3mm。

进一步地，所述光学转换层为荧光层或磷光层。

进一步地，所述导电线路包括一组正负电极，所述白光发光体和红光发光体串联且连接所述一组正负电极，通过相同的驱动电流统一驱动；

或者，所述导电线路包括两组或三组正负电极，所述白光发光体和红光发光体分别连接不同组正负电极，通过不同的驱动电流分别驱动。

本实用新型的另一目的在于提供一种照明装置，包括上述任一种低蓝光LED光源。

本实用新型实施例提供的光源至少具有如下效果：

第一，本光源采用白光发光体和红光发光体的组合结构，红光可使得白光中的相应色光被降低，使其中的蓝光色比降低至5.7％以下，相对光谱功率低于0.75，相比于传统白光照明，蓝光更低，视觉感受更加舒适，有利于保护视力，尤其是幼儿和儿童视力，还有利于减少由于蓝光过高导致的亚健康问题。

第二，该光源在发出近自然光的基础上，降低蓝光比例，即该光源发出的光接近自然光，因此，可以在降低蓝光的同时提供更加自然的照明效果。

第三，通过红光发光体补偿白光的缺失成分，提升了红光的相对光谱功率，使得光谱更加接近自然光，640-700nm红光具有保健功能，进而提升了近自然光照明的健康等级。

第四，采用白光发光体和红光发光体组合的形式获得近自然光，结构简洁，在调试过程中变量可控性好，并且通过补充红光发光体获得近自然光，解决了通过蓝光芯片和荧光胶结合的方式无法获得近自然光的问题。

第五，白光发光体和红光发光体可以采用满足性能要求的微型发光体，光源整体为一微型灯珠，可多个灯珠以任意形式布置于各种灯具的导电线路板上，由于其体积小巧，可设置于导电线路板的任意位置，应用灵活，灯具整体发光均匀，照明效果好。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源的立体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源的俯视图；

图3是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源的仰视图；

图5是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源的白光发光体的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的近自然光的光谱示意图；

图7是图6所示近自然光的光谱测试报告图；

图8是本实用新型实施例提供的低蓝光LED光源和自然光的光谱对比图；

图9是现有近自然光光源和自然光的光谱对比图；

图10是本实用新型实施例提供的白光发光体的光谱图；

图11是本实用新型实施例提供的采用452.5-455nm蓝光芯片的白光光谱图；

图12是现有技术中白光光源的第一种光谱图；

图13是现有技术中白光光源的第二种光谱图；

图14是现有技术中近自然光光源的一种光谱图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

技术术语的解释说明：

1.相对光谱功率：

一种光源所发射的光谱往往不是单一的波长，而是由许多不同波长的混合辐射所组成。光源的光谱辐射按波长顺序和各波长强度分布称为光源的光谱功率分布。

用于表征光谱功率大小的参数分为绝对光谱功率和相对光谱功率。进而绝对光谱功率分布曲线：指以光谱辐射的各种波长光能量绝对值所作的曲线；

相对光谱功率分布曲线：指将光源辐射光谱的各种波长的能量进行相互比较，作归一化处理后使辐射功率仅在规定的范围内变化的光谱功率分布曲线。辐射功率最大的相对光谱功率为1，其他波长的相对光谱功率均小于1。

2.色比：

任何白光均可由红、绿、蓝三原色以相应比例混合得到，为了表示R、G、B三原色各自在白光总量中的相对比例，引入色度坐标r、g、b，其中，r＝R/(R+G+B),g＝G/(R+G+B),b＝B/(R+G+B),r+g+b＝1，r、g、b分别为红光色比、绿光色比、蓝光色比。

请参阅图1至图5，本实用新型实施例提供一种低蓝光LED光源(以下简称为“本光源”)，可用于各种照明装置。低蓝光LED光源包括包括设有导电线路30的基片10，以及设置于基片10上并导电线路30连接的至少一组发光结构20；发光结构20包括白光发光体21和红光发光体22，白光发光体21包括蓝光芯片211和设置于蓝光芯片211外部的光学转换层212，红光发光体22包括红光芯片，白光发光体21发射的白光与红光发光体22发射的红光混合获得近自然光，红光用于补偿白光相对于自然光谱缺失的部分；白光发光体21的总光通量和红光发光体的总光辐射量比为2-5:1；近自然光中的蓝光色比小于5.7％；蓝光的相对光谱功率小于0.75。并且，近自然光中红光的相对光谱功率大于0.60。

在LED照明领域，研究接近自然光的照明光源是本领域的发展趋势之一，也是众多研究人员和单位一直在努力的方向，现有技术中也出现一些致力于接近自然光的照明产品，通常称这种产品产生的光为“近自然光”，近自然光指光谱形状(相应波段的相对光谱功率)与自然光接近，至少部分光学参数与自然光接近，该接近的程度不局限于某数值。本实施例中的低蓝光LED光源同样能够实现与自然光接近的照明效果，并且能够降低蓝光的比例，提高红光比例。

具体地，如上所述，本光源的基本支撑结构为基片10，发光结构20设置在基片10上，发光结构20的数量为一组、两组或更多组，各发光结构20的结构和功能都是一致的。本实施例优选为一组。每一组发光结构20都包括白光发光体21和红光发光体22，即，本光源发出近自然光是通过白光和红光的混合实现的。其中，红光用于补偿白光相对于自然光谱缺失的那部分，进而形成近自然光。

可见光中各种色光的波长范围如下：红色光(622～700nm)，橙色光(597～622nm)，黄色光(577～597nm)，绿色光(492～577nm)，青色光(475～492nm)，蓝色光(435～475nm)，紫色光(380～435nm)。

如图6至图8，分别示意了本实施例的低蓝光光源的光谱图和光谱测试数据，通过该图可以看出，该光谱接近自然光的光谱，蓝光的比例被降低，红光的比例被提高。参考图9，现有的近自然光光谱和自然光光谱仍然差距较大，蓝光成分在全部波段中最高，同时在红光部分出现明显的不足。

本实用新型实施例提供的光源至少具有如下效果：

第一，本光源采用白光发光体和红光发光体的组合结构，红光可使得白光中的相应色光被降低，使其中的蓝光色比降低至5.7％以下，相对光谱功率低于0.75，相比于传统白光照明，蓝光更低，视觉感受更加舒适，有利于保护视力，尤其是幼儿和儿童视力，还有利于减少由于蓝光过高导致的亚健康问题。

第二，该光源在发出近自然光的基础上，降低蓝光比例，即该光源发出的光接近自然光，因此，可以在降低蓝光的同时提供更加自然的照明效果。

第三，通过红光发光体补偿白光的缺失成分，提升了红光的相对光谱功率，使得光谱更加接近自然光，640-700nm红光具有保健功能，进而提升了近自然光照明的健康等级。

第四，采用白光发光体和红光发光体组合的形式获得近自然光，结构简洁，在调试过程中变量可控性好，并且通过补充红光发光体获得近自然光，解决了通过蓝光芯片和荧光胶结合的方式无法获得近自然光的问题。

第五，白光发光体和红光发光体可以采用满足性能要求的微型发光体，光源整体为一微型灯珠，可多个灯珠以任意形式布置于各种灯具的导电线路板上，由于其体积小巧，可设置于导电线路板的任意位置，应用灵活，灯具整体发光均匀，照明效果好。

在本领域内，根据大量的传统白光照明的规律，白光色温越高，其短波长成分的比例越高，蓝光越高，甚至紫光也较高，而高蓝光危害健康是毫无疑义的事实，同时高色温有利于提升辨识度，提升环境的明亮感，提升人的精神状态也是公认的常识，常规光源通常是高色温高蓝光的白光，必然有利有弊，难以兼顾各方面的需求。根据图7所示，本光源在4000K以上的高色温情况下，仍满足蓝光相对光谱功率小于0.75，是一种高色温低蓝光照明，能够同时具有用眼健康和激励精神状态的效果。

在本实施例中，白光发光体21的光学转换层212为荧光膜或者磷光膜，该蓝光芯片的波长范围为450-480nm；红光芯片的波长范围为640-700nm，具体可以是在该范围内的某个更小区间，例如波长范围为680-700nm，对应中心波长为690±5nm。中心波长通常为波长范围的中心值，且允许有±2nm左右可调区间。针对不同区间的情况，中心波长还可以是660nm、670nm、680nm等等，本实施例不局限于某一种。优选地，蓝光芯片的波长范围为457.5-480nm，该蓝光芯片有助于提升青光比例，于后文详述。

荧光膜通常包括胶体和混合于胶体内部的荧光粉，胶体可以选择现有的硅胶。荧光粉的选择以该荧光膜和蓝光芯片组合产生预设白光为准。该预设白光为接近自然光的白光，光谱如图10所示。具体地：色温为2700K-3000K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.30；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.70；色温为4000K-4200K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.45；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.65；色温为5500K-6000K时，480-500nm波段的相对光谱功率大于0.4；500-640nm波段的相对光谱功率大于0.60。这种白光发光体21与上述红光发光体22组合，可以得到准自然光LED光源，能够发出准自然光。荧光粉的选择可以有多种，根据上述要求购买市面上现有的产品即可。

进一步地，参考图8和图9，本光源的光谱在其他波段也和自然光极其相似，而现有近自然光光源则难以实现。如图6和图7，近自然光中橙色光的相对光谱功率大于0.55；黄色光的相对光谱功率大于0.50；绿色光的相对光谱功率大于0.35；青色光的相对光谱功率大于0.30；紫色光的相对光谱功率小于0.10，均与自然光接近。

另外，本光源在各波段光谱更为优化的同时，还具有严格的光学参数要求，如色温，色容差，显色指数Ra、显色指数R9、显色指数R12以及蓝光色比等等。具体地，近自然光的色温包含2500K-6500K，色容差小于5。显指Ra大于95，其中，R9的显指大于90，R12的显指大于80。根据图7可以确定本光源能够满足上述要求，并且本光源的蓝光色比可以降低到5.5％以下，显色指数Ra提高到97以上，显色指数R9达到95以上，显色指数R12达到了83，在其他测试报告中，显色指数R12可以达到87。

进一步地，蓝光中440nm的蓝光对视力的伤害最大，作为进一步的优化方案，本实施例还将440nm蓝光的相对光谱功率作为待检测的光学参数。在蓝光色比低于5.7％的情况下，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。这是现有的护眼电子设备难以实现的。现有的“护眼”电子产品，其蓝光色比虽然较低，但是其中对人眼伤害最大的440nm蓝光的抑制并不明显，护眼功能微乎其微。而蓝光中的其他波段成分对视力发育是必要的，大幅度抑制蓝光不仅护眼效果不明显，还会对儿童、幼儿等人群的视力发育造成不良影响，例如由于蓝光成分的过分缺失，导致色弱，辨色能力下降等问题。本实施例在将蓝光色比降低至5.7％以下的基础上，重点抑制440nm蓝光的强度，能够真正的起到保护视力的作用。具体地，近自然光的色温为2700K-3000K时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.50；近自然光的色温为4000K-4200K时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.60；近自然光的色温为5500K-6000K时，440nm蓝光的相对光谱功率低于0.65。

本实用新型是以上述光学参数和光谱为目标进行大量的调试实验，最终确定采用上述的白光发光体21和红光发光体22，以及确定了白光发光体21的光通量和红光发光体22的光辐射量之比，基于该比例和实验确定的相应电参数，选取合适规格和数量的发光体制作上述光源。

优选采用微型的白光发光体21和红光发光体22，根据光通量比和安装空间的大小选择小规格且性价比较高的蓝光芯片和红光芯片，优先选择尽量少的红光发光体22和白光发光体21，制作成单颗光源，一颗光源设置一组发光结构20。由于该光源可以直接发出近自然光，进而可以用于各种灯具中，任意组合，均可保证其较佳的发光效果，适应性强。当然，也可以将多组发光结构20集成于一颗光源内，此时仍可保证较佳的出光效果，仅尺寸增大。

具体地，该白光发光体21的光通量和红光发光体22的光辐射量之比为2-10:1，优选为2-3:1。在不同的色温下，该比例略有浮动。在一个实施例中，白光发光体21的数量和红光发光体22的数量比为1-8:1，进一步优选为1-4：1。实际红光发光体22的光辐射量为80-160mW，白光发光体21的总光通量为200-350lm。

在一种实施例中，白光发光体21有四个，红光发光体22有一个，四个白光发光体21设置于红光发光体22的周围且均匀分布。

在另一种实施例中，白光发光体21有两个，红光发光体22有一个，两个白光发光体21对称地设置于红光发光体22的两侧。

关于芯片的安装方式，优选将蓝光芯片和红光芯片倒装于基片10的表面，倒装芯片有利于和基片10上的导电线路30有效连接，有利于高效散热，可以通过设备在芯片上统一成膜，保证不同产品的荧光膜一致性好，进而可以避免正装芯片的点胶过程造成一致性差的问题，同时，使得不同产品在色温相同时处于同一BIN位，色温一致性好。

另外，倒装芯片也使得白光发光体21的体积进一步减小，有利于光源尺寸控制。在本实施例中，白光发光体21的宽度小于0.8mm，高度小于0.3mm，红光发光体22可控制在同样范围内。相邻的白光发光体21和红光发光体22间距为1mm以下。本光源的长度小于或等于6mm，宽度小于3mm。

当然，本实用新型不局限于采用倒装芯片，采用正装芯片也是可行的。

在一种实施例中，基片10优选为非金属材料制作的片层结构，基片10上设有反射杯11，白光发光体21、红光发光体22设置于反射杯11中，导电线路30形成于基片10的表面，且包裹于基片10的正反两面，并在反射杯11之外形成引脚，反射杯11的底部露出部分导电线路30，用于与白光发光体21和红光发光体22连接。

更进一步地，反射杯11的内壁设有反光面111，具体地，反光面111可以为四棱台形结构，其包括四个梯形的子反光面，在相邻的子反光面之间通过斜切面连接。反射杯11内部还填充有封装胶体(图未示)，封装胶体的表面可以是平面，也可以是凸面。反光面111用于将白光和红光进行反射，封装胶体用于保护反射杯11内部结构和使光源结构更加稳定，并对光线进行折射调整。白光和红光充分混合后经过封装胶体输出。具体地，白光发光体21和红光发光体22的发光角度可以为160°左右，光源的出光角度为120°左右。整个光源为小型均匀发光的近自然光灯珠。

在本实施例中，导电线路30具有若干组正负极引脚，可以每个发光体对应一组正负极引脚，或者若干个发光体对应一组正负极引脚。在驱动方式上，有两种实施例，其一，白光发光体21和红光发光体22分别连接不同的正负极引脚，单独驱动，此时各自的驱动电流不同，可以配合控制芯片进行控制。其二，白光发光体21和红光发光体22串联，即连接相同的正负极引脚，统一相同电流驱动，不需控制芯片进行控制。

统一驱动的方式具有明显的优势，其不需要针对不同发光体配置不同的驱动电流，不需要增加控制导电线路30，仅需要按照其对应的电流供电即可。因此，在结构上更为简化，体积进一步减小，应用更加简便灵活，成本更低。此为本实用新型优选的导电线路30连接方案。

具体地，白光发光体21的光通量和红光发光体22的光辐射量的实际比例为2-3:1，电流为20-100mA之间，优选为60mA。优选1-4个白光发光体21和1-2个红光发光体22串联构成一个光源，单颗光源的功率为0.5W左右。色温不同的情况下，实际数据略有不同。可以根据需要确定几种色温的相应数据，制造相应产品。例如，用于办公场所的灯具，通常选择色温较高的产品，用于家居的灯具，通常选择色温较低的产品。

参考图1和图2，两个白光发光体21和一个红光发光体22串联，两个白光发光体21分别连接一个第一引脚31，第一引脚31自反射杯11底部伸出，用于连接外部电源。红光发光体22串联于两个白光发光体21之间。

进一步地，该光源还可以设有第二引脚32，该第二引脚32不用于连接外部电源，而是用于散热，以及提升光源整体的对称性，提升强度和安装于导电线路30板上的稳定性。

进一步地，本实用新型实施例还可以在基片10上增设一个色温调节芯片，该色温调节芯片独立于发光结构20设置，相应地，对导电线路30进行适当调整，使色温调节芯片可以独立发光或熄灭，进而通过控制其发光状态，与发光结构20发出的近自然光进行混合，调节色温。

关于本光源的光学性能，需提及的是，本光源在光谱和光参数均满足要求的情况下，640-700nm红光的相对光谱功率得到了明显提升，这在现有的近自然光光源中是难于实现的，主要表现为红光的提升和整个光谱形状及其他光参数难以兼顾。本实施例通过大量的基础研究和不断的优化过程才得以实现。如图6，波长为680～690nm的红光相对光谱功率大于0.80；波长为622～680nm的红光相对光谱功率大于0.60。如图9和图14，传统近自然光光源会在640nm之后的波段出现明显下降的趋势。640-700nm红光具有优异的保健、理疗、美容作用。该光源适用于办公、家居照明和需要高比例红光且接近自然光照明的特殊场所。

并且，经过不同色温光源的测试，准自然光的色温为2700K-3000K时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.70；准自然光的色温为4000K-4200K时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.60；准自然光的色温为5500K-6000K时，640-700nm红光的相对光谱功率大于0.50。

还需提及的是，在众多的低蓝光LED光源中，青光比例是难于提升的，在拉低蓝光的情况下更加难以提升青光，同时与青光对应的显指R12也是难以提升的。本实用新型实施例一方面通过突破传统惯例(采用452-455nm蓝光芯片)，选择了457.5nm-480nm的蓝光芯片，另一方面致力于荧光膜的开发，双管齐下使得青光的相对光谱功率得到明显提升。同时由于青光的提升，同时提升显指R12，也在一定程度上有助于在抑制蓝光的同时能够保持较高色温。如图11，传统近自然光中的青光相对光谱功率低于0.3，如图6和图7，本实施例中的青光相对光谱功率达到0.4以上。

进一步参考图10和图11，图10所示为本实施例中白光发光体21的光谱，采用457.5nm-460nm的蓝光芯片时，青光相对光谱功率已经达到0.5以上，采用457.5nm-480nm的蓝光芯片时可以更高。图11中采用452.5-455nm蓝光芯片时，青光相对光谱仅为0.35-0.38之间。

并且，经过不同色温光源的测试，准自然光的色温为2700K-3000K时，475-492nm波段的青光相对光谱功率大于0.30；准自然光的色温为4000K-4200K时，475-492nm波段的青光相对光谱功率大于0.40；准自然光的色温为5500K-6000K时，475-492nm波段的青光相对光谱功率大于0.50。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。