提高led光源顯色指數的裝置制造方法

提高led光源顯色指數的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種提高LED光源顯色指數的裝置，包括一光源，其中，在所述光源發出的白光光路通道中還設有至少一塊對波長在500nm—540nm范圍內的基色光進行反射、對其余波段的基色光進行全透處理的濾光片，或者在所述光源中將藍色LED燈表層涂覆一定比例的能夠被藍光激發的熒光粉，以獲得高顯色指數。與現有技術相比，本實用新型采用了濾光片設計或將藍色LED燈表層涂覆一定比例的能夠被藍光激發的熒光粉，對某一基色光(其某部分光譜對CRI產生負的影響)的光譜進行整形，從而整體光源的顏色的還原性，此濾光片對特殊的波長光譜反射，另外的光譜透射，對CRI有著顯著的提高，可以滿足電臺、攝影棚等對光源要求較高的場合要求。
【專利說明】提高LED光源顯色指數的裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及光學【技術領域】，尤其涉及一種在專業舞臺領域中能夠提高LED光 源顯色指數的裝置。

【背景技術】
[0002] 隨著近幾年半導體固體光源的飛速發展以及困擾全球的能源緊張，全球氣候變暖 等問題，半半導體LED光源以其節能，環保，光亮及色溫可控等優點，已在各行各業上已廣 泛應用，大有取代傳統光源的優勢。相信在不久的將來，隨著LED的成本的降低及光效率的 提高，半導體LED光源會全面的取代傳統光源。
[0003] 為順應科技發展的潮流，在2009年，深圳市光鋒光電技術有限公司征對舞臺燈光 電腦搖頭圖案燈，推出全球首款大功率三基色（R，G和B) LED光源（如圖1)。在此光源裝 置中，所有合成顏色都是通過分別控制R，G，和B三基色LED的驅動電流來實現顏色的配 t匕，因為采用三基色LED直接發光，因而單色光的顏色飽和度是非常高，比較滿足舞臺演出 對顏色比較鮮艷的要求。但采用R，G，和B三基色LED光源的一個缺點是：因為采用濾光合 色片，在此三基色合成的白光中，光譜不連續，即使連續，在濾光片截止波長附近，光譜的能 量非常低（如圖2)，因而此光源的顯色指數非常低；另外，三基色R，G，和B屬于窄光譜，因 而合成光譜中有很大的波谷，這也是造成光源顯色性比較差的原因。在三基色R，G和B光 源中，白平衡在6500K的時候，CRI只有40左右，3200K的時候，只有15左右。
[0004] 如此之低的CRI限制了 LED舞臺燈光源在專業場合的應用，特別是電視臺及劇院， 因為涉及到拍攝及專業級別比價高，在3200K的色溫要求照明光源顏色的還原性比較高， 也就是照明光源的顯色性要達到90左右。為了提高照明光源顏色的顯色性，深圳市光鋒光 電技術有限公司開發了基于三通道X-Mirror的多基色光源（大于四色，如5基色，6基色， 7基色等），該多基色光源的優點是：一，基于三通道X-Mirror光學系統，在同等光通量輸 出的前提下，維持光源最小的光學擴展量；二，采用多基色LED光源，各基色LED光源的單色 光飽和度很高（如飽和的琥珀色，青色等），光源系統輸出的色域更廣，滿足了專業舞臺演 出對顏色鮮艷的要求；三，因為采用多基色LED光源，除了色溫可調之外，可以混出無數種 顏色；四，除了采用窄波段的多基色LED光源外，還采用了寬波段的基色光，結合X-Mirror 的截止波長，最大限度的通過波長合光，使系統合光效率最高，光譜最連續，使合成的白光 還原性最好；五，此光源可以最大限度滿足舞臺演出高色溫光色效果要求，又能滿足低色溫 (3200K&5600K)的照明要求。六，因為采用多基色LED光源，各校正色溫的光通量及CRI可 以動態可調，滿足不同場合的應用需求。
[0005] 雖然以上光源有諸多優點，但在校正色溫3200K，最大顯色指數只能做到90左右， 在比較專業的應用場合，如電視臺、攝影棚等，還需要更高的顯色指數，才能滿足專業的攝 影要求，此種要求光源的顯色性更高。
[0006] 目前，市面上商用LED直接發出的窄帶基色光（如紅光，橙光，紅光，琥珀色，綠色， 青色，蘭色，深藍色及UV光）的峰值光譜比較固定，波形也比較恒定，在舞臺應用鋪光的場 合（柔和光斑的效果，此種場合對光源的光學擴展量要求不高），有些產品采用以上5基 色-8基色來產生高顯的白光。在此光源的系統中，通過調節各基色光的電流來校正各色 溫，當基色光大于三基色時，各校正白平衡色溫有無窮組組合，無論什么組合，對于某一校 正的色溫，其合成光中任何單基色光的光譜只是在峰值波長的地方幅度的變化（當調整各 單基色LED的電流時），光譜形狀不會有任何改變，如圖3所示，由窄波段的R，G，B，Amber LED和藍光LED激發綠光熒光粉產生的寬波段組成的5基色光源，圖中合成3200K色溫有兩 種光譜，兩種光譜的顯色性及光通量不同，光譜1的顯色指數為82,而光譜2的顯色指數只 有70,同一色溫，5基色光源不同比例組成，其顯色指數差異非常大；另外，同一色溫，5基色 光源不同比例組成，只是單基色光的幅度變化，波形無任何變化，這樣的方式調節白平衡， 其最大CRI是有限制的，要在3200K，CRI要達到95左右，采用此種方式調節，是不可能實現 的。
[0007] 因此，如何設計一種在由多基色LED光源或其它組成的照明光源中，能通過修改 某些對CRI影響比較大的單基色光源光譜的波形，提高多基色LED光源的顯色性的裝置便 成為了亟待解決的問題。 實用新型內容
[0008] 基于現有技術中存在的上述不足，本實用新型現提出一種提高LED光源顯色指數 的裝置，以解決原有的多基色LED光源照明中CRI指數不高、無法滿足一些電視臺專業攝影 的要求的問題。
[0009] 本實用新型所公開的一種提高LED光源顯色指數的裝置，包括一光源，其中，在所 述光源發出的白光光路通道上還設有至少一塊濾光片，其中，所述濾光片對波長在500nm- 540nm范圍內的基色光進行反射、對其余波段的基色光進行全透處理。
[0010] 優選地，所述濾光片的反射率為5 %?70%。
[0011] 進一步地，所述光源包括：發光通道、二向分色片、復眼透鏡、聚光鏡以及通孔，其 中，
[0012] 所述發光通道，設有至少一組，每組發光通道包括多個LED燈陣列；
[0013] 所述二向分色片，設有兩個且交叉設置在所述發光通道中，用于將從各個所述發 光通道發出的光線進行匯聚合成一束光線；
[0014] 所述復眼透鏡，設于所述發光通道及二向分色片之后，雙排堅向平行設置，用于對 光束進行勻光處理；
[0015] 所述聚光鏡，設于所述復眼透鏡之后，用于將光束聚焦在通孔處，使光束從所述通 孔處發出。
[0016] 優選地，所述濾光片設在所述通孔之后，或者設在所述通孔之前、聚光鏡之后。
[0017] 進一步地，各發光通道發出的光由單個基色光交錯排列合成，或者由某基色光與 其他波段的基色光交錯排列合成。
[0018] 優選地，所述發光通道包括三組LED燈陣列，所述LED燈陣列與二向分色片形成三 通道的X-MIRR0R結構，其中一發光通道發光通道與另外兩個發光通道發光通道垂直設置。
[0019] 更優選地，所述濾光片固定在一旋轉座中，所述旋轉座可帶動所述濾光片旋轉。
[0020] 更進一步地，所述旋轉座連接于控制電機上,所述電機的轉速和方向由主控計算 機控制。
[0021] 優選地，所述多個LED燈陣列中的各LED燈的表層涂覆有一定比例的能夠被藍光 激發的熒光粉，通過設置各LED燈上所述熒光粉的配比使所述多個LED燈陣列出射的白光 具有1?顯色指數。
[0022] 與現有技術相比，本實用新型所提供的一種提高LED光源顯色指數的裝置，在由 多基色LED光源或其它組成的照明光源中，通過濾光片對光譜有選擇的濾光后，修改某些 對CRI影響比較大的單基色光源光譜的波形，能夠最大限度的提高多基色LED光源的顯色 性，基本上可以滿足電視臺專業攝影的要求，此外，該濾光片固定在一個可以旋轉的裝置 中，當需要高顯色指數時，將濾光片旋轉到光學通道中，從而獲得最高的光源的顯色指數； 當光源不需要高顯色指數或需要其它應用時，將濾光片旋離光學通道，使用極為方便，也擴 展了 LED光源在專業場所中的應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是現有技術采用的一種大功率三基色LED光源裝置的示意圖。
[0024] 圖2是采用圖1所述的光源裝置產生的波長和光譜能量的對應關系圖。
[0025] 圖3是現有技術中采用窄帶基色光源系統的光譜曲線圖。
[0026] 圖4是本實用新型所述的一種提高LED光源顯色指數裝置的示意圖。
[0027] 圖5是在5基色3200K時的相對光譜曲線圖。
[0028] 圖6是采用本實用新型所述的一種提高LED光源顯色指數裝置的濾光片透過率曲 線圖。

【具體實施方式】
[0029] 以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本 實用新型的保護范圍。如在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定部件。本領 域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個部件。本說明書及權利 要求并不以名稱的差異來作為區分部件的方式，而是以部件在功能上的差異來作為區分的 準則。說明書后續描述為實施本實用新型的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本新型的 一般原則為目的，并非用以限定本實用新型的范圍。本實用新型的保護范圍當視所附權利 要求所界定者為準。
[0030] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0031] 要獲得多基色光最大CRI，對于某一目標色溫（3200K)，除了調節各基色LED的電 流，使其合成的光譜色滿足色溫的要求，不同基色光組成的光譜（同色異譜）有無數種，必 然有一種的CRI最高；另外，經過局部或整體修改基色光的波形，配合各基色LED的電流的 調節，也可以顯著提高光源的CRI。
[0032] 如圖4所示，本實用新型提出的一種提高LED光源顯色指數的裝置，包括一光源， 其中，在所述光源發出的白光光路通道上還設有至少一塊濾光片發光通道，用于對部分光 譜進行有選擇的濾光處理。
[0033] 具體來說，所述濾光片設計成能夠對波長在500nm -540nm范圍內的基色光進行 反射、對其余波段的基色光進行全透處理的特性，且其反射率為5%?70%，反射率的調整 可通過對濾光片的厚度及設置相應顏色的涂層來實現。
[0034] 所述光源包括：發光通道、二向分色片15、復眼透鏡17、聚光鏡18以及通孔19。其 中，所述發光通道，設有至少一組，每組均由多個依次排列的LED燈組成，各發光通道發出 的光可以由單個基色光，如由單一的R基色光、G基色光、B基色光交錯排列合成，或者由某 基色光與其他波段的基色光交錯排列合成，如R基色光和Amber (琥珀色）LED基色光合成 等。所述發光通道可以由三組、兩組或者一組LED燈陣列組成，優選采用三組LED燈陣列， 其中一組發光通道與另外兩個發光通道垂直設置，這樣，該三組LED燈陣列與二向分色片 形成一個三通道的X-MIRR0R結構。
[0035] 所述二向分色片15,設有兩個且交叉設置在所述發光通道中，其具有特定的截止 波長，能夠將從各個所述通道發出的光線進行匯聚合成一束光線，即白光光線，所述二向分 色片15的透過帶及截止帶的透過率可根據客戶要求或實際需要調整，其入射角為45度；所 述復眼透鏡18,雙排堅向平行設置于所述發光通道及二向分色片15之后之后，用于對光束 進行勻光處理；所述聚光鏡18,設于所述復眼透鏡17之后，用于將光束進行聚焦在通孔處， 使光束從所述通孔19處發出。復眼透鏡是由一系列小透鏡組合形成，將雙排復眼透鏡陣列 應用于照明系統可以獲得高的光能利用率和大面積的均勻照明。利用雙排復眼透鏡陣列實 現均勻照明的關鍵在于提高其均勻性和照明亮度，兩列復眼透鏡的光軸互相平行，在第二 列復眼透鏡后可以放置聚光鏡，聚光鏡不僅可以彌補光量的不足和適當改變從光源射來的 光的性質，而且將光線聚焦于被檢物體上，以得到最好的照明效果，聚光鏡的焦平面放照明 屏就形成了均勻照明系統。
[0036] 其中，本實用新型中的該發光通道不僅能夠應用于x-mirror合光還能夠應用于 波長合光以及其他空間合光等類型。
[0037] 作為本實用新型一個優選的實施方式，所述濾光片20固定在一旋轉座21中，所述 旋轉座21可帶動所述濾光片20旋轉。其中，所述濾光片可以設在所述通孔之后，也可以設 在所述通孔之前、聚光鏡之后。所述旋轉座21由一控制電機控制，帶動其轉動，而所述電 機連接主控計算機，即事先在該計算機中輸入控制命令，當需要高顯色指數時，電機帶動該 旋轉座21，自動將濾光片旋轉到光學通道中，從而獲得較高的光源的顯色指數；當光源不 需要高顯色指數或需要其它應用時，可將帶動濾光片20旋離光學通道，達到智能控制的目 的。
[0038] 以圖4為例，圖4為本實用新型所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置的一個 實施例，在多基色光源中，我們采用濾光片，對某一基色光（其某部分光譜對CRI產生負的 影響）的光譜進行整形，從而達到對整體光源顏色的還原性，該濾光片能夠對特殊的波長 光譜反射，另外的光譜透射。
[0039] 對于由窄波段的R，G，B，Amber LED和藍光LED激發綠光熒光粉產生的寬波段組成 的5基色光源，我們采用如圖4所示的三通道X-MIRR0R結構，采用五種基色光圖案燈光源 合成，發光通道11分別與發光通道12、13垂直排列設置，發光通道12、13之間平行排列設 置，三個通道形成一類似開口的正方形，光線從開口處射出，三色LED陣列合光出白光。具 體來說，R基色光和Amber LED基色光通過交錯或其它方式排列，封裝在12通道中，其采用 空間合光；G基色光和藍光LED激發綠光熒光粉產生的寬波段基色光通過交錯或其它方式 排列，封裝在11通道中，其采用空間合光；B基色光通過交錯或其它方式排列，封裝在13通 道中，三通道的光源通過特殊截止波長的X-MIRROR的二向分色片15的波長合光，二向色 分色片呈十字交叉排列且相互垂直設置，二向色分色片的兩個端部分別位于方形的兩對角 上，通過所述二向色分色片的作用得到所需顏色的波段，將三通道的光源合成一束光，該光 束經過復眼透鏡17勻光后再經過聚光鏡18聚焦在通孔19處。
[0040] CRI (Color Rendition Index,顯色指數），是指物體用該光源照明和用標準光源 (一般以太陽光做標準光源）照明時，其顏色符合程度的量度，也就是顏色逼真的程度。以 Ra表示，最大為100。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏 色產生明顯的色差，色差程度越大，光源對該色的顯色性越差。顯色指數系數仍為目前定義 光源顯色性評價的普遍方法。顯色指數有15種顏色，15種顏色名稱：R1，淡灰紅色；R2,暗灰 黃色；R3:飽和黃綠色；R4,中等黃綠色；R5,淡藍綠色；R6,淡藍色；R7,淡紫藍色；R8,淡紅 紫色；R9,飽和紅色；R10,飽和黃色；R11，飽和綠色；R12,飽和藍色；R13,白種人膚色；R14， 樹葉綠；R15,黃種人膚色。取前8種常見顏色的顯色指數的平均值，記為Ra，表征此光源顯 色性。
[0041] 窄波段的R，G，B，Amber LED和藍光LED激發綠光熒光粉產生的寬波段組成的5基 色光源，下表顯示了本發明的實施例中5基色在3200K的CRI輸出參數。通過調節電流， 在3200K的最大CRI數據如下：最大CRI為89. 1，R15雖然可以達到94. 3, R13只有84. 2， 其中R15表示亞洲人膚色（黃種人膚色）的顯色指數，R13表示歐洲人膚色（白種人膚 色）的顯色指數，其相對光譜如圖5 (未濾光后的相對光譜），其參考黑體曲線的光譜，在 500nm-540nm相對光譜功率幅度有點高，通過特殊設計的濾光片，在500nm-540nm部分反 射，反射率為5%-70%之間，具體最佳反射率要根據圖4中黑體曲線的光譜而定，可以通過 對濾光片設計特定厚度和特定折射率的涂層，來得到對特定波長光波有較大反射率或透過 率的涂層。相對黑體曲線，光譜的波峰呈上升趨勢，這樣可以使得在3200K色溫下，CRI增 大。在本實施例中，其濾光片20透過率曲線如圖6,在500nm-540nm部分反射，其余波段全 透，其放置在光學傳輸路徑中，本實施例放置在通孔的后面，當然，所述濾光片20也可設置 在所述通孔19的前面，聚光鏡18的后面，在此不作任何限定。
[0042]

【權利要求】
1. 一種提高LED光源顯色指數的裝置，包括一光源，其特征在于，在所述光源發出的白 光光路通道上還設有至少一塊濾光片，其中，所述濾光片對波長在500nm - 540nm范圍內的 基色光進行反射、對其余波段的基色光進行全透處理。
2. 如權利要求1所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述濾光片的 反射率為5%?70%。
3. 如權利要求1所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述光源包 括：發光通道、二向分色片、復眼透鏡、聚光鏡以及通孔，其中， 所述發光通道，設有至少一組，每組發光通道包括多個LED燈陣列； 所述二向分色片，設有兩個且交叉設置在所述發光通道中，用于將從各個所述發光通 道發出的光線進行匯聚合成一束光線； 所述復眼透鏡，設于所述發光通道及二向分色片之后，雙排堅向平行設置，用于對光束 進行勻光處理； 所述聚光鏡，設于所述復眼透鏡之后，用于將光束聚焦在通孔處，使光束從所述通孔處 發出。
4. 如權利要求3所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述濾光片設 在所述通孔之后，或者設在所述通孔之前、聚光鏡之后。
5. 如權利要求3所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，各發光通道發 出的光由單個基色光交錯排列合成，或者由某基色光與其他波段的基色光交錯排列合成。
6. 如權利要求3所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述發光通道 包括三組LED燈陣列，所述LED燈陣列與二向分色片形成三通道的X-MIRROR結構，其中一 發光通道發光通道與另外兩個發光通道發光通道垂直設置。
7. 如權利要求4所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述濾光片固 定在一旋轉座中，所述旋轉座可帶動所述濾光片旋轉。
8. 如權利要求7所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述旋轉座連 接于控制電機上，所述電機的轉速和方向由主控計算機控制。
9. 如權利要求3所述的一種提高LED光源顯色指數的裝置，其特征在于，所述多個LED 燈陣列中的各LED燈的表層涂覆有一定比例的能夠被藍光激發的熒光粉，通過設置各LED 燈上所述熒光粉的配比使所述多個LED燈陣列出射的白光具有高顯色指數。
【文檔編號】G02B5/20GK203880619SQ201420221225
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】張權, 鄒思源 申請人:深圳市繹立銳光科技開發有限公司