專利名稱：光源單元、配有這種光源單元的照明裝置以及醫(yī)療設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光源單元。此外，本發(fā)明還涉及一種具有這種光源單元的照明裝置以及醫(yī)療設備。
背景技術：
傳統(tǒng)的手術中心照明使用的照明裝置或者應用鹵素燈或者應用HCL燈作為光源。來自于各個燈的燈光利用光學器件反射到大的反射器上并且接著聚焦到需要照明的面積上去。近來，基于彩色和白色LED的照明裝置已經(jīng)在使用?，F(xiàn)有技術中提出，在手術中心照明裝置中應用大量的發(fā)光二極管(LED)作為光源。但是，現(xiàn)有技術中的燈具不能夠產(chǎn)生和提供具有均勻的分布的白光的照明區(qū)域，并且該白光具有可調整的色溫CCT、高的顯色性指數(shù)CR1、以及高的光效。此外，現(xiàn)有技術中不能排除顏色分離或者說變色(discoloration)效應,該效應通常在一個人(例如醫(yī)生)用他或她的身體部分遮擋了來自于燈具的光的時候發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的多個問題，提出一種光源單元、一種配有這種光源單元的照明裝置以及醫(yī)療設備。根據(jù)本發(fā)明的光源單元能夠提供高的光效、并且提供具有色溫(CCT)在3580K-5650K之間的具有良好質量的可調整的白光，并且對于照明區(qū)域沒有變色的影響。此外，利用更少數(shù)量的LED和利用數(shù)量僅僅為三個的反射器可以降低整個系統(tǒng)的成本。根據(jù)本發(fā)明的一個目的通過一種光源單元來實現(xiàn)一種光源單元，包括至少一個LED子光源單元，其特征在于每一個LED子光源單元包括三種類型的LED :熒光粉轉換的綠色LED，其中所述熒光粉轉換的綠色LED具有CIE1931色度坐標為x = O. 35至O. 39的范圍以及y = O. 42至O. 54的范圍；橙紅色LED，所述橙紅色LED具有波長范圍為614nm_622nm的光譜發(fā)射；以及藍色LED，所述藍色LED具有波長范圍為460nm-476nm的光譜發(fā)射，三種類型的LED產(chǎn)生的光束進行混合以合成白光。本發(fā)明的第一個構思在于通過選取具備特定波長的特定類型的LED，實現(xiàn)具有高質量的光和光效。發(fā)明人通過大量的實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，令人驚奇的是，如果利用具有CIE1931色度坐標為X = O. 35至O. 39的范圍以及y = O. 42至
O.54的范圍、優(yōu)選具有X = O. 36至O. 38的范圍以及y = O. 43至O. 46的范圍的熒光粉轉換的綠色LED、波長為614nm-622nm的橙紅色LED以及波長為460nm_476nm的藍色LED的三種LED的組合，將實現(xiàn)最佳的光效果，CCT可以在3580K-5650K之間進行調整，顯色性指數(shù)CRI的數(shù)值可以達到>90。熒光粉轉換的綠色LED應用了藍色發(fā)光芯片以及綠色轉換熒光粉，以產(chǎn)生具有CIE1931色度坐標為X = O. 35至O. 39的范圍以及y = O. 42至O. 54的范圍的光。優(yōu)選地，所述三種類型的LED的排布方式設置為使光束在整個色溫范圍3580K-5650K內(nèi)均勻混合。按照這個原則來確定三種類型的LED的排布狀況。
根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例，考慮到光的亮度值，每一個LED子光源單元包括27個LED :其中包括15個熒光粉轉換的綠色LED、7個橙紅色LED以及5個藍色LED。優(yōu)選的是，所述27個LED這樣布置在中心處有由三個LED組成的縱列，包括位于中間的一個熒光粉轉換的綠色LED和分別位于上方和下方的一個藍色LED和一個橙紅色LED ；圍繞所述縱列的內(nèi)環(huán)，在所述內(nèi)環(huán)上分布有8個熒光粉轉換的綠色LED,其中兩個熒光粉轉換的綠色LED與位于中間一個熒光粉轉換的綠色的LED形成橫排；以及圍繞所述內(nèi)環(huán)的外環(huán)，在所述外環(huán)上分布四個藍色LED、六個熒光粉轉換的綠色LED以及六個橙紅色LED，每兩個藍色LED之間交替分布有兩個橙紅色LED夾一個熒光粉轉換的綠色LED和兩個熒光粉轉換的綠色LED夾一個橙紅色LED。利用該排布，實現(xiàn)了最佳的參數(shù)，實現(xiàn)了均勻混合性。在一個具體實施例中，可以考慮利用具有CIE1931色度坐標為X = O. 37以及y = O. 44的Osram的LUff CQDP. EQff作為熒光粉轉換的綠色LED，利用Osram的LB CPDP作為藍色LED，利用Osram的LA CPDP作為橙紅色LED，實現(xiàn)上述布置，其中?？商鎿Q的是，具有CIE1931色度坐標為x=O. 33以及y = O. 53的Osram的LCG Q9WP也可以應用。優(yōu)選的是，每一個LED具有> 140°的出光角度。通過選擇具有較大出光角度的LED，可以實現(xiàn)更好的混光效果。為此目的，LED可以包括一個或者多個發(fā)光芯片，具有附加的主光學器件，例如透鏡。優(yōu)選地，所述熒光粉轉換的綠色LED所發(fā)出的綠色的光通量占比的最大值可達90 %，所述藍色LED所發(fā)出的藍色的光通量占比的最大值可達10 %，所述橙紅色LED所發(fā)出的橙紅色的光通量占比的最大值可達15%。上述百分比表示了各個光部件(即熒光粉轉換的綠色LED，藍色LED以及橙紅色LED)與實現(xiàn)特定CCT的整個照明裝置的總的光通量的比率。通過不同類型的LED的光通量占比的合理分配，可以調整所述光源的顯色性溫度。根據(jù)本發(fā)明還提出一種可包括其它光源單元或者包括根據(jù)本發(fā)明的光源單元的照明裝置。優(yōu)選地，該照明裝置包括光源單元、還包括光學器件、第一反射器、第二反射器；來自所述光源單元的光束通過所述光學器件混光并準直后射入第一反射器，并經(jīng)所述第一反射器反射后射入到第二反射器，經(jīng)所述第二反射器反射形成用于待照射的區(qū)域的聚光光柱。具有該結構的照明裝置與現(xiàn)有技術中LED照明裝置不同，減少了所使用的光學器件的數(shù)量，并且通過所設置的第一反射器和第二反射器，實現(xiàn)了較少的光損耗，實現(xiàn)了符合使用需求的聚焦，并具有良好的光斑性能。優(yōu)選地，所述光學器件是包圍所述光源單元的具有內(nèi)反射壁的中空反射器。來自光源單元的不同光束在中空反射器內(nèi)部進行全反射并進行混色之后，以光柱的形式從中空反射器的輸出端輸出，進而投射到第一反射器、第二反射器上。這種類型的用于準直的光學器件的成本低廉，進而大大地降低成本。進一步的，所述中空反射器是全內(nèi)反射型聚光器。這種類型的聚光單元在采用多種顏色或者不同的光譜性能的光源的情況下還具有較好的混色的作用。所述中空反射器是包圍所述光源單元的橫截面為六邊形的中空反射桿，從而特別有利地與各個LED的排布相配合，實現(xiàn)良好的混光效果。進一步，所述第一反射器在所述光束的光軸方向上位于所述光學器件的下游并且在所述光學器件的對面設置。
優(yōu)選的，所述第一反射器具有相對于所述光束的所述光軸旋轉對稱的類似錐形反射面，所述類似錐形反射面頂端指向所述光源單元。從而可以實現(xiàn)到待照射的區(qū)域的帶有鮮明的邊線的光斑。優(yōu)選的，所述第二反射器是包圍所述光源單元的拋物面型反射器，從而更好地實現(xiàn)將光束最終聚焦到待照射的區(qū)域。光源包括安裝到印刷電路板PCB上的LED，優(yōu)選具有AL或者銅基底。該PCB通過熱墊或者熱導電糊膏連接到熱沉，其被嵌入到嵌入照明裝置的燈頭的主體中。根據(jù)本發(fā)明還涉及一種醫(yī)療設備，配備有具備上述特征的照明裝置。根據(jù)本發(fā)明的光源單元和照明裝置具有光效高、光混合均勻以及對于色溫范圍在3580K-5650K的范圍具有等于或大于90的顯色性指數(shù)(CRI)等多個優(yōu)點。
附圖中，在不同的視圖中，相似的參考標號通常指相同的部分。在下列說明書中，參照下列附圖，描述了本發(fā)明的各種實施例，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的光源單元的布局示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的具有CCT為3599K以及CRI數(shù)值為92并且R9的數(shù)值為93的典型光譜；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有CCT為4215K以及CRI數(shù)值為96并且R9的數(shù)值為97的典型光譜；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的具有CCT為5613K以及CRI數(shù)值為95并且R9的數(shù)值為92的典型光譜；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的照明裝置的布局示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的光學器件與光源單元的布局截面示意圖；圖7a和圖7b分別示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的照明裝置的總體光路示意圖。圖7c示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的照明裝置中的從光源單元到第一反射器的光路示意圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的光源單元10的布局示意圖。該光源單元10由三種類型的LED構成，橙紅色LED A、熒光粉轉換的綠色LED G和藍色LED B。為了獲取色溫達到3580K-5650K的白光，發(fā)明人做了大量的實驗來確定最好的組合的方式，包括確定LED類型有幾種、具體LED類型是什么、以及LED的波長組合等。在實驗中，發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在使用三種類型的LED的組合時，即在使用的熒光粉轉換的綠色LED G、以及具有波長范圍為614nm-622nm的光譜發(fā)射的橙紅色LED A以及具有波長范圍為460nm_476nm的光譜發(fā)射的藍色LED B時，可以實現(xiàn)色溫達到3580K-5650K的白光，并且可以獲得高的光效以及等于或者大于90的聞的CRI值。圖1中示出的LED的排布方式是一個優(yōu)選的實施例?？傮w的排布原則是，使得各種類型的LED A，G，B排布成在使用在照明裝置100(如圖5所示)中時使光束能在3580K-5650K之間的整個色溫CCT范圍內(nèi)均勻混合。在該實施例中，每一個LED子光源單元20包括27個LED :其中包括15個熒光粉轉換的綠色LED G、7個橙紅色LED A以及5個藍色LED B。27個LED這樣布置中心的一個縱列I，這個縱列I包括三個LED，中間是一個熒光粉轉換的綠色LED G，上方為一個藍色LED B，下方為一個橙紅色LED A ;圍繞所述縱列I的內(nèi)環(huán)2,在所述內(nèi)環(huán)2上分布有8個熒光粉轉換的熒光粉轉換的綠色LED G,其中兩個綠色LED G與位于中間的一個熒光粉轉換的綠色LED形成橫排；以及圍繞所述內(nèi)環(huán)2的外環(huán)3，在外環(huán)3上分布四個藍色LED B、六個熒光粉轉換的綠色LED G以及六個橙紅色LED A，每兩個藍色LED B之間交替分布有兩個橙紅色LED A夾一個綠色LED G和兩個熒光粉轉換的綠色LED G夾一個橙紅色LED A。即在左下角和右上角是兩個熒光粉轉換的綠色LED G夾一個橙紅色LED A，而在左上角和右下角是兩個橙紅色LED A夾一個熒光粉轉換的綠色LEDG0優(yōu)選的，可以選擇OSRAM LUff CQDP EQW作為熒光粉轉換的綠色LED G, OSRAM LB CPDP作為藍色LED B (470nm)以及OSRAM LA CPDP作為橙紅色LED A。為了獲得較高的光強度，可以使用出光角度> 140°的LED。為此，LED可以包括一個或者多個發(fā)光芯片，具有附加的主光學器件，例如透鏡。在整個色溫范圍3580K-5650K內(nèi)，綠色LED G所發(fā)出的綠色的光通量占總的光通量的占比的最大值可達90%，藍色LED B所發(fā)出的藍色的光通量占總的光通量的占比的最大值可達10%，橙紅色LED A所發(fā)出的橙紅色的光通量占總的光通量的占比的最大值可達15%。當然針對每一個特定的實施例，各占比總和達到100%。表I提供了對于特定色溫的LED混合比率。該表也列出了可達到的CRI和R9值。在該表中，熒光粉轉換的綠色LEDG (Converted green)具有色度坐標為 x = O. 37 以及 y = O. 45,澄紅色 LED(Orange-Red)的波長為620nm以及藍色LED(Blue)的波長為472nm。
表I
權利要求
1.一種光源單元(10)，包括至少一個LED子光源單元(20)，其特征在于每一個LED子光源單元(20)包括三種類型的LED:熒光粉轉換的綠色LED (G)，其中所述熒光粉轉換的綠色LED具有CIE1931色度坐標為X = O. 35至O. 39的范圍以及y = O. 42至O. 54的范圍；橙紅色LED(A)，所述橙紅色LED(A)具有波長范圍為614nm_622nm的光譜發(fā)射；以及藍色LED (B)，所述藍色LED (B)具有波長范圍為460nm_476nm的光譜發(fā)射。
2.根據(jù)權利要求1所述的光源單元(10)，其特征在于所述三種類型的LED(A，G，B)的排布方式設置為使光束在整個色溫范圍3580K-5650K內(nèi)均勻混合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的光源單元(10)，其特征在于所述三種類型的LED(A，G，B)設置為使得所述光均勻地混合并且所述混合的光具有等于或者大于90的顯色性指數(shù)CRI。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的光源單元(10)，其特征在于每一個LED子光源單元(20)包括27個LED :其中包括15個熒光粉轉換的綠色LED (G)、7個橙紅色LED (A)以及5個藍色LED⑶。
5.根據(jù)權利要求4所述的光源單元，其特征在于所述27個LED這樣布置在中心處有由三個LED組成的縱列(I)，包括位于中間的一個熒光粉轉換的綠色LED(G)和分別位于上方和下方的一個藍色LED(B)和一個橙紅色LED(A);圍繞所述縱列⑴的內(nèi)環(huán)(2)，在所述內(nèi)環(huán)(2)上分布有8個熒光粉轉換的綠色LED(G)，其中兩個熒光粉轉換綠色LED(G)與位于中間的一個熒光粉轉換的綠色LED(G)形成橫排；以及圍繞所述內(nèi)環(huán)(2)的外環(huán)(3)，在所述外環(huán)(3)上分布四個藍色LED(B)、六個熒光粉轉換的綠色LED(G)以及六個橙紅色LED (A)，每兩個藍色LED (B)之間交替分布有兩個橙紅色LED (A)夾一個熒光粉轉換的綠色LED (G)和兩個熒光粉轉換的綠色LED (G)夾一個橙紅色LED (A)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的光源單元(10)，其特征在于，每一個LED具有> 140°的出光角度。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光源單元(10)，其特征在于，所述綠色LED(所發(fā)出G)的綠色的光通量占比的最大值可達90%，所述藍色LED(B)所發(fā)出的藍色的光通量占比的最大值可達10%，所述橙紅色LED(A)所發(fā)出的橙紅色的光通量占比的最大值可達15%。
8.一種照明裝置(100)，其特征在于，包括根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的光源單元(10)。
9.根據(jù)權利要求8所述的照明裝置(100)，其特征在于，還包括光學器件(4)、第一反射器(5)、第二反射器￠);來自所述光源單元(10)的光束通過所述光學器件(4)混光并準直后射入第一反射器(5)，并經(jīng)所述第一反射器(5)反射后射入到第二反射器(6)，經(jīng)所述第二反射器(6)反射形成用于待照射的區(qū)域(7)的聚光光柱。
10.根據(jù)權利要求9所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述光學器件(4)是全內(nèi)反射型準直透鏡。
11.根據(jù)權利要求9所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述光學器件(4)是包圍所述光源單元(10)的中空反射桿。
12.根據(jù)權利要求9所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述光學器件(4)是包圍所述光源單元(10)的橫截面為六邊形的中空反射桿。
13.根據(jù)權利要求11所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述第一反射器(5)在所述光束的光軸方向上位于所述光學器件(4)的下游并且在所述光學器件(4)的對面設置。
14.根據(jù)權利要求13所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述第一反射器(5)具有相對于所述光束的所述光軸旋轉對稱的類似錐形外反射面(51)，所述類似錐形外反射面(51)的頂端指向所述光源單元(10)。
15.根據(jù)權利要求14所述的照明裝置(100)，其特征在于，所述第二反射器(6)是包圍第一反射器(5)的拋物面型反射器。
16.一種醫(yī)療設備，配備有根據(jù)權利要求7-15中任一項所述的照明裝置(100)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光源單元(10)，包括至少一個LED子光源單元(20)，其特征在于每一個LED子光源單元(20)包括三種類型的LED熒光粉轉換的綠色LED(G)、波長為614nm-622nm的橙紅色LED(A)，以及波長為460nm-476nm的藍色LED(B)，三種類型的LED(A，G，B)產(chǎn)生的光束進行混合以合成白光。
文檔編號F21Y101/02GK103062641SQ20111032198
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者納迪爾·法希特基安, 尼科·摩根布羅德, 馬家仁 申請人:歐司朗股份有限公司