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1、10申请公布号CN101968170A43申请公布日20110209CN101968170ACN101968170A21申请号201010248284822申请日20100809F21S2/00200601F21V17/00200601F21V8/00200601F21V19/00200601F21Y101/0220060171申请人上海光隧光电科技有限公司地址201203上海市张江达尔文路88号22幢201205室72发明人辜长明郑安民郑耀74专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司31204代理人程宗德54发明名称采用LED补色光的LED照明光源装置57摘要一种采用LED补色光的LED照明。
2、光源装置，能实现高显色指数照明光源，属半导体照明的技术领域，在已有的白光LED照明光源装置的基础上，引入青光LED发光芯片和红光LED发光芯片混合封装的补色光发光芯片，将白光LED发光芯片发出的白光与补色光发光芯片发出的补色光通过合色器合成高显色指数的白光，经聚焦耦合光学组件耦合到光纤的入射面上，通过传光光纤的出射面输出，有显色指数高达到90以上、可靠性高、效率高和不会增大白光光源的光学扩展量的优点，特别适宜用在对显色指数要求高的、光学扩展量受限的和基于光纤传输照明光线的系统如内窥镜、手术显微镜等之中。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书4页说明书4页附图3。
3、页CN101968170A1/4页21一种采用LED补色光的LED照明光源装置，含白光LED组件1、聚焦耦合光学组件4和传光光纤5，白光LED组件1含白光LED发光芯片阵列11和白光集光光学组件12，白光集光光学组件12是复合抛物面集光器、光锥、透镜、透镜组或集光器透镜组，白光出射面121是白光集光光学组件12的输出面，白光LED发光芯片阵列11和白光集光光学组件12以其光轴重合的方式依次排列，聚焦耦合光学组件4是透镜组，传光光纤5含入射面51、出射面52和中心53，入射面51和出射面52与传光光纤5的光轴垂直，传光光纤5的光轴通过入射面51的中心53，聚焦耦合光学组件4和传光光纤5以其光轴重。
4、合的方式依次排列，传光光纤5的入射面51与聚焦耦合光学组件4的聚焦面重合，其特征在于，该装置还含补色光LED组件2和合色器3，补色光LED组件2含补色光LED发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件24，补色光发光芯片阵列21含青光LED发光芯片和红光LED发光芯片，补色光集光光学组件22是抛物面集光器、光锥、透镜、透镜组或集光器透镜组，补色光匀光光学组件23是光棒或透镜组，补色光中继光学组件24是透镜或透镜组，补色光出射面241是补色光LED组件2的输出面，补色光发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件2。
5、4以其光轴重合的方式依次排列，白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4以其光轴重合的方式依次排列，合色器3是胶合棱镜或平面合色镜，合色器3含白光输入面31、补色光输入面32、合色面34和合色光输出面33，白光输入面31与合色光输出面33平行，补色光输入面32与白光输入面31和合色光输出面33垂直，合色面34与白光输入面31、补色光输入面32和合色光输出面33所成的二面角都是45，合色面34上镀有透射白光反射补色光的消偏振膜，合色器3位于白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4之间，白光输入面31与白光LED组件1的白光出射面121平行，补色光输入面32与补色光LED组件2的补色光出射面241平行，合色。
6、光输出面33与聚焦耦合光学组件4的合色光输入面重合，白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4的光轴分别通过白光输入面31和合色光输出面33的中心，补色光LED组件2的光轴通过补色光输入面32的中心，并与聚焦耦合光学组件4的光轴垂直相交于合色面34的中心。2根据权利要求1所述的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，白光LED发光芯片阵列11含一九个白光LED发光芯片，补色光LED发光芯片阵列21含二四个补色光发光芯片，其中青光LED发光芯片为一三个，红光LED发光芯片为一二个，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以随机的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中。3根据权利要求1或2所述。
7、的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，关键的技术数据罗列如下白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片为二个，红光LED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为权利要求书CN101968170A2/4页31MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行不同列的方式布列在补色光LED发。
8、光芯片阵列21中；补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；补色光中继光学组件24是透镜组，焦距为20MM；合色器3是胶合棱镜，尺寸为25MM25MM25MM；合色面34上的消偏振膜透射白光、反射补色光，即青光和红光；聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径为06。4根据权利要求1或2所述的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，关键的技术数据罗列如下白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LE。
9、D发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片为二个，红光LED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行不同列的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中；补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；补色光中继光学组件24是透。
10、镜组，焦距为20MM；合色器3是平面合色镜，尺寸为28MM40MM1MM；合色面34上的消偏振膜透射白光、反射补色光，即青光和红光；聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径为06。5一种采用LED补色光的LED照明光源装置，含白光LED组件1、聚焦耦合光学组件4和传光光纤5，白光LED组件1含白光LED发光芯片阵列11和白光集光光学组件12，白光集光光学组件12是复合抛物面集光器、光锥、透镜、透镜组或集光器透镜组，白光出射面121是白光集光光学组件12的输出面，白光LED发光芯片阵列11和白光集光光学组件12以其光轴重合的方式依次排列，聚焦耦合光学组件4。
11、是透镜组，传光光纤5含入射面51、出射面52和中心53，入射面51和出射面52与传光光纤5的光轴垂直，传光光纤5的光轴通过入射面51的中心53，聚焦耦合光学组件4和传光光纤5以其光轴重合的方式依次排列，传光光纤5的入射面51与聚焦耦合光学组件4的聚焦面重合，其特征在于，该装置还含补色光LED组件2和合色器3，补色光LED组件2含补色光LED发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件24，补色光发光芯片阵列21含青光LED发光芯片和红光LED发光芯片，补色光集光光学组件22是抛物面集光器、光锥、透镜、权利要求书CN101968170A3/4页4透镜组或集。
12、光器透镜组，补色光匀光光学组件23是光棒或透镜组，补色光中继光学组件24是透镜或透镜组，补色光出射面241是补色光LED组件2的输出面，补色光发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件24以其光轴重合的方式依次排列，补色光LED组件2和聚焦耦合光学组件4以其光轴重合的方式依次排列，合色器3是胶合棱镜或平面合色镜，合色器3含白光输入面31、补色光输入面32、合色面34和合色光输出面33，白光输入面31与合色光输出面33平行，补色光输入面32与白光输入面31和合色光输出面33垂直，合色面34与白光输入面31、补色光输入面32和合色光输出面33所成的二面角都。
13、是45，合色面34上镀有透射补色光反射白光的消偏振膜，合色器3位于补色光LED组件2和聚焦耦合光学组件4之间，白光输入面31与补色光LED组件2的补色光出射面241平行，补色光输入面32与白光LED组件1的白光出射面121平行，合色光输出面33与聚焦耦合光学组件4的合色光输入面重合，补色光LED组件2和聚焦耦合光学组件4的光轴分别通过白光输入面31和合色光输出面33的中心，白光LED组件1的光轴通过补色光输入面32的中心，并与聚焦耦合光学组件4的光轴垂直相交于合色面34的中心。6根据权利要求5所述的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，白光LED发光芯片阵列11含一九个白光LED发。
14、光芯片，补色光LED发光芯片阵列21含二四个补色光发光芯片，其中青光LED发光芯片为一三个，红光LED发光芯片为一二个，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以随机的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中。7根据权利要求5或6所述的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，关键的技术数据罗列如下白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片。
15、为二个，红光LED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行不同列的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中；补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；补色光中继光学组件24是透镜组，焦距为20MM；合色器3是胶合棱镜，尺寸为25MM25MM25MM；合色面34上的消偏振膜透射补色光，即青光和红光、反射白光；聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径。
16、为06。8根据权利要求5或6所述的采用LED补色光的LED照明光源装置，其特征在于，关键的技术数据罗列如下权利要求书CN101968170A4/4页5白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片为二个，红光LED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行。
17、不同列的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中；补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；补色光中继光学组件24是透镜组，焦距为20MM；合色器3是平面合色镜，尺寸为28MM40MM1MM；合色面34上的消偏振膜透射补色光，即青光和红光、反射白光；聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径为06。权利要求书CN101968170A1/4页6采用LED补色光的LED照明光源装置技术领域0001本发明涉及一种采用LED补色光的LED照明光源装置，。
18、能实现高显色指数照明光源，属半导体照明的技术领域。背景技术0002白光LED随着发光效率的不断提高，应用越来越广泛。已有的白光LED照明光源主要有两种一种采用白光LED作发光体，白光LED就是LED的表面涂敷可被蓝光有效激发的发黄光的荧光粉的蓝光LED，蓝光LED发出蓝光，一部分被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光，剩余部分与发射的黄光混合，调控它们的强度比，即可得到各种色温的白光；另一种是将红、绿和蓝光LED发出的红、绿和蓝光进行混色，形成白光。这两种LED照明光源与传统照明光源相比，一个明显的缺陷是显色指数RA偏低。RA大于90的照明光源才具有良好的色彩还原性，属于高显色指数光源。顺便提一下，。
19、RA的最大值为100。目前LED照明光源的RA一般介于7080之间，还不能满足对色彩还原性要求较高的应用领域如光学医疗设备内窥镜、无影灯等应用的要求，这些应用要求照明光源具有高显色指数，即RA大于90。0003背景技术中有一种白光经光纤耦合输出的LED照明光源，其结构如图1所示，主要包括白光LED发光芯片阵列、集光组件、聚焦耦合组件和传光光纤。该照明光源由于白光LED发光芯片发出的白光本身显色指数不高，经光纤耦合输出的白光的显色指数随之不高，不能适应高显色指数照明的应用要求。白光LED发出白光的显色指数偏低的原因是采用蓝光LED和黄色荧光粉技术形成的白光光谱在青光波段和红光波段的光谱功率密度偏。
20、低。采用红、绿和蓝光LED发出光混色形成白光，其显色指数偏低的原因是在介于红、绿和蓝光之间的中间波段部分的光谱不连续。虽然采用多种荧光粉混合的方法能实现高显色指数，但发光效率会降低50左右，而且混合荧光粉技术的可靠性还比较差，尤其是在大驱动电流密度下，如每MM2发光芯片驱动电流密度大于1A以上，可靠性就更差。发明内容0004本发明的目的是推出一种含LED补色光的LED照明光源装置，该装置输出白光，显色指数高，特别适宜应用在高显色指数要求和光学扩展量受限的系统如内窥镜的照明系统中作为照明光源。0005为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，在已有的白光LED照明光源装置的基础上，引入青光LED发。
21、光芯片和红光LED发光芯片混合封装的补色光发光芯片，将白光LED发光芯片发出的白光与补色光发光芯片发出的补色光通过合色器合成高显色指数的白光，经聚焦耦合光学组件耦合到光纤的入射面上，通过传光光纤的出射面输出。0006现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种采用LED补色光的LED照明光源装置，含白光LED组件1、聚焦耦合光学组件4和传光光纤5，白光LED组件1含白光LED发光芯片阵列11和白光集光光学组件12，白光集光光学组件12是复合抛物面集光器、光锥、透镜、透镜组或集光器透镜组，白光出射面121是白光集光光学组件12的输出面，白光LED说明书CN101968170A2/4页7发光芯片阵列1。
22、1和白光集光光学组件12以其光轴重合的方式依次排列，聚焦耦合光学组件4是透镜组，传光光纤5含入射面51、出射面52和中心53，入射面51和出射面52与传光光纤5的光轴垂直，传光光纤5的光轴通过入射面51的中心53，聚焦耦合光学组件4和传光光纤5以其光轴重合的方式依次排列，传光光纤5的入射面51与聚焦耦合光学组件4的聚焦面重合，其特征在于，该装置还含补色光LED组件2和合色器3，补色光LED组件2含补色光LED发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件24，补色光发光芯片阵列21含青光LED发光芯片和红光LED发光芯片，补色光集光光学组件22是抛物面集光。
23、器、光锥、透镜、透镜组或集光器透镜组，补色光匀光光学组件23是光棒或透镜组，补色光中继光学组件24是透镜或透镜组，补色光出射面241是补色光LED组件2的输出面，补色光发光芯片阵列21、补色光集光光学组件22、补色光匀光光学组件23和补色光中继光学组件24以其光轴重合的方式依次排列，白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4以其光轴重合的方式依次排列，合色器3是胶合棱镜或平面合色镜，合色器3含白光输入面31、补色光输入面32、合色面34和合色光输出面33，白光输入面31与合色光输出面33平行，补色光输入面32与白光输入面31和合色光输出面33垂直，合色面34与白光输入面31、补色光输入面32和合色光。
24、输出面33所成的二面角都是45，合色面34上镀有透射白光反射补色光的消偏振膜，合色器3位于白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4之间，白光输入面31与白光LED组件1的白光出射面121平行，补色光输入面32与补色光LED组件2的补色光出射面241平行，合色光输出面33与聚焦耦合光学组件4的合色光输入面重合，白光LED组件1和聚焦耦合光学组件4的光轴分别通过白光输入面31和合色输出面33的中心，补色光LED组件2的光轴通过补色光输入面32的中心，并与聚焦耦合光学组件4的光轴垂直相交于合色面34的中心。0007本发明的技术方案的进一步特征在于，白光LED发光芯片阵列11含一九个白光LED发光芯片，补。
25、色光LED发光芯片阵列21含二四个补色光发光芯片，其中青光LED发光芯片为一三个，红光LED发光芯片为一二个，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以随机的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中。0008本发明的进一步技术特征在于，白光LED组件1和补色光LED组件2的位置互换，白光出射面121与补色光输入面32平行，补色光出射面241与白光输入面31平行，合色面34上镀有透射补色光反射白光的消偏振膜。0009与背景技术相比，本发明有以下优点00101、显色指数高，达到90以上，适宜应用于要求显色指数高和基于光纤耦合输出的照明应用领域，如医疗设备内窥镜。00112、可靠性高，不存在采用多种荧。
26、光粉混合得到高显色指数光源中荧光粉的不可靠和不稳定的问题。00123、效率高，有效避免了多种荧光粉混合产生的低发光效率问题。00134、光学合色形成的白光光源的显色指数高，不会增大白光光源的光学扩展量，更适宜用在光学扩展量受限的系统中，作照明光源。附图说明0014图1是背景技术白光LED照明光源装置的结构示意图。说明书CN101968170A3/4页80015图2是含补色光LED的LED照明光源装置的结构示意图之一。0016图3是含补色光LED的LED照明光源装置的结构示意图之二。0017图4是含补色光LED的LED照明光源装置的结构示意图之三。0018图5是实施例1的合色面34上的消偏振膜的。
27、镀膜曲线设计示意图。0019图6是实施例3的合色面34上的消偏振膜的镀膜曲线设计示意图。具体实施方式0020现结合实施例和附图进一步说明本发明的技术方案和工作原理。所有实施例都具有与发明内容所述装置的结构完全相同的结构。为避免重复，以下实施例仅罗列关键的技术数据。0021实施例10022本实施例除了合色器3是胶合棱镜外，其余部分具有与图2所示结构完全相同的结构，以下是其关键的技术数据0023白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；0024。
28、补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片为二个，红光LED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行不同列的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中；0025补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；0026补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；0027补色光中继光学组件24是透镜组，焦距为20MM；0028合色器3是胶合棱镜，尺寸为25MM25MM25MM；0029合。
29、色面34上的消偏振膜透射白光、反射补色光，即青光和红光；0030聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；0031传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径为06。0032合色面34，即胶合棱镜的胶合面上的消偏振膜的镀膜曲线如附图5所示，三条曲线分别代表P光透过率曲线、S光透过率曲线和P光与S光平均透过率曲线。0033工作原理白光LED发光芯片阵列11发出的白光，经过白光集光透镜组12后，都被收集起来并将其发散角压缩到10以内，从白光LED组件1的白光出射面121出射。补色光LED发光芯片阵列21发出的补色光青光和红光，经过补色光集光光学组件22光锥后，都被收集起来并将其发散角压缩到30以内，经过。
30、补色光匀光光学组件23光棒匀光后，输出均匀的补色光，再经过补色光中继光学组件24透镜组，将其补色光的发散角压缩到10以内，从补色光出射面241出射。从白光LED组件1出射的白光和从补色光LED组件2出射的补色光分别经合色器3胶合棱镜的白光输入面32和补色光输入面31入射，经过合色面34后，白光透射，补色光将反射，白光和补色光混合成在一起，根据光谱叠加原理，合成的光是补充了白光的光谱分布缺陷的高显色指数的白光，经聚焦耦合光学说明书CN101968170A4/4页9组件4透镜组聚焦在传光光纤5的入射面51上，再经传光光纤5，最后从传光光纤5的出射面52出射的白光必定也是高显色指数的白光。0034实。
31、施例20035本实施例具有与图2所示结构完全相同的结构，以下是其关键的技术数据0036合色器3是平面合色镜，尺寸为28MM40MM1MM，此外，其余的技术数据与实施例1的技术数据完全相同。0037实施例30038本实施例具有与图3所示结构完全相同的结构，以下是其关键的技术数据0039白光LED发光芯片阵列11含九个白光LED发光芯片，排列成33的矩阵，每个白光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，白光集光光学组件12是透镜组，透镜组的焦距为12MM；0040补色光LED发光芯片阵列21含四个补色光LED发光芯片，排列成22的矩阵，其中青光LED发光芯片为二个，红光L。
32、ED发光芯片为二个，每个补色光LED发光芯片的尺寸为1MM1MM，相邻芯片之间的间距为01MM，青光LED发光芯片和红光LED发光芯片以不同行不同列的方式布列在补色光LED发光芯片阵列21中；0041补色光集光光学组件22是光锥，小端面尺寸为21MM21MM，大端面尺寸为55MM，长度为20MM；0042补色光匀光光学组件23是光棒，尺寸为5MM5MM50MM；0043补色光中继光学组件24是透镜组，焦距为20MM；0044合色器3是平面合色镜，尺寸为28MM40MM1MM；0045合色面34上的消偏振膜透射补色光，即青光和红光、反射白光；0046聚焦耦合光学组件4是透镜组，焦距为64MM；0。
33、047传输光纤5通光孔径为5MM，数值孔径为06。0048合色面34，即平面合色镜上的消偏振膜的镀膜曲线如附图6所示，三条曲线分别代表P光透过率曲线，S光透过率曲线和P光与S光平均透过率曲线。0049本实施例的工作原理与实施例1的工作原理类似，此处就不再重复。0050实施例40051本实施例除了合色器3是胶合棱镜外，其余部分具有与图3所示结构完全相同的结构，以下是其关键的技术数据0052合色器3是胶合棱镜，尺寸为25MM25MM25MM，此外，其余的技术数据与实施例3的技术数据完全相同。0053本发明的采用补色光LED的LED照明光源装置，能提供高显色指数的LED照明白光，特别适宜用在对显色指数要求高的、光学扩展量受限的和基于光纤传输照明光线的系统如内窥镜、手术显微镜等之中。说明书CN101968170A1/3页10图1图2说明书附图CN101968170A2/3页11图3图4说明书附图CN101968170A3/3页12图5图6说明书附图。