[發明專利]光健康的Duv可調的白光LED設計方法及其照明系統

在審

• 申請號: 202011107764.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112255784A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 韓秋漪;馮祥芬;張善端;陳以平
• 申請（專利權）人: 安徽陽光照明電器有限公司;復旦大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種光健康的Duv可調的白光LED設計方法及其照明系統，該方法在目標色溫的等色溫線上取若干個不同Duv值的色坐標點；求解滿足每個Duv值相應的色坐標點的紅光、綠光和藍光及白光LED的發射光譜能量比例，并按比例混色得到白光光源；接著計算每個白光光源的節律作用效率和褪黑素抑制指數，結合顯色指數，獲取Duv值、發射光譜能量比例、顯色指數、節律作用效率之間的曲線關系，進而獲得每個Duv值在目標色溫和指定顯色指數下的優化發射光譜能量比例；再對每種光源進行脈沖寬度調制調光達到優化發射光譜能量比例，根據已調光的光源進行混色，得到白光LED照明系統，其針對每個Duv值在目標色溫和指定顯色指數下具有高節律作用效率和高褪黑素抑制指數。

技術領域

本發明屬于半導體照明技術領域，尤其是涉及一種光健康的Duv可調的白光LED設計方法及其照明系統。

背景技術

人類的生活受到晝夜生理節律的影響。生理節律是人體一天之內各種生理參數的生理循環，是人類在長期進化的過程中保存下來的適應性特征。當生理節律發生破壞，人們就會面臨生理功能、神經行為認知功能和睡眠質量低下的狀況，從而嚴重影響人體的健康。生理節律會隨著外界環境(比如光照)的改變而改變，當人體受到光照時，人體內的生物鐘系統將導引并啟動從光信號到生理信號的連鎖放大過程，從而調節人的行為和生理活動，參見孫大鵬提出的光照對人的生理節律的影響(燈與照明，2005，29(1):31-33.)。生理節律方面的研究顯示：在哺乳動物中，光通過激活眼睛視網膜下丘腦束來調節生理節律，負責人體的非視覺生物效應，它與人腦的生物鐘系統連接，通過光信號抑制來調節松果體的褪黑激素分泌以及人體內的皮質醇、體溫等生理參數的變化，從而調節人體的睡眠、警覺、情緒、認知、免疫等功能，即參與生理節律的調控，參見楊春宇、梁樹英、張青文提出的調節人體生理節律的光照治療(照明工程學報，2012，23(5):4-17.)。

因此，光不僅能夠滿足人的視覺需求，而且也是最重要的生理節律調節因子。光源的視覺效果用色坐標點(x,y)來表示，但是色坐標點很不直觀。照明行業通常使用相關色溫(CCT)來表示光源的顏色，但是色溫只能表達色坐標的一維特性，即使光源的色溫相同，它們發出的光的顏色并不會完全相同，光的顏色品質還與色坐標點到黑體曲線的距離(distance from the blackbody line，Duv)有關，參見Rea M,Freyssinier J.Whitelighting for residential applications[J].Lighting ResearchTechnology,2013,45:331-344.(家居環境應用的白光照明，《照明研究與技術》期刊)和Rea M,FreyssinierJ.White lighting[J].Color Research and Application,2013,38(2):82-92.(白光照明，《色彩研究和應用》期刊)。色坐標點到黑體曲線的距離與色溫同時使用，能夠更精準的表征白光的光色品質。另一方面，光對節律系統和視覺系統的作用機理是不一樣的。目前，國外的一些研究用生理節律作用因子(circadian action factor，CAF)(參見Oh J H,YangS J,Do Y R.Healthy,natural,efficient and tunable lighting:four-package whiteLEDs for optimizing the circadian effect,color quality and vision performance[J].Light:ScienceApplications,2014,3:e141.(健康自然、高效可調的照明：優化了節律效應、顏色品質和視覺性能的四基色白光LED，《光：科學與應用》期刊)和Zukauskas A,Vaicekauskas R.Tunability of the circadian action of tetrachromatic solid-state light sources[J].Applied Physics Letters,2015,106:041107.(四基色半導體光源對生理節律的調節作用，《應用物理快報》期刊))或褪黑素抑制指數(melatoninsuppression index，MSI)(參見Aube M,Roby J,Kocifaj M.Evaluating potentialspectral impacts of various artificial lights on melatonin suppression,photosynthesis,and star visibility[J].PLoS One,2013,8(7):e67798.(評價不同人造光源光譜對褪黑素抑制、光合作用以及星體能見度的影響，《公共科學圖書館·綜合》期刊)和Sano I,Tanito M,Okuno T,et al.Estimation of the melatonin suppression indexthrough clear and yellow-tinted intraocular lenses[J].Japanese Journal ofOphthalmology,2014,58:320-326.(評估透明人眼晶狀體和黃變晶狀體的褪黑素抑制指數，《日本眼科學報》期刊))來表征光對人體生理節律的影響。當光源的節律作用效率或褪黑素抑制指數比較高時，光源對人體產生的節律效應就越顯著，人就越清醒，學習和工作效率也相應提高。因此，對于與人類生活息息相關的光源，必須根據其實際應用需求，對光源的視覺效果和非視覺生物效應同時進行優化。比如，當白天人們在辦公室上班的時候，一方面要提升室內燈光環境，使人感到舒適愉悅；另一方面，有必要提高光源的節律作用效率，使員工能更好更有效的工作。但是，目前對于光源的非視覺生物效應很少有定量化的研究。普通照明用的兩基色白光LED，即藍光芯片激發熒光粉混色的白光LED，也不考慮光健康的指標性能。