CN101749578B

CN101749578B - 光源设备

Info

Publication number: CN101749578B
Application number: CN2009102608631A
Authority: CN
Inventors: 户田直宏; 野口公喜; 田中健一郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: JP2010147333A; JP5382849B2; EP2199657A3; US20100157573A1; EP2199657A2; CN101749578A; US8405299B2

Abstract

一种光源设备，包括第一光发射器、第二光发射器和第三光发射器。所述第一光发射器的峰值波长在600nm-660nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比600nm-660nm的范围宽，所述第二光发射器的峰值波长在530nm-570nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比530nm-570nm的范围宽，并且在其光谱功率分布中所述第三光发射器的峰值波长为420nm-470nm。

Description

光源设备

技术领域

本发明涉及一种具有分别用于发射红光、蓝光和绿光的光发射器的光源设备。

背景技术

通常，提出了用于代替诸如白炽灯、荧光灯等的白光源的光源设备。该光源设备通过使用发射红光、绿光和蓝光的发光二极管并且将每个发光二极管的波长范围选择在特定的范围，从而实现了高显色性。

例如，公开了一种光源设备，其具有峰值波长在600nm-660nm的范围内的红光发射器、峰值波长在530nm-570nm的范围内的绿光发射器和峰值波长在420nm-470nm的范围内的蓝光发射器，如在图14的表格和在图15中图示的光谱功率分布中所示(例如，参见日本专利申请公开No.2007-173557)。

在上述示例中，尽管褪黑激素抑制效率低，但是在从光发射器发射的光具有尖峰波长时，不能实现好的显色性。此外，当任一峰值波长偏离一个或多个光发射器中所期望的范围时，恶化了显色性。

例如，如图14所示，所有峰值波长在常规示例1和2的上述范围内，其中其红光发射器分别具有620nm和650nm的峰值波长。然而，常规示例2的显色系数(Ra)低于常规示例1的显色系数，其中Ra是指示其显色性的值。这是因为与常规示例1相比，常规示例2使用发射具有相对尖峰波长的光发射器。

在常规示例1的情况下，尽管显色性好，但是褪黑激素抑制效率高。为了降低褪黑激素抑制效率，可以考虑如在常规示例2中所示的光源设备，在该常规示例2中红光发射器的峰值波长为650nm，该峰值波长偏离常规示例1中的红光发射器的620nm的峰值波长，如图14和图15中所示。

然而，在常规示例2中，作为显色性的量度的显色指数(Ra)降低，如图14中所示。如常规示例1和2中所示，增加显示效果和降低褪黑激素抑制效率具有一种均衡关系，这被认为是其中所采用的光发射器(图15)的相对尖峰特性导致的。

发明内容

鉴于上述内容，本发明提供一种光源设备，所述光源设备通过使用具有宽的峰值的光发射器而具有高显色性和低褪黑激素抑制效率。

根据本发明的实施例，提供一种照明系统的白光源设备，所述白光源设备包括峰值波长在600nm-660nm的范围内并且在半峰值强度的波长范围比600nm-660nm的范围宽的第一光发射器；峰值波长在530nm-570nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比530nm-570nm的范围宽的第二光发射器。此外，所述白光源设备包括第三光发射器，在其光谱功率分布中所述第三光发射器的峰值波长位于420nm-470nm的范围内，其中所述第三光发射器在八分之一峰值强度处的波长范围比480nm-660nm的范围宽。

利用上述配置，因为第一和第二光发射器的光谱功率分布曲线分别具有宽的峰值，所述设备的显色性很难被峰值波长的变化影响，从而提高了其显色性。

在白光源设备中，第一和第二光发射器中的每一个可以包括峰值波长在530nm以下的用作光源的发光二极管，并且第一光发射器的480nm以下的可见光成分基本为零。

利用该配置，第一和第二光发射器中的每一个包括发射峰值波长低于530nm的光的发光二极管，并且由第一光发射器发射的光几乎不包括480nm以下的可见光成分。因此，由第一和第二光发射器中的每一个发射的光包括由其自己光源导致的波长成分并且具有宽的峰值，并且光的长波长成分被补偿。因此，色温的变化范围被加宽，显色性得到提高且降低了低褪黑激素抑制效率。

在所述白光源设备中，第二光发射器的480nm以下的可见光成分可以基本为零。

利用该配置，因为由第一和第二光发射器发射的光几乎不包括可见光成分，在褪黑激素抑制中起作用的波长成分被有效排除，同时保持了好的显色性。因此，如果将上面提及的光源设备应用在普通照明的光源中，其能够有效阻止对褪黑激素产生的抑制。

在所述白光源设备中，所述第一和第二光发射器中的每一个可以包括峰值波长在530nm以下的光源和设置在光源附近的颜色转换元件。

利用该配置，能够获得期望波长的光并且改善其显色性。

在所述白光源设备中，光源可以是发光二极管并且所述发光二极管可以被由颜色转换材料制成的树脂覆盖，其中颜色转换材料包含吸收波长在480nm以下的可见光成分的成分。

利用该配置，通过使用颜色转换材料能够将在抑制褪黑激素产生中起作用的波长成分排除，同时保持显色性，其中颜色转换材料例如为覆盖发光二极管并吸收由所述第一和第二光发射器发射的光中480nm或更短的可见光成分的树脂。此外，如果将上面提及的光源设备应用在普通照明的光源中，能够有效地阻止对褪黑激素产生的抑制。

在所述白光源设备中，颜色转换元件可以包括光学多层膜或荧光材料。

利用该配置，通过使用覆盖发光二极管并吸收由所述第一和第二光发射器发射的光中480nm或更短可见光成分的颜色转换元件，能够排除在抑制褪黑激素产生中起作用的波长成分，同时保持设备的显色性。此外，如果将上面提及的光源设备应用于普通照明的光源中，能够有效地阻止对褪黑激素产生的抑制。

在所述白光源设备中，所述第一和第二发射器中的每一个可以包括被设置在颜色转换元件上的透镜，所述透镜还可以包括短波长截止滤光器，所述短波长截止滤光器截止480nm以下的可见光成分。

利用该配置，通过使用包括被设置在树脂中的短波长截止滤光器的透镜，能够排除在抑制褪黑激素产生中起作用的波长成分，同时保持设备的显色性，其中所述树脂包括覆盖所述发光二极管并且吸收由所述第一和第二光发射器发射的光中的480nm或更短可见光成分的光学多层膜。此外，如果将上面提及的光源设备应用于普通照明的光源中，能够有效地阻止抑制褪黑激素产生。

利用根据本发明的白光源设备，能够改善显色性而不抑制褪黑激素产生。

附图说明

通过下面结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的目的和特征将变得显而易见。

图1示出了根据本发明的第一实施例的光源设备的示意性构造；

图2是说明与暖白色荧光灯和常规示例相比根据本发明的第一实施例的光源的显色性和相对褪黑激素抑制效率的表格；

图3描述了根据第一实施例的光源设备的光谱功率分布；

图4示出了根据本发明的第二实施例的光源设备的示意性构造；

图5A-图5C分别说明在根据第二实施例的光源设备中第一至第三光发射器的示意性构造；

图6是说明与暖白色荧光灯和常规示例相比根据本发明的第二实施例的光源设备的显色性和相对褪黑激素抑制效率的表格；

图7描述了根据第二实施例的光源设备的光谱功率分布；

图8A-图8C分别描述了在第二实施例中第一至第三光发射器的光谱功率分布；

图9通过使用SP示出了根据第二实施例的光源设备的光谱功率分布；

图10说明由根据本发明的第二实施例的光源设备发射的光的x-y色品图；

图11描述了作为对比示例的暖白色荧光灯的光谱功率分布；

图12描述了用于计算相对褪黑激素抑制效率的公式；

图13示出了褪黑激素的响应光谱；

图14示出了与暖白色荧光灯相比根据常规示例的光源设备的显色性和相对褪黑激素抑制效率；以及

图15描述了常规示例的光源设备的光谱功率分布。

具体实施方式

在下文中，将参照作为说明书一部分的附图更详细描述根据本发明实施例的光源设备。

<第一实施例>

图1示意性示出了根据本发明的第一实施例的光源设备的配置。

参照图1，光源设备1包括第一光发射器Pr1、第二光发射器Pr2和第三光发射器Pr3，它们被设置成彼此毗邻并且被连接至控制单元20，可以将分别用于控制光发射器Pr1至Pr3的输出的调色信号应用至该控制单元20。控制单元20由电源30供电。

第一光发射器Pr1包括一个或多个(例如4个)发光二极管(LED)单元r1’，每个发射峰值波长在600nm-660nm的范围内并且在半峰值强度处的波长范围比600nm-660nm范围宽的红光。也就是说，最大强度处的峰值波长在600nm-660nm的范围内并且最大强度一半处峰值的最小波长和最大波长分别小于600nm和大于660nm(例如，参见图8C)。第二光发射器Pg1包括一个或多个LED单元g1’，每个发射峰值波长在530nm-570nm的范围内并且在半峰值强度处的波长范围比530nm-570nm的范围宽(例如，参见图8B)的绿光。

此外，第三光发射器Pb1包括一个或多个LED单元b1’(例如2个)，每个发射峰值波长在420nm-470nm的范围内(例如，参见图8A)的蓝光。

<示例1和2>

在下文中，将解释光源设备1的示例1和2，其中将光发射器Pr1，Pg1，Pb1的峰值波长设定在上面描述的范围内。

图2是一个表格，其描述了示例1和2以及作为对比示例的常规示例1、2的光发射器Pr1、Pg1、Pb1中的每一个的峰值波长和显色指数Ra。

Ra是基于JISZ 8726确定的。当Ra越接近于100时，光源所再现的各种颜色与在自然光中的各种颜色越接近。一般地，如果Ra是80或更大，认为显色足够。

相对褪黑激素抑制效率表示抑制褪黑激素分泌的效率，并且通过图12中所示的公式计算且使用暖白色荧光灯作为参考以百分比表示。

褪黑激素是一种荷尔蒙，它是由大脑中的松果腺产生的并且在从刚入睡前到熟睡的前一半的期间大量分泌。另外，已知褪黑激素导致降低体温和睡意。此外，已知在晚间时候接收光的情况下褪黑激素的分泌被抑制，并且已报告了说明波长特性的作用光谱，如图13中所示。参照图13，褪黑激素抑制敏感度在464nm处具有峰值，并且因此，能够通过阻挡这附近的波长来阻止在晚间时候褪黑激素产生的抑制。

在如图2所示的示例1中，第一光发射器Pr1包括LED单元r1’，每一个发射峰值波长为630nm的红光，第二光发射器Pg1包括LED单元g1’，每一个发射峰值波长为530nm的绿光，并且第三光发射器Pb1包括LED单元b1’，每一个发射峰值波长为460nm的蓝光。另外，第一和第二光发射器Pr1和Pg1具有如上所述的宽的峰值。

在图3中通过实线示出了如上配置的示例1的光源设备1所发射的光的光谱功率分布。

示例2与示例1的不同之处在于：第一光发射器Pr1包括一个或多个LED单元，每一个发射峰值波长为660nm的红光。其它的与示例1中相同。

在图3中通过虚线示出了由如上配置的示例2的光源设备1所发射的光的光谱功率分布。

图11示出了作为对比示例示出的暖白色荧光灯的光谱功率分布。此外，常规示例1和2中的每一个的光源设备分别包括三个光发射器，所述三个光发射器的峰值波长分别如图14的表所示，并且其光谱功率分布分别图15中的实线和虚线所示。

参照图2，在示例1中Ra是92，并且所述Ra大于暖白色荧光灯的Ra，显示了高显色性。

同时，在示例2中Ra是86，所述Ra低于在示例1中的Ra，不过也足够高了。此外，当将其与常规示例2以及常规示例1对比时，其表现出显著的进步。

如上所述，利用根据示例1和2的光源设备1，能够实现高显色性，因此，根据示例1和2的光源设备1适于用作室内照明系统的光源设备。

<第二实施例>

图4示意性地示出了根据本发明的第二实施例的光源设备2的配置。

参照图4，第二实施例的光源设备2包括具有一个或多个(例如4个)LED单元r1’的第一光发射器Pr2，具有一个或多个(例如2个)LED单元g1’的第二光发射器Pg2，以及具有一个或多个(例如2个)LED单元bi’的第三光发射器Pb2，将这些设置成彼此毗邻并且分别连接至控制单元20。

图5A-5C分别示出了根据第二实施例的第一、第二和第三光发射器Pr2、Pg2和Pb2的LED单元的示意性配置。

参照图5A，第一光发射器Pr2中的每一个LED单元r1’包括LED r1、设置成覆盖LED单元r1’的发射部分的颜色(波长)转换单元x1，以及设置在颜色转换单元x1上的短波长截止滤光器f1。此外，LED r1发射峰值波长在600nm-660nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比600nm-660nm的范围宽的红光。

LED r1发射峰值波长小于530nm的光。颜色转换单元x1是例如由光学多层膜、透明树脂或荧光材料制成的光学构件。所述颜色转换单元x1用于吸收由LED r1发射的光，并且产生峰值波长设置在600nm-660nm范围内、半峰值强度处的波长范围宽于600nm-660nm的红光。

此外，截止滤光器f1是通过将偶氮系、吡唑啉酮系、喹啉黄系、还原黄(flavantfrone)系等无机或有机色素或黄色染料混合进诸如丙烯、聚碳酸酯、硅树脂等的半透明或透明树脂形成的。截止滤光器f1用于阻挡480nm以下波长的可见光，使其降到几乎0水平。此外，作为替代，可以使用黄色玻璃、在其上施加包含上述的色素等的涂料或清漆的玻璃、光学多层膜等等。

颜色转换单元x1和截止滤光器f1可以集成为单一体。它们可以例如通过将颜色转换单元x1和上面提到的色素混合，或者在颜色转换单元x1上形成或施加光学多层膜来集成。

此外，可以在颜色转换单元x1上设置透镜部分11，并且上述的色素等可以混合在透镜部分11中。透镜部分可以由有色玻璃制成。或者，通过利用在透镜部分上涂覆或形成光学多层膜将颜色转换单元x1和截止滤光器f1与透镜部分11集成，可以将颜色转换单元x1、透镜部分11和截止滤光器f1集成为单一体。此外，可以将堆叠顺序变为与图5A中所示的示例不同，例如，可以将透镜部分11设置于截止滤光器f1上。

参照图5B，每一个第二光发射器Pg2的LED单元g1’包括LED g1、设置成覆盖LED g1的发射部分的颜色转换单元x2，以及设置在颜色转换单元x2上的短波长截止滤光器。还可以在颜色转换单元x2上设置透镜12。此外，LED单元g1’发射峰值波长在530nm-570nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比530nm-570nm的范围宽的绿光。

LED g1发射峰值波长小于530nm的光。LED g1可以与LED r1相同，也可以不同。截止滤光器f1用于阻挡波长在480nm以下的可见光至几乎为零。颜色转化单元x2用于吸收从LED g1发射的光，且产生峰值波长设置在530nm-570nm范围内、半峰值强度处的波长范围宽于530nm-＝570nm的绿光。截止滤光器f1用于阻挡波长在480nm以下的可见光至几乎为零。

此外，颜色转换单元x2、截止滤光器f2和透镜12的配置和制造方法也分别与在第一光发射器Pr1中的颜色转换单元x1、截止滤光器f1和透镜11的配置和制造方法相同，因此这部分描述被省略。颜色转换单元x2、截止滤光器f2和透镜12的布置不限于上面的描述，并且例如，可以将透镜设置在截止滤光器上。

参照图5C，第三光发射器Pb2的LED单元b1’中的每一个包括LED b1和颜色转换单元x3。可以将透镜13设置在LED b1上方。此外，LED b1发射峰值波长在420nm-470nm的范围内的蓝光。可以省略颜色转化单元x3。

此外，透镜13的配置和制造方法与在第一光发射器Pr1中的透镜11的配置和制造方法相同，并且这些描述被省略。

<示例3和4>

在下文中，将解释光源设备2的示例3和4，其中光发射器Pr1、Pg2和Pb2的峰值波长被设定在上述的范围内。

图6是一个表格，其描述光发射器Pr2、Pg2和Pb2中的每一个的峰值波长、示例3和4中的每一个的显色指数Ra，以及示例4的相对褪黑激素抑制效率，以及对于暖白色荧光灯和作为对比示例的常规示例1和2的上面那些参数。图7示出了示例3和4所发射的光的光谱功率分布。

如第一实施例中所述，Ra是基于JISZ 8726确定的并且褪黑激素抑制效率是使用暖白色荧光灯作为参考以百分比表示的。

在图6所示的示例3中，第一光发射器Pr2发射峰值波长为625nm并且几乎不包括波长480nm以下的可见光的光。此外，第二光发射器Pg2发射峰值波长为530nm并且几乎不包括波长480nm以下可见光的光，并且第三光发射器Pb2发射峰值波长为460nm的光。此外，如上所述，第一至第三光发射器Pr2、Pg2和Pb2中的每一个具有宽的峰值。

在图7中通过实线示出了如上配置的示例3的光源设备2所发射的光的光谱功率分布。

如图6和图8A-8C所示，示例4与示例3的不同之处在于：第二光发射器Pg2发射峰值波长偏离示例3中的峰值波长的光。具体而言，示例3的第二光发射器Pg2发射峰值波长为540nm并且几乎不包括波长480nm以下的可见光的光，其中波长480nm以下的可见光被截止滤光器f2阻挡。此外，第一光发射器Pr2发射峰值波长为625nm并且几乎不包括波长480nm以下的可见光的光，并且第三光发射器Pb2发射峰值波长为455nm的光。

如上配置的示例4的光源设备2所发射的光的光谱功率分布在图7中以虚线示出，并且在图9中以光斑光度法(SP：spot photometry)示出。曲线r、g和b表示图8A-8C中示出的示例4的光谱功率分布，其中为了说明的原因，曲线b的相对强度被夸大。

图11示出了作为对比示例的暖白色荧光灯的光谱功率分布。此外，常规示例1和2的光源设备包括分别发射具有如图14的表格所示的峰值波长的三个光发射器，并且它们的光谱功率分布分别在图15中以实线和虚线进行描述。

如图6所示，示例3中的Ra是93，该Ra大于暖白色荧光灯和常规示例1和2的Ra。

图10示出了x-y色品图，该色品图示出了由示例1和示例3所发射的光的光颜色变化范围。如从图10可以看出的，示例3的光源设备2比第一实施例的示例1覆盖更多普朗克(黑体辐射)曲线，因此具有更宽的色温的变化范围。

参照图6，示例4中Ra是83，这低于示例3中的Ra，不过也足够高。

此外，利用示例4的光源设备2，褪黑激素抑制效率是50，这相对于暖白色荧光灯减少了一半。因此，应该理解，褪黑激素产生抑制作用弱。也就是说，当在睡眠期间使用示例4的光源设备2时，褪黑激素产生不被抑制。因此，能够获得适于良好睡眠的照明。

虽然已经参照实施例对本发明进行了示出和说明，但本领域中普通技术人员应该理解，在不偏离所附权利要求述中所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。

Claims

1.一种照明系统的白光源设备，包括：

产生第一光的第一光发射器，在其光谱功率分布中所述第一光的峰值波长在600nm-660nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比600nm-660nm的范围宽；

产生第二光的第二光发射器，在其光谱功率分布中所述第二光的峰值波长在530nm-570nm的范围内并且半峰值强度的波长范围比530nm-570nm的范围宽；以及

产生第三光的第三光发射器，在其光谱功率分布中所述第三光的峰值波长为420nm-470nm，

其中所述第三光在八分之一峰值强度处的波长范围比480nm-660nm的范围宽。

2.根据权利要求1所述的白光源设备，其中，所述第一和第二光发射器中的每一个包括用作光源的发光二极管，所述发光二极管具有530nm以下的峰值波长，并且所述第一光发射器的480nm以下的可见光成分基本为零。

3.根据权利要求1或2所述的白光源设备，其中，所述第二光发射器的480nm以下的可见光成分基本为零。

4.根据权利要求1所述的白光源设备，其中，所述第一光发射器和所述第二光发射器中的每一个包括峰值波长在530nm以下的光源和设置在所述光源附近的颜色转换元件。

5.根据权利要求4所述的白光源设备，其中，所述光源是发光二极管并且所述发光二极管被树脂覆盖，所述树脂由包含吸收480nm以下的可见光成分的成分的颜色转换材料制成。

6.根据权利要求4所述的白光源设备，其中，所述颜色转换元件包括光学多层膜或荧光材料。

7.根据权利要求4所述的白光源设备，其中，所述第一发射器和所述第二发射器中的每一个还包括被设置在所述颜色转换元件上的透镜，所述透镜包括截止480nm以下的可见光成分的短波长截止滤光器。