CN101765739B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在中间视觉条件下照亮区域的照明装置(1)。该照明装置具有一个或多个发射第一波长区域中的基本上单色的光的LED(6)。该照明装置还具有一个或多个发射第二波长区域中的基本上单色的光的LED(8)。上述LED的组合使得在使用时该照明装置提供的光具有大于2.0的S/P比。

Description

照明装置
技术领域
[0001] 本发明涉及用于在中间视觉条件(mesopic conditions)下照亮区域的照明装置。背景技术
[0002] 用于在中间视觉条件下照亮区域的照明设备,比如公共照明设备(例如当前广泛使用的街道照明设备、用于照亮公园、停车场、花园的照明设备以及应急照明设备),被设计为以提供愉悦气氛的方式照亮相关区域。用于公共照明设备的常规光源包括白炽灯、荧光灯和其他放电灯。
[0003] 近来,已经研发出使用LED光源的替代的低能耗设计,这种LED光源具有相当高的亮度,g卩,每平毫米的光通量明显更加集中。这种研发集中在产生白光的LED上。白光则是通过布置由蓝色LED发射的光和由适当的磷光体发射的光之间的相互作用形成的。
[0004] 常规灯和基于蓝色LED与磷光体的组合的白色LED,在光级(light level)降低的条件下(即在所谓的中间视觉光条件下)相对于人眼均不是优化设计。
[0005] 人眼具有两类感光器。称为视锥细胞(cone)的第一类感光器用于白昼视觉。称为视杆细胞(rod)的第二类感光器与视锥细胞一起用于光级降低时的视觉。白昼期间的光级一般使得视锥细胞抑制视杆细胞。因此,仅视锥细胞被使用。然而,如果光级降低,则视锥细胞的优势消失。因此在后一种条件下,视杆细胞变得更占优。
[0006] 在国际专利申请W02006/132533中,描述了一种与常规公共照明设备相比提供改善的可视性的照明装置。该照明装置设计为发射第一波长区域内的光和第二波长区域内的光。该照明单元还设计为产生源于第一波长区域的主导波长的光,使得人眼的眼睛灵敏度由视杆细胞主导。尽管,W02006/132533中描述的照明装置可以改善低亮度下的视觉,仍需
要进一步的改善。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种用于照亮区域的照明装置,其尤其改善中间视觉光条件下的可视性。
[0008] 为此目的,本发明的实施例提供一种用于在中间视觉条件下照亮区域的照明装置,包含:
[0009] 一个或多个发射第一波长区域中的基本上单色的光的LED ;
[0010] 一个或多个发射第二波长区域中的基本上单色的光的LED ;
[0011] 使得,在使用时,照明装置提供的光具有大于2. 0的S/P比。已经发现,如果照明装置的S/P比大于2.0,在中间视觉光条件下,当由本发明提出的照明装置的实施例照明时,对外围视场的感觉是在由S/P比为I. 5的常规灯照明时体验的外围视场感觉的两倍。
[0012] 在本发明的其他实施例中,照明装置的S/P比可以大于2. 3,或大于2. 5。使用这种实施例,可以实现对外围视野的进一步改进。
[0013] 在一实施例中,第一波长区域的范围为500-525nm,且第二波长区域的范围为600-625nm。使用这种实施例,可以获得双倍的上述外围视场的感觉。
[0014] 在另一实施例中,第一波长区域的范围为500-525nm,且第二波长区域的范围为600-640nm。使用这种实施例,可以进一步改善上述外围视场。
[0015] 在一实施例中,在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 290和0. 330之间并且色度y坐标在0. 550和0. 590之间的光。
[0016] 在另一实施例中,在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 385和0. 425之间并且色 度y坐标在0. 490和0. 530之间的光。
[0017] 在一实施例中,在使用时,第一波长区域中的发射光的光强与第二波长区域中的发射光的光强的比例等于3 : 2。
[0018] 在另一实施例中,在使用时,第一波长区域中的发射光的光强等于第二波长区域中的发射光的光强。
[0019] 在本发明的实施例中,S/P比可以小于3. 7。一般认为使用S/P比小于3. 7的照明装置发射的光对于若干应用情况是足够令人愉悦的。
[0020] 在本发明的实施例中,照明装置还包含一个或多个发射第三波长区域中的基本上单色的光的LED。该第三波长区域的范围可以为460-490nm。在其他实施例中,在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光以及第三波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 220和0. 260之间并且色度y坐标在0. 300和0. 340之间的光。
附图说明
[0021 ] 通过参考以下附图,将意识到本发明的其他特征和优点。
[0022] 图I示意性示出代表对于人类视觉的光谱光视效能(spectralluminousefficacy)的曲线;
[0023] 图2A示意性示出根据本发明的照明装置的第一实施例的平面图;
[0024] 图2B示意性示出根据本发明的照明装置的第二实施例的平面图;
[0025] 图3示意性示出图2A和2B中示出的照明装置的侧视图;
[0026] 图4示出S/P比作为用于图2A和2B中示意性示出的照明装置的波长的函数的曲线图;
[0027] 图5示意性示出根据本发明的照明装置的第三实施例的平面图;
[0028] 图6示出S/P比作为由图5中示意性示出的照明装置的一部分产生的流明的函数的曲线图;
[0029] 图7示出显色指数作为图5中示出的照明装置的一部分产生的流明的函数的曲线图;
[0030]图 8 不出 CIE 1931 色空间色度图(color space chromaticity diagram);
[0031] 图9不意性不出适于容放本发明的实施例的第一类外壳;
[0032] 具体实施方式
[0033] 图10示意性示出适于容放本发明的实施例的第二类外壳。
[0034] 下面是通过举例并参考附图给出的本发明很多实施例的描述。
[0035] 图I示意性示出代表对于人类视觉的光谱光视效能的曲线。左边的曲线被称为暗视觉曲线(scotopic vision curve)。右边的曲线被称为亮视觉曲线(photopic visioncurve)。
[0036] 亮视觉(photopic vision)可以定义为人眼在良好照明条件下的视觉。在亮视觉中,使用人眼的视锥细胞。[0037] 亮视觉曲线是广泛测试(extensive testing)的结果,且示出在良好照明条件下“标准观察者”的人眼的灵敏度与波长的函数。在每个波长,分配关于标准观察者的灵敏度的相对值,即,该波长处的光视效能V(X)。亮视觉的最大效力是波长555nm处的683流明/瓦特。V(X)的值在555nm处被指定为单位,且V(X)的值在可见光谱的末端减为O。
[0038] 暗视觉可以定义为在低照明条件下人眼的单色视觉。暗视觉由人眼中的视杆细胞支配。
[0039] 暗视觉曲线也是广泛测试的结果,示出低照明条件下标准观察者的人眼的灵敏度与波长的函数。同样,在每个波长,分配关于标准观察者的灵敏度的相对值,该相对值被称为光视效能V’ (A)0 (A)的值被指定为在507为单位,V’ (A)的值以与亮视觉曲线相似的方式减小。
[0040] 在照明技术领域中使用的单位“流明”被定义为,使得通过调节暗视觉曲线的峰值,亮视觉曲线与暗视觉曲线的交点每次都在555nm处具有相同的光视效能683流明/W,如图I示意性示出的那样。
[0041] 本发明的实施例尤其适于在中间视觉条件下使用。中间视觉(mesopicvision)涉及在中等照明条件下(即亮度级为0. 01-3Cd/m2的条件下)亮视觉和暗视觉的组合。符号“Cd”代表堪,定义为发射540THz频率的单色辐射的光源在给定方向上的发光强度,且该光源在该方向上的辐射强度为每球面度1/683W。
[0042] 在本说明书中,将使用词语S/P比。S/P比,指的是暗视觉效能(scotopicefficacy)和亮视觉效能(photopic efficacy)之间的比值。
[0043] 图2A示意性示出根据本发明的照明装置的第一实施例的平面图。照明装置包含安装在公共基板4上的发光二极管2的阵列I。阵列I包含六个青色/绿色LED 6和两个琥珀色/红色LED 8。
[0044] 图2B示意性示出根据本发明的照明装置的第二实施例的平面图。照明装置同样包含安装在公共基板4上的发光二极管2的阵列I。阵列I包含六个青色/绿色LED 6和四个琥珀色/红色LED 8。
[0045] LED 6、8在其它方面是常规的,且分别发射第一和第二波长区域中的基本上单色的光。分别对LED 6、8的波长进行的适当选择,可以使得包含图2A和2B所示阵列的照明装置提供的光具有大于2的S/P比,如将参考图4更详细地讨论的那样。
[0046] 图3示意性示出如图2A和2B所示的照明装置的侧视图。如图2所示,LED 2均可以被环氧树脂材料的封装3覆盖。每个封装3可以基本上是半球形的,使得光以垂直于封装表面的平面分布图形放射,且不发生光的显著折射或聚集。发射的光因而产生具有例如约150°立体角的大体均匀的锥形图形。尽管没有示出,应当理解,也可以为所有LED 2使用共同的封装。
[0047] 图4示出S/P比作为以下照明装置的波长的函数的曲线图,该照明装置包含一个或多个发射波长为507nm的单色光、也称为绿色/青色LED的LED以及一个或多个发射上述第二波长区域中的光、也称为琥珀色/红色LED的LED。该曲线图还示出,对于青色/绿色LED发射的光强和红色/琥珀色LED发射的光强之间的不同比例,照明装置的S/P比与琥珀色/红色LED的波长的依赖关系。必须理解,针对不同于507nm(即,稍后更加详细地讨论的第一波长区域中的波长)的绿色/青色LED的波长,可以绘制相似的S/P比对于琥珀色/红色LED发射的光的波长的依赖关系
[0048] 图4中的曲线图示出三种不同的光强比例。点线对应于绿色/青色LED发射的光的强度与琥珀色/红色LED发射的光的强度之间的比例等于3 : I的照明装置。在对于上述绿色/青色LED和琥珀色/红色LED,每个LED的强度相等的情况,照明装置可对应于如图2A示意性示出的LED阵列。
[0049] 短划线对应于绿色/青色LED发射的光的强度与琥珀色/红色LED发射的光的强度之间的比例等于3 : 2的照明装置。在对于上述绿色/青色LED和琥珀色/红色LED,每个LED的强度相等的情况,照明装置可对应于如图2B示意性示出的LED阵列。
[0050] 最后,实线对应于绿色/青色LED发射的光的强度与琥珀色/红色LED发射的光的强度之间的比例等于I : I的照明装置。在对于上述绿色/青色LED和琥珀色/红色LED每个LED的强度相等的情况,照明装置对应于绿色/青色LED和琥珀色/红色LED的数目相等的LED阵列。
[0051] 从图4所示的曲线图可以推断出,当琥珀色/红色LED的基本单色的波长增大时,根据本发明的实施例的照明装置的S/P比增加。而且,如果与琥珀色/红色LED发射的光的光强相比,绿色/青色LED发射的光的光强增加,则能获得更大的S/P比例。
[0052] 而且,图4的曲线图中示意性示出的关系说明可以以灵活的方式设计具有预定S/P比的照明装置。对琥珀色/红色LED的波长、以及绿色/青色LED的辐射功率或光强与琥珀色/红色LED的辐射功率或光强之间的比例的仔细选择,足以开发出具有所需预定S/P比的照明装置。
[0053] 已经发现,如果照明装置的S/P比大于2. 0,则在中间视觉光条件下,当通过本发明提出的照明装置的实施例照明时,对外围视场(peripheral fieldof view)的感觉是由像S/P比为I. 5的金属卤化物或卤素这样的常规灯照明时体验的外围视场的感觉的两倍。在一实施例中,通过分别为青色/绿色LED选择500-525nm的波长范围并为琥珀色/红色LED选择560-625nm的波长范围可以获得外围视场的上述双倍感觉。
[0054] 如果为一个或多个琥珀色/红色LED选择的波长增加,则可以实现外围视野(peripheral view) 6的进一步改善。为此目的,根据本发明的照明装置的实施例设计为具有大于2. 3或甚至大于2. 5的S/P比。在一个实施例中,通过分别为青色/绿色LED选择500-525nm的波长并为琥珀色/红色LED选择600_640nm的波长来获得对外围视场的上述进一步改善。
[0055] 优选地,除了在昏暗照明环境即中间视觉条件下相对于人眼被优化之外,用于照明比如公园、停车场、街道和地下室的空间的照明装置被布置为放射令人愉悦的光。将根据本发明以上实施例的照明装置的S/P因子提高到某个值以上,可能导致暴露于这种照明装置放射的光的人感觉不舒适。而且,在高S/P比,对比度感觉(contrast perception)也将降低。
[0056] 已经发现,S/P比小于3. 7的本发明的实施例能在中间视觉条件下获得改善的视觉,同时能保持足够的对比度灵敏度。而且,一般认为S/P比小于3. 7的照明装置发射的光对于若干应用情况是足够令人愉悦的。
[0057] 图5示意性示出根据本发明的照明装置的第三实施例的平面图。照明装置包含安装在公共基板4上的发光二极管2的阵列。阵列I包含3种类型的LED。除了本实施例中示出的6个青色/绿色LED 6和3个琥拍色/红色LED8之外,阵列I还包含蓝色LED 10。
[0058] 蓝色LED 10发射第三波长区域中的基本上单色的光。第三波长区域的范围可以是460-490nm。蓝色LED 10的添加对于照明装置的S/P比和所谓的显色指数(CRI)有影响,这将分别参考图6和7详细讨论。
[0059] 图6示出S/P比作为图5中示意性示出的照明装置的一部分产生的流明的函数的曲线图。更具体而言,图6的曲线图示出作为蓝色LED产生的流明的函数的S/P比。可以容易地看出,增加来自蓝色LED的流明,即460-490nm的范围中的基本上单色的光,增大了照明装置的S/P比。
[0060] 图7示出CRI作为图5中示出的照明装置的一部分(即其中的蓝色LED)产生的流明的函数的曲线图。CRI是灯能够精确地呈现各种颜色的能力的数字指标。其通过比较标准光谱分布与灯的光谱分布建立。在这种情况下,用于判断CRI的标准光谱分布是白昼天空光(sky light)呈现的光谱分布。可以容易地看出,添加来自蓝色LED的流明(即460-490nm的范围中的基本上单色的光),增加了照明装置的CRI。
[0061]图 8 不出 CIE 1931 色空间色度图(color space chromaticity diagram)。外部弯曲边界被称为光谱轨迹,所示波长以纳米为单位。实验显示,本发明的实施例尤其适于产生颜色对应于CIE 1931色空间色度图内的某些区域的光。
[0062] 由具有从左下方延伸到右上方的线的阴影区域表示的第一区域涉及一种照明装置,这种照明装置在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光组合起来,产生色度X坐标在0. 290至0. 330之间并且色度y坐标在0. 550至0. 590之间的光。该光在颜色上是泛绿的,且在不使用任何参考灯的情况下能提供环境中的优化夜视觉。眼睛的适应将导致白光的感觉。
[0063] 由具有从右下方延伸到左上方的线的阴影区域表示的第二区域涉及一种照明装置,这种照明装置在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光组合起来,产生色度X坐标在0. 385至0. 425之间并且色度y坐标在0. 490至0. 530之间的光。该光是绿黄色的,具有良好夜视觉,且被感觉为具有暖白色。其色彩在具有其它灯的区域中适应得更好。
[0064] 最后,由交叉阴影区域表示的第三区域涉及一种照明装置,这种照明装置在使用时,第一波长区域中的发射光与第二波长区域中的发射光以及第三波长区域中的发射光组合起来,产生色度X坐标在0. 220至0. 260之间并且色度I坐标在0. 300至0. 340之间的光。这种颜色接近月光,且被感觉为泛蓝的白色。 [0065] 图9示意性示出适于容放本发明的实施例的第一类照明单元100。在该单元100中,一对LED阵列101 (仅其中之一可见),例如图2A和2B中示出的LED阵列,与外壳105中的一对反射体装置103(仅其中之一可见)相对安装。而且,外壳105可以具有反射性侧面107。LED阵列101可以安装到热沉上,以确保LED产生的热量被精确地移除。
[0066] 而且,单元100包含用于覆盖照明装置,即LED阵列101和外壳105,的帽109。夕卜壳105与帽109组合起来,形成有效密封单元。如图9所示的照明单元100,被设计为布置在街道或道路的一侧,且有角度的反射性侧面107使光能向侧面投射成跨越街道的宽度。
[0067] 图10示意性示出适于容放本发明的实施例的第二类照明单元200。在该单元200中,很多LED阵列201,例如图2A和2B中示出的LED阵列,与外壳205中的很多反射体装置203相对安装。LED阵列201同样可以安装到热沉上,以确保LED产生的热量被精确地移除。
[0068] 而且,单元200包含用于覆盖照明装置,即LED阵列201和外壳205,的帽209。外壳205与帽209组合起来,形成有效密封单元。托臂(bracket) 211使单元200能被连接到外部支撑或街灯柱213。
[0069] 在上述描述中,提及到第二波长区域中的基本上单色的光。词语“基本上单色的光”必须理解成表示发射的光的峰值波长。因此,上述基本上单色的光的峰值波长落在某一波长区域中。
[0070] 已经参考上面讨论的某些实施例描述了本发明。应当意识到,这些实施例可经过本领域技术人员公知的修改,并可具有本领域技术人员公知的备选形式。

Claims (10)

1. 一种用于在中间视觉条件下照亮区域的照明装置,包括: 一个或多个发射第一波长区域中的基本上单色的光的LED,所述第一波长区域的范围为 500_525nm ; 一个或多个发射第二波长区域中的基本上单色的光的LED,所述第二波长区域的范围为 600_640nm ; 使得,在使用时,由发射第一波长区域中的光的LED发射的波长和光强和由发射第二波长区域中的光的LED发射的波长和光强,导致该照明装置提供的光具有大于2并小于3. 7的S/P比。
2.根据权利要求I所述的照明装置,其中所述照明装置具有大于2. 3的S/P比。
3.根据权利要求I所述的照明装置,其中所述照明装置具有大于2. 5的S/P比。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的照明装置,其中,在使用时,所述第一波长区域中的发射光与所述第二波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 290和0. 330之间并且色度I坐标在0. 550和0. 590之间的光。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的照明装置,其中,在使用时,所述第一波长区域中的发射光与所述第二波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 385和0. 425之间并且色度I坐标在0. 490和0. 530之间的光。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的照明装置,其中,在使用时,所述第一波长区域中的发射光的光强与所述第二波长区域中的发射光的光强的比例等于3 : 2。
7.根据权利要求I至3中任一项所述的照明装置,其中,在使用时,所述第一波长区域中的发射光的光强等于所述第二波长区域中的发射光的光强。
8.根据权利要求I所述的照明装置,其中所述装置还包括一个或多个发射第三波长区域中的基本上单色的光的LED。
9.根据权利要求8所述的照明装置,其中所述第三波长区域的范围为460-490nm。
10.根据权利要求8或9所述的照明装置,其中,在使用时,所述第一波长区域中的发射光与所述第二波长区域中的发射光以及所述第三波长区域中的发射光组合,产生色度X坐标在0. 220和0. 260之间并且色度y坐标在0. 300和0. 340之间的光。
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