CN105782747A

CN105782747A - 一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法

Info

Publication number: CN105782747A
Application number: CN201610176921.2A
Authority: CN
Inventors: 方文卿; 方恺齐; 张丽娟; 杨超普; 张建立; 曾平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-07-20

Abstract

本发明公开了一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，首次关联了日光灯中的蓝光对生殖的不良影响，通过与日光灯的光谱对比，得知目前以LED照明为主的半导体照明中的蓝光对生殖也会有不良的影响，并明确了对生殖影响的光谱主要范围及剂量参照。认为白炽灯的光谱才相对安全，当前半导体照明的“蓝光LED+荧光粉=白光”模式无法通过调低色温来根除其对生殖的负面影响，需对蓝光LED进行单独管控，为此，给出了用4到5种市面上的LED就可很好地模拟白炽灯及自然光光谱的方法，并认为晚上居家照明即便模拟白天自然光，也是会影响生殖；本发明为半导体照明提出了个性化，时段化，健康化，可监控化的照明新理念；半导体照明很快能满足这些要求。

Description

一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法

技术领域

本发明涉及半导体显示领域，尤其是涉及一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法。

背景技术

自从诺奖得主中村修二等发明蓝光LED以来，LED灯、LED电视、LED液晶屏智能手机正在快速普及，人们晚上(注意是晚上！)暴露在LED光下的时间变得越来越长。如图1所示，目前LED照明与显示几乎都是用白LED作为光源；白LED光谱1由两个主峰组成，一是白LED蓝光峰1A，二是白LED黄光峰1B,后者是前者激发YAG等黄色荧光粉发出的，不是独立的光源。这种白光光谱组成简单；控制蓝光LED就能控制白光的亮度；这种白光方式目前也相对高效节能。人们还通过加入些红色等荧光粉来改变这种白LED的色温，从而提高显色指数；但万变不离其宗，蓝光LED一定存在，且无法去除。

目前蓝光危害问题已有大量报道，如英国皇家学会旗下杂志,《生物科学》最近就有文章(Phil.Trans.R.Soc.B370:20140120)综述了光对健康的影响，明确提出光不仅是用于照明，还要考虑其对健康的影响，即不能再仅局限于对视力的影响；此论文还提到，现在基本上可以确定，乳腺癌和光影响褪黑素分泌相关，而乳腺正是属生殖系统。由于白天自然光中也有蓝光成分，加上蓝光属三基色光，没有蓝光，就没有白光，也就没有多彩的世界，所以，蓝光危害问题易被人们忽视。但是，Brainard等在论文(JNeurosci21,6405–6412(2001))中报道，对正常人通过眼睛照射波长446-477nm的蓝光最能调节脑内松果体的褪黑素分泌；再版的学术专辑《MelatoninAfterFourDecades》及赵瑛等编著的《松果体及褪黑素》均认为褪黑素对年轻动物的神经内分泌-生殖轴有抑制影响。陈芳芳等在2007年《全国儿童保健学术会议》报道,1965-1985这20年间，北京城区女孩月经初潮年龄提前了1.54岁！这种惊人的大面积“性早熟”现象，正好对应那些年日光灯在北京的逐渐推广使用；那时期各种其它环境因素相对稳定，它们的影响可以排除，甚至黑白电视机在北京的普及率也不高，其蓝光影响也可排除，因此，日光灯中的蓝光应是罪魁祸首。通过总结多种文献报道可得出：晚上的蓝光(白天的蓝光人已习惯)既会使人体褪黑素分泌会受到抑制，其变化还会使人类生理节奏混乱，从而导致性早熟，体早衰，人格中性化，高离婚率，低母乳喂养率，高剖腹产率，情绪低落等系列影响生殖的问题。查世界人口出生率，可看到东亚的中国台湾，韩国，日本出生率极低，正好和这些地方的极好照明状况负相关，当然还和这些国家的人们崇尚晚上日光灯下补习有关、还和东亚人的眼睛颜色相关，蓝眼睛的人种可能更能耐受蓝光危害。光谱测试表明，以蜡烛光为参照，白色日光灯、优质白色LED灯及中午自然光中的蓝光占比(波长在446-477nm范围内的蓝光光谱面积与可见光范围总光谱面积之比)均大约是蜡烛的6倍；白炽灯仅是蜡烛的1.4倍；目前各式LED显示屏在显示白色(5400K)时，蓝光占比是烛光的近16倍！至于晚上多少照度的蓝光会影响人的生殖？众所周知，女人的月经(生殖现象)起源于远古时代月光在一个月内的变化。月光是冷白光，含有蓝光，若按月光亮度标准，当前所有半导体照明与显示发出的白光，其含有的蓝光亮度均严重超标。

由图1还可看到，白LED光谱1(取自日亚的产品数据)的蓝光峰1A非常高；由于人类的眼睛对蓝光不敏感，也即人类无法灵敏感知蓝光的强弱或危害，因此，当前照明与显示技术标准中的显色指数不足以评判蓝光的危害，甚至还包庇了蓝光的危害。另外，尖峰怪异的日光灯光谱3及怪异的白LED光谱1对人类的影响一定怪异，只不过人们还未发现而已。应说明的是，在图1中，一定要以蓝光光谱面积占比来评判蓝光危害大小，不然会误认为日光灯光谱3的蓝光光谱高度比白炽灯光谱5还低；因此，当前半导体照明与显示迫切需要对蓝光进行单独管控，须绕开人眼视觉函数，直接以白炽灯等光谱为标准，这样做既然保证高显指，又能灵敏评判蓝光等危害，确保光谱组成不怪异。

通过网上查询，涉及LED对褪黑素影响的专利都没有涉及生殖，如发明专利“CN201210515511-LED照明提高船员工作效率和睡眠质量的方法及灯具”虽然也谈到有选择地使用蓝光，但未提到如何从目前白光LED中清除蓝光，更未从生殖角度来考虑。朱继亦等的学术论文《基于LED的光谱可调光源的光谱分布合成》提及可用几十种LED严格模拟各种光源的全发光光谱，目的是探讨由几十种LED灵活构成各种标准光源在原理上的可行性，并未涉及半导体日常照明与显示，更未意识到对生殖及视力的影响。

总之，国际上正形成追求“健康光”的潮流，晚上LED灯及OLED灯中的蓝光应得到管控；其光谱组成至少应向白炽灯靠拢；蓝光的危害，尤其是对生殖的危害应引起高度重视。只要管控好，半导体照明可比白炽灯照明还好，且依然节能成本低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，具体步骤下：包括由三种以上颜色LED合成白光的方法或由三种以上颜色OLED合成白光的方法，其特征在于：

第一步：挑选LED种类，LED种类的数目计算方法是：设LED₁的半峰宽为w₁，LED₂的半峰宽为w₂，LED₃的半峰宽为w₃...LED_i的半峰宽为w_i...LEDn的半峰宽为w_n，LEDn指波长最长的LED，又设需要模拟的光谱范围为w，此时w和w_i的关系应保证：0.5w₁+w₂+w₃...+w_i...+0.5w_n≥w；这里0<i<n；

第二步：测量或引用优质“白光”光谱，建立拟合目标：满足普朗克黑体辐射公式的“白光”光谱即是优质“白光”光谱，对优质“白光”光谱进行归一化处理，得到光谱数据拷入模拟软件，画出优质“白光”光谱图；

第三步：建立拟合光谱理论模型：单个LEDi的发光光谱用，但不限用y＝A_i*exp(-(x-λ_i)*(x-λ_i)*2.773/(w_i*w_i))来表示，即光谱是高斯分布，λ_i是LEDi的光谱中心或峰值波长，w_i即半峰宽,因此，对应w₁、w₂、w₃...w_i...w_e的合成光谱是：y＝Y0+A₁*exp(-(x-λ₁)*(x-λ₁)*2.773/(w₁*w₁))+A₂*exp(-(x-λ₂)*(x-λ₂)*2.773/(w₂*w₂))+A₃*exp(-(x-λ₃)*(x-λ₃)*2.773/(w₃*w₃))+...A_i*exp(-(x-λ_i)*(x-λ_i)*2.773/(w_i*w_i))...+A_n*exp(-(x-λ_n)*(x-λ_n)*2.773/(w_n*w_n))

Y0对应光谱仪的背景信号，A_i对应LED_i的发光功率占比；式中已按λ₁<λ₂<λ₃<...λ_i<...<λ_n排列各LED光谱，对于涂荧光粉的LED，LED光谱指LED激发的荧光粉发出的光谱；

第四步：根据半导体灯，即LED灯或OLED灯，所使用的场合，以第二步得到的相应优质“白光”光谱为拟合目标，利用拟合功能，拟合出所需的系数A_i及Y0；拟合前要输入A_i及Y0的初始值，同时对A_i及Y0进行约束，约束条件是：0≦A_i≦1及0≦Y0≦1；这也是各约束条件及初始值的取值范围；

第五步：设照明需要半导体灯的功率为P，LED_i的单个发光功率为P_i,需要LED_i的个数为j_i,则P＝j₁P₁+j₂P₂+j₃P₃+...+j_iP_i+...+j_nP_n,用(j₁P₁):(j₂P₂):(j₃P₃)...:(j_iP_i)...:(j_nP_n)＝A₁:A₂:A₃...:A_i...:A_n确定LED_i需要的个数j_i；通过调LED_i的工作电流来调节P_i，从而保证j_i是整数，这样就能得到优质“白光”光谱；

第六步：对拟合效果进行评估，实测按前五步试制好的半导体灯的光谱，与所拟合的目标优质“白光”光谱进行比较，通过调整LED工作电流参数甚至LED的数目，确保在波长小于500nm的蓝光区域，实测光谱的归一化相对强度在任何波长位置均不超过优质“白光”光谱的相应强度，或保证446nm-477nm蓝光光谱面积在可见光范围内的占比小于优质“白光”光谱的蓝光光谱面积在可见光范围内的占比，从而得到符合优质“白光”光谱的半导体灯。

从光谱的角度来讲，白光是由多种颜色光的混合，每种混合方法都有一个“配方”，目前半导体照明显示使用的是“LED蓝光+荧光粉的黄光＝白光”的配方。本发明的配方是“蓝光LED1+蓝光LED2+蓝绿光LED+绿光LED+黄绿光LED+黄光LED+桔黄LED+红LED＝白光”，并能回答下面6个问题(1)什么“白光”是最好的，即配方好坏的标准是什么？(2)到底要搭配几种商用LED？如何合理挑选品种？如何计算配方？(3)如何管控蓝光LED才能更好地减少对生殖及视力的负面影响(4)如何继续维持当前半导体照明节能优势？(5)如何因人，因时改变“配方”？(6)今后该如何校正？本发明能园满回答这些问题，从而能提供一套完整的新颖可行的半导体照明方法以保护人类生殖与视力。

通过前面六步就可做成本发明所述的对人类生殖及视力有保护作用的灯，为了让此灯发挥最大功效，下面再就灯的用法补充几点(可视为本发明的工作原理)：

1、光对褪黑素的影响是双重的，一是影响“量”二是影响“节奏”；年轻人一昼夜血液中褪黑素水平变化规律是，白天的量远少于晚上的量；人的一生的褪黑素水平变化是：褪黑素主要由人脑的松果体分泌产生，刚生下来的婴儿没有褪黑素，其生理节奏继承母亲的生理节奏，所以，孕妇应尽可能保证固定的生理节奏，应重视灯光对自身生理节奏、催乳素、催产素的影响，否则生下的小孩不好带。婴儿生下几个月后，才开始分泌自身的褪黑素，其量逐渐上升，到青春发育期上升到最高水平，然后陡然下降到成年期，再从成年期一直缓慢下降到老年。在青春发育期前，若能更长时间维持高水平的褪黑素，就能让生殖器官得到充分成长；不幸的是，日光灯、电视这样的现代照明及显示中的蓝光既触发了青春发育期的提前到来，又会触发成年人频繁但虚弱无能的性活动等(目前晚上过多的蓝光可视为一种毒品)，性激素反过来会抑制松果体分泌褪黑素并使松果体钙化，从而加速人体老化，导致恶性循环，即现代人类普遍进入亚健康甚至进入“太监”状态，从而造成各种生殖问题甚至是社会问题；有关这些，就不在此展开讲，但显然，半导体照明应最大限度地保护好三样东西：(1)人类的褪黑素水平(2)褪黑素分泌节奏即人们的生理节奏(3)保护视力。这显然要因时，因人而异：白天的工作场所照明与晚上的居家照明、小孩与老人的照明、孕妇的照明、哺乳期的照明、保胎时的照明、晚上看书学习的照明、晚上起来上厕所时的照明都应分别考虑。本发明从原理上讲能适应各种场合，但真正科学的方法还是要能检测受照明人的褪黑素水平及性激素等激素水平，然后将检测数据传给半导体照明灯具，灯具自动给出照明方式的调整建议及警示，也即本发明应是智能化的。

2、本发明的智能化还反映在，使用一段时间后，当需要校正半导体灯的光谱时，可由用户自己操作。其流程是：使用随灯赠送的名片大小的色卡，色卡上面规则排列各种颜色方块,分别用智能手机特定APP在中午自然光、白炽灯光，蜡烛光下拍摄色卡，同时，在半导体灯下的“自然光模式”，“白炽灯光模式”及“蜡烛光模式”拍摄同样的色卡；建立智能手机与半导体灯间的能讯；智能手机通过图像颜色比对后，即可一键式完成半导体灯的光谱校正；所谓校正，即重新调整各色LED的工作电流或数目；这种光谱校正是安全的，交给用户完成是放心的，因为蓝光LED受到严格单独管控，不会随便打开；另外，这种校正方式也适合无光谱仪的小厂生产本发明的产品。

本发明与已有技术对比，具有以下创新点：

1.关联了日光灯中的蓝光对生殖的不良影响，通过与日光灯的光谱对比，得知目前以LED照明为主的半导体照明中的蓝光对生殖也会有不良的影响，并明确了对生殖影响的光谱主要范围及严重程度。

2.通过追溯女人月经的起源，给出了定性的蓝光危害剂量参照—月光照度。

3.认为当前半导体照明主流方式“蓝光LED+荧光粉＝白光”无法通过调低色温来清除蓝光危害，只有对蓝光LED单独进行管控才行。

4.给出了用4到5种市面上的LED就可较好地模拟白炽灯及自然光的光谱，从而使本发明有实用价值，做到性能最好而依然成本低，依然节能

5.找到了定量的理论模型，首次对照明光谱的怪异性给出了限制，并能确保半导体灯组模拟光的蓝光危害程度不超过白炽灯及自然光中的蓝光危害程度。

6.提出了个性化，时段化，健康化，可监控化，可校正化的智能照明新理念。

本发明与已有技术对比，具有以下显著优点：

1.能彻底关断蓝光危害，从而减少对生殖及视力的负面影响，让大众放心，为半导体照明正名。

2.半导体灯组模拟的光谱能接近白炽灯及自然光光谱，光谱既不怪异，同时在目前认知范围内，又能保证在可见光之外的光谱强度为零(也许这样做今后会发现不妥)，从而继续维持半导体照明的节能优势。

3.由于能模仿白炽灯及自然光，本发明的显色指数自然比现有技术高许多，且原则上可在从蜡烛光到白炽灯再到正午自然光所有色温范围，都能维持高显指，因此，是高质量的照明光源，又是健康的光源，还能照明个性化，时段化，可监控化，可校正化，从而最大限度地减少对人类生殖及视力的危害。

附图说明

图1为当前典型灯的光谱图；

图2为用五种纯LED模拟白炽灯光谱的模拟图；

图3为用四种LED模拟白炽灯光谱的模拟图；

图4为用五种LED模拟白天中午自然光光谱的模拟图；

其中：1—白LED光谱，1A—白LED的蓝光峰，1B—白LED的黄光峰，2-蜡烛光谱，3—日光灯光谱,4—自然光光谱,5—白炽灯光谱，6—480nmLED,7—505nmLED,8—537nmLED，9—578nmLED，10—630nmLED，11—五种LED模拟白炽灯的光谱，12—482nmLED，13—510nmLED，14—545nmLED,15—608nmLED，16—四种LED模拟白炽灯的光谱，17—470nmLED，18—五种LED模拟自然光的光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思路就是打断目前LED照明中，蓝光与黄光的联系，对蓝光进行单独管控。

实施例1：用5种纯LED模拟白炽灯光谱5，即从480nm到630nm这段宽W＝150nm的光谱，见图2.

第一步：挑选LED种类：铟镓氮材料发光至少可覆盖从紫光到红光任何可见光波长，参照这个系列LED发光峰半峰宽的特点，选取以下5种LED：480nmLED6(峰值波长λ₁＝480nm，半峰宽W₁＝23nm),505nmLED7(峰值波长λ₂＝505nm，半峰宽W₂＝30nm),537nmLED8(峰值波长λ₃＝537nm,半峰宽W₃＝40nm),578nmLED9(峰值波长λ₄＝578nm，半峰宽W₄＝50nm)，630nmLED10(峰值波长λ₅＝630nm，半峰宽W₅＝62nm)。对于每种LED的发光光谱，业内认为可用高斯分布来表述；各LED半峰宽与待拟合的光谱宽度满足：0.5W₁+W₂+W₃+W₄+0.5W₅≥W，即11.5+30+40+50+31＝162，此值大于待拟合的光谱宽度W＝150nm,所以能给出忠实的拟合；

第二步：测量并归一化白炽灯光谱，用海洋光谱仪【OceanOpticsUSB2000+】测量，用Excel软件进行归一化处理，得到光谱数据拷入OriginPro8，得白炽灯光谱5及对应光谱数据；

第三步：建立拟合光谱理论模型；5种LED组成半导体灯组，其合成的发光光谱可用下面表达式来表示光谱强度(y)与光波长(x)的关系：

y＝Y0+A1*exp(-(x-480)*(x-480)*2.773/(23*23))+A2*exp(-(x-505)*(x-505)*2.773/(30*30))+A3*exp(-(x-537)*(x-537)*2.773/(40*40))+A4*exp(-(x-578)*(x-578)*2.773/(50*50))+A5*exp(-(x-630)*(x-630)*2.773/(62*62))

上式中可读出每种LED的峰值波长及半峰宽，每种LED光谱呈高斯分布，Y0对应光谱仪的背景强度；如果需要增加LED来模拟，只需在上式中增加相应峰值波长及半峰宽的表达项即可；在本实施例选择函数过程的中，我们没有加入峰值波长比480nmLED6短的蓝光LED的表达式，这一行为应视为至少关闭一种波长比480nm短的蓝光LED的行为；将上式作为新的非线性拟合函数，创建于OriginPro8的用户函数中，这样就完成了理论模型的建立；

第四步：以第二步得到的白炽灯光谱为拟合目标，利用OriginPro8的非线性拟合功能，对第三步建立的用户函数进行非线性拟合，待拟合参数即Y0，A1，A2，A3，A4，A5；在本实施例，由图2可定出0≤Y0≤0.02；A_i对应每种LED的光谱归一强度，其范围0≤A_i≤1；这些即Y0、A_i约束条件；通过设置各模拟参数的初始值为约束条件的最大值，用普通笔记本电脑模拟即可得到：Y0＝0.010，A1＝0.10616，A2＝0.24175，A3＝0.498，A4＝0.70806，A5＝1.000；

第五步：根据对灯的照明功率输出要求及每种LED的额定发光功率值，参照Y0，A1，A2，A3，A4，A5这些参数值，就可通过选择480nmLED6、505nmLED7,537nmLED8，578nmLED9，630nmLED10这些发光极管的数目及工作电流来合成所需的照明亮度，其合成光谱就是五种LED模拟白炽灯的光谱11，具备这种光谱的LED灯，对生殖及视力的负面影响比白炽灯还小，光谱不怪异，显指高且节能。本发明优选对各LED直流供电，这样无频闪，从而保护人的生理节奏及保护视力；

第六步：对拟合效果进行评估：图2是模拟效果，可看到，在可见光范围内，对比五种LED模拟白炽灯的光谱11及白炽灯光谱5，两者重合理想，在500nm-630nm范围，两者偏差不超过6％，远小于权利要求的40％的指标。再对比图1中怪异的白LED光谱1，日光灯光谱3，可见五种LED模拟白炽灯的光谱11形状是很理想的。至于图2中未模拟到的部分白炽灯光谱5：处于长波长的这部分光谱(≥700nm)对人眼不敏感，无需模拟，这样的LED灯才比白炽灯节能；短波长的这部分光谱(≤450nm)正是我们要去除的，人眼也不敏感。在图2中还可看到，在400nm-500nm范围内任何波长位置，五种LED模拟白炽灯的光谱11的强度均未超过白炽灯光谱5，这说明这种组合的LED灯，其蓝光等短波长对生殖及视力的危害不会超过白炽灯，可见，本实施例的半导体灯比白炽灯还优越，且依然节能。

显然，在忠实再现白炽灯光谱5的光谱形状问题上，本实施例原则上可做得更好，但那样需要更多种类的LED，可能导致发明无商业价值；

若今后发现在长于630nm的光谱中有对人类有用的光谱段，则只需选择相应LED的峰值波长及半峰宽(目前各式LED的发光已可组成从紫外到红外连续谱)，在模拟公式中增加其表达函数即可。

在本实施例中，由于各LED是单独控制，想打开哪个LED均行，且电流可调，所以亮度可调，因此本实施例的灯具备因时，因人进行照明的功能。对应权利5，只要能提供受照明人的褪黑素、性激素等指标，本实施例就可按时段调出相应的光谱及亮度，也即加上智能控制、权利5所述的功能均能实现；今后校正过程就是根据色卡图像的色差，重新设定A1，A2，A3，A4，A5的过程，因为他们之间相互独立，所以校正简单；智能手机完成图像比对，将校正参数传给本实施例的灯，灯上的简单智能就完成参数重新标定。因此，本实施例充分利用智能手机APP达到降低半导体灯成本的目的；对于一些无光谱仪、技术水平不高小厂，这种校正方式也是可行的，有利于本发明的推广；当然，由于LED高可靠，长寿命，也许用户永远无需自己校正灯的光谱。

实施例2：用4种LED模拟白炽灯光谱5，其中桔黄608nmLED15由430nm的紫光LED激发荧光粉而发光，见图3.

铟镓氮材料发光可覆盖从紫光到红光任何可见光波长，也即可以做出任何这区域的LED。但是，随着波长的变长，在绿光，黄光，红光区域，该材料体系的LED的发光效率直线下降，目前在黄光，红光区域没有竞争优势；在绿光区域，若作为日常照明，也还是没法和“蓝光LED+荧光粉”的照明模式在效率上竟争。目前高效红光LED可由另外的铝镓铟磷发光材料体系来提供；铟镓氮的绿光LED现在效率已得到大幅提高，唯世界上的各种黄光LED还是效率不够作普通照明用；查行业龙头老头日亚的LED产品样本，其交通信号灯的黄光LED是由430nm的铟镓氮紫光LED所激发，所以，本实施例的这款桔黄608nmLED15取自日亚产品样本数据。使用这种粉LED的好处是，作为照明，其半峰宽要比纯LED宽，所以，模拟白炽灯光谱5时，可减少LED的品种，但也带来的新问题，就是会残留约1％的430nm的紫光，权利要求1提到采用滤光片消除此紫光峰的办法。

和实施例1类似，本实施例的改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法如下：

第一步：挑选LED种类：选取以下4种LED：482nmLED12(峰值波长λ₁＝482nm，半峰宽W₁＝26nm),510nmLED13(峰值波长λ₂＝510nm，半峰宽W₂＝34nm),545nmnmLED14(峰值波长λ₃＝545nm，半峰宽W₃＝43nm)，608nmLED15(峰值波长λ₄＝608nm，半峰宽W₄＝87nm)，对于每种LED的发光光谱，业内认为可用高斯分布来表述；各LED半峰宽与待拟合的光谱宽度满足：0.5W₁+W₂+W₃+0.5W₄≥W，即13+34+43+43.5＝133.5nm，此值大于待拟合的光谱宽度W＝608-482＝126nm,所以能给出忠实的拟合；

第二步：引用实施例1的白炽灯光谱即可用于本拟合；

第三步：建立拟合光谱理论模型；4种LED组成半导体灯组，其合成的发光光谱可用下面表达式来表示光谱强度(y)与光波长(x)的关系：

y＝Y0+A0*exp(-(x-470)*(x-470)*2.773/(20*20))+A1*exp(-(x-482)*(x-482)*2.773/(26*26))+A2*exp(-(x-510)*(x-510)*2.773/(34*34))+A3*exp(-(x-545)*(x-545)*2.773/(34*34))+A4*exp(-(x-608)*(x-608)*2.773/(87*87))

上式中可看到是5种LED，多了系数为A0这一项，但令A0＝0，就是4种LED了，这就是关掉了一种蓝光470nmLED17(见图4)；将上式作为新的非线性拟合函数，创建于OriginPro8的用户函数中；这样就完成了理论模型的建立。

第四步：以白炽灯光谱为拟合目标，利用OriginPro8的非线性拟合功能，对第三步建立的用户函数进行非线性拟合，从而给出拟合系数A_i及Y0；拟合参数即Y0，A1，A2，A3，A4；Y0对应光谱仪的背景强度，在本实施例，其范围0≤Y0≤0.02；A_i对应每种LED的光谱归一强度，其范围0≤A_i≤1；通过设置各模拟参数的初始值，并选择Y0、A_i约束条件，用普通笔记本电脑模拟即可得到Y0＝0.010，A1＝0.12315，A2＝0.27707，A3＝0.45201，A4＝1.000；

第五步：根据对灯的照明功率输出要求及每种LED的额定发光功率值，参照Y0，A1，A2，A3，A4这些参数，就可通过选择482nmLED12、510nmLED13,545nmLED14，608nmLED15这些LED的数目及工作电流来合成所需的照明亮度，其光谱就是四种LED模拟白炽灯的光谱16；A4这项对应的608nmLED15特别适合晚上起来上厕所用，因为其波长长，半峰宽宽；此时可令A1＝A2＝A3＝0，即关闭所有其它波长更短的LED，608nmLED15本身也须尽量调暗，从而最大限度地保护生殖与视力。另外，这款LED作为显示文字时的背光照明，也是柔和的；而半峰宽窄的LED，颜色过于鲜艳，不适合作单色背光用。

第六步：对拟合效果进行评估：图3是模拟效果，可看到，在可见光范围内，对比四种LED模拟白炽灯的光谱16及白炽灯光谱5，两者重合理想，在500nm-630nm范围，两者偏差不超过6％，远小于权利要求的40％的指标。再对比图1中怪异的白LED光谱1，日光灯光谱3，可见四种LED模拟白炽灯的光谱16形状是很理想的。至于图3中未模拟到的部分白炽灯光谱5，处于长波长的这部分光谱(≥700nm)对人眼不敏感，无需模拟，这样的LED灯才比白炽灯节能；短波长的这部分光谱(≤450nm)正是我们要去除的，人眼也不敏感。在图3中还可看到，在400nm-500nm范围内任何波长位置，四种LED模拟白炽灯的光谱16的强度均未超过白炽灯光谱5，这说明这种组合的LED灯，其蓝光等短波长对生殖及视力的危害不会超过白炽灯，可见，本实施例的半导体灯比白炽灯还优越，且依然节能。

后面其它结论类似实施例1，本实施例证明选择荧光LED在现阶段可能更实用，但这里的荧光LED是可单独控制，因为其激发光不需要出现在灯中，且易于滤除。

今后为了本发明倡导的半导体照明方式，可能要特别加宽各种LED的半峰宽，而当前主流的LED技术导向是尽可能减少LED的半峰宽。

实施例3：用5种LED模拟中午荫处自然光光谱4，其中桔黄608LED15由430nm的LED激发荧光粉而发光，见图4.

和实施例2类似，由于自然光光谱4含有较短波长的蓝光，所以增加了470LED17这种蓝光LED；波长470nm的蓝光对应着天空的蓝色，人类对它还是相对习惯些，而目前的半导体照明的蓝光波长是450nm,这不自然。所以，即便是模拟中午荫处自然光，本实施例还是尽可能选波长长的，接近天空自然蓝光的LED，具体方法如下：

第一步：挑选LED种类：选取以下5种LED：470nmLED17(峰值波长λ₀＝470nm,半峰宽W₀＝20nm)，482nmLED12(峰值波长λ₁＝482nm，半峰宽W₁＝26nm),510nmLED13(峰值波长λ₂＝510nm，半峰宽W₂＝34nm),545nmnmLED14(峰值波长λ₃＝545nm，半峰宽W₃＝43nm)，608nmLED15(峰值波长λ₄＝608nm，半峰宽W₄＝87nm)，对于每种LED的发光光谱，业内认为可用高斯分布来表述；各LED半峰宽与待拟合的光谱宽度满足：0.5W₀+W₁+W₂+W₃+0.5W₄≥W，即10+13+34+43+43.5＝143.5，此值大于待拟合的光谱宽度W＝608-470＝138nm,所以能给出忠实的拟合；

第二步、第三步、第四步、第五步类似实施例2，不赘述；

第六步用普通笔记本电脑模拟即可得到Y0＝0.050，A0＝0.11542，A1＝0.34054，A2＝0.61028，A3＝0.59926，A4＝0.8534；图4是模拟效果，可看到，在可见光范围内，对比五种LED模拟自然光的光谱18及自然光光谱4，两者重合较好，在500nm-630nm范围，两者偏差最大不超过22％，远小于权利要求的40％的指标，其它有关保护生殖的结论和实施例2相类似，但本实施例的模仿白天中午自然光的LED灯应禁止用于晚上居家照明，这是本发明的最主要创新。

和实施例2相比，本实施例只是增加了对应A0的470nmLED17，另外，Ai也不一样，所以本实施例的半导体灯在关闭470nmLED17后，还可以模拟白炽灯，只要调整每种LED的电流或每种LED数目即可；推而广之，只要改变Ai就可模拟各种色温的光谱，这种光谱不怪异，少蓝光，直流供电，因此比现有LED灯更能保护视力。

应当说明的是，上述实施例只是对本发明的说明而不是对本发明的限制，任何不超过本发明实质精神范围内的非实质性替换或修改的发明创造均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，包括由三种以上颜色LED合成白光的方法或由三种以上颜色OLED合成白光的方法，其特征在于：

第一步：挑选LED种类，LED种类的数目计算方法是：设LED1的半峰宽为w1，LED2的半峰宽为w2，LED3的半峰宽为w3...LEDi的半峰宽为wi...LEDn的半峰宽为wn，LEDn指波长最长的LED，又设需要模拟的光谱范围为w，此时w和wi的关系应保证：0.5w1+w2+w3...+wi...+0.5wn≥w；这里0<i<n；

第三步：建立拟合光谱理论模型：单个LEDi的发光光谱用，但不限用y=Ai*exp(-(x-λi)*(x-λi)*2.773/(wi*wi))来表示，即光谱是高斯分布，λi是LEDi的光谱中心或峰值波长，wi即半峰宽,因此，对应w1、w2、w3...wi...we的合成光谱是：

Y0对应光谱仪的背景信号，Ai对应LEDi的发光功率占比；式中已按λ1<λ2<λ3<...λi<...<λn排列各LED光谱，对于涂荧光粉的LED，LED光谱指LED激发的荧光粉发出的光谱；

第四步：根据半导体灯，即LED灯或OLED灯，所使用的场合，以第二步得到的相应优质“白光”光谱为拟合目标，利用拟合功能，拟合出所需的系数Ai及Y0；拟合前要输入Ai及Y0的初始值，同时对Ai及Y0进行约束，约束条件是：0≦Ai≦1及0≦Y0≦1；这也是各约束条件及初始值的取值范围；

第五步：设照明需要半导体灯的功率为P，LEDi的单个发光功率为Pi,需要LEDi的个数为ji,则P=j1P1+j2P2+j3P3+...+jiPi+...+jnPn,用(j1P1):(j2P2):(j3P3)...:(jiPi)...:(jnPn)=A1:A2:A3...:Ai...:An确定LEDi需要的个数ji；通过调LEDi的工作电流来调节Pi，从而保证ji是整数，这样就能得到优质“白光”光谱；

2.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，其特征在于：在第一步过程中，当半导体灯具既要用于白天仿中午自然光照明，又要用于晚上模仿白炽灯照明，则在波长小于500nm光谱范围内，至少设计包括两种蓝光LED；两种蓝光LED的峰值波长均长于460nm，且在模仿晚上白炽灯时，至少设计关闭一种波长更短的蓝光LED；这种灯具的色温范围在1800K到6600K之间。

3.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，其特征在于：在第一步过程中，当半导体灯具只用于白天仿中午自然光照明时，则蓝光LED峰值波长设计长于460nm；且这种只用于白天仿中午自然光的照明灯具不适合用于晚上居家照明或晚上公共照明；这里的仿中午自然光指色温大于5000K的自然光。

4.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，其特征在于：在第一步过程中，当半导体灯具只用于仿白炽灯照明或仿蜡烛照明时，则蓝光LED的峰值波长应长于470nm；这里的仿白炽灯照明或仿蜡烛照明指色温小于3600K。

5.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法，其特征在于：对第六步放宽要求：只要保证在波长大于500nm的拟合光谱范围内的任何波长位置，光谱形状和所模拟的优质“白光”的光谱形状相比，相差小于40%。

6.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法,其特征在于：Ai能个性化自动调整，调整依据是受光照人员的褪黑素水平、性激素水平。

7.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法,其特征在于：为确保半导体灯多年以后能发出正确的光谱，半导体灯在使用过程中依据下述方法进行光谱校正，即及时调整Ai值确保正确发光；其流程是：使用随灯赠送的色卡，色卡上面排列各种颜色色块,分别用智能手机特定APP在自然光、白炽灯光，蜡烛光下拍摄色卡，同时，在半导体灯的“自然光模式”，“白炽灯光模式”及“蜡烛光模式”下拍摄同样的色卡；建立智能手机与半导体灯间的能讯；智能手机通过图像比对后，即可一键式完成半导体灯的光谱校正，所谓校正，即重新调整各色半导体灯的工作电流或灯的数目。

8.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法,其特征在于：晚上在公共场所标出照明的蓝光占比及照度，并给出相关警示；也即在第六步后标出Ai、λi值及照度，也即明确给出光的“配方”及可能的危害警示。

9.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法,其特征在于：由于Ai代表LEDi的出力，令Ai=0就是关闭该LEDi,若LED1是蓝光LED，令A1=0就是关闭蓝光LED1；关闭本来指彻底关断最好，但显然也包括使Ai关小到人眼觉察不到的亮度；Ai的调节采用直流方式，采用脉宽调制不好，但包括；含对各Ai进行单独分时段控制的功能，晚上起来上厕所，只留一个长波长的Ai并降低其亮度，分时段指分睡前、睡中起床上厕所。

10.根据权利要求1所述的一种改进半导体照明方式以保护人类生殖与视力的方法,其特征在于：在第二步过程中，“白光”是指人眼感觉的“白色”，蜡烛光谱、白炽灯光谱、中午自然光光谱、早晚自然光光谱是满足普朗克黑体辐射公式的优质“白光”光谱。