CN110285343A - 一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法。包含外置光照明及前置光照明两种形式。为消除目前照明方式中的蓝光峰，使用紫光LED激发的全可见光谱，全可见光谱以热辐射光源光谱作为参照；为补充防治近视所需的紫光，采用紫光LED激发的全光谱照明，这自然含有紫光，而蓝光LED激发的白光不可能含有实用的紫光；为补充红外光，增加了近红外LED；为彻底消除频闪，使用直流调光照明方；为消除多余紫光，使用无机吸收剂；通过这些措施，克服了当前电子墨水屏照明光源的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及健康照明显示领域，具体涉及一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法。
背景技术
近年来，围绕人眼的“非视觉功能(Non-Visual Effects of Light)”的研究日益深入，蓝光危害已远超出“视觉功能”的范围。当前形势是：在“视觉功能”方面，我国近十年的“近视防治”可以讲是完败，这可能意味着方向错误；在“非视觉功能”方面，夜间光线中的蓝光通过影响“褪黑素”及“皮质醇”等人体最基本激素分泌而导致“性早熟”、“乳腺癌”“糖尿病”“肥胖症”的现象正引起广泛重视；光的这种影响也是通过眼睛，但看不见，所以称为非视觉，其影响的峰值在蓝光约462nm位置，2016年CIE、ISO、AMA(美国医学会)均就此发出警告和建议。
用蓝光LED为主的半导体照明已进入千家万户，2018年我国LED照明的产值是6500亿人民币，这包括用于手机及电脑液晶显示的背光照明。令人遗憾的是，电子墨水屏的照明也是采用这种方式，其光谱见目前电子墨水屏照明光谱1，含有明显的蓝光峰2。相比人类适应的火光，这些显示屏的蓝光占比是烛光的16倍，再加上人类不断追求明亮，申请人由照度单位“坎德拉/cd/candle”推算，现代人夜间蓝光照射量是60年前国人的8.8万倍！这严重影响现代人的激素分泌，然而，现代人却乐在蓝光中浑然不知。
LED照明虽然节能，但相比“不节能”的白炽灯光谱3，LED灯(如目前电子墨水屏照明光谱1)不是全光谱，完全缺少深红光(深红光指波长大于700nm红光)，及近红外光，也缺少对防近视有作用的紫光波段(这是日本现在推广的防近视波段)，因此，LED照明对人类健康，尤其是当前防近视可能产生的影响要认真检讨并密切关注。
人类最适应的照明方式还是火光(如烛光)，其光谱是热辐射连续谱，白炽灯光谱3就是热辐射连续谱，它从紫光到红外波段均有能量分布。由于其蓝光含量少，无论涉及传统的“视觉功能”，还是涉及最近发现(2002年确定机理)的“非视觉功能”，烛光都是最健康的。可惜，人类不可能再回归烛光照明。白炽灯即钨丝灯泡或碳丝灯泡(碳丝技术已有长足进步)，从光谱来讲，是最健康的人工照明灯具；其短波方向蓝光含量少，故对人类激素干扰少；其长波方向丰富的深红光及红外谱正是LED灯及荧光管灯所缺乏的，于人类健康不可或缺。例如红外光作用有:缓解皮肤超敏反应,延缓皮肤衰老；保护神经元，止痛；改善心衰患者心肺功能；再例如红光作用有：治疗帕金斯症，骨质疏松，糖尿病足,延缓皮肤衰老；保护神经元，止痛；改善心衰患者心肺功能。由于深红光及红外光谱因为对“视觉功能”贡献不大，故从节能角度来讲，白炽灯照明效率不高，所以各国前几年已下文“禁止生产白炽灯”。只是近来对“光”的认识发生了重大变化，国家默许白炽灯可继续用于重要特殊照明场合。从电费来讲，一个25W台灯每晚使用3小时耗电电费是5分钱，故用于台灯，是否节能无关紧要。本发明所述特殊灯具是指长时间照射人类、尤其是青少年的灯具。街头LED路灯，由于人们只是偶尔路过，故允许节能第一，健康第二。
电子墨水屏的优点是相当于黑白印刷的纸质书，无任何频闪，但其需要照明光源。如果照明光源差，则电子墨水屏同样有上述光健康问题。目前商用电子墨水屏的照明光源都是使用蓝光LED激发荧光粉形成的白光来照明，这种照明方式不是全光谱，更缺紫光/深红/近红外光。尤其是目前电子墨水屏的调光方式大都使用PWM，即脉宽制方式。这种方式并没有改变最高光强，另外，还会引进眼睛觉察不到的频闪。据复旦大学林燕丹组报道,即使频闪频率高达1000Hz,脑电图还是有所反映。一些微观光生物反应，时间可短至皮秒级，毕竟，大自然的光都是直流的。
发明内容
本发明的目的是这样实现的：一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，包含外置光照明及前置光照明两种方式，分别表述如下：
一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光外置照明方法，包括：电子墨水屏6及外照明装置7，外照明装置7通常包括夹子8，LED灯9，开关及调光部件10，USB接口电源插头11；应当说明的是，外照明装置7的外形及通常包括的功能部件并不是本申请的权利要求所关注；LED灯9的内容和开关及调光部件10的内容才是本申请的发明点；LED灯9包括紫光LED激发的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13；全可见光谱LED灯珠12的个数及红外LED灯珠13的个数由灯珠本身的封装功率及产品的亮度设计要求所决定，但所有全可见光谱LED灯珠12及所有红外LED灯珠13合成的照射到电子墨水屏6的光之光谱，应以接近相同色温下的热辐射光谱为最佳，比如，但不限于，碘钨灯是属白炽灯，是热辐射光源，其色温可达3000K，此时其光谱即白炽灯光谱3，那么，紫光LED激发的全光谱4就以接近白炽灯光谱3为最佳，它和白炽灯光谱3几乎重合，且含有红外LED灯珠13补充的红外光5；此处所谓最佳，即比较时，两谱线重合；
全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13按常规进行串并联组合，红外LED灯珠的个数≥0；电路驱动方式也有多种形式，本发明使用数字电位器15，配合上电阻14及下电阻17构成运算放大器18的参考电位，此参考电位即串联的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13的高端电位，决定着全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13工作电流，也即通过数字电位器的接口16，比如通过简单的LED亮度增加键21或亮度减少键22调节数字电位器15的电阻输出，进而调节LED灯的亮度；运算放大器18的输出端控制着三极管20的电流输出，此电流即LED灯的工作电流，限流电阻19起限定LED灯的最大总工作电流的作用，这些都是常规做法，本申请不作权利要求，本权利要求是申请保护的是用于电子墨水屏的直流调光方法，特征是不使用PWM，而使用数字电位器15；数字电位器的接口16或通过按键控制，或通过单片机控制，这也是常规做法，本申请不作具体权利要求。
下面是类似Kindle电子墨水屏的前置照明方法。
一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光前置照明方法，包括：电子墨水屏6及前置照明板21，前置照明板21集成到电子墨水屏6的表面，这也是常规工艺；所不同的是，前置照明板21安装的是由紫光LED激发的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13；全可见光谱LED灯珠12的个数及红外LED灯珠13的个数由灯珠本身的封装功率及产品的亮度设计要求所决定，也属行业常规工艺，但不同的是，所有全可见光谱LED灯珠12及所有红外LED灯珠13合成的照射到电子墨水屏6的光之光谱，应以接近相同色温下的热辐射光谱为最佳，比如，但不限于，碘钨灯是属白炽灯，是热辐射光源，其色温可达3000K，此时其光谱即白炽灯光谱3，那么，紫光LED激发的全光谱4就以接近白炽灯光谱3为最佳，它和白炽灯光谱3几乎重合，且含有红外LED灯珠13补充的红外光5；此处所谓最佳，即比较时，两谱线能重合；
全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13按常规进行串并联组合，红外LED灯珠的个数≥0；电路驱动方式也有多种形式，本发明使用数字电位器15，配合上电阻14及下电阻17构成运算放大器18的参考电位，此参考电位即串联的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13的高端电位，决定着全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13工作电流，也即通过数字电位器的接口16，比如通过简单的LED亮度增加键21或亮度减少键22调节数字电位器15的电阻输出，进而调节LED灯的亮度；运算放大器18的输出端控制着三极管20的电流输出，此电流即LED灯的工作电流，限流电阻19起限定LED灯的最大总工作电流的作用，这些都是常规做法，本申请不作权利要求，本权利要求是申请保护的是用于电子墨水屏的直流调光方法，特征是不使用PWM，而使用数字电位器15；数字电位器的接口16或通过按键控制，或通过单片机控制，或集成到其它IC芯片中，这也是常规做法，本申请不作具体权利要求。
使用紫光LED激发光全光谱的一个头痛问题是如何消除富余的紫光，本发明试过多种方案，得出的结论是，不能使用有机紫光吸收剂，如市面上的TM46,TM93等。有机吸收剂会快速被漂白，从而失去吸收效果。无机紫光吸收剂如JB420，可加入灯罩中，能得到非常好的光谱效果。至于加入比例，以电子墨水屏的照明灯光谱和相应色温下的热辐射光谱重叠为最佳，这个专业人员容易调配。
通过上述方法，便能解决当前电子墨水屏的照明问题，达到了本发明的目的。
本发明的创新点是：①为消除蓝光峰2，使用紫光LED激发的全光谱4②为补充防治近视所需的紫光，紫光LED激发的全光谱4自然含有紫光，而蓝光LED激发的白光不可能含有实用的紫光。③为补充红外光5，增加了近红外LED④为彻底消除频闪，使用直流调光照明方式。
附图说明
图1目前电子墨水屏照明灯的光谱及蓝光峰。
图2用紫光LED激发的且补充红外光的全光谱图。
图3电子墨水屏的全光谱补红外直流调光外置照明方案装置。
图4为图3的A部放大示意图。
图5使用数字电位器的直流调光方案电路。
图6电子墨水屏的全光谱补红外直流调光前置照明方案装置。
图7使用数字电位器调光时的按键方案电路。
附图标记：1-目前电子墨水屏照明光谱，2-蓝光峰，3-白炽灯光谱，4-紫光LED激发的全光谱，5-红外光，6-电子墨水屏，7-外置照明装置，8-夹子，9-LED灯，10-开关及调光部件，11-USB接口电源插头，12-全可见光谱LED灯珠，13-红外LED灯珠，14-上电阻，15-数字电位器，16-数字电位器的接口，17-下电阻，18-运算放大器，19-限流电阻，20-三极管，21-前置照明板，22-亮度增加键，23-亮度减少键。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光外置照明方法。参见图1-图4及图6。一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光外置照明方法，包括：电子墨水屏6及外照明装置7，外照明装置7通常包括夹子8，LED灯9，开关及调光部件10，USB接口电源插头11；应当说明的是，外照明装置7的外形及通常包括的功能部件并不是本申请的权利要求所关注；LED灯9的内容和开关及调光部件10的内容才是本申请的发明点；LED灯9包括紫光LED激发的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13；全可见光谱LED灯珠12的个数及红外LED灯珠13的个数由灯珠本身的封装功率及产品的亮度设计要求所决定，但所有全可见光谱LED灯珠12及所有红外LED灯珠13合成的照射到电子墨水屏6的光之光谱，应以接近相同色温下的热辐射光谱为最佳，比如，但不限于，碘钨灯是属白炽灯，是热辐射光源，其色温可达3000K，此时其光谱即白炽灯光谱3，那么，紫光LED激发的全光谱4就以接近白炽灯光谱3为最佳，它和白炽灯光谱3几乎重合，且含有红外LED灯珠13补充的红外光5；此处所谓最佳，即比较时，两谱线重合；
全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13按常规进行串并联组合，红外LED灯珠的个数≥0；电路驱动方式也有多种形式，本发明使用数字电位器15，配合上电阻14及下电阻17构成运算放大器18的参考电位，此参考电位即串联的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13的高端电位，决定着全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13工作电流，也即通过数字电位器的接口16，比如通过简单的LED亮度增加键21或亮度减少键22调节数字电位器15的电阻输出，进而调节LED灯的亮度；运算放大器18的输出端控制着三极管20的电流输出，此电流即LED灯的工作电流，限流电阻19起限定LED灯的最大总工作电流的作用，这些都是常规做法，本申请不作权利要求，本权利要求是申请保护的是用于电子墨水屏的直流调光方法，特征是不使用PWM，而使用数字电位器15；数字电位器的接口16或通过按键控制，或通过单片机控制，这也是常规做法，本申请不作具体权利要求。
实施例2：一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光前置照明方案。参见图1-图2及图4-图6。一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光前置照明方法，包括：电子墨水屏6及前置照明板21，前置照明板21集成到电子墨水屏6的表面，这也是常规工艺；所不同的是，前置照明板21安装的是由紫光LED激发的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13；全可见光谱LED灯珠12的个数及红外LED灯珠13的个数由灯珠本身的封装功率及产品的亮度设计要求所决定，也属行业常规工艺，但不同的是，所有全可见光谱LED灯珠12及所有红外LED灯珠13合成的照射到电子墨水屏6的光之光谱，应以接近相同色温下的热辐射光谱为最佳，比如，但不限于，碘钨灯是属白炽灯，是热辐射光源，其色温可达3000K，此时其光谱即白炽灯光谱3，那么，紫光LED激发的全光谱4就以接近白炽灯光谱3为最佳，它和白炽灯光谱3几乎重合，且含有红外LED灯珠13补充的红外光5；此处所谓最佳，即比较时，两谱线能重合；
全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13按常规进行串并联组合，红外LED灯珠的个数≥0；电路驱动方式也有多种形式，本发明使用数字电位器15，配合上电阻14及下电阻17构成运算放大器18的参考电位，此参考电位即串联的全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13的高端电位，决定着全可见光谱LED灯珠12及红外LED灯珠13工作电流，也即通过数字电位器的接口16，比如通过简单的LED亮度增加键21或亮度减少键22调节数字电位器15的电阻输出，进而调节LED灯的亮度；运算放大器18的输出端控制着三极管20的电流输出，此电流即LED灯的工作电流，限流电阻19起限定LED灯的最大总工作电流的作用，这些都是常规做法，本申请不作权利要求，本权利要求是申请保护的是用于电子墨水屏的直流调光方法，特征是不使用PWM，而使用数字电位器15；数字电位器的接口16或通过按键控制，或通过单片机控制，或集成到其它IC芯片中，这也是常规做法，本申请不作具体权利要求。
实施例3：电子墨水屏消除富余紫光的方法
使用紫光LED激发光全光谱的一个头痛问题是如何消除富余的紫光，本发明试过多种方案，得出的结论是，不能使用有机紫光吸收剂，如市面上的TM46,TM93等。有机吸收剂会快速被漂白，从而失去吸收效果。无机紫光吸收剂如JB420，可加入灯罩中，能得到非常好的光谱效果。至于加入比例，以电子墨水屏的照明灯光谱和相应色温下的热辐射光谱重叠为最佳，这个专业人员容易调配。
其它考虑同前面两实施例，就不赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，包含外置光照明及前置光照明两种方式，其特征在于：使用紫光LED激发的全可见光谱进行照明并补充红外光，另一特征是照明的亮度调节，使用直流调光，不采用当前流行的PWM调光方式。
2.根据权利要求1所述的一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，其特征在于：全光谱的目标是以热辐射光源的光谱为参照，LED灯的光谱在可见光范围的380nm-600nm的任何波段,无超出热辐射光谱10％的光谱峰，也即以两者重合为最佳；在600nm-780nm，无超出热辐射光谱20％的光谱峰，也以两者重合为最佳；热辐射光谱的色温低于3500K。
3.根据权利要求1所述的一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，其特征在于：全光谱的目标是以热辐射光源的光谱为参照，用红外LED补充红外光，红外光的光谱峰值无超出相应波长下的热辐射光谱20％的光谱峰，红外LED的中心波长小于1000nm。
4.根据权利要求1所述的一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，其特征在于：使用数字电位器进行直流调光，直流调光是显著特征。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，其特征在于：使用380nm-420nm的紫光LED激发出白光，从而产生对防近视所需的波长在410-430nm的紫光；若紫光过多，也即有超出相应波长下热辐射光谱10％的峰值，则使用紫光吸收剂进行吸收；紫光吸收剂只使用无机紫光吸收剂，不使用有机紫光吸收剂，后者经过紫光照射，会被紫光漂白，从而丧失吸收效果。
6.根据权利要求5所述的一种电子墨水屏全光谱补红外直流调光照明方法，其特征在于：使用无机紫光吸收剂加入灯罩内部或表面或LED表面以消除多余的紫光。
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