CN112413455A - 一种灯具 - Google Patents

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CN112413455A CN202011342069.4A CN202011342069A CN112413455A CN 112413455 A CN112413455 A CN 112413455A CN 202011342069 A CN202011342069 A CN 202011342069A CN 112413455 A CN112413455 A CN 112413455A
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武俊
范晓鸣
周志贤
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Suzhou Op Lighting Co Ltd
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Abstract

一种灯具，包括灯体和设置在灯体内的发光源，所述发光源包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出的光为峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述灯具在第一工作模式下仅点亮所述白光发生部发出第一白光，在第二工作模式下同时点亮所述白光发生部和所述红光发生部发出第二白光。本申请灯具提供了两种工作模式，在特定时段增加了红光区的能量照明，以满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，可满足夜间工作和日常照明两种不同的应用场景的不同需求。

Description

一种灯具
技术领域
本发明涉及用于照明的灯具。
背景技术
根据科学家的研究报告，人眼视网膜中有人类第三类感光细胞ipRGCs，通过这类细胞，人眼感受到的外界光，传递到人脑神经系统，进而影响皮质醇、褪黑激素等的分泌，从而影响人的健康、幸福、警觉性、睡眠质量、人体的生物钟等。
为了提高或保持人在白天工作时的专注性、警觉度、工作效率，一般采用较高CS值的照明条件(较高的照度，高色温，蓝绿光光谱强度较高)，抑制褪黑素分泌；在晚上休息、放松的时，采用较低CS值得照明条件(较低的照度，低色温，蓝绿光光谱强度较低)，促进褪黑素分泌。这样的照明条件更符合人体的节律需求。
而在实际生活中，有不少人在晚上还要工作（如加班人员或倒班人员），原来高照度、高色温的光用在晚上，会影响人的节律、睡眠质量和健康；用原来低照度、低色温用在晚上工作，又会影响工作效率。因此，提供一种具有较低CS值，满足节律刺激需求，又可以使使用人员保持较专注性不影响工作效率的照明设备，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，寻找一种可以兼顾晚上工作人员(倒班人员)的工作效率(专注性)和人体节律刺激平衡问题的灯具。
本发明为实现上述功能，所采用的技术方案是提供一种灯具，包括灯体和设置在灯体内的发光源，其特征在于，所述发光源包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出的光为峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述灯具在第一工作模式下仅点亮所述白光发生部发出第一白光，在第二工作模式下同时点亮所述白光发生部和所述红光发生部发出第二白光，所述灯具还包括控制器，所述控制器和所述白光发生部电连接，通过第一参数控制所述白光发生部的输出功率，所述控制器和所述红光发生部电连接，通过第二参数控制所述红光发生部的输出功率，所述控制器接受外部命令或依据切换时间控制点亮所述红光发生部，灯具由所述第一工作模式进入所述第二工作模式。
优选地，所述控制器控制所述灯具在第二工作模式下灯具整体照度保持在250~450lux之间。
优选地，在所述第一工作模式下所述灯具照度保持在250~450lux之间，所述控制器控制点亮所述红光发生部时，所述控制器通过控制改变所述第一参数和所述第二参数使得所述灯具整体的照度在点亮所述红光发生部的前后保持一致。
优选地，在所述第一工作模式下所述灯具照度保持在500~1000lux之间，所述控制器控制点亮所述红光发生部时，所述控制器通过控制改变所述第一参数和所述第二参数使得所述灯具整体的照度由亮变暗。
优选地，所述控制器包括时钟模块，所述切换时间预设于所述时钟模块，所述切换时间为每天下午17:00-19：00或者为当地日落时间±1h的范围内的某一时刻。
优选地，所述第一参数、第二参数为电流值、电压值或PWM信号。
优选地，所述灯具还包括隔离结构，所述隔离结构设置在灯体内，所述红光发生部设置在所述隔离结构内，所述白光发生部设置在所述隔离结构和所述隔离结构外。
优选地，在第二工作模式下，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%。
优选地，在第二工作模式下，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的36.0~48.0%。
优选地，所述第二白光的色温2500K~6500K，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之间的距离Duv在(0.000,-0.015]之间。
优选地，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在[-0.003,-0.012]之间。
优选地，所述光源模组发出的所述第一白光、第二白光的显色指数指数在80.0以上。
美国照明研究中心LRC人类实验发现，红光不会抑制褪黑素分泌，但能像白光（高蓝光成分）一样，提升夜间警觉度和表现。本发明所提供的灯具以此理论为基础优化了光谱分布，提供了两种工作模式，在特定时段增加了红光区的能量照明，以满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，可满足夜间工作和日常照明两种不同的应用场景的不同需求。
附图说明
图1是本发明中优选实施例灯具的结构示意图；
图2是本发明中各优选实施例在CIE1931色度图上的分布图；
图3是本发明中优选实施例中红光发生部的发射光谱图；
图4是本发明中优选实施例中白光发生部的发射光谱图；
图5是本发明中优选实施例1第二白光的发射光光谱图；
图6是本发明中优选实施例2第二白光的发射光光谱图；
图7是本发明中优选实施例3第二白光的发射光光谱图；
图8是本发明中优选实施例4第二白光的发射光光谱图；
图9是本发明中优选实施例5第二白光的发射光光谱图；
图10是本发明中优选实施例6第二白光的发射光光谱图；
图11是本发明中优选实施例7第二白光的发射光光谱图；
图12是本发明中优选实施例8第二白光的发射光光谱图；
图13是本发明中优选实施例9第二白光的发射光光谱图；
图14是本发明中优选实施例10第二白光的发射光光谱图。
具体实施方式
为了提高或保持人在白天工作时的专注性、警觉度、工作效率，一般采用较高CS值的照明条件(较高的照度，高色温，蓝绿光光谱强度较高)，抑制褪黑素分泌；在晚上休息、放松的时，采用较低CS值得照明条件(较低的照度，低色温，蓝绿光光谱强度较低)，促进褪黑素分泌。这样的照明条件更符合人体的节律需求。而在实际生活中，有不少人在晚上还要工作（如加班人员或倒班人员），原来高照度、高色温的光用在晚上，会影响人的节律、睡眠质量和健康；用原来低照度、低色温用在晚上工作，又会影响工作效率。美国照明研究中心LRC人类实验发现，红光不会抑制褪黑素分泌，但能像白光（高蓝光成分）一样，提升夜间警觉度和表现。
结合上述研究成果，本申请提供一种在特定时间内增加红光区具有能量分布的灯具，下面结合附图和一些符合本申请的优选实施例对本申请提出的一种灯具作进一步详细的说明。
本申请一优选实施例灯具如图1所示为安装于建筑物顶部的灯盘，灯盘包括底盘6、边框5、面板3，面板3通过边框5组装在底盘6之上，构成内部具有容置空间的灯体。红光发生部1和白光发生部2设置在灯体内，两者均固定的底盘6之上，面向面板3发光。白光发生部2为白光LED，发出第一白光。红光发生部1为红光LED，发出的光峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，优选的峰值波长位于大于等于630nm到小于等于690nm的范围内。红光发生部1和白光发生部2发出的光在灯体内混光后形成第二白光。灯体内还设置有控制器7，控制器7可以为MCU和白光发生部2、红光发生部1电性连接，控制器7通过第一参数控制白光发生部2的输出功率，通过第二参数控制红光发生部1输出功率。第一参数、第二参数可以是电流、电压值或PWM信号。通过第一参数、第二参数的变化可以实现灯具照度的变化。
红光的加入是为了提高用户的警觉性，但是并不是每一时刻都需要针对性地提高警觉性，因此灯具提供两种工作模式，在第一工作模式下，仅点亮白光发生部2提供日常照明，在第二工作模式下，同时点亮白光发生部2和红光发生部1。控制器7可以包括无线通信模块，通过无线方式和外部控制界面通信，接收外部控制信号在第一工作模式和第二工作模式下切换。无线通信模块可以为wifi、蓝牙、Zigbee、2.4G等无线通信模块，本申请对此不作限定，外部控制界面可以是设置在手持移动设备上的APP，或者墙面控制面板等，此外也可以在墙面设置组合开关，通过有线方式向控制器7发送控制信号。除了通过接收控制信号来进行模式切换外，通常使用者会更倾向于灯具可以自动进行该种切换。因此在本实施例中控制器7中还包括时钟模块，预设切换时间，控制器7控制灯具在到达切换时间时自动点亮红光发生部1从第一工作模式切换至第二工作模式。切换时间可以设置为每天下午17:00-19：00或者为当地日落时间±1h的范围内的某一时刻。同时，控制器7通过控制改变第一参数和第二参数使得灯具整体的照度在点亮红光发生部1的前后保持一致。这样切换的过程不会被用户所察觉，用户体验更好。本发明的目的是提供一种适合夜间工作的灯具，为了不抑制褪黑素分泌，夜间灯具不应该过亮，因此当灯具工作在第二工作模式下时，控制器7会通过第一参数、第二参数控制红光发生部1和白光发生部2使得灯具的整体照度保持在250~450lux之间。前面我们已经说明了在工作模式切换前后照度是不变的，换言之，在本实施例中在第一工作模式下灯具的照度也会保持在250~450lux之间，适合夜间使用。
在另一较佳实施例中，灯具的照度是可变的，在第一工作模式下，控制器7控制灯具照度保持在500~1000lux之间，而到达切换时间后，由第一工作模式切换为第二工作模式，灯具整体变暗，同时点亮红光发生部1以补偿由于照度下降变暗，蓝光部分能量减少而带来的专注性下降的问题。在该实施例中灯具可以实现白天高照度、高色温提升工作效率，傍晚至夜间低照度、低色温，不影响生理节律，同时提供较好的专注性。其中，第一、第二工作模式的切换仍然可以采用外部控制或自主切换，自主切换时其切换时间推荐为每天下午17:00-19：00或者为当地日落时间±1h的范围内的某一时刻。
本申请通过增加红光来提升警觉性和专注度，但是也需要考虑正常照明用光的舒适度，不能使灯具光色显得太红，又要保证红光的量。因此要求，红光发生部1发出的红光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%，优选的为36.0~48.0%。
本发明提供的优选实施例中白光发生部2、红光发生部1的均为LED光源，可以为正装或倒装LED芯片(LED Chip)、单颗LED Chip或者多颗LED Chip按串联、并联或串并联方式连接或具有一般贴片的封装结构或COB封装结构LED芯片。要求红光发生部1发光的光谱强度最大值需大于白光发生部2发光的光谱强度最大值，即在合成后的第二白光的光谱中，其光谱强度最大值位于600nm到780nm这一范围内。第一白光和第二白光虽然都是白光但是由于红光的加入，两者在颜色上稍有偏差，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下，但是仍属于白光范畴。
红光发生部1发出的红光主要集中在大于等于600nm到小于等于780nm的波段中，我们已经知道红光对提升夜间警觉度有一定作用，但是为了兼顾照明的需求也不能一味地增强该波段的能量，通过反复试验验证，本实施方式中红光发生部1发出的红光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%，优选的为36.0~48.0%。虽然在整个红光波段600nm到780nm之间的红光都可以起到提高警觉度的效果，但是结合实验发现在630nm到690nm波段内的红光比例更为重要。因此，红光发生部1发出的红光在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为15.0~40.0%更佳，优选的为18.0~35.0%。在此种情况下，可选择发出的光峰值波长在大于等于630nm到小于等于690nm范围内的红光光源作为红光发生部1。当然，红光发生部1发出的光也会有超出600nm~780nm范围的，但是由于其主要能量集中于该波段，超出部分对整个光谱的影响很小，这里我们不再做具体限定，只要能保证在600nm~780nm范围或630nm~690nm范围镍的能量在上述范围内即可起到本申请需要的提高警觉性的效果，同时可保证第二白光的光色符合白光标准，不会过多地影响光色以及显色性等指标。本实施方式的第二白光色温为在2500K~6500K范围内，相关色温如上所述由于红光的加入在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之下，具体地如图2所示，与黑体轨迹的在CIE1931色度图上的距离Duv(BBL) 在(0.000,-0.015]之间，优选地为在[-0.003,-0.012]之间。
表1给出了本实施例中一些可选的作为红光发光部1的红色LED芯片作为说明，当然也可选择其他红色LED芯片，只要最终的光谱能量分布能够复合本申请中的占比要求，本申请对红光发生部1 的LED选型不作限定。表1中x、y表示红光LED的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，Peak表示红光LED的峰值波长，Hw表示发射峰的半宽度。各红光LED的发射光光谱图如图3所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
关于白光发生部2的选择，在现有的技术中产生白光通常采用 “蓝光技术”。通过蓝光芯片激发绿光、黄光、橙光荧光粉中的一种或多种和蓝光配合形成白光。由于白光LED中都是由包含蓝光芯片，而本申请提供的灯具主要是为了夜间工作使用，因此蓝光能量不能过高，以免影响褪黑素的分泌。在本实施方式中，白光发生部2中蓝光芯片发出的光的峰值强度是红光发生部1发出的光的峰值强度的20.0~98.0%，优选的为30.0~90.0%。蓝光芯片发出的光在大于等于430nm到小于等于470nm范围内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区范围内的总辐射能量中的占比为4.0~30.0%，优选的为8.0~20.0%。
表2给出了一些可选的白光发光部2的具体选型，其中x、y表示红光LED的发射光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，CCT为色温，duv 表示在色坐标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向，CRI为显色指数。各白光LED的发射光光谱图如图4所示。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从上述两表中分别选出一红光LED作为红光发生部1，一白光LED作为白光发生部2，当两者同时点亮可获得第二白光，其中选择了10个较佳实施例，其具体选型及获得的发射光的特征参数如表3所示。其中x、y表示第二白光的光色在CIE1931色坐标系上的x、y轴上的坐标值，CCT为色温，duv 表示在色坐标系里色彩偏移普朗克轨迹的距离与方向，CRI为显色指数。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE006
从上表中可以看到，白光发生部2的选型对第二白光的影响较大，因此我们优先选择显色性较好的白光LED，这可以保证本申请光源模组发出的第二白光的显色指数指数在80.0以上。同时，本申请的目的主要是提供一种夜间工作使用的光源，色温不宜过高，因此我们最终选择的10个较佳实施例中，没有选择色温较高的白光LED，所有实施例中均未选择表2中的6500K_1这款白光LED。
为了实现本申请所需要的提高警觉性的目的，其主要是由不同波段的能量占比实现的，表4列出了实施例1-10中第二白光的光谱特征，实施例1-10中灯具第二白光的发射光光谱图如图5-14所示。其中总红光区能量比为波长大于等于600nm到小于等于780nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比，优选红光区能量比为波长大于630nm到小于等于690nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比，蓝光区能量比为波长大于等于430nm到小于等于470nm的区段内的光谱辐射能量在第二白光在可见光区总辐射能量中的占比。蓝光相对强度指光的峰值在第二白光光谱中的相对峰值强度。
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE008
从上表中可以看到，第二白光色温为2500K~6500K，各优选实施例在CIE1931色度图上的分布图如图2所示，其均位于黑体轨迹BBL之下，Duv在(0.000,-0.015]之间，优选的在[-0.003,-0.012]之间。各区域能量占比均符合前述实施方式中的说明，在普通白光光源中增加了红光区的能量，但是具体的能量占比又限制在50%以下，可满足晚上工作人员在晚间工作效率和节律刺激的平衡需求，特别适合夜间工作人员使用。
在本实施例中，红光发生部1和白光发生部2之间还设置有隔离结构，具体为一个隔离罩4，隔离罩4和底盘开口方向相同，红光发生部1设置在隔离罩4内。白光发生部2设置在隔离罩4外部的灯盘6之内。
上文对本申请优选实施例的描述是为了说明和描述，并非想要把本申请穷尽或局限于所公开的具体形式，显然，可能做出许多修改和变化，这些修改和变化可能对于本领域技术人员来说是显然的，应当包括在由所附权利要求书定义的本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种灯具，包括灯体和设置在灯体内的发光源，其特征在于，所述发光源包括白光发生部和发出红光的红光发生部，所述白光发生部发出第一白光，所述红光发生部发出的光为峰值波长在大于等于600nm到小于等于780nm的范围内的红光，所述红光发生部和所述白光发生部发出的光混合后形成第二白光，所述灯具在第一工作模式下仅点亮所述白光发生部发出第一白光，在第二工作模式下同时点亮所述白光发生部和所述红光发生部发出第二白光，所述灯具还包括控制器，所述控制器和所述白光发生部电连接，通过第一参数控制所述白光发生部的输出功率，所述控制器和所述红光发生部电连接，通过第二参数控制所述红光发生部的输出功率，所述控制器接受外部命令或依据切换时间控制点亮所述红光发生部，灯具由所述第一工作模式进入所述第二工作模式。
2.如权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述控制器控制所述灯具在第二工作模式下灯具整体照度保持在250~450lux之间。
3.如权利要求2所述的灯具，其特征在于，在所述第一工作模式下所述灯具照度保持在250~450lux之间，所述控制器控制点亮所述红光发生部时，所述控制器通过控制改变所述第一参数和所述第二参数使得所述灯具整体的照度在点亮所述红光发生部的前后保持一致。
4.如权利要求2所述的灯具，其特征在于，在所述第一工作模式下所述灯具照度保持在500~1000lux之间，所述控制器控制点亮所述红光发生部时，所述控制器通过控制改变所述第一参数和所述第二参数使得所述灯具整体的照度由亮变暗。
5.如权利要求2所述的灯具，其特征在于，所述控制器包括时钟模块，所述切换时间预设于所述时钟模块，所述切换时间为每天下午17:00-19：00或者为当地日落时间±1h的范围内的某一时刻。
6.如权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述第一参数、第二参数为电流值、电压值或PWM信号。
7.如权利要求1所述的灯具，其特征在于，所述灯具还包括隔离结构，所述隔离结构设置在灯体内，所述红光发生部设置在所述隔离结构内，所述白光发生部设置在所述隔离结构和所述隔离结构外。
8.如权利要求1-7任一所述的灯具，其特征在于，在第二工作模式下，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的30.0~50.0%。
9.如权利要求8所述的灯具，其特征在于，在第二工作模式下，所述红光发生部发出的光在大于等于600nm到小于等于780nm范围内的光谱辐射能量占混合后形成的第二白光在可见光区即大于等于380nm到小于等于780nm范围内的总辐射能量的36.0~48.0%。
10.如权利要求8所述的灯具，其特征在于，所述第二白光的色温2500K~6500K，在CIE1931色度图上位于黑体轨迹BBL之间的距离Duv在(0.000,-0.015]之间。
11.如权利要求10所述的灯具，其特征在于，所述第二白光与黑体轨迹BBL在CIE1931色度图上的距离Duv在[-0.003,-0.012]之间。
12.如权利要求8所述的灯具，其特征在于，所述第一白光、第二白光的显色指数指数在80.0以上。
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