CN202475835U - 一种健康led照明灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种健康LED照明灯，它包括发光光源、驱动发光光源的驱动电源、以及与驱动电源信号连接的控制装置；所述的发光光源为组合光源，包括第一分光源和第二分光源，所述第一分光源的C/P值大于3.0，所述第二分光源的C/P值小于0.5；至少第二分光源包括基座、设置在基座上的发光芯片，包覆在发光芯片外围的荧光粉层，以及包围在荧光粉层外围的截止短波光、透射长波光的光学滤光层。本实用新型具有的有益效果：所述健康LED照明灯与传统的LED灯相比，能有效地控制发光光源中短波蓝光，减少对人眼睛视网膜的损伤，同时光效高，且更符合人体的生理特性。

Description

一种健康LED照明灯

技术领域

本实用新型涉及一种健康LED照明灯，尤其涉及一种保护儿童视力和身体健康的LED照明灯。

背景技术

LED是半导体照明的核心器件，由于其为PN结发光，具有高亮度、高光效、长寿命、环保等诸多优点，它的应用在近几年得到快速的发展。尤其在氮化镓(GaN)基蓝光LED发光器件研发成功后，基于蓝光芯片的白光LED技术和产业得到快速发展。

氮化镓(GaN)基蓝光LED照明灯具已逐渐进入室内照明领域，但因LED含有较强的蓝光光谱，过强的蓝光也是人眼视力的头号杀手。同时“蓝光”也是人体保持正常24小时生命节律的重要调节器，近几年蓝光对人体褪黑素的抑制及其它免疫功能的影响已在科学上得到确认。

2002年美国布朗大学David Berson教授的团队发现了人眼的第三种感光细胞(也称司辰感光神经细胞)。它是一种非视觉感光神经细胞，其感光信号的传输通道有别于先前发现的第一条视觉神经通道(它传递来自视椎神经和视杆神经的信号)。这条与第一条神经传递通道并行的第二条神经通道，将司辰细胞的感应信号一部分经过视神经交叉系统之后部分传至松果体，调节褪黑素的分泌，协调和控制人们在不同时段里的活动节律。

在白天，人体需要一定量的蓝光刺激，峰值波长为464nm左右的蓝光照射，对人体褪黑素的分泌有抑制作用，使人精神振奋，有利于提高工作效率；而休息时间，特别是晚上，应该减少蓝光的刺激，使人体充分分泌褪黑素，得到放松休息。此外，在光谱的380-500nm之间，大量的高能短波蓝光能够穿透我们的晶状体和玻璃体，直抵视网膜最最重要的黄斑区域。蓝光增大了它对视网膜色素上皮的损坏作用从而引起视网膜色素上皮的萎缩，引起光敏感细胞的凋亡。光敏感细胞的死亡将会导致视力逐渐下降甚至完全丧失。而紫外波段的光谱能量主要被晶状体吸收掉，但不同年龄段的人眼晶状体的光谱透射特性不同。儿童眼睛的短波(近紫外和蓝光)透射比高，所以婴幼儿用的LED照明灯尤其需注意近紫外光和蓝光危害。

目前飞利浦公司推出了一款动态情景照明系统，可根据室内光线的自然变化，调节多种不同色温的白光，通过对灯光亮度和色温的控制，提高人的舒适感。也有类似的采用LED仿太阳光的照明系统，用来模拟不同时间太阳光的色温。但由于同样的色温可由多种光谱组成，且与司辰效应曲线不具有直接对应性。而本发明人发明的一种健康LED照明灯，以调节人的生理参数司辰效应比值(C/P值)为基础，并结合光的强度调节，和前两者不一样，更符合人体健康的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种健康LED照明灯，根据一天不同时间的人体光生物学健康要求，通过控制不同C/P值和光的强度的LED光源，达到所需要的光学辐射要求；同时为获得截蓝光的LED光源，增设光学滤光层，阻止短波蓝光的大量出射，有利于人体健康，解决短波蓝光对人身体带来不利影响的问题；同时，本实用新型还将短波蓝光反射并再次激发荧光粉发光，既降低了蓝光辐射，又提高荧光粉的发光效率。

而本实用新型专利申请涉及的健康LED照明灯，正是在对氮化镓(GaN)基蓝光LED的发射光谱处于人眼视网膜光化学损伤的敏感作用光谱位置的基础上，设计的一种特别适用于婴幼儿童的健康型LED照明灯。该灯的发光光源至少由两种分光源组成，且光谱可变，是一种可随时间自动变化司辰效应比值(C/P值)或根据控制模式改变C/P值的照明灯具，尤其截止了较短波长蓝光的辐射，有效防止了蓝光对人眼的危害。可作为家庭婴幼儿的照明灯使用。其中，司辰效应比值C/P值是指司辰效应Circadian rhythm与明视觉效应Photopic vision之比值，用来评价光源的非视觉生物效应的强弱。计算公式如下：

$C/P=\frac{3616{\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)C\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{683{\∫}_{380}^{780}P\left(\mathrm{\λ}\right)V\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

其中，P(λ)为照明灯的光谱能量分布，C(λ)为司辰效应的光谱光效率曲线，V(λ)为明视觉光谱光效函数。

C/P值和光的强度之间存在一定的关联关系。其中，本实用新型中所述光的强度与光强度不是一个概念，光强度是光度的基本量，而光的强度仅是光的大小的一种参数，本实用新型中光的强度可以是光通量、光强度、光照度或亮度等。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种健康LED照明灯，包括发光光源、驱动发光光源的驱动电源、以及与驱动电源信号连接的控制装置，其特征在于：

所述的发光光源为组合光源，包括第一分光源和第二分光源，所述第一分光源的C/P值大于3.0，所述第二分光源的C/P值小于0.5；

至少所述的第二分光源包括基座、设置在基座上的发光芯片，包覆在发光芯片外围的荧光粉层，以及包围在荧光粉层外围的截止短波光、透射长波光的光学滤光层。该技术方案实现了将第二分光源的C/P值控制在0.5以下的目的；

所述控制装置输出分别对应于第一分光源和第二分光源的两种控制信号，所述的驱动电源接收控制信号驱动第一分光源和第二分光源发光，使发光光源发射光的C/P值处于第一分光源的C/P值和第二分光源的C/P值之间，或者等于其中某一个值。

所述的控制装置中包括微处理器、存储器、时钟电路及I/O接口电路，其中存储器内存有一组C/P值和光的强度信息，即模拟接近自然光信息；时钟电路发送时间信号到微处理器，微处理器根据输入的时间信息从I/O接口电路输出对应于每一种分光源光的强度的控制信号到驱动电源，所述的驱动电源分别控制各个分光源光的强度，使发光光源形成具有相应C/P值和光的强度的光源。I/O接口电路可以是微处理器自带的，或外部扩展的。

所述的I/O接口电路与无线遥控器、红外遥控器、线控器通讯连接，或与机械开关量信号发生器(如各种开关、码盘等)连接；由I/O接口电路采集控制信号并发送到控制装置的微处理器，计算相应的C/P值和光的强度信号，从而由I/O接口电路输出控制各分光源的光的强度的信号。本实用新型所述照明灯的控制方式多样，满足不同使用/安装环境、不同使用人群的操作需求。

所述的控制装置为机械开关量信号发生器和/或模拟量信号发生器，可以是开关、码盘等机械开关量信号发生器，或可调电位器、可调电容器等模拟量信号发生器，或者是前述两种组合而成的控制信号发生装置，该控制信号连接到驱动电源，控制各分光源光的强度，从而使发光光源产生相应的C/P值和光的强度。

在人类进化过程中，自然光是对人体最有益的照明光源，故所述发光光源的C/P值和光的强度按照自然光的变化规律动态改变，有利于提高白天的工作效率，晚上减少蓝光对人体的刺激，使人得到很好的休息，同时保护眼睛视网膜免受光化学损伤。

所述控制装置中存储的C/P值和光的强度信息分组至少为五组，分别对应早上模式、中午模式、下午模式、晚上模式和深夜模式，C/P值取值分别为不小于3.0、1.0与2.0之间、大于2.5、0.5与1.0之间、0.5及其以下。遵循自然光的变化趋势，在上午、下午的工作时间C/P值较高，提高人的工作积极性；午间适当减小C/P值和光的强度，使人获得适量的休息和放松；减少晚上和深夜蓝光的照射，甚至发光光源中480nm以下蓝光几乎全部截止，有利于人体正常分泌褪黑素，获得必要的休息和体能恢复。

所述控制装置采用脉宽调制方式控制各分光源的光的强度，具体通过脉冲宽度或占空比来调节各分光源的光的强度。脉宽调制方式克服了传统电压或电流幅度控制方式的不足，可实现光源C/P值和光强度值的分别调制。如两个分光源信号光的强度占空比的比值一定，则发光光源的C/P值保持不变，但光的强度会随着分光源电信号占空比的增大而变大、减小而变小；保持两个分光源光的强度信号的占空比之和不变，但改变两者的比值，则发光光源总光的强度保持不变，但C/P值可变化。

与所述的基座连接的还有透光罩壳，所述第二分光源的光学滤光层涂覆在透光罩壳朝向发光芯片的内侧表面。光学滤光层位于封装的透光罩壳内层，可防止过量的短波光被透光罩壳材料吸收而引起的光老化。

为了进一步改善第二分光源的发光性能，所述的光学滤光层是一种短波反射、长波透射的选择性透反射滤光层，即反射发光芯片所发射的短波长光、透射荧光粉出射荧光的长波长光。反射芯片的发射光回到荧光粉层，再次激发荧光粉，提高第二分光源的发光效率。

光学滤光层可以为多层干涉滤光膜。该光学滤光层短波反射和长波透射效率高，制造方便，能大大改善发光性能，获得高效率，减少蓝光的危害。

为进一步完善本实用新型技术方案，所述第一分光源至少包含一个蓝光半导体PN结发光芯片，所述蓝光半导体PN结发光芯片的发射光谱主要处于455-480nm之间，使第一分光源的C/P值大于3.0，同时避免455nm以下的高危害的蓝光。

所述的光学滤光层和透光罩壳为平面，或者分别以半导体PN结发光芯片为中心形成的弧形面，以提高发光光源的发光效率。透光罩壳为平面，或者以发光芯片为中心形成的弧形面，则与透光罩壳配合的光学滤光层对应的为平面形，或为弧形面(通常为凹面形，其朝发光芯片方向内凹；也可以为不规则的弧形面，其上每个圆弧段的圆心都指向发光芯片)。弧形面的光学滤光层可将发光芯片发射的光充分反射到荧光粉上，提高反射光的利用效率，提高发射光的光度色度性能和发光效率。

所述光学滤光层可以为分离制作成型的光学元件，通过热胶合或其他辅助胶合剂粘接在透光罩壳的上，也可粘接在荧光粉表面，或直接制作在透光罩壳的内表面；有利于反射发光芯片的短波蓝光，使反射光再次激发荧光粉层，提高发光效率。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采用如下技术措施：还可以包括与控制装置信号连接的时间信号发生器；

所述的控制装置内存储随时间变化的C/P值和光的强度信息；所述的时间信号发生器发送时间信息到控制装置，所述的控制装置根据输入的时间信息输出对应于每一种分光源光的强度的控制信号到驱动电源，所述的驱动电源分别控制各个分光源光的强度，使发光光源形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

本实用新型所述健康LED照明灯与传统的LED灯相比，其具有的实质性特点：

1、能有效地控制发光光源中短波蓝光，减少对人眼睛视网膜的损伤；

2、对LED芯片短波蓝光的发射波长控制在455-480nm，相对于发射波长更短的蓝光、蓝紫光来说，人眼受到的光化学损伤相对变小，而C/P值又较高，同时光效高；

3、司辰感光细胞管理着人体的生理节律，本实用新型照明灯以C/P值作为管理依据，更符合人体的生理特性；

4、发光光源遵循自然光的变化趋势，在一天内不同时段LED照明灯发射不同C/P值和光的强度，符合人体自然需求。

附图说明

图1为本实用新型的一种系统组成结构示意图。

图2为本实用新型的分光源结构图。

图3为本实用新型的另一种分光源结构图。

图4为本实用新型的另一种系统组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：一种健康LED照明灯，如图1所示，包括发光光源1、驱动发光光源1的驱动电源2、以及与驱动电源2信号连接的控制装置3。

发光光源1为组合光源，至少包括第一分光源和第二分光源，在实际应用中还可以有第三、第四分光源等。

发光光源1为LED组合光源，至少包括第一分光源和第二分光源，第一分光源发射较多蓝光光谱，即C/P值大于3.0；第二分光源在短波长蓝光区无明显的发射光谱，即在480nm以下的短波区发射光几乎没有，C/P值小于0.5。

所述控制装置3至少输出两种信号，通过驱动电源2驱动第一分光源和第二分光源的光的强度，使发光光源1发射光的C/P值处于第一分光源的C/P值和第二分光源的C/P值之间，或者等于其中某一个值。

如图2所示，第二分光源包括基座1-24、设置在基座1-24上的发光芯片1-21，包覆在发光芯片1-21外围的荧光粉层1-22、以及罩设在荧光粉层1-22外围与基座1-24连接的透光罩壳1-25，以及包围在荧光粉层1-22外围的光学滤光层1-23。其中，光学滤光层1-23是一种反射发光芯片1-21出射的短波长光、透射荧光粉层1-22受激发后的长波长荧光的选择性透反射型滤光层。其短波截止波长(指相对光谱透射比降至50％的对应波长)为发光芯片1-21和荧光粉层1-22荧光的混光光谱波谷的波长附近，前后不超过±10nm区间内。

控制装置3中至少包括微处理器、存储器、时钟电路及I/O接口电路，其中存储器内存有一组C/P值和光的强度信息，即模拟接近自然光信息；时钟电路发送时间信号到微处理器，微处理器根据输入的时间信息输出对应于每一种分光源光的强度的控制信号到驱动电源2，所述的驱动电源2分别控制各个分光源光的强度，使发光光源1形成具有相应C/P值和光的强度的光源。

具体来说：

控制装置3内置的时钟电路，自动计时并输出年、月、日及时间信号到微处理器；所述的控制装置3内存储着一个C/P值和光的强度序列数据，根据输入的时间信息，微处理器通过I/O接口按照脉宽调制方式输出对应于每一种分光源光的强度大小的占空比信号到驱动电源2；驱动电源2分别控制各个分光源光的强度，使发光光源1形成具有相应C/P值和光的强度的光源。脉宽调制信号的频率大于200Hz，避免频闪引起的不舒适。

根据时钟电路发送的时间信号，控制装置3将一天24小时分为五个模式：早上(9:00AM-11:00AM)、中午(12:00AM-12:30PM)、下午(14:00PM-17:00PM)、晚上(19:00PM-22:00PM)和夜间(24:00PM-5:00AM)，C/P值取值范围分别为：不小于3.0、1.0与2.0之间、大于2.5、0.5与1.0之间、0.5及其以下，在每个两个时间段之间的C/P值则按线性内插值，避免产生突变。遵循自然光的变化趋势，在上、下午的工作时间C/P值和光的强度较高，提高人的反应和激情；午间适当减小C/P值和光的强度，使人获得适量的休息和放松；晚上蓝光的照射需要减少，夜间尽量低甚至蓝光成分全部截止，有利于人体正常分泌褪黑素，获得必要的休息和体能恢复。

实施例2：一种健康LED照明灯，第一分光源至少包含一个蓝光半导体PN结发光芯片，蓝光芯片的发射光谱主要处于455-480nm之间。

如图2和图3所示，第二分光源包括半导体PN结发光芯片1-21、荧光粉层1-22、光学滤光层1-23、基座1-24及透光罩壳1-25，半导体PN结发光芯片1-21发射的蓝光激发荧光粉层1-22后出射，穿过光学滤光层1-23后经由透光罩壳1-25出射。为了有效地避免短波蓝光部分的出射，在透光罩壳1-25的内层涂覆了光学滤光层1-23，光学滤光层1-23是一种反射芯片1-21的短波长发射光、透射荧光粉1-22的长波长荧光的选择性透反射型滤光层。发光芯片1-21发射蓝光光谱，穿过荧光粉层1-22，荧光粉层1-22受蓝光激发后发射波长更长的荧光。荧光和部分芯片蓝光照射到光学滤光层1-23，长波荧光经光学滤光层1-23后透射出去，而芯片蓝光到达光学滤光层1-23后被反射回来，被反射回来的蓝光再激发荧光粉1-22。采用光学滤光层1-23的方式不仅可以有效地截止短波蓝光的出射，控制第二分光源的C/P值小于0.5，还能通过反射芯片短波蓝光再次激发荧光粉，提高发光光源1的发光效率。

第二分光源的光学滤光层1-23涂覆在透光罩壳1-25朝向发光芯片1-21的内侧表面。防止外部机械磨擦损坏。

为了达到更为高效的目的，光学滤光层1-23为多层干涉滤光膜。

光学滤光层1-23和透光罩壳1-25为平面，或者分别以半导体PN结发光芯片1-21为中心形成的弧形面(其中较优的方案为圆弧面)。透光罩壳1-25为树脂或其他透光材料，其为平面形或弧形面，那么对应的光学滤光层1-23也为平面形或弧形面。

其余结构同实施例1。

实施例3：一种健康LED照明灯，第一分光源包括发射短波蓝光的GaN芯片1-11、包围在GaN芯片1-11外围的荧光粉层1-12，也可加外加透光罩壳1-15组成，其发光谱主要处于455-480nm之间。其余结构同实施例1或实施例2。

实施例4：一种健康LED照明灯，可以通过控制装置3的I/O接口电路与无线遥控器、红外遥控器、线控器通讯连接，或与各种开关、码盘等连接；由I/O接口电路采集控制信号并发送到控制装置3的微处理器，计算相应的C/P值和光的强度信号，从而由I/O接口电路输出控制各分光源的光的强度的信号，从而控制照明灯的光照模式。其余结构同实施例1或实施例2或实施例3。

实施例5：一种健康LED照明灯，如图4所示，包括发光光源1、驱动发光光源1的驱动电源2、以及与驱动电源2信号连接的控制装置3、以及与控制装置3信号连接的时间信号发生器4。时间信号发生器4可以是有时间信号输出的电子式时钟，或者是与可变电位器、可变电容器、光电编码器相连的机械式时钟。产生时间信号发送到控制装置3，通过驱动电源2控制发光光源1在不同时间形成相应的C/P值和光的强度。其余结构同实施例1-4中任一例。

Claims (9)

1.一种健康LED照明灯，包括发光光源（1）、驱动发光光源（1）的驱动电源（2）、以及与驱动电源（2）信号连接的控制装置（3），其特征在于： 

所述的发光光源（1）为组合光源，包括第一分光源和第二分光源，所述第一分光源的C/P值大于3.0，所述第二分光源的C/P值小于0.5；

至少所述的第二分光源包括基座（1-24）、设置在基座（1-24）上的发光芯片（1-21），包覆在发光芯片（1-21）外围的荧光粉层（1-22），以及包围在荧光粉层（1-22）外围的截止短波光、透射长波光的光学滤光层（1-23）；

所述控制装置（3）输出分别对应于第一分光源和第二分光源的两种控制信号，所述的驱动电源（2）接收控制信号驱动第一分光源和第二分光源发光，使发光体（1）发射光的C/P值处于第一分光源的C/P值和第二分光源的C/P值之间变化，或者等于其中某一个值。

2.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的控制装置（3）中包括微处理器、存储器、时钟电路及I/O接口电路；所述的时钟电路发送时间信号到所述的微处理器，所述的微处理器根据输入的时间信息从所述的I/O接口电路输出对应于每一种分光源的光的强度的控制信号到驱动电源（2）。

3.根据权利要求2所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的I/O接口电路与无线遥控器、红外遥控器、线控器通讯连接，或与机械开关量信号发生器连接。

4.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的控制装置（3）为机械开关量信号控制器和/或模拟量信号控制器。

5.根据权利要求4所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述控制装置（3）采用脉宽调制方式控制各分光源的光的强度。

6.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于与所述的基座（1-24）连接的还有透光罩壳（1-25），所述的光学滤光层（1-23）涂覆在透光罩壳（1-25）朝向所述发光芯片（1-21）的内侧表面。

7.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的光学滤光层（1-23）是一种短波反射、长波透射的选择性透反射滤光层，即反射所述发光芯片（1-21）所发射的短波长光、透射荧光粉出射荧光的长波长光。

8.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的第一分光源至少包含一个蓝光半导体PN结发光芯片，所述蓝光半导体PN结发光芯片的发射光谱主要处于455-480nm之间。

9.根据权利要求1所述的一种健康LED照明灯，其特征在于所述的光学滤光层（1-23）和透光罩壳（1-25）为平面，或者分别以半导体PN结发光芯片（1-21）为中心形成的弧形面。

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