[发明专利]光健康的多波长白光LED设计方法及其照明系统

权利要求书

1.一种光健康的多波长白光LED设计方法，其特征在于采用不同峰值波长的红光LED、绿光LED、蓝光LED和黄光LED四种单色光源混色生成具有高节律作用效率和高褪黑素抑制指数的白光LED照明系统，具体步骤如下：

步骤1：设定待设计的白光LED照明系统所需要的目标色温；然后在CIE 1931色域空间中求得目标色温在黑体曲线上所对应的色坐标点；接着利用奇异值方程求解满足该色坐标点的红光LED、绿光LED、蓝光LED和黄光LED的发射光谱能量比例，得到多种不同的发射光谱能量比例；再按照每种发射光谱能量比例，对满足该色坐标点的红光LED、绿光LED、蓝光LED和黄光LED进行混色，得到每种发射光谱能量比例下的白光光源；其中，红光LED、绿光LED、蓝光LED和黄光LED的峰值波长不同；

步骤2：计算每种发射光谱能量比例下的白光光源的节律作用效率、褪黑素抑制指数和显色指数，将任一种发射光谱能量比例下的白光光源的节律作用效率、褪黑素抑制指数和显色指数对应记为Υ_C,v、MSI和XS；

步骤3：根据所有发射光谱能量比例及每种发射光谱能量比例下的白光光源的节律作用效率、褪黑素抑制指数和显色指数，得到发射光谱能量比例、节律作用效率、褪黑素抑制指数、显色指数之间的曲线关系；然后根据发射光谱能量比例、节律作用效率、褪黑素抑制指数、显色指数之间的曲线关系，获得目标色温和指定显色指数下高节律作用效率对应的优化发射光谱能量比例；

步骤4：对满足该色坐标点的红光LED、绿光LED、蓝光LED及黄光LED均采用脉冲宽度调制调光，改变各自的光输出强度，使它们的发射光谱能量比例达到步骤3中所获得的优化发射光谱能量比例；然后根据已调光的红光LED、绿光LED、蓝光LED及黄光LED进行混色设计，设计得到光健康的白光LED照明系统，该白光LED照明系统在目标色温和指定显色指数下具有高节律作用效率和高褪黑素抑制指数。

2.根据权利要求1所述的光健康的多波长白光LED设计方法，其特征在于所述的步骤2中，其中，Υ_C,v的单位为W/klm，λ为波长变量，Φ(λ)表示该发射光谱能量比例下的白光光源的光谱能量分布，C(λ)表示该发射光谱能量比例下的白光光源的节律效应的光谱光效率曲线，V(λ)表示该发射光谱能量比例下的白光光源的明视觉的光谱光效率函数，K_m表示该发射光谱能量比例下的白光光源的明视觉的光谱光效率的最大值，M(λ)表示该发射光谱能量比例下的白光光源的褪黑素抑制的光谱光效率曲线，Φ_n(λ)表示Φ(λ)经归一化处理后得到的归一化光谱能量分布，Φ_n(D65)(λ)表示D65光源的光谱能量分布Φ_D65(λ)经归一化处理后得到的归一化光谱能量分布。

3.根据权利要求1或2所述的光健康的多波长白光LED设计方法，其特征在于所述的步骤1中，红光LED的峰值波长为610～670nm，绿光LED的峰值波长为500～540nm，蓝光LED的峰值波长为440～480nm，黄光LED的峰值波长为580～600nm。

4.一种权利要求3所述的光健康的多波长白光LED设计方法设计得到的白光LED照明系统，其特征在于由不同峰值波长的红光LED、绿光LED、蓝光LED和黄光LED四种单色光源，并按照在目标色温和指定显色指数下得到的优化发射光谱能量比例混色而成，该白光LED照明系统在目标色温和指定显色指数下具有高节律作用效率和高褪黑素抑制指数。

5.根据权利要求4所述的光健康的多波长白光LED照明系统，其特征在于所述的红光LED的峰值波长为610～670nm，所述的绿光LED的峰值波长为500～540nm，所述的蓝光LED的峰值波长为440～480nm，所述的黄光LED的峰值波长为580～600nm。

6.根据权利要求4或5所述的光健康的多波长白光LED照明系统，其特征在于所述的黄光LED为黄光芯片封装得到，或为芯片激发黄光荧光粉得到；所述的黄光LED的光谱的全值半宽度为15～130nm。

7.根据权利要求6所述的光健康的多波长白光LED照明系统，其特征在于所述的目标色温的调节范围为2000～10000K。