[发明专利]光健康的多波长白光LED设计方法及其照明系统

说明书

本发明公开了一种光健康的多波长白光LED设计方法及其照明系统，该方法获取满足目标色温的色坐标点的不同峰值波长的红光LED、绿光LED、蓝光LED及黄光LED的发射光谱能量比例；然后获取发射光谱能量比例、显色指数、节律作用效率之间的曲线关系，进而获得目标色温和指定显色指数下的优化发射光谱能量比例；再对红光LED、绿光LED、蓝光LED及黄光LED均采用脉冲宽度调制调光，使它们的发射光谱能量比例达到优化发射光谱能量比例；最后进行混色得到白光LED照明系统；优点是利用混色设计优化LED光源的光谱，使白光LED照明系统在保持相同色温、相同显色指数的情况下，能够有效提高节律作用效率和褪黑素抑制指数。

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，尤其是涉及一种光健康的多波长白光LED设计方法及其照明系统。

背景技术

人类的生活受到昼夜生理节律的影响。生理节律是人体一天之内各种生理参数的生理循环，是人类在长期进化的过程中保存下来的适应性特征。当生理节律发生破坏，人们就会面临生理功能、神经行为认知功能和睡眠质量低下的状况，从而严重影响人体的健康。生理节律会随着外界环境(比如光照)的改变而改变，当人体受到光照时，人体内的生物钟系统将导引并启动从光信号到生理信号的连锁放大过程，从而调节人的行为和生理活动，参见孙大鹏提出的光照对人的生理节律的影响(灯与照明，2005，29(1):31-33.)。生理节律方面的研究显示：在哺乳动物中，光通过激活眼睛视网膜下丘脑束来调节生理节律，负责人体的非视觉生物效应，它与人脑的生物钟系统连接，通过光信号抑制来调节松果体的褪黑激素分泌以及人体内的皮质醇、体温等生理参数的变化，从而调节人体的睡眠、警觉、情绪、认知、免疫等功能，即参与生理节律的调控，参见杨春宇、梁树英、张青文提出的调节人体生理节律的光照治疗(照明工程学报，2012，23(5):4-17.)。

因此，光不仅能够满足人的视觉需求，而且也是最重要的生理节律调节因子。但是，光对生理节律系统和视觉系统的作用机理是不一样的。目前，国外的一些研究用生理节律作用因子(circadian action factor，CAF)(参见Oh J H,Yang S J,Do Y R.Healthy,natural,efficient and tunable lighting:four-package white LEDs for optimizingthe circadian effect,color quality and vision performance[J].Light:ScienceApplications,2014,3:e141.(健康自然、高效可调的照明：优化了节律效应、颜色品质和视觉性能的四基色白光LED，《光：科学与应用》期刊)和Zukauskas A,VaicekauskasR.Tunability of the circadian action of tetrachromatic solid-state lightsources[J].Applied Physics Letters,2015,106:041107.(四基色半导体光源对生理节律的调节作用，《应用物理快报》期刊))或褪黑素抑制指数(melatonin suppressionindex，MSI)(参见Aube M,Roby J,Kocifaj M.Evaluating potential spectral impactsof various artificial lights on melatonin suppression,photosynthesis,and starvisibility[J].PLoS One,2013,8(7):e67798.(评价不同人造光源光谱对褪黑素抑制、光合作用以及星体能见度的影响，《公共科学图书馆·综合》期刊)和Sano I,Tanito M,OkunoT,et al.Estimation of the melatonin suppression index through clear andyellow-tinted intraocular lenses[J].Japanese Journal of Ophthalmology,2014,58:320-326.(评估透明人眼晶状体和黄变晶状体的褪黑素抑制指数，《日本眼科学报》期刊))来表征光对人体生理节律的影响。当光源的节律作用效率或褪黑素抑制指数比较高时，光源对人体产生的节律效应就越显著，人就越清醒，学习和工作效率也相应提高。因此，对于与人类生活息息相关的光源，有必要根据光源的实际应用需求，对光源的非视觉生物效应进行优化。比如，当白天人们在办公室上班的时候，除了要提升室内灯光环境，使人感到舒适愉悦外，还非常有必要提高光源的节律作用效率，使员工能更好更有效的工作。