专利名称：用于产生生物学校正光的led灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源，具体地涉及一种用于产生生物学校正光的发光二极管(LED)灯。
背景技术：
褪黑激素是松果腺在夜间分泌的激素。褪黑激素调节睡眠模式并帮助保持身体的生理节奏。褪黑激素的抑制会引起睡眠紊乱，打乱生理节奏，并且还会引起诸如高血压、心脏病、糖尿病和/或癌症的病症。已经证实蓝光以及复色光的蓝光分量可抑制褪黑激素的分泌。此外，已经证实褪黑激素抑制是有波长依赖性的，并且在约420nm与约480nm之间的波长处达到峰值。由此，当使用具有蓝光(420nm-480nm)分量的复色光源时，受到睡眠紊乱或生理节奏混乱困扰的个体会继续加剧他们的病症。图1的曲线A示出褪黑激素抑制的作用光谱。如曲线A所示，在约460nm的波长附近出现预测的最大抑制。换言之，具有约420nm与约480nm之间的光谱分量的光源被认为会引起褪黑激素抑制。图1还示出了常规光源的光谱。例如，曲线B示出了白炽光源的光谱。如曲线B所证明的那样，因为白炽光源缺少主要的蓝光分量，故白炽光源引起少量的褪黑激素抑制。图示荧光光源光谱的曲线C示出了主要的蓝光分量。由此，预测荧光光源比白炽光源引起更多的褪黑激素抑制。图示白光发光二极管(LED)光源光谱的曲线D示出了比荧光或白炽光源更大量的蓝光分量。由此，预测白光LED光源比荧光或白炽光源引起更多的褪黑激素抑制。对于有关光的生理节奏效应的其它背景，参考以下出版物，这些出版物的全部内容通过引用被并入本文Figueiro 等，“Spectral Sensitivity of the Circadian System,，，LightingResearch Center,可在以下网址获得http://www.1re. rp1. edu/programs/1ightHealth/pdf/spectralSensitivity.pdf。Rea 等，“Circadian Light,，，Journal of Circadian Rhythms, 8:20 (2010)。Stevens, R. G. , “Electric power use and breast cancer ; ahypothesis,，，American Journal of Epidemiology, 125:4，556-561 页(1987)。Veitch 等，“Modulation of Fluorescent Light:Flicker Rate and LightSource Effects on Visual Performance and Visual Comfort。由于荧光光源(如，紧凑型荧光灯泡)和白光LED光源取代了曾经普遍存在的白炽灯泡，所以更多个体可能开始受到睡眠紊乱、生理节奏紊乱及其它的生物系统混乱的困扰。一种解决方案可以是简单地过滤掉光源中全部的蓝光分量(420nm-480nm)。然而，这种过于简单的方法可能会产生具有不可接受的显色性质的光源，并可能对使用者的明视响应产生负面影响。所需要的是具有商业可接受的显色性质的LED光源，这种LED光源产生最小的褪黑激素抑制，并因此对自然睡眠和其它的生物系统具有最小的影响
发明内容
本发明提供一种用于产生生物学校正光的发光二极管(LED)灯的示例性实施例。在一个实施例中，LED灯包括彩色滤光片，所述彩色滤光片对灯的LED芯片所产生的光进行修改，以增强光谱对立性并使褪黑激素抑制最小化。在这种情况下，所述灯使其可能对使用者所产生的生物学影响最小化。适当地设计所述LED灯以产生这样的生物学校正光，而同时仍然保持商业可接受的色温和商业可接受的显色性质。提供了制造这种灯的方法以及等效的灯和等效的制造方法。
包括在本发明中的附图构成说明书的一部分。与文字说明书一起，附图还用于解释根据本发明的LED灯的原理，以及使本领域技术人员能够制造和使用根据本发明的LED灯。在附图中，相似的附图标记表示相同或功能相似的组件。图1图示与复色光的预测褪黑激素抑制作用光谱相比较的常规光源的光谱。图2是根据本发明提出的一个实施例的LED灯的立体图。图3是图2的LED灯的分解图。图4是图2的LED灯中的一部分的分解图。图5是图2的LED灯中的一部分的分解图。图6是图2的LED灯中的一部分的分解图。图7是图2的LED灯中的一部分的分解图。图8图示根据本发明提出的一个实施例的彩色滤光片的最佳透射率曲线。图9图示如图1所示的与复色光的预测褪黑激素抑制作用光谱相比较的常规光源的光谱，并且还包括根据本发明提出的一个实施例的LED灯的光谱。图10图示根据本发明提出的一个实施例的彩色滤光片的最佳透射率曲线。
具体实施例方式以下对附图的详细描述参照图示了产生生物学校正光的LED灯的示例性实施例的附图。其它实施例也是可能的。在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以对实施例进行修改。因此，以下的详细描述不用于限定。图2是根据本发明提出的一个实施例的LED灯(或灯泡)100的立体图。如图2所示，LED灯100包括底座110、散热器120和光学组件130。如以下将要描述的，LED灯100还包括一个或更多个LED芯片以及LED灯100内的专用电路。LED灯100设计为产生生物学校正光。术语“生物学校正光”是指“被修改为限制对使用者的生物学影响或使对使用者的生物学影响最小化的光”。术语“生物学影响”是指“光源对自然产生的功能或过程所造成的任何影响或改变”。例如，生物学影响可以包括激素分泌或抑制(如褪黑激素抑制)、对细胞功能的改变、自然过程的刺激或混乱、细胞突变或操纵等。底座110优选为爱迪生型旋入式壳体。底座110优选由诸如铝的导电材料制成。在可选的实施例中，底座110可以由其它的导电材料，如银、铜、金、导电合金等制成。内部的电引线(未示出)与底座110连接，以用作标准灯插座的接触件(未示出)。如现有技术中已知的，LED芯片的耐久性通常受到温度的影响。由此，散热器120及其等效结构用作使LED灯100内的一个或更多个LED芯片散热的部件。在图2中，散热器120包括散热片以增大散热器的表面积。可选地，散热器120可以形成为具有一般用于将热量从LED灯100内的LED芯片引开的任何构造、尺寸或形状。散热器120优选由导热材料，如铝、铜、钢等制成。光学组件130设置为包围LED灯100内的LED芯片。如本文所使用的，术语“包围”或“周围”是指部分或完全地封装。换言之，光学组件130通过部分或完全地覆盖一个或更多个LED芯片使得一个或更多个LED芯片所产生的光穿透光学组件130的方式来包围LED芯片。在示出的实施例中，光学组件130采用球形的形状。但是，光学组件130也可以形成为具有其它形式、形状或尺寸。在一个实施例中，通过并入如美国专利No. 7，319，293(本文通过引用包括该专利的全部内容)中描述的漫射技术，光学组件130用作光学漫射组件。在这一实施例中，光学组件130及其等效结构用作使光从LED芯片漫射的部件。在可选的实施例中，光学组件130可以由光漫射塑料制成，可以包括光漫射涂层，或可以具有附着或包埋在其中的漫射颗粒。在一个实施例中，光学组件130包括应用于其的彩色滤光片。彩色滤光片可以位于光学组件130的内表面或外表面上。彩色滤光片用于修改从一个或更多个LED芯片输出的光。彩色滤光片对光进行修改以增强光谱对立性，并由此使光的生物学影响最小化，同时保持商业可接受的显色特性。注意，根据本发明的彩色滤光片设计成不仅仅是简单地过滤掉来自LED芯片的蓝光分量。而是彩色滤光片被配置成利用光谱对立性，所述光谱对立性即来自光谱中的一部分的波长激发回应(或响应)而来自另一部分的波长抑制回应(或响应)的现象。例如，最近的研究已经表明光谱对立性导致光的特定波长使蓝光所导致的褪黑激素抑制无效。由此，发明人已经发现通过设计一种过滤LED芯片的蓝光分量中的一些(SP，不是全部)而同时增加黄光分量(黄光是蓝光的光谱对立部分)的彩色滤光片，能够将LED灯设计成保持商业可接受的显色性质，而同时使LED灯的生物学影响最小化。通过使生物学影响(例如降低褪黑激素抑制)最小化，LED灯能够为遭受睡眠紊乱、生理节奏混乱和其它的生物系统混乱的人提供缓解。图3是LED灯100的分解图，其示出了灯的内部部件。如图所示，除了上述部件外，LED灯100还至少包括壳体115、印刷电路板(PCB)117、一个或更多个LED芯片200、保持件125、弹簧接线器127和螺丝129。PCBl 17包括对一个或更多个LED芯片200进行供电、驱动和控制的专用电路。PCBl 17至少包括驱动电路和电源电路。PCBl 17上的电路用作驱动LED芯片200的装置。在一个实施例中，驱动电路被配置为以频率大于200Hz的纹波电流驱动LED芯片200。选择频率200Hz以上的纹波电流是为了避免可能由频率200Hz以下的纹波电流引起的生物学影响。例如，研究已经表明一些个体对200Hz以下的光闪烁敏感，并且在一些情况下感到严重的头痛、痉挛等。当在本文中使用时，“LED芯片”广义地包括可以经处理的(例如用涂覆的荧光粉)或未经处理的、经过封装的或未经封装或者具有反射器或不具有反射器的LED裸片。然而，在示出的实施例中，LED芯片200为具有多个涂覆了荧光粉的蓝光泵浦(约465nm)LED裸片的“白光LED芯片”。在另一个实施例中，LED芯片200为具有多个涂覆了荧光粉的蓝光泵浦(约450nm)LED裸片的白光LED芯片。在可选的实施例中，LED芯片200采用石榴石基荧光粉，如钇铝石榴石(YAG)或二元YAG荧光粉，正硅酸盐基荧光粉或量子点以产生白光。在一个实施例中，LED芯片200发出的光具有约2500K与2900K之间的色温，更优选为约2700K。图4-7是LED灯100中的一部分的分解图。图4-7示出了如何组装LED灯100。如图4中所示，将底座110粘结或压接到壳体115上。将PCB117安装在壳体115内。可以使用绝缘和/或灌注(或灌封)化合物(未示出)来保护壳体115内的PCBl 17。PCBl 17上的电引线(未示出)与底座110耦接，以形成LED灯100的电输入线。如图5所示，散热器120设置在壳体115周围。如图6所示，两个LED芯片200安装在散热器120上，并通过保持件125保持在位。虽然示出的是两个LED芯片200，但是可选的实施例可以包括任何数量的LED芯片(即一个或更多个)。螺丝129用于将保持件125固定到散热器120上。螺丝129可以是现有技术中任何已知的螺丝(例如M2plastite塑料螺丝)。弹簧接线器127用于使LED芯片200与PCB117上的驱动电路连接。在可选的实施例中，可以在不使用保持件125、螺丝129或接线器127的情况下直接将LED芯片200 (封装的或未封装的)与散热器120连接。如图7所示，然后将光学组件130安装并连接到散热器120上。图8表示根据本发明一个实施例的彩色滤光片的最佳透射率曲线。发明人已经发现图8的透射率曲线提供了增强的光谱对立性，这使生物学影响最小化，同时保持商业可接受的显色指数。例如，将具有图8的透射率曲线的彩色滤光片应用到LED灯100上会产生具有70以上、优选80以上的显色指数以及约2700K与约3500K之间、优选约3015K的色温的灯。在一个实施例中，LED灯100不产生UV光。在一个实施例中，LED灯100产生400-800 流明。在一个实施例中，彩色滤光片为R0SC0LUX#87淡黄绿色(R0SC0LUX#87Pale YellowGreen)彩色滤光片。在可选的实施例中，彩色滤光片具有约85%的总透射率、约38微米的厚度，并且由深度染色的聚酯膜制成。在又一个实施例中，根据下表，彩色滤光片在一个或更多个波长处具有+/-10%以内的透射率百分比
权利要求
1.一种生物学校正LED灯，具有70以上的显色指数以及约2700K与约3500K之间的色温，其中所述灯产生增强光谱对立性的光谱功率分布，以由此使褪黑激素抑制最小化，包括 底座； 与所述底座连接的壳体； 设置在所述壳体内并具有与所述底座连接的电引线的电源电路； 设置在所述壳体内并与所述电源电路电耦接的驱动电路； 设置在所述壳体周围的散热器； 与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片与所述散热器耦接，其中所述多个LED芯片为产生具有约2700K色温的光的蓝光泵浦的白光LED芯片，并且其中所述驱动电路被配置成以频率大于200Hz的纹波电流驱动所述多个LED芯片；以及 安装在所述散热器上并包围所述多个LED芯片的光学漫射组件，其中所述光学漫射组件具有应用于其的彩色滤光片，并且其中所述彩色滤光片被配置成增强光谱对立性，以由此降低从所述多个LED芯片输出的光的褪黑激素抑制效应。
2.如权利要求1所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片具有约85%的总透射率，约38微米的厚度，并且由深度染色的聚酯膜制成。
3.如权利要求1所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片具有聚对苯二甲酸乙~■醇酷基底。
4.如权利要求1所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片为ROSCOLUX#87淡黄绿色彩色滤光片。
5.如权利要求1所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片在约440nm的波长处具有约45%的透射率，在约460nm的波长处具有约53%的透射率，在约480nm的波长处具有约75%的透射率，在约560nm的波长处具有约77%的透射率，在约580nm的波长处具有约74%的透射率，并且在约600nm的波长处具有约71%的透射率。
6.一种生物学校正LED灯，包括 壳体； 设置在所述壳体内的驱动电路； 与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片产生光输出；以及 包围所述多个LED芯片的光学组件，其中所述光学组件具有应用于其的彩色滤光片，并且其中所述彩色滤光片被配置成增强光谱对立性，以由此降低所述多个LED芯片的光输出的生物学影响。
7.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述多个LED芯片为蓝光泵浦的白光LED芯片。
8.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述多个LED芯片的光输出具有约2500K与约2900K之间的色温。
9.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述多个LED芯片的光输出具有约2700K的色温。
10.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述灯具有70以上的显色指数。
11.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述灯具有约2700K与约3500K之间的色温。
12.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，还包括设置在所述壳体周围的散热器。
13.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片具有约85%的总透射率，约38微米的厚度，并且由深度染色的聚酯膜制成。
14.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片具有聚对苯二甲酸乙~■醇酷基底。
15.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片为ROSCOLUX#87淡黄绿色彩色滤光片。
16.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片在约440nm的波长处具有约45%的透射率，在约460nm的波长处具有约53%的透射率，在约480nm的波长处具有约75%的透射率，在约560nm的波长处具有约77%的透射率，在约580nm的波长处具有约74%的透射率，并且在约600nm的波长处具有约71%的透射率。
17.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述驱动电路被配置成以频率大于200Hz的纹波电流驱动所述多个LED芯片。
18.如权利要求6所述的生物学校正LED灯，其中所述灯不产生UV光。
19.一种灯，包括 壳体； 设置在所述壳体内的驱动电路； 与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动以产生光输出的至少一个LED芯片；以及 用于增强所述光输出的光谱对立性以限制所述光输出的生物学影响的装置。
20.如权利要求19所述的灯，其中所述生物学影响为褪黑激素抑制。
21.如权利要求19所述的灯，其中所述驱动器被配置成以频率大于200Hz的脉动频率驱动所述LED芯片。
22.如权利要求19所述的灯，其中所述用于增强光输出的光谱对立性以限制光输出的生物学影响的装置被配置成使得所述灯产生具有约2700K与约3500K之间的色温的合成光输出。
23.如权利要求19所述的灯，其中所述用于增强光输出的光谱对立性以限制光输出的生物学影响的装置被配置成使得所述灯产生具有70以上的显色指数的合成光输出。
24.如权利要求19所述的灯，其中所述用于增强光输出的光谱对立性以限制光输出的生物学影响的装置被配置成使得所述灯产生0. 05以下的生理节奏与明视比。
25.如权利要求19所述的灯，其中所述用于增强光输出的光谱对立性的装置为注入到光学组件中的着色物，其中所述光学组件包围所述至少一个LED芯片。
26.如权利要求19所述的灯，还包括设置在所述壳体周围的散热器。
27.一种使白光LED灯所产生的生物学影响最小化的方法，其中所述LED灯包括壳体；设置在所述壳体内的驱动电路；与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片产生光输出；以及包围所述多个LED芯片的光学组件，所述方法包括 对所述光学组件应用彩色滤光片，所述彩色滤光片被配置为增强光谱对立性。
28.如权利要求27所述的方法，还包括 将所述驱动电路配置成以频率大于200Hz的纹波电流驱动所述LED芯片。
29.一种使白光LED灯所产生的生物学影响最小化的方法，其中所述LED灯包括壳体；设置在所述壳体内的驱动电路；与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片产生光输出；以及包围所述多个LED芯片的光学组件，所述方法包括 对所述光学组件应用彩色滤光片，所述彩色滤光片在约440nm的波长处具有约45%的透射率，在约460nm的波长处具有约53%的透射率，在约480nm的波长处具有约75%的透射率，在约560nm的波长处具有约77%的透射率，在约580nm的波长处具有约74%的透射率，并且在约600nm的波长处具有约71%的透射率。
30.如权利要求29所述的方法，还包括 将所述驱动电路配置成以频率大于200Hz的纹波电流驱动所述LED芯片。
31.一种生物学校正LED灯，包括 壳体； 设置在所述壳体内的驱动电路； 与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片产生光输出；以及 包围所述多个LED芯片的光学组件，其中所述光学组件具有应用于其的彩色滤光片，其中所述彩色滤光片被配置成增强光谱对立性，以由此降低所述多个LED芯片的光输出的生物学影响，并且其中所述彩色滤光片具有约75%的总透射率。
32.如权利要求31所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片为R0SC0LUX#4530CALC0L0R30 黄色彩色滤光片。
33.一种生物学校正LED灯，具有70以上的显色指数以及约2700K与约3500K之间的色温，其中所述灯产生增强光谱对立性的光谱功率分布，以由此使褪黑激素抑制最小化，所述LED灯包括 底座； 与所述底座连接的壳体； 设置在所述壳体内并具有与所述底座连接的电引线的电源电路； 设置在所述壳体内并与所述电源电路电耦接的驱动电路； 设置在所述壳体周围的散热器； 与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片与所述散热器耦接，其中所述多个LED芯片为产生具有约2700K色温的光的蓝光泵浦的白光LED芯片，并且其中所述驱动电路被配置成以频率大于200Hz的纹波电流驱动所述多个LED芯片；以及 安装在所述散热器上并包围所述多个LED芯片的光学漫射组件，其中所述光学漫射组件具有应用于其的彩色滤光片，并且其中所述彩色滤光片被配置成增强光谱对立性，以由此降低从所述多个LED芯片输出的光的褪黑激素抑制效应，其中所述彩色滤光片具有约75%的总透射率。
34.如权利要求33所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片为R0SC0LUX#4530CALC0L0R30 黄色彩色滤光片。
35.如权利要求33所述的生物学校正LED灯，其中所述彩色滤光片在约440nm的波长处具有约22%的透射率，在约460nm的波长处具有约35%的透射率，在约480nm的波长处具有约74%的透射率，在约560nm的波长处具有约85%的透射率，在约580nm的波长处具有约85%的透射率，并且在约600nm的波长处具有约86%的透射率。
36.一种使白光LED灯所产生的生物学影响最小化的方法，其中所述LED灯包括壳体；设置在所述壳体内的驱动电路；与所述驱动电路电耦接并由所述驱动电路驱动的多个LED芯片，其中所述多个LED芯片产生光输出；以及包围所述多个LED芯片的光学组件，所述方法包括 对所述光学组件应用彩色滤光片，所述彩色滤光片在约440nm的波长处具有约22%的透射率，在约460nm的波长处具有约35%的透射率，在约480nm的波长处具有约74%的透射率，在约560nm的波长处具有约85%的透射率，在约580nm的波长处具有约85%的透射率，并且在约600nm的波长处具有约86%的透射率。
全文摘要
本发明提供一种用于产生生物学校正光的发光二极管(LED)灯。在一个实施例中，LED灯包括彩色滤光片，所述彩色滤光片对灯的LED芯片所产生的光进行修改，以增强光谱对立性并使褪黑激素抑制最小化。在这种情况下，所述灯使其可能对使用者所造成的生物学影响最小化。适当地设计所述LED灯以产生这样的生物学校正光，而同时仍然保持商业可接受的色温和商业可接受的显色性质。提供了制造这种灯的方法以及等效的灯和等效的制造方法。
文档编号F21V17/00GK103026131SQ201180036133
公开日2013年4月3日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年7月23日
发明者弗雷德里克·S.·马克西克, 罗伯特·R.·索莱尔, 大卫·E·巴尔提纳 申请人:生物照明有限责任公司