用于产生生物调整光的可调LED灯制造技术

本发明专利技术提供一种用于产生可调整光输出的可调发光二极管(LED)灯100。在一个实施方案中，LED灯100可包含用于在多个光输出配置中的一个配置(例如，睡前配置、相移配置和一般照明配置)中驱动LED晶粒的驱动电路440。此外，LED灯100可包含输出选择控制器445和/或输入传感器，电耦接到所述驱动电路以选择光输出配置。因而，LED灯100可调以产生适合变化的生物情境的不同水平的光谱输出，同时维持商业可接受的光质量和显色指数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术概要 本专利技术涉及光源；且更具体而言，涉及用于产生生物调整光的发光二极管（LED) 灯。 用于产生生物调整光的可调LED灯 本文提供了用于产生可调整和/或生物调整光输出的LED灯以及制造所述灯的方 法的示例性实施方案。举例来说，在一个实施方案中，所述LED灯包含用于以在多个光输出 配置（例如，睡前配置、相移配置和一般照明配置）中的一个配置中驱动LED晶粒的驱动电 路。所述LED灯可还包含输出选择控制器和/或输入传感器，其电耦接到所述驱动电路以 选择光输出配置。因而，所述LED灯可调以产生适合变化的生物情境的不同水平的光谱输 出，同时维持商业可接受的光质量和显色指数。 在下文描述各种方面和替代实施方案。 附图简述 本文并入的附图形成说明书的部分。所述图与此书面描述一起进一步用来解释根 据本专利技术的LED灯的原理，且使相关领域技术人员能够制造及使用根据本专利技术的LED灯。在 所述图中，相似参考数字指示相同或功能上类似的元件。 图1图示对比多色光的预测褪黑素抑制作用光谱的常见光源的光谱。 图2是根据本文提出的一个实施方案的LED灯的透视图。 图3是图2的LED灯的分解图。 图4是图2的LED灯的部分的分解图。 图5是图2的LED灯的部分的分解图。 图6是图2的LED灯的部分的分解图。 图7是图2的LED灯的部分的分解图。 图8是根据本专利技术的LED灯的示意过程图。 图9图示在本文提出的一个实施方案中使用的薄荷色LED晶粒的相对辐射功率曲 线。 图10A和图10B提出用于在本文提出的一个实施方案中使用的薄荷色LED晶粒的 颜色分区数据（color bin data)。 图11示出了在提出的一个实施方案中使用的红色、青色和蓝色LED晶粒的相对光 谱功率分布。 图12示出了根据提出的另一实施方案的LED灯在睡前配置中的功率谱分布。 图13示出了根据提出的一个实施方案的LED灯在相移配置中的功率谱分布。 图14示出了根据提出的一个实施方案的LED灯在一般照明配置中的功率谱分布。 图15是根据提出的另一实施方案的LED灯的分解图。 图16示出了 LED灯在睡前配置中的替代功率谱分布。 图17示出了 LED灯在相移配置中的替代功率谱分布。 图18示出了 LED灯在一般照明配置中的替代功率谱分布。 详细描述 褪黑素是松果体在夜间分泌的激素。褪黑素调节睡眠模式且帮助维持身体的生理 节律。抑制褪黑素造成睡眠障碍、扰乱生理节律，且也可造成例如高血压、心脏病、糖尿病和 /或癌症的多种病。蓝光和多色光的蓝光分量已示出抑制褪黑素的分泌。此外，褪黑素抑制 已示出波长相依性，以及约420nm与约480nm之间的波长的峰值。因而，遭受睡眠障碍或生 理节律破坏的个人在使用具有蓝光（420nm到480nm)分量的多色光源时继续加重其病情。 图1的曲线A图示褪黑素抑制的作用光谱。如曲线A所示，在约460nm左右的波长 下体验到预测最大抑制。换句话说，具有在约420nm与约480nm之间的光谱分量的光源预 期导致褪黑素抑制。图1也图示常见光源的光谱。举例来说，曲线B示出了白炽光源的光 谱。如曲线B所表明，白炽光源造成少量的褪黑素抑制，因为白炽光源缺乏主要蓝色分量。 图示荧光光源的光谱的曲线C示出了主要蓝色分量。因而，预测荧光光源比白炽光源导致 更多的褪黑素抑制。图示白色发光二极管（LED)光源的光谱的曲线D示出了量大于荧光或 白炽光源的大量蓝色分量光。因而，预测白色LED光源比荧光或白炽光源导致更多的褪黑 素抑制。 由于曾经普遍存在的白炽灯泡被荧光光源（例如，紧凑型荧光灯泡）和白色LED 光源替换，更多个人可能开始遭受睡眠障碍、生理节律失调和其它生物系统破坏。一个解决 方法可为简单滤除光源的全部蓝色分量（420nm到480nm)。然而，此过分简单的方法会形成 具有不可接受的显色性质的光源，且会有害地影响用户的适光响应。 另一方面，因为暴露在光（一般地）且尤其是蓝光中可由于褪黑素分泌的抑制而 降低睡意的水平，所以在需要时可使用暴露在光中以保持警惕性。另外，暴露在增强的蓝光 强度下可帮助重设个人的生理节律的相位或使其移位。因而，相移可在当期望重设个人的 内部身体时钟时的各种情形中有用。实例包含：避免洲际间旅行之后的飞行时差反应，或维 持从事夜间工作的轮班工人的警惕性。虽然改变光源的蓝色光谱分量的强度可通过简单滤 波来实现，但此滤波导致非最佳照明环境。 因而，本文提出具有商业可接受的显色性质的LED灯，所述LED灯可经调谐而产生 变化的光输出。在一个实施方案中，所述光输出产生最小褪黑素抑制，且因此对自然睡眠模 式和其它生物系统影响最小。所述LED灯也可经调谐而产生适合给定情境的不同水平的蓝 光，同时在每一情况下维持良好光质量和高CRI。所述LED灯也可经配置以取决于例如灯的 位置、使用、周围环境等的因素而自己进行自调谐，从而产生适当的光输出光谱。 由提出的LED灯可实现的光输出状态/配置包含：睡前配置、相移配置和一般照明 配置。在睡前配置中，所述灯产生水平降低的蓝光，以便提供足够工作环境，同时显著减少 褪黑素的抑制。由所述灯在睡前配置中产生的光谱提供适合为睡眠做准备同时仍维持光质 量的环境。在相移配置中，所述灯产生水平增加的蓝光，借此使褪黑素产生大大减少。由所 述灯在此相移配置中产生的光谱提供用于使个人的生理节律的相位或内部身体时钟移位 的环境。在一般照明配置中，所述灯产生符合典型光谱（例如，日光）的正常水平蓝光。然 而，在所有状态下，所述灯维持高视觉质量和CRI，以便提供足够工作环境。 在一个实施方案中，通过使用不同颜色的LED晶粒的特定组合和以各种电流驱动 所述LED晶粒以实现期望光输出来提供调谐或调整光输出的能力。在一个实施方案中，所 述LED灯使用红色、蓝色、青色及薄荷色LED晶粒的组合，使得晶粒的该组合产生期望光输 出，同时维持高质量光和高CRI。 图式的以下详细描述参看图示用于产生生物调整光输出的可调LED灯的示例性 实施方案的附图。其它实施方案是可能的。在不脱离本专利技术的精神和范畴的情况下，可对 本文描述的实施方案作出修改。因此，以下详细描述不意味是限制性的。 图2是根据本文提出的一个实施方案的LED灯（或灯泡）100的透视图。通常，LED 灯100经适当设计以产生生物调整光，同时仍维持商业可接受的色温和商业可接受的显色 性质。 术语生物调整光意指已做修改以管理对用户的生物效应的光。术语生物效 应意指光源对自然发生的功能或过程的任何影响或改变。举例来说，生物效应可包含 激素分泌或抑制（例如，褪黑素抑制）、对细胞功能的改变、对自然过程的刺激或破坏、细胞 变异或操纵等。 如图2所示，LED灯100包含底座110、散热器120和光学器件130。如下文将描 述，LED灯100进一步包含一个或多个LED芯片和专用电路系统。 底座110优选为爱迪生式m螺旋壳（screw-m shell)。底座110优选由导电材料 (例如铝）形成。在替代实施方案中，底座110可由其它导电材料（例如银、铜、金、导电合 金等）形成。内部电引线（未示出）附接到底座110以充当标准灯插座（未示出）的触点。 如本领域中已知的，LED芯片的耐用性常常受温度影响。因而，散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生具有70以上的显色指数的生物调整光输出的可调LED灯，其包括：底座；外壳，其附接到所述底座；电力电路，其安置于所述外壳内且使电引线附接到所述底座；驱动电路，其安置于所述外壳内且电耦接到所述电力电路；散热器，其围绕所述外壳安置；多个LED晶粒，其安装于耦接到所述外壳的支撑件上，其中所述多个LED晶粒中的每一个电耦接到所述驱动电路且由所述驱动电路驱动，且其中所述多个LED晶粒包含两个橙红色LED晶粒对三个青色LED晶粒对三个薄荷色LED晶粒对三个蓝色LED晶粒的比率；以及输出选择控制器，其电耦接到所述驱动电路以对所述驱动电路编程从而在多个光输出配置中的一个配置中驱动所述LED晶粒，其中所述多个光输出配置包含睡前配置、相移配置和一般照明配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.05 US 13/311,3001. 一种用于产生具有70以上的显色指数的生物调整光输出的可调LED灯，其包括： 底座； 外壳，其附接到所述底座； 电力电路，其安置于所述外壳内且使电引线附接到所述底座； 驱动电路，其安置于所述外壳内且电耦接到所述电力电路； 散热器，其围绕所述外壳安置； 多个LED晶粒，其安装于耦接到所述外壳的支撑件上，其中所述多个LED晶粒中的每一 个电耦接到所述驱动电路且由所述驱动电路驱动，且其中所述多个LED晶粒包含两个橙红 色LED晶粒对三个青色LED晶粒对三个薄荷色LED晶粒对三个蓝色LED晶粒的比率；以及 输出选择控制器，其电耦接到所述驱动电路以对所述驱动电路编程从而在多个光输出 配置中的一个配置中驱动所述LED晶粒，其中所述多个光输出配置包含睡前配置、相移配 置和一般照明配置。2. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中所述输出选择控制器包含允许用户选择所述 光输出配置的用户输入接口。3. 如权利要求1所述的可调LED灯，其还包括输入传感器，所述输入传感器电耦接到所 述输出选择控制器以提供在所述光输出配置的选择中要考虑的输入变量。4. 如权利要求3所述的可调LED灯，其中所述输入传感器为热传感器，且所述输入变量 选自由以下各者组成的组：环境温度、支撑件温度、LED晶粒温度、外壳温度以及其任何组 合。5. 如权利要求3所述的可调LED灯，其中所述输入传感器为光传感器，且所述输入变量 选自由以下各者组成的组：由所述灯产生的所述光输出、环境光、每日光周期以及其任何组 合。6. 如权利要求3所述的可调LED灯，其中所述输入传感器包含GPS芯片，且所述输入变 量选自由以下各者组成的组：所述灯的位置、预期环境光、实际环境光、每日光周期、季节性 光周期变化、当日时间以及其任何组合。7. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述睡前配置中，所述驱动电路驱动所述多 个LED晶粒，使得在介于约380nm与约485nm之间的可见光谱输出范围中的蓝色输出强度 水平小于约485nm以上的可见光谱输出中的任何其它峰值的相对光谱功率的约10%。8. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述相移配置中，所述驱动电路驱动所述多 个LED晶粒，使得在介于约455nm与约485nm之间的可见光谱输出范围中的蓝色输出强度 水平大于约485nm以上的可见光谱输出中的任何其它峰值的相对光谱功率的约125%。9. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述相移配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得在介于约455nm与约485nm之间的可见光谱输出范围中的蓝色输出强 度水平介于约485nm以上的可见光谱输出中的任何其它峰值的相对光谱功率的约150%到 250 %之间。10. 如权利要求8所述的可调LED灯，其中所述显色指数大于80。11. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述一般照明配置中，所述驱动电路驱 动所述多个LED晶粒，使得在介于约380nm与约485nm之间的可见光谱输出范围中的蓝色 输出强度水平介于约485nm以上的可见光谱输出中的任何其它峰值的相对光谱功率的约 100%到约20%之间。12. 如权利要求10所述的可调LED灯，其中所述显色指数大于85。13. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中所述睡前配置中的所述显色指数大于70,且 所述一般照明配置中的所述显色指数大于85,且所述相移配置中的所述显色指数大于80。14. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述睡前配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得由所述晶粒发射的辐射功率比率如下：由所述薄荷色LED晶粒产生的 约1瓦特的辐射功率对由所述橙红色LED晶粒产生的约0. 8瓦特的辐射功率对由所述青色 LED晶粒产生的约0. 3瓦特的辐射功率。15. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述一般照明配置中，所述驱动电路驱动 所述多个LED晶粒，使得由所述晶粒发射的辐射功率比率如下：由所述薄荷色LED晶粒产生 的约1瓦特的辐射功率对由所述橙红色LED晶粒产生的约0. 2瓦特的辐射功率对由所述蓝 色LED晶粒产生的约0. 2瓦特的辐射功率。16. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述相移配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得由所述晶粒发射的辐射功率比率如下：由所述薄荷色LED晶粒产生的 约1瓦特的辐射功率对由所述橙红色LED晶粒产生的约0. 1瓦特的辐射功率对由所述蓝色 LED晶粒产生的约0. 5瓦特的辐射功率。17. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述睡前配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得约0. 6瓦特的辐射功率由所述薄荷色LED晶粒产生，约0. 5瓦特的辐射 功率由所述橙红色LED晶粒产生，约0. 2瓦特的辐射功率由所述青色LED晶粒产生。18. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述一般照明配置中，所述驱动电路驱动 所述多个LED晶粒，使得约1. 9瓦特的辐射功率由所述薄荷色LED晶粒产生，约0. 3瓦特的 辐射功率由所述橙红色LED晶粒产生，约0. 4瓦特的辐射功率由所述青色LED晶粒产生，且 约0. 4瓦特的辐射功率由所述蓝色LED晶粒产生。19. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述相移配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得约1. 7瓦特的辐射功率由所述薄荷色LED晶粒产生，约0. 2瓦特的辐射 功率由所述橙红色LED晶粒产生，且约0. 9瓦特的辐射功率由所述蓝色LED晶粒产生。20. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述睡前配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得约950mA的电流传递到所述薄荷色LED晶粒，约1，000mA的电流传递到 所述橙红色LED晶粒，且约65mA的电流传递到所述青色LED晶粒。21. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述相移配置中，所述驱动电路驱动所述 多个LED晶粒，使得约950mA的电流传递到所述薄荷色LED晶粒，约150mA的电流传递到所 述橙红色LED晶粒，约235mA的电流传递到所述青色LED晶粒，且约525mA的电流传递到所 述蓝色LED晶粒。22. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中在所述一般照明配置中，所述驱动电路驱动 所述多个LED晶粒，使得约500mA的电流传递到所述薄荷色LED晶粒，约250mA的电流传递 到所述橙红色LED晶粒，约210mA的电流传递到所述青色LED晶粒，且约190mA的电流传递 到所述蓝色LED晶粒。 如权利要求1所述的可调LED灯，其中所述薄荷色晶粒产生在460nm到490nm区域中 具有凹口或低谷的功率谱。23. 如权利要求23所述的可调LED灯，其中所述薄荷色晶粒功率谱具有最小中心接近 或约470-475nm的凹口或低谷。24. 如权利要求1所述的可调LED灯，其中所述薄荷色晶粒展现辐射功率在470nm到 480nm范围中的最大强度小于所述晶粒的峰值强度的辐射功率的约2. 5%的功率谱。25. 如权利要求15所述的可调LED灯，其中所述薄荷色晶粒展现辐射功率在460nm到 490nm范围中的最大强度小于所述晶粒的峰值强度的辐射功率的约5%的功率谱。 一种LED灯，其包括： 外壳； 驱动电路，其安置于所述外壳内且经配置以电耦接到电源； 多个LED晶粒，其安装于耦接到所述外壳的支撑件上，其中所述多个LED晶粒中的每一 个电耦接到所述驱动电路且由所述驱动电路驱动；以及 输出选择控制器，其电耦接到所述驱动电路以对所述驱动电路编程从而在多个光输出 配置中的一个配置中驱动所述LED晶粒，其中所述多个光输出配置包含睡前配置和一般照 明配置。26. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述多个LED晶粒包含功率谱在460nm到490nm 区域中具有凹口或低谷的薄荷色晶粒。27. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述LED薄荷色晶粒功率谱具有最小中心接近 或约470-475nm的凹口或低谷。28. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述薄荷色晶粒展现辐射功率在470nm到480nm 范围中的最大强度小于所述晶粒的峰值强度的辐射功率的约2. 5%的功率谱。29. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述多个LED晶粒包含橙红色LED晶粒、青色 LED晶粒、薄荷色LED晶粒和蓝色LED晶粒。30. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述多个LED晶粒包含橙红色LED晶粒对青色 LED晶粒对薄荷色LED对蓝色LED晶粒各自2:3:3:3的比率。31. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述多个LED晶粒包含两个红色LED晶粒、三个 青色LED晶粒、三个薄荷色LED晶粒、三个蓝色LED晶粒。32. 如权利要求27所述的LED灯，其中所述多个光输出配置包含相移配置。33. 如权利要求27所述的LED灯，其中在所述睡前配置中，所述驱动电路驱动所述多 个LED晶粒，使得由所述晶粒发射的辐射功率比率如下：由所述薄荷色LED晶粒产生的约1 瓦特的辐射功率对由所述橙红色LED晶粒产生的约0. 8瓦特的辐射功率对由所述青色LED 晶粒产生的约0. 3瓦特的辐射功率。34. 如权利要求27所述的LED灯，其中在所述一般照明配置中，所述驱动电路驱动所 述多个LED晶粒，使得由所述晶粒发射的辐射功率比率如下：由所述薄荷色LED晶粒产生的 约1瓦特的辐射功率对由所述橙红色LED晶粒产生的约0. 2瓦特的辐射功率对...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·S·麦赛克，D·E·巴蒂恩，R·R·索莱尔，E·K·葛洛夫，
申请(专利权)人：生物照明有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US