專利名稱：光源設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有分別用于發射紅光、藍光和綠光的光發射器的光源設備。
背景技術：
通常，提出了用于代替諸如白熾燈、熒光燈等的白光源的光源設備。該光源設備通 過使用發射紅光、綠光和藍光的發光二極管并且將每個發光二極管的波長范圍選擇在特定 的范圍，從而實現了高顯色性。 例如，公開了一種光源設備，其具有峰值波長在600nm-660nm的范圍內的紅光發 射器、峰值波長在530nm-570nm的范圍內的綠光發射器和峰值波長在420nm-470nm的范圍 內的藍光發射器，如在圖14的表格和在圖15中圖示的光譜功率分布中所示(例如，參見日 本專利申請公開No. 2007-173557)。 在上述示例中，盡管褪黑激素抑制效率低，但是在從光發射器發射的光具有尖峰 波長時，不能實現好的顯色性。此外，當任一峰值波長偏離一個或多個光發射器中所期望的 范圍時，惡化了顯色性。 例如，如圖14所示，所有峰值波長在常規示例1和2的上述范圍內，其中其紅光發 射器分別具有620nm和650nm的峰值波長。然而，常規示例2的顯色系數(Ra)低于常規示 例1的顯色系數，其中Ra是指示其顯色性的值。這是因為與常規示例1相比，常規示例2 使用發射具有相對尖峰波長的光發射器。 在常規示例1的情況下，盡管顯色性好，但是褪黑激素抑制效率高。為了降低褪黑 激素抑制效率，可以考慮如在常規示例2中所示的光源設備，在該常規示例2中紅光發射器 的峰值波長為650nm，該峰值波長偏離常規示例1中的紅光發射器的620nm的峰值波長，如 圖14和圖15中所示。 然而，在常規示例2中，作為顯色性的量度的顯色指數(Ra)降低，如圖14中所示。 如常規示例1和2中所示，增加顯示效果和降低褪黑激素抑制效率具有一種均衡關系，這被 認為是其中所采用的光發射器(圖15)的相對尖峰特性導致的。
發明內容
鑒于上述內容，本發明提供一種光源設備，所述光源設備通過使用具有寬的峰值 的光發射器而具有高顯色性和低褪黑激素抑制效率。 根據本發明的實施例，提供包括一種光源設備的一種光源設備，所述光源設備包
括峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且在半峰值強度的波長范圍比600nm-660nm的范
圍寬的第一光發射器；峰值波長在530nm-570nm的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比
530nm-570nm的范圍寬的第二光發射器。此外，所述光源設備包括第三光發射器，在其光譜
功率分布中所述第三光發射器的峰值波長位于420nm-470nm的范圍內。 利用上述配置，因為第一和第二光發射器的光譜功率分布曲線分別具有寬的峰
值，所述設備的顯色性很難被峰值波長的變化影響，從而提高了其顯色性。
在光源設備中，第一和第二光發射器中的每一個可以包括峰值波長在530nm以下 的用作光源的發光二極管，并且第一光發射器的480nm以下的可見光成分基本為零。
利用該配置，第一和第二光發射器中的每一個包括發射峰值波長低于530nm的光 的發光二極管，并且由第一光發射器發射的光幾乎不包括480nm以下的可見光成分。因此， 由第一和第二光發射器中的每一個發射的光包括由其自己光源導致的波長成分并且具有 寬的峰值，并且光的長波長成分被補償。因此，色溫的變化范圍被加寬，顯色性得到提高且 降低了低褪黑激素抑制效率。 在所述光源設備中，第二光發射器的480nm以下的可見光成分可以基本為零。 利用該配置，因為由第一和第二光發射器發射的光幾乎不包括可見光成分，在褪
黑激素抑制中起作用的波長成分被有效排除，同時保持了好的顯色性。因此，如果將上面提
及的光源設備應用在普通照明的光源中，其能夠有效阻止對褪黑激素產生的抑制。 在所述光源設備中，所述第一和第二光發射器中的每一個可以包括峰值波長在
530nm以下的光源和設置在光源附近的顏色轉換元件。 利用該配置，能夠獲得期望波長的光并且改善其顯色性。 在所述光源設備中，光源可以是發光二極管并且所述發光二極管可以被由顏色轉 換材料制成的樹脂覆蓋，其中顏色轉換材料包含吸收波長在480nm以下的可見光成分的成 分。 利用該配置，通過使用顏色轉換材料能夠將在抑制褪黑激素產生中起作用的波長
成分排除，同時保持顯色性，其中顏色轉換材料例如為覆蓋發光二極管并吸收由所述第一
和第二光發射器發射的光中480nm或更短的可見光成分的樹脂。此外，如果將上面提及的
光源設備應用在普通照明的光源中，能夠有效地阻止對褪黑激素產生的抑制。 在所述光源設備中，顏色轉換元件可以包括光學多層膜或熒光材料。 利用該配置，通過使用覆蓋發光二極管并吸收由所述第一和第二光發射器發射的
光中480nm或更短可見光成分的顏色轉換元件，能夠排除在抑制褪黑激素產生中起作用的
波長成分，同時保持設備的顯色性。此外，如果將上面提及的光源設備應用于普通照明的光
源中，能夠有效地阻止對褪黑激素產生的抑制。 在所述光源設備中，所述第一和第二發射器中的每一個可以包括被設置在顏色 轉換元件上的透鏡，所述透鏡還可以包括短波長截止濾光器，所述短波長截止濾光器截止 480nm以下的可見光成分。 利用該配置，通過使用包括被設置在樹脂中的短波長截止濾光器的透鏡，能夠排 除在抑制褪黑激素產生中起作用的波長成分，同時保持設備的顯色性，其中所述樹脂包括 覆蓋所述發光二極管并且吸收由所述第一和第二光發射器發射的光中的480nm或更短可 見光成分的光學多層膜。此外，如果將上面提及的光源設備應用于普通照明的光源中，能夠 有效地阻止抑制褪黑激素產生。 利用根據本發明的光源設備，能夠改善顯色性而不抑制褪黑激素產生。
通過下面結合附圖給出的優選實施例的描述，本發明的目的和特征將變得顯而易 見。
圖1示出了根據本發明的第一實施例的光源設備的示意性構造； 圖2是說明與暖白色熒光燈和常規示例相比根據本發明的第一實施例的光源的
顯色性和相對褪黑激素抑制效率的表格； 圖3描述了根據第一實施例的光源設備的光譜功率分布； 圖4示出了根據本發明的第二實施例的光源設備的示意性構造； 圖5A_圖5C分別說明在根據第二實施例的光源設備中第一至第三光發射器的示
意性構造； 圖6是說明與暖白色熒光燈和常規示例相比根據本發明的第二實施例的光源設 備的顯色性和相對褪黑激素抑制效率的表格； 圖7描述了根據第二實施例的光源設備的光譜功率分布； 圖8A_圖8C分別描述了在第二實施例中第一至第三光發射器的光譜功率分布；
圖9通過使用SP示出了根據第二實施例的光源設備的光譜功率分布；
圖10說明由根據本發明的第二實施例的光源設備發射的光的X-y色品圖；
圖11描述了作為對比示例的暖白色熒光燈的光譜功率分布；
圖12描述了用于計算相對褪黑激素抑制效率的公式；
圖13示出了褪黑激素的響應光譜； 圖14示出了與暖白色熒光燈相比根據常規示例的光源設備的顯色性和相對褪黑 激素抑制效率；以及 圖15描述了常規示例的光源設備的光譜功率分布。
具體實施例方式
在下文中，將參照作為說明書一部分的附圖更詳細描述根據本發明實施例的光源 設備。〈第一實施例〉 圖1示意性示出了根據本發明的第一實施例的光源設備的配置。 參照圖l，光源設備l包括第一光發射器Prl、第二光發射器Pr2和第三光發射器
Pr3，它們被設置成彼此毗鄰并且被連接至控制單元20，可以將分別用于控制光發射器Prl
至Pr3的輸出的調色信號應用至該控制單元20。控制單元20由電源30供電。 第一光發射器Prl包括一個或多個(例如4個)發光二極管(LED)單元rl'，每個
發射峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且在半峰值強度處的波長范圍比600nm-660nm范
圍寬的紅光。也就是說，最大強度處的峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且最大強度一
半處峰值的最小波長和最大波長分別小于600nm和大于660nm(例如，參見圖8C)。第二光
發射器Pgl包括一個或多個LED單元gl'，每個發射峰值波長在530nm-570nm的范圍內并且
在半峰值強度處的波長范圍比530nm-570nm的范圍寬(例如，參見圖8B)的綠光。 此外，第三光發射器Pbl包括一個或多個LED單元bl'(例如2個)，每個發射峰
值波長在420nm-470nm的范圍內(例如，參見圖8A)的藍光。〈示例1和2> 在下文中，將解釋光源設備1的示例1和2，其中將光發射器Prl，Pgl，Pbl的峰值 波長設定在上面描述的范圍內。
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圖2是一個表格，其描述了示例1和2以及作為對比示例的常規示例1、2的光發 射器Prl、 Pgl、 Pbl中的每一個的峰值波長和顯色指數Ra。 Ra是基于JISZ 8726確定的。當Ra越接近于100時，光源所再現的各種顏色與在
自然光中的各種顏色越接近。 一般地，如果Ra是80或更大，認為顯色足夠。 相對褪黑激素抑制效率表示抑制褪黑激素分泌的效率，并且通過圖12中所示的
公式計算且使用暖白色熒光燈作為參考以百分比表示。 褪黑激素是一種荷爾蒙，它是由大腦中的松果腺產生的并且在從剛入睡前到熟睡 的前一半的期間大量分泌。另外，已知褪黑激素導致降低體溫和睡意。此外，已知在晚間時 候接收光的情況下褪黑激素的分泌被抑制，并且已報告了說明波長特性的作用光譜，如圖 13中所示。參照圖13，褪黑激素抑制敏感度在464nm處具有峰值，并且因此，能夠通過阻擋 這附近的波長來阻止在晚間時候褪黑激素產生的抑制。 在如圖2所示的示例1中，第一光發射器Prl包括LED單元rl'，每一個發射峰值 波長為630nm的紅光，第二光發射器Pgl包括LED單元gl'，每一個發射峰值波長為530nm 的綠光，并且第三光發射器Pbl包括LED單元bl'，每一個發射峰值波長為460nm的藍光。 另外，第一和第二光發射器Prl和Pgl具有如上所述的寬的峰值。 在圖3中通過實線示出了如上配置的示例1的光源設備1所發射的光的光譜功率 分布。 示例2與示例1的不同之處在于第一光發射器Prl包括一個或多個LED單元，每 一個發射峰值波長為660nm的紅光。其它的與示例1中相同。 在圖3中通過虛線示出了由如上配置的示例2的光源設備1所發射的光的光譜功 率分布。 圖11示出了作為對比示例示出的暖白色熒光燈的光譜功率分布。此外，常規示例
1和2中的每一個的光源設備分別包括三個光發射器，所述三個光發射器的峰值波長分別
如圖14的表所示，并且其光譜功率分布分別圖15中的實線和虛線所示。 參照圖2，在示例1中Ra是92，并且所述Ra大于暖白色熒光燈的Ra，顯示了高顯色性。 同時，在示例2中Ra是86，所述Ra低于在示例l中的Ra，不過也足夠高了。此外， 當將其與常規示例2以及常規示例1對比時，其表現出顯著的進步。 如上所述，利用根據示例1和2的光源設備l，能夠實現高顯色性，因此，根據示例 1和2的光源設備1適于用作室內照明系統的光源設備。
〈第二實施例> 圖4示意性地示出了根據本發明的第二實施例的光源設備2的配置。 參照圖4，第二實施例的光源設備2包括具有一個或多個(例如4個)LED單元rl'
的第一光發射器Pr2，具有一個或多個(例如2個)LED單元gl'的第二光發射器Pg2，以及
具有一個或多個(例如2個)LED單元bi'的第三光發射器Pb2，將這些設置成彼此毗鄰并
且分別連接至控制單元20。 圖5A-5C分別示出了根據第二實施例的第一、第二和第三光發射器Pr2、Pg2和Pb2 的LED單元的示意性配置。 參照圖5A，第一光發射器Pr2中的每一個LED單元rl'包括LED rl、設置成覆蓋
6LED單元rl'的發射部分的顏色(波長)轉換單元xl，以及設置在顏色轉換單元xl上的短 波長截止濾光器fl。此外，LED rl發射峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且半峰值強度 的波長范圍比600nm-660nm的范圍寬的紅光。 LED rl發射峰值波長小于530nm的光。顏色轉換單元xl是例如由光學多層膜、透 明樹脂或熒光材料制成的光學構件。所述顏色轉換單元xl用于吸收由LED rl發射的光，并 且產生峰值波長設置在600nm-660nm范圍內、半峰值強度處的波長范圍寬于600nm-660nm 的紅光。 此外，截止濾光器fl是通過將偶氮系、卩比唑啉酮系、喹啉黃系、還原黃 (flavantfrone)系等無機或有機色素或黃色染料混合進諸如丙烯、聚碳酸酯、硅樹脂等的 半透明或透明樹脂形成的。截止濾光器fl用于阻擋480nm以下波長的可見光，使其降到幾 乎O水平。此外，作為替代，可以使用黃色玻璃、在其上施加包含上述的色素等的涂料或清 漆的玻璃、光學多層膜等等。 顏色轉換單元xl和截止濾光器fl可以集成為單一體。它們可以例如通過將顏色 轉換單元xl和上面提到的色素混合，或者在顏色轉換單元xl上形成或施加光學多層膜來 集成。 此外，可以在顏色轉換單元xl上設置透鏡部分ll，并且上述的色素等可以混合在 透鏡部分ll中。透鏡部分可以由有色玻璃制成。或者，通過利用在透鏡部分上涂覆或形成 光學多層膜將顏色轉換單元xl和截止濾光器fl與透鏡部分11集成，可以將顏色轉換單元 xl、透鏡部分11和截止濾光器fl集成為單一體。此外，可以將堆疊順序變為與圖5A中所 示的示例不同，例如，可以將透鏡部分11設置于截止濾光器fl上。 參照圖5B，每一個第二光發射器Pg2的LED單元gl'包括LED gl、設置成覆蓋LED gl的發射部分的顏色轉換單元x2，以及設置在顏色轉換單元x2上的短波長截止濾光器。還 可以在顏色轉換單元x2上設置透鏡12。此外，LED單元gl'發射峰值波長在530nm-570nm 的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比530nm-570nm的范圍寬的綠光。
LED gl發射峰值波長小于530nm的光。LED gl可以與LED rl相同，也可以不同。 截止濾光器fl用于阻擋波長在480nm以下的可見光至幾乎為零。顏色轉化單元x2用于吸 收從LED gl發射的光，且產生峰值波長設置在530nm-570nm范圍內、半峰值強度處的波長 范圍寬于530nm- = 570nm的綠光。截止濾光器f 1用于阻擋波長在480nm以下的可見光至 幾乎為零。 此外，顏色轉換單元x2、截止濾光器f2和透鏡12的配置和制造方法也分別與在第 一光發射器Prl中的顏色轉換單元xl、截止濾光器fl和透鏡11的配置和制造方法相同，因 此這部分描述被省略。顏色轉換單元x2、截止濾光器f2和透鏡12的布置不限于上面的描 述，并且例如，可以將透鏡設置在截止濾光器上。 參照圖5C，第三光發射器Pb2的LED單元bl'中的每一個包括LED bl和顏色轉換 單元x3。可以將透鏡13設置在LED bl上方。此外，LED bl發射峰值波長在420nm-470nm 的范圍內的藍光。可以省略顏色轉化單元x3。 此外，透鏡13的配置和制造方法與在第一光發射器Prl中的透鏡11的配置和制 造方法相同，并且這些描述被省略。
〈示例3禾口 4>
在下文中，將解釋光源設備2的示例3和4，其中光發射器Prl、Pg2和Pb2的峰值 波長被設定在上述的范圍內。 圖6是一個表格，其描述光發射器Pr2、Pg2和Pb2中的每一個的峰值波長、示例3 和4中的每一個的顯色指數Ra，以及示例4的相對褪黑激素抑制效率，以及對于暖白色熒光 燈和作為對比示例的常規示例1和2的上面那些參數。圖7示出了示例3和4所發射的光 的光譜功率分布。 如第一實施例中所述，Ra是基于JISZ 8726確定的并且褪黑激素抑制效率是使用 暖白色熒光燈作為參考以百分比表示的。 在圖6所示的示例3中，第一光發射器Pr2發射峰值波長為625nm并且幾乎不包
括波長480nm以下的可見光的光。此外，第二光發射器Pg2發射峰值波長為530nm并且幾
乎不包括波長480nm以下可見光的光，并且第三光發射器Pb2發射峰值波長為460nm的光。
此外，如上所述，第一至第三光發射器Pr2、 Pg2和Pb2中的每一個具有寬的峰值。 在圖7中通過實線示出了如上配置的示例3的光源設備2所發射的光的光譜功率分布。 如圖6和圖8A-8C所示，示例4與示例3的不同之處在于第二光發射器Pg2發射 峰值波長偏離示例3中的峰值波長的光。具體而言，示例3的第二光發射器Pg2發射峰值 波長為540nm并且幾乎不包括波長480nm以下的可見光的光，其中波長480nm以下的可見 光被截止濾光器f2阻擋。此外，第一光發射器Pr2發射峰值波長為625nm并且幾乎不包括 波長480nm以下的可見光的光，并且第三光發射器Pb2發射峰值波長為455nm的光。
如上配置的示例4的光源設備2所發射的光的光譜功率分布在圖7中以虛線示 出，并且在圖9中以光斑光度法(SP:spot photometry)示出。曲線r、g和b表示圖8A-8C 中示出的示例4的光譜功率分布，其中為了說明的原因，曲線b的相對強度被夸大。
圖11示出了作為對比示例的暖白色熒光燈的光譜功率分布。此外，常規示例1和 2的光源設備包括分別發射具有如圖14的表格所示的峰值波長的三個光發射器，并且它們 的光譜功率分布分別在圖15中以實線和虛線進行描述。 如圖6所示，示例3中的Ra是93，該Ra大于暖白色熒光燈和常規示例1和2的 Ra。 圖10示出了 x-y色品圖，該色品圖示出了由示例1和示例3所發射的光的光顏色
變化范圍。如從圖10可以看出的，示例3的光源設備2比第一實施例的示例1覆蓋更多普
朗克(黑體輻射)曲線，因此具有更寬的色溫的變化范圍。 參照圖6，示例4中Ra是83，這低于示例3中的Ra，不過也足夠高。 此外，利用示例4的光源設備2，褪黑激素抑制效率是50，這相對于暖白色熒光燈
減少了一半。因此，應該理解，褪黑激素產生抑制作用弱。也就是說，當在睡眠期間使用示
例4的光源設備2時，褪黑激素產生不被抑制。因此，能夠獲得適于良好睡眠的照明。 雖然已經參照實施例對本發明進行了示出和說明，但本領域中普通技術人員應該
理解，在不偏離所附權利要求述中所限定的本發明的范圍的情況下，可以進行各種修改和變型。
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權利要求
一種光源設備，包括第一光發射器，所述第一光發射器的峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比600nm-660nm的范圍寬；第二光發射器，所述第二光發射器的峰值波長在530nm-570nm的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比530nm-570nm的范圍寬；第三光發射器，在其光譜功率分布中所述第三光發射器的峰值波長為420nm-470nm。
2. 根據權利要求1所述的光源設備，其中，所述第一和第二光發射器中的每一個包括 用作光源的發光二極管，所述發光二極管具有530nm以下的峰值波長，并且所述第一光發 射器的480nm以下的可見光成分基本為零。
3. 根據權利要求l或2所述的光源設備，其中，所述第二光發射器的480nm以下的可見 光成分基本為零。
4. 根據權利要求1所述的光源設備，其中，所述第一光發射器和所述第二光發射器中 的每一個包括峰值波長在530nm以下的光源和設置在所述光源附近的顏色轉換元件。
5. 根據權利要求4所述的光源設備，其中，所述光源是發光二極管并且所述發光二極 管被樹脂覆蓋，所述樹脂由包含吸收480nm以下的可見光成分的成分的顏色轉換材料制 成。
6. 根據權利要求4所述的光源設備，其中，所述顏色轉換元件包括光學多層膜或熒光 材料。
7. 根據權利要求4所述的光源設備，其中，所述第一發射器和所述第二發射器中的每 一個還包括被設置在所述顏色轉換元件上的透鏡，所述透鏡包括截止480nm以下的可見光 成分的短波長截止濾光器。
全文摘要
一種光源設備，包括第一光發射器、第二光發射器和第三光發射器。所述第一光發射器的峰值波長在600nm-660nm的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比600nm-660nm的范圍寬，所述第二光發射器的峰值波長在530nm-570nm的范圍內并且半峰值強度的波長范圍比530nm-570nm的范圍寬，并且在其光譜功率分布中所述第三光發射器的峰值波長為420nm-470nm。
文檔編號F21S2/00GK101749578SQ20091026086
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月21日 優先權日2008年12月19日
發明者戶田直宏, 田中健一郎, 野口公喜 申請人:松下電工株式會社