CZ201790A3 - A LED DEN source - Google Patents

Abstract

Řešení se zabývá LED světlem s minimálně dvěma režimy svícení, které jsou jednoduše přepínatelné vypínačem. První režim zcela eliminuje světlo modré vlnové délky, jehož působení na lidský organismus v noci škodí. Je vhodné toto světlo rozsvěcet všude po deváté hodině večerní a používat ho až do východu slunce. Druhý režim je již s nízkým obsahem modré vlnové délky a je vhodné ho používat v odpoledních hodinách a při relaxaci. Třetí režim již plnohodnotně představuje denní sluneční světlo s vysokou hodnotou CRI a mělo by se používat pouze během dne. Přepínání režimů je nastaveno tak, že po vypnutí světla a opětovném zapnutí je nejprve vždy rozsvícen první režim s monochromatickou červenou, tudíž při každém probuzení a rozsvícení světla nedojde k ovlivnění cirkadiánních cyklů.The solution deals with LED light with at least two lighting modes, which are simply switchable by a switch. The first mode completely eliminates the light of the blue wavelength that is harmful to the human body at night. It is advisable to turn this light on every night after 9 pm and use it until sunrise. The second mode is already low in blue wavelength and should be used in the afternoon and relaxing. The third mode is already full-day sunlight with a high CRI value and should only be used during the day. Switching modes is set so that when the light is turned off and then turned on again, the first monochrome red mode is always on, so the circadian cycles will not be affected every time you wake up and light up.

Description

Oblast technikyTechnical field

LED světla s variabilním výběrem úrovně osvětlení a eliminací modrých vlnových délekLED lights with variable light level selection and elimination of blue wavelengths

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Před více než 130 lety se lidé chystali ke spánku po západu slunce a neovlivňovalo je žádné umělé osvětlení, avšak s objevem žárovky se doba uložení ke spánku posunula a den se začal uměle prodlužovat, s tím také u vysokého počtu lidí vzrostla nespavost. Vlákna prvních žárovek tvořila zuhelnatělá bambusová vlákna nebo zuhelnatělé bambusové nitě, které vydávaly světlo shodné se světlem ohně, čili červené monochromatické světlo bez modrých vlnových délek. Později se jako nejvhodnější materiál začal používat wolfram, který je používán dodnes, světlo vyzářené wolframovým zdrojem již obsahuje modrou vlnovou délku. Nej novějším světelným zdrojem jsou LED zdroje, které využívají modrou diodu, která emituje záření v oblasti kratších vlnových délek, nebo se bílé světlo tvoří pomocí RGB čipů, tedy smícháním tří základních barev. Kromě světelných zdrojů se postupně objevily na trhu LED televize, mobily, tablety atd., které vyzařují do očí modré světlo celý den, i po západu slunce.More than 130 years ago, people were going to sleep after sunset and were not affected by any artificial lighting, but with the discovery of a light bulb, sleep time had shifted and the day began to lengthen artificially, with insomnia rising too. The filaments of the first bulbs consisted of charred bamboo filaments or charred bamboo yarns that gave off a light identical to that of fire, or a red monochromatic light without blue wavelengths. Later, tungsten was used as the most suitable material, which is still in use today, and the light emitted by the tungsten source already contains the blue wavelength. The newest light sources are LEDs that use a blue diode that emits radiation at shorter wavelengths, or white light is produced by RGB chips, ie by mixing three primary colors. In addition to light sources, LED TVs, mobile phones, tablets, etc. have gradually appeared on the market, which emit blue light all day long, even after sunset.

Vznikající problém však nepociťujeme vědomě, ale vnímají to melanopsinové gangliové buňky v sítnici oka. Tyto buňky ovlivňují cirkadiánní cykly, které našemu tělu říkají kolik je hodin. Klíčovou roli při synchronizaci našich vnitřních biologických hodin hraje hormon melatonin, pro jehož tvorbu je úplná tma nezbytná. Melatonin kromě řízení spánku působí preventivně proti vzniku rakoviny, zpomaluje stárnutí a pomáhá proti Alzheimerově či Parkinsonově chorobě. Hodnoty melatoninu se nám snižují při nočních pracovních směnách nebo například, když se uprostřed noci probudíme a rozsvítíme si světlo s modrou vlnovou délkou. Hranice, která neovlivňuje hladinu melatoninu je nad 600 nm, což je vlnová délka pro červenou barvu. Tudíž zdroje s velkým podílem modré barvy, jež mají vlnovou délku kolem 460 nm, by se v noci neměly vyskytovat, případně by se měly vyskytovat pouze tam,However, we do not perceive the emerging problem consciously, but perceive melanopsin ganglion cells in the retina of the eye. These cells affect circadian cycles that tell our body what time it is. The key role in the synchronization of our internal biological clock is played by the hormone melatonin, for which complete darkness is essential. In addition to controlling sleep, melatonin has a preventive effect on cancer, slows aging and helps against Alzheimer's or Parkinson's disease. Melatonin levels are lowered during night work shifts or, for example, when we wake up in the middle of the night and turn on the blue wavelength light. The limit that does not affect the level of melatonin is above 600 nm, which is the wavelength for red. Therefore, sources with a high proportion of blue, having a wavelength of around 460 nm, should not occur at night, or should only occur there,

··· ·· · · · ···· · · · · • · · · · · • ·· ·· · · ·· ··· · kde je zapotřebí udržet lidskou pozornost, jako jsou operační sály, letecký provoz atp. Člověk nepotřebuje v noci náhradu denního osvětlení, nepotřebuje přesně rozpoznat barvy, potřebuje pouze vidět, k čemuž je načervenalá barva světla dostačující. Řešením je používat elektronické přístroje po 21 hodině s červenými brýlemi nebo s aplikovaným červeným filtrem. Doposud, jako vhodný zdroj svícení používaný po 21 hodině v domácnosti byl buď oheň nebo žárovka s wolframovým vláknem ztlumená pomocí stmívače. (MEDŘICKÝ, Hynek. Světlo a jeho vliv na lidský organismus. Světlo. 2015, 2015(6), 53-57.)Where it is necessary to maintain human attention, such as operating theaters, air traffic, and so on. . One does not need to replace daylight at night, does not need to recognize colors precisely, it just needs to see what the reddish color of light is sufficient for. The solution is to use electronic devices after 21 hours with red glasses or with a red filter applied. So far, as a suitable light source used after 21 hours in the home, either a fire or a tungsten filament lamp has been dimmed by a dimmer. (MEDŘICKÝ, Hynek. Light and its influence on the human organism. Light. 2015, 2015 (6), 53-57.)

V dnešní době více než 60 % populace žije v prostředí se světelným znečištěním v noci. Hladiny osvětlenosti v urbanizovaných územích běžně dosahují hodnot kolem 20-80 lux, ale nejsou i výjimky, kdy hodnoty přesahují 100 lux, což je tisícinásobně větší světelná intenzita, než má měsíc v úplňku. Vysoké zastoupení modré spektrální barvy může mít negativní vliv na kvalitu spánku osob v okolních objektech a dokonce na životní cykly zvířat, hlavně ptáků. Světlo uprostřed noci organismus mylně vnímá jako signál dne a spouští biochemické procesy zajišťující jeho denní aktivitu, tím podporuje jeho vyčerpání (Bumett D. (2015) First do not harm: Practicing lighting design or medicíně...without licence? Lecture at 6th Velux symposium, London.).Today, more than 60% of the population lives in an environment with light pollution at night. Illumination levels in urbanized areas normally reach values of about 20-80 lux, but there are no exceptions when values exceed 100 lux, which is 1000 times the luminous intensity of a full moon. The high proportion of blue spectral color can have a negative effect on the sleep quality of people in the surrounding buildings and even on the life cycles of animals, especially birds. Light in the middle of the night is erroneously perceived by the organism as a signal of the day and triggers the biochemical processes ensuring its daily activity, thus promoting its exhaustion (Bumett D. (2015) First do not harm: Practical lighting design or medicine ... without license? , London.).

Princip činnosti LED spočívá ve vyzáření energie ve formě fotonů, při průchodu elektrického proudu přes polovodičový přechod, který tvoří polovodičový materiál, nej častěji GaN nebo InGaN. LED dioda vyzařuje pouze určitou barvu a pro optimalizaci barevného podání bývá dioda pokryta luminoforem, případně je světlo tvořeno kombinací základních barev RGB. Nej důležitější vlastnosti LED jsou: teplota chromatičnosti a index podání barev. Teplota chromatičnosti se udává v kelvinech a vyjadřuje barevné podání světla. Platí, že čím více má dioda kelvinů, tím více se umělé světlo podobá dennímu slunečnímu záření. Klasické žárovky mají hodnotu kolem 3000 K, bílé studené světlo LED ji má kolem 5000 K, které se již přibližuje dennímu jasnému světlu. Teplota chromatičnosti světel v bytě by se měla lišit podle jejich aplikací (do kuchyně větší teplotu chromatičnosti než v ložnici).The principle of LED operation is based on radiation of energy in the form of photons, when the electric current passes through a semiconductor transition, which is a semiconductor material, most often GaN or InGaN. The LED emits only a certain color and to optimize the color rendering, the LED is covered with a luminophore, or the light is formed by a combination of RGB basic colors. The most important characteristics of LEDs are: color temperature and color rendering index. Color temperature is expressed in Kelvin and expresses the color rendering of light. The more the Kelvin diode, the more artificial light resembles daylight. Classic bulbs have a value of around 3000 K, white cold LED light has about 5000 K, which is already approaching bright daylight. The color temperature of the lights in the apartment should vary according to their application (in the kitchen the color temperature is higher than in the bedroom).

Druhou důležitou vlastností je index podání barev (CRI), který určuje schopnost světelného zdroje reprodukovat barvy osvětleného objektu v porovnání s přirozeným slunečním světlem. Ideální hodnota je 100, což odpovídá dennímu slunečnímu svitu, nejběžnější používaná LED světla mají hodnotu CRI kolem 80.The second important feature is the Color Rendering Index (CRI), which determines the ability of a light source to reproduce the colors of an illuminated object compared to natural sunlight. The ideal value is 100, which corresponds to daylight, the most commonly used LED lights have a CRI of around 80.

Výrobců LED světel je mnoho, avšak neřeší úplnou eliminaci modrého světla, jehož působení je pro člověka v noci nezdravé.There are many manufacturers of LED lights, but they do not address the complete elimination of blue light, which is unhealthy for humans at night.

-sPodstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Přihláška vynálezu se zabývá LED světlem se třemi režimy svícení, které jsou jednoduše přepínatelné vypínačem. Každý režim koresponduje s přirozeným slunečním svitem, kdy přes den je záření nejvíce intenzivní o teplotě chromatičnosti přes 5000 K, v odpoledních hodinách se teplota chromatičnosti snižuje a při západu slunce se teplota chromatičnosti sníží na 1500 Ks eliminací modré vlnové délky. LED zdroj typu DVN/DEN je tedy vhodný všude tam, kde se připravujeme na začátek dne, vracíme se tam během dne a připravujeme se ke spánku, je vhodný jak do koupelny, tak do ložnice. Perfektně nám za jakékoliv denní doby posvítí a navíc neovlivní naše cirkadiánní rytmy ani když se v noci probudíme a rozsvítíme ho. Využíváním tohoto světla se ráno sami probudíme plní energie a navíc s doplněnou hodnotou melatoninu.The application deals with LED light with three lighting modes which are easily switchable by a switch. Each mode corresponds to natural sunlight, with daylight being most intense with a color temperature of over 5000 K, in the afternoon the color temperature decreases and at sunset the color temperature is lowered to 1500 K by eliminating the blue wavelength. The DVN / DAY LED source is therefore suitable wherever we are preparing for the beginning of the day, returning there during the day and preparing to sleep, it is suitable for both the bathroom and bedroom. It perfectly illuminates us at any time of day, and it does not affect our circadian rhythms even when we wake up and light up at night. Using this light we wake up ourselves in the morning full of energy and with added melatonin.

První režim je pouze monochromatické záření s vlnovou délkou kolem 580 až 594 nm s výkonem 2 W. Druhý režim má vlnovou délku spektra světelného zdroje od 380 do 750 nm s výkonem 5 W, minimálním pikem modré vlnové délky a teplotou 2600 až 2900 K a třetí od 380 do 680 nm s výkonem 7 W a teplotou 3500 až 4000 K. Na keramické destičce jsou umístěny LED čipy technologie SMD (surface mount device). Jsou s výhodou rozmístěny tak, aby na okraji byly bílé čipy, ve středu jen oranžové a mezi středem a okrajem teple bílé a oranžové.The first mode is only monochromatic radiation with a wavelength of about 580 to 594 nm with a power of 2 W. The second mode has a wavelength of light source spectrum from 380 to 750 nm with a power of 5 W, a minimum blue wavelength peak and 2600 to 2900 K and from 380 to 680 nm with a power of 7 W and a temperature of 3500 to 4000 K. The SMD (surface mount device) LED chips are placed on the ceramic plate. They are preferably spaced so that there are white chips at the edge, only orange in the center and warm white and orange between the center and the edge.

První režim zcela eliminuje světlo modré vlnové délky, jehož působení na lidský organismus v noci škodí. Je vhodné toto světlo rozsvěcet všude po deváté hodině večerní a používat ho až do východu slunce. Druhý režim je již s modrou vlnovou délkou a je vhodné ho používat v odpoledních hodinách a při čtení. Třetí režim již plnohodnotně představuje denní sluneční světlo a mělo by se používat pouze během dne od východu slunce po stmívání, jak doma, tak i v kancelářích.The first mode completely eliminates blue wavelength light, which is harmful to the human body at night. It is advisable to light this light everywhere after 9 pm and use it until sunrise. The second mode is already with a blue wavelength and should be used in the afternoon and reading. The third mode is fully sunlight and should only be used during the day from sunrise to dusk, both at home and in the office.

Přepínání režimů je nastaveno tak, že po vypnutí světla a opětovném zapnutí je nejprve vždy rozsvícen první režim s monochromatickou červenou, tudíž při každém probuzení a rozsvícení světla nedojde k ovlivnění cirkadiánních cyklů a kvality spánku.The mode switching is set so that when the light is turned off and on again, the first mode with monochrome red always lights up first, so every time you wake up and light up, circadian cycles and sleep quality are not affected.

Navíc hodnoty indexu podání barev jsou u druhého a třetího režimu 97, čili téměř odpovídají přirozenému slunečnímu svitu.In addition, the color rendering index values for the second and third modes are 97, i.e. almost equivalent to natural sunlight.

-Η--Η-

Světelný zdroj s přepínáním do bezpečného režimu světla pro pozorovateleLight source switching to safe light mode for observers

1) Koncept - základní myšlenka1) Concept - basic idea

V běžné praxi osvětlování interiérů i exteriérů používáme umělé zdroje světla více než 100 let a typické pro ně je, že jsou technicky navrženy jen pro jeden režim vyzařovaného světla. Život na planetě se ovšem odehrává miliony let v přirozených podmínkách proměnlivého charakteru osvětlení, což je navíc zřejmě i jeden ze základních faktorů pro fungování živé přírody jak jí známe - princip střídání dne a noci. Vědecké výzkumy z posledních desetiletí vypovídají o tom, že je dosud vliv tzv. moderních světelných zdrojů na zdraví lidské populace silně podceňován. Ekonomická orientace průmyslových civilizací v důsledku masivního používání umělých zdrojů pro účely prodloužení dne /či doby po kterou je možné pracovat/ výrazně narušuje přirozené noční podmínky, které vývojově pro člověka znamenaly režim spánku, přičemž se jedná o souhrn několika vlastností používaného světla a nikoli o jeden dílčí parametr jako je např. intenzita osvětlení apod. Předložený koncept přináší rozšíření dosavadní nabídky světelných zdrojů o produkty, které pracují s několika provozními režimy zaměřenými na ergonomii a zdravotní dopady na pozorovatele zejména v oblasti narušování spánkového režimu.In the normal practice of interior and exterior lighting, we have been using artificial light sources for more than 100 years and are typically technically designed for only one emitted light mode. Life on the planet, however, takes place for millions of years in the natural conditions of the changing nature of lighting, which is, moreover, probably one of the basic factors for the functioning of living nature as we know it - the principle of alternating day and night. Scientific research from recent decades suggests that the impact of so-called modern light sources on the health of the human population is still underestimated. The economic orientation of industrial civilizations as a result of the massive use of artificial resources for the purpose of prolonging the day (or the time it is possible to work) significantly disturbs the natural night conditions that evidently meant sleep for humans. The presented concept brings the extension of the existing offer of light sources by products that work with several operating modes focused on ergonomics and health impacts on observers, especially in the area of disruption of sleep mode.

2) Vstupní podmínky a předpoklady2) Entry conditions and assumptions

Vědecké práce dokládají, že organismus živočichů je z dlouhodobého vývoje navyklý na určitý průběh změn charakteru světla v průběhu fází dne a dle těchto změn do značné míry fungují i tzv. biologické hodiny živých organismů a samozřejmě tedy i člověka. Dosud masově produkované světelné zdroje slouží především pro účely náhrady denního světla např. v uzavřených prostorech nebo umělého prodloužení dne do večerních a nočních hodin. Takové světlo vyhovuje předpokladu, že pod ním bude člověk vykonávat nějakou aktivní činnost jakou byl tradičně zvyklý provozovat za denního světla (práce, sport, studium). Ovšem už nevyhovuje dalším fázím, které jsou pro průběh dne typické a pro zdraví nesmírně důležité - jedná se o fázi večerní relaxace (útlum a změny přirozeného denního světla před západem slunce) a potomScientific work shows that the organism of animals is from long-term development accustomed to a certain course of changes in the nature of light during the phases of the day and according to these changes, the so-called biological clock of living organisms and of course also human. The mass-produced light sources used so far serve primarily for the purpose of replacing daylight, eg in enclosed spaces or artificial extension of the day to evening and night hours. Such light fits the assumption that under it one will perform some active activity that was traditionally used to work in daylight (work, sport, study). However, it no longer suits other phases that are typical of the day and extremely important to health - the phase of evening relaxation (attenuation and changes in natural daylight before sunset) and then

-y• · · ·-y • · · ·

fázi přípravy na spánek, což bylo dlouhodobě doprovázeno pobytem v prostředí slabě osvětleném ohněm. Technické údaje z výsledků vědeckých výzkumů také ukazují která pásma viditelného spektra jsou pro zdravý a přirozený průběh uvedených fází relaxace a spánkové přípravy důležitá:preparation for sleep, which was accompanied by a long-term presence in a lightly lit fire. Technical data from the results of scientific research also show which bands of visible spectrum are important for the healthy and natural course of these phases of relaxation and sleep preparation:

a) kritické modré pásmo - typ. 440 - 470 nm(a) critical blue band - type. 440-470 nm

- způsobuje vnitřní probuzení organismu a brání přípravě na spánek- causes internal waking of the organism and prevents preparation for sleep

b) jasové žlutozelené pásmo - typ. 520 - 575 nm(b) bright yellow - green band - type. 520-575 nm

- v tomto pásmu jsme nejcitlivější z hlediska jasu a takové osvětlení nás pomáhá udržet v aktivním režimu- in this band we are the most sensitive in terms of brightness and such illumination helps keep us active

c) oranžové pásmo - typ.585-610 nmc) orange band - typ.585-610 nm

- zde je oblast světla optimálního pro fázi večerní relaxace a zároveň začíná bezpečné pásmo pro případnou přípravu ke spánku- Here the area of light is optimal for the evening relaxation phase and at the same time the safe zone for possible preparation for sleep begins

d) červené pásmo - typ. 610 - 700 nm(d) red zone - type. 610-700 nm

- je zcela bezpečné pro noční spánkovou fázi, navíc začíná prudce klesat jasová citlivost lidského zraku a takové osvětlení je tedy prakticky vnímáno jen jako velmi slabé- it is absolutely safe for the night sleep phase, in addition, the brightness sensitivity of human eyesight starts to drop sharply and such lighting is practically perceived only as very weak

Navrhovaný koncept světelného zdroje tedy předpokládá, že alespoň jeden z provozních režimů bude zcela prost energie v kritickém modrém pásmu a) /resp. utlumen o několik řádů proti dominantnímu pásmu c) nebo d).Thus, the proposed light source concept assumes that at least one of the operating modes will be entirely free of energy in the critical blue band a) / resp. attenuated by several orders against the dominant zone c) or d).

Přepnutí či postupný přechod do bezpečného režimu pro relaxaci/spánek může nastat různým způsobem:Switching or gradually switching to safe / relax / sleep mode can occur in different ways:

-6• ·-6 • ·

e) v automatizovaném režimu(e) in automated mode

- na základě součinnosti např. s čidlem pro jas přírodního světla nebo s jakýmkoli propracovanějším řídícím systémem- on the basis of interoperability eg with the natural light brightness sensor or any more sophisticated control system

f) přímým přepnutím uživatelemf) direct switching by the user

- v tomto případě tento koncept předpokládá že bezpečný režim má být v pořadí tím prvním, ve kterém zdroj začíná zářit po aktivaci z vypnutého stavu.- in this case, this concept assumes that safe mode should be the first in which the source begins to glow after activation from the off state.

3) Možnosti technické realizace3) Possibilities of technical realization

Autor konceptu se zabývá související tématikou několik let a prakticky provozuje řadu prototypů a zkušební sérii reálných světelných zdrojů odpovídajících předloženému konceptu. V principu je možné v současnosti využít několik postupů jak uvedené požadavky splnit pomocí dostupných technických prostředků ale jen málo z nich odpovídá obecným požadavkům na ekologii, energetickou účinnost, bezpečnost a cenovou dostupnost. Možnosti měnit charakter zíkaného světla jsou tedy u dosud běžných jednoúčelových světelných zdrojů silně omezené na filtraci po vyzáření primární energie, což z fyzikálního principu znamená obvykle dramatickou ztrátu v energetické účinnosti a tato cesta se tedy nejeví jako perspektivní z několika důvodů. Reálně lze předpokládat produkci pouze s využitím technologií které vykazují vysokou účinnost a zároveň jsou postaveny na dobré dostupnosti použitých materiálů.The author of the concept has been dealing with related topics for several years and practically runs a number of prototypes and a test series of real light sources corresponding to the presented concept. In principle, several procedures can currently be used to meet these requirements through available technical means, but few of them meet the general requirements of ecology, energy efficiency, safety and affordability. Thus, the possibility of changing the nature of the incandescent light in conventional conventional dedicated light sources is severely limited to filtration after radiation of primary energy, which in principle implies a dramatic loss in energy efficiency, and this path does not appear to be perspective for several reasons. In fact, production can only be envisaged using technologies which show high efficiency and at the same time are based on the good availability of the materials used.

Navrhovaný koncept počítá přednostně s využíváním běžně dostupných základních materiálů, technologií a komponent pro dosažení spolehlivosti, výrobní dostupnosti a kompatibility s běžnými systémy pro osvětlení atd. Ověřovací série světelných zdrojů navržených dle tohoto konceptu využívá kombinaci LED-prvků, pro něž je typické využití určitých slitin kovových materiálů aby bylo dosaženo vyzařování světla v příslušných pásmech:The proposed concept relies primarily on the use of commonly available base materials, technologies and components to achieve reliability, manufacturing availability and compatibility with conventional lighting systems, etc. The verification series of light sources designed according to this concept uses a combination of LED-elements typical of certain alloys metallic materials to achieve light emission in the respective bands:

g) Nitrid Indium-Galium (InGaN)(g) Indium-Galium nitride (InGaN)

-ϊ--ϊ-

- používá se pro kratší vlnové délky, tedy pro světlo spojované s aktivní denní činností- used for shorter wavelengths, ie for light associated with active daily activity

- tuto slitinu tedy považuj em za zcela nežádoucí pro režim relaxace/spánku- I therefore consider this alloy completely undesirable for the relaxation / sleep regime

h) Fosfid Aluminium-Galium-Indium (AlGalnP)(h) Aluminum-Galium-Indium phosphide (AlGalnP)

- vyskytuje se při výrobě poměrně rozšířených červeno-oranžových LED-prvků a splňuje požadavky na bezpečné pásmo pro relaxaci/spánkovou přípravu- occurs in the production of relatively widespread red-orange LEDs and meets the requirements for a safe zone for relaxation / sleep preparation

i) Arsenid Galia (GaAs)(i) Gallium Arsenide (GaAs)

- typický materiál pro čistě červené světlo na okraji viditelného spektra a tedy zcela bezpečné i pro režim nočního spánku- a typical material for pure red light at the edge of the visible spectrum and thus completely safe for nighttime sleep

Pokud bychom uvažovali realizaci mimo oblast LED technologie, tak je možné zmínit fluorescenční výbojky, kde se pro světlo v uvedené červeno-oranžové oblasti relaxace využívá typicky sloučenin na bázi Yttria, ovšem jedná se o poměrně vzácný kov a vzhledem k dalším nevýhodným vlastnostem technologie výbojek nelze v blízkých letech předpokládat rozvoj výroby dostupných zdrojů dle navrhovaného konceptu.If we consider implementation outside the LED technology, it is possible to mention fluorescent lamps, where the light in the red-orange relaxation area is typically used compounds based on Yttrium, but it is a relatively rare metal and due to other disadvantageous characteristics of lamp technology can not in the coming years to assume the development of production of available resources according to the proposed concept.

4) Předpokládaný přínos4) Expected benefits

Při posuzování dosavadních světelných zdrojů s nějakou možností přepínání, přechodových fází apod. lze zjistit, že pokud se v minulosti nějaká technická řešení zabývala bezpečností, tak se jednalo přednostně o ochranu samotného zdroje, technického systému či třeba majetku apod. Předložený koncept ale uvažuje o bezpečném režimu světelného zdroje ve zcela jiných a nových souvislostech dlouhodobého účinku na zdraví člověka.When assessing existing light sources with some switching, transition phases, etc., it can be found that if in the past any technical solutions dealt with safety, it was primarily to protect the source itself, the technical system or property, etc. But the presented concept considers safe the light source regime in completely different and new contexts of the long-term effect on human health.

Vzhledem k celoevropskému úsilí o snížení spotřeby elektřiny existuje sice i nadále možnost svítit pozdě večer a v noci v interiérech ztlumenými halogenovýmiGiven Europe-wide efforts to reduce electricity consumption, there is still the possibility to illuminate the interior in the evening with dimmed halogen lamps

žárovkami a v exteriéru sodíkovými výbojkami, avšak povědomí o úspornosti LED zdrojů se šíří a vede k jejich obecné preferenci na úkor stávajících zdrojů, jejichž příkon před ztlumením spotřebitele odrazuje. Aby nedocházelo k narušování cirkadiánních rytmů a zejména nočních imunitních a regenerativních pochodů obyvatel i celých ekosystémů žijících blízko lidských sídel či komunikací, navrhuji vyrábět a používat přepínací LED zdroje typu DVN (Den- Noc- Večer), které se budou manuálně či automaticky přepínat podle denní doby v souladu s cirkadiánními rytmy.However, awareness of the energy efficiency of LED lamps is spreading and leads to their general preference at the expense of existing lamps whose power consumption discourages consumers from dimming. To avoid disturbing circadian rhythms and especially nightly immune and regenerative processes of residents and whole ecosystems living near human settlements or roads, I propose to produce and use DVN (Day-Night-Evening) switching LED sources that will switch manually or automatically according to daily times in accordance with circadian rhythms.

DVN-3DVN-3

V době od soumraku, který např. v prosinci nastává kolem 16. hodiny, do večera funguje zdroj v režimu Den a v plné míře vyzařuje krátkovlnné fotony, podobně jako slunce přes den v létě. Navečer se zdroj automaticky či manuálně přepne do režimu Večer, v němž vyzařuje výrazně menší množství krátkovlnných fotonů a více dlouhovlnných, což simuluje situaci před západem slunce. Následně ve 21 hodin, tedy 90 minut před obvyklou dobou ukládání se k spánku (kdy klesá dopravní provoz), se DVN zdroj přepne do režimu Noc, kdy vyzařuje světlo zcela bez krátkých vlnových délek a tudíž nenarušuje cirkadiánní rytmy. Vzhledem k tomu, že 65 % čípků v lidském oku zachycuje fotony dlouhých vlnových délek, 33 % čípků slouží k zachycování středních vlnových délek a jen 2 % čípků zajišťuje vidění v krátkovlnné oblasti, přepnutí na dlouhovlnné světlo nezhorší vidění, naopak, pro odpovídající zrakovou orientaci postačuje výrazně menší množství dlouhovlnných fotonů (červeného a oranžového světla), než je tomu v případě světla krátkovlnného (modré, zelené). Brzy ráno se DVN zdroj naopak přepíná nejprve do režimu Večer a následně do režimu Den, v němž svítí až do plného rozednění.From twilight, such as in December at around 4 pm, the day mode operates until evening and fully emits shortwave photons, similar to the sun during the day in summer. In the evening, the source automatically or manually switches to Evening mode, which emits significantly less short-wave and more long-wave photons, simulating the situation before sunset. Subsequently, at 21 hours, 90 minutes before the usual sleep time (when traffic is declining), the DVN source switches to Night mode, emitting light completely without short wavelengths and thus not disturbing circadian rhythms. Given that 65% of the cones in the human eye capture long wavelength photons, 33% of the cones serve to capture the mid-wavelengths and only 2% of the cones provide vision in the short-wave range, switching to long-wave light does not compromise vision. significantly less long-wave photons (red and orange light) are sufficient than short-wave (blue, green) light. Early in the morning, the DVN source switches first to Evening mode and then to Day mode, until it shines until dawn.

DVN-2DVN-2

V době od západu slunce do pozdního večera funguje svítidlo v režimu Den a vyzařuje velké množství krátkovlnných fotonů, podobně jako letní slunce. Pozdě večer se přepne do režimu Noc, v němž vyzařuje pouze světlo dlouhých vlnových délek. Ráno se zdroj přepne zpět do režimu Den.From sunset to late evening, the luminaire operates in Day mode and emits a large number of shortwave photons, much like the summer sun. Late in the evening, it switches to Night mode, which only emits light of long wavelengths. In the morning, the source switches back to Day mode.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obr. 1: Giant. 1: Citlivost na vlnovou délku světla Sensitivity to light wavelength Obr. 2: Giant. 2: Nevyhovující zdroj světla LED 3098 K- málo modré vlnové délky pro Poor LED 3098 K light source - low blue wavelength for

práci, hodně modré vlnové délky pro relaxaciwork, a lot of blue wavelength for relaxation

Obr. 3: Giant. 3: Komerční LED žárovka 4034 K s nízkou hodnotou CRI Commercial 4034 K LED with low CRI Obr. 4: Giant. 4: 1. fáze LED zdroj typu DVN/DEN 1st phase LED power supply type DVN / DEN Obr. 5: Giant. 5: 2. fáze LED zdroj typu DVN/DEN 2nd phase LED power supply type DVN / DEN Obr. 6: Giant. 6: 3. fáze LED zdroj typu DVN/DEN 3rd phase LED power supply type DVN / DEN Obr. 7: Giant. 7: Schématický nákres žárovky typu DVN/DEN Schematic drawing of a DVN / DEN bulb Obr. 8: Giant. 8: Systém osvětlení veřejného prostoru typu DVN/DEN DVN / DEN public space lighting system Obr. 9: Giant. 9: Schéma zapojení žárovky typu DVN/DEN Connection diagram of the bulb type DVN / DEN Obr. 10: Giant. 10: Vlastnosti zdrojů světla Properties of light sources

PříkladyExamples

Příklad 1Example 1

Přepínatelný LED zdroj typu DVN (označení pro český trh)/DEN (označení pro světové trhy)Switchable LED source type DVN (designation for Czech market) / DEN (designation for world markets)

LED zdroj typu DVN/DEN se automaticky nebo manuálně přepíná do tří (DVN-3) nebo dvou (DVN-2) režimů s CCT a spektrálním složením vhodným pro danou část dne:The DVN / DEN LED source automatically or manually switches to three (DVN-3) or two (DVN-2) modes with CCT and spectral composition suitable for that part of the day:

Režim Noc/Night, oranžové světlo nenarušující produkci hormonu melatoninu, s výrazně potlačeným podílem krátkovlnných fotonů nebo zcela bez krátkovlnné složky (umožňuje plnohodnotný spánek).Night / Night mode, an orange light that does not interfere with the production of the melatonin hormone, with a significantly reduced proportion of shortwave photons or no shortwave component (allowing full sleep).

Režim Večer/Evening, teplé žluté světlo podobné klasické žárovce nebo slunci před západem, s malým podílem krátkovlnných/modrých fotonů (vhodné pro relaxaci).Evening mode, a warm yellow light similar to a conventional light bulb or sun before sunset, with a small proportion of shortwave / blue photons (suitable for relaxation).

Režim Den/Day, bílé denní světlo podobné slunci přes den, s výrazným podílem krátkovlnných fotonů (podporuje kognitivní výkon mozku)Day / Day mode, daylight-like white daylight, with a significant proportion of short-wave photons (supports cognitive brain performance)

V této chvíli existují pouze manuálně přepínatelné interiérové DVN-3 zdroje, přepínání se realizuje opakovaným stiskem spínače v intervalu kratším než 10 s. Ve vývoji jsou automaticky přepínané zdroje DVN-3 a DVN-2 vhodné pro veřejné osvětlení.At the moment there are only manually switchable indoor DVN-3 sources, switching is done by repeatedly pressing the switch in an interval shorter than 10 s. In development are automatically switched sources DVN-3 and DVN-2 suitable for public lighting.

-10Příklad 2-10Example 2

Použití světelného zdroje typu DVNUse of a DVN light source

Světelný zdroj je přepínatelný do tří fází pomocí jakéhokoliv vypínače. Lze přepínat vypínačem na lampičce či vypínačem ve zdi. Následné okamžité zapnutí za 1 sekundu nepřepne do další fáze. Pro přepínání fází 1-10 sekund. Po sedeti sekundách zhasnutí se zdroj automaticky přepne do výchozí oranžové barvy.The light source is switchable to three phases using any switch. Can be switched with a light switch or a wall switch. Subsequent instantaneous switching on in 1 second does not switch to the next phase. For phase switching 1-10 seconds. After seven seconds, the source automatically switches to the default orange color.

1. Krok-2 W, 592 nm1. Step-2 W, 592 nm

Stiskem spínače se žárovka rozsvítí monochromatickou oranžovou, vhodnou pro noční svícení, která nenarušuje cirkadiánní rytmy.By pressing the switch, the lamp lights up in monochrome orange, suitable for night lighting, which does not disturb circadian rhythms.

2. Krok - 5 W, 2700 K, 97 Ra, 330 lmStep 2 - 5 W, 2700 K, 97 Ra, 330 lm

Druhým stiskem se sepne teplá bílá barva, simulující světlo 90 minut před západem slunceThe second press turns on the warm white color, simulating light 90 minutes before sunset

3. Krok - 7 W, 4000 K, 97 Ra, 490 lmStep 3 - 7 W, 4000 K, 97 Ra, 490 lm

Třetím stiskem se sepne denní bílá barva, která má stejné hodnoty jako slunce v pravé poledne. Tato fáze je vhodná pro práci, udržuje člověka v pozornosti.The third press closes the day white color, which has the same values as the sun at noon. This phase is suitable for work, keeping the person in focus.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zdroj světla vhodný do domácností i do veřejného osvětlení, který je volitelně přepínatelný na tři režimy, přičemž první režim zcela eliminuje modrou vlnovou délku světla.A light source suitable for both home and public lighting, which is optionally switchable to three modes, the first mode completely eliminating the blue wavelength of light.

Claims (2)

1. LED zdroj typu DVN/DEN vyznačující se tím, že se automaticky nebo manuálně přepíná do tří (DVN-3) nebo dvou (DVN-2) režimů s CCT a spektrálním složením vhodným pro danou část dne: režim Noc/Night, oranžové světlo nenarušující produkci hormonu melatoninu, s výrazně potlačeným podílem krátkovlnných fotonů nebo zcela bez krátkovlnné složky (umožňuje plnohodnotný spánek), režim Večer/Evening, teplé žluté světlo podobné klasické žárovce nebo slunci před západem, s malým podílem krátkovlnných/modrých fotonů (vhodné pro relaxaci), režim Den/Day, bílé denní světlo podobné slunci přes den, s výrazným podílem krátkovlnných fotonů (podporuje kognitivní výkon mozku).1. DVN / DEN LED source characterized in that it switches automatically or manually to three (DVN-3) or two (DVN-2) modes with CCT and spectral composition suitable for that part of the day: Night / Night mode, orange non-melatonin-disrupting light, with significantly reduced or no shortwave photon (allows full sleep), Evening mode, warm yellow light similar to conventional light bulb or sun before sunset, with little shortwave / blue photon (suitable for relaxation) ), Day / Day mode, daylight-like white daylight, with a significant proportion of shortwave photons (supports cognitive brain performance). 2. LED zdroj typu DVN/DEN podle nároku 1 vyznačující se tím, že automaticky přepínané zdroje DVN-3 a DVN-2 jsou vhodné pro veřejné osvětlení.DVN / DEN LED source according to claim 1, characterized in that the automatically switched DVN-3 and DVN-2 sources are suitable for public lighting.