CZ30581U1 - Polovodičový zdroj záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká polovodičového zdroje záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření. Je vhodný zejména pro napodobování spektrálních a světelných změn v přirozeném venkovním prostředí v průběhu dne, stejně jako spektrální napodobování všech světelných přirozených zdrojů záření a podobně.

Dosavadní stav techniky

Polovodičové LED zdroje záření se v dnešní době využívají jako zdroje světelného záření ve všech možných oblastech od automobilového průmyslu až po oblast osvětlování vnitřních i venkovních prostorů. Díky podstatě vytváření bílého světla pomocí LED technologie obsahují tyto LED zdroje záření velkou procentuální část optického výkonu v oblastech modré barvy světla, tedy v oblastech okolo 480 nm.

V případě lidského zdraví jsou tyto vlnové délky nežádoucí převážně ve večerních hodinách. Vlnové délky, na které jsou dnešní LED zdroje velmi bohaté, způsobují nespavost, což je příčina mnoha chorob. Dále fotoreceptory v lidském oku citlivé na tuto vlnovou délku jsou silně vystaveny optickému záření, což může způsobovat oslnění a zapříčinit dopravní nehodu při využívání těchto LED zdrojů v automobilovém průmyslu.

Další možností, jak vytvářet nejen bílé světlo, ale i různé barvy, je kombinací třech různých LED či LED zdrojů záření, kdy každý z nich vyzařuje světlo o rozdílné vlnové délce. Z fyzikálního hlediska se využívá kombinací vlnových délek v oblasti červené (Red), zelené (Green) a modré (Blue). Kombinací těchto tří vlnových délek je dosaženo lidského vjemu bílého světla a pomocí regulace intenzity těchto vlnových délek zvlášť je možnost vytváření různých barevných odstínů světla.

Regulace vyzařované vlnové délky světelného zdroje je řešena v patentu US 2014 61 990 845 P 2014 05 09, kde je uveden systém pro řízení osvětlení v inkubátorech pro regulaci spánkových cyklů a pro poskytnutí dobré viditelnosti kojenecké anatomie pro personál. Využívají matici LED zdrojů světla, které obsahuje více LED zdrojů světla. Osvětlovací matice obsahuje modré LED, červené LED, teplé bílé LED a studené bílé LED. Různou kombinací těchto čtyř zdrojů dosahují potřebných osvětlovacích podmínek pomocí kontroléru.

Další možné řešení je popsáno v patentu US 2015 14 874 601 2015 10 05. Využívá více LED zdrojů světla pro denní a večerní svícení. Večerní svícení obsahuje jen pár procent světelného výkonu v oblasti vlivu cirkadiálních rytmů z celého světelného výkonu světla. Menší procento optického výkonu v těchto oblastech vlnových délek je dosaženo aplikováním filtru, který nepropouští světlo v oblasti bioaktivních vlnových délek. LED zdroje světla se vyznačují fialovým emitovaným světlem z LED čipu a vrstvou luminoforů. Také nárokuje použití LED zdrojů světla obsahující fialovou, červenou a želenou vlnovou délku pro vytvoření bílého světla. Jako celkový světelný zdroj obsahuje samostatně řídící dvě sady LED čipů. První sada LED je v režimu denním, která emituje celé viditelné spektrum od 400 do 700 nm. Druhá sada je zapnuta v nočním režimu a dodává méně než 6 % celkového optického výkonu v oblasti bioaktivních vlnových délek. Denního a nočního režimu je dosaženo pomocí přepínám mezi dvěma sadami LED čipů.

Kombinací dvou světelných zdrojů složené z modré LED a různého luminoforů pro vytvoření dané teploty chromatičnosti s kombinací třetího zdroje LED v červených vlnových délkách je dosaženo podobných výsledků v patentu WO2016EP 55 696 2016 03 16. Přesněji pro první světelný zdroj využívá modrou LED s vlnovou délkou v rozsahu 400 až 460 nm a osvětluje luminofor obsahující vlnové délky v oblasti zelené a žluté v rozsahu dominantních délek 550 až 590 nm. Druhý světelný zdroj obsahuje LED s dominantní vlnovou délkou v rozsahu 450 až 490 nm a také obsahuje luminiscenční materiál, který emituje vlnové délky v oblasti zelené a žluté v dominantním rozsahu 520 až 550 nm. Třetí světelný zdroj obsahuje budící zdroj LED v modré oblasti vlnových délek a luminofor o červených oblastech vlnových délek. Luminofory

-1 CZ 30581 U1 v zdroji světla jedna a dvě převádí jen část modrého spektra do daných vlnových délek a část modrého spektra propustí.

Dosud známá řešení neumožňují řídit viditelné spektrum světla v takovém rozsahu, aby umožňovaly velmi blízké napodobení přirozených světelných změn v přirozeném vnějším prostředí a potlačily či úplně odstranily negativní vlivy umělého osvětlení na živý organizmus.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje polovodičový zdroj záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z řídící jednotky propojené přes spínací člen s některou z minimálně tří řad polovodičových světelných zdrojů.

Na vstup řídící jednotky je pro její ovládání připojeno vstupně-výstupní zařízení. Pro získání časových údajů je na vstup řídící jednotky připojen zdroj reálného času a pro zajištění napájení rovněž napájecí část.

Podstatou technického řešení je rovněž to, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 450 nm.

Dále je podstatné, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 470 nm.

Podstatou technického řešení je rovněž to, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 520 nm.

Podstatné je rovněž, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 591 nm.

Rovněž je podstatné, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 625 nm.

Konečně je podstatné, že polovodičovým světelným zdrojem některé z řad polovodičových světelných zdrojů je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 660 nm.

Objasnění výkresu

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresu, na kterém je znázorněno blokové schéma polovodičového zdroje záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření podle tohoto technického řešení.

Příklad uskutečnění technického řešení

Příkladné řešení polovodičového zdroje záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření bude vysvětleno na příkladném provedení.

Zapojení polovodičového zdroje záření s možností spektrálních imitací přirozených zdrojů záření je realizováno pomocí šesti řad na sobě nezávislých zapojení polovodičových světelných zdrojů 5 záření, kdy první řada polovodičových světelných zdrojů 5 záření obsahuje světelné zdroje 5 s dominantní vlnovou délkou v oblasti 450 nm. Světelné zdroje 5 jsou úzkospektrální. Druhá řada světelných zdrojů 5 obsahuje polovodičové světelné zdroje 5 záření s dominantní vlnovou délkou 470 nm. Třetí řada světelných zdrojů 5 obsahuje polovodičové světelné zdroje 5 záření s dominantní vlnovou délkou okolo 520 nm, a tedy vyzařuje světlo zelené barvy. Následující čtvrtá řada světelných zdrojů 5 obsahuje polovodičové světelné zdroje 5 záření s širokospektrální charakteristikou, kdy jejich dominantní vlnová délka je 591 nm, ale šířka spektrální charakteristiky při 50% poklesuje asi 80 nm. Pátá řada světelných zdrojů 5 obsahuje polovodičové světelné zdroje 5 záření emitující světlo o červené barvě a s dominantní vlnovou délkou 625 nm a poslední šestá řada světelných zdrojů 5 obsahuje polovodičové světelné zdroje 5 záření s dominantní vlnovou délkou 660 nm. Touto kombinací šesti řad polovodičových světelných zdrojů 5 záření, kdy každý

-2CZ 30581 Ul vyzařuje jinou část viditelného spektra, je dosaženo plného obsazení viditelného spektra a jejich zapojení do jednotlivých na sobě nezávislých řad světelných zdrojů 5 umožňuje jejich řízení.

Na každou jednotlivou řadu světelných zdrojů 5 s polovodičovými světelnými zdroji 5 záření připadá právě jeden spínací člen 4, například tranzistor, nebo integrovaný obvod obsahující více tranzistorových polí pro spínání větších výkonů, takzvaně Darlington zapojení. Řídící jednotka i tedy pomocí řídících signálů připojených na vstup spínacího členu 4 spíná napájecí stejnosměrné napětí jednotlivých řad světelných zdrojů 5 s polovodičovými světelnými zdroji 5 záření. Řízení intenzity jednotlivých světelných zdrojů 5 v oddělených řadách je realizováno pomocí pulzně šířkové modulace (PWM), kdy řídící jednotka 1 mění střídu pulzů řídících signálů, a tím mění střídu napájecího napětí za spínacím členem 4 v jednotlivých řadách světelných zdrojů 5, což se projeví jako změna intenzity záření. K řídící jednotce 1 je připojeno vstupně-výstupní zařízení 2, podporující propojení s uživatelem pomocí Bluetooth technologie a obvodová část zdroje reálného času 3 zajišťuje trvalý přístup řídící jednotky I k reálné hodnotě aktuálního času. Řídící jednotka I obsahující softwarovou část dokáže vytvářet spektrální změny na základě času nastaveného uživatelem pomocí vstupně-výstupního zařízení 2, kterým je Bluetooth technologie, která umožňuje propojení s chytrým telefonem uživatele.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je možné využít při napodobování spektrálních a světelných změn v přirozeném venkovním prostředí v průběhu dne.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Polovodičový zdroj záření s možností spektrální imitace přirozených zdrojů záření, vyznačující se tím, že sestává z řídící jednotky (1) propojené přes spínací člen (4) s některou z minimálně tří řad polovodičových světelných zdrojů (5), přičemž na vstup řídící jednotky (1) je pro její ovládání připojeno vstupně-výstupní zařízení (2) a pro získání časových údajů zdroj reálného času (3) a pro zajištění napájení napájecí část (6).
2. 2. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 450 nm.
3. 3. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 470 nm.
4. 4. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 520 nm.
5. 5. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 591 nm.
6. 6. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 625 nm.
7. 7. Polovodičový zdroj záření podle nároku 1, vyznačující se tím, že polovodičovým světelným zdrojem (5) některé z řad polovodičových světelných zdrojů (5) je dioda s dominantní vlnovou délkou v oblasti 660 nm.