CN104823288B - Led型光源中的短波长的阻挡元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于阻挡LED型光源中的短波长的方法、产品和元件，其包括基板，其中色素分布在所述基板的表面上，所述色素具有光密度，使得允许在1％与99％之间的范围内选择性地吸收380nm与500nm之间的短波长。

Description

LED型光源中的短波长的阻挡元件

技术领域

总体上，本发明属于光学领域内，并且具体涉及LED型光源(发光二极管)中的短波长的阻挡元件。

背景技术

电磁光谱(EME，electromagnetic spectrum)是物质发射的整个电磁波(发射光谱)或吸收的整个电磁波(吸收光谱)的能量分布。EME包括从较低波长的辐射(比如，伽马射线和X射线)，经紫外辐射、可见光和红外线，一直到具有较长波长的电磁波(比如，无线电波)的大范围的辐射。

可见光谱是人眼能够感知的电磁光谱的区域。在此波长范围内的电磁辐射还被称为“可见”光或简称为光。在可见光谱中不存在具体的限制；典型的人眼响应于从380nm至780nm的波长，然而适应了黑暗的眼睛可以看到在从360nm至830nm的范围内的更大范围。

视网膜以如下两种方式自动保护自身免受害于短波长：通过以在黄斑凹陷中不存在对短波长敏感的感光体的方式使感光体不均匀分布，并且通过存在于相同区域的还执行保护作用的黄色素的作用。另外，晶体随着年龄增大了其黄色发色团的比例。

人眼抵抗最短波长的这些天然保护(晶体、和视网膜的天然保护)可以发现自身严重地受某些病症和/或外科手术的影响，甚至完全随着时间的推移而严重受影响。

已经开发了一些技术来保护健康眼睛、经白内障手术的眼睛以及神经性视网膜处理中的眼睛免受害于短波长：

-将滤光器应用于人眼作为治疗和预防措施以替换和/或改善天然保护。

-自90年代中期以来，设置有黄色滤光器的人工晶体被植入经白内障手术的眼睛上。此更换涉及外科手术过程，具有外科手术过程的所有明显风险和困难。还有许多人由于白内障而进行手术，对这些人植入透明的眼内透镜，以代替不具有必需的黄色素保护的内部物质晶体。在这种情况下，需要通过插入黄色素支撑系统来补充无黄色素的人工晶体。

短波长的阻挡元件是被设计成分离、传递或删除总混合物中的一组对象或物的器件。阻挡元件被设计成用于选择特别范围的光波长。该机制总是吸收的，包括阻挡一些波长从而允许其他的波长通过。

市场上存在应用于人眼的不同类型的滤光器。例如，专利申请WO98/44380描述了在接触晶体中应用的滤光器，该滤光器不覆盖所述接触晶体的整体，其中，将整体理解为虹膜区域、瞳孔区域和接触晶体本体，此种情形对于避免视觉不规则是基本的。另一方面，文献WO 91/04717描述了用于治疗AMD(年龄相关性黄斑变性)的人工晶体，这不是本发明的目的。

例如，通过文献GB 1 480 492还已知了在眼科镜片中使用黄色滤光器的事实。

如通过在现有技术中的文献所示的，可以在多个应用中使用黄色滤光器。

文献DE 358 948描述了应用于电照明设备但是与第二红色滤光器结合的黄色滤光器，这背离了本发明中所描述的创造性构思。

文献ES 1 046 793 U描述了具有不同颜色的不同照明滤光器的外部支撑设备，这偏离了本发明的创造性构思，而本发明的创造性构思在于短波长的唯一阻挡元件，该唯一阻挡元件集成在给定材料中，该唯一阻挡元件在可见光光谱到达用户之前从该可见光光谱中消除短波长，执行该消除是由于由该光范围的高能量产生的有害影响，此文献明显没有实现该目的。

文献WO 90/05321描述了具有一系列的技术特征然而绝对地限定了病理生理应用的滤光器，另外，在专利申请WO 90/05321中描述的滤光器在其吸收率上是不均匀的，并且可能产生不想要的影响。

Dr.Celia Sanchez-Ramos是专利ES2247946、ES2257976、ES2281301、ES2281303、ES2289957、ES2296552、ES2298089、ES2303484以及ES2312284的发明人。然而，尽管这些文献提及环境光特别是在从380nm至500nm的光谱上的短波长的问题，但是这些文献都没有说明源自屏的质量和日常使用的问题，其中该屏主要基于LED技术(该LED技术采用其不同的变型如OLED、LCD-LED、AMOLED)以及其他的尖端技术，其用于智能手机、电子平板、笔记本电脑和电视机、投射仪以及通常使用LED技术和/或LED背光的任何屏。

这种类型的LED技术显示器的实际示例是在苹果公司的文献US20120162156中，该文献描述了如何在内部作为显示器在商业上已知并且实现在由苹果上市的各种产品如MacBook或中。尽管所述文献广泛地描述了LED(更具体地，所述LED被称为有机LED或OLED)如何发射光，然而任何时候都没有考虑到限制发射到设备的用户的辐射的任何介质或元件的存在。

图1示出了当前上市产品在可见范围内的发射的不同图。

清楚的是，如今任何特定用户在LED型显示器前每天平均花费4至8个小时或者更多，即在通常非常小的距离(在30cm-50cm的量级上)处接收短波长的发射，这对眼睛和人的视觉有负面影响。这个问题在现有技术“Behar-Cohen et al.'Light-emitting diodes(LED)for domestic lighting:Any risks for the eye？'Progress in Retinal and EyeResearch 30(2011)239-257”中进行了描述。

由于用于室内环境的LED型照明越来越多，所以所述文献在其结论中强调需要基于市场上可得到的各种设备来评价由LED发射的光的潜在毒性，使得可以向国内灯制造商提出有效建议。然而，此文献并没有提出将LED技术的发展与无风险日常使用进行组合的解决方案。也就是说，此文献直接地提倡对光发射的限制和合法调节，而没有提出用于已上市产品的任何解决方案。

另一个文献描述了“Cajochen et al.'Evening exposure to a light-emittingdiodes(LED)-backlight computer screen affects circadian physiology andcognitive performance',Jounal of Applied Physiology 110:1432-1438,2011,firstpublished 17March 2011”中的相关联的问题，其中需要使光发射适应睡眠周期。

然而，此文献指出LED型显示器的潜在毒性是未知的，并且在任何情况下，LED型显示器的潜在毒性的相关的问题可以通过降低光强度来降低。

潜在的技术问题是降低由于密集使用LED型显示器而产生的眼损害风险。根据Behar-Cohen的文献，可知人眼会遭受哪些类型的损害，然而在该文献的结论中，使用了下述最明显的方式：该方式是限制使用该类型的屏并且以通用的方式强制制造商限制显示器在特定范围内的发射。然而，未回答的正是，不仅是在制造步骤中(这并不总是可能的、容易的或简单的)而且是对于市场上目前存在的产品，如何尽可能以最简单的方式降低这种类型的发射。

发明内容

基于所描述的技术问题，具有下述目的：本发明的发射对象的阻挡元件不必在所有情况下都相同，并且还必须易于由任何用户而不是只由专家来实现。

为了提供针对该技术问题的解决方案，在本发明的一方面，一种LED型光源中的短波长的阻挡元件的特征在于其包括基板，其中色素分布在所述基板的表面上，并且特征在于，所述色素具有光密度，使得所述色素允许在1％与99％之间的范围内选择性地吸收380nm与500nm之间的短波长。

在特定实施例中，阻挡元件包括多层基板，其中，所述层中的至少一个层包含分布在所述至少一个层的表面上的短波长阻挡色素。

在另一实施例中，在短波长的阻挡元件中，所述基板为在整个涂层中的包含色素的涂层。

在另一实施例中，所述涂层为从凝胶剂、泡沫剂、乳剂、溶液、稀释物或以上的组合中选择的涂层。

在本发明的另一方面，一种LED型光源中的短波长的阻挡方法的特征在于其包括以下步骤：(i)选择色素的平均光密度；以及(ii)在基板的整个表面上对该基板进行着色，使得在380nm与500nm之间的短波长范围内的平均吸收率在1％与99％之间。

对所述光密度的选择基于以下参数中的至少一个参数：所述LED型光源的用户的年龄；与所述LED型光源的间隔距离；所述LED型光源的大小；所述用户在所述光源下的暴露时间；所述用户与所述LED型光源进行交互的地点的环境照明；设备的类型；发射强度以及可能的视网膜和/或角膜疾病状态。

在元件或方法的特定实施例中，所述色素均匀地分布在所述基板的所述表面上。

在本发明的另一方面中，一种包括短波长的阻挡元件的LED显示器，其中，所述短波长的阻挡元件是根据以上描述的短波长的阻挡元件；和/或所述短波长的阻挡元件通过包括以下步骤的制造工艺来获得：降低包含在所述显示器中的LED对380nm与500nm之间的短波长的发射。也就是说，使得具有所述阻挡元件或缺省的LED显示器包含所述阻挡元件的基本特性。

在本发明的另一方面，一种阻挡LED型光源中的短波长的计算机实现方法的特征在于其包括以下步骤：(i)计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射；以及(ii)基于前述步骤中给出的所述计算，选择性地降低包含在显示器的至少一部分中的LED对380nm与500nm之间的短波长的发射。

由于在某些场合可能有必要在某些部分例如在设计图形应用等中保持纯色，所以显示器上的修改可以为全部(在整个显示器中)或部分的。

如在前面的情况下，对所述有害发射的所述计算是以下变量中的至少一个变量的函数：所述LED型光源的用户的年龄；与所述LED型光源的间隔距离；所述LED型光源的大小；所述用户在所述光源下的暴露时间；所述用户与所述LED型光源进行交互的地点的环境照明；设备的类型；发射强度；以及可能的视网膜和/或角膜疾病状态。

在特定实施例中，计算机实现方法包括：检测用户观看的电子文档的背景的另一步骤；以及将所述背景切换成使380nm与500nm之间的光谱上的发射降低的背景的第二步骤。

在本发明的另一方面，一种便携式电子设备包括：LED显示器；一个或更多个处理器；存储器；以及一个或更多个程序，其中，所述程序被存储在所述存储器中并且被配置成至少由所述处理器执行，所述程序包括用于进行以下操作的指令：计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射；以及选择性地降低包含在所述显示器中的LED的至少一部分对380nm与500nm之间的短波长的发射。

如在计算机实现方法中，可以经由软件来降低包含在显示器中的LED的一部分。

在所述设备的实际实施例中，通过修改操作系统的颜色来执行所述选择性降低。

在所述设备的另一实际实施例中，根据用户的暴露时间和一天中的时间，所述选择性降低在时间上渐进。

在一个最终方面，一种计算机程序产品具有被配置用于由一个或更多个处理器执行的指令，其中所述一个或更多个处理器在运行时执行根据所述计算机实现方法的方法。

在本发明的所有方面，本发明的最终目的是同样地实现：保护视网膜、角膜和晶体免于短波长的有害作用，以及消除眼睛疲劳、提高舒适度和视觉功能，这是因为对没有适当保护的眼睛的这种损害是累积并且不可逆转的损害。

在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”及其变型并非意在排除其他的技术特征、添加物、部件或步骤。对于本领域技术人员，本发明的其它的目的、优点和特性将部分地出现在本发明的描述中和部分地出现在本发明的实践中。通过说明的方式来提供以下示例和附图，而所述示例和附图并非意在限制本发明。此外，本发明涵盖本文中所指示的特定实施例和优选实施例的所有可能的组合。

附图说明

在下文中非常简短地描述了一系列附图，这些附图有助于更好地理解本发明并且明确涉及所述发明的实施例，所述实施例是作为本发明的非限制性示例来给出。

图1示出了具有LED型显示器的商业电子产品的发射的不同图。

图2示出了针对不同年龄(25岁(图2a)、45岁(图2b)和76岁(图2c))的人的三个示例本发明的短波长的阻挡元件的选择性吸收率。

图3示出了用于例示本发明的示例的LED型光源的视图。A：使用和不使用短波长的阻挡元件的照明设备的示意性表示。B：所使用的LED中的每个LED的光谱发射曲线。C：在其中接种细胞的孔板的设计。

图4示出了针对细胞活性的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果的图，其中该细胞活性表示人视网膜色素上皮细胞中的细胞存活。

图5示出了针对人组蛋白H2AX的激活的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果，该人组蛋白H2AX的激活表示人视网膜色素上皮细胞中的DNA损害。

图6示出了针对胱天蛋白酶-3、-7的激活的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果，该胱天蛋白酶-3、-7的激活表示人视网膜色素上皮细胞的细胞凋亡。

图7示出了如在本发明中使用的便携式电子设备的概图。

图8示出了用于模型华硕Memo Pad Smart的光特性测试的结果的曲线图。

图9示出了用于模型苹果iPad 4的光特性测试的结果的曲线图。

图10示出了用于模型三星Galaxy Tab 10.1的光特性测试的结果的曲线图。

具体实施方式

在现有技术中，还没有描述由于在视网膜色素上皮细胞上使用配备有这种类型显示器(LED)的电子设备而由不同光谱成分的LED光产生的短波长的毒性程度。

如下是毒性测试的具体目标和所提供的解决方案：

-在体外研究视网膜组织在暴露于发射不同光谱成分的辐射的不同LED之后的细胞活性，如图4所示。

-在体外评估视网膜组织在暴露于发射不同光谱成分的辐射的不同LED之后的DNA损害，如图5所示。

-在体外确定视网膜组织在暴露于发射不同光谱组成的辐射的不同LED之后的细胞凋亡，如图6所示。

根据对毒性的评估和确定，对本发明中提出的解决方案进行评估。

试剂/装备和目录以及批号	供应商
		人视网膜色素上皮细胞#P10873-	SicenCell
多聚赖氨酸#P4707批号N°BCBC0503	Sigma Aldrich
		上皮细胞介质#P60106	SicenCell
四甲基罗丹明甲酯#T668	Invitrogen

二氯氢化荧光素乙二脂#C6827	Invitrogen
		兔抗胱天蛋白酶3抗体#9661批号N°P42574	Cell Signalling
鼠抗H2AX抗体#ab22551批号N°820115	Abcam
		羊抗兔抗体Alexa 594#A11012批号N°695244	Invitrogen
羊抗鼠抗体Alexa 633#A21050批号N°690316	Invitrogen
		96孔黑色清晰成像板#353219	Becton Dickinson
牛血清白蛋白#A2153	Sigma
		多聚甲醇#16005	Sigma
高内涵筛选活细胞共聚焦855	Becton Dickinson
		3％的过氧化氢溶液批号D401A

在表1中，得到了在研究中使用的试剂、装备和提供的材料的汇总。另一方面，照明设备已被设计成包括五个不同照明区域，这五个不同照明区域彼此通过白色材料的识别屏障彼此分开。这些区域中的每个区域包含一个LED，该LED产生照度为5mW/cm²的光，但是发射光具有不同的光谱成分：

-蓝色LED(468nm)

-绿色LED(525nm)

-红色LED(616nm)

-白色LED；颜色T°＝5400°K

图3示意性地表示所使用的照明设备以及LED中的每个LED的光谱发射曲线。此设备被放置在培养板上，并且在插入和不插入短波长的阻挡元件的情况下将细胞暴露于LED光下达3个亮-暗周期(12小时/12小时)。如图所示，存在没有被LED照亮的区域，在该区域中放置了用作阴性控制的没有暴露于光下的细胞。

在此非限制性的特定实施例中，阻挡元件被定义为短波长的阻挡元件，该短波长的阻挡元件包括基板，其中黄色素均匀地分布在该基板的表面上，并且其中，所述色素具有光密度，使得该色素允许在1％与99％之间的范围内选择性地吸收在380nm与500nm之间的短波长。更具体地，该阻挡元件为膜或多层膜，其中该多层中的一个层被着色。

细胞培养和板设计

在补充有胎牛血清(FBS)和生长因子的“上皮细胞培养基”中，按照供应商的说明来解冻视网膜色素上皮细胞(RPE)。在72小时时并且在培养达到融合时，用胰蛋白酶-EDTA养育细胞，并且在预先用多聚赖氨酸处理过的96孔板中以5000细胞/孔的密度接种该细胞。培养持续24小时，在这之后用新鲜培养基(300μl/孔)替换该培养基。在进行实验的这些天中的每一天都重复此过程，以避免由灯所产生的热量而蒸发。将具有照明设备的板置于在5％CO₂的气氛下的处于37℃的培养箱内。

在存在不同光谱特性的光的情况下将细胞培育3个暴露/休息周期(每周期12个小时)之后进行毒性实验。

用PBS洗涤该样品并且将该样品用4％多聚甲醛凝固达15分钟。在凝固之后，用0.3％的Triton渗透该细胞达10分钟。在样品被渗透时，该样品被5％的牛血清蛋白(BSA)阻挡，并且溶解在2.5％的PBS+BSA中的抗胱天蛋白酶和抗H2AX抗体然后以1:400的浓度加入以用于分别确定细胞凋亡和DNA损害。

在培育一小时之后，用PBS洗涤样品，并且以与初级抗体相同的浓度加入第二抗体(Alexa 594和Alexa 633)并且培育达30分钟。在培育之后，洗涤该样品并且在BD Pathway855荧光显微镜中读取信号。对于胱天蛋白酶的激活，在633nm的发射并且在594nm处针对H2AX捕获图像。

统计分析

每个实验重复至少两次。给出值作为平均值±标准偏差。使用统计软件Statgraphics版本Centurion XVI.I(美国)通过统计非配对学生t-测试来分析数据。小于0.05的P值被认为是显著的。

结果：细胞活性

在相交替的持续12个小时的3个亮暴露周期与也持续12小时的3个恢复周期的时间段之后，最初的人视网膜色素上皮细胞的细胞核被DAPI染色以对每孔的细胞数目进行计数。

未被照射的细胞在孔中生长良好，然而用单色LED光照射抑制细胞生长。蓝光(468nm)产生了细胞数目的非常显著的降低，但是对于绿光(525nm)也存在可观测到的光毒性效果。在白光(T°＝5400°K)的情况下，没有观测到统计学上的显著差异。

在存在短波长的阻挡元件的情况下，观测到主要是暴露于白光(T°＝5400°K)和蓝光(468nm)下的细胞的细胞活性的增加，如表2所示。

表2

在图4中，可以看出针对人视网膜色素上皮细胞的细胞活性的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果。FU意指荧光单元。

结果：DNA损害

为了检查辐射是否对细胞DNA的完整性有一定影响，细胞用H2AX抗体来标记。

H2AX为DNA修复中即当核DNA中存在损害时涉及的组蛋白H2A的变体。当双链DNA断裂发生时，H2AX组蛋白通过激酶ATM迅速在丝氨酸139上磷酸化并且变成伽玛-H2AFX。

此磷酸化步骤可以延伸至来自双链断裂的位点的数千个核小体并且可以在损害信号和DNA修复所需要的蛋白的募集中标记周围染色质。作为由严重的DNA损害引起的细胞凋亡的后翻译修改的一部分，高表达的磷酸化H2AX被认为是细胞凋亡的准确指示器。

实验的结果示出在用指示DNA修复机制的激活的LED光照射之后抗-H2AX抗体识别磷酸化组蛋白的位点。

通过插入短波长的阻挡元件，观测到组蛋白H2AX的激活显著下降，这表明DNA损害较少。这对于白色(T°＝5400°K)LED光、蓝色(468nm)LED光、绿色(525nm)LED光降低97％，以及在暴露于红色LED光的细胞中降低95％，如在表3中所见。

表3

在图5中，示出了针对人视网膜色素上皮细胞中的组蛋白H2AX的激活的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果。FU意指荧光单元。

结果：细胞凋亡

确定胱天蛋白酶-3、-7的激活，这是由于细胞凋亡的调节和执行中涉及这些酶。使用抗胱天蛋白酶抗体来标记细胞。

用LED光照射细胞，导致了培养中的凋亡细胞的百分比增加。观测到胱天蛋白酶激活在染蓝色细胞核(二脒基-2-苯基吲哚(DAPI))周围为粉红颜色。

短波长的阻挡元件的插入引起了胱天蛋白酶激活的显著降低，表明暴露于不同的LED光源下的细胞中的细胞凋亡。对于白光(T°＝5400°K)和蓝光(468nm)降低了89％，对于绿光(525nm)降低了54％，以及对于红光降低了76％，如表4所示。

表4

在图6中，示出了针对人视网膜色素上皮细胞中的胱天蛋白酶-3、-7的激活的LED光效果和选择性地吸收短波长的阻挡元件的光保护效果。FU意指荧光单元。

按照对问题的分析和解决方案的示例，在12小时的恢复与12小时的暴露进行交替的3个周期中，光特别是更短波长的光影响人视网膜色素上皮细胞的生长。发生了表示组蛋白H2AX(DNA损害)y的胱天蛋白酶-3、-7(细胞凋亡)的细胞的数量的增加。

在所有情况下，选择性地吸收短波长的阻挡元件对人视网膜色素上皮细胞起到了抵抗光的损害效果的保护效果。

对吸收短波长的阻挡元件的光密度的选择

对于本领域技术人员明显的是，其他特定的实施例可以是可能的，而不仅是前面的示例中示出的实施例。然而，所有特定的实现必须考虑：必须经由软件来选择以及降低阻挡380nm与500nm之间的波长的吸收率，所述发射没有选择性地降低光的强度或量的情况下。

出于这个原因，本发明建立了一系列因子(表5)，其中赋予该系列因子特定的最大和最小的权重以针对每个个体精确地设定最大和最小吸收率：

表5

表5中通过示例的方式列出的各种因子的总和是作为结果给出的与图2相对应的最大和最小吸收率阈值，其中，通过示例的方式，对于使用计算机(4/2)工作的25岁之间的用户(最大5；最小2)，用户在光源下的暴露时间少于3个小时(2/1)，在用户与适光LED型光源(2/1)进行交互的环境照明下，以及在没有疾病状态下，陈述了我们将在13％的(5+2+2+2)的380nm至500nm的范围内具有最大吸收率，而最小吸收率将为6％，如在例如图2中所示。然而，如果相同的个体在强照明和弱照明的环境中使用各种电子设备(计算机、平板和智能电话)达10小时以上，则优选的吸收率范围将在11％与24％之间。另一方面，如果该个体具有中度的视网膜疾病状态并且每天在强光条件下暴露于电视下达3小时至5小时，推荐的吸收率范围将为47％至74％。

有些人可能想没有必要具有最大的吸收率范围并且完全阻挡380与500之间的短波长的通过。然而，因为对蓝光的完全阻挡对屏的可见度和个人本身的昼夜周期产生影响，所以设定最小和最大吸收率范围是合乎逻辑的，从而使这样的负面影响最小化。

实现这种选择性的吸收率的示例和实际的实施例会变化，这是因为其可以为多层基板(在示例中使用的阻挡元件)、具有该光密度的色素的涂层(凝胶、泡沫、乳剂、溶液、稀释或混合物)、或者经由软件在380nm至500nm的光谱上降低发射。

图7示出了根据一些实际实施例的作为可以在本发明中使用的设备的便携式电子设备(100)。更具体地，本发明的便携式电子设备100包括存储器102、存储器控制器104、一个或更多个处理单元(CPU)106、外围接口108、RF电路112、音频电路114、扬声器116、麦克风118、输入/输出(I/O)子系统120、LED显示器126、其它输入或控制设备128以及外部端口148。这些部件通过一个或更多个通信总线或信号线110进行通信。该设备100可以为任何便携式电子设备，该便携式电子设备包括但不限于手持式计算机、平板计算机、移动电话、媒体播放器、个人数字助理(PDA)或者包括这些项目的两个或更多个组合的类似物。应当理解的是，设备100仅为便携式电子设备100的一个示例，并且设备100可以具有多于或少于所示部件的部件或者具有部件的不同配置。图1所示的各种部件可以实现为硬件、软件或硬件和软件的组合，包括一个或更多个信号处理和/或专用集成电路。以同样的方式，已限定了LED显示器126，然而本发明还可以实现为具有标准显示器的设备。

存储器102可以包括高速随机存取存储器并且还可以包括非易失性存储器，比如一个或更多个磁盘存储设备、闪存设备或其它非易失性固态存储器设备。在一些实施例中，存储器102还可以包括与一个或更多个处理器106远程定位的存储装置，例如经由RF电路112或外部端口148以及通信网络(未示出)-比如因特网、内联网、局域网(LAN)、宽局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)等或者其任何合适的组合-访问的网络附加存储装置。可以通过存储器控制器104来控制通过设备100的其它部件比如CPU 106和外围接口108来对存储器102进行的访问。

外围接口108将设备的输入和输出外围耦接至CPU 106和存储器102。一个或更多个处理器106运行各种软件程序和/或存储在存储器102中的指令集合以执行设备100的各种功能并且处理数据。

在一些实施例中，外围接口108、CPU 106和存储器控制器104可以在单个芯片比如芯片111上实现。在一些其他的实施例中，外围接口108、CPU 106和存储器控制器104可以在单独的芯片上实现。

RF(射频)电路112接收并且发送电磁波。RF电路112将电信号转换成电磁波/从电磁波转换电信号，并且经由电磁波与通信网络和其它的通信设备进行通信。RF电路112可以包括用于执行这些功能的公知的电路，该公知的电路包括但不限于天线系统、RF收发器、一个或更多个放大器、调谐器、一个或更多个振荡器、数字信号处理器、CODEC芯片组，订户身份模块(SIM)卡以及存储器等。RF电路112可以通过无线通信与网络比如还被称为万维网(WWW)的因特网、内联网和/或无线网络(比如蜂窝电话网络、无线局域网络(LAN)和/或城域网(MAN))以及其它设备进行通信。无线通信可以使用多个通信标准、协议和技术中的任何一者，该多个通信标准、协议和技术包括但不限于全球移动通信系统(GSM)、增强型数据速GSM演进(EDGE)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多路存取(CDMA)、时分多址(TDMA)、蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如，IEEE 802.11a、IEEE802.11b、IEEE 802.11g和/或IEEE 802.11n)、基于因特网协议的语音(VoIP)、无线都会网路、用于电子邮件的协议、即时消息和/或短消息服务(SMS)或者包括到此文献的提交日期为止尚未开发的通信协议的任何其他合适的通信协议。

音频电路114、扬声器116和麦克风118提供用户与设备100之间的音频接口。音频电路114接收来自外围接口108的音频数据，将该音频数据转换为电信号并且将该电信号发送至扬声器116。扬声器将电信号转换为人可以听到的声波。音频电路114还接收由麦克风116转换的来自声波的电信号。音频电路114将电信号转换为音频数据，并且将该音频数据发送至外围接口108以进行处理。通过外围接口108可以从存储器102检索音频数据和/或将该音频数据发送至RF电路112。在一些实施例中，音频电路114还包括头戴式耳机插孔(未示出)。该耳塞插孔提供了音频电路114与可移除音频输入/输出外围之间的接口，其中该可移除音频输入/输出外围比如仅输出的耳机或具有输出(耳机用于一只或两只耳朵的耳机)和输入(麦克风)二者的头戴式耳机。

I/O子系统120提供了设备100上的输入/输出外围与外围设备接口108之间的接口，该输入/输出外围比如LED显示器126和其它输入/控制设备128设备。I/O子系统120包括LED显示控制器122和用于其它输入或控制设备的一个或更多个输入控制器124。该一个或更多个输入控制器124接收来自其他输入或控制设备128的电信号/将电信号发送至其他输入或控制设备128。该其它输入/控制设备128可以包括物理按钮(例如，按钮、摇杆按钮等)、刻度盘、滑块开关和/或地理位置装置201比如GPS等。

在此实际的实施例中，LED显示器126提供设备与用户之间的输出接口和输入接口二者。LED显示控制器122接收来自LED显示器126的电信号/将电信号发送至LED显示器126。LED显示器126向用户显示视觉输出。该视觉输出可以包括文本、图形、视频和它们的任意组合。视觉输出的一部分或全部可以与用户界面对象相对应，下面描述其进一步的细节。

LED显示器126还基于触觉接触接受来自用户的输入。LED显示器126形成接受用户输入的触敏表面。LED显示器126和LED显示控制器122(连同任何相关联的模块和/或存储器102中的指令集合)检测LED显示器126上的接触(以及接触的任何移动或断开)并且将检测到的接触与在LED显示器上显示的用户界面对象比如一个或更多个软键进行交互。在示例性实施例中，LED显示器126与用户之间的接触点与用户的一个或更多个数字相对应。

LED显示器126是多个光发射器二极管，或者可以由多个光发射器二极管形成，并且更具体地由白色LED形成，然而在其他实施例中可以使用其它类型的LED发射器。

LED显示器126和LED显示控制器122可以使用多个触摸灵敏度技术中的任何一个触摸灵敏度技术来检测接触和该接触的任何移动或断开，该多个触摸灵敏度技术包括但不限于电容、电阻、红外线和表面声波技术以及其它接近传感器阵列或者用于确定与LED显示器126的接触的一个或更多个点的其它元件。

设备100还包括用于对各种部件供电的电源系统130。电源系统130可以包括电源管理系统、一个或更多个电源(例如，电池、交流电(AC))、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或逆变器、电源状态指示器(例如，发光二极管(LED))以及与便携式设备中的电力的生成、管理和分配相关联的任何其他部件。

在一些实施例中，软件部件包括操作系统132、通信模块(或指令集合)134、接触/运动模块(或指令集合)138、图形模块(或指令集合)140、用户界面状态模块(或指令集合)144以及一个或更多个应用(或指令集合)146。

操作系统132(例如，达尔文、RTXC、LINUX、UNIX、OS X、WINDOWS或嵌入式操作系统比如VxWorks)包括用于控制和管理通用系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制和电源管理等)的各种软件部件和/或驱动器，并且利于各种硬件和软件部件之间的通信。

通信模块134利于通过一个或更多个外部端口148与其它设备进行通信，并且还包括用于处理由RF电路112和/或外部端口148接收的数据的各种软件部件。外部端口148(例如，通用串行总线(USB)、FIREWIRE等)适于与其他设备直接地耦接或者通过网络(例如，因特网、无线LAN等)间接地耦接。

接触/运动模块138结合LED显示控制器122检测与LED显示器126的接触。接触/运动模块138包括用于执行与检测与LED显示器122的接触相关的各种操作的各种软件部件，该各种操作为比如：确定接触是否发生；确定是否存在该接触的移动并且在LED显示器上跟踪该移动；以及确定该接触是否被断开(即，接触是否已经停止)。确定接触点的移动可以包括：确定该接触点的速率(大小)、速度(大小和方向)和/或加速度(包括大小和/或方向)。在一些实施例中，接触/运动模块126和LED显示控制器122还检测LED垫上的接触。

图形模块140包括用于在LED显示器126上呈现和显示图形的各种已知的软件部件。注意，术语“图形”包括可以显示给用户的任何对象，该任何对象包括但不限于文本、网页、图标(比如包括软键的用户界面对象)、数字图像、视频以及动画等。

在一些实施例中，图形模块140包括光强度模块142，光强度模块142控制显示在LED显示器126上的图形对象比如用户界面对象的光强度。控制光强度可以包括提高或降低图形对象的光强度。在一些实施例中，该提高或降低可以遵循预定的函数。

用户界面状态模块144控制设备100的用户界面状态。用户界面状态模块144可以包括锁定模块150和解锁模块152。锁定模块检测一个或更多个条件中的任何一个条件的满足以将设备100转换到用户界面锁定状态并且将设备100转换到锁定状态。解锁模块检测一个或更多个条件中的任何一个条件的满足以将设备100转换到用户界面解锁状态并且将设备100转换到解锁状态。

一个或更多个应用130可以包括安装在设备100上的任何应用，该一个或更多个应用130包括但不限于浏览器、地址簿、联系人列表、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、窗口小部件，JAVA使能的应用、加密、数字权利管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(比如由全球定位系统(GPS)提供的)、音乐播放器(其回放存储在一个或更多个文件比如MP3或AAC文件中的所记录的音乐)等。

在一些实施例中，设备100可以包括用于在成像应用中使用的一个或更多个可选光学传感器(未示出)，比如CMOS或CCD图像传感器。

因此，便携式电子设备(100)主要包括：LED显示器(126)；一个或更多个处理器(106)；存储器(102)以及一个或更多个程序，其中程序(132至146)被存储在存储器(102)中并且被配置成通过至少所述处理器(106)来执行，该程序(132至146)包括计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射并且选择性地降低包含在显示器(126)中的LED的至少一部分对380nm与500nm之间的短波长的发射。所有这些如已经在以上指出的。

通过修改操作系统(134)或颜色强度模块(142)中的颜色来执行选择性降低。在任何情况下，还存在的可能性是：所述选择性降低在时间上渐进，使得在设备(100)的屏(126)下的暴露时间越长，该降低将会更大。

最终，具有被配置用于由一个或更多个处理器(106)执行的指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品由如所述的便携式电子设备(100)执行时，所述设备(100)执行根据计算机实现方法的方法，以阻挡LED型光源中的短波长，该该计算机实现方法的特征在于其包括以下步骤：(i)计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射；以及(ii)基于步骤(i)中陈述的计算，选择性地降低包含在显示器中的LED对380nm与500nm之间的短波长的发射。

对有害发射的计算是以下变量中的至少一个变量的函数：LED型光源的用户的年龄；与LED型光源的间隔距离；LED型光源的大小；用户在光源下的暴露时间；用户与LED型光源进行交互的地点的环境照明；以及可能的视网膜和/或角膜疾病状态。

此计算机程序产品可以物理地实现为显示器硬件本身或者实现为包括LED型显示器的计算机系统的视频控制器。

保护视网膜、角膜和晶体免于短波长的有害作用，以及消除眼睛疲劳，改善舒适度和视觉功能，以及避免失眠，即本发明的最终目的，也用该计算机实现方法、便携式电子装置(100)以及所描述的计算机产品来实现。

由本发明所提供的可能性中的一个可能性是将任何文档的背景改变成对人眼不强烈的背景的可能性。实际上，如今，大多数的文档具有白色的背景，而其内容通常为提供强烈对比的彩色，如黑色、蓝色、红色或绿色。除了最小化所述文档的打印的成本以外，这还受限于电子文档通常尝试模仿写在纸上的文档的事实。

然而，如所述的，该对照意味着对人眼具有有害内容的强光发射。因此，并且由于所描述的方法、计算机实现的方法、所以设备和计算机产品实现了检测显示给用户的文档的背景的又一步骤以及将所述背景切换成具有在所指示光谱上降低发射的背景的第二步骤。

具有LED背光显示器的平板型便携式电子设备的照明特性的测试。

为了证明本发明的便利性，已经实现了市场上若干LED背光平板的照明特性的测试。

在测试中定义以下概念：

-发射光谱是通过使由光源发射的辐射衰弱来获得的电磁波的频率集合。-辐照度(mW/cm²)：用于描述所有类型的电磁辐射的每单位面积入射功率的辐射大小。

该测试的目的是确定3个平板显示器在将不同的图像投射在其显示器上的LED背光下的照明特性：

a)确定光源的发射光谱

b)确定光源的辐照度

c)根据显示器的发射光谱和总辐照度的测量计算每个波长的辐照度。

在模型苹果iPad 4、华硕Memo Pad Smart y和三星Galaxy Tab10.1(所有商标由其各自所有者注册)上针对共计22种不同颜色的壁纸执行测量。使用对其执行色调和饱和度的变化的3原色(红色、绿色和蓝色)。同样在白色背景下执行测量。下表列出投射到已被评估的平板的显示器上的图像的颜色中的每个颜色的色调、饱和度和亮度：

	色调	饱和度	亮度	红色	绿色	蓝色
							纯红色	0	240	120	255	0	0
红色1	3	240	120	255	19	0
							红色2	5	240	120	255	32	0
红色3	7	240	120	255	45	0
							红色A	0	220	120	244	11	11
红色B	0	200	120	234	21	21
							红色C	0	180	120	223	32	32

纯绿色	80	240	120	0	255	0
							绿色1	83	240	120	0	255	19
绿色2	85	240	120	0	255	32
							绿色3	87	240	120	0	255	45
绿色A	80	220	120	11	244	11
							绿色B	80	200	120	21	234	21

绿色C

80

180

120

32

223

32

纯蓝色	160	240	120	0	0	255
							蓝色1	163	240	120	19	0	255
蓝色2	165	240	120	32	0	255
							蓝色3	167	240	120	45	0	255
蓝色A	160	220	120	11	11	244
							蓝色B	160	200	120	21	21	234
蓝色C	160	180	120	32	32	223

白色

160

0

240

255

255

255

表6

为了确定LED光源的发射光谱，使用海洋光学红潮USB 650分光光度计。使用海洋光学SpectraSuite软件来分析数据，并且使用SIGMAPLOT软件来绘制数据。

用于采集测量的采集协议是：

-暴露时间：200毫秒

-强度的扫描数：5(根据由仪器执行的5次测量的平均来获得强度发射的每次测量)。

用Thorlabs PM100USB辐射计在35厘米的距离处确定光源的总辐照度。

为了根据其波长来计算辐照度，进行以下数学分析：

其中：

I(λ)为取决于波长的辐照度。

I_T为在实验过程中测量的总辐照度。

E(λ)为取决于在实验过程中测量的波长的相对电磁光谱。

E_T为在实验过程中测量的总电磁光谱。

针对模型华硕Memo Pad Smart的测试结果

在图8A所示的曲线中，表示取决于平板华硕Memo Pad Smart的波长的辐照度(mW/cm²)，其中该平板华硕Memo Pad Smart使用原色(红色、绿色和蓝色)和白色图像作为背景。在图8和后续图中，表示平板显示器的照明特性由于色调改变(图8B)或者原色中每个原色的图像的饱和度改变(图8C)而产生的变化。

另一方面，在图8D中，表示了在插入保护性滤光器和不插入保护性滤光器情况下的取决于平板华硕Memo Pad Smart的波长的辐照度(mW/cm²)，其中根据本发明的目的该保护性滤光器部分地吸收可见光谱的短波长。在表7中，指示所表示的值：

表7

针对模型苹果iPad 4的测试结果

在图9的曲线中，表示取决于平板iPad 4的波长的辐照度(mW/cm²)，其中该平板iPad 4使用原色(红色、绿色和蓝色)和白色图像作为背景(与9A)。

在后续图中，表示平板显示器的照明特性由于色调改变(图9B)或者原色中的每个原色的图像的饱和度改变(图9C)而产生的变化。

另一方面，在图9D中，表示了在插入保护性滤光器和不插入保护性滤光器情况下的取决于平板iPad 4的波长的辐照度(mW/cm²)，其中根据本发明的目的该平板iPad 4部分地吸收可见光谱的短波长。在表8中，指示所表示的值：

表8

针对模型三星Galaxy Tab 10.1的测试结果

在图10的图中，表示取决于三星Galaxy Tab 10.1的波长的辐照度(mW/cm²)，其中该三星Galaxy Tab 10.1使用原色(红色、绿色和蓝色)和白色图像作为背景(与9A)。

在后续图中，表示了平板显示器的照明特性由于色调改变(图9B)或者原色中每个原色的图像的饱和度改变(图9C)而产生的变化。

另一方面，在图10D中，表示了在插入保护性滤光器和不插入保护性滤光器情况下的取决于平板三星Galaxy Tab 10.1的波长的辐照度(mW/cm²)，其中根据本发明的目的该平板三星Galaxy Tab 10.1部分地吸收可见光谱的短波长。在表9中，指示所表示的值：

表9

根据在所有先前测试中报告的结果，证明了：由LED型显示器引起的在380nm与500nm之间的光谱的发射的降低是有益的，并且还可以容易地经由硬件和软件来校正。

Claims (17)

1.一种LED型光源中的短波长的阻挡元件，其特征在于，所述阻挡元件包括基板，其中色素分布在所述基板的表面上，并且特征在于，所述色素具有光密度，使得所述色素允许在针对每个个体建立的吸收率的最大阈值与最小阈值之间选择性地吸收380nm与500nm之间的短波长，而无需完全阻挡380nm与500nm之间的波长的通过。

2.根据权利要求1所述的阻挡元件，包括多层基板，其中，所述层中的至少一个层包含分布在所述至少一个层的表面上的短波长阻挡色素。

3.根据权利要求1所述的阻挡元件，其中，所述基板为在整个涂层中包含色素的涂层。

4.根据权利要求3所述的阻挡元件，其中，所述涂层为从凝胶剂、泡沫剂、乳剂、溶液、稀释物或以上的组合中选择的涂层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阻挡元件，其中，所述色素均匀地分布在所述基板的所述表面上。

6.一种LED型光源中的短波长的阻挡方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(i)在针对个体建立的吸收率的最大阈值与最小阈值之间选择在380nm与500nm之间的短波长的范围内色素的平均光密度，以及(ii)在基板的整个表面上对所述基板进行着色，使得平均吸收率在针对每个个体的所述最大阈值与所述最小阈值之间，而无需完全阻挡380nm与500nm之间的波长的通过。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，对所述光密度的选择基于以下参数中的至少一个参数：所述LED型光源的用户的年龄；与所述LED型光源的间隔距离；所述LED型光源的大小；所述用户在所述光源下的暴露时间；所述用户与所述LED型光源进行交互的地点的环境照明；设备的类型；发射强度；以及所述用户的可能的视网膜和/或角膜疾病状态。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的方法，其中，所述色素均匀地分布在所述基板的所述表面上。

9.一种包括短波长的阻挡元件的LED显示器，其中，所述短波长的阻挡元件是根据权利要求1至5中任一项所述的短波长的阻挡元件；和/或所述短波长的阻挡元件通过包括以下步骤的制造工艺来获得：降低包含在所述显示器中的LED对380nm与500nm之间的短波长的发射，而无需完全阻挡380nm与500nm之间的波长的通过。

10.一种阻挡LED型光源中的短波长的计算机实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(i)在针对每个个体建立的吸收率的最大阈值与最小阈值之间计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射；以及(ii)在所述最大阈值与所述最小阈值之间选择性地降低包含在显示器的至少一部分中的LED对380nm与500nm之间的短波长的发射，而无需完全阻挡380nm与500nm之间的波长的通过。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述有害发射的所述计算是以下变量中的至少一个变量的函数：所述LED型光源的用户的年龄；与所述LED型光源的间隔距离；所述LED型光源的大小；所述用户在所述光源下的暴露时间；所述用户与所述LED型光源进行交互的地点的环境照明；设备的类型；发射强度以及可能的视网膜和/或角膜疾病状态。

12.根据权利要求10或11所述的方法，包括：检测用户观看的电子文档的背景的另一步骤；以及将所述背景切换成使380nm与500nm之间的光谱上的发射降低的背景的第二步骤。

13.一种便携式电子设备(100)，包括：

LED显示器(126)；

一个或更多个处理器(106)；以及

存储器(102)，存储有一个或更多个程序(132至146)，所述程序(132至146)由至少所述处理器(106)执行以使所述便携式电子设备：

计算380nm与500nm之间的有害短波长的发射；

针对每个个体建立吸收率的最大阈值和最小阈值；以及

在所述吸收率的最大阈值与最小阈值之间选择性地降低包含在所述显示器(126)中的LED的至少一部分对380nm与500nm之间的短波长的发射，而无需完全阻挡380nm与500nm之间的波长的通过；

其中，修改操作系统(134)或者颜色强度模块(142)中的颜色来执行所述选择性降低。

14.根据权利要求13所述的设备(100)，其中，根据用户的暴露时间和一天中的时间，所述选择性降低在时间上渐进。

15.一种根据权利要求6或10所述的方法用以保护视网膜、角膜和晶体免于所述短波长的有害作用的用途。

16.一种根据权利要求6或10所述的方法用以消除眼睛疲劳、提高舒适度和视觉功能的用途。

17.一种根据权利要求6或10所述的方法用以防止睡眠障碍的用途。