CN107017240B

CN107017240B - 光源的组合方法

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Publication number: CN107017240B
Application number: CN201610055361.5A
Authority: CN
Inventors: 周卓辉; 何哲凯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: CN107017240A

Abstract

一种光源的组合方法，包括(1)提供多个发光元件，驱动该多个发光元件发出多道色光；(2)确认是否该多道色光所对应的多个CIE坐标位置包围一CIE坐标图之中的普朗克曲线；若是则执行步骤(3)，若否则重复执行步骤(1)；(3)将该多道色光混合成一混光，且该混光具有一特定CIE坐标；(4)确认是否所述的特定CIE坐标位于该CIE坐标图之中的普朗克曲线的上方位置；若是则执行步骤(6)，若否则执行步骤(5)；(5)驱动该多个发光元件以调整该多道色光之中的一道或一道以上色光的光强度，并重复步骤(3)；及(6)将该多个发光元件进一步整合成一发光单元或一发光模块，且该发光单元或该发光模块能够发出一高质量光源。该方法流程有助于工程人员组合、制造出能够发出高质量光源的发光单元。

Description

光源的组合方法

技术领域

本发明关于分析与定义光源质量的技术领域，尤指一种高质量光源的组合方法。

背景技术

光的使用为人类文明社会的一项重要应用，因此古人能够靠着天然光而生活，日出而作，日入而息。自爱迪生发明灯泡之后，随着科技的进步，人类所使用的光源已由灯泡发展至白炽灯(Incandescent bulb)以及荧光灯(Fluorescent tube)；并且，进一步地，目前最新的照明技术为固态照明(Solid-State Lighting,SSL)技术，例如发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)、有机发光半导体(Organic Light-Emitting Diode,OLED)以及高分子发光二极管(Polymer Light-Emitting Diode,PLED)都是固态照明技术(SSL)的产物。

照明质量综合评价(Ergonomic Lighting Indicator,ELI)是一个全面性的照明质量评估标准。请参阅图1，是照明质量综合评价的程度指针图。如图1所示，照明质量综合评价(ELI)以五种指标评估一个照明光源的质量程度，包括：

A视觉表现(Visual performance)：包括照度、演色性、与对比度等因素；

B情境(Vista)：包括使用者心理、视觉阶层、与建筑材料等因素；

C视觉舒适度(Visual comfort)：包括光的分布均匀度、是否存在不舒适的眩光、以及光源有无闪烁等因素；

D生命力(Vitality)：包括对人们心理的影响、与刺激等因素；以及

E权能(Empowerment)：包括个人化的调光、选择性的照明场景、与布局等因素。

经由上述，可以得知的是，包括视觉表现、情境、生命力、以及权能，照明质量综合评价的五种评估指标之中就有四个指标决定于人们的生理感受度；由此可知，人们的生理感受度对于照明质量综合评价的重要性。

不同于照明质量综合评价(ELI)，演色性指数(Color Rendering Index,CRI)利用不同的方式来评估光的质量。测量演色性指数必须根据以下步骤:首先，以一待测光源照射一对象，使得该对象显示其一对象颜色；接着，以一参照光源该对象，使得该对象显示其一参照对象颜色；最后，将该对象颜色与该参照对象颜色于DIN 6169所规定的八个色样上进行量化比较，即可获得该待测光源的一演色性指数(CRI)。

由上述演色性指数的测量步骤，可以得知该步骤主要是将待测光源与参照光源进行比对，并没有考虑到人们对于该待测光源的生理感受度。由此，可以预测的是，具有高演色性指数(CRI)的待测光源，其不一定带给人们良好的视觉表现、情境、生命力、以及权能；也就是说，目前各照明设备厂商以演色性指数表示(或证明)其所贩卖的照明设备的光源质量，这样的作法并不正确。

另一方面，经由研究发现，褪黑激素的产生与分泌主要受到下列三种因素的影响：(A)光线：光线透过视网膜神经传至下视丘，再经由交感神经而传至松果体，因而抑制褪黑激素的分泌，因此，于黑暗的环境中，较可促使褪黑激素的分泌；(B)昼夜韵律：下视丘有如生理时钟般地影响松果体对于褪黑激素的分泌，使得松果体所分泌褪黑激素的浓度，具有明显昼夜韵律的差异，经研究统计，夜晚时，血液的中褪黑激素的浓度为白天的六倍；以及(C)电磁波：电磁波可抑制松果体合成褪黑激素的能力，同时，电磁波亦会抑制褪黑激素合成的活性。

然而，光线乃日常生活中所不可或缺，人眼所能够感知的光线称为可见光，其中，天然的可见光为阳光，而人工的可见光的种类则相当繁多，例如：烛光、白炽灯、荧光灯、LED灯、OLED灯等。一般而言，可见光的波长范围约为450nm至750nm之间；可见光的颜色则分别为红色、橘色、黄色、绿色、蓝色、紫色等。

根据文献记载，不同颜色的光对于人体对黑激素所造成的感受程度亦不同，请参阅图2，为光波长对于褪黑激素的光感受程度的曲线图，于图2中，曲线A表示不同波长的光的视见函数(photopic luminosity function)，数据点群组则表示为不同波长的光对于人体褪黑激素所造成的光感受程度。由图2的数据，能够明显得知波长越短的光对于褪黑激素所造成的光感受程度越高，反之，波长越长的光对于褪黑激素所造成的光感受程度则越低。因此，理所当然地，对于一般人而言，只要尽可能地避免身体暴露于短波长的光环境之下，即可阻止褪黑激素抑制现象的产生。

虽然图2的数据已证明短波长的光可对人体褪黑激素造成较高的光感受程度，然而，文献中却从未发现并记载下列的事实：如图2所示，曲线B表示为单位流明(lumen)下不同波长的光量子(quanta)对于人体褪黑激素所造成的抑制程度。因此，如曲线B所示，在单位流明(lumen)下，短波长的光量子对于人体褪黑激素造成较高的抑制程度。

鉴于上述原由，目前对于光产品研发人员而言最为重要的课题在于：如何在同时考虑照明质量综合评价以及褪黑激素抑制程度的情况下，进而发展出高质量的光产品。因此，本案的发明人极力加以研究发明，终于研发完成本发明的一种高质量光源的组合方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光源的组合方法，是基于人眼感受度以及褪色黑激素抑制而设计出一套方法流程，并且该方法流程系有助于工程人员组合、制造出一个能够发出高质量光源的发光单元(模块)；同时，经由多组实验数据证实，所述高质量光源会展现出具有稳定的SRI值与低褪色黑激素抑制率的优势特征。

为了达成上述本发明的主要目的，本发明提出一种高质量光源的组合方法，包括以下步骤：

(1)提供多个发光元件，并驱动该多个发光元件发出多道色光；

(2)确认是否该多道色光所对应的多个CIE(Commission Internationale de L'Eclairage)坐标位置包围一CIE坐标图之中的普朗克曲线(Planck’s locus)；若是，则执行步骤(3)，若否，则重复执行步骤(1)；

(3)将该多道色光混合成一混光，且该混光具有一特定CIE坐标；

(4)确认是否所述的特定CIE坐标位于该CIE坐标图之中的普朗克曲线(Planck’slocus)的上方位置；若是，则执行步骤(6)，若否，则执行步骤(5)；

(5)驱动该多个发光元件以调整该多道色光之中的一道或一道以上色光的光强度，并重复步骤(3)；以及

(6)将该多个发光元件进一步整合成一发光单元或一发光模块，且该发光单元或该发光模块能够发出一高质量光源。

其中，该发光元件为一有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管或者一发光二极管。

其中，该多道色光包括：一红光、一黄绿光与一蓝光。

其中，该多道色光包括：一红光、一黄光、一天蓝光、与一深蓝光。

其中，该多道色光包括：一红光、一橘红光、一黄光、一绿光、与一深蓝光。

其中，该多道色光包括：一红光、一橘红光、一黄光、一绿光、一天蓝光、与一深蓝光。

其中，于该步骤(5)之中，该多道色光的该红光、该黄绿光与该蓝光分别具有一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-黄绿光强度百分比的曲线以及一色温-蓝光强度百分比的曲线；并且，该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-黄绿光强度百分比的曲线与该色温-蓝光强度百分比的曲线共同围出一三角形面积。

其中，于该步骤(5)之中，该多道色光的该红光、该黄光、该天蓝光、与该深蓝光之间分别具有一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-黄光强度百分比的曲线、一色温-天蓝光强度百分比的曲线、以及一色温-深蓝光强度百分比的曲线；并且，该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-黄光强度百分比的曲线、该色温-天蓝光强度百分比的曲线、与该色温-深蓝光强度百分比的曲线共同围出一四角形面积。

其中，于该步骤(5)之中，该多道色光的该红光、该橘红光、该黄光、该绿光、与该深蓝光之间分别具有一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-橘红光强度百分比的曲线、一色温-黄光强度百分比的曲线、一色温-绿光强度百分比的曲线、以及一色温-深蓝光强度百分比的曲线；并且，该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-橘红光强度百分比的曲线、该色温-黄光强度百分比的曲线、该色温-绿光强度百分比的曲线、与该色温-深蓝光强度百分比的曲线共同围出一五角形面积。

其中，于该步骤(5)之中，该多道色光的该红光、该橘红光、该黄光、该绿光、该天蓝光、与该深蓝光之间分别具有一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-橘红光强度百分比的曲线、一色温-黄光强度百分比的曲线、一色温-绿光强度百分比的曲线、一色温-天蓝光强度百分比的曲线、以及一色温-深蓝光强度百分比的曲线；并且，该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-橘红光强度百分比的曲线、该色温-黄光强度百分比的曲线、该色温-绿光强度百分比的曲线、该色温-天蓝光强度百分比的曲线、以及该色温-深蓝光强度百分比的曲线共同围出一六角形面积。

本发明基于人眼感受度以及褪色黑激素抑制而设计出一套方法流程，该方法流程有助于工程人员组合、制造出一个能够发出高质量光源的发光单元(模块)；同时，经由多组实验数据证实，所述高质量光源会展现出具有稳定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理论效率的优势特征。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为显示照明质量综合评价的程度指针图；

图2为显示光波长对于褪黑激素的光感受程度的曲线图；

图3为显示发光单元的立体图；

图4A与图4B为显示本发明的一种高质量光源的组合方法的步骤流程图；

图5为显示CIE坐标图；

图6为显示色温-光强度百分比的数据曲线图；

图7A为显示LED发光单元的色温-SRI数据曲线图；

图7B为显示OLED发光单元的色温-SRI数据曲线图；

图8A为显示LED发光单元的色温-CRI数据曲线图；

图8B为显示OLED发光单元的色温-CRI数据曲线图；

图9A为显示LED发光单元的色温-MSF数据曲线图；

图9B为显示OLED发光单元的色温-MSF数据曲线图；

图10A为显示LED发光单元的色温-理论效率数据曲线图；

图10B为显示OLED发光单元的色温-理论效率数据曲线图；

图11为显示发光单元的第二实施例的立体图；

图12为显示CIE坐标图；

图13为显示色温-光强度百分比的数据曲线图。

其中，附图标记：

S01～S04 方法步骤

S05～S06 方法步骤

1 发光单元

10 容置体

11 驱动单元

13 透明罩体

12R 红光芯片

12G 黄绿光芯片

12B 蓝光芯片

12Y 黄光芯片

12SB 天蓝光芯片

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种高质量光源的组合方法，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。

说明本发明的方法之前，先简单介绍一个发光单元(模块)的结构。请参阅图3，为一发光单元的立体图。如图3所示，该发光单元1包括：一容置体10、一驱动单元11、多个发光元件、以及一透明罩体13；其中，该多个发光元件基本上包括一红光芯片12R、一黄绿光芯片12G与一蓝光芯片12B。当然，本发明并不限定所述发光元件为特定芯片，因此发光元件可以是OLED芯片、AMOLED或是LED芯片。

请继续参阅图3，并请同时参阅图4A与图4B，为本发明的一种高质量光源的组合方法的步骤流程图。如图4A与图4B所示，本发明的高质量光源的组合方法包括6个主要步骤。

首先，于步骤(S01)与步骤(S02)之中，提供多个发光元件，并驱动该多个发光元件发出多道色光，进而确认是否该多道色光所对应的多个CIE(Commission Internationalede L'Eclairage)坐标位置包围一CIE坐标图之中的普朗克曲线(Planck’s locus)。如图3所示，多个发光元件基本上包括一红光芯片12R、一黄绿光芯片12G与一蓝光芯片12B，且该红光芯片12R、该黄绿光芯片12G与该蓝光芯片12B分别发出一红光、一黄绿光与一蓝光。进一步地，参阅图5所绘示的CIE坐标图，其中显示该红光、该黄绿光与该蓝光所对应的CIE坐标分别为(0.64,0.34)、(0.32,0.62)、与(0.15,0.10)，且该3个CIE坐标是于CIE坐标图之上围出一个三角形面积，且该三角形面积包围普朗克曲线。

继续地，本发明的方法接着执行步骤(S03)与步骤(S04)，将该多道色光混合成一混光，且该混光具有一特定CIE坐标，进而确认是否所述的特定CIE坐标位于该CIE坐标图之中的普朗克曲线的上方位置。如图5所显示的方形数据点所示，该混光的该特定CIE坐标为(0.54,0.43)，且该特定CIE坐标确实位于普朗克曲线的上方位置。

于步骤(S04)的判断式之中，若判断的结果为否，则方法接着执行步骤(S05)，进以通过所述驱动单元11驱动该多个发光元件以调整该多道色光之中的一道或一道以上色光的光强度。完成步骤(S05)之后，再重复执行步骤(S03)与步骤(S04)，以确保该混光的该特定CIE坐标确实位于普朗克曲线的上方位置。完成步骤(S03)、步骤(S04)、与步骤(S05)之后，便可以确认该混光为一高质量光源，因此可以继续地执行步骤(S06)，进而将该多个发光元件(12G,12G,12B)进一步整合成如图3所示的发光单元1(模块)。

必须特别说明的是，图5的方形数据点表示该混光的色温约为2000K，但不以此限定本发明所制造出来的高质量光源的色温。根据本发明的高质量光源的组合方法，熟悉发光元件制造的工程人员应该能够基于本身经验而制造出各种色温的高质量光源。其中，各种色温的高质量光源的CIE坐标示范性地整理于下表(一)之中。

表(一)

色温	CIE坐标
		2000	(0.54,0.43)
3000	(0.45,0.43)
		4000	(0.39,0.42)
5000	(0.35,0.38)
		6000	(0.32,0.37)
7000	(0.30,0.35)
		8000	(0.28,0.34)

此外，本发明并非采用尝试错误法则(try and error)或者经验法则来完成步骤(S05)。本案的发明人于实验过程中发现，于调整该多道色光之中的一道或一道以上色光的光强度之时，必须首先完成红光、黄绿光与蓝光的一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-黄绿光强度百分比的曲线以及一色温-蓝光强度百分比的曲线；接着，再继续确认该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-黄绿光强度百分比的曲线与该色温-蓝光强度百分比的曲线是否共同围出一个三角形面积。

如图6所示的色温-光强度百分比的数据曲线图所显示的，该色温-红光强度百分比的曲线、该色温-黄绿光强度百分比的曲线与该色温-蓝光强度百分比的曲线是否共同围出一个三角形面积。本发明可以通过图6得知，基于这样的色温-光强度数据曲线所制造出来的各种色温的高质量光源，其各个色温的CIE坐标皆会位于普朗克曲线的上方位置，并且会对应地落在普朗克之上的每条等温线(isotherm)之上。如此一来，所获得的高质量光源将展现出具有稳定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理论效率的优势特征。其中，SRI定义为自然光谱相似指数(Spectrum Resemblance Index，SRI)，是一种基于人眼对于光的感受度所计算出来的指数，其详细的计算方式记载于参考台湾专利号:I476383，此份专利所公开内容也为本发明记载的内容。另外，褪色黑激素抑制率(Melatonin SuppressionFluence-Response,MSF)的量测与计算，则记载于参考台湾专利号:I401063，此份专利所公开内容也为本发明记载的内容。

为了证实通过本发明的方法所组合出的高质量光源的确具备上述3个优势特征，以下将藉由多组实验数据加以证实之。首先请参阅以下表(二)，其中纪录了目前常用的各式灯具的CRI与褪色黑激素抑制率(MSF)。

表(二)

光源	CRI	CT(K)	MSF(％)
				LED灯	81	5000	56
OLED灯	81	4800	52
				冷色系荧光灯	71	5800	102
暖色系荧光灯	82	3700	71

接着，请参阅图7A与图7B，分别为LED发光单元与OLED发光单元的色温-SRI数据曲线图。请同时参考图5、图7A与图7B，其中方形数据点表示光源的CIE色标位于等温线(isotherm)的上端点处，三角形数据点表示光源的CIE色标位于等温线的中点处，且圆形数据点表示光源的CIE色标位于等温线的下端点处。并且，由图7A可以发现，不管LED光源的CIE色标位于等温线的上端点处、中点处或者下端点处，三道光源的SRI值并不会随着色温的升高而产生歧异；这样的现象也同样发生在OLED光源之上(图7B)。

继续地，请参阅图8A与图8B，分别为LED发光单元与OLED发光单元的色温-CRI数据曲线图。由图8A可以发现，CIE色标位于等温线的上端点处、中点处与下端点处的三道LED光源，其CRI值随着色温的升高而产生歧异；这样的现象也同样发生在OLED光源之上(图8B)。由于CRI是根据颜色相似度进行比对且SRI是根据人眼感受度进行比对，因此图7A、图7B、图8A、与图8B的实验结果正好验证了CRI与SRI两者之间的计算基础的不同。

请继续参阅图9A与图9B，分别为LED发光单元与OLED发光单元的色温-MSF数据曲线图。由图9A可以发现，随着色温的升高，CIE色标位于等温线的上端点处、中点处与下端点处的三道LED光源，其MSF值也随之上升。值得注意的是，CIE色标位于等温线的上端点处的LED光源的MSF值低于CIE色标位于等温线的下端点处的LED光源的MSF值约24％。同样的，由图9B可以发现，随着色温的升高，CIE色标位于等温线的上端点处、中点处与下端点处的三道OLED光源的MSF值也随之上升。并且，CIE色标位于等温线的上端点处的OLED光源的MSF值低于CIE色标位于等温线的下端点处的OLED光源的MSF值约34％。

接着请继续参阅图10A与图10B，分别为LED发光单元与OLED发光单元的色温-理论效率数据曲线图。由图10A可以发现，随着色温的升高，CIE色标位于等温线的上端点处、中点处与下端点处的三道LED光源，其理论效率值随之下降。值得注意的是，CIE色标位于等温线的上端点处的LED光源的理论效率值高于CIE色标位于等温线的下端点处的LED光源的理论效率值约16.8％。同样的，由图10B可以发现，随着色温的升高，CIE色标位于等温线的上端点处、中点处与下端点处的三道OLED光源的理论效率值也随之微微下降。并且，CIE色标位于等温线的上端点处的OLED光源的理论效率值高于CIE色标位于等温线的下端点处的OLED光源的理论效率值约21.8％。

综上，本发明已完整且清楚地揭露本发明的高质量光源的组合方法；总的来说，本发明的方法具有以下的主要优点：本发明是基于人眼感受度以及褪色黑激素抑制而设计出一套方法流程，该方法流程有助于工程人员组合、制造出一个能够发出高质量光源的发光单元(模块)；重要的是，所述高质量光源会展现出具有稳定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理论效率的优势特征。

虽然上述实验基于图3所示的发光单元1而完成，但不应以此限定高质量光源的发光单元1由一红光芯片12R、一黄绿光芯片12G与一蓝光芯片12B所组成。本发明的基础精神在于:驱动多个发光元件发出多道色光，进而确认是否该多道色光所对应的多个CIE坐标位置包围一CIE坐标图之中的普朗克曲线。因此，所述的多个发光元件的数量也可以是4个、5个或6个。请参阅图11，为一发光单元的第二实施例的立体图。如图11所示，该发光单元1包括：一容置体10、一驱动单元11、多个发光元件、以及一透明罩体13；其中，该多个发光元件基本上包括一红光芯片12R、一黄光芯片12Y、一天蓝光芯片12SB、与一蓝光芯片12B，并且该红光芯片12R、该黄光芯片12Y、该天蓝光芯片12SB、与该蓝光芯片12B分别发出一红光、一黄光、一天蓝光、与一蓝光。进一步地，参阅图12所绘示的CIE坐标图，其中显示该红光、该黄光、该天蓝光、与该蓝光所对应的CIE坐标分别为(0.64,0.34)、(0.49,0.51)、(0.18,0.34)、与(0.15,0.10)，且该4个CIE坐标于CIE坐标图之上围出一个四角形面积，且该四角形面积包围普朗克曲线。

根据本发明的方法步骤，为了使得该发光单元1能够发出一高质量光源，必须调整该4道色光之中的一道或一道以上色光的光强度。如图13所示的色温-光强度百分比的数据曲线图所显示的，色温-红光强度百分比的曲线、色温-黄光强度百分比的曲线、色温-天蓝光强度百分比的曲线、与色温-蓝光强度百分比的曲线共同围出一个四角形面积。因此，本发明可以得知的是，基于这样的色温-光强度数据曲线所制造出来的各种色温的高质量光源，其各个色温的CIE坐标皆会位于普朗克曲线的上方位置，并且会对应地落在普朗克曲线上的每条等温线(isotherm)之上。如此一来，所获得的高质量光源将展现出具有稳定的SRI值、低褪色黑激素抑制率、以及高理论效率的优势特征。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种光源的组合方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)提供多个发光元件，并驱动该多个发光元件发出复数道色光；

(2)确认是否该复数道色光所对应的多个CIE坐标位置于一CIE座标图之上构成一个第一多边形，且包围该CIE坐标图之中的普朗克曲线；若是，则执行步骤(3)，若否，则重复执行步骤(1)；

(3)将该复数道色光混合成一混光，且该混光具有一特定CIE坐标；

(4)确认是否所述的特定CIE坐标位于该CIE坐标图之中的普朗克曲线的上方位置；若是，则执行步骤(6)，若否，则执行步骤(5)；

(5)驱动该多个发光元件以调整该复数道色光之中的一道或一道以上色光的光强度，使得该复数道色光的复数条色温-单色光强度百分比之曲线能够于一色温-光强度的资料曲线图之上共同围出该第一多边形；接着，重复步骤(3)；以及

2.根据权利要求1所述的光源的组合方法，其特征在于，该发光元件为一有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管或者一发光二极管。

3.根据权利要求1所述的光源的组合方法，其特征在于，该复数道色光包括：一红光、一黄绿光与一蓝光。

4.根据权利要求1所述的光源的组合方法，其特征在于，该复数道色光包括：一红光、一黄光、一天蓝光、与一深蓝光。

5.根据权利要求3所述的光源的组合方法，其特征在于，于该步骤(5)之中，该复数条色温-单色光强度百分比之曲线分别为:一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-黄绿光强度百分比的曲线、以及一色温-蓝光强度百分比的曲线，且该第一多边形为一三角形。

6.根据权利要求4所述的光源的组合方法，其特征在于，于该步骤(5)之中，该复数条色温-单色光强度百分比之曲线分别为:一色温-红光强度百分比的曲线、一色温-黄光强度百分比的曲线、一色温-天蓝光强度百分比的曲线、以及一色温-深蓝光强度百分比的曲线，且该第一多边形为一四角形。