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CN109312911B - 用于产生具有高显色性的褪黑素响应可调白光的方法 - Google Patents

用于产生具有高显色性的褪黑素响应可调白光的方法 Download PDF

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CN109312911B CN201680084111.2A CN201680084111A CN109312911B CN 109312911 B CN109312911 B CN 109312911B CN 201680084111 A CN201680084111 A CN 201680084111A CN 109312911 B CN109312911 B CN 109312911B
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Abstract

本公开内容提供了用于产生具有可控的昼夜能量性能的可调白光的方法。所述方法使用多个LED串来产生具有落在蓝色、黄色/绿色、红色和青色颜色范围内的色点的光，每个LED串用单独可控制的驱动电流驱动，以便调整产生的光输出。可以选择不同的发光模式，其利用多个LED串的不同组合以调谐产生的白光。

Description

用于产生具有高显色性的褪黑素响应可调白光的方法
技术领域
本公开内容为固态照明领域。具体而言，本公开内容涉及提供具有可调色温和昼夜能量性能的白光的方法。
背景技术
本领域已知各种发光设备，包括例如白炽灯泡、荧光灯和半导体发光设备比如发光二极管(“LED”)。
存在各种资源用于描述由发光设备产生的光，一种常用的资源是1931CIE(国际照明委员会)色品图。1931CIE色品图根据两个CIE参数x和y绘制出人类色彩感知。光谱色在所描绘空间的边缘周围分布，其包括人眼感知到的所有线索。边界线表示光谱色的最大饱和度，并且内部部分表示包括白光的较不饱和的颜色。该图还描绘了具有相关色温的普朗克轨迹，也称为黑体轨迹(BBL)，普朗克轨迹表示对应于不同温度下的来自黑体的辐射的色品坐标(即，色点)。因此，可以根据它们的相关色温(CCT)描述在BBL上或BBL附近产生光的发光体。这些发光体使人类观察者获得令人愉快的“白光”，一般照明通常利用在1,800K和10,000K之间的CCT值。
显色性能可以经由本领域已知的标准度量来表征。保真度指数(Rf)和色域指数(Rg)可以基于99个颜色评估样品(“CES”)的光源的显色来计算。99个CES提供均匀的彩色空间覆盖率，旨在是光谱灵敏度中性，并且提供对应于各种真实物体的彩色样品。Rf值范围从0至100，并且指示与参考照明体相比，光源显现颜色的保真度。在实践中，Rf是与参考光源——通常为黑体辐射体或日光光谱——相比，当由特定灯点亮时物体表面颜色偏移的相对量度。特定光源的Rf值越高，光源将其用于照亮的各种物体显色得更好。色域指数Rg评估与参考光源相比，光源在多大程度上使99个CES饱和或去饱和。
相对于常规的白炽灯或荧光灯，LED具有展现非常高的功率效率的潜力。大部分LED基本上是单色光源，其似乎发射具有单一颜色的光。因此，大部分LED发射的光的光谱功率分布严密地集中在“峰值”波长周围，“峰值”波长为单个波长，在此LED的光谱功率分布或“发射光谱”达到其由光检测器检测的最大值。LED通常具有约10nm至30nm的半高宽波长范围，这相对于人眼可见光的宽范围是相当窄的，人眼可见光的范围从约380nm至800nm。
为了使用LED产生白光，已经提供了包括两个或更多个LED的LED灯，每个LED发射不同颜色的光。不同的颜色组合以产生期望强度和/或颜色的白光。例如，通过使红色、绿色和蓝色LED同时通电，得到的组合光可以呈现白色或接近白色，这取决于例如红色、绿色和蓝色LED源的相对强度、峰值波长和光谱功率分布。由于远离LED的峰值波长的区域中的光谱功率分布中的间隙，来自红色、绿色和蓝色LED的组合发光(aggregate emission)通常提供对于一般照明应用差的显色性。
还可以通过利用一种或多种发光材料比如磷光体来将由一个或多个LED发射的一些光转化为一种或多种其它颜色的光产生白光。没有通过发光材料(一种或多种)转化的由LED发射的光和由发光材料(一种或多种)发射的其它颜色的光的组合可以产生白光或近白光。
已经提供了LED灯，其可以发射具有在一定范围内的不同CCT值的白光。这种灯使用具有或没有发光材料的两个或更多个LED，各自的驱动电流增加或减少使由每个LED发射的光的量增加或减少。通过可控制地改变灯中各个LED的功率，可以将发射的总的光调谐至不同的CCT值。可以提供足够显色值和效率的CCT值的范围受到LED的选择的限制。
由白色人工照明发出的光的光谱轮廓可能影响昼夜生理、警觉和认知表现水平。明亮的人造光可用于许多治疗应用，比如在季节性情感障碍(SAD)、某些睡眠问题、抑郁、时差感、帕金森病患者的睡眠障碍、与轮班相关联的健康后果和人体生物钟的重置中的治疗。人工照明可能改变自然过程，干扰褪黑素产生，或破坏昼夜节律。蓝光可能比其它有色光具有更大趋势通过破坏依赖于日光和黑暗的自然循环的生物过程来影响生物体。在深夜和晚上暴露于蓝光可能对人体健康是有害的。
在提供能够在跨越CCT值的范围内提供白光同时实现高效率、高光通量、良好显色性和可接受颜色稳定性的LED灯上仍然存在重大挑战。提供能够提供期望的照明性能同时允许控制昼夜能量性能的照明装置也是一个挑战。
发明内容
本公开内容提供了产生具有可调的昼夜能量性能的白光的方法的方面。该方法可以包括在任何给定时间以两个或更多个通道的各种组合从本文描述的蓝色、红色、黄色/绿色和青色通道产生光。该方法包括从第一发光二极管(“LED”)串产生光，从第二LED串产生光，从第三LED串、第四LED串或第三LED串和第四LED串二者产生光，使由第一、第二、第三和第四LED串中的每个产生的光穿过多个各自的发光体介质中的一个，将离开多个各自的发光体介质的光组合在一起成为白光，其中组合的白光对应于沿着1931CIE色品图中黑体轨迹附近的预先限定的路径的多个点中的至少一个，其中第一、第二和第三LED串包括具有峰值波长在约405nm和约485nm之间的蓝色LED，和第四LED串包括具有峰值波长在约485nm和约520nm之间的青色LED。在一些实施中，就在1931CIE色品图上的位置而言，实质上相同的白光可以以两种或更多种发光模式产生。白光可以经由多种发射模式在选自1800K和4200K之间的多个目标CCT的7-阶麦克亚当椭圆内产生，发射模式包括第一发射模式，其中该方法包括由第一、第二、第三和第四LED串产生光；第二发射模式，其中该方法包括由第一、第二和第三LED串，但不是第四LED串产生光；和第三发射模式，其中该方法包括由第一、第二和第四LED串，但不是第三LED串产生光。对于具体的目标CCT，以两种发光模式产生的白光可以在约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1.0、约1.5、约2.0、约2.5、约3.0、约3.5、约4.0、约4.5、约5.0、约5.5、约6.0、约6.5、约7.0、约7.5、约8.0或在约8.0和约10.0之间的颜色匹配标准偏差(SDCM)之内。在优选的实施方式中，在目标CCT处以两种发光模式产生的白光在约0.1至约3.0SDCM内。在进一步优选的实施方式中，在目标CCT处以两种发光模式产生的白光在约0.1至约1.0SDCM内，或更优选地在约0.1至约0.5SDCM内。对于每个目标CCT，以第一、第二和第三发射模式中的任意两种产生的白光的各自的昼夜作用因子(circadian action factor)值彼此相差预定的阈值量。预定的阈值量可以是至少约5％、10％、15％、20％25％、30％、35％、40％、50％、60％、70％、80％、100％、125％、150％、200％、300％、400％或更多。在一些实施中，可以在发射模式之间实现昼夜能量调节，同时产生对应于沿着普朗克轨迹的7-阶麦克亚当椭圆内的预先限定的路径的多个点的白光，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于或等于约70的Rf、大于或等于约75的Rf、大于约80的Rf、大于约90的Rf、等于约100的Rf、大于或等于约80并且小于或等于约120的Rg、大于或等于约90并且小于或等于约110的Rg、大于或等于约95并且小于或等于约105的Rg、等于约100的Rg，并且TLCI Qa≥60。在一些实施中，白光可以经由对应于沿着预先限定的路径的多个点的方法产生，在多个点处产生的光在具有小于约3.3的COI值的从约3300K至5500K的CCT范围的至少一部分内。在一些优选的实施中，具有小于约3.3的COI值的CCT范围的一部分可以从约3300K至约5500K，从约3300K至约5000K，从约3300K至约4500K，从约3300K至约4000K，或从约3500K至约4500K。
一般公开内容和下述进一步公开内容仅是示例性的和说明性的，并不限制本公开内容，如所附权利要求书中所限定。鉴于本文提供的细节，本公开内容的其它方面对本领域技术人员将是显而易见的。在附图中，相同的附图标记遍及不同的视图表示相应的部件。所有的标注和注释通过引用被并入，如同在本文充分阐释。
附图说明
当结合附图阅读时，进一步理解发明内容以及以下详细描述。出于图解本公开内容的目的，在附图中显示了本公开内容的示例性实施；然而，本公开内容不限于公开的具体方法、组合物和设备。另外，附图不一定按比例绘制。在附图中：
图1图解了根据本公开内容的发光设备的方面；
图2图解了根据本公开内容的发光设备的方面；
图3描绘了1931CIE色品图的图表，其图解了普朗克轨迹的位置；
图4A-4D图解了根据本公开内容的发光设备的一些方面，包括由设备的部件所产生的光的一些合适的颜色范围；
图5图解了根据本公开内容的发光设备的一些方面，包括由设备的部件所产生的光的一些合适的颜色范围；
图6图解了根据本公开内容的发光设备的一些方面，包括由设备的部件所产生的光的一些合适的颜色范围；
图7-8是与由本公开内容的设备的部件所产生的光的一些适合的色点的相对光谱功率相对于波长区域的数据表；
图9A-9D是本公开内容的实施的显色特征的数据表；
图10A-10D是本公开内容的实施的显色特征的数据表；
图11A-11D是本公开内容的实施的显色特征的数据表；
图12A-12D是本公开内容的实施的显色特征的数据表；
图13A-13D是本公开内容的实施的显色特征的数据表；
图14是适合于本公开内容的实施的发光二极管的光输出的数据表。
附图中的所有描述和标注在此通过引用被并入，如同在本文被充分阐释。
具体实施方式
通过参考结合附图和实施例——其形成本公开内容的一部分——的以下详细描述，可以更容易地理解本公开内容。应当理解，本公开内容不限于本文描述和/或显示的具体设备、方法、应用、条件或参数，并且本文使用的术语仅为了通过举例方式描述具体实例的目的，并且不旨在限制要求保护的公开内容。而且，如在包括所附权利要求的说明书中所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数，并且提到具体数值包括至少该具体值，除非上下文以其它方式明确指示。如本文所使用，术语“多个”意思是多于一个。当表达值的范围时，另一范例包括从一个具体值和/或至另一个具体值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，应当理解该具体值形成另一范例。所有范围是包括性的和可组合的。
要认识到，为了清楚起见，本文在单独范例的上下文中描述的本公开内容的某些特征也可以在单个示例性实施中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个示例性实施的上下文中描述的本公开内容的各种特征也可以单独地或以任何子组合提供。此外，提及该范围中陈述的值包括该范围内的每个和每个值。
在一个方面中，本公开内容提供了可以具有多个发光二极管(LED)串的半导体发光设备100。每个LED串可以具有一个或多于一个LED。如图1中所示意性描绘，设备100可以包括发射光(用箭头示意性显示)的一个或多个LED串(101A/101B/101C/101D)。在一些情况下，LED串可以具有与其关联的受体发光体介质(102A/102B/102C/102D)。与从受体发光体介质发射的光组合的从LED串发射的光可以穿过一个或多个光学元件103。光学元件103可以是一个或多个扩散器、透镜、光导管、反射元件或其组合。
受体发光体介质102A、102B、102C或102D包括一种或多种发光材料，并且被定位以接收由LED或其它半导体发光设备发射的光。在一些实施中，受体发光体介质包括具有发光材料的层，该发光材料直接涂布或喷射到半导体发光设备上或其封装的表面上，和包括发光材料的透明密封材料，该发光材料布置为部分或完全覆盖半导体发光设备。受体发光体介质可以包括在其中混合一种或多种发光材料的一个介质层或类似层，多个堆叠层或介质，其每一个可以包括一种或多种相同或不同的发光材料，和/或多个间隔开的层或介质，其每一个可以包括相同或不同的发光材料。适合的密封材料是本领域技术人员已知的并且具有适合的光学、机械、化学和热特征。在一些实施中，密封材料可以包括二甲基硅树脂、苯基硅树脂、环氧树脂、丙烯酸和聚碳酸酯。在一些实施中，受体发光体介质可以在空间上与LED或其封装的表面分离(即，远距离地定位)。在一些实施中，这种空间分离可涉及分离至少约1mm、至少约2mm、至少约5mm或至少约10mm的距离。在某些实施方式中，在空间上隔离的发光体介质和一个或多个电激活发射器之间的导电热连通不是显著的。发光材料可以包括磷光体、闪烁体、日辉带、纳米磷光体、在用光照射时在可见光谱中发光的油墨、半导体量子点、或其组合。在一些实施中，发光材料可以包括磷光体，磷光体包括下述材料中的一种或多种：BaMg2Al16O27:Eu2+、BaMg2Al16O27:Eu2+,Mn2+、CaSiO3:Pb,Mn、CaWO4:Pb、MgWO4、Sr5Cl(PO4)3:Eu2+、Sr2P2O7:Sn2+、Sr6P5BO20:Eu、Ca5F(PO4)3:Sb、(Ba,Ti)2P2O7:Ti、Sr5F(PO4)3:Sb,Mn、(La,Ce,Tb)PO4:Ce,Tb、(Ca,Zn,Mg)3(PO4)2:Sn、(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn、Y2O3:Eu3+、Mg4(F)GeO6:Mn、LaMgAl11O19:Ce、LaPO4:Ce、SrAl12O19:Ce、BaSi2O5:Pb、SrB4O7:Eu、Sr2MgSi2O7:Pb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Eu、Gd2O2S:Pr、Gd2O2S:Pr,Ce,F、Y2O2S:Tb、Y2O2S:Eu、Y2O2S:Pr、Zn(0.5)Cd(0.4)S:Ag、Zn(0.4)Cd(0.6)S:Ag、Y2SiO5:Ce、YAlO3:Ce、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、CdS:In、ZnO:Ga、ZnO:Zn、(Zn,Cd)S:Cu,Al、ZnCdS:Ag,Cu、ZnS:Ag、ZnS:Cu、NaI:Tl、CsI:Tl、6LiF/ZnS:Ag、6LiF/ZnS:Cu,Al,Au、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,Au,Al、CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、Lu3Al5O12:Ce、Eu3+(Gd0.9Y0.1)3Al5O12:Bi3+,Tb3+、Y3Al5O12:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+、Ca2AlSi3O2N5:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu、Sr5(PO4)3Cl：Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、Si6-zAlzN8-zOz:Eu(其中0<z≦4.2)；M3Si6O12N2:Eu(其中M＝碱土金属元素)、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu、Sr4Al14O25:Eu、(Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu、(Sr,Ba)Al2Si2O8:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca)2(Mg、Zn)Si2O7:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)9(Sc,Y,Lu,Gd)2(Si,Ge)6O24:Eu、Y2SiO5:CeTb、Sr2P2O7—Sr2B2O5:Eu、Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu、Zn2SiO4:Mn、CeMgAl11O19:Tb、Y3Al5O12:Tb、Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb、La3Ga5SiO14:Tb、(Sr,Ba,Ca)Ga2S4:Eu,Tb,Sm、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、(Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg,Na,Li)2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Eu-活化的β-赛隆(Sialon)，SrAl2O4:Eu、(La,Gd,Y)2O2S:Tb、CeLaPO4:Tb、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,Au,Al、(Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3:Ce,Tb、Na2Gd2B2O7:Ce,Tb、(Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6:K,Ce,Tb、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu、(Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu,Mn、M3Si6O9N4:Eu、Sr5Al5Si21O2N35:Eu、Sr3Si13Al3N21O2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(La,Y)2O2S:Eu、(Y,La,Gd,Lu)2O2S:Eu、Y(V,P)O4:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu,Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu,Mn、LiW2O8:Eu、LiW2O8:Eu,Sm、Eu2W2O9、Eu2W2O9:Nb和Eu2W2O9:Sm、(Ca,Sr)S:Eu、YAlO3:Eu、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu、LiY9(SiO4)6O2:Eu、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce、(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu,Mn,Eu、Ba3MgSi2O8:Eu,Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8:Eu,Mn、(k-x)MgO.xAF2.GeO2:yMn4+(其中k＝2.8至5，x＝0.1至0.7，y＝0.005至0.015，A＝Ca、Sr、Ba、Zn或其混合物)、Eu-活化的α-赛隆、(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu,Bi、(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu,Bi、(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu,Bi、SrY2S4:Eu,Ce、CaLa2S4:Ce,Eu、(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu,Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu,Mn、(Y,Lu)2WO6:Eu,Ma、(Ba,Sr,Ca)xSiyNz:Eu,Ce(其中x、y和z是等于或大于1的整数)、(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH):Eu,Mn、((Y,Lu,Gd,Tb)1-x-yScxCey)2(Ca,Mg)(Mg,Zn)2+rSiz-qGeqO12+δ、SrAlSi4N7、Sr2Al2Si9O2N14:Eu、M1 aM2 bM3 cOd(其中M1＝包括至少Ce的活化剂元素，M2＝二价金属元素，M3＝三价金属元素，0.0001≦a≦0.2，0.8≦b≦1.2，1.6≦c≦2.4和3.2≦d≦4.8)、A2+xMyMnzFn(其中A＝Na和/或K；M＝Si和Al，和-1≦x≦1，0.9≦y+z≦1.1，0.001≦z≦0.4和5≦n≦7)、KSF/KSNAF、或(La1-x-y,Eux,Lny)2O2S(其中0.02≦x≦0.50和0≦y≦0.50，Ln＝Y3+、Gd3+、Lu3+、Sc3+、Sm3+或Er3+)。在一些优选的实施中，发光材料可以包括磷光体，磷光体包括下述材料中的一种或多种：CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、BaMgAl10O17:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、β-SiAlON、Lu3Al5O12:Ce、Eu3+(Cd0.9Y0.1)3Al5O12:Bi3+,Tb3+、Y3Al5O12:Ce、La3Si6N11:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+,Eu2+、Ca2AlSi3O2N5:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu2+、Sr4.5Eu0.5(PO4)3Cl、或M1 aM2 bM3 cOd(其中M1＝包括Ce的活化剂元素，M2＝二价金属元素，M3＝三价金属元素，0.0001≦a≦0.2，0.8≦b≦1.2，1.6≦c≦2.4和3.2≦d≦4.8)。在进一步优选的实施中，发光材料可以包括磷光体，磷光体包括下述材料中的一种或多种：CaAlSiN3:Eu、BaMgAl10O17:Eu、Lu3Al5O12:Ce或Y3Al5O12:Ce。
本发明的一些实施涉及固态发射器封装(package)的使用。固态发射器封装通常包括用封装元件包封以提供环境和/或机械保护、颜色选择和光聚焦的至少一个固态发射器芯片，以及使得能够电气连接到外部电路的电引线、触点或迹线。任选地包括发光体材料的密封材料可以布置在固态发射器封装中的固态发射器上。多个固态发射器可以提供在单个封装中。包括多个固态发射器的封装可以包括下述的至少一种：布置为将电力传导至固态发射器的单个引线框、布置为反射从每个固态发射器发出的至少一部分光的单个反射器、支撑每个固态发射器的单个底座(submount)、和布置为传输从每个固态发射器发出的至少一部分光的单个透镜。可以单独控制固态封装中的单个LED或成组的LED(例如，串联连线)。如图2中所示意性描绘，多个固态封装200可以布置在单个半导体发光设备100中。可以单独控制单个固态发射器封装或成组的固态发射器封装(例如，串联连线)。可以通过本领域技术人员已知的控制元件将驱动电流独立地施加到相关部件来提供对单个发射器、成组的发射器、单个封装、或成组的封装的单独控制。在一个实施方式中，至少一个控制电路201a可以包括电流供应电路，其配置为将通路状态驱动电流独立地施加到单个固态发射器、成组的固态发射器、单个固态发射器封装或成组的固态发射器封装中的每一个。这种控制可以响应于控制信号(任选地包括布置为感测电气、光学、和/或热性质和/或环境条件的至少一个传感器202)，并且控制系统203可配置为选择性提供一种或多种控制信号到至少一个电流供应电路。在各种实施方式中，通向不同电路或电路部分的电流可以是预先设定的、用户定义的，或响应于一个或多个输入或其它控制参数。半导体发光设备的设计和制造是本领域技术人员所熟知的，并且因此将省略其进一步描述。除非另外定义，否则本文使用的术语应被解释为具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，本文使用的术语应被解释为具有与本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义解释，除非本文明确定义。
图3图解了1931国际照明委员会(CIE)色品图。1931CIE色品图是二维色度空间，其中每种可见颜色由具有x-和y-坐标的点表示。完全饱和的(单色)颜色出现在图表的外边缘，而较不饱和的颜色(其代表波长的组合)出现在图表的内部。如本文所使用，术语“饱和的”意思是具有至少85％的纯度，术语“纯度”具有本领域技术人员熟知的含义，并且用于计算纯度的程序是本领域技术人员熟知的。随着黑体的温度从约1000K变化至10,000K，由图表中的线150表示的普朗克轨迹或黑体轨迹(BBL)遵循白炽灯黑体在色度空间中采取的颜色。黑体轨迹从低温(约1000K)下的深红色变为橙色、淡黄白色、白色和最终在非常高的温度下的浅蓝白色。对应于色度空间中的具体颜色的黑体辐射体的温度被称为“相关色温”。一般而言，对应于约2700K至约6500K的相关色温(CCT)的光被认为是“白”光。具体而言，如本文所使用，“白光”一般指具有这样的色品点的光，该色品点在CCT为2700K和6500K之间的黑体轨迹上的点的10-阶麦克亚当椭圆内。然而，应当理解，如果需要，可以使用更严格或更宽松的白光定义。例如，白光可以指具有这样的色品点的光，该色品点在CCT为2700K和6500K之间的黑体轨迹上的点的7阶麦克亚当椭圆内。在CIE 1960色品图中可以测量与黑体轨迹的距离，并且由符号Δuv或DUV指示。如果色品点高于普朗克轨迹，则DUV由正数表示；如果色品点低于轨迹，则DUV用负数指示。如果DUV足够正，则光源可以在相同CCT下呈现淡绿色或淡黄色。如果DUV足够负，则光源可以在相同CCT下呈现紫色或粉红色。对于具体的CCT值，观察者可能更喜欢高于或低于普朗克轨迹的光。DUV计算方法是本领域技术人员所熟知的，并且在ANSI C78.377，美国国家电灯标准(American National Standard forElectric Lamps)—固态照明(SSL)产品的色品规范(Specifications for theChromaticity of Solid State Lighting(SSL)Products)中更全面地描述，出于所有目的，其通过引用以其整体并入本文。表示CIE标准照明体D65的点也显示在图表中。D65照明体旨在表示平均日光并且具有约6500K的CCT，并且在用于比色法的联合ISO/CIE标准，ISO10526:1999/CIE S005/E-1998，CIE标准发光体中更完整地描述了光谱功率分布，出于所有目的，其通过引用以其整体并入本文。
由光源发射的光可以由色品图比如1931CIE色品图上的点表示，其具有在图表的X-Y轴上指示的颜色坐标(ccx，ccy)。色品图上的区域可以表示具有相似色品坐标的光源。
光源精确地再现照明对象中的颜色的能力可以使用IES Method for EvaluatingLight Source Color Rendition,Illuminating Engineering Society,Product ID:TM-30-15(本文称为“TM-30-15标准”)中描述的指标(metrics)来表征，出于所有目的，其通过引用以其整体并入本文。TM-30-15标准描述了包括保真度指数(Rf)和色域指数(Rg)的指标，其可以基于99个颜色评估样品(“CES”)的光源的显色来计算。99个CES提供均匀的彩色空间覆盖率，旨在使光谱灵敏度中性，并且提供对应于各种真实物体的彩色样品。Rf值范围从0至100，并且指示与参考照明体相比，光源显现颜色的保真度。Rg值提供了光源相对于参考照明体提供的彩色色域的量度。Rg的范围取决于被测试的光源的Rf值。根据CCT选择参考照明体。对于小于或等于4500K的CCT值，使用普朗克辐射。对于大于或等于5500K的CCT值，使用CIE日光照明体。在4500K和5500K之间，根据下述方程使用普朗克辐射和CIE日光照明体的成比例混合：
Figure BDA0001813318830000101
其中Tt是CCT值，Sr,M(λ，Tt)是成比例混合的参考照明体，Sr,P(λ，Tt)是普朗克辐射，和Sr,D(λ，Tt)是CIE日光照明体。色域指数Rg评估与参考光源相比，光源在多大程度上使99个CES饱和或去饱和。
光源提供允许临床观察紫绀的照明的能力基于在可见光谱的红色部分中，特别是大约660nm的光源的光谱功率密度。通过AS/NZS 1680.2.5Interior Lighting Part 2.5:Hospital and Medical Tasks,Standards Australia,1997定义了紫绀观察指数(“COI”)，其通过引用以其整体并入本文，包括所有附录，用于所有目的。COI适用于从约3300K至约5500K的CCT，并且优选地为小于约3.3的值。如果在大约660nm处光源的输出过低，患者的肤色可能会显得更暗，并且可能会错误的诊断为紫绀的。如果在660nm处光源的输出过高，它可能会掩盖任何紫绀，并且当它存在时可能不会诊断出。COI是无量纲数，并且由光源的光谱功率分布来计算。通过计算对于50％和100％氧饱和度在测试光源下观察的和在参考灯(4000K普朗克源)下观察的血液之间的色差，来计算COI值，并且对结果取平均值。COI的值越小，在考虑的光源的照射下颜色外观结果的变化越小。
光源精确地再现照明对象中的颜色的能力可以由电视照明一致性指数(Television Lighting Consistency Index)(“TLCI-2012”或“TLCI”)值Qa来表征，如在EBU Tech 3355,Method for the Assessment of the Colorimetric Properties ofLuminaires,European Broadcasting Union(“EBU”),Geneva,Switzerland(2014),和EBUTech 3355-s1,An Introduction to Spectroradiometry中充分描述，其通过引用以其整体被并入本文，包括所有附录，用于所有目的。TLCI将测试光源与参考灯具比较，参考灯具被指定为其色品落在普朗克或日光轨迹上，并且具有测试光源的CCT的色温。如果CCT小于3400K，那么假定为普朗克辐射体。如果CCT大于5000K，那么假定为日光辐射体。如果CCT位于3400K和5000K之间，那么假定为混合照明体，其为在3400K处的普朗克和在5000K处的日光的线性插值。因此，有必要计算普朗克和日光辐射体二者的光谱功率分布。两种操作的数学运算是本领域已知的，并且在CIE Technical Report 15:2004,Colorimetry 3rd ed.,International Commission on Illumination(2004)中更充分描述，出于所有目的将其整体并入本文。
在一些方面中，本公开内容涉及提供具有具体视觉能量和昼夜能量性能的光的照明设备和方法。许多品质因数在本领域是已知的，其中一些在Ji Hye Oh,Su Ji Yang和Young Rag Do,“Healthy,natural,efficient and tunable lighting:four-packagewhite LEDs for optimizing the circadian effect,color quality and visionperformance,”Light:Science&Applications(2014)3:e141-e149中描述，其全部被并入本文，包括补充信息，用于所有目的。辐射的发光效能(“LER”)可以利用下述方程：
Figure BDA0001813318830000111
由光通量与辐射通量的比率(S(λ))，即被评估的光源的光谱功率分布来计算。辐射的昼夜效能(“CER”)可以利用下述方程：
Figure BDA0001813318830000112
由昼夜光通量与辐射通量的比率来计算。昼夜作用因子(“CAF”)可以利用下述方程：
Figure BDA0001813318830000113
由CER与LER的比率定义。术语“blm”指生物流明，用于测量昼夜通量的单位，也称为昼夜流明。术语“lm”指视觉流明。V(λ)是明视光谱发光效率函数和C(λ)是昼夜光谱灵敏度函数。本文的计算使用来自Gall等,Proceedingsof the CIE Symposium 2004on Light and Health:Non-Visual Effects,30September–2October 2004；Vienna,Austria 2004.CIE:Wien,2004,pp129–132的昼夜光谱灵敏度函数C(λ)，其全部被并入本文，用于所有目的。通过将光量(毫瓦)在昼夜光谱灵敏度函数内积分，并将该值除以明视通量的数量，可以获得具体光源的褪黑素效应的相对量度。通过明视通量除以100，可以获得表示为褪黑素抑制毫瓦/100流明的比例相对量度。遍及本申请和附图和表使用与上述计算方法一致的术语“褪黑素抑制毫瓦/100流明”。
在一些示例性实施中，本公开内容提供了包括多个LED串的半导体发光设备100，每个LED串具有包括发光材料的受体发光体介质。每个串中的LED(一个或多个)和每个串中的发光体介质一起发射不饱和光，该不饱和光具有在1931CIE色品图中的颜色范围内的色点。1931CIE色品图中的“颜色范围”指限定一组颜色坐标(ccx，ccy)的有界区域。
在一些实施中，四个LED串(101A/101B/101C/101D)存在于设备100中，并且LED串可以具有受体发光体介质(102A/102B/102C/102D)。第一LED串101A和第一发光体介质102A可以一起发射具有蓝色范围内的第一色点的第一光。第一LED串101A和第一发光体介质102A的组合在本文也被称为“蓝色通道”。第二LED串101B和第二发光体介质102B可以一起发射具有红色范围内的第二色点的第二光。第二LED串101A和第二发光体介质102A的组合在本文也被称为“红色通道”。第三LED串101C和第三发光体介质102C可以一起发射在黄色/绿色范围内具有第三色点的第三光。第三LED串101A和第三发光体介质102A的组合在本文也被称为“黄色/绿色通道”。第四LED串101D和第四发光体介质102D可以一起发射具有青色范围内的第四色点的第四光。第四LED串101A和第四发光体介质102A的组合在本文也被称为“青色通道”。第一、第二、第三和第四LED串101A/101B/101C/101D可以提供有独立施加的通路状态驱动电流，以便将由每个串和发光体介质产生的第一、第二、第三和第四不饱和光的强度调整在一起。通过以控制方式改变驱动电流，可以调整从设备100发射的总的光的颜色坐标(ccx，ccy)。在一些实施中，设备100可以在基本上相同的颜色坐标处提供具有不同的光谱功率分布曲线的光，其可在相同CCT处产生不同的光特征。在一些实施中，可以以仅产生来自两个或三个LED串的光的模式产生白光。在一个实施中，仅使用第一、第二和第三LED串，即蓝色、红色、和黄色/绿色通道产生白光。在另一实施中，仅使用第一、第二和第四LED串，即蓝色、红色和青色通道产生白光。在一些实施中，在白光产生期间仅两个LED串产生光，因此其它两个LED串不需要在期望的色点处产生具有期望的显色性能的白光。
在一些实施中，可以使用由具有至少两个不同峰值发射波长的多个蓝色LED驱动的第一LED串来产生在蓝色范围内的第一色点。在一些优选的实施中，在设备中使用两个不同蓝色LED，其具有1931CIE色品图色点(0.1574，0.0389)和(0.1310，0.0651)，并且分别具有约450nm至约455nm和约460nm至约465nm的峰值发射波长。在一些实施中，第一LED串中的两个或更多个不同LED可以使用不同的受体发光体介质。在其它实施中，第一LED串中的两个或更多个不同LED可以使用共同的受体发光体介质。多个LED和一个或多个受体发光体介质可以产生在本文其它地方描述的合适的范围301A-C内的蓝色色点的组合发射。
图4A、4B、4C和4D描绘了本公开内容的一些实施的合适的颜色范围。图4A描绘了青色范围304A，该青色范围由连接ccx、ccy颜色坐标(0.18，0.55)和(0.27，0.72)的线、9000K的CCT等温线、9000K和4600K之间的普朗克轨迹、4600K的CCT等温线、和光谱轨迹限定。图4B描绘了黄色/绿色范围303A，该黄色/绿色范围由4600K的CCT等温线、4600K和550K之间的普朗克轨迹、光谱轨迹和连接ccx、ccy颜色坐标(0.445，0.555)和(0.38，0.505)的线限定。图4C描绘了蓝色范围301A，该蓝色范围由连接普朗克轨迹的无穷大点的ccx、ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)的线、从4000K和无穷大CCT的普朗克轨迹、CCT等温线、紫色线和光谱轨迹限定。图4D描绘了红色范围302A，该红色范围由1600K的CCT等温线和紫色线之间的光谱轨迹、紫色线、连接ccx、ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)的线和1600K的CCT等温线限定。应该理解，在描述的颜色范围301A、302A、303A、304A的边界的任何间隙或开口应该用直线闭合以连接相邻的端点，以便限定每个颜色范围的闭合边界。
在一些实施中，合适的颜色范围可以比图4A-4D中描绘的那些更窄。图5描绘了本公开内容的一些实施的一些合适的颜色范围。蓝色范围301B可以由20000K的CCT处的60-阶麦克亚当椭圆，低于普朗克轨迹的40个点限定。红色范围302B可以由1200K的CCT处的20-阶麦克亚当椭圆，低于普朗克轨迹的20个点限定。黄色/绿色范围303B可以由3700K的CCT处的16-阶麦克亚当椭圆，高于普朗克轨迹的30个点限定。青色范围304B可以由6000K的CCT处的30-阶麦克亚当椭圆，高于普朗克轨迹的68个点限定。图6描绘了适于本公开内容的一些实施的一些进一步颜色范围：蓝色范围301C、红色范围302C、黄色/绿色颜色范围303C、和青色颜色范围304C。
在一些实施中，在第一、第二、第三和第四LED串中的LED可以是具有在约535nm处或低于约535nm的峰值发射波长的LED。在一些实施中，LED发射具有在约360nm和约535nm之间的峰值发射波长的光。在一些实施中，在第一、第二、第三和第四LED串中的LED可以由InGaN半导体材料形成。在一些优选的实施中，第一、第二和第三LED串可以具有这样的LED，该LED具有在约405nm和约485nm之间的峰值波长。在一些实施中，第四LED串可以具有这样的LED，该LED具有在约485nm和约520nm之间的峰值波长。用于第一、第二、第三和第四LED串的LED可以具有在约10nm和约30nm之间的半高宽波长范围。在一些优选的实施中，第一、第二和第三LED串可以包括颜色识别码(bin code)3、4、5或6的一个或多个LUXEON Z ColorLine royal blue LEDs(产品代码LXZ1-PR01)或颜色识别码1或2的一个或多个LUXEON ZColor Line blue LEDs(LXZ1-PB01)(荷兰阿姆斯特丹Lumileds Holding B.V.公司)。在一些优选的实施中，第四LED串可以具有颜色识别码5的一个或多个LUXEON Z Color Lineblue LEDs(LXZ1-PB01)或颜色识别码1、2、6、7、8或9的一个或多个LUXEON Z Color Linecyan LEDs(LXZ1-PE01)(荷兰阿姆斯特丹Lumileds Holding B.V.公司)。这些颜BIN的波长信息在图14的表中提供。还可以使用来自其它制造商比如OSRAM GmbHand Cree,Inc.的类似LED，只要它们具有适合值的峰值发射和半高宽波长。
在利用发射波长在约360nm和约535nm之间的基本上饱和的光的LED的实施中，设备100可以包括用于每个LED的适合的受体发光体介质，以便产生具有在本文描述的合适的蓝色范围301A-C、红色范围302A-C、黄色/绿色范围303A-C和青色范围304A-C内的色点的光。由每个LED串发射的光，即由LED(一个或多个)和相关的受体发光体介质一起发射的光可以具有光谱功率分布(“SPD”)，其光谱功率的功率比在跨越从约380nm至约780nm的可见波长光谱内。尽管不希望受任何具体理论束缚，推测使用这种LED与受体发光体介质组合来产生在合适的颜色范围301A-C、302A-C、303A-C和304A-C内的不饱和光，对于来自单个设备100的跨越CCT的预定范围的白光提供改善的显色性能。由四个LED串(101A/101B/101C/101D)和受体发光体介质(102A/102B/102C/102D)发射的光的光谱功率分布比的一些适合的范围一起显示在图7和8中。附图显示了波长范围内的光谱功率的比，其中任意参考波长范围被选择用于每个颜色范围，并且标准化为100.0的值。图7和8显示了对于蓝色、青色、黄色/绿色(“yag”)和红色范围内的色点，在相对于值为100.0的标准化范围内的各种范围的光谱强度的合适的最小值和最大值。尽管不希望受任何具体理论束缚，据推测，因为与使用更饱和的颜色的照明装置和方法相比，产生的具有蓝色、青色、和黄色/绿色范围内的色点的光的光谱功率分布包含跨越可见波长内的更高的光谱强度，这允许除R1-R8以外的测试颜色的改善的显色性。
当由其各自的LED串(101A/101B/101C/101D)——其包括发光材料比如在2016年1月28日提交的题目为“Compositions for LED Light Conversions”的待审申请PCT/US2016/015318中公开的那些，其全部通过引用被并入本文，如同在此被完全阐释——激发时，发光材料的掺混物可用于发光体介质(102A/102B/102C/102D)以产生具有期望的饱和色点的发光体介质。通过利用总的发光材料与并入其中的密封材料的不同比率，传统上期望的组合输出光可以沿着LED串输出光色点和相关的受体发光体介质的饱和色点之间的连线产生。增加光学路径中发光材料的量将使输出光色点朝向发光体介质的饱和色点位移。在一些情况下，受体发光体介质的期望的饱和色点可以通过以一定比率掺混两种或更多种发光材料实现。可以经由本领域已知的方法测定实现期望的饱和色点的合适比率。一般而言，可以处理发光材料的任何掺混物，如同它们是单一发光材料，因此可以调节掺混物中发光材料的比率以继续满足具有不同峰值发射波长的LED串的目标CIE值。响应于LED串(101A/101B/101C/101D)中使用的选择的LED，其可以具有在从约360nm至约535nm的范围内的不同峰值发射波长，可以针对期望的激发调整发光材料。用于调整发光材料的响应的适合的方法在本领域是已知的，并且可以包括例如改变磷光体内掺杂剂的浓度。
在本公开内容的一些实施中，发光体介质可以被提供有两种类型的发光材料的组合。第一种类型的发光材料响应相关的LED串发射在约515nm和约590nm之间的峰值发射处发射光。第二种类型的发光材料响应相关的LED串在约590nm和约700nm之间的峰值发射处发射。在一些情况下，本文公开的发光体介质可以由该段落中描述的第一和第二类型中的至少一种发光材料的组合形成。在实施中，第一种类型的发光材料可以响应相关的LED串发射在约515nm、525nm、530nm、535nm、540nm、545nm、550nm、555nm、560nm、565nm、570nm、575nm、580nm、585nm或590nm的峰值发射处发射光。在优选的实施中，第一种类型的发光材料可以在约520nm至约555nm之间的峰值发射处发射光。在实施中，第二种类型的发光材料可以响应相关的LED串发射在约590nm、约595nm、600nm、605nm、610nm、615nm、620nm、625nm、630nm、635nm、640nm、645nm、650nm、655nm、670nm、675nm、680nm、685nm、690nm、695nm或670nm的峰值发射处发射光。在优选的实施中，第一种类型的发光材料可以在约600nm至约670nm之间的峰值发射处发射光。第一和第二种类型的一些示例性发光材料在本文其它地方被公开并且被称为组合物A-F。表1显示了一些范例发光材料和性质的方面：
Figure BDA0001813318830000161
Figure BDA0001813318830000171
组合物A-F的掺混物可用于发光体介质(102A/102B/102C/102D)以产生当由其各自的LED串(101A/101B/101C/101D)激发时具有期望的饱和色点的发光体介质。在一些实施中，一种或多种组合物A-F的一种或多种掺混物可用于产生发光体介质(102A/102B/102C/102D)。在一些优选的实施中，一种或多种组合物A、B和D和一种或多种组合物C、E和F可以被组合以产生发光体介质(102A/102B/102C/102D)。在一些优选的实施中，用于发光体介质(102A/102B/102C/102D)的密封材料包括具有约1.1mg/mm3的密度和约1.545的折射率的基体材料。合适的基体材料可具有约1.4至约1.6的折射率。在一些实施中，组合物A可以具有约1.82的折射率和从约18微米至约40微米的颗粒大小。在一些实施中，组合物B可以具有约1.84的折射率和从约13微米至约30微米的颗粒大小。在一些实施中，组合物C可以具有约1.8的折射率和从约10微米至约15微米的颗粒大小。在一些实施中，组合物D可以具有约1.8的折射率和从约10微米至约15微米的颗粒大小。用于组合物A、B、C和D的适合的磷光体材料可以商购自磷光体制造商，比如Mitsubishi Chemical Holdings Corporation(日本东京)、Intematix Corporation(Fremont,CA)、EMD Performance Materials of Merck KGaA(德国Darmstadt)和PhosphorTech Corporation(Kennesaw,GA)。
在一些方面中，本公开内容提供了产生具有可调的昼夜能量性能的白光的方法。该方法可以包括在任何给定时间以两个或更多个通道的各种组合从本文描述的蓝色、红色、黄色/绿色和青色通道产生光。就1931CIE色品图上的位置而言，实质上相同的白光可以以两种或更多种发光模式产生。白光可以经由多种发射模式在选自1800K和4200K之间的多个目标CCT的7-阶麦克亚当椭圆内产生，发射模式包括第一发射模式，其中该方法包括由第一、第二、第三和第四LED串产生光；第二发射模式，其中该方法包括由第一、第二和第三LED串，但不是第四LED串产生光；和第三发射模式，其中该方法包括由第一、第二和第四LED串，但不是第三LED串产生光。对于具体的目标CCT，以两种发光模式产生的白光可以在约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1.0、约1.5、约2.0、约2.5、约3.0、约3.5、约4.0、约4.5、约5.0、约5.5、约6.0、约6.5、约7.0、约7.5、约8.0或在约8.0和约10.0之间的颜色匹配标准偏差(SDCM)之内。在优选的实施方式中，在目标CCT处以两种发光模式产生的白光在约0.1至约3.0SDCM内。在进一步优选的实施方式中，在目标CCT处以两种发光模式产生的白光在约0.1至约1.0SDCM内，或更优选地在约0.1至约0.5SDCM内。对于每个目标CCT，以第一、第二和第三发射模式中的任意两种产生的白光的各自的昼夜作用因子值彼此相差预定的阈值量。预定的阈值量可以是至少约5％、10％、15％、20％25％、30％、35％、40％、50％、60％、70％、80％、100％、125％、150％、200％、300％、400％或更多。在一些实施中，可以在发射模式之间实现昼夜能量调节，同时产生对应于沿着普朗克轨迹的7-阶麦克亚当椭圆内的预先限定的路径的多个点的白光，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于或等于约70的Rf、大于或等于约75的Rf、大于约80的Rf、大于约90的Rf、等于约100的Rf、大于或等于约80并且小于或等于约120的Rg、大于或等于约90并且小于或等于约110的Rg、大于或等于约95并且小于或等于约105的Rg、等于约100的Rg，并且TLCI Qa≥60。在一些实施中，白光可以对应于沿着预先限定的路径的多个点产生，在多个点处产生的光在具有小于约3.3的COI值的从约3300K至5500K的CCT范围的至少一部分内。在一些优选的实施中，具有小于约3.3的COI值的CCT范围的一部分可以从约3300K至约5500K，从约3300K至约5000K，从约3300K至约4500K，从约3300K至约4000K，或从约3500K至约4500K。
实施例
一般模拟方法。
模拟具有具体色点的四个LED串的设备。对于每个设备，选择具有具体发射的LED串和受体发光体介质，并且然后针对在约1800K和10000K之间的普朗克轨迹上或附近的选定数量的代表点计算白光显色性能。在每个代表点处计算Rf、Rg、TLCI Qa值和昼夜能量性能度量，对于在约3300K至约5500K的CCT范围附近的代表点计算COI值。
利用Scilab(Scilab Enterprises,Versailles,France)、LightTools(Synopsis,Inc.,Mountain View,CA)和使用Python(Python Software Foundation,Beaverton,OR)产生的定制软件进行计算。使用LED发射光谱和发光体介质(一种或多种)的激发和发射光谱模拟每个LED串。对于包括磷光体的发光体介质，模拟还包括磷光体颗粒的吸收光谱和颗粒大小。使用颜色识别码3、4、5或6的LUXEON Z Color Line royal blue LED(产品代码LXZ1-PR01)或颜色识别码1或2的LUXEON Z Color Line blue LED(LXZ1-PB01)(荷兰阿姆斯特丹Lumileds Holding B.V.公司)的光谱，制备在蓝色、红色和黄色/绿色区域内产生组合发射的LED串。使用颜色识别码5的LUXEON Z Color Line blue LED(LXZ1-PB01)或颜色识别码1、8或9的LUXEON Z Color Line cyan LED(LXZ1-PE01)(荷兰阿姆斯特丹LumiledsHolding B.V.公司)的光谱，制备在青色区域内产生组合发射的LED串。图14显示了从Lumileds选择的LED的发射特征。还可以使用来自其它制造商比如OSRAM GmbH and Cree,Inc.的类似LED。
发射、激发和吸收曲线可获得自商业上可获得的磷光体制造商，比如MitsubishiChemical Holdings Corporation(日本东京)、Intematix Corporation(Fremont,CA)、EMDPerformance Materials of Merck KGaA(德国Darmstadt)和PhosphorTech Corporation(Kennesaw,GA)。用于LED串的发光体介质是一种或多种组合物A、B和D和一种或多种组合物C、E和F的组合，如本文其它地方更充分描述。本领域技术人员认识到，LED和磷光体掺混物的各种组合可以被组合以产生具有1931CIE色品图上期望的色点和期望的光谱功率分布的组合发射。
实施例1
模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2625，0.1763)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5842，0.3112)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.4482，0.5258)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3258，0.5407)的组合发射。图9A-9C显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征，所示数据针对使用第一、第二、第三和第四LED串的组合以不同的操作模式产生的白光。图9D显示了在不同的操作模式下在相似的CCT值下产生的白光点的昼夜作用因子值的比较。下述表2显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：
Figure BDA0001813318830000201
实施例2
模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2625，0.1763)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5842，0.3112)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.5108，0.4708)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3258，0.5407)的组合发射。图10A-10C显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征，所示数据针对使用第一、第二、第三和第四LED串的组合以不同的操作模式产生的白光。图10D显示了在不同的操作模式下在相似的CCT值下产生的白光点的昼夜作用因子值的比较。下述表3显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：
Figure BDA0001813318830000211
实施例3
模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2219，0.1755)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5702，0.3869)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.3722，0.4232)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3704，0.5083)的组合发射。图11显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2625，0.1763)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5842，0.3112)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.5108，0.4708)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3258，0.5407)的组合发射。图11A-11C显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征，所示数据针对使用第一、第二、第三和第四LED串的组合以不同的操作模式产生的白光。图11D显示了在不同的操作模式下在相似的CCT值下产生的白光点的昼夜作用因子值的比较。下述表3显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：。下述表4显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：
Figure BDA0001813318830000221
实施例4
模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2387，0.1692)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5563，0.3072)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.4494，0.5161)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3548，0.5484)的组合发射。图12A-12C显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征，所示数据针对使用第一、第二、第三和第四LED串的组合以不同的操作模式产生的白光。图12D显示了在不同的操作模式下在相似的CCT值下产生的白光点的昼夜作用因子值的比较。下述表5显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：
Figure BDA0001813318830000231
实施例5
模拟具有四个LED串的半导体发光设备。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生蓝色色点与1931CIE色品图色点(0.2524，0.223)的组合发射。第二LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生红色色点与1931CIE色品图色点(0.5941，0.3215)的组合发射。第三LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生黄色/绿色色点与1931CIE色品图色点(0.4338，0.5195)的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，使用受体发光体介质，并且产生青色色点与1931CIE色品图色点(0.3361，0.5257)的组合发射。图13A-13C显示了用于普朗克轨迹附近的白光色点的代表性选择的设备的显色特征，所示数据针对使用第一、第二、第三和第四LED串的组合以不同的操作模式产生的白光。图13D显示了在不同的操作模式下在相似的CCT值下产生的白光点的昼夜作用因子值的比较。下述表6显示了由该实施例的设备产生的蓝色、红色、黄色-绿色和青色色点的光谱功率分布，显示光谱功率在以纳米计从380nm至780nm的波长范围内，对于每个颜色范围选择任意的参考波长范围并且标准化为100.0的值：
Figure BDA0001813318830000232
本领域技术人员将认识到，各种材料可用于制造本文公开的设备和系统中的部件。任何合适的结构和/或材料可用于本文描述的各种特征，并且技术人员将能够基于各种考虑选择合适的结构和材料，包括本文公开的系统的期望用途、它们将被应用的期望的场所、和期望与其结合使用的装置和/或附件，以及其它考虑。常规的聚合复合材料、金属-聚合物复合材料、陶瓷和金属材料适用于各种部件。确定为适用于本文描述的特征和元件的下文发现和/或开发的材料也被认为是可接受的。
当本文使用范围用于物理性质比如分子量，或化学性质比如化学式时，旨在包括其中特定示例的范围的所有组合和子组合。
在该文件中引用或描述的每个专利、专利申请和出版物的公开内容通过引用以其整体并入本文。
本领域技术人员将认识到，可以对本公开内容的示例做出许多改变和改进，并且可以在不背离本公开内容的精神的情况下做出这种改变和改进。因此，所附权利要求旨在覆盖落入本公开内容的真实精神和范围内的所有这种等价变型。

Claims (26)

1.一种产生白光的方法，所述方法包括：
驱动第一LED串、第二LED串，以及选择性地驱动第三LED串和第四LED串的一个；
其中所述第一LED串包括蓝色LED，
所述第二LED串包括峰值波长在405nm和470nm之间的蓝色LED，
所述第三LED串包括峰值波长在405nm和470nm之间的蓝色LED，和
所述第四LED串包括峰值波长在485nm和520nm之间的青色LED；和
其中来自所述第一、第二、第三和第四LED串中的光发射穿过多个各自的发光体介质；
使离开所述多个各自的发光体介质的光组合在一起成为白光；
其中所述组合的白光对应于沿着1931CIE色品图中黑体轨迹附近的预先限定的路径的多个点中的至少一个，并且
其中：
使由所述第一LED串产生的光穿过包括第一发光材料的第一受体发光体介质，其中离开所述第一发光体介质的光包括在蓝色范围内具有第一色点的不饱和光；
使由所述第二LED串产生的光穿过包括第二发光材料的第二受体发光体介质，其中离开所述第二发光体介质的光包括在红色范围内具有第二色点的不饱和光；
使由所述第三LED串产生的光穿过包括第三发光材料的第三受体发光体介质，其中离开所述第三发光体介质的光包括在黄色/绿色范围内具有第三色点的不饱和光；
使由所述第四LED串产生的光穿过包括第四发光材料的第四受体发光体介质，其中离开所述第四发光体介质的光包括在青色范围内具有第四色点的不饱和光；
所述蓝色范围由在连接普朗克轨迹的无穷大点的ccx、ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)的线、从4000K和无穷大CCT的普朗克轨迹、4000K的CCT等温线、紫色线和光谱轨迹内的区域限定；
所述红色范围由在1600K的CCT等温线和紫色线之间的光谱轨迹、紫色线、连接ccx、ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)的线和1600K的CCT等温线内的区域限定；
所述黄色/绿色范围由在4600K的CCT等温线、4600K和550K之间的普朗克轨迹、光谱轨迹和连接ccx、ccy颜色坐标(0.445，0.555)和(0.38，0.505)的线内的区域限定；和
所述青色范围由在连接ccx、ccy颜色坐标(0.18，0.55)和(0.27，0.72)的线、9000K的CCT等温线、9000K和4600K之间的普朗克轨迹、4600K的CCT等温线和光谱轨迹内的区域限定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蓝色范围由在所述1931CIE色品图上由20000K处的60-阶麦克亚当椭圆，低于普朗克轨迹的40个点限定的区域组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述红色范围由在所述1931CIE色品图上由1200K处的20-阶麦克亚当椭圆，低于普朗克轨迹的20个点限定的区域组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述黄色/绿色范围由在所述1931CIE色品图上由3700K处的16-阶麦克亚当椭圆，高于普朗克轨迹的30个点限定的区域组成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述青色范围由在所述1931CIE色品图上由6000K处的30-阶麦克亚当椭圆，高于普朗克轨迹的68个点限定的区域组成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，
其中所述产生的白光落在7-阶麦克亚当椭圆内，所述7-阶麦克亚当椭圆围绕相关色温在1800K和4200K之间的黑体轨迹上的任何点；
其中所述产生的白光对应于沿着预先限定的路径的多个点，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于或等于70的保真度指数(Rf)，大于或等于80并且小于或等于120的色域指数(Rg)，并且TLCI Qa≥60。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述产生的白光对应于沿着预先限定的路径的多个点，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于或等于75的Rf，大于或等于90并且小于或等于110的Rg，并且TLCI Qa≥60。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述产生的白光对应于沿着预先限定的路径的多个点，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于80的Rf，大于或等于95并且小于或等于105的Rg，并且TLCI Qa≥60。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述产生的白光对应于沿着预先限定的路径的多个点，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：大于90的Rf，等于100的Rg，并且TLCIQa≥60。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述产生的白光对应于沿着预先限定的路径的多个点，在每个点处产生的光具有下列的一种或多种：等于100的Rf，等于100的Rg，并且TLCIQa≥60。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法进一步包括经由多种发射模式在选自1800K和4200K之间的多个目标CCT的7-阶麦克亚当椭圆内产生白光，所述发射模式包括：
第一发射模式，其中所述方法包括由所述第一、第二、第三和第四LED串产生光；
第二发射模式，其中所述方法包括由所述第一、第二和第三LED串，但不是所述第四LED串产生光；和
第三发射模式，其中所述方法包括由所述第一、第二和第四LED串，但不是所述第三LED串产生光。
12.根据权利要求11所述的方法，其中对于每个目标CCT，以所述第一、第二和第三发射模式中的任意两种产生的白光的各自的昼夜作用因子值彼此相差预定的阈值量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的阈值量是100％。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的阈值量是75％。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的阈值量是50％。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述预定的阈值量是30％。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括在具有小于3.3的COI值的从3300K至4200K的CCT范围的一部分内的多个点处产生白光。
18.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3300K至5500K。
19.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3300K至5300K。
20.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3300K至5000K。
21.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3300K至4500K。
22.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3300K至4000K。
23.根据权利要求13所述的方法，其中具有小于3.3的COI值的CCT范围的一部分为从3500K至4500K。
24.根据权利要求11所述的方法，其中对于每个目标CCT，以两种发光模式产生的白光在1.0颜色匹配标准偏差(SDCM)内。
25.根据权利要求11所述的方法，其中对于每个目标CCT，以两种发光模式产生的白光在0.5颜色匹配标准偏差(SDCM)内。
26.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一LED串具有在405nm和470nm之间的峰值波长。
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