CN106664765B - 具有可变色域的照明装置 - Google Patents

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Abstract

照明装置包括多个发射器(例如,可选地与一个或多个荧光体组合的LED),其被布置成在多种操作状态下操作,多种操作状态被布置成产生不同的色域面积指数(GAI)或相对色域(Qg)值,优选地结合光通量和/或色点的小的或不可察觉的变化。第一发射器或发射器组以及第二发射器或发射器组可被单独布置以产生具有不同色域面积的白光。发射器的操作的调节可响应于用户输入元件或传感器。

Description

具有可变色域的照明装置
相关申请的声明
本申请要求在2014年6月6日提交的美国专利申请第14/298,229号的优先权。
技术领域
本文的主题涉及包括固态照明装置的照明装置,该固态照明装置可包括电激发固态发光器,其可选被布置以激励一个或多个荧光体的发射,并且涉及制造和使用此照明装置的相关方法。
背景技术
诸如LED或激光器的固态发射器可被用于提供白光(例如,被感知为白光或接近白光),并且作为白炽灯的潜在替代品而越来越具有吸引力。固态发射器可包括吸收具有由发射器发出的第一峰值波长的一部分发射并再发射具有不同于第一峰值波长的第二峰值波长的光的荧光材料(也被称为荧光体)。磷光体、闪烁体和荧光墨水是常见的荧光材料。被感知为白光或近白光的光可通过红光、绿光和蓝光(“RGB”)发射器的组合产生,或者另选地,通过蓝光二极管(“LED”)和黄色磷光体的荧光体(例如,YAG:Ce或Ce:YAG)的组合发射产生。在后一种情况下,蓝光LED发射的一部分穿过磷光体,而蓝光发射的另一部分被下变频为黄光,并且组合中的蓝光和黄光被感知为白光。白光也可通过用紫色或紫外(UV)LED源来激励多种颜色的磷光体或染料来产生。
已知将LED芯片包封在封装中以提供环境和/或机械保护、颜色选择、光聚焦和其它功能。LED封装还包括用于将LED封装电连接到外部电路的电引线、触点和/或迹线。在图1中所示的传统LED封装20包括被安装在诸如印刷电路板(PCB)载体、基板或底座23等载体上的一个或多个LED芯片22,其中,底座23可包括陶瓷材料。封装20可包括具有任何合适的光谱输出(例如,紫外线、蓝色、绿色、红色、白色(例如,被布置成激励磷光体材料的发射的蓝色LED芯片))和/或其它颜色)的一个或多个LED芯片22。反射器24可被安装在底座23上(例如,用焊料或环氧树脂)以围绕LED芯片22,将由LED芯片22所发出的光反射远离封装20,并且还向LED芯片22提供机械保护。可在LED芯片22上的欧姆触点和底座23上的电迹线25A、25B之间形成一个或多个导线粘合连接21。LED芯片22覆盖有透明密封剂26,其可为芯片提供环境和机械保护,同时还用作透镜。
与黄色或绿色荧光材料组合的蓝色LED的发射可为接近白色的并且被称为“蓝移黄色”(“BSY”)光或“蓝移绿色”(“BSG”)光。添加从红光发射LED(产生“BSY+R”器件)或从红光荧光材料(产生“BS(Y+R)”器件)输出的红色光谱也可被用于增加聚集光输出的暖度并且更接近由白炽灯产生的光。
质量人工照明通常试图模仿自然光的特性。自然光源包括具有相对高色温(例如,~5000K)的日光和具有较低色温(例如,~2800K)的白炽灯。
通常使用显色指数(CRI)或平均显色指数(CRI Ra)来测量颜色再现性。为了计算CRI,模拟了当由参考辐射体(光源)和测试源照射时的14个反射样本的颜色外观。一般或平均显色指数CRI Ra为利用前八个指数的修正平均,所有指数具有低至中等的色度饱和度。(R9为在计算CRI时未使用的六个饱和测试色之一,其中R9具有大的红色含量。)CRI和CRIRa被用于确定人造光源与相同相关色温下的自然光源的显色性的匹配程度。日光具有高CRI Ra(大约100),白炽灯泡也相对接近(CRI Ra大于95),以及荧光照明不太准确(典型的CRI Ra值为大约为70-80)。
单独的CRI Ra(或CRI)不是光源的有益效果的令人满意的量度,因为它不具有预测颜色辨别力(即,感知细微的色调差异)或颜色偏好的能力。似乎更明亮的颜色对人类具有自然的吸引力。日光提供允许人眼感知明亮和鲜明颜色的光谱,这允许区分甚至具有细微的色调差异的对象。因此,普遍地认为,日光是用于强调和区分颜色的“最佳”光。在提供相同CRI Ra的相关色温条件下,人类视觉区分颜色的能力是不同的。这种差别与照明光的色域成比例。
光源的色域面积(gamut area)可以被计算为被包围由在用测试光源照射时用于计算CRI Ra的八个颜色芯片的CIE 1976u'v'颜色空间中的色度限定的多边形内的面积。色域面积指数(GAI)为表征在色度空间中的照明饱和度的方便方式,照射使得对象看上去-随着GAI越大,使得对象颜色看起来更饱和。GAI是相对数,虚数相等能量谱(其中辐射功率在所有波长处相等)由此被记为100。测试源的GAI通过将被测试的光的颜色空间面积与由虚数或理论等能量光谱(EES)源所产生的颜色空间面积进行比较来确定。不同于具有最大值100的CRI Ra(或CRI),GAI可以超过100,这意味着超过等能量源的一些源饱和颜色用于饱和颜色。
研究发现,典型的黑体类光源和典型的日光类光源具有不同的色域面积。低相关色温(CCT)源(例如,白炽光发射器)具有约50%的色域面积指数(即,约为EES源的色域面积的一半)。具有较高CCT值的源具有较大的GAI。例如,具有10,000K的CCT的深蓝光可具有140%的GAI。
表征对象的照明饱和度的另一种方式是相对色域面积或Qg,其是由在同一CCT的参考光源色域面积归一化并乘以100的CIELAB中的15个测试颜色样本的(a*,b*)坐标所形成的面积。像GAI一样,Qg值可以超过100。由于色彩适应性,并且因为CCT被选择以设置环境的整体色调以作为照明设计过程的一部分,可变参考量度,诸如Qg可能与所应用的照明设计特别相关。如果相对色域大于参考的相对色域,并且照度低于由日光所提供的照度,则在相同CCT的情况下,可预计相对于参考的偏好和辨别力增加。相反,如果相对色域小于参考的相对色域,则在相同CCT的情况下,可预计相对于参考的偏好和辨别力下降。
在显色指数计算中使用的参考光谱被选择为根据它们的色温所定义的理想照明源。当加热对象变成白炽时,它首先发红色,然后发黄,然后发白,并最后发蓝。因此,白炽材料的表观颜色与它们的实际温度(开尔文(K))直接相关。白炽的实际材料被称为具有与黑体源的色温直接相关的相关色温(CCT)值。CCT旨在表征由电光源所产生的照明的明显“色调”(例如,暖或冷)。某些隐含的假设被嵌入在该CCT指定中-例如沿着黑体辐射线的色度被认为是“白色”,以及对于所制造的光源的CCT指定隐含着具有该指定的所有源的色度的一致性。然而,最近的研究表明,大多数具有沿着黑体辐射线的色度的源不会出现“白光”;相反,此类源提供具有可辨别色调的照明。图2中示出了在2700K和6500K之间的CCT的CIE1931(x,y)色度空间中的按经验确定的最小色调线。研究人员已确定对于相同CCT线来说,大多数人更喜欢在该“白体线”上而不是在黑体辐射线(即,最小色调线)上的照明源。(例如参见Rea,M.S.和Freyssinier,J.P.:White lighting for residential applications,Light Res.Tech.,45(3),pp.331-344(2013)。)如图2所示,在低于约4000K的CCT值下,“白体线”(WBL)低于黑体曲线,而在较高的CCT值下,WBL高于黑体曲线。
Rea和Freyssinier已提出,通常可以通过确保其CRI Ra值为至少80,而其GAI在从80至100的范围内(即,从等能量谱的80%至100%)来改善照明。
在图3A中列出了针对十八个不同光源的包括CCT、CRI Ra、GAI、CIE 1931(x,y)坐标、发光效率(lm/W)和暗光/明光(S/P)比的特性,并且前述十八个光源的所选择的源的色度与黑体曲线和WBL(最小色调线)一起被绘制在图3B中。(来源:“Value Metrics forBetter Lighting”,Rea,Mark S.等,2013,pp.54&63,SPIE Press(美国华盛顿贝宁汉),ISBN 978-0-8194-9322-4。)如图3A所示,人造光准确照明颜色物体的能力根据类型而有很大不同。固态发射器,诸如与荧光体结合的LED通过将相对窄的波长带与LED和/或荧光体的峰之间的光谱间隙混合而产生白光。所得的光可能与某些颜色的光谱欠饱和或者与某种颜色的光谱过饱和。减轻关于可见光谱的某些部分的过饱和并由此改善CRI的一种方式包括利用光学元件(例如,并入诸如氧化钕的稀土化合物或颜色颜料)对LED照明系统进行陷波滤波,其中,该光学元件滤波光发射使得穿过该光学元件或由该光学元件反射的光表现出光谱陷波,如在题为“使用光谱陷波的LED照明(LED lighting using spectralnotching)”的美国专利申请公开号2013/0170199A2(通过引用并入本文)中所公开的。此公布公开了LED光源的CRI和GAI值可以通过使用陷波滤波来改善,例如将CRI从84增加到90,并且将GAI从50增加到58。另选地,仔细选择在LED照明装置中使用的材料可允许达到90至95或更高的CRI Ra值-例如参见美国专利号7,213,940,其通过引用并入本文。
陷波滤波光源(例如广泛使用的通用电气白炽灯泡)或未滤波的光源的使用可能是个人喜好的问题。虽然大多数观看者可能主观地喜欢未滤波光源的陷波滤波光源用于一般内部照明,但是少数观察者可能不喜欢。另外,这种偏好可能取决于待照明的对象或表面和/或自然光的存在或不存在,例如可以在一天的某些时间通过一个或多个窗口进入内部空间的自然光。在选择人工光源时,适应观看者相关和/或背景相关偏好可能是具有挑战性的。
本领域继续寻求提供期望的照明特性并且能够克服与常规照明装置相关联的挑战的改进的固态照明装置。
发明内容
本公开在各个方面涉及包括多个电激发发射器的照明装置,该电激发发射器被布置成在多种工作状态下运行,以产生不同的色域面积指数(GAI)值(例如,相差至少10%、至少15%或本文公开的另一阈值)或相对色域(Qg)值(例如,相差至少5%、至少10%、至少15%或本文公开的另一阈值),优选结合小色点和/或光通量的变化(例如,优选不可察觉的)。可单独布置第一发射器或发射器组(被布置成产生包括第一色点的光的混合物)和第二发射器或发射器组(被布置成产生包括第二色点的光的混合物),以产生具有不同的色域面积和/或相对色域值的白光。第一和第二色点满足以下的一个或多个:在CIE 1931色度图上不超过七个麦克亚当椭圆的接近度;在CIE1976色度图上对应于不大于0.01的Δu'v'值的色点差;相关色温差不大于2%;以及光通量差不大于2%。在某些方面,电激发发射器可包括固态发射器,例如发光二极管,其可选地被布置成激励一种或多种荧光材料的发射。控制电路可被布置成调节多个发射器中的一个或多个发射器的操作以在照明装置的两种操作状态之间移动,以便改变照明装置的发射的色域。此操作调节可响应于用户输入元件和/或传感器。换句话说,用户输入元件和传感器中的至少一者可被布置成调节第一和第二电激发发射器中的至少一者的操作以在至少两种操作状态之间移动。可调节色域照明装置的一个或多个聚集色点可在黑体轨迹或白体线(或线或最小色调)上或其附近。至少一个色点可包括期望的显色值(例如,至少50、至少80或本文公开的另一值的CRI Ra)。至少一个色点可包括在80至100的范围内的GAI(或Qg)值,任选地与至少80的CRI Ra值组合。第一和第二色点可优选在2,500K至5,000K、2,700K至4,000K或本文所述的一些其它范围的期望范围内。至少一种操作状态可被布置成提供至少60流明/瓦的发光效率和/或至少500流明的光通量。可调节色域照明装置可优选地没有任何非荧光体转换的电激发固态蓝光发射器。
在一个方面,照明装置包括:第一电激发发射器;第二电激发发射器;以及控制电路,其被配置为调节第一电激发发射器和第二电激发发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动;其中,至少两种操作状态中的第一操作状态生成由第一电激发发射器和第二电激发发射器发射的从照明装置出射的光的组合(其在没有任何附加光的情况下产生具有第一色域面积指数(GAI)值的第一操作状态聚集光发射);其中,至少两种操作状态中的第一操作状态生成由第一电激发发射器和第二电激发发射器发射的离开照明装置的光的组合(其在没有任何附加光的情况下产生具有第一色域面积指数(GAI)值的第二操作状态聚集光发射);其中,第二GAI值与第一GAI值相差至少10%;并且其中,第一操作状态聚集光发射在没有任何附加光的情况下产生包括第一色点的发射,并且第二操作状态聚集光发射在没有任何附加光的情况下产生包括第二色点的发射,并且其中,当绘制在CIE 1976u'-v'色度图上时,第一色点和第二色点彼此相差不大于0.01的Δu'v'值。
在另一方面,固态照明装置包括多个电激发固态发射器和被配置为调节多个电激发固态发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动的控制电路,其中:第一操作状态产生包括第一色域面积指数(GAI)值的第一操作状态聚集光发射;第二第一操作状态产生包括第二色域面积指数(GAI)值的第二操作状态聚集光发射;第二GAI值与第一GAI值相差至少10%;并且由第一操作状态聚集光发射所生成的第一色点与由第二操作状态聚集光发射所生成的第二色点在1931CIE色度图上不超过七个麦克亚当椭圆。
在某些方面,本文所述的色域面积指数(GAI)值及其比较可用相对色域(Qg)替代。
在另一方面,本公开涉及利用如本文所述的固态照明装置照射对象、空间或环境的方法。
在另一方面,如上所述的任何前述方面,和/或本文所述的各种单独的方面和特征可组合起来用于另外的优点。除非在本文中指出相反,否则如本文公开的各种特征和元件中的任一者可与一个或多个其它所公开的特征和元件组合。
根据随后的公开内容和所附权利要求,本公开的其它方面、特征和实施例将更加显而易见。
附图说明
图1为第一常规发光二极管封装的侧视横截面图。
图2为CIE 1931色度图的节选,其示出黑体轨迹并且包括在2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)。
图3A为包括十八个不同光源的CCT、CRI Ra、GAI、CIE 1931(x,y)坐标、发光效率(lm/W)和暗视/明视(S/P)比的图表。
图3B为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)以及针对在图3A中列出的十八个光源的所选源的(x,y)坐标曲线图。
图4为示出黑体轨迹的CIE1931色度图的节选,并且示出由在六个点之间延伸的直线段近似的最小色调线。
图5包含经修改以包括具有相应颜色的标识区域的黑白CIE 1976(u'v')色度图。
图6为示出黑体轨迹(BBL)(也被称为普朗克轨迹)和闭合虚线图形的CIE1976色度图的节选,其包含由本文公开的照明装置输出的潜在色点,其中,该虚线图形包含由在2,500K至10,000K的范围内的CCT值定义的区域,并且横跨普朗克偏移Δu'v'范围(即,CIE1976色度图上的感兴趣点与在普朗克轨迹上的距负0.01到负0.02的最近点(例如,在相同的相关色温))之间的距离。
图7A为CIE 1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期性色温线以及通过将第一示例性照明装置建模而获得的色域面积指数(GAI)的具有不同范围的九个区域的曲线图,其中,第一示例性照明装置包括被布置成激励黄光(YAG108)磷光体的发射的蓝光LED(452nm峰值波长)和橙红色LED(619nm主波长)的组合。
图7B为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体或普朗克圆点相交的周期色温线以及具有通过对根据图7A的相同照明装置建模而获得的具有不同范围的显色指数(CRI Ra)的十个区域的曲线图。
图8A为CIE 1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期性色温线以及通过将第二示例性照明装置建模而获得的色域面积指数(GAI)的具有不同范围的九个区域的曲线图,其中,第二示例性照明装置包括被布置成激励黄/绿光(LuAg)磷光体的发射的蓝光LED(452nm峰值波长)和橙红色(619nm主波长)LED的组合。
图8B为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及具有通过对根据图8A的相同照明装置建模而获得的具有不同范围的显色指数(CRI Ra)的十个区域的曲线图。
图8C为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及具有通过对根据图8A-图8B的相同照明装置建模而获得的具有不同范围的暗视/明视(S/P)比的八个区域的曲线图。
图9A-图9E组合包含提供用于建模151个固态照明装置的数值结果的表,每个固态照明装置包括橙色或红色LED(源1a)、黄色或黄/绿色磷光体(源2a)和蓝色LED(源3a),包括装置编号、组合发射的CIE 1931x,y坐标、主LED波长(dm)、相关色温(cct)、S/P比、CRI Ra、R9显色性、颜色质量标度(CQS)、色域面积指数(GAI)、源标识符,每个单独源的流明百分比、每个单独源的CIE 1931x,y坐标、每个单独源的主波长(dm)和每个单独源的峰值波长(pk)。
图10为提供GAI、CRI Ra、R9渲染、LEP发光效率(光学)、S/P比、流明/瓦、滤波器流明损失百分比、Du'v'(距1976CIE颜色空间的BBL)和四个光源的钕滤光片密度值的表格。
图11为对于在图10中总结的三个固态光源,作为滤波器密度的函数的GAI以及CRIRa的重叠图。
图12示出在图10中表征的四个光源中的每个的色域面积和色点,其叠加了包括黑体轨迹和最小色调线(白体线)的1931CIE色度图的节选。
图13示出在图10中表征的四个光源的光谱输出(相对强度)对波长,其示出了增加的钕滤波器浓度对光谱输出的影响。
图14A为表示CRI值的条形图,其包括14个颜色芯片的结果和在图10中表征的第二(即,未滤波的固态)光源的复合CRI Ra值。
图14B为表示CRI值的条形图,其包括14个颜色芯片的结果和在图10中表征的第四(即,Neo WBL钕滤波的)固态光源的复合CRI Ra值。
图15A为用于建模固态照明装置的数值结果的表格,该固态照明装置包括橙色(606nm主波长)LED、蓝色(450nm主波长)LED和绿色磷光体(具有551.8nm主波长的P1LuGaAg4)并产生CCT为3511K、CRI Ra值为80以及GAI值为100的复合发射。
图15B为示出黑体轨迹、最小色调线(或白体线)的一部分以及图15A的LED和磷光体的以下项的CIE 1931色度图的节选:色调线、色域面积和复合色点。
图16A为用于建模固态照明装置的数值结果的表格,该固态照明装置包括橙红色(617nm主波长)LED、蓝色(455nm主波长)LED和黄绿色磷光体(具有568.9nm主波长的NYAG7)并产生CCT为2999K、CRI Ra值为91以及GAI值为83的复合发射。
图16B为示出黑体轨迹、最小色调线(或白体线)的一部分以及图16A的LED和磷光体的以下项的CIE 1931色度图的节选:色调线、色域面积和复合色点。
图17A为固态发射器封装的顶部透视图,其包括被布置在基板上的四个固态发射器芯片、覆盖有半球形透镜并且经由导线粘合连接至电迹线。
图17B为图17A的固态发射器封装的底部平面图,其包括沿着基板的相对侧布置的四个阳极和四个阴极,并且包括被布置在阳极和阴极之间的导热接触垫。
图18A为包括被布置在单个基台或基板上的第一和第二固态发射器(例如,包括LED)的第一照明装置的示意图。
图18B为包括被布置在单个基台或基板上的第一和第二固态发射器的第二照明装置的示意图。
图18C为第三照明装置的示意图,其包括被布置在第一安装区域中的一对固态发射器和被布置在第二安装区域中的另一固态发射器,上述发射器全部被布置在单个底座或基板上。
图18D为第四照明装置的示意图,其包括被布置在第一安装区域中的一对固态发射器和被布置在第二安装区域中的另一固态发射器,上述发射器全部被布置在单个底座或基板上。
图18E为第五照明装置的示意图,其包括被布置在第一安装区域中的第一对固态发射器和被布置在第二安装区域中的另一对固态发射器,上述发射器全部被布置在单个底座或基板上。
图18F为第六照明装置的示意图,其包括被布置在第一安装区域中的第一对固态发射器和被布置在第二安装区域中的另一对固态发射器,上述发射器全部被布置在单个底座或基板上。
图19示出被布置为控制多个固态发射器(例如,LED)串的第一控制电路的一部分。
图20为示出包括被串联布置的第一和第二固态发射器(例如,LED部件)和至少一个控制电路的发光装置的各种部件之间的互连的简化示意图。
图21为示出包括被并联布置的第一和第二固态发射器(例如,LED部件)和至少一个控制电路的发光装置的各种部件之间的互连的简化示意图。
图22A为包括电激活固态发光器(例如,LED)和分散在设置在固态发光器上的密封剂材料中的至少一个荧光体的固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图。
图22B为固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图,该固态照明装置包括电激发固态发光器(例如,LED)和被布置在空间上与固态发光器分离的一个或多个层中的至少一个荧光体。
图22C为包括多个电激活固态发光器(例如,LED)和分散在设置在多个固态发光器上的密封剂材料中的至少一个荧光体的固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图。
图22D为固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图,该固态照明装置包括多个固态发光器(例如,LED)和被布置在空间上与多个固态发光器分离的一个或多个层中的至少一个荧光体。
图22E为包括多个固态发光器(例如,LED)的固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图,其中,至少一个固态发光器具有单独施加或涂覆在固态发光器的至少一个表面上面的荧光体材料。
图22F为包括多个固态发光器(例如,LED)的固态照明装置的一部分的侧面横截面示意图,其中,多个固态发光器中的每个固态发光器具有单独施加或涂覆在相应发射器的至少一个表面上面的荧光体材料。
图23A为固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图,该固态发光装置包括被布置在封装安装件上面的固态发射器芯片,该发射器体芯片的顶表面覆盖有波长转换材料和滤波(例如,陷波滤波)材料。
图23B为包括具有弯曲(例如,半球形)透镜的图23A的装置的固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图。
图23C为包括被布置在封装安装件上面的固态发射器芯片的固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图,其中,发射器芯片的顶表面和侧表面以及封装安装件的上表面覆盖有波长转换材料和滤波材料。
图23D为包括图23C的装置的固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图,其中,添加了具有基本上矩形横截面形状的透镜。
图23E为固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图,该固态发光装置包括布置在封装安装件上面的固态发射器芯片,发射器芯片的顶表面覆盖有波长转换材料和滤波材料,并且发射器芯片的侧表面和封装安装件的上表面覆盖有滤波材料。
图23F为包括图23E的装置的固态发光装置的至少一部分的侧面横截面示意图,其中,添加了具有非矩形(多边形)横截面形状的倾斜上边缘的透镜。
图24为包括涂覆有多种功能材料并且被布置在半球形光学元件下面的多个固态发射器芯片的固态发光装置的至少一部分的侧视横截面图。
图25为包括涂覆有一个或多种功能材料的多个固态发射器芯片的固态发射器封装的至少一部分的透视图,其中,芯片经由导线粘合被耦合到电迹线并被布置在半球形光学元件下面。
图26为被布置成并入如本文所公开的多个固态发射器芯片的第一灯泡的侧视横截面图。
图27为被布置成并入如本文所公开的至少一个发射器芯片的第二反射器类型的灯泡的侧视横截面图。
图28为第三灯泡的侧视横截面图,其被布置成在塔式构造中包括如本文所公开的多个固态发射器芯片。
图29A为被布置成并入如本文所公开的多个固态发射器芯片的暗灯槽型灯具的上部透视图。
图29B为图29A的灯具的一部分的侧视横截面图。
图30为包括多个LED部件和至少一个控制电路的发光装置的简化平面图。
图31为具有叠加的陷波滤波光谱输出的固态发光装置的光谱输出的辐射通量对波长的曲线图。
图32描绘示例性颜色颜料材料的光谱透射率对波长的关系。
图33为具有灯具的内部空间的示意图,该灯具包括如本文所述的被布置成照明室内环境的多个电激发发射器。
图34为包括如本文所述的多个电激发发射器的台灯或桌灯的侧正视图。
具体实施方式
如前所述,本领域继续寻求提供期望的照明特性的固态照明装置。本文所公开的主题涉及被布置成提供可变(例如,可调节)色域面积指数值的照明装置。
本文所公开的各种实施例涉及包括多个电激发发射器的照明装置,其被布置为在多种操作状态下工作、被布置成产生不同的色域面积指数(GAI)值(例如,相差至少10%、至少15%或本文公开的另一阈值)或相对色域(Qg)值(例如,差异至少5%、至少10%、至少15%或本文公开的另一阈值)、优选结合小(即,不可察觉的)的色点和/或光通量的变化。第一和第二色点可满足以下条件中的一个或多者:在CIE 1931色度图上不超过七个麦克亚当椭圆的接近度;在CIE1976色度图上对应于不大于0.01的Δu'v'值的色点差;以及相关色温差不大于2%;光通量差不大于2%。通过在不显着改变色点和/或光通量的情况下改变色域面积,可调节被照射表面和对象的颜色的活力,但是以观察者不能对调节进行改变的方式(例如,通过可察觉的色点变化)。如由至少一些观察者在所选背景下所观察到的,对应于多种工作状态中的一种或多种的一个或多个可调节颜色点可提供相对于常规光源的美学上令人愉快的性能或改进的性能的光。
在某些实施例中,相对色域(Qg)可替代色域面积指数(GAI)。
在某些实施例中,一个或多个电激发发射器可包括固态发射器,例如(但不限于)发光二极管。在某些实施例中,一个或多个电激发发射器可被布置成激励一种或多种荧光材料的发射。在某些实施例中,多个不同的电激发固态发光器可被用于获得如本文所述的色点,其中的一个电激发固态发光器被布置为激励荧光体发射(但是在没有任何荧光体转换的蓝色电激发发射器的情况下,例如被布置成生成主波长在430nm至480nm的范围内的发射的LED,其中,至少一个荧光体被定位成接收LED发射的至少一部分)。在某些实施例中,多个荧光体转换的电激发固态发射器可被用于获得如本文所述的一个或多个色点。
在某些实施例中,至少一个控制电路可被布置成调节多个发射器中的一个或多个发射器的操作以在照明装置的两种操作状态之间移动,以便改变照明装置的发射的色域。在某些实施例中,此操作调节可响应于用户输入元件和/或传感器。在某些实施例中,可调节色域照明装置的一个或多个聚集色点可在黑体轨迹或白体线(或线或最小色调)上或其附近。在某些实施例中,至少一个色点可包括期望的显色值(例如,至少50、至少80或本文公开的另一值的CRI Ra)。在某些实施例中,至少一个色点可包括在80至100的范围内的GAI值,任选地与至少80的CRI Ra值组合。在某些实施例中,第一和第二色点可优选在2,500K至5,000K、2,700K至4,000K或本文所述的一些其它范围的期望范围内。在某些实施例中,至少一种操作状态可被布置成提供至少60流明/瓦的发光效率和/或至少500流明的光通量。
除非特别声明,本文所使用的术语应解释为具有本领域普通技术人员通常所理解的本公开所属领域的相同含义。应进一步理解,本文所使用的术语应解释为具有与其在本说明书的上下文中和相关领域的含义一致的含义,且不应以理想化或过度形式化的意义解释,除非本文中明确地如此定义。
应理解,虽然术语第一、第二等可在本文中被用于描述各种元件,但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如,在没有脱离本公开的范围的情况下,第一元件可被称为第二元件,以及同样,第二元件可被称为第一元件。如本文所使用的,术语“和/或”包括关联列出项目中的一个或多个的任意和全部组合。
在此参考作为本公开的理想化实施例的示意图的截面图、透视图、正视图和/或平面图来描述本文的实施例。可以预计作为例如制造技术和/或公差的结果的图示的形状的变化,使得本公开的实施例不应解释为局限于本文所示的特定形状。本发明可被实施为各种形式并且不应仅限于本文阐述的具体实施例。在附图中,为了清楚起见,层和区域的尺寸和相对尺寸可能被夸大。在某些附图中,省略了本领域已知的但对于理解本公开不是必需的LED器件固有的常规特征,以便于解释本发明的主题。
除非特别列出不存在的一个或多个元件,否则本文所使用的术语“包括”、“包含”和“具有”应解释为不排除存在一个或多个元件的开放式术语。
应理解,当诸如层、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”时,其可以直接在另一元件上或者可存在中间元件。此外,例如“上”、“上面”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”的相对术语可在本文中用于描述附图中示出的一个结构或部分与另一个结构或部分之间的关系,但是应理解,除了图中所示的取向之外,此类相对术语旨在涵盖该装置的不同取向。例如,如果附图中的装置被翻转,则被描述为在其它结构或部分“上面”的结构或部分现在应被取向在其它结构或部分的“下面”。
术语“固态发光器”或“固态发射器”(其可被限定为“电激发”)可包括发光二极管、激光二极管、有机发光二极管和/或其它半导体器件,其包括一个或多个半导体层,该半导体层可包括硅、碳化硅、氮化镓和/或其它半导体材料,可包括蓝宝石、硅、碳化硅的基板和/或其它微电子基板,以及可包括金属和/或其它导电材料的一个或多个接触层。
根据本公开的实施例的固态发光装置可包括但不限于在硅、碳化硅、蓝宝石或III-V族氮化物生长基板上制造的基于III-V族氮化物的LED芯片或激光芯片,包括(例如)由北卡罗莱纳州达勒姆的Cree公司制造和销售的装置。此类LED和/或激光器可选被配置为操作,使得以所谓的“倒装芯片”取向通过基板产生光发射。此类LED和/或激光芯片也可没有生长基板(例如,在去除生长基板之后)。
可与本文所公开的照明装置一起使用的LED芯片可包括水平器件(具有在LED的同一侧上的两个电触点)和/或垂直器件(在LED的相对侧上具有电触点)。水平器件(具有或不具有生长基板)例如可被倒装芯片粘合或导线粘合到(例如,使用焊料)载体基板或印刷电路板(PCB)。垂直器件(没有或没有生长基板)可具有粘合到载体基板、安装垫或印刷电路板(PCB)的第一端子焊料,并且具有粘合到载体基板、电元件或PCB的第二端子导线。尽管在附图中所示的某些实施例可适于与垂直LED一起使用,但应了解,本公开并不限于此,使得以下LED构形中的一个或多者的任何组合可被用在单个固态发光装置中:具有常规或反向极性的水平LED芯片、水平翻转LED芯片、垂直LED芯片、垂直翻转LED芯片和/或其组合。垂直和水平LED芯片结构的示例以举例的方式由Bergmann等人在美国专利公布号2008/0258130和Edmond等人在美国专利号7,791,061中论述,上述专利以引用的方式并入本文。
固态发光器可单独或成组地使用以发射一个或多个光束,其激励一种或多种荧光材料(例如,磷光体、闪烁体、荧光墨水、量子点、日辉光带等)发射以生成具有一个或多个峰值波长或至少一种期望的感知颜色(包括可被感知为白色的颜色的组合)的光。荧光材料可以以颗粒、膜或薄片的形式提供。
在本文所述的照明装置中所包含的荧光(也称为“发光”)材料可通过任何合适的手段来实现,包括:直接涂覆在固态发射器上、被分散在被布置成覆盖固态发射器的密封剂材料中;涂覆在荧光体支撑元件上(例如,通过粉末涂覆,喷墨印刷等);纳入散射器或透镜中;和类似物。荧光材料的示例例如在美国专利号6,600,175、美国专利申请公开号2009/0184616和美国专利申请公开号2012/0306355中公开以及用磷光体涂覆发光元件的方法在美国专利申请公开号2008/0179611中公开,其中前述出版物通过引用并入本文。其它材料,例如光散射元件(例如,颗粒)和/或折射率匹配材料可与含荧光材料的元件或表面相关联。可用于本文所述的装置中的一种或多种荧光材料可以是下变频或上变频的,或者可以包括两种类型的组合。
在某些实施例中,至少一种荧光材料可以在空间上分离(“远离”)并且被布置成接收来自至少一个电激发固态发射器的发射,这种空间分离减少固态发射器和荧光材料之间的热耦合。在某些实施例中,空间分离的荧光体可被布置成完全覆盖照明装置的一个或多个电激发发射器。在某些实施例中,空间分离的荧光体可被布置成仅覆盖一个或多个发射器电激发发射器的一部分或子集。
在某些实施例中,至少一种荧光材料可相对于不同的电激发发射器以基本上恒定的厚度和/或浓度布置。在某些实施例中,一种或多种荧光材料可被布置成其存在、厚度和/或浓度相对于不同的发射器变化。可相对于不同的电激发发射器以不同的浓度或厚度来施加多个荧光体(例如,不同组成的荧光体)。在一个实施例中,荧光体的存在、组成、厚度和/或浓度可相对于多个电激发发射器而变化。在某些实施例中,至少一种荧光材料可通过图案化被施加到固态发射器或荧光材料支撑表面,例如可通过一个或多个掩模辅助。
可使用各种基板作为安装元件,其中,多个固态发光器(例如,发射器芯片)可被布置或支撑(例如,安装)在基板上、中或上面。示例性基板包括具有印刷电路板(包括但不限于金属芯印刷电路板、柔性电路板、介电层压板等),该印刷电路板具有被布置在其一个或多个表面上的电迹线。基板、安装板或其它支撑元件可包括印刷电路板(PCB)、金属芯印刷电路板(MCPCB)、柔性印刷电路板、介电层压板(例如,本领域中已知的FR-4)或用于安装LED芯片和/或LED封装的任何合适的基板。在某些实施例中,基板的至少一部分可包括电介质材料,其在多个LED组的电迹线或部件之间提供期望的电隔离。在某些实施例中,基板可包括陶瓷,例如氧化铝、氮化铝、碳化硅或聚合物材料,例如聚酰亚胺、聚酯等。在某些实施例中,基板可包括柔性电路板或具有以允许基板采用非平面(例如,弯曲)或弯曲形状的可塑性变形部分的电路板,其允许也以非平面方式布置的一个或多个LED部件的LED芯片定向光发射。
在某些实施例中,一个或多个LED部件可以包括一个或多个“板上芯片”(COB)LED芯片和/或封装的LED芯片,其可以彼此串联或并联地电耦合或连接并被安装在基板的一部分上。在某些实施例中,COB LED芯片可以被直接安装在基板的部分上,而不需要另外的封装。
某些实施例可涉及使用固态发射器封装。固态发射器封装可包括用封装元件包围的至少一个固态发射器芯片(更优选地多个固态发射器芯片),以提供环境保护、机械保护、颜色选择和/或光聚焦效用,以及电引线、触点和/或使得能够电连接到外部电路的迹线。一个或多个发射器芯片可被布置成激励一种或多种荧光材料,荧光材料可被涂覆在一个或多个固态发射器上、布置在其上或以其它方式设置在光接收关系中。至少一种荧光材料可被布置成接收多个固态发光器中的至少一些发射器的发射并且响应地发射荧光体发射。可选地包括荧光材料的透镜和/或密封剂材料可被设置在固态发射器封装中的固态发射器、荧光材料和/或含荧光体的层上。
在某些实施例中,如本文所公开的发光装置(无论是否包括一个或多个LED封装)可包括被布置成接收来自多个LED的光的以下项目中的至少一个:单个引线框架,其布置成将电功率传导到多个电激发固态发光器;单个反射器,其被布置为反射从所述多个电激发固态发光器发出的光的至少一部分;支撑多个电激发固态发光器的单个底座或安装元件;单个透镜,其被布置为透射从所述多个电激发固态发光器发出的光的至少一部分;以及单个散射器,其被布置为散射从多个电激发固态发光器发出的光的至少一部分。在某些实施例中,包括多个LED的发光装置可包括被布置成接收来自多个LED的光的以下项目中的至少一个:多个透镜;多个光学元件;和多个反射器。光学元件的示例包括但不限于被布置成影响光混合、聚焦、准直、分散和/或光束成形的元件。
在某些实施例中,包括多个固态发射器的封装可包括多个管芯附接垫,其中,单个管芯附接垫支撑每个单独可控的固态发射器或每个可单独控制的固态发射器组。包括多个固态发射器的封装可包括被布置成透射从每个固态发射器发出的光的至少一部分的单个透镜(例如,模制透镜)。在某些实施例中,模制透镜可被布置成沿着包括绝缘材料的基板的顶表面与LED芯片、管芯附接垫、其它电气元件和/或暴露的绝缘材料直接接触。在某些实施例中,透镜可以是纹理化的或刻面的以改善光提取,和/或透镜可包含或具有涂覆在其上的各种材料,例如荧光体和/或散射颗粒。
在某些实施例中,封装可包括被布置成透射由多个LED发出的光的模制透镜。如本领域中已知的,包括一个或多个空腔的模具可以被布置在基板(或基板材料的面板,其中,多个基板可以通过锯切或其它方式从其分离)和布置在其上的LED芯片之上,其中,模具包括液体形式的透镜材料和/或密封剂。在某些实施例中,透镜可由液体可固化硅树脂形成,并且LED芯片可被嵌入液态硅树脂中,其随后固化以形成一个或多个透镜。另选地,透镜可被预先模制并然后被固定(例如,利用粘合剂、热粘合或任何其它合适的接合方法)到包括基板的子组件,多个LED芯片被安装到该基板或其上面。
除了此类元件能够发光之外,本文所使用的表述“照明装置”、“发光装置”和“发光设备”不受限制。也就是说,照明装置或发光设备可以是照亮区域或体积的装置,例如结构、游泳池或水疗中心、房间、仓库、指示器、道路、停车场、车辆、标志,例如道路标志、广告牌、船、玩具、镜子、船只、电子装置、船、飞机、体育场、计算机、远程音频装置、远程视频装置、蜂窝电话、树、窗、LCD显示器、洞穴、隧道、院子、灯柱或照明外壳的装置或装置阵列或用于边缘或背光的装置(例如,背光海报、标志、LCD显示器)、灯泡、灯泡更换(例如,用于替代交流白炽灯、低压灯、荧光灯等)、户外照明、街道照明、安全照明、室外照明(壁挂式、柱式/柱式安装)、天花板灯具/壁灯、橱柜照明、灯具(地板和/或桌子和/或书桌)、景观照明、轨道照明、任务照明、专业照明、档案/艺术显示照明、高振动/冲击照明工作灯等,镜子/虚荣照明或任何其它发光装置。照明区域可包括前述项目中的至少一个。在某些实施例中,如本文所公开的照明装置或发光装置可以是自镇流器。在某些实施例中,发光装置可在灯具中实施。
在优选实施例中,固态照明装置没有任何白炽发光元件。在某些实施例中,固态照明装置缺少未被布置成激励荧光材料的发射的任何“未转换”蓝色发射固态发射器。
方法包括使用如本文所公开的一个或多个照明装置或发光装置来照亮对象、空间或环境。在某些实施例中,如本文所公开的照明装置包括以阵列(例如,二维阵列)布置的多个LED部件。
在某些实施例中,如本文所公开的照明装置可利用被布置成至少部分地抑制所选择的波长的光的透射的陷波滤波材料。此类滤波材料可以用于影响(例如,增强)GAI和/或CRI Ra。术语“陷波滤波材料”是指影响光的通过以使离开材料的光显示光谱陷波的材料。光谱陷波为光被衰减的光谱的一部分,因此当光强度针对波长绘制时形成“陷波”。陷波滤波材料的示例包括诸如镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、镱、镥、钪和钇的稀土和镧系材料以及其氧化物(例如,氧化钕)。不同的稀土化合物可表现出不同波长范围的陷波滤波特性。例如,当用作滤波材料时,钕(或其氧化物)可以在黄色光范围内产生光谱陷波,而当用作滤波材料时,铒(或其氧化物)可以在青色光范围内产生光谱陷波。另外的陷波滤波材料包括颜色颜料。与使用稀土化合物一样,使用颜色颜料可以在透射或反射应用中赋予陷波滤波性能。在许多情况下,颜色颜料可提供相对于其它陷波滤波材料的更软的光谱陷波(具有更为逐渐倾斜的波长衰减)特性。颜色颜料的一个示例包括基于CoAl2O4的群青颜料,其在约580nm的波长处提供峰值衰减。也可以使用类似组成的钴蓝颜料。也可以使用基于CuSO4或NiCl2的其它颜色颜料。根据本文所公开的某些实施例,多种天然和合成颜料是可用的并且可以用作陷波滤波材料。陷波滤波器也可以通过在基板上沉积一个或多个电介质层(例如,以形成电介质叠层)来制造,例如可从Thorlabs公司(美国新泽西州的牛顿)商购获得的具有以下中心波长(CWL)和半高全宽(FWHM)特性:CWL=488nm,FWHM=15nm;CWL=514nm,FWHM=17nm;CWL=533nm,FWHM=17nm;CWL=561nm,FWHM=18nm;CWL=594nm,FWHM=23nm;633nm,FWHM=25nm;和CWL=658nm,FWHM=26nm。
在使用一种或多种陷波滤波材料的某些实施例中,由至少一种滤波材料提供的光谱陷波可具有在小于或等于40nm或小于或等于35nm或小于或等于30nm或小于或等于25nm或小于或等于20nm的范围内的全宽,在每种情况下,对应于光透射的半高相对减少。在使用一种或多种陷波滤波材料的某些实施例中,至少一种滤波材料可被布置成在黄绿色范围或黄色范围内(或重叠)滤波光,以便例如提供从550nm至590nm或从570nm至590nm的范围内的峰值衰减。
在利用陷波滤波材料的实施例中,此类材料可作为任何所需尺寸、尺寸分布和几何形状的微粒或纳米颗粒来提供。在某些实施方案中,可将多种陷波滤波材料混合并掺入载体材料或粘合剂中,或者可以组合使用多种陷波滤波材料(例如,在具有或不具有粘合介质的顺序层中)以提供多个光谱陷波。在某些实施例中,陷波滤波材料可被布置在可用作透镜和/或散射器的至少部分透光的光学元件或外壳中或上。用于载体、粘合介质、外壳和/或光学元件的期望材料的示例包括(但不限于)硅树脂、树脂、环氧树脂、热塑性缩聚物、聚合物材料和玻璃。在某些实施例中,此类材料可与至少一种陷波滤波材料一起被模制和/或固化。在某些实施例中,照明装置可包括一个或多个透射光学元件和/或结合有至少一种陷波滤波材料的反射光学元件。例如,所谓的“暗灯槽”式天花板固定装置可包括用作光学元件的反射器,并且可另外包括诸如玻璃板或透镜的光学元件。
在利用陷波滤波材料的某些实施例中,至少一种滤波材料(例如,陷波滤波材料)可以相对于不同的电激发发射器(例如,诸如LED的固态发射器)以基本上恒定的厚度和/或集中度来布置。在某些实施例中,一种或多种滤波材料可被布置在其存在、组成、厚度和/或集中度相对于不同发射器而变化的至少一个固态发射器(可选地具有中间荧光材料)上或上方。可以向一个或多个电激发发射器施加多种滤波材料(例如,具有不同组成并且布置成在不同波长提供光谱陷波的滤波材料)。在某些实施例中,可以利用图案化技术,例如可通过一个或多个掩膜,在一个或多个固态发光器上或在支撑表面(例如,透镜、散射器、反射器等)上施加至少一种滤波材料。在某些实施例中,一个或多个陷波滤波材料可与固态发射器封装的一个或多个部分集成或被布置成彼此接触。
在利用陷波滤波材料的某些实施例中,一种或多种陷波滤波材料可与一种或多种其它功能材料(例如,荧光材料、散射材料等)混合,并且优选地结合到粘合剂或其它载体介质中。在某些实施例中,至少一种滤波材料可被布置在设置在多个固态发光器上或上方的载体中或上。
在利用陷波滤波材料的某些实施例中,陷波滤波材料可被布置在反射器中或反射器上,该反射器可以是镜面反射的或漫反射的。可以使用本领域中的任何合适的反射材料,包括(但不限于)MCPET(发泡白色聚对苯二甲酸乙二醇酯)和用一种或多种金属例如(但不限于)银(例如,镀银表面)来金属化的表面。优选的光反射材料将是所需波长范围的光的至少约90%反射,更优选至少约95%反射,还更优选至少约98-99%反射,例如一个或多个可见光、紫外光和/或红外光或其子集。在某些实施例中,可通过喷涂、旋涂、喷镀、浸涂、滚涂、静电沉积或电泳沉积将至少一种陷波滤波材料沉积在反射器的表面上。在某些实施例中,可以通过诸如模制或烧结的方法将至少一种陷波滤波结合到反射器的表面中。
在利用陷波滤波材料的某些实施例中,一个或多个陷波滤波材料可涂覆或以其它方式被布置在一个或多个固态发射器芯片的至少一个表面之上、上面或紧贴。在某些实施例中,一种或多种陷波滤波材料可被涂覆或以其它方式被布置在至少一种荧光材料的至少一个表面上、上面或紧贴,其中,至少一种荧光材料可被布置成与固态发射器芯片的至少一个表面直接接触,或可被布置成远离(即,在空间上分离)固态发射器芯片的至少一个表面。在某些实施例中,一种或多种陷波滤波材料可保形地涂覆在至少一个固态发射器芯片和/或荧光材料的表面上,其中,保形涂层在这方面是指遵循具有基本均匀厚度的芯片的至少一个表面(或优选多个表面)的形状和外形的涂层。
参数,诸如载体或粘合介质的类型或组成;陷波滤波材料的厚度、浓度、颗粒尺寸和颗粒尺寸分布;并且伴随一个或多个陷波滤波元件的其它微量物质的存在、量和类型可被调节,以提供所需宽度和/或深度的一个或多个光谱陷波。
如前所述,在某些实施例中,可调节色域照明装置的一个或多个聚集色点可在黑体轨迹(或普朗克轨迹)上或其附近(例如,在7个麦克亚当椭圆内、在5个麦克亚当椭圆内、在4个麦克亚当椭圆内或2个麦克亚当椭圆内)。在某些实施例中,与第一操作状态相关联的第一聚集色点和与第二操作状态相关联的第二色点可都在CIE 1976u'-v'色度图上可定义的普朗克轨迹或其附近(例如,7个麦克亚当椭圆、在5个麦克亚当椭圆内、在4个麦克亚当椭圆内或在2个麦克亚当椭圆内)。任何前述色点可在一个或多个以下CCT范围内:从2,500K至10,000K、从2,500至4,000K、从2,500K至4,000K、从2,500K至3,500K、从2,500K至3,000K、从2,700K至5,000K、从2,700K到4,100K、从2,700K至4,000K、从4,100K至10,000K、从4,100K至8,000K、从4,100K至6,500K。
在某些实施例中,可调节色域照明装置的一个或多个聚集色点可在白体线(whitebody line)(a/k/a,白体轨迹或最小色调线)上或接近其(例如,在7个麦克亚当椭圆内、在5个麦克亚当椭圆内、在4个麦克亚当椭圆内或2个麦克亚当椭圆内)。白体线可通过包括由1931CIE色度图上的以下x,y坐标定义的线段的线近似:(0.3114,0.3386)至(0.3462,0.3631)、(0.3462,0.3631)至(0.3777,0.3790)、(0.3777,0.3790)至(0.3977,0.3707)、(0.3977,0.3707)至(0.4211,0.3713)和(0.4211,0.3713)至(0.4437,0.3808)。此类线段在图4中示出以形成复合的白体线。在某些实施例中,与第一操作状态相关联的第一聚集色点和与第二操作状态相关联的第二色点可都在白体线上或其附近(例如,在7个麦克亚当椭圆内、在5个麦克亚当椭圆内、在4个麦克亚当椭圆内或在2个麦克亚当椭圆内)。任何前述色点可在一个或多个以下CCT范围内:从2,500K至10,000K、从2,500至4,000K、从2,500K至4,000K、从2,500K至3,500K、从2,500K至3,000K、从2,700K至5,000K、从2,700K到4,100K、从2,700K至4,000K、从4,100K至10,000K、从4,100K至8,000K、从4,100K至6,500K。
在某些实施例中,用可变色域照明装置的至少一种操作状态可获得的至少一个色点与黑体轨迹(blackbody locus)不重合,但与白体线重合。在某些实施例中,所得的色点与黑体轨迹和白体线都不重合。
在某些实施例中,可调节色域光装置的多个(例如,第一和第二;第一至第三;第一至第四或任何其它合适数量的)色点提供色点的较小(例如,优选不可感知的)变化和/光通量,例如通过满足以下条件中的一个、多个或全部:在CIE 1931色度图上不大于7个(或不大于5或4个)麦克亚当椭圆的接近度;在CIE1976色度图上对应于不大于0.01(或不大于0.007或0.005)的Δu'v'值的色点差;相关色温差不大于2%;和光通量差不大于2%。术语“Δu'v'”在本上下文中是指在CIE 1976色彩空间中的两个色点之间的距离。
在某些实施例中,由照明装置根据至少一种操作状态(并且优选地所有操作状态)所生成的光的混合物具有在以下流明每瓦范围中的至少一种中的发光效能:至少60、至少80、至少100、至少120或至少140。在某些实施例中,由照明装置根据至少一种操作状态(并且优选地所有操作状态)所生成的光的混合物具有至少50的GAI(或Qg)值和至少50的CRIRa值,其中,前述范围的上端可选由70、80、90或100限定。在某些实施例中,由照明装置根据至少一种操作状态(并且优选地所有操作状态)所生成的光的混合物具有在80至100的范围内的GAI(或Qg)值、连同至少80的CRI Ra值(CRI RA值的上端可选由90、92、94或96限定)。
在某些实施例中,照明装置可包括;第一电激发发射器;第二电激发发射器;以及控制电路,其被配置为调节第一电激发发射器和第二电激发发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动;其中,至少两种操作状态中的第一操作状态生成由第一电激发发射器和第二电激发发射器发射的离开照明装置的光的组合(其在没有任何附加光的情况下,产生具有第一色域面积指数(GAI)值的第一操作状态聚集光发射);其中,至少两种操作状态中的第一操作状态生成由第一电激发发射器和第二电激发发射器发射的离开照明装置的光的组合(其在没有任何附加光的情况下,产生具有第一色域面积指数(GAI)值的第二操作状态聚集光发射);其中,第二GAI值与第一GAI值相差至少10%;并且其中,第一操作状态聚集光发射在没有任何附加光的情况下产生包括第一色点的发射,并且第二操作状态聚集光发射在没有任何附加光的情况下产生包括第二色点的发射,并且其中,当绘制在CIE 1976u'-v'色度图上时,第一色点和第二色点彼此相差不大于0.01的Δu'v'值。在某些实施例中,相对色域(Qg)可替代色域面积指数(GAI)。在此情况下,5%的Qg的变化是容易区分的。在某些实施例中,第一电激发发射器和第二电激发发射器中的每个可包括固态发光器(例如,至少一个LED)。在某些实施例中,第一电激发发射器和第二电激发发射器(以及可选地,前述发射器中的每个)中的一或多者可包括至少一个发光二极管和至少一个荧光体,其被布置成接收至少一个发光二极管的至少一部分并被其激励并响应地发出荧光体发射。在某些实施例中,可满足以下条件中的一或多者:第一色点和第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。在某些实施方案中,第二GAI值可与第一GAI值相差至少15%或至少20%。如果Qg代替GAI,则第二Qg值可与第一Qg值相差至少5%、至少10%、至少15%、至少20%或本文所公开的一些其它阈值。在某些实施例中,可满足以下条件中的一个或多个:第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。在某些实施例中,第一色点和第二色点中的至少一者在白体线上或接近该白体线,这样的接近如本文所定义。在某些实施例中,第一色点和第二色点中的至少一者在黑体(普朗克)轨迹上或其附近。在某些实施方案中,第一色点和第二色点中的至少一者包含至少80的CRI Ra、在80至800的范围内的GAI(或Qg)值或至少80的CRI Ra值结合在80至100的范围内的GAI(或Qg)值。在某些实施例中,当第一色点和第二色点各自包含所需的CCT,例如在从2,500K至5,000K的范围内或从2,700K至4,000K的范围内时,可获得上述条件。在某些实施例中,照明装置可没有任何荧光体转换的蓝色电激发发射器(例如,被布置成生成主波长在从430nm至480nm的范围内的发射的LED以及被定位成接收LED的至少一部分发射的至少一个荧光体)。在某些实施例中,照明装置可实施为固态发射器封装和/或包括与本文所公开的固态封装相关联的一个或多个特征。在某些实施例中,灯泡或灯具可包括如本文所公开的照明装置。在某些实施例中,方法包括利用如本文所公开的照明装置照亮对象、空间或环境。
在某些实施例中,固态照明装置可包括多个电激发固态发射器和被配置为调节多个电激发固态发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动的控制电路,其中:第一操作状态产生包括第一色域面积指数(GAI)或Qg值的第一操作状态聚集光发射;第二第一操作状态产生包括第二色域面积指数(GAI)或Qg值的第二操作状态聚集光发射;第二GAI值与第一GAI值相差至少10%或本文公开的另一阈值(或另选地,第二Qg值与第一Qg值相差至少5%或本文公开的另一阈值);并且由第一操作状态聚集光发射所生成的第一色点与由第二操作状态聚集光发射所生成的第二色点在1931CIE色度图上不超过7个麦克亚当椭圆(或者可选地,在5或4个麦克亚当椭圆内)。在某些实施例中,至少一个发射器(以及可选地,前述发射器中的每个)可包括至少一个LED和至少一个荧光体,其被布置成接收至少一个LED的发射的至少一部分并受其激励并且响应地发出荧光体发射。在某些实施例中,可满足以下条件中的一或多者:第一色点和第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。在某些实施方案中,第二GAI值可与第一GAI值相差至少15%或至少20%。另选地,在某些实施方案中,第二Qg值可与第一Qg值相差至少10%、至少15%或至少20%。在某些实施例中,可满足以下条件中的一个或多个:第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及第一操作状态聚集光发射和第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。在某些实施例中,第一色点和第二色点中的至少一者在白体线上或接近该白体线,这样的接近如本文所定义。在某些实施例中,第一色点和第二色点中的至少一者在黑体(普朗克)轨迹上或其附近。在某些实施方案中,第一色点和第二色点中的至少一者包含至少80的CRI Ra、在80至800的范围内的GAI(或Qg)值或至少80的CRI Ra值结合在80至100的范围内的GAI(或Qg)值。在某些实施方案中,当第一色点和第二色点各自包含所需的CCT时,例如在从2,500K至5,000K的范围内或从2,700K至4,000K的范围内,可以获得上述条件。在某些实施例中,照明装置可没有任何荧光体转换的蓝色电激发发射器(例如,被布置成生成主波长在从430nm至480nm的范围内的发射的LED以及被定位成接收LED的至少一部分发射的至少一个荧光体)。在某些实施例中,照明装置可实施为固态发射器封装和/或包括与本文所公开的固态封装相关联的一个或多个特征。在某些实施例中,灯泡或灯具可包括如本文所公开的照明装置。在某些实施例中,方法包括利用如本文所公开的照明装置照亮对象、空间或环境。
参考附图描述本公开的各种特征和实施例。
图6为示出黑体轨迹(BBL)和闭合虚线图形(包围低于BBL的区域70)的CIE1976色度图的节选,其包含由本文公开的照明装置输出的潜在色点,其中,该虚线图形包含由在从2,500K至10,000K的范围内的CCT值定义的区域,并且横跨从负0.01至负0.02的普朗克偏移Δu'v'范围。另外示出用于所选值的CCT线(即,跨越约±0.05的普朗克偏移Δu'v'值)。区域70从曲线71(表示负0.01的普朗克偏移ΔU'v'值)上面、从对应于CCT值为10,000K的线73左边、从对应于CCT值为2500K的线74右边以及从曲线72(表示负0.02的普朗克偏移ΔU'v'值)的下面限定。图6包括用于假设照明装置(未示出)的两个色点36、37,其中,这两个点都具有3000K的CCT,同时彼此相差不大于0.01的Δu'v'值。
图7A-图7B分别示出通过建模包括蓝色LED(452nm峰值波长)的第一示例性照明装置获得的GAI和CRI Ra值,该蓝色LED被布置成结合橙红色LED(619nm主波长)激励黄色(YAG108)磷光体的发射,其中,照明装置没有任何陷波滤波材料。具体地,图7A为CIE 1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(本文中也称为“白体线”或“WBL”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及此建模所获得的具有不同范围的色域面积指数(GAI)的九个区域(即区域I至IX)的曲线图。在图7A中,区域V是特别感兴趣的,因为其对应于从80至100的GAI值的优选范围,并且还包括在低于4000K的某些期望CCT值的范围内的白体线(WBL)的一部分(具有在黑体轨迹下方的这种WBL的区域)。图7B为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及具有通过对根据图7A的相同照明装置建模而获得的具有不同范围的显色指数(CRI Ra)的十个区域(即,区域I至X)的曲线图。在图7B中,区域I(对应于90至100的CRI Ra值)和区域II(对应于80至90的CRI Ra值)是特别感兴趣的,因为所述的范围适合于一般照明并包含在低于4000K的期望CCT值的范围内(在黑体轨迹下方的此WBL区域)的白体线(WBL)。图7A-图7B组合示出包括磷光体转换的蓝色初级LED和补充的橙色/红色LED的可以同时实现CRI Ra≥80(或CRI Ra≥90)和80≤GAI≤100的第一固态照明装置。在不使用陷波滤波材料的情况下,结合高发光效率(例如,至少60LPW、至少80LPW、至少100LPW(或高达120LPW或更多))来实现此类条件。
图7A-图7B组合示出发射器或发射器组可用于获得具有不同GAI和CRI Ra特性的色点。当被布置成产生具有不同GAI特性的色点的多个发射器或发射器组被设置在单个照明装置中并且此类发射器或发射器组可单独控制时,所得照明装置可根据被布置产生不同GAI值的多个操作状态来操作。
图8A-图8C分别示出通过对包括蓝色LED(452nm峰值波长)的第二示例性装置建模而获得的GAI、CRI Ra和S/P比,该蓝色LED被布置成与橙红色(619nm主波长)LED组合激励黄色/绿色(LuAg)磷光体的发射。具体地,图8A为CIE 1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及此建模所获得的具有不同范围的色域面积指数(GAI)的九个区域的曲线图。在图8A中,区域V是特别感兴趣的,因为其对应于从80到100的GAI值的优选范围,并且还包含白体线(WBL)的大部分(包括在黑体轨迹下方的低于4000K的某些期望CCT值的范围中的多个值)。图8B为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及具有通过对根据图6A的相同照明装置建模而获得的具有不同范围的显色指数(CRI Ra)的十个区域的曲线图。在图6B中,区域I(对应于90至100的CRI Ra值)和区域II(对应于80至90的CRI Ra值)是特别感兴趣的,因为所述的范围适合于一般照明并包含在低于4000K的期望CCT值的范围内(在黑体轨迹下方的此WBL区域)的白体线(WBL)。图8C为CIE1931色度图的节选,其示出黑体轨迹、在从2700K至6500K的CCT值之间延伸的最小色调线(或“白体线”)、与黑体轨迹相交的周期色温线以及具有通过对相同照明装置建模而获得的具有不同范围的暗视/明视(S/P)比的八个区域的曲线图。在图8C中,区域V(对应于在1.5到2的范围内的S/P比值)是特别感兴趣的,因为它包含小于约4000K的所有CCT值的WBL。图8A-图8B组合示出包括磷光体转换的蓝色初级LED和补充的橙色/红色LED的可以同时实现CRI Ra≥80(或CRI Ra≥90)和80≤GAI≤100的第二固态照明装置。在不使用陷波滤波材料的情况下,结合升高S/P比和高发光效率(例如,至少60LPW、至少80LPW、至少100LPW(或高达120LPW或更多))来实现此类条件。
图7A-图7B和图8A-图8B示出发射器或发射器组可用于获得具有不同GAI和CRI Ra特性的色点。当被布置成产生具有不同GAI特性的色点的多个发射器或发射器组被设置在单个照明装置中并且此类发射器或发射器组可单独控制时,所得照明装置可根据被布置产生不同GAI值的多个操作状态来操作。
图9A-图9E组合包含提供用于建模151个固态照明装置的数值结果的表,每个固态照明装置包括橙色或红色LED(源1a)、黄色或黄/绿色磷光体(源2a)和蓝色LED(源3a),包括装置编号、组合发射的CIE 1931x,y坐标、主LED波长(dm)、相关色温(cct)、S/P比、CRI Ra、R9显色性、颜色质量标度(CQS)、色域面积指数(GAI)、源标识符,每个单独源的流明百分比、每个单独源的CIE 1931x,y坐标、每个单独源的主波长(dm)和每个单独源的峰值波长(pk)。如图9A-图9E的最后六列所示,源1a包括主波长在从613nm至623nm的范围内和峰值波长在从620nm至632nm的范围内的源;源2a包括主波长在从558nm至569nm的范围内和峰值波长在从532nm至541nm的范围内的源;以及源3a包括主波长在从447nm至470nm的范围内和峰值波长在从440nm至465nm的范围内的源。图9A-图9E的第四到第十列示出对于每个装置,所聚集的发射(包含源1a、2a和3a的组合)包括范围从583nm到605nm的主波长、范围为从3879K至2125K的CCT、范围从1.12至2.02的S/P比、范围从80至95的CRI Ra、范围从16至98的R9(R9显色性值)、范围从71至93的颜色质量指标以及范围从80至100的GAI。具有高R9显色值的灯有望能够生动地再现微红色。在某些实施例中,如本文所公开的可变色域照明装置的至少一种操作状态(并且优选地多种操作状态)可包括在优选至少80、更优选至少85、更优选至少90、更优选至少95的范围内的R9显色值,结合在优选至少80、更优选至少90的范围内的CRIRa以及范围为在80至100内的GAI值。
在某些实施例中,如本文所公开的照明装置的一个或多个电激发发射器可包括被布置成滤波发射器的发射的至少一部分以表现光谱陷波的至少一种陷波滤波材料。在某些实施例中,陷波滤波的发光元件相对于未滤波的发光元件可表现出增加的色域。当被布置成产生具有不同GAI特性(例如,可包括陷波滤波材料的不同存在、浓度和/或量)的色点的多个发射器或发射器组被设置在单个照明装置中,并且此类发射器是可单独控制时,所得的照明装置可根据被布置成产生不同GAI值的多种操作状态而操作。
为了证明将不同量的陷波滤波材料添加到陷波滤波装置的结果,图10提供了包括GAI、CRI Ra、R9渲染、LEP发光效率(光学)、S/P比、流明/瓦、滤波器流明损耗百分比、Du'v'(在1976CIE色彩空间中与BBL的距离)以及四个光源-即白炽光源(第二列)、未滤波蓝色偏移(黄色加红色)或“BS(Y+R)”磷光体转换LED源(第三列)、高CRI轻度钕氧化物滤波BS(Y+R)磷光体转换LED源(第四列)和近白体线、更重的钕氧化物滤波BS(Y+R)磷光体转换LED(或“Neo WBL Nd滤波BS(Y+R)”)源(第五列)的钕滤波器密度值的建模结果。每个BS(Y+R)源包括457nm主波长蓝色LED(装置的1%总流明输出),其被布置成激励两种磷光体的发射-即具有570nm的主波长(装置的总流明输出的69.2%)的铈掺杂钇铝石榴石(Ce:YAG)或“YAG”108黄色磷光体和具有600nm的主波长(装置的总流明输出的29.8%)的基于CaAlSiN 3('CASN')的红色磷光体。
比较白炽和未经滤波的BS(Y+R)固态源,两者的GAI值均为49%,而白炽光源具有更好的CRI Ra(100对81),白炽光源具有较高的S/P比,而固态光源具有更大的发光效率。两个源都在Du'v'值为零的黑体轨迹上。
比较未滤波的BS(Y+R)和高CRI钕滤波的BS(Y+R)固态源,滤波的源具有更高的GAI(63%对49%)、改善的CRI Ra(92对81)和更高的S/P比,但是由于滤波器管腔损耗(19%)以及从Dubody值为0.006的黑体轨迹稍微移除而导致的较低的发光效率。因此,相对于未滤波的固态源,经滤波的“高CRI”固态源(其相对于3.2mm参考氧化钕滤波器具有0.5的氧化钕密度)提供提高的CRI Ra和提高的GAI。
比较高CRI Nd滤波BS(Y+R)和Neo WBL Nd滤波BS(Y+R)固态源,后者(Neo WBL)源具有超过两倍的氧化钕密度(即,1.20对相对于3.2mm参考氧化钕滤波器的0.5),这产生甚至更大的GAI(78%对63%)和更大的S/P比(135对1.25),但是降低的CRI Ra(80对92)。实际上,Neo WBL Nd滤波的BS(Y+R)源具有甚至相对于未滤波的固态源(即,80对81)减小的CRIRa。如预期的那样,由于增加的滤波器流明损失(34%对19%),Neo WBL Nd滤波的BS(Y+R)还表现出降低的发光效率(70LPW对更轻微滤波的源的86LPW)。较高的滤波材料浓度还导致色点进一步离开黑体轨迹(Du'v'值为0014,或者是对于较轻滤波的源的Du'v'值的两倍以上)。Neo WBL滤波固体源提供增强的GAI,同时牺牲CRI Ra和功效。使用足够高浓度的陷波滤光材料以使CRI Ra实际上下降并离开黑体轨迹,同时降低发光效率,这违背了本领域中提供增加的CRI Ra而不过度损失发光效率并且不偏离黑体轨迹的常规要求。
图11为对于在图10中总结的三个(最右边)固态光源,作为滤波器密度的函数的GAI的曲线图以及CRI Ra的重叠图。各个曲线图示出GAI值随着滤波器密度增加而持续增加,并且CRI Ra最初随着滤波器密度增加而增加,但是随着滤波器密度增加超过拐点而减小。因此,增加超过某一点的GAI对于增强颜色再现的尝试可能是有害的。右上方的阴影区域表示CRI Ra≥80和80≤GAI≤100的组合的优选组合,其几乎是通过Neo WBL Nd滤波的BS(Y+R)源获得但不一定就是。
图12示出在图10中表征的四个光源中的每个的色域面积和色点,其叠加了包括黑体轨迹和最小色调线(白体线)的1931CIE色度图的节选。白炽光源A和未滤波的固态光源B在黑体轨迹和类似的色域面积上具有相同的色点(产生相同的GAI值)。高CRI Nd滤波的BS(Y+R)固态源C具有被中间布置在黑体轨迹和白体线之间同时具有比白炽光源A和未被滤波的固态源B中的每个更大的色域面积的色点。Neo WBL Nd滤波BS(Y+R)固态源D具有在白体线(最小色调线)上同时具有比前述源更大的色域面积的色点。
给定四个源A至D中的色域面积的变化,显而易见的是,在单个照明装置中组合和单独控制至少两个源可允许改变此装置的发射的色域面积。返回参考图10,源B、C和D的GAI值分别为49%、63%和78%。通过单独控制被布置在单个照明装置中的两个此类光源,聚集发射的色域面积可以被改变10%、15%、20%或更多。
图13示出在图10中表征的四个光源的光谱输出(相对强度)对波长,其示出了增加的钕滤波器浓度对光谱输出的影响。白炽光源A在光谱输出和波长之间具有基本上线性的关系。未被滤波的固态源B在450nm处表现出第一峰、以约480nm为中心的第一槽和以约610nm为中心的宽复合峰但没有光谱陷波。高CRI Nd滤波的BS(Y+R)固态源C在约560nm-590nm之间表现出显着的光谱陷波。由于增加的滤波材料浓度,Neo WBL Nd滤波的BS(Y+R)固态源D在约560nm-590nm之间表现出甚至更深的光谱陷波。
图14A为表示CRI值的条形图,其包括14个颜色芯片的结果和在图10中表征的第二(即,未滤波的固态)光源的复合CRI Ra值。图14B为表示CRI值的条形图,其包括14个颜色芯片的结果和在图10中表征的第四(即,Neo WBL钕滤波的)固态光源的复合CRI Ra值。在每个图表中,复合CRI Ra值被显示在位置16。图14A和图14B之间的比较示出,增加的氧化钕滤光片浓度可以降低CRI,但是增加所感知的颜色鲜艳度,如增加的R9显色值(其中R9表示难以精确渲染的红色)所示。此结果与由增加的氧化钕(陷波)滤波器浓度所提供的增加的GAI值一致。
在某些实施例中,固态照明装置可包括(i)与例如结合图13A所描述的至少一个固态发射器(例如,两个LED和荧光材料)结合的至少一种荧光材料,或者(ii)其中多个LED没有任何荧光材料,例如结合图14A所描述的。在某些实施例中,包括没有荧光体的多个LED的固态照明装置可包括至少一个LED,其包括在从440nm至460nm的范围内的主波长,至少一个LED包括在从535nm至560nm的范围内的主波长,以及至少一个LED,其包括在从590nm至620nm的范围内的主波长。
图15A为用于建模固态照明装置的数值结果的表格,该固态照明装置包括橙色(606nm主波长)LED、蓝色(450nm主波长)LED和绿色磷光体(P1LuGaAg 4)并产生CCT为3511K、CRI Ra值为80以及GAI值为100的复合发射。对于单独的LED和磷光体,图15A提供了CIE 1931x和y坐标、CIE 1976u'和v'坐标、主波长和相对强度(任意单位)。对于组合发射,图15A还提供了CIE 1931x和y坐标、CCT、CRI Ra、R9显色性、GAI、颜色质量标度(CQS)、S/P比、发光效率、du’v’(BBL/DLL)和duv值。图15B为示出黑体轨迹、最小色调线(或白体线)的一部分以及图15A的LED和磷光体的以下项的CIE 1931色度图的节选:色调线、色域面积和复合色点。如图15A所示,利用与一种荧光材料组合的两个LED的照明装置可获得高CRI(CRIRa≥80)和高GAI(80≤GAI≤100)的组合。所得的色点(如图15B中的X符号所示)在黑体轨迹下方并接近白体线。
图16A为用于建模固态照明装置的数值结果的表格,该固态照明装置包括橙色/红色(617nm主波长)LED、蓝色(455nm主波长)LED和黄色磷光体(NYAG 7)并产生瞳孔流明为521、CCT为2999K、CRI Ra值为91以及GAI值为83%的复合发射。对于单独的LED和磷光体,图16A提供了CIE 1931x和y坐标、CIE 1976u'和v'坐标、主波长和相对强度(任意单位)。对于组合发射,图16A还提供了CIE 1931x和y坐标、CCT、CRI Ra、R9显色性、GAI、颜色质量标度(CQS)、S/P比、发光效率、du’v’(BBL/DLL)和duv值。图16B为示出黑体轨迹、最小色调线(或白体线)的一部分以及图16A的LED和磷光体的以下项的CIE 1931色度图:色调线、色域面积和复合色点(输出)。如图16A所示,可以使用组合利用两个LED与一种荧光材料组合的照明装置来获得高CRI Ra(CRI Ra≥80和高GAI(80≤GAI≤100)和大于500(瞳孔)流明的装置输出。所得的色点(如图16B中的X符号所示)在黑体轨迹下方并接近白体线。
给定结合图15A-图15B描述的光源(即,具有100的GAI)和结合图16A-图16B描述的光源(即,GAI为83)之间的色域面积的变化,在单个照明装置中组合和单独控制两个源可允许改变所得装置的发射的色域面积。虽然图15A和图15B包含具有不同CCT值的色点的建模结果,但是应理解,可获得具有非常相似的CCT值(例如,差异小于2%)但是不同的GAI值的色点。
图17A示出了包括如本文所述的多个固态发光器的固态发射器封装100。发射器封装100包括可被单独控制(例如,经由背面阳极121A-121D和阴极122A-122D)并且由绝缘基板110支撑的多个(例如,四个)LED芯片150A-150D。可优选地包括陶瓷材料的基板110包括上表面111、下表面112和在上表面111和下表面112之间延伸的侧壁113-116。电迹线140被布置在基板110上方,该基板包括多个管芯附接垫141A-141D和靠近管芯附接垫141A-141D布置的附加电气元件142A-142D。在管芯附接垫141A-141D为导电的情况下,LED芯片150A-150D可被布置成其底侧接触件与管芯附接垫141A-141D电连通,并且其顶侧接触件借助于粘合导线152与电气元件142A-142D电连通。管芯附接垫141A-141D和电元件142A-142D可包括在基板110的顶表面111上(或内)被图案化的一种或多种金属。可在相邻的管芯附接垫141A-141D和/或电气元件142A-142D之间提供间隙145,以防止不良的导电电连通。在某些实施例中,管芯附接垫不需要是导电的,例如在与固态发射器芯片的阳极和阴极连接都用导线粘合的情况下。绝缘组焊层147在电迹线140的外围部分上被图案化,并且模制透镜160(例如,包括凸起或半球形部分161和基部162)被布置在基板110的顶表面111上方,并且被布置以传输由发射器芯片150A-150D所生成的光的至少一部分。
可使用任何合适的峰值波长(例如,颜色)的LED芯片150A-150D,并且芯片150A-150D中的一个、一些或全部可被布置成激励一个或多个荧光体(例如,磷光体)的发射。尽管可单独地控制LED芯片150A-150D中的一些或全部,但是在某些实施例中,两个或更多个LED芯片150A-150D的组或LED芯片组可以以分组方式一起被控制。如前所述,封装100可实施为一个或多个LED部件,其中,每个LED部件包括至少一个LED芯片150A-150D(可选地多个LED芯片),其中,一个或多个LED芯片150A-150D可选地被布置成激励一种或多种荧光材料。在某些实施例中,固态发射器封装100可包括两个LED部件,其中,每个LED部件包括两个LED芯片150A-150D。在某些实施例中,固态发射器封装100可包括一个、两个、三个或四个LED部件。虽然在图15A中示出了四个LED芯片150A-150D,但是应理解,LED封装可包括任何期望数量的LED芯片,包括串联、并联或串联-并联配置来布置的芯片组。
图17B为图17A的发射器封装100中的每个的底部平面图。基板的下表面112包括在其上被图案化的四个阳极121A-121D和四个阴极122A-122D(例如,作为电迹线),其中,每个象限具有一个阳极/阴极对。根据需要,分开的阳极121A-121D和阴极122A-122D使得能够单独控制多个固态发射器(例如,LED芯片)150A-150B。各种阳极121A-121D和阴极122A-122D由可用焊料掩模材料部分127-1、127-2填充的间隙隔开。热元件(例如,热散射元件)126可沿着底表面112被布置在焊料掩模材料部分127-1、127-2之间并且通常使固态发射器150A-150D重叠。热元件126的厚度可与阳极121A-121D和阴极122A-122D相同或不同(例如,比其厚)。如图所示,封装100没有被布置在其任何侧壁113-116上或横向延伸超过其任何侧壁113-116的任何阳极或阴极。
通过分别控制具有适当特性(例如,包括不同的色域特性)的不同发射器(例如,LED芯片),封装100可根据多个操作状态操作以产生具有不同的色域面积指数值的发射。
图18A示出了包括支撑在基板或其它主体结构209中或上的第一和第二发射器组件201、202的发光装置200。第一和第二发射器组件201、202各自包括至少一个LED芯片203A-203B,其中,LED芯片203A-203B中的任何一个或多个可以可选地被布置成激励一种或多种荧光材料的发射(例如,被布置成由LED芯片203A激励的荧光体205A)。尽管图18A示出了与每个发射器组件201、202相关联的一个LED芯片203A-203B,但是应理解,在某些实施例中,任何合适数量(例如,两个、三个、四个、五个、六个或更多等)的LED芯片可与一个或多个发射器部件相关联。
图18B示出了包括支撑在基板或其它主体结构219中或上的第一和第二发射器组件211、212的发光装置210。第一和第二发射器部件211、212各自包括至少一个LED芯片213A-213B,其中,LED芯片213A-213B中的任何一个或多个可以可选地被布置成激励一种或多种荧光材料的发射(例如,被布置成由第一LED芯片213A激励的第一荧光体215A和被布置成由第二LED芯片214A激励的第二荧光体216A)。
图18C示出了包括支撑在基板或其它主体结构229中或上的第一和第二发射器组件221、222的发光装置220。第一发射器部件221包括LED芯片223A、223B,其中,第一LED芯片223A被布置为激励第一荧光体225A的发射,并且第二发射器部件222包括被布置为激励第二荧光体226A的发射的LED芯片224A。在某些实施例中,可在每个发射器部件中提供任何合适数量的LED芯片和荧光体,并且附加的发射器部件(未示出)可由基板229支撑。
图18D示出了包括支撑在基板或其它主体结构239中或上的第一和第二发射器组件231、232的发光装置230。第一发射器部件231包括被布置成激励第一荧光体235A的发射的第一LED芯片233A和被布置成激励第二荧光体235B的发射的第二LED芯片233B,并且第二发射器部件232包括被布置成激励另一荧光体236A的发射的LED芯片234A。在某些实施例中,可在每个发射器部件中提供任何合适数量的LED芯片和荧光体,并且附加的发射器部件(未示出)可由基板239支撑。
图18E示出了包括支撑在基板或其它主体结构249中或上的第一和第二发射器组件241、242的发光装置240。第一发射器部件241包括被布置成激励第一荧光体245A的发射的第一LED芯片243A和被布置成激励第二荧光体245B的发射的第二LED芯片243B。第二发射器部件242包括被布置成激励第一荧光体246A的发射的第一LED芯片244A和被布置成激励第二荧光体246B的发射的第二LED芯片244B。一个或多个荧光材料245A、245B、246A、246B在各个LED部件241、242中可相同或不同。在某些实施例中,可在每个发射器部件中提供任何合适数量的LED芯片和荧光体,并且附加的发射器部件(未示出)可由基板249支撑。
图18F示出了包括支撑在基板或其它主体结构259中或上的第一和第二发射器组件251、252的发光装置250。第一发射器部件251除了第二LED芯片253B之外包括被布置成还激励第一荧光体255A的发射的第一LED芯片253A,并且第二发射器部件252除了第二LED芯片254B之外包括被布置成还激励第一荧光体256A的发射的第一LED芯片254A。在某些实施例中,可在每个发射器部件中提供任何合适数量的LED芯片和荧光体,并且附加的发射器部件(未示出)可由基板259支撑。
一般参考图18A-图18F,第一和第二发射器部件在每种情况下可实施为如本文所述的任何合适的LED芯片、荧光体、特征和/或能力,并且优选地是可单独控制的(但是可一起控制)。在每种情况下,可进一步在基板中或衬底上提供包括一个或多个LED芯片的附加发射器部件(未示出)。在包括具有多个LED的一个或多个发射器部件的实施例中,可单独控制单个LED部件内的每个LED,或者可一起控制单个部件内的两个或更多个LED组。
继续参考图18A-图18F,在某些实施例中,每个第一发射器部件可被布置成产生具有第一色点的发射(或发射的混合物),每个第二发射器部件可被布置成产生具有第二色点的发射(或发射的混合物),并且用于每个装置的由相应的第一和第二发射器部件所生成的光的混合物可被布置成产生聚集色点。在某些实施例中,相对于第二发射器部件对第一发射器部件(和/或其各个发射器)的电流或电流脉冲宽度的调整可用于调节与不同操作状态相关联的聚集发射的域面积。
图19示出了被布置为控制固态发射器(例如,LED)293a、293b、294a、294b、295a、295b的多个串281、282、283的第一控制电路的一部分,上述多个串全部被电连接到公共电源线280。连接到第一串281的为第一电流调节元件285和第一组LED 293A、293B,其可被布置成输出相同的不同主波长,并且可以可选地被布置成激励一种或多种荧光材料。连接到第二串282的为第二电流调节元件286和第二组LED 294A、294B,其可被布置成输出相同的不同主波长,并且可以可选地被布置成激励一种或多种荧光材料。连接到第三串283的为第三电流调节元件287和第三组LED 295A、295B,其可被布置成输出相同的不同主波长,并且可以可选地被布置成激励一种或多种荧光材料。电流调节元件285-287可被用于将通过相应的串281-283的电流调节到任何期望值。在某些实施例中,此类调节元件285-287可以是可调节的。在某些实施例中,每个串281-283中的LED的数量可为相同或不同的。如果串281-283具有不同的色域面积特性,则可单独控制串281-283以调节照明装置的发射的色域面积。
图20示出了包括被串联布置的第一和第二LED部件(或LED)301、302的发光装置300的各种部件之间的互连,其中,至少一个控制电路310被布置成通过使用可控旁路和/或分流元件311、312来控制LED部件301、302的电流和/或占空比的调制。在某些实施例中,每个LED部件301、302可包括被布置成激励一个或多个荧光体的发射的一个或多个(可选地,全部)LED(未示出)。在某些实施例中,每个LED部件301、302可包括以串联、并联或串联/并联配置布置的多个LED。响应于一个或多个用户输入元件306、一个或多个定时器元件307和/或一个或多个传感器元件308(例如,温度感测元件、光电传感器等),可以可选地控制至少一个控制电路310。发光装置300的各种部件可以由基板或其它支撑元件309的部分支撑、被布置在基板或其它支撑元件309上或被布置成与基板或其它支撑元件309的部分电连通。在操作中,电流在阳极321A和阴极321B之间施加到照明装置300。至第一LED部件301的电流和/或占空比的供应可用第一可控旁路或分流元件311来控制。类似地,可利用第二可控旁路或分流元件312来控制对第二LED部件302的电流和/或占空比的供应,其中,第二LED部件302被布置成与第一LED部件301串联。第一和第二可控旁路或分流元件311、312中的每个可由至少一个控制电路310控制,可选地响应于一个或多个用户输入元件306、一个或多个定时器元件307和/或一个或多个传感器元件308。如果发光部件301、302具有不同的色域面积特性,则可单独地控制LED部件301、302以调节发光装置300的发射的色域面积。
图21示出了包括并联布置的第一和第二LED部件401、402的发光装置400的各种部件之间的互连,其中,至少一个控制电路410(例如,可选地包括控制电路部分410A、410B)被布置成使用可控旁路和/或分流元件411、412来控制LED组件401、402的电流和/或占空比。在某些实施例中,每个LED部件401、402可包括被布置成激励一个或多个荧光体的发射的一个或多个(可选地,全部)LED(未示出)。在某些实施例中,每个LED部件401、402可包括以串联、并联或串联/并联配置布置的多个LED。响应于一个或多个用户输入元件406、一个或多个定时器元件407和/或一个或多个传感器元件408,可以可选地控制至少一个控制电路410。发光装置400的各种部件可以由基板或支撑元件409的部分支撑、被布置在基板或支撑元件409上或被布置成与基板或支撑元件409的部分电连通。在操作中,可经由第一阳极421A和阴极421B向第一LED部件401供应电流,其中,可使用第一可控旁路或分流元件411来调制至第一LED部件401的电流和/或占空比的供应。以类似的方式,可经由第二阳极422A和阴极422B向第二LED部件402供应电流,其中,可使用第二可控旁路或分流元件412来调制至第二LED部件402的电流和/或占空比的供应。第一和第二可控旁路或分流元件411、412可由至少一个控制电路410控制(可选地,用专用部分410A、410B),可选地响应于一个或多个用户输入元件406、一个或多个定时器元件407和/或一个或多个传感器元件408。如果发光部件401、402具有不同的色域面积特性,则可单独地控制发光部件401、402以调节发光装置400的发射的色域面积。
图22A-图22F示出了根据本文所述的某些实施例的结合可单独使用或成组使用的电激发固态发光器和荧光材料的固态照明装置的示例性部分。应理解,为了清楚起见,已省略完整的照明装置(例如,封装引线、引线框架、触点、粘合导线、粘合结构、热传递元件、光提取光学器件、散射器、附加的反射表面、电源等)内的各种结构,但是本领域的技术人员应理解,已知的结构可以被结合在包括附图中所提供的说明性部分的操作照明装置中。
图22A为固态照明装置500的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置500包括至少一个电激发固态发光器(例如,LED)504、LED 504被安装在其上或上方的反射杯502或其它支撑结构以及(可选地)被分散在设置在LED 504上方和反射杯502内的密封剂材料中的至少一种荧光体(例如,磷光体)507。虽然图22A将至少一个荧光体507示出为被分散在密封剂材料中,但在各种实施例中,一个或多个荧光体(例如,磷光体)可以以任何合适的构造设置以接收来自固态(例如LED)发射器的发射并相应地重新发射光。在某些实施例中,至少一个荧光体可被直接涂覆在固态发射器上或上面。在某些实施例中,一个或多个荧光体可被布置在可与每个固态发射器和/或彼此空间分离的分离层中。在某些实施例中,包括荧光体的装置500可与包括LED但是缺少荧光体的类似装置结合使用。
图22B为固态照明装置510的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置510包括至少一个电激发固态发射器(例如,LED)514、反射杯512或固态发射器514被安装在其上或上面的其它支撑结构以及被布置在与固态发射器514空间隔离的层中的多个荧光体(例如,荧光体)518、519。密封剂516可被设置在固态发射器514和荧光体518、519之间;另选地,可在固态发射器514和荧光体518、519之间布置至少一个空隙,以减少其间的导热耦合。在某些实施例中,包括至少一个荧光体的装置510可与包括LED但是缺少荧光体的类似装置结合使用。
图22C为固态照明装置520的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置520包括第一和第二固态发射器(例如,LED)524、525,反射杯522或固态发射器524、525被安装在其上或上面的其它支撑结构以及被分散在设置在固态发射器524、525上面和反射杯522内的密封剂材料中的至少一种荧光体(例如,磷光体)527。在某些实施例中,可提供多个荧光体527。在一个实施例中,一个或多个荧光体可被布置成仅与单个固态发射器524、525交互。至少一个荧光体可以以相对于固态照明装置内的位置变化的量(例如,厚度、宽度等)或浓度设置,例如实施为相对于一个或多个固态发射器的存在、量或浓度的变化。例如,至少一个荧光体可被涂覆在一个固态发射器上面或被布置在其上,并且不被布置在另一个固态发射器上(或以不同的厚度或浓度布置在另一个固态发射器上)。
在某些实施例中,固态照明装置可包括被布置在与固态发射器在空间上分离的一个或多个层中的多个电激发固态发射器(例如,LED)和一个或多个荧光体(例如,磷光体)。图22D为固态照明装置530的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置530包括第一和第二固态发射器(例如,LED)534、535、反射杯532或固态发射器534、535被安装在其上或上面的类似支撑结构以及被布置在与固态发射器534、535空间隔离的层中的一个或多个荧光体(例如,荧光体)538、539。密封剂536或其它材料可被设置在固态发射器534、535和荧光体538、539之间;另选地,固态发射器534、535和荧光体538、539可通过间隙分开。在一个实施例中,荧光体538、539可被布置在包括至少两个不相邻层的交替层中,上述至少两个不相邻层包括基本上相同材料组成的荧光体。将不同的荧光体限制在不同的层中的一个优点是避免可能与另一荧光体的激发光谱重叠的一个荧光体的发射光谱的不适当吸收(例如,红色磷光体的激发光谱可与黄色磷光体的发射光谱重叠,这导致效率损失)。在某些实施例中,荧光材料在单个荧光体层内的存在可能是不均匀的(例如,图案化的)。在某些实施例中,荧光材料层可具有相对于位置为不均匀的厚度。
图22E为固态照明装置540的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置540包括第一和第二电激发固态发射器(LED)544、545、反射杯542或LED 544、545被安装在其上或上面的其它支撑结构以及被布置成仅与(或主要仅)与单个LED 544交互的至少一个荧光体548。在某些实施例中,至少一个荧光体548可被涂覆或沉积在第一固态发射器544上或上方,但是从第二固态发射器545省略。在某些实施例中,至少一个荧光体548可包括具有不同材料组成的多个荧光体和/或多个荧光体层的混合物。
图22F为固态照明装置550的一部分的侧面横截面示意图,固态照明装置550包括第一和第二电激发固态发射器(LED)555、555、反射杯552或LED 554、555被安装在其上或上面的其它支撑结构、被布置成仅与(或主要仅)与第一LED 554交互的第一荧光体558以及被布置成仅与(或主要仅)与第二LED 555交互的第二荧光体559。在某些实施例中,发光荧光体558、559可分别被涂覆或沉积在相应的第一和第二LED 554、555上面。
应理解,图22A-图22F中所示的一个或多个上述源或这种源的组可包含具有不同色域面积的发射器或发射器组,使得通过在单个装置中利用(或组合)此类源并且单独控制各个源,可改变聚集发射的色域面积。
图23A-图23F示出了不同配置中的固态照明装置的示例性部分,其包括被布置在封装安装件(或其它基板)上面的电激发固态发光器,其中,固态发光器覆盖有荧光材料和陷波滤波材料并且可选地覆盖有透镜,其中,此类装置可根据本文所述的某些实施例单独使用或成组使用。
图23A示出了包括被布置在封装安装件(或其它基板)661的顶表面662上的固态发射器(例如,LED)芯片663(其可包括LED外延层和支撑件)的固态发光装置660,其中,发射器芯片663的顶表面664被荧光材料666(例如,在第一层中)和滤波材料668(例如,在第二层中)覆盖。封装安装件661可包括用于将电信号传导到发射器芯片663的金属化区域和/或通孔(未示出)。发射器芯片663的侧表面665可暴露或以其它方式涂覆有荧光材料和陷波滤波材料中的一种或多种。在某些实施例中,LED芯片663可涂覆有荧光材料666和陷波滤波材料668。
图23B示出了包括图23A的装置660之后添加具有弯曲(例如,大致半球形)形状的透镜669的固态发光装置660A。此类透镜669可通过任何合适的方法形成,包括但不限于使用硅树脂材料的模制。在某些实施例中,透镜669可具有基本上等于封装安装件661的宽度或横向范围的宽度或横向范围,并且透镜669的外围部分669A可具有基本均匀的厚度。
图23C示出了固态发光装置670,其包括被布置在封装安装件(或其它基板)671的上表面672上面的固态发射器(例如,LED)芯片673(其可包括LED外延层和支撑件),其中,发射器芯片673的顶表面674和侧表面675以及封装安装件671的上表面672被波长转换材料676(例如,在第一层中)和滤波材料678(例如,例如在第二层中)覆盖。在某些实施例中,LED芯片673和封装安装件671的上表面672可被涂覆有荧光材料676和陷波滤波材料678,例如根据任何合适的工艺,例如喷涂,并且此类材料676、678可以可选地被布置在遵循发射器芯片675的多个表面的形状和轮廓的保形层中。
图23D示出了包括图23A的装置670之后添加具有大致矩形横截面弯曲(例如,大致半球形)形状的透镜679的固态发光装置670A。此类透镜679可通过任何合适的方法形成,包括但不限于使用硅树脂材料的模制。在某些实施例中,透镜679可具有基本上等于封装安装件671的宽度或横向范围的宽度或横向范围。
图23E示出了包括被布置在封装安装件681上面的第一和第二固态发射器芯片683A、683B的固态发光装置680,其中,发射器芯片683A、683B的顶表面684A、684B被波长转换材料686A、686B和滤波(例如,陷波滤波)材料688覆盖,以及发射器芯片683A、683B的侧表面685A、685B和封装安装件681的上表面682被滤波材料688覆盖。陷波滤波材料688可被布置在遵循发射器芯片683A、683B的多个表面的形状和轮廓的保形层中。至LED芯片683A、683b的电连接可在陷波滤波材料涂覆步骤之前或之后进行。
图23F示出了包括图23E的装置680通过添加其斜面上边缘689A具有非矩形(多边形)横截面形状的透镜689的固态发光装置680A。此类透镜689可通过任何合适的方法形成,包括但不限于使用硅树脂材料的模制。在某些实施例中,透镜689可具有基本上等于封装安装件681的宽度或横向范围的宽度或横向范围。
根据图23B、图23D和图23F中任一个所示的形状的透镜可应用于根据图23A、图23C和图23E的装置660、670和680中的任一个。
应理解,图23A-图23F中所示的一个或多个上述源或这种源的组可包含具有不同色域面积的发射器或发射器组,使得通过在单个装置中利用(或组合)此类源并且单独控制各个源,可改变聚集发射的色域面积。
图24为固态发光装置690的至少一部分的侧面横截面视图,固态发光装置690包括以倒装芯片配置被布置在底座691上面的多个固态发射器(例如,LED)芯片695,其中,阳极和阴极连接在芯片695的底部上。发射器芯片695可(可选地)包括具有非矩形(例如,多边形)横截面的成角度或有斜面的上边缘,这样的形状用于增强光提取。一个或多个发射器芯片695可以可选地用保形层696、697中的一个或多个功能材料(例如,荧光材料、陷波滤波材料等)涂覆并且被布置在半球形光学元件(例如,透镜)690下方,其中,保形层696、697遵循发射器芯片695的多个表面的形状和轮廓(优选地具有基本恒定的厚度)。如图24所示,每个保形层696、697可在芯片695之上(例如在设置在发射器芯片695之间或与发射器芯片695相邻的反射材料之上),以及横向延伸超过芯片695。光学元件699可经由间隙或中间材料698与发射器芯片695分离,间隙或中间材料698可包括封装剂或流体介质,例如液体或凝胶(例如,矿物油、全氟化聚醚(PFPE)液体或其它氟化或卤化液体或凝胶)。此材料698也可包括折射率匹配介质,其特征在于提供光发射的减小的或最小的反射或内部折射的折射率。在某些实施例中,元件698、699可包含单个元件,例如,模制硅树脂。在某些实施例中,光学元件699可包括一种或多种功能材料,例如荧光材料、陷波滤波材料和/或散射材料,其可被掺杂、涂覆或以其它方式设置在光学元件699中或之上。继续参考图24,底座691(例如,氧化铝、氮化铝、高温聚合物等)用可用于互连发射器芯片695的金属(例如,迹线)693的图案覆盖并提供至电源的连接。金属图案693包括其间具有绝缘材料694的连接垫692。在装置690的操作中,在光通过一个或多个陷波滤波材料(例如,与层696、697和/或光学元件699相关联)时,光将表现出光谱陷波,并且陷波滤波可被定制以增加GAI和/或增强CRI Ra。另外,两个或更多个发射器芯片695或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图25示出了固态发射器封装700,其包括通过粘合导线716被耦合到电迹线或金属图案702并被布置在半球形光学元件(例如,透镜)710下面的多个固态发射器(例如,LED)芯片705。在某些实施例中,一个或多个芯片可涂覆有一种或多种功能材料(例如,荧光材料和陷波滤波材料)。如图所示,提供12个发射器芯片705与被布置在底座701上的金属迹线702接触,并且LED芯片的阴极通过粘合导线716被连接到迹线702。在某些实施例中,光学元件710可包括一种或多种功能材料,例如荧光材料、陷波滤波材料和/或散射材料,其可被掺杂、涂覆或以其它方式设置在光学元件710中或之上。发射器芯片705可选自各种光颜色箱,以为期望的应用提供具有适当颜色特性的组合光输出。具有暖白色的此发光封装700的未滤波的效率在光学元件进行任何滤波之前可为约100lm/W;然而,如果封装700被装入冷白色,则可以实现约150lm/W的效率(即,在任何滤波之前)。两个或更多个发射器芯片705或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图26示出了被布置成结合如本文所公开的多个固态发射器的第一灯泡750。灯泡750可以可选地被布置成输出陷波滤波光。固态灯泡750包括常规电源754,并且包括散热器755,散热器755包括鳍片以促进发射器芯片752和电源754的冷却。侧向触点760和脚触点751可与用于向灯泡750传导电力的爱迪生式螺纹型灯插座兼容。提供光学元件758(其可被实施在透光球体中)以保护发射器芯片752并且为灯泡750的发光提供光整形和/或漫射效用。光学元件758可以可选地包含中间材料(如结合图25中的元件698所描述的)。一种或多种荧光材料可与发射器芯片752和/或光学元件758相关联,以提供波长转换效用。另外,一种或多种可选的滤波材料(例如,陷波滤波材料)可与发射器芯片和/或光学元件758相关联以滤波光发射,以便表现出如本文所述的至少一个光谱陷波。两个或更多个发射器芯片752或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图27示出了被布置成结合如本文所公开的一个或多个固态发射器的第二反射器类型(即,PAR型)灯泡770。灯泡770可以可选地被布置成输出陷波滤波光。灯泡770包括反射器774和覆盖灯泡770的前部或发光部分的光学元件(例如,透镜)776,其中,反射器774和透镜776一起形成透光的光学外壳。灯泡的相对端包括用于从插座或其它插孔接收电力的触点780、781(例如,爱迪生式螺纹侧向触点780和脚触点781)。灯泡770包括如前所述的LED装置或管芯(不可见),并且此类部件可选地可包括一个或多个陷波滤波材料层和/或一种或多种荧光材料。可选地,一种或多种滤波材料(例如,陷波滤波材料)可与光学元件776相关联以滤波光发射,以便表现出如本文所述的至少一个光谱陷波。在某些实施例中,光学元件776还可包括光散射和/或荧光材料。两个或更多个发射器或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图28示出了被布置成结合以塔型构形被布置在阵列828中的本文所公开的多个固态发射器(例如,LED)827的第三灯泡,上述塔型构形例如在美国专利申请公开号2013/0271991中公开(通过引用并入本文)。灯泡800可包含具有爱迪生基座802的A系列灯泡,爱迪生基座802包括侧向触点803和脚触点804。基座802可包括基座印刷电路板880和壳体805内的电子器件810,其适于向灯泡800供电并且包括电源和/或驱动器。
灯泡800包括被安装在限定内部空腔874的向上延伸的基本上为管状或管类底座(例如,印刷电路板)829上的多个LED 827(其中,一个或多个LED可包括如本文所公开的荧光材料和/或陷波滤波材料)。LED芯片827可操作以在通电时发光。空腔874由导热部分852覆盖,接合构件868与接合部分868配合,接合部分868与从空腔874内部的电互连850向上延伸的锁定构件872相关联的接合部分866配合。球形外壳(其可包含光学元件)812围绕包含LED组件830的内部体积,该LED组件包括多个发射器芯片827。散热器854被布置在外壳812和基座802之间,其中,锁定构件809被布置成在灯泡800的组装期间接收和保持可变形指状物801。外壳812的底部边缘邻接散热器854的顶部表面854A。内部导体864B被布置为在基座PCB 880和LED组件830的部件之间传导电信号。
在某些实施例中,至少一种陷波滤波材料可以可选地与一个或多个发射器芯片827相关联和/或另外与外壳(或光学元件)812相关联,以便在光发射通过此滤波材料时表现出至少一个光谱陷波。在某些实施例中,光学元件812还可包括光散射和/或荧光材料。两个或更多个发射器芯片827或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图29A-图29B示出了布置成并入如本文所公开的多个固态发射器(例如,LED)926的暗灯槽型(槽型(在天花板上的灯具线性)灯具900。在某些实施例中,一种或多种荧光材料可与一个或多个LED 926相关联。可选地,固定装置900可包括一种或多种陷波滤波材料,例如可与发射器926相关联、可被应用于或被包含在线性反射器中(例如,通过掺杂、浸渍、涂覆等),或可被应用于一个或多个透光透镜板915、916或与其一体化,以使从灯具发出的光表现出光谱陷波。灯具900包括盘901、散热器902、反射器908和端盖910、911。端盖910大于端盖911并且被成形为用作电路盒以容纳用于驱动和控制光源的电子器件(例如,整流器、调节器、定时电路等)。尽管反射器可采取各种形状,但是在所示实施例中,反射器908包括与散热器902相对的平坦区域。在替代实施例中,反射器908可以是抛物线形状,或包括两个或更多个抛物线区域。灯具900还包括散射器透镜组件,其包括邻近散热器902的侧面布置的透镜板915、916。反射器908可以由许多不同的材料制成,该材料包括金属、聚合物材料、微孔聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)或其它合适的材料。如果提供陷波滤波材料,则LED926的发射可与一种或多种陷波滤波材料(例如,与LED 926相关联、与反射器908相关联和/或与透镜板915、916相关联)交互,使得光将表现出光谱陷波。两个或更多个发射器芯片926或其组(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或其组,聚集发射的色域面积可被改变。
图30示出了根据至少一个实施例的照明装置(例如,灯具)1010。装置1000包括基板或安装板1075、多个固态发射器(例如LED)灯1070-1至1070-6(可选地被实施为多芯片灯例如多芯片LED封装)被附接到该基板或安装板1075,其中,每个灯1070-1至1070-6可包括如本文所述的多个LED。每个灯1070-1至1070-6可以可选地包括固态发射器簇,其包括如本文所公开的至少一个荧光体转换的固态发射器和至少一个补充固态发射器。安装板1075可包括圆形形状或任何合适的形状或构形(包括非平面和曲线构形)。不同的固态发射器灯或簇可被构造成发射相同或不同颜色(例如,波长)的光。具体参考第一固态灯1070-1,每个固态灯1070-1至1070-6可包括优选地被布置在单个底座1061上的多个固态发射器(例如,LED)1074A-874C。尽管图30示出了与每个多芯片固态灯1070-1至1070-6相关联的四个固态发射器芯片,但是应理解,任何合适数量的固态发射器芯片可与每个多芯片固态灯1070-1至1070-6相关联,并且与不同(例如,多芯片)固态灯相关联的固态发射器芯片的数量可为不同的。在单个固定装置1010中的每个固态灯可基本上彼此相同,或者可有意地在单个固定装置1010中提供具有不同输出特性的固态灯。
固态灯1070-1至1070-6可以以簇或其它布置被分组在安装板1075上,使得灯具1010输出期望的光图案。在某些实施例中,与单个固定装置1010相关联的至少一个状态发射器灯包括荧光体转换的发光部件。一个或多个灯1070-1至1070-6可以可选地包括至少一种陷波滤波材料。继续参考图30,灯具1010可包括一个或多个控制电路部件1080,其被布置成通过独立地施加电流和/或调节相应LED部件或其组的占空比来操作灯1070-1至1070-6。在某些实施例中,各种灯1070-1至1070-6中的各个固态芯片1064A-1064D可被构造成由控制电路1080单独寻址。在某些实施例中,灯具1010可为自镇流器。在某些实施例中,控制电路1080可包括电流供应电路,其被配置为响应于控制信号而独立地向每个单独的固态芯片施加导通状态驱动电流,并且可包括一个或多个控制元件,其被配置为选择性地提供至电流供应电路的控制信号。控制电路1080可被配置为使用本领域已知的一种或多种控制方案来控制被驱动通过与灯1070-1至1070-6相关联的固态发射器芯片1064A-1064D的电流。控制电路1080可被附接到安装板1075的相对或背面,或者可被设置在与装置1000分离的外壳或其它结构(未示出)中。一个或多个散热结构(未示出)可与固定装置1010进一步相关联。两个或更多个发射器芯片或簇(可选地结合荧光材料和/或陷波滤波材料)可被布置成生成具有不同色域面积的发射,使得通过分别控制不同的发射器芯片或簇,聚集发射的色域面积可被改变。
本文所公开的前述照明装置可包括多个电激发发射器,其被布置成在多种操作状态下操作,多种操作状态被布置为产生不同的色域面积指数(GAI)值(例如,相差至少10%、至少15%或本文所公开的另一阈值),优选结合色点和/或光通量的小(例如,优选不可感知的)变化。
图31为关于可包括一个或多个陷波滤波材料的某些实施例的,绘制具有叠加的陷波滤波频谱输出的固态发光装置的光谱输出的辐射通量对波长的曲线图1050。曲线1052为对在矿物油填充的平面玻璃外壳中被构造包括多芯片LED部件的LED灯的光输出进行测量的曲线图。曲线1054为对在大多数方面为相同的LED灯的光输出进行测量的曲线图,除了针对曲线1054所测量的灯的外壳是氧化钕掺杂的玻璃以外。在550nm和650nm之间的陷波是清晰可见的,其中,辐射通量由于氧化钕陷波滤波材料的滤波而减少。测量1056表示对应于由陷波引起的最大减小的一半处的光强度的比较减小的陷波的宽度,否则从信号处理的领域知道为最大值的一半处的全宽(FWHM)。相对于大约4.3mW/nm的峰值辐射通量,陷波滤波区域包括在1.5-2mW/nm之间的辐射通量凹点。两条曲线1052、1054之间的差表示光强度的衰减或减少。图31中所示的陷波为与例如颜色颜料的更多滤波材料的特性的具有更缓和倾斜或“软的”陷波相比,通过包括相对尖锐倾斜(“硬”)形状轮廓并且更为真实的“陷波”的氧化钕滤波材料的特性。
图32提供了线图1100,其示出了被布置成提供以约580nm为中心的光谱陷波1102的示例性颜色颜料材料的光谱透射率对波长的关系。颜色颜料材料的透射率在约430nm的波长处或其以下以及在约730nm的波长处或其以上接近100%。在430nm和730nm之间,透射率降低(在约580nm的波长至最小约50%)。如图32所示,相对于诸如稀土金属及其氧化物(例如,如图31所示)的其它陷波滤波材料,颜色颜料可提供更软的光谱陷波(具有更逐渐倾斜的波长衰减)特性。
图33为具有灯具1218的外壳1200的示意图,该灯具可包括如本文所述的多个LED部件,其被布置成照亮内部环境或空间1201。内部环境空间可由壁1203限定,并且可包括被布置成允许环境光LA的窗口1202。一个或多个对象(例如,表1204)可被布置在内部空间1201中。一个或多个传感器1230(例如,光电传感器)可被布置成将传感信息(信号)传送到控制元件1235,控制元件1235被布置成控制或影响照明灯具1218的操作,灯具1218输出所生成的光LG。一个或多个用户输入元件1250还可被布置为将用户输入信号传送到控制元件1235以影响固定装置1218的操作。在操作中,环境光LA可通过窗口1202被传送到内部空间1201中。此环境光LA可以可选地与所生成的光LG组合,可以可选地从一个或多个表面或对象(例如,表1204)反射,并且可照射在一个或多个传感器1230上。在某些实施例中,可使用多个光电传感器。在某些实施例中,传感器1230可被用于感测光级和/或色点,并且传感器1230的输出可被提供给控制元件1235以影响灯具的操作1218(例如,以响应地调节由固定装置1218所生成的发射的输出电平(强度)、色点和/或色域面积指数)。用户输入元件1250可被定位在内部空间1201内、邻近内部空间1201或相对于内部空间1201远程定位的任何合适的位置(可选地经由一个或多个网络通信元件(未示出)被连接到控制元件1235)。
图34示出了可包括如本文所述的多个LED部件的室内灯(例如,台灯或桌灯)1300。灯1300包括在基部1351和包括LED部件1368的灯头1360之间延伸的臂1354。基座1351可包括被布置成控制LED部件1368的操作(例如,影响聚集发射的输出强度/调光、色点和/或色域面积指数)的用户输入元件1352和/或一个或多个传感器元件1355(例如,光电传感器))。
本文所公开的实施例可提供以下有益技术效果中的一或多者:增强照明装置的发光美感;提高照明装置的发射的感知质量;增强由照明装置表示的颜色的鲜艳度;以及选择性地调节由照明装置表示的颜色的鲜艳度,优选地利用有限的可察觉的色点和/或光通量的变化。
本领域技术人员应认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改被认为在本文公开的概念和所附权利要求的范围内。除非在本文中指出相反,否则如本文公开的各种特征和元件中的任一者可与一个或多个其它所公开的特征和元件组合。

Claims (39)

1.一种照明装置,包括:
第一电激发发射器;
第二电激发发射器;以及
控制电路,被配置成调节所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动;
其中,所述至少两种操作状态中的第一操作状态生成由所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器发出的从所述照明装置出射的光的组合,在不存在任何附加光的情况下,该光的组合产生具有第一色域面积指数值的第一操作状态聚集光发射;
其中,所述至少两种操作状态中的第二操作状态生成由所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器发出的从所述照明装置出射的光的组合,在不存在任何附加光的情况下,该光的组合产生具有第二色域面积指数值的第二操作状态聚集光发射;
其中,所述第二色域面积指数值与第一色域面积指数值相差至少10%;
其中,在不存在任何附加光的情况下,所述第一操作状态聚集光发射产生包括第一色点的发射,并且在不存在任何附加光的情况下,所述第二操作状态聚集光发射产生包括第二色点的发射,以及
其中,当在CIE 1976u’-v’色度图上绘制时,所述第一色点和所述第二色点彼此相差不大于0.01的Δu'v'值。
2.根据权利要求1所述的照明装置,其中,所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的每个包括固态发光器。
3.根据权利要求1所述的照明装置,其中,所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的至少一者包括至少一个发光二极管和至少一个荧光体,所述至少一个荧光体被布置成接收所述至少一个发光二极管的发射的至少一部分并被其激励并响应地发出荧光体发射。
4.根据权利要求1所述的照明装置,包括下列特征(i)和(ii)中的至少一者:(i)所述第一色点和所述第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。
5.根据权利要求1所述的照明装置,包括下列特征(i)和(ii)中的两者:(i)所述第一色点和所述第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。
6.根据权利要求1所述的照明装置,其中,所述第二色域面积指数值与第一色域面积指数值相差至少15%。
7.根据权利要求1所述的照明装置,进一步包括被布置成调节所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的至少一者的操作以在所述至少两种操作状态之间移动的用户输入元件和传感器。
8.根据权利要求1所述的照明装置,进一步包括陷波滤波材料,所述陷波滤波材料被布置成接收所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的至少一者的发射,其中,所述陷波滤波材料被布置成接收并滤波所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的任一者的发射的至少一部分以呈现光谱陷波。
9.根据权利要求1所述的照明装置,其中,所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的至少一者包括至少一个主电激发发光器和至少一个补充电激发发光器,其中,所述至少一个补充电激发发光器包括与所述至少一个主电激发发光器相差至少40nm的主波长。
10.根据权利要求1所述的照明装置,包括下列特征中的至少一者:
单个引线框架,被布置成向所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器传导电力;
单个反射器,被布置成反射从所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的每个发出的光的至少一部分;
单个底座或安装元件,支撑所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器;
单个透镜,被布置成透射从所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的每个发出的光的至少一部分;或者
单个散射器,被布置成散射从所述第一电激发发射器和所述第二电激发发射器中的每个发出的光的至少一部分。
11.根据权利要求1所述的照明装置,被布置成在没有任何电激发发光器的情况下,生成(i)具有范围从430nm至480nm的主波长并且(ii)在没有穿过包括荧光材料的层或区域的情况下从所述照明装置出射的发射。
12.根据权利要求1所述的照明装置,包括以下特征(i)和(ii)中的至少一者:(i)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。
13.根据权利要求1所述的照明装置,包括以下特征(i)和(ii)中的两者:(i)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的至少一者具有在1931CIE色度图上的(x,y)坐标,所述(x,y)坐标定义在白体轨迹的7个麦克亚当椭圆上或内的点,所述白体轨迹包含由在1931CIE色度图上的以下(x,y)坐标定义的线段:(0.3114,0.3386)至(0.3462,0.3631)、(0.3462,0.3631)至(0.3777,0.3790)、(0.3777,0.3790)至(0.3977,0.3707)、(0.3977,0.3707)至(0.4211,0.3713)以及(0.4211,0.3713)至(0.4437,0.3808)。
15.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的一者在能够在CIE 1976u’-v’色度图上定义的普朗克轨迹的7个麦克亚当椭圆上或内。
16.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点包括至少50的平均显色指数值。
17.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点包括至少80的色域面积指数值。
18.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点包括至少80的平均显色指数值和范围从80至100的色域面积指数值。
19.根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的每个包括范围从2,500K至5,000K的相关色温值。
20.一种包括根据权利要求1至13中的任一项所述的照明装置的灯泡或灯具。
21.一种利用根据权利要求1至13中任一项所述的照明装置照射对象、空间或环境的方法。
22.一种固态照明装置,包括多个电激发固态发射器和被配置为调节所述多个电激发固态发射器的操作以在至少两种操作状态之间移动的控制电路,其中:
第一操作状态产生包括第一色域面积指数值的第一操作状态聚集光发射;
第二操作状态产生包括第二色域面积指数值的第二操作状态聚集光发射;
所述第二色域面积指数值与所述第一色域面积指数值相差至少10%;以及
由所述第一操作状态聚集光发射所生成的第一色点与由所述第二操作状态聚集光发射所生成的第二色点在1931CIE色度图上相差不超过七个麦克亚当椭圆。
23.根据权利要求22所述的固态照明装置,其中,所述多个电激发固态发射器中的至少一个电激发固态发射器包括至少一个发光二极管和至少一个荧光体,所述至少一个荧光体被布置成接收所述至少一个发光二极管的发射的至少一部分并被其激励并响应地发出荧光体发射。
24.根据权利要求22所述的固态照明装置,包括下列特征(i)和(ii)中的至少一者:(i)所述第一色点和所述第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。
25.根据权利要求22所述的固态照明装置,包括下列特征(i)和(ii)中的两者:(i)所述第一色点和所述第二色点在相关色温方面相对于彼此相差不大于2%的量;以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射在光通量上相差不大于2%的量。
26.根据权利要求22所述的固态照明装置,其中,所述第二色域面积指数值与所述第一色域面积指数值相差至少15%。
27.根据权利要求22所述的固态照明装置,进一步包括陷波滤波材料,所述陷波滤波材料被布置成接收所述多个电激发固态发射器的至少一个电激发固态发射器者的发射,其中,所述陷波滤波材料被布置成接收并滤波所述至少一个电激发固态发射器的发射的至少一部分以呈现光谱陷波。
28.根据权利要求22所述的固态照明装置,包括下列特征中的至少一者:
单个引线框架,被布置成向所述多个电激发固态发射器的每个电激发固态发射器传导电力;
单个反射器,被布置成反射从所述多个电激发固态发射器的每个电激发固态发射器发出的光的至少一部分;
单个底座或安装元件,支撑所述多个电激发固态发射器;
单个透镜,被布置成透射从所述多个电激发固态发射器的每个电激发固态发射器发出的光的至少一部分;或者
单个散射器,被布置成散射从所述多个电激发固态发射器的每个电激发固态发射器发出的光的至少一部分。
29.根据权利要求22所述的固态照明装置,被布置成在没有任何电激发固态发光器的情况下,生成(i)具有范围从430nm至480nm的主波长并且(ii)在没有穿过包括荧光材料的层或区域的情况下从所述固态照明装置出射的发射。
30.根据权利要求22所述的固态照明装置,包括以下特征(i)和(ii)中的至少一者:(i)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。
31.根据权利要求22所述的固态照明装置,包括以下特征(i)和(ii)中的两者:(i)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的至少一者包括至少60流明每瓦的发光效率,以及(ii)所述第一操作状态聚集光发射和所述第二操作状态聚集光发射中的每个包括至少500流明的光通量。
32.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的至少一者具有在1931CIE色度图上的(x,y)坐标,所述(x,y)坐标定义在白体轨迹的7个麦克亚当椭圆上或内的点,所述白体轨迹包含由在1931CIE色度图上的以下(x,y)坐标定义的线段:(0.3114,0.3386)至(0.3462,0.3631)、(0.3462,0.3631)至(0.3777,0.3790)、(0.3777,0.3790)至(0.3977,0.3707)、(0.3977,0.3707)至(0.4211,0.3713)以及(0.4211,0.3713)至(0.4437,0.3808)。
33.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的一者在能够在CIE 1976u’-v’色度图上定义的普朗克轨迹的7个麦克亚当椭圆上或内。
34.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点包括至少50的平均显色指数值。
35.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点包括至少80的色域面积指数值。
36.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点包括至少80的平均显色指数值和范围从80至100的色域面积指数值。
37.根据权利要求22至31中的任一项所述的固态照明装置,其中,所述第一色点和所述第二色点中的每个包括范围从2,500K至5,000K的相关色温值。
38.一种包括根据权利要求22至31的任一项所述的固态照明装置的灯泡或灯具。
39.一种利用根据权利要求22至31中任一项所述的固态照明装置照射对象、空间或环境的方法。
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