CN107075367A - 使用yag、氮化物和pfs磷光体的增强色偏好led光源 - Google Patents

使用yag、氮化物和pfs磷光体的增强色偏好led光源 Download PDF

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Abstract

本公开的多个方面涉及复合光源，所述复合光源包括：至少一种具有在约400nm至约460nm范围内的峰波长的蓝色光源；至少一种黄‑绿色石榴石磷光体；和至少一种窄带红色发射降频转换体。该复合光源可具有至少120的照明偏好指数(LPI)。在其它方面，本公开涉及复合光源，所述复合光源包括：至少一种具有在约400nm至约460nm范围峰内的波长的蓝色光源；至少一种黄‑绿色石榴石磷光体；和至少一种宽红色降频转换体。在该后一方面中，复合光源可具有至少120的照明偏好指数(LPI)。还提供很多其它方面。

Description

使用YAG、氮化物和PFS磷光体的增强色偏好LED光源
相关申请交叉引用
本申请要求2014年9月9日提交的标题为“增强色偏好光源”(Enhanced Color-Preference Light Sources)(GE Docket 271590-2 WO)的共同拥有PCT国际申请PCT/US2014/054868的优先权益并且为其部分继续申请，所述申请全文通过引用结合到本文中用于所有目的。
发明领域
本公开一般涉及提供光源，该光源发射具有增强色光谱特征的光，使人观察者能够感受到增强的色偏好。
发明背景
Reveal®是General Electric Company公司使用的商标名，指相对于未改进的白炽或卤素光源具有增强红-绿色对比照明特征和增强的白度的光源，例如灯泡。通过在灯丝发射的光前放置特定类型的玻璃(即，用氧化钕(Nd)浸渍的玻璃)吸收一些黄光，Reveal®白炽和卤素灯泡将光过滤。用氧化Nd浸渍的玻璃在色光谱的黄色区域产生“阻抑”，因此，在这种光下观察的物体具有增强的色对比，尤其是容易由观察者对比的红色和绿色物体，例如，在房间室内的人。通过滤光体去除一些黄光也使在1931国际照明委员会(CommissionInternationale de l’Éclairage或CIE)色图上的色度位置偏移到略低于黑体轨迹的点，这一般对大多数观察者产生白光印象。
黄光和它如何影响颜色感受的重要性图示于图1a-1c中。图1a提供三色匹配函数的曲线图，三色匹配函数也称为XYZ三色激励值，表示标准观察者的色度响应。物体的感受色取决于照明源光谱、物体的反射光谱和三色匹配函数的乘积。这些函数与人眼中光感受体的响应相关，并且可认作为蓝色(102)、绿色(104)和红色(106)光的感受。图1b提供标准白炽光谱与关于蓝色(132)、绿色(134)和红色(136)响应的色匹配函数的乘积的曲线图。可以看到，绿色(134)和红色(136)组分显著重叠，且峰只分开34nm。图1c提供reveal®白炽光谱与关于蓝色(162)、绿色(164)和红色(166)响应的色匹配函数的乘积的曲线图。可以看到，与图1b的红色和绿色组分比较，绿色(164)和红色(166)组分差别更大，峰分开53nm。这种差别允许观察者更容易地以更大对比区分红色和绿色，并且在阻抑黄光时产生更饱和的色貌。
光谱增强照明产品有着几十年的商业成功。传统色品质标度或常规检测可能对这种增强照明产品并无得益，然而消费者通常偏好它们胜过它们的不变对应物。随着固态照明(SSL)的出现，特别是发光二极管(LED)光谱的可定制性，目前的标度已明显变得不足以评价和反映LED产品的品质。SSL光源，例如LED或有机发光二极管(OLED)，可直接从半导体产生光，例如蓝色或红色或其它颜色的LED。或者，这种光可通过降频转换体(例如磷光体或量子点或其它能量转换材料)转换来自SSL(例如蓝色或紫色LED)的高能光产生。已由最近技术研发扩展半导体的峰发射波长范围和降频转换体发射的峰范围和宽度，以遍布整个可见波长(约380nm至约750nm)覆盖接近连续的范围，使得能够在调节可见光谱中有宽灵活性，以增强观察者的色偏好。
近半个世纪来，显色指数(CRI)一直是表达光源色品质的主要方法。然而，其有效性由于其计算方法受到固有限制，特别在处理包含相对于波长的陡斜率的光谱功率分布(SPD)时，这经常在LED的情况下见到。CRI的缺点已有充分文件证明，也已提出多种替代标度。然而，替代色品质标度难以对照明产品的消费者偏好精确定量。在“Review ofmeasures for light-source color rendition and considerations for a two-measure system for characterizing color rendition”(光源色再现量度和表征色再现的双检测系统的考虑因素的综述), Optics Express, volume 21, #8, 10393-10411(2013), 作者K.W. Houser, M. Wei, A. David, M.R. Krames, 和X.S. Shen中，Houser和同事提供研发的大部分不同色品质标度的详细概览和比较。通常，不同标度可关于其目的和计算方法分成三大类：逼真度、辨别度和偏好。逼真度标度，包括CRI，对参比照明体的绝对差定量，不考虑是否试验照明体被感受好于或差于参比照明体，也不考虑是否参比照明体实际被大多数观察者偏好。辨别度标度对色空间的总面积定量，该色空间可在试验照明体下显现，并在极端水平的饱和和色调失真度达到最大限度。为了提供用户色偏好的定量标度，已研发了现有色偏好标度，但均未提供观察者数据与目标数值能够优化光源的足够相关性，因此，这些标度不能在设计优化中用作目标参数。
通常，已发现观察者偏好使颜色更有吸引力的增强饱和度水平。然而，高饱和度水平或色调偏移可导致不自然的颜色和物体显现。例如，色域指数(GAI)和色域标度(Qg)，二者均为辨别度标度，提供与观察者偏好很好的相关性，直到一定的色饱和度限度，高于该限度，GAI和Qg继续增加，而观察者偏好急剧下降。因此，似乎有必要对色饱和度标度进行一些调节，例如GAI或Qg，以更好地使其符合观察者偏好。另外，受相对于普朗克(黑体)轨迹的照明体色点驱使，观察者也倾向于偏好显得较白的光源，一定程度上不依赖色饱和度。在照明工业一般认识到，色偏好不能充分由任何单一现有色标度定量。近来已公开数种尝试组合两种或更多种色标度以较佳地描述色偏好。然而，似乎本申请人以外的任何人都未提出以足够的定量精确性限定色偏好，以能够通过光谱的数值调节优化光源的色偏好的色偏好标度。即使现存的色偏好标度是定量的，也各自以某种方式受到限制，在设计光源或光谱对典型观察者得到最优色偏好时，不合适用作优化参数。
在色偏好分类中一些更熟悉的标度包括满意指数(Flattery Index)(Rf)、色偏好指数(CPI)和记忆显色指数(MCRI)。这三种标度均具有用于8至10种检验色样品的色度坐标的“理想”配置，且分别定量与这些目标值的偏差。满意指数是目标偏好的第一个标度，并使用具有不等权重的10个色样品。然而，为了保持与显色指数(CRI)的相似性，使目标色度偏移减小到其试验值的五分之一，这极大减小与观察者色偏好响应的相关性。CPI保持偏好色度偏移的试验值，得到色偏好的较佳表达。然而，用相同的8个不饱和试验色作为CPI，在试验色样品选择中CRI很受限制。不饱和(柔和)试验色可能不能评价高饱和光源的影响。MCRI用观察者记忆限定仅10个熟悉物体颜色的理想色度配置。另外，以上标度均不计入试验源的“白度”或色点。至此，作者J.P. Freyssinier和M.S. Rea在“Class A colordesignation for light sources used in general illumination”(一般照明中使用光源的A级色名), Journal of Light and Visual Environment, volume 37, #2&3,pp.46-50(2013)中建议“A级照明”的一系列标准，这些标准对CRI(>80)、GAI (80-100)和色点(接近“白”线)作出限制。虽然这些条件限定推荐的设计空间，但它们不能定量优化以指示色偏好达到最大限度的光谱或光源，因为没有确定最佳值，且没有建议三种特征的权重。
与白炽灯比较，固态照明技术，例如LED和基于LED的装置，通常有优良的性能。这种性能可通过灯的使用寿命、灯效能(流明/瓦)、色温和色逼真度及其它参数定量。可理想制造和使用也提供增强色偏好品质的LED照明装置。
用Nd掺杂玻璃从光源发射光谱吸收一些黄光的商业灯类型，包括白炽灯、卤素灯和LED，可相对于没有Nd吸收的对应灯增强色偏好。GE Lighting和一些其它制造商有这三种类型每种类型的产品。GE Lighting产品具有reveal®商标。
已知用于紧凑型荧光灯(CFL)、线型荧光灯(LFL)和LED灯的磷光体的一些特殊配方相对于利用标准磷光体的对应灯增强色偏好。GE Lighting拥有也在reveal®商标下的前两种类型各自的产品。已知第三种类型LED光源例如在食品应用中增强肉类、蔬菜和农产品(例如，水果)的颜色。
这些现有光源各具有Nd-掺杂玻璃或定制磷光体，它们减少光源发射的黄光量，以增强色偏好。然而，这些产品均达不到超过GE Lighting reveal®白炽灯和其它现有产品的色偏好水平。这些现有光源中的Nd滤光体一般可包含Nd2O3-掺杂玻璃。在其它实施方案中，黄色滤光体可包含在不同基质主体材料中包埋的Nd或Didymium(元素镨和钕的混合物)或优先吸收黄光的其它稀土的数种其它化合物之一，基质主体材料如玻璃、晶体、聚合物或其它材料；或者通过优先在波长黄色范围吸收的一些其它掺杂剂或玻璃上的涂层；或者通过将黄色吸收剂加到灯或照明系统的任何光学活性组件，如反射器或漫射器或透镜，它们可以为玻璃或聚合物或金属或容纳黄色吸收剂的任何其它材料。黄色吸收的精确峰波长和宽度可取决于具体的Nd或稀土化合物和主体材料，但Nd、镨钕混合物和其它稀土化合物和主体材料的很多组合可以是作为一些其它黄色滤光体的Nd2O3-掺杂玻璃的组合的适合替代。Nd或其它黄色滤光体可以为包围光源的圆顶形，或者可以为包围光源的任何其它几何形状，使得在波长黄色范围的大部分或全部光通过滤光体。
发明概述
在一个实施方案中，复合光源包括：至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围峰波长的蓝色光源；至少一种黄-绿色石榴石磷光体；至少一种窄带红色发射降频转换体，其中复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
在另一个实施方案中，复合光源包括：至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围峰波长的蓝色光源；至少一种YAG:Ce磷光体；至少一种窄红色降频转换体，其中复合光源的色貌表示为：
，
其中Duv为复合光源白度的量度，Dom YAG 为至少一种YAG:Ce磷光体的主波长。
在另一个实施方案中，复合光源包括：至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围峰波长的蓝色光源；至少一种黄-绿色石榴石磷光体；至少一种宽红色降频转换体，其中复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
在另一个实施方案中，复合光源包括：至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围峰波长的蓝色光源；至少一种YAG:Ce磷光体；至少一种宽带红色发射氮化物磷光体，其中复合光源的色貌表示为：
，
其中Duv为复合光源白度的量度，Peak Nit 为至少一种宽红色氮化物磷光体的峰波长，且Dom YAG 为至少一种YAG:Ce磷光体的主波长。
在另一个实施方案中，复合光源包括：至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围峰波长的蓝色光源；至少一种黄-绿色石榴石磷光体；至少一种窄红色降频转换体；至少一种宽红色降频转换体，其中复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
附图简述
参考以下详述并结合说明示例性实施方案的附图(不一定按比例绘制)，一些实施方案的特征和特点和实现它们的方式将变得更显而易见，其中：
图1a图示三色匹配函数、XYZ三色激励值或标准观察者色度响应的曲线图。
图1b图示三色匹配函数与标准白炽灯的光谱的乘积的曲线图。
图1c图示三色匹配函数与reveal®白炽灯的光谱的乘积的曲线图。
图2图示显示选择的各LED系统的观察者的百分数的图解。
图3图示“白线”(有时也称为“白体曲线”或“白体轨迹”)图和黑体曲线(或黑体轨迹或BBL)图。
图4a图示a*-b*色度平面中色调的10个主要分类，如芒塞尔颜色分级系统中所示。
图4b图示a*-b*色度平面中包括各显色向量的径向和方位分量。
图4c图示钕白炽灯在芒塞尔值5的显色向量(CRV)。
图5图示白炽或卤素光源。
图6a图示图5的白炽光源和黑体光源的相对光输出-波长(或光谱功率分布(SPD))图。
图6b图示包括白炽光源的SPD曲线和reveal®型白炽光源的SPD曲线的曲线图。
图7a图示包括一个或多个LED的reveal®型LED光源。
图7b为图7a的光源的分解图。
图8图示曲线图，包括包含多个蓝色LED(分别激发YAG磷光体和红色磷光体)的暖白色LED灯的SPD的曲线和图7a的reveal®型LED光源的SPD的曲线。
图9图示reveal®型紧凑荧光灯(CFL)光源。
图10图示曲线图，包括图9的reveal®型CFL光源的光谱功率分布(SPD)的曲线和reveal®型白炽光源的SPD的曲线。
图11图示具有绿色和红色磷光体的已知光源的SPD的曲线图，所述绿色和红色磷光体具有足够分离的峰波长，以在黄色波长范围产生阻抑。
图12图示现有技术LED光源的SPD的曲线图。
图13图示根据一些实施方案蓝色LED光源的SPD的曲线图。
图14图示根据一些实施方案五种不同的黄-绿色(YG) YAG:Ce磷光体的SPD的曲线图。
图15图示根据一些实施方案四种不同的宽红色(BR)氮化物磷光体的SPD的曲线图。
图16图示根据一些实施方案窄红色(NR)磷光体的发射光谱。
图17a图示根据一些实施方案，CIE标准照明体D65、图14的YG磷光体YAG1的色点和YAG1的所得主波长的光谱轨迹(CIE色空间的周边)上的点在1931 CIE色系统中的色坐标。
图17b图示根据一些实施方案，图13的蓝色LED、图14的五种YG YAG磷光体和图16的NR磷光体在1931 CIE色系统中的色坐标。
图17c图示根据一些实施方案，图13的蓝色LED、图14的五种YG YAG磷光体和图15的四种不同宽红色氮化物磷光体在1931 CIE色系统中的色坐标。
图18a图示根据一些实施方案，在1931 CIE色系统中，图14的五种市售YG YAG磷光体和五种YG YAG磷光体各自变体的色坐标，其中峰波长偏移+10nm、+5nm、-5nm和-10nm，从而提供表示不同YG YAG磷光体的系统参数化宽范围的总共25个SPD。
图18b图示根据一些实施方案，在1931 CIE色系统中，图18a的25种系统参数化的YG YAG磷光体和22种市售YG YAG磷光体的色坐标。
图19a图示根据一些实施方案，在1931 CIE色系统中，图15的四种宽红色氮化物磷光体和这四种宽红色氮化物磷光体各自变型的色坐标，其中峰波长偏移+10nm、+5nm、-5nm和-10nm，从而提供表示不同宽红色氮化物磷光体的系统参数化宽范围的总共20个SPD。
图19b图示根据一些实施方案，在1931 CIE色系统中，图19a的20种系统参数化宽红色氮化物磷光体和14种目前市售宽红色氮化物磷光体的色坐标。
图20图示根据一些实施方案，图18a的25种系统参数化YG YAG磷光体的峰波长和主波长之间的关系。
图21图示根据一些实施方案，图19a的20种系统参数化宽红色氮化物磷光体的峰波长和主波长之间的关系。
图22a图示根据一些实施方案，照明偏好指数(LPI)的轮廓曲线相对于在x轴上YGYAG磷光体的主波长，和光源在CIE 1960 u-v色空间中相对于BBL在2700K的色点位置，如由Duv在y轴上定量，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图22b图示根据一些实施方案，LPI的轮廓曲线相对于在x轴上YG YAG磷光体的主波长，和光源在CIE 1960 u-v色空间中相对于BBL在3000K的色点位置，如由Duv在y轴上定量，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图23图示根据一些实施方案，在图22a的LPI响应的轮廓曲线上叠加的由YG YAG磷光体的主波长和由Duv表示的离散系列(discrete runs)，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图24图示根据一些实施方案，对于包含蓝色LED、YG YAG磷光体和NR磷光体的光源在2700K具有最高LPI值的离散系列的SPD。
图25a图示根据一些实施方案，在实际LPI轮廓上叠加的来自图22a在2700K的各LPI轮廓的一系列分析近似，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图25b图示根据一些实施方案，在实际LPI轮廓上叠加的来自图22b在3000K的各LPI轮廓的一系列分析近似，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图26图示根据一些实施方案，通过在2700K对LPI=120(图26a)、125(图26b)、130(图26c)和135(图26d)轮廓的分析近似限定的暗色调区域，表示分别提供LPI≥120、125、130、135的设计空间，其中红色发射体为图16的NR磷光体。
图27a-h图示根据一些实施方案，LPI在2700K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体为具有610nm(图27a)、620nm(图27b)、630nm(图27c)、640nm(图27d)、650nm(图27e)、660nm(图27f)、670nm(图27g)、680nm(图27h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图28a-h图示根据一些实施方案，LPI在3000K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体为具有610nm(图28a)、620nm(图28b)、630nm(图28c)、640nm(图28d)、650nm(图28e)、660nm(图28f)、670nm(图28g)、680nm(图28h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图29图示根据一些实施方案，对于包含蓝色LED、YG YAG磷光体和宽红色氮化物磷光体的光源在2700K具有最高LPI值的离散系列的SPD。
图30a-e图示根据一些实施方案，在实际LPI轮廓上叠加的来自图27d-h在2700K的各LPI轮廓的一系列分析近似，其中红色发射体为具有640nm(图30a)、650nm(图30b)、660nm(图30c)、670nm(图30d)、680nm(图30e)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图31a-e图示根据一些实施方案，在实际LPI轮廓上叠加的来自图28d-h在3000K的各LPI轮廓的一系列分析近似，其中红色发射体为具有640nm(图31a)、650nm(图31b)、660nm(图31c)、670nm(图31d)、680nm(图31e)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图32a-h图示根据一些实施方案，LPI在2700K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含75%图16的NR磷光体和25%具有610nm(图32a)、620nm(图32b)、630nm(图32c)、640nm(图32d)、650nm(图32e)、660nm(图32f)、670nm(图32g)、680nm(图32h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图33a-h图示根据一些实施方案，LPI在3000K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含75%图16的NR磷光体和25%具有610nm(图33a)、620nm(图33b)、630nm(图33c)、640nm(图33d)、650nm(图33e)、660nm(图33f)、670nm(图33g)、680nm(图33h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图34图示根据一些实施方案，对于包含蓝色LED、YG YAG磷光体和含75% NR磷光体和25%宽红色氮化物磷光体的红色发射体的光源在2700K具有最高LPI值的离散系列的SPD。
图35a-h图示根据一些实施方案，LPI在2700K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含50%图16的NR磷光体和50%具有610nm(图35a)、620nm(图35b)、630nm(图35c)、640nm(图35d)、650nm(图35e)、660nm(图35f)、670nm(图35g)、680nm(图35h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图36a-h图示根据一些实施方案，LPI在3000K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含50%图16的NR磷光体和50%具有610nm(图36a)、620nm(图36b)、630nm(图36c)、640nm(图36d)、650nm(图36e)、660nm(图36f)、670nm(图36g)、680nm(图36h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图37图示根据一些实施方案，对于包含蓝色LED、YG YAG磷光体和含50% NR磷光体和50%宽红色氮化物磷光体的红色发射体的光源在2700K具有最高LPI值的离散系列的SPD。
图38a-h图示根据一些实施方案，LPI在2700K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含25%图16的NR磷光体和75%具有610nm(图38a)、620nm(图38b)、630nm(图38c)、640nm(图38d)、650nm(图38e)、660nm(图38f)、670nm(图38g)、680nm(图38h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图39a-h图示根据一些实施方案，LPI在3000K的轮廓曲线相对于在x-轴上YG YAG磷光体的主波长和在y-轴上的Duv，其中红色发射体包含25%图16的NR磷光体和75%具有610nm(图39a)、620nm(图39b)、630nm(图39c)、640nm(图39d)、650nm(图39e)、660nm(图39f)、670nm(图39g)、680nm(图39h)的峰波长的图15的宽红色氮化物磷光体。
图40图示根据一些实施方案，对于包含蓝色LED、YG YAG磷光体和含25% NR(窄红色)磷光体和75%宽红色氮化物磷光体的红色发射体的光源在2700K具有最高LPI值的离散系列的SPD。
图41图示根据一些实施方案，对于红色发射体的不同组成，可在2700K作为BR(宽红色)氮化物峰波长的函数得到的最大LPI。
发明详述
本文所用术语“光源”可以指任何可见光源，例如半导体或LED或OLED；或降频转换体，如磷光体或量子点；或远程降频转换体，或在反射器或折射器上涂覆或在其中包埋的降频转换体；或数种这些光源的多通道组合或复合；或包含这些光源的系统，如灯或照明设备或器具。
在此提出一种新的定量的经验证的色偏好标度，称为照明偏好指数(LPI)。可用LPI作为定量标度提供使光源色偏好特征最大化的设计规则，和/或设计光谱的多响应优化，包括色偏好与其它光度、色度和其它设计响应。所得光谱、光源和灯显示出乎预料地高的LPI值，这些值显示比现有reveal®型光源和/或类似常规产品显著更高的色偏好。
增强的色偏好可能是由于增强色对比度和增强白度的组合，且LPI色标度可能够通过调节光源的光谱功率分布定量优化色偏好。
在一个或多个实施方案中，各光源可以购得，或者为容易制造的蓝色LED、黄-绿色石榴石磷光体、宽红色氮化物磷光体和窄红色磷光体，但以本公开描述的新方式组合。这可与专利申请US 61/875403和PCT/US2014/054868中所述的光源形成对比，所述申请通过引用结合到本文中，其中光源表示为实际蓝色LED和绿色和红色光源的组合，各由具有峰波长和半峰全宽(FWHM)特征的波长高斯分布表示。US 61/875403和PCT/US2014/054868专利申请中的高斯分布是真实磷光体和LED的假想近似。因此，这些现有申请中的SPD均不精确等于真实LED和磷光体的SPD，而本发明的实施方案提供真实黄-绿色和红色磷光体的SPD。在本公开的一个或多个实施方案中，组合光源可以为以下的组合：市售蓝色或紫色LED，黄-绿色石榴石磷光体，和宽红色氮化物磷光体或窄红色磷光体或宽和窄红色磷光体的组合。可使用其它合适的光源。蓝色LED可包含由下式表示的氮化物半导体：IniGajAlkN，其中i≥0，j≥0，k ≥0，并且i+j+k=1。在一个或多个实施方案中，使用熟知的InGaN蓝色或紫色LED，其中k=0，i在约0.1至约0.4范围内，峰发射波长在约400nm至约460nm范围内，且FWHM为约10nm至约20nm。绿色(G)或黄-绿色(YG)磷光体可包含石榴石荧光材料，该材料包含1)至少一种选自Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb和Sm的元素，和2)至少一种选自Al、Ga和In的元素，并用Ce活化。在一个或多个实施方案中，石榴石磷光体可进一步限于掺有Ce的钇铝石榴石(YAG,Y3Al5O12)，即YAG:Ce3+。按照本发明意图，红色磷光体可限定为具有在两个范围内的FWHM：窄FWHM<约60nm，宽FWHM>约60nm。总体上，BR氮化物磷光体材料可强烈吸收UV和蓝光，可在约600nm和670nm之间有效发射，并具有约80nm至约120nm的FWHM，这提供很强的深红发射，但以相对较差发光效能(流明/瓦，LPW)为代价。宽红色(BR)氮化物磷光体的一个实例一般由通式CaAlSiN3:Eu2+表示。总体上，窄红色(NR)磷光体可强烈吸收蓝光，并且可在约610nm和660nm之间有效发射，且有很少深红或近红外发射。一些已知NR磷光体的实例包括基于Mn4+活化的复合氟化物材料的那些磷光体，如美国专利7,358.542、7,497,973和7,648,649中所述。Mn4+掺杂磷光体具有式Ax[MFy]:Mn4+，其中A(碱金属)为Li、Na、K、Rb、Cs或其组合；M(金属)为Si、Ge、Sn、Ti、Zr、AI、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gd或其组合；x为[MFy]离子电荷的绝对值；y为5、6或7。因此，与在眼敏感度差的较深红具有显著发射的红色磷光体比较，LPW可达到最大限度。一般也可提高色饱和度，尤其如果NR磷光体的峰超过约620nm。在一个或多个实施方案中，NR磷光体可包括K2[SiF6]:Mn4+(锰掺杂氟硅酸钾，也称为“PFS”)，由InGaN蓝色发射体在约400nm至约460nm激发时，它可在约631nm产生强红色发射，具有FWHM<约10nm。
本文公开的LPI解释在离开普朗克(黑体)轨迹的色点的偏好色貌(饱和度和色调失真)和偏好偏移两者。LPI为量化消费者偏好的预测标度。因此，LPI可用作设计工具关于色偏好优化光谱。值得注意的是，已用初步观察者试验发现LPI的强相关性，并通过另外的研究证明LPI作为精确预测偏好标度的优化能力。在有86个参与者的观察者研究中，对114至143不同LPI增强水平设计4个离散LED系统。在此研究中，所有观察者年龄在17至28岁范围内，性别分布为40%男性和60%女性，种族分布为57%高加索人、30%亚洲人、8%西班牙裔和5%非裔美国人，地理分布为94%北美洲、5%亚洲和1%欧洲。各LED系统照明包含家庭用品的单独隔间，例如有色织物、水果、木地板和镜子。要求观察者选择哪种照明环境是他们总体上偏好的。结果表明，具有最高LPI值的LED系统是观察者最偏好的，而第二、第三和第四高的LPI值分别是第二、第三和第四偏好的。图2图示选择各LED系统作为其偏好环境的观察者的百分数。如图所示，最高百分数观察者(42%)偏好具有143的LPI的光源D，而最小百分数观察者(11%)偏好具有114的LPI的光源A。
常规或现有色度和光度量或标度可从相对较小群观察者的响应得到，因此，可能不代表整个人群，也不代表每个人口统计和文化群。然而，这些标度在创建它们以设计、评价和优化照明产品的几十年后还在使用。光源仍基于这些标度设计，例如流明和显色指数(CRI或Ra)。
关于本文所述LPI的公式基于21至27岁年龄范围的观察者组，性别分布为58%男性和42%女性，种族分布为92%高加索人和8%亚洲人，地理分布在北美内。然而，这不削弱本文目前定义的LPI量化和优化任意光源光谱的色偏好水平的效率，使得如果建立试验光源，并由具有类似于特定试验人群的色偏好的人群观察试验照明体，则相对于那个试验人群在LPI标度得分较低的其它光源，试验光源受到偏好。另外，关于高LPI优化且具有大于常规光源的LPI的光谱或光源显示在观察者(具有与我们数据集中相似的色偏好偏差)中比任何常规光源更高的色偏好。作为类推，如果限定流明变动(例如，暗适流明)不同于传统亮适流明，且暗适流明限定使得能够发现和研发具有提高或优化暗适流明效率的光源，那不会使已提供的光源的发现和研发效率失效，并且持续提供提高或优化的亮适流明，因为已严格限定亮适流明，即使它不是在所有照明应用普遍适合。
虽然现有色品质标度难以精确量化照明产品的消费者偏好，但LPI客观地限定与可得到色偏好数据的观察者有限人群最密切相关的定量色偏好标度。LPI标度为两个参数的函数：照明源的白度和该源照明的物体的色貌。以下在解释白度和色貌后定义具体LPI函数。
本文所用“白度”指在色度图上色点对“白线”的接近度，其中“白线”定义于以下公开文献中：“White Lighting”(白色照明), Color Research & Application, volume 38,#2, pp. 82-92 (2013), 作者M.S. Rea & J. P. Freyssinier(下文称为“Rea参考文献”(Rea reference))。Rea参考文献通过引用结合到本文中。本文所用“白线”由以下表1中的色点限定，如关于2700K至6500K选择色温在CCX和CCY色坐标中报告。
色温 (CCT) CCx CCy
2700 K 0.4431 0.3806
3000 K 0.4212 0.3716
3500 K 0.3980 0.3710
4100 K 0.3773 0.3788
5000 K 0.3458 0.3628
6500 K 0.3114 0.3389
表1
如图3中所见和表1中限定，“白线”304(有时也称为“白体线”、“白体曲线”或“白体轨迹”)在高色温(例如，高于4000K)略高于黑体曲线302，在较低色温显著低于它。研究表明，在“白线”上的照明可对应于“白色”光的人感受。“白线”对宽范围色温提出，但对于约2700K和约3000K之间的色温(这些是消费者通常偏好的相关色温(CCT)值)，“白线”低于黑体轨迹约0.010Duv，其中Duv表示在u-v色度空间中离黑体轨迹的距离。
换算以下公式，以提供具有约2700K和约3000K之间CCT的任何色点的白度标度。对于普朗克轨迹上的任何点，该白度标度为0，或基本为0，对于“白线”上的任何点，为1(基本为1)：
公式(1)：
，
其中，对于公式(1)，Duv为在u-v空间中色点离开普朗克轨迹的距离(注：在公式(1)中，低于黑体线的值为负)。例如，对在低于黑体0.010的点，将-0.010代入公式(1) (对于具有在约2700K和约3000K范围外的CCT的色点，可在不过度试验下，通过检查图3中色点的位置近似白度；例如，如果照明源具有在“白线”上的色点，它应相似具有单一白度)。以下更详细解释，LPI随着照明源色点接近“白线”增加，并随其以任一方向离开而减小。
本文所用色貌为显色(为照明源净饱和度值(NSV)的函数)(例如，对显示增强饱和度但不过度饱和的NSV得到相对较高LPI值)和色调失真值(HDV)(例如，对显示最小或0色调失真的HDV得到相对较高LPI值)的复合量度。以下更详细解释NSV和HDV两者。
使用1600个经校正芒塞尔光泽光谱反射率的完全数据库，通过选择色阵列用无偏选择试验色样品研究照明偏好指数(LPI)标度。这1600种颜色为本领域的技术人员所了解，尤其鉴于M.W. Derhak & R.S. Berns, “Analysis and Correction of the JoensuuMunsell Glossy Spectral Database”(约恩苏·芒塞尔光泽光谱数据库的分析和校正),Color and Imaging Conference, 2012(1), 191-194(2012)。使用这种颜色阵列允许覆盖利用色调、值和色度的芒塞尔分级系统的相当大部分色空间。
本领域的技术人员也应了解，该阵列中的各颜色通过芒塞尔系统在其色调(对于总共40个项目，有10类，又各有4个亚类)、色度(0至16)和值(0至10)方面限定。10类色调描绘和标记于图4a中。按照与“Statistical approach to color quality of solid-statelamps”(固态灯色品质统计方法), IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 15(6),1753(2009), 作者A. Zukauskas, R. Vaicekauskas, F. Ivanauskas, H.Vaitkevicius, P. Vitta, 和M.S. Shur讨论的类似方法，所有饱和度或色度和色调水平为相等权重，并在统计计数方法中处理。
在相同色温计算所有1600个色样品的色点，通过照明源(即，试验照明体)和通过CIE参比照明体二者或普朗克辐射体显现。CIE参比照明体具有用黑体辐射普朗克定律从照明源CCT确定的光谱。普朗克定律限定光源B的辐射率(W/sr·m3)作为波长λ(米)和绝对温度T(K)的函数，表示为：
其中h为普朗克常数，kB为玻尔兹曼常数。如本文所用且在本领域熟知，黑体为理想吸收体的物理体，即，它吸收所有入射电磁辐射，不考虑频率或入射角。它也是理想发射体：在每个频率，在相同温度它发射与任何其它体一样多或更多的能量。
然后，使所有这些色点(也称为色坐标)转换成CIE L*a*b* (CIELAB)色空间，并产生显色向量(CRV)。CRV是与参比照明体相关色貌大小和方向的表示。图4b图示各CRV中包含的分量。径向分量401或ΔCab对色度偏移或饱和度定量，其中离开原点的偏移表示饱和度增加，朝向原点偏移表示饱和度减小。方位分量403或Δhab对色调变化定量，并且可由角变化(弧度)表示。在特定芒塞尔值的CRV的向量图可作为a*-b*色度平面上色偏移的视觉表示产生。图4c表示钕白炽灯(消费者通常偏好的一种产品)在芒塞尔值5的CRV 402。可在向量图中看到，钕灯产生增强的饱和度，特别在红色和绿色向量中(分别在向量图的右侧和左侧)。在插图404中指示对应于黄色Y、红色R、紫色P、蓝色B和绿色G的近似向量方向。
然后确定所有1600个芒塞尔色的各CRV的径向401和方位403分量，以分别量化色度和色调偏移。利用如此大样品量，可通过统计计数表示CRV的大小和方向。
净饱和度值(NSV)表示具有改善饱和度的试样的百分数减去具有减小饱和度的样品的百分数。改善的饱和度水平由超过平均感受差别阈限但低于过饱和限度的色度增加(ΔCab>0)表示。如果色度减小超过相同平均感受差别阈限，则只对减小的饱和度水平(ΔCab<0)计数。平均感受差值基于以下公开文献：“Evaluation of Uniform Color SpacesDeveloped after the Adoption of CIELAB and CIELUV”(在采用CIELAB和CIELUV后研发的均匀色空间评价), Color Research and Application, volume 19, #2, pp. 105-121(1994), 作者M. Mahy, L. Van Eycken, & A. Oosterlinck，该文献发现在CIELAB空间中为2.3的平均感受性半径。关于过饱和限度，基于以下公开文献选择ΔCab=15的值：“ColorQuality Design for Solid State Lighting”(固态照明色品质设计), Presentation atLEDs 2012, Oct. 11-12, San Diego, CA (2012), 作者Y. Ohno。在此论文中，对饱和色发现偏好增加到一定限度，并且高饱和度水平的偏好响应下降。围绕约ΔCab=15值，偏好响应可与不饱和度或ΔCab=0相比，且在这两个值之间有增加的偏好响应。
在芒塞尔系统中对10个主色调分类计算各NSV值(NSV i )，且总NSV取作这10个色调的平均。如本公开中所用，NSV由公式(2)和公式(3)限定：
公式(2)：
NSV i =(2.3<ΔC ab <15的情况下色调i中CRV的百分数)－(ΔC ab <-2.3的情况下色调i中CRV的百分数)，
公式(3)：
，
其中ΔCab为CRV的径向分量，表示感受色度偏移或饱和度，i表示芒塞尔系统10个主色调分类的色调分类。对于范围-2.3<ΔCab<2.3，饱和度变化可能不被一般观察者感受到，因此，不作为改善或变坏计数。
色调失真值(HDV)表示改变色调的试样的加权百分数。虽然增加色度(高达一定限度)一般确实有助于达到相对较高LPI值，但色调变化一般不合乎需要(虽然色调变化对最终LPI值是相对弱于色度变化的贡献因子)。
本领域的技术人员应了解，一般将芒塞尔色系统分成40个色调亚类(在10个主色调分类的每个分类中有4个亚类)。为了计算HDV，通过平均Δhab值给变化到下一个色调亚类的试验色百分数加权，其中Δhab>π/20弧度(或圆的1/40)，通过在色调亚级之间分离(π/20弧度)作为标度。用这种附加权重估计很大量色调失真，其中百分数只在很高百分数接近一定限度，因为几乎所有的试验色经历超过要计数的阈限的色调失真。关于这些计算，色调失真的方向不重要，因此，对于以顺时针方向和逆时针方向两个方向的失真，Δhab>0。与NSV一样，在芒塞尔系统中对10个主色调分类计算各HDV值(HDV i )，且总NSV取作这10个色调的平均。如本公开中所用，HDV由公式(4)和公式(5)限定：
公式(4)：
，
公式(5)：
，
其中Δhab为CRV的方位分量，表示感受色调偏移，i表示芒塞尔系统10个主色调分类的色调分类，Δhab,avg,i为色调i内所有颜色的平均Δhab值。
下一步，根据公式(6)将NSV和HDV并入色貌值：
公式(6)：
色貌=(NSV－HDV/2.5)/50
应注意到，在公式(6)中，HDV相对于NSV加权(即，除以系数)，以对观察者偏好响应提供最佳匹配。实际上，通常达到的色貌最高值为约1，虽然理论上可在NSV=100和HDV=0达到数值2。
最后，由公式7限定LPI公式：
公式(7)：LPI=100+50×[0.38×白度+0.62×色貌]，
其中白度限定于公式(1)，色貌限定于公式(6)。选择参数“100”，以便参比黑体照明体得分与其它照明标度一样有100基线值得分。为了使LPI变化换算放到与CRI相似的大小，选择参数“50”。例如，一般钕白炽灯可在CRI系统中罚约20分，相对于参比CRI=100具有约80CRI，而相同钕白炽灯可在LPI系统中奖约20分，相对于参比LPI=100具有约120分。已选择38%白度和62%色貌权重系数，为观察者偏好数据提供最佳拟合。
LPI的备选“主”公式，只为公式(1)、(6)和(7)的组合，显示为公式(8)：
公式(8)：
就以上所示主公式而言重启LPI的目的是要显示这种新指数提供一个值，本领域技术人员可用本公开的原则从色科学中普遍了解的参数导出该值，而不用任何过度试验。LPI随NSV增加而增加，但随HDV增加而减小。LPI单独随Duv接近“白线”而增加。在一些实施方案中，关于LPI可达到的最高值为约150，相当于白度=1和色貌=1。在一些实施方案中，在白度=1和色貌=2时，有LPI=181理论最大值。
概括地讲，可通过以下步骤(不必以此次序)确定LPI标度：
(a)提供由试验照明体发射的光的光谱，作为具有1-2nm或更细精确度的光谱功率分布(SPD)；
(b)从试验照明体的SPD确定色点(色温和Duv)；
(c)用公式(1)从Duv计算白度分量；
(d)从试验照明体的色温确定参比光谱；
(e)对参比和试验照明体二者计算CIELAB色空间中所有1600个芒塞尔色的色点；
(f)对试验照明体相对于参比光谱计算显色向量；
(g)分别用公式(3)和公式(5)计算净饱和度值和色调失真值；
(h)用公式(6)计算色貌分量；和
(i)用公式(7)使来自步骤(c)的白度分量和来自步骤(h)的色貌分量并成LPI。
值得注意的是，在一个或多个实施方案中，步骤(c)的白度与步骤(d)-(h)中计算色貌平行计算。然后，将白度和色貌作为输入用于最终步骤(i)。
虽然LPI客观地限定与可得到色偏好数据的有限观察者人群最密切相关的定量色偏好标度，但也可用现有色标度的新组合量化色偏好，尽管与观察者的色偏好数据有稍差但可接受地强的相关性。如关于LPI的公式表明，可预料相对于BBL分别表示饱和度和色点的现有色标度在色空间的一些限度内接近观察者的色偏好响应。如果违反数种限制中的任意种，如以上在LPI说明中所述，可用在LPI算法中应用的数值罚使那些限制结合到LPI标度定义。另外，LPI可以各最佳权重结合饱和度和色点的影响，以提供单一标度，而不是多个标度，已确认这可用作单参数优化响应，使得能够设计预测得出来自观察者的目标色偏好响应的光谱。虽然单独采取的现有色标度均不提供对观察者色偏好和LPI标度的相关性，但YG磷光体和红色磷光体的峰或主波长之间的分离提供与LPI标度色饱和度部分的密切近似，并且Duv量度是与LPI标度的色点部分(即，白度)的密切近似。在一些实施方案中，只用限于具有不同峰波长和主波长的YAG:Ce磷光体的单类磷光体在光源的SPD中提供YG发射，然而，可用具有单一峰波长的窄的和具有不同峰波长的宽的两类磷光体在光源的SPD中提供红色发射。在一个或多个实施方案中，通过保持红色磷光体的峰波长固定，同时改变YG磷光体的主波长，可使YG磷光体的峰或主波长和红色磷光体的峰波长之间的分离量化，从而提供YG和红色磷光体之间的分离的直接量度。因此，我们可替代性选择由YG磷光体的主波长和CIE1960 u-v色空间中色点的Duv描述包含蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体和具有特定峰波长的NR或BR磷光体的光源的色偏好，作为更精确LPI标度的近似替代，优点是，一些从业者可发现计算YG磷光体的主波长和Duv响应比计算LPI响应更容易，即使已提供计算LPI响应必要的所有细节。
常规灯型包括用Nd掺杂玻璃从光源发射光谱吸收一些黄光的白炽灯、卤素灯和LED，以相对于没有Nd吸收的对应灯增强色偏好。图5图示白炽光源或卤素光源500，该光源在玻璃圆顶504内包括一个或多个白炽或卤素线圈502。在一些实施方案中，玻璃圆顶504可掺有氧化钕(Nd2O3)，如在GE reveal®型白炽灯和卤素灯中提供。从线圈发射的光类似于黑体光谱的光，一般具有约2700K和约3200 K之间的相关色温(CCT)。这个CCT范围可称为暖白。Nd-掺杂玻璃圆顶504可用于滤掉色光谱黄色部分的光，使得通过光源500的玻璃圆顶504透射的光具有增强的色偏好或色饱和度或色对比度能力，这相对于没有Nd玻璃滤光体的相同光源发射的光，一般是人观察者所偏好的。
图6a图示图5的具有CCT=2695开尔文(K)白炽光源500的相对光输出-波长(或光谱功率分布(SPD))的曲线图600和具有相同CCT=2695K黑体光源的SPD的曲线图602。对于具有CCT<5000K的试验源，一般将黑体发射体认为是在计算试验光源色度值中将任何试验光源与其比较的参比光源(对于CCT>5000K，一般用日光光谱作为参比)。作为参比光源，赋予黑体发射体CRI=100的值。为了一致，对于LPI标度，同样赋予黑体参比值100。由于白炽SPD与黑体的接近相似性，白炽光源在2695K的值为CRI=99.8和LPI=99.8。在CRI的情况下，值99.8几乎等于CRI=100的最大可能值，因此，按照CRI标度，白炽光源具有几乎理想的显色(或色“逼真度”)。在LPI的情况下，将值99.8认为是中性值，而不是最大值。在一些实施方案中，远低于100的LPI值是可能的，由此，预料一般观察者偏好这种光源远不如白炽光源，但也可有更高的可能值，高达约LPI=150，由此，预料一般观察者偏好这种光源远高于白炽光源。CRI标度量化光源显现8个柔和试验色精确与黑体参比相同的程度，因此，它是色空间中限制范围的色“逼真度”标度。
图6b图示具有CCT=2695K白炽光源的SPD的曲线图600，和通过用Nd-掺杂玻璃过滤白炽光源500的光得到具有CCT=2755K、约80 CRI和约120 LPI的reveal®型白炽光源的SPD的曲线图604。这两种SPD之间的差异完全是由于Nd-掺杂玻璃吸收光，大部分吸收在570nm至约610nm黄色范围内，较弱吸收在约510nm至约540nm绿色范围内。在一个或多个实施方案中，从Nd吸收产生的色偏好益处是由于黄色吸收。
可用光强度的绝对标度绘制SPD图，例如，用瓦/nm或瓦/nm/cm2或其它辐射量量纲，或者可以相对单位绘图，有时归一化到峰强度，如本文中提供。归一化SPD足够用于计算光源的所有色度特征，假定被照明物体或空间的照明度在正常光适视觉范围(即，大于约10-100lux，最高约10,000lux (lux=lumen/m2))。SPD曲线中的列表信息使得能够精确计算那个光源的所有色度和光度响应。
图6a中所示白炽灯的SPD曲线图600显示它是出乎意料地良好平衡的光源，因为在任何波长没有显著毛刺或空穴。紧密匹配具有相同CCT的黑体曲线的这种光滑曲线表示杰出的色逼真度能力。黑体光谱通过CRI标度限定具有极佳的显色，即，CRI=100。白炽灯一般具有约99的CRI。Nd-白炽灯一般具有约80的CRI。尽管CRI较低，但大多数观察者偏好Nd-白炽灯的显色超过白炽灯，尤其对照明有机物体的应用，例如人、食品、木、织物等。
与一些电光源比较时，日光显示大量能量在光谱的蓝色和绿色部分，使其成为具有高色温(约5500K)的冷(即，高CCT)光源。因此，SPD图可用于理解不同灯为何有光输出的不同色组成。
一些常规灯型包括用Nd掺杂玻璃从光源发射光谱吸收一些黄光的一个或多个LED，以相对于缺乏黄色吸收的对应灯增强色偏好。图7a图示包括一个或多个LED(图7b)的reveal®型LED光源700，图7b为图7a的光源700的分解图。LED(发光二极管)为固态照明(SSL)组件的实例，可包括半导体LED、有机LED或聚合物LED作为照明源代替传统光源，例如使用电灯丝的白炽灯；或使用等离子和/气体的荧光管或高强度放电管。
参考图7b，光引擎712包括LED 706和708及印刷电路板710，印刷电路板上安装LED，并可连接到壳704，以便在组装时，LED 706和708位于用氧化钕(Nd2O3)浸渍的玻璃圆顶702内，使得LED 706和708发射的大部分或全部光通过圆顶702。应了解，图7a和7b描绘用一个或多个固态照明组件在供电时提供照明的LED灯的仅一个实例。因此，图7a和7b中所绘的具体组件只用于说明目的，本领域的技术人员应认识，可利用不同组件的其它形状和/或尺寸，这可取决于预期用途和/或其它考虑。例如，壳704可具有不同尺寸和/或形状，且固态照明组件706和708在组装期间可直接和/或间接连接到其上。
图8图示曲线图，包括包含多个蓝色LED的暖-白LED灯的已知光谱功率分布(SPD)的曲线800(虚线)，蓝色LED分别激发YG YAG磷光体和具有与YAG磷光体强烈叠加的发射的宽红色氮化物磷光体，在黄色光谱产生很强发射，混合光具有CCT=2766K、CRI=91和LPI=97。图8也图示具有CCT=2777K、CRI=91和LPI=111的reveal®型LED光源的SPD的曲线810(实线)。从LED发射的光可包含混合光，混合光来自：蓝色LED 802，具有在约400至约460nm范围峰波长(例如，品蓝InGaN)；和YG光804，具有在约500至约600nm范围峰波长，由来自LED的蓝色发射激发磷光体材料(例如，YAG:Ce磷光体)产生；和也可能的红色光806，具有在约600至约670nm范围峰波长，由来自LED的蓝色发射激发另一种磷光体(例如，氮化物或硫化物磷光体)产生。由蓝色LED产生的不被磷光体材料吸收的部分蓝光与磷光体材料发射的光组合，提供对人眼显现接近白色的光。混合光谱也类似于黑体光谱，但可包括在蓝色LED发射和YG磷光体发射之间的波长范围内的阻抑。在一些实施方案中，光源可具有约2700K和约3200K之间的相关色温(CCT)(暖白)，或者可具有较高CCT，可高达约10,000K或更高，或具有较低CCT，可低至约1800K或更低。Nd玻璃用于滤掉色光谱黄色部分808的光，这部分可由YG和红色磷光体产生，使得从光源700的玻璃圆顶发射的光810(完全实线曲线)具有增强的色偏好，或色饱和度或色对比度能力，或白度，相对于从没有Nd玻璃滤光体的相同光源发射的光800，这通常是人观察者所偏好的。
也已知一些常规灯型相对于没有特殊磷光体配方的一般对应FL或CFL光源灯增强色偏好，这些灯型包括一个或多个低压汞(Hg)放电灯和选择减少由光源发射的黄光的量的可见光发射磷光体特殊配方(即，荧光(FL)或紧凑型荧光(CFL)光源)。图9图示在黄色光谱具有相对低发射的reveal®型CFL光源900，该光源包括用定制磷光体混合物904涂覆的低压Hg放电管902。
图10图示曲线图，包括具有CCT=2582K、CRI=69和LPI= 116 的图9的reveal®型CFL光源900的已知光谱功率分布(SPD)的曲线1000。图10也图示具有CCT=2755K的图5的reveal®型白炽光源的SPD的曲线604。混合光光谱曲线1000(来自CFL灯)由很多窄的和一些宽的发射带组成，这些带设计产生接近具有CCT=2582K的黑体光谱的光。与Nd-白炽SPD曲线604比较，在红色和绿色增强和在黄色阻抑是相似的，假定可用于CFL产品的红色和绿色磷光体的限制。光源也可具有约2700K和约3200K之间的相关色温(CCT)(暖白)。在一些实施方案中，光源可具有较高CCT(例如，高达约10,000K或更高)或较低CCT(例如，低至约1800K或更低)。在光谱的黄色部分具有相对低发射的光源900的混合光光谱曲线1000可具有增强的色偏好，或色饱和度，或色对比度能力，相对于从具有传统磷光体混合物的相同光源发射的光，这一般是人观察者所偏好的。
一些另外的常规灯型包括具有绿色和红色磷光体(具有充分分离的峰波长，以在黄色波长范围产生阻抑)的一个或多个LED，并用于例如在食品应用中增强肉类、蔬菜和农产品(例如，水果)的颜色。图11图示包括已知光源的SPD的曲线1100的曲线图，该光源具有具足够分离以在黄色波长范围产生阻抑的峰波长的绿色和红色磷光体，并具有CCT=2837K、CRI=74和LPI=124。从LED发射的光可包含混合光，混合光来自：蓝光发射1102，具有在约400nm至约460nm范围峰波长，由来自蓝色LED的发射产生；和绿光发射1104，具有在约500nm至约580nm范围峰波长和约80nm的FWHM 1108，由来自LED的蓝色发射激发绿色磷光体产生；及红光发射1106，具有在约600nm至约670nm范围峰发射和约100nm的FWHM 1110，由来自LED的蓝色发射激发红色磷光体产生。由蓝色LED产生的不被磷光体材料吸收的部分蓝光与绿色和红色磷光体材料发射的光组合，提供对人眼显现接近白色的光。混合光光谱可在蓝色LED发射1102和绿色磷光体发射1104之间的波长范围具有阻抑，且可在绿色磷光体发射1104和红色磷光体发射1106之间的黄色波长范围包括第二阻抑。光源也可具有约2700K和约6000K之间的CCT，或者可具有较高CCT，例如，高达约10,000K或更高，或具有较低CCT，例如，低至约1800K或更低。从在528nm的绿色磷光体发射的峰1104和在645nm的红色磷光体发射的峰1106的分离得到在SPD曲线1100的黄色部分减小的发射，提供光源光谱曲线1100，得到约124的LPI。在这种已知光源中相对高的LPI值是由于绿色磷光体的相对窄FWHM(约80nm)和蓝色偏移峰(在约528nm)，这不是本公开实施方案的YG YAG:Ce磷光体的相同组成。YG YAG:Ce磷光体的FWHM一般具有约110至约120nm略宽范围的FWHM，和约530nm至约560nm峰波长范围，由以下一个或多个实施方案中描述的25种不同YAG磷光体实施方案表达。
图12图示理想化LED光源的SPD的曲线图，该光源包括，在约450nm形成峰的蓝色LED，和在约545nm形成峰具有约80nm FWHM的YG磷光体和在约635nm形成峰具有约20nmFWHM的红色LED的高斯近似，具有CCT=2700K和Duv=-0.010，并提供近似约145最大实际LPI值。
为了更好地理解和表达光谱组分选择对照明偏好指数(LPI)标度的影响，已用光谱模型进行详细试验设计(DoE)。试验允许确定最佳光谱特征，以使一般观察者的LPI和色偏好响应最大化，并指导设计未来照明产品。设计这种DOE确定发光组分的组合物，具体地讲，提高光源LPI的发光组分，包括使用市售或容易制备的黄-绿色(YG)石榴石磷光体，和窄红色(NR)或宽红色(BR)磷光体。
各光谱包含叠加成复合光谱的三种组分(名义上为蓝色、绿色和红色)。如图13中所示，在一些实施方案中，蓝色发射组分1302为蓝色LED的组分，峰发射在约450nm，并具有约15nm的FWHM 1304。选择此波长代表目前在大多数白色光源中使用的典型蓝色LED。可使用具有多个特征的其它适合蓝色发射组分，例如，在约400nm至约460nm范围的峰波长，和具有FWHM<约50nm。LPI色标度对蓝色发射比对绿色和红色发射敏感性相对小得多。这可从图1a了解，其中在蓝色102的视网膜响应明显区别于绿色104和红色106，但绿色和红色响应不接近，相互明显分化。由于LPI对蓝色特征的相对不敏感性，可预料这一DOE结果代表由在蓝色或紫色范围(例如，约400至约460nm)具有峰波长且具有小于约50nm的任何FWHM的任何蓝色光源给出的结果。
在一个或多个实施方案中，可用一系列5种不同YG YAG磷光体发射(图14)模型化绿色组分，这些发射具有约540nm至约547nm峰波长范围，代表通常市售范围或容易制备的YAG磷光体。另外，为了发现能够进一步优化LPI响应的趋势，允许绿色组分的发射光谱从5种市售磷光体每种的实际发射光谱改变+5nm、-5nm、+10nm和-10nm。因此，DoE总共包括具有约530nm至约557nm峰波长总范围的25种(=5种磷光体*(1个未偏移+4个偏移光谱))不同绿色组分。各偏移绿色组分的半峰全宽(FWHM)(例如1404)保持恒定，等于相应未偏移市售磷光体(例如1402)的半峰全宽，约112nm至约115nm FWHM。如本文所用，YG YAG磷光体可包括这一系列具有石榴石荧光材料的磷光体，所述荧光材料包含1)至少一种选自Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb和Sm的元素，和2)至少一种选自Al、Ga和In的元素，并用Ce活化，其中石榴石磷光体进一步限于掺有Ce的钇铝石榴石(YAG, Y3Al5O12)，即YAG:Ce3+。
在一个或多个实施方案中，可用一系列4种不同BR氮化物磷光体发射(图15)和NR磷光体(图16)模型化红色组分。BR氮化物磷光体一般由通式CaAlSiN3:Eu2+表示。这些BR氮化物磷光体材料强烈吸收UV和蓝光，在约600nm和约680nm之间有效发射，例如1502，并具有约80nm至约120nm的FWHM，例如1504，从而在深红提供很强发射。已知NR磷光体(图16)，它们中的一些基于Mn4+活化的复合氟化物材料，如美国专利7,358.542、美国专利7,497,973和美国专利7,648,649中所述。Mn4+掺杂磷光体具有式Ax[MFy]:Mn4+，其中A(碱金属)为Li、Na、K、Rb、Cs或其组合；M(金属)为Si、Ge、Sn、Ti、Zr、AI、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gd或其组合；x为[MFy]离子电荷的绝对值；y为5、6或7。这些材料强烈吸收蓝光，在约610nm和约660nm之间有效发射，例如1602，并有很少深红或近红外发射，因为FWHM远小于30nm，一般约5nm，如1606所示。即使这种具体NR磷光体包括数个窄峰，但包含主峰的全宽仍远小于30nm，一般约20nm，如1604所示。在一个或多个实施方案中，本发明的NR磷光体在约631nm具有峰波长，代表市售PFS，如美国专利7,358.542、美国专利7,497,973和美国专利7,648,649中所述。因此，在一个或多个实施方案中，在只包括NR磷光体而无BR磷光体的DoE试验中，NR磷光体只包括单一独特红色组分。在其它实施方案中，这种具体NR磷光体可由另一种NR磷光体取代，该另一种NR磷光体具有类似峰波长，提供很类似于所述NR磷光体提供那些的色偏好益处。
在一个或多个实施方案中，用一系列4种不同BR氮化物磷光体发射模型化宽红色组分，这些发射具有约620nm至约670nm峰波长范围，代表通常市售范围或容易制备的宽红色氮化物磷光体。因此，在一个或多个实施方案中，在只包括BR氮化物磷光体而无NR磷光体的试验中，BR氮化物磷光体包括4种不同红色组分。另外，为了发现能够进一步优化LPI响应的趋势，允许红色组分的发射光谱从4种市售BR氮化物磷光体每种的实际发射光谱改变+5nm、-5nm、+10nm和-10nm。因此，在一个或多个实施方案中，试验具有约610nm至约680nm峰波长总范围的20种(=4种磷光体*(1个未偏移+4个偏移光谱))不同BR组分。各偏移BR组分的半峰全宽(FWHM)保持恒定，等于相应未偏移市售磷光体的半峰全宽，约86nm至约93nmFWHM。图15显示来自使用的20种红色组分的四种未偏移红色组分的SPD。
在一个或多个实施方案中，将DoE分成由红色磷光体区分的三组：组1只包括NRPFS磷光体(YAG + PFS)；组2分别包括20种BR氮化物磷光体的每一种(YAG + Nit)，代表市售红色氮化物磷光体；组3包括25%增量3种比率的BR功率:NR功率(在红色发射完全波长范围总计的发射功率，如图15和图16中提供)，以便对于与单一NR磷光体组合的20种BR氮化物磷光体(YAG + PFS + Nit)的每一种，(BR功率)/(BR功率+NR功率) ≡ BR/R ≡ n = 0.25,0.50, 0.75。我们将组3 DoE的这3个亚组称为组3a(n=0.25)、组3b(n=0.50)和组3c(n=0.75)。应注意，n=0和1的限制情况分别对应于组1(YAG+PFS)和组2(YAG+Nit) DoE。将DoE分成3组是为了表达结果便利。实际上，比率BR/R=n可具有0.0至1.0连续范围，在此，n=0和n=1的限制情况分别相当于DoE的组1(YAG+PFS)和组2(YAG+Nit)部分。组3，在此虽然表达为具有n=0.25、0.50和0.75的3个离散水平，但实际提供0.0<n<1.0连续范围的LPI的转移函数；并与组1和2的结果组合，提供0.0≤n≤1.0连续范围的LPI的转移函数。在一个或多个实施方案中，由于在具有NR vs. BR发射体的照明体的色度和光度能力方面折衷，可使用红色氮化物和PFS发射体的混合物，由此，NR发射体可通过减少在光适眼响应曲线远尾部的波长的辐射量而提高效能，而BR发射体可以效能为代价提高显色或色偏好。
调节蓝色、绿色和红色发射体的发射功率比，从而提供两个所需自由度，以独特限定1931 CIE色空间中的色点，并独特限定SPD。在5个Duv值的每一个值：0.000(在黑体轨迹上)、-0.005、-0.010(接近白体线)、-0.015和-0.020，分别在10个不同色点在两个CCT(2700K和3000K)的每一个进行DoE。
在10个色点的每一点，在3个组的每一组，产生蓝色、绿色和红色组分的所有组合，从而在组1 DoE在10个色点的每一点得到25种独特组合(1种蓝色 x 25种绿色 x 1种红色)；在组2 DoE在10个色点的每一点得到500种独特组合(1种蓝色 x 25种绿色 x 20种红色)；并在组3 DoE在10个色点的每一点得到1500种独特组合(1种蓝色 x 25种绿色 x 20种红色 x 3个红色比率)；在3个组在10个色点的每一点得到总共2025种独特组合；跨10个色点得到总共20,250种独特组合(SPD)。我们通常将整组20,250种组合称为DoE。然后，计算DoE中各光谱的照明偏好指数(LPI)值，并分析LPI的趋势和折衷，可从包括蓝色LED、YGYAG:Ce磷光体和BR氮化物磷光体或NR磷光体的目前市售LED光源实现。
上述DoE的值得注意且出乎预料的结果是，对于DoE中的任何所给红色发射体，通过闭型分析近似，使用DoE中的两个独立变量：YAG磷光体的主波长(即，Dom YAG )和Duv，可足够好地预测LPI(和因此预测观察者的色偏好)。为了根据主波长表示DoE的结果，图17-21用于通过主波长限定DoE中25种YG和20种BR磷光体中的每一种。而在另一方面，光源的峰波长为发射强度最大的波长，主波长为最接近匹配光源色调(被感受色)的纯单色光的波长。如图17a中所绘，光源的主波长形式上定义为(参见Wyszecki和Stiles, Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae, Wiley-Interscience; 第2版 (2000年8月8日))光谱轨迹1702(CIE 1931色空间1700的周边)上的点1704，在此，在无色D65色点1706开始并通过试验光源的色点1708的向量与光谱轨迹1702相交。沿光谱轨迹1702的波长，例如580nm 1712，以10或更大nm增量标记。在图17b中，在1931 CIE色空间1700中显示在DoE中使用的市售发射体的色点：蓝色LED 1722，在约450nm具有峰波长(如图13中)；5种YG YAG:Ce磷光体1724(如图14中)；和单一NR磷光体1726，在约631nm具有峰波长(如图16中)。图17c与图17b相同，但显示在DoE中使用的4种市售宽红色氮化物磷光体1728(如图15中)，而不是单一NR磷光体。
在图18a中，在1931 CIE色空间1800的放大视图中显示在DoE中使用的25种YG YAG磷光体的色点1834：5种市售YG YAG:Ce磷光体，与5种市售YG YAG磷光体每一种的变型，其中发射光谱偏移+10nm、+5nm、-5nm和-10nm，表示不同YG YAG磷光体的系统参数化宽范围。在图18b中，在1931 CIE色空间1800的放大视图中显示22种市售YG YAG磷光体的色点1844，代表目前市售YG YAG:Ce磷光体的基本完全范围，以及在DoE中使用的图18a的25种YG磷光体1834。从在DoE中使用的25种系统参数化YG磷光体组与22种市售YG YAG:Ce磷光体的色点比较明显看到，目前市售的YG YAG:Ce磷光体的范围在DoE中完全表达。
在图19a中，在1931 CIE色空间1900的放大视图中显示在DoE中使用的20种BR磷光体的色点1938：4种市售宽红色氮化物磷光体，与4种市售宽红色氮化物磷光体每一种的变型，其中发射光谱偏移+10nm、+5nm、-5nm和-10nm，表示不同BR磷光体的系统参数化宽范围。在图19b中包括14种市售宽红色氮化物磷光体的色点1948，代表目前市售宽红色氮化物磷光体的基本完全范围，以及在DoE中使用的图19a的20种BR磷光体1938。从在DoE中使用的20种系统参数化BR磷光体组与14种市售宽红色氮化物磷光体的色点比较，明显表明目前市售的宽红色氮化物磷光体的范围在DoE中完全表达。
假定光源的峰波长为发射强度最大的波长，而主波长为最接近匹配光源色调(被感受色)的纯单色光的波长，比较部分描述磷光体颜色的这两种波长标度是有用的。图20显示在DoE中使用的25种YG磷光体的主波长和峰波长之间的关系。如本文中所示，对于各YG磷光体，主波长一般长于峰波长。这可能主要是由于磷光体发射的不对称性，如图14中所见，其中长波长尾宽于各发射光谱的短波长尾，因此，可预料各光谱的感受色调由具有长于各YG磷光体峰波长的波长的单色发射体最佳表达。图21显示在DoE中使用的20种BR磷光体的主波长和峰波长之间的关系。如本文中所示，对于各BR磷光体，主波长一般短于峰波长。这可能主要是由于在各峰波长右面的磷光体发射的极长波长，如图15中所见，其中长波长尾远超出眼响应的波长(图1a)，因此，发射光谱的左半边对感受色调比发射光谱的右半边具有更强影响，因此，可预料各光谱由具有短于各BR磷光体峰波长的波长的单色发射体最佳表达。
虽然可将本文各实施方案描述为具有蓝色光源、黄-绿色石榴石磷光体、窄红色降频转换体和/或宽红色降频转换体，但应注意到，可使用至少一种蓝色光源，可使用至少一种黄-绿色石榴石磷光体，可使用至少一种窄红色降频转换体，和/或可使用至少一种宽红色降频转换体。
组1 DoE (YAG + PFS)包括1种蓝色LED、25种YG YAG磷光体和1种NR PFS 磷光体的所有组合，得到发射体的25种独特组合(1 B x 25 YG x 1 NR)，由此，改变25种独特发射体组合的每一组合的蓝色:绿色:红色发射功率比，以得到10个色点的各色点(2700K和3000K；Duv = 0.000, -0.005, -0.010, -0.015, -0.020)，产生250种独特SPD。在一个或多个实施方案中，各归一化SPD足够用于计算光源的所有色度特征，假定被照明物体或空间的照明度在正常适光视觉范围(即，大于约10-100lux，高达约1,000-10,000lux(lux=流明/m2))。在图22a中，关注的色度响应LPI对在2700K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。在图22b中，LPI对在3000K色点的Dom YAG 和Duv绘图。在一个或多个实施方案中，黄-绿色石榴石磷光体(在此实例中为YAG)的主波长可在559nm至约574nm范围内。在图23中，在组1 DoE中使用的250种独特SPD的Dom YAG 和Duv值显示为在LPI等值轮廓线的阴影背景上叠加的在5种不同Duv每一种的25个不同Dom YAG 的组。可使用其它适合Duv水平。可在本文提供的Duv范围内对连续Duv水平呈现类似轮廓曲线，达到类似趋势。图22a,b中所示LPI的平滑曲线从对数据的统计优化ANOVA回归拟合得到，在此，LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG )，包括高达四次的多项式的项，且所有所得变量相互作用，从而提供具有调整的R2 > 0.99的转移函数。本领域的技术人员应认识，在具有120和更高LPI值的LPI轮廓中相对缺乏具有高于二次的特征(即使在LPI的转移函数中包括高达四次的项)，且在呈现的轮廓之间有平滑过渡，因此，合理预期LPI的转移函数为基本的250个离散DoE试验的平滑和连续表达。本领域的技术人员应认识，代表包含蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体和NR磷光体的所有250种SPD组合的解以很低误差(R2 > 0.99)由转移函数LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG )定量描述，如LPI轮廓曲线表达。因此，在DoE中由离散试验限制的范围内，认为由LPI轮廓曲线表达的转移函数LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG )对所有CCT、Duv和Dom YAG 是适用的。
组1 DoE (YAG + PFS)中的具体SPD 2400图示于图24中，它具有约137最高LPI值，对应于约559nm的Dom YAG ，和在约-0.010的Duv，且CCT = 2700K，显示蓝色LED 2402在约450nm的峰波长，YG YAG:Ce磷光体2404在约531nm的峰波长，NR PFS磷光体2406在约631nm的峰波长；并与reveal®白炽灯的SPD 604和与黑体发射体的SPD 602比较，各具有相似CCT。注意到，在一个或多个实施方案中，可用YAG和具有比固定在631nm的PFS磷光体峰波长更有利的波长的窄红色降频转换体，或通过使用具有不同峰波长的两种或更多种窄红色降频转换体，得到至少140的LPI。
图22a,b显示，在2700K和3000K两者，如果光源的色点在黑体轨迹上(Duv =0.000)，则在所有Dom YAG (即，对于任何市售YG YAG:Ce磷光体)，LPI<120(近似在现有技术中发现的LPI的上限)。随着Duv减小，LPI一般在所有Dom YAG 增加，并且对于约-0.010的Duv，根据公式(1)在LPI白度分量最大化的Duv值，LPI达到最大值，在LPI的等值轮廓线中围绕水平线在约Duv = -0.010得到显著的垂直对称性。在Duv从Duv = 0.000达到Duv = -0.010时，LPI公式的白度分量从0增加到1，结果，基于公式(7) LPI增加19分。类似地，在Duv从Duv= -0.010达到Duv = -0.20时，白度分量从1减小到0，结果LPI减少19分。
LPI在一定Duv随减小Dom YAG 而几乎单调增加，这可能主要是由于YG发射体和窄红色发射体之间波长的分离，削弱在黄色的一般大发射，或甚至在光谱的黄色部分(例如，约570至约600nm)产生阻抑，这增强红-绿对立色和蓝-黄对立色的感受饱和度。对于这组市售发射体(蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体和NR磷光体)，在图22a,b中有两个主趋势：LPI在Duv约-0.010倾向最大值；并且LPI在较短Dom YAG 倾向最大值，表明在只包含Duv项指示白度和Dom YAG 作为色貌的替代的闭型分析式中，LPI轮廓可能是近似的。具有120和更高值的LPI轮廓一般缺乏高阶不规则性，表明对那些高-LPI轮廓的这种分析近似可能有保持大部分或全部LPI轮廓在DoE中产生的相对简单形式。在一个或多个实施方案中，高-LPI轮廓的视觉外观表明，椭圆形可能对高-LPI轮廓提供最佳拟合。对于具有120或更高LPI的图22a,b中的每个LPI轮廓，以下公式(9)的一般形式在精确LPI轮廓和椭圆形近似之间提供一致性：
公式(9)
可由公式(9)中的简单线性项精确描述LPI vs. CCT的趋势。以下在表2中给出关于图22a,b对于120和更高的各LPI值，公式(9)中系数a和b的值。
表2
将表2中来自LPI = 120列的a和b值代入公式(9)，关于LPI=120对精确轮廓进行椭圆形近似的显式，得到以下公式(9a)。
公式(9a)
，对于LPI = 120
公式(9b)
，对于LPI = 125
公式(9c)
，对于LPI = 130
公式(9d)
，对于LPI = 135
公式(9a-d)对CCT = 2700提供图25a中所示的虚线椭圆，对CCT = 3000K提供图25b中所示的虚线椭圆。如图25a,b中所见，在具有120或更高值的任何LPI轮廓上，虚线椭圆形近似与相应精确LPI轮廓在任何位置偏离不超过约2分LPI的量。已知小于约5分、尤其小于约2分的CRI值差异一般不被大多数观察者感受到。在利用LPI工作中，也已观察到小于约5分、尤其小于约2分的LPI值一般不被大多数观察者感受到。这是可以预料的，因为为了提供与用CRI得到相似的利用LPI的定量区别度，已有意使LPI标度与CRI标度成比例。
在图26a中，用黑色阴影显示组1 DoE (YAG + PFS)中由公式9a关于LPI = 120轮廓对CCT = 2700描述的区域。同样，在图26b-d中，用黑色阴影显示由公式9b-d关于LPI =125、130和135轮廓描述的区域。
组2 DoE (YAG + Nit)包括1种蓝色LED、25种YG YAG:Ce磷光体和20种BR氮化物磷光体的所有组合，得到发射体的500种独特组合(1 B x 25 YG x 20 BR)，由此，改变500种独特发射体组合的每一组合的蓝色:绿色:红色发射功率比，以得到10个色点的各色点(2700K和3000K；Duv = 0.000, -0.005, -0.010, -0.015, -0.020)，产生5000种独特SPD。各归一化SPD足够用于计算光源的所有色度特征，假定被照明物体或空间的照明度在正常光适视觉范围(即，大于约10-100lux，高达约1,000-10,000(lux=流明/m2))。对于具有610nm峰波长(PeakNit)的BR磷光体情况，关注的色度响应LPI在图27a中对在2700K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。在图21中显示，组2 DoE中使用的PeakNit的范围为约610nm至约680nm，包括在那个范围内的20种不同BR磷光体。
显示于图23并用于组1 DoE在5个不同Duv值每个的25个不同Dom YAG 值的250种独特组合的Dom YAG 和Duv值为与20种不同BR磷光体的每种组合的组2 DoE中使用的Dom YAG 和Duv的相同的250种独特组合。已发现，组1 DoE中使用的200种独特SPD的x-轴上的Dom YAG 值和y-轴上的Duv值之间的微小间距在DoE中实际使用的离散SPD之间提供平滑插入。选择五种Duv水平说明色点或Duv对LPI的作用。可使用其它适合Duv水平。在一个或多个实施方案中，可在本文呈现的Duv范围内对连续Duv水平呈现类似轮廓曲线，达到类似趋势。图27a中所示LPI的平滑曲线从对数据的统计优化ANOVA回归拟合得到，在此，LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG ,PeakNit)，包括高达四次的多项式的项，且所有所得变量相互作用，提供具有调整的R2 >0.99的转移函数。本领域的技术人员应认识，在具有120和更高LPI值的LPI轮廓中缺乏具有高于二次的特征，且在呈现的轮廓之间有平滑过渡；还应了解，对于PeakNit = 610nm的情况，代表包含蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体和BR磷光体的所有5000种SPD组合的解以很低误差(R2 > 0.99)由转移函数LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG , PeakNit)定量描述，如图27a中LPI轮廓曲线表达。类似地，以PeakNit = 610、620、630、640、650、660、670和680nm的10nm增量在CCT = 2700K求解的转移函数LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG , PeakNit)在图27a-h中由LPI轮廓曲线表达；而在28a-h图中在3000K。
在图29中显示组2 DoE中在2700K在2500种SPD中具有最高LPI (约142)的SPD。组2DoE (YAG + Nit)中的具体SPD 2900图示于图29中，它具有约142的最高LPI值，对应于约559nm的Dom YAG ，和在约-0.010的Duv，且CCT = 2700K，显示蓝色LED 2902在约450nm的峰波长，YG YAG:Ce磷光体2904在约531nm的峰波长，BR氮化物磷光体2906在约680nm的峰波长；并与reveal®白炽灯的SPD 604和与黑体发射体的SPD 602比较，各具有相似CCT。
图27a-h和28a-h显示，在2700K和3000K两者，如果光源的色点在黑体轨迹上(Duv= 0.000)，则在所有Dom YAG (即，对于任何市售YG YAG:Ce磷光体)，难以达到LPI > 120。仅长波长氮化物(PeakNit > 660nm)和短波长YAG (Dom YAG < 562nm)会允许在黑体上LPI >120。随着Duv减小，LPI一般在所有Dom YAG 增加，并且对于约-0.010的Duv，根据公式(1)在LPI白度分量最大化的Duv值，LPI达到最大值，在LPI的等值轮廓线中围绕水平线在约Duv = -0.010得到显著的垂直对称性。在Duv从Duv = 0.000达到Duv = -0.010时，LPI公式的白度分量从0增加到1，结果，基于公式(7) LPI增加19分。类似地，在Duv从Duv = -0.010达到Duv= -0.020时，白度分量从1减小到0，结果LPI减少19分。
LPI在一定Duv随减小Dom YAG 和增加PeakNit而几乎单调增加，这可能主要是由于YG发射体和BR发射体之间波长的分离，削弱在黄色的一般大发射，或甚至在光谱的黄色部分(例如，约570至约600nm)产生阻抑，这增强红-绿对立色和蓝-黄对立色的感受饱和度。对于这组市售发射体(蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体和BR氮化物磷光体)，在图27a-h和28a-h中有三个主趋势：LPI在Duv约-0.010倾向最大值；LPI在较短Dom YAG 倾向最大值；并且LPI在较长PeakNit倾向最大值，表明在仅包含Duv项指示白度和Dom YAG 及PeakNit作为色貌的替代的闭型分析式中，LPI轮廓可能是近似的。
与组1 DoE的公式(9)类似，对于具有120或更高LPI的图27a-h和图28a-h中的每个LPI轮廓，除了其中PeakNit为约660nm或更长的长波长氮化物情况外，对组2 DoE的LPI曲线的椭圆形近似的一般形式，以下公式(10)，在精确LPI轮廓和椭圆形近似之间提供1或2分LPI以内的一致性。由于组2中LPI的转移函数相对于组1具有另外的变量PeakNit,，公式(10)必然比公式(9)复杂。
公式(10)
例如，可用公式(10)对2700K和PeakNit = 640nm的情况在图30a中绘制虚线标记的120。以下表3的120列中的系数a i和b i (i = 1, 2, 3)和λ 0 = 630(因而PeakNit - λ 0 = 10)的值与CCT = 2700一起代入公式(10)时得到以下公式(10a)。
表3
公式(10a)
类似地，表3中的系数a i和b i (i = 1, 2, 3)和λ 0 的值代入公式(10)时得到各虚线曲线，在图30a-e中对CCT = 2700K，在图31a-e中对CCT = 3000K，对应于来自图27d-h和图28d-h的120和更高的各LPI值。由于对于PeakNit = 610、620和630nm的情况没有120或更高的LPI值，如图27a-c和28a-c中明显看到，图30a-e和31a-e对应于PeakNit = 640、650、660、670和680nm的值。
组3 DoE (YAG + PFS + Nit)包括上述1种蓝色LED、25种YG YAG:Ce磷光体和20种BR氮化物磷光体的所有组合，以25%增量在3种不同BR功率:NR功率比的每一种(在红色发射完全波长范围总计的发射功率，如图15和图16中提供)得到发射体的500种独特组合(1 B x25 YG x 1 NR x 20 BR)，因此，对于20种BR氮化物磷光体的每种磷光体，(Nit 功率)/(Nit功率 + PFS 功率) ≡ n = 0.25, 0.50, 0.75；并且(PFS 功率)/(Nit 功率 + PFS 功率)≡ p = 0.75, 0.50, 0.25，其中n + p = 1。如本文所用，组3 DoE的这3个亚组可称为组3a(n=0.25)、组3b(n=0.50)和组3c(n=0.75)。在一个或多个实施方案中，n=0和n=1的限制情况分别对应于组1(YAG+PFS)和组2(YAG+Nit) DoE。在一个或多个实施方案中，改变在3种不同的BR功率:NR功率比的每种比率下对500种独特发射体组合的每一组合的蓝色:绿色:红色发射功率比，以得到10个色点的各色点(2700K和3000K；Duv = 0.000, -0.005, -0.010, -0.015, -0.020)，产生15000种独特SPD。在一个或多个实施方案中，各归一化SPD足够用于计算光源的所有色度特征，假定被照明物体或空间的照明度在正常光适视觉范围(即，大于约10-100lux，高达约1,000-10,000lux(lux=流明/m2))。如图21中所示，在组3 DoE中使用的PeakNit的范围为约610nm至约680nm，包括在那个范围的20种不同BR磷光体。
对于具有631nm峰波长的NR磷光体和具有610nm(图32a)至680nm(图32h)峰波长(PeakNit)的BR磷光体的情况，以10nm增量和由n = 0.25因而p = 0.75给出的Nit功率:PFS功率比，关注的色度响应LPI在图32a-h中对在2700K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。
对于具有631nm峰波长的NR磷光体和具有610nm(图33a)至680nm(图33h)峰波长(PeakNit)的BR磷光体的情况，以10nm增量和由n = 0.25因而p = 0.75给出的Nit功率:PFS功率比，关注的色度响应LPI在图33a-h中对在3000K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。
在图34中显示组3a DoE中在2700K的2500种SPD中具有最高LPI (约137)的SPD。组3a DoE (YAG + PFS + Nit，其中n = 0.25)中的具体SPD 3400图示于图34中，它具有约137最高LPI值，对应于约559nm的Dom YAG ，和在约-0.010的Duv，且CCT = 2700K，显示蓝色LED3402在约450nm的峰波长，YG YAG:Ce磷光体3404在约531nm的峰波长，NR PFS磷光体3406在约631nm的峰波长，BR氮化物磷光体3408在约680nm的峰波长；并与reveal®白炽灯的SPD604和与黑体发射体的SPD 602比较，各具有相似CCT。
对于具有631nm峰波长的NR磷光体和具有610nm (图35a和图36a)至680nm(图35h和图36h)峰波长(PeakNit)的BR磷光体的情况，以10nm增量和由n = 0.5因而p = 0.5给出的Nit功率:PFS功率比，关注的色度响应LPI在图35a-h中在2700K，在图36a-h中对3000K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。
在图37中显示组3b DoE中在2700K的2500种SPD中具有最高LPI (约138)的SPD。组3b DoE (YAG + PFS + Nit，其中n = 0.50)中的具体SPD 3700图示于图37中，它具有约138最高LPI值，对应于约559nm的Dom YAG ，和在约-0.010的Duv，且CCT = 2700K，显示蓝色LED3702在约450nm的峰波长，YG YAG:Ce磷光体3704在约531nm的峰波长，NR PFS磷光体3706在约631nm的峰波长，BR氮化物磷光体3708在约680nm的峰波长；并与reveal®白炽灯的SPD604和与黑体发射体的SPD 602比较，各具有相似CCT。
对于具有631nm峰波长的NR磷光体和具有610nm(图38a和图39a)至680nm(图38h和图39h)峰波长(PeakNit)的BR磷光体的情况，以10nm增量和由n = 0.75因而p = 0.25给出的Nit功率:PFS功率比，关注的色度响应LPI在图38a-h中在2700K，在图39a-h中对3000K色点的Dom YAG (x-轴)和Duv (y-轴)绘图。
在图40中显示组3c DoE中在2700K的2500种SPD中具有最高LPI (约140)的SPD。组3c DoE (YAG + PFS + Nit，其中n = 0.75)中的具体SPD 4000图示于图40中，它具有约143最高LPI值，对应于约559nm的Dom YAG ，和在约-0.010的Duv，且CCT = 2700K，显示蓝色LED4002在约450nm的峰波长，YG YAG:Ce磷光体4004在约531nm的峰波长，NR PFS磷光体4006在约631nm的峰波长，BR氮化物磷光体4008在约680nm的峰波长；并与reveal®白炽灯的SPD604和与黑体发射体的SPD 602比较，各具有相似CCT。
显示于图23并用于组1 DoE和组2 DoE在5种不同Duv值每种的25种不同Dom YAG 值的250种独特组合的Dom YAG 和Duv值为与20种不同BR磷光体的每种组合的组3 DoE中使用的Dom YAG 和Duv的相同250种独特组合。已发现，组3 DoE中使用的250种独特SPD的x-轴上的Dom YAG 值和y-轴上的Duv值之间的微小间距在DoE中实际使用的离散SPD之间提供平滑插入。虽然在本文中用五种Duv水平说明色点或Duv对LPI的作用，但也可使用其它适合Duv水平。例如，可在本文呈现的Duv范围内对连续Duv水平呈现类似轮廓曲线，达到类似趋势。图32、33、35、36、38和39中所示LPI的平滑曲线从对数据的统计优化ANOVA回归拟合得到，在此，LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG , PeakNit, n)，包括高达四次的多项式的项，且所有所得变量相互作用，从而提供具有调整的R2 > 0.99的转移函数。本领域的技术人员应认识，具有120和更高LPI值的LPI轮廓缺乏具有高于二次的特征，且在呈现的轮廓之间有平滑过渡；还应了解，利用红色功率比n，代表包含蓝色LED、YG YAG:Ce磷光体、NR PFS磷光体和BR磷光体的所有15000种SPD组合的解以很低误差(R2 > 0.99)由转移函数LPI = f(CCT, Duv, Dom YAG ,PeakNit, n)定量描述，如图32、33、35、36、38和39中LPI轮廓曲线表达。
图32、33、35、36、38和39显示，在2700K和3000K两者，如果光源的色点在黑体轨迹上(Duv = 0.000)，则在所有Dom YAG (即，对于任何市售YG YAG:Ce磷光体)，难以达到LPI >120。仅长波长氮化物(PeakNit > 660nm)和短波长YAG(Dom YAG < 562nm)会允许在黑体上LPI> 120。随着Duv减小，LPI一般在所有Dom YAG 增加，并且对于约-0.010的Duv，根据公式(1) 在LPI白度分量最大化的Duv值，LPI达到最大值，在LPI的等值轮廓线中围绕水平线在约Duv =-0.010得到显著的垂直对称性。在Duv从Duv = 0.000达到Duv = -0.010时，LPI公式的白度分量从0增加到1，结果，基于公式(7) LPI增加19分。类似地，在Duv从Duv = -0.010达到Duv= -0.020时，白度分量从1减小到0，结果LPI减少19分。
LPI在一定Duv和n随减小Dom YAG 和增加PeakNit而几乎单调增加，这可能主要是由于YG发射体和BR发射体之间波长的分离，削弱在黄色的一般大发射，或甚至在光谱的黄色部分(例如，约570至约600nm)产生阻抑，这增强红-绿对立色和蓝-黄对立色的感受饱和度。
通过比较不同轮廓曲线组(即，图32, 33 vs. 图35, 36 vs. 图38, 39)，可见到宽红色:总红色发射之比或“n”的影响。对与上述图中轮廓曲线a-e对应的较短PeakNit值(PeakNit < 660nm)，随着n从n = 0.25增加到n = 0.50到n = 0.75，可在所给Duv和PeakNit得到的LPI值减小。例如，在图32a (n = 0.25)，可得到的最高LPI (在Duv = -0.010和Dom YAG = 559)为约LPI = 129，而在图35a (n = 0.50)和图38a (n = 0.75)，在相同Duv和Dom YAG 的LPI分别为约LPI = 123和约LPI = 116。对与上述图中轮廓曲线g和h对应的较长PeakNit值(PeakNit > 660nm)，随着n从n = 0.25增加到n = 0.50到n = 0.75，可在所给Duv和PeakNit得到的LPI值增加。例如，在图32h中，可得到的最高LPI (在Duv = -0.010和Dom YAG = 559)为约LPI = 137，而在图35h (n = 0.50)和图38h (n = 0.75)，在相同Duv和Dom YAG 的LPI分别为约LPI = 138和约LPI = 140。这一关系汇总于图41中，图41标绘在Duv = -0.010和Dom YAG 约559nm在2700K红色发射体的所有组合的LPI值，包括组1和组2。
与关于组1 DoE的公式(9)和关于组2 DoE的公式(10)类似，可产生对组3 DoE的LPI曲线的椭圆形近似的一般形式。然而，由于一些LPI曲线中的较高次项，对于图32、33、35、36、38和39中的每个LPI轮廓，对于LPI = 120或更高的所有值，那些公式可能不在精确LPI轮廓和椭圆形近似之间提供1或2分LPI以内的一致性，因此，那些公式可能不对精确LPI轮廓提供作为精确轮廓替代的足够精确近似。因此，在组3 DoE中，通过参考图32、33、35、36、38和39中所给LPI轮廓内的区域量化色偏好。
在光源的第一示例性实施方案中，LED光源700可包括一组或多组LED 706和708(为了简便，采用图7a和7b编号)，其可分别由一个或多个用YG YAG:Ce磷光体和NR磷光体涂覆的蓝色LED组成。该第一示例性实施方案称为“YAG + PFS”。在一个或多个实施方案中，由蓝色LED产生的不被磷光体材料吸收的部分蓝光与磷光体材料发射的光组合，可提供对人眼显现接近白色的光。具有增强色偏好的YAG + PFS光源的光谱可由以下组成：蓝色LED峰发射，在约400nm至约460nm范围内；YG峰发射，在约530nm至约557nm范围内，由来自LED的蓝色发射激发YAG:Ce磷光体产生；和红色峰发射，在约631nm，由来自LED的蓝色发射激发NR磷光体产生，如图24中所绘。该光谱与黑体光谱的不同之处可在于，它可包括在蓝色LED发射和YG磷光体发射之间的波长范围内的阻抑，且可包括在YG磷光体和NR磷光体之间的黄色波长范围内的阻抑。此第一示例性实施方案中的光源可具有约2700K和约3200K之间的CCT。在一个或多个实施方案中，光源可具有较高CCT(例如，高达约10,000K或更高)或较低CCT(例如，低至约1800K或更低)。在色光谱黄色部分减小发射可由YG磷光体和NR磷光体的峰的分离得到，其可由NR PFS磷光体的相对窄的宽度和相对长的峰波长产生。与一般YG磷光体比较，减小的发射可进一步在色光谱的黄色部分由YG YAG:Ce磷光体的相对短峰波长增强。相对于黑体发射体，在黄色部分的光谱阻抑(如果足够深)和在红色和绿色增强发射可提供一种光源，该光源具有增强的色偏好，或色饱和度，或色对比度能力，相对于从利用不在黄色部分产生足够深阻抑的一般蓝色和YG和红色磷光体组合的相同光源发射的光，这一般是人观察者所偏好的。
图24图示曲线图，包括具有CCT = 2700K直接在上面讨论的YAG + PFS型LED光源的SPD的曲线2400；为了比较，也包括具有CCT = 2700K的黑体的SPD的曲线602，和具有CCT= 2755K的reveal®型白炽光源的SPD的曲线604。曲线2400为从DoE的组1 (YAG + PFS)中SPD的250种组合中提供141的最大LPI的特定SPD。蓝色LED 2402的峰波长出现在约450nm，YG磷光体2404的峰波长和主波长分别出现在约531nm和559nm，NR磷光体2406的峰波长出现在约631nm，对应于在Dom YAG 约559nm和Duv约-0.010，图22a中的位置2210(对于CCT =2700K)或图22b中的2212(对于CCT = 3000K)。SPD曲线2400代表具有CCT = 2700K，CRI =69，且LPI = 137的光源。在3000K的对应SPD似乎很相似，有相似的CRI和LPI值。
在此第一示例性实施方案中，得到约137的LPI，因此，在利用YAG + PFS光谱2400时，人观察者可感受到比使用一般具有约120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌。
在光源的第二示例性实施方案中，提供对YAG + PFS光源比第一实施方案略微减小的色偏好(LPI)，图24中YG YAG:Ce磷光体2404的峰波长和主波长相对于第一实施方案的531nm和559nm最佳峰波长和主波长略微偏移到更长的波长。在此第二示例性实施方案中，Dom YAG 可长达约563nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K下保持接近-0.010(在约-0.008和约-0.012之间)，Dom YAG 和Duv组合满足公式9d，
，在图25a,b中描述LPI=135轮廓。
在此第二示例性实施方案中，得到约135或更大的LPI，因此，在利用YAG + PFS光谱2400时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌，而如此只比具有约137 LPI的第一实施方案稍低。
在光源的第三示例性实施方案中，提供对YAG + PFS光源比第一和第二实施方案进一步减小但仍超过现有技术的色偏好(LPI)，图24中YG YAG:Ce磷光体2404的峰波长和主波长相对于第一实施方案的531nm和559nm最佳峰波长和主波长偏移到甚至更长的波长。在此第三示例性实施方案中，Dom YAG 可长达约572nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K的情况下位于约-0.002和约-0.016之间，Dom YAG 和Duv组合满足公式9a，
，在图25a,b中描述LPI=120轮廓。
在此第三示例性实施方案中，得到约120或更大的LPI，因此，在利用YAG + PFS光谱2400时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和更偏好的色貌，虽然如此比具有约137 LPI的第一实施方案显著较低。
在对YAG + Nit光源提供最高色偏好(LPI)的光源的第四示例性实施方案中，LED光源700可包括一组或多组LED 706和708，其可分别由一个或多个用YG YAG:Ce磷光体和BR氮化物磷光体(YAG + Nit)涂覆的蓝色LED组成，其中由蓝色LED产生的不被磷光体材料吸收的部分蓝光与磷光体材料发射的光组合，提供对人眼显现接近白色的光(仅为了简便，图片要素数字同样采用自图7a和7b)。具有增强色偏好的YAG + Nit光源的光谱可由以下组成：蓝色LED峰发射，在约400nm至约460nm范围内；YG峰发射，在约530nm至约557nm范围内，由来自LED的蓝色发射激发YAG:Ce磷光体产生；和红色峰发射，在约610nm至约680nm范围内，由来自LED的蓝色发射激发BR氮化物磷光体产生，如图29中所绘。该光谱与黑体光谱的不同之处可在于，它可包括在蓝色LED发射和YG磷光体发射之间的波长范围内的阻抑，且可包括在YG磷光体和BR磷光体之间的黄色波长范围内的阻抑。光源可具有约2700K和约3200K之间的CCT。在一个或多个实施方案中，光源可具有较高CCT(例如，高达约10,000K或更高)或较低CCT(例如，低至约1800K或更低)。在色光谱黄色部分减小发射可由YG磷光体和BR磷光体的峰的分离造成，可主要由BR氮化物磷光体的相对长的峰波长产生。与一般YG YAG:Ce磷光体比较，在色光谱黄色部分减小发射可进一步由YG磷光体的相对较短的峰波长增强。相对于黑体发射体，在黄色光谱阻抑(如果足够深)和在红色和绿色增强发射可提供一种光源，该光源具有增强的色偏好，或色饱和度，或色对比度能力，相对于从利用不在黄色产生足够深阻抑的一般蓝色和YG和红色磷光体组合的相同光源发射的光，这可能是人观察者所偏好的。
图29图示曲线图，包括具有CCT = 2700K的YAG + Nit型LED光源的SPD的曲线2900；为了比较，图29也图示具有CCT = 2700K的黑体的SPD的曲线602、具有CCT=2755K的reveal®型白炽光源的SPD的曲线604。曲线2900为从DoE的组2 (YAG + Nit)中SPD的5000种组合中提供142的最大LPI的特定SPD。蓝色LED 2902的峰波长出现在约450nm，YG磷光体2904的峰波长和主波长分别出现在约531nm和559nm，BR磷光体2906的峰波长出现在约680nm，对应于在Dom YAG 约559nm和Duv约-0.010，图27h中的位置2710(对于CCT = 2700K)或图28h中的2810(对于CCT = 3000K)。SPD曲线2900代表具有CCT = 2700K，CRI = 57，且LPI= 142的光源。在3000K的相应SPD似乎很相似，有相似的CRI和LPI值。LPI得分142很高(在一个或多个实施方案中，最大可能LPI可以为约150)，意味在利用YAG + PFS光谱2900时，人观察者将感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌。
在此第四示例性实施方案中，得到约142的LPI，因此，在利用YAG + Nit光谱2900时，人观察者可感受到比使用一般具有约120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌。
在光源的第五示例性实施方案中，提供对YAG + Nit光源比第四示例性实施方案略微减小的色偏好(LPI)，图29中YG YAG磷光体2904的峰波长和主波长相对于第四实施方案的531nm和559nm最佳峰波长和主波长略微偏移到更长的波长，且图29中氮化物红色磷光体2906的峰波长相对于第四实施方案的680nm最佳峰波长偏移到更短的波长。在第五示例性实施方案中，Dom YAG 可长达约568nm，PeakNit可短至约660nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K下保持接近-0.010(在约-0.006和约-0.014之间)，Dom YAG 和Duv组合满足公式10，
，
使用表3中LPI=135列中的系数。用表3中LPI=135列中的系数评估此公式，在图30c-e和31c-e中描述LPI=135轮廓：
在此实施方案中，得到约135或更大的LPI，因此，在利用YAG + Nit光谱2900时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌，而如此只比具有约142 LPI的第四实施方案稍差。
在光源的第六示例性实施方案中，提供对YAG + Nit光源比第四或第五实施方案进一步减小但仍超过现有技术的色偏好(LPI)，图29中YG YAG:Ce磷光体2904的峰波长和主波长相对于第四实施方案的531nm和559nm的最佳峰波长和主波长略微偏移到更长的波长，且图29中氮化物红色磷光体2906的峰波长相对于第四实施方案的680nm最佳峰波长偏移到更短的波长。在第六实施方案中，Dom YAG 可长达约573nm，PeakNit可短至约630nm或640nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K下理想接近-0.019，但可在约0.000至约-0.020范围之间，Dom YAG 和Duv组合满足公式10，
使用表3中LPI=120列中的系数。用表3中LPI=120列中的系数评估此公式，在图30a-e和31a-e中描述LPI=120轮廓：
在此第六示例性实施方案中，得到约120或更大的LPI，表示在利用YAG + Nit光谱2900时，人观察者将感受到比使用一般具有约120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和更偏好的色貌。
在光源的第七示例性实施方案中，对YAG + PFS + Nit光源提供最高色偏好(LPI)，LED光源可包括一组或多组LED，且其可分别由一个或多个用YG YAG:Ce磷光体与NRPFS磷光体和BR氮化物磷光体的组合(YAG + PFS + Nit)涂覆的蓝色LED组成，其中由蓝色LED产生的不被磷光体材料吸收的部分蓝光与磷光体材料发射的光组合，可提供对人眼显现接近白色的光。具有增强色偏好的YAG + PFS + Nit光源的光谱可由以下组成：蓝色LED峰发射，在约400nm至约460nm范围内；YG峰发射，在约530nm至约557nm范围内，由来自LED的蓝色发射激发YAG:Ce磷光体产生；红色峰发射，在约631nm，由来自蓝色LED的蓝色发射激发NR PFS磷光体产生；和另外的红色发射，具有在约610nm至约680nm范围的峰，由来自蓝色LED的蓝色发射激发BR氮化物磷光体产生，如图34、37和40中所绘。图34、37和40中所示光谱与黑体光谱的不同之处可在于，它可包括在蓝色LED发射和YG磷光体发射之间的波长范围内的阻抑，且可包括在YG磷光体和红色磷光体之间的黄色波长范围内的阻抑。此光源可具有约2700K和约3200K之间的CCT。在一个或多个实施方案中，光源可具有较高CCT(例如，高达约10,000K或更高)或较低CCT(例如，低至约1800K或更低)。在色光谱黄色部分减小发射(如在YG磷光体和红色磷光体之间黄色波长范围的阻抑所示)可由YG磷光体和红色磷光体的峰的分离造成，峰的分离可由NR PFS磷光体的相对窄的宽度和相对长的峰波长和BR氮化物磷光体的相对长的峰波长产生。与一般YG YAG:Ce磷光体比较，在黄色部分减小发射可进一步由YG磷光体的相对短的峰波长增强。相对于黑体发射体，在黄色部分光谱阻抑(如果足够深)和在红色和绿色部分增强发射可提供一种光源，该光源具有增强的色偏好、或色饱和度、或色对比度能力，相对于从利用不在黄色产生足够深阻抑的一般蓝色和YG和红色磷光体组合的相同光源发射的光，这通常可能是人观察者所偏好的。
将DoE分成3组是为了表达结果便利。实际上，比率BR/R=n可具有0.0至1.0连续范围，在此，n=0和n=1的限制情况分别对应于DoE的组1(YAG+PFS)和组2(YAG+Nit)部分，由第一至第三和第四至第六实施方案表达。组3DoE，在此虽然表达为具有n=0.25、0.50和0.75的3个离散水平，但在组1和2的响应与组3组合时提供0.0≤n≤1.0的整个连续范围的LPI的转移函数。在除n = 0或n = 1以外的整个0.0≤n≤1.0连续范围，即，0.0<n<1.0，第七至第九实施方案(其中一些以下描述)可表示本文所述Nit和PFS红色磷光体的任何组合。第一实施方案中(n=0.0)的最高LPI为137，在第四实施方案中(n=1.0)为142，对应于Dom YAG = 559nm和PeakNit = 680nm。从DoE也发现使用本文所述PFS和Nit(0.0<n<1.0)的任何组合的最高LPI出现在Dom YAG = 559nm和PeakNit = 680nm，并且可在LPI约142下出现在n = 1附近(即，大部分Nit，少量PFS)。在一个或多个实施方案中，根据DoE在0 < n < 1任何任意值的最高LPI出现在Dom YAG = 559nm和PeakNit = 680nm。发明人注意到，这是由于从YG YAG峰的红色氮化物峰的极端分离超过PFS红色峰和YG YAG峰之间的分离，因此，680nm红色氮化物磷光体发射可潜在提供比PFS磷光体发射更大的色饱和度，并潜在提供更高的色偏好，虽然有严重的效能损失。在DoE中发现LPI相对于降低的n (更多的PFS)而单调下降到137的值，在n=0，对于Dom YAG = 559nm和PeakNit = 680nm。
图34、37和40包括分别具有“n” = 0.25、0.50和0.75的具有CCT = 2700K的YAG +PFS + Nit型LED光源的SPD的SPD曲线3400、3700和4000。为了比较，图34、37和40也包括具有CCT = 2700K的黑体的SPD的曲线602和具有CCT = 2755K的reveal®型白炽光源的SPD的曲线604。曲线3400、3700和4000为分别对n = 0.25、0.50和0.75相应从DoE的组3a,b,c中SPD的5000种组合中提供137、138和140的最大LPI的特定SPD。蓝色LED 3402、3702和4002的峰波长出现在约450nm，YG磷光体3404、3704和4004的峰波长和计算主波长分别出现在约531nm和559nm，NR磷光体3406、3706和4006的峰波长出现在约631nm，BR磷光体3408、3708和4008的峰波长出现在约680nm，分别对应于图32h、35h和38h中的位置3210、3510和3810(对于CCT = 2700K)，或分别对应于图33h、36h和39h中的位置3310、3610和3910(对于CCT =3000K)，在Dom YAG 约559nm和Duv约-0.010。SPD 3400、3700和4000代表分别对于n = 0.25、0.50和0.75具有CCT = 2700K，CRI = 68、67、65，且LPI = 137、138和140的光源。在一个或多个实施方案中，在3000K的相应SPD可能显得很相似，有相似的CRI和LPI值。分别对于n =0.25、0.50和0.75的LPI得分137、138和140很高(在一个或多个实施方案中，最大可能LPI可为约150)，因此在利用YAG + PFS光谱3400、3700和4000时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌。
在此第七实施方案中，得到约140至142的LPI，因此，在利用YAG + PFS + Nit光谱3400、3700和4000时，人观察者可感受到比使用一般具有120 LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌。
在光源的第八示例性实施方案中，提供对YAG + Nit光源比第七实施方案略微减小的色偏好(LPI)，图34、37和40中YG YAG:Ce磷光体3404、3704和4004的峰波长和主波长相对于第七实施方案的531nm和559nm的最佳峰波长和主波长略微偏移到更长的波长，且图34、37和40中氮化物红色磷光体3408、3708和4008的峰波长偏移到比第七实施方案的680nm最佳峰波长更短的波长。在第八实施方案中，Dom YAG 可长达约566nm，PeakNit可短至约660nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K下保持接近-0.010(在约-0.008和约-0.012之间)。在此实施方案中，得到约135或更大的LPI，因此，在利用YAG + PFS + Nit光谱3400、3700和4000时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和偏好高得多的色貌，而如此只比具有约142 LPI的第七实施方案稍低。
在光源的第九示例性实施方案中，提供对YAG + PFS + Nit光源比第七实施方案进一步减小但仍超过一般具有120或更大LPI的光源的色偏好(LPI)，图34、37和40中YGYAG:Ce磷光体3404、3704和4004的峰波长和计算主波长相对于第七实施方案的531nm和559nm的最佳峰波长和主波长略微偏移到更长的波长，且图34、37和40中氮化物红色磷光体3408、3708和4008的峰波长偏移到比第七实施方案的680nm最佳峰波长更短的波长。在第九实施方案中，Dom YAG 可长达约572nm，PeakNit可短至约620nm，而色点的Duv在CCT约2700K至约3000K下理想接近-0.010，但可在约0.000至约-0.018范围之间。在此实施方案中，得到约120或更大的LPI，因此，在利用YAG + PFS + Nit光谱3400、3700和4000时，人观察者可感受到比使用一般具有120或更小LPI的光源可能得到的更饱和的颜色、增强的白度、和更偏好的色貌。
另外，在一些实施方案中，可在光源中结合黄色吸收滤光体，例如钕(Nd)玻璃或Nd化合物或可比的黄色滤光体，例如，可在LED光引擎上放置钕(Nd)玻璃圆顶，Nd玻璃圆顶可用于抑制黄光，以进一步增强红色和绿色振动的感受。虽然以上实施方案显示不用黄色滤光体达到高LPI，但使用这些可允许选择没有Nd吸收可能达不到LPI高值的其它可利用的磷光体材料。这可允许例如红色磷光体的峰波长移到较短波长，或使红色磷光体的FWHM增加。或者，包含黄色滤光体可通过进一步增强黄色阻抑进一步提高色偏好(较高LPI)。
应了解，以上说明和/或附图不意味着必须具备本文所指任何过程的步骤的固定次序或序列，相反，任何过程可以任何可实行的次序进行，包括但不限于同时进行按顺序指示的步骤。
虽然已关于具体示例性实施方案描述了本发明，但应了解，可在不脱离所附权利要求阐明的本发明的精神和范围下对所述实施方案作出对本领域的技术人员显而易见的各种变化、替代和变动。

Claims (98)

1.一种复合光源，其包含：
至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围内的峰波长的蓝色光源；
至少一种黄-绿色石榴石磷光体；和
至少一种窄红色降频转换体；
其中所述复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
2.权利要求1的复合光源，其中LPI为至少125。
3.权利要求1的复合光源，其中LPI为至少130。
4.权利要求1的复合光源，其中LPI为至少135。
5.权利要求1的复合光源，其中LPI为至少140。
6.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体光源具有在约610nm和约660nm范围内的峰波长。
7.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含固态光源。
8.权利要求7的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含以下至少之一：半导体发光二极管(LED)光源、有机发光二极管(OLED)光源和聚合物发光二极管光源。
9.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约559nm至约574nm范围内的主波长。
10.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约110nm至约115nm范围内的半峰全宽(FWHM)。
11.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体为YAG:Ce磷光体。
12.权利要求1的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体包含磷光体降频转换体和量子点降频转换体至少之一。
13.权利要求12的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为锰掺杂的氟代硅酸钾(PFS)。
14.权利要求11的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约572nm范围内的主波长，且Duv在约-0.002至-0.016范围内。
15.权利要求11的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约563nm范围内的主波长，且Duv在约-0.008至约-0.012范围内。
16.权利要求11的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述YAG:Ce磷光体具有约559nm的主波长，且Duv为约-0.010。
17.权利要求1的复合光源，其中所述复合光源发射色光谱，所述色光谱包括由蓝色光源发射的蓝色波长范围部分、由黄-绿色石榴石磷光体发射的黄色波长范围部分和由窄红色降频转换体发射的红色波长范围部分；其中与黑体光谱相比，该色光谱包括在黄色波长范围部分内的阻抑，其中在黄色波长范围部分内的阻抑为约570nm至600nm。
18.权利要求1的复合光源，其中所述复合光源具有在约2500开尔文(K)至约3200K范围内的相关色温(CCT)。
19.权利要求1的复合光源，其进一步包含放置在所述至少一种蓝色光源、至少一种黄-绿色石榴石磷光体和至少一种窄红色降频转换体上的钕滤光体，使得复合光源发射的大部分或全部光通过滤光体。
20.一种复合光源，其包含：
至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围内的峰波长的蓝色光源；
至少一种YAG:Ce磷光体；和
至少一种窄红色降频转换体；
其中复合光源的色貌表示为
，
其中Duv是复合光源白度的度量，且Dom YAG 为至少一种YAG:Ce磷光体的主波长。
21.权利要求20的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
22.权利要求20的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
23.权利要求20的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
24.权利要求20的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体光源具有在约610nm和约660nm范围内的峰波长。
25.权利要求20的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含固态光源。
26.权利要求25的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含以下至少之一：半导体发光二极管(LED)光源、有机发光二极管(OLED)光源和聚合物发光二极管光源。
27.权利要求20的复合光源，其进一步包含至少一种不同于YAG:Ce磷光体的黄-绿色石榴石磷光体。
28.权利要求20的复合光源，其中所述至少一种YAG:Ce磷光体具有约559nm至约574nm范围内的主波长。
29.权利要求20的复合光源，其中所述至少一种YAG:Ce磷光体具有在约110nm至约115nm范围内的半峰全宽(FWHM)。
30.权利要求20的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体包含磷光体降频转换体和量子点降频转换体至少之一。
31.权利要求30的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为锰掺杂的氟代硅酸钾(PFS)。
32.权利要求31的复合光源，其中所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约572nm范围内的主波长，且Duv在约-0.002至-0.016范围内。
33.权利要求31的复合光源，其中所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约563nm范围内的主波长，且Duv在约-0.008至约-0.012范围内。
34.权利要求31的复合光源，其中所述YAG:Ce磷光体具有约559nm的主波长和约-0.010的Duv。
35.权利要求20的复合光源，其中所述复合光源发射色光谱，所述色光谱包括由蓝色光源发射的蓝色波长范围部分、由YAG:Ce磷光体发射的黄色波长范围部分和由窄红色降频转换体发射的红色波长范围部分；其中与黑体光谱相比，该色光谱包括在黄色波长范围部分内的阻抑，其中在黄色波长范围部分内的阻抑为约570nm至600nm。
36.权利要求20的复合光源，其中所述复合光源具有在约2500开尔文(K)至约3200K范围内的相关色温(CCT)。
37.权利要求20的复合光源，其进一步包含放置在所述至少一种蓝色光源、至少一种YAG:Ce磷光体和至少一种窄红色降频转换体上的钕滤光体，使得复合光源发射的大部分或全部光通过滤光体。
38.一种复合光源，其包含：
至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围内的峰波长的蓝色光源；
至少一种黄-绿色石榴石磷光体；和
至少一种宽红色降频转换体；
其中所述复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
39.权利要求38的复合光源，其中LPI为至少125。
40.权利要求38的复合光源，其中LPI为至少130。
41.权利要求38的复合光源，其中LPI为至少135。
42.权利要求38的复合光源，其中LPI为至少140。
43.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种宽红色降频转换体光源具有在约610nm和约680nm范围内的峰波长。
44.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含固态光源。
45.权利要求44的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含以下至少之一：半导体发光二极管(LED)光源、有机发光二极管(OLED)光源和聚合物发光二极管光源。
46.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约559nm至约574nm范围内的主波长。
47.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约110nm至约115nm范围内的半峰全宽(FWHM)。
48.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体为YAG:Ce磷光体。
49.权利要求38的复合光源，其中所述至少一种宽红色降频转换体包含磷光体降频转换体和量子点降频转换体至少之一。
50.权利要求49的复合光源，其中所述宽红色降频转换体为宽红色氮化物磷光体。
51.权利要求50的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体由通式CaAlSiN3:Eu2+表示。
52.权利要求48的复合光源，其中所述宽红色降频转换体为具有在约630nm至约680nm范围内的峰波长的宽红色氮化物，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约573nm范围内的主波长，且Duv在约0.000至-0.019范围内。
53.权利要求48的复合光源，其中所述宽红色降频转换体为具有在约660nm至约680nm范围内的峰波长的宽红色氮化物，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约568nm范围内的主波长，且Duv在约-0.005至约-0.014范围内。
54.权利要求48的复合光源，其中所述宽红色降频转换体为具有约680nm峰波长的宽红色氮化物，所述YAG:Ce磷光体具有约559nm的主波长，且Duv为约-0.010。
55.权利要求38的复合光源，其中所述复合光源发射色光谱，所述色光谱包括由蓝色光源发射的蓝色波长范围部分、由黄-绿色石榴石磷光体发射的黄色波长范围部分和由宽红色降频转换体发射的红色波长范围部分；其中与黑体光谱相比，该色光谱包括在黄色波长范围部分内的阻抑，其中在黄色波长范围部分内的阻抑为约570nm至600nm。
56.权利要求38的复合光源，其中所述复合光源具有在约2500开尔文(K)至约3200K范围内的相关色温(CCT)。
57.权利要求38的复合光源，其进一步包含放置在所述至少一种蓝色光源、至少一种黄-绿色石榴石磷光体和至少一种宽红色降频转换体上的钕滤光体，使得复合光源发射的大部分或全部光通过滤光体。
58.一种复合光源，其包含：
具有在约400纳米(nm)至约460nm范围内的峰波长的至少一种蓝色光源；
至少一种YAG:Ce磷光体；和
至少一种宽红色氮化物磷光体；
其中复合光源的色貌表示为
，
其中Duv是复合光源白度的度量，Peak Nit 为至少一种宽红色氮化物磷光体的峰波长，且Dom YAG 为至少一种YAG:Ce磷光体的主波长。
59.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
60.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
61.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
62.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源的色貌表示为
。
63.权利要求58的复合光源，其中所述至少一种宽红色氮化物磷光体具有在约610nm和约680nm范围内的峰波长。
64.权利要求58的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含固态光源。
65.权利要求64的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含以下至少之一：半导体发光二极管(LED)光源、有机发光二极管(OLED)光源和聚合物发光二极管光源。
66.权利要求58的复合光源，其进一步包含至少一种不同于YAG:Ce磷光体的黄-绿色石榴石磷光体。
67.权利要求58的复合光源，其中所述至少一种YAG:Ce磷光体具有约559nm至约574nm范围内的主波长。
68.权利要求58的复合光源，其中所述至少一种YAG:Ce磷光体具有在约110nm至约115nm范围内的半峰全宽(FWHM)。
69.权利要求58的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体由通式CaAlSiN3:Eu2+表示。
70.权利要求58的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体具有在约630nm至约680nm范围内的峰波长，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约573nm范围内的主波长，且Duv在约0.000至-0.019范围内。
71.权利要求58的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体具有在约660nm至约680nm范围内的峰波长，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约568nm范围内的主波长，且Duv在约-0.005至约-0.014范围内。
72.权利要求58的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体具有约680nm的峰波长，所述YAG:Ce磷光体具有约559nm的主波长，且Duv为约-0.010。
73.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源发射色光谱，所述色光谱包括由蓝色光源发射的蓝色波长范围部分、由YAG:Ce磷光体发射的黄色波长范围部分和由宽红色氮化物磷光体发射的红色波长范围部分；其中与黑体光谱相比，该色光谱包括在黄色波长范围部分内的阻抑，其中在黄色波长范围部分内的阻抑为约570nm至600nm。
74.权利要求58的复合光源，其中所述复合光源具有在约2500开尔文(K)至约3200K范围内的相关色温(CCT)。
75.权利要求58的复合光源，其进一步包含放置在所述至少一种蓝色光源、至少一种YAG:Ce磷光体和至少一种宽红色氮化物磷光体上的钕滤光体，使得复合光源发射的大部分或全部光通过滤光体。
76.一种复合光源，其包含：
至少一种具有在约400纳米(nm)至约460nm范围内的峰波长的蓝色光源；
至少一种黄-绿色石榴石磷光体；
至少一种窄红色降频转换体；和
至少一种宽红色降频转换体；
其中所述复合光源具有至少120的照明偏好指数(LPI)。
77.权利要求76的复合光源，其中LPI为至少125。
78.权利要求76的复合光源，其中LPI为至少130。
79.权利要求76的复合光源，其中LPI为至少135。
80.权利要求76的复合光源，其中LPI为至少140。
81.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体光源具有在约610nm至约660nm范围内的峰波长。
82.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种宽红色降频转换体光源具有在约610nm和约680nm范围内的峰波长。
83.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含固态光源。
84.权利要求83的复合光源，其中所述至少一种蓝色光源包含以下至少之一：半导体发光二极管(LED)光源、有机发光二极管(OLED)光源和聚合物发光二极管光源。
85.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约559nm至约574nm范围内的主波长。
86.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体具有在约110nm至约115nm范围内的半峰全宽(FWHM)。
87.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种黄-绿色石榴石磷光体为YAG:Ce磷光体。
88.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种窄红色降频转换体包含磷光体降频转换体和量子点降频转换体至少之一。
89.权利要求88的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS。
90.权利要求76的复合光源，其中所述至少一种宽红色降频转换体包含磷光体降频转换体和量子点降频转换体至少之一。
91.权利要求90的复合光源，其中所述宽红色降频转换体为宽红色氮化物磷光体。
92.权利要求91的复合光源，其中所述宽红色氮化物磷光体由通式CaAlSiN3:Eu2+表示。
93.权利要求87的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述宽红色降频转换体为具有在约620nm至约680nm范围内的峰波长的宽红色氮化物磷光体，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约572nm范围内的主波长，且Duv在约0.000至-0.018范围内。
94.权利要求87的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述宽红色降频转换体为具有在约660nm至约680nm范围内的峰波长的宽红色氮化物磷光体，所述YAG:Ce磷光体具有在约559nm至约566nm范围内的主波长，且Duv在约-0.008至约-0.012范围内。
95.权利要求87的复合光源，其中所述窄红色降频转换体为PFS，所述宽红色降频转换体为具有约680nm峰波长的宽红色氮化物磷光体，所述YAG:Ce磷光体具有约559nm的主波长，且Duv为约-0.010。
96.权利要求76的复合光源，其中所述复合光源发射色光谱，所述色光谱包括由蓝色光源发射的蓝色波长范围部分、由黄-绿色石榴石磷光体发射的黄色波长范围部分和由窄红色降频转换体和宽红色降频转换体发射的红色波长范围部分；其中与黑体光谱相比，该色光谱包括在黄色波长范围部分内的阻抑，其中在黄色波长范围部分内的阻抑为约570nm至600nm。
97.权利要求76的复合光源，其中所述复合光源具有在约2500开尔文(K)至约3200K范围内的相关色温(CCT)。
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