CN112075127B - 用于提供具有高显色性和生物效应的可调光的多通道系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于生成可调白光的系统。所述系统包括多个LED串，其生成落在红色、蓝色、绿色和青色区域内的色点，每个LED串分别由可控制驱动电路驱动，从而调节所生成的光的输出。通过组合由红色、蓝色、绿色和青色通道所生成的光来产生白光的方法。在CIE1931色度图颜色坐标基本相同的情况下生成具有不同EML的白色光点的方法。

Description

用于提供具有高显色性和生物效应的可调光的多通道系统
相关申请的交叉引用
本申请要求享有的以下美国临时专利申请的权益：2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,401；2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,404；2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,414；2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,423；以及2018年2月23日提交的美国临时专利申请No.62/634,798，其全部内容通过引用并入本文，如同在此充分阐述。
技术领域
本公开属于固态照明领域。具体地，本公开涉及提供具有高显色性能的可调白光的器件和方法。
背景技术
这种本领域已知的各种发光器件包括，例如白炽灯泡、荧光灯以及半导体发光器件(如发光二极管(LED))。
有多种资源可用来描述从发光器件发出的光，一种常用的资源是CIE1931(国际照明委员会)色度图。CIE1931色度图根据两个CIE参数x和y描绘了人类色彩感知。光谱色分布在轮廓空间的边缘周围，其中包括人眼感知到的所有色调。边界线表示光谱色的最大饱和度，内部则表示包括白光的较不饱和的颜色。该图还描绘了具有相关色温的普朗克轨迹，也称为黑体轨迹(BBL)，其表示色度坐标(即色点)，该色度坐标对应于在不同温度下来自黑体的辐射。因此，可以根据其相关色温(CCT)来描述在BBL上或附近产生光的光源。在一般照明通常使用1,800K到10,000K之间的CCT值的情况下，这些光源为人类观察者带来令人愉悦的“白光”。
显色指数(CRI)描述为指示由光源产生的光色效果。实际上，CRI是当物体用特定光源照明时相对于参考光源(通常是黑体辐射器或日光光谱)的物体表面颜色变化的相对度量。特定光源的CRI值越高，则光源就越好地呈现出其所照明的各种物体的颜色。
显色性能可以通过本领域已知的标准度量来表征。基于99个颜色评估样本(“CES”)的光源颜色再现，可以计算色彩保真度指数(Rf)和色彩饱和度指数(Rg)。99个CES提供了旨在实现光谱敏感度中性的统一的色彩空间覆盖范围，并提供与各种真实物体相对应的颜色样本。Rf值在0到100的范围内，表示与参考光源相比，光源显色的保真度。实际上，Rf是当物体用特定光源照明时相对于参考光源(通常是黑体辐射器或日光光谱)的物体表面颜色变化的相对度量。特定光源的Rf值越高，则光源就越好地呈现出其所照明的各种物体的颜色。色彩饱和度指数Rg评估与参考光源相比，光源对99个CES的饱和程度或饱和降低程度。
相对于传统的白炽灯或荧光灯，LED可能具有很高的功率效率。大多数LED基本上是单色的光源，表现为发出具有单色的光。因此,大多数LED发出的光的光谱功率分布紧密围绕“峰值”波长，如光电探测器所检测到的,该波长是LED的光谱功率分布或“发射光谱”达到最大的单个波长。LED通常具有约10nm至30nm的半峰全宽波长(full-width half-maximum wavelenght)范围，相对于人眼可见光的约380nm至800nm的较宽范围而言相对较窄。
为了使用LED来产生白光，包括两个或多个LED的LED灯已经提供，每个LED发出不同颜色的光。不同的颜色组合以产生期望的白光的强度和/或颜色。例如，通过同时激励红色、绿色和蓝色LED，所产生的组合光可能呈现白色或接近白色，这取决于例如红色、绿色和蓝色LED光源的相对强度、峰值波长和光谱功率分布。由于远离LED的峰值波长的区域中的光谱功率分布存在间隙，因此红色、绿色和蓝色LED的总发射通常为一般照明应用提供较差的显色性。
白光也可以通过利用一种或多种发光材料(例如荧光体)将由一个或多个LED发射的一些光转换为一种或多种其他颜色的光来产生。LED发出的未被发光材料转换的光与发光材料发出的其他颜色的光的组合会产生白色或接近白色的光。
可以发射具有在一定范围内的不同CCT值的白光的LED灯已经提供。此类灯利用两个或多个具有或不具有发光材料的LED，通过增大或减小其各自的驱动电流以增大或减小每个LED发出的光量。通过可控地改变灯中各种LED的功率，可以将发出的全部光调整为不同的CCT值。可提供足够显色值和效率的CCT值范围受LED选择的限制。
白色人工照明发出的光的光谱轮廓会影响昼夜节律生理、机敏性和认知能力水平。明亮的人造光可用于多种治疗应用，例如治疗季节性情感障碍(SAD)、一些睡眠问题、抑郁、时差、帕金森氏病患者的睡眠障碍、与轮班工作相关的健康后果、以及人类生物钟的重置。人工照明可能会改变自然过程、干扰褪黑激素的产生或破坏昼夜节律节律。与其它有色相比，蓝色可能会通过破坏其生物过程来影响活生物体，而这些生物过程可能依赖于日光和黑暗的自然循环。傍晚和晚上暴露在蓝色下可能对人的健康有害。较低波长的一些蓝色或宝蓝色可能会对人的眼睛和皮肤造成危害，例如对视网膜造成损害。
提供能够在各种CCT值范围内提供白光，同时实现高效率、高光通量、良好的显色性和可接受的颜色稳定性的LED灯仍然面临着巨大的挑战。提供可提供理想的照明性能，并且同时允许控制昼夜节律能量性能的照明设备也是一个挑战。
发明内容
该本公开提供了半导体发光器件的各个方面，所述半导体发光器件包括第一、第二、第三和第四LED串，每个LED串包括一个或多个具有关联发光介质的LED，其中第一、第二、第三和第四LED串及其关联发光介质可以分别组成红色、蓝色、绿色以及青色通道，在CIE1931色度图的红、蓝、绿以及青色区域内分别产生第一、第二和第三和第四不饱和色点。所述器件还包括控制电路，该控制电路可配置为调整由第一、第二、第三和第四不饱和光的组合产生的第五不饱和光的第五色点，其中第五色点落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上。所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：Rf大于或等于约85，Rg大于或等于约90并且小于或等于约110，或两者皆有。所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在1800K和10000K之间的点，Ra大于或等于约90，沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，R9大于或等于约70，或两者皆有。所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在2000K和10000K之间的大于或等于90％的点，R9大于或等于约80。所述器件配置为产生与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有以下的一个或多个以下的EML：沿相关色温低高于约2100K的点的大于或等于约0.5的EML、沿相关色温高于约2400K的点的大于或等于约0.6的EML、沿相关色温高于约3000K的点的大于或等于约0.75的EML、沿相关色温高于约4000K的点的大于或等于约1.0的EML以及沿相关色温高于约6000K的点的大于或等于约1.2的EML。所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：R13大于或等于约94，R15大于或等于约88，或两者皆有。蓝色区域可以包括由一条线限定的CIE1931色度图上的区域，所述线连接普朗克轨迹(普朗克轨迹从4000K开始)的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹。红色区域可以包括由光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域，光谱轨迹在1600K的恒定CCT线和紫色线之间，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。绿色区域可以包括由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。绿色区域包括由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的约65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定的区域。青色区域可以包括由连接普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定的CIE1931色度图上的区域。青色区域可以包括由中心位于CCT为5600K的普朗克轨迹之上的约46点的41阶MacAdam椭圆限定的CIE1931色度图上的区域。一个或多个红色、蓝色和绿色以及青色通道的光谱功率分布可以落在表1和表2所示的最小和最大范围内。红色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的红色谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。蓝色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。绿色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。青色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。一个或多个在第四LED串中的LED可以具有在约480nm到约505nm之间的峰值波长。一个或多个在第一、第二和第三LED串中的LED可以具有在约430nm至约460nm之间的峰值波长。
在一些方面，本公开提供了产生白光的方法，所述方法包括提供第一、第二、第三和第四LED串，每个LED串包括具有关联发光介质的一个或多个LED，其中第一、第二、第三和第四LED串及其关联发光介质可以分别组成红色、蓝色、绿色和青色通道，分别产生具有在CIE1931色度图的红、蓝、绿和青色区域内的色点的第一、第二、第三和第四不饱和光，所述方法还包括提供控制电路，该控制电路配置为调整由第一、第二、第三和第四不饱和光的组合产生的第五不饱和光的第五色点，其中第五色点落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上，生成两个或多个第一、第二、第三和第四不饱和光，并且组合两个或多个生成的不饱和光以产生第五不饱和光。
在一些方面，本公开提供了通过在本文中描述的半导体发光器件的生成白光的方法。在一些实施方式中，可使用不同的工作模式来生成白光。在某些实施方式中，可以在不同的工作模式下产生具有相似的CCT值的基本上相同的白光点，每个工作模式利用本公开的蓝色，红色，绿色和青色通道的不同组合。在一些实施方式中，两种工作模式包括使用器件的包括使用蓝色、红色和绿色通道的第一工作模式，以及使用蓝色、红色和青色通道的第二工作模式。在某些实施方式中，在第一工作模式和第二工作模式之间进行切换可以在色度图1931上以基本相同的色点生成白光时，使EML增加约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％或约60％，同时提供在约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9或约10内的Ra值。在一些实施方式中，在第一工作模式下产生的光和在第二工作模式下产生的光可以在颜色匹配(SDCM)的大约1.0标准差之内。在一些实施方式中，在第一工作模式下产生的光和在第二工作模式下产生的光可以在颜色匹配(SDCM)的大约0.5标准差之内。
如所附权利要求书中所限定的，一般的公开内容和随后的进一步公开内容仅是示例性和说明性的，并不作为本公开的限制。鉴于本文提供的细节，本公开的其它方面对于本领域技术人员将是显而易见的。在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记表示对应的部件。如同在此充分阐述，所有标注和注释在此通过引用并入本文。
附图说明
当结合附图阅读时，将进一步理解本发明内容以及以下的具体实施方式。为了阐述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式；然而，本公开不限于所公开的特定方法、组合和器件。此外，附图不一定按比例绘制。在附图中：
图1示出了根据本公开的发光器件的各方面；
图2示出了根据本公开的发光器件的各方面；
图3示出了CIE1931色度图的曲线图，其示出了普朗克轨迹的位置；
图4A-4F示出了根据本公开的发光器件的一些方面，包括用于由器件的组件产生的光的一些合适的颜色范围；
图5示出了根据本公开的发光器件的一些方面，包括用于由器件的组件产生的光的一些合适的颜色范围；
图6示出了根据本公开的发光器件的一些方面，包括用于由器件的组件产生的光的一些合适的颜色范围；
图7A-7F示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图8A-8E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图9A-9E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图10A-10E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图11A-11E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图12A-12E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图13A-13E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；
图14A-14F示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表；以及
图15A-15E示出了本公开的实施方式的光的显色性能特性和度量的数据表。
如同在此充分阐述，附图中的所有描述和标注在此通过引用并入本文。
具体实施方式
通过参考以下结合附图和实施方式(形成本公开的一部分)的详细描述，可以更容易地理解本公开。应该理解，本公开并不限于在本文中描述的和/或示出的具体的器件、方法、应用、情况或参数，并且在本文中所使用的术语仅是出于以示例的方式描述具体的实施方式的目的，而不是意在对所要求保护的本公开作出限制。此外，如在包括所附权利要求的说明书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数，并且除非上下文另有明确指示，否则对具体数值的引用至少包括该具体值。如在本文所使用的，该词“多个”意为多于一个。当表达值的范围时，另一示例的值包括从一个具体值和/或至另一具体值。同样地，当使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解的是，具体值形成另一个示例。所有范围都具有包含性和可组合性。
应当理解，为清楚起见，本文在单独示例的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个示例性实施方式中组合提供。相反，为简洁起见，在单个示例性实施方式的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合来提供。此外，对在范围中陈述的值的引用包括该范围内的每个值。
一方面，本公开提供了半导体发光器件100，其可以具有多个发光二极管(LED)串。每个LED串可以具有一个或多于一个的LED。如图1示意性地示出，器件100可能包括一个或多个发光的LED串(101A/101B/101C/101D)(用箭头示意性地示出)。在一些情况下，LED串可以具有与其相关的受体发光介质(102A/102B/102C/102D)。从LED串发出的光与从受体发光介质发出的光结合，可以穿过一个或多个光学元件103。光学元件103可以是一个或多个漫射器、透镜、光导、反射元件或其组合。在一些实施方式中，可以提供一个或多个不带关联发光介质的LED串101A/101B/101C/101D。在另外的实施方式中，三个LED串101A/101B/101C中的每个都可设有关联发光介质，并且第四LED串101D可不具有关联发光介质。
受体发光介质102A、102B、102C或102D包括一个或多个发光材料，并且定位为接收由LED或其他半导体发光器件发射的光。在一些实施方式中，受体发光介质包括具有发光材料的层和透明的密封剂，在该具有发光材料的层中，所述发光材料直接涂覆或喷涂到半导体发光器件上或其封装表面上，并且透明的密封剂包括设置为部分覆盖或完全覆盖半导体发光器件的发光材料。受体发光介质可包括在其中混合一种或多种发光材料的一层介质层或类似介质层、多层堆叠的层或介质，每层堆叠的层或介质可包括一种或多种相同的或不同的发光材料，和/或多层间隔开的层或介质，每层间隔开的层或介质可包括相同的或不同的发光材料。合适的密封剂是本领域技术人员已知的，并且具有合适的光学、机械、化学和热学特性。在一些实施方式中，密封剂可包括二甲基硅氧烷、基硅氧烷、环氧树脂、丙烯酸和聚碳酸酯。在一些实施方式中，受体发光介质可以与LED或其封装表面在空间上隔离(即，位于远处)。在一些实施方式中，这样的空间隔离可以涉及至少约1mm、至少约2mm、至少约5mm或至少约10mm的距离的隔离。在某些实施例中，在空间上隔离的发光介质和一个或多个电激活的发射体之间的传导性热连通并不重要。发光材料可以包括荧光体、闪烁体、日光发光带、纳米荧光体、在光的照射下在可见光谱中发光的油墨、半导体量子点或其组合。在一些实施方式中，发光材料可以包括包含以下一种或多种材料的荧光体：BaMg2Al16O27:Eu2+、BaMg2Al16O27:Eu2+、Mn2+、CaSiO3:Pb,Mn、CaWO4:Pb、MgWO4、Sr5Cl(PO4)3:Eu2+、Sr2P2O7:Sn2+、Sr6P5BO20:Eu、Ca5F(PO4)3:Sb、(Ba,Ti)2P2O7:Ti、Sr5F(PO4)3:Sb、Mn、(La,Ce,Tb)PO4:Ce,Tb、(Ca,Zn,Mg)3(PO4)2:Sn、(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn、Y2O3:Eu3+、Mg4(F)GeO6:Mn、LaMgAl11O19:Ce、LaPO4:Ce、SrAl12O19:Ce、BaSi2O5:Pb、SrB4O7:Eu、Sr2MgSi2O7:Pb、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Eu、Gd2O2S:Pr、Gd2O2S:Pr、Ce、F、Y2O2S:Tb、Y2O2S:Eu、Y2O2S:Pr、Zn(0.5)Cd(0.4)S:Ag、Zn(0.4)Cd(0.6)S:Ag、Y2SiO5:Ce、YAlO3:Ce、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、CdS:In、ZnO:Ga、ZnO:Zn、(Zn,Cd)S:Cu,Al、ZnCdS:Ag、Cu、ZnS:Ag、ZnS:Cu、NaI:Tl、CsI:Tl、6LiF/ZnS:Ag、6LiF/ZnS:Cu、Al、Au、ZnS:Cu、Al、ZnS:Cu、Au、Al、CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、Lu3Al5O12:Ce、Eu3+(Gd0.9Y0.1)3Al5O12:Bi3+、Tb3+、Y3Al5O12:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+、Ca2AlSi3O2N5:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、Si6-zAlzN8-zOz:Eu(其中0<z≦4.2)；M3Si6O12N2:Eu(其中M＝碱土金属元素)、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu、Sr4Al14O25:Eu、(Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu、(Sr,Ba)Al2Si2O8:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)9(Sc,Y,Lu,Gd)2(Si,Ge)6O24:Eu、Y2SiO5:CeTb、Sr2P2O7—Sr2B2O5:Eu、Sr2Si3O8-2SrCl2:Eu、Zn2SiO4:Mn、CeMgAl11O19:Tb、Y3Al5O12:Tb、Ca2Y8(SiO4)6O2:Tb、La3Ga5SiO14:Tb、(Sr,Ba,Ca)Ga2S4:Eu、Tb、Sm、Y3(Al,Ga)5O12:Ce、(Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Ca3(Sc,Mg,Na,Li)2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Eu活化的β-Sialon、SrAl2O4:Eu、(La,Gd,Y)2O2S:Tb、CeLaPO4:Tb、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu、Au、Al、(Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3:Ce、Tb、Na2Gd2B2O7:Ce、Tb、(Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6:K、Ce、Tb、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Mn、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4:Eu、(Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu、Mn、M3Si6O9N4:Eu、Sr5Al5Si21O2N35:Eu、Sr3Si13Al3N21O2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(La,Y)2O2S:Eu、(Y,La,Gd,Lu)2O2S:Eu、Y(V,P)O4:Eu、(Ba,Mg)2SiO4:Eu、Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、Mn、LiW2O8:Eu、LiW2O8:Eu、Sm、Eu2W2O9、Eu2W2O9:Nb和Eu2W2O9:Sm,(Ca,Sr)S:Eu、YAlO3:Eu、Ca2Y8(SiO4)6O2:Eu、LiY9(SiO4)6O2:Eu、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Tb,Gd)3Al5O12:Ce、(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu、(Mg,Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、Mn、Eu,Ba3MgSi2O8:Eu、Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8:Eu、Mn、(k-x)MgO.xAF2.GeO2:yMn4+(其中k＝2.8-5，x＝0.1-0.7，y＝0.005-0.015、A＝Ca、Sr、Ba、Zn或其混合物)、Eu活化的α-Sialon、(Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu、Bi、(Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu、Bi、(Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu,Bi、SrY2S4:Eu、Ce、CaLa2S4:Ce、Eu、(Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu、Mn、(Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu、Mn、(Y,Lu)2WO6:Eu、Ma、(Ba,Sr,Ca)xSiyNz:Eu、Ce(其中x，y和z为等于或大于1的整数)、(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH):Eu、Mn、((Y,Lu,Gd,Tb)1-x-yScxCey)2(Ca,Mg)(Mg,Zn)2+rSiz- qGeqO12+δ,SrAlSi4N7、Sr2Al2Si9O2N14:Eu、M1 aM2 bM3 cOd(其中M1＝至少包括Ce的活化元素、M2＝二价金属元素、M3＝三价金属元素，0.0001≦a≦0.2，0.8≦b≦1.2，1.6≦c≦2.4和3.2≦d≦4.8)、A2+xMyMnzFn(其中A＝Na和/或K；M＝Si和Al，并且-1≦x≦1，0.9≦y+z≦1.1，0.001≦z≦0.4和5≦n≦7)、KSF/KSNAF、或(La1-x-y,Eux,Lny)2O2S(其中0.02≦x≦0.50和0≦y≦0.50，Ln＝Y3+、Gd3+、Lu3+、Sc3+、Sm3+或Er3+)。在一些优选的实施方式中，发光材料可以包括包含以下一种或多种材料的荧光体：CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、BaMgAl10O17:Eu、(Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4:Eu、β-SiAlON、Lu3Al5O12:Ce、Eu3+(Cd0.9Y0.1)3Al5O12:Bi3+,Tb3+、Y3Al5O12:Ce、La3Si6N11:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+、Ca2AlSi3O2N5:Ce3+、Eu2+、Ca2AlSi3O2N5:Eu2+、BaMgAl10O17:Eu2+、Sr4.5Eu0.5(PO4)3Cl或M1 aM2 bM3 cOd(其中其中M1＝包括Ce的活化剂元素，M2＝二价金属元素，M3＝三价金属元素，0.0001≤a≤0.2，0.8≤b≤1.2，1.6≤c≤2.4和3.2≤d≤4.8)。在另外的优选的实施方式中，发光材料可以包括包含以下一种或多种材料的荧光体：CaAlSiN3:Eu、BaMgAl10O17:Eu、Lu3Al5O12:Ce或Y3Al5O12:Ce。
本发明的一些实施方式涉及固态发射器封装的使用。固态发射器封装通常包括至少一个封装在封装元件中以提供环境和/或机械保护、颜色选择和聚光的固态发射器芯片，以及实现与外部电路进行电连接的电引线、触点或迹线。密封剂材料，可选地包括发光体材料，可以设置在固态发射器封装中的固态发射器上。可以在单个封装中提供多个固态发射器。包括多个固态发射器的封装可以包括以下至少之一：配置成将功率传导至固态发射器的单个引线框架、配置成反射从每个固态发射器发出的光的至少一部分的单个反射器、支撑每个固态发射器的单个底座、以及配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。固态封装(例如，串联布线)中的各个LED或各个LED组可分别控制。如图2示意性地示出，多个固态封装200可设置在单个半导体发光器件100中。各个固态发射器封装或各个固态发射器封装的组(例如，串联布线)可分别控制。可以通过利用本领域技术人员已知的控制元件将驱动电流独立地施加到相关组件来提供对各个发射器、各个发射器组、各个封装或各个封装的组的分别控制。在一个实施方式中，至少一个控制电路201可包括电流供给电路，该电流供给电路配置成将导通状态驱动电流应用到每个单独的固态发射器、单独的固态发射器的组、单独的固态发射器封装或单独的固态发射器封装的组。这样的控制可以响应于控制信号(可选地包括至少一个设置成感测电、光和/或热的特性和/或环境条件的传感器202)，并且控制系统203可以配置为选择性地将一个或多个控制信号提供到至少一个电流供给电路。在各个实施方式中，不同电路或不同电路部分的电流可以是预先设置的、用户定义的或响应于一个或多个输入或其他控制参数。半导体发光器件的设计和制造对于本领域技术人员是众所周知的，因此将省略其进一步的描述。
图3示出了国际照明委员会(CIE)1931色度图。CIE1931色度图是一个二维色度空间，其中每个可见颜色都由具有x和y坐标的点表示。完全饱和的(单色)颜色出现在该图的外部边缘，而饱和度较小的颜色(代表波长的组合)出现在该图的内部。如在本文所使用的，术语“饱和的”是指具有至少85％的纯度，术语“纯度”对于本领域技术人员而言是众所周知的含义，并且计算纯度的方法对于本领域技术人员是众所周知的。随着黑体的温度从大约1000K变为10,000K，普朗克轨迹或黑体轨迹(BBL)(由图上的线150表示)遵循白炽黑体在色度空间中呈现的颜色。黑体轨迹从低温(约1000K)的深红色变成橙色、淡黄白色、白色，最后在非常高的温度下变成蓝白色。与色度空间中的特定颜色相对应的黑体辐射器的温度称为“相关色温”。通常，将对应于约2700K至约6500K的相关色温(CCT)的光视为“白”光。具体地，如在本文中所使用的，“白光”通常是指具有位于黑体轨迹上具有2700K和6500K之间的CCT的点的10阶MacAdam椭圆内的色度点的光。然而，应该理解，如果需要，可以使用更严格或更宽松的白光定义。例如，白光可指具有位于黑体轨迹上具有2700K和6500K之间的CCT的点的7阶MacAdam椭圆内的色度点的光。距黑体轨迹的距离可以在CIE1960色度图中测量，并用符号Δuv或DUV表示。如果色度点在普朗克轨迹之上，则DUV用正数表示；如果色度点低于所述轨迹，则DUV用负数表示。如果DUV充分是正数，则在同一CCT下光源可能会呈现淡绿色或淡黄色。如果DUV充分是负数，则在同一CCT下光源可能会呈现紫色或淡粉色。对于特定的CCT值，观察者可能更喜欢普朗克轨迹上方或下方的光线。DUV计算方法是本领域普通技术人员众所周知的，并且在ANSI C78.377(美国电灯国家标准—固态照明(SSL)产品的色度规范)中进行了更全面的描述，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。图表上还示出了代表CIE标准光源D65的点。D65光源旨在表示平均日光并且具有约为6500K的CCT，以及光谱功率分布在联合ISO/CIE标准，ISO 10526：1999/CIE S005/E-1998，CIE比色法标准照明剂中有更全面的描述。
通过光源发出的光可由色度图上的点表示，例如CIE1931色度图，其具有在图的X-Y轴上表示为(ccx，ccy)的颜色坐标。色度图上的区域可表示具有相似色度坐标的光源。
光源在照明对象中准确再现颜色的能力可以使用显色指数(“CRI”)(也称为CIERa值)来表征。光源的Ra值是当照明八个参考颜色R1-R8时，照明系统的颜色再现能力的相对测量值相比于参考黑体辐射器或日光光谱的相对测量值的修正平均值。因此，Ra值是当用特定的灯照明时物体表面颜色变化的相对量度。如果由照明系统照射的一组测试颜色的颜色坐标与由等效CCT的参考光源照射的相同测试颜色的坐标相同，则Ra值等于100。对于小于5000K的CCT，在CRI计算过程中使用的参考光源是黑体辐射器的SPD；对于超过5000K的CCT，使用根据日光数学模型计算出的虚拟SPD。选择这些参考源分别近似于白炽灯和日光。日光通常具有接近100的Ra值，白炽灯泡的Ra值约为95，荧光灯的Ra值通常约为70至85，而单色源的Ra值基本上为零。通常认为Ra值小于50的一般照明应用的光源非常差，并且通常仅在由于经济问题排除其他替代方案的情况下的应用中使用。CIE Ra值的计算在1995年国际照明委员会的技术报告中有更详细的描述，该技术报告为：Commission Internationalede l'éclairage.1995.Technical Report:Method of Measuring and SpecifyingColour Rendering Properties of Light Sources,CIE No.13.3-1995.Vienna,Austria:Commission Internationale de l'éclairage，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。除了Ra值外，还可以根据光源对7种其他颜色R9-R15的显色能力来评估光源，这些颜色分别包括红色、黄色、绿色、蓝色、白种人肤色(R13)、树叶绿和黄种人肤色(R15)。通过R9显色值(“R9值”)可以表达呈现饱和红色参考色R9的能力。通过计算全色域指数(“GAI”)可以进一步评估光源。通过确定二维空间中CIE Ra值来连接显色点，将形成一个色域区域。使用CRI相同的一组颜色，将光源形成的色域面积除以参考光源形成的色域面积，即可计算出全色域指数。GAI使用等能量光谱作为参考源，而不是黑体辐射器。通过使用由黑体辐射器在与光源等效的CCT下形成的色域面积，可以计算与黑体辐射器(“GAIBB”)有关的全色域指数。
光源准确再现所照明物体的颜色的能力可以用描述在以下参考文件的度量标准来表征：IES Methodfor Evaluating Light Source Color Rendition,IlluminatingEngineering Society,Product ID:TM-30-15(本文称为“TM-30-15标准”),其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。基于99个颜色评估样本(“CES”)的光源颜色再现，可以计算色彩保真度指数(Rf)和色彩饱和度指数(Rg)。99个CES提供了旨在实现光谱敏感度中性的统一的色彩空间覆盖范围，并提供与各种真实物体相对应的颜色样本。Rf值在0到100的范围内，表示与参考光源相比，光源显色的保真度。Rg值提供了光源相对于参考光源提供的色域的度量。Rg的范围取决于所测试光源的Rf值。参考光源根据CCT选择。对于小于或等于4500K的CCT值，则使用普朗克辐射。对于大于或等于5500K的CCT值，则使用CIE日光光源。在4500K和5500K之间，则根据以下公式按比例混合普朗克辐射和CIE日光光源：其中Tt为CCT值，Sr，M(λ，Tt)为按比例混合的参考光源,Sr，P(λ，Tt)为普朗克辐射，以及Sr，D(λ，Tt)为CIE日光光源。
昼夜节律节律照度(CLA)是对昼夜节律节律有效光、入射角膜的光的光谱辐照度分布和CS的量度，其中加权入射角膜的光的光谱辐照度分布以反映通过暴露一小时后急性褪黑素抑制所测量的人的昼夜节律节律系统的光谱灵敏度，CS是从阈值(CS＝0.1)到饱和度(CS＝0.7)的角膜光谱加权辐照度的有效性。对CLA的值进行缩放，使得产生1000lux(视觉lux)的2856K的白炽光源(称为CIE光源A)产生1000单位的昼夜节律节律lux(CLA)。CS值是转换后的CLA值，对应于在褪黑素产生的中点期间对2.3mm直径的瞳孔曝光一小时后的相对褪黑素抑制。CS根据计算。CLA的计算在以下参考文件有更详细的描述：Rea et al.,“Modelling the spectral sensitivity ofthe human circadiansystem,”Lighting Research and Technology,2011；0:1–12,and Figueiro et al.,“Designing with Circadian Stimulus”,October2016,LD+AMagazine,IlluminatingEngineering Society ofNorthAmerica，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。Figueiro等人描述，在一天的早期至少在一小时内，眼睛暴露于0.3或更大的CS下可以有效地刺激昼夜节律节律系统，并且可以改善睡眠，以及改善行为和情绪。
视黑素等效勒克斯法(EML)提供了对人体昼夜节律节律和神经生理学光反应的光感受输入的量度，如以下所述：Lucas et al.,“Measuring and using light in themelanopsin age.”Trends in Neurosciences,Jan 2014,Vol.37,No.1,pages 1-9，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。基于32岁的标准观察者，将视黑素勒克斯(Melanopiclux)加权为具有通过预受体滤波(pre-receptoral filtering)的λmax为480nm的光色素，如在以下参考文件中更详细地描述：附录A，Lucas et al.(2014),User Guide:IrradianceToolbox(Oxford 18th October 2013),University ofManchester,Lucas Group的补充数据，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。
蓝色危害(BLH)提供了一种因辐射暴露而导致光化学性视网膜损伤的潜在度量。蓝色危害在以下参考文件中描述：IEC/EN 62471,Photobiological Safety of Lamps andLamp Systems and Technical Report IEC/TR 62778:Application of IEC 62471forthe assessment of blue light hazard to light sources and luminaires，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。BLH因子可以以(加权功率/lux)表示，单位为μW/cm2/lux。
在一些方面，本公开涉及提供具有特定视觉能量和昼夜节律能量性能的光的照明器件和方法。本领域已知许多品质因数，其中一些在以下参考文件中有描述：Ji Hye Oh,SuJi Yang and Young Rag Do,“Healthy,natural,efficient and tunable lighting:four-package white LEDs for optimizing the circadian effect,color quality andvisionperformance,”Light:Science&Applications(2014)3:e141-e149，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。光视效能(“LER”)可以通过光通量与辐射通量之比(S(λ))来计算，即通过以下公式来评估光源的光谱功率分布：辐射的昼夜节律节律效率(“CER”)可以通过昼夜节律节律光通量与辐射通量的比值来计算，公式如下：昼夜节律节律因子(“CAF”)可由CER与LER的比值定义，公式如下：术语“blm”是指生物流明，用于测量昼夜节律节律通量的单位，也称为昼夜节律节律流明。术语“lm”是指视觉流明。V(λ)是可见光谱的光谱效率函数，C(λ)是昼夜节律节律的光谱灵敏度函数。本文中的计算所使用的昼夜节律节律的光谱敏感度函数C(λ)来自以下参考文件：Gall et al.,Proceedings of the CIE Symposium2004on Light and Health:Non-Visual Effects,30September–2October2004；Vienna,Austria 2004.CIE:Wien,2004,pp129–132,其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。通过在昼夜节律的光谱灵敏度函数内积分光量(毫瓦)并将该值除以视觉流明(photopiclumens)数，可以得到特定光源褪黑素抑制效果的相对量度。缩放的相对测量值表示为褪黑激素抑制的毫瓦每百流明，可以通过将视觉流明除以100得到。在整个本申请以及附图中使用与前述计算方法一致的术语“褪黑激素抑制的毫瓦每百流明”。
光源提供用以进行紫绀的临床观察的照明的能力取决于光源在可见光谱的红色部分(尤其是660nm附近)的光谱功率密度。紫绀观察指数(COI)由以下文件限定：AS/NZS1680.2.5Interior Lighting Part 2.5:Hospital and Medical Tasks,StandardsAustralia,1997，其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。COI可用于约3300K至约5500K的CCT，并且其值最好小于约3.3。如果光源在660nm附近的输出太低，则患者的肤色可能会变暗，并可能被误诊为发绀。如果光源在660nm处的输出过高，则可能会掩盖任何发绀，并且其在存在时可能无法诊断。COI是无量纲的数，由光源的光谱功率分布计算得出。通过计算在50％和100％的氧饱和度下，在测试光源下观察到的血液与在参考灯(4000K普朗克光源)下观察到的血液之间的色差并将结果取平均值，从而计算出COI值。COI值越低，在所考虑的光源照射下，颜色外观的变化越小。
光源准确再现所照明物体的颜色的能力可以通过电视照明一致性指数(“TLCI-2012”或“TLCI”)的值Qa来表征，如下参考文件所详细描述：EBU Tech 3355,Method forthe Assessment of the Colorimetric Properties of Luminaires,EuropeanBroadcasting Union(“EBU”),Geneva,Switzerland(2014),and EBU Tech 3355-s1,AnIntroduction to Spectroradiometry，通过引用将其全部内容包括所有附录并入本文，并用于所有目的。TLCI将测试光源与参考光源进行比较，该参考光源指定为其色度落在普朗克轨迹或日光轨迹上，并且具有色温为测试光源CCT的参考光源。如果CCT小于3400K，则假定为普朗克辐射器。如果CCT大于5000K，则假定为日光辐射器。如果CCT在3400K和5000K之间，则假定为混合光源，其为3400K的普朗克和5000K的日光之间的线性插值。因此，有必要计算普朗克辐射器和日光辐射器的光谱功率分布。两种运算的数学方法都是本领域已知的，并且在以下技术报告中有更全面的描述：CIE Technical Report 15:2004,Colorimetry 3rd ed.,International Commission on Illumination(2004),其通过引用全文纳入本文并用于所有目的。
在一些示例性实施方式，本公开提供了包括多个LED串的半导体发光器件100，其中每个LED串具有包括发光材料的受体发光介质。每串中的LED和每串中的发光介质一起发出的不饱和光的色点在CIE1931色度图中的颜色范围内。CIE1931色度图中的“颜色范围”是指定义一组颜色坐标(ccx，ccy)的有界区域。
在一些实施方式中，器件100设有四个LED串(101A/101B/101C/101D)。一个或多个LED串可以具有受体发光介质(102A/102B/102C/102D)。第一LED串101A和第一发光介质102A一起可以发出具有在蓝色范围内的第一色点的第一光。第一LED串101A和第一发光介质102A的组合在本文中也称为“蓝色通道”。第二LED串101B和第二发光介质102B一起可以发出具有在红色范围内的第二色点的第二光。第二LED串101B和第二发光介质102B的组合在本文中也称为“红色通道”。第三LED串101C和第三发光介质102C一起可以发射具有在绿色范围内的第三色点的第三光。第三LED串101C和第三发光介质102C的组合在本文中也称为“绿色通道”。第四LED串101D和第四发光介质102D一起可以发射具有在青色范围内的第四色点的第四光。第四LED串101D和第四发光介质102D的组合在本文中也称为“青色通道”。
第一、第二、第三和第四LED串101A/101B/101C/101D可设为独立地应用于导通状态驱动电流，用于调节由每串LED以及发光介质一起产生的第一、第二、第三和第四不饱和光。通过以受控方式改变驱动电流，可以调节从器件100发射的总光的颜色色坐标(ccx，ccy)。在一些实施方式中，器件100可以提供具有不同光谱功率分布轮廓的在基本相同的颜色坐标下的光，这可以在相同的CCT下导致不同的光特性。在一些实施方式中，白光可以在从两个或三个LED串产生光的模式下产生。在一些实施方式中，白光仅使用第一、第二和第三LED串(即蓝色、红色和绿色通道)产生。在另一种实施方式中，白光使用第一、第二、第三和第四LED串(即蓝色、红色和绿色和青色通道)来产生。在其它实施方式中，白光可以使用第一、第二和第四LED串(即蓝色、红色和青色通道)产生。在一些实施方式中，在产生白光期间，只有两个LED串正在发光，因为另外两个LED串对于在具有所需显色性能的所需色点处产生白光不是必需的。在某些实施方式，可以在两种不同的工作模式(两个或多个通道的不同组合)中提供从器件发出的总光的基本相同的颜色坐标(ccx，ccy)，但是该颜色坐标(ccx，ccy)具有不同的显色性、昼夜节律或其他性能指标，使得用户可以根据需要选择所产生的光的功能特性。
图4-6描述了本公开的一些实施方式的合适的颜色范围。图4A描述了蓝色范围301A，该蓝色范围301A由连接普朗克轨迹(普朗克轨迹从4000K开始)的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹的线限定。图4B描述了红色范围302A，该红色范围302A由在1600K的恒定CCT线和紫色线之间的光谱轨迹限定，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。图4C描述了青色范围304A，该青色范围304A由连接到普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定。图4E描述了绿色范围303A，该绿色范围由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定。应当理解，对于颜色范围301A、302A、303A、304A，在所描述的边界中的任何间隙或开口都应当用直线封闭以连接相邻的端点，以为每个颜色范围限定封闭的边界。
在一些实施方式中，合适的颜色范围可以比上述颜色范围窄。图5描述了本公开的一些实施方式的一些合适的颜色范围。蓝色范围301B可以由CCT为20000K的60阶MacAdam椭圆限定，其比普朗克轨迹低40点。红色范围302B可以由CCT为1200K的20阶MacAdam椭圆限定，其比普朗克轨迹低20点。如图4F所示的绿色范围303B可以由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的约65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定。如图4D所示的青色范围304B可以由41阶MacAdam椭圆和普朗克轨迹限定，该41阶MacAdam椭圆在5600K的CCT处的普朗克轨迹之上的约46点居中。图6描绘了适合于本公开的一些实施方式的一些其他颜色范围。蓝色范围301C由CIE1931色度图上的多边形区域限定，该多边形区域由以下ccx，ccy颜色坐标限定：(0.22，0.14)，(0.19，0.17)，(0.26，0.26)，(0.28，0.23)。红色范围302C由CIE1931色度图上的多边形区域限定，该多边形区域由以下ccx，ccy颜色坐标限定：(0.53,0.41)，(0.59,0.39)，(0.63,0.29)，(0.58,0.30)。
在一些实施方式中，第一、第二、第三和第四LED串中的LED可以是峰值发射波长(peak emission wavelengths)等于或小于约535nm的LED。在一些实施方式中，LED发射峰值发射波长在约360nm至约535nm之间的光。在一些实施方式中，第一、第二、第三和第四LED串中的LED可以由InGaN半导体材料形成。在一些实施方式中，第一、第二和第三LED串可具有峰值波长在以下范围的LED：约405nm至约485nm之间、约430nm至约460nm之间、约430nm至约455nm之间、约430nm至约440nm之间、约440nm至约450nm之间、约440nm至约445nm之间，或约445nm至约450nm之间。在第一、第二、第三和第四LED串中使用的LED可具有在约10nm与约30nm之间的半峰全宽波长范围。在一些优选的实施方式中，第一、第二和第三LED串可包括一个或多个色区(colorbin)代码1、2、3、4、5或6的LUXEON Z Color Line宝蓝色LED(产品代码LXZ1-PR01)，或一个或多个色区代码1或2的LUXEON Z Color Line蓝色LED(LXZ1-PB01)(Lumileds Holding B.V.,Amsterdam,Netherlands)。在一些实施方式中，在第四LED串中使用的LED可以为具有以下峰值发射波长的LED：约360nm至约535nm之间、约380nm至约520nm之间、约470nm至约505nm之间、约480nm、约470nm、约460nm、约455nm、约450nm、或约445nm。也可以使用其他制造商例如OSRAM GmbH和Cree,Inc.的类似LED，只要它们具有合适值的峰值发射和半峰全宽波长。
在利用LED发出约360nm至约535nm之间的波长的基本饱和光的实施方式中，器件100可包括用于每个LED的合适的受体发光介质，以便产生具有在此描述的合适的蓝色范围301A-C、红色范围302A-C、绿色范围303A-C和青色范围304A-C的色点的光。由每个LED串发出的光，即从LED和关联受体发光介质一起发出的光，可具有光谱功率分布(SPD)，其光谱功率与可见光波长光谱上的功率之比为约380nm至约780nm。虽然不希望受到任何特定理论的束缚，但据推测，将此类LED与受体发光介质结合使用以在合适的颜色范围301A-C、302A-C、303A-B和304A-B中产生不饱和光可改善来自单个设备100的CCT预定范围内的白光显色性能。此外，虽然不希望受到任何特定理论的束缚，但据推测，将此类LED与受体发光介质结合使用以在合适的颜色范围301A-C、302A-C和303A-B和304A-B中产生不饱和光，从而为来自单个设备100的CCT预定范围内的白光提供改善的光的显色性能，具有更高的显色性能的同时提供更高的EML性能。表1和表2列出了四个LED灯串(101A/101B/101C/101D)和受体发光介质(102A/102B/102C/102D)发出的光的光谱功率分布比率的一些合适范围(如果提供)。这些表列出了波长范围内的光谱功率比率，其中为每个颜色范围选择了任意的参考波长范围，并将其归一化为100.0的值。表1和表2列出了在蓝色、绿色、红色和青色范围内的色点相对于值为100.0的归一化范围在各个范围内的光谱强度的合适的最小值和最大值。虽然不希望受到任何特定理论的束缚，但据推测，由于与利用更多饱和颜色的照明设备和方法相比，所产生的具有蓝色、青色和黄色/绿色颜色范围内的色点的光的光谱功率分布在可见光波长范围内包含更高的光谱强度，因此可以改善颜色R1-R8以外的测试颜色的显色。
在一些实施方式中，绿色通道可以具有某些频谱功率分布。表3列出了用于可以在本公开的一些实施方式中使用的绿色通道的波长范围内的光谱功率的比率，其中为绿色范围选择了任意参考波长范围，并将其归一化为100.0的值。示例性的绿色通道1具有ccx，cyy颜色坐标(0.3263，0.5403)和大约554nm的主波长。示例性的绿色通道2具有ccx，cyy颜色坐标(0.4482，0.5258)和大约573nm的主波长。示例性的绿色通道3具有ccx，cyy颜色坐标(0.5108，0.4708)和大约582nm的主波长。在某些实施方式中，绿色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。
在一些实施方式中，青色通道可以具有某些频谱功率分布。表3列出了用于青色通道的一些非限制性实施例的在波长范围内的光谱功率的比率，其中为青色范围选择了任意参考波长范围，并且将其标准化为值100.0。表5提供了表3的示例性青色通道的ccx，ccy颜色坐标和主波长。在某些实施方式中，青色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。
在一些实施方式中，红色通道可以具有某些频谱功率分布。表3和表4列出了用于可以在本公开的一些实施方式中使用的红色通道的波长范围内的光谱功率的比率，其中为红色范围选择了任意参考波长范围，并将其归一化为100.0的值。示例性的红色通道1具有ccx，cyy颜色坐标(0.5735,0.3007)和大约641nm的主波长示例性的红色通道2具有ccx，cyy颜色坐标(0.5842,0.3112)和大约625nm的主波长在某些实施方式中，红色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。
在一些实施方式中，蓝色通道可以具有某些频谱功率分布。表3和表4列出了用于可以在本公开的一些实施方式中使用的蓝色通道的波长范围内的光谱功率的比率，其中为蓝色范围选择了任意参考波长范围，并将其归一化为100.0的值。示例性的蓝色通道1具有ccx，cyy颜色坐标(0.252,0.223)和大约470nm的主波长。示例性的蓝色通道2具有ccx，cyy颜色坐标(0.2625,0.1763)和大约381nm的主波长。在某些实施方式中，蓝色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。
发光材料的混合物可用于发光介质(102A/102B/102C/102D)中，从而在由其各自的LED串(101A/101B/101C/101D)激发时产生具有所需的饱和色点的发光介质，LED串(101A/101B/101C/101D)包括例如在2016年1月28日提交的共同待审的名称为《Compositions for LED Light Conversions》的申请PCT/US2016/015318中公开的材料的发光材料，如同在此充分阐述，其全部内容通过引用并入本文。传统上，通过利用总发光材料与掺入它的密封剂材料的不同比例，可以沿着LED串输出光色点与关联受体发光介质的饱和色点之间的连接线产生所需组合输出光。在光路上增加发光材料的数量将使输出光色点移向发光介质的饱和色点。在某些实例中，可以通过按比例混合两种或多种发光材料来实现受体发光介质的所需饱和色点。可以通过本领域已知的方法确定达到所需饱和色点的合适比例。一般而言，可以将任何发光材料混合物视为单一发光材料，因此可以调节混合物中发光材料的比例，以继续满足具有不同峰值发射波长的LED串的目标CIE值。可以根据在LED串(101A/101B/101C/101D)中使用的选定LED来调整发光材料以获得所需的激发，其可以具有在约360nm至约535nm的范围内的不同峰值发射波长。用于调节发光材料的响应的合适方法在本领域中是已知的，并且可以包括例如改变荧光体内的掺杂剂浓度的方法。在本申请的某些实施方式中，发光介质可以提供两种类型的发光材料的组合。响应于关联的LED串发射，第一类型的发光材料以在约515nm和约590nm之间的峰值发射来发射光。响应于相关联的LED串发射，第二类型的发光材料以在约590nm和约700nm之间的峰值发射来发射光。在某些实例中，本文公开的发光材料可以由本段中描述的第一和第二类型的至少一种发光材料的组合形成。在实施方式中，响应于相关联的LED串发射，第一类型的发光材料可以下列的峰值发射来发射光：515nm、525nm、530nm、535nm、540nm、545nm、550nm、555nm、560nm、565nm、570nm、575nm、580nm、585nm或590nm。在优选的实施方式中，第二类型的发光材料可以约520nm至555nm之间的峰值发射来发射光。在实施方式中，响应于相关联的LED串发射，第二类型的发光材料可以下列的峰值发射来发射光：590nm、约595nm、600nm、605nm、610nm、615nm、620nm、625nm、630nm、635nm、640nm、645nm、650nm、655nm、670nm、675nm、680nm、685nm、690nm、695nm或700nm。在优选的实施方式中，第二类型的发光材料可以约600nm至670nm之间的峰值发射来发射光。第一和第二类型的一些示例性发光材料在本文其它地方公开，并称为组合物A-F。表6列出了一些示例性发光材料和特性的方面：
组合物A-F的混合物可用于发光介质(102A/102B/102C/102D)中，从而在由其各自的LED串(101A/101B/101C/101D)激发时产生具有所需的饱和色点的发光介质。在一些实施方式中，一种或多种组合物A-F的混合物可用于生产发光介质(102A/102B/102C/102D)。在一些优选的实施方式中，可以将一种或多种组合物A、B和D以及一种或多种组合物C、E和F组合以产生发光介质(102A/102B/102C/102D)。在一些优选的实施方式中，用于发光介质(102A/102B/102C/102D)的密封剂包括密度为约1.1mg/mm3且折射率为约1.545或约1.4至约1.6的基质材料。在一些实施方式中，组合物A可具有约1.82的折射率以及从约18微米至约40微米的粒径。在一些实施方式中，组合物B可具有约1.84的折射率以及从约13微米至约30微米的粒径。在一些实施方式中，组合物C可具有约1.8的折射率以及从约10微米至约15微米的粒径。在一些实施方式中，组合物D可具有约1.8的折射率以及从约10微米至约15微米的粒径。用于组合物A、B、C和D的合适的荧光体材料可从如下的荧光体制造商购买获得：Mitsubishi Chemical Holdings Corporation(Tokyo,Japan)，Intematix Corporation(Fremont,CA)，EMD Performance Materials of Merck KGaA(Darmstadt,Germany)，以及PhosphorTech Corporation(Kennesaw,GA)。
在一些方面中，本公开提供了能够通过一定范围的CCT值产生可调白光的半导体发光器件。在一些实施方式中，本公开的器件可以发出在沿着预定路径的色点处的白光，所述色点在围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上的7阶MacAdam椭圆内。在一些实施方式中，所述半导体发光器件可以包括第一、第二、第三和第四LED串，每个LED串包括一个或多个具有关联发光介质的LED，其中第一、第二、第三和第四LED串及其关联发光介质可以分别组成红色、蓝色、绿色以及青色通道，在CIE1931色度图的红、蓝、绿以及青色区域内分别产生第一、第二和第三和第四不饱和色点。在一些实施方式中，所述器件还包括控制电路，该控制电路可配置为调整由第一、第二、第三和第四不饱和光的组合产生的第五不饱和光的第五色点，其中第五色点落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上。在一些实施方式中，所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：Rf大于或等于约85，Rg大于或等于约90并且小于或等于约110，或两者皆有。在一些实施方式中，所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在1800K和10000K之间的点，Ra大于或等于约90，沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，R9大于或等于约70，或两者皆有。在一些实施方式中，所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在2000K和10000K之间的大于或等于90％的点，R9大于或等于约80。在一些实施方式中，所述器件配置为产生与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有以下的一个或多个以下的EML：沿相关色温低高于约2100K的点的大于或等于约0.5的EML、沿相关色温高于约2400K的点的大于或等于约0.6的EML、沿相关色温高于约3000K的点的大于或等于约0.75的EML、沿相关色温高于约4000K的点的大于或等于约1.0的EML以及沿相关色温高于约6000K的点的大于或等于约1.2的EML。在一些实施方式中，所述器件可配置为生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：R13大于或等于约94，R15大于或等于约88，或两者皆有。蓝色区域可以包括由一条线限定的CIE1931色度图上的区域，所述线连接普朗克轨迹(普朗克轨迹从4000K开始)的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹。在一些实施方式中，红色区域可以包括由光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域，光谱轨迹在1600K的恒定CCT线和紫色线之间，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。绿色区域可以包括由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。在一些实施方式中，绿色区域包括由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的约65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定的区域。青色区域可以包括由连接普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定的CIE1931色度图上的区域。青色区域可以包括由中心位于CCT为5600K的普朗克轨迹之上的约46点的41阶MacAdam椭圆限定的CIE1931色度图上的区域。在一些实施方式中，一个或多个红色、蓝色和绿色以及青色通道的光谱功率分布可以落在表1和表2所示的最小和最大范围内。在一些实施方式中，红色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的红色谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，蓝色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，绿色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，青色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，一个或多个在第四LED串中的LED可以具有在约480nm到约505nm之间的峰值波长。在一些实施方式中，一个或多个在第一、第二和第三LED串中的LED可以具有在约430nm至约460nm之间的峰值波长。在一些实施方式中，所述装置配置为产生与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有BLH因子小于0.05μW/cm2/lux的光。在一些实施方式中，所述装置配置为产生与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有以下的一个或多个BLH因子：沿相关色温低于约2100K的点的小于或等于约0.01的BLH因子、沿相关色温低于约2400K的点的小于或等于约0.015的BLH因子、沿相关色温低于约3000K的点的小于或等于约0.025的BLH因子、沿相关色温低于约4000K的点的小于或等于约0.05的BLH因子以及沿相关色温低于约6500K的点的小于或等于约0.060的BLH因子。在一些实施方式中，所述装置配置为产生与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有EML与BLH因子的比率为以下比率的光：大于或等于约15、大于或等于约20、大于或等于约21、大于或等于约22、大于或等于约15、大于或等于约20、大于或等于约21、大于或等于约22、大于或等于约23、大于或等于约24、大于或等于约25、大于或等于约26、大于或等于约27、大于或等于约28、大于或等于约29、大于或等于约30、大于或等于约35或大于或等于约40。提供较高比率的EML与BLH因子可能有利于提供所需生物影响但对视网膜或皮肤的光化学损伤没有那么大的伤害的光。
在一些方面，本公开提供了产生白光的方法，所述方法包括提供第一、第二、第三和第四LED串，每个LED串包括具有关联发光介质的一个或多个LED，其中第一、第二、第三和第四LED串及其关联发光介质可以分别组成红色、蓝色、绿色和青色通道，分别产生具有在CIE1931色度图的红、蓝、绿和青色区域内的色点的第一、第二、第三和第四不饱和光，所述方法还包括提供控制电路，该控制电路配置为调整由第一、第二、第三和第四不饱和光的组合产生的第五不饱和光的第五色点，其中第五色点落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上，生成两个或多个第一、第二、第三和第四不饱和光，并且组合两个或多个生成的不饱和光以产生第五不饱和光。在一些实施方式中，所述组合生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：Rf大于或等于约85，Rg大于或等于约90并且小于或等于约110，或两者皆有。在一些实施方式中，所述组合生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在1800K和10000K之间的点，Ra大于或等于约90，沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，R9大于或等于约70，或两者皆有。在一些实施方式中，所述组合生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：沿着相关色温在2000K和10000K之间的大于或等于90％的点，R9大于或等于约80。在一些实施方式中，所述组合生成与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有以下的一个或多个以下的EML：沿相关色温低高于约2100K的点的大于或等于约0.5的EML、沿相关色温高于约2400K的点的大于或等于约0.6的EML、沿相关色温高于约3000K的点的大于或等于约0.75的EML、沿相关色温高于约4000K的点的大于或等于约1.0的EML以及沿相关色温高于约6000K的点的大于或等于约1.2的EML。在一些实施方式中，所述组合生成对应于沿着预定路径的多个点的第五不饱和光，该预定路径具有在每个点处产生的光，所述每个点具有的光为：R13大于或等于约94，R15大于或等于约88，或两者皆有。蓝色区域可以包括由一条线限定的CIE1931色度图上的区域，所述线连接普朗克轨迹(普朗克轨迹从4000K开始)的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹。在一些实施方式中，红色区域可以包括由光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域，光谱轨迹在1600K的恒定CCT线和紫色线之间，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。绿色区域可以包括由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。在一些实施方式中，绿色区域包括由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的约65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定的区域。在一些实施方式中，青色区域可以包括由连接普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定的CIE1931色度图上的区域。青色区域可以包括由中心位于CCT为5600K的普朗克轨迹之上的约46点的41阶MacAdam椭圆限定的CIE1931色度图上的区域。在一些实施方式中，一个或多个红色、蓝色和绿色以及青色通道的光谱功率分布可以落在表1和表2所示的最小和最大范围内。在一些实施方式中，红色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的红色谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，蓝色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，绿色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，青色通道可以具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，该一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。在一些实施方式中，一个或多个在第四LED串中的LED可以具有在约480nm到约505nm之间的峰值波长。在一些实施方式中，一个或多个在第一、第二和第三LED串中的LED可以具有在约430nm至约460nm之间的峰值波长。在一些实施方式中，所述组合生成与沿着预定路径的多个点相对应的第四或第六不饱和光，在每个点处产生的光具有BLH因子小于0.05μW/cm2/lux的光。在一些实施方式中，所述组合生成与沿着预定路径的多个点相对应的第四或第六不饱和光，在每个点处产生的光具有以下的一个或多个BLH因子：沿相关色温低于约2100K的点的小于或等于约0.01的BLH因子、沿相关色温低于约2400K的点的小于或等于约0.015的BLH因子、沿相关色温低于约3000K的点的小于或等于约0.025的BLH因子、沿相关色温低于约4000K的点的小于或等于约0.05的BLH因子以及沿相关色温低于约6500K的点的小于或等于约0.060的BLH因子。在一些实施方式中，所述组合生成与沿着预定路径的多个点相对应的第五不饱和光，在每个点处产生的光具有EML与BLH因子的比率为以下比率的光：大于或等于约15、大于或等于约20、大于或等于约21、大于或等于约22、大于或等于约15、大于或等于约20、大于或等于约21、大于或等于约22、大于或等于约23、大于或等于约24、大于或等于约25、大于或等于约26、大于或等于约27、大于或等于约28、大于或等于约29、大于或等于约30、大于或等于约35或大于或等于约40。
在一些方面，本公开提供了通过在本文中描述的半导体发光器件的生成白光的方法。在一些实施方式中，可使用不同的工作模式来生成白光。在某些实施方式中，可以在不同的工作模式下产生具有相似的CCT值的基本上相同的白光点，每个工作模式利用本公开的蓝色，红色，绿色和青色通道的不同组合。在一些实施方式中，两种工作模式包括使用器件的包括使用蓝色、红色和绿色通道的第一工作模式，以及使用蓝色、红色和青色通道的第二工作模式。在某些实施方式中，在第一工作模式和第二工作模式之间进行切换使EML增加约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％或约60％，同时以基本相同的CCT值提供在约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9或约10内的Ra值。在一些实施方式中，在第一工作模式下产生的光和在第二工作模式下产生的光可以在颜色匹配(SDCM)的大约1.0标准差之内。在一些实施方式中，在第一工作模式下产生的光和在第二工作模式下产生的光可以在颜色匹配(SDCM)的大约0.5标准差之内。在两种或更多种工作模式下提供光的方法可用于提供可切换的白光，从而为暴露于所述光的人类提供所需的生物效应，例如，通过提供具有增强的EML的光来提高工人的机敏性和注意力。可替代地，可以将光切换为较低的EML光，从而避免可能破坏睡眠周期的生物效应。
实例
通用模拟方法
对具有四个带有特定色点的LED串的器件进行模拟。对于每个器件，选择具有特定发射的LED串和受体发光介质，然后计算普朗克轨迹上或附近在1800K和10000K之间的选定数量的代表点的白光显色能力。在每个代表点计算Ra、R9、R13、R15、LER、Rf、Rg、CLA、CS、EML、BLH因子、CACER、COI和昼夜节律性能值。
计算是通过以下软件进行的：Scilab(Scilab Enterprises,Versailles,France),LightTools(Synopsis,Inc.,Mountain View,CA)，以及使用Python(PythonSoftware Foundation,Beaverton,OR)创建的定制软件。用LED发射光谱以及发光介质的激发和发射光谱模拟每个LED串。对于包含荧光体的发光材料，模拟还包括荧光体颗粒的吸收光谱和粒径。使用以下产品的光谱制备在蓝色、绿色和红色区域内产生组合发射的LED串：色区代码3、4、5或6的LUXEON Z Color Line宝蓝色LED(产品代码LXZ1-PR01)，或色区代码1或2的LUXEON Z Color Line蓝色LED(LXZ1-PB01)(Lumileds Holding B.V.,Amsterdam,Netherlands)。使用以下产品的光谱制备产生具有在青色区域内的色点的组合发射的LED串：色区代码3、4、5或6的LUXEON ZColor Line宝蓝色LED(产品代码LXZ1-PR01)，或色区代码1或9的LUXEON Z Color Line蓝色LED(LXZ1-PE01)(Lumileds Holding B.V.,Amsterdam,Netherlands)。也可以使用其他制造商的类似LED，例如OSRAM GmbH和Cree，Inc.。
发射、激发和吸收曲线可从如下的荧光体制造商购买获得：三菱化学控股公司(日本东京)，Intematix公司(美国加利福尼亚州弗里蒙特)，默克集团的EMD性能材料(德国达姆施塔特)，以及磷光体技术公司(肯尼索，佐治亚州)。LED串中使用的发光介质是组合物A、B和D中的一种或多种以及组合物C、E和F中的一种或多种的组合，如本文其它位置中更充分描述的。本领域技术人员将会理解到，可以将LED和发光混合物的各种组合进行组合，以生成具有CIE1931色度图上所需色点和所需光谱功率分布的组合发射。
实例1
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道2的特性的青色通道的组合发射。
图7A-7F示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图7B-7C示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图7A示出了使用所有四个LED串产生的白光色点的数据。图7D-7E示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图7F示出了在使用三个或四个LED串工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例2
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道2的特性的青色通道的组合发射。
图8A-8E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图8A-8B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图8C-8D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图8E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例3
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约480nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道4的特性的青色通道的组合发射。
图9A-9E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图9A-9B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图9C-9D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图9E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例4
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约485nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道5的特性的青色通道的组合发射。
图10A-10E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图10A-10B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图10C-10D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图10E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例5
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约495nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道6的特性的青色通道的组合发射。
图11A-11E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图11A-11B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图11C-11D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图11E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例6
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道7的特性的青色通道的组合发射。
图12A-12E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图12A-12B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图12C-12D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图12E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例7
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的蓝色通道1的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的红色通道1的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道1的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道8的特性的青色通道的组合发射。
图13A-13E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图13A-13B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图13C-13D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图13E示出了在使用不同的具有三个LED串的组的工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例8
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表4所示的蓝色通道2的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表4所示的红色通道2的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道2的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道9的特性的青色通道的组合发射。
图14A-14F示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图14B-14C示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图14A示出了使用所有四个LED串产生的白光色点的数据。图14D-14E示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。FIG.图14F示出了在使用三个或四个LED串工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
实例9
对具有四个LED串的半导体发光器件进行模拟。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表4所示的蓝色通道2的特性的蓝色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表4所示的红色通道2的特性的红色通道的组合发射。第一LED串由具有约450nm至约455nm的峰值发射波长的蓝色LED驱动，第一LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3所示的绿色通道3的特性的绿色通道的组合发射。第四LED串由具有约505nm的峰值发射波长的青色LED驱动，第四LED串利用受体发光介质，并且产生具有如上所述和如表3和表5所示的青色通道9的特性的青色通道的组合发射。
图15A-15E示出了用于代表性选择普朗克轨迹附近的白光色点的器件的光显色特性。图15B示出了仅使用第一、第二和第三LED串产生的白光色点的数据。图15A示出了使用所有四个LED串产生的白光色点的数据。图15C-15D示出了仅使用第一、第二和第四LED串产生的白光色点的数据。图15E示出了在使用三个或四个LED串工作模式下的相似的近似CCT值下产生的白光色点之间的性能比较。
本领域普通技术人员将理解，可以在本文公开的装置和系统中的组件的制造中使用多种材料。任何合适的结构和/或材料都可以用于本文所述的各种特征，并且本领域技术人员将能够基于各种考虑因素来选择合适的结构和材料，包括本文中所公开的系统的预期用途，除其他考虑因素外，还将考虑使用它们的目的以及打算使用它们的装置和/或附件。常规的聚合物、金属-聚合物复合材料、陶瓷和金属材料适用于各种部件。在下文发现和/或开发的，确定适合用于本文所述的特征和元件的材料也认为是可接受的。
当本文中将范围用于物理性质(例如分子量)或化学性质(例如化学式)时，旨在包括其中具体示例的范围的所有组合和子组合。
在本文中引用或描述的每个专利、专利申请和出版物的公开内容通过引用整体并入本文。
本领域普通技术人员将理解，可以对本公开的示例进行多种改变和修改，并且可以在不脱离本公开的精神的情况下进行这样的改变和修改。因此，所附权利要求致力于覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这样的等同变化。

Claims (40)

1.用于发射发射光的半导体发光器件，所述半导体发光器件包括：
第一LED光源、第二LED光源，以及第三LED光源或第四LED光源中的至少一个，其中每个LED光源包括泵浦LED和至少一个发光介质；
其中，第一LED光源、第二LED光源、第三LED光源和第四LED光源及其关联的发光介质分别在CIE1931色度图的红色区域、蓝色区域、绿色区域和青色区域内发射不饱和红光、不饱和蓝光、不饱和绿光和不饱和青光；
其中，用于第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源的泵浦LED是相同的，并且具有在430nm和460nm之间的峰值波长；
其中所述第四LED光源的泵浦LED具有在480nm和505nm之间的峰值波长；
所述半导体发光器件还包括控制电路，其配置为调整由不饱和红光、不饱和蓝光、不饱和绿光和不饱和青光的组合产生的所述发射光，其中所述发射光落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述发射光的Rf不小于85，Rg不小于90。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述发射光沿着相关色温在1800K和10000K之间的点，其Ra不小于90；而沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，其R9不小于70。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，发射光沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，其R9不小于80。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述发射光沿相关色温低于2100K的点具有不小于0.5的EML、沿相关色温高于2400K的点具有不小于0.6的EML、沿相关色温高于3000K的点具有不小于0.75的EML、沿相关色温高于4000K的点具有不小于1.0的EML以及沿相关色温高于6000K的点具有不小于1.2的EML。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中，所述发射光具有不小于94的R13，不小于88的R15，或两者皆有。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中蓝色区域包括由一条线限定的CIE1931色度图上的区域，所述线连接从4000K开始的普朗克轨迹的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中红色区域包括由光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域，光谱轨迹在1600K的恒定CCT线和紫色线之间，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中绿色区域包括由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中绿色区域包括由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定的CIE1931色度图上的区域。
11.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中青色区域包括由连接普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定的CIE1931色度图上的区域。
12.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中青色区域包括由中心位于CCT为5600K的普朗克轨迹之上的46点的41阶MacAdam椭圆和普朗克轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。
13.根据权利要求1所述的半导体发光器件，所述发射光沿相关色温低于2100K的点具有不大于0.01的BLH因子、沿相关色温低于2400K的点具有不大于0.015的BLH因子、沿相关色温低于3000K的点具有不大于0.025的BLH因子、沿相关色温低于4000K的点具有不大于0.05的BLH因子以及沿相关色温低于6500K的点具有不大于0.060的BLH因子。
14.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中控制电路设置为提供包括第一工作模式和第二工作模式的两种工作模式，其中第一工作模式仅使用第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源来产生光，第二工作模式仅使用第一LED光源、第二LED光源和第四LED光源来产生光。
15.根据权利要求14所述的半导体发光器件，其中控制电路配置为在第一工作模式和第二工作模式之间切换，以在第一工作模式下提供第一发射光和在第二工作模式下提供第二发射光，其中第一发射光和第二发射光在CIE1931色度图上具有相同的ccx，ccy坐标。
16.根据权利要求15所述的半导体发光器件，其中由于第一发射光和第二发射光在CIE1931色度图上具有相同的ccx，ccy坐标，相比于第一发射光，第二发射光的EML增加了5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％，45％，50％、55％或60％，并且Ra值在1、2、3、4、5、6、7、8、9或10之内。
17.根据权利要求15所述的半导体发光器件，其中第一发射光和第二发射光具有在为1.0的颜色匹配标准差(SDCM)内的色点。
18.根据权利要求15所述的半导体发光器件，其中第一发射光和第二发射光具有在为0.5的颜色匹配标准差(SDCM)内的色点。
19.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述发射光的EML与BLH因子的比率为：不小于15、不小于20、不小于21、不小于22、不小于23、不小于24、不小于25、不小于26、不小于27、不小于28、不小于29、不小于30、不小于35或不小于40。
20.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其中所述控制电路配置为至少一种或三种不同的工作模式，其包括仅使用第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源产生发射光的第一工作模式，仅使用第一LED光源、第二LED光源和第四LED光源产生发射光的第二工作模式，以及使用第一LED光源、第二LED光源、第三LED光源和第四LED光源产生发射光的第三工作模式。
21.一种使用半导体发光器件产生白光的方法，所述半导体发光器件包括：
第一LED光源、第二LED光源，以及第三LED光源或第四LED光源中的至少一个，其中每个LED光源包括泵浦LED和至少一个发光介质，其中第一LED光源、第二LED光源、第三LED光源和第四LED光源及其关联的发光介质分别在CIE1931色度图的红色区域、蓝色区域、绿色区域和青色区域内发射不饱和红光、不饱和蓝光、不饱和绿光和不饱和青光，其中用于第一LED光源、第二LED光源和第三LED光源的泵浦LED是相同的，并且具有在430nm和460nm之间的峰值波长，其中用于第四LED光源的泵浦LED具有在480nm和505nm之间的峰值波长；
控制电路，其配置为调节由不饱和红光、不饱和蓝光、不饱和绿光和不饱和青光的组合产生的发射光，
所述方法包括：向第一LED光源和第二LED光源，以及第三LED光源和第四LED光源中的至少一个供电，以发射一定相对量的不饱和光，使得发射光落在7阶MacAdam椭圆内，该椭圆围绕在具有1800K和10000K之间的相关色温的黑体轨迹的任意点上。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光的Rf不小于85，Rg不小于90。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光沿着相关色温在1800K和10000K之间的点，Ra不小于90，而沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，R9不小于70。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光沿着相关色温在2000K和10000K之间的点，R9不小于80。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光沿相关色温低于2100K的点具有不小于0.5的EML、沿相关色温高于2400K的点具有不小于0.6的EML、沿相关色温高于3000K的点具有不小于0.75的EML、沿相关色温高于4000K的点具有不小于1.0的EML以及沿相关色温高于6000K的点具有不小于1.2的EML。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光的R13不小于94，R15不小于88。
27.根据权利要求21所述的方法，其中蓝色区域包括由一条线限定的CIE1931色度图上的区域，所述线连接从4000K开始的普朗克轨迹的无限点的ccx，ccy颜色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)与无限CCT、4000K的恒定CCT线、紫色线和光谱轨迹。
28.根据权利要求21所述的方法，其中红色区域包括由光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域，光谱轨迹在1600K的恒定CCT线和紫色线之间，所述紫色线是一条连接ccx，ccy颜色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)与1600K的恒定CCT线的线。
29.根据权利要求21所述的方法，其中绿色区域包括由6700K的恒定CCT线、普朗克轨迹和光谱轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。
30.根据权利要求21所述的方法，其中绿色区域包括由中心位于4500K的普朗克轨迹之上的65点的60阶MacAdam椭圆、普朗克轨迹和6700K的恒定CCT线限定的CIE1931色度图上的区域。
31.根据权利要求21所述的方法，其中青色区域包括由连接普朗克轨迹、3200K的恒定CCT线、光谱轨迹和20000K的恒定CCT线的线限定的CIE1931色度图上的区域。
32.根据权利要求21所述的方法，其中青色区域包括由中心位于CCT为5600K的普朗克轨迹之上的46点的41阶MacAdam椭圆和普朗克轨迹限定的CIE1931色度图上的区域。
33.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光的BLH因子小于0.05μW/cm2/lux。
34.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光具有以下的一个或多个BLH因子：沿相关色温低于2100K的点具有不大于0.01的BLH因子、沿相关色温低于2400K的点具有不大于0.015的BLH因子、沿相关色温低于3000K的点具有不大于0.025的BLH因子、沿相关色温低于4000K的点具有不大于0.05的BLH因子以及沿相关色温低于6500K的点具有不大于0.060的BLH因子。
35.根据权利要求21所述的方法，其中所述发射光的EML与BLH因子的比率为：不小于15、不小于20、不小于21、不小于22、不小于23、不小于24、不小于25、不小于26、不小于27、不小于28、不小于29、不小于30、不小于35或不小于40。
36.根据权利要求21所述的方法，还包括：
提供控制电路，所述控制电路设置为提供包括第一工作模式和第二工作模式的两种工作模式，第一工作模式仅使用蓝色、红色和绿色光源来产生发射光用以作为第一发射光，第二工作模式仅使用蓝色、红色和青色光源来产生发射光用以作为第二发射光。
37.根据权利要求36所述的方法，其中第一发射光和第二发射光在CIE1931色度图上具有相同的ccx，ccy坐标。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，相比于第一发射光，第二发射光的EML增加了5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。
39.根据权利要求37所述的方法，其中第一发射光和第二发射光具有在为1.0的颜色匹配标准差(SDCM)内的色点。
40.根据权利要求37所述的方法，其中第一发射光和第二发射光具有在为0.5的颜色匹配标准差(SDCM)内的色点。
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