CN117545528A

CN117545528A - 基于led的发光单元

Info

Publication number: CN117545528A
Application number: CN202280044057.4A
Authority: CN
Inventors: 波夫尔·卡斯
Original assignee: Famlet Holdings Ltd
Current assignee: Famlet Holdings Ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2024-02-09

Abstract

本公开涉及基于发光二极管的方法、系统和发光单元，特别是用于促进维生素D的产生、降低微生物压力以及可选地在建筑物诸如动物养殖场生产设施、医院、办公室、场所、储存设施、制造设施、杂货店、学校/教室等内提供工作光。提供一种发光单元以降低建筑物中的微生物压力，特别是来自动物和/或人类表面以及建筑物内部表面上的人畜共患病、气溶胶、细菌和病毒的微生物压力，优选地与传感器组合，同时被配置用于促进动物和/或人类中天然维生素D3的形成，并且优选地还提供可见工作光。一个实施例涉及发光单元用于1)降低微生物压力和2)刺激天然维生素D3的产生，该发光单元包括：至少第一UV‑BLED，被配置用于发射具有最大强度在292‑302nm之间、优选地在295‑299nm之间、更优选地在296‑298nm之间、最优选地在297nm处的单色UV‑B光；和/或至少第一UV‑C LED，被配置用于发射具有最大强度在278‑288nm之间、优选地在281‑285nm之间、更优选地在282‑284nm之间、最优选地在283nm处的单色UV‑B光；和/或至少第一UV‑C LED，被配置为发射具有最大强度在228‑238nm之间，优选地在231‑235nm之间，更优选地在232‑234nm之间、最优选地在233nm处的单色UV‑C光。

Description

基于LED的发光单元

技术领域

本公开涉及基于发光二极管的方法、系统和发光单元，特别是用于增加和/或促进维生素D的产生、降低微生物压力以及可选地在诸如动物养殖场生产设施、医院、办公室、场所、储存设施、制造设施、杂货店、学校/教室等的建筑物内提供工作光。提供一种发光单元用于降低建筑物中的微生物压力，特别是来自动物和/或人的表面以及建筑物内部表面上的人畜共患疾病、气溶胶、细菌和病毒的微生物压力，同时配置用于促进动物和/或者人体内天然维生素D3的形成，并且优选地还提供可见工作光。

背景技术

在动物养殖业中，诸如猪、仔猪、牛或其他驯养动物等动物被饲养在动物饲养设施内。动物饲养设施的条件可能会促进多种微生物的生长，包括细菌(诸如耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA))和病毒(诸如猪急性腹泻综合征-冠状病毒(SADS-CoV))。动物饲养设施中存在的空气传播微生物会影响这些设施中的空气质量，导致动物、设施工人以及邻近地区的人接触病原体。集约化养殖可能会导致动物养殖场生产设施内不令人满意的微生物压力(特别是来自人畜共患疾病和气溶胶)的水平增加，这可能会导致重大的健康风险。

通常采取各种措施来控制动物饲养设施内的微生物压力，以确保良好的空气质量和饲养在动物饲养场内的动物的福祉，以及农场员工/工人的健康，例如控制和限制动物进入，从而降低污染风险。然而，动物之间以及动物与人类之间的传染病(诸如人畜共患病)传播仍然是动物饲养环境中的重大问题。

在冠状病毒大流行期间，任何类型的建筑物(诸如医院、办公室、场所、制造设施、杂货店、学校/教室等)内的微生物压力也一直是一个令人感兴趣的主题，特别是为了保护在建筑物内逗留数小时的人免受传染性疾病(如SARS-COVID-19)的侵袭。

人类和驯养动物在许多情况下无法自然产生令人满意水平的维生素D3，这一事实进一步突出了这一点。自然光(阳光)增强了人类和动物皮肤中维生素D3的自然产生。维生素D3是在皮肤中通过B型紫外线(UV-B)光由7-脱氢胆固醇产生的。UV-B存在于自然光的光谱中，并且因此皮肤暴露于自然光会驱使皮肤中天然维生素D3(ND3)的形成。ND3在免疫系统以及骨骼和骨头的发育和维护中具有至关重要的功能。

由于人类和家畜一天中有很大一部分时间待在室内，他们在许多情况下接收到的UV-B的剂量不足以形成足够水平的ND3。因此，维生素D3缺乏症在动物饲养场环境和生活在北半球的人类中并不罕见，并对健康产生重大影响。低ND3水平对健康的一个典型影响是免疫系统减弱，再加上空气质量差，使他们容易感染。

为了确保人类和动物获得足够量的ND3，已经使用了各种方法。针对动物的一种方法是给动物喂食以膳食补充剂形式添加到动物饲料中的合成维生素D3(SD3)。一个示例是用SD3或通过添加SD3的药丸或粉末来丰富动物饲料。针对人类的膳食维生素SD3补充剂也在全球范围内使用。

尽管SD3和ND3在化学上是相同的，但它们在动物和人类体内的功能不同。SD3不像ND3那样与适当的转运蛋白结合，而是在SD3通过肠道吸收后留在血液的残余脂肪中。这被认为对维生素的生物效应至关重要，并解释了为什么大剂量的SD3是有毒的，而ND3不能过量使用。

被细菌性疾病感染的动物或人类能够用抗生素治疗。尽管对于大多数疾病来说，这可以治愈动物或人类，但这不仅从健康角度来看是不令人满意的，而且因为这种抗生素治疗成本高昂，并且给农民造成经济损失。此外，包括上述MRSA在内的抗生素耐药性品种不断增加，这已成为各种家畜的福祉的主要问题，因此给农民带来了严重的经济后果。

因此，建筑物内的照明条件可能会对在建筑物内逗留数小时的人类和/或动物的福祉和健康产生重大影响。除此之外，建筑物内可见光的照明条件对于如人眼的视锥和视杆所感知的物体的视觉感知是重要的，并且是基于例如照明水平、空间分布和显色性而形成的。例如，学校或工作环境中的不良照明条件可能会导致眼睛疲劳、疲惫、头痛和压力。这反过来又导致更高的事故风险、更低的生产力和更低的总体生活质量。

发明内容

为了优化建筑物内的照明条件，本公开的目的是提供一种发光单元、系统和方法，用于降低建筑物内、特别是建筑物中特定房间中的微生物压力，促进ND3的形成，并且优选地还提供理想的工作光条件。本文公开的发光单元、设备、系统和方法在某些方面可以受益于同一发明人公开的PCT/EP2020/067069，因此通过引用将其整体纳入本文。

本公开的目的是提供一种发光单元，该发光单元被配置为发射多个波长范围内(例如，两个、三个或更多个重要波长范围内，特别是在UV-B范围内，可选地也在UV-C范围内，以及可选地还在可见光范围内)的光。例如，本发光单元旨在取代为人类建筑物中和养殖场生产设施中提供可见工作光的现有技术下的灯。在养殖场生产设施的发光单元具有以下进一步功能的情况下，有助于降低养殖场生产设施内的微生物压力：1)提供不干扰动物的波长范围和/或色温的可见光，以及2)提供一个或多个预定义波长范围的光。在这方面，如果本发光单元仅被提供为单个灯，例如，在单个(印刷)电路板上，则是有利的。因此，本公开可以涉及一种具有单个灯的发光单元，其被配置为在两个、三个或更多个重要波长范围(包括UV-B范围和可选的UV-C范围以及可见光范围)内以异常高的能量发射光。带有LED芯片的单个灯可以显著降低安装成本和运行成本。

因此，本公开的实施例涉及一种发光单元，用于1)降低微生物压力和，2)刺激天然维生素D3的产生，该发光单元包括被配置用于发射单色UV-B光的至少一个UV-B发光二极管(LED)，和/或至少一个被配置用于发射单色UV-C光的UV-C发光二极管(LED)。

一个优选实施例涉及一种发光单元，用于1)降低微生物压力，以及2)刺激天然维生素D3的产生，该发光单元包括：

-至少第一UV-B LED，被配置用于发射具有最大强度在292-302nm之间、优选地在295-299nm之间、更优选地在296-298nm之间、最优选地在297nm处的单色UV-B光，以及

-至少第二UV-B LED，被配置用于发射具有最大强度在278-288nm之间，优选地在281-285nm之间、更加优选地在282-284nm之间、最优选地在283nm处的单色光UV-B光，

和/或

-至少第一UV-C LED，被配置用于发射具有最大强度在228-238nm之间，优选地在231-235nm之间，更优选地在232-234nm之间，最优选地在233nm处的单色UV-C光。

该实施例是优选的，因为297nm的光提供刺激人类和动物中天然维生素D3的产生，283nm的光提供了对动物养殖场生产设施中的微生物压力的降低，并且233nm的光提供了对人类居住的建筑物(例如，医院、学校等)中的微生物压力的降低。然而，可能所有这些波长都能够在单个灯中提供，可能地在单个电路板上提供，并且然后通过软件提供对单个LED芯片的控制，从而为灯的目的和/或位置选择合适的波长。

特别地，已经发现有利的是将间隔10-20nm并且选自UV-B光谱的每一部分的两个UV-B波长(即，接近UV-C光谱范围的低波长UV-B LED和更接近UV-A光谱范围的较高UV-BLED)进行组合，例如，由从不同LED提供的275-285或278-288nm组合292-302nm，因为这两个UV-B LED的组合既能够提供微生物压力的降低，又能够刺激ND3的产生。微生物压力的附加降低可以通过添加一个或多个UV-C波长来提供，例如，被配置用于发射单色UV-C光的至少一个UV-C LED，优选具有波长范围为215-240nm，例如222nm、230nm、233nm和/或260nm。

另一个特别有利的实施例是将来自UV-B光谱上端的UV-B波长(例如297±5nm)与大约230±10nm或230±5nm或233±5nm(诸如233nm)的UV-C波长进行组合，因为这样的波长的组合既能从低无害的233nm UV-C光提供微生物压力的降低，又能从UV-B光提供对ND3产生的刺激。

该发光单元尤其可以被配置用于降低动物养殖场生产设施中的微生物压力。发光单元可以包括多个LED光源。发光单元可以有利地被配置用于发射波长在380nm-750nm范围内的多色/宽带可见光，以及2)不发射低于285nm、优选低于270nm的(宽带)光——除了发射一个或多个预定波长(诸如222nm、230nm、233nm和/或260nm)的单色光以外。发光单元还可以有利地被配置用于发射一个或多个附加预定波长的单色光，例如295nm或297nm。特别重要的是，所选波长对人类或动物无害，并且230±10nm和295±10/297±5nm是此类无害波长范围的示例。

在本公开的一个实施例中，发光单元被配置为发射多色可见光和单色光，它们的波长范围和能量被选择用于灭活微生物、产生ND3和提供可见工作光。同时，发光单元可以被配置为发射具有波长低于UV-B范围(但是可能地除预选波长的单色光以外)的低能量，或者甚至零能量。进一步优选的是，发光单元被配置为使得其能够被单个标准灯座接收。

良好的工作光条件对每天在室内呆很多小时的人的健康、安全和效率至关重要，例如，学校的儿童、医院的患者和医务人员，以及储存设施、制造设施、办公设施和动物养殖场设施中的工人。照明条件对物体的视觉感知很重要，例如由于照明度、空间分布和显色性。例如，人类对物体的感知对比度是例如物体的吸收属性、光的强度和光谱成分以及视网膜中感光细胞(即，视锥、视杆和固有光敏视网膜神经节细胞)的灵敏度的函数。因此，当前公开的发光单元可以被配置为提供具有选定色温的可见光，例如，2700K适合医院，而4500K适合养殖场生产设施。

附图说明

图1-2示出了当前公开的基于LED技术的发光单元的一个实施例，该发光单元具有圆形外壳并适合于天花板安装。

图3A-C示出了当前公开的基于LED技术的发光单元的一个实施例，该发光单元具有矩形外壳并且适合于天花板安装。

图4示出了使用本公开的发光单元的一个实施例的用UV辐射照射玻璃珠上的金黄色葡萄球菌的测试设置。

图5A-F示出了用于当前公开的发光单元的通用印刷电路板上的UV-B、UV-C和白光LED芯片的各种组合。

图6A-F示出了用于当前公开的发光单元的通用印刷电路板上的UV-B、UV-C和白光LED芯片的各种组合，特别适用于诸如医院、学校等人类设施。

图7A-E示出了通用印刷电路板上的UV-B、UV-C和白光LED芯片的各种组合。

图8示出了双列直插式封装LED芯片的透视示意图。

图9示出了UV-B LED的示例性光谱分布，其峰值波长为295nm，FWHM为14nm，并提供约275至315nm的UVB光。

图10A示出了UV-B LED的示例性光谱分布，其峰值波长为275nm，FWHM为15nm，提供约260-300nm的UVB光。

图10B示出了UV-B LED的示例性光谱分布，其峰值波长为285nm，FWHM为25nm，提供约265至315nm的UVB光。

图10C示出了峰值波长分别为280和295nm(FWHM均为15nm)的两个UV-B LED的示例性光谱分布，并且它们的组合光谱分布UVB光从约260至320nm。

图11A-B示出了当前公开的系统的一个实施例，该系统包括安装在医院病房天花板附近的多个发光单元，并且具有安装在墙上的光传感器，用于向医院病房提供工作光并用UV光照射患者。

图12A-B示出了当前公开的系统的一个实施例，该系统包括安装在猪舍的天花板附近的多个发光单元，用于向场所提供工作光并用UV光照射猪。

图13是实施例1中用于测量细菌去除率的培养皿中玻璃珠的示意图。

图14是示出了细菌去除效率与照明光波长的关系的曲线图。

图15-17示出了在不同UV-B波长设置下以不同剂量的UV照射的在玻璃珠上接种的金黄色葡萄球菌的去除率：图15A-B具有285+295nm的LED，图16A-B具有280+297nm的LED，并且图17A-B具有285nm的宽光谱LED。

具体实施方式

如上所述，本公开涉及一种发光单元，用于1)降低微生物压力，以及2)刺激天然维生素D3的产生，该发光单元包括至少一个UV-B发光二极管(LED)，其被配置用于发射单色UV-B光。

在一个实施例中，发光单元包括至少第二UV-B LED，其被配置用于发射具有的最大强度在280-290nm之间、更优选地在283-287nm之间、最优选地在283nm或285nm处的单色UV-B光。该单色UV-B LED光优选地具有全宽半峰(full width half max，FWHM)光谱带宽小于或等于50nm、更优选地小于或等于40nm、甚至更优选地小于或等于30nm、最优选地小于等于20nm。具有宽光谱的单个UV-B LED的这种实施例优选用于动物养殖场生产设施，因为UV-B光谱的很大一部分被用于不必调节UV-B光谱中不同波长之间的功率比的具有成本效益的解决方案中。

在一个实施例中，发光单元包括至少第二UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在275nm-290nm之间、更优选地在278nm-288nm之间、最优选地在283nm处的单色UV-B光。附加地，或可替选地，至少第一UV-B LED被配置用于发射具有最大强度在290nm-305nm之间，更优选地在292nm-302nm之间，最优选地在297nm处的单色UV-B光。在一个实施例中，单色UV-B LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于25nm，更优选地小于或等于20nm，甚至更优选地小于或等于15nm，最优选地小于或等于10nm。特别是对于短UV-B波长的LED，即，在283nm左右处，其优选具有15nm或更小的窄光谱带宽，以减少UV-C光的量，而较高波长的UV-B LED能够有利地具有15-20nm左右的更大光谱带宽。对于涉及人类的解决方案，具有283±5nm和297±5nm下的两种不同UV-B波长的组合解决方案是优选的，因为使用这种组合解决方案，可以通过调整不同波长LED芯片的功率来调整UV-B范围内的所得到的光谱。不同的光谱对于不同的应用可以是优选的，无论是健康或消毒，还是其他。

在另一优选实施例中，发光单元包括至少一个UV-C LED，其被配置用于发射单色UV-C光，优选地被配置用于发射波长在215-240nm范围内的单色UV-C光。例如，至少第一UV-C LED被配置用于发射具有最大强度在228-238nm之间、优选地在231-235nm之间、最优选地在233nm处的单色UV-C光。附加地，或可替选地，至少第二UV-C LED被配置用于发射具有最大强度在217-227nm之间、优选地220-224nm之间、最优选地222nm处的单色UV-C光。

附加地，或可替选地，至少第三UV-C LED被配置用于发射具有最大强度在255-265nm之间、优选地在258-262nm之间、更优选地在259-261nm之间、最优选地在260nm处的单色UV-C光。这三个中心波长已被证明对降低微生物压力非常有效，无论是单独使用还是两个或三个组合使用。

同样如上所述，233±5nm的UV-C LED光和297±5nm处的UV-B光的组合已被证明是特别有利的，因为230nm左右的无害UV-C光在消毒方面非常有效，并且300nm左右的UV-B灯也具有消毒作用还提供产生ND3的刺激。

在一个实施例中，单色UV-C LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于25nm，更优选地小于或等于20nm，甚至更小于或等于15nm，最优选地小于或等于10nm。特别是对于短UV-C波长LED(即，在222nm处)，优选具有5nm或更小的窄光谱带宽，以减少短波长UV-C光的量，而更高波长UV-C LED能够有利地具有10-15nm左右的更大光谱带宽。

利用LED技术，可以将多个LED芯片添加到通用电路板，即，特别地，能够添加一个或多个可见光LED芯片，使得当前公开的发光单元能够被用于为建筑物中的人提供工作光。即，在另一个实施例中，当前公开的发光单元包括至少一个可见光LED，其被配置用于发射多色可见光，优选波长在380nm-750nm的范围内。可见光的色温能够取决于应用，即，对于医院来说，色温应该优选地是蓝移的(blue-shifted)，优选地在2700K左右，而对于动物饲养场设施来说，已经证明红移的可见光是有利的，优选地大约4500K。因此，当前公开的发光单元可以被配置为使得可见多色光的色温在2500K和5000K之间，诸如大约4500K，优选地大约2700K。

当前公开的发光单元可以被配置用于不发射低于275nm甚至低于265nm的光，除了发射一个或多个选定波长(例如，在222nm、233nm和/或260nm)的单色UV-C光以外。

当前公开的发光单元可以被配置用于在每天少于16小时的第一预定时间段内发射多色可见光，并且被配置用于发射单色不可见UV-B和/或UV-C光。

本发明人已经意识到，当对房间和例如场所的设备以波长233nm、283nm和/或297nm以及可选地222nm和/或260nm的照明时，房间中的感染压力将显著降低。这些波长的组合比单独的UV-C光消除了更多的病毒和细菌。所有基于气溶胶的与疾病相关的细菌和病毒将在被照明房间内一夜之间完全减少，并且所有被照明表面都将是无菌的。

最近已经表明，230nm左右的UV-C光，诸如230±10nm，更优选230±5nm，例如233nm，具有非常高的杀菌功效和皮肤耐受性。已经在中心波长为233nm和FWHM约为12nm的UV-C LED光源上进行了测试。使用各种MRSA菌株和具有各种土壤负荷的表皮葡萄球菌，通过血琼脂试验和细菌载体试验对杀菌效果进行了定性分析。还分析了杀菌辐射剂量对切除的人皮肤和重建的人表皮的兼容性。与来自HED放电灯的典型UV-C辐射(222nm、254nm)和用于临床评估的UV-B辐射相比，评估了细胞活力、DNA损伤和自由基的产生。在40mJ/cm2的剂量下，如果不存在土壤负荷，233nm UV-C光源将活微生物通过了5log10水平的log10减少(LR)。含黏蛋白和蛋白质的土壤负荷将这种影响降低到1.5-3.3的LR。代表人造汗液的盐溶液具有的减少效果很小。皮肤模型的生存能力没有降低，并且DNA损伤远低于0.1UVB最小红斑剂量引起的损伤，这能够被认为是安全的。此外，诱导的损伤在24小时后消失。连续四天的照射也没有诱发DNA损伤。自由基的形成远低于20分钟的户外可见光所造成的，这被归类为低自由基负荷，并且能够通过抗氧化防御系统进行补偿。从这些测试中能够得出结论，230nm左右(诸如233nm)的UV-C LED能够与人类和动物结合使用，造成伤害的风险非常低，即，这种UV-C LED能够被用于发光单元中，以降低场所中的微生物压力——并且它们能够与人和动物结合使用，即使它们存在于场所中，即，这样的UV-C LED能够全天候开启。

当房间正在使用时，例如，学校教室或办公室，当开启当前公开的发光单元时，微生物压力将显著降低，并且人与人之间的感染传播也将显著最小化。几乎不可能经由气溶胶或照明区域发生人与人之间的感染。

在白天，本公开的发光单元应当仅被用于以233nm、283nm和/或297nm(或285nm)的波长进行照明，而在晚上也能够添加额外的、例如，以222nm和/或者260nm的UV-C光。并不总是需要用UV-C照射，因为283nm和297nm的组合通常就足够了。图14是显示去除沙门氏菌和大肠杆菌的效率与照明光波长的关系的曲线图。从图14的曲线图中可以看出，波长在285nm以下非常有效，而波长在290nm以上效率较低。然而，波长低于约275nm对人类有害，其中波长在233nm左右的除外。当前公开的无害的不可见UV-B波长的组合的令人惊讶的优点是283nm的光降解蛋白质，蛋白质是病毒的保护表面，并且297nm的光穿透薄的有机表面，而例如222nm则没有。细菌和彼此叠放在一起的蛋白质形成了薄薄的有机表面。283nm和297nm的这种组合在不伤害人类的情况下灭活细菌和病毒，同时增加被照射者血浆中的维生素ND3。通过增加血浆中的ND3，人类的免疫系统显著增强，从而最大限度地减少了对致病病毒和细菌的感染，并且从而显著降低了感染和患病的可能性。因此，尽管图14指示290nm及以上(例如，297±5nm)的光去除细菌的效率较低，但与较低波长的UV-B光组合显示出令人惊讶的有效性。

在UV-B波长(283nm和297nm)的实际组合中，波长的绝对能量/强度和相对能量/强度也是重要的，并且在本公开的发光单元的优选实施例中，这能够改变。例如，在对动物养殖场设施的仔猪进行照明的情况下，能量的组合以四倍283nm对八倍297nm的比率。在病床的情况下，例如，在重症冠心病区上，相对的低波长光的量应被增加例如到十倍283nm的能量相比于两倍297nm光。

当前公开的发光单元可以包括一个或多个UV-C LED。当清洁并因此对室内微生物压力使用超强降低时，能够打开UV-C光，例如，222nm和/或260nm的光，这对人类有害，特别是260nm，但在降低微生物压力方面也非常有效。UV-C光能够单独使用，也能够与UV-B光组合使用。

在当前公开的发光单元的优选实施例中，所有LED都被安装在通用电路板上，优选地是可更换式电路板，使得在维修或故障的情况下仅需要更换电路板。

当前公开的发光单元可以包括外壳，优选地是金属的，优选地具有散热片，该外壳容纳发光单元的所有LED。

UV

在本公开中，术语UV-A是指315至400nm的范围，UV-B是指280-315nm的范围并且UV-C是指100-280nm的范围。术语“远UV”(FUV)是指波长范围为122-200nm。

在本公开的各种实施例中，使用以约283nm(例如，278-288nm)或285nm(例如，283-290nm)为中心的短波长UV-B LED。这种类型在本文中被称为UV-B光源，即使它刚好在UV-B光谱的下限和UV-C光谱的上限附近也是如此。原因是发明人已经认识到，这种类型的光源能够与人和动物组合使用而不会造成伤害，特别是与用于监测来自对应的一个或多个发光单元的光强度和/或剂量的一个或多个传感器组合使用时。

UV光能够进行许多反应，其中一种反应能够通过光子和核酸之间的相互作用而与遗传物质进行，以在聚合核酸的反应中，通常形成嘧啶二聚体，诸如胸苷嘧啶二聚体。聚合碱基对细胞有害，因为它们不能被复制和转录。UV光还通过交联氨基酸与蛋白质反应，因此能够使蛋白质的功能失效。

在有机体中，DNA损伤是通过多种机制修复的。一种机制是光致复活(photoreactivation)反应，其中负责反应的酶在与350-500nm范围内的光的反应中裂解受损的DNA。可见光能够通过这种方式挽救受损的细菌。细菌的光致复活将取决于光照和光照暴露时间。

仅UV损伤有时能够导致无菌细菌。细菌要想致病，就必须能够自我复制。

另一种修复机制是暗修复机制。在暗修复机制中，酶能够在没有光能的情况下修复受损的DNA。这样的酶是N-糖苷酶，其能够裂解N-糖苷键，使得例如脱氨基胞嘧啶能够被取代。由于有机体能够以多种方式修复DNA损伤，因此本公开的目的是以细菌在与光反应时不会被复活的这样一种方式损伤有机体。这能够例如通过对DNA损伤和氧化反应的组合来实现。

通过本公开，认识到通过降低动物饲养中的微生物压力，能够实现显著减少抗生素和其他药物的量，从而改善动物健康并为农民节省成本。本公开实现的另一个优点(特别是关于有猪和仔猪的农场)是细菌和病毒(例如，MRSA和SADS-CoV)能够被显著去除，并且从而改善动物和农场工人的健康和福祉。微生物压力的降低能够通过利用本公开的方法的光发射和/或液体消毒来实现。这种光发射和/或消毒能够在动物养殖场生产设施内进行。

除了由于促进ND3的形成而确保动物更健康从而增强动物的免疫系统之外，本公开的发光单元优选进一步配置为通过降低动物养殖场生产设施中的微生物压力来增加动物的健康。因此，发光单元优选地被配置为发射具有灭活微生物(诸如，细菌和病毒)的波长范围的光。

这能够显著减少抗生素和其他药物的用量，从而实现改善动物健康并为农民节省成本。本公开实现的另一个优点(特别是关于有猪和仔猪的农场)是MRSA细菌以及其他气溶胶携带的感染(诸如病毒感染，例如，SADS-CoV)能够被显著去除，并且从而改善动物和农场工人的健康和福祉。微生物压力的降低能够通过使用本公开的方法进行消毒来实现。

微生物的灭活通常通过使用253.7nm的UV-C波长范围内的光来进行。然而，与此相反，在一个实施例中，本公开的发光单元被配置为使得不发射波长低于280或低于270nm的光，从而确保人类和动物不暴露于有害的UV-C射线。发光单元可以例如设置有锐边滤光玻璃，其中从灯发射的光中过滤掉波长低于280nm或低于270nm的光。从而防止了UV-C波长穿过锐边滤光玻璃。为了通过使用具有至少280nm波长的光来灭活微生物，与标准UV HID灯相比，所发射的光在UV-B区域具有显著更高的能量。然而，在另一个实施例中，发光单元可以被配置为发射215和245nm之间，更优选218和230nm之间，最优选217和227nm之间的单色UV-C光，例如以222nm为中心，优选通过LED光的方式提供。

在本公开的优选实施例中，发光单元被适配为使得其能够由单个标准灯座或在单个印刷电路上进行容纳。因此，发光单元可以优选地被配置为使得其仅具有单个连接器，其由所述灯座接纳。

因此，在本公开的具体实施例中，发光单元被配置为促进ND3在活体动物的皮肤中的形成，降低动物住所中的微生物压力，并提供优化的工作光条件，同时被适配为使得其能够被单个标准灯座接纳，从而降低了总体成本和空间要求。

在本公开的优选实施例中，发光单元被适配为使得其能够由单个标准灯座容纳。因此，发光单元可以优选地被配置为使得其仅具有单个连接器，其由所述灯座接纳。

因此，在本公开的特定实施例中，发光单元被配置为促进ND3在活体动物的皮肤中的形成，降低动物住所中的细菌压力，并提供优化的工作光条件，同时被适配为使得其能够被单个标准灯座接纳，从而降低了总体成本和空间要求。

LED–发光二极管

本公开中使用的光源是发光二极管(LED)，因此，本公开的发光单元的优选实施例基于LED技术。LED和/或LED芯片(诸如表面安装的二极管或板上芯片)是当电流流过半导体时发光的半导体光源。优选地，单色LED能够被配置为使得单色LED可通过选择不同的半导体材料而发射从近红外通过可见光谱到达紫外范围中的窄带波长的光。由于这些半导体带隙较大，所以LED的工作电压在波长越短时增加。通常，LED可以指发光二极管，而LED芯片可以指包括LED的芯片。然而，这两个术语在本文中可互换地使用。

来自LED的光不像来自激光器的光那样是相干单色的，但在本申请的背景下，单独的发光二极管被视为单色光源，因为与广谱多色光源相比，所发射的波长范围确实是单色的。因此，发光单元可以被配置为使得从LED发射的单色LED光谱具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于30nm、优选地小于20nm、更优选地小于15nm、进一步优选地小于10nm、最优选地10nm左右、或者甚至9、8、7、6或5nm左右，或者甚至更小。

以283nm为中心、FWHM为16nm的UV-B LED将在275nm附近提供约50％的强度，而在268nm以下，光发射度是不显著的。因此，LED的主要优点是能够针对非常具体且狭窄的波长范围，然而仍然具有一定的光谱带宽，使得能够从LED发射具有特定功能属性的多个波长。

使用LED芯片的一个优点是，它们在将电功率转换为照明功率方面，特别是在UV范围内，效率高得多。283±5nm的UV-B LED芯片额定功率为10.5瓦(即，功耗)，能够提供超过3瓦的UV-B光，即，与传统高压(HID)UV灯相比，能够进行非常有效的电能-光能转换。

然而，当前的LED UV源的成本高于高压UV灯，但是由于较高的电功率消耗，高压灯的运行成本将比LED技术更快地增加。总的来说，LED技术比UV HID技术更环保。特别是基于MOCVD(金属有机化学气相沉积)的LED芯片具有相对较高瓦数的放电以及200nm至750nm的期望波长范围。测试表明，当前公开的发光单元之一目标针对具有一头母猪和10-15头仔猪的猪舍、并被配置用于每天16小时提供4500K可见工作光、并且UVB和UVC LED在24小时的光发射下分别是297nm、283nm和230nm，该发光单元能够每天仅以约0.3kWh的电功率消耗运行——这是非常省电的。

在一个实施例中，当前公开的发光单元被配置用于发射具有一个或多个波长在275-305nm范围内的单色UV-B光，优选地，最大强度在297±5nm处。这种UV-B光所获得的好处是实现了细菌和病毒的灭活。特别要注意的是，对于具有峰值波长在297nm左右的LED光，以297nm左右的明确定义的波长谱提供了光，其中提供对ND3的自然产生的刺激，特别是如果光中包含在297nm、302和303nm左右的一个或多个波长的光。同时，微生物能够用295-296nm左右的光灭活，特别地，一个优点在于这样的光能够穿透有机材料的小层，从而非常有效地灭活微生物。由于峰值波长为297±5nm且波长光谱的FWHM约为15nm，基本上避免了280nm以下的光。图9示出了具有峰值波长为295nm且FWHM约为13-14nm的LED的波长光谱的示例。从图9中能够看出，如果FWHM降低到约10nm，则低于280nm的剩余光是微不足道的，从而避免了养殖场生产设施中的动物和人类被“晒伤”，而在290nm和300nm左右仍会有一些光。UVB LED光源的另一个优点是不发射可见光，使得这样的光源能够在不干扰动物睡眠的情况下激活24小时，但同时保持ND3刺激和微生物灭活方面的优势。

当前公开的发光单元还可以被配置用于发射一个或多个波长在217-227nm范围内的单色UV-C光，优选地在222±5nm处具有最大强度。此类UV-C光所实现的优点是非常有效地实现了细菌和病毒的灭活，因为例如在病毒表面的蛋白质会强烈吸收240nm以下的光。蛋白质退化的最佳间隔是在220和240nm之间。220-240nm的优点是此类UVC光不会使动物养殖场生产设施中的动物和人类的角膜和皮肤退化。令人惊讶的是，UV-C光能够以这种方式使用，因为迄今为止已知的方法是减少或消除动物养殖场生产设施内的任何UV-C光。然而，利用LED技术，已经确定了具有窄范围光发射度的合适波长，该波长在不会伤害动物或人类的情况下能够有效地降低动物养殖场生产设施内的微生物压力。特别地，已经表明包括222nm和/或233nm的UVC光是有利的。222/233nm处的光已被证明对细菌退化非常有效，因为DNA在222/233nm处会严重损伤。UVC(220-240nm)LED光源的另一个优点是不发射可见光，使得此类光源能够在不干扰动物睡眠的情况下激活24小时。

利用LED技术，能够精确定制可见光的色温和强度，以改善人类的工作光线条件，并尽可能少地干扰动物。在这方面，已经证明，在动物养殖场生产设施中对光进行红移是有利的，即，当前公开的发光单元可以被配置为使得可见光的色温在4500–6500K的范围内或在4000–6000K的范围中，最优选地主要在4500K，对应于以644nm为中心的波长光谱。此类可见光LED能够以从大约1W到1000W以上的瓦数提供。因此，能够根据应用和情况(特别是动物养殖场生产设施的大小和发光单元所处的位置)容易地选择可见光发射度。

可见光能够由单个二极管提供，但是如果需要，能够提供更多的二极管。单色UV-B光能够由至少一个、两个、三个或四个LED提供。类似地，单色UV-C光能够由至少一个、两个、三个或四个LED提供。

所有LED都能够根据所需的光强度选择并以不同瓦数组合。LED可从大约1瓦到大约50瓦是可用的，例如1W、3W、12W和48W的LED。同样如上所述，用于提供白光/可见光的LED在更高的功率设置中可用。根据养殖场生产设施中的应用和环境条件，能够为当前公开的发光单元提供被动和/或主动冷却。主动冷却是例如以安装在LED电路板附近的一个或多个珀耳帖(Peliter)元件的形式，被动冷却是以外壳上的散热片的形式，如图1-3所示。

所有LED都能够被安装在通用电路板上，采用DIL(双列直插式)设置借由DIL装配，例如根据CIE 62471。优选地，发光单元被构建为使得具有LED的通用电路板是可更换的。因此，当光源需要更换时，用户或服务技术人员能够仅仅更换电路板。

发光单元可以包括用于传播从LED发射的光的反射器，反射器能够例如安装在通用电路板上方。发光单元可以进一步包括外壳(优选地是金属的)，具有散热片，使得光源在操作期间被有效地冷却。

一组对缺乏维生素ND3非常敏感的动物是新生仔猪，它们出生时血液中的ND3水平无法测量到，并且因此免疫系统较弱。新生仔猪依赖于通过母猪的母乳接受ND3。然而，母乳中ND3的含量非常低。在自然界中，这不是一个问题，因为野猪在夏天产下仔猪，在夏天，来自太阳的UV-B辐射完全满足对ND3的需求。ND3的缺乏对驯养仔猪抵抗感染的能力起着关键作用，并且因此在传统生产中对仔猪的死亡率起着关键作用。在EP 2558984中描述了使用UV光来增强ND3的形成。

动物体内ND3的形成

免疫系统是人体抵抗外来生物(主要是细菌、真菌、病毒和寄生虫)的屏障。人体的免疫系统包括数百万种不同的白细胞，每种白细胞都能识别一种特定形式的外来细胞。当外来细胞(例如病毒)进入体内时，白细胞会攻击并试图杀死外来细胞。因此，在移植中，插入的组织尽可能与患者自身的细胞相似是至关重要的。免疫系统有记忆，所以下次它暴露在同一类型的细菌或病毒中时，它会产生针对这种特定细菌或病毒的抗体，并能迅速根除它。免疫系统分为先天性免疫系统和适应性免疫系统。

适应性免疫反应是永久性的，并且是抗原依赖性的。当前公开的UV LED光的组合大大增强了适应性免疫反应。

人类体内的维生素ND3水平通常过低，并且导致更高的死亡率。因此，使用UV光照明增加血浆中的ND3和食物(尤其是乳制品)中的高天然维生素ND3非常重要。例如，维生素ND3对新生儿以及儿童和年轻人的发育来说是极其重要的因素。维生素ND3缺乏可能导致呼吸道感染、哮喘、骨质疏松症等继发性疾病。研究还指示到，如果婴儿接受推荐剂量的维生素ND3，超过30％的1型糖尿病和哮喘能够被预防。迹象还表明，ND3增强免疫系统，以降低患乳腺癌、前列腺癌和结肠癌的风险，并总体上降低诸如心血管疾病和骨质疏松症生活方式疾病的风险。

因此，本发明的另一个目的是提供一种发光单元，其适合于增强动物(诸如新生仔猪)皮肤中ND3的形成。本公开的发光单元用作确保维生素ND3在动物皮肤中形成的方式。

7-脱氢胆固醇对前维生素D3生成的最有效照射来自297nm的UV-B光。将角质形成细胞转化为前维生素D3的最有效波长是302nm UV-B光。此外，在某些情况下可以出现低于285nm的次极大值。

优选地，发光单元被配置为发射包括在280-305nm范围内的波长的光，该波长是UV-B范围的一部分。事实证明，这个范围对刺激仔猪ND3的自然形成最为有效。进一步优选的是，发光单元包括用于具有波长为295nm，更优选地为297nm的高强度光。已经表明，297nm波长的高强度光特别适合于ND3在动物皮肤中的形成。

对诸如仔猪之类的动物进行照明将导致在动物的皮肤中更有效地形成ND3。这将使动物更健康，并降低动物种群的死亡率。这些健康改善的另一个可取效果是，它使饲养者能够减少抗生素的使用，这将是避免产生多重耐药性细菌的重要步骤。增强形成ND3的另一个积极作用是动物饲料中的磷和钙被更好地吸收，这将对饲料的生产具有积极的环境影响。其体内ND3含量高的养殖场动物生产的牛奶和肉类ND3含量较高，并改善人类对基于饮食的维生素D3的吸收。

照明系统

本公开还涉及一种系统，例如，照明系统，诸如模块化照明系统，用于1)降低微生物压力，和/或2)刺激天然维生素D3的产生，和/或者3)在容纳人和/或动物的房间(诸如教室、医院病房、办公空间、集会大厅，动物养殖场生产设施等)中提供工作光，该系统包括：

至少一个当前公开的发光单元，和

控制系统，适用于管理和/或控制：

-光照暴露时间，和/或

-光照暴露强度，诸如总光发射度

在一个或多个发光单元的选定波长范围内，即，本文公开的选定波长范围内。

由于当前公开的发光单元可以适合于发射多个波长范围内的光(例如通过多个不同的LED)，所以控制系统可以适合于单独地控制每个LED，例如，在调节所发射光的强度的功率调节方面，以及在每分钟、每小时、每天、每周、每月、每年等的光照暴露时间方面。

照明系统能够包括至少一个光传感器，该光传感器被配置用于测量来自一个或多个发光单元的光照暴露，要么是能够同时测量可见光和UV-B和/或UV-C光的一个或多个传感器，要么是用于单独波长范围的单独传感器。一个或多个传感器能够放置在对应的一个或多个发光单元附近，例如，合并在其外壳中；附加地或可替选地配置用于放置在同一房间中，例如，安装在墙上，使得一个或多个传感器能够被来自一个或多个发光单元的光照射。该系统可以被配置为当光照暴露传感器被覆盖或以某种方式发生故障时至少关闭UV-BLED和/或UV-C LED。

LED通常会随着时间的推移而退化，使得对于相同的功率，发射强度会随着时间缓慢下降，通常在5000小时、或甚至在10000小时内下降30％。通过测量来自一个或多个发光单元的光强度，能够确保发光强度是控制参数。因此，照明系统可以被配置用于基于来自一个或多个发光单元的光照暴露的测量结果，将预定的光照暴露强度的发射度保持在一个或多个发光单元的选定波长范围内。在这一点上，发光单元能够被配置为使得LED在新的时候被调节到全功率，但取而代之的是随着效率的缓慢降低而对应地缓慢地斜升。然后单个LED能够实现更长的寿命。所使用的LED能够被指定为具有5000小时的典型寿命，其中在整个寿命内发射度衰减30％。通过长时间斜升(ramping)功率，能够补偿这种衰减，并且能够增加LED芯片的寿命。

控制参数还能够是各种UV-B和/或UV-C LED波长相对于彼此的相对强度，如本文所讨论的。

照明系统可以有利地被配置为使得当一个或多个发光单元附近(诸如包含发光系统的对应房间中)不存在人类和/或动物时发光单元仅发射UV-C光。例如，由于UV-C光可能对人类和动物有害，因此被配置为使得发光单元仅在人类不在房间中时发射UV-C光。这能够通过不同的方式来提供。

照明系统可以被配置为使得一个或多个发光单元仅在一天的选定时段期间发射UV-C光，例如，在房间的关闭时间期间，诸如在夜间，例如从22点到5点。特定房间或建筑物的关闭时间能够由用户/管理员定义，使得控制系统能够相应地控制一个或多个发光单元。

照明系统可以包括和/或与至少一个运动传感器接触，以检测房间和/或建筑物中的活动。这是确保当人类存在时不从一个或多个发光单元发射有害光的另一种方式。

作为系统的一部分或仅与系统接触的传感器能够通过无线连接或有线连接(如果需要)连接到系统。

在一个实施例中，当前公开的发光单元和/或系统被配置为使得可见光每天在有限且预定的时间段被发射，例如，每天8至16小时，而不可见光，特别是UVB和/或UVC每天24小时被发射，因为这些不可见光源具有微生物灭活和/或刺激动物NDS方面的功能属性。由此，能够在不干扰动物睡眠(例如，在夜间)的情况下获得使功能性光源最大化。

在一个实施例中，当前公开的发光单元和/或系统被配置为使一个、多个或所有UVLED的光强度斜升。这尤其能够用来避免对应房间中的人或动物被“晒伤”。光强度的斜升通常由初始功率设置、逐步增加、每个功率设置下的持续时间和最大功率设置来定义。斜升被通常定义持续几个小时，甚至一整天或几天。

当前公开的发光单元和/或系统还能够被配置为使得它能够被控制(例如，远程地控制)，诸如从智能手机或另一显示设备控制，哪些光源/波长光谱是激活的，并且可能地还有对应的强度/功率。可能地能够远程控制不同光LED的定时。光源/波长光谱的单独控制特别是LED的一种选择。因此，当前公开的发光单元和/或系统可以被配置用于每天在第一预定时间段(诸如每天少于20、18、16、12或8小时)发射宽带可见光，并且被配置用于每天在第二预定时间段(诸如至少20小时、22小时或甚至24小时)发射单色不可见LED光。因此，优选地，第二预定时间段大于第一预定时间段。

当前公开的发光单元和/或系统能够被进一步配置为控制至少第二UV-B LED和一个或多个至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率(诸如基于来自一个或多个传感器的输入)，使得能够选择283±5nm光的总光发射度相对于297±5nm的总光发射度的比率。

示例

在下文中，参考优选实施例和附图来描述本公开。

示例1-UV LED照射对接种在玻璃珠上的金黄色葡萄球菌的消毒效率

本实验的目的是测试UV LED照射在不同接触时间下对金黄色葡萄球菌(S.aureus)的消毒效率。在无菌培养皿中，将金黄色葡萄球菌接种在无菌玻璃珠上，并暴露于不同接触时间下的UV照射。图13是本例中使用的培养皿中玻璃珠的示意图，玻璃珠的直径约为6-8mm。

在不同的实验中使用了当前公开的UV LED发光单元的不同实施例。在每个实验中，将一个UV LED发光单元水平安装在装有金黄色葡萄球菌接种的玻璃珠的培养皿上方76厘米处。在UV照射的不同接触时间，取下接种金黄色葡萄球菌的培养皿，并置于黑暗中。同样，将装有接种了金黄色葡萄球菌的玻璃珠的两个培养皿置于黑暗中(远离UV照射)，随后在零点用于计数细菌。

UV照射结束后(24小时)，在甘露醇盐琼脂(MSA)中使用平板计数法对每个培养皿中的金黄色葡萄球菌进行计数。在37℃下孵育24小时后，使用MSA板中观察到的菌落数来计算不同时间下的UV照射对金黄色葡萄球菌的去除率。

下表1-3示出了在UV LED照射期间在不同时间下的玻璃珠上的金黄色葡萄球菌的百分比去除率。这一点也如图15-17所示。

时间(小时)	cfu/mL	Log去除率
			0	7150	x
1	3893	0.3
			2	3560	0.3
6	20	2.6
			24	<1	>3.9

表1：285+295nm，其中FWHM为15nm

表2：280+297nm，其中FWHM为15nm

时间(小时)	cfu/mL	Log去除率
			0	1015000	x
2	895000	0.05
			6	125000	0.91
24	525	3.3
			48	<1	6.0

表3：285nm，其中FWHM为40nm

“285+295nm”使用了285nm(2.5mW)和295nm(4mW)的不同的UV-B LED，其中两者的FWHM均约为15nm，每8小时的加权剂量为32.5J/m²，另请参见图15A，用对数(log)刻度条示出了细菌量与剂量(J/m²)关系，其中5.7对应于1小时，11.3对应于2小时，并且以此类推，如表1中的时间。细菌的百分比去除率以条上方的数字表示。图15B对应于图15A，但示出了log去除率。

“280+297nm”使用了280nm(2.5mW)和297nm(4mW)的不同的UV-B LED，其中两者的FWHM均约为15nm，每8小时的加权剂量为32.1J/m²，另见图16A，用对数刻度条示出了细菌量与时间的关系，如表2中的时间。细菌百分比去除率以条上方的数字表示。图16B对应于图16A，但示出了log去除率。

“285nm”使用单个285nm(2.5mW)UV-B LED，但其中FHWM og约为40nm，每8小时的加权剂量为31.9J/m²，另见图17A，用对数刻度条示出了细菌量与剂量(J/m²)的关系，其中13.2对应于两小时，39.7对应于2小时，并且158.7对应于24小时。细菌的百分比去除率以条上方的数字表示。图17B对应于图157，但示出了log去除率。

还根据IEC和SED标准为这些实验计算了加权值，如下表4所示。

表4：不同剂量UV照射下在玻璃珠上接种的金黄色葡萄球菌的去除率的加权值

从表1-4和图15-17中可以看出，使用两个UV-B LED的组合解决方案对杀死细菌非常有效。单波长更宽光谱的285nm UV-B LED是一种更具成本效益的解决方案，也适用于消毒，然而，与组合解决方案相比效率较低。

示例2

图3A-C示出了当前公开的基于LED技术的发光单元的一个实施例。发光单元10包括金属矩形外壳，在外壳顶部内容纳电源11、能够与位于养殖场生产设施天花板附近的电源板接合的连接器12、透明盖14和多个散热片13，以增加外壳的表面积，从而可以更好地冷却LED光源16、17。图3A示出了发光单元10的透视图。图3B示出了与电源板20电接合并悬挂在电源板20上的发光单元10的透视仰视图，使得光发射度向下朝着养殖场生产设施地板上的动物。图3C示出了发光单元10的仰视图，其中可以看到印刷电路板15容纳11个LED芯片，其中中央LED 15提供中性白光，并且其余10个单色LED芯片17为不同的波长。如图3C所示，可从发光单元10的底部直接接触通用印刷电路板，并且从而能够通过四个螺钉18容易地更换。

示例3

图1A-D和2A-B示出了当前公开的基于LED技术的发光单元的一个实施例，图1A和1B示出了侧视图，图1C示出了俯视图，并且图1D示出了透视俯视图/侧视图。图2A示出了透视仰视图，其中可以看到容纳LED芯片的通用电路板15的至少一部分。图2B示出了发光单元的切入透视图。图1和图2中的发光单元包括在外壳的顶部内容纳电源的金属圆形外壳和用于附接到天花板元件的安装元件。安装元件以能够在附接到天花板元件之后倾斜发光单元的方式而附接到圆形外壳。如图2所示，提供多个散热片以增加外壳的表面，从而能够更好地冷却LED光源。如图3C所示，可从发光单元10的底部直接接触通用印刷电路板，并且从而能够通过四个螺钉18容易地更换。圆形外壳可能是有利的，因为来自LED芯片的光通常以大约±60度的圆锥角发射。

示例4

图5A-D示出了用于当前公开的发光单元的通用印刷电路板上的UV-B和白光LED芯片的各种组合，特别适用于动物养殖场生产设施，诸如猪舍。

图5A示出了单个UV-B LED 295nm芯片被集中地布置在电路板上，而图5B示出单个UV-B LED 85nm芯片被集中地布置在电路板上。这种装置主要针对动物巢穴的黑色发光单元，例如，仔猪巢穴和水貂巢穴，在这些巢穴中，UV-B光增强ND3的自然形成，但不必在其中发射可见光。在动物巢穴中，发光单元通常位于离动物很近的位置，并且单个LED芯片可能就足够了。

图5C和5B示出了位于中心的具有色温2700K的多色白光LED芯片和四个UV-B LED芯片的组合，其中UV-B LED芯片在图5C中提供295nm的单色光，在图5D中提供285nm的光。单个白光LED芯片足以为养殖场生产设施中的人类提供可见工作光，但如果发光单元位于设施的天花板附近，则适合使用四个UV-B LED芯片来提供足够的光强度。

图5A-D中的单个UV-B波长设置能够有利地被提供作为宽光谱LED芯片，即，其中FWHM为约30nm，以便覆盖并利用整个UV-B光谱为猪提供照明，并降低猪舍中的微生物压力，如图12所示。

示例5

图6A中的设置提供了具有色温2700K的单个白光LED芯片以及两个283nm LED芯片和两个297nm LED芯片。此类UV-B芯片典型地分别指定为283±5nm和297±5nm，即中心波长可能存在一些变化。典型的FWHM约为10-15nm。图6A中的设置特别适用于人类设施，诸如医院、学校等，因为很大一部分UV-B光谱被利用，例如用于生成ND3和降低微生物压力。组合283和297nm的优点在于，283与297nm的光的比率能够通过板上所用的不同LED芯片的相对数量来调节，或者通过控制提供给芯片的功率并还可能性地与光传感器相结合来调节，该光传感器例如作为发光单元的一部分和/或照明系统的一部分并且例如安装在医院病房的墙上，如图11中所例示的。

图6D对应于图6A中的设置，但是没有白色光源，即，两个283nm LED芯片和两个297nm LED芯片。图6D中的设置的优点与图6A中的设置相同，但是没有使用图6D的设置来提供工作光的可能性。例如，图6D中的设置能够在医院、学校和动物养殖场生产设施中用作持续开启的发光单元，以持续降低微生物压力并刺激ND3的产生，然而，人类或动物的眼睛不可见，即在夜间，动物能够不受干扰地睡觉。

图6B对应于图6A中的设置，并进一步供应两个260nm UV-C LED芯片，其能够进一步降低微生物压力。然而，来自此类UV-C LED芯片的260nm的光对人类和动物有害，并且仅应在没有人类或动物存在的情况下使用。

图6C对应于图6B中的设置，并进一步供应两个222nm UV-C LED芯片，能够进一步降低微生物压力。来自此类UV-C LED芯片的222nm的光实际上能够与人类结合使用，但应该根据情况结合使用，并且优选地与一个或多个传感器结合使用，这些传感器能够监测此类UV-C光所提供的剂量。

图6E中的设置是两个233nm UV-C LED芯片和两个297nm UV-B LED芯片。此类LED芯片通常分别指定为233±5nm和297±5nm，即，中心波长可能存在一些变化。典型的FWHM为10-15nm左右。图6E中的设置特别适用于人类设施，诸如医院、学校等，因为297±5nm UV-B光适合生成ND3，也部分用于降低微生物压力，而233±5nm的UV-C在不会对人类或动物造成伤害的情况下非常有效地降低微生物压力。组合233和297nm的优点在于：233与297nm的光的比率能够通过板上所用的不同LED芯片的相对数量来调节，或者通过控制提供给芯片的功率并还可能性地与光传感器相结合来调节，该光传感器例如作为发光单元的一部分和/或照明系统的一部分并且例如安装在医院病房的墙上，如图11中所例示的。例如，图6E中的设置能够在医院和学校中使用，作为持续开启的发光单元，以持续降低微生物压力并刺激ND3的产生，然而人眼看不到，即在夜间，患者能够不受干扰地睡觉。

图6F中的设置对应于图6E中的设置，其中进一步添加了色温为2700K的白光LED，从而还能够提供工作光。

如果限制整个养殖场生产设施中的人畜共患病是主要目的，例如对于可能转变为流行病的猪流感，则当前的发光单元可配置有至少一个UVB LED芯片、至少一个UVC LED芯片用于24小时照明，以及至少一个可见光LED用于提供约2700开尔文的工作光，例如16小时照明。LED的数量及其瓦数根据养殖场生产设施的具体条件进行选择。

如果发光单元的位置更为局部，即，在猪圈中，则必须取决于动物的大小、年龄和/或类型/种族(例如，无论是仔猪、断奶猪还是屠宰猪)来选择波长和功率配置。在猪舍中，对可见光的需求可能会减少到每天较少的时间，而UVB和UVC光对于24小时照明来说仍然很重要，以最大限度地发挥积极作用。但是LED芯片的数量和/或瓦数可以减少，特别是在动物年幼和/或发光单元位于更靠近动物的位置时。

示例6

图7A-E示出了通用印刷电路板上UV-B、UV-C和白光LED芯片的各种组合。LED芯片能够是例如3瓦芯片、80瓦芯片或介于两者之间的任何芯片。

在图7A中，图5C中的电路板供应有六个LED芯片，提供了405nm的单色光以进一步降低养殖场生产设施中的微生物压力。

在图7B中，图5C中的电路板供应有四个LED芯片，提供了230nm的单色UV-C光以进一步降低养殖场生产设施中的微生物压力。

在图7C中，图7A中的电路板供应有四个LED芯片，提供了230nm的单色UV-C光，以进一步降低养殖场生产设施中的微生物压力。图7C中的设置可容纳多达十五个LED芯片：一个芯片用于可见工作光，四个UV-C芯片、四个UV-B芯片和提供405nm光(对应于深紫色)的六个LED芯片。

图7D提供了单个白光LED、单个295nm LED芯片和四个405nm LED芯片。在图7E中，405nm LED芯片被230nm UV-C LED芯片取代(相对于图7D)，以提高杀菌能力。

图7中的所有设置中只有一个UV-B LED芯片的示例示出了：可能需要较低的UV-B强度，例如如果UV-B光的主要目的是刺激动物体内天然ND3的产生的话，而需要来自UV-C和紫色光源的高强度，以最大限度地降低养殖场生产设施内的微生物压力。

示例7

图5E示出了被集中布置在电路板上的单个UV-C LED 233nm芯片。此类设置主要针对基本上清洁环境(例如，医院、学校等)中的消毒应用。230nm左右的光在造成伤害的风险很小的情况下能够被用于人体，即能够在不发射可见光的情况下全天候降低微生物压力。230nm左右的光原则上也能够被用于动物养殖场生产设施，因为消毒能力也适用于那里，并且光不会对动物造成伤害。然而，动物养殖场生产设施中存在的灰尘和细颗粒可以吸收233nm的光，特别是如果存在于动物的皮肤上，从而显著降低了UV-C光的消毒能力。

图5F示出了位于中心的具有色温2700K的多色白光LED芯片和提供233nm单色光的四个UV-C LED芯片的组合。单个白光LED芯片足以为人类提供可见工作光，并且如果发光单元位于场所天花板附近，则适合使用四个UV-C LED芯片以提供足够的光强度用于消毒。

条款

1、一种发光单元，用于1)降低微生物压力，以及2)刺激天然维生素D3的产生，发光单元包括：

-被配置用于发射单色UV-B光的至少一个UV-B发光二极管(LED)。

2、根据条款1所述的发光单元，包括至少第二UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在280-290nm之间、更优选地在283-287nm之间、最优选地在285nm处的单色UV-B光。

3、根据条款2所述的发光单元，其中，单色UV-B LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于50nm、更优选地小于或等于40nm、甚至更优选地小于或等于30nm、最优选地小于或等于20nm。

4、根据条款2所述的发光单元，其中，单色UV-B LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽至少为30nm、更优选地至少为35nm、最优选地至少为40nm。

5、根据条款1所述的发光单元，包括：

-至少第二UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在278-288nm之间、更优选地在281-285nm之间、最优选地在283nm处的单色UV-B光。

6、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，包括：

-至少第一UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在292-302nm之间、更优选地在295-299nm之间、最优选地在297nm处的单色UV-B光。

7、根据条款5-6中任一条款所述的发光单元，其中，单色UV-B LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于30nm、更优选地小于或等于20nm、甚至更优选地小于等于15nm、最优选地小于或等于10nm或甚至8nm。

8、根据前述条款5-7中任一条款所述的发光单元，其被配置为控制至少第二UV-BLED和至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率。

9、根据前述条款5-8中任一条款所述的发光单元，其中，至少第二UV-B LED与至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率大于1，优选地大于2，更优选地大于2.5，最优选地约或大于3。

10、根据前述条款5-8中任一条款所述的发光单元，其中，至少第二UV-B LED与至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率小于1，优选地小于0.75，最优选地小于0.5。

11、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，包括：

-至少一个UV-C LED，其被配置用于发射单色UV-C光。

12、根据条款11所述的发光单元，其中，至少一个UV-C LED被配置用于发射波长在215-240nm范围内的单色UV-C光。

13、根据前述条款11-12中任一条款所述的发光单元，包括：

-至少第一UV-C LED，其被配置用于发射具有最大强度在228-238nm之间、优选地在231-235nm之间、最优选地在233nm处的单色UV-C光。

14、根据前述条款11-13中任一条款所述的发光单元，

-至少第二UV-C LED，其被配置用于发射具有最大强度在217-227nm之间、优选地在220-224nm之间、最优选地在222nm处的单色UV-C光。

15、根据前述条款11-14中任一条款所述的发光单元，

-至少第三UV-C LED，其被配置用于发射具有最大强度在255-265nm之间、优选地在258-262nm之间、最优选地在260nm处的单色UV-C光。

16、根据前述条款11-15中任一条款所述的发光单元，其中，单色UV-C LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于20nm、更优选地小于或等于15nm、甚至更优选地小于或等于10nm、最优选地小于或等于8或甚至5nm。

17、根据前述条款11-16中任一条款所述的发光单元，包括至少一个UV-B LED和至少一个UV-C LED，并且被配置为控制至少一个UV-B LED和至少一个UV-C LED之间的光发射度的比率。

18、根据前述条款任一条款所述的发光单元，包括至少一个可见光LED，其被配置用于发射多色可见光，优选波长在380nm-750nm的范围内。

19、根据前述条款任一条款所述的发光单元，被配置用于除了发射215-240nm范围内的单色UV-C光以外，不发射低于270nm的光。

20、根据前述条款18-19中任一条款所述的发光单元，被配置为使得可见多色光的色温在2500K和5000K之间，诸如大约4500K，优选地大约2700K。

21、根据前述条款18-20中任一条款所述的发光单元，其被配置用于在每天少于16小时的第一预定时间段内发射多色可见光，并且被配置用于每天至少22小时的第二预定时间段内发射单色不可见UV-B和UV-C光。

22、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，其中，所有LED都被安装在通用可更换式电路板上。

23、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，包括至少一个光传感器，用于测量来自发光单元的光照暴露。

24、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，包括至少一个运动传感器，用于检测发光单元附近的活动，例如来自人类和/或动物的运动。

25、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，被配置为当在发光单元附近检测到活动时关闭一个或多个UV-B LED和/或一个或多个UV-C LED。

26、根据前述条款中任一条款所述的发光单元，包括外壳，优选金属的，优选具有散热片，外壳容纳发光单元的所有LED。

27、根据前述条款18-26中任一条款所述的发光单元，包括：具有瓦数至少为48W的单个LED，用于提供多色可见光；以及具有瓦数为1W、3W、12W、48或100W的一个或多个LED，用于提供UV-B光、可选地UV-C光中的每一个。

28、一种用于1)提供工作光、2)降低微生物压力和/或3)刺激天然维生素D3的生产的系统，该系统位于容纳人类的房间中，诸如教室、医院病房、办公空间或集会大厅，或在动物养殖场生产设施中，该系统包括：

-根据前述任一项所述的发光单元中的至少一个，以及

-控制系统，其适于管理：

-光照暴露时间，和/或

-光照暴露强度，

在一个或多个发光单元的选定波长范围内。

29、根据条款28所述的系统，包括至少一个光传感器，用于测量来自一个或多个发光单元的光照暴露。

30、根据前述条款28-29中任一条款所述的系统，包括用于检测房间内活动的至少一个运动传感器。

31、根据前述条款28-30中任一条款所述的系统，其被配置用于基于来自一个或多个发光单元的光照暴露的测量结果，将预定的光照暴露强度的发射度保持在一个或多个发光单元的选定波长范围内。

32、根据前述条款28-31中任一条款所述的系统，其配置为使得发光单元仅在一天的选定时段内发射UV-C光，诸如在房间的关闭时间内，诸如在夜间，例如在当地时间22点至5点。

33、根据前述条款28-32中任一条款所述的系统，其配置为使得当一个或多个发光单元附近诸如在包含发光系统的对应房间中不存在人类和/或动物时，发光单元仅发射UV-C光。

34、根据前述条款28-33中任一条款所述的系统，被配置为诸如基于来自一个或多个传感器的输入来控制至少第二UV-B LED与一个或多个至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率，使得283±5nm光的总光发射度相对于297±5nm光的总光发射度的比率能够被选择。

35、根据前述条款28-34中任一条款所述的系统，被配置为诸如基于来自一个或多个传感器的输入来控制至少第一UV-B LED与一个或多个至少第一UV-C LED之间的光发射度的比率，从而297±5nm光的总光发射度相对于233±5nm光的总光发射度的比率能够被选择。

Claims

1.一种发光单元，用于1)降低微生物压力，以及2)刺激天然维生素D3的产生，所述发光单元包括：

-至少第一UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在292-302nm之间、更优选地在295-299nm之间、最优选地在297nm处的单色UV-B光，

以及

-至少第二UV-B LED，其被配置用于发射具有最大强度在275-290nm之间、优选地在278-288nm之间、更优选地在281-285nm之间、最优选地在283nm处的单色UV-B光，

和/或

2.根据权利要求1所述的发光单元，其中，至少第一单色UV-B LED光和第二单色UV-BLED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于20nm、更优选地小于或等于15nm、最优选地小于或等于10nm或甚至8nm。

3.根据权利要求1所述的发光单元，其中，所述至少第二单色UV-B LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽至少为30nm、更优选至少为35nm、最优选至少为40nm。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，所述至少第一UV-BLED被配置用于发射具有最大强度在296-298nm之间、最优选地在297nm处的单色UV-B光。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，所述至少第二UV-BLED被配置用于发射具有最大强度在282-284nm之间、最优选地在283nm处的单色UV-B光。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，所述至少第一UV-CLED被配置用于发射具有最大强度在232-234nm之间、最优选地在233nm处的单色UV-C光。

7.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，被配置为控制所述至少第一UV-B LED与所述至少第二UV-B LED之间的光发射度的比率。

8.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，所述至少第二UV-BLED与所述至少第一UV-B LED之间的光发射度的比率大于2，更优选大于2.5，最优选地大约或大于3。

9.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括：

10.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括：

11.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，单色UV-C LED光具有全宽半峰(FWHM)光谱带宽小于或等于20nm、更优选地小于或等于15nm、最优选地小于或等于10nm或甚至8nm。

12.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，被配置为控制UV-B LED中的至少一个与至少一个UV-C LED之间的光发射度的比率。

13.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括至少一个可见光LED，其被配置用于发射多色可见光，优选波长在380nm-750nm范围内。

14.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，被配置用于除了发射215-240nm范围内的单色UV-C光以外，不发射低于270nm的光。

15.根据前述权利要求13-14中任一项所述的发光单元，被配置为使得可见多色光的色温在2700K左右。

16.根据前述权利要求13-15中任一项所述的发光单元，其被配置用于在每天少于16小时的第一预定时间段内发射所述多色可见光，并且被配置用于每天至少22小时的第二预定时间段内发射单色不可见UV-B和UV-C光。

17.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，其中，所有LED都被安装在通用可更换式电路板上。

18.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括至少一个光传感器，用于测量来自所述发光单元的光照暴露。

19.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括至少一个运动传感器，用于检测所述发光单元附近的活动，例如来自人类和/或动物的运动。

20.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，被配置为当在所述发光单元附近检测到活动时关闭一个或多个UV-B LED和/或一个或多个UV-C LED。

21.根据前述权利要求中任一项所述的发光单元，包括外壳，优选金属的，优选具有散热片，所述外壳容纳所述发光单元的所有LED。

22.根据前述权利要求13-21中任一项所述的发光单元，包括具有瓦数至少为48W的单个LED以提供所述多色可见光，以及具有瓦数为1W、3W、12W、48或100W的一个或多个LED以提供UV-B光、可选地UV-C光中的每一个。

23.一种用于1)提供工作光、2)降低微生物压力和/或3)刺激天然维生素D3的产生的系统，所述系统位于容纳人类的房间中，诸如教室、医院病房、办公空间或集会大厅，或在动物养殖场生产设施中，所述系统包括：

-根据前述权利要求中任一项所述的发光单元中的至少一个，和

-控制系统，其适于管理

-光照暴露时间，和/或

-光照暴露强度，诸如总光发射度

在一个或多个发光单元的选定波长范围内。

24.根据权利要求23所述的系统，包括至少一个光传感器，用于测量来自一个或多个发光单元的光照暴露。

25.根据前述权利要求23-24中任一项所述的系统，包括用于检测所述房间内活动的至少一个运动传感器。

26.根据前述权利要求23-25中任一项所述的系统，被配置用于基于来自一个或多个发光单元的光照暴露的测量结果，将预定的光照暴露强度的发射度保持在所述一个或多个发光单元的选定波长范围内。

27.根据前述权利要求23-26中任一项所述的系统，被配置为使得所述发光单元仅在一天的选定时段期间发射UV-C光，诸如在所述房间的关闭时间期间，诸如在夜间，例如从当地时间22点到5点。

28.根据前述权利要求23-27中任一项所述的系统，被配置为当所述一个或多个发光单元附近，诸如在包含发光系统的对应房间中，不存在人类和/或动物时，所述发光单元仅发射UV-C光。

29.根据前述权利要求23-28中任一项所述的系统，被配置为诸如基于来自一个或多个传感器的输入来控制至少第一UV-B LED与一个或多个至少第二UV-B LED之间的光发射度的比率，使得能选择283±5nm光的总光发射度相对于297±5nm光的总光发射度的比率。

30.根据前述权利要求23-29中任一项所述的系统，被配置为诸如基于来自所述一个或多个传感器的输入来控制所述至少第一UV-B LED与一个或多个至少第一UV-C LED之间的光发射度的比率，使得能选择297±5nm光的总光发射度相对于233±5nm的总光发射度的比率。