DE112015004032T5

DE112015004032T5 - Led-dentallichtquelle mit veränderlicher chromatizität und verfahren

Info

Publication number: DE112015004032T5
Application number: DE112015004032.3T
Authority: DE
Inventors: Andreas Osten; Jack L. Burwick
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-05-18
Also published as: WO2016034459A1; US20160061390A1; CN106605097B; US10257901B2; CN106605097A

Abstract

Ein Dentallicht mit einem Feld von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen, wobei wenigstens eine erste LED-Anordnung wenigstens ein erstes LED-Element aufweist, das dafür ausgelegt ist, Licht entsprechend einer ersten spektralen Verteilung zu emittieren, wobei ein Umwandlungsleuchtstoff dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der ersten spektralen Verteilung umzuwandeln. Wenigstens ein Filter ist innerhalb des umgewandelten Lichts befestigt, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil davon zu blockieren. Das Feld weist wenigstens ein zweites LED-Element auf, das dafür ausgelegt ist, Licht entsprechend einer zweiten spektralen Verteilung zu emittieren, wobei Licht mit der gefilterten spektralen Verteilung selektiv in einem ersten Modus vom Feld emittiert wird und in einem zweiten Modus sowohl von der gefilterten als auch der zweiten spektralen Verteilung emittiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen einer veränderlichen Chromatizität. Insbesondere betreffen verschiedene Ausführungsformen eine Beleuchtungsquelle für einen zahnärztlichen Operationsraum.
Hintergrund
Zahnärzte verwenden ein Verbundstoff-Füllmaterial, das unter dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 500 nm, insbesondere im violetten/blauen Wellenlängenbereich von 405 nm bis etwa 460 nm, härtet. Wenngleich blaues Licht erforderlich ist, um den Härtungsprozess des Füllmaterials einzuleiten und voranzutreiben, kann blaues Licht in der Operationsumgebung die Anwendung des Füllmaterials stören, weil das blaue Licht die Bearbeitungszeit des Materials durch verfrühtes Härten erheblich verkürzen kann.
Einige Dentallichtquellen bieten ein so genanntes "Nicht-härtender-Modus-Merkmal", wobei blaues Licht aus der Ausgabe des nicht härtenden Modus ausgeschlossen wird. Ein zweiter oder normaler Beleuchtungsmodus kann Weißlicht bereitstellen, das eine blaue spektrale Ausgabe aufweist. Wenn Leuchtdioden (LED) verwendet werden, um die Lichtquelle für ein solches Dentallicht bereitzustellen, erzeugen mehrere Farb-LED (beispielsweise rot, grün und blau) das Weißlicht und wird ein nicht härtender Modus erreicht, indem die blaue LED ausgeschaltet oder heruntergeregelt wird, wodurch sich Licht geringer Qualität mit einem niedrigen Farbrenderindex ergibt. Ferner erfordern Systeme mit mehreren Farb-LED eine häufige Rekalibrierung der LED-Intensitäten über die Zeit, um die Qualität des Weißlichts im Normalmodus aufrechtzuerhalten.
Unterschiede der Lumenminderung sind bei einem LED-System, bei dem RGB zur Erzeugung von Weißlicht verwendet wird, typisch. Insbesondere verschlechtert sich die Intensität von jedem der roten, grünen und blauen LED-Elemente mit unterschiedlichen Raten, was dazu führt, dass der Anteil jeder Farbe in einem RGB-System dazu neigt, sich im Laufe der Zeit zu ändern. Dies führt zu einer unerwünschten oder unangenehmen Farbe (beispielsweise außerhalb der Schwarzkörperkurve) und/oder einer Verringerung der Qualität des Weißlichts. Beispielsweise ist ein Farbrenderindex (CRI) ein Repräsentant für die Lichtqualität, wobei ein CRI von 100 als mit einer natürlichen Beleuchtung identisch angesehen wird. Abweichungen in den Lumenminderungsprofilen mehrfarbiger LED-Systeme führen daher zu CRI-Werten erheblich unterhalb von 100, es sei denn, dass kostspielige Farbkorrekturschemata verwendet werden, um den Wirkungen der Minderung entgegenzuwirken.
Kurzfassung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Lichtquelle mit veränderlicher Chromatizität, insbesondere ein Dentallicht, offenbart, die ein Feld von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen aufweist, wobei das Feld wenigstens eine erste LED-Anordnung, die dafür ausgelegt ist, einen ersten Kanal sichtbaren Lichts entsprechend einem ersten Spektrum zu emittieren, wobei die erste LED-Anordnung ein erstes Minderungsprofil der spektralen Leistung aufweist, und wenigstens eine zweite LED-Anordnung, die dafür ausgelegt ist, einen zweiten Kanal sichtbaren Lichts entsprechend einem zweiten Spektrum zu emittieren, aufweist. Die zweite LED-Anordnung hat ein zweites Minderungsprofil der spektralen Leistung.
Wie offenbart, unterscheidet sich das erste Spektrum vom zweiten Spektrum und ist das Verhältnis zwischen dem ersten Minderungsprofil der spektralen Leistung und dem zweiten Minderungsprofil der spektralen Leistung über die Lebensdauer der Lichtquelle im Wesentlichen konstant.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das erste Minderungsprofil der spektralen Leistung und das zweite Minderungsprofil der spektralen Leistung in Bezug auf wenigstens eine Betriebsbelastung im Wesentlichen ähnlich sind und wobei die wenigstens eine Betriebsbelastung aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Sperrschichttemperatur, Umgebungstemperatur und Stromdichte aufweist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die wenigstens eine erste LED-Anordnung und die wenigstens eine zweite LED-Anordnung jeweils einen Lumenerhaltungswert (L_m) aufweisen, der nach der Formel L_m = L_a/L_n berechnet wird, wobei L_n die nominelle Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung ist und L_a die tatsächliche Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung ist und wobei das Minderungsprofil der spektralen Leistung der über die Lebensdauer gemessene Wert von L_m ist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei sich die Lebensdauer in wenigstens einer von der ersten und der zweiten LED-Anordnung bis L_m < 70 erstreckt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die Differenz eines Lumenerhaltungswerts für die erste LED-Anordnung (L1_m) zu einer gegebenen Zeit um nicht mehr als 30 % vom Lumenerhaltungswert für die zweite LED-Anordnung (L2_m) abweicht.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die erste LED-Anordnung wenigstens ein LED-Element umfasst und die zweite LED-Anordnung wenigstens ein LED-Element umfasst und wobei L1_m und L2_m jeweilige Testwerte der LED-Elemente sind.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die wenigstens eine Betriebsbelastung aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Sperrschichttemperatur, Umgebungstemperatur und Sperrschichtstrom aufweist, und wobei ein gemessener Wert für die wenigstens eine Betriebsbelastung innerhalb normaler Betriebsbereiche für die Lichtquelle liegt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die erste LED-Anordnung ferner einen Leuchtstoffwandler umfasst, der operativ mit dem ersten LED-Element gekoppelt ist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die erste LED-Anordnung ferner ein Filter umfasst, das operativ mit dem ersten LED-Element gekoppelt ist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das erste LED-Element eine blaue LED ist und der Leuchtstoffwandler, vorzugsweise ein gelber Leuchtstoff, eine Ausgabe des ersten LED-Elements zumindest teilweise in Weißlicht umwandelt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das Weißlicht wenigstens eine erste Komponente blauen Lichts aufweist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei der CRI wenigstens 90 beträgt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das Filter die erste Komponente blauen Lichts zumindest teilweise blockiert.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das Filter ein dichroitisches Filter ist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das zweite LED-Element eine blaue LED ist.
Die offenbarte Lichtquelle kann vorteilhafterweise ferner eine erste Leistungszuleitung, die mit jeder der wenigstens einen ersten LED-Anordnung verbunden ist, und eine zweite Leistungszuleitung, die mit jeder von der wenigstens einen zweiten LED-Anordnung verbunden ist, aufweisen, wobei die erste Leistungszuleitung und die zweite Leistungszuleitung unabhängig selektiv mit einer Leistungsquelle verbunden werden können.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das Feld Licht des ersten Kanals sichtbaren Lichts mit dem sichtbaren Licht des zweiten Kanals mischt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei der zweite Kanal sichtbaren Lichts eine zweite Komponente blauen Lichts aufweist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei die erste Komponente blauen Lichts proportional zur zweiten Komponente blauen Lichts ist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei der erste Kanal sichtbaren Lichts und der zweite Kanal sichtbaren Lichts gemischt werden, um Weißlicht zu erzeugen, das vom Feld emittiert wird.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das von dem Feld emittierte Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweist.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei der CRI wenigstens 90 beträgt.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das wenigstens eine erste LED-Element und das wenigstens eine zweite LED-Element im Wesentlichen funktionell identisch sind.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei das wenigstens eine erste LED-Element und das wenigstens eine zweite LED-Element blaue LED-Elemente sind.
Es ist ferner eine Lichtquelle offenbart, wobei der erste Kanal sichtbaren Lichts im Wesentlichen kein blaues Licht im Wellenlängenbereich von 380–450 nm aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Dentallicht offenbart, welches Folgendes aufweist: wenigstens ein Feld von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen, wobei das Feld Folgendes umfasst: wenigstens eine erste LED-Anordnung mit wenigstens einem ersten LED-Element, das dafür ausgelegt ist, ein erstes Licht entsprechend einer ersten spektralen Verteilung zu emittieren, wenigstens einen Umwandlungsleuchtstoff, der innerhalb des ersten Lichts befestigt ist, wobei der Umwandlungsleuchtstoff dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der ersten spektralen Verteilung in eine umgewandelte spektrale Lichtverteilung umzuwandeln, wenigstens ein Filter, das innerhalb der umgewandelten spektralen Lichtverteilung befestigt ist, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der umgewandelten spektralen Verteilung zu blockieren, um eine gefilterte spektrale Lichtverteilung zu emittieren, und eine erste Leistungszuleitung, die mit dem wenigstens einen ersten Anordnungs-LED-Element verbunden ist. Gemäß der Ausführungsform ist wenigstens eine zweite LED-Anordnung offenbart, die wenigstens ein zweites LED-Element, das dafür ausgelegt ist, Licht entsprechend einer zweiten spektralen Verteilung zu emittieren, und eine zweite Leistungszuleitung, die mit dem wenigstens einen zweiten LED-Element verbunden ist, aufweist. Das Licht mit der gefilterten spektralen Verteilung vom Feld emittiert, wenn die erste Leistungszuleitung mit einer Leistungsquelle verbunden ist, und Licht mit einer kombinierten spektralen Verteilung umfasst die gefilterte und die zweite spektrale Verteilung, wird emittiert, wenn sowohl die erste als auch die zweite Leistungszuleitung mit einer Leistungsquelle verbunden sind.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das erste LED-Element eine blaue LED ist.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das zweite LED-Element eine blaue LED ist.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, Licht mit der zweiten spektralen Verteilung zu blockieren.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das Filter ein dichroitisches Filter ist.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das erste LED-Element und das zweite LED-Element im Wesentlichen funktionell identisch sind.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei die erste spektrale Verteilung und die zweite spektrale Verteilung im Wesentlichen identisch sind.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, Licht im Bereich von 380–450 nm zu blockieren.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei die umgewandelte spektrale Verteilung und die kombinierte spektrale Verteilung im Wesentlichen identisch sind.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei die kombinierte spektrale Verteilung Weißlicht ist.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei das Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweist.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei der CRI wenigstens 90 beträgt.
Es ist ferner ein Dentallicht offenbart, wobei die erste und die zweite LED-Anordnung an einer gedruckten Leiterplatte befestigt sind. Das Material der gedruckten Leiterplatte kann starr und/oder flexibel sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer chromatisch stabilen Beleuchtung offenbart, welches Folgendes aufweist: Bereitstellen eines ersten Kanals sichtbaren Lichts über wenigstens eine erste Leuchtdioden(LED)-Anordnung mit einer ersten Lichtausgangsintensität bei einem ersten Lichtemissionsspektrum und einem ersten Minderungsprofil der spektralen Leistung, welches die Ausgangsintensität über die Gesamtlebensdauer der LED-Anordnung beschreibt. Das Verfahren weist ferner Folgendes auf: Auswählen einer effektiven Lebensdauer innerhalb der Gesamtlebensdauer und Auswählen wenigstens einer zweiten LED-Anordnung zum Bereitstellen eines zweiten Kanals sichtbaren Lichts, wobei die zweite LED-Anordnung eine zweite Lichtausgangsintensität bei einem vom ersten Emissionsspektrum verschiedenen zweiten Lichtemissionsspektrum und ein zweites Minderungsprofil der spektralen Leistung, welches die Intensität der zweiten Lichtausgabe beschreibt, aufweist, wobei das zweite Minderungsprofil der spektralen Leistung zumindest während der effektiven Lebensdauer dem ersten Minderungsprofil der spektralen Leistung im Wesentlichen ähnlich ist. Das Verfahren weist ferner vorteilhafterweise das selektive Addieren des zweiten Lichtkanals zum ersten Lichtkanal auf.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann durch das Addieren des zweiten Lichtkanals zum ersten Lichtkanal Licht entsprechend einem dritten Lichtemissionsspektrum erzeugt werden.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das dritte Lichtemissionsspektrum Weißlicht sein.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweisen.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann der CRI wenigstens 90 betragen.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das erste Emissionsspektrum im Wesentlichen kein blaues Licht im Wellenlängenbereich von 380–450 nm aufweisen.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das zweite Emissionsspektrum im Wesentlichen blaues Licht im Wellenlängenbereich von 380–450 nm sein.
Das offenbarte Verfahren kann ferner das Positionieren der wenigstens einen ersten LED-Anordnung und der wenigstens einen zweiten LED-Anordnung operativ in der Nähe zueinander aufweisen.
Das offenbarte Verfahren kann ferner Folgendes aufweisen: Bereitstellen eines ersten LED-Elements mit einer ersten Primärlichtemission innerhalb der ersten LED-Anordnung, operatives Koppeln des ersten LED-Elements mit einem Wandlerelement, Umwandeln der ersten Primärlichtemission über das Wandlerelement in eine umgewandelte Lichtemission und Bereitstellen der umgewandelten Lichtemission als erster Kanal sichtbaren Lichts.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das Wandlerelement ferner einen Leuchtstoffwandler, insbesondere einen gelben Ce:YAG-Leuchtstoffwandler, aufweisen.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das Wandlerelement ein Filter aufweisen, das operativ mit dem Leuchtstoffwandler gekoppelt ist.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das erste LED-Element eine blaue LED sein.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann der Leuchtstoffwandler die erste Primärlichtemission in Weißlicht mit wenigstens einer Komponente der ersten Primärlichtemission umwandeln.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das Filter zumindest einen Teil der Komponente der ersten Primärlichtemission blockieren.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das Filter ein dichroitisches Filter sein. Das offenbarte Verfahren kann ferner das Bereitstellen eines zweiten LED-Elements mit einer zweiten Primärlichtemission innerhalb der zweiten LED-Anordnung aufweisen.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann das zweite LED-Element eine blaue LED sein, wobei die zweite Primärlichtemission den zweiten Kanal sichtbaren Lichts umfasst.
Gemäß dem offenbarten Verfahren können das erste LED-Element und das zweite LED-Element im Wesentlichen funktionell identisch sein.
Gemäß dem offenbarten Verfahren kann durch das Filter blockiertes Licht durch den zweiten Kanal sichtbaren Lichts in im Wesentlichen gleicher Chromatizität und Intensität zugeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, wobei der Nachdruck im Allgemeinen vielmehr auf die Erläuterung der Grundgedanken der Erfindung gelegt wird. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Beleuchtungsfelds gemäß Ausführungsformen einer Lichtquelle/eines Dentallichts gemäß der vorliegenden Offenbarung,
die 2A bzw. 2B Ausgaben in zwei verschiedenen Betriebsmodi von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die anliegende Zeichnung, worin spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen, in denen die Erfindung verwirklicht werden kann, zur Veranschaulichung dargestellt sind.
Das Wort "als Beispiel dienend" soll hier "als ein Beispiel, ein Fall oder eine Erläuterung dienend" bedeuten. Jegliche Ausführungsform oder jeglicher Entwurf, die oder der hier als "als Beispiel dienend" beschrieben wird, sollte nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Entwürfen bevorzugt oder vorteilhaft ausgelegt werden.
Die Wörter "Spektrum", "Emissionsspektrum" oder "spektrale Verteilung" sollen hier eine Verteilung von Lichtwellenlängen, typischerweise von sichtbarem Licht, bedeuten, wobei diese Begriffe in diesem Fall im Allgemeinen austauschbar sind.
1 offenbart eine als Beispiel dienende Ausführungsform einer Lichtquelle 100 mit veränderlicher Chromatizität, die ein Feld 110 von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen 120, 130 umfasst. Das Feld 110 weist mehrere erste LED-Anordnungen 120 auf, die in Abständen auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 102 positioniert sind. Die ersten LED-Anordnungen 120 sind jeweils elektrisch mit einer ersten Leistungszuleitung 104 verbunden.
Jede erste LED-Anordnung 120 ist als eine Einheit dafür ausgelegt, einen ersten Kanal sichtbaren Lichts 200 (2A, 2B) entsprechend einem ersten Spektrum/einer ersten spektralen Verteilung 210 (2B) zu emittieren. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung 120 weist leuchtstoffgewandelte Weißlicht-LED (beispielsweise eine blaue LED mit gelbem Leuchtstoff) auf und kann ein nachfolgendes Filter zum Herausfiltern von Wellenlängen im blauen Spektrum aufweisen.
Mehrere zweite LED-Anordnungen 130 sind ebenso in Abständen auf der PCB 102 positioniert dargestellt. Insbesondere ist dargestellt, dass die zweiten LED-Anordnungen 130 hinsichtlich der Position in Bezug auf die ersten LED-Anordnungen 120 vorteilhafterweise alternieren. Dieses Alternieren kann vorteilhafterweise verschachtelt sein oder in einer anderen geometrischen Anordnung in der Art einer Tesselierung einer Oberfläche geschehen. Eine zweite Leistungszuleitung 106 ist elektrisch mit jeder jeweiligen zweiten LED-Anordnung 130 verbunden.
Jede zweite LED-Anordnung 130 ist als eine Einheit dafür ausgelegt, einen zweiten Kanal sichtbaren Lichts 300 (2A) entsprechend einem vom ersten Spektrum 210 verschiedenen zweiten Spektrum/einer davon verschiedenen zweiten spektralen Verteilung 310 (2B) zu emittieren. Dieses Licht kann vorteilhafterweise im blauen/violetten Spektralbereich bis hinab zu etwa 380 nm liegen.
Während des Betriebs in einem als Beispiel dienenden Modus führt an die erste Leistungszuleitung 104 angelegter elektrischer Strom zur Lichtemission entsprechend dem ersten sichtbaren Lichtkanal 200/dem ersten Emissionsspektrum 210 (nach der Filterung), wie beispielsweise in 2B dargestellt ist. Wie dargestellt ist, fehlt es dem gefilterten Spektrum 210 an Wellenlängen im sichtbaren blauen/violetten Bereich, was dazu führt, dass der Lichtkanal 200 als gelb gefärbt oder orange gefärbt statt weiß wahrgenommen werden kann, weil dieses Licht für eine Umgebung geeignet wäre, in der lichthärtbare Materialien bearbeitet werden, wie auf dem zahntechnischen Gebiet. Allerdings kann das Spektrum 210, abhängig von der Umgebung, in der die Lichtquelle 100 verwendet wird, und abhängig von den verwendeten Verbundstofffüllungen, so gewählt werden, dass es eine geeignete oder gewünschte spektrale Verteilung aufweist.
Während des Betriebs in einem zweiten als Beispiel dienenden Modus werden durch Anlegen eines Stroms an die zweite Leistungszuleitung 106 zusätzlich zur ersten Leistungszuleitung 104 sowohl der erste sichtbare Lichtkanal 200 (beim Spektrum 210) als auch der zweite sichtbare Lichtkanal 300 beim Spektrum 310 von der Lichtquelle 100 emittiert. Wie in 2A dargestellt ist, führt dies zur Mischung der Spektren 210 und 310, woraus sich ein kombiniertes/drittes Emissionsspektrum 410 ergibt. Insbesondere soll das Spektrum 410 weißes Licht repräsentieren, wenngleich das kombinierte Spektrum 410 eine beliebige geeignete oder gewünschte spektrale Verteilung aufweisen kann.
Wie vorstehend erörtert wurde, können alle LED-Vorrichtungen als ein Lumenminderungsprofil aufweisend angesehen werden. Insbesondere existieren typische Beispiele, die hypothetisch sind und bekanntermaßen variieren, beispielsweise zwischen verschiedenen Herstellern, Spezifikationen, Leistungsausgaben und speziellen Farben. Überdies variiert die Alterung auf der Grundlage davon erheblich, wie eine LED verwendet wird. Faktoren in der Art der Sperrschichttemperatur, des Sperrschichtstroms und der Umgebungstemperatur führen zu Belastungen, die eine unmittelbare Wirkung auf die Ausgangsleistung einer LED haben können, wobei sich dieser Effekt im Laufe der Zeit ändert. Zusätzlich sind Änderungen der LED-Ausgangsleistung selbst unter moderaten Belastungen zu erwarten und können vorhergesagt werden. Die Lichtausgangsleistung kann in L-Werten ausgedrückt werden, wobei L100 die bei T = 0 gemessene Ausgangsleistung ist, d.h. wie bei einer neuen LED gemessen. Im Laufe der Zeit neigt die Lumenausgangsleistung einer LED zur Änderung. Im Allgemeinen neigt die Ausgangsleistung zur Verringerung.
Die Kurve, welche diese Verringerung beschreibt, wird hier verschiedentlich als Profil, Minderungsprofil oder Lumenminderungsprofil bezeichnet. Eine einzige LED kann abhängig von den Arbeits- oder Betriebsbelastungen, die nach Erwartung während des Normalbetriebs auf die LED einwirken, mehrere Profile aufweisen.
Es kann gesagt werden, dass sich eine LED am Ende ihrer Nutzungsdauer befindet, wenn ihre L-Zahl bis unter eine gegebene Schwelle abnimmt. Beispielsweise wird eine übliche Schwelle als L70 angesehen, welche die Gesamtlebensdauer der LED definieren würde. Diese "Gesamtlebensdauer" ist jedoch beliebig und kann viel länger sein als der Zeitraum, während dessen eine bestimmte LED in einer bestimmten Anwendung nützlich ist. In diesem Sinne ist die "Gesamtlebensdauer", wie sie hier verwendet wird, für eine bestimmte LED spezifisch und bezieht sich nicht auf die Wirksamkeit der LED in einer bestimmten Anwendung, insbesondere wenn sie in Zusammenhang mit anderen LED verwendet wird. Dagegen wird der Begriff "effektive Lebensdauer" hier als ein Maß des Zeitraums verwendet, während dessen eine oder mehrere LED bei einer bestimmten Anwendung effektiv funktionieren. Wenn sich die Ausgangsleistung einer roten LED beispielsweise auf ein Niveau verringert hat, bei dem sie in Kombination mit anderen LED in einem Feld kein weißes Licht mehr erzeugt, oder wenn ein Farbmanagementsteuerprogramm keine weiteren Betriebseinstellungen mehr vornehmen kann, um einen erforderlichen Weißabgleich beizubehalten, hat sie ihre effektive Lebensdauer überschritten, selbst wenn die Ausgangsleistung der LED noch über einem bestimmten Lumenminderungswert liegt. In diesem Sinne können komplexe Kalibriersysteme beispielsweise die "effektive Lebensdauer" der LED in einem Feld verlängern, indem sie die Treiberströme der LED in dem Feld einstellen, um den richtigen Farbabgleich wiederherzustellen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine spektrummischende LED-Lichtquelle, insbesondere eine Lichtquelle mit einer selektiv veränderlichen Chromatizität in der Art eines Dentallichts, welche die Ausgangsleistung von blauem Licht selektiv verringert oder beseitigt, entsprechend der als Beispiel dienenden Offenbarung von 1 erreicht werden, wobei das Lumenminderungsprofil der ersten LED-Anordnung 120 im Wesentlichen ähnlich dem Lumenminderungsprofil der zweiten LED-Anordnung 130 ist. Insbesondere sind die Lumenminderungsprofile über die Lebensdauer, entweder die Gesamtlebensdauer oder die effektive Lebensdauer, wobei diese Begriffe vorstehend definiert wurden, vorteilhafterweise im Wesentlichen ähnlich.
Wenn der Begriff "Lumenminderungsprofil" nicht anwendbar ist, beispielsweise wenn sich ein Teil der von den LED-Anordnungen emittierten Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums befindet, kann der Begriff "spektrale Ausgangsleistung" oder "gesamte spektrale Leistung" angewendet werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Insbesondere unterliegen die in Lumen gemessene Ausgangsleistung oder die spektrale Leistung einer ähnlichen Verschlechterung im Laufe der Zeit, was dazu führt, dass die spektrale Ausgangsleistung einer LED entsprechend einem Profil abnimmt, das typischerweise zwischen LED verschiedener Typen verschieden ist. Die Begriffe werden hier daher austauschbar verwendet, wenngleich der eine oder der andere Begriff nicht in allen Fällen oder für eine bestimmte Ausführungsform gelten kann.
Die anwendbare Lebensdauer kann vorteilhafterweise auf der Grundlage der erwarteten Gesamtlebensdauer einer oder mehrerer der Komponenten, einschließlich in der Lichtquelle 100 verwendeter LED-Komponenten, oder anderer unabhängiger Faktoren gewählt werden. Vorteilhafterweise kann die anwendbare Lebensdauer gewählt werden, um Kosten und Zuverlässigkeit auszugleichen. Beispielsweise können LED-Anordnungen mit langen Lebensdauernennwerten höhere Anfangskosten haben als LED-Anordnungen mit steileren Lumenminderungskurven und/oder Verschlechterungskurven der spektralen Ausgangsleistung innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereichs. Wie nachstehend erörtert wird, kann die Lebensdauer auch auf der Grundlage eines Minderungskurvenvergleichs oder der Verfügbarkeit geeigneter LED-Anordnungen, die auch ähnliche oder im Wesentlichen ähnliche Lumenminderungsprofile und/oder Verschlechterungskurven der spektralen Ausgangsleistung innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereichs haben, gewählt werden.
Hier ist der Begriff "im Wesentlichen ähnlich" als jede Ausführungsform der ersten und der zweiten LED-Anordnung 120, 130 einschließend zu verstehen, wobei ihre jeweiligen Lumenminderungsprofile und/oder Verschlechterungskurven der spektralen Ausgangsleistung innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereichs identisch sind, bis zu und einschließlich Ausführungsformen, bei denen die jeweiligen Lumenminderungsprofile und/oder Verschlechterungskurven der spektralen Ausgangsleistung innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereichs über die vorgesehene Lebensspanne nicht ausreichend abweichen, um das kombinierte Spektrum 410 ausreichend zu ändern, um von einem spezifizierten Standard in der Art jenes, der durch einen Farbrenderindex (CRI) oder die spektrale Ausgangsleistung definiert ist, oder von einem ähnlichen Standard abzuweichen.
Die jeweiligen Minderungsprofile oder die Verschlechterung der spektralen Ausgangsleistung der ersten und der zweiten LED-Anordnung 120 und 130 können auch als im Wesentlichen ähnlich angesehen werden, wenn sie während der spezifizierten Lebensdauer nicht um mehr als 20 %, bevorzugter um nicht mehr als 10 % und noch bevorzugter um nicht mehr als 5 % oder weniger voneinander abweichen.
Zusätzlich zur Wirkung der Lumen- und/oder spektralen Leistungsminderung über die Lebensdauer einer LED-Anordnung können auch momentane Betriebsbedingungen eine Wirkung auf die Ausgangsleistung einer LED haben. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, eine sofortige Wirkung, beispielsweise der Temperatur, auf die jeweilige Ausgangsleistung der ersten und der zweiten LED-Anordnung 120 und 130 zu berücksichtigen und auch diese abzugleichen. Die momentane Beziehung zwischen den Betriebsbedingungen und der LED-Ausgangsleistung in der Art ihres thermischen Verhaltens kann sich auch über die Lebensdauer der LED ändern. Wenn jedoch eine erhebliche Abweichung der Ausgangsleistung zwischen LED-Anordnungen durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden kann, kann es vorteilhaft sein, LED-Vorrichtungen mit einem ähnlichen momentanen thermischen Verhalten oder anderen Umgebungsabhängigkeiten für eine Verwendung in einer Lichtquelle in der Art der Lichtquelle 100 auszuwählen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, können die jeweiligen Lumenminderungsprofile und/oder Minderungsprofile der spektralen Leistung der ersten LED-Anordnung 120 und der zweiten LED-Anordnung 130 vom Typ und vom Betrag der Belastungen abhängen, die während des Betriebs der Lichtquelle 100 auf die Anordnungen einwirken. Vorteilhafterweise sollten die Belastungen, die den größten Einfluss auf den Betrag der Lumenminderung haben, sowie jegliche Differenzen von Betriebsbelastungen, die zwischen der ersten und der zweiten LED-Anordnung 120 und 130 angewendet werden, berücksichtigt werden. Beispiele von Betriebsbelastungen umfassen die Sperrschichttemperatur, die Umgebungstemperatur und die Stromdichte.
Wie vorstehend erwähnt wurde, vergleichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Lumenminderungsprofile und/oder Verschlechterungsprofile der spektralen Leistung über die wenigstens eine erste LED-Anordnung 120 mit jenen der wenigstens einen zweiten LED-Anordnung 130, die im Feld 110 angeordnet sein können. In diesem Zusammenhang können die erste LED-Anordnung 120 und die zweite LED-Anordnung 130 jeweils einen Lumenerhaltungswert (L_m) aufweisen, der zu einer gegebenen Zeit T (vorteilhafterweise beispielsweise in Stunden gemessen) nach der Formel L_m = L_a/L_n berechnet wird, wobei L_n die nominelle Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung ist, die hier beispielsweise als die Ausgangsleistung der LED-Anordnung unter Betriebsbedingungen bei T = 0 bezeichnet wird, d.h. bevor eine alterungsbezogene Lumenminderung erkannt werden kann, und wobei L_a die tatsächliche Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung bezeichnet.
Wo dies vorteilhaft ist, kann eine relevante Lebensdauer der Lichtquelle 100 mit Bezug auf eine feste Minderung der ersten und/oder der zweiten LED-Anordnung 120, 130 ausgewählt werden. Beispielsweise kann die Lichtquelle 100 bis L_m < 70 eine durch die Zeit definierte Lebensdauer in wenigstens einer von der ersten und der zweiten LED-Anordnung aufweisen, wie auf der Grundlage getesteter, gemessener oder geschätzter Werte berechnet wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, sollten die Lumenminderungsprofile und/oder die Minderungsprofile der spektralen Leistung der ersten und der zweiten LED-Anordnung möglichst eng zusammenfallen, jedoch vorteilhafterweise einander zumindest im Wesentlichen ähneln, um das Spektrum der Ausgabe der Lichtquelle 100 zu stabilisieren. Dementsprechend kann davon ausgegangen werden, dass die Lichtquelle 100 übereinstimmt oder im Wesentlichen ähnlich ist, wenn der Unterschied des Lumenerhaltungswerts und/oder des spektralen Leistungswerts für die erste LED-Anordnung (L1_m) zu einer gegebenen Zeit während der Lebensdauer der Lichtquelle 100 oder alternativ der festgelegten oder ausgewählten Lebensdauern einer oder beider von der ersten und/oder der zweiten LED-Anordnung 120, 130 um nicht mehr als 20 % vom Lumenerhaltungswert und/oder vom Erhaltungswert der spektralen Leistung für die zweite LED-Anordnung (L2_m) abweicht.
Die erste LED-Anordnung 120 und die zweite LED-Anordnung 130 wurden in allgemeinen Begriffen beschrieben, und es wurde unter Berücksichtigung der Anordnungen selbst auf die Lumenminderungs- und/oder die Minderungsprofile der spektralen Leistung Bezug genommen. Die erste LED-Anordnung 120 kann jedoch in weiteren Einzelheiten als ein erstes LED-Element 122 in der Art eines LED-Chips oder eines Chip on Board aufweisend beschrieben werden. Insbesondere kann das erste LED-Element 122 ein blauer LED-Chip oder eine beliebige farbige LED sein. Ebenso weist die zweite LED-Anordnung 130 ein zweites LED-Element 132 auf, das ein LED-Chip oder ein Chip on Board sein kann. Das zweite LED-Element 132 kann ein blauer LED-Chip oder eine beliebige farbige LED sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind L1_m und L2_m jeweilige Testwerte der LED-Elemente.
Die erste und die zweite LED-Anordnung 120, 130 oder alternativ das erste und das zweite LED-Element 122, 132 können jeweils Betriebsbelastungen unterzogen werden, welche ein Lumenminderungsprofil und/oder ein Minderungsprofil der spektralen Leistung beeinflussen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Betriebsbelastung aus einer Gruppe ausgewählt, welche Sperrschichttemperatur, Umgebungstemperatur und Sperrschichtstrom aufweist, wobei ein gemessener Wert für die wenigstens eine Betriebsbelastung innerhalb normaler Betriebsbereiche für die Lichtquelle liegt. Mit anderen Worten wird die LED-Vorrichtung vorteilhafterweise innerhalb spezifizierter Grenzen betrieben.
Zusätzlich zu den einzelnen in der ersten LED-Anordnung 120 enthaltenen Komponenten und gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Leuchtstoffwandler 124 vorteilhaft operativ mit dem ersten LED-Element 122 gekoppelt werden. Insbesondere kann der Leuchtstoffwandler 124 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Weg einer Lichtausgabe vom LED-Element 122 angeordnet werden. Der hier verwendete Begriff gekoppelt oder operativ gekoppelt kann breit interpretiert werden, um anzugeben, dass der Leuchtstoffwandler 124 so positioniert wird, dass vom ersten LED-Element 122 emittiertes Licht zumindest teilweise dem Leuchtstoffwandler 124 bereitgestellt wird, wobei der Leuchtstoffwandler 124 am ersten LED-Element 122 befestigt, daran angeklebt oder auf andere Weise daran festgemacht sein kann oder in einem bestimmten Abstand von der Chipoberfläche getrennt angeordnet sein kann oder wobei dies nicht der Fall sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und zusätzlich zu einzelnen Strukturen, die innerhalb der ersten LED-Anordnung 120 enthalten sind, kann vorteilhafterweise ein Filter 126 bereitgestellt werden. Insbesondere kann vom ersten LED-Element 122 emittiertes Licht den Leuchtstoffwandler 124 und anschließend das Filter 126 durchlaufen. Wie gemäß den als Beispiel dienenden Ausführungsformen, die den Leuchtstoffwandler 124 aufweisen, kann eine operative Kopplung zwischen dem Filter 126 und/oder dem Leuchtstoffwandler 124 und/oder dem ersten LED-Element 122 existieren, wobei eine breite Interpretation der operativen Kopplung verwendet wird, optional einschließlich einer Befestigung, beispielsweise durch Klebstoff, oder einer Anbringung beispielsweise durch Bonden oder einer alternativen Montage des Filters 126 in der ersten LED-Anordnung 120 und/oder an einem oder mehreren vom ersten LED-Element 122 und/oder vom Leuchtstoffwandler 124.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das erste LED-Element 122 eine blaue LED und der Leuchtstoffwandler 124, der eine Ausgabe des ersten LED-Elements 122 zumindest teilweise in gelbes Licht umwandelt, wobei die Kombination der Lichtausgaben zu Weißlicht führt. Ein Beispiel von Weißlicht ist in 2A offenbart, welches eine spektrale Verteilung 410 aufweist.
Insbesondere kann der Leuchtstoffwandler 124 einen gelben Leuchtstoff auf Ce-YAG-Basis aufweisen, der einen Teil des ankommenden blauen Lichts herunterwandelt und einen Teil ungewandelt lässt. Dementsprechend ist eine weitere als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, bei der das vom Leuchtstoffwandler 124 emittierte Weißlicht zumindest eine erste Komponente blauen Lichts aufweist. Die als Beispiel dienende weiße Spektralverteilung 410 weist wenigstens eine Komponente blauen Lichts oder von Licht in der Nähe von oder unterhalb von Wellenlängen von 450 Nanometern auf.
Die Qualität des Weißlichts kann anhand Standards gemessen werden, die sich dem "idealen" Tageslicht nähern. Ein Beispiel eines solchen Standards weist den Farbrenderindex (CRI) auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweisen. Insbesondere kann der CRI wenigstens 90 betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Filter 126 die erste Komponente blauen Lichts zumindest teilweise blockieren. Diese Wirkung ist in 2B als in Phantomlinien dargestellte Spektrumskomponente 310 dargestellt, die in erster Linie aus blauem Licht besteht, das beispielsweise durch das Filter 126 blockiert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Filter 126 ein dichroitisches Filter.
Durch selektives Anlegen von Leistung an die erste Leistungszuleitung 104 kann die erste LED-Anordnung 120 angesteuert werden, so dass sie leuchtet. Insbesondere beginnt das erste LED-Element 122 Licht in der Art blauen Lichts zu emittieren. Der Leuchtstoffwandler wandelt das emittierte blaue Licht zumindest teilweise in ein Spektrum um, das die Komponenten 210 und 310 aufweist (n Phantomlinien dargestellt), wie in 2B gezeigt ist. Allerdings blockiert das Filter 126 einen Teil des blauen Lichts oder das gesamte blaue Licht, wodurch gemäß als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das Spektrum 310 gegen das von der ersten LED-Anordnung 120 emittierte Licht blockiert wird. In einem Fall, in dem die zweite Leistungszuleitung 106 nicht mit einer Leistungsquelle verbunden ist, weist das von der Lichtquelle 100 emittierte Licht 350 keine erheblichen Lichtmengen mit Wellenlängen im sichtbaren violetten/blauen Spektrum auf.
Gemäß einer weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das zweite LED-Element 132 jedoch eine blaue LED sein. Wenn das LED-Element 132 insbesondere als zweiten Kanal 300 Licht im Wesentlichen im Spektrum von 310 erzeugt, führt das Zuführen von Leistung zur zweiten Leistungszuleitung 106 zu einer von der Lichtquelle 100 emittierten spektralen Lichtverteilung 400, die dem weißen Spektrum 410 ähnelt, wie in 2A dargestellt ist. Insbesondere ermöglicht die Auswahl einer blauen LED für das zweite LED-Element 132 das selektive Blockieren/Hinzufügen sichtbaren blauen Lichts während des Betriebs der Lichtquelle 100.
Anders ausgedrückt, zeigt die in 2A dargestellte Ausführungsform, dass das Feld 110 das Licht des ersten Kanals sichtbaren Lichts 200 und des zweiten Kanals sichtbaren Lichts 300 mischt, wobei der zweite Kanal sichtbaren Lichts 300 eine zweite Komponente 310 blauen Lichts aufweist. Vorteilhafterweise ist die zweite Komponente blauen Lichts proportional zur vom Filter 126 blockierten ersten Komponente. Wenn dies der Fall ist, wird das vom Leuchtstoffwandler 124 emittierte Weißlicht im Wesentlichen rekonstruiert, wenn der erste Kanal 200 und der zweite Kanal 300 sichtbaren Lichts gemischt werden. Dementsprechend kann das vom Feld 110 aus 2A emittierte Weißlicht 400/410 einen hohen CRI aufweisen. Insbesondere kann es einen CRI von wenigstens 90 aufweisen.
Wenn das erste LED-Element 122 und das zweite LED-Element 132 im Wesentlichen ähnliche Lumenminderungsprofile und/oder Verschlechterungsprofile der spektralen Leistung aufweisen, ist es wahrscheinlich, dass eine Verringerung der Ausgangsleistung des ersten LED-Elements 122 durch Alterung im zweiten LED-Element 132 widergespiegelt wird, insbesondere wenn die gleiche Chiptechnologie verwendet wird. Wenngleich dementsprechend die Gesamtlumenausgabe und/oder die gesamte spektrale Leistung der Lichtquelle 100 im Laufe der
Zeit abnehmen kann, bleibt das Verhältnis zwischen den jeweiligen Ausgangsleistungen der beiden Lichtkanäle im Wesentlichen konstant, was dazu führt, dass die Ausgabe 400 des Kanals 200/400 der Lichtquelle 100 in Bezug auf ein Mehr-LED-System, bei dem die verschiedenen LED-Elemente divergente Lumenminderungsprofile aufweisen, beispielsweise infolge verschiedener Chiptechnologie- und Betriebseinstellungen, chromatisch stabil. Überdies wird, weil verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen blaue LED-Elemente verwenden, die chromatische Stabilität durch die native Stabilität blauer LED verglichen mit LED anderer Farben weiter erhöht. Dies verringert die bereits wenig signifikante Wirkung der ungleichen Beleuchtungsalterung von LED-Elementen in der Lichtquelle 100, wenn der nicht härtende Lichtmodus aus 2B verwendet wird. Die Verwendung funktionell identischer blauer LED für das erste und das zweite LED-Element 122 und 132 ermöglicht die gewöhnliche Verwendung des nicht härtenden Lichtmodus ohne ein erhebliches Risiko, dass die erste LED-Anordnung 120 während Zeiträumen, in denen nur der erste Kanal sichtbaren Lichts 200 beleuchtet wird, eine erhebliche Lumenminderung oder Minderung der spektralen Leistung durchmacht.
Überdies und gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verwendung des gleichen LED-Typs für jedes vom ersten und vom zweiten LED-Element 122 und 132 vorteilhaft. Wie hier offenbart, sind die Begriffe "LED-Elemente des gleichen Typs" oder "die gleichen LED-Elemente" oder "funktionell identische LED-Elemente" austauschbar und bezeichnen zwei oder mehr LED mit den gleichen Spezifikationen, der gleichen Herstellung oder aus einem gemeinsamen Los, die aus den gleichen Materialien bestehen oder auf andere Weise ununterscheidbar sind, wenn sie in gewöhnlichen Dienst gestellt werden. Bei funktionell identischen oder gleichwertigen LED-Elementen ist es zumindest wahrscheinlicher, dass sie identische oder zumindest im Wesentlichen ähnliche Lumenminderungsprofile und/oder Minderungsprofile der spektralen Leistung aufweisen. Dementsprechend ermöglichen Anordnungen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, bei denen das Filter 126 genau das Spektrum 310 entfernt, das die LED-Elemente 122 und 132 nativ erzeugen, das selektive Blockieren blauen Lichts, ohne das Feld 110 mit diversen LED-Elementen zu belegen, die schwieriger abzugleichen wären, um eine langfristige relative chromatische Stabilität zu erreichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Dentallicht 100 (1) offenbart, das ein Feld 110 von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen 122, 132 aufweist. Das Feld 110 weist wenigstens eine erste LED-Anordnung 120 auf, die wenigstens ein erstes LED-Element 122 aufnimmt oder aufweist, das dafür ausgelegt ist, erstes Licht entsprechend einer ersten spektralen Verteilung zu emittieren (beispielsweise 310, 2B). Wenigstens ein Umwandlungsleuchtstoff 124 ist innerhalb der ersten Lichtemission befestigt, wobei der Umwandlungsleuchtstoff 124 dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der ersten spektralen Verteilung in eine umgewandelte spektrale Lichtverteilung (beispielsweise 410, 2A) umzuwandeln. Wenigstens ein Filter 126 ist innerhalb der umgewandelten spektralen Verteilung emittierten Lichts befestigt, wobei das Filter 126 dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der umgewandelten spektralen Verteilung zu blockieren, um eine gefilterte spektrale Lichtverteilung zu emittieren (beispielsweise 210, 2B). Eine erste Leistungszuleitung 104 ist mit wenigstens einem ersten Anordnungs-LED-Element verbunden.
Wenigstens eine zweite LED-Anordnung 130 ist mit einem LED-Element 132 offenbart, das dafür ausgelegt ist, Licht entsprechend einer zweiten spektralen Verteilung zu emittieren, die vorteilhafterweise aber nicht unbedingt mit der ersten spektralen Verteilung identisch ist (beispielsweise 310, 2B). Eine zweite Leistungszuleitung 106 ist mit dem wenigstens einen zweiten Anordnungs-LED-Element verbunden.
Während des Betriebs wird das Licht 200, das die gefilterte spektrale Verteilung 210 aufweist, vom Feld 110 emittiert, wenn die erste Leistungszuleitung 104 mit einer Leistungsquelle verbunden ist. Wenn sowohl die erste Leistungszuleitung 104 als auch die zweite Leistungszuleitung 106 mit der Leistung verbunden sind, wird Licht 400 mit einer kombinierten spektralen Verteilung 410, welche die gefilterte spektrale Verteilung 210 und die zweite spektrale Verteilung 310 aufweist, emittiert.
Wie bei vorhergehenden Ausführungsformen kann das Dentallicht auf LED-Elementen, die blaue LED aufweisen, beruhen. Wenn die LED LED der gleichen Art sind, d.h. funktionell identisch sind, sind die erste und die zweite spektrale Verteilung nach Definition auch funktionell identisch. Überdies kann, wenn das Filter 126 dafür ausgelegt ist, Licht mit der spektralen Verteilung 310 zu blockieren, genau gesagt der Verteilung, die für das übliche dentale Härten relevant ist, und wenn die erste und die zweite spektrale Verteilung auch mit der spektralen Verteilung 310 im Wesentlichen ähnlich oder funktionell damit identisch sind, ein Dualmodus-"Zwei-Spektren"-Dentallicht vorteilhafterweise erreicht werden, ohne mehr als eine Art eines LED-Elements zu verwenden.
Insbesondere ist eine Lichtmischung unter Verwendung von LED mehrerer Farben nicht erforderlich. Tatsächlich kann das Dentallicht 100 vorteilhafterweise so ausgelegt werden, dass die umgewandelte spektrale Verteilung und die kombinierte spektrale Verteilung im Wesentlichen identisch sind und beispielsweise das Spektrum 410 aufweisen. Das Filter 126 blockiert einfach im Wesentlichen die gleichen Komponenten, die durch die mit der zweiten Leistungszuleitung 106 verbundenen LED-Elemente selektiv addiert werden.
Das Spektrum 410 besteht vorteilhafterweise aus Weißlicht. Beispielsweise kann das Weißlicht auf dem zahntechnischen Gebiet vorteilhafterweise einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweisen. Insbesondere kann der CRI wenigstens 90 betragen. Diese Merkmale können bei der Herstellung kalibriert werden, und infolge der relativen Stabilität der Ausgangsleistung über die im Feld verwendeten LED-Komponenten (insbesondere wenn alle verwendeten LED die gleichen sind) kann eine anschließende Rekalibrierung nicht erforderlich sein.
Die bisher offenbarten Ausführungsformen können gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung vorteilhafterweise ein Verfahren 1000 (3) zum Bereitstellen einer chromatisch stabilen Beleuchtung verwenden. Für ein Zweikanalsystem umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines ersten Kanals sichtbaren Lichts über wenigstens eine erste LED-Anordnung mit einer ersten Lichtausgangsintensität bei einem ersten Lichtemissionsspektrum und einem ersten Lumenminderungsprofil und/oder Minderungsprofil der spektralen Leistung, wodurch die Ausgangsintensität über die Gesamtlebensdauer der LED-Anordnung 1010 beschrieben wird.
1020 umfasst das Auswählen einer effektiven Lebensdauer innerhalb der Gesamtlebensdauer. Wie vorstehend erörtert wurde, kann die Auswahl einer effektiven Lebensdauer die erwartete Lebensdauer der Lichtquelle oder des Dentallichts insgesamt berücksichtigen oder Beschränkungen in der Auswahl der Komponenten einbeziehen. Die effektive Lebensdauer ist typischerweise gleich der Gesamtlebensdauer der LED-Anordnung oder kürzer als diese, wobei die Gesamtlebensdauer selbst durch eine Industriekonvention definiert sein kann (LED haben beispielsweise bei L70 das Ende ihrer Lebensdauer erreicht) oder die Gesamtlebensdauer für die Anwendung spezifisch sein kann, bei der die LED verwendet wird. Beispielsweise ist es möglich, dass selbst eine chromatisch stabile Lichtquelle die Anforderungen eines Zahnarzts nicht mehr erfüllt, wenn sie insgesamt weniger als einen Prozentsatz ihrer nominellen oder ursprünglichen Ausgangsleistung erzeugt.
In einem solchen Fall ist es vorteilhaft, es zu erwägen, die effektive Lebensdauer in Bezug zur Zeit zu setzen, während derer die Beleuchtungsquelle chromatisch stabil sein kann, und zu erwägen, dass die Gesamtlebensdauer für die Zwecke einer oder mehrerer Ausführungsformen enger in Bezug zur Verwendbarkeit der Vorrichtung insgesamt steht, selbst wenn der Farbabgleich gültig bleiben kann. Wenngleich eine oder mehrere Ausführungsformen die chromatische Stabilität über die Nutzungsdauer der Vorrichtung auf der Grundlage anderer Parameter erreichen und aufrechterhalten können, ist es wahrscheinlich, dass die Auswahl einer effektiven Lebensdauer innerhalb der Gesamtlebensdauer vorteilhaft ist.
Wie bei 1030 offenbart, wird wenigstens eine zweite LED-Anordnung ausgewählt, um einen zweiten Kanal sichtbaren Lichts bereitzustellen, wobei die zweite LED-Anordnung eine zweite Lichtausgangsintensität bei einem zweiten Lichtemissionsspektrum aufweist, das vom ersten Emissionsspektrum verschieden ist, und ein zweites Lumenminderungsprofil und/oder Minderungsprofil der spektralen Leistung aufweist, wodurch die Intensität der zweiten Lichtausgabe im Laufe der Zeit beschrieben wird. Das zweite Lumenminderungsprofil ähnelt vorzugsweise zumindest während der effektiven Lebensdauer im Wesentlichen dem ersten Lumenminderungsprofil.
Dann wird bei 1040 der zweite Lichtkanal selektiv zum ersten Lichtkanal addiert. Durch das Addieren der beiden Kanäle kann vorteilhafterweise Licht entsprechend einem dritten Emissionsspektrum erzeugt werden, das vorteilhafterweise Weißlicht sein kann. Insbesondere kann das dritte Emissionsspektrum einen hohen CRI aufweisen, insbesondere einen CRI von wenigstens 90.
Das erste Emissionsspektrum kann vorteilhafterweise im Wesentlichen kein blaues Licht im Wellenlängenbereich von 380 bis 450 nm aufweisen, und das zweite Emissionsspektrum ist im Wesentlichen blaues Licht im gleichen Wellenlängenbereich.
Zum Erleichtern des Mischens von Licht während des Addierens von 1040 kann die wenigstens eine erste LED-Anordnung operativ in der Nähe der wenigstens einen zweiten LED-Anordnung sein. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann operativ nahe als ausreichend nahe zueinander, um ein im Allgemeinen homogenes Mischen der ersten und der zweiten Lichtausgabe an einem Beleuchtungsziel in einem gewissen Abstand von den LED-Anordnungen zu ermöglichen, verstanden werden.
Das offenbarte Verfahren kann ferner 1012–1018 aufweisen, wobei bei 1012 innerhalb der ersten LED-Anordnung ein erstes LED-Element mit einer ersten Primärlichtemission bereitgestellt ist. Bei 1014 wird das erste LED-Element operativ mit einem Wandlerelement in der Art eines Leuchtstoffwandlers und einem Filter gekoppelt. Bei 1016 wird die erste Primärlichtemission über das Wandlerelement in eine umgewandelte Lichtemission umgewandelt, und bei 1018 wird die umgewandelte Lichtemission als der erste Kanal sichtbaren Lichts bereitgestellt.
Vorteilhafterweise kann das erste LED-Element, insbesondere für zahntechnische Anwendungen, eine blaue LED sein. Zusätzlich kann der Leuchtstoffwandler die erste Primärlichtemission in Weißlicht umwandeln, das wenigstens eine Komponente der ersten Primärlichtemission aufweist, und ein Filter kann vorteilhafterweise zumindest einen Teil dieser Komponente der ersten Primärlichtemission blockieren.
Ein zweites LED-Element kann in der zweiten LED-Anordnung enthalten sein, und die Ausgabe der zweiten LED, d.h. ihre Primärlichtemission, kann selbst den zweiten Lichtkanal umfassen. Wenn die zweite LED auch eine blaue LED ist, kann die zweite LED vorteilhafterweise auch funktionell identisch sein, d.h. die gleiche Art eines LED-Elements sein, wie es für die erste LED-Anordnung bereitgestellt wird.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden sowohl allgemein als sich auf eine Lichtquelle beziehend als auch spezifisch als sich auf ein Dentallicht beziehend offenbart. Eine oder mehrere der vorstehend offenbarten Ausführungsformen können bestimmte Vorteile aufweisen, wenn sie als ein Dentallicht verwendet werden, wobei die langfristige chromatische Stabilität der beiden Lichtmodi erforderlich ist und wobei erwartet wird, dass der Weißlichtmodus 80 %–99 % der Nutzungsdauer des Dentallichts praktisch verwendet wird. Im Weißlichtmodus sind alle LED eingeschaltet. In einem solchen Fall können Alterungsdifferenzen der einzelnen LED infolge der Verwendung des Dentallichts in seinem "gelben" oder "nicht härtenden" Modus minimiert werden, weil der nicht härtende Modus während der kurzen Zeiträume des tatsächlichen Arbeitens mit nicht gehärtetem Verbundstoff-Füllmaterial verwendet wird.
Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen eingehend dargestellt und beschrieben wurde, sollten Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und vom Schutzumfang der durch die anliegenden Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird demgemäß durch die anliegenden Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen daher darin aufgenommen sein.

Claims

Lichtquelle mit veränderlicher Chromatizität, welche Folgendes umfasst: ein Feld von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen, wobei das Feld Folgendes umfasst: wenigstens eine erste LED-Anordnung, die dafür ausgelegt ist, einen ersten Kanal sichtbaren Lichts entsprechend einem ersten Spektrum zu emittieren, wobei die erste LED-Anordnung ein erstes Minderungsprofil der spektralen Leistung aufweist, und wenigstens eine zweite LED-Anordnung, die dafür ausgelegt ist, einen zweiten Kanal sichtbaren Lichts entsprechend einem zweiten Spektrum zu emittieren, wobei die zweite LED-Anordnung ein zweites Minderungsprofil der spektralen Leistung aufweist, wobei das erste Spektrum vom zweiten Spektrum verschieden ist und das Verhältnis zwischen dem ersten Minderungsprofil der spektralen Leistung und dem zweiten Minderungsprofil der spektralen Leistung über die Lebensdauer der Lichtquelle im Wesentlichen konstant ist.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei das erste Minderungsprofil der spektralen Leistung und das zweite Minderungsprofil der spektralen Leistung in Bezug auf wenigstens eine Betriebsbelastung im Wesentlichen ähnlich sind und wobei die wenigstens eine Betriebsbelastung aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Sperrschichttemperatur, Umgebungstemperatur und Stromdichte aufweist.
Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste LED-Anordnung und die wenigstens eine zweite LED-Anordnung jeweils einen Lumenerhaltungswert (L_m) aufweisen, der nach der Formel L_m = L_a/L_n berechnet wird, wobei L_n die nominelle Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung ist und L_a die tatsächliche Ausgangsleistung einer jeweiligen LED-Anordnung ist und wobei das Minderungsprofil der spektralen Leistung der über die Lebensdauer gemessene Wert von L_m ist.
Lichtquelle nach Anspruch 3, wobei sich die Lebensdauer in wenigstens einer von der ersten und der zweiten LED-Anordnung bis L_m < 70 erstreckt.
Lichtquelle nach Anspruch 4, wobei das wenigstens eine erste LED-Element und das wenigstens eine zweite LED-Element im Wesentlichen funktionell identisch sind.
Lichtquelle nach Anspruch 5, wobei das wenigstens eine erste LED-Element und das wenigstens eine zweite LED-Element blaue LED-Elemente sind.
Dentallicht, welches Folgendes umfasst: ein Feld von Leuchtdioden(LED)-Anordnungen, wobei das Feld Folgendes umfasst: wenigstens eine erste LED-Anordnung, welche Folgendes umfasst: wenigstens ein erstes LED-Element, das dafür ausgelegt ist, ein erstes Licht entsprechend einer ersten spektralen Verteilung zu emittieren, wenigstens einen Umwandlungsleuchtstoff, der innerhalb des ersten Lichts befestigt ist, wobei der Umwandlungsleuchtstoff dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der ersten spektralen Verteilung in eine umgewandelte spektrale Lichtverteilung umzuwandeln, wenigstens ein Filter, das innerhalb der umgewandelten spektralen Lichtverteilung befestigt ist, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil der umgewandelten spektralen Verteilung zu blockieren, um eine gefilterte spektrale Lichtverteilung zu emittieren, und eine erste Leistungszuleitung, die mit dem wenigstens einen ersten Anordnungs-LED-Element verbunden ist, wenigstens eine zweite LED-Anordnung, welche Folgendes umfasst: wenigstens ein zweites LED-Element, das dafür ausgelegt ist, Licht entsprechend einer zweiten spektralen Verteilung zu emittieren, und eine zweite Leistungszuleitung, die mit dem wenigstens einen zweiten LED-Element verbunden ist, wobei Licht mit der gefilterten spektralen Verteilung vom Feld emittiert wird, wenn die erste Leistungszuleitung mit einer Leistungsquelle verbunden ist, und wobei Licht mit einer kombinierten spektralen Verteilung umfassend die gefilterte und die zweite spektrale Verteilung, wenn sowohl die erste als auch die zweite Leistungszuleitung mit einer Leistungsquelle verbunden sind.
Dentallicht nach Anspruch 7, wobei das erste LED-Element eine blaue LED ist.
Dentallicht nach Anspruch 8, wobei das zweite LED-Element eine blaue LED ist.
Dentallicht nach Anspruch 9, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, Licht mit der zweiten spektralen Verteilung zu blockieren.
Dentallicht nach Anspruch 10, wobei das Filter ein dichroitisches Filter ist.
Dentallicht nach Anspruch 10, wobei das erste LED-Element und das zweite LED-Element im Wesentlichen funktionell identisch sind.
Dentallicht nach Anspruch 10, wobei die erste spektrale Verteilung und die zweite spektrale Verteilung im Wesentlichen identisch sind.
Dentallicht nach Anspruch 10, wobei das Filter dafür ausgelegt ist, Licht im Bereich von 380–450 nm zu blockieren.
Dentallicht nach Anspruch 14, wobei die umgewandelte spektrale Verteilung und die kombinierte spektrale Verteilung im Wesentlichen identisch sind.
Verfahren zum Bereitstellen einer chromatisch stabilen Beleuchtung, welches Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ersten Kanals sichtbaren Lichts über wenigstens eine erste Leuchtdioden(LED)-Anordnung, welche Folgendes aufweist: eine erste Lichtausgangsintensität bei einem ersten Lichtemissionsspektrum und ein erstes Minderungsprofil der spektralen Leistung, welches die Ausgangsintensität über die Gesamtlebensdauer der LED-Anordnung beschreibt, Auswählen einer effektiven Lebensdauer innerhalb der Gesamtlebensdauer, Auswählen wenigstens einer zweiten LED-Anordnung zum Bereitstellen eines zweiten Kanals sichtbaren Lichts, wobei die zweite LED-Anordnung Folgendes aufweist: eine zweite Lichtausgangsintensität bei einem zweiten Lichtemissionsspektrum, das vom ersten Emissionsspektrum verschieden ist, und ein zweites Minderungsprofil der spektralen Leistung, welches die Intensität der zweiten Lichtausgabe beschreibt, wobei das zweite Minderungsprofil der spektralen Leistung zumindest während der effektiven Lebensdauer dem ersten Minderungsprofil der spektralen Leistung im Wesentlichen ähnelt, und selektives Addieren des zweiten Lichtkanals zum ersten Lichtkanal.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei durch das Addieren des zweiten Lichtkanals zum ersten Lichtkanal Licht entsprechend einem dritten Lichtemissionsspektrum erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das dritte Lichtemissionsspektrum Weißlicht ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Weißlicht einen hohen Farbrenderindex (CRI) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das erste Emissionsspektrum im Wesentlichen kein blaues Licht im Wellenlängenbereich von 380–450 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, welches ferner Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ersten LED-Elements mit einer ersten Primärlichtemission innerhalb der ersten LED-Anordnung, operatives Koppeln des ersten LED-Elements mit einem Wandlerelement, Umwandeln der ersten Primärlichtemission über das Wandlerelement in eine umgewandelte Lichtemission und Bereitstellen der umgewandelten Lichtemission als erster Kanal sichtbaren Lichts.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Wandlerelement einen Leuchtstoffwandler aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Wandlerelement ein Filter aufweist, das operativ mit dem Leuchtstoffwandler gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das erste LED-Element eine blaue LED ist.