DE112016003453T5

DE112016003453T5 - Einzeldiodendesinfektion

Info

Publication number: DE112016003453T5
Application number: DE112016003453.9T
Authority: DE
Inventors: Jorel Lalicki; Robert Barron; James W. Peterson
Original assignee: Vital Vio Inc
Current assignee: Vital Vio Inc
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-04-12
Also published as: JP2018525848A; GB201802648D0; GB2556782B; GB2556782A; US10753575B2; CA2993825A1; HK1247858A1; KR20180036728A; JP2021003568A; IL257165B; CN107921161A; KR102104951B1; US20170030555A1; US9927097B2; JP2023115084A; WO2017019933A1; US20180180253A1; IL257165A; CA2993825C; CN107921161B

Abstract

Hier offengelegt ist eine Vorrichtung, die Mikroorganismen inaktiviert. Die Vorrichtung schließt einen Lichtsender und mindestens ein lichtumwandelndes Material ein, das angeordnet ist, um mindestens einen Teil des Lichts von dem Lichtsender umzuwandeln. Jedes von dem Lichtsender emittierte und umwandelte Licht, das von dem mindestens einen lichtumwandelnden Material emittiert wird, mischt sich um ein kombiniertes Licht zu bilden, wobei das kombinierte Licht einen Anteil der in einem Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm gemessenen spektralen Energie von größer als ungefähr 20 Prozent aufweist. In einer anderen Ausführungsform schließt die Vorrichtung einen Lichtsender, der zum Emittieren von Licht mit Wellenlängen in einem Bereich von 380 bis 420 nm konfiguriert ist, ein, und mindestens ein lichtumwandelndes Material, das mindestens einen optischen Aufheller enthält und zum Emittieren eines zweiten Lichts konfiguriert ist. Das erste Licht, das die Vorrichtung verlässt, und das zweite Licht, das die Vorrichtung verlässt, vermischen sich, um ein kombiniertes Licht zu bilden, wobei das kombinierte Licht weiß ist.

Description

Offenlegung im technischen Bereich
Die vorliegende Offenlegung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung, die in der Lage ist, Licht zu emittieren, das als Weiß oder ein weißer Farbton wahrgenommen werden kann, und insbesondere eine lichtemittierende Vorrichtung, die Licht emittieren kann, das als Weiß oder ein weißer Farbton wahrgenommen werden kann, während gleichzeitig die Inaktivierung von Mikroorganismen verursacht wird.
Stand der Technik der Offenlegung
Lichtemittierende Vorrichtungen sind eine Hauptanforderung in den meisten in Innenräumen genutzten Umgebungen, um eine Beleuchtung des Bereichs, von Aufgaben, die in dem Bereich abgeschlossen werden und von Insassen und Objekten des Bereichs, bereitzustellen. Lichttechnologien reichen weithin für den Einsatz in Innenräumen, von Glühlampen und Halogenlampen bis hin zu Leuchtstoff- und Leuchtdiodenlampen und -vorrichtungen sowie vielen anderen Technologien. Der hauptsächliche Zweck dieser Lichttechnologien besteht bislang darin, Licht bereitzustellen, das von Menschen als "weißes" Licht betrachtet werden kann, das verschiedene Farben, Texturen und Merkmale von Objekten in einer für den Menschen angenehmen Weise effektiv beleuchten kann.
Während viele Technologien kommerziell in der Beleuchtung verwendet werden, wächst die LED-Beleuchtung als eine Technologie zur Bereitstellung einer effizienten Beleuchtung von weißem hochwertigen Licht zu einem effektiven Kostenpunkt. Einige übliche LEDs für die allgemeine Beleuchtung verwenden einen Halbleiterübergang, der zur Emission von blauem Licht angeregt wird und der mit einem Leuchtstoffmaterial wie z. B. Cer-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG: Ce) kombiniert wird, um einen Teil dieses blauen Lichts in andere Lichtwellenlängen umzuwandeln, wie z.B. gelbe Wellenlängen. Wenn es richtig ausbalanciert ist, wird das kombinierte Licht, das von dem Halbleiterübergang und dem Leuchtstoffmaterial emittiert wird, als weiß oder als weißer Farbton wahrgenommen. Blaulichtemittierende Halbleiter werden derzeit aus vielen Gründen verwendet, einschließlich einer relativ hohen Effizienz, relativ niedrigen Kosten und relativ wünschenswerten Farbvorteilen des Beitrags von blauem Licht zum Gesamtspektrum von Licht (im Vergleich zu lichtemittierenden Halbleitern, die Licht einer anderen Farbe emittieren).
Einige alternative LED-Technologien verwenden Halbleiterverbindungen, die UV-, Nah-UV- oder Violettlicht anstelle von blauem Licht emittieren. Ein Leuchtstoffmaterial wird kombiniert, um einen Teil des blauen, violetten oder UV-Lichts in andere Lichtwellenlängen umzuwandeln, und die beiden Komponenten werden in geeigneter Weise ausgeglichen, um Weiß oder einem weißen Lichtfarbton bereitzustellen. Violette LEDs werden aufgrund der typischerweise geringeren Effizienz und Kostenleistung weniger häufig verwendet, es wurde jedoch im öffentlichen Sektor gezeigt, dass sie in der Lage sind, in einigen Eigenschaften wie dem Farbwiedergabeindex (CRI) eine angemessene visuelle Lichtqualität bereitzustellen.
Mit diesen beiden LED-Technologien wird das Erreichen einer relativ hohen Lichtausbeute der emittierten Strahlung gegen das Erzielen erwünschter Farbeigenschaften (CRI, korrelierte Farbtemperatur (CCT), Gamut usw.) der emittierten Strahlung abgewogen. Mit anderen Worten, die Wellenlänge des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten kombinierten Lichts wird in Bezug auf die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges so gewählt, dass eine hohe Effizienz erreicht wird, während der Verlust von gewünschten Farbeigenschaften minimiert wird.
Es wurden alternative Lichtquellen mit zusätzlichen Leistungsfaktoren geschaffen, die emittiertes Licht auf verschiedene Arten verwenden. Leuchten und Vorrichtungen für den Gartenbau, Gesundheit, Wärme und Desinfektion wurden demonstriert. Zusätzlich dazu, dass sie auf die Lichtausbeute der Strahlung abgestimmt sind, sind diese Leuchten und -vorrichtungen darauf abgestimmt, erhöhte Ausgabeleistungen bestimmter Strahlungsbereiche bereitzustellen, um den zusätzlichen Leistungsfaktor zu erreichen.
Diese Leuchten und -vorrichtungen bieten eine zweifache oder mehrfache Funktion der Beleuchtung durch die Verwendung verschiedener alternativer Lichtfunktionen wie photochemischer Energie, photobiologischer Energie, Strahlungsenergie und anderer. Typischerweise wird versucht, Strahlungsenergieausgaben für spezifische Bereiche zu optimieren, die Absorptions- oder Aktivierungsspektren der hinzugefügten Funktion entsprechen. Zum Beispiel wird versucht, Leuchten und Vorrichtungen für den Gartenbau zu optimieren, um lichtanpassende Absorptions- oder Aktivierungsspektren von Chlorophyll und anderen photoaktivierten Mechanismen auf Pflanzenbasis zu emittieren. Es wird versucht, Leuchten und Vorrichtungen zur Unterstützung des zirkadianen Rhythmus zu optimieren, um lichtanpassende Absorptions- oder Aktivierungsspektren von Melatonin zu emittieren.
In diesen Leuchten und Vorrichtungen, die Licht für mehrere Funktionen emittieren, können die Lichtemissionen ausgeglichen werden, um ein akzeptables Niveau jeder Funktion zu erreichen. Eine der Funktionen kann eine allgemeine Beleuchtung sein (z. B. wenn die Mehrfachfunktionsleuchten und -vorrichtungen in Räumen verwendet werden, die von Menschen in Anspruch genommen sind). In diesem Fall wird das Erzielen einer relativ hohen Lichtausbeute des emittierten Lichts nicht nur gegen das Erreichen wünschenswerter Farbeigenschaften des emittierten Lichts, sondern auch das Erreichen der einen oder mehreren anderen Funktionen auf ein akzeptables oder erwünschtes Niveau abgewogen.
Kurze Beschreibung der Offenlegung
Ausführungsformen der hier offengelegten Offenlegung können eine Vorrichtung enthalten, die Mikroorganismen inaktiviert, wobei die Vorrichtung einen Lichtsender und mindestens ein lichtumwandelndes Material einschließt, das angeordnet ist, um zumindest einen Teil des Lichts von dem Lichtsender umzuwandeln, wobei jedes von dem Lichtsender emittierte Licht und der mindestens eine Teil des umgewandelten Lichts, das von dem mindestens einen lichtumwandelnden Material emittiert wird, sich zu einem kombinierten Licht vermischt, wobei das kombinierte Licht einen Anteil an spektraler Energie aufweist, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 20% gemessen wird.
Ausführungsformen der Offenlegung hier können eine Vorrichtung enthalten, die Mikroorganismen inaktiviert, wobei die Vorrichtung einen Lichtsender und mindestens ein lichtumwandelndes Material einschließt, das so angeordnet ist, dass es in einem direkten Weg des ersten Lichts ist. Der Lichtsender ist konfiguriert, um ein erstes Licht innerhalb eines Bereichs von 380 nm bis 420 nm zu emittieren, und das mindestens eine lichtumwandelnde Material ist konfiguriert, um ein zweites Licht in Reaktion darauf zu emittieren, dass das erste Licht auf das mindestens eine lichtumwandelnde Material auftrifft. Das erste Licht, das die Vorrichtung verlässt, und das zweite Licht, das die Vorrichtung verlässt, vermischen sich, um ein kombiniertes Licht zu bilden, wobei das kombinierte Licht weiß ist. Das mindestens eine lichtumwandelnde Material enthält mindestens einen optischen Aufheller, der Licht im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 495 nm emittiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale der Offenlegung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenlegung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die verschiedene Aspekte der Offenlegung darstellen, leichter verständlich.
1 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
4 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
5 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
6 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
8 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
9 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
10 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
11 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
12 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
13 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
14 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
15 veranschaulicht eine andere lichtemittierende Vorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
16 veranschaulicht einen ANSI C78.377A LED-Norm mit akzeptierten x-y-Koordinaten bei ausgewählten CCTs, die Farbkoordinatenbereiche für lichtemittierende Vorrichtungen in einigen Ausführungsformen der Offenlegung sind.
Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Offenlegung darstellen und sollten daher nicht als den Umfang der Offenlegung einschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen stellt die gleiche Nummerierung gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen dar. Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Offenlegung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Offenlegung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Beleuchtungsvorrichtung offengelegt, die in der Lage ist, Licht zu emittieren, das als weiß oder als weißer Farbton wahrgenommen werden kann und gleichzeitig bestimmte Lichtkonzentrationen mit spezifischen Wellenlängen emittieren kann, die mit der Inaktivierung von zumindest einigen Mikroorganismen assoziiert sind. Die lichtemittierende Vorrichtung besteht aus einem Lichtsender (z. B. LEDs, Lasern) und einem oder mehreren lichtumwandelnden Materialien (z. B. Leuchtstoffen, optischen Aufhellern), die so zusammengebaut sind, dass das von dem Lichtsender emittierte Licht in das lichtumwandelnde Material geleitet wird und zumindest ein Teil dieses Lichts, das in das lichtumwandelnde Material (die lichtumwandelnden Materialien) gerichtet ist, durch das lichtumwandelnde Material (die lichtumwandelnden Materialien) in Licht mit einer anderen Eigenschaft (z. B. einer anderen Spitzenwellenlänge) umgewandelt wird. Licht kann durch das lichtumwandelnde Material (die lichtumwandelnden Materialien) umgewandelt werden, indem das Licht absorbiert wird, das das lichtumwandelnde Material (die lichtumwandelnden Materialien) anregt oder aktiviert, um Licht einer anderen Eigenschaft (z. B. eine andere Spitzenwellenlänge) zu emittieren. Ein kombiniertes Licht, das von dem Lichtsender und dem lichtumwandelnden Material (den lichtumwandelnden Materialien) emittiert wird, hat einen Anteil der Spektralenergie, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 20% gemessen wird.
Der Lichtsender und das (die) lichtumwandelnde Material (Materialien) können auf viele verschiedene Arten zusammengebaut werden, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, die in 1 bis 15 dargestellten Ausführungsformen. Licht, das von dem (den) Lichtsender(n) und dem oder den lichtumwandelnden Materialien emittiert wird, kann durch Optiken, Reflektoren oder andere Montagekomponenten modifiziert werden, um zu ermöglichen, dass das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierte kombinierte Licht als Weiß oder weißer Farbton wahrgenommen wird. Unter Bezugnahme auf 1, wird eine lichtemittierende Vorrichtung 10 veranschaulicht, die eine Pumpen-LED 12 als Lichtsender, ein lichtumwandelndes Material 14, eine Verkapselung 16 und einen Träger 18 einschließt. Das lichtumwandelnde Material 104 kann in der Verkapselung 106 verteilt sein. Die Pumpen-LED 12 und das lichtumwandelnde Material 104 sind auf dem Träger 108 gestützt.
2 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 20, die eine Pumpen-LED 22 im Gehäuse als Lichtsender, ein lichtumwandelndes Material 24, eine Linse 26, die das lichtumwandelnde Material 24 enthält, und ein Träger oder eine Basis 28 umfasst.
3 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 30, die eine Anordnung von Pumpen-LEDs 32 enthält, die in einem lichtumwandelnden Material 34 enthalten sind, das in einer Verkapselung 36 gleichmäßig verteilt ist.
4 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 40, die eine Anordnung von LEDs 42 mit lichtumwandelnden Materialien 44 einschließt, die Licht in rotes, grünes, blaues und gelbes Licht umwandeln. Die lichtumwandelnden Materialien 44 sind in einer Verkapselung 46 verteilt oder gebunden gezeigt. LEDs 42 und Verkapselung 46 sind auf dem Träger 48 gestützt dargestellt.
5 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 50, die eine LED 52 enthält, die in einem lichtumwandelnden Material 54 enthalten ist, das in einer Verkapselung 56 enthalten ist, die alle auf einem Träger 58 gestützt sind.
6 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 60, die eine LED 62 im Gehäuse enthält, die in einem lichtumwandelnden Material 64 enthalten ist, das in einer Linse 66 enthalten ist. Die LED 62, das lichtumwandelnde Material 64 und die Linse 66 sind von einer Basis oder einem Träger 68 gestützt.
7 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 70, die eine LED 72 im Gehäuse enthält, die durch konform beschichtetes lichtumwandelndes Material 74 enthalten ist, das in einer Linse 76 enthalten ist. LED 72, lichtumwandelndes Material 74 und Linse 76 sind auf einer Basis oder einem Träger 78 gestützt.
8 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 80, die eine Anordnung von LEDs 82 enthält, die in einem lichtumwandelnden Material 84 enthalten sind, das in einer Einkapselung 86 enthalten ist. Die LEDs 82, das lichtumwandelnde Material 84 und die Verkapselung 86 sind auf einem Träger 88 gestützt.
9 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 90, die eine Glühbirne ist, die eine LED 92, ein äußeres Lichtumwandlungsfilter 94, eine Basis 97 und einen Sockel 98 enthält. Die Basis 97 und der Sockel 98 stützen die LED 92.
10 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 100, die eine Glühbirne ist, die eine LED 102, ein Lichtumwandlungsfilter 104, das in einer äußeren Glühbirne 106 enthalten ist, eine Basis 107 und einen Sockel 108 enthält. Das Lichtumwandlungsfilter 104 kann die äußere Glühbirne 106 direkt kontaktieren.
11 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 110, die eine Glühbirne ist, die eine LED 112, ein Lichtumwandlungsfilter 114 auf der Oberseite der Pumpen-LED 112, eine äußere Glühbirne 116, eine Basis 117 und einen Sockel 118 enthält. Das Lichtumwandlungsfilter 114 kann direkt auf der Pumpen-LED 112 sein.
12 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 120, die eine Glühbirne ist, die eine LED 122, ein Lichtumwandlungsfilter 124, das die Pumpen-LED 122 umgibt, eine äußere Glühbirne 126, eine Basis 127 und einen Sockel 128 enthält. Das Lichtumwandlungsfilter 124 kann direkt die Pumpen-LED 122 kontaktieren.
13 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 130, die ein Strahler ist, die eine LED 132, ein Lichtumwandlungsfilter 134 an der Pumpen-LED 132, einen Reflektor 135, eine Linse 136 und eine Basis 137 enthält. Das Lichtumwandlungsfilter 134 kann direkt auf der Pumpen-LED 132 sein.
14 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 140, die ein Strahler ist, die eine LED 142, ein Lichtumwandlungsfilter 144, einen Reflektor 145, eine Linse 146 auf dem Lichtumwandlungsfilter 144 und eine Basis 147 enthält. Die Linse 146 kann direkt auf dem Lichtumwandlungsfilter 144 sein.
15 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung 150, die ein Strahler ist, die eine LED 152, ein Lichtumwandlungsfilter 154, einen Reflektor 155 und eine Basis 157 enthält.
Obwohl in 1–15 als eine LED dargestellt, kann der Lichtsender irgendein bekannter Sender sein, einschließlich aber nicht beschränkt auf einen Träger und eine LED (z. B. Pumpen-LED), eine LED im Gehäuse, eine Anordnung von LEDs, einen Strahler, ein Laser und traditionelle Glühbirnen entweder mit einer LED-Ersatzlampe oder anderen Glühbirnen. Der Lichtsender kann eine Spitzenwellenlänge/einen Großteil der Lichtabgabe im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm haben. In Ausführungsformen mit mehreren Lichtsendern (z. B. einer Anordnung von LEDs) können die Lichtsender alle Licht mit ungefähr der gleichen Wellenlänge emittieren. Zum Beispiel können die Anordnung von LEDs 32, die in 3 gezeigt wird, und die Anordnung von LEDs 42, die in 4 gezeigt werden, alle Licht innerhalb des Bereichs von 380 bis 420 nm emittieren. In einigen Ausführungsformen kann die Anordnung von LEDs 32, 42 alle Licht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 390 bis 415 nm emittieren, und in anderen Ausführungsformen von 400 nm bis 410 nm.
Das lichtumwandelnde Material, wie es hier verwendet wird, stellt eine breite Kategorie von Materialien, Substanzen oder Strukturen dar, die die Fähigkeit haben, eine bestimmte Wellenlänge von Licht zu absorbieren und es als eine andere Wellenlänge von Licht erneut zu emittieren. Die lichtumwandelnden Materialien sollten sich von lichtemittierenden Materialien und lichtdurchlässigen/-filternden Materialien unterscheiden. Die lichtemittierenden Materialien können allgemein als Materialien, Substanzen oder Strukturen/Vorrichtungen klassifiziert werden, die eine Nicht-UV-VIS-IR-Energieform in eine UV-VIS-IR-Lichtemission umwandeln. Die nicht-ultraviolett-sichtbar-infrarote (UV-VIS-IR) Energieformen können und sind nicht beschränkt auf: Elektrizität, chemische Reaktionen/Potentiale, Mikrowellen, Elektronenstrahlen und radioaktiven Zerfall. Die lichtumwandelnden Materialien können in einem Medium enthalten oder darauf hinterlegt sein, wodurch ein Lichtumwandlungsmedium hergestellt wird. Es sollte verstanden werden, dass lichtumwandelnde Materialien, lichtumwandelnde Medien, Lichtumwandlungsfilter, Leuchtstoffe und alle anderen Begriffe, die die Umwandlung von Licht betreffen, Beispiele für das offengelegte lichtumwandelnde Material sein sollen. In einigen Ausführungsformen kann das lichtumwandelnde Material ein Leuchtstoff, ein optischer Aufheller, eine Kombination von Leuchtstoffen, eine Kombination von optischen Aufhellern oder eine Kombination von Leuchtstoff(en) und (einem) optischen Aufheller(n) sein. Optische Aufheller sind lichtumwandelnde Materialien (z. B. chemische Verbindungen), die Licht in den ultravioletten und/oder violetten Bereichen des elektromagnetischen Spektrums absorbieren und erneut Licht in den blauen Bereich emittieren. Die Lichtumwandelnde Materialien können in der Lage sein, mehrere unterschiedliche Lichtwellenlängen zu absorbieren und mehrere verschiedene Lichtwellenlängen sowohl auf skalierte als auch auf nicht speziell skalierte Weise zu emittieren.
Der Leuchtstoff oder das andere lichtumwandelnde Material kann direkt auf dem Lichtsender hinterlegt werden, wie zumindest in 1–7 dargestellt, oder er/es kann entlegen liegen oder zusätzlich von dem Lichtsender entfernt werden, wie zumindest in 9–10 und 14–15 dargestellt, die ein Lichtumwandlungsfilter zeigen, das von dem Lichtsender beabstandet ist. Die Fernleuchtstoffkonfiguration reduziert die Flussdichte durch das Lichtumwandlungsfilter durch Vergrößern der Oberfläche des Flusses. Die physikalische Trennung des Lichtsenders und des Lichtumwandlungsfilters und der reduzierte Fluss können die Betriebstemperatur des Lichtumwandlungsfilters reduzieren, indem die vom Lichtsender geleitete Wärme reduziert wird. Die niedrigere Temperatur des Lichtumwandungsfilters reduziert das thermische Abschrecken der Lichtabgabe und andere unerwünschte Effekte erhöhter Betriebstemperatur. Die lichtumwandelnden Materialien können beispielsweise als konforme Beschichtungen, dotierte Verkapselungsmittel oder Bindemittel und entfernte Leuchtstoffe hinterlegt werden. Das mindestens eine lichtumwandelnde Material kann in verschiedenen oder identischen Verhältnissen vollständig homogenisiert sein und als eine Massenmischung verwendet werden, oder das mindestens eine lichtumwandelnde Material kann einige oder alle Teile separat positioniert oder geschichtet aufweisen und Auswirkungen auf die Absorption und Emission verschiedener Materialien, die möglicherweise nicht kompatibel sind, wenn sie gemischt werden oder zu viel zugrundeliegendes Licht absorbieren können.
In einigen Ausführungsformen kann der CRI-Wert der kombinierten Lichtausgabe oder des kombinierten emittierten Lichts von der lichtemittierenden Vorrichtung (z. B. Licht, das von dem Lichtsender emittiert wird, gemischt mit Licht, das von dem lichtumwandelnden Material emittiert wird) einen CRI-Wert von mindestens 55, 60, 65 oder 70 aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der CRI-Wert mindestens 80, 85, 90 oder 95 plus oder minus ungefähr 5 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die kombinierte Lichtausgabe oder das kombinierte emittierte Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung weißes Licht sein. Weißes Licht kann als Licht mit einem korrelierten Farbtemperaturwert (CCT) von ungefähr 1000 Kelvin (K) bis ungefähr 8000 K, in einigen Ausführungsformen von ungefähr 2000 K bis ungefähr 6000 K und in einigen Ausführungsformen von ungefähr 2500 K bis ungefähr 5000 K definiert werden, wobei "ungefähr" plus oder minus ca. 200K einschließen kann.
In einigen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Vorrichtung einen Spektralgehalt der Lichtausgabe im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm von mindestens 20% aufweisen. Der Spektralgehalt des abgegebenen Lichts im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm ist definiert als der Anteil des absoluten Bestrahlungswerts von Licht mit Wellenlängen im Bereich von 380 bis 420 nm relativ zum absoluten Bestrahlungswert von Licht mit Wellenlängen im Bereich von 380 bis 720 nm. Die Division des ersten Werts durch den letzteren Wert ergibt den spektralen Anteil des emittierten Lichts im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm. Die spektrale Ausgabe ist definiert als die radiometrische Energie. Die absoluten Bestrahlungsstärkewerte können mit jedem heute bekannten oder später entwickelten Instrumente gemessen werden. In einigen Ausführungsformen werden die absoluten Bestrahlungsstärkewerte in mW radiometrischer Energie gemessen.
Der Spektralgehalt im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm kann zur Inaktivierung bakterieller Pathogene genutzt werden. Eine Spitzenwellenlänge von 405 nm und ein Wellenlängenbereich oberhalb und unterhalb von 405 nm (380–420 nm) haben sich für die Inaktivierung bakterieller Pathogene als wirksam erwiesen. Als ein Beispiel kann die Vorrichtung ähnlich einer "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung zusammengebaut werden. Eine Blau-Leuchtstoff-LED-Vorrichtung ist eine elektronische Vorrichtung in einem einzelnen Gehäuse, das Licht emittieren kann. Die Ausführungsform der Vorrichtung, die in 2 abgebildet ist, sowie einige der anderen Abbildungen könnten zum Beispiel architektonisch einer "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung ähnlich sein. Typischerweise wird in einer "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung eine Halbleiter-LED, die blaues Licht emittieren kann, von einem Leuchtstoffmaterial bedeckt oder umgeben oder anderweitig platziert, so dass von der Diode emittiertes Licht durch den Leuchtstoff hindurchtritt. Die "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung emittiert einen Teil des ursprünglichen blauen Lichts von der LED und einen Teil des Lichts von dem Leuchtstoff, der aus blauem Licht umgewandelt wurde. Die "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung hat ein kombiniertes Lichtemissionsverhältnis des blauen Lichts und des von dem Leuchtstoff emittierten Lichts, um ein Licht zu emittieren, das insgesamt als weiß wahrgenommen wird.
Die LED-Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Offenlegung ist ähnlich einer "Blau-Leuchtstoff"-LED-Vorrichtung zusammengebaut, enthält jedoch eine Halbleiter-LED, die einen Großteil des Lichts/den Spitzenwert des Lichts im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm statt Wellenlängen innerhalb des herkömmlichen Bereichs von ungefähr 450 bis 495 nm emittiert, was als blau wahrgenommen werden würde. Licht mit einer Wellenlänge von 380–420 nm kann Mikroorganismen wie beispielsweise Gram-positive Bakterien, Gram-negative Bakterien, bakterielle Endosporen und Hefe und filamentöse Pilze abtöten oder deaktivieren. Einige Gram-positive Bakterien, die getötet oder deaktiviert werden können, schließen Staphylococcus aureus (inkl. MRSA), Clostridium perfringens, Clostridium difficile, Enterococcus faecalis, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus hyicus, Streptococcus pyogenes, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus und Mycobacterium terrae ein. Einige gramnegative Bakterien schließen Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Proteus vulgaris, Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Shigella sonnei und Serratia spp ein. Einige bakterielle Endosporen schließen Bacillus cereus und Clostridium difficile ein. Einige Hefe- und Fadenpilze schließen Aspergillus niger, Candida albicans und Saccharomyces cerevisiae ein. Licht im Wellenlängenbereich von 380 bis 420 nm war gegen jede Art von getesteten Bakterien wirksam, obwohl es je nach Art unterschiedliche Zeit oder Dosierungen benötigt. Basierend auf bekannten Ergebnissen wird erwartet, dass es in einem gewissen Ausmaß über einen Zeitraum hinweg gegen alle gramnegativen und gram-positiven Bakterien wirksam ist. Es kann auch gegen viele Arten von Pilzen wirksam sein, obwohl diese länger brauchen, um eine Wirkung zu zeigen. Die LED ist gemäß Ausführungsformen der Offenlegung von einem Leuchtstoffmaterial umgeben, das einen Teil des von der LED emittierten antimikrobiellen Lichts (380–420 nm) auf eine alternative Wellenlänge oder Wellenlängen absorbieren und umwandeln kann. Diese LED-Vorrichtung kann eine Kombination ausgewählter Leuchtstoffe aufweisen, wie, aber nicht beschränkt auf, Lutetium Aluminium Gamet und Nitrid, die, wenn sie in den geeigneten Verhältnissen kombiniert werden, ein Licht emittieren können, das als weiß oder als weißer Farbton wahrgenommen wird. Diese beispielhafte LED-Vorrichtung kann einen CRI gleich oder größer als 70 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann diese beispielhafte LED-Vorrichtung einen CRI gleich oder größer als 80 aufweisen. Ein Prozentsatz des spektralen Gehalts von Licht, das von der beispielhaften LED-Vorrichtung mit einer Wellenlänge von ungefähr 380 bis 420 nm emittiert wird, kann gleich oder größer als 20% sein. In einigen Ausführungsformen kann Licht mit Wellenlängen im Bereich von ungefähr 380 bis 420 nm mindestens ungefähr 25%, 30%, 35%, 40%, 45% oder 50% des gesamten kombinierten Lichts umfassen, das von der beispielhaften LED-Vorrichtung emittiert wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Licht emittierende Vorrichtung eine oberflächenmontierbare LED-Vorrichtung sein, die eine LED und ein lichtumwandelndes Material einschließt. Die oberflächenmontierbare LED-Vorrichtung kann auf einer gedruckten Schaltungsplatine ("PCB") montiert sein oder anderweitig konfiguriert sein, um Leistung zu der lichtemittierenden Vorrichtung und zu der LED zu übertragen. Die LED kann über Bonddrähte oder -leitungen mit der Leiterplatte verbunden sein, die eine elektrische Verbindung von der LED zur Außenseite der Vorrichtung ermöglichen. Die Vorrichtung kann eine Linse, Einkapselung oder eine andere Schutzabdeckung aufweisen. Die in den 1–8 gezeigten Ausführungsformen können als oberflächenmontierbare LED-Vorrichtungen ausgeführt werden, indem sie mit Drähten oder Leitungen versehen werden, die mit den jeweiligen LEDs verbunden sind und konfiguriert sind, um mit einer PCB verbunden zu werden.
In zusätzlichen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Vorrichtung eine LED-Durchgangslochvorrichtung sein, die einem oberflächenmontierbaren Gehäuse ähnlich ist, aber dazu bestimmt ist, an einer PCB-Platine montiert zu werden oder anderweitig konfiguriert zu sein, um in der Lage zu sein, Leistung in die Vorrichtung und den Lichtsender über leitfähige Schenkel zu übertragen, die mit angepassten Löchern oder Durchkontaktierungen auf der PCB oder einer ähnlichen Struktur zusammenpassen. Die Schenkel sind durch Lot oder ein anderes leitendes Medium mit der PCB oder einer ähnlichen Struktur verbunden.
In einigen Ausführungsformen kann die Licht emittierende Vorrichtung eine Chip-on-Board-LED-Anordnung sein, die ein Gehäuse mit einer oder mehreren Lichtquellen und einem lichtumwandelnden Material ist. Die eine oder die mehreren Lichtquellen können direkt an einem Träger angebracht sein, und das lichtumwandelnde Material kann so angeordnet sein, dass ein gewünschter Anteil emittierten Lichts durch das lichtumwandelnde Material umgewandelt wird.
Im Gegensatz zu früheren Versuchen mit Vorrichtungen zum Erzeugen von akzeptablen Lichtspektren, die mehrere verschiedene Lichtsender zum Einbau in eine Vorrichtung zum Erzielen von Weißlicht akzeptabler Eigenschaften erfordern, erfordern Ausführungsformen der Offenlegung nicht mehrere unterschiedliche Lichtsender, die jeweils ihr emittiertes Licht durch Optiken oder Gehäusestrukturen kombinieren müssten, was wiederum eine erhöhte Elektronik, Steuerungen, Optik und Gehäusestrukturen erfordern würde. Die zusätzlichen Merkmale und erhöhten Kostenmetriken, die mit mehrfachlichtsendenden lichtemittierenden Vorrichtungen verbunden sind, machen Farbmischverfahren für diese lichtemittierenden Vorrichtungen inhärent umständlich im Vergleich zu lichtemittierenden Vorrichtungen mit einzelnen Lichtsendern, die ein kombiniertes Lichtspektrum aus einer einzelnen Anordnung erzeugen können.
In einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung offengelegt, die eine Einheit umfasst, die nur violette LEDs (ungefähr 405 nm) verwendet, um weißes Licht zu erzeugen, während die Desinfektionsfähigkeiten des gewünschten Spektrums aufrechterhalten werden. Farbtemperaturen von 2700k, 3500k und 4100k mit CRI über 80 sind mit einem einzelnen Lichtsender (z. B. LED) gemäß Ausführungsformen der Offenlegung möglich. Im Allgemeinen ist ein CCT-Bereich von 2700 bis 5000 k mit einem minimalen CRI von 70 und einem violetten Spektralgehalt von über 20% möglich. In einigen Ausführungsformen kann die Verwendung von zwei oder mehr lichtumwandelnden Materialien diese Werte erreichen. In einigen Ausführungsformen können Leuchtstoffe verwendet werden, die Licht in jede der roten (620–750 nm), grünen (495–570 nm) und blauen (450–495 nm) Wellenlängen umwandeln, wie etwa Nitrid, Lutetium-Aluminium-Gamet bzw. Ca₂PO₄CI: Eu²⁺.
Ein schwieriger zu überwindender Aspekt ist ein Mangel an blauer Lichtemission im Gegensatz zu herkömmlichen weißen LED-Lampen. Während violettes Licht mit anderen Farben kombiniert werden kann, um weiß zu erzeugen, wurde herausgefunden, dass Unterschiede in der Wahrnehmung für violettes Licht von Person zu Person existieren. Das bedeutet, dass verschiedene Menschen ein kombiniertes Licht anders sehen; manche sehen zu viel Violett, während andere vielleicht nicht genug Violett sehen; was eine Fehldarstellung der Farbe von weißem Licht allgemein verursacht. Außerdem ist es ohne ausreichend blaues Licht schwieriger, einen hohen CRI zu erreichen. Frühere Versuche haben blaue LEDs verwendet, die mit den anderen Farben gemischt wurden, um CRI zu verstärken und die Farbe der gemischten Lichtausgabe auszugleichen. Selbst mit diesem Ansatz sehen einige Menschen das Licht abhängig von ihrer Empfindlichkeit noch unterschiedlich, aber es hat eine reduzierte Differenzierung der beobachteten Gesamtfarbwerte der kombinierten Spektren gezeigt. Einige Ausführungsformen hier fügen stattdessen blaues Licht durch die Verwendung von Leuchtstoffen, optischen Aufhellern oder anderen blau emittierenden Materialien hinzu. Diese Materialien können violettes Licht absorbieren und blaues Licht emittieren, ohne dass eine diskrete blaue LED verwendet wird. Einige Leuchtstoffmaterialzusammensetzungen umfassen Yttrium-Aluminium-Granat, Lutetium-Aluminium-Granat, Nitrid, Oxynitrid, Calciumsulfid, Ca₂PO₄Cl: Eu²⁺ und Silikat. Einige optische Aufheller sind chemische Derivate von Stilben, Cumarin, 1,3-Phenylpyrazoin, Naphthalindicarbonsäure, heterocyclische Dicarbonsäure und Zimtsäure.
16 dient als ein Beispiel von Farbkoordinaten und Farbkoordinatenbereichen, die in einigen Ausführungsformen der Offenlegung in der Praxis erreicht werden könnten. Es sollte verstanden werden, dass dies Beispiele für einige existierende Normen von Farbkoordinaten sind, die erreicht werden können; andere Normen, die in der Zukunft für weißes Licht existieren oder entwickelt werden können, können verwendet werden. Zusätzlich kann die offengelegte Vorrichtung in Farbkoordinaten an CIE-Normlichtarten und/oder Normlicht-Familien angenähert sein; es sollte angemerkt werden, dass die offengelegte Vorrichtung möglicherweise nicht mit allen definierten Eigenschaften einer Normlichtart übereinstimmt, aber in einigen Ausführungsformen wird sie ungefähr mit den xy-Farbkoordinaten übereinstimmen. Einige dieser zusätzlichen CIE-Normlichtart schließen, sind aber nicht beschränkt auf A, B, C, D50, D55, D65, D75, E, FI, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, F9, F10, F11 und F12 ein.
Die vorstehende Beschreibung verschiedener Aspekte der Offenlegung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Es ist nicht beabsichtigt, flächendeckend zu sein oder die Offenlegung auf die genaue offengelegte Form zu beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Solche Variationen und Modifikationen, die für den Fachmann ersichtlich sind, sollen in den Umfang der vorliegenden Offenlegung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung, die Mikroorganismen inaktiviert, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Lichtsender; und mindestens ein lichtumwandelndes Material, das eingerichtet ist, um mindestens einen Teil des von dem Lichtsender emittierten Lichts umzuwandeln, wobei jedes von dem Lichtsender emittierte Licht und der mindestens eine Teil des umgewandelten Lichts, das von dem mindestens einen lichtumwandelnden Material emittiert wird, sich vermischen, um ein kombiniertes Licht zu bilden, wobei das kombinierte Licht einen Anteil an spektraler Energie aufweist, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 20% gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender eine Leuchtdiode (LED) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender einen Laser umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine lichtumwandelnde Material mindestens einen Leuchtstoff einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine lichtumwandelnde Material mindestens einen optischen Aufheller einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht eine Spitzenwellenlänge im Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender Licht mit einer Spitzenwellenlänge von ungefähr 405 nm emittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht einen CRI von mindestens 70 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht einen CRI von mindestens 80 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender eine Anordnung von Lichtsendern einschließt und das mindestens eine lichtumwandelnde Material gleichmäßig über jeden Lichtsender der Anordnung verteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht weißes Licht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht eine korrelierte Farbtemperatur zwischen ungefähr 2.500 K und 5.000 K aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht einen Anteil an spektraler Energie aufweist, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 30% gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kombinierte Licht einen Anteil an spektraler Energie aufweist, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 40% gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein zweiter Teil des von dem Lichtsender emittierten Lichts die Vorrichtung verlässt, ohne von dem mindestens einen lichtumwandelnden Material umgewandelt zu werden.
Vorrichtung, die Mikroorganismen inaktiviert, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Lichtsender, der konfiguriert ist, um ein erstes Licht in einem Bereich von 380 nm bis 420 nm zu emittieren; und mindestens ein lichtumwandelndes Material, das angeordnet ist, um in einem direkten Weg des ersten Lichts zu sein, wobei das mindestens eine lichtumwandelnde Material konfiguriert ist, um ein zweites Licht in Reaktion darauf zu emittieren, dass das erste Licht auf das mindestens eine lichtumwandelnde Material auftrifft, wobei das erste Licht, das die Vorrichtung verlässt, und das zweite Licht, das die Vorrichtung verlässt, sich vermischen, um ein kombiniertes Licht zu bilden, wobei das kombinierte Licht weiß ist, wobei das mindestens eine lichtumwandelnde Material mindestens einen optischen Aufheller einschließt, der Licht im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 495 nm emittiert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das kombinierte Licht einen Anteil an spektraler Energie aufweist, der in einem Wellenlängenbereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm von mehr als ungefähr 20% gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Lichtsender eine Leuchtdiode (LED) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das kombinierte Licht eine Spitzenwellenlänge im Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 420 nm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das mindestens eine lichtumwandelnde Material einen ersten Leuchtstoff, der Licht im Wellenlängenbereich von 620 nm bis 750 nm emittiert, und einen zweiten Leuchtstoff, der Licht im Wellenlängenbereich von 495 nm bis 570 nm emittiert, einschließt.