JP2017529567A - LED light source with improved color preference using YAG, nitride and PFS phosphor - Google Patents
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Abstract
本開示の態様は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と及び1種以上の狭帯域赤色発光ダウンコンバータを含む合成光源に関する。そのような合成光源は、120以上の照明嗜好指数(LPI)を有することができる。その他の態様では、本開示は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と及び1以上の広帯域赤色ダウンコンバータを含む合成光源に関する。この後者の態様では、合成光源は、120以上の照明嗜好指数(LPI)を有することができる。多数のその他の態様が提供される。【選択図】図1aAspects of the present disclosure include one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more yellow-green garnet phosphors, and one or more narrow-band red light emitting downconverters. It relates to a synthetic light source. Such a synthetic light source can have an illumination preference index (LPI) of 120 or greater. In other aspects, the disclosure includes one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more yellow-green garnet phosphors, and one or more broadband red downconverters. It relates to a synthetic light source. In this latter aspect, the synthetic light source can have an illumination preference index (LPI) of 120 or greater. Numerous other aspects are provided. [Selection] Figure 1a
Description
本開示は、一般に、人間の観察者が色嗜好度の向上を知覚するほど色スペクトルの特性が向上した光を放射する光源を提供することに関する。 The present disclosure generally relates to providing a light source that emits light with improved color spectral characteristics such that a human observer perceives an increase in color preference.
Reveal(登録商標)は、General Electric社が、改良されていない白熱光源又はハロゲン光源と比較して、赤色と緑色のコントラストが向上した照明特性及び向上した白色度を有する光源、例えば電球を指すために使用する、商標登録された用語である。Reveal(登録商標)白熱及びハロゲン球は、黄色光の一部を吸収するために、フィラメントから放射される光の前に特定の種類のガラス(つまり、酸化ネオジム(Nd)を含浸させたガラス)を置くことによって光を濾過する。酸化ネオジムを含浸させたガラスは、色スペクトルの黄色領域に「くぼみ」をもたらすので、この光の下で見た物体、特に、観察者、例えば家屋の室内にいる人物などが容易に対比することのできる赤色及び緑色の物体は、色のコントラストが増大する。また、フィルタを介して一部の黄色光を除去することにより、1931国際照明委員会(Commission Internationale de l’Eclairage;CIE)色図上の色度の位置が黒体軌跡よりもわずかに下の点に移動する。それは通常、大部分の観察者により白い光の印象を作り出す。 Reveal® refers to light sources, such as light bulbs, that General Electric Corporation has improved lighting characteristics and improved whiteness in red and green contrast compared to unimproved incandescent or halogen light sources. A trademarked term used for. Reveal® incandescent and halogen spheres are a specific type of glass (ie, glass impregnated with neodymium oxide (Nd)) before the light emitted from the filament to absorb some of the yellow light. Filter the light by placing. Glass impregnated with neodymium oxide causes a "dimple" in the yellow region of the color spectrum, so objects seen under this light, especially observers, such as people in a house, can be easily compared. Red and green objects that are capable of increasing color contrast. Also, by removing some of the yellow light through the filter, the position of chromaticity on the 1931 International Illumination de l'Eclairage (CIE) color map is slightly below the blackbody locus. Move to a point. It usually creates the impression of white light by most observers.
黄色光の重要性及びそれがどのように色の知覚に影響を及ぼすかを図1a〜1cに例示する。図1aは、標準的な観察者の色応答を表すXYZ三刺激値として公知の、3つの等色関数のグラフを提供する。物体の知覚色は、照明源のスペクトルと、物体の反射スペクトルと、3つの等色関数との積によって決定される。これらの関数は人間の眼の光受容体の応答に関係し、青色(102)、緑色(104)及び赤色(106)光の知覚と考えられる。図1bは、標準的な白熱スペクトルと、青色(132)、緑色(134)及び赤色(136)応答に関する等色関数との積のグラフを示す。図から分かるように、緑色(134)と赤色(136)成分はかなり重なり合っており、ピークは34nmしか離れていない。図1cは、reveal(登録商標)白熱スペクトルと、青色(162)、緑色(164)及び赤色(166)応答に関する等色関数との積のグラフを示す。図から分かるように、図1bの赤色及び緑色成分と比較して、緑色(164)及び赤色(166)成分はよりはっきり識別でき、ピーク分離は53nmである。この区別となる特徴によって、観察者はコントラストの大きい赤色と緑色をより容易に識別することができ、黄色光が抑制されると、より飽和した見た目になる。 The importance of yellow light and how it affects color perception is illustrated in FIGS. FIG. 1a provides a graph of three color matching functions known as XYZ tristimulus values that represent a standard observer color response. The perceived color of the object is determined by the product of the illumination source spectrum, the object reflection spectrum, and the three color matching functions. These functions relate to the photoreceptor response of the human eye and can be thought of as perception of blue (102), green (104) and red (106) light. FIG. 1b shows a graph of the product of the standard incandescent spectrum and the color matching functions for the blue (132), green (134) and red (136) responses. As can be seen, the green (134) and red (136) components are quite overlapping and the peaks are only 34 nm apart. FIG. 1c shows a graph of the product of the Reveal® incandescent spectrum and the color matching functions for the blue (162), green (164) and red (166) responses. As can be seen, the green (164) and red (166) components can be more clearly distinguished and the peak separation is 53 nm compared to the red and green components of FIG. 1b. This distinguishing feature allows the observer to more easily distinguish between red and green with high contrast, and a more saturated look when yellow light is suppressed.
スペクトル的に改善された照明製品は、数十年にわたって商業的成功を収めてきた。伝統的な色調測定基準又は従来の測定法は、そのような改良された照明製品に報いるものではないかもしれないが、消費者はしばしば変更されていない類似製品よりもそのような製品を好む。固体照明(SSL)の登場によって、特に発光ダイオード(LED)スペクトルがカスタマイズ可能であることによって、現在の測定基準は、LED製品の質を評価し反映するには不十分であることが明らかになってきた。SSL光源、例えばLED又は有機発光ダイオード(OLED)は、半導体、例えば、青色又は赤色又はその他の着色されたLEDから直接光を生成することができる。或いは、光は、蛍光体又は量子ドット又はその他のエネルギー変換材料などのダウンコンバータによって、SSLからの高エネルギー光、例えば、青色又は紫色LEDなどを変換することによって生成されることもある。半導体のピーク発光波長の範囲、並びにダウンコンバータの発光のピーク及び幅の範囲は、最近の技術開発によって拡大し、可視波長(約380nm〜約750nm)全体でほぼ連続した範囲を網羅するようになり、観察者の色の嗜好度を向上させるために可視スペクトルを調整する際の広い柔軟性を可能にした。 Spectrally improved lighting products have been commercially successful for decades. Traditional color metrics or traditional methods may not reward such improved lighting products, but consumers often prefer such products over similar products that have not changed . With the advent of solid state lighting (SSL), it becomes clear that current metrics are insufficient to assess and reflect the quality of LED products, especially with the customizable light emitting diode (LED) spectrum. I came. SSL light sources, such as LEDs or organic light emitting diodes (OLEDs), can generate light directly from semiconductors, such as blue or red or other colored LEDs. Alternatively, the light may be generated by converting high energy light from SSL, such as a blue or violet LED, with a down converter such as a phosphor or quantum dots or other energy conversion material. The range of peak emission wavelength of semiconductors, and the range of peak and width of emission of downconverters has been expanded by recent technological development, and now covers almost continuous range over the entire visible wavelength (about 380 nm to about 750 nm). It allows for a wide flexibility in adjusting the visible spectrum to improve the viewer's color preference.
ほぼ半世紀の間、演色評価数(CRI)が光源の色調を伝達する主な方法であった。しかし、その有効性は、特にLEDに多く見られるような波長に対して急な傾きを含む分光パワー分布(SPD)を扱う際のその計算方法のために本質的に限られている。CRIの欠点は十分に文書化されており、幅広い種類の代わりとなる測定基準が提案されている。しかし、代わりとなる色調測定基準は、照明製品の消費者の嗜好度を正確に定量化することに苦心している。Houserらは、“Review of measures for light−source color rendition and considerations for a two−measure system for characterizing color rendition”,Optics Express,volume 21,#8,10393−10411(2013),authors K.W.Houser,M.Wei,A.David,M.R.Krames,and X.S.Shenにおいて、開発された様々な色調測定基準の大部分の詳細な概説及び比較を記載した。一般に、様々な測定基準群は、それらの目的及び計算方法に関連する3つの広いカテゴリ:忠実性、識別性及び嗜好性に分解することができる。忠実性測定基準は、CRIを含み、基準光からの絶対差を定量化するが、試験発光体が基準光よりも好ましく知覚されるか又は劣って知覚されるかは問わず、さらに基準光が実際に大半の観察者に好ましいか否かを考慮しない。識別性測定基準は、試験発光体の下で表示することのできる色空間の総面積を定量化し、極端なレベルの飽和及び色相歪みで最大になる。既存の色嗜好度測定基準は、使用者の色の嗜好度の定量的測定単位を提供するために開発されたが、いずれも光源の最適化を可能にするための目標値とともに観察者のデータとの十分な相関を提供しない。そのため、設計の最適化の際に目標パラメータとして使用できる測定基準はない。 For nearly half a century, the Color Rendering Index (CRI) has been the main method of communicating the color of the light source. However, its effectiveness is inherently limited due to its calculation method, particularly when dealing with spectral power distributions (SPDs) that contain steep slopes with respect to wavelengths as often found in LEDs. The disadvantages of CRI are well documented and a wide variety of alternative metrics have been proposed. However, alternative color metrics have struggled to accurately quantify consumer preferences for lighting products. House, et al., “Review of measurements for light-source color rendition and considations for two-measure system for charorizing color rendition”, 104. W. Houser, M .; Wei, A .; David, M.M. R. Krames, and X. S. In Shen, a detailed review and comparison of most of the various color metrics developed was given. In general, the various metrics groups can be broken down into three broad categories related to their purpose and calculation method: fidelity, discriminability and preference. The fidelity metric includes CRI and quantifies the absolute difference from the reference light, but whether the test illuminant is perceived better or worse than the reference light, It does not consider whether it is actually preferred for most observers. The discriminant metric quantifies the total area of color space that can be displayed under the test illuminator and is maximized at extreme levels of saturation and hue distortion. Existing color preference metrics were developed to provide a quantitative unit of measure for user color preference, but all of them include observer data along with target values to enable light source optimization. Does not provide sufficient correlation. As a result, there is no metric that can be used as a target parameter in design optimization.
一般に、観察者は、色をより魅力的にする改良された飽和レベルを好むことが分かっている。しかし、高レベルの飽和又は色相のシフトは、不自然な色及び物体の演色をもたらす。例えば、ガマットエリアインデックス(Gamut Area Index;GAI)及びガマットエリアスケール(Gamut Area Scale;Qg)は、両方とも識別性の測定基準であるが、色飽和度のある限界までは観察者の嗜好と非常に良好な相関を提供するが、それを超えるとGAI及びQgは増加し続け、一方で観察者の嗜好は急激に低下する。そのため、観察者の嗜好によりよく合致させるために、GAI又はQgなどの色飽和度測定基準には多少の調節が必要であると思われる。さらに、観察者はまた、より白く見える光源を好む傾向もあり、これは完全放射体(黒体)軌跡に対する発光体の色度点によって決まり、色飽和度とはいくぶん無関係である。照明業界で一般に認識されているように、色嗜好度は、どんな既存の色測定基準でも単独では十分に定量化することができない。近年、2以上の色測定基準を組合せて色嗜好度をよりよく表現するいくつかの試みが発表されている。しかし、本出願者ら以外に誰もスペクトルの数値を調整することによって光源の色嗜好度を最適化するのに十分な定量的厳密さで色嗜好度を定義する色嗜好度測定基準を提案していないと思われる。たとえ従前の既存の色嗜好度測定基準が定量的であっても、それぞれ何らかの点で限界があり、典型的な観察者に最適の色嗜好度を実現する光源又はスペクトルを設計する際の最適化パラメータとしてそれらを使用するには不適格である。 In general, it has been found that viewers prefer improved saturation levels that make the colors more attractive. However, high levels of saturation or hue shifts result in unnatural colors and object color rendering. For example, the gamut area index (GAI) and the gamut area scale (Q g ) are both metrics of discrimination, but up to a certain limit of color saturation, It provides a very good correlation, but it exceeds the GAI and Q g continues to increase, while the viewer's preference decreases rapidly. Therefore, in order to better match the viewer's preferences, I think that the color saturation metrics such GAI or Q g is required some adjustment. In addition, observers also tend to prefer light sources that appear whiter, which depends on the chromaticity point of the illuminant relative to the full radiator (blackbody) trajectory and is somewhat independent of color saturation. As is generally recognized in the lighting industry, color preference cannot be quantified adequately by any existing color metric alone. In recent years, several attempts have been announced to better express color preference by combining two or more color metrics. However, in addition to the applicants, no one has proposed a color preference metric that defines color preference with sufficient quantitative rigor to optimize light source color preference by adjusting the spectral values. It seems not. Even if the existing existing color preference metrics are quantitative, each has limitations in some way, and optimization when designing a light source or spectrum that achieves the best color preference for a typical observer It is ineligible to use them as parameters.
色嗜好度カテゴリにおいてよく知られている測定基準の一部としては、フラッタリーインデックス(Flattery Index;Rf)、カラープレファレンスインデックス(Color Preference Index;CPI)及びメモリーカラーレンダリングインデックス(Memory Color Rendering Index;MCRI)が挙げられる。これらの3つの測定基準は全て、8〜10個の試験色サンプルの色度座標に「理想的な」構成を有し、各々がこれらの目標値からのずれを定量する。フラッタリーインデックスは、嗜好を対象とする最初の測定基準であり、10個の色サンプルを不均等な重み付けをして使用した。しかし、演色評価数(CRI)との類似点を維持するために、目標色度シフトをその実験値の5分の1に減らし、色嗜好度に対する観察者の応答とのその相関を大きく低下させた。CPIは好ましい色度シフトの実験値を維持した、その結果、色嗜好度の表現はより良くなっている。しかし、CPIは、同じ8個の不飽和試験色をCRIとして使用する試験色サンプルのその選択において非常に制限されている。不飽和の(パステルの)試験色は、高度に飽和した光源の影響を評価することができないことがある。MCRIは観察者の記憶を使用して、10色だけで身近な物体の理想的な色度構成を定義する。さらに、上記の測定基準のいずれもが試験光源の「白色度」又は色度点を要因として含めていない。この点で、J.P.Freyssinier及びM.S.Reaは、著書“Class A color designation for light sources used in general illumination,”Journal of Light and Visual Environment,volume 37,#2&3,pp.46−50(2013)において、CRI(>80)、GAI(80−100)及び色度点(「白色」ラインに近い)に制約のある、「クラスA照明」という一連の判定基準を推奨した。これらの条件は、推奨される設計空間を定義するものであるが、色嗜好度を最大化させるスペクトル又は光源を規定するように定量的に最適化されることはできない。それは最適な値が特定されておらず、推奨される3つの特徴に重み付けもされていないためである。 Some of the well-known metrics in the Color Preference category are the Fluttery Index (R f ), the Color Preference Index (CPI), and the Memory Color Rendering Index. MCRI). All three of these metrics have an “ideal” configuration in the chromaticity coordinates of 8-10 test color samples, each quantifying the deviation from these target values. The flattery index was the first metric for preference and used 10 color samples with unequal weighting. However, in order to maintain similarities with the color rendering index (CRI), the target chromaticity shift is reduced to one fifth of its experimental value, greatly reducing its correlation with the observer's response to color preference. It was. The CPI maintained a favorable chromaticity shift experimental value, resulting in better expression of color preference. However, CPI is very limited in its selection of test color samples that use the same 8 unsaturated test colors as CRI. Unsaturated (pastel) test colors may not be able to assess the effects of highly saturated light sources. MCRI uses the observer's memory to define an ideal chromaticity configuration for familiar objects with only 10 colors. Furthermore, none of the above metrics include the “whiteness” or chromaticity point of the test light source. In this regard, J.A. P. Freyssinier and M.M. S. Rea is the author of the book “Class A color design for light sources used in general illumination,” Journal of Light and Visual Environment, volume 37, # 2 & 3, p. 46-50 (2013) recommended a set of criteria called “Class A lighting” with constraints on CRI (> 80), GAI (80-100) and chromaticity points (close to the “white” line) . These conditions define the recommended design space, but cannot be optimized quantitatively to define a spectrum or light source that maximizes color preference. This is because the optimum value has not been specified and the recommended three features are not weighted.
LED及びLED系の装置などの固体照明技術は、白熱灯と比較すると多くの場合、優れた性能を有する。この性能は、ランプの有効寿命、ランプ効率(ルーメン毎ワット)、色温度及び色忠実性及びその他のパラメータによって定量することができる。向上した色嗜好特性も提供するLED照明装置を製造及び使用することが望ましいであろう。 Solid state lighting technologies such as LEDs and LED-based devices often have superior performance compared to incandescent lamps. This performance can be quantified by lamp useful life, lamp efficiency (lumens per watt), color temperature and color fidelity and other parameters. It would be desirable to make and use an LED lighting device that also provides improved color preference characteristics.
Ndドープガラスを用いて光源から放射されたスペクトルから黄色光の一部を吸収する、白熱、ハロゲン及びLEDをはじめとする商業的なランプの種類は、Ndによる吸収のない同種のランプと比較して色嗜好度を向上させることができる。GEライティング及び他のいくつかの製造業者は、これらの3つの種類の各々の製品を有する。GEライティング製品は、reveal(登録商標)という商標名をもつ。 Commercial lamp types, including incandescent, halogen, and LED, that absorb some of the yellow light from the spectrum emitted from the light source using Nd-doped glass, compared to similar lamps that do not absorb Nd. Color preference can be improved. GE Lighting and several other manufacturers have each of these three types of products. GE Lighting products have the trade name Reveal®.
小型蛍光灯(CFL)、直管蛍光灯(LFL)及びLEDランプ用の蛍光体のいくつかの特殊な配合は、標準的な蛍光体を用いる同類のランプと比較して色嗜好度を向上させることが公知である。GEライティングは、これもreveal(登録商標)の商標名で、最初の2種類の各々の製品を有する。3番目の種類のLED光源は、例えば、食肉、野菜及び農産物(例えば、果物)の色を強調するための食料品店での用途が公知である。 Some special formulations of phosphors for small fluorescent lamps (CFL), straight tube fluorescent lamps (LFL) and LED lamps improve color preference compared to similar lamps using standard phosphors It is known. GE Lighting, which is also a brand name of Reveal®, has each of the first two types of products. A third type of LED light source is known for use in grocery stores, for example, to highlight the color of meat, vegetables and agricultural products (eg, fruits).
これらの既存の光源の各々は、Ndドープガラスか又は色嗜好度を強化するために光源から放射される黄色光の量を減らすよう製造された蛍光体のいずれかを用いてきた。しかし、これらの製品はどれも、GEライティング製reveal(登録商標)白熱灯及びその他の既存の製品を上回る色嗜好度のレベルを実現していない。これらの既存の光源のNdフィルタは、一般にNd2O3ドープガラスで構成されうる。その他の実施形態では、黄色フィルタは、Ndの他のいくつかの化合物又はジジム(元素プラセオジムとNdの混合物)或いは黄色光を優先的に吸収するその他の希土類を様々なマトリックスホスト材料(例えばガラス、水晶、ポリマー又はその他の材料など)に埋め込んだもので構成されるか、或いは、波長の黄色範囲を選択的に吸収する一部のその他のドーパント又はガラスコーティングによって構成されるか、或いは、ランプ又は照明システムのいずれかの光学活性部品、例えば反射鏡又は拡散器又はレンズなどに黄色吸収材を添加することによって構成されてよく、部品は、黄色吸収材を収容するガラス又はポリマー又は金属又は任意のその他の材料であってよい。正確なピーク波長及び黄色吸収の幅は、特定のNd又は希土類化合物及びマトリックスホスト材料によって様々であるが、Nd、ジジム及びその他の希土類化合物とマトリックスホスト材料の多くの組合せは、一部のその他の黄色フィルタと同様にNd2O3ドープガラスの組合せの適した代用である。Nd又はその他の黄色フィルタは、波長の黄色範囲の光の大部分又は全てがフィルタを通過するように、光源を囲むドームの形状であるか又は光源を囲む任意のその他の幾何学的形状であってよい。 Each of these existing light sources has used either Nd-doped glass or phosphors manufactured to reduce the amount of yellow light emitted from the light source to enhance color preference. However, none of these products have achieved a level of color preference over GE Lighting's Reveal® incandescent and other existing products. These existing light source Nd filters can generally be composed of Nd 2 O 3 doped glass. In other embodiments, the yellow filter may be composed of various matrix host materials (e.g., glass, other elements of Nd or didymium (a mixture of elemental praseodymium and Nd) or other rare earth that preferentially absorbs yellow light. Crystal, polymer or other material), or some other dopant or glass coating that selectively absorbs the yellow range of wavelengths, or a lamp or It may be constructed by adding a yellow absorber to any optically active component of the illumination system, such as a reflector or diffuser or lens, the component comprising glass or polymer or metal containing the yellow absorber or any Other materials may be used. The exact peak wavelength and width of yellow absorption varies depending on the particular Nd or rare earth compound and matrix host material, but many combinations of Nd, didymium and other rare earth compounds and matrix host materials are available for some other A suitable substitute for a combination of Nd 2 O 3 doped glass as well as a yellow filter. An Nd or other yellow filter is in the shape of a dome surrounding the light source or any other geometric shape surrounding the light source so that most or all of the light in the yellow range of wavelengths passes through the filter. It's okay.
一実施形態では、合成光源は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータとを含み、合成光源の照明嗜好指数(Lighting Preference Index;LPI)は120以上である。 In one embodiment, the synthetic light source is one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more yellow-green garnet phosphors, and one or more narrow-band red downconverters. The lighting preference index (LPI) of the synthetic light source is 120 or more.
別の実施形態では、合成光源は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源、1種以上のYAG:Ce蛍光体、1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータを備え、合成光源のカラーアピアランスは以下の通り表される。 In another embodiment, the synthetic light source comprises one or more blue light sources, one or more YAG: Ce phosphors, one or more narrow-band red downconverters having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm. The color appearance of the combined light source is expressed as follows.
さらに別の実施形態では、合成光源は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、1種以上の広帯域赤色ダウンコンバータとを含み、合成光源の照明嗜好指数(LPI)は120以上である。 In yet another embodiment, the synthetic light source comprises one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more yellow-green garnet phosphors, and one or more broadband red downs. The lighting preference index (LPI) of the combined light source is 120 or more.
別の実施形態では、合成光源は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上のYAG:Ce蛍光体と、1種以上の広帯域赤色発光窒化物蛍光体とを含み、合成光源のカラーアピアランスは以下の通り表される。 In another embodiment, the synthetic light source includes one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more YAG: Ce phosphors, and one or more broadband red light emitting nitrides. The color appearance of the synthetic light source is expressed as follows.
さらに別の実施形態では、合成光源は、約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1種以上の青色光源と、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータと、1種以上の広帯域赤色ダウンコンバータとを含み、合成光源の照明嗜好指数(LPI)は120以上である。 In yet another embodiment, the synthetic light source is one or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm, one or more yellow-green garnet phosphors, and one or more narrow-band reds. The combined light source has a lighting preference index (LPI) of 120 or more, including a down converter and one or more broadband red down converters.
一部の実施形態の特徴及び利点、並びにそれを達成する方法は、例示的な実施形態を図示する(必ずしも正確な縮尺で描かれていない)添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって、明らかになるであろう。 The features and advantages of some embodiments and the manner in which the same are accomplished are described in the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments (not necessarily drawn to scale). It will become clear by doing.
本明細書において用語「光源」は、可視光の任意の供給源、例えば、半導体又はLED又はOLED、或いは蛍光体又は量子ドットなどのダウンコンバータ、或いは遠隔ダウンコンバータ又は反射鏡もしくは屈折媒体を被覆しているか又は反射鏡もしくは屈折媒体に埋め込まれたダウンコンバータ、或いはいくつかのそのような光源からなるマルチチャネルの組合せ又は合成光源、或いは、そのような光源を含むランプ又は照明器具又は設備などのシステムを意味することがある。 As used herein, the term “light source” covers any source of visible light, such as a semiconductor or LED or OLED, or a downconverter such as a phosphor or quantum dot, or a remote downconverter or reflector or refractive medium. Or a downconverter embedded in a reflector or refractive medium, or a multi-channel combination or composite light source consisting of several such light sources, or a system such as a lamp or luminaire or equipment comprising such light sources May mean
照明嗜好指数(LPI)と呼ばれる、新しい定量的な検証された色嗜好度の測定基準がここに提示される。LPIは、光源の色嗜好特性を最大化するための設計ルールを得るための、かつ/又は、その他の測光応答、比色応答及びその他の設計応答とともに、色嗜好度を含むスペクトルの多重応答の最適化を設計するための定量的な測定基準として使用することができる。結果として生じるスペクトル、光源及びランプは、予想外に高いLPI値を示し、これは既存のreveal(登録商標)型光源及び/又は類似する従来製品よりも非常に高い色嗜好度を表す。 A new quantitative validated color preference metric called the Lighting Preference Index (LPI) is presented here. LPI can be used to obtain design rules for maximizing the color preference characteristics of a light source and / or for multiple responses of a spectrum including color preference along with other photometric, colorimetric and other design responses. It can be used as a quantitative metric for designing optimization. The resulting spectrum, light source and lamp exhibit unexpectedly high LPI values, which represent a much higher color preference than existing Reveal® type light sources and / or similar conventional products.
色嗜好度の向上は、色のコントラストの向上及び白色度の向上の組合せによるものであるので、LPIの色測定基準は、光源の分光パワー分布を調整することによって色嗜好度の定量的最適化を可能にする可能性がある。 Since the improvement in color preference is due to a combination of improved color contrast and whiteness, the LPI color metric is a quantitative optimization of color preference by adjusting the spectral power distribution of the light source. May be possible.
1以上の実施形態では、個々の光源は市販されているものであってもよいし、簡単に製造された青色LED、黄緑色ガーネット蛍光体、広帯域赤色窒化物蛍光体及び狭帯域赤色蛍光体であるが、本開示に記載されるように新規な方法で組合せたものであってもよい。これは、参照により本明細書に援用される、米国特許出願第61/875403号及びPCT国際出願PCT/US2014/054868号に記載される光源と対照的である。該光源は、現行の青色LEDに加えて緑色及び赤色光源の組合せと記され、各々は、ピーク波長と半値全幅(FWHM)によって特徴づけられる波長のガウス分布で表される。米国特許出願第61/875403号及びPCT国際出願PCT/US2014/054868号の特許出願において、ガウス分布は実際の蛍光体及びLEDの仮定近似値である。したがって、これらの先願におけるSPDはいずれも実際のLED及び蛍光体のSPDと必ずしも等しくはないが、本発明の実施形態は、実際の黄緑色及び赤色蛍光体のSPDを提供する。本開示の1以上の実施形態では、合成光源は、市販の青色又は紫色LEDと、黄緑色ガーネット蛍光体と、広帯域赤色窒化物蛍光体か又は狭帯域赤色蛍光体のいずれか、或いは広帯域赤色蛍光体と狭帯域赤色蛍光体の組合せとの組合せである。その他の適した光源を使用してもよい。青色LEDは、次式で表される窒化物系化合物半導体を含んでいてもよい。IniGajAlkN(式中、i≧0、j≧0、k≧0及びi+j+k=1)。1以上の実施形態では、周知のInGaN青色又は紫色LEDが使用され、ここでk=0であり、iは約0.1〜約0.4の範囲内であり、ピーク発光波長は、約10nm〜約20nmのFWHMをもつ、約400nm〜約460nmの範囲である。黄緑色(YG)蛍光体は、1)Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb及びSmからなる群から選択される1種以上の元素及び2)Al、Ga及びInからなる群から選択される1種以上の元素を含み、Ceで賦活されるガーネット蛍光材料を含んでいてもよい。1以上の実施形態では、ガーネット蛍光体は、Ceをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG、Y3Al5O12)、すなわちYAG:Ce3+にさらに限定されることがある。赤色蛍光体は、本発明の目的において、2つの範囲のFWHM:約60nm未満の狭いFWHMと、約60nmよりも大きい広いFWHMをもつと定義することができる。一般に、BR窒化物蛍光体材料は、UV及び青色光を強く吸収し、約600nm〜670nmの間で効率的に発光することができ、FWHMは約80nm〜約120nmであるので、濃い赤色で非常に強く発光するが、その代わりに発光効率(ルーメン毎ワット、LPW)は比較的低い。広帯域赤色(BR)窒化物蛍光体の一例は一般に、一般式CaAlSiN3:Eu2+で表される。一般に、狭帯域赤色(NR)蛍光体は、青色光を強く吸収し、約610nm〜660nmの間で効率的に発光することができ、濃い赤色又は近赤外発光をほとんど発光しない。既知のNR蛍光体のいくつかの例としては、Mn4+によって賦活される複合フッ化物材料に基づくもの、例えば米国特許第7358542号、米国特許第7497973号及び米国特許第7648649号に記載のものなどが挙げられる。Mn4+ドープ蛍光体は、式Ax[MFy]:Mn4+を有する。式中、A(アルカリ)は、Li、Na、K、Rb、Cs又はそれらの組合せであり、M(金属)は、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、AI、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gd又はそれらの組合せであり、xは、[MFy]イオンの電荷の絶対値であり、yは、5、6又は7である。そのため、LPWは、視感度の悪い濃い赤色で著しく発光する赤色蛍光体と比較して最大化されることがある。色飽和度も一般に、特にNR蛍光体のピークが約620nmよりも下にある場合に強化されることがある。1以上の実施形態では、NR蛍光体は、約400nm〜約460nmでInGaN青色発光体によって励起されると、約10nm未満のFWHMをもつ約631nmの強い赤色の輝線を生じることのできるK2[SiF6]:Mn4+(マンガンドープカリウムフルオロ−ケイ酸塩、「PFS」と呼ばれる)を含んでいてもよい。 In one or more embodiments, the individual light sources may be commercially available or simply manufactured blue LEDs, yellow-green garnet phosphors, broadband red nitride phosphors and narrow-band red phosphors. However, it may be combined in a novel manner as described in this disclosure. This is in contrast to the light sources described in US patent application 61/875403 and PCT international application PCT / US2014 / 054868, incorporated herein by reference. The light source is described as a combination of green and red light sources in addition to the current blue LED, each represented by a Gaussian distribution of wavelengths characterized by peak wavelength and full width at half maximum (FWHM). In the patent applications of US patent application 61/875403 and PCT international application PCT / US2014 / 054868, the Gaussian distribution is a hypothetical approximation of actual phosphors and LEDs. Therefore, although the SPDs in these prior applications are not necessarily equal to the actual LED and phosphor SPDs, embodiments of the present invention provide actual yellow-green and red phosphor SPDs. In one or more embodiments of the present disclosure, the synthetic light source is a commercially available blue or violet LED, a yellow-green garnet phosphor, either a broadband red nitride phosphor or a narrow band red phosphor, or a broadband red fluorescence. Body and a combination of narrow-band red phosphors. Other suitable light sources may be used. The blue LED may include a nitride compound semiconductor represented by the following formula. In i Ga j Al k N (where i ≧ 0, j ≧ 0, k ≧ 0 and i + j + k = 1). In one or more embodiments, well-known InGaN blue or violet LEDs are used, where k = 0, i is in the range of about 0.1 to about 0.4, and the peak emission wavelength is about 10 nm. A range of about 400 nm to about 460 nm with a FWHM of about 20 nm. The yellow-green (YG) phosphor is selected from 1) one or more elements selected from the group consisting of Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb and Sm and 2) a group consisting of Al, Ga and In. And a garnet fluorescent material activated with Ce may be included. In one or more embodiments, the garnet phosphor may be further limited to Ce-doped yttrium aluminum garnet (YAG, Y 3 Al 5 O 12 ), ie, YAG: Ce 3+ . A red phosphor can be defined for the purposes of the present invention as having two ranges of FWHM: a narrow FWHM of less than about 60 nm and a broad FWHM of greater than about 60 nm. In general, BR nitride phosphor material absorbs UV and blue light strongly, can emit light efficiently between about 600 nm and 670 nm, and FWHM is about 80 nm to about 120 nm so Instead, the luminous efficiency (lumen per watt, LPW) is relatively low. An example of a broadband red (BR) nitride phosphor is generally represented by the general formula CaAlSiN 3 : Eu 2+ . In general, narrow-band red (NR) phosphors absorb blue light strongly, can emit light efficiently between about 610 nm and 660 nm, and emit little deep red or near-infrared emission. Some examples of known NR phosphors include those based on composite fluoride materials activated by Mn 4+ , such as those described in US Pat. No. 7,358,542, US Pat. No. 7,497,973 and US Pat. No. 7,648,649. Etc. The Mn 4+ doped phosphor has the formula A x [MF y ]: Mn 4+ . In the formula, A (alkali) is Li, Na, K, Rb, Cs or a combination thereof, and M (metal) is Si, Ge, Sn, Ti, Zr, AI, Ga, In, Sc, Hf. , Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd or combinations thereof, x is the absolute value of the charge of [MF y ] ion, and y is 5, 6 or 7. Therefore, LPW may be maximized compared to a red phosphor that emits light with a deep red color with poor visibility. Color saturation may also generally be enhanced, especially when the peak of the NR phosphor is below about 620 nm. In one or more embodiments, the NR phosphor can produce a strong red emission line of about 631 nm with an FWHM of less than about 10 nm when excited by an InGaN blue emitter from about 400 nm to about 460 nm [K 2 [ SiF 6 ]: Mn 4+ (manganese doped potassium fluoro-silicate, referred to as “PFS”).
本明細書に開示されるLPIは、好ましいカラーアピアランス(飽和度及び色相歪み)と、完全放射体(黒体)軌跡から離れた、色度点の好ましいシフトの両方を説明する。LPIは、消費者の嗜好を定量化する予測的測定基準である。よって、LPIは、色嗜好度についてスペクトルを最適化するための設計ツールとして使用することができる。特に、LPIに強い相関があることは予備的な観察者の試験で見出され、精度の高い予測的嗜好測定基準としてLPIの最適化能力は追加試験によって証明される。86名の参加者による観察者の調査では、4つの個別のLEDシステムを、114〜143の範囲の異なる向上したLPIレベルに合わせて設計した。この調査において観察者は全員、年齢の範囲が17〜28歳であり、性別分布は男性40%及び女性60%であり、人種の分布は白人57%、アジア人30%、ヒスパニック8%及びアフリカ系アメリカ人5%であり、地理的分布は北米94%、アジア5%及び欧州1%であった。各々のLEDシステムで、家庭のアイテム、例えばカラフルな布地、果物、木質フローリング及び鏡などを含む別々のブースを照射した。観察者には、全体的に好ましい照明環境を選ぶように頼んだ。結果は、LPI値が最も高いLEDシステムが、観察者に最も好まれ、一方、2番目、3番目、4番目に高いLPI値が、それぞれ2番目、3番目、4番目に好まれたことを示す。図2は、各々のLEDシステムを好ましい環境であると選択した観察者の百分率を示す。示されるように、最も高い割合の観察者(42%)がLPIが143の光源Dを好み、一方、最も低い割合の観察者(11%)がLPIが114の光源Aを好んだ。
The LPI disclosed herein describes both the preferred color appearance (saturation and hue distortion) and the preferred shift of the chromaticity point away from the full radiator (blackbody) trajectory. LPI is a predictive metric that quantifies consumer preferences. Thus, LPI can be used as a design tool for optimizing the spectrum for color preference. In particular, a strong correlation with LPI is found in preliminary observer tests, and LPI's ability to optimize as a highly accurate predictive preference metric is demonstrated by additional tests. In an observer survey with 86 participants, four individual LED systems were designed for different and improved LPI levels ranging from 114-143. All observers in this study ranged in age from 17 to 28 years, the gender distribution was 40% male and 60% female, the race distribution was 57% white, 30% Asian, 8% Hispanic and African American 5%, geographical distribution was North America 94%,
従来の又は既存の色測定及び光測定の量又は測定基準は、比較的少ない観察者集団の応答から導かれたものであるので、人間集団全体を代表するものでも、あらゆる人口統計学的集団及び文化的集団を代表するものでもない。しかし、そのような測定基準が、照明製品を設計し、評価し、最適化するために考案されて以来、数十年も使用されている。光源は、今でもこれらの測定基準、例えば、ルーメン及び演色評価数(CRI又はRa)に基づいて設計されている。 Traditional or existing color and light measurement quantities or metrics are derived from the response of a relatively small observer population, so any demographic population and Nor does it represent a cultural group. However, such metrics have been used for decades since it was devised to design, evaluate and optimize lighting products. Light sources are still designed based on these metrics, for example lumens and color rendering index (CRI or Ra).
本明細書に記載されるLPIの式は、年齢範囲が21〜27歳であり、性別分布が男性58%及び女性42%であり、人種分布が白人92%及びアジア人8%であり、地理的分布が北米内である観察者の組に基づく。しかし、このことは、任意の光源スペクトルについて色の嗜好のレベルを数量化し、最適化する、本明細書に現在定義されるLPIの有効性を減じるものではなく、その試験光源を構築し、試験発光体を特定の試験集団と同様の色の嗜好をもつ集団が観察した場合に、その試験集団がLPIの尺度で低い評価をつけた他の光源と比較してその試験光源は好まれる。さらに、高いLPI用に最適化され、従来の光源よりも高いLPIを有するスペクトル又は光源は、(本発明者らのデータセットと類似した色嗜好の傾向を有する)観察者の間で、従来のどの光源よりも高い色の色嗜好度を示す。推論として、従来の明所視ルーメンとは異なるルーメンの変化形、例えば暗所視ルーメンが定義され、その暗所視ルーメンの定義が暗所視の発光効率を向上又は最適化した光源の発見及び開発を可能にするとしても、向上又は最適化された明所視ルーメンをこれまで提供し、これからも提供し続ける光源の発見及び開発の有効性が無効になるものではない、それは、明所視ルーメンが、たとえそれが全ての照明用途で普遍的に適切でなかったとしても、厳密に定義されているためである。 The LPI formula described herein has an age range of 21-27 years, a gender distribution of 58% male and 42% female, a racial distribution of 92% white and 8% Asian, Based on a set of observers whose geographic distribution is within North America. However, this does not diminish the effectiveness of the LPI currently defined herein, which quantifies and optimizes the level of color preference for a given light source spectrum. When a group with a color preference similar to that of a particular test population is observed, the test light source is preferred compared to other light sources that the test population has a low rating on the LPI scale. In addition, a spectrum or light source that is optimized for high LPI and has a higher LPI than conventional light sources can be compared with conventional viewers (which tend to have a color preference similar to our dataset). The color preference of a color higher than any light source is shown. As inferences, a variant of the lumen different from the conventional photopic lumen, for example, a scotopic lumen is defined, and the definition of the scotopic lumen improves the light emission efficiency or optimizes the scotopic luminous Even if development is possible, it does not invalidate the effectiveness of the discovery and development of light sources that have been and will continue to provide improved or optimized photopic lumens. This is because the lumen is strictly defined even if it is not universally appropriate for all lighting applications.
既存の色調測定基準が照明製品の消費者の嗜好を正確に定量化しようと取り組むのに対して、LPIは、色嗜好データを入手できた観察者の限られた集団と最も密接に相関する、定量的な色の嗜好度の測定基準を客観的に定義する。LPI測定基準は、照明源の白色度と照明源に照らされた物体のカラーアピアランスという2つのパラメータの関数である。具体的なLPI関数は、白色度及びカラーアピアランスの説明の後に、以下で定義される。 Whereas existing color metrics strive to accurately quantify consumer preferences for lighting products, LPI correlates most closely with a limited population of observers from whom color preference data was available. Objectively define a quantitative color preference metric. The LPI metric is a function of two parameters: the whiteness of the illumination source and the color appearance of the object illuminated by the illumination source. Specific LPI functions are defined below after the description of whiteness and color appearance.
本明細書において、白色度とは、色度図上の「白色ライン」への色度点の近接度を指し、「白色ライン」は、下記出版物に定義されている。“White Lighting”,Color Research & Application、volume 38,#2,pp.82−92(2013),authors M.S.Rea & J.P.Freyssinier(以降、「Rea参考文献」と呼ぶ)。Rea参考文献は参照により本明細書に援用される。本明細書において、「白色ライン」は、2700Kから6500Kの選択された色温度のCCX及びCCY色座標で報告される下の表1中で色度点によって定義される。 In this specification, whiteness refers to the proximity of a chromaticity point to a “white line” on a chromaticity diagram, and the “white line” is defined in the following publication. “White Lighting”, Color Research & Application, volume 38, # 2, pp. 82-92 (2013), authors M.M. S. Rea & J. P. Freyssinier (hereinafter referred to as “Rea References”). The Rea reference is hereby incorporated by reference. As used herein, a “white line” is defined by the chromaticity point in Table 1 below, reported in CCX and CCY color coordinates for a selected color temperature from 2700K to 6500K.
次の式は、約2700K〜約3000Kの間のCCTを有する任意の色度点の白色度の測定基準をもたらすように設定される。この白色度測定基準は、完全放射体軌跡上のどの点についてもゼロ又は実質的に0となり、「白色ライン」上のどの点についても1(実質的に1)となる。 The following equation is set to provide a whiteness metric for any chromaticity point having a CCT between about 2700K and about 3000K. This whiteness metric is zero or substantially 0 for any point on the complete radiator trajectory and 1 (substantially 1) for any point on the “white line”.
本明細書において、カラーアピアランスは、演色の複合的な測定単位であり、それは照明源の正味飽和値(Net Saturation Value)(NSV)(例えば、飽和度の向上を示すが過度に飽和していないNSVには比較的高いLPI値が得られる)及び色相歪み値(Hue Distortion Value)(HDV)、(例えば、最小又はゼロの色相歪みを示すHDVには比較的高いLPI値が得られる)の関数である。NSVとHDVは両方とも、下文でより詳細に説明される。 As used herein, color appearance is a complex unit of measurement of color rendering, which is a net saturation value (NSV) of an illumination source (eg, showing increased saturation but not oversaturated). NSV gives a relatively high LPI value) and Hue Distortion Value (HDV) (for example, HDV showing minimum or zero hue distortion gives a relatively high LPI value) It is. Both NSV and HDV are described in more detail below.
照明嗜好指数(LPI)測定基準は、1600の補正したマンセル光沢スペクトル反射率の完全なデータベースを用いて色の配列を選択することによる、試験色サンプルの偏りのない選択を用いて開発した。これらの1600の色は、特にM.W.Derhak & R.S.Berns,「Analysis and Correction of the Joensuu Munsell Glossy Spectral Database」,Color and Imaging Conference,2012(1),191−194(2012)を考えると、当業者に理解されるであろう。この色の配列を使用することにより、色相、値及び彩度からなるマンセル分類系を利用して色空間のかなりの部分を網羅することができる。 The Lighting Preference Index (LPI) metric was developed using an unbiased selection of test color samples by selecting a color array using a complete database of 1600 corrected Munsell gloss spectral reflectances. These 1600 colors are in particular M.I. W. Derhak & R. S. Those skilled in the art will understand Bernns, “Analysis and Correction of the Joensuu Munsell Glossy Spectral Database”, Color and Imaging Conference , 2012 (1), 191-194 (2012). By using this color arrangement, a significant portion of the color space can be covered using the Munsell classification system consisting of hue, value and saturation.
また、当業者に理解されるように、この配列中の各々の色は、色相(10個のカテゴリと各々に4つのサブカテゴリがあり、合計40の項目がある)、彩度(0〜16の範囲)及び値(0〜10の範囲)に関してマンセル系によって定義される。色相の10のカテゴリは、図4aに描かれ、分類されている。飽和度又は彩度及び色相の全てのレベルは等しく重み付けられ、“Statistical approach to color quality of solid−state lamps”,IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.,15(6),1753(2009),authors A.Zukauskas,R.Vaicekauskas,F.Ivanauskas,H.Vaitkevicius,P.Vitta,and M.S.Shurに考察されるような同様の方法に従って統計カウントアプローチで処理される。 Also, as will be appreciated by those skilled in the art, each color in this array has a hue (10 categories with 4 subcategories in each, for a total of 40 items), saturation (0-16 Range) and values (range 0-10) are defined by the Munsell system. Ten categories of hues are depicted and classified in FIG. 4a. All levels of saturation or saturation and hue are equally weighted, “Statistical Approach to Color of Solid-state Lamps”, IEEE J. MoI. Sel. Top. Quantum Electron. 15 (6), 1753 (2009), authors A. et al. Zukauskas, R.A. Vaicekauskas, F.M. Ivanauskas, H.M. Vaitevivicius, P.M. Vitta, and M.M. S. It is processed with a statistical counting approach according to a similar method as discussed in Shur.
照明源(すなわち試験発光体)と、CIE基準光、すなわち完全放射体によって同じ色温度で表示される、1600の色サンプル全ての色度点が計算される。CIE基準光は、プランクの黒体放射の法則を用いて照明源のCCTから求められるスペクトルを有する。プランクの法則は、光源Bの放射輝度(W/sr・m3)を、波長λ(メートル)及び絶対温度T(K)の関数として、以下の通り定義される。 The chromaticity points of all 1600 color samples displayed at the same color temperature by the illumination source (ie, test illuminant) and CIE reference light, ie, full emitter, are calculated. The CIE reference light has a spectrum determined from the CCT of the illumination source using Planck's law of black body radiation. Planck's law is defined as follows, where the radiance (W / sr · m 3 ) of the light source B is a function of the wavelength λ (meter) and the absolute temperature T (K).
次に、これらの色度点(色座標ともいう)を全て、CIE L*a*b*(CIELAB)色空間に変換し、演色ベクトル(CRV)を生成する。CRVは、基準光に関するカラーアピアランスのシフトの大きさ及び方向を表す。図4bは、各々のCRVに含まれる成分を示す。半径方向の成分401又はΔCabは、彩度又は飽和度のシフトを定量し、ここで原点から離れるシフトは飽和度の増加を意味し、原点に近づくシフトは飽和度の減少を意味する。方位成分403又はΔhabは、色相の変化を定量し、角度の変化(ラジアン)で表すことができる。特定のマンセル値のCRVのベクトルプロットは、a*−b*色度平面上の色シフトの視覚的表現として生成することができる。図4cは、消費者に一般に好まれる製品であるネオジム白熱灯についてマンセル値5のCRV402を表す。ベクトルプロットを見て分かるように、ネオジムランプは、特に赤色及び緑色成分に、飽和度の向上を生じる(それぞれ、ベクトルプロットの右側及び左側)。黄色Y、赤色R、紫色P、青色B及び緑色Gに対応する凡そのベクトルの方向が、挿入図404に示す。
Next, all of these chromaticity points (also referred to as color coordinates) are converted into a CIE L * a * b * (CIELAB) color space to generate a color rendering vector (CRV). CRV represents the magnitude and direction of the color appearance shift with respect to the reference light. FIG. 4b shows the components included in each CRV. A
次に、1600のマンセル色の全てについての各々のCRVの半径方向401及び方位403成分を求めて、それぞれ彩度及び色相のシフトを数量化する。そのような大きなサンプルサイズでは、CRVの大きさ及び方向は、統計上のカウントで表すことができる。
Next, the radial 401 and
正味飽和値(Net Saturation Value)(NSV)は、飽和度の低下したサンプルの百分率を減算した飽和度の向上した試験サンプルの百分率を表す。飽和レベルの向上は、平均知覚差の閾値を超えるが過飽和限界よりも低い彩度の増加(ΔCab>0)によって示される。飽和レベルの低下(ΔCab<0)は、彩度が同じ平均知覚差の閾値を超えて低下した場合にのみカウントされる。平均知覚差値は、知覚できる平均半径がCIELAB空間で2.3であることを見出した次の出版物:“Evaluation of Uniform Color Spaces Developed after the Adoption of CIELAB and CIELUV”,Color Research and Application,volume 19,#2,pp.105−121(1994),authors M.Mahy,L.Van Eycken,& A.Oosterlinckに基づく。過飽和限界に関して、ΔCab=15の値は、次の出版物に基づいて選択される。“Color Quality Design for Solid State Lighting”,Presentation at LEDs 2012,Oct.11−12,San Diego,CA(2012),author Y.Ohno。この研究において、ある限界までは飽和した色に対する嗜好の増大が見出され、高レベルの飽和には嗜好応答は低下した。約ΔCab=15の値のあたりでは、嗜好応答は、飽和のない時、すなわちΔCab=0に匹敵し、嗜好応答はこれらの2つの値の間で増加した。 Net Saturation Value (NSV) represents the percentage of the test sample with increased saturation minus the percentage of the sample with decreased saturation. The improvement in saturation level is indicated by an increase in saturation (ΔC ab > 0) that exceeds the average perceptual difference threshold but is below the supersaturation limit. A decrease in saturation level (ΔC ab <0) is counted only when the saturation decreases beyond the same average perceptual difference threshold. The average perceived difference value is the following publication that found that the perceivable average radius is 2.3 in CIELAB space: “Evaluation of Uniform Color Space Developed After the Citilab and CielAB and CELUV”. 19, # 2, pp. 105-121 (1994), authors M.M. Mahy, L .; Van Eicken, & A. Based on Oosterlink. For the supersaturation limit, a value of ΔC ab = 15 is selected based on the following publications. “Color Quality Design for Solid State Lighting”, Presentation at LEDs 2012, Oct. 11-12, San Diego, CA (2012), author Y. Ohno. In this study, an increase in preference for saturated colors was found up to a certain limit, and a high level of saturation reduced the preference response. Around the value of about ΔC ab = 15, the preference response was comparable with no saturation, ie ΔC ab = 0, and the preference response increased between these two values.
個々のNSV値(NSVi)を、マンセル系の10の主な色相カテゴリについて計算し、合計NSVを10の色相の平均とする。本開示において、NSVは、式(2)及び式(3)によって定義される。 Individual NSV values (NSV i ) are calculated for the 10 main hue categories of the Munsell system and the total NSV is the average of the 10 hues. In this disclosure, NSV is defined by Equation (2) and Equation (3).
色相歪み値(Hue Distortion Value;HDV)は、色相が変わる試験サンプルの重み付けられた百分率を表す。彩度の(限界までの)増加は一般に比較的高いLPI値の達成に寄与しないが、色相の変化は一般に望ましくない(しかし、色相の変化は、彩度変化よりも比較的弱い最終LPI値への寄与要因である)。 Hue Distortion Value (HDV) represents a weighted percentage of the test sample where the hue changes. While an increase in saturation (to the limit) generally does not contribute to achieving a relatively high LPI value, a change in hue is generally undesirable (but a change in hue leads to a final LPI value that is relatively weaker than a change in saturation). Is a contributing factor.
当業者に理解されるように、マンセル表色系は、一般に40の色相のサブカテゴリに分割される(10の主な色相カテゴリの各々に4つのサブカテゴリがある)。HDVを計算するには、隣の色相サブカテゴリ(ここで、Δhab>π/20ラジアン(又は円の1/40))に変わる試験色の百分率を、色相のサブレベル間の分離角(π/20ラジアン)によって調整した、平均Δhab値で重み付ける。このさらなる重み付けを用いて非常に大きい量の色相歪みを説明する。ここで、ほぼ全ての試験色がカウントされる閾値を超える色相歪みを経験するので、百分率だけは非常に高い百分率で限界に近づく。これらの計算には、色相歪みの方向は重要でない、そのため、時計回り及び反時計回りの両方向の歪みについてΔhab>0である。NSVに関して、個々のHDV値(HDVi)を、マンセル系の10の主な色相カテゴリについて計算し、合計HDVを10の色相の平均とする。本開示において、HDVは、式(4)及び式(5)によって定義される。 As will be appreciated by those skilled in the art, the Munsell color system is generally divided into 40 hue subcategories (there are 4 subcategories in each of the 10 main hue categories). To calculate HDV, the percentage of test colors that change to the adjacent hue subcategory (where Δh ab > π / 20 radians (or 1/40 of a circle)) is calculated by dividing the separation angle between hue sub-levels (π / was adjusted by 20 radians), attached weighted by the average Delta] h ab value. This additional weighting is used to account for a very large amount of hue distortion. Here, since almost all test colors experience hue distortion above the threshold at which they are counted, only the percentage approaches the limit at a very high percentage. For these calculations, the direction of hue distortion is not important, so Δh ab > 0 for both clockwise and counterclockwise distortion. For NSV, individual HDV values (HDV i ) are calculated for the 10 main hue categories of Munsell and the total HDV is the average of the 10 hues. In this disclosure, HDV is defined by equations (4) and (5).
次に、NSV及びHDVを式(6)に従ってカラーアピアランス値に統合する。 Next, NSV and HDV are integrated into the color appearance value according to equation (6).
最後に、LPIの式を式7で定義する。 Finally, the LPI equation is defined by Equation 7.
代わりとなるLPIの「マスター」式は、単に式(1)、(6)及び(7)を組合せたものであるが、式(8)として示される。 An alternative LPI “master” equation is simply a combination of equations (1), (6) and (7), but is shown as equation (8).
要するに、LPI測定基準は、以下の段階で決定することができる(ただし、必ずしも下記の順序でなくてもよい)。
(a)試験発光体から放射される光のスペクトルを、1〜2nm又はそれよりも細かい精度を有するその分光パワー分布(SPD)として得る段階、
(b)試験発光体のSPDから色度点(色温度及びDuv)を求める段階、
(c)式(1)を用いてDuvから白色度成分を計算する段階、
(d)試験発光体の色温度から基準スペクトルを求める段階、
(e)基準発光体と試験発光体の両方について、CIELAB色空間の1600のマンセル色全ての色度点を計算する段階、
(f)基準スペクトルに対する試験発光体の演色ベクトルを計算する段階、
(g)正味飽和値(Net Saturation Value)及び色相歪み値(Hue Distortion Value)を、それぞれ式(3)及び式(5)を用いて計算する段階、
(h)式(6)を用いてカラーアピアランス成分を計算する段階及び
(i)段階(c)の白色度成分と段階(h)のカラーアピアランス成分を統合して、式(7)を用いてLPIを得る段階。
In short, the LPI metric can be determined in the following steps (although not necessarily in the following order):
(A) obtaining a spectrum of light emitted from the test illuminant as its spectral power distribution (SPD) having an accuracy of 1-2 nm or finer;
(B) obtaining a chromaticity point (color temperature and Duv) from the SPD of the test illuminant;
(C) calculating a whiteness component from Duv using equation (1);
(D) obtaining a reference spectrum from the color temperature of the test illuminant;
(E) calculating chromaticity points for all 1600 Munsell colors in the CIELAB color space for both the reference illuminant and the test illuminant;
(F) calculating a color rendering vector of the test illuminant relative to the reference spectrum;
(G) calculating a net saturation value and a hue distortion value using Equation (3) and Equation (5), respectively;
(H) calculating the color appearance component using equation (6) and (i) integrating the whiteness component of step (c) and the color appearance component of step (h) and using equation (7) Obtaining LPI.
なお、1以上の実施形態では、段階(c)の白色度は、段階(d)〜(h)のカラーアピアランスの計算と平行して計算される。その後、白色度及びカラーアピアランスは、最終段階(i)の入力として用いられる。 In one or more embodiments, the whiteness of step (c) is calculated in parallel with the color appearance calculation of steps (d)-(h). The whiteness and color appearance are then used as inputs for the final stage (i).
LPIは、色嗜好データが入手できた観察者の限られた集団に最も緊密に相関する定量的な色嗜好度の測定基準を客観的に定義するが、色嗜好度は、観察者の色嗜好データと、多少弱いが許容できるほど強い相関のある既存の色測定基準との新規な組合せを用いても定量されることができる。LPIの式に示唆されるように、BBLに対して飽和度及び色度点を別々に表す既存の色測定基準は、色空間の一部の限界内で観察者の色嗜好応答に近づくことが期待できる。それらの限界は、上のLPIの説明で記載したようにいくつかの限界のうちのいずれかが害されるならば、LPIアルゴリズムで適用される数値ペナルティを用いてLPI測定基準の定義に組み込まれる。LPIはさらに、飽和度及び色度点の効果と各々の最適な重み付けを組合せて、複数の測定基準ではなく単一の測定基準を提供することができ、その単一の測定基準は、目標とする色嗜好応答を観察者から予測的に引き出すスペクトルの設計を可能にする単一パラメータの最適化応答として有用であると確認されている。既存の色測定基準はどれも単独では観察者の色嗜好度との相関並びにLPI測定基準を提供しないが、YG蛍光体と赤色蛍光体のピーク又は主波長との間の分離は、LPI測定基準の色飽和度部分との近似をもたらし、Duv測定単位は、LPI測定基準の色度点部分(すなわち白色度)によく近似する。一部の実施形態では、単一の種類の蛍光体(様々なピーク波長及び主波長を有するYAG:Ce蛍光体に限定される)だけを用いて光源のSPDにYGの発光をもたらし、それに対して、2種類の蛍光体(単一のピーク波長を有する狭帯域及び様々なピーク波長を有する広帯域)を使用して、光源のSPDに赤色の発光をもたらすことができる。1以上の実施形態では、YG蛍光体のピーク又は主波長と、赤色蛍光体のピーク波長との間の分離は、赤色蛍光体のピーク波長を固定し、一方でYG蛍光体の主波長を変化させ、それによりYG蛍光体と赤色蛍光体との間の分離の直接的な測定単位をもたらすことによって定量される。そのため、本発明者らは、より正確なLPI測定基準の類似性の非常に高い代替基準として、YG蛍光体の主波長及びCIE1960u−v色空間における色度点のDuvによって、青色LED、YG YAG:Ce蛍光体及び所与ピーク波長を有するNR又はBR蛍光体を含む光源の色嗜好度を説明することを代わりに選ぶことができる。これには、一部の開業医が、LPI応答を計算するために必要な詳細が全て準備されていたとしても、LPI応答を計算するよりもYG蛍光体の主波長及びDuv応答を計算する方が簡単であると分かるような利点がある。 LPI objectively defines a quantitative color preference metric that most closely correlates to a limited population of observers for whom color preference data is available. It can also be quantified using a novel combination of data and existing color metrics that are somewhat weak but acceptable strongly correlated. As suggested by the LPI equation, existing color metrics that represent saturation and chromaticity points separately for BBL may approach the viewer's color preference response within some limits of the color space. I can expect. Those limits are incorporated into the definition of the LPI metric using numerical penalties applied in the LPI algorithm if any of several limits are compromised as described in the LPI description above. The LPI can further combine the effects of saturation and chromaticity points with each optimal weight to provide a single metric rather than multiple metrics, the single metric being the target and It has been confirmed that it is useful as a single parameter optimization response that allows the design of a spectrum that predicts the color preference response from the observer. None of the existing color metrics alone provide a correlation with the viewer's color preference as well as an LPI metric, but the separation between the peak or dominant wavelength of the YG phosphor and the red phosphor is an LPI metric. And the Duv unit of measure closely approximates the chromaticity point portion (ie, whiteness) of the LPI metric. In some embodiments, only a single type of phosphor (limited to YAG: Ce phosphors with various peak and dominant wavelengths) is used to provide YG emission to the source SPD, whereas Thus, two types of phosphors (a narrow band with a single peak wavelength and a broadband with various peak wavelengths) can be used to provide red emission in the SPD of the light source. In one or more embodiments, the separation between the peak or dominant wavelength of the YG phosphor and the peak wavelength of the red phosphor fixes the peak wavelength of the red phosphor while changing the dominant wavelength of the YG phosphor. And thereby quantifying by providing a direct unit of measure of separation between the YG phosphor and the red phosphor. For this reason, the inventors have used a blue LED, YG YAG as a very high-similar alternative to the more accurate LPI metric, depending on the dominant wavelength of the YG phosphor and the chromaticity point Duv in the CIE 1960u-v color space. An alternative can be chosen to describe the color preference of a light source comprising a Ce phosphor and an NR or BR phosphor with a given peak wavelength. This is because some practitioners calculate the dominant wavelength and Duv response of the YG phosphor rather than calculating the LPI response, even if all the details necessary to calculate the LPI response are available. There is an advantage that can be seen as simple.
従来型ランプの種類には、光源から放射されたスペクトルから黄色光の一部を吸収するNdドープガラスを用いる、白熱、ハロゲン及びLEDが含まれ、Ndによる吸収のない同種のランプと比較して色嗜好度を向上させる。図5は、1以上の白熱又はハロゲンコイル502をガラスドーム504の内部に含む白熱光源又はハロゲン光源500を示す。一部の実施形態では、GE reveal(登録商標)型の白熱ランプ及びハロゲンランプに提供されるように、ガラスドーム504は酸化ネオジム(Nd2O3)をドープしてもよい。1以上のコイルから放射される光は、一般に約2700K〜約3200Kの間の相関色温度(CCT)をもつ黒体スペクトルの光に類似する。このCCT範囲は、電球色と呼ばれることもある。Ndドープガラスドーム504は、色スペクトルの黄色部分の光をフィルタリングして除去する働きをするので、光源500のガラスドーム504を通して伝わる光は、Ndガラスフィルタを備えていない同じ光源から放射される光と比較して人間の観察者に一般に好まれる、向上した色嗜好度又は色飽和度又は色のコントラスト性を有する。
Conventional lamp types include incandescent, halogen, and LEDs that use Nd-doped glass that absorbs some of the yellow light from the spectrum emitted from the light source, compared to similar lamps that do not absorb by Nd. Improve color preference. FIG. 5 shows an incandescent or
図6aは、CCT=2695Kの図5の白熱光源500の波長(又は分光パワー分布(SPD))に対する相対光出力のプロット600及び同じCCT=2695Kの黒体光源のSPDのプロット602を示す。黒体発光体は、一般に、CCT<5000Kの試験光源に対して、試験光源の色測定値を計算する際に試験光源と比較する基準光源とみなされる(CCT>5000Kには、昼光スペクトルが一般に基準として使用される)。基準光源として、黒体発光体にCRI=100の値を割り当てる。整合性を保つために、黒体に同様にLPI測定基準の100の基準値を割り当てる。白熱のSPDと黒体のSPDはかなり類似しているため、2695Kの白熱光源の値は、CRI=99.8、LPI=99.8である。CRIの場合、99.8の値は、CRI=100の最大可能値にほぼ等しいので、白熱光源は、CRI測定基準によってほぼ理想的な演色(又は色の「忠実性」)を有する。LPIの場合、99.8の値は、最大値ではなく中立値とみなされる。一部の実施形態では、100よりもはるかに低いLPIの値が可能であり、それによって典型的な観察者は、そのような光源を白熱光源ほど好まないと予測される、しかし、約LPI=150までのはるかに高い値も可能であり、それによって典型的な観察者はそのような光源を白熱光源よりもはるかに好むと予測される。CRI測定基準は、光源が8つのパステル調の試験色を黒体基準とまさに同じに演色する程度を定量する、そのため、それは色空間の限られた範囲の色の「忠実性」の測定基準である。
FIG. 6a shows a
図6bは、CCT=2695Kの白熱光源のSPDのプロット600及び白熱光源500の光をNdドープガラスでフィルタリングすることによって得られる、CCT=2755K、CRIが約80、LPIが約120のreveal(登録商標)型白熱光源のSPDのプロット604を示す。これら2つのSPD間の違いは完全にNdドープガラスによる光の吸収によるものであり、その大部分は約570nm〜約610nmの黄色範囲で生じ、それよりも弱い吸収が約510nm〜約540nmの緑色範囲で生じる。1以上の実施形態では、Ndの吸収から生じる色嗜好上の利点は、黄色吸収に起因する。
FIG. 6b shows an
SPDは、光強度の絶対スケールで、例えば、ワット/nm又はワット/nm/cm2又はその他の放射量の局面でプロットすることができ、或いは、相対単位で、時には本明細書に記載されるようにピーク強度に正規化してプロットすることもできる。正規化されたSPDは、照らされた物体又は空間の照度が、通常の明所視の範囲内にある(すなわち、約10〜100ルクスよりも大きく、約10,000ルクスまで(ルクス=ルーメン/m2))と仮定すると、光源の全ての色測定の特徴の計算に十分である。SPD曲線の情報を集計することにより、その光源の全ての色測定及び光測定応答の精密な計算が可能になる。 The SPD can be plotted on an absolute scale of light intensity, eg, in watts / nm or watts / nm / cm 2 or other aspects of radiation, or described in relative units, sometimes herein. Thus, it can be plotted normalized to the peak intensity. Normalized SPD is such that the illuminance of the illuminated object or space is in the range of normal photopic vision (ie, greater than about 10-100 lux and up to about 10,000 lux (lux = lumens / Assuming m 2 )), it is sufficient to calculate all color measurement features of the light source. Accumulating the SPD curve information allows precise calculation of all color measurements and light measurement responses of the light source.
図6aに示す白熱灯のSPDプロット600は、どの波長にも重要なスパイク又は穴がないので、それが例外的によくバランスの取れた光源であることを示す。そのような滑らかな曲線は、同じCCTをもつ黒体曲線の曲線とぴったりと一致し、傑出した色忠実性の能力を示す。黒体スペクトルは、CRIスケールで完全な演色を有する、すなわちCRI=100と定義される。白熱灯のCRIは、一般に約99である。Nd−白熱灯のCRIは、一般に約80である。CRIが低いにもかかわらず、大半の観察者は、特に有機物、例えば、人物、食べ物、木材、織物などが照射されている用途には白熱灯よりもNd−白熱灯の演色を好む。
The incandescent
いくつかの電気光源と比較すると、日光は、スペクトルの青色及び緑色部分で多量のエネルギーを示し、それにより(約5500Kの)高い色温度をもつ寒色の(すなわちCCTの高い)光源となっている。よって、SPD図表は、様々なランプの光出力の色組成がどのように異なっているかを理解するのに有用である。 Compared to some electrical light sources, sunlight shows a lot of energy in the blue and green parts of the spectrum, thereby making it a cold (ie high CCT) light source with a high color temperature (about 5500 K). . Thus, SPD charts are useful for understanding how the color composition of the light output of various lamps is different.
いくつかの従来型ランプの種類には、黄色が吸収されない同種のランプと比較して色の好まれやすさを向上させる、光源から放射されたスペクトルから黄色光の一部を吸収するNdドープガラスを用いる1以上のLEDが含まれる。図7aは、1以上のLED(図7b)を含むreveal(登録商標)型LED光源700を示し、図7bは、図7aの光源700の分解組立図である。LED(発光ダイオード)は、固体照明(SSL)部品の一例であり、その固体照明部品は、電気フィラメントを使用する白熱球、或いはプラズマ及び/又はガスを使用する蛍光管又は高輝度放電管などの従来光源の代わりの照明源として、半導体LED、有機LED又はポリマーLEDを含むことができる。
Some conventional lamp types include Nd-doped glass that absorbs a portion of yellow light from the spectrum emitted from the light source, which improves the color preference over similar lamps that do not absorb yellow. One or more LEDs are used. FIG. 7a shows a Reveal® type
図7bを参照すると、LED706及び708及びLEDを装着したプリント回路板710を備える光エンジン712は、ハウジング704に取り付け可能であるので、組み立てられると、LED706及び708は酸化ネオジム(Nd2O3)を含浸させたガラスドーム702の内部に位置し、その結果LED706及び708から放射される光の大部分又は全てがドーム702を通過する。図7a及び7bが、電源を入れると照明を提供する1以上の固体照明部品を利用するLEDランプの一例だけを描いていることは当然理解される。したがって、図7a及び7bに描かれる具体的な部品は説明目的のためだけのものであり、当業者は、使用目的及び/又はその他の考慮事項に依存する可能性のある、様々な部品のその他の形状及び/又はサイズを利用することができることを理解する。例えば、ハウジング704は、異なるサイズ及び/又は形状のものであってよく、固体照明部品706及び708は、組立て中にそれと直接に、かつ/又は間接的に接続されてよい。
Referring to FIG. 7b, a
図8は、各々がYG YAG蛍光体及び放射がYAG蛍光体と強く重なり合う広帯域赤色窒化物蛍光体を励起する複数の青色LEDを含む電球色LEDランプの既知分光パワー分布(SPD)のプロット800(破線)を含むグラフを示す。これは結果として黄色スペクトルで非常に強い放射となり、混合光はCCT=2766K、CRI=91及びLPI=97を有する。図8はまた、CCT=2777K、CRI=91及びLPI=111のreveal(登録商標)型LED光源のSPDのプロット810(実線)も示す。LEDから放射される光は、ピーク波長が約400〜約460nmの範囲内(例えば、ロイヤルブルーInGaN)の青色LED802からの光と、LEDからの青色発光による蛍光体材料(例えばYAG:Ce蛍光体)の励起によって得られる約500〜約600nmの範囲内にピーク発光を有するYG光804と、おそらくLEDからの青色発光による別の蛍光体(例えば窒化物又は硫化物蛍光体)の励起によって得られる約600〜約670nmの範囲内にピーク発光を有する赤色光806との混合物で構成し得る。蛍光体材料によって吸収されない、青色LEDによって生成される青色光の部分は、蛍光体材料から放射される光と組み合わされて、人間の眼にほぼ白色に見える光を提供する。混合光のスペクトルも黒体スペクトルのそれに似ているが、青色LEDの発光とYG蛍光体の発光との間の波長域にくぼみを含むことがある。一部の実施形態では、光源は、約2700K〜約3200K(電球色)の間の相関色温度(CCT)を有してもよいし又は光源はより高いCCT、おそらく約10,000K程度又はそれより高くてもよいし、より低いCCT、おそらく約1800K程度又はそれより低くてもよい。Ndガラスは、YG蛍光体及び赤色蛍光体によって生成し得る色スペクトルの黄色部分808の光を濾過して取り除く働きをするので、光源700のガラスドームから放射される光810(実線プロットの全部)は、Ndガラスフィルタを備えていない同じ光源から放射される光800と比較して人間の観察者に一般に好まれる、向上した色嗜好度又は色飽和度又は色のコントラスト性又は白色度を有する。
FIG. 8 shows a
1以上の低圧水銀(Hg)放電ランプ及び光源によって放射される黄色光の量を減らすように選択される可視光発光蛍光体(すなわち蛍光(FL)又は小型蛍光(CFL)光源)の特別な配合を含むいくつかの従来型ランプの種類も、特別な蛍光体配合を含まない典型的な同種のFL又はCFL光源ランプと比較して色嗜好度を向上させることが公知である。図9は、黄色スペクトルの発光が比較的低い、蛍光体904のカスタマイズされた混合物で被覆した、低圧Hg放電管902を含むreveal(登録商標)型CFL光源900を示す。
A special formulation of one or more low-pressure mercury (Hg) discharge lamps and a visible light emitting phosphor selected to reduce the amount of yellow light emitted by the light source (ie a fluorescent (FL) or compact fluorescent (CFL) light source) Several conventional lamp types, including, are also known to improve color preference compared to typical similar FL or CFL light source lamps that do not contain special phosphor formulations. FIG. 9 shows a Reveal® CFL
図10は、CCT=2582K、CRI=69及びLPI=116の図9のReveal(登録商標)型CFL光源900の既知の分光パワー分布(SPD)のプロット1000を含むグラフを示す。図10はまた、CCT=2755Kの図5のreveal(登録商標)型白熱光源のSPDのプロット604も示す。(CFLランプからの)混合光スペクトルプロット1000は、CCT=2582Kの黒体スペクトルに近似する光を生成するように設計される、多くの細い発光帯及び一部の広い発光帯からなる。Nd−白熱のSPDプロット604と比較して、CFL製品に利用可能な赤色及び緑色蛍光体の制約を考慮すると、赤色及び緑色の強化及び黄色の抑制は類似している。光源はまた、約2700K〜約3200K(電球色)の間の相関色温度(CCT)を有していてもよい。一部の実施形態では、光源は、より高いCCT(例えば、約10,000K程度以上)又はより低いCCT(例えば、約1800K程度又はそれ以下)を有していてもよい。スペクトルの黄色部分の発光が比較的低い光源900の混合光スペクトルプロット1000は、従来の蛍光体混合物を有する同じ光源から放射される光と比較して人間の観察者に一般に好まれる、向上した色嗜好度又は色飽和度又は色のコントラスト性を有していてもよい。
FIG. 10 shows a graph including a known spectral power distribution (SPD)
いくつかのさらなる従来型のランプの種類は、黄色波長域にくぼみを生成するのに十分に離れたピーク波長を有する緑色及び赤色蛍光体を有する1以上のLEDを含み、例えば、食肉、野菜及び農産物(例えば、果物)の色を強調するために食料品店での用途で使用される。図11は、黄色波長域にくぼみを生成するのに十分に離れたピーク波長を有し、CCT=2837K、CRI=74及びLPI=124である、緑色及び赤色蛍光体を有する既知光源のSPDのプロット1100を含むグラフを示す。LEDから放射される光は、青色LEDからの放射によって生じる、約400〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する青色発光1102と、LEDからの青色発光による緑色蛍光体の励起によって得られる、約500〜約580nmの範囲内のピーク波長及び約80nmのFWHM1108を有する緑色発光1104と、LEDからの青色発光による赤色蛍光体の励起によって得られる、約600〜約670nmの範囲内のピーク発光及び約100nmのFWHM1110を有する赤色発光1106との混合物で構成し得る。蛍光体材料によって吸収されない、青色LEDによって生成される青色光の部分は、緑色及び赤色の蛍光体材料から放射される光と組み合わされて、人間の眼にほぼ白色に見える光を提供する。混合光のスペクトルは、青色LEDの発光1102と緑色蛍光体の発光1104との間の波長域にくぼみを有することがあり、緑色蛍光体の発光1104と赤色蛍光体の発光1106との間の黄色波長域に第2のくぼみを含んでいてもよい。光源はまた、約2700K〜約6000Kの間のCCTを有する可能性もあり、或いはより高いCCT(例えば、約10,000K程度以上)又はより低いCCT(例えば、約1800K程度又はそれ以下)を有することもある。528nmの緑色蛍光体の発光1104のピークと、645nmの赤色蛍光体の発光1106のピークが離れていることに起因するSPDプロット1100の黄色部分の発光の低下は、光源スペクトルプロット1100をもたらし、LPIは約124となる。この既知光源の比較的高いLPI値は、比較的狭いFWHM(約80nm)及び緑色蛍光体の青色にシフトしたピーク(約528nm)に起因し、これは本開示の実施形態のYG YAG:Ce蛍光体の組成と同じではない。下記の1以上の実施形態に記載される25の異なるYAG蛍光体の実施形態で示されるように、YG YAG:Ce蛍光体のFWHMは、一般に、約110〜約120nmのわずかに広い範囲のFWHM及び約530nm〜約560nmのピーク波長域を有する。
Some further conventional lamp types include one or more LEDs having green and red phosphors with peak wavelengths far enough to create a depression in the yellow wavelength range, such as meat, vegetables and Used in grocery store applications to highlight the color of agricultural products (eg fruits). FIG. 11 shows the SPD of a known light source with green and red phosphors with peak wavelengths far enough to create a depression in the yellow wavelength range, CCT = 2837K, CRI = 74 and LPI = 124. A
図12は、450nm前後でピークに達する青色LEDと、545nm前後でピークに達しFWHMが80nm前後のYG蛍光体へのガウス近似と、635nm前後でピークに達しFWHMが20nm前後の赤色LEDとを含み、CCT=2700K及びDuv=−0.010であり及び約145のほぼ最大の実際的なLPI値を得る、理想的なLED光源のSPDのグラフを示す
照明嗜好指数(LPI)測定基準へのスペクトル成分の選択の影響をより理解し、伝えるために、スペクトルモデルを使用して実験の詳細設計(DoE)を実施した。これらの実験により、LPI及び典型的な観察者の色嗜好応答を最大化し、将来の照明製品の設計を導くための最適なスペクトルの特徴の特定ができた。このDOEは、市販されているか又は容易に製造される、黄緑色(YG)ガーネット蛍光体及び狭帯域赤色(NR)か又は広帯域赤色(BR)のいずれかの蛍光体の使用を含む、発光成分、特に光源のLPIを向上させるための発光成分の組成を特定するために設計された。
FIG. 12 includes a blue LED that peaks at around 450 nm, a Gaussian approximation to a YG phosphor with a peak at around 545 nm and a FWHM of around 80 nm, and a red LED that peaks at around 635 nm and has a FWHM of around 20 nm. , CCT = 2700K and Duv = −0.010, and shows a graph of the SPD of an ideal LED light source that yields a nearly maximum practical LPI value of about 145 spectrum to the lighting preference index (LPI) metric In order to better understand and communicate the effects of component selection, a detailed experimental design (DoE) was performed using a spectral model. These experiments allowed the identification of optimal spectral features to maximize LPI and typical observer color preference responses and guide future lighting product designs. This DOE is a commercially available or easily manufactured luminescent component comprising the use of a yellow-green (YG) garnet phosphor and either a narrow-band red (NR) or a broadband red (BR) phosphor Designed specifically to identify the composition of the luminescent component to improve the LPI of the light source.
各々のスペクトルは、1つの複合材料スペクトルに重ね合わされる(名目上、青色、緑色及び赤色の)3つの成分からなる。図13に示すように、一部の実施形態では、青色発光成分1302は、ピーク発光が約450nmであり、約15nmのFWHM1304を有する青色LEDの成分である。この波長は、大部分の白色光源において現在使用される典型的な青色LEDの代表として選択された。例えば約400nm〜約460nmの範囲内のピーク波長などの特徴を有し、FWHM<約50nmである、その他の適した青色発光成分を使用してもよい。LPI色測定基準は、緑色及び赤色発光よりも青色発光に対して比較的感度が低い。これは、図1aから理解することができる。ここの図では、青色102の網膜反応は、緑色104及び赤色106と明白に区別されるが、緑色と赤色の反応は互いに明白とまでは区別されない。青色の特徴に対してLPIは相対的に鈍感であるので、このDOEの結果は、青色又は紫色範囲(例えば、約400〜約460nm)にピーク波長を有し、約50nm未満の任意のFWHMをもつ青色光源によって得られる結果を表すものと予測されることができる。
Each spectrum consists of three components (nominally blue, green and red) superimposed on one composite spectrum. As shown in FIG. 13, in some embodiments, the blue
1以上の実施形態では、緑色成分は、市販されているか又は容易に製造されるYAG蛍光体の通常の範囲を表す、約540nm〜約547nmの範囲のピーク波長を有する、5つの異なるYG YAG蛍光体発光のファミリー(図14)を用いてモデル化することができる。さらに、LPI応答のさらなる最適化を可能にする傾向を見出すために、緑色成分の発光スペクトルを、5つの市販の蛍光体の各々の実際の発光スペクトルから+5nm、−5nm、+10nm及び−10nmずつ変動させる。そのため、全体でDoEには、ピーク波長の合計範囲が約530nm〜約557nmである、25個(=5個の蛍光体*(1つの非シフト+4のシフトさせたスペクトル))の異なる緑色成分が含まれる。シフトさせた緑色成分の各々の半値全幅(FWHM)、例えば1404は、一定に保持され、対応するシフトさせていない市販の蛍光体、例えば、1402のFWHMと等しく、約112nm〜約115nmの範囲である。本明細書において、YG YAG蛍光体には、1)Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb及びSmからなる群から選択される1種以上の元素と、2)Al、Ga及びInからなる群から選択され、Ceによって賦活される1種以上の元素とを含むガーネット蛍光材料を有する蛍光体のファミリーが含まれてよく、該ガーネット蛍光体は、Ceでドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG、Y3Al5O12)、すなわちYAG:Ce3+にさらに限定される。
In one or more embodiments, the green component has five different YG YAG fluorescence having peak wavelengths in the range of about 540 nm to about 547 nm, representing the normal range of commercially available or easily manufactured YAG phosphors. It can be modeled using a family of body luminescence (FIG. 14). In addition, to find a trend that allows further optimization of the LPI response, the emission spectrum of the green component is varied by +5 nm, -5 nm, +10 nm, and -10 nm from the actual emission spectrum of each of the five commercially available phosphors. Let Therefore, in total, DoE has 25 different green components (= 5 phosphors * (one
1以上の実施形態では、赤色成分は、4つの異なるBR窒化物蛍光体発光(図15)のファミリー及びNR蛍光体(図16)を用いてモデル化されてよい。BR窒化物蛍光体は、一般に、CaAlSiN3:Eu2+の一般式で表される。これらのBR窒化物蛍光体材料は、UV及び青色光を強く吸収し、例えば、約80nm〜約120nmのFWHM(例えば、1504)で、約600nm〜680nmの間で効率的に発光することができ(例えば、1502)、濃い赤色に非常に強い発光をもたらす。NR蛍光体(図16)は公知であり、それらの一部は、Mn4+によって賦活される複合フッ化物材料、例えば米国特許第7358542号、米国特許第7497973号及び米国特許第7648649号に記載のものなどが挙げられる。Mn4+ドープ蛍光体は、式Ax[MFy]:Mn4+を有し、式中、A(アルカリ)は、Li、Na、K、Rb、Cs又はそれらの組合せであり、M(金属)は、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、AI、Ga、In、Sc、Hf、Y、La、Nb、Ta、Bi、Gd又はそれらの組合せであり、xは、[MFy]イオンの電荷の絶対値であり、yは、5、6又は7である。これらの材料は、青色光を強く吸収し、約610nm〜660nmの間で効率的に発光し(例えば、1602)、濃い赤色又は近赤外発光はほとんどない、それはFWHMが30nmよりもはるかに低く、1606に示すように一般に約5nmであるためである。たとえこの特定のNR蛍光体がいくつかの狭いピークで構成されていたとしても、主要ピークを包含する全幅はそれでも30nmよりもはるかに低く、1604に示すように一般に約20nmである。1以上の実施形態では、本発明のNR蛍光体は、約631nmでピーク波長を有し、米国特許第7358542号、米国特許第7497973号及び米国特許第7648649号に記載される市販のPFSを表す。そのため、1以上の実施形態では、BR蛍光体を含まずにNR蛍光体だけを含んだDoEの実施において、NR蛍光体は単一の特有の赤色成分だけからなった。その他の実施形態では、NR蛍光体によって提供される利益に非常によく似た色嗜好度による利益を得るために、この特定のNR蛍光体は、同様のピーク波長を有する別のNR蛍光体で置き換えられてよい。
In one or more embodiments, the red component may be modeled using a family of four different BR nitride phosphors (FIG. 15) and an NR phosphor (FIG. 16). The BR nitride phosphor is generally represented by a general formula of CaAlSiN 3 : Eu 2+ . These BR nitride phosphor materials strongly absorb UV and blue light and can emit efficiently between about 600 nm and 680 nm, for example, with a FWHM of about 80 nm to about 120 nm (eg, 1504). (Eg 1502), which results in a very strong light emission in the dark red. NR phosphors (FIG. 16) are known, some of which are described in composite fluoride materials activated by Mn 4+ , eg US Pat. No. 7,358,542, US Pat. No. 7,497,973 and US Pat. No. 7,648,649. And so on. The Mn 4+ doped phosphor has the formula A x [MF y ]: Mn 4+ , where A (alkali) is Li, Na, K, Rb, Cs or combinations thereof and M ( Metal) is Si, Ge, Sn, Ti, Zr, AI, Ga, In, Sc, Hf, Y, La, Nb, Ta, Bi, Gd or a combination thereof, and x is an [MF y ] ion. Y is 5, 6, or 7. These materials absorb blue light strongly, emit efficiently between about 610 nm and 660 nm (eg, 1602) and have little dark red or near infrared emission, which has a FWHM much lower than 30
1以上の実施形態では、広帯域赤色成分は、市販されているか又は容易に製造される広帯域赤色窒化物蛍光体の通常の範囲を表す、約620nm〜約670nmのピーク波長の範囲を有する、4つの異なるBR窒化物蛍光体発光のファミリーを用いてモデル化することができる。そのため、1以上の実施形態では、NR蛍光体を含まずにBR窒化物蛍光体だけを含んだ実施において、BR窒化物蛍光体は4つの異なる赤色成分を含んだ。さらに、LPI応答のさらなる最適化を可能にする傾向を見出すために、赤色成分の発光スペクトルを、4つの市販のBR窒化物蛍光体の各々の実際の発光スペクトルから+5nm、−5nm、+10nm及び−10nmずつ変動させる。そのため、1以上の実施形態では、ピーク波長の合計範囲が約610nm〜約680nmである20個(=4個の蛍光体*(1つの非シフト+4のシフトさせたスペクトル))の異なるBR成分を動かした。シフトさせたBR成分の各々の半値全幅(FWHM)は一定に保持され、対応するシフトさせていない市販の蛍光体のFWHMと等しく、約86nm〜約93nmの範囲である。図15は、使用した20個の赤色成分のうちの4つのシフトさせていない赤色成分のSPDを示す。
In one or more embodiments, the broadband red component has a peak wavelength range of about 620 nm to about 670 nm, representing a typical range of commercially available or easily manufactured broadband red nitride phosphors. It can be modeled using different BR nitride phosphor emission families. Thus, in one or more embodiments, in implementations that include only BR nitride phosphors without NR phosphors, the BR nitride phosphors included four different red components. Furthermore, in order to find a tendency to allow further optimization of the LPI response, the emission spectrum of the red component is +5 nm, −5 nm, +10 nm and −− from the actual emission spectrum of each of the four commercially available BR nitride phosphors. Change by 10 nm. Thus, in one or more embodiments, 20 (= 4 phosphors * (one
1以上の実施形態では、DoEを、赤色蛍光体によって区別する3つのグループに分割した。グループ1はNR PFS蛍光体だけを含み(YAG+PFS)、グループ2は、20個のBR窒化物蛍光体の各々を別々に含み(YAG+Nit)、市販の赤色窒化物蛍光体を表し、グループ3は、25%の増分の、BRパワー対NRパワー(図15及び図16に記載されるように赤色発光の全波長域について合計した発光パワー)の3通りの比からなり、単一のNR蛍光体と組合せた20個のBR窒化物蛍光体(YAG+PFS+Nit)の各々について、(BRパワー)/(BRパワー+NRパワー)≡BR/R≡n=0.25、0.50、0.75である。本発明者らは、グループ3のDoEのこれらの3つのサブセットをグループ3a(n=0.25)、グループ3b(n=0.50)及びグループ3c(n=0.75)と示す。n=0及び1の限定される例は、グループ1(YAG+PFS)及びグループ2(YAG+Nit)のDoEにそれぞれ対応することに注意されたい。DoEを3つのグループに分割することは、結果を伝えるための便宜上の問題である。実際に、比BR/R=nは、0.0から1.0の連続した範囲を有することができ、n=0及びn=1の限定される例は、DoEのグループ1(YAG+PFS)及びグループ2(YAG+Nit)部分にそれぞれ対応する。グループ3は、n=0.25、0.50及び0.75の3つの別個のレベルを有すると表されるが、0.0<n<1.0の連続した範囲にLPIの伝達関数を実際に提供し、グループ1及び2の結果を組合せることにより、0.0≦n≦1.0の連続した範囲にLPIの伝達関数を提供する。赤色窒化物とPFS発光体の混合物は、NR発光体対BR発光体を有する発光体の色測定及び光測定能のトレードオフに起因して、1以上の実施形態で使用されてよく、それによってNR発光体は、明所視眼応答曲線の遠い尾部の波長の放射線量を低下させることにより効率を向上させることができ、一方BR発光体は効率を犠牲にして演色又は色嗜好度を向上させることができる。
In one or more embodiments, DoE was divided into three groups distinguished by red phosphors.
青色、緑色及び赤色発光体の発光パワーの比を調節して、2つの必要な自由度を得、1931CIE色空間の色度点を一意に定義し、同様にSPDを一意に定義した。DoEは、10の別個の色度点、すなわち2つのCCT(2700K及び3000K)の各々及び5つのDuv値:0.000(黒体軌跡上)、−0.005、−0.010(白体ラインの近く)、−0.015及び−0.020の各々で別々に実施した。 The ratio of emission power of the blue, green and red illuminants was adjusted to obtain two necessary degrees of freedom, uniquely defining the chromaticity point of the 1931 CIE color space, and similarly defining the SPD uniquely. DoE is 10 distinct chromaticity points, each of 2 CCTs (2700K and 3000K) and 5 Duv values: 0.000 (on blackbody locus), -0.005, -0.010 (whitebody) Near line), each at -0.015 and -0.020.
3つのグループの各々の中の10個の色度点の各々で、青色、緑色及び赤色成分の全ての組合せを製造し、グループ1のDoEの10個の色度点の各々で25の特有の組合せ(1つの青色x25の緑色x1つの赤色)、グループ2のDoEの10個の色度点の各々で500の特有の組合せ(1つの青色x25の緑色x20の赤色)及びグループ3のDoEの10個の色度点の各々で1500の特有の組合せ(1つの青色x25の緑色x20の赤色x3の赤色比)を得、10個の色度点の各々の3つのグループ中で合計2025の特有の組合せ、10個の色度点全体にわたる合計20,250の特有の組合せ(SPD)を得た。本発明者らは、多くの場合、20,250の組合せの組全体をDoEと呼ぶ。次に、照明嗜好指数(LPI)値をDoEの各々のスペクトルについて計算し、青色LEDと、YG YAG:Ce蛍光体と、BR窒化物蛍光体か又はNR蛍光体のいずれかとを含む、現在市販されているLED光源から実現することのできるLPIの傾向及びトレードオフについて分析した。
Each of the 10 chromaticity points in each of the 3 groups produces all combinations of blue, green and red components, and each of the 10 chromaticity points of
上記のDoEの注目すべき、そして予期せぬ結果は、DoEの2つの独立変数:YAG蛍光体の主波長(すなわちDomYAG)及びDuvを用いてクローズドフォームの解析的近似によって、DoEのどんな所定の赤色発光体についてもLPI(したがって観察者の色嗜好度)が十分によく予測できることである。主波長の点からDoEの結果を表すために、図17〜21は、DoEの25個のYGと、20個のBR蛍光体の各々をその主波長によって定義するのに役立つ。光源のピーク波長が、発光強度が最大である波長であるのに対して、主波長は、光源の色相(知覚色)に最も緊密に一致する純粋な単色光の波長である。図17aに描かれるように、光源の主波長は、スペクトル軌跡1702(1931CIE色空間1700の周長)上の点1704として正式に定義され(Wyszecki and Stiles,Color Science:Concepts and Methods,Quantitative Data and Formulae,Wiley−Interscience;2 edition(August 8,2000)参照)、そこでベクトルは無色のD65色度点1706で開始し、試験光源の色度点1708を通過し、スペクトル軌跡1702と交差する。波長、例えば、スペクトル軌跡1702に沿った580nmの1712は、10nm以上の増分で分類される。図17bでは、DoEで使用される市販の発光体の色度点が1931CIE色空間1700に示す。約450nmのピーク波長を有する青色LED1722(図13の通り)、5個のYG YAG:Ce蛍光体1724(図14の通り)及び約631nmのピーク波長を有する単一のNR蛍光体1726(図16の通り)。図17cは図17bと同じであるが、単一のNR蛍光体の代わりにDoEで使用される4つの市販の広帯域赤色窒化物蛍光体1728(図15の通り)を示す。
The notable and unexpected result of DoE above is that any given DoE can be determined by closed-form analytical approximations using DoE's two independent variables: the dominant wavelength of the YAG phosphor (ie, Dom YAG ) and Duv. The LPI (and thus the color preference of the observer) can be predicted sufficiently well for the red light emitters. To represent DoE results in terms of dominant wavelengths, FIGS. 17-21 serve to define each of DoE's 25 YG and 20 BR phosphors by their dominant wavelength. The peak wavelength of the light source is the wavelength at which the emission intensity is maximum, whereas the dominant wavelength is the wavelength of pure monochromatic light that most closely matches the hue (perceived color) of the light source. As depicted in FIG. 17a, the dominant wavelength of the light source is formally defined as a
図18aでは、DoEで使用した25個のYG蛍光体の色度点1834が、1931CIE色空間の拡大図1800に示す。5個の市販のYG YAG:Ce蛍光体と、5個の市販のYG YAG蛍光体の各々の修正型。ここで、発光スペクトルは+10nm、+5nm、−5nm及び−10nmずつ移動し、体系的にパラメータ化された、広範囲の異なるYG YAG蛍光体を表す。図18bでは、現在市販されているYG YAG:Ce蛍光体の全範囲を本質的に表す、22個の市販のYG YAG蛍光体の色度点1844が、DoEで使用した図18aの25個のYG蛍光体1834とともに、1931CIE色空間の拡大図1800に示す。DoEで使用した25個の体系的にパラメータ化されたYG蛍光体の群の色度点を22個の市販のYG YAG:Ce蛍光体と比較すると、現在市販されているYG YAG:Ce蛍光体の範囲はDoEで完全に表されていることが明らかである。
In FIG. 18a, the 25 YG
図19aでは、DoEで使用した20個のBR蛍光体の色度点1938が、1931CIE色空間の拡大図1900に示す。4個の市販の広帯域赤色窒化物蛍光体と、4個の市販の広帯域赤色窒化物蛍光体の各々の修正型。ここで、発光スペクトルは+10nm、+5nm、−5nm及び−10nmずつ移動し、体系的にパラメータ化された、広範囲の異なるBR蛍光体を表す。図19bには、現在市販されている広帯域赤色窒化物蛍光体の全範囲を基本的に表す、14個の市販の広帯域赤色窒化物蛍光体の色度点1948が、DoEで使用した図19aの20個のBR蛍光体1938とともに含められる。DoEで使用した20個の体系的にパラメータ化されたBR蛍光体の群の色度点を14個の市販の広帯域赤色窒化物蛍光体と比較すると、現在市販されている広帯域赤色窒化物蛍光体の範囲はDoEで完全に表されていることが明らかである。
In FIG. 19a, the chromaticity points 1938 of the 20 BR phosphors used in DoE are shown in an
光源のピーク波長が、発光強度が最大である波長であると考え、一方、主波長が光源の色相(知覚色)に最も緊密に一致する純粋な単色光の波長であると考えると、蛍光体の色を部分的に説明するこれらの2つの波長測定基準を比較することは有用である。図20は、DoEで使用した25個のYG蛍光体についての主波長とピーク波長との関係を示す。本明細書に示すように、主波長は、YG蛍光体の各々について通常ピーク波長よりも長い。これは主に蛍光体発光が非対称であることによる。図14を見て分かるように、発光スペクトルの各々の長波長尾部は短波長尾部よりも広いので、各々のスペクトルの知覚された色相は、各々のYG蛍光体のピーク波長よりも長い波長を有する単色発光体によって最もよく表されると予測される。図21は、DoEで使用した20個のBR蛍光体についての主波長とピーク波長との関係を示す。本明細書に示すように、主波長は、BR蛍光体の各々について通常ピーク波長よりも短い。これは、主に、図15を見て分かるように、各々のピーク波長の右側に蛍光体発光の極めて長い波長があることによる。長波長尾部は眼の応答波長をはるかに超えて伸びているので(図1a)、発光スペクトルの左半分は、スペクトルの右半分よりも強い影響を知覚した色相に及ぼす。そのため、各々のスペクトルは、各々のBR蛍光体のピーク波長よりも短い波長を有する単色発光体で最もよく表されると予測されうる。 Considering that the peak wavelength of the light source is the wavelength at which the emission intensity is maximum, while the dominant wavelength is the wavelength of pure monochromatic light that most closely matches the hue (perceived color) of the light source, the phosphor It is useful to compare these two wavelength metrics that partially explain the color of FIG. 20 shows the relationship between the dominant wavelength and the peak wavelength for the 25 YG phosphors used in DoE. As shown herein, the dominant wavelength is usually longer than the peak wavelength for each of the YG phosphors. This is mainly because the phosphor emission is asymmetric. As can be seen in FIG. 14, each long wavelength tail of the emission spectrum is wider than the short wavelength tail, so the perceived hue of each spectrum has a wavelength longer than the peak wavelength of each YG phosphor. Predicted to be best represented by a monochromatic illuminant. FIG. 21 shows the relationship between the dominant wavelength and the peak wavelength for the 20 BR phosphors used in DoE. As shown herein, the dominant wavelength is usually shorter than the peak wavelength for each of the BR phosphors. This is mainly due to the fact that there is an extremely long wavelength of phosphor emission on the right side of each peak wavelength, as can be seen from FIG. Since the long wavelength tail extends far beyond the response wavelength of the eye (FIG. 1a), the left half of the emission spectrum affects the perceived hue more strongly than the right half of the spectrum. Thus, each spectrum can be expected to be best represented by a monochromatic phosphor having a wavelength shorter than the peak wavelength of each BR phosphor.
本明細書中の実施形態の各々は、1つの青色光源、1つの黄緑色ガーネット蛍光体、1つの狭い赤色ダウンコンバータ及び/又は1つの広い赤色ダウンコンバータを有すると記載されることがあるが、1以上の青色光源が使用されてよく、1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体が使用されてよく、1以上の狭い赤色ダウンコンバータが使用されてよく及び/又は1以上の広帯域赤色ダウンコンバータが使用されてよい点に注意される。 Each of the embodiments herein may be described as having one blue light source, one yellow-green garnet phosphor, one narrow red downconverter and / or one wide red downconverter, One or more blue light sources may be used, one or more yellow-green garnet phosphors may be used, one or more narrow red downconverters may be used, and / or one or more broadband red downconverters may be used. Note that it may be done.
グループ1DoE(YAG+PFS)は、1個の青色LED、25個のYG YAG:Ce蛍光体及び1個のNR PFS蛍光体の全ての組合せを含み、その結果25個の特有の発光体の組合せ(1個のBx25個のYGx1個のNR)が得られ、それにより25個の特有の発光体の組合せの各々の青色:緑色:赤色発光パワーの比は、10個の色度点(2700K及び3000K;Duv=0.000、−0.005、−0.010、−0.015、−0.020)の各々を達成するために変化し、その結果250個の特有のSPDをもたらす。1以上の実施形態では、各々の正規化されたSPDは、照らされた物体又は空間の照度が、通常の明所視の範囲内にある(すなわち、約10〜100ルクスよりも大きく、約1,000〜10,000ルクスまで(ルクス=ルーメン/m2))と仮定すると、光源の全ての色測定の特徴の計算に十分である。目的の色測定応答、LPIは、図22aにおいて、2700Kでの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対してプロットされる。LPIは、図22bにおいて、3000Kの色度点のDomYAG及びDuvに対してプロットされる。1以上の実施形態では、黄緑色ガーネット蛍光体(この例ではYAG)の主波長は、559nm〜約574nmの範囲内である。図23では、グループ1DoEで使用された250個の特有なSPDのDomYAG及びDuv値を、LPI等高線の濃淡の背景の上に重ね合わせた、5つの異なるDuvの各々の25の異なるDomYAGの群として示す。その他の適したDuvレベルを用いてもよい。類似する等高線図は、本明細書中で表されるDuvの範囲内のDuvレベルの連続体について提示されることができ、類似する傾向が実現される。図22a、bに示すLPIの滑らかな曲線は、統計学的に最適化されたANOVA回帰をデータに当てはめることから得られ、ここで、LPI=f(CCT、Duv、DomYAG)であり、四次式と同程度の多項式及び全ての結果として得られる可変相互作用を含み、Adjusted R2>0.99を有する伝達関数をもたらす。当業者は、120以上のLPI値を有するLPIの等高線において四次式よりも高次の式を有する機能が(たとえ四次式と同程度の高次の項がLPIの伝達関数に含まれるとしても)相対的に不足していること及び示される等高線間に滑らかな移行があることを理解するであろう、そのため、LPIの伝達関数が、根底にある250個の個別のDoEの実施を円滑に連続的に表すと予測することは合理的である。青色LED、YG YAG:Ce蛍光体及びNR蛍光体からなるSPDの全ての250の組合せを表す解は、LPI等高線図で表される伝達関数LPI=f(CCT、Duv、DomYAG)によって、非常に低い誤差で(R2>0.99)定量的に説明されることを当業者は理解するであろう。それにより、LPI等高線図で表される伝達関数LPI=f(CCT、Duv、DomYAG)は、DoEの別々の実施による有界範囲内の全てのCCT、Duv及びDomYAGに有効であると考えられる。
最大LPI値が約137であり(約559nmのDomYAGに対応)、Duvが約−0.010であり、CCT=2700Kのグループ1DoE(YAG+PFS)の特定のSPD2400が図24に示し、約450nmの青色LEDのピーク波長2402、約531nmのYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長2404、約631nmのNR PFS蛍光体のピーク波長2406が示される。さらに、各々類似したCCTを有するreveal(登録商標)白熱灯のSPD604と黒体発光体のSPD602と比較する。特に、1以上の実施形態では、140以上のLPIは、631nmで固定されたPFS蛍光体のピーク波長よりも好ましい波長を有するYAG及び狭帯域赤色ダウンコンバータによって又は、異なるピーク波長を有する2以上の狭帯域赤色ダウンコンバータを使用することによって達成することができる。
A
図22a、bは、2700Kと3000Kの両方で、光源の色度点が黒体軌跡上にある場合(Duv=0.000)、全てのDomYAGで(すなわちどんな市販のYG YAG:Ce蛍光体でも)、LPI<120(先行技術で見出されるLPIのほぼ上限)であることを実証する。Duvが減少するにつれて、LPIは通常全てのDomYAGで増加し、式(1)によってDuvは約−0.010の最大値に達し(このDuv値でLPIの白色度成分が最大化される)、Duv=−0.010の水平線についてかなりの程度のLPI等高線の上下対称が得られる。DuvがDuv=0.000からDuv=−0.010まで移動する時、LPI式の白色度成分は0から1まで増加し、式(7)に基づいてLPIが19ポイント増加する。同様に、DuvがDuv=−0.010からDuv=−0.20まで移動する時、白色度成分は1から0に低下し、LPIが19ポイント低下する。 Figure 22a, b, both of 2700K and 3000K, if the chromaticity point of the light source is on the black body locus (Duv = 0.000), with all Dom YAG (i.e. any commercial YG YAG: Ce phosphor But) demonstrates that LPI <120 (approximately the upper limit of LPI found in the prior art). As Duv decreases, LPI usually increases with all Dom YAG , and Duv reaches a maximum of about -0.010 according to equation (1) (this Duv value maximizes the whiteness component of LPI). A considerable degree of LPI contour symmetry is obtained for the horizontal line of Duv = −0.010. When Duv moves from Duv = 0.000 to Duv = −0.010, the whiteness component of the LPI equation increases from 0 to 1, and the LPI increases by 19 points based on equation (7). Similarly, when Duv moves from Duv = −0.010 to Duv = −0.20, the whiteness component decreases from 1 to 0 and the LPI decreases by 19 points.
所与Duvで、DomYAGが低下するにつれてほぼ単調に増加するLPIは、主に、一般に黄色の大きい発光を減らすか又は、赤色−緑色の反対色及び青色−黄色の反対色の知覚した飽和度を強化するくぼみをスペクトルの黄色部分に作り出す(例えば、約570〜約600nm)、YG発光体と狭帯域赤色発光体の波長間の分離による可能性がある。図22a、bでの2つの主な傾向、つまり、市販の発光体のこの組(青色LED、YG YAG:Ce蛍光体及びNR蛍光体)に関して、LPIは約−0.010のDuvで最大値となる傾向があること、及びLPIはより短いDomYAGで最大値となる傾向があることにより、LPI等高線は、白色度を規定するためのDuv及びカラーアピアランスの代わりとしてのDomYAGの項だけを含むクローズドフォームの分析式において近似させることができることが示唆される。一般に、120以上の値を有するLPI等高線に高次の不規則性がないことにより、それらの高いLPI等高線へのそのような分析的近似には、DoEで生成されるLPI等高線の大部分又は全部に当てはまる比較的単純な形式があることが示唆される。1以上の実施形態では、高いLPI等高線の視覚的な見えは、楕円が高いLPI等高線に最良の当てはめを提供するかもしれないことを示唆する。下の式(9)の一般形は、正確なLPI等高線と、120以上のLPIを有する図22a、bのあらゆるLPI等高線の楕円近似との間に一致をもたらした。 For a given Duv, LPI, which increases almost monotonically as Dom YAG decreases, mainly reduces the large yellow emission, or the perceived saturation of the red-green opposite color and the blue-yellow opposite color. Creating a depression in the yellow portion of the spectrum (eg, about 570 to about 600 nm), which may be due to separation between the wavelengths of the YG and narrowband red emitters. For two main trends in FIGS. 22a, b, ie, for this set of commercially available phosphors (blue LED, YG YAG: Ce phosphor and NR phosphor), the LPI has a maximum at Duv of about −0.010. And the LPI tends to reach a maximum at a shorter Dom YAG , so the LPI contours only contain the term Dom YAG as an alternative to Duv and color appearance to define whiteness. It is suggested that it can be approximated in the analytical formula of the closed form that contains it. In general, due to the absence of higher order irregularities in LPI contours having values of 120 or greater, such analytical approximations to those higher LPI contours may include most or all of the LPI contours generated by DoE. It is suggested that there is a relatively simple form that applies to. In one or more embodiments, the visual appearance of the high LPI contour suggests that the ellipse may provide the best fit for the high LPI contour. The general form of equation (9) below resulted in a match between the exact LPI contour and the elliptical approximation of any LPI contour in FIGS. 22a, b with more than 120 LPI.
図26aでは、グループ1DoE(YAG+PFS)の中のCCT=2700のLPI=120等高線について式9aで説明される領域が黒色の陰で示される。同様に、図26b〜dでは、LPI=125、130及び135の等高線について式9b〜dで説明される領域が黒い陰で示される。
In FIG. 26a, the area described in Equation 9a for the LPI = 120 contour line of CCT = 2700 in
グループ2DoE(YAG+Nit)は、1個の青色LED、25個のYG YAG:Ce蛍光体及び20個のBR窒化物蛍光体の全ての組合せを含み、その結果500個の特有の発光体の組合せ(1個のB×25個のYG×20個のBR)が得られ、それにより500個の特有の発光体の組合せの各々の青色:緑色:赤色発光パワーの比は、10個の色度点(2700K及び3000K;Duv=0.000、−0.005、−0.010、−0.015、−0.020)の各々を達成するために変化し、その結果5000個の特有のSPDをもたらす。各々の正規化されたSPDは、照らされた物体又は空間の照度が、通常の明所視の範囲内にある(すなわち、約10〜100ルクスよりも大きく、約1,000〜約10,000ルクスまで(ルクス=ルーメン/m2))と仮定すると、光源の全ての色測定の特徴の計算に十分である。610nmのピーク波長(PeakNit)を有するBR蛍光体の例では、目的の色測定応答、LPIは、図27aにおいて2700Kでの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対してプロットされる。グループ2DoEで使用されたPeakNitの範囲は、図21において、その範囲に20個の異なるBR蛍光体を含む、約610nm〜約680nmであることが示される。
図23に示し、グループ1DoEで使用される、5つの異なるDuv値の各々の25個の異なるDomYAG値からなる250個の特有の組合せのDomYAG及びDuv値は、20個の異なるBR蛍光体の各々と組合せてグループ2DoEで使用された、DomYAG及びDuvの同じ250個の特有の組合せである。グループ1DoEで使用した250個の特有なSPDのx軸上のDomYAG値とy軸上のDuv値の微細な間隔は、実際にDoEで使用した個別のSPD間の滑らかな補間をもたらすことが見出された。5つのDuvレベルを選択して、色度点又はDuvのLPIへの効果を説明した。その他の適したDuvレベルを使用してもよい。1以上の実施形態では、類似する等高線図が、本明細書中で表されるDuvの範囲内のDuvレベルの連続体について提示されてよく、類似する傾向が実現される。図27aに示すLPIの滑らかな曲線は、統計学的に最適化されたANOVA回帰をデータに当てはめることから得られ、ここで、LPI=f(CCT、Duv、DomYAG、PeakNit)であり、四次式と同程度の多項式及び全ての結果として得られる可変相互作用を含み、Adjusted R2>0.99を有する伝達関数をもたらす。当業者は、120以上のLPI値を有するLPIの等高線において四次式よりも高次の式を含む機能が不足していること及び示される等高線間に滑らかな移行があることを理解するであろう;さらに、青色LED、YG YAG:Ce蛍光体及びBR蛍光体からなるSPDの全ての5000個の組合せを表す解は、PeakNit=610nmの場合に図27aのLPI等高線図で表される伝達関数LPI=f(CCT、Duv、DomYAG、PeakNit)によって、非常に低い誤差で(R2>0.99)定量的に説明されることを理解するであろう。同様に、CCT=2700Kで10nmの増分でPeakNit=610、620、630、640、650、660、670及び680nmで解かれる伝達関数LPI=f(CCT、Duv、DomYAG、PeakNit)は、図27a〜hのLPI等高線図で表され;3000Kでは図28a〜hのLPI等高線図で表される。
As shown in FIG. 23 and used in
グループ2DoEの2700Kの2500個のSPDの中で最大のLPI(約142)を有するSPDを、図29に示す。最大LPI値が約142であり(約559nmのDomYAGに対応)、Duvが約−0.010であり、CCT=2700Kのグループ2DoE(YAG+Nit)の特定のSPD2900が図29に示し、約450nmの青色LEDのピーク波長2902、約531nmのYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長2904、約680nmのBR窒化物蛍光体のピーク波長2906が示される;さらに、各々類似したCCTを有するreveal(登録商標)白熱灯のSPD604と黒体発光体のSPD602と比較する。
The SPD with the largest LPI (approximately 142) among the 2500 SPDs of 2700K in
図27a〜h及び28a〜hは、2700Kと3000Kの両方で、光源の色度点が黒体軌跡上にある場合(Duv=0.000)、全てのDomYAGで(すなわちどんな市販のYG YAG:Ce蛍光体でも)、LPI>120を実現することは困難であることを実証する。長い波長の窒化物(PeakNit>660nm)及び短い波長のYAG(DomYAG<562nm)だけが、黒体上でLPI>120を可能にする。Duvが減少するにつれて、LPIは通常全てのDomYAGで増加し、式(1)によってDuvは約−0.010の最大値に達し(このDuv値でLPIの白色度成分が最大化される)、Duv=−0.010の水平線についてかなりの程度のLPI等高線の上下対称が得られる。DuvがDuv=0.000からDuv=−0.010まで移動する時、LPI式の白色度成分は0から1まで増加し、式(7)に基づいてLPIが19ポイント増加する。同様に、DuvがDuv=−0.010からDuv=−0.020まで移動する時、白色度成分は1から0に低下し、LPIが19ポイント低下する。 Figure 27a~h and 28a~h in both 2700K and 3000K, if the chromaticity point of the light source is on the black body locus (Duv = 0.000), with all Dom YAG (i.e. any commercial YG YAG : Even with Ce phosphor), it proves difficult to achieve LPI> 120. Only long wavelength nitrides (Peak Nit > 660 nm) and short wavelength YAG (Dom YAG <562 nm) allow LPI> 120 on black bodies. As Duv decreases, LPI usually increases with all Dom YAG , and Duv reaches a maximum of about -0.010 according to equation (1) (this Duv value maximizes the whiteness component of LPI). A considerable degree of LPI contour symmetry is obtained for the horizontal line of Duv = −0.010. When Duv moves from Duv = 0.000 to Duv = −0.010, the whiteness component of the LPI equation increases from 0 to 1, and the LPI increases by 19 points based on equation (7). Similarly, when Duv moves from Duv = −0.010 to Duv = −0.020, the whiteness component decreases from 1 to 0 and the LPI decreases by 19 points.
所与Duvで、DomYAGが低下し、PeakNitが増加するにつれてほぼ単調に増加するLPIは、主に、一般に黄色の大きい発光を減らすか又は、赤色−緑色の反対色及び青色−黄色の反対色の知覚した飽和度を強化するくぼみをスペクトルの黄色部分に作り出す(例えば、約570〜約600nm)、YG発光体とBR発光体の波長間の分離による可能性がある。図27a〜h及び28a〜hでの3つの主な傾向、つまり、市販の発光体のこの組(青色LED、YG YAG:Ce蛍光体及びBR窒化物蛍光体)に関して、LPIは約−0.010のDuvで最大値となる傾向があること、及びLPIはより短いDomYAGで最大値となる傾向があること、及びLPIはより長いPeakNitで最大値となる傾向があることにより、LPI等高線は、白色度を規定するためのDuv及びカラーアピアランスの代わりとしてのDomYAG及びPeakNitの項だけを含むクローズドフォームの分析式において近似させることができることが示唆される。 For a given Duv, LPI, which increases almost monotonically as Dom YAG decreases and Peak Nit increases, mainly reduces large yellow emission, or the opposite of red-green and blue-yellow Creating a depression in the yellow portion of the spectrum (eg, about 570 to about 600 nm) that enhances the perceived saturation of the color, possibly due to separation between the wavelengths of the YG and BR emitters. For the three main trends in FIGS. 27a-h and 28a-h, ie this set of commercially available phosphors (blue LED, YG YAG: Ce phosphor and BR nitride phosphor), the LPI is about −0. LPI contours tend to be maximum at Duv of 010, and LPI tends to be maximum at shorter Dom YAG , and LPI tends to be maximum at longer Peak Nit Is suggested to be approximated in a closed-form analytical expression containing only Dom YAG and Peak Nit terms as an alternative to Duv and color appearance to define whiteness.
グループ2DoEのLPI曲線への楕円近似の一般形である、グループ1DoEの式(9)に類似して、下の式(10)は、正確なLPI等高線と、120以上のLPIを有する図27a〜h及び図28a〜hのあらゆるLPI等高線の楕円近似との間にLPIにおいて1又は2ポイント以内の一致をもたらす。グループ2のLPIの伝達関数は、グループ1と比較してさらなる変数、PeakNitを有するので、式(10)は式(9)よりも必然的に複雑である。
Similar to
グループ3DoE(YAG+PFS+Nit)は、上記の1個の青色LED、25個のYG YAG:Ce蛍光体及び20個のBR窒化物蛍光体の全ての組合せを含み、その結果25%の増分のBRパワー対NRパワーの3通りの異なる比(図15及び図16に提供されるように、赤色発光の全波長域を合計した発光パワー)の各々の発光体(1個のBx25個のYGx1個のNRx20個のBR)の500の特有の組合せを得た。そのため、(Nitパワー)/(Nitパワー+PFSパワー)≡n=0.25、0.50、0.75;及び(PFSパワー)/(Nitパワー+PFSパワー)≡p=0.75、0.50、0.25であり、ここで20個のBR窒化物蛍光体の各々についてn+p=1である。ここで使用される、グループ3DoEのこれらの3つのサブセットは、グループ3a(n=0.25)、グループ3b(n=0.50)及びグループ3c(n=0.75)と呼ばれることがある。1以上の実施形態では、n=0及びn=1の限定される例は、グループ1(YAG+PFS)及びグループ2(YAG+Nit)のDoEにそれぞれ対応する。1以上の実施形態では、BRパワー対NRパワーの3通りの異なる比の各々で、500の特有の発光体の組合せの各々の青色:緑色:赤色発光パワーの比は、10個の色度点(2700K及び3000K;Duv=0.000、−0.005、−0.010、−0.015、−0.020)の各々を実現するために変えられ、その結果15000個の特有のSPDが得られる。1以上の実施形態では、各々の正規化されたSPDは、照らされた物体又は空間の照度が、通常の明所視の範囲内にある(すなわち、約10〜100ルクスよりも大きく、約1,000〜10,000ルクスまで(ルクス=ルーメン/m2))と仮定すると、光源の全ての色測定の特徴の計算に十分である。図21に示す、グループ3DoEで使用されるPeakNitの範囲は、約610nm〜約680nmであり、その範囲には20個の異なるBR蛍光体が含まれる。
Group 3DoE (YAG + PFS + Nit) includes all combinations of the above one blue LED, 25 YG YAG: Ce phosphors and 20 BR nitride phosphors, resulting in a BR power pair in 25% increments. Each illuminant (one Bx25 YGx1 NRx20) with three different ratios of NR power (emission power totaling all wavelength ranges of red emission as provided in FIGS. 15 and 16) BR) of 500 unique combinations were obtained. Therefore, (Nit power) / (Nit power + PFS power) ≡n = 0.25, 0.50, 0.75; and (PFS power) / (Nit power + PFS power) ≡p = 0.75, 0.50 0.25, where n + p = 1 for each of the 20 BR nitride phosphors. As used herein, these three subsets of group 3DoE may be referred to as group 3a (n = 0.25), group 3b (n = 0.50) and group 3c (n = 0.75). . In one or more embodiments, the limited examples of n = 0 and n = 1 correspond to group 1 (YAG + PFS) and group 2 (YAG + Nit) DoE, respectively. In one or more embodiments, at each of three different ratios of BR power to NR power, the ratio of blue: green: red emission power of each of the 500 unique emitter combinations is 10 chromaticity points. (2700K and 3000K; Duv = 0.000, -0.005, -0.010, -0.015, -0.020) each resulting in 15000 unique SPDs can get. In one or more embodiments, each normalized SPD has an illuminated object or space illumination within normal photopic range (ie, greater than about 10-100 lux, about 1 10000 to 10,000 lux (lux = lumens / m 2 )) is sufficient to calculate all color measurement features of the light source. The range of Peak Nit used in
目的の色測定応答、LPIは、図32a〜hにおいて、631nmのピーク波長を有するNR蛍光体及び、10nmの増分で610nm(図32a)から680nm(図32h)のピーク波長(PeakNit)を有するBR蛍光体及びn=0.25を与え、そのためp=0.75であるNitパワー対PFSパワーの比の例について、2700Kでの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対してプロットされる。 The target color measurement response, LPI, in FIGS. 32a-h, has an NR phosphor with a peak wavelength of 631 nm and a peak wavelength (Peak Nit ) of 610 nm (FIG. 32a) to 680 nm (FIG. 32h) in 10 nm increments. For an example of the ratio of Nit power to PFS power given BR phosphor and n = 0.25, so p = 0.75, the chromaticity point Dom YAG (x axis) and Duv (y axis) at 2700K Is plotted against.
目的の色測定応答、LPIは、図33a〜hにおいて、631nmのピーク波長を有するNR蛍光体及び、10nmの増分で610nm(図33a)から680nm(図33h)のピーク波長(PeakNit)を有するBR蛍光体の、n=0.25を与え、そのためp=0.75であるNitパワー対PFSパワーの比の例について、3000Kでの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対してプロットされる。 The desired colorimetric response, LPI, in FIGS. 33a-h, has a NR phosphor with a peak wavelength of 631 nm and a peak wavelength (Peak Nit ) of 610 nm (FIG. 33a) to 680 nm (FIG. 33h) in 10 nm increments. For an example of the ratio of Nit power to PFS power for a BR phosphor, where n = 0.25, and thus p = 0.75, the chromaticity points Dom YAG (x axis) and Duv (y axis) at 3000K ) Is plotted against.
グループ3aDoEの2700Kの2500個のSPDの中で最大のLPI(約137)を有するSPDを、図34に示す。最大LPI値が約137であり(約559nmのDomYAGに対応)、Duvが約−0.010であり、CCT=2700Kのグループ3aDoE(YAG+PFS+Nit、ここでn=0.25)の特定のSPD3400が図34に示し、約450nmの青色LEDのピーク波長3402、約531nmのYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長3404、約631nmのNR PFS蛍光体のピーク波長3406、約680nmのBR窒化物蛍光体のピーク波長3408が示される;さらに、各々類似したCCTを有するreveal(登録商標)白熱灯のSPD604と黒体発光体のSPD602と比較する。
The SPD with the largest LPI (approximately 137) among the 2500 SPDs of 2700K in group 3aDoE is shown in FIG. A specific SPD3400 with a maximum LPI value of about 137 (corresponding to Dom YAG of about 559 nm ), Duv of about −0.010, and CCT = 2700K group 3aDoE (YAG + PFS + Nit, where n = 0.25). As shown in FIG. 34, the
目的の色測定応答、LPIは、図35a〜hにおいて、2700Kの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対して、3000Kについては図36a〜hにおいて、631nmのピーク波長を有するNR蛍光体及び、10nmの増分で610nm(図35a及び図36a)から680nm(図35h及び図36h)のピーク波長(PeakNit)を有するBR蛍光体及び、n=0.5を与え、そのためp=0.5であるNitパワー対PFSパワーの比の例についてプロットされる。 The target color measurement response, LPI, has a peak wavelength of 631 nm in FIGS. 36a-h for 3000K versus DomYAG (x-axis) and Duv (y-axis) at a chromaticity point of 2700K in FIGS. An NR phosphor having a BR wavelength with a peak wavelength (Peak Nit ) of 610 nm (FIGS. 35a and 36a) to 680 nm (FIGS. 35h and 36h) in 10 nm increments, and therefore n = 0.5 Plotted for an example ratio of Nit power to PFS power where p = 0.5.
グループ3bDoEの2700Kの2500個のSPDの中で最大のLPI(約138)を有するSPDを、図37に示す。最大LPI値が約138であり(約559nmのDomYAGに対応)、Duvが約−0.010であり、CCT=2700Kのグループ3bDoE(YAG+PFS+Nit、ここでn=0.50)の特定のSPD3700が図37に示し、約450nmの青色LEDのピーク波長3702、約531nmのYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長3704、約631nmのNR PFS蛍光体のピーク波長3706、約680nmのBR窒化物蛍光体のピーク波長3708が示される;さらに、各々類似したCCTを有するreveal(登録商標)白熱灯のSPD604と黒体発光体のSPD602と比較する。
The SPD having the largest LPI (approximately 138) among the 2500 SPDs of 2700K in group 3bDoE is shown in FIG. A specific SPD3700 with a maximum LPI value of about 138 (corresponding to a Dom YAG of about 559 nm ), a Duv of about −0.010, and a CCT = 2700K group 3b DoE (YAG + PFS + Nit, where n = 0.50). 37, a
目的の色測定応答、LPIは、図38a〜hにおいて、2700Kの色度点のDomYAG(x軸)及びDuv(y軸)に対して、3000Kについては図39a〜hにおいて、631nmのピーク波長を有するNR蛍光体及び、10nmの増分で610nm(図38a及び図39a)から680nm(図38h及び図39h)のピーク波長(PeakNit)を有するBR蛍光体及び、n=0.75を与え、そのためp=0.25であるNitパワー対PFSパワーの比の例についてプロットされる。 The target color measurement response, LPI, is the peak wavelength of 631 nm in FIGS. 39a-h for 3000K versus Dom YAG (x-axis) and Duv (y-axis) at the chromaticity point of 2700K in FIGS. And a BR phosphor having a peak wavelength (Peek Nit ) of 610 nm (FIGS. 38a and 39a) to 680 nm (FIGS. 38h and 39h) in 10 nm increments, and n = 0.75, Therefore, an example of the ratio of Nit power to PFS power where p = 0.25 is plotted.
グループ3cDoEの2700Kの2500個のSPDの中で最大のLPI(約140)を有するSPDを、図40に示す。最大LPI値が約140であり(約559nmのDomYAGに対応)、Duvが約−0.010であり、CCT=2700Kのグループ3cDoE(YAG+PFS+Nit、ここでn=0.75)の特定のSPD4000が図40に示し、約450nmの青色LEDのピーク波長4002、約531nmのYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長4004、約631nmのNR PFS蛍光体のピーク波長4006、約680nmのBR窒化物蛍光体のピーク波長4008が示される;さらに、各々類似したCCTを有するReveal(登録商標)白熱灯のSPD604と黒体発光体のSPD602と比較する。
The SPD having the largest LPI (about 140) among 2500 SPDs of 2700K in group 3cDoE is shown in FIG. A
図23に示し、グループ1DoE及びグループ2DoEで使用される、5つの異なるDuv値の各々の25個の異なるDomYAG値からなる250個の特有の組合せのDomYAG及びDuv値は、20個の異なるBR蛍光体の各々と組合せてグループ3DoEで使用された、DomYAG及びDuvの同じ250個の特有の組合せである。グループ3DoEで使用した250個の特有なSPDのx軸上のDomYAG値とy軸上のDuv値の微細な間隔は、実際にDoEで使用した個別のSPD間の滑らかな補間をもたらすことが見出された。5つのDuvレベルを本明細書において使用して色度点又はDuvのLPIへの効果を説明したが、その他の適したDuvレベルを使用してもよい。例えば、類似する等高線図が、本明細書中で表されるDuvの範囲内のDuvレベルの連続体について提示されてよく、類似する傾向が実現される。図32、33、35、36、38及び39に示すLPIの滑らかな曲線は、統計学的に最適化されたANOVA回帰をデータに当てはめることから得られ、ここで、LPI=f(CCT、Duv、DomYAG、PeakNit、n)であり、四次式と同程度の多項式及び全ての結果として得られる可変相互作用を含み、Adjusted R2>0.99を有する伝達関数をもたらす。当業者は、120以上のLPI値を有するLPIの等高線において四次式よりも高次の式を含む機能が欠如していること及び示される等高線間に滑らかな移行があることを理解するであろう;さらに、青色LED、YG YAG:Ce蛍光体、NR PFS蛍光体及びBR蛍光体からなるSPDの全ての15000個の組合せを表す解は、赤色パワーの比、nで、図32、33、35、36、38及び39のLPI等高線図で表される伝達関数LPI=f(CCT、Duv、DomYAG、PeakNit、n)によって、非常に低い誤差で(R2>0.99)定量的に説明されることを理解するであろう。
As shown in FIG. 23, the Dom YAG and Duv values of 250 unique combinations of 25 different Dom YAG values for each of the five different Duv values used in
図32、33、35、36、38及び39は、2700Kと3000Kの両方で、光源の色度点が黒体軌跡上にある場合(Duv=0.000)、全てのDomYAGで(すなわちどんな市販のYG YAG:Ce蛍光体でも)、LPI>120を実現することは困難であることを実証する。長い波長の窒化物(PeakNit>660nm)及び短い波長のYAG(DomYAG<562nm)だけが、黒体上でLPI>120を可能にする。Duvが減少するにつれて、LPIは通常全てのDomYAGで増加し、式(1)によってDuvは約−0.010の最大値に達し(このDuv値でLPIの白色度成分が最大化される)、Duv=−0.010の水平線についてかなりの程度のLPI等高線の上下対称が得られる。DuvがDuv=0.000からDuv=−0.010まで移動する時、LPI式の白色度成分は0から1まで増加し、式(7)に基づいてLPIが19ポイント増加する。同様に、DuvがDuv=−0.010からDuv=−0.020まで移動する時、白色度成分は1から0に低下し、LPIが19ポイント低下する。 Figures 32, 33, 35, 36, 38 and 39 show that for both 2700K and 3000K, if the chromaticity point of the light source is on the blackbody locus (Duv = 0.000), all Dom YAG (ie whatever Commercially available YG YAG: Ce phosphor) proves that it is difficult to achieve LPI> 120. Only long wavelength nitrides (Peak Nit > 660 nm) and short wavelength YAG (Dom YAG <562 nm) allow LPI> 120 on black bodies. As Duv decreases, LPI usually increases with all Dom YAG , and Duv reaches a maximum of about -0.010 according to equation (1) (this Duv value maximizes the whiteness component of LPI). A considerable degree of LPI contour symmetry is obtained for the horizontal line of Duv = −0.010. When Duv moves from Duv = 0.000 to Duv = −0.010, the whiteness component of the LPI equation increases from 0 to 1, and the LPI increases by 19 points based on equation (7). Similarly, when Duv moves from Duv = −0.010 to Duv = −0.020, the whiteness component decreases from 1 to 0 and the LPI decreases by 19 points.
所与Duv及びnで、DomYAGが低下し、PeakNitが増加するにつれてほぼ単調に増加するLPIは、主に、一般に黄色の大きい発光を減らすか又は、赤色−緑色の反対色及び青色−黄色の反対色の知覚した飽和度を強化するくぼみをスペクトルの黄色部分に作り出す(例えば、約570〜約600nm)、YG発光体とBR発光体の波長間の分離による可能性がある。 For a given Duv and n, LPI, which increases almost monotonically as Dom YAG decreases and Peak Nit increases, mainly reduces large yellow emission, or red-green opposition and blue-yellow Creating a dip in the yellow portion of the spectrum (eg, about 570 to about 600 nm) that enhances the perceived saturation of the opposite color of, and may be due to separation between the wavelengths of the YG and BR emitters.
広帯域赤色発光の全赤色発光に対する比又は「n」の効果は、異なる組の等高線図(すなわち、図32、33対図35、36対図38、39)を比較することによって見ることができる。上記の図中の等高線図a〜eに相当する、短いPeakNit値(PeakNit<660nm)に関して、nがn=0.25〜n=0.50〜n=0.75まで増加する時、所与Duv及びPeakNitで達成できるLPI値は低下する。例えば、図32a(n=0.25)では、達成可能な最大LPI(Duv=−0.010及びDomYAG=559)は、約LPI=129であるが、図35a(n=0.50)及び図38a(n=0.75)では、同じDuv及びDomYAGのLPIは、それぞれ、約LPI=123及び約LPI=116である。上記の図中の等高線図g及びhに相当する、長いPeakNit値(PeakNit>660nm)に関して、nがn=0.25〜n=0.50〜n=0.75まで増加する時、所与Duv及びPeakNitで達成できるLPI値は増加する。例えば、図32h(n=0.25)では、達成可能な最大LPI(Duv=−0.010及びDomYAG=559)は、約LPI=137であるが、図35h(n=0.50)及び図38h(n=0.75)では、同じDuv及びDomYAGのLPIは、それぞれ、約LPI=138及び約LPI=140である。この関係は図41にまとめられる。この図は、2700KでDuv=−0.010でありDomYAG=約559nmのグループ1及びグループ2を含む赤色発光体の全ての組合せのLPI値をプロットしたものである。
The effect of the ratio of broadband red emission to all red emission or “n” can be seen by comparing different sets of contour plots (ie, FIGS. 32, 33 vs. 35, 36 vs. 38, 39). For short Peak Nit values (Peak Nit <660 nm), corresponding to the contour plots a to e in the above figure, when n increases from n = 0.25 to n = 0.50 to n = 0.75, The LPI value achievable with a given Duv and Peak Nit is reduced. For example, in FIG. 32a (n = 0.25), the maximum achievable LPI (Duv = −0.010 and Dom YAG = 559) is approximately LPI = 129, whereas FIG. 35a (n = 0.50). And in FIG. 38a (n = 0.75), the LPI for the same Duv and Dom YAG is about LPI = 123 and about LPI = 116, respectively. For long Peak Nit values (Peak Nit > 660 nm), corresponding to the contour plots g and h in the above figure, when n increases from n = 0.25 to n = 0.50 to n = 0.75, The LPI value achievable with a given Duv and Peak Nit increases. For example, in FIG. 32h (n = 0.25), the maximum achievable LPI (Duv = −0.010 and Dom YAG = 559) is approximately LPI = 137, whereas FIG. 35h (n = 0.50) And in FIG. 38h (n = 0.75), the LPI for the same Duv and Dom YAG is about LPI = 138 and about LPI = 140, respectively. This relationship is summarized in FIG. This figure plots the LPI values for all combinations of red
グループ1DoEの式(9)及びグループ2DoEの式(10)と同様に、グループ3DoEのLPI曲線への楕円近似の一般形を生成することができる。しかし、LPI曲線の一部での高次の項に起因して、それらの式は、LPI=120以上の全ての値について、正確なLPI等高線と、図32、33、35、36、38及び39のあらゆるLPI等高線の楕円近似との間にLPIにおいて1又は2ポイント以内の一致を提供することができないことがあり、そのため、それらの式は、正確な等高線の代用として役立つほど十分に精密な、正確なLPI等高線への近似を提供することができないことがある。そのため、グループ3DoEでは、色嗜好度は、図32、33、35、36、38及び39の所与LPI等高線の内部の領域を参照することにより定量される。
Similar to the equation (9) for
光源の第1の例示的な実施形態では、LED光源700には、1以上のLED706及び708(便宜上ナンバリングは図7a及び7bから採用)が含まれてよく、それは各々、YG YAG:Ce蛍光体及びNR蛍光体で被覆された1以上の青色LEDからなってよい。この第1の例示的な実施形態を「YAG+PFS」と呼ぶ。1以上の実施形態では、蛍光体材料によって吸収されない、青色LEDによって生成される青色光の部分は、蛍光体材料から放射される光と組み合わされて、人間の眼にほぼ白色に見える光を提供することができる。色嗜好度の向上したYAG+PFS光源のスペクトルは、図24に描かれるように、約400nm〜約460nmの範囲内の青色LEDピーク発光、LEDからの青色発光によるYAG:Ce蛍光体の励起によって得られる約530nm〜約557nmの範囲内のYGピーク発光及びLEDからの青色発光によるNR蛍光体の励起によって得られる約631nmの赤色ピーク発光で構成し得る。スペクトルは、それが青色LEDの発光とYG蛍光体発光との間の波長域にくぼみを含むことがあり、YG蛍光体とNR蛍光体との間の黄色波長域にくぼみを含むことがあるという点で黒体のスペクトルとは異なる可能性がある。光源は、この第1の例示的な実施形態では、約2700K〜約3200Kの間のCCTを有することができる。1以上の実施形態では、光源は、より高いCCT(例えば、約10,000K程度以上)又はより低いCCT(例えば、約1800K程度又はそれ以下)を有していてもよい。色スペクトルの黄色部分の発光の低下は、NR PFS蛍光体の比較的狭い幅の比較的長いピーク波長によって生じることのある、YG蛍光体とNR蛍光体のピークの分離に起因する可能性がある。発光の低下は、典型的なYG YAG:Ce蛍光体と比較してYG蛍光体の比較的短いピーク波長によって、色スペクトルの黄色部分でさらに強化されることがある。黄色部分のスペクトルのくぼみ(十分に深い場合)及び黒体発光体と比較して強化された赤色及び緑色の発光は、十分に深いくぼみを黄色部分に生じない典型的な青色とYGと赤色蛍光体の組合せを用いる同じ光源から放射される光と比較して、一般に人間の観察者に好まれる色嗜好度又は色飽和度又は色コントラスト性の向上した光源を提供することができる。
In a first exemplary embodiment of a light source, the LED
図24は、CCT=2700Kを有する、直前に考察したYAG+PFS型のLED光源のSPDのプロット2400;そして比較のために、CCT=2700Kを有する黒体のSPDのプロット602及びCCT=2755Kを有するreveal(登録商標)型白熱光源のSPDプロット604を含むグラフを示す。曲線2400は、DoEのグループ1(YAG+PFS)のSPDの250の組合せの中から137という最大LPIをもたらした特別のSPDである。青色LEDのピーク波長2402は約450nmで生じ、YG蛍光体のピーク波長及び主波長2404はそれぞれ約531nm及び559nmで生じ、NR蛍光体のピーク波長2406は約631nmで生じ、DomYAG約559nm及びDuv約−0.010での図22a中の位置2210(CCT=2700Kの場合)又は図22b中の2212(CCT=3000Kの場合)に対応する。SPDプロット2400は、CCT=2700K、CRI=69及びLPI=137を有する光源を表す。3000Kの対応するSPDは、類似したCRI値及びLPI値で、非常に類似していると思われる。
FIG. 24 shows the
この第1の実施形態では、約137のLPIが得られる、そのため人間の観察者は、YAG+PFSスペクトル2400を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができる。
In this first embodiment, approximately 137 LPIs are obtained, so that a human observer would be able to use a light source with an LPI of typically 120 or less when using the YAG +
第1の実施形態よりもYAG+PFS光源の色嗜好度(LPI)がわずかに低下した光源の第2の例示的な実施形態では、図24のYG YAG:Ce蛍光体2404のピーク波長及び主波長は、第1の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりも長い波長にわずかに移動している。この第2の例示的な実施形態では、DomYAGは、約563nmと同程度の長さであってよく、一方色度点のDuvは、−0.010の近く(約−0.008〜約−0.012の間)にとどまり、CCTは約2700K〜約3000Kであり、DomYAGとDuvの組合せは、図25a、b中のLPI=135の等高線を説明する、式9dを満たす。
In the second exemplary embodiment of the light source where the color preference (LPI) of the YAG + PFS light source is slightly lower than in the first embodiment, the peak wavelength and dominant wavelength of the YG YAG:
第1及び第2の実施形態よりもYAG+PFS光源の色嗜好度(LPI)はさらに低下したが、それでも先行技術を上回る光源の第3の例示的な実施形態では、図24のYG YAG:Ce蛍光体2404のピーク波長及び主波長は、第1の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりもさらに長い波長に移動する。この第3の例示的な実施形態では、DomYAGは、約572nmと同程度の長さであってよく、一方色度点のDuvは、約−0.002〜約−0.016の間にあり、CCTは約2700K〜約3000Kであり、DomYAGとDuvの組合せは、図25a、b中のLPI=120の等高線を説明する、式9aを満たす。
Although the color preference (LPI) of the YAG + PFS light source is further reduced than in the first and second embodiments, the YG YAG: Ce fluorescence of FIG. 24 is still used in the third exemplary embodiment of the light source over the prior art. The peak wavelength and dominant wavelength of the
YAG+Nit光源に最大の色嗜好度(LPI)をもたらす光源の第4の例示的な実施形態では、LED光源700には、各々がYG YAG:Ce蛍光体及びBR窒化物蛍光体(YAG+Nit)で被覆された1以上の青色LEDからなりうる、1以上のLED706及び708が含まれてよく、ここで蛍光体材料から放射される光と組合せた、蛍光体材料によって吸収されない、青色LEDによって生成される青色光の部分は、人間の眼にほぼ白色に見える光を提供する(この場合もまた、単に便宜上のために、図形要素の番号は図7a及び7bから採用)。色嗜好度の向上したYAG+Nit光源のスペクトルは、図29に描かれるように、約400nm〜約460nmの範囲内の青色LEDピーク発光、LEDからの青色発光によるYG YAG:Ce蛍光体の励起によって得られる約530nm〜約557nmの範囲内のYGピーク発光及びLEDからの青色発光によるBR窒化物蛍光体の励起によって得られる約610nm〜約680nmの範囲内の赤色ピーク発光で構成し得る。スペクトルは、それが青色LEDの発光とYG蛍光体発光との間の波長域にくぼみを含むことがあり、YG蛍光体とBR蛍光体との間の黄色波長域にくぼみを含むことがあるという点で黒体のスペクトルとは異なる可能性がある。光源は、約2700K〜約3200Kの間のCCTを有することができる。1以上の実施形態では、光源は、より高いCCT(例えば、約10,000K程度以上)又はより低いCCT(例えば、約1800K程度又はそれ以下)を有していてもよい。色スペクトルの黄色部分の発光の低下は、BR窒化物蛍光体の比較的長いピーク波長によって主に生じることのある、YG蛍光体とBR蛍光体のピークが離れていることから生じる可能性がある。色スペクトルの黄色部分の発光の低下は、典型的なYG YAG:Ce蛍光体と比較してYG蛍光体の比較的短いピーク波長によってさらに強化されることがある。黄色のスペクトルのくぼみ(十分に深い場合)及び黒体発光体に比較して強化された赤色及び緑色の発光は、十分に深いくぼみを黄色に生じない典型的な青色とYGと赤色蛍光体の組合せを用いる同じ光源から放射される光と比較して、人間の観察者に好まれる可能性のある、色嗜好度又は色飽和度又は色コントラスト性の向上した光源を提供することができる。
In a fourth exemplary embodiment of a light source that provides maximum color preference (LPI) for a YAG + Nit light source, the LED
図29は、CCT=2700Kを有する、YAG+Nit型のLED光源のSPDのプロット2900を含むグラフを示す;そして比較のために、図29はまた、CCT=2700Kを有する黒体のSPDのプロット602及びCCT=2755Kを有するreveal(登録商標)型白熱光源のSPDプロット604も示す。プロット2900は、DoEのグループ2(YAG+Nit)のSPDの5000の組合せの中からから142の最大LPIをもたらした特別のSPDである。青色LEDのピーク波長2902は約450nmで生じ、YG蛍光体のピーク波長及び主波長2904はそれぞれ約531nm及び559nmで生じ、BR蛍光体のピーク波長2906は約680nmで生じ、DomYAG約559nm及びDuv約−0.010での図27h中の位置2710(CCT=2700Kの場合)又は図28h中の2810(CCT=3000Kの場合)に対応する。SPDプロット2900は、CCT=2700K、CRI=57及びLPI=142を有する光源を表す。3000Kの対応するSPDは、類似したCRI値及びLPI値で、非常に類似していると思われる。142というLPIスコアは非常に高く(1以上の実施形態では、最大可能LPIは約150である)、人間の観察者が、YAG+PFSスペクトル2900を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができることを意味する。
FIG. 29 shows a graph including a
この第4の実施形態では、約142のLPIが得られる、そのため人間の観察者は、YAG+Nitスペクトル2900を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができる。
In this fourth embodiment, approximately 142 LPIs are obtained, so that a human observer can use a YAG +
第4の実施形態よりもYAG+Nit光源の色嗜好度(LPI)がわずかに低下した、光源の第5の例示的な実施形態では、図29中のYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長及び主波長2904は、第4の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりも長い波長にわずかに移動し、図29中の窒化物赤色蛍光体のピーク波長2906は、第4の実施形態の680nmの最適なピーク波長よりも短い波長に移動している。第5の例示的な実施形態では、DomYAGは、約568nmと同程度の長さであってよく、PeakNitは、約660nmと同程度の短さであってよく、一方色度点のDuvは、−0.010(約−0.005〜約−0.014の間)の近くにとどまり、CCTは約2700K〜約3000Kであり、DomYAGとDuvの組合せは、表3のLPI=135の列の係数を使用して、式10を満たす。
In the fifth exemplary embodiment of the light source, in which the color preference (LPI) of the YAG + Nit light source is slightly lower than in the fourth embodiment, the peak wavelength and dominant wavelength of the YG YAG: Ce phosphor in FIG. 2904 slightly moves to wavelengths longer than the optimum peak wavelength and the dominant wavelength of 531 nm and 559 nm of the fourth embodiment, and the
第4又は第5の実施形態よりもYAG+Nit光源の色嗜好度(LPI)はさらに低下したが、それでも先行技術を上回る、光源の第6の例示的な実施形態では、図29中のYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長及び主波長2904は、第4の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりも長い波長にわずかに移動し、図29中の窒化物赤色蛍光体のピーク波長2906は、第4の実施形態の680nmの最適なピーク波長よりも短い波長に移動している。第6の実施形態では、DomYAGは、約573nmと同程度の長さであってよく、PeakNitは、約630nm又は640nmと同程度の短さであってよく、一方色度点のDuvは、理想的に−0.010の近くにあるが、約0.000〜約−0.019の範囲内のどこにあってもよく、CCTは約2700K〜約3000Kであり、DomYAGとDuvの組合せは、表3のLPI=120の列の係数を使用して、式10を満たす。
In the sixth exemplary embodiment of the light source, the color preference (LPI) of the YAG + Nit light source is further reduced than in the fourth or fifth embodiment, but still exceeds the prior art, YG YAG in FIG. 29: The peak wavelength and
YAG+PFS+Nit光源に最大の色嗜好度(LPI)をもたらす光源の第7の例示的な実施形態では、LED光源には、1以上のLED群が含まれてよく、それは各々がYG YAG:Ce蛍光体及びNR PFS蛍光体とBR窒化物蛍光体の組合せ(YAG+PFS+Nit)で被覆された1以上の青色LEDからなってよい。ここで蛍光体材料から放射される光と組合せた、蛍光体材料によって吸収されない、青色LEDによって生成される青色光の部分は、人間の眼にほぼ白色に見える光を提供することができる。色嗜好度の向上したYAG+PFS+Nit光源のスペクトルは、図34、37及び40に描かれるように、約400nm〜約460nmの範囲内の青色LEDピーク発光、LEDからの青色発光によるYAG:Ce蛍光体の励起によって得られる約530nm〜約557nmの範囲内のYGピーク発光、青色LEDからの青色発光によるNR PFS蛍光体の励起によって得られる約631nmの赤色ピーク発光及び青色LEDからの青色発光によるBR窒化物蛍光体の励起によって得られる約610nm〜約680nmの範囲内のピークを有するさらなる赤色発光で構成し得る。図34、37及び40に示すスペクトルは、それが青色LEDの発光とYG蛍光体発光との間の波長域にくぼみを含むことがあり、それがYG蛍光体と赤色蛍光体との間の黄色波長域にくぼみを含むことがあるという点で黒体スペクトルとは異なる可能性がある。光源は、約2700K〜約3200Kの間のCCTを有することができる。1以上の実施形態では、光源は、より高いCCT(例えば、約10,000K程度以上)又はより低いCCT(例えば、約1800K程度又はそれ以下)を有していてもよい。黄色部分の色スペクトルの発光の低下(YG蛍光体と赤色蛍光体の間の黄色波長域のくぼみによって示される)は、NR PFS蛍光体の比較的狭い幅で比較的長いピーク波長とBR窒化物蛍光体の比較的長いピーク波長によって生じる可能性のある、YG蛍光体と赤色蛍光体のピークの分離に起因することがある。黄色部分の発光の低下は、典型的なYG YAG:Ce蛍光体と比較してYG蛍光体の比較的短いピーク波長によってさらに強化されることがある。黄色部分のスペクトルのくぼみ(十分に深い場合)及び黒体発光体に比較して赤色及び緑色部分の発光の強化は、十分に深いくぼみを黄色に生じない典型的な青色とYGと赤色蛍光体の組合せを用いる同じ光源から放射される光と比較して、一般に人間の観察者に好まれる可能性のある、向上した色嗜好度又は色飽和度又は色コントラスト性を有する光源を提供することができる。 In a seventh exemplary embodiment of a light source that provides maximum color preference (LPI) for a YAG + PFS + Nit light source, the LED light source may include one or more LED groups, each of which is a YG YAG: Ce phosphor. And one or more blue LEDs coated with a combination of NR PFS phosphor and BR nitride phosphor (YAG + PFS + Nit). The portion of the blue light generated by the blue LED that is not absorbed by the phosphor material, here combined with the light emitted from the phosphor material, can provide light that appears nearly white to the human eye. The spectrum of the YAG + PFS + Nit light source with improved color preference is shown in FIGS. 34, 37 and 40, with the blue LED peak emission in the range of about 400 nm to about 460 nm, the YAG: Ce phosphor due to the blue emission from the LED. YG peak emission in the range of about 530 nm to about 557 nm obtained by excitation, about 631 nm red peak emission obtained by excitation of NR PFS phosphor with blue emission from blue LED and BR nitride with blue emission from blue LED It may consist of an additional red emission having a peak in the range of about 610 nm to about 680 nm obtained by excitation of the phosphor. The spectra shown in FIGS. 34, 37 and 40 may include a depression in the wavelength region between the blue LED emission and the YG phosphor emission, which is the yellow color between the YG phosphor and the red phosphor. It may be different from the blackbody spectrum in that it may contain indentations in the wavelength range. The light source can have a CCT between about 2700K and about 3200K. In one or more embodiments, the light source may have a higher CCT (eg, on the order of about 10,000K or higher) or a lower CCT (eg, on the order of about 1800K or lower). The decrease in emission of the color spectrum of the yellow part (indicated by the indentation in the yellow wavelength region between the YG phosphor and the red phosphor) is due to the relatively narrow peak wavelength and BR nitride of the NR PFS phosphor. It may be due to the separation of the YG and red phosphor peaks that may be caused by the relatively long peak wavelength of the phosphor. The decrease in emission of the yellow part may be further enhanced by the relatively short peak wavelength of the YG phosphor compared to typical YG YAG: Ce phosphors. Spectral depressions in the yellow part (if sufficiently deep) and enhanced emission in the red and green parts compared to blackbody phosphors are typical blue, YG and red phosphors that do not produce a sufficiently deep depression in yellow. Providing a light source with improved color preference or color saturation or color contrast that may be generally preferred by a human observer compared to light emitted from the same light source using a combination of it can.
DoEを3つのグループに分割することは、結果を伝えるための便宜上の問題である。実際に、比BR/R=nは、0.0から1.0の連続した範囲を有することができ、n=0及びn=1の限定される例は、第1〜第3及び第4〜第6の実施形態によってそれぞれ表される、DoEのグループ1(YAG+PFS)及びグループ2(YAG+Nit)部分にそれぞれ対応する。グループ3DoEは、本明細書において3つの別々のレベルのn=0.25、0.50及び0.75を有すると表されるが、グループ1及び2の応答をグループ3と組合せると0.0≦n≦1.0の全ての連続する範囲のLPIの伝達関数をもたらす。第7〜第9の実施形態(その一部は下に記載される)は、n=0又はn=1以外の0.0≦n≦1.0の全ての連続する範囲、すなわち0.0<n<1.0において、本明細書に記載されるNitとPFS赤色蛍光体のあらゆる組合せを表すことができる。第1の実施形態(n=0.0)において最大のLPIは、137であり、第4の実施形態(n=1.0)では142であり、DomYAG=559nm及びPeakNit=680nmに対応する。本明細書に記載されるように、PFSとNitの任意の組合せ(0.0<n<1.0)を用いる最大LPIは、DoEからDomYAG=559nm及びPeakNit=680nmで生じることが見出され、n=1の近くで(すなわち、大部分がNitで、少量のPFSを含む)、約142のLPIで生じることがある。1以上の実施形態では、DoEごとの0<n<1のどんな任意値でも最大LPIは、DomYAG=559nm及びPeakNit=680nmで生じる。本発明者らは、これがYG YAGピークからの赤色窒化物ピークの最大の分離がPFS赤色ピークとYG YAGピーク間の分離を上回るためであり、そのために680nmの赤色窒化物蛍光体発光はPFS蛍光体発光よりも大きい色のコントラスト及び高い色嗜好度を潜在的にもたらすことがあるが、効率の点では厳しいペナルティがあることを特に言及する。LPIは、DoEにおいて、DomYAG=559nm及びPeakNit=680nmについて、減少するnに対して単調に低下して(PFSの方が多い)n=0で137の値となることが見出される。
Dividing DoE into three groups is a matter of convenience for conveying the results. In practice, the ratio BR / R = n can have a continuous range of 0.0 to 1.0, and the limited examples of n = 0 and n = 1 are first to third and fourth. Corresponding to the group 1 (YAG + PFS) and group 2 (YAG + Nit) portions of DoE respectively represented by the sixth to sixth embodiments.
図34、37及び40は、nがそれぞれ0.25、0.50及び0.75であり、CCT=2700Kを有するYAG+PFS+Nit型のLED光源のSPDのSPD曲線3400、3700及び4000を含む。比較のために、図34、37及び40はまた、CCT=2700Kを有する黒体のSPDのプロット602及びCCT=2755Kを有するreveal(登録商標)型白熱光源のSPDのプロット604も含む。曲線3400、3700及び4000は、DoEのそれぞれグループ3a、b、cのSPDの5000の組合せの中から、それぞれ、n=0.25、0.50及び0.75について、137、138及び140という最大LPIをもたらした特別のSPDである。青色LEDのピーク波長3402、3702及び4002は、約450nmで生じ、YG蛍光体のピーク波長及び計算した主波長3404、3704及び4004は約531nm及び559nmでそれぞれ生じ、NR蛍光体のピーク波長3406、3706及び4006は約631nmで生じ、BR蛍光体のピーク波長3408、3708及び4008は約680nmで生じ、約559nmのDomYAG及び約−0.010のDuvで、それぞれ図32h、35h及び38hの位置3210、3510及び3810(CCT=2700Kの場合)又は、それぞれ図33h、36h及び39hの3310、3610及び3910(CCT=3000Kの場合)に対応する。SPD3400、3700及び4000は、CCT=2700K、n=0.25、0.50及び0.75についてそれぞれCRI=68、67、65及びLPI=137、138及び140を有する光源を表す。1以上の実施形態では、3000Kの対応するSPDは、類似したCRI値及びLPI値で、非常に類似していることがある。それぞれn=0.25、0.50及び0.75について、137、138及び140というLPIスコアは高い(1以上の実施形態では、最大可能LPIは約150である)ので、人間の観察者は、YAG+PFSスペクトル3400、3700及び4000を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができる。
34, 37, and 40 include
この第7の実施形態では、約140〜142のLPIが得られる、そのため人間の観察者は、YAG+PFS+Nitスペクトル3400、3700及び4000を利用した場合に、一般に120のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができる。
In this seventh embodiment, an LPI of about 140-142 is obtained, so that a human observer can use a light source that typically has an LPI of 120 when utilizing YAG + PFS +
第7の実施形態よりもYAG+Nit光源の色嗜好度(LPI)がわずかに低下した、光源の第8の例示的な光源の実施形態では、図34、37及び40中のYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長及び主波長3404、3704及び4004は、第7の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりも長い波長にわずかに移動し、図34、37及び40中の窒化物赤色蛍光体3408、3708及び4008のピーク波長は、第7の実施形態の680nmの最適なピーク波長よりも短い波長に移動している。第8の実施形態では、DomYAGは約566nmと同程度の長さであってよく、PeakNitは約660nmと同程度の短さであってよいが、色度点のDuvは、−0.010(約−0.008〜約−0.012の間)の近くにとどまり、CCTは約2700K〜約3000Kである。この実施形態では、約135以上のLPIが得られる、そのため人間の観察者は、YAG+PFS+Nitスペクトル3400、3700及び4000を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びはるかにより好ましいカラーアピアランスを知覚することができ、約142のLPIを有する第7の実施形態よりも非常にわずかに低い飽和色、白色度及びカラーアピアランスを知覚することができる。
In the eighth exemplary light source embodiment of the light source, with a slightly lower YAG + Nit light source color preference (LPI) than in the seventh embodiment, the YG YAG: Ce phosphor in FIGS. 34, 37 and 40 The peak wavelengths and
第7の実施形態よりもYAG+PFS+Nit光源の色嗜好度(LPI)がさらに低下したが、それでも一般に120以上のLPIを有する光源を上回る、光源の第9の例示的な実施形態では、図34、37及び40中のYG YAG:Ce蛍光体のピーク波長及び計算した主波長3404、3704及び4004は、第7の実施形態の531nm及び559nmの最適なピーク波長及び主波長よりも長い波長にわずかに移動し、図34、37及び40中の窒化物赤色蛍光体のピーク波長3408、3708及び4008は、第7の実施形態の680nmの最適なピーク波長よりも短い波長に移動している。第9の実施形態では、DomYAGは約572nmと同程度の長さであってよく、PeakNitは約620nmと同程度の短さであってよいが、色度点のDuvは、理想的に−0.010の近くにあるが、約0.000〜約−0.018の範囲内のどこにあってもよく、CCTは約2700K〜約3000Kである。この実施形態では、約120以上のLPIが得られる、そのため人間の観察者は、YAG+PFS+Nitスペクトル3400、3700及び4000を利用した場合に、一般に120以下のLPIを有する光源を使用することによって可能であるよりも飽和した色、向上した白色度及びより好ましいカラーアピアランスを知覚することができる。
In the ninth exemplary embodiment of the light source, the color preference (LPI) of the YAG + PFS + Nit light source is further reduced than that of the seventh embodiment, but still generally surpasses a light source having an LPI of 120 or higher. And 40 calculated YG YAG: Ce phosphor peak wavelengths and calculated
さらに、一部の実施形態では、黄色を吸収するフィルタ、例えばネオジム(Nd)ガラス又はNd化合物又は同等の黄色フィルタなどを、光源に組み込むことができる、例えばネオジム(Nd)ガラスドームをLED光エンジンの上方に置いてよく、Ndガラスドームは黄色光を抑制して、赤色及び緑色の鮮やかさの知覚をさらに強化する働きをすることができる。上の実施形態は黄色フィルタを使用せずに高いLPIを達成する能力を実証するものであるが、そのような使用は、Ndによる吸収を用いずに高いLPI値を達成することのできないその他の利用可能な蛍光体材料の選択を可能にする。これにより、例えば、赤色蛍光体のピーク波長をより短い波長に動かすか又は赤色蛍光体のFWHMを増加させることができる。或いは、黄色フィルタを含めることにより、黄色のくぼみをさらに強化することによって、さらに向上した色嗜好度(より高いLPI)をもたらすことができる。 Further, in some embodiments, a yellow absorbing filter, such as neodymium (Nd) glass or Nd compound or equivalent yellow filter, can be incorporated into the light source, such as a neodymium (Nd) glass dome, for an LED light engine. The Nd glass dome can serve to suppress yellow light and further enhance the perception of red and green vividness. While the above embodiment demonstrates the ability to achieve high LPI without the use of a yellow filter, such use is not possible with other LPI values that cannot achieve high LPI without absorption by Nd. Allows selection of available phosphor materials. Thereby, for example, the peak wavelength of the red phosphor can be moved to a shorter wavelength, or the FWHM of the red phosphor can be increased. Alternatively, the inclusion of a yellow filter can result in a further enhanced color preference (higher LPI) by further strengthening the yellow indentation.
上記の説明及び/又は添付の図面は、本明細書において言及されるいずれのプロセスの段階の固定された順序又は連続を意味するものでないこと、むしろいずれのプロセスも実行可能な任意の順序で実施されてよく、それには限定されるものではないが連続的と示される段階の同時実施が含まれることは当然理解される。 The above description and / or the accompanying drawings do not imply a fixed order or sequence of any process steps mentioned in this specification, but rather are performed in any order in which any process can be performed. It will be understood that this includes, but is not limited to, the simultaneous implementation of the steps shown as being continuous.
本発明は特定の例示的な実施形態に関して説明されたが、添付される特許請求の範囲に述べる本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者に明白な様々な変化、置き換え及び変更を、開示される実施形態に行ってよいことは当然理解される。 Although the invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, various changes, substitutions, and alterations apparent to those skilled in the art may be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. It will be appreciated that the disclosed embodiments may be practiced.
Claims (98)
約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1以上の青色光源と、
1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、
1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータと
を含み、合成光源が120以上の照明嗜好指数(LPI)を有する、合成光源。 A synthetic light source,
One or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm;
One or more yellow-green garnet phosphors;
A synthetic light source comprising one or more narrowband red downconverters, wherein the synthetic light source has an illumination preference index (LPI) of 120 or more.
約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1以上の青色光源と、
1種以上のYAG:Ce蛍光体と、
1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータと
を含み、合成光源のカラーアピアランスは以下の通り表される、合成光源。
One or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm;
One or more YAG: Ce phosphors;
A synthetic light source, comprising one or more narrowband red downconverters, wherein the color appearance of the synthetic light source is represented as follows:
約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1以上の青色光源と、
1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、
1種以上の広帯域赤色ダウンコンバータと
を含み、合成光源が120以上の照明嗜好指数(LPI)を有する、合成光源。 A synthetic light source,
One or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm;
One or more yellow-green garnet phosphors;
A synthetic light source comprising one or more broadband red downconverters, wherein the synthetic light source has an illumination preference index (LPI) of 120 or more.
約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1以上の青色光源と、
1種以上のYAG:Ce蛍光体と、
1種以上の広帯域赤色窒化物蛍光体と
を含み、合成光源のカラーアピアランスは以下の通り表される、合成光源。
One or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm;
One or more YAG: Ce phosphors;
A synthetic light source comprising one or more broadband red nitride phosphors, wherein the color appearance of the synthetic light source is represented as follows:
約400nm〜約460nmの範囲内にピーク波長を有する1以上の青色光源と、
1種以上の黄緑色ガーネット蛍光体と、
1種以上の狭帯域赤色ダウンコンバータと、
1種以上の広帯域赤色ダウンコンバータと
を含み、合成光源が120以上の照明嗜好指数(LPI)を有する、合成光源。 A synthetic light source,
One or more blue light sources having a peak wavelength in the range of about 400 nm to about 460 nm;
One or more yellow-green garnet phosphors;
One or more narrowband red downconverters;
A synthetic light source comprising one or more broadband red downconverters, wherein the synthetic light source has an illumination preference index (LPI) of 120 or more.
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