JP2023545496A - 高い色忠実度及び調節可能なメラノピックコンテンツを有するチューナブル白色照明システム - Google Patents

高い色忠実度及び調節可能なメラノピックコンテンツを有するチューナブル白色照明システム Download PDF

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Abstract

発光装置は４つの一次光源を含み備え、第１光源は、４２０－４４０ｎｍの範囲内の波長の第１ピークと、５３０－５８０ｎｍの範囲内の第２ピークとを持つ発光スペクトルの光を放ち、第２光源は、４７０－５００ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ発光スペクトルの光を放ち、第３光源は、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内のピークを持つ発光スペクトルの光を放ち、第４光源は、５８０－６６０ｎｍの波長範囲内のピークを持つ発光スペクトルの光を放つ。

Description

この出願は、“Tunable White Lighting System with High Color Fidelity and Adjustable Melanopic Content”と題されて２０２０年１０月２０日に出願された米国出願番号６３／０９４，０９６の優先権を主張するものであり、それをその全体にてここに援用する。
本開示は、概して照明装置に関し、特に、色点（カラーポイント）を変えることに加えて、放出される光のスペクトル特性を変えることができるチューナブル照明装置に関する。
半導体発光ダイオード及びレーザダイオード（ここでは“ＬＥＤ”と総称する）は、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。ＬＥＤの発光スペクトルは典型的に、デバイスの構造によって及びＬＥＤが構築される半導体材料の組成によって決定される波長に、単一の狭いピークを示す。デバイス構造及び材料系の適切な選択により、ＬＥＤは、紫外、可視、又は赤外の波長で動作するように設計されることができる。
ＬＥＤは、ＬＥＤによって発せられた光を吸収し、それに応答して、より長い波長の光を発する１つ以上の波長変換材料（ここでは概して“蛍光体”と称する）と組み合わされ得る。このような蛍光体変換ＬＥＤ（“ｐｃＬＥＤ”）では、蛍光体によって吸収されるＬＥＤによって発光される光の割合は、ＬＥＤによって発せられる光の光路中の蛍光体材料の量、例えば、ＬＥＤ上又は周囲に配置される蛍光体層中の蛍光体材料の濃度及びその層の厚さに依存する。
蛍光体変換ＬＥＤは、ＬＥＤによって発せられた光の全てが１つ以上の蛍光体によって吸収されるように設計されることがあり、その場合、ｐｃＬＥＤからの放射は完全に蛍光体からである。そのような場合、蛍光体は、例えば、直接的にＬＥＤによってでは効率的に生成されない狭いスペクトル領域にある光を発するように選択され得る。あるいは、ｐｃＬＥＤは、ＬＥＤによって発せられた光の一部のみが蛍光体によって吸収されるように設計されることもあり、その場合、ｐｃＬＥＤからの放射は、ＬＥＤによって発せられた光と蛍光体によって発せられた光との混ぜ合わせである。
一態様において、照明装置が開示され、当該照明装置は、４２０－４４０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第１ポンプ光を放つように構成された第１ポンプダイと、第１ポンプ光の一部を吸収し、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第１ダウンコンバータ光を放つように構成された第１ダウンコンバータと、を含む第１の一次光源、４７０－５００ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第２ポンプ光を放つように構成された第２ポンプダイと、第２ポンプ光の一部を吸収し、４９５－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第２ダウンコンバータ光を放つように構成された第２ダウンコンバータと、を含む第２の一次光源、４４０－４６０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第３ポンプ光を放つように構成された第３ポンプダイと、実質的に全ての第３ポンプ光を吸収し、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第３ダウンコンバータ光を放つように構成された第３ダウンコンバータと、を含む第３の一次光源、及び４４０－４６０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第４ポンプ光を放つように構成された第４ポンプダイと、実質的に全ての第４ポンプ光を吸収し、５８０－６６０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第４ダウンコンバータ光を放つように構成された第４ダウンコンバータと、を含む第４の一次光源、を含む。未変換の第１ポンプ光の部分と第１ダウンコンバータ光とが組み合わさって第１の光を形成することができ、未変換の第２ポンプ光の部分と第２ダウンコンバータ光とが組み合わさって第２の光を形成することができ、第３ポンプ光の実質的に全てが第３ダウンコンバータ光に変換されて第３の光を形成することができ、第４ダウンコンバータ光の実質的に全てが変換されて第４の光を形成することができる。前記第１の光は、０．３５より低いＭＤＥＲを持ち得る。前記第２の光は、０．６５より高いＭＤＥＲを持ち得る。前記第１の一次光源は、前記第１ポンプダイに第１バイアスを提供するための第１電気接続を含むことができ、前記第２の一次光源は、前記第２ポンプダイに第２バイアスを提供するための第２電気接続を含むことができ、前記第３の一次光源は、前記第３ポンプダイに第３バイアスを提供するための第３電気接続を含むことができ、前記第４の一次光源は、前記第４ポンプダイに第４バイアスを提供するための第４電気接続を含むことができる。前記第１の光は、０．１８＜ｕ’＜０．４、ｖ’＜０．４２の範囲内のＣＩＥ １９７６色点を持つことができ、前記第２の光は、ｕ’＜０．１８、ｖ’＞０．２５の範囲内の色点を持つことができ、前記第３の光は、０．１８＜ｕ’＜０．２５、ｖ’＞０．５３の範囲内の色点を持つことができ、前記第４の光は、ｕ’＞０．３５，ｖ’＞０．５０の範囲内の色点を持つことができる。当該照明装置は、前記第１の光の量を制御するための前記第１バイアスと、前記第２の光の量を制御するための前記第２バイアスと、前記第３の光の量を制御するための前記第３バイアスと、前記第４の光の量を制御するための前記第４バイアスとを独立に入力するように構成されたコントローラを含み得る。前記コントローラは、前記第１の光の前記量、前記第２の光の前記量、前記第３の光の前記量、及び前記第４の光の前記量から形成される結合光を提供するための一組以上の所定の第１、第２、第３、及び第４バイアス値を格納するように構成されたメモリを含むことができ、前記結合光は、ＣＣＴ値と、光束値と、Ｒａ値、ＴＭ－３０－１８ Ｒｆ値、Ｒｃｓ，ｈ１値、若しくはＭＤＥＲ値のうちの１つとを持つ。前記結合光は、２０００Ｋと１００００Ｋとの間の範囲内とすることができるＣＣＴ値と、８０より高いＲａ値と、０．２５から１．３９の範囲内とすることができるＭＤＥＲ値とを持ち得る。
他の一態様において、照明装置は、第１発光スペクトルを持つ第１の光を放つように構成された第１の一次光源であり、前記第１発光スペクトルは、４２０－４４０ｎｍの範囲内の波長の第１ピークと、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内の第２ピークとを持つ、第１の一次光源と、第２発光スペクトルを持つ第２の光を放つように構成された第２の一次光源であり、前記第２発光スペクトルは、４７０－５００ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第２の一次光源と、第３発光スペクトルを持つ第３の光を放つように構成された第３の一次光源であり、前記第３発光スペクトルは、５３０－５８０ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第３の一次光源と、第４発光スペクトルを持つ第４の光を放つように構成された第４の一次光源であり、前記第４発光スペクトルは、５８０－６６０ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第４の一次光源と、を含む。前記第１の光は、０．３５より低いＭＤＥＲを持ち得る。前記第２の光は、０．６５より高いＭＤＥＲを持ち得る。前記第１の光は、０．１８＜ｕ’＜０．４、ｖ’＜０．４２の範囲内のＣＩＥ １９７６色点を持ち、前記第２の光は、ｕ’＜０．１８、ｖ’＞０．２５の範囲内の色点を持ち、前記第３の光は、０．１８＜ｕ’＜０．２５、ｖ’＞０．５３の範囲内の色点を持ち、前記第４の光は、ｕ’＞０．３５，ｖ’＞０．５０の範囲内の色点を持つとし得る。調節可能量の前記第１の光と、調節可能量の前記第２の光と、調節可能量の前記第３の光と、調節可能量の前記第４の光とが組み合わさって結合光を形成するように構成される。前記結合光は、２０００Ｋから１００００Ｋとの間のＣＣＴ（Ｋ）値に対してＲａ＞９０又はＲａ＞９５を維持し得る。前記結合光は、０．２５から１．３９の範囲内のＭＤＥＲを持ち得る。設定されたＣＣＴ（Ｋ）及びＲａ＞８０を維持しながら、前記結合光のＭＤＥＲを基準源ＭＤＥＲの９０％から１１０％の間で変化させることができ、前記基準源は、ＣＣＴ値が５０００Ｋより下で黒体放射体であり、ＣＣＴ値が５０００Ｋより上でＣＩＥ Ｄ光源である。前記第１の一次光源は、前記第１ポンプダイに第１バイアスを提供するための第１電気接続を含むことができ、前記第２の一次光源は、前記第２ポンプダイに第２バイアスを提供するための第２電気接続を含むことができ、前記第３の一次光源は、前記第３ポンプダイに第３バイアスを提供するための第３電気接続を含むことができ、前記第４の一次光源は、前記第４ポンプダイに第４バイアスを提供するための第４電気接続を含むことができる。当該照明装置は更に、前記第１電気接続、第２電気接続、第３電気接続、及び第４電気接続の各々に電気的に接続されたコントローラを含むことができ、前記コントローラは、前記第１バイアス、第２バイアス、第３バイアス、及び第４バイアスを提供し、前記コントローラは、２０００Ｋから１００００Ｋの範囲内のＣＣＴ（Ｋ）値及び０．２５から１．３９の範囲内のＭＤＥＲを持つ結合光を生成するための第１、第２、第３、及び第４バイアス値を格納するように構成されたメモリを含む。
他の一態様において、照明装置は、複数の第１の一次光源であり、各第１の一次光源が、バイオレットポンプダイと、該バイオレットポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを有し、該バイオレットポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第１パッケージに収容されている、複数の第１の一次光源と、
複数の第２の一次光源であり、各第２の一次光源が、シアンブルーポンプダイと、該シアンブルーポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを含み、該シアンブルーポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第２パッケージに収容されている、複数の第２の一次光源と、複数の第３の一次光源であり、各第３の一次光源が、ロイヤルブルーポンプダイと、該ロイヤルブルーポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを含み、該ロイヤルブルーポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第３パッケージに収容されている、複数の第３の一次光源と、複数の第４の一次光源であり、各第４の一次光源が、別のロイヤルブルーポンプダイと、該別のロイヤルブルーポンプダイ上に配置されたレッド蛍光体とを含み、該別のロイヤルブルーポンプダイ及び該レッド蛍光体が第４パッケージに収容されている、複数の第４の一次光源とを含み、 前記第１、第２、第３、及び第４パッケージは各々別々のパッケージである。
以下の更なる詳細な説明を、最初に手短に説明する添付の図面と共に参照することで、本発明のこれらの及び他の実施形態、特徴、及び利点が当業者によりいっそう明らかになる。
一実施形態例に従った照明装置を示す断面図である。 一実施形態例に従った照明装置を示す上面図である。 一実施形態例に従った一次光源の各々スペクトルパワー分布を示している。 図２に示した各発光スペクトル例の光の色点を示すＣＩＥ １９７６色図である。図３は２，０００Ｋから１０，０００Ｋまでの黒体軌跡も示している。 各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成する４つの一次光源の２１個のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点における演色評価数ＣＲＩ Ｒａのプロットである。 各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成する４つの一次光源の２１個のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＡＮＳＩ／ＩＥＳ ＴＭ－３０－１８ Ｒｆのプロットである。 各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成するとともに、Ｒｆ＞７８、Ｒｇ＞９５、及び－１％＜Ｒｃｓ，１ｈ＜１５％という主観的な好みの基準を満たす４つの一次光源の一組のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＡＮＳＩ－ＩＥＳ ＴＭ－３０－１８ Ｒｃｓ，ｈ１（赤色の色相ビンからのクロマシフト）のプロットである。 各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成するとともに、ＣＣＴ値でＭＤＥＲ値の可能な範囲に広がった、４つの一次光源の一組のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＣＩＥ Ｓ０２６：２０１８に従ったメラノピック昼光有効率（ＭＤＥＲ）のプロットである。 各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成するとともに、ＣＣＴ値でＲａ値＞８０を持った、４つの一次光源の一組のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＣＩＥ Ｓ０２６：２０１８に従ったメラノピック昼光有効率（ＭＤＥＲ）のプロットである。 図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、一次光源の各々に印加されるバイアスを制御するためのコントローラを備えた、ここに開示される照明装置の様々な実装例を示している。 図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、一次光源の各々に印加されるバイアスを制御するためのコントローラを備えた、ここに開示される照明装置の様々な実装例を示している。 図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、一次光源の各々に印加されるバイアスを制御するためのコントローラを備えた、ここに開示される照明装置の様々な実装例を示している。 それぞれのＣＣＴ（Ｋ）で最も高いＣＲＩ Ｒａを持つ結合光を生成するバイアス設定についての、各一次光源及び全ての原色の平均に対するＣＣＴ（Ｋ）値の関数としてのＬＥＤ使用率のプロットである。 ＣＣＴ（Ｋ）の関数としての、最も高いＣＲＩ Ｒａを持つ結合光についての正規化した光束のプロットである。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、図面中、様々な図を通して、同じ参照符号は同様の要素を指している。図面は、必ずしも縮尺通りではないものであり、選択的な実施形態を描いており、発明の範囲を限定する意図はない。詳細な説明は、限定としてではなく例として、本発明の原理を示す。
チューナブル白色光ＬＥＤシステムは、典型的に、２つ又は３つの一次ＬＥＤ色（“原色”）を使用し、システムで使用されるそれら一次ＬＥＤ色の色域に含まれる相関色温度（“ＣＣＴ”）の範囲内の光を発することができる。２原色を用いる基本的なチューナブル白色ＬＥＤシステムは、それら原色間の、色空間（例えば、国際照明委員会（“ＣＩＥ”）１９３１又はＣＩＥ １９７６）内の直線上の色を表すことができる。３原色を用いるシステムは、色空間内でそれら原色によって形成される三角形の色域内の任意の色を色空間で示すことができ、曲線状の黒体軌跡（black body locus；“ＢＢＬ”）を辿ること及び広範囲のＯｆｆ－ＢＢＬ色を示すことを可能にする。
３原色を使用するチューナブル白色光ＬＥＤシステムでは、特定の色点と光出力を持つ白色光、すなわち、組み合わせ光を生成する３原色の各組み合わせが、原色の各々に適用されるバイアスに関して固有のソリューションを持つ。従って、任意の１つの色点で、３原色からの白色光、すなわち、組み合わせ光の１つのスペクトルのみが可能である。これは、色点を変えずにスペクトル特性を変化させることができる光源が望まれる場合に欠点となる。
さらに、３原色のみを使用するチューナブル白色光システムでは、所与の色点で１つのスペクトルのみが必要とされる場合であっても、３原色のみで所望のスペクトル及び色範囲を生成することは常に可能なわけではない。例えば、ＣＲＩ Ｒａ＞９５又はＴＭ－３０－１８ Ｒｆ＞９０の演色性及び色忠実度によって特徴付けられるような高い色忠実度は、一般に、３原色のみが使用される場合、例えば２０００－１００００Ｋなどの広いＣＣＴ範囲にわたって維持されることができない。
これらの要件を満たすために、より多くの原色をチューナブル白色光システムに追加することができるが、４つ以上の原色を持つシステムにおいて、どのような原色を使用すべきか、及びどのようなバイアスを適用すべきかを決定することは簡単ではない。上述のスペクトル性能目標に加えて、チューナブル白色光ＬＥＤシステムの更なる性能目標は典型的に発光効率及び光束を含む。従って、システムの複雑さを最小限に抑えるとともに、ＬＥＤ使用率を最大化して効率を向上させるために、可能な最小数の原色を使用することが望ましい。
色点を変えずに白色光、すなわち、組み合わせ光のスペクトル特性を変化させることが望まれるチューナブル光源の一例は、所与の色点でメラノピックスペクトルコンテンツを調節することができる光源にある。多くの照明用途において、サーカディアン同調（エントレインメント）に適した条件を提供し、サーカディアン障害（ディスラプション）を最小限に抑えるために、チューナブル照明システムを用いて放出スペクトルのメラノピック照度を変更できることが望ましい。所与の色点でメラノピックスペクトルコンテンツを調節できる能力を用いることで、視覚的な影響を最小限に抑えながらサーカディアン同調を支援することができる。
人間のサーカディアンリズムは、人間の生理学的プロセスでの２４時間周期であり、内因性で同調性のサイクルを示す何らかの生物学的プロセスを含む。同調は、サーカディアンリズムと環境との間の相互作用であり、例えば、地球の自転によって決定される毎日の明暗サイクルに対するサーカディアンリズムの同調などである。光誘起のサーカディアン同調及び光に対するその他の非視覚的反応は、眼の中の光受容体及び桿錐状体構造によって影響される。それと併せて、光に対するこれらの非視覚的反応は、体内に日的（day-like）な生理的状態を作り出し得る。光誘起のサーカディアン同調は、一般に、可視スペクトルの短波長端にピークスペクトル感度を持つ。メラノピック感度範囲は、４４７－５３１ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）であり、４９０ｎｍの波長でピークとなる。この範囲は、光誘起のサーカディアン同調を担う光受容体によって発現される眼の中の光色素であるメラノプシンの作用スペクトルと相関がある。光源からの放出光のスペクトルは、メラノピックピーク感度と一致する波長範囲にギャップ又はピークのいずれかを作り出すように設計されることがある。このようなギャップ及びピークを、ここでは“シアンギャップ”又は“シアンピーク”として参照することがある。
ここに開示される発光装置は、広いＣＣＴ範囲（２０００－１００００Ｋ）にわたって高い色忠実度（ＣＲＩ Ｒａ＞９５）を維持することができるとともに、所与の色点におけるメラノピックスペクトルコンテンツの最大限の調節可能性も提供するチューナブル白色ＬＥＤシステムであり、その間ずっと高いＬＥＤ使用率及び発光効率で動作する。ここで使用されるとき、メラノピックスペクトルコンテンツ、又はメラノピックコンテンツは、ＣＩＥ Ｓ０２６：２０１８によって定められたメラノピック昼光（Ｄ６５）有効率（melanopic daylight (D65) efficacy ratio；“ＭＤＥＲ”）によって測定される。
上述のような色忠実度及びメラノピック調節機能を持つチューナブル白色ＬＥＤシステムは、各々がここに開示される異なる発光スペクトルを持つ４つの一次光源を使用して達成され得る。それら４つの一次光源は、実用的なＬＥＤエミッタと蛍光体材料とで実現されることができる。特に、それら一次光源のうちの１つはバイオレット（～４３０ｎｍ）エミッタによってポンプされることができ、別の１つの一次光源はブルー（～４８０ｎｍ）エミッタによってポンプされることができる。これは、両方の一次光源を使用されるときの高いＣＣＴでの高い色忠実性と、チューナブル白色ＬＥＤシステムが発する組み合わせ光におけるこれら２つの一次光源の相対的寄与を変化させることによるＭＤＥＲチューナブル性とを可能にする。これら第１及び第２の一次光源の両方ともがグリーン蛍光体を含むことで、４つの一次光源のうちの残りの２つの一次光源と組み合わせて使用されるときの自身の使用率を高め、ひいては、色忠実度及びメラノピックチューナブル性能を損ねることなく効率及び光束を向上させ得る。
図１Ａは、上述の色忠実度及びメラノピック調節機能を持つチューナブル白色ＬＥＤシステムである発光装置の断面図を示し、図１Ｂは上面図を示している。図１Ａの断面図は、図１Ｂの光Ａ－Ａを通ってとられている。
図１Ａ及び１Ｂの照明装置１００は、４つの異なる一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０のグループ１０、２０、３０、及び４０を含んでいる。４つの異なる一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々は個別にアドレスされることができ、図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃに関して更に詳細に後述するコントローラに接続し得る。照明装置１００は図１Ｂでは４×４アレイとして示されているが、４つのグループ１０、２０、３０、及び４０は、任意の数の個々の一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０を有することができ、様々な他の構成のグループが使用されてもよい。
４つの異なる一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々は、それぞれ、異なるパッケージ１５１、１５２、１５３、及び１５４内に配置され得る。４つの異なる一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々は、以下の図２及び図３に関して更に詳細に後述するように、それぞれ、実質的に異なる発光スペクトル及び色点を持つものである調節可能量の光１１１、１２１、１３１、及び１４１を別々に放つように構成される。光１１１、１２１、１３１、及び１４１は、以降の図に関して更に詳細に後述するように、様々な量で組み合わされて結合光１９０を形成する。
図１Ａを参照するに、４つの異なる一次光源の各々はｐｃＬＥＤとすることができ、ポンプダイとダウンコンバータとを含むことができる。第１の一次光源１１０は第１ポンプダイ１１２を含む。第１ポンプダイ１１２は、４２０－４４０ｎｍの間のピーク発光波長を持つバイオレットポンプダイとすることができ、例えば、ピーク発光波長は約４３０ｎｍとし得る。照明装置１００で使用され得るバイオレットポンプダイの一例は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮ半導体に基づくヘテロ接合を含む。
第１の一次光源１１０は第１ダウンコンバータ１１５を含む。第１ダウンコンバータ１１５は、例えば５３０－５８０ｎｍの範囲内のピーク発光波長を持つなど、より長い波長の発光スペクトルを持つグリーン蛍光体を含み得る。第１ダウンコンバータ１１５は、メラノピック感度範囲内での発光を最小化するように選択される。第１ダウンコンバータ１１５は、４２０－４４０ｎｍの間の波長によって励起されることができ且つ５３０－５８０ｎｍの範囲内のピーク波長を持つダウンコンバート光を発する例えば蛍光体又は量子ドットなどの任意のダウンコンバータ材料を含み得る。第１ダウンコンバータ１１５としての使用に好適なグリーン蛍光体材料は、例えばアルミニウムガーネット蛍光体を含み得る。使用され得るグリーン蛍光体の例は、例えばイエローシアン域の光を発するＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋及びＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋などの、一般式（Ｌｕ１－ｘ－ｙ－ａ－ｂＹｘＧｄｙ）３（Ａｌ１－ｚＧａｚ）５Ｏ１２：ＣｅａＰｒｂ、ただし、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２、且つ０＜ｂ≦０．１、を持つアルミニウムガーネット蛍光体を含む。好適なグリーン蛍光体の更なる例は、以下に限られないが、Ｌｕ３－ｘ－ｙＭｙＡｌ５－ｚＡｚＯ１２：Ｃｅｘ、ただし、Ｍ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｄｙ、Ａ＝Ｇａ，Ｓｃ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｃａ３－ｘ－ｙＭｙＳｃ２－ｚＡｚＳｉ３Ｏ１２：Ｃｅｘ、ただし、Ｍ＝Ｙ，Ｌｕ、Ａ＝Ｍｇ，Ｇａ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｂａ２－ｘ－ｙＭｙＳｉＯ４：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｂａ２－ｘ－ｙ－ｚＭｙＫｚＳｉ１－ｚＰｚＯ４：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｓｒ１－ｘ－ｙＭｙＡｌ２－ｚＳｉｚＯ４－ｚＮｚ：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｍ１－ｘＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｍ３－ｘＳｉ６Ｏ９Ｎ４：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｓｒ１－ｘ－ｙＭｙＧａ２－ｚＡｌｚＳ４：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｃａ１－ｘ－ｙ－ｚＭｚＳ：ＣｅｘＡｙ、ただし、Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ、Ａ＝Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｓｒ１－ｘ－ｚＭｚＡｌ１＋ｙＳｉ４．２－ｙＮ７－ｙＯ０．４＋ｙ：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｃａ１－ｘ－ｙ－ｚＭｙＳｃ２Ｏ４：ＣｅｘＡｚ、ただし、Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ、Ａ＝Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、Ｍｘ－ｚＳｉ６－ｙ－２ｘＡｌｙ＋２ｘＯｙＮ８－ｙ：Ｅｕｚ、ただし、Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ、且つ（０＜ｘ≦０．２）、及びＣａ８－ｘ－ｙＭｙＭｇＳｉＯ４Ｃｌ２：Ｅｕｘ、ただし、Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ、且つ（０＜ｘ≦０．２）を含む。
第１ポンプダイ１１２によって放たれた光の一部（例えば、放射束で６０％以下）が第１ダウンコンバータ１１５によって吸収されて長波長側にダウンコンバートされ、第１ポンプダイ１１２によって放たれた光の一部（例えば、放射束で４０％以上）は吸収されない。第１の一次光源１１０は、バイオレットポンプダイ１１２からの未変換の光と第１ダウンコンバータ１１５によって長波長側に変換された光との両方を含む第１の光１１１を放射する。光１１１については、図２及び図３に関して更に詳細に後述する。
第２の一次光源１２０は第２ポンプダイ１２２を含み得る。第２ポンプダイ１２２は、４７０－５００ｎｍの間のピーク又は主発光波長を持つシアンブルーポンプダイとすることができ、例えば、ピーク発光波長は約４８５ｎｍとし得る。第２の一次光源１２０に使用されるシアンブルーポンプダイの一例は、ＩｎＧａＮ半導体に基づくヘテロ接合を含む。
第２の一次光源１２０は第２ダウンコンバータ１２５を含む。第２ダウンコンバータ１２５もグリーン蛍光体を含むことができるが、第２ダウンコンバータ１２５として使用されるグリーン蛍光体は、メラノピック感度範囲での発光を更に強めるように、より短い波長にいっそう多くのスペクトル成分を持つ発光スペクトルを有し得る。例えば、第２ダウンコンバータは、４９５－５８０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持ち得る。第２ダウンコンバータ１２５は、４７０－５００ｎｍの間の波長によって励起されることができ且つ４９５－５８０ｎｍの範囲内のピーク波長を持つダウンコンバート光を発する例えば蛍光体又は量子ドットなどの任意のダウンコンバータ材料を含み得る。第２ダウンコンバータ１２５としての使用に好適な材料は、第１ダウンコンバータ１１５と同じグリーン蛍光体材料を含み得るが、より短い波長範囲に所望のスペクトル成分を提供するのに好適な組み合わせのホスト組成とアクティベータが選択される。
第２ポンプダイ１２２によって放たれた光の一部（例えば、放射束で＜５０％）が第２ダウンコンバータ１２５によって吸収されて長波長側にダウンコンバートされ、第２ポンプダイ１２２によって放たれた光の一部（例えば、＞５０％）は吸収されない。第２の一次光源１２０は、ポンプダイ１２２からの未変換の光と第２ダウンコンバータ１２５によって長波長側に変換された光との両方を含む第２の光１２１を放射する。光１２１については、図２及び図３に関して更に詳細に後述する。
第３の一次光源１３０は第３ポンプダイ１３２を含み得る。第３ポンプダイ１３２は、４４０－４６０ｎｍの間のピーク波長を持つロイヤルブルーポンプダイとし得る。第３の一次光源１３０では、ポンプダイ１３２から放たれた光は、第３ダウンコンバータ１３５によってほぼ完全に変換され、それ故に、ポンプ波長は、第３の一次光源１３０によって放射される光のスペクトル特性ではなく、第３ダウンコンバータ１３５を励起する際の効率及び光束性能のために選定され得る。従って、第３ダウンコンバータ１３５を効率的に励起する任意のポンプダイが使用され得る。第３の一次光源１３０に使用されるロイヤルブルーポンプダイの一例は、ＩｎＧａＮ半導体に基づくヘテロ接合を含む。
第３ダウンコンバータ１３５は、５３０－５８０ｎｍの範囲内の波長を発する。第３ダウンコンバータ１３５は、例えばアルミニウムガーネット蛍光体といった、少なくとも１つのグリーン蛍光体を含み得る。第３ダウンコンバータ１３５は、第３ポンプダイが放つ光によって励起されることができ且つ５３０－５８０ｎｍの範囲内のピーク光波長を持つ緑色領域のダウンコンバート光を発する例えば蛍光体又は量子ドットなどの任意のダウンコンバータ材料を含み得る。第３ダウンコンバータ１３２５に使用されるダウンコンバータ材料は、第１ダウンコンバータ１１５に使用されるダウンコンバータ材料と同じとし得る。
第３ポンプダイ１３２によって放たれた光の大部分が、第３ダウンコンバータ１３５によって吸収されて長波長側に変換される。第３の一次光源１３０は、ポンプダイ１３２からの未変換の光を殆ど又は全て含まず、殆ど又は全てがダウンコンバータ１３５によって長波長側に変換された光である第３の光１３１を放射する。光１３１については、図２及び図３に関して更に詳細に後述する。
第４の一次光源１４０は第４ポンプダイ１４２を含み得る。第４ポンプダイ１４２も、４４０－４６０ｎｍの間のピーク波長を持つロイヤルブルーポンプダイとし得る。第４の一次光源１４０でも、第４ポンプダイ１４２から放たれた光が、第４ダウンコンバータ１４５によってほぼ完全に変換され、それ故に、ポンプ波長は同様に、スペクトル特性ではなく、効率及び光束性能のために選定され、第３の一次光源１３０においてと同じタイプのポンプダイとし得る。ダウンコンバータ１４５を効率的に励起する任意のポンプダイが使用され得る。第４の一次光源１４０に使用されるロイヤルブルーポンプダイの一例は、ＩｎＧａＮ半導体に基づくヘテロ接合を含む。
第４ダウンコンバータ１４５は、５８０－６６０ｎｍの範囲内の波長を発する。第４ダウンコンバータ１４５は、５８０－６６０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持った、赤色領域のピーク発光を持つ例えば蛍光体又は量子ドットなどの任意のダウンコンバータ材料を含み得る。例えば、第４の一次光源のダウンコンバータ１４５は、例えばＳＣＡＳＮ又はＣＡＳＮ蛍光体とし得るものである少なくとも１つのレッド蛍光体を含み得る。低いＣＣＴ値を持つ色点での結合光１９０の高い色忠実度をサポートするために、第４の一次光源１４０は、深い赤色領域（～６４０－６６０ｎｍ）に十分なスペクトル成分波長を持つべきである。一例において、第４ダウンコンバータ１４５に含まれる蛍光体のうちの１つは、例えばＳＬＡなどの狭いレッド蛍光体であり、高い発光効率で深い赤色のスペクトル成分を実現することを可能にする。第４ポンプダイ１４２によって放たれた光の大部分が、第４ダウンコンバータ１４５によって吸収されて長波長側に変換される。第４の一次光源１４０は、ポンプダイ１４２からの未変換の光を殆ど又は全て含まず、殆ど又は全てが第４ダウンコンバータ１４５によって長波長側に変換された光である第４の光１４１を放射する。光１４１については、図２及び図３に関して更に詳細に後述する。
図２は、１Ｗの放射束に正規化された、一次光源の各々のスペクトルパワー分布の例を示している。４つの一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々によって放たれる光１１１、１２１、１３１、及び１４１のスペクトルパワー発光スペクトルが示されている。
図２を参照するに、第１の一次光源１１０によって放たれる光１１１は、例えば図２に示すスペクトル２１０のようなスペクトルパワー発光スペクトルを持ち得る。光１１１のスペクトルパワー発光スペクトルの特徴は、４２０－４４０ｎｍの範囲内で最大となる４００－４５５ｎｍの波長範囲にわたる狭い第１ピークと、グリーン蛍光体の存在による、５３０－５８０ｎｍの間で最大となる約５００－７００ｎｍの範囲にわたる、より広くて、あまり強くない第２ピークとを含む。光１１１のスペクトルパワー発光スペクトルにおける光の割合はまた、メラノピック感度範囲に対応するシアンギャップ領域を含む。特に、第１の一次光源１１０によって放たれる光１１１のスペクトルパワー発光スペクトルは、４７０ｎｍ－４９０ｎｍの範囲内に殆ど又は全くスペクトルパワーのないシアンギャップを持ち、スペクトルパワーが４４７ｎｍから４７０ｎｍまでに基本的に０まで減少し、４７０ｎｍから４９０ｎｍまで基本的に０のままであり、その後、５３１ｎｍでのスペクトル含有値が４４７ｎｍでのスペクトル含有値よりも小さいままであるように４９０ｎｍと５３１ｎｍとの間でゆっくりと増加する“Ｕ”字形状を持ち得る。４４７ｎｍと５３１ｎｍとの間のスペクトル含有量は、第１発光スペクトル全体のスペクトルコンテンツのうちの１５％未満であり得る。第１の一次光源１１０から放たれる光１１１のＭＤＥＲは０．３５より低い。例えば、図２に示す発光スペクトル２１０の例において、ＭＤＥＲは０．２２である。
第２の一次光源１２０によって放射される光１２１は、例えば図２に示すスペクトル２２０のようなスペクトルパワー発光スペクトルを持ち得る。光１２１が放つスペクトルパワー発光スペクトルの特徴は、例えば４８５ｎｍなど４７０－５００ｎｍの範囲内で最大となる４５０－５１０ｎｍの波長範囲にわたるピークを含む。このピークはメラノピック応答関数のピークに対応する。第２の一次光源１２０によって放たれる光１２１のＭＤＥＲは０．６５より高い。例えば、図２の発光スペクトル２２０において、光１２１のＭＤＥＲは０．８０である。光１２１の発光スペクトルはまた、グリーン蛍光体の存在により５３０－５８０ｎｍの範囲内のスペクトル成分を持つことができ、例えば、発光スペクトル２２０は、約６３０ｎｍでのゼロへと漸減する５１０ｎｍのスペクトル成分を持つショルダー領域を含む。
第３の一次光源１３０によって放たれる光１３１は、例えば図２に示す発光スペクトル２３０のようなスペクトルパワー発光スペクトルを持ち得る。光１３１は緑色光であり、５３０－５８０ｎｍの範囲内のピークを含む。
第４の一次光源１４０によって放たれる光１４１は、例えば図２に示す発光スペクトル２４０のようなスペクトルパワー発光スペクトルを持ち得る。光１４１は赤色光であり、６００－７００ｎｍの範囲内のピークを含む。上述のように、また、図２の発光スペクトル２４０に示されるように、光１４１は深い赤色領域（～６４０－６６０ｎｍ）にかなりのスペクトル成分を含み得る。
図３は、図２に示した発光スペクトル例の光の色点を示すＣＩＥ １９７６色図である。図３において、図２の発光スペクトル例２１０を持つ光１１１は、ｕ’＝０．２１７７、ｖ’＝０．３７７５にある色点３１０を持ち、図２の発光スペクトル例２２０を持つ光１２１は、ｕ’＝０．０９７７、ｖ’＝０．４３２６にある色点３２０を持ち、図２の発光スペクトル例２３０を持つ光１３１は、ｕ’＝０．４５２７、ｖ’＝０．５１３８にある色点３３０を持ち、図２の発光スペクトル例２４０を持つ光１４１は、ｕ’＝０．２０５９、ｖ’＝０．５５６３にある色点３４０を持つ。
図２及び図３に示すスペクトル及び色点の例は、照明装置１００を形成するのに使用され得る４つの一次光源のセットの一例からの光を例示するものである。しかし、４つの一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０のスペクトル及び色点は特定の範囲内で変更されてもよく、ここに開示される特性を持つ照明装置１００をなおも達成し得る。例えば、第１の一次光源において、グリーン蛍光体の量又は種類を変更して、発光スペクトル２１０内のバイオレットスペクトル含有量に対するグリーンスペクトル含有量を変更してもよく、それは色点３１０の位置も変更することになる。一般に、４つの一次光源の各々によって放たれる光の色点は様々とし得る。一次光源１１０によって放たれる光１１１は、０．１８＜ｕ’＜０．４、ｖ’＜０．４２の範囲内の色点を持ち得る。一次光源１２０によって放たれる光１２１は、ｕ’＜０．１８、ｖ’＞０．２５の範囲内の色点を持ち得る。一次光源１３０によって放たれる光１３１は、０．１８＜ｕ’＜０．２５、ｖ’＞０．５３の範囲内の色点を持ち得る。一次光源１４０によって放たれる光１４１は、ｕ’＞０．３５、ｖ’＞０．５０の範囲内の色点を持ち得る。
図１Ａを参照するに、一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々によって放たれた光１１１、１２１、１３１、及び１４１が組み合わさって結合光１９０を形成する。一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々は、これらの一次光源の各々が個別アドレス可能であることを可能にする個別の電気接続１６１、１６２、１６３、及び１６４を有する。従って、結合光１９０に寄与する光１１１、１２１、１３１、及び１４１の量を、各一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０に提供されるバイアス、すなわち、電流の量を制御することによって個別に制御することができる。光１１１、１２１、１３１、及び１４１の量を変更することにより、結合光１９０の特性を変更することができる。
図３はまた、２０００Ｋから１００００Ｋまでの黒体軌跡（“ＢＢＬ”）３７０を示している。４つの一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々から放たれた光１１１、１２１、１３１、及び１４１を様々な所定量で共に組み合わせて、２７００Ｋから６５００ＫまでのＣＣＴについて少なくともＢＢＬを包囲する色域を持つ結合光１９０を形成し得る。特に、結合光１９０の色域は、２０００Ｋから１００００ＫまでのＣＣＴ範囲（これは、図３に示すＢＢＬ３７０のセクションである）をカバーする。低いＣＣＴ（～２２００Ｋより低い）では、ＢＢＬ上の色点を維持するのに非常に飽和した赤と緑の原色を必要とし、これは実用的なＬＥＤデバイスの効力を含む。従って、例えばＤｕｖ（ＣＩＥ １９６０色空間でのＢＢＬまでの距離）が－０．００６以上であるなど、Ｄｕｖが合理的な制限内にある限り、ＢＢＬの下でのみこれらのＣＣＴを示すことができる色域は許容可能であって好ましいものであり得る。
ここに開示される照明装置１００の利点は、結合光１９０の所与の色点及び光束で更なるスペクトル特性を最適化することを可能にすることである。すなわち、所望のＣＣＴ及び光束にある結合光１９０を生成する４つの一次光源からの光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせは複数存在するので、例えば色忠実度及び演色性やメラノピックコンテンツなどの、結合光の更なる特性についても最適化することが可能である。
例えばＢＢＬ３７０上の特定の色点となる白色光など、特定の光束及び色域内の特定の色点を持つ結合光１９０を照明装置１００が放射するように、４つの一次光源の各々に対するバイアス値の組み合わせを決定することができる。所与の目標の光束及び色域内の色点について、特定の目標の色点及び光束を達成するための４つの一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の各々に対する適切なバイアスを決定する問題は、一自由度によってでは劣決定系（underdetermined system）である。従って、一次元の解空間内に無数の解が存在し、更なる最適化パラメータ及び制約を用いてバイアス値の選択を決めることができる。そのような追加の最適化パラメータ及び制約は、例えば、図４、図５、及び図６に関して以下に示すような所望の色忠実度を含み得る。この最適化は、解空間全体に離散的なステップで広がるスペクトルのセットについて、これらの重要なスペクトル性能メトリックのうちの１つ以上を計算することによって行われ、これらのメトリックに基づいて所望のスペクトルを選択し得るようになる。
図４は、特定の色点において結合光１９０の演色評価数ＣＲＩ Ｒａ（ＣＩＥ １３：３：１９９５）を最適化する例を示している。図４は、各ＣＣＴ値の結合光１９０（これは白色光である）を形成する４つの一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０の２１個のサンプル組み合わせについて、２，０００Ｋと１０，０００Ｋとの間（２０００ＫはＤｕｖ＝－０．００３でＢＢＬより僅かに下にある）の黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点における演色評価数ＣＲＩ Ｒａ（ＣＩＥ １３：３：１９９５）のプロットである。図４を見ると、２０００－１００００Ｋの範囲のＣＣＴ値を持つＢＢＬ上の１０個の色点について、そのＣＣＴを持つ結合光１９０を生成する４つの一次光源光の２１個の異なる組み合わせ、すなわち、バイアス値の２１個の組み合わせが決定されている。各ＣＣＴ値において、そのＣＣＴ値を生成する２１個のバイアス組み合わせは解空間にわたって広がっており、一端で一次光源のうちの１つ（光１２１）を最大量で含み、他端でその一次光源を最小量で含み、最大と最小の間に残りの１９個の値が広がる。各ＣＣＴにおける２１個の組み合わせの各々の結果として得られるＲａがプロットされている。すなわち、各ドットが、そのＣＣＴ値を持つ結合光１９０をもたらす光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせの各々で得られるＲａ値を表している。この範囲内のＣＣＴの各々で、特定のＣＣＴ値と＞９５であるＣＲＩ Ｒａとを持つ結合光１９０をもたらす光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせ、すなわち、一次光源１１０、１２０、１３０、及び１４０のバイアスの組み合わせが存在している。従って、特定の色点にある結合光１９０のＣＲＩ Ｒａ値が、発光システム１００を用いて最適化され得る。
なお、また、より深い赤色スペクトル成分（～６４０－６６０ｎｍ）を第４の一次光源１４０に加えた照明装置１００を用いることにより、このＣＣＴ範囲を１８００Ｋまで下方に拡張することが可能である。しかしながら、そのように第４の一次光源を変更することは照明装置１００の効率及び光束を低下させてしまい得る。
図５は、特定のＣＣＴカラー値において結合光１９０の色忠実度の値ＴＭ－３０－１８ Ｒｆについて最適化する例を示している。図５は、各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成する４つの一次光源の２１個のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＡＮＳＩ／ＩＥＳ ＴＭ－３０－１８ Ｒｆのプロットである。図５のプロットには、図４で用いたのと同じ２１個の組み合わせの光１１１、１２１、１３１、及び１４１、すなわち、同じ２１個の組み合わせのバイアス値が用いられている。これらの２１個の組み合わせについて、ＴＭ－３０－１８ Ｒｆ値を求めた。図５の各ドットは、そのＣＣＴ値を持つ結合光１９０をもたらす光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせのうちの１つの結果として得られるＲｆ値を表している。この範囲内のＣＣＴ値の各々で、特定のＣＣＴと＞９０であるＴＭ－３０－１８ Ｒｆ値とを持つ結合光１９０をもたらす光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせが存在している。従って、特定の色点にある結合光１９０のＴＭ－３０－１８ Ｒｆ値が、発光システム１００を用いて最適化され得る。
図６は、特定の演色特性の主観的な好みに基づいて、特定のＣＣＴ色点値において結合光１９０を最適化する例を示している。以前の研究によれば、主観的な演色性の好みは、Ｒｆ＞７８、Ｒｇ＞９５、及び－ｌ％＜Ｒｃｓ，ｈ１＜１５％として、正のレッドクロマシフトＲｃｓ，１ｈと相関がある。図６は、各ＣＣＴ値の結合光（白色光）を形成するとともに、Ｒｆ＞７８、Ｒｇ＞９５、及び－１％＜Ｒｃｓ，１ｈ＜１５％という主観的な好みの基準を満たす４つの一次光源の一組のサンプル組み合わせについて、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＡＮＳＩ－ＩＥＳ ＴＭ－３０－１８ Ｒｃｓ，ｈ１（赤色の色相ビンからのクロマシフト）のプロットである。図６は、Ｒｆ＞７８且つＲｇ＞９５であるとともに－１％＜Ｒｃｓ，１ｈ＜１５％という主観的に好まれる範囲内にレッドクロマシフトが入るものである図４及び図５に関して上で決定した光１１１、１２１、１３１、及び１４１の組み合わせについての、Ｒｅｓ，ｈ１値の範囲を示している。図６が示すことには、色忠実度及び発光効率のために最適化されたＬＥＤで一般的に可能なものを超えて赤色を大幅に過飽和させることができる（また、ここでは、より深い赤色成分を第４の一次光源１４０に加えることにより、より低い効率及び光束という犠牲の下で、過飽和能力をより低いＣＣＴまで拡張することが可能である）。
特定のカラー値及び光束を維持しながら、結合光１９０のスペクトルにおいて、ＣＩＥ Ｓ０２６：２０１８に従ってメラノピック昼光（Ｄ６５）有効率（“ＭＤＥＲ”）により測定されるメラノピックコンテンツも変えることができる。図７Ａは、各ＣＣＴ値の結合光１９０（これはＢＢＬ上にあるままの白色光である）を形成し、そのＣＣＴ値でＭＤＥＲ値の可能な範囲に広がった４つの一次光源の一組のサンプル組み合わせについての、黒体軌跡（ＣＣＴ（Ｋ））上の１０個の色点におけるＭＤＥＲのプロットである。図７Ｂは、図７Ａと同じＭＤＥＲ対ＣＣＴ（Ｋ）プロットを示しているが、Ｒａ＞８０も持つ結合光１９０（白色光）をもたらす４つの一次光源のサンプル組み合わせのみが示されている。図７Ａ及び図７Ｂの両方で、ドットは特定のＣＣＴ（Ｋ）値でのサンプル結合光１９０（白色光）を表している。参考までに、黒い破線７０１は黒体放射体（ＣＣＴ値５０００Ｋ未満）のＭＤＥＲ値であり、黒い実線７０２はＣＩＥ Ｄ光源（５０００Ｋより高いＣＣＴ値）のＭＤＥＲ値を示している。
図７Ａ及び図７Ｂを見ると、図７Ｂに示すように適切な色忠実度を維持しながら、メラノピックコンテンツ（ＭＤＥＲ）を基準源（７０１、７０２）のＭＤＥＲ値のかなり上及び下まで調節することができる。図７Ａを見ると、ＭＤＥＲは、２０００Ｋで０．２５という低さであることができ、８０００Ｋで１．８９という高さであることができる。設定されたＣＣＴ値においてもＭＤＥＲを広い範囲で変化させることができ、例えば、４０００ＫのＣＣＴで、ＭＤＥＲは０．４３から１．０まで変化する。また、より小さい範囲で僅かにＣＣＴ値を変えることによって、より広い範囲のＭＤＥＲが達成され得る。例えば、６５００のＣＣＴで、最も低いＭＤＥＲ値は０．７４であり、最も高いＭＤＥＲ値は１．６９であり、白色光のＣＣＴ値を５０００Ｋに動かすことによって、０．５といういっそう低いＭＤＥＲ値を達成することができる。図７Ｂを見ると、結合光１９０がＲａ＞８０も持つ場合、ＭＤＥＲ値の範囲は、特に上側の範囲で減衰される。故に、例えば２０００ＫのＣＣＴでは、ＭＤＥＲはなおも０．２５という低さであることができる、１０，０００Ｋでは最も高いＭＤＥＲで１．３９である。設定されたＣＣＴ値及びＲａ＞８０において、ＭＤＥＲは例えば０．５７と０．８３との間の範囲であることができる。図７Ａに関して上述したものと同様にＣＣＴ（Ｋ）を僅かに変えることにより、より広い範囲のＭＤＥＲ値を達成することができる。例えば、５０００ＫのＣＣＴ値及びＲａ＞８０で、ＭＤＥＲ値は０．５７という低さであることができ、６５００ＫのＣＣＴ値では、Ｒａ＞８０として、ＭＤＥＲ値は１．１７まで上がることができる。照明装置１００で得られる利用可能なＭＤＥＲ値の範囲は、ＢＢＬ上にない色点、すなわち、Ｄｕｖがゼロでない色点に結合光１９０を調節することで更に拡大され得る。例えば、ＢＢＬよりも下に結合光１９０の色点を調節することで、より高いＭＤＥＲを得ることができ、ＢＢＬよりも上に結合光１９０の色点を調節することで、より低いＭＤＥＲを得ることができる。
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、一次光源の各々に印加されるバイアス（入力電力）を制御するためのコントローラを備えた、ここに開示される照明装置の様々な実装例を示している。図８Ａでは、照明装置８０１のハウジング８１１内にコントローラ８５１が含められている。一次光源８４１の各々が、コントローラ８５１に直接接続された対応する電気コネクタ８７１（例えば、図１Ａの個々の電気接続１６１、１６２、１６３、及び１６４に対応する）を有する。コントローラ８５１は、一次光源８４１を動作させるための様々なコンポーネントを含むことができ、例えば、メモリコンポーネント８５４と、ユーザがコントローラ８５１を操作することを可能にするインタフェースコンポーネント８５５とを含み得る。図８Ｂでは、コントローラ８５６は照明装置８０２のハウジング内にはなく、別個の外部デバイスである。コントローラ８５６は、別個のケーブル８５９若しくは他の配線を介して、又は無線で、照明装置８０２の電気コネクタ８７２（例えば、図１Ａの個々の電気接続１６１、１６２、１６３、及び１６４に対応する）に電気的に接続され、これは、コントローラ８５６が照明装置８０２から切り離されて分離されることを可能にする。コントローラ８５６は、一次光源８４２を動作させるための様々なコンポーネントを含むことができ、例えば、メモリコンポーネント８５７と、ユーザがコントローラ８５１を操作することを可能にするインタフェースコンポーネント８５８と含み得る。図８Ｃでは、コントローラが、照明装置８０３のハウジング８１３内にある内部部分８８１と、ケーブル８８６若しくは他の配線を介して又は無線で内部部分８８１に接続される外部部分８８３とに分割されている。外部部分８８３は照明装置８０３から切り離されることができる。一次光源８４３の各々が、コントローラの内部部分８８１に直接接続された対応する電気コネクタ８７３（例えば、図１Ａの個々の電気接続１６１、１６２、１６３、及び１６４に対応する）を有する。コントローラの内部部分８８１及び外部部分８８３はまた、一次光源８４３を動作させるための内部コンポーネントを含むことができ、例えば、メモリ８８２、８８４と、インタフェースコンポーネント８８８、８８９とを含み得る。情報、インタフェース及び／又はその他の制御機能の一部が、内部部分８８１のコンポーネントと外部部分８８３のコンポーネントとの間で分割されてもよいし、全てがコントローラの内部部分８８１及び外部部分８８３の一方又は他方の中に含まれてもよい。
コントローラ８５１、８５６、及び８８１／８８３を動作させること、並びにコントローラ８５１、８５６、及び８８１／８８３から照明装置１００を動作させるのに使用されるバイアス値を決定及び入力することには、様々な方法が用いられ得る。基本的な動作方法では、バイアス値が直接入力され、コントローラ８５１、８５６、及び８８１／８８３は、一次光源の各グループに使用すべきバイアス値だけを入力することができる“ダイヤル”機能を持つ。
他の一例において、コントローラ８５１、８５６、８８１／８８３は集積データを含み、コントローラ８５１、８５６、８８１／８８３への入力は、所望の色点（例えば、ＣＣＴ、Ｄｕｖ座標で表される）、強度（減光レベル）、及び所望のスペクトル性能を記述するパラメータを含み得る。これらの入力は、例えば“最大忠実度”、“最大彩度”、“最大メラノピックコンテンツ”、“最小メラノピックコンテンツ”などの異なる設定の形式をとり得る。コントローラ８５１、８５６、８８１／８８３のメモリコンポーネント８５４、８５７、８８２／８８４は、色点の離散的なセットに対して、異なる設定に対応する一次バイアス値を格納し得る。これらの値はオフラインで計算されてルックアップテーブルとしてメモリに格納され得る。補間を用いて、予め計算された一組の離散的な色点間の色点についての適切なバイアス値を決定し得る。
コントローラ８５１、８５６、８８１／８８３を動作させる方法の更なる例では、プリセット又はアルゴリズムがプログラムされ、入力のうち２つ以上が予め定められた方式で結合される。例えば、ユーザ又は外部コントローラがＣＣＴ及び強度レベルのみを設定するように、“好まれる色”プリセットがＤｕｖ及びスペクトル設定入力をＣＣＴ入力にリンク付けし得る。他の一例において、“サーカディアン”プリセットが、ＣＣＴ、Ｄｕｖ、強度、及びスペクトル設定を制御する単一の外部入力のみを有し得る。そして、このようなプリセットが、外部入力スケールの一端で、最小限のメラノピックコンテンツを有した、ＢＢＬ上の薄暗い暖白色の光を提供し、スケールの他端で、最大化されたメラノピックコンテンツを有した、ＢＢＬよりも上の明るい冷白色の光を提供し得る。更なる他の一例において、例えば時刻、占有レベル、又は周辺光レベルなどの外部入力が集積コントローラに付加されて、プリセットがこれらの外部入力に依存するようにし得る。
図９Ａは、それぞれのＣＣＴ（Ｋ）で最も高いＣＲＩ Ｒａを持つ結合光を生成するバイアス設定についての、各一次光源及び全ての原色の平均に対するＣＣＴ（Ｋ）値の関数としてのＬＥＤ使用率のプロットであり、図９Ｂは、ＣＣＴ（Ｋ）の関数としての、最も高いＣＲＩ Ｒａを持つ結合光についての正規化した光束のプロットである。図９Ａにおいて、プロット９０１は一次光源１１０からのものであり、プロット９０２は一次光源１２０からのものであり、プロット９０３は一次光源１３０からのものであり、プロット９０４は一次光源１４０からのものであり、プロット９０６は全ての原色の平均である。照明装置１００は、図９Ａに示されるように、広いＣＣＴ範囲にわたって高い平均ＬＥＤ使用率を維持することが可能である。説明の目的で、図９Ａ（及び９Ｂ）では、各一次ＬＥＤが公称動作条件で同じ放射束を放つと仮定している（実際には、全ての一次ＬＥＤが同じデバイスアーキテクチャで実装される場合、第２及び第４の一次ＬＥＤは、第２原色では長波長ブルーの低めのパワー変換効率のため、及び第４原色の量子効率及びストークス損失のために、幾分低い光束を持つことになる）。このＣＣＴ範囲の殆どで、平均使用率は５０％より高い。図９Ｂは、同じ仮定の下で、正規化された光束をＣＣＴに対して示している。
照明装置１００において、光束及び効率は、（ｉ）一次光源からの光が２つの異なる蛍光体によって二度ダウンコンバートされることに伴う損失を回避するものである、グリーン蛍光体とレッド蛍光体との分離、及び（ｉｉ）蛍光体の大部分が高効率のロイヤルブルーＬＥＤによってポンプされることによって、更に最適化される。対照的に、単一のパッケージでメラノピックコンテンツに関して最適化された白色スペクトルを提供する従来技術のＬＥＤは、必然的に蛍光体の大部分を、あまり効率的でないバイオレット又は長波長ブルーのＬＥＤでポンプする。
この開示は、例示的なものであり、限定的なものではない。この開示に照らして当業者には更なる変更が明らかになり、それらは添付の請求項の範囲内にあることが意図される。

Claims (20)

  1. ４２０－４４０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第１ポンプ光を放つように構成された第１ポンプダイと、第１ポンプ光の一部を吸収し、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第１ダウンコンバータ光を放つように構成された第１ダウンコンバータと、を含む第１の一次光源、
    ４７０－５００ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第２ポンプ光を放つように構成された第２ポンプダイと、第２ポンプ光の一部を吸収し、４９５－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第２ダウンコンバータ光を放つように構成された第２ダウンコンバータと、を含む第２の一次光源、
    ４４０－４６０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第３ポンプ光を放つように構成された第３ポンプダイと、実質的に全ての第３ポンプ光を吸収し、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第３ダウンコンバータ光を放つように構成された第３ダウンコンバータと、を含む第３の一次光源、及び
    ４４０－４６０ｎｍの範囲内にピーク発光波長を持つ第４ポンプ光を放つように構成された第４ポンプダイと、実質的に全ての第４ポンプ光を吸収し、５８０－６６０ｎｍの波長範囲内にピーク発光を持つ第４ダウンコンバータ光を放つように構成された第４ダウンコンバータと、を含む第４の一次光源、
    を有する照明装置。
  2. 未変換の第１ポンプ光の部分と第１ダウンコンバータ光とが組み合わさって第１の光を形成し、未変換の第２ポンプ光の部分と第２ダウンコンバータ光とが組み合わさって第２の光を形成し、第３ポンプ光の実質的に全てが第３ダウンコンバータ光に変換されて第３の光を形成し、第４ダウンコンバータ光の実質的に全てが変換されて第４の光を形成する、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第１の光は、０．３５より低いＭＤＥＲを持つ、請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記第２の光は、０．６５より高いＭＤＥＲを持つ、請求項２に記載の照明装置。
  5. 前記第１の一次光源は、前記第１ポンプダイに第１バイアスを提供するための第１電気接続を有し、前記第２の一次光源は、前記第２ポンプダイに第２バイアスを提供するための第２電気接続を有し、前記第３の一次光源は、前記第３ポンプダイに第３バイアスを提供するための第３電気接続を有し、前記第４の一次光源は、前記第４ポンプダイに第４バイアスを提供するための第４電気接続を有する、請求項２に記載の照明装置。
  6. 前記第１の光の量を制御するための前記第１バイアスと、前記第２の光の量を制御するための前記第２バイアスと、前記第３の光の量を制御するための前記第３バイアスと、前記第４の光の量を制御するための前記第４バイアスとを独立に入力するように構成されたコントローラ、を更に有する請求項５に記載の照明装置。
  7. 前記コントローラは、前記第１の光の前記量、前記第２の光の前記量、前記第３の光の前記量、及び前記第４の光の前記量から形成される結合光を提供するための一組以上の所定の第１、第２、第３、及び第４バイアス値を格納するように構成されたメモリを有し、前記結合光は、ＣＣＴ値と、光束値と、Ｒａ値、ＴＭ－３０－１８ Ｒｆ値、Ｒｃｓ，ｈ１値、若しくはＭＤＥＲ値のうちの１つとを持つ、請求項６に記載の照明装置。
  8. 前記結合光は、２０００Ｋと１００００Ｋとの間の範囲内とすることができるＣＣＴ値と、８０より高いＲａ値と、０．２５から１．３９の範囲内とすることができるＭＤＥＲ値とを持つ、請求項７に記載の照明装置。
  9. 前記第１の光は、０．１８＜ｕ’＜０．４、ｖ’＜０．４２の範囲内のＣＩＥ １９７６色点を持ち、前記第２の光は、ｕ’＜０．１８、ｖ’＞０．２５の範囲内の色点を持ち、前記第３の光は、０．１８＜ｕ’＜０．２５、ｖ’＞０．５３の範囲内の色点を持ち、前記第４の光は、ｕ’＞０．３５，ｖ’＞０．５０の範囲内の色点を持つ、請求項２に記載の照明装置。
  10. 第１発光スペクトルを持つ第１の光を放つように構成された第１の一次光源であり、前記第１発光スペクトルは、４２０－４４０ｎｍの範囲内の波長の第１ピークと、５３０－５８０ｎｍの波長範囲内の第２ピークとを持つ、第１の一次光源と、
    第２発光スペクトルを持つ第２の光を放つように構成された第２の一次光源であり、前記第２発光スペクトルは、４７０－５００ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第２の一次光源と、
    第３発光スペクトルを持つ第３の光を放つように構成された第３の一次光源であり、前記第３発光スペクトルは、５３０－５８０ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第３の一次光源と、
    第４発光スペクトルを持つ第４の光を放つように構成された第４の一次光源であり、前記第４発光スペクトルは、５８０－６６０ｎｍの範囲内の波長のピークを持つ、第４の一次光源と、
    を有する照明装置。
  11. 前記第１の光は、０．３５より低いＭＤＥＲを持つ、請求項１０に記載の照明装置。
  12. 前記第２の光は、０．６５より高いＭＤＥＲを持つ、請求項１０に記載の照明装置。
  13. 前記第１の光は、０．１８＜ｕ’＜０．４、ｖ’＜０．４２の範囲内のＣＩＥ １９７６色点を持ち、前記第２の光は、ｕ’＜０．１８、ｖ’＞０．２５の範囲内の色点を持ち、前記第３の光は、０．１８＜ｕ’＜０．２５、ｖ’＞０．５３の範囲内の色点を持ち、前記第４の光は、ｕ’＞０．３５，ｖ’＞０．５０の範囲内の色点を持つ、請求項１０に記載の照明装置。
  14. 調節可能量の前記第１の光と、調節可能量の前記第２の光と、調節可能量の前記第３の光と、調節可能量の前記第４の光とが組み合わさって結合光を形成するように構成される、請求項１０に記載の照明装置。
  15. 前記結合光は、２０００Ｋから１００００Ｋとの間のＣＣＴ（Ｋ）値に対してＲａ＞９０を維持する、請求項１４に記載の照明装置。
  16. 前記結合光は、０．２５から１．３９の範囲内のＭＤＥＲを持つ、請求項１４に記載の照明装置。
  17. 設定されたＣＣＴ（Ｋ）及びＲａ＞８０を維持しながら、前記結合光のＭＤＥＲを基準源ＭＤＥＲの９０％から１００％の間で変化させることができ、前記基準源は、ＣＣＴ値が５０００Ｋより下で黒体放射体であり、ＣＣＴ値が５０００Ｋより上でＣＩＥ Ｄ光源である、請求項１４に記載の照明装置。
  18. 前記第１の一次光源は、前記第１ポンプダイに第１バイアスを提供するための第１電気接続を有し、前記第２の一次光源は、前記第２ポンプダイに第２バイアスを提供するための第２電気接続を有し、前記第３の一次光源は、前記第３ポンプダイに第３バイアスを提供するための第３電気接続を有し、前記第４の一次光源は、前記第４ポンプダイに第４バイアスを提供するための第４電気接続を有する、請求項１０に記載の照明装置。
  19. 当該照明装置は更に、前記第１電気接続、第２電気接続、第３電気接続、及び第４電気接続の各々に電気的に接続されたコントローラを有し、
    前記コントローラは、前記第１バイアス、第２バイアス、第３バイアス、及び第４バイアスを提供し、前記コントローラは、２０００Ｋから１００００Ｋの範囲内のＣＣＴ（Ｋ）値及び０．２５から１．３９の範囲内のＭＤＥＲを持つ結合光を生成するための第１、第２、第３、及び第４バイアス値を格納するように構成されたメモリを含む、請求項１８に記載の照明装置。
  20. 複数の第１の一次光源であり、各第１の一次光源が、バイオレットポンプダイと、該バイオレットポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを有し、該バイオレットポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第１パッケージに収容されている、複数の第１の一次光源と、
    複数の第２の一次光源であり、各第２の一次光源が、シアンブルーポンプダイと、該シアンブルーポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを有し、該シアンブルーポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第２パッケージに収容されている、複数の第２の一次光源と、
    複数の第３の一次光源であり、各第３の一次光源が、ロイヤルブルーポンプダイと、該ロイヤルブルーポンプダイ上に配置されたグリーン蛍光体とを有し、該ロイヤルブルーポンプダイ及び該グリーン蛍光体が第３パッケージに収容されている、複数の第３の一次光源と、
    複数の第４の一次光源であり、各第４の一次光源が、別のロイヤルブルーポンプダイと、該別のロイヤルブルーポンプダイ上に配置されたレッド蛍光体とを有し、該別のロイヤルブルーポンプダイ及び該レッド蛍光体が第４パッケージに収容されている、複数の第４の一次光源と、
    を有し、
    前記第１、第２、第３、及び第４パッケージは各々別々のパッケージである、
    照明装置。
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