TW201939765A - 具有黑視素發射光譜之發光設備 - Google Patents

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Abstract

一種具有一黑視素發射光譜之發光二極體(LED)可包括一主光源及一磷光體。該主光源可包括一發射光譜，該發射光譜包括中心在480 nm至500 nm之一波長處的一第一峰值。該磷光體在被激勵時可包括一發射光譜，該發射光譜包括中心在640 nm至750 nm之一波長處的一第二峰值，且該第一峰值之強度大於該第二峰值之強度。一種發光設備可包括具有一傳統白光發射光譜之一第一LED及具有一黑視素發射光譜之一第二LED。自該設備發射之光可包括在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標，該等色度座標係在來自具有色度座標x為0.34至0.45之黑體軌跡的一階麥克亞當橢圓內。

Description

具有黑視素發射光譜之發光設備
本申請案主張2019年2月8日申請且發明名稱為「LIGHT EMITTING APPARATUS WITH MELANOPIC EMISSION SPECTRUM」之美國非臨時專利申請案第16,270,936號的優先權；該非臨時專利申請案主張2018年2月26日申請且發明名稱為「Systems and Methods of Human Centric Lighting」之美國臨時專利申請案第62/635,038號的利益；該等申請案全部藉此出於所有目的以引用方式併入。
本發明係有關於具有黑視素發射光譜之發光設備。
晝夜節律調節無數個生物過程，該等生物過程最後都會進入較高級之行為，諸如睡眠及醒來模式。光為用於調整晝夜節律之主要途徑。新穎之感光器(含有被稱作黑視素之發光色素)直接投射至視交叉上核，主時鐘位於該等視交叉上核上。此表明與太陽活動週期之進化關係。然而，在現代社會中，此關係被打破，因為吾人90%以上之時間係在室內。此已導致較佳睡眠時間之大幅變化，在許多情況中，此情況與社會需求不同步。
黑視素感光器對一系列波長敏感且在約480 nm至500 nm之波長處達到峰值光吸收。近來之科學研究已表明，480 nm至500 nm之光為對人類中之非視覺過程的重要刺激，包括生理及神經學效應，諸如瞳孔光反射及晝夜節律牽引。
人眼具有感光之三種錐狀細胞，該等錐狀細胞在短(例如，420 nm至440 nm)、中間(例如，530 nm至540 nm)及長(例如，560 nm至580 nm)波長中具有光譜靈敏度之峰值。此等錐狀細胞負責人類色覺，因此與該三種錐狀細胞之刺激程度對應的三個參數原則上描述任何人類色感。國際照明委員會(CIE) 1931顏色空間為電磁可見光譜中之波長分佈與人類視覺中生理上感知到之顏色之間的第一、經限定之量化連結。限定此等顏色空間之數學關係為用於顏色管理的基本工具，且在處理彩色墨水、發光顯示器及記錄裝置(諸如數位相機)時係重要的。CIE 1931 RGB顏色空間及CIE 1931 XYZ顏色空間由國際照明委員會在1931年創建。與顏色空間相關聯之三激值(例如，CIE 1931 XYZ顏色空間中之X、Y及Z)可被概念化為三色、加色模型中之三種原色的量。
藉由CIE顏色空間模擬之三種人類視覺感測器(錐狀細胞)儘管視覺感知無急劇變化但在視網膜內仍並非完全均一。錐狀細胞類型之分佈在視網膜內係不同的。不僅在中央視野(被稱作中央凹)中存在密集之錐狀細胞，而且大部分之短波長錐狀細胞駐留在中央凹區外。另外，中央凹及周圍區域被黃斑色素遮蓋，黃斑色素會使短波長之光衰減。傳統上，當模擬中央凹區之感知(例如，使用CIE顏色空間)時，使用所謂之2度觀察者(參考藉由中央凹區觀察之窄視野)。替代地，使用所謂之10度觀察者來模擬較寬視野之感知，該較寬視野利用在黃斑區之內及之外的感光器。
由於錐狀細胞及黃斑色素在人眼中之分佈，顏色空間之三激值對應於觀察者之視野。為了消除此變量，CIE限定被稱作標準(比色)觀察者之顏色映射函數，該函數表示在平均中央凹內部之2度弧內的色回應。相應地，CIE 1931標準觀察者函數也被稱作CIE 1931 2度標準觀察者。更現代但較少使用之替代方案為CIE 1964 10度標準觀察者，該觀察者表示在平均視網膜之超黃斑區內部之4度與10度之間的色回應。
在一些實施方案中，具有黑視素發射光譜之發光二極體(LED)包括主光源及磷光體。在一些實施方案中，該主光源具有一發射光譜，該發射光譜包括中心在480 nm至500 nm之波長處的第一峰值，該磷光體在藉由來自該主光源之光激勵時具有發射光譜，該發射光譜包括中心在640 nm至750 nm之波長處的第二峰值，該第一峰值之強度大於該第二峰值之強度，且自該LED發射之光包括自該主光源及該磷光體發射之光。
在一些實施方案中，一種發光設備包括：第一發光二極體(LED)，該第一LED具有包括傳統白光發射光譜之發射光譜；及第二LED，該第二LED具有黑視素發射光譜。在一些實施方案中，該黑視素發射光譜包括中心在480 nm至500 nm之波長處的第一峰值、中心在640 nm至750 nm之波長處的第二峰值，其中該第一峰值之強度大於該第二峰值之強度。在一些實施方案中，光係自該發光設備發射，該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在來自色度座標x為0.34至0.45之範圍中的黑體軌跡之一階麥克亞當橢圓內。
本揭示案描述具有黑視素發射光譜之發光二極體(LED)，該等發光二極體與習知晝夜LED系統相比具有經改良之視覺美學品質。在一些實施例中，根據各種準則(例如，在CIE顏色空間內)，視情況地藉由特定觀察者(例如，2度或10度)，對具有黑視素發射光譜之LED的色度座標進行調整。在一些實施例中，將來自具有黑視素發射光譜之LED的光與來自白光LED之光組合，且組合光具有對典型觀察者呈現為白色之顏色。術語「黑視素光」或「黑視素發射光譜」如本文中所使用係指包括在480 nm至500 nm之波長範圍中之強強度峰值的光或發射光譜。
在一些實施例中，操控(或調整)來自發光設備之光之光譜使之具有所要色度座標(例如，在使用1964 10°補充標準觀察者之CIE 1931顏色空間圖中)。舉例而言，一LED可具有在480 nm至500 nm之範圍中具有強峰值的發射光譜，且可調整該LED之光譜，使得當該LED與傳統白光LED (例如，具有圖1A中所示之光譜)組合時，組合光呈現為白色(例如，具有在CIE 1931顏色空間圖中在ANSI 4000 K分區內之色度座標)。
調節無數生物過程且主要藉由光來調節之晝夜節律在現代社會被打破，因為人們大部分時間係在室內。此問題因以下事實而激化：LED照明在黑視素之峰值敏感性中具有極少能量。黑視素感光器(其對非視覺刺激係重要的，該非視覺刺激包括生理及神經效應，諸如瞳孔光反射及晝夜節律牽引)在約480 nm至500 nm之波長處具有峰值光吸收。圖1A示出具有傳統白光發射光譜110之典型LED的實例，其中y軸單位為相對強度(W/nm)，該白光發射光譜含有在約450 nm處的較強之銳利(主)峰值及自約520 nm至640 nm的較弱之較寬(輔)峰值。該圖亦示出「黑視素效率曲線」120，該黑視素效率曲線為黑視素感光器之正規化經加權回應率光譜。該圖示出傳統白光LED光譜通常在黑視素感光器強烈回應之範圍中具有很小之強度。
已在1931 CIE顏色空間中針對CIE 1931 2度標準觀察者(亦即，2度觀察者)及CIE 1964 10度標準觀察者(亦即，10度觀察者)產生心理物理顏色匹配函數。習知工業規範(諸如用於傳達光之顏色及用於顏色量測裝置)依賴於2度觀察者，且在許多情形中，2度觀察者足以相當準確地描述所感知到之顏色。令人驚訝地，對於包括黑視素發射光譜且設法呈現為白色之許多光譜，情況並非如此。在許多情況中，當前實施例獨特地認識到，對於來自包括具有黑視素發射光譜之至少一個光源之發光設備的光譜，10度觀察者可比2度觀察者更準確地描述該光譜的所感知到之顏色。
習知上，在CIE 1931顏色空間圖中使用2度觀察者來對LED進行顏色匹配(例如，與白光標準或4000 K白光匹配)。令人驚訝地，當前方法利用以下獨特發現：在具有大量黑視素光的顏色匹配之LED時此慣例係不足的且導致看似與普通觀察者(亦即，普通人)失配之照明光譜。對於具有大量黑視素光的顏色匹配之LED，當前方法使用在CIE 1931顏色空間圖中之10度觀察者，得到看似與普通觀察者匹配之光譜的良好顏色匹配結果。
舉例而言，在對本揭示案執行之研究中，將使用2度觀察者之習知方法及使用10度觀察者之當前方法進行比較以調整來自一組LED之光的強度比率。調整該組經調整LED之強度比率，使得組合光具有使用2度及10度觀察者在CIE 1931顏色空間圖之一區內的色度座標，該區為白色(例如，在4000 K ANSI分區內)。該組經調整之LED中之第一LED具有大量黑視素光，且該組經調整之LED中之第二LED為傳統白光LED。美國專利第9,844,116號及第9,788,387號描述了用於藉由組合具有不同顏色(亦即，具有不同發射光譜)之多個LED來控制LED發光裝置之光譜的系統及方法，且進一步闡釋如何調整LED強度比率使得組合光具有某些色度座標。使用經調整之LED組合來照射一個白色盒子，且使用具有與經調整之LED相同的相關色溫(CCT)的傳統LED來照射第二白色盒子。該兩個白色盒子並排放置，且給觀察者發問卷以便評估其對不同顏色之感知。
以上研究之結果如下。普通觀察者確定來自使用2度觀察者調整強度比率之2個經調整LED的組合光之顏色不匹配具有與該2個經調整LED相同之CCT的傳統LED之顏色。普通觀察者亦確定來自使用2度觀察者調整強度比率之2個經調整LED的組合光之顏色看似比傳統白光LED之顏色具有較少白色。令人驚訝地，在使用10度觀察者時，結果係不同的。普通觀察者確定來自使用10度觀察者調整強度比率之2個經調整LED的組合光之顏色匹配具有與該2個經調整LED相同之CCT的傳統LED之顏色。換言之，此等結果表明，當使用2度觀察者時，儘管根據所有量測設備所得之經校準光譜明顯將相同的事實，所感知到之顏色實際上係不同的。此外，確定10度觀察者顏色匹配函數為個人之實際感知顏色的更好預測者。普通觀察者亦確定來自使用10度觀察者調整強度比率之2個經調整LED的組合光之顏色看似與傳統白光LED之顏色大致一樣白。
在當前實施例中，因此，使用10度觀察者來調整來自一組LED之光的色度座標，使得來自該等LED之組合光對典型觀察者呈現為白色。在下文更詳細地描述若干實例及進一步闡釋。
在一些情況中，當使用2度觀察者時，來自上述經調整LED之組合光亦稍呈綠色，此通常被認為係意欲用於照明應用之白色光源之光的非所要顏色。然而，當使用10度觀察者時，來自上述經調整LED之組合光呈現與白光LED大致相同之顏色。
描述使用2度觀察者及10度觀察者確定之特定光源的色度座標之差異的一種方法係經由CIE 1931顏色空間圖中的座標之向量偏移。具有大向量偏移之LED對觀察者更敏感(亦即，在使用不同觀察者進行顏色匹配時，所感知到之顏色將更有可能被感知為不同的)，而具有較小偏移之LED對觀察者較不敏感。
在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之LED被設計成在CIE 1931顏色空間圖中在負X方向及正Y方向上具有其色度座標自2度觀察者至10度觀察者之向量偏移。此與傳統白光LED相反，該白光LED當在正X方向及負Y方向上自2度觀察者移動至10度觀察者時具有向量偏移。在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之LED的在2度觀察者至10度觀察者之間的色度座標之大偏移要求在調整此等LED之色調座標時使用10度觀察者。
圖1A亦示出傳統白光LED光譜110的在2度觀察者(實線)與10度觀察者(虛線)中之三個顏色匹配函數130 (「CMF」，每個三激值各一個)之6個曲線。此等顏色匹配函數中之每一者在圖1B中標出，其中132a、134a及136a分別為2度觀察者中之X、Y及Z顏色匹配函數，且132b、134b及136b分別為10度觀察者中之X、Y及Z顏色匹配函數。在圖1B中，再次包括黑視素效率曲線120以供參考。傳統白光LED之2度顏色匹配函數與10度顏色匹配函數之間的差異在圖1B中藉由曲線對之間的差異示出。該圖示出兩個模型之間的最大偏差位於450 nm (在曲線136a與136b之間)及490 nm (在曲線134a與134b之間)附近之區中。此等差異對於LED照明特別重要，因為傳統LED照明具有在450 nm區中之峰值發射及在490 nm區中之穀值(例如，如圖1A中之示例性光譜110中所示)。傳統LED照明光譜中之450 nm峰值及490 nm穀值亦導致前述之晝夜節律紊亂惡化。
在一些實施例中，來自白光LED之光與來自具有黑視素發射光譜之LED的光組合，且組合光對普通觀察者呈現為白色。白光LED可為任何LED，該LED具有色度座標接近於黑體軌跡(在2度或10度觀察者中)之發射光譜。圖2A示出著重於黑視素區之補充LED 220的光譜之實例及在此類LED與傳統白光LED光譜210組合時產生之組合光譜230。光譜210為來自3500 K白光LED之示例性光譜。
在一些實施例中，來自具有黑視素發射光譜之LED的光譜及/或藉由將來自具有黑視素發射光譜之LED (例如，補充LED 220)之光與來自白光LED (例如，傳統白光LED)之光組合而產生之光譜具有以下性質中之一或多者。在一些實施例中，自500 nm至700 nm之第二波長帶中之總輻射功率大於該光譜中之總輻射功率的一半。在一些實施例中，在480 nm至500 nm之波長帶中的最大功率密度大於400 nm至480 nm之波長帶中的最大功率密度。在一些實施例中，光譜強度剖面具有在480 nm至500 nm之波長帶中的峰值，該峰值之功率密度大於在400 nm至480 nm之波長帶中的最大功率密度。在一些實施例中，自400 nm至450 nm之波長範圍中之總輻射功率小於該光譜中之總輻射功率的10%。在一些實施例中，自450 nm至500 nm之波長範圍中之總輻射功率大於該光譜中之總輻射功率的15% (或大於10%、或大於20%)。在一些實施例中，自400 nm至440 nm之波長範圍中之總輻射功率小於該光譜中之總輻射功率的5% (或小於10%)。在一些實施例中，在480 nm至500 nm之波長範圍中的最大功率密度為400 nm至480 nm之波長範圍中的最大功率密度的至少1.8倍。在一些實施例中，在480 nm至500 nm之波長範圍中的最大功率密度為500 nm至700 nm之波長範圍中的最大功率密度的至少80% (或至少70%、或至少90%)。在一些實施例中，在460 nm至500 nm之第一波長帶中的總輻射功率大於500 nm至700 nm之第二波長帶中的總輻射功率。在一些實施例中，自400 nm至440 nm之波長範圍中之總輻射功率小於該光譜中之總輻射功率的4% (或小於2%、或小於5%、或小於10%)。在一些實施例中，在470 nm至500 nm之波長範圍中的最大功率密度為400 nm至470 nm之波長範圍中的最大功率密度的至少1.5倍。在一些實施例中，在480 nm至500 nm之波長範圍中的最大功率密度為500 nm至700 nm之波長範圍中的最大功率密度的至少80%。在一些實施例中，在480 nm至500 nm之波長範圍中的最大功率密度為400 nm至480 nm之波長範圍中的最大功率密度的至少1.8倍。在一些實施例中，660 nm處之功率密度為630 nm處之功率密度的至少75% (或至少70%、或至少80%)。
另外，在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之當前LED亦利用包括具有生物學意義之多個波長的生物光。下視丘中之視交叉上核使用來自視網膜中之神經節細胞的輸入來調節晝夜節律。神經節細胞含有被稱作視蛋白之蛋白質，其中黑視素(Opn4)對490 nm之波長作出回應。具有黑視素發射光譜之當前LED的照明剖面包括與光學輸入相關之此黑視素光譜分量。具有黑視素發射光譜之當前LED的照明剖面亦可包括與皮膚之光學窗口及皮下細胞刺激相關之增強光譜分量(例如，660 nm左右之深紅色及/或紅外線)。一些實施例獨特地利用具有包括用於光學刺激之490 nm與用於皮下細胞刺激之660 nm之光譜的LED。此外，在Ota等人近來之研究「Impaired Circadian Photoentrainment in Opn4-Null Mice,」iScience , p. 299-305, 2018年8月31日中發現在380 nm處具有峰值吸收之Opn5亦在光牽引中起作用。在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之當前LED的照明光譜亦可獨特地包括在380 nm周圍之峰值波長。
圖2B分別示出黑視素發射光譜220、示例性傳統白光LED光譜110及組合光譜230的自2度觀察者移動至10度觀察者之色度座標250、260及270的變化。圖2B亦示出來自黑視素發射光譜220與具有3500 K之CCT之傳統白光LED光譜的組合光譜的自2度觀察者移動至10度觀察者之色度座標272的變化。x或y色度座標之變化在本文中被限定為自10度觀察者中之x或y色度座標減去2度觀察者中之x或y色度座標。圖2B示出來自示例性LED補充之發射光將具有與傳統LED之向量偏移260相比實質上不同之向量偏移250。在一些實施例中，具有黑視素發射光譜之LED補充之向量偏移不僅在與傳統白光LED之偏移相反的方向上，而且其亦具有比傳統LED之偏移之量值的四倍大之量值。另外，在一些實施例中，補充LED與傳統白光LED之組合光(例如，具有圖2A中之光譜230)將具有與構成LED中之任一者相比自2度至10度觀察者的顯著不同之向量偏移。舉例而言，組合光譜230具有向量偏移270，該向量偏移具有小量值且在與構成LED中之任一者完全不同的象限中。
在一些實施例中，該發光設備含有補充LED及白光LED，且來自該兩個LED之光組合以產生自該設備發出之白光，該白光對普通人呈現為白色。在一些實施例中，在CIE 1931顏色空間圖中，補充LED具有在x座標上自-0.025至-0.01且在y座標上自0.04至0.09的、自使用1931 2°標準觀察者之色度座標至使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標的色度座標(x,y)之偏移。在一些實施例中，具有量值大於0.04、或大於0.05、或大於0.06、或大於0.07、或為0.04至0.10的色度座標(x,y)之偏移。
可以將著重於黑視素區之補充LED (例如，具有圖2A中之光譜220的LED)添加到任何白光LED (例如，具有傳統白光LED光譜210之LED)，且組合光譜可以呈現為白色。在一些實施例中，來自該兩個LED之組合光具有具有自480 nm至500 nm之全域最大值的光譜。在一些實施例中，來自該兩個LED之組合光具有大於70、或大於75、或大於80、或大於85之演色指數(CRI)。在一些實施例中，來自該兩個LED之組合光具有小於3.1、或小於3.3、或小於3.5之發紺觀察指數(COI)。在一些實施例中，來自該兩個LED之組合光被黑視素強烈地吸收且滿足人類體內之正常晝夜節律。
在一些實施例中，補充LED具有中心在480 nm至500 nm、或490 nm至500 nm、或480 nm至490 nm、或約490 nm之波長處的第一峰值。在一些實施例中，補充LED具有中心在640 nm至750 nm、或740 nm至800 nm、或約640 nm、或約680 nm、或約720 nm、或約740 nm、或約780 nm、或大於640 nm之波長處的第二峰值。在一些實施例中，第一峰值之最大強度與第二峰值之最大強度的比率大於1、或大於2、或大於3、或為1至5。在一些實施例中，補充LED在CIE 1931顏色空間圖中具有使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標、包括0.22至0.43之x及0.34至0.47之y。
在一些實施例中，補充LED (例如，具有黑視素發射光譜之LED)含有主光源及磷光體。主光源之實例為具有InGaN發光材料之LED (例如，具有在約490 nm處之發射峰值的摻雜InGaN LED)，但可使用具有適當發射光譜之任何LED光源。磷光體材料之一些實例為CaAlSiN3­ :Eu2 + (CASN磷光體)及Sr[LiAl3 N4 ]:Eu2+ ，然而，可使用具有適當發射光譜之任何磷光體材料。舉例而言，主光源可發出構成第一峰值(例如，中心在480 nm至500 nm之波長處)之光，且磷光體可發出構成第二峰值(例如，中心在640 nm至660 nm、或640 nm至750 nm之波長處)之光。在一些實施例中，來自此類補充LED之光譜將具有來自主光源之第一峰值及藉由磷光體發射之第二峰值，且第一峰值之強度大於第二峰值之強度，或第一峰值之強度為第二峰值之強度的1.5倍、或2倍、或3倍、或5倍、或2倍以上。具有黑視素發射光譜之補充LED可得益於包括磷光體，因為磷光體可簡化結合了該LED之發光系統。舉例而言，當具有在黑視素發射光譜範圍(例如，自480 nm至500 nm)之單個峰值的補充LED與具有傳統白光發射光譜之LED在系統中結合時，組合光可呈綠色，且可能需要第三光源來調整組合光以呈現白色。在一些實施例中，第三光源為第三LED (例如，具有在640 nm至750 nm範圍中之單個發射峰值)，該第三LED將增加該系統之複雜性。在其他實施例中，補充LED可包括磷光體(例如，具有在640 nm至750 nm範圍中之發射峰值)，且磷光體將用作第三光源。在該情況中，在該系統中僅要控制兩個LED (亦即，2通道系統)，而非三個(亦即，三通道系統)，此為有益的，因為其簡化了系統。在一些情況中，亦存在使用可控之額外光源而非具有磷光體之補充LED的優點，諸如在操作中系統之可調整性提高。此係因為補充LED中之磷光體與主光源的發射強度之比率為固定的，與包括多個LED及能夠在操作期間改變來自每個LED之發射量之控制系統的系統相反。
在一些實施例中，補充LED包括主光源及磷光體，且在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的來自主光源之發射光譜的色度座標(x,y)包括0.06至0.1之x及0.36至0.53之y。在一些實施例中，補充LED包括主光源及磷光體，且在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的來自磷光體之發射光譜的色度座標(x,y)包括0.55至0.68之x及0.31至0.4之y或0.66至0.68之x及0.31至0.33之y。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將具有在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的、0.22至0.43之x及0.34至0.47之y的色度座標(x,y)。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將具有在CIE 1931顏色空間圖中之色度座標(x,y)，該等色度座標在負x方向及正y方向上自使用1931 2°標準觀察者之色度座標偏移至使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將在CIE 1931顏色空間圖中具有-0.025至-0.01之x座標及0.04至0.09之y座標的偏移的、在使用1931 2°標準觀察者之色度座標與使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標之間的偏移。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將在CIE 1931顏色空間圖中具有在使用1931 2°標準觀察者之色度座標與使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標之間的偏移，該偏移具有大於0.04之量值。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將在CIE 1931顏色空間圖中具有色度座標(x,y)，該等色度座標使用1931 2°之標準觀察者係在黑體軌跡下方且使用1964 10°補充標準觀察者係在黑體軌跡上方。
在一些實施例中，補充LED (例如，具有黑視素發射光譜之LED)含有主光源及兩個磷光體。在一些此類情況中，該主光源可被兩個磷光體完全(或幾乎完全)吸收，使得自該LED發出之光含有自該兩個磷光體發出之光且不含有(或幾乎不含有)來自主光源之光。舉例而言，主光源可發出高能量光(例如，具有400 nm至450 nm之波長)，第一磷光體可發出構成發射光譜中之第一峰值(例如，中心係在480 nm至500 nm之波長處)的光，且第二磷光體可發出構成該光譜中之第二峰值(例如，中心在640 nm至660 nm、或640 nm至750 nm之波長處)的光。在一些實施例中，自此類補充LED發出之光譜將具有在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的、0.22至0.43之x及0.34至0.47之y的色度座標(x,y)。在一些實施例中，自此類補充LED發出之光譜將具有在CIE 1931顏色空間圖中之色度座標(x,y)，該等色度座標在負x方向及正y方向上或在正x方向及正y方向上自使用1931 2°標準觀察者之色度座標偏移至使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將在CIE 1931顏色空間圖中具有在x座標上自-0.025至-0.01及在y座標上自0.04至0.09的、在使用1931 2°標準觀察者之色度座標與使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標之間的偏移。在一些實施例中，自此類補充LED發射之光譜將在CIE 1931顏色空間圖中具有在使用1931 2°標準觀察者之色度座標與使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標之間的偏移，該偏移具有大於0.04之量值。在一些實施例中，自此類補充LED發出之光譜將具有在CIE 1931顏色空間圖中之色度座標(x,y)，該等色度座標使用1931 2°標準觀察者係在黑體軌跡下方且使用1964 10°補充標準觀察者係在黑體軌跡上方。
在一些實施例中，與補充LED組合之白光LED為傳統白光LED，或為具有3000 K CCT、或具有3500 K CCT、或具有4000 K CCT、或具有自3000 K至4000 K之CCT、或具有大致在ANSI 3000 K、ANSI 3500 K分區、或ANSI 4000 K分區內之色度座標、或具有大致在黑體軌跡上之色度座標的LED。可與具有黑視素發射光譜之當前LED一起使用的白光LED之一些額外非限制性實例為具有或不具有磷光體之LED、具有組合起來以產生白光之多個子LED的LED (例如，具有3500 K或4000 K之CCT)、有機LED及/或基於雷射之白光源。在一些實施例中，與補充LED組合之白光LED為傳統白光LED，且在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的來自主光源之發射光譜的色度座標(x,y)包括0.36至0.59之x及0.36至0.44之y。在一些實施例中，與補充LED組合之白光LED為傳統白光LED，且在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的來自主光源之發射光譜的色度座標(x,y)包括0.39至0.5之x及0.37至0.43之y。在一些實施例中，白光LED具有在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標，包括0.40至0.42之x及0.38至0.40之y。
習知上，將具有黑視素發射光譜之LED添加到傳統白光LED在與傳統LED顏色匹配時對組合光具有不利之視覺效應，且組合光被感知為比其顏色匹配之LED更綠。即便黑視素波長範圍(亦即，480 nm至500 nm)中之少量發射亦可能會引起此類問題。意外地，此問題之原因係歸因於含有在480 nm至500 nm範圍中之顯著光之光譜的常用之2度觀察者與10度觀察者之間的偏移。因此，在一些實施例中，具有包括在480 nm至500 nm範圍外之發射波長的黑視素發射光譜以在與傳統白光LED組合時調整視覺光譜的補充LED與傳統白光LED組合，且藉由使用10度觀察者來調整具有黑視素發射光譜之LED的色度座標，組合光被感知為白色。
圖2C示出傳統白光LED在2度觀察者(280a)及10度觀察者(280b)中之色度座標及具有圖2A中之光譜220的補充LED在2度觀察者(282a)及10度觀察者(282b)中之色度座標的實例。來自該兩個LED (傳統白光LED及補充LED)之光可在發光設備中組合以產生組合(亦即，混合或混和)光譜。「2度顏色混和線」連接該兩個LED之2度觀察者色度座標，且「10度顏色混和線」連接該兩個LED之10度觀察者色度座標。此等顏色混和線描述來自該兩個LED之組合光譜在以不同量混合時之可能色度座標。舉例而言，可藉由改變用於驅動該兩個LED之電流的相對量來調整該兩個LED之光發射強度的比率。藉由改變該兩個LED之發射強度的比率，可調整組合光之顏色。在一些實施例中，補充LED之發射強度大於傳統白光LED之發射強度。在一些實施例中，調整該兩個LED之發射強度的比率，使得組合光呈現白色，且具有足量之黑視素光(例如，黑視素照度與組合光中之總亮光照度的比率大於0.7)。在一些實施例中，調整該兩個LED之發射強度的比率，使得組合光含有比傳統白光LED多之黑視素光。在一些實施例中，調整該兩個LED之發射強度的比率，使得組合光含有比具有一CCT之傳統白光LED多之黑視素光，該CCT比用於產生組合光之傳統LED高之2個或3個ANSI分區。舉例而言，具有在4000 K ANSI分區中之發射的傳統白光LED可與含有黑視素光之補充LED (例如，具有圖2A中之光譜220)組合，且組合光之光譜將具有比具有5700 K CCT或6500 K CCT之傳統白光LED高的黑視素光強度。圖2C示出在此實例中該兩個LED可組合以給出在使用10度觀察者時將被感知為白色(例如，具有在ANSI 4000 K分區或ANSI 3500 K分區內之色度座標)的光。然而，若當使用2度觀察者時將少量之補充LED添加到傳統白光LED (亦即，具有在ANSI 3500 K分區內之色度座標)，則相同之兩個LED可僅具有呈現白色之光譜。在使用2度觀察者將更多補充LED光添加到傳統白光LED時，則組合光譜之色度座標會完全在黑體軌跡下方且在白光座標範圍(例如，ANSI 4000 K分區或ANSI 3500 K分區)之外。
圖2C亦示出，此等示例性LED可被組合，使得在10度觀察者中，組合光譜之色度座標大致在4000 K CCT線與黑體軌跡之交點的1階麥克亞當橢圓內。在其它實施例中，來自補充LED (例如，具有黑視素發射光譜)之光可與來自第二LED (例如，白光LED)之光組合，且在10度觀察者中，組合光譜之色度座標大致在3000 K CCT線、或3500 K CCT線與黑體軌跡之交點的1階麥克亞當橢圓內。在一些實施例中，來自補充LED (例如，具有黑視素發射光譜)之光可與來自第二LED (例如，白光LED)之光組合，且組合光譜之色度座標大致在0.34至0.45之色度座標範圍中的黑體軌跡之1階麥克亞當橢圓內。
在一些實施例中，來自具有黑視素發射光譜之LED的發射可與白光LED之發射組合以產生組合光譜，且該組合光譜之色度座標可處於CIE 1931顏色空間圖中之10度觀察者之區內，該區藉由四個(x,y)座標(0.367, 0.358)、(0.373, 0.387)、(0.390, 0.372)、(0.401, 0.404)圍起，或由四個(x,y)座標(0.389, 0.370)、(0.399, 0.402)、(0.415, 0.382)、(0.430, 0.415)圍起，或由四個(x,y)座標(0.415, 0.382)、(0.437, 0.389)、(0.430, 0.416)、(0.456, 0.426)圍起，或由四個(x,y)座標(0.437, 0.389)、(0.456, 0.426)、(0.481, 0.432)、(0.459, 0.394)圍起，或由五個(x,y)座標(0.34, 0.34)、(0.46, 0.39)、(0.48, 0.43)、(0.38, 0.40)及(0.34, 0.36)圍起。
使用產業標準2度觀察者，圖2A至圖2C中之示例性補充LED具有實質上在黑體軌跡下方之色度座標，此將使其成為與傳統白光之不恰當匹配。然而，令人驚訝地，在10度觀察者中，補充LED之色度座標處於黑體軌跡上方。圖2C中之10度顏色混和線示出，使用10度觀察者，圖2A至圖2C中之補充LED可與3500 K白光組合以產生大致在一階麥克亞當橢圓內之4000 K白光。在其他實施例中，使用10度觀察者，相同之補充LED可與3000 K白光組合以產生在一階麥克亞當橢圓內之3500 K白光。
圖2A至圖2C中所示之示例性補充LED為補充LED光之僅一個實例，該補充LED光可與普通之白色LED光組合以產生在黑視素波長區(亦即，具有黑視素發射光譜)中具有大量能量的可接受白光。具有主光源及磷光體之補充LED的色度座標之一些額外實例示出於圖2D中，該等色度座標使用10度觀察者。在圖2D中所示之實例中，補充LED具有發出具有色度座標284之光的主光源及發射具有色度座標286之光的磷光體。在一些實施例中，來自主光源及磷光體之組合光將具有色度座標288。使用10度觀察者，曲線282示出在該曲線上標出之波長的色度座標。在色度座標(0.4, 0.4)附近該圖中之交叉為黑體軌跡上之點，例如，點283具有約4000 K之CCT。與圖2B中之實例類似，圖2D中之補充LED的色度座標288將各自具有在負x、正y方向上在2度與10度觀察者之間的大向量量值偏移。圖2E標繪圖2D中之補充LED的自2度觀察者至10度觀察者的色度座標之偏移，且示出該等偏移具有大於0.04之量值。圖2F示出色度座標290，該等色度座標由在此實例中使用2度觀察者將補充LED之主光源與磷光體混合而產生。在一些實施例中，選擇補充LED中之主光源及/或磷光體，使得補充LED之色度座標具有某些值，且接著將補充LED與傳統白光LED組合，使得組合光呈現白色。在一些情況中，不同之補充LED將被設計成與不同之白光光源兼容，使得組合光呈現白色。改變補充LED之主光源及/或磷光體之顏色(或色度座標)在將補充LED與傳統白光LED組合時提供額外自由度。此額外自由度可使得補充LED (具有黑視素發射光譜)與傳統白光LED之組合顏色能夠呈現白色(亦即，對普通人)。
另外，不同光譜可被設計成達成給定之色度座標。圖3A示出具有在黑視素波長範圍中之各種量之光強度的一連串不同光譜。圖3A中之光譜各自具有在約460 nm至490 nm之波長範圍中的強峰值及在約570 nm至610 nm之波長範圍中的較弱峰值。圖3B示出圖3A中所示之每個光譜具有大致相同之色度座標310 (亦即，約x=0.32、y=0.27處)。圖3B亦示出此如何完成，因為每個光譜之強峰值之色度座標320與弱峰值之色度座標330之間的顏色混合線在單個點310處交叉。交叉340為黑體軌跡上具有不同CCT之點。
令人驚訝地，對於圖3A中所示之不同光譜，自2度觀察者至10度觀察者之色度偏移明顯不同。圖3C示出圖3A中所示之光譜的自2度觀察者至10度觀察者的色度座標之偏移。在約485 nm處具有強峰值(亦即，「藍色峰值」)之光譜具有y方向上之大的正變化及x方向上之大的負變化。相反地，在約450 nm處具有強峰值(亦即，「藍色峰值」)之光譜在y方向上幾乎沒有變化且在x方向上具有小之正變化。相反地，在約415 nm處具有強峰值(亦即，「藍色峰值」)之光譜在y方向上具有適度之負變化且在x方向上具有適度之負變化。此實例示出具有高黑視素光強度(亦即，在480 nm至500 nm波長範圍中)之光譜可具有大之色度座標偏移，且在與其它光譜相反之方向上，不具有高黑視素光強度。
在一些實施例中，發射黑視素光之補充LED可與各種CCT之一個或多個白光LED組合，使得來自該組LED之組合照明具有被調整或最佳化為各種值的某些色度座標及CRI、COI及/或黑視素勒克斯等值(MLE)。MLE為藉由圖1中之亮度有效函數120加權的在給定光譜中之光的通量密度之量測值，該量測值係基於黑視素感光器之作用光譜(且該光譜未基於中間凹錐之回應藉由明視亮度效率函數加權)。另外，可調整或最佳化該組LED之電光轉換效率(WPE)及光譜性質。
補充LED可與用於白點之多個選擇組合以產生可經調整以獲得高視覺效率或高生物效率的系統，或可在不同設定點之間來回調整。舉例而言，補充LED可與許多不同之CCT白光LED中之一者組合且仍達到4000 K之顏色點。然而，黑視素光之量可不同，儘管顏色點相同。舉例而言，若補充LED與具有較接近於4000 K (例如，3900 K)之CCT的LED組合，則可能需要較少之補充LED來達成4000 K之最終目標，且相反地，若補充LED與具有離最終目標較遠之CCT (例如，3200K)之LED組合，則可能需要更多補充LED來達成4000 K之最終目標。匹配特定顏色所需之黑視素光的量將取決於補充LED 其可能不專注於最大化視覺效率，而是可能專注於生物效率)及白光LED之光譜。在一些情況中，如下文中之實例中所示，在高視覺效率與高生物效率之間存在折中。
圖4A至圖4B且圖5A至圖5B示出與各種白光LED組合的發射黑視素光之補充LED的非限制性實例，使得來自該組LED之組合光具有具有3500 K目標(圖4A至圖4B)或4000 K目標(圖5A至圖5B)之色度值。圖4A至圖4B中之實例僅為非限制性實例，且補充LED可具有與所示實例不同之色度座標。
圖4A示出具有補充LED 410及一組白光LED 420之1931 CIE顏色空間圖的一部分。白光LED沿著點430a (約2700 K白光)與430b (約3600 K白光)之間的線定位。在此第一實例中，點440a為來自LED 410及自該組LED 420中選擇之第二LED的組合照明之目標顏色，且在ANSI 3500 K分區內。線440b示出可藉由將LED 410與自該組LED 420選擇之第二LED混合而達成的在ANSI 3500 K分區內之一組可能顏色點。
圖4B示出來自LED 410及自圖4A中之該組LED 420選擇之第二LED的組合照明之各種量度。圖4B中之四個圖的x軸為與LED 410混合之LED 420的CCT。y軸全都與來自410及420之總組合光譜有關，且自該圖中之頂部圖至底部圖為CRI、COI、MLE (全在2度觀察者中)及用於LED 410及420一起之WPE。在此實例中，最大化MLE需要最大化LED 410及具有低CCT (例如，接近2850 K)之LED 420。然而，在LED 420具有約3450 K之CCT時，CRI具有最大值。此外，當LED 420具有約3250 K之CCT時，COI具有最小值(較低COI更好)。且，藉由將LED 410與具有高CCT (例如，接近3650 K)之LED 420混合，使WPE最大化。
圖5A示出具有補充LED 410及一組白光LED 520之1931 CIE顏色空間圖的一部分。白光LED沿著點430a (約2700 K白光)與430b (約3600 K白光)之間的線定位。在此第二實例中，點540a為來自LED 410及自該組LED 520選擇之第二LED的組合照明之目標顏色，且在ANSI 4000 K分區內。線540b示出可藉由將LED 410與自該組LED 520選擇之第二LED混合而達成的在ANSI 4000 K分區內之一組可能顏色點。
圖5B示出來自LED 410及自圖5A中之該組LED 520選擇之第二LED的組合照明之各種量度。圖5B中之四個圖的x軸及y軸與圖4B中相同。在此實例中，使MLE最大化需要將LED 410與具有低CCT (例如，接近3200 K)之LED 520混合。然而，在LED 420具有約4050 K之CCT時，CRI具有最大值。此外，在LED 420具有約3850 K之CCT時，COI具有最小值(較低COI更好)。且，藉由將LED 410與具有高CCT (例如，接近4050 K)之LED 520混合來最大化WPE。
圖4A至圖5B示出3500 K及4000 K目標顏色之兩個實例，該兩個實例示出不同量度可基於與含有黑視素光之補充LED組合的白光LED之CCT而變化。在一些情況中，MLE隨著白光LED之CCT減小而增加。在一些情況中，WPE隨著白光LED之CCT增加而增加。在一些情況中，當第二LED之CCT為約3200 K至約4200 K或約3600 K至約4000 K時，CRI具有最大值。在一些情況中，當第二LED之CCT為約3000 K至約4200 K或約3200 K至約4000 K時，COI具有最小值。
在一些實施例中，補充LED及白光LED可混合，且可根據任何準則或最佳化函數來最佳化光譜之CRI、光譜之COI、光譜之MLE及/或LED之WPE。在10度觀察者中觀察到之趨勢類似於圖4B及圖5B中所示之彼等趨勢(使用2度觀察者)，且因此，可使用2度觀察者或10度觀察者來執行關於將自補充LED及白光LED輸出之光混合以最佳化光譜之CRI、光譜之COI、光譜之MLE及/或本文中描述之WPE的所有相同之系統及方法。一些非限制性示例性準則及/或最佳化函數如下。
最佳化函數之實例包括一個量度之最小值及另一個量度之最大值。舉例而言，可選擇白光LED CCT，使得組合光具有大於80之CRI及最大MLE。在4000 K目標顏色之情況中，此等準則將導致選擇具有約3800 K之CCT的白光LED。在該情況中，CRI將為約80，且MLE將為約1。在此情況中，3800 K為最佳白光LED CCT，因為與較高CCT白光LED之組合將具有較低MLE，且與較低CCT白光LED之組合將具有小於80之CRI。
在另一個實例中，CRI、COI、MLE及WPE可全被指派權重，且接著以線性組合組合在產生累積分數之函數中，且該累積分數可被最大化(或最小化)。舉例而言，此類函數可採取以下形式：
A*CRI + B*COI + C*MLE + D*WPE = X (方程式1)
其中，A、B、C及D為CRI、COI、MLE及WPE值之加權因數(例如，如圖4B及圖5B中所示)，且X為可被最大化(在一些情況中，或被最小化)之累積分數。在一些實施例中，加權因數A、B、C及D可具有0至1之值。
在其他實例中，用於將CRI、COI、MLE及WPE值組合成將被最佳化之累積分數的最佳化函數可為非線性的，且在一些情況中可包括CRI、COI、MLE及WPE值之非線性交互(亦即，交叉乘積)。
在一些情況中，最佳化函數可為冪級數。舉例而言，此類函數可採取以下形式：
A*(CRI)i + B*(COI)j + C*(MLE)k + D*(WPE)l = X (方程式2)
其中，A、B、C及D為CRI、COI、MLE及WPE值之係數(例如，如圖4B及圖5B中所示)，i、j、k及l為指數(其可為正數或負數)，且X為可被最大化(在一些情況中，或被最小化)之累積分數。在一些實施例中，係數A、B、C及D可具有0至1之值，且指數i、j、k及l可具有-10至10、或1至10、或-10至‑1之值。在一些參數將被最大化(例如，較高MLE更好)且一些參數將被最小化(例如，較低COI將更好)時，此類函數為有用的。藉由使一些指數為負且使一些指數為正，所有參數可一起被最佳化，儘管一些將被最小化且一些將被最大化。在其他實施例中，在冪級數最佳化方程式中亦可包括更多項，諸如CRI、COI、MLE及WPE值之非線性交互(亦即，交叉乘積)，亦具有或不具有較高階指數。
本文中描述之發光設備內之LED可在實體上以不同方式組態。圖6A示出根據一些實施例的含有補充LED 610及白光LED 620之發光設備600的實例，且來自兩個LED 610及620之光615及625分別組合以產生自該設備發出之白光，該白光對普通觀察者630呈現白色。圖6B及圖6C示出多個實例，其中2個LED在不同類型之發光設備600中組態，其中來自兩個LED 610及620之光615及615分別組合以產生自該設備發出之白光，該白光對普通觀察者630呈現白色。圖6B示出含有補充LED 610及白光LED之發光設備600的實例，該補充LED 610及該白光LED容納在單個單元640內及/或連接至相同之燈具，其中此單元640為殼體、底架或殼套。舉例而言，根據一些實施例，單個發光單元可含有兩個LED。圖6C示出根據一些實施例的含有補充LED 610及白光LED 620之發光設備600的實例，該補充LED及該白光LED容納在兩個單獨之單元650及660中，且不容納在單個殼體、底架或殼套內，及/或不連接至相同之燈具。舉例而言，白光LED 620可容納在第一燈具650中，且補充LED 610可容納在實體上分離之燈具660中。在一些實施例中，藉由相同之電子系統及/或電源供應器(未圖示)來控制及/或驅動補充LED及白光LED，而在其他實施例中，藉由不同之電子系統及/或電源供應器(未圖示)來控制及/或驅動補充LED及白光LED。
已詳細地參考所揭示發明之實施例，該等實施例之一或多個實例已在附圖中示出。每個實例已藉由說明當前技術來提供，而非作為當前技術之限制。實際上，雖然已相對於本發明之特定實施例來詳細地描述說明書，但將瞭解，熟習此項技術者在理解了前文之後可容易地設想到對此等實施例之更改、變化及等效物。舉例而言，被示出或描述為一個實施例之部分的特徵可與另一個實施例一起使用以得到另一個實施例。因此，希望本主題傳達在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內的所有此類修改及變化。在不脫離本發明之範疇的情況下，對本發明之此等及其他修改及變化可藉由熟習此項技術者來實踐，該範疇在所附申請專利範圍中更具體地陳述。此外，熟習此項技術者將瞭解，前文描述僅係舉例，且不意欲限制本發明。
110‧‧‧傳統白光LED光譜
120‧‧‧黑視素效率曲線
130‧‧‧顏色匹配函數
132a、134a、136a‧‧‧2度觀察者中之X、Y及Z顏色匹配函數
132b、134b、136b‧‧‧10度觀察者中之X、Y及Z顏色匹配函數
210‧‧‧傳統白光LED光譜
220‧‧‧補充LED光譜
230‧‧‧ 組合光譜
250、260、270‧‧‧色度座標
272‧‧‧色度座標
280a‧‧‧2度觀察者中之色度座標
280b‧‧‧10度觀察者中之色度座標
282‧‧‧曲線
282a‧‧‧2度觀察者中之色度座標
282b‧‧‧10度觀察者中之色度座標
283‧‧‧點
284‧‧‧色度座標
286‧‧‧色度座標
288‧‧‧色度座標
290‧‧‧色度座標
310‧‧‧色度座標
320‧‧‧強峰值之色度座標
330‧‧‧弱峰值之色度座標330
340‧‧‧交叉
410‧‧‧補充LED
420‧‧‧一組白光LED
430a、430b‧‧‧點
440a‧‧‧點
440b‧‧‧線
520‧‧‧一組白光LED
540a‧‧‧點
540b‧‧‧線
600‧‧‧發光設備
610‧‧‧補充LED
615‧‧‧光
620‧‧‧白光LED
625‧‧‧光
630‧‧‧普通觀察者
640‧‧‧單元
650‧‧‧單元
660‧‧‧單元
圖1A (現有技術)示出傳統白光LED光譜之2度觀察者與10度觀察者中的具有傳統白光發射光譜之典型LED的實例、黑視素效率曲線及三個顏色匹配函數(每個三激值各一個)之6個曲線的實例。
圖1B (現有技術)示出圖1A中之傳統白光LED光譜之2度觀察者與10度感測器中的黑視素效率曲線及三個顏色匹配函數(每個三激值各一個)之6個曲線的實例。
圖2A示出根據一些實施例的著重於黑視素區之補充LED之光譜的實例及在此類LED與傳統白光LED光譜組合時產生之組合光譜。
圖2B示出根據一些實施例的自圖2A中之黑視素發射光譜之2度觀察者移動至10度觀察者之色度座標的變化、示例性傳統白光LED光譜及組合光譜。
圖2C示出根據一些實施例的在2度觀察者及10度觀察者中的傳統白光LED之色度座標的實例及在2度觀察者及10度觀察者中的具有圖2A中之光譜220的補充LED。
圖2D示出根據一些實施例的具有主光源及磷光體之補充LED的色度座標之額外實例。
圖2E示出根據一些實施例的圖2D中之補充LED的自2度觀察者至10度觀察者的色度座標之示例性偏移。
圖2F示出根據一些實施例的由使用2度觀察者將補充LED之主光源與磷光體混合而產生之色度座標的實例。
圖3A示出根據一些實施例的在黑視素波長範圍中具有各種量之光強度的不同光譜之實例。
圖3B示出根據一些實施例的圖3A中所示之示例性光譜的色度座標。
圖3C示出根據一些實施例的圖3A中所示之示例性光譜的自2度觀察者至10度觀察者之色度座標偏移。
圖4A示出根據一些實施例的具有示例性補充LED及一組示例性白光LED之1931 CIE顏色空間圖的一部分。
圖4B示出根據一些實施例的來自圖4A中之示例性補充LED及一組示例性白光LED的組合照明之示例性量度。
圖5A示出根據一些實施例的具有示例性補充LED及一組示例性白光LED之1931 CIE顏色空間圖的一部分。
圖5B示出根據一些實施例的來自圖5A中之示例性補充LED及一組示例性白光LED之組合照明的示例性量度。
圖6A示出根據一些實施例的含有補充LED及白光LED之發光設備的實例。
圖6B示出根據一些實施例的含有容納在單個單元內之補充LED及白光LED之發光設備的實例。
圖6C示出根據一些實施例的含有容納在兩個單獨單元中之補充LED及白光LED的發光設備之實例。

Claims (30)

  1. 一種具有一黑視素發射光譜之發光二極體(LED)，該發光二極體包括： 一主光源；及 一磷光體， 其中： 該主光源具有一發射光譜，該發射光譜包括中心在480 nm至500 nm之一波長處的一第一峰值； 該磷光體在藉由來自該主光源之該光激勵時具有一發射光譜，該發射光譜包括中心在640 nm至750 nm之一波長處的一第二峰值； 該第一峰值之一強度大於該第二峰值之一強度；且 自該LED發射之光包括自該主光源及該磷光體發射之光。
  2. 如請求項1之發光二極體，其中： 在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者的來自該主光源之該發射光譜的色度座標(x,y)包括自0.06至0.08之x及自0.36至0.53之y；且 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的來自該磷光體之該發射光譜的色度座標(x,y)包括自0.55至0.68之x及自0.31至0.4之y。
  3. 如請求項1之發光二極體，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的自該發光二極體(LED)發射之該光的色度座標(x,y)包括自0.22至0.43之x及自0.34至0.47之y。
  4. 如請求項1之發光二極體，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中自該發光二極體(LED)發射之該光的色度座標(x,y)在負x方向及正y方向上自使用1931 2°標準觀察者之色度座標偏移至使用該1964 10°補充標準觀察者之色度座標。
  5. 如請求項4之發光二極體，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，自該發光二極體(LED)發射之該光的該等色度座標(x,y)在使用該1931 2°標準觀察者之該等色度座標與使用該1964 10°補充標準觀察者之該等色度座標之間的該偏移包括在x座標上自-0.025至-0.01之偏移及在y座標上自0.04至0.09之偏移。
  6. 如請求項4之發光二極體，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，自該發光二極體(LED)發射之該光的該等色度座標(x,y)在使用該1931 2°標準觀察者之該等色度座標與使用該1964 10°補充標準觀察者之該等色度座標之間的該偏移具有大於0.04之一量值。
  7. 如請求項1之發光二極體，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，自該發光二極體(LED)發射之該光的該等色度座標(x,y)使用該1931 2°標準觀察者係在黑體軌跡下方且使用該1964 10°補充標準觀察者係在該黑體軌跡上方。
  8. 如請求項1之發光二極體，其中： 該主光源進一階包括InGaN發光材料；且 該第一峰值之中心係在490 nm之一波長處。
  9. 如請求項1之發光二極體，其中： 該磷光體進一階包括CaAlSiN3 ­ :Eu2 + 材料。
  10. 一種發光設備，該發光設備包括： 第一發光二極體(LED)，該第一發光二極體(LED)具有包括一傳統白光發射光譜之一發射光譜；及 一第二LED，該第二LED具有一黑視素發射光譜，該黑視素發射光譜包括： 一第一峰值，該第一峰值之中心係在480 nm至500 nm之一波長處；及 一第二峰值，該第二峰值之中心係在640 nm至750 nm之一波長處； 其中該第一峰值之強度大於該第二峰值之強度； 其中光係自該發光設備發射，該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在CIE 1931顏色空間圖中使用1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在來自色度座標x在0.34至0.45之範圍中之黑體軌跡之一一階麥克亞當橢圓內。
  11. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在由四個(x,y)座標(0.367, 0.358)、(0.373, 0.387)、(0.390, 0.372)、(0.401, 0.404)圍起之一區內。
  12. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在由四個(x,y)坐標(0.389, 0.370)、(0.399, 0.402)、(0.415, 0.382)、(0.430, 0.415)圍起之一區內。
  13. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在由四個(x,y)座標(0.415, 0.382)、(0.437, 0.389)、(0.430, 0.416)、(0.456, 0.426)圍起之一區內。
  14. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光包括來自該第一LED及該第二LED之光，且該發射之光包括在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者之色度座標(x,y)，該等色度座標係在由四個(x,y)坐標(0.437, 0.389)、(0.456, 0.426)、(0.481, 0.432)、(0.459, 0.394)圍起之一區內。
  15. 如請求項10之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的該第一發光二極體(LED)之色度座標(x,y)包括自0.40至0.42之x及自0.38至0.40之y；且 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的該第二LED之色度座標(x,y)包括自0.22至0.43之x及自0.34至0.47之y。
  16. 如請求項10之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的該第一發光二極體(LED)之色度座標(x,y)係在ANSI 3500 K分區內；且 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的該第二LED之色度座標(x,y)包括自0.22至0.43之x及自0.34至0.47之y。
  17. 如請求項10之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1931 2°標準觀察者的該第一發光二極體(LED)之色度座標(x,y)係在ANSI 3500 K分區內；且 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1931 2°標準觀察者的該第二LED之色度座標(x,y)包括自0.23至0.45之x及自0.28至0.39之y。
  18. 如請求項10之發光設備，其中： 該第二發光二極體(LED)包括一主光源及一磷光體，且其中： 該主光源具有一發射光譜，該發射光譜包括中心在480 nm至500 nm之一波長處的一峰值；且 該磷光體在藉由來自該主光源之光激勵時具有一發射光譜，該發射光譜包括中心在640 nm至750 nm之一波長處的一峰值。
  19. 如請求項10之發光設備，其中： 該第二發光二極體(LED)包括一主光源及一磷光體，且其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的來自該第二LED中之該主光源的該發射光譜之色度座標(x,y)包括自0.06至0.08之x及自0.36至0.53之y；且 在該CIE 1931顏色空間圖中使用該1964 10°補充標準觀察者的來自該第二LED中之該磷光體的該發射光譜之色度座標(x,y)包括自0.55至0.68之x及自0.31至0.4之y。
  20. 如請求項10之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，該第二發光二極體(LED)之色度座標(x,y)在負x方向上及正y方向上自使用該1931 2°標準觀察者之該等色度座標偏移至使用該1964 10°補充標準觀察者之該等色度座標。
  21. 如請求項20之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，該第二發光二極體(LED)之該等色度座標(x,y)在使用該1931 2°標準觀察者之該等色度座標與使用該1964 10°補充標準觀察者之該等色度座標之間的偏移包括在x座標上自-0.025至-0.01之一偏移及在y座標上自0.04至0.09之一偏移。
  22. 如請求項20之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，該第二發光二極體(LED)之該等色度座標(x,y)在使用該1931 2°標準觀察者之該等色度座標與使用該1964 10°補充標準觀察者之該等色度座標之間的該偏移具有大於0.04之一量值。
  23. 如請求項10之發光設備，其中： 在該CIE 1931顏色空間圖中，該第二發光二極體(LED)之該等色度座標(x,y)使用該1931 2°標準觀察者係在該黑體軌跡下方且使用該1964 10°補充標準觀察者係在該黑體軌跡上方。
  24. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光的光譜進一步包括自480 nm至500 nm之一全域最大值，該光包括來自該第一發光二極體(LED)及該第二發光二極體之光。
  25. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光進一步包括大於80之一演色指數(CRI)，該光包括來自該第一發光二極體(LED)及該第二發光二極體(LED)之光。
  26. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光進一步包括小於3.3之一發紺觀察指數(COI)，該光包括來自該第一發光二極體(LED)及該第二發光二極體(LED)之光。
  27. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光的該光譜被黑視素強烈地吸收且滿足人類體內之正常晝夜節律，該光包括來自該第一發光二極體(LED)及該第二發光二極體之光。
  28. 如請求項10之發光設備，其中： 具有包括一傳統白光發射光譜之一發射光譜的該第一發光二極體(LED)及具有一黑視素發射光譜之該第二LED容納在一單個殼體內或連接至相同的器具。
  29. 如請求項10之發光設備，其中： 具有包括一傳統白光發射光譜之一發射光譜的該第一發光二極體(LED)及具有一黑視素發射光譜之該第二LED容納在單獨殼體中或連接至不同的固定裝置。
  30. 如請求項10之發光設備，其中： 自該發光設備發射之該光包括來自該第一LED之光的一第一強度及來自該第二LED之光的一第二強度；且 該第一強度與該第二強度之一比率經組態以使得自該發光設備發射之該光的一演色指數(CRI)大於80，且黑視素勒克斯等值(MLE)最大化。
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