用于提供具有高显色性和生物效应的可调光的多通道系统技术方案

本公开提供了用于产生可调白光的系统。该系统包括多个LED串，这些LED串产生的光的色点落在红色、蓝色和青色的颜色范围内，并且每个LED串均由单独可控的驱动电流来驱动，以调谐产生的光输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提供具有高显色性和生物效应的可调光的多通道系统相关申请的交叉引用本申请要求2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,401、2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,404、2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,414、2018年1月11日提交的美国临时专利申请No.62/616,423、2018年2月23日提交的美国临时专利申请No.62/634,798的权益，通过引用将其全部内容并入本文，如同在此充分阐述。
本公开属于固态照明领域。具体地，本公开涉及用于提供具有高显色性能的可调白光的器件。
技术介绍
本领域已知的各种发光器件，包括例如白炽灯泡、荧光灯以及诸如发光二极管(“LED”)之类的半导体发光器件。存在各种资源用于描述由发光器件产生的光，一种常用的资源是CIE(国际照明委员会)1931色度图。CIE1931色度图根据两个CIE参数x和y绘制出人类的色彩感知。光谱色在所描绘空间的边缘周围分布，其包括人眼感知到的所有色相。边界线表示光谱色的最大饱和度，并且内部部分表示包括白光的较不饱和的颜色。该图还描绘了具有相关色温的普朗克轨迹，也称为黑体轨迹(BBL)，普朗克轨迹表示对应于不同温度下的来自黑体的辐射的色度坐标(即，色点)。因此，可以根据它们的相关色温(CCT)描述在BBL上或BBL附近产生光的照明体。这些照明体使人类观察者获得令人愉快的“白光”，一般照明通常利用在1,800K和10,000K之间的CCT值。显色指数(CRI)描述为由光源产生的光的颜色的活力的指示。实际上，CRI是当物体用特定灯照明时相对于参考光源(通常是黑体辐射体或日光光谱)的物体表面颜色变化的相对度量。特定光源的CRI值越高，则光源呈现出其所照明的各种物体的颜色就越好。显色性能可以通过本领域已知的标准度量来表征。色彩保真度指数(Rf)和色彩饱和度指数(Rg)可以基于99个颜色评估样本(“CES”)的光源颜色复现来计算。99个CES提供了旨在实现光谱敏感度中性的统一的颜色空间覆盖范围，并提供与各种真实物体相对应的颜色样本。Rf值在0到100的范围内，表示与参考光源相比，光源显色的保真度。实际上，Rf是当物体用特定光源照明时相对于参考光源(通常是黑体辐射体或日光光谱)的物体表面颜色变化的相对度量。特定光源的Rf值越高，则光源呈现出其所照明的各种物体的颜色就越好。色彩饱和度指数Rg评估与参考光源相比，光源对99个CES的饱和程度或减少饱和度。相对于常规的白炽灯或荧光灯，LED具有展现非常高的功率效率的潜力。大多数LED基本上是单色的光源，其似乎发射具有单色的光。因此，大多数LED发射的光的光谱功率分布紧密地集中在“峰值”波长周围，“峰值”波长为单个波长，在此LED的光谱功率分布或“发射光谱”达到其由光检测器检测的最大值。LED通常具有约10nm至30nm的半峰全宽波长范围，这相对于人眼可见光的较宽范围(该范围从约380nm到800nm)而言相对较窄。为了使用LED来产生白光，已经提供了包括两个或更多个LED的LED灯，每个LED发出不同颜色的光。不同的颜色组合以产生所需强度和/或颜色的白光。例如，通过使红色、绿色和蓝色LED同时通电，所产生的组合光可能呈现白色或接近白色，这取决于例如红色、绿色和蓝色LED源的相对强度、峰值波长和光谱功率分布。由于远离LED峰值波长的区域中的光谱功率分布存在间隙，因此红色、绿色和蓝色LED的总发射通常为一般照明应用提供较差的显色性。白光还可以通过利用一种或多种发光材料(例如荧光体)将由一个或多个LED发射的某些光转换为一种或多种其他颜色的光来产生。由LED发出的未被发光材料转换的光与由发光材料发出的其他颜色的光的组合可能会产生白色或接近白色的光。提供的LED灯可以发射具有在一定范围内的不同CCT值的白光。这种灯使用具有或不具有发光材料的两个或多个LED，其各自的驱动电流被增大或减小以增大或减小每个LED发射的光量。通过可控地改变灯中各个LED的功率，可以将发射的全部光调整为不同的CCT值。可以提供足够的显色值和效率的CCT值范围受LED选择的限制。白色人工照明发射的光的光谱轮廓会影响昼夜生理机能、机敏性和认知能力水平。明亮的人造光可用于多种治疗应用，例如治疗季节性情感障碍(SAD)、某些睡眠问题、抑郁、时差、帕金森氏病患者的睡眠障碍、与轮班工作相关的健康后果以及人类生物钟的重置。人造照明可能会改变自然过程，干扰褪黑激素的产生或破坏昼夜节律。与其他有色光相比，蓝光可能会通过破坏其生物过程来影响活生物体，而这些生物过程可能依赖于日光和黑暗的自然循环。傍晚和晚上暴露在蓝光下可能对人的健康有害。较低波长的某些蓝光或宝蓝色光可能会对人眼和皮肤造成危害，例如对视网膜造成损害。提供能够在各种CCT值范围内提供白光，同时实现高效率、高光通量、良好的显色性和可接受的颜色稳定性的LED灯仍然面临着巨大的挑战。提供既能提供理想照明性能又能控制昼夜节律能量性能的照明仪器也是一个挑战。
技术实现思路
本公开提供了包括第一、第二和第三LED串的半导体发光器件的方面，其中每个LED串包括一个或多个具有相关的发光体介质的LED。第一、第二和第三LED串及其关联的发光体介质可分别包括红色、蓝色和青色通道，这三个通道分别在CIE1931色度图上的红色、蓝色和青色区域内产生第一、第二和第三不饱和色点。控制电路可配置成调整由第一、第二和第三不饱和光的组合而产生的第四不饱和光的第四色点，第四色点落在7-阶麦克亚当(MacAdam)椭圆内，该7-阶麦克亚当椭圆围绕相关色温在1800K和10000K之间的黑体轨迹的任意点。所述器件可配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：Rf大于或等于约80，Rg大于或等于约90且小于或等于约110，或两者皆有。所述器件可配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：沿着相关色温在约2700K和约10000K之间的点，Ra大于或等于约85，R9大于或等于85，或两者皆有。所述器件可配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点产生的光具有以下的一个或多个：沿着相关色温高于约2100K的点，EML大于或等于约0.5、沿着相关色温高于约2400K的点，EML大于或等于约0.6、沿着相关色温高于约3000K的点，EML大于或等于约0.75、沿着相关色温高于约4500K的点，EML大于或等于约1.0、沿着相关色温高于约6000K的点，EML大于或等于约1.2。所述器件可配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点产生的光具有的光为：R13(白种人肤色)大于或等于约85，R15(黄种人肤色)大于或等于约85，或两者皆有。蓝色区域包括在CIE1931色度图上由连接普朗克轨迹的无穷大点的ccx、ccy色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)的线、从4000K和无穷大CCT的普朗克本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.半导体发光器件，包括：/n第一、第二和第三LED串，每个LED串包括一个或多个具有相关的发光体介质的LED；/n其中，具有相关的发光体介质的第一、第二和第三LED串分别包括红色、蓝色和青色通道，产生第一、第二和第三不饱和光，所述第一、第二和第三不饱和光的色点分别位于CIE1931色度图上的红色、蓝色和青色区域内；/n控制电路，其配置成调整由第一、第二和第三不饱和光的组合而产生的第四不饱和光的第四色点，其中所述第四色点落在7-阶麦克亚当椭圆内，所述7-阶麦克亚当椭圆围绕相关色温在1800K和10000K之间的黑体轨迹的任意点。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180111 US 62/616,401;20180111 US 62/616,404;20181.半导体发光器件，包括：
第一、第二和第三LED串，每个LED串包括一个或多个具有相关的发光体介质的LED；
其中，具有相关的发光体介质的第一、第二和第三LED串分别包括红色、蓝色和青色通道，产生第一、第二和第三不饱和光，所述第一、第二和第三不饱和光的色点分别位于CIE1931色度图上的红色、蓝色和青色区域内；
控制电路，其配置成调整由第一、第二和第三不饱和光的组合而产生的第四不饱和光的第四色点，其中所述第四色点落在7-阶麦克亚当椭圆内，所述7-阶麦克亚当椭圆围绕相关色温在1800K和10000K之间的黑体轨迹的任意点。


2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：Rf大于或等于约80，Rg大于或等于约90且小于或等于约110，或两者皆有。


3.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：沿着相关色温在约2700K和约10000K之间的点，Ra大于或等于约85，R9大于或等于85，或两者皆有。


4.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点产生的光具有以下的一个或多个：沿着相关色温高于约2100K的点，EML大于或等于约0.5；沿着相关色温高于约2400K的点，EML大于或等于约0.6；沿着相关色温高于约3000K的点，EML大于或等于约0.75；沿着相关色温高于约4500K的点，EML大于或等于约1.0；沿着相关色温高于约6000K的点，EML大于或等于约1.2。


5.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其配置成产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点产生的光具有的光为：R13大于或等于约85，R15大于或等于约85，或两者皆有。


6.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中蓝色区域包括在CIE1931色度图上由连接普朗克轨迹的无穷大点的ccx、ccy色坐标(0.242，0.24)和(0.12，0.068)的线、从4000K和无穷大CCT的普朗克轨迹、4000K的CCT等温线、紫色线和光谱轨迹来限定的区域。


7.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中红色区域包括在CIE1931色度图上由1600K的CCT等温线和紫色线之间的光谱轨迹、紫色线、连接ccx、ccy色坐标(0.61，0.21)和(0.47，0.28)的线和1600K的CCT等温线来限定的区域。


8.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中青色区域包括在CIE1931色度图上由连接普朗克轨迹的线、3200K的CCT等温线、光谱轨迹和20000K的CCT等温线来限定的区域。


9.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中青色区域包括在CIE1931色度图上由中心位于5600K的CCT处的高于普朗克轨迹的46个点的41-阶麦克亚当椭圆和普朗克轨迹来限定的区域。


10.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中红色通道的光谱功率分布落在表1和表2所示的最小和最大范围内。


11.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中蓝色通道的光谱功率分布落在表1和表2所示的最小和最大范围内。


12.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中青色通道的光谱功率分布落在表1和表2所示的最小和最大范围内。


13.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中红色通道具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，所述一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的红色通道的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。


14.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中蓝色通道具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，所述一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3和表4所示的蓝色通道的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。


15.根据上述权利要求中任一项所述的半导体发光器件，其中所述青色通道具有在一个或多个波长范围中的光谱功率的光谱功率分布，所述一个或多个波长范围与参考波长范围不同，其与表3所示的青色通道的值相比，增加或减少的范围在：大于或小于30％内、大于或小于20％内、大于或小于10％内或大于或小于5％内。


16.一种产生白光的方法，所述方法包括：
提供第一、第二和第三LED串，每个LED串包括一个或多个具有相关的发光体介质的LED；
其中，具有相关的发光体介质的第一、第二和第三LED串分别包括红色、蓝色和青色通道，产生第一、第二和第三不饱和光，色点分别位于CIE1931色度图上的红色、蓝色和青色区域内；
提供一种控制电路，所述控制电路配置成调整由所述第一、第二和第三不饱和光的组合而产生的第四不饱和光的第四色点，所述第四色点落在7-阶麦克亚当椭圆内，所述7-阶麦克亚当椭圆围绕相关色温在1800K和10000K之间的黑体轨迹的任意点；
产生第一、第二和第三不饱和光中的两个或多个；以及
组合两个或多个产生的不饱和光以创建第四不饱和光。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述组合产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：Rf大于或等于约80，Rg大于或等于约90且小于或等于约110，或两者皆有。


18.根据权利要求16-17中任一项所述的方法，其中所述组合产生对应于沿着预定路径的多个点的第四不饱和光，在每个点处产生的光具有的光为：沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·V·佩特鲁利，P·K·皮卡德，
申请(专利权)人：生态照明公司，
类型：发明
国别省市：美国;US