Биологическая цветная лампа
Группа изобретений относится к медицинской технике. Трехканальное осветительное устройство способно поддерживать циркадный ритм человека. Благодаря выбору, в частности, синего светодиода и зеленого люминофора оптимизирован диапазон возможного изменения биологической активности. Благодаря регулировке светодиодных спектров можно получить больший диапазон коэффициента эффективности меланопсина в том же диапазоне коррелированной цветовой температуры (от коррелированной цветовой температуры, соответствующей дневному свету, до диммированного галогенового освещения). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к осветительному устройству для получения белого света. Изобретение также относится к применению такого устройства для поддержания циркадного ритма человека.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В области техники известны осветительные решения, учитывающие циркадные ритмы. WO 2008/146219, например, описывает способы и системы для испускания света, способные создавать желаемый, вызываемый светом, физиологический стимул и желаемый световой стимул. Светом можно управлять для изменения физиологического стимула в заранее заданном первом диапазоне при одновременном удержании светового стимула в заранее заданном втором диапазоне, что является полезным во многих приложениях для самоосвещения и/или для освещения пространства. Например, устройство может включать в себя контроллер для управления токами возбуждения, поданными на множество испускающих свет элементов, имеющих различные спектральные характеристики, причем комбинацией токов можно управлять так, чтобы испущенный смешанный свет был связан с желаемым физиологическим и световым стимулом.
WO 2015/014936 A1 описывает осветительный модуль, содержащий первый источник света, второй источник света, первый конвертирующий длину волны элемент, второй конвертирующий длину волны элемент, причем осветительное устройство дополнительно содержит инфраструктуру для перемещения, способную размещать первый источник света, второй источник света, первый конвертирующий длину волны элемент и второй конвертирующий длину волны элемент в первую конфигурацию или во вторую конфигурацию путем перемещения одного или более из этих элементов, причем в первой конфигурации и во второй конфигурации осветительный модуль создает свет осветительного модуля, имеющий по существу ту же световую точку и имеющий при этом различные индексы цветопередачи (color rendering index, CRI). Имея такой осветительный модуль, можно переключаться между высоким CRI - низкой эффективностью и низким CRI - высокой эффективностью при заданной цветовой температуре (или цветовой точке).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ключевым для нашего цикла сна и бодрствования является мелатонин, гормон, способствующий сну в ночное время. В дневное время естественный дневной свет с коррелированной цветовой температурой (correlated color temperature, CCT, здесь также называемой «цветовой температурой») и интенсивностью подавляет выработку мелатонина в организме и в результате возбуждает людей, делая их более бодрыми и сконцентрированными. В начале и в конце дня спектр смещается в сторону более низких уровней CCT и интенсивности, что приводит к выработке мелатонина.
Современные высокоэффективные осветительные устройства на светодиодах с настраиваемой CCT способны до определенной степени имитировать различные фазы дневного света, то есть, изменения в спектральном распределении интенсивности и изменения CCT. Тем не менее, было обнаружено, что желательно дополнительно усовершенствовать осветительное устройство для лучшего поддержания циркадного ритма человека. Кроме того, в осветительном устройстве предыдущего уровня техники могут потребоваться сложные решения для возможности такой настройки цветовой температуры, чтобы создаваемый белый свет был (достаточно) близок локусу черного тела (black body locus, BBL), или был близок BBL только в небольшом диапазоне CCT. Кроме того, некоторые осветительные системы предыдущего уровня техники дают сравнительно хорошую возможность настройки, однако они могут давать значительные изменения значений точности цветовоспроизведения (CIE-Ra) в настраиваемом диапазоне CCT, и, следовательно, при некоторых настройках, качество цвета может стать неприемлемым. Наконец, некоторые из осветительных систем предыдущего уровня техники способны настраивать цвет белого света в более широком диапазоне CCT, с приемлемыми значениями точности цветовоспроизведения (CIE-Ra), но не способны оптимизировать распределение спектральной мощности света в отношении поддержания циркадного ритма человека, то есть, подавления или поддержания выработки мелатонина.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение альтернативного осветительного устройства, которое предпочтительно, по меньшей мере частично, дополнительно устраняет один или более из описанных выше недостатков. Такое осветительное устройство в особенности может использоваться для поддержания циркадного ритма человека, может в особенности быть настроено в чувствительном к меланопсину диапазоне длин волн, может в особенности быть настроено в широком диапазоне цветовых температур или может иметь достаточно высокие значения индекса цветопередачи в значительной части диапазона изменяемой коррелированной цветовой температуры. Альтернативно или дополнительно, осветительное устройство может в особенности использоваться для максимизации концентрации внимания, когда это желательно, например, может быть способно максимизировать концентрацию внимания в заранее заданных условиях и/или чтобы не нарушать циркадный ритм человека в других заранее заданных условиях.
Кроме общеизвестных колбочек и палочек, в человеческом глазу имеются содержащие меланопсин фоторецепторы, влияющие на выделение мелатонина, являющиеся чувствительными в конкретном диапазоне длин волн. Относительная спектральная чувствительность фоторецепторов и рецепторов меланопсина представлена на фигуре 1. Если спектральная мощность в меланопсиновом диапазоне длин волн отсутствует или мала, то будет запущена выработка гормона мелатонина, способствуя засыпанию. Если спектральная мощность в меланопсиновом диапазоне достаточно высока, выработка мелатонина будет подавлена и, следовательно, концентрация внимания повысится. Эффективность подавления выработки мелатонина может быть выражена коэффициентом эффективности меланопсина (melanopsin effectiveness factor, MEF). Этот коэффициент вычисляется как произведение распределения спектральной мощности света, испущенного осветительным устройством (SPD(λ)), и функции чувствительности к меланопсину (m(λ)), деленное на произведение SPD(λ) и фотопической чувствительности (V(λ)), нормированное на площади m(λ) и V(λ), см. уравнение 1 (и см. также фигуру 1).
MEF=([ΣV(λ)]/[Σm(λ)])⋅[Σ(SPD(λ)⋅m(λ))]/[Σ(SPD(λ)⋅V(λ))] (уравнение (1))
Это можно упростить до
MEF =1,22⋅[Σ(SPD(λ)⋅ m(λ))]/[Σ(SPD(λ)⋅V(λ))] (уравнение (2))
или
Таким образом, обозначенные выше суммирования производятся в видимом диапазоне 380-780 нм.
Современные высококачественные светодиодные осветительные устройства показывают изменение эффективности меланопсина примерно в три раза в диапазоне от 2200 K до 5700 К (то есть в диапазоне коррелированной цветовой температуры 3500 K). Было обнаружено, что преимущественной для поддержания циркадного ритма является низкая эффективность меланопсина (MEF) при низких цветовых температурах, и она может в особенности быть высокой при более высоких цветовых температурах. Значение MEF может быть также оптимизировано для конкретной активности, например, малое значение MEF вечером перед отходом ко сну и большое значение MEF утром при пробуждении. Также использование больших значений MEF может быть полезно для (временного) повышения концентрации.
Таким образом, предлагается трехканальное осветительное устройство, способное поддерживать циркадный ритм человека. В частности, выбирая синий светодиод и зеленый люминофор («люминесцентный материал»), можно оптимизировать диапазон биологической активности, вызванной светом, испущенным трехканальным осветительным устройством. Регулируя интенсивности светодиодов, можно достигнуть большего диапазона коэффициента эффективности меланопсина при том же диапазоне CCT (от дневного света до тусклого галогенного освещения). Таким образом, может быть сделано осветительное устройство, которое (лучше) поддерживает циркадный ритм и/или влияет на уровень концентрации. Предлагаемое осветительное устройство может давать свет, покрывающий в четыре раза больший диапазон эффективности меланопсина при том же уровне дневного света, то есть (по существу) без регулирования потока дневного света. Кроме того, спектральную мощность осветительного устройства можно регулировать при малых значениях CCT, чтобы (дополнительно) снизить значение MEF. А именно, биологическая активность, вызываемая осветительным устройством, является результатом количества света и его спектрального состава (например, потока меланопсина). В конкретном варианте осуществления осветительное устройство содержит два зеленых/синих канала, объединенные с красным каналом (всего 3 канала). Выбирая комбинацию синего светодиода/зеленого люминофора для каждого из зеленого/синего каналов, можно сделать осветительное устройство с оптимальной активацией меланопсина для высоких значений CCT, и с очень малым уровнем активации меланопсина для малых значений CCT. Благодаря использованию интеллектуального привода (управляющего модуля), осветительное устройство может автоматически следовать ритму дня и ночи, включая кривую диммирования локуса черного тела. Как спектральное распределение света, так и уровень яркости света данного осветительного устройства можно регулировать.
Таким образом, в первом аспекте изобретение в особенности обеспечивает три (различных типа) источника света, интенсивностью которых можно независимо управлять, причем первый источник света способен давать синий свет и один или более из зеленого и желтого света; второй источник света способен давать синий свет, не такой, как синий свет первого источника света, и зеленый свет; и третий источник света способен давать красный свет. Регулируя интенсивности источников света, можно достигнуть диапазона коррелированной цветовой температуры по меньшей мере 2000 K, как, например, между по меньшей мере 2000 K и 4000 K, даже более конкретно в диапазоне по меньшей мере 3000 K, как например, между по меньшей мере 2000 К и 5000 K, при коэффициенте цветопередачи, равном по меньшей мере 80, в особенности в пределах 15 SDCM (стандартных отклонений соответствия цвета) от BBL (black body locus, локус черного тела), и более конкретно в пределах 10 SDCM от BBL, и даже более конкретно в пределах 5 SDCM от BBL, и с диапазоном эффективности меланопсина (MEF) в особенности по меньшей мере около 3,5, и даже по меньшей мере 4. Более конкретно, этого можно достигнуть, когда синий свет источников света имеет доминирующую длину волны менее 490 нм, причем доминирующая длина волны синего света первого источника света меньше доминирующей длины волны синего света второго источника света. Таким образом, относительно простым способом осуществляется осветительное устройство, предназначенное для поддержания биоритма, и поэтому называемое здесь также «биологическая цветная лампа» или «биологическое цветное осветительное устройство». В особенности, осветительное устройство способно обеспечить диапазон эффективности меланопсина на единицу температуры по меньшей мере 0,915/1000 K, как, например, по меньшей мере 0,920/1000 K. Например, диапазон MEF, равный 3,5, при температуре 3800 K (например 2400-6200 K) дает диапазон эффективности меланопсина на единицу температуры, равный 0,921/1000 K.
В частности, изобретение обеспечивает осветительное устройство, способное давать белый свет с изменяемой коррелированной цветовой температурой, причем осветительное устройство содержит: (a) первый источник света, способный давать первый свет источника света, причем первый свет источника света содержит синий свет, имеющий доминирующую длину волны первого источника света, выбранную в диапазоне 400-460 нм, а именно, в диапазоне 420-460 нм, например, в диапазоне 430-460 нм, например 430-450 нм, например 440-450 нм, причем первый источник света способен облучать первый люминесцентный материал первым светом источника света, причем первый люминесцентный материал способен конвертировать часть первого света источника света в первый свет люминесцентного материала, причем первый свет люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем первый свет люминесцентного материала имеет доминирующую длину волны первого люминесцентного материала; (b) второй источник света, способный давать второй свет источника света, причем второй свет источника света содержит синий свет, имеющий доминирующую длину волны второго источника света, выбранную в диапазоне 450-490 нм, например, 460-490 нм, причем второй источник света способен облучать второй люминесцентный материал вторым светом источника света, и причем второй люминесцентный материал способен конвертировать часть второго света источника света во второй свет люминесцентного материала, причем второй свет люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем второй свет люминесцентного материала имеет вторую доминирующую длину волны люминесцентного материала; (c) третий источник света, способный давать красный свет источника света; и (d) управляющий модуль, способный независимо управлять первым источником света, вторым источником света и третьим источником света для того, чтобы упомянутый белый свет имел изменяемую коррелированную цветовую температуру, причем упомянутый белый свет содержит один или более из (a) упомянутого первого света источника света, упомянутого первого света люминесцентного материала и, опционально, упомянутого красного света источника света, и (b) упомянутого второго света источника света, упомянутого второго света люминесцентного материала, и (опционально) упомянутого красного света источника света; причем доминирующая длина волны второго источника света больше доминирующей длины волны первого источника света, и причем в особенности доминирующая длина волны первого люминесцентного материала больше доминирующей длины волны второго люминесцентного материала.
В частности, такое осветительное устройство может использоваться для создания белого света, настраиваемого в диапазоне коррелированной цветовой температуры по меньшей мере около 2000 K, в частности, для поддержания биоритма. Также получается, что такое осветительное устройство может иметь первую эффективность меланопсина при первой коррелированной цветовой температуре и вторую эффективность меланопсина при второй коррелированной цветовой температуре, причем вторая коррелированная цветовая температура больше первой коррелированной цветовой температуры, и причем отношение второй эффективности меланопсина к первой эффективности меланопсина равно или больше 3,5. Таким образом, при высоких коррелированных цветовых температурах выработка мелатонина в организме может подавляться, и при низких коррелированных цветовых температурах содержащие меланопсин фоторецепторы могут, например, быть менее активированы и, следовательно, выработка мелатонина в организме может подавляться меньше или даже не подавляться совсем. С другой стороны, в конкретном варианте осуществления рано утром цветовая температура может выбираться сравнительно низкой (но увеличивающейся), тогда как значение MEF может быть сравнительно высоким (и увеличивающимся), для облегчения пробуждения. Таким образом, цветовая температура непосредственно перед отходом ко сну и ранним утром может быть по существу одинаковой, тогда как величина MEF может отличаться.
Таким образом, осветительное устройство в данном варианте осуществления в особенности способно обеспечивать два различных типа белого света: первый белый свет с высокой коррелированной цветовой температурой и второй белый свет с низкой коррелированной цветовой температурой, причем спектральное перекрытие кривой чувствительности к меланопсину может в особенности быть меньше для первого белого света, чем для второго.
Используемый здесь термин «белый свет» известен специалистам в области техники. Он в особенности относится к свету, имеющему коррелированную цветовую температуру (CCT) между примерно 2000 K и 8000 K, в особенности в диапазоне около 2700 K и 6500 K, например, в диапазоне 2000-5700 K, и в особенности в пределах около 15 SDCM (стандартное отклонение выравнивания цвета) от BBL, в особенности в пределах около 10 SDCM от BBL, и более конкретно в пределах около 5 SDCM от BBL. Здесь, как показано выше, осветительное устройство может в особенности иметь изменяемую коррелированную цветовую температуру свыше по меньшей мере около 2000 K, как, например, между по меньшей мере 2000 К и 4000 K, и даже более конкретно по меньшей мере в диапазоне около 3000 K, как, например, между по меньшей мере 2000 К и 5000 K, или даже изменяемую в диапазоне коррелированных цветовых температур по меньшей мере около 2000-5700 K.
Источники света являются, в особенности, твердотельными источниками света. Следовательно, в конкретном варианте осуществления, источники света содержат твердотельные светодиодные источники света (такие как светодиоды или лазерные диоды). Термин «источник света» может также относиться к множеству источников света, такому как 2-20 (твердотельных) светодиодных источников света. Следовательно, термин «светодиод» может также относиться к множеству светодиодов.
Как первый источник света, так и второй источник света способны давать синий свет, в особенности с разностью доминирующих длин волн около 15-30 нм, например, по меньшей мере около 20 нм (далее смотри также ниже). Третий источник света способен давать красный свет.
Следовательно, в вариантах осуществления (непосредственно) после источника красного света по существу не может быть воспринят никакой синий свет, даже когда источник красного света основан на конверсии синего света. Для преобразованных в люминофоры красных светодиодов значение потерь синего света должно быть низким (иначе не получится достигнуть столь малой CCT, как 2000K), и if any, в частности, в диапазоне длин волн 400-460 нм (малый вклад в значение MEF).
Следовательно, в данном варианте осуществления третий источник света может содержать твердотельный источник света, способный давать третий свет твердотельного источника света, причем третий свет твердотельного источника света содержит синий свет, причем третий твердотельный источник света способен облучать третий люминесцентный материал третьим светом твердотельного источника света, и причем третий люминесцентный материал способен конвертировать (по меньшей мере) часть третьего света твердотельного источника света в третий свет люминесцентного материала, причем третий свет люминесцентного материала содержит красный свет. Третий люминесцентный материал может в принципе быть любым красным люминесцентным материалом, возбуждаемым третьим твердотельным источником света, таким как неорганические люминофоры, например, нитридный люминофор на основе двухвалентного европия, и/или люминофор на основе квантовой точки, или органические люминофоры, или комбинация двух или более различных люминофоров. Следовательно, третий источник света может опционально также давать свет источника света с более длинной (или более короткой) длиной волны, чем у синего света. Тем не менее, в особенности по существу весь видимый свет, созданный третьим источником света, поглощается (и по меньшей мере частично конвертируется) в третий свет люминесцентного материала в тех вариантах осуществления, где третий источник света радиационно связан с третьим люминесцентным материалом. Следовательно, в особенности по меньшей мере 90% полной мощности (W) в видимой части спектра красного источника света находится в красной области, и даже более конкретно по меньшей мере 95% полной мощности в видимой области.
Термин «радиационно связан», в частности, означает, что источник света и люминесцентный материал связаны друг с другом так, что по меньшей мере часть излучения, испущенного источником света, принимается люминесцентным материалом (и по меньшей мере частично конвертируется в люминесценцию). Таким образом, первый источник света, в частности, радиационно связан с первым люминесцентным материалом, и второй источник света, в частности, радиационно связан со вторым люминесцентным материалом. Аналогично, когда красный люминесцентный материал применяется для третьего (твердотельного) источника света, третий (твердотельный) источник света, в частности, радиационно связан с третьим люминесцентным материалом.
Особый интерес представляют люминесцентные материалы, являющиеся неорганическими люминесцентными материалами, и даже более конкретно (независимо) выбираемыми из классов сульфидов, нитридов и оксинитридов. Здесь и далее, вначале обсуждается некоторое количество возможных красных люминесцентных материалов, в особенности для применения в/с третьим источником света.
Класс подходящих люминесцентных материалов включает в себя MD:Eu класс (здесь также обозначается как (Sr,Ba,Ca)(Se,S):Eu класс), что является системами щелочноземельных халькогенидов. M, в частности, выбирают из группы щелочноземельных элементов (Mg, Ca, Sr, Ba), и D, в частности, выбирают из групп S и Se. Материалы этого класса имеют кубическую кристаллическую структуру. Примерами членов внутри класса являются SrS:Eu, CaS:Eu, CaSe:Eu и так далее.
Еще один класс подходящих люминесцентных материалов включает в себя класс M2Z5N8:Eu (здесь также обозначаемый как класс Sr2Si5N8:Eu, который является классом систем нитридосиликатов. M, в частности, выбирают из группы щелочноземельных элементов (Mg, Ca, Sr, Ba), в частности, по меньшей мере, Sr и Z, в частности, выбирают из группы Si, Ge, Ti, Hf, Zr, Sn, в частности, по меньшей мере, Si. Материалы внутри этого класса имеют орторомбическую кристаллическую структуру. Примером члена данного класса является SrCaSi5N8:Eu.
В еще одном другом варианте осуществления люминесцентный материал содержит люминесцентный материал класса M2SiF6:Mn (четырехвалентный марганец), причем M, в частности, выбирают из группы, состоящей из Rb и K. Следовательно, в дополнительном варианте осуществления люминесцентный материал может содержать M'xM2-2xAX6, легированный четырехвалентным марганцем. Подходящими щелочными катионами (M) являются натрий (Na), калий (K) и рубидий (Rb). Опционально может использоваться также литий и/или цезий. В предпочтительном варианте осуществления M содержит по меньшей мере калий. В еще одном варианте осуществления M содержит по меньшей мере рубидий. Фраза «причем M содержит по меньшей мере калий» означает, например, что из всех катионов M в моле M'xM2-2xAX6 фракция содержит K+, и опционально оставшаяся фракция содержит один или более других одновалентных (щелочных) катиона (смотри также ниже). В другом предпочтительном варианте осуществления M содержит по меньшей мере калий и рубидий. Опционально, люминесцентный материал M'xM2-2xAX6 имеет гексагональную фазу. В еще одном варианте осуществления люминесцентный материал M'xM2-2xAX6 имеет кубическую фазу. Подходящими щелочными катионами (M') являются магний (Mg), стронций (Sr), кальций (Ca) и барий (Ba), в частности, один или более из Sr и Ba. В данном варианте осуществления может использоваться комбинация различных щелочных катионов. В еще одном варианте осуществления может использоваться комбинация различных щелочных катионов. В еще одном другом варианте осуществления может использоваться комбинация одного или более щелочных катионов и одного или более щелочноземельных катионов. Например, может использоваться KRb0,5Sr0,25AX6. Как указано выше, x может быть в диапазоне 0-1, в частности, x<1. В данном варианте осуществления x=0.
Другой класс подходящих люминесцентных материалов включает в себя класс MGD3N4:Eu (здесь также обозначаемый как класс SrLiAl3N4:Eu), который является классом систем нитроалюминатов. M, в частности, выбирают из группы щелочноземельных элементов (Mg, Ca, Sr, Ba), в частности, по меньшей мере Sr. D, в частности, выбирают из группы B, Al, Ga, Sc, в частности, по меньшей мере, Al, и G, в частности, выбирают из группы щелочных элементов (таких как Li, Na, K и т.д.), в частности, по меньшей мере Li. Материалы внутри данного класса имеют триклинную кристаллическую структуру плюмбата калия-лития или тетрагональную кристаллическую структуру силиката натрия-лития. Примером члена такого класса является SrLiAl3N4:Eu.
Особенно хорошие оптические результаты могут быть получены, когда красный люминесцентный материал выбирают из группы, состоящей из класса M2Si5N8:Eu и класса MLiAl3N4:Eu, причем M независимо выбирают из группы, состоящей из Ca, Mg, Sr и Ba, в частности, по меньшей мере один или более из Ca и Sr, и даже более конкретно по меньшей мере Sr.
Термин «класс» здесь, в частности, относится к группе материалов, имеющих похожую кристаллографическую структуру. Кроме того, термин «класс» может также включать в себя частично замещенные катионы и/или анионы. Например, в некоторых из упомянутых выше классов Al-O может быть частично замещен Si-N (или наоборот). Следовательно, в еще одном дополнительном варианте осуществления красный люминесцентный материал выбирают из группы, состоящей из (Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu, причем x находится в диапазоне 0-4, в частности, меньше или равен 1, например, 0, и (Ca,Sr)LiAl3N4:Eu. (Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxN8-xOx:Eu и похожие системы среди прочих описаны в WO2006072918/US20130240943, включенный в настоящий документ посредством ссылки. (Sr,Ca)LiAl3N4:Eu и похожие системы среди прочих описаны в WO2013175336A1, включенный в настоящий документ посредством ссылки. В еще одном более конкретном варианте осуществления красный люминесцентный материал содержит один или более из (Sr,Ca)2Si5N8:Eu и SrLiAl3N4:Eu.
В конкретном варианте осуществления третий люминесцентный материал содержит MAlSiN3:Eu(II) (то есть легированный двухвалентным европием щелочноземельный нитрид алюминия-кремния), причем M содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca), в частности, M содержит по меньшей мере один или более из кальция или стронция, в частности, по меньшей мере стронций. Термин «Eu(II)» обозначает двухвалентный европий. Термин «:Eu» и похожие термины обозначают, что неорганический материал замещен Eu или другими элементами (ионами), что известно из области техники.
В еще одном другом варианте осуществления третий источник света содержит третий твердотельный источник света, способный давать красный третий свет твердотельного источника света (такого как светодиод красного света или органический светодиод красного света). Конечно, могут использоваться также комбинации различных типов источников красного света.
Первый источник света и второй источник света каждый независимо выбирают также, в частности, из группы твердотельных источников света, таких как светодиод или лазерный диод. Также к первому и второму источникам света относится, конечно, то, что термин «источник света» может относиться к множеству источников света, такому как 2-20 (твердотельных) светодиодных источников света. Первый и второй источники света, в частности, способны направлять соответствующий им свет источника света различным люминесцентным материалам, причем первый источник света направлен на первый люминесцентный материал, и второй источник света направлен на второй люминесцентный материал. Следовательно, различные люминесцентные материалы (опционально также включая третий люминесцентный материал) преимущественно освещаются соответствующими источниками света. В частности, каждый люминесцентный материал принимает более 50% полной мощности излучения, в частности, более 80% мощности излучения соответствующего источника света. Следовательно, соответствующие источники света радиационно связаны с соответствующими им люминесцентными материалами (смотри также выше).
Таким образом, в конкретном варианте осуществления осветительное устройство содержит первую светодиодную сборку, содержащую первый источник света и первый люминесцентный материал, и/или вторую светодиодную сборку, содержащую второй источник света и второй люминесцентный материал. Альтернативно или дополнительно осветительное устройство может поэтому также содержать третью светодиодную сборку, содержащую третий твердотельный источник света и третий люминесцентный материал. Следовательно, в предыдущем варианте осуществления (a) синий свет и один или более из зеленого и желтого света и/или (b) синий свет и зеленый свет будут приниматься после сборок, тогда как в последнем варианте осуществления (непосредственно) после сборки будет приниматься только красный свет. Термины «перед» и «после» относятся к порядку элементов или устройств относительно распространения света от средства генерации света (здесь, в частности, от первого источника света), причем, относительно первого положения в пучке света от средства генерации света, второе положение в пучке света, находящееся ближе к средству генерации света, расположено «перед», и третье положение в пучке света, еще дальше от средства генерации света, расположено «после».
В частности, хорошие результаты были получены, когда синий свет как первого, так и второго источников света по существу имеет длину волны ниже 490 нм, например, меньше или равно 475 нм. Эта длина волны находится вблизи максимума кривой меланопсина (~490 нм). Следовательно, в конкретном варианте осуществления доминирующая длина волны второго источника света≤490 нм, и даже, в частности, ≤475 нм. Как упоминалось выше, доминирующая длина волны первого источника света меньше доминирующей длины волны второго источника света, и поэтому доминирующая длина волны первого источника света в этом варианте осуществления по определению < 490 нм. Выбирая такие длины волн, можно выбирать между двумя основными режимами работы осветительного устройства, то есть первым режимом работы является высокая коррелированная цветовая температура, причем синий свет близок к максимуму кривой меланопсина, то есть он увеличивает концентрацию/бодрствование, и вторым режимом работы с второй коррелированной цветовой температурой, причем синий свет больше удален от максимума кривой меланопсина, то есть попадает на меньшее количество содержащих меланопсин фоторецепторов глаза и, таким образом, относительно меньше подавляет выработку мелатонина (относительно первого режима работы).
В более конкретном варианте осуществления первый свет источника света имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 430-450 нм, и второй свет источника света имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 450-475 нм. Далее, в частности, разность доминирующих длин волн (первого света источника света и второго света источника света) лежит в диапазоне по меньшей мере 10 нм, в частности, в диапазоне 15-30 нм. В таком варианте осуществления, в частности, может быть достигнута высокая скорость изменения эффективности меланопсина.
Что касается люминесцентных материалов, в частности, для первого источника света и второго источника света (но также и для третьего источника света, смотри также выше), в принципе можно выбирать любой подходящий люминесцентный материал, органический или неорганический, или комбинации неорганических и органических люминофоров (смотри также выше).
Тем не менее, в конкретном варианте осуществления первый люминесцентный материал и второй люминесцентный материал выбирают из группы легированных церием люминесцентных материалов на основе граната. Альтернативно или дополнительно, один или более из первого люминесцентного материала и второго люминесцентного материала выбирают из группы люминесцентных материалов на квантовых точках. Следовательно, люминесцентные материалы могут также (независимо друг от друга) быть выбраны из группы, состоящей из люминесцентных оксидных материалов.
В частности, хорошие результаты получают, когда первый люминесцентный материал способен испускать зеленый и желтый свет, и второй люминесцентный материал способен испускать зеленый свет. Следовательно, в конкретном варианте осуществления первый свет первого люминесцентного материала имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 550-590 нм, и второй свет второго люминесцентного материала имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 520-550 нм. В этих типах приложений, в частности, подходящим материалом может быть люминесцентный материал типа граната (смотри также выше).
Следовательно, в дополнительном варианте осуществления первый люминесцентный материал и второй люминесцентный материал содержит A3B5O12:Ce3+, причем А выбирают из группы, состоящей из Y, Gd, Tb и Lu, и причем B выбирают из группы, состоящей из Al, Ga и Sc. Первый люминесцентный материал и/или второй люминесцентный материал может (поэтому) содержать гранат. В частности, первый люминесцентный материал и/или второй люминесцентный материал может содержать керамический люминесцентный материал. Гранат, в частности, керамический гранат, здесь также называется «люминесцентным материалом». Люминесцентный материал содержит A3B5O12:Ce3+ (гранат), причем A, в частности, выбирают из группы, состоящей из Sc, Y, Tb, Gd и Lu, причем B, в частности, выбирают из группы, состоящей из Al, Sc и Ga. Более конкретно, А содержит один или более из иттрия (Y), гадолиния (Gd) и лютеция (Lu), и B содержит алюминий (Al). Такой гранат может быть легирован церием (Ce), и, опционально, другими люминесцентными веществами, такими как празеодим (Pr). В конкретном варианте осуществления B содержит около 40% или более Al и 60% или менее Ga. В частности, B содержит алюминий (Al), однако B может также частично содержать галлий (Ga) и/или скандий (Sc) и/или индий (In), в частности, до примерно 20% Al, более конкретно, вплоть до 10% Al может быть замещено (то есть ионы А по существу содержат 90 или более мольных % Al и 10 или менее мольных % одного или более из Ga, Sc и In); B может, в частности, содержать до примерно 10% галлия. В другом варианте, B и O могут быть по меньшей мере частично замещены Si и N. Как указано выше, элемент А может, в частности, быть выбран из группы, состоящей из иттрия (Y), гадолиния (Gd), тербия (Tb) и лютеция (Lu). В частности, для первого люминесцентного материала мольное процентное содержание Y относительно a больше, чем для второго люминесцентного материала, и для второго люминесцентного материала мольное процентное содержание Lu относительно a больше, чем для первого люминесцентного материала. Следовательно, например, как первый, так и второй люминесцентный материал может содержать Y и Lu (то есть элементы A), но первый содержит больше Y, чем последний, и последний содержит больше Lu, чем первый. Таким образом, первый люминесцентный материал имеет доминирующую длину волны большую, чем последний люминесцентный материал. Вместо или дополнительно к LuAG можно также использовать GaYAG (то есть Y3Ga5O12:Ce3+). Следовательно, могут использоваться смеси таких люминесцентных материалов, но также могут использоваться и смеси кристаллов, такие как (YLu2Ga4AlO12:Ce3+).
Люминесцентные материалы, описанные здесь, обозначаются, в частности, их химическими формулами. Но хотя элементы обозначены, это не исключает наличия примесей и/или других фаз. Люминесцентный материал («люминофор») может также содержать примеси, например, одну или более из галогеновых или металлических примесей. Люминесцентный материал, наряду с одним или более люминесцентными материалами, описанными здесь, также включает другие фазы, например одну или более из - уже упомянутых (оставшихся) - поточный материал, оставшееся исходное вещество (вещества) и одну или более фаз, которые также образуются в ходе синтеза одного или более (соответствующих) люминесцентных материалов. Аналогично, люминесцентный материал может также включать в себя другие фазы, например, одну или более из - уже упомянутых (оставшихся) - поточного материала, оставшееся исходное вещество (вещества) и одну или более фаз, которые также образуются в ходе синтеза одного или более (соответствующих) люминесцентных материалов. В общем, весовой процент этой другой фазы (фаз) будет меньше примерно 10% по весу (относительно полного веса люминесцентного материала). Это известно из области техники.
Как указано выше, люминесцентный материал может также включать в себя примеси. Это известно из области техники. Следовательно, в вариантах осуществления химические формулы, например, MAlSiN3:Eu(II) и т.д., не исключают наличия примесей, например, вплоть до 500 ppm, в частности, вплоть до примерно 200 ppm, и более конкретно вплоть до примерно 100 ppm. Следовательно, даже если химическая формула не показывает наличия примесей, примеси, которые (тем не менее) могут присутствовать, могут быть, например, выбраны из группы, состоящей из Li, Na, K, Sc, Y, Ti, Zr, V, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Zn, V, C, N, O, F, Al, Si, P, S, Cl, Ga, Ge, Se, Br, Lu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Tl, Pb и Bi. Здесь перечислены примеси. Когда, например, химическая формула показывает наличие Li или Eu, они - даже имеющиеся в небольших количествах - не считаются примесями. Следовательно, например в MAlSiN3:Eu(II), Eu не является примесью, но MAlSiN3:Eu(II) может включать в себя, например, 150 ppm Hf, или Na, или Mg (в качестве примеси/примесей).
Далее, люминесцентный материал может включать в себя одну или более рассеивающих частиц и галоидную соль.
Далее, осветительное устройство может содержать управляющий модуль. Этот управляющий модуль, в частности, способен независимо управлять первым источником света, вторым источником света и третьим источником света, чтобы создать упомянутый белый свет, имеющий изменяемую коррелированную цветовую температуру. Следовательно, интенсивности этих соответствующих источников света можно настраивать, чтобы менять коррелированную цветовую температуру (и MEF), например, в указанных выше диапазонах, например, непрерывной регулировкой. Таким способом получается белый свет, содержащий один или более из (a) упомянутого первого света источника света и упомянутого второго света люминесцентного материала и, в частности, также упомянутого красного света источника света, и (b) упомянутого второго света источника света и упомянутого второго света люминесцентного материала, и, в частности, также упомянутого красного света источника света. В первом предельном случае белый свет содержит упомянутый красный свет и только упомянутый первый свет источника света и упомянутый первый свет люминесцентного материала, который может быть белым светом с низкой коррелированной цветовой температурой (с низким MEF). В другом предельном случае белый свет может содержать упомянутый красный свет и только упомянутый второй свет источника света и упомянутый второй свет люминесцентного материала, который может быть белым светом с высокой коррелированной цветовой температурой (с высоким MEF). Следовательно, осветительное устройство может использоваться для создания белого света, настраиваемого в диапазоне коррелированной цветовой температуры по меньшей мере 2000 K, и для создания переменного спектрального распределения интенсивности в синей области спектра в зависимости от коррелированной цветовой температуры.
В частности, управляющий модуль способен управлять первым источником света, вторым источником света и третьим источником света. В частности, управляющий модуль, таким образом, способен управлять интенсивностью первого света источника света, второго света источника света и третьего света источника света. Управляющий модуль может, в частности, управлять источниками света независимо, хотя, в частности, эти два или более источников света вместе обеспечивают белый свет (осветительного устройства). Далее, в частности, управляющий модуль способен управлять первым источником света, вторым источником света и третьим источником света в зависимости от одного или более временного сигнала и датчика внешнего света. Таким способом осветительное устройство может, например, автоматически регулировать коррелированную цветовую температуру. Тем не менее, в еще одном дополнительном варианте осуществления управляющий модуль может также быть способен управлять источниками света в зависимости от пользовательских входных значений. Например, может быть желательно регулировать коррелированную цветовую температуру или схему коррелированной цветовой температуры, например, для подготовки к джетлагу или для восстановления после джетлага (постепенного). В еще одном дополнительном варианте осуществления осветительное устройство дополнительно содержит четвертый источник света, способный давать четвертый свет источника света, содержащий голубой свет.
В еще одном дополнительном варианте осуществления управляющий модуль дополнительно способен управлять коэффициентом эффективности меланопсина (MEF) белого света. Таким способом белый свет можно настраивать до желаемого MEF, например, высокого коэффициента в дневное время, и уменьшающегося коэффициента при приближении времени отхода ко сну. Управляющий модуль может дополнительно, в частности, быть способен управлять коэффициентом эффективности меланопсина (MEF) в зависимости от коррелированной цветовой температуры белого света (и/или времени суток).
Осветительное устройство может дополнительно включать в себя пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс может использоваться для управления (посредством управляющего модуля), например, одним или более из коррелированной цветовой температуры, схемой цветовой температуры, интенсивностью белого света, связанным с MEF входным значением и так далее. Связанное с MEF входное значение может, например, включать в себя такое входное значение, как «время спать» (при этом MEF снижается), «подъем» (MEF увеличивается), «концентрация» (MEF увеличивается), «расслабление» (MEF снижается) и так далее. Пользовательский интерфейс может быть включен в дистанционное управление, такое как классическое дистанционное управление, по существу подходящее только для управления осветительным устройством. Тем не менее, пользовательский интерфейс может также быть включен в интеллектуальное устройство, такое как мобильный телефон или другое портативное устройство, включая приложение в качестве пользовательского интерфейса. Пользовательский интерфейс может проводным или беспроводным способом, в частности, беспроводным способом, связываться с управляющим модулем. Следовательно, пользовательский интерфейс и управляющий модуль являются, в частности, функционально связанными.
Осветительное устройство может быть частью осветительной системы, причем осветительное устройство может быть функционально связано с одним или более другими устройствами, включающими одно или более другие осветительные устройства. Следовательно, изобретение также обеспечивает осветительную систему, содержащую одно или более, в частности, множество, осветительных устройств. Например, значение MEF может быть выбрано управляющим модулем в зависимости от времени суток, например, низкий MEF перед отходом ко сну и высокий MEF для пробуждения или вскоре после обеда. Альтернативно или дополнительно значение MEF может быть выбрано в зависимости от активности (или отсутствия активности) человека. Далее, значение MEF может быть выбрано в зависимости от расположения, например, сравнительно более высокий MEF в центре управления, или в части центра управления, и более низкий MEF, например, в зоне отдыха. Далее, опционально или дополнительно, MEF может быть выбран в зависимости от показаний датчика, причем датчик способен считывать активность человека и/или концентрацию внимания человека. Например, когда человек начинает засыпать в том месте и/или в то время, когда необходима концентрация внимания, значение MEF может быть увеличено (при управлении машиной или другим транспортным средством, таким как вагон, поезд, грузовик и так далее; в центре управления и так далее).
Таким способом, благодаря свету осветительного устройства можно менять самочувствие человека. Благодаря освещению можно улучшить управление светом и влияние света на человека, так как он может влиять на настроение и/или на восприятие обстановки.
Термины «фиолетовый свет» или «фиолетовое испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 380-440 нм. Термины «синий свет» или «синее испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 440-495 нм (включая некоторое фиолетовое и голубое свечение). В настоящем изобретении синий свет относится, в частности, к свету, имеющему длину волны в диапазоне 400-495 нм. Термины «зеленый свет» или «зеленое испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 495-570 нм. Термины «желтый свет» или «желтое испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 570-590 нм. Термины «оранжевый свет» или «оранжевое испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 590-620 нм. Термины «красный свет» или «красное испускание», в частности, относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 620-780 нм. Термины «розовый свет» или «розовое испускание» относятся к свету, имеющему синюю и красную компоненты. Термины «видимый», «видимый свет» или «видимое испускание» относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 380-780 нм.
Осветительное устройство может быть частью, или может использоваться, например, в офисных осветительных системах, бытовых прикладных системах, торговых осветительных системах, домашних осветительных системах, акцентных осветительных системах, точечных осветительных системах, театральных осветительных системах, волоконно-оптических прикладных системах, проекционных системах, самосветящихся системах отображения, пиксельных системах отображения, сегментированных системах отображения, системах предупреждающих знаков, медицинских осветительных приборах, системах индикаторов, декоративных осветительных системах, портативных системах, автомобильных устройствах, тепличных осветительных системах, осветительных системах в садоводстве.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны, только в качестве примера, со ссылками на прилагаемые схематические чертежи, на которых соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части, и на которых:
Фигура 1 показывает меланопическую (сплошная линия) (кривая m) и фотопическую (прерывистая линия) (кривая p) нормализованные функции чувствительности человеческого глаза (R.J. Lucas, et al., Measuring и using light in the melanopsin age, Trends in Neurosciences, Vol 37, issue 1, Jan 2014, pp 1-9; http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223613001975);
Фигура 2 показывает пример настройки спектра испускания и, соответственно, коррелированной цветовой температуры, с помощью варианта осуществления осветительного устройства.
Фигура 3a показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT, для лампы, использующей синие светодиоды с длиной волны 450 нм (эталонные).
Фигура 3b показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT для осветительного устройства, использующего комбинацию синих светодиодов с длиной волны 440 и 462 нм. Пунктирная синяя линия: изменения значения MEF для стандартной светодиодной лампы.
Фигура 3c показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT для осветительного устройства, использующего комбинацию синих светодиодов с длиной волны 440 и 462 нм (в комбинации с непосредственно красным светодиодом). Пунктирная синяя линия: изменения значения MEF для стандартной светодиодной лампы.
Фигуры 4a-4b схематически показывают варианты осуществления осветительного устройства; и
Фигура 5 схематически показывает некоторые аспекты изобретения.
Схематические чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фигура 1 показывает относительные меланопическую (m) и фотопическую (p) функции чувствительности человеческого глаза. Максимум чувствительности для меланопической функции находится на 490 нм, значения ширины спектра на уровне половинной амплитуды составляют 447 нм и 531 нм.
Фигура 2 показывает пример настройки спектра испускания и, следовательно, коррелированной цветовой температуры с помощью варианта осуществления осветительного устройства. Здесь использовался вариант осуществления с синим светодиодом с доминирующей длиной волны 440 нм, с YAG:Ce3+, синий светодиод с доминирующей длиной волны 462 нм, с LuAG:Ce, и красный светодиод с доминирующей длиной волны 613 нм. Самая нижняя кривая (сплошная кривая) имеет относительно большой вклад красного света и относительно малый вклад синего света, причем синий свет вносит вклад при меньших длинах волн, что является относительно теплым белым светом. Верхняя кривая имеет относительно высокий вклад синего света, причем вклад синего смещен в область длины волны ближе к меланопическому максимуму (относительно нижних кривых). Следовательно, это сравнительно холодный белый свет с более высоким значением MEF, чем у расположенных ниже кривых.
Фигура 3a показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT для лампы, в которой используются синие светодиоды с длиной волны 450 нм (эталонные). Используется трехканальное решение без оптимизированных синих светодиодов накачки:
- Канал 1: синий 450 нм+YAG
- Канал 2: синий 450 нм+LuAG
- Канал 3: MAlSiN3:Eu(II)
Отношение MEF равно 3,2, причем значение MEF равно 0,31 при 2200 K и значение MEF равно 0,91 при 5700 K. Здесь разность доминирующих длин волн источников света равна нулю.
Фигура 3b показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT для осветительного устройства, использующего комбинацию синих светодиодов с длиной волны 440 и 462 нм. Пунктирная линия: изменение значения MEF для стандартной (std.) светодиодной лампы. Здесь выбрано оптимизированное трехканальное решение.
Трехканальное решение, имеющее оптимальные синие светодиоды накачки:
- Канал 1: синий 440 нм+YAG
- Канал 2: синий 462 нм+LuAG
- Канал 3: MAlSiN3:Eu(II) (как и выше)
Следует отметить, что при поддержании высокого CRI диапазон MEF гораздо шире, а именно MEF при 2200 K равен 0,29 и MEF при 5700 K равен 1,18, что дает динамический спектральный диапазон MEF, равный 4,1 (отношение). Здесь разность доминирующих длин волн источников света составляет около 22 нм.
Фигура 3c показывает CRI, R9 и MEF в зависимости от CCT для осветительного устройства, использующего комбинацию синих светодиодов с длиной волны 440 и 462 нм (вместе с направленным красным светодиодом). Пунктирная линия: изменения значения MEF для стандартной (std.) светодиодной лампы. Здесь выбран другой вариант осуществления оптимизированного трехканального решения:
- Канал 1: синий 440 нм+YAG
- Канал 2: синий 462 нм+LuAG
- Канал 3: красный светодиод 613 нм
И снова, в сколь угодно большом диапазоне коррелированных цветовых температур CRI больше 80, и благодаря осветительному устройству может быть установлен большой диапазон значений MEF. При 2400 K значение MEF равно 0,37, и при 6200 K значение MEF равно 1,29, таким образом достигается динамический диапазон, равный 3,5. Здесь разность доминирующих длин волн источников света составляет около 22 нм.
Фигуры 4a-4c схематически изображают варианты осуществления осветительного устройства. Фигура 4a схематически изображает вариант осуществления осветительного устройства 100, способного давать белый свет 101 с изменяемой коррелированной цветовой температурой. Осветительное устройство 100 содержит первый источник 110 света, способный давать первый свет 111 источника света, причем первый свет 111 источника света содержит синий свет с доминирующей длиной волны первого источника света, выбранной в диапазоне 400-460 нм, причем первый источник 110 света 110 способен облучать первый люминесцентный материал 210 упомянутым первым светом 111 источника света, причем первый люминесцентный материал 210 способен конвертировать часть первого света 111 источника света в первый свет 211 люминесцентного материала, причем первый свет 211 люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем первый свет 211 люминесцентного материала имеет доминирующую длину волны первого люминесцентного материала.
Далее, осветительное устройство 100 содержит второй источник 120 света, способный давать второй свет 121 источника света, причем второй свет 121 источника света содержит синий свет с доминирующей длиной волны второго источника света, выбранной в диапазоне 450-490 нм, причем второй источник 120 света способен облучать второй люминесцентный материал 220 вторым светом 121 источника света, и причем второй люминесцентный материал 220 способен конвертировать часть второго света 121 источника света во второй свет 221 люминесцентного материала, причем второй свет 221 люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем второй свет 221 люминесцентного материала имеет доминирующую длину волны второго люминесцентного материала.
Далее, осветительное устройство 100 также содержит третий источник 130 света, способный давать красный свет 131 источника света.
Далее, осветительное устройство содержит управляющий модуль 300, способный независимо управлять первым источником 110 света, вторым источником 120 света и третьим источником 130 света для создания упомянутого белого света 101 с изменяемой коррелированной цветовой температурой, причем упомянутый белый свет 101 содержит (опционально) упомянутый красный свет 131 источника света и один или более из (a) упомянутого первого света 111 источника света и упомянутого первого света 211 люминесцентного материала, и (b) упомянутого второго света 121 источника света и упомянутого второго света 221 люминесцентного материала. Следовательно, в частности, управляющий модуль способен управлять первым источником света, вторым источником света и третьим источником света. В частности, управляющий модуль поэтому способен управлять интенсивностью первого света источника света, второго света источника света и третьего света источника света.
В варианте осуществления с фигуры 4a третий источник 130 света содержит третий твердотельный источник 1130 света, способный давать третий свет 1131 твердотельного источника света, причем третий свет 1131 твердотельного источника света содержит синий свет, причем третий твердотельный источник 1130 света способен облучать третий люминесцентный материал 230 третьим светом 1131 твердотельного источника света, и причем третий люминесцентный материал 1130 способен конвертировать часть третьего света 1131 твердотельного источника света в третий свет 231 люминесцентного материала, причем третий свет 231 люминесцентного материала содержит красный свет. Следует отметить, что в этом варианте осуществления количество света 1131 твердотельного источника света, в частности, мало; в частности, по существу весь свет 1131 твердотельного источника света поглощается третьим люминесцентным материалом 230. В данном варианте осуществления третий люминесцентный материал 230 содержит MAlSiN3:Eu(II), причем M содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca).
Далее, в варианте осуществления с фигуры 4a осветительное устройство содержит первую светодиодную сборку 310, содержащую первый источник 110 света и первый люминесцентный материал 210, и вторую светодиодную сборку 320, содержащую второй источник 120 света и второй люминесцентный материал 220, и третью светодиодную сборку 330, содержащую третий источник 130 света и третий люминесцентный материал 230.
Ссылочная позиция 170 обозначает опциональный диффузор. Конечно, на самом деле осветительное устройство 100 будет в общем содержать множество первых источников света, множество вторых источников света и множество третьих источников света.
Фигура 4b схематически изображает тот же вариант осуществления, что и фигура 4a, но теперь третий источник 130 света содержит третий твердотельный источник 1130 света, способный давать красный третий свет 1131 твердотельного источника света (то есть без люминесцентного материала).
Фигура 4c схематически изображает дистанционное решение. Следует отметить, что, преимущественно, каждый источник света связан с соответствующим люминесцентным материалом. Если бы третий источник света был источником красного света без люминесцентного материала, вместо люминесцентного материала могла бы быть включена светопрозрачная часть. Источники света радиационно связаны с соответствующими люминесцентными материалами.
Фигура 5 схематически показывает некоторые аспекты изобретения. Здесь очень схематически показано излучение синего светодиода с доминирующей длиной волны D1. Для светодиодов максимум пика и доминирующая длина волны могут быть по существу одинаковы. Кроме того, здесь пунктирной линией показана кривая меланопсина (смотри фигуру 1). Так как эта кривая также может быть по существу симметричной, максимум пика и доминирующая длина волны могут быть по существу одинаковы. Кривая испускания на большей длине волны по существу асимметрична. Следовательно, в этом случае доминирующая длина волны может отличаться от максимума пика.
Термин «по существу» здесь, также, как и «по существу весь свет» или «по существу состоит из» будет понятен специалистам в области техники. Термин «по существу» может также включать в себя варианты осуществления с «целиком», «полностью», «весь» и так далее. Следовательно, в вариантах осуществления наречие «по существу» может также быть опущено. Где это применимо, термин «по существу» может также относиться к 90% или более, например, к 95% или более, в частности, 99% или более, и даже, в частности, 99,5% или более, включая 100%. Термин «содержит» также включает в себя варианты осуществления, в которых термин «содержит» означает «состоит из». Термин «и/или», в частности, относится к одному или более из элементов, упомянутых до и после «и/или». Например, фраза «элемент 1 и/или элемент 2» и похожие фразы могут относиться к одному или более из элемента 1 и элемента 2. Термин «содержащий» может в варианте осуществления относиться к «состоящий из», но может в другом варианте осуществления также относиться к «содержащий по меньшей мере определенные компоненты и, опционально, один или более других компонентов».
Далее, термины первый, второй, третий и подобные в описании и в формуле используются для различения похожих элементов и не обязательно описывают последовательный или хронологический порядок. Следует понимать, что используемые таким образом термины взаимозаменяемы в подходящих обстоятельствах, и что описанные здесь варианты осуществления изобретения могут работать и в других последовательностях, чем те, которые описаны и проиллюстрированы здесь.
Кроме прочего, устройства описаны в настоящем документе в рабочем режиме. Специалисты в области техники поймут, что изобретение не ограничивается способами работы или работающими устройствами.
Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления, не отступая от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, расположенные в скобках, не должны считаться ограничивающими пункт формулы. Использование глагола «содержать» и его производных не исключает наличия других элементов или этапов, чем те, которые перечислены в пункте формулы. Единственное число не исключает наличие множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено посредством оборудования, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством правильно запрограммированного компьютера. В пунктах типа «устройство», где перечисляются несколько устройств, некоторые из этих устройств могут быть осуществлены посредством одного и того же элемента оборудования. Только тот факт, что некоторые параметры перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы, не означает, что комбинации таких параметров не могут использоваться для получения преимущества.
Изобретение также относится к устройству, содержащему один или более отличительных признаков, раскрытых в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах. Изобретение также относится к способу или процессу, содержащему один или более отличительных признаков, раскрытых в описании и/или показанных на прилагаемых чертежах.
Различные аспекты настоящего изобретения, обсуждаемые в данном патенте, могут комбинироваться для получения дополнительных преимуществ. Более того, некоторые признаки могут формировать основу для одной или более выделенных заявок.
1. Осветительное устройство (100), способное давать белый свет (101) с изменяемой коррелированной цветовой температурой, причем осветительное устройство (100) содержит:
- первый источник (110) света, способный давать первый свет (111) источника света, причем первый свет (111) источника света содержит синий свет, имеющий доминирующую длину волны первого источника света, выбранную в диапазоне 400-460 нм, причем первый источник (110) света способен облучать первый люминесцентный материал (210) упомянутым первым светом (111) источника света, причем первый люминесцентный материал (210) способен конвертировать часть первого света (111) источника света в первый свет (211) люминесцентного материала, причем первый свет (211) люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем первый свет (211) люминесцентного материала имеет первую доминирующую длину волны люминесцентного материала;
- второй источник (120) света, способный давать второй свет (121) источника, причем второй свет (121) источника света содержит синий свет, имеющий вторую доминирующую длину волны источника света, выбранную в диапазоне 450-490 нм, причем второй источник (120) света способен облучать второй люминесцентный материал (220) вторым светом (121) источника света, и причем второй люминесцентный материал (220) способен конвертировать часть второго света (121) источника света во второй свет (221) люминесцентного материала, причем второй свет (221) люминесцентного материала содержит один или более из зеленого и желтого света, и причем второй свет (221) люминесцентного материала имеет вторую доминирующую длину волны люминесцентного материала;
- третий источник (130) света, способный давать красный свет (131) источника света;
- управляющий модуль (300), способный независимо управлять первым источником (110) света, вторым источником (120) света и третьим источником (130) света для получения упомянутого белого света (101) с изменяемой коррелированной цветовой температурой, причем упомянутый белый свет (101) содержит один или более из (a) упомянутого первого света (111) источника света, упомянутого первого света (211) люминесцентного материала и упомянутого красного света (131) источника света, и (b) упомянутого второго света (121) источника света, упомянутого второго света (221) люминесцентного материала и упомянутого красного света (131) источника света;
причем доминирующая длина волны второго источника света > доминирующей длины волны первого источника света, и причем доминирующая длина волны первого люминесцентного материала > доминирующей длины волны второго люминесцентного материала.
2. Осветительное устройство (100) по п.1, причем доминирующая длина волны второго источника света ≤475 нм.
3. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, причем первый свет (111) источника света имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 430-450 нм, и причем второй свет (121) источника света имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 450-475 нм, причем разность доминирующих длин волн находится в диапазоне 15-30 нм, причем первый свет (211) люминесцентного материала первого люминесцентного материала (110) имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 550-590 нм, и причем второй свет (221) люминесцентного материала второго люминесцентного материала (120) имеет доминирующую длину волны, выбранную в диапазоне 520-550 нм.
4. Осветительное устройство (100) по любому из предшествующих пунктов, в котором первый люминесцентный материал (110) и второй люминесцентный материал (120) выбирают из группы легированных церием люминесцентных материалов на основе граната.
5. Осветительное устройство (100) по п.4, причем первый люминесцентный материал и второй люминесцентный материал содержат A3B5O12:Ce3+, причем А выбирают из группы, состоящей из Y, Gd, Tb и Lu, и причем B выбирают из группы, состоящей из Al, Ga и Sc, причем первый люминесцентный материал и второй люминесцентный материал содержат Y и Lu, и причем у первого люминесцентного материала молярное процентное содержание Y относительно А выше, чем у второго люминесцентного материала, и причем у второго люминесцентного материала молярное процентное содержание Lu относительно А выше, чем у первого люминесцентного материала.
6. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, в котором один или более из первого люминесцентного материала (110) и второго люминесцентного материала (120) выбирают из группы люминесцентных материалов на квантовых точках.
7. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, в котором третий источник (130) света содержит третий твердотельный источник (1130) света, способный давать третий свет (1131) твердотельного источника света, причем третий свет (1131) твердотельного источника света содержит синий свет, причем третий твердотельный источник (1130) света способен облучать третий люминесцентный материал (230) третьим светом (1131) твердотельного источника света и причем третий люминесцентный материал (1130) способен конвертировать часть третьего света (1131) твердотельного источника света в третий свет (231) люминесцентного материала, причем третий свет (231) люминесцентного материала содержит красный свет, и причем третий люминесцентный материал (230) содержит MAlSiN3:Eu(II), причем M содержит один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из бария (Ba), стронция (Sr) и кальция (Ca).
8. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, в котором третий источник (130) света содержит третий твердотельный источник (1130) света, способный давать красный третий свет (1131) твердотельного источника света.
9. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, содержащий первую светодиодную сборку (310), содержащую первый источник (110) света и первый люминесцентный материал (210), и вторую светодиодную сборку (320), содержащую второй источник (12) света и второй люминесцентный материал (220).
10. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, в котором управляющий модуль (300) способен управлять первым источником (110) света, вторым источником (120) света и третьим источником (130) света в зависимости от одного или более из временного сигнала и датчика (161) внешнего света.
11. Осветительное устройство (100) по любому одному из предшествующих пунктов, в котором управляющий модуль (300) дополнительно способен управлять коэффициентом эффективности меланопсина (MEF) белого света (101).
12. Осветительное устройство (100) по п.11, в котором управляющий модуль дополнительно способен управлять коэффициентом эффективности меланопсина (MEF) в зависимости от коррелированной цветовой температуры белого света (101).
13. Применение осветительного устройства (100) по любому одному из предшествующих пунктов для получения белого света (101), настраиваемого в диапазоне коррелированной цветовой температуры по меньшей мере 2000 K, и для получения изменяемого спектрального распределения интенсивности в синей области спектра в зависимости от коррелированной цветовой температуры.
14. Применение осветительного устройства (100) по п.13 для поддержания биоритма.
15. Применение согласно любому одному из предшествующих пп. 13, 14, имеющее первую эффективность меланопсина при первой коррелированной цветовой температуре и вторую эффективность меланопсина при второй коррелированной цветовой температуре, причем вторая коррелированная цветовая температура больше первой коррелированной цветовой температуры, и причем отношение второй эффективности меланопсина к первой эффективности меланопсина больше или равно 3,5.
