DE202013012940U1 - LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität - Google Patents

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Abstract

LED-Lampe mit einem LED-Gerät, wobei die LED-Lampe durch einen Lichtstrom von mehr als 500 lm und eine spektrale Leistungsverteilung (SPD) gekennzeichnet ist, bei der mehr als 2 % der Leistung innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen ca. 390 nm und 430 nm abgegeben werden.

Description

  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der am 4. Mai 2012 eingereichten vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/642,984, sowie der am 14. März 2013 eingereichten vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/783,888, in Anspruch, die in ihrer Gesamtheit hierin jeweils durch Verweis aufgenommen sind.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Offenbarung betrifft das Gebiet der allgemeinen Beleuchtung mit Leuchtdioden-Lampen (LED-Lampen) und insbesondere Techniken für LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Aufgrund der begrenzten Wirkungskraft herkömmlicher Lichtquellen, besteht ein Bedarf nach hocheffizienten LED-Quellen zur allgemeinen Beleuchtung. Technische Fortschritte haben es vor kurzem für Lampen auf LED-Basis ermöglicht, einen ausreichenden Lichtstrom bereitzustellen, um allgemeine Beleuchtungsquellen im 40 W Bereich und darüber zu ersetzen, wie z.B. Lampen, die 500 lm und darüber emittieren. Es besteht daher ein großer Bedarf danach, die Lichtstromabgabe von Lampen auf LED-Basis beständig zu erhöhen, während die Qualität des Lichts, das diese erzeugen, ebenfalls verbessert werden soll.
  • Es besteht deshalb ein Bedarf nach verbesserten Ansätzen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend werden Techniken für LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität offenbart, wobei die nachfolgenden Konfigurationen, Systeme und Verfahren eingesetzt werden können.
  • Bei einem ersten Aspekt werden LED-Bauelemente umfassende LED-Lampen bereitgestellt, wobei die LED-Lampe durch einen Lichtstrom von mehr als 500 lm sowie eine spektrale Strahlungsverteilung (SPD), bei welcher mehr als 2 % der Strahlung innerhalb eines Wellenlängenbereichs von etwa 390 nm bis etwa 430 nm emittiert wird, gekennzeichnet ist.
  • Bei einem zweiten Aspekt werden Lampen auf LED-Basis bereitgestellt, die durch einen Lichtstrom von mehr als 500 lm gekennzeichnet sind, wobei die Lampe eine oder mehrere LED-Quellen umfasst, die einen Basisbereich von weniger als 40 mm2 aufweisen.
  • Bei einem dritten Aspekt werden eine Vielzahl von lichtemittierende Dioden (LEDs) umfassenden Lichtquellen, bei denen wenigstens 2 % einer SPD im Bereich von 390 bis 430 nm liegt, so bereitgestellt, dass sich ein Weißgrad nach CIE eines von der Lichtquelle beleuchteten hochweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 bis plus 40 Punkten eines Weißgrades nach CIE desselben Musters bei Beleuchtung mit einem CIE-Referenzlicht derselben ähnlichsten Farbtemperatur (englisch: correlated colour temperature, CCT) (ein schwarzer Strahler, falls CCT < 5000 K bzw. ein Normlicht vom Typ D, falls CCT > 5000 K) befindet.
  • Bei einem vierten Aspekt werden LEDs umfassenden Lichtquellen bei denen wenigstens 2 % einer SPD in einem Bereich von etwa 390 nm bis etwa 430 nm liegt so bereitgestellt, dass ein Weißgrad nach CIE eines hochweißen Referenzmusters, das durch die Lichtquelle beleuchtet wird, sich innerhalb von minus 20 bis plus 40 Punkten eines Weißgrades nach CIE desselben Musters bei Beleuchtung mit einer keramischen Halogenmetalldampflampe derselben CCT befindet.
  • Bei einem fünften Aspekt werden Lichtquellen bereitgestellt, die eine Vielzahl von lichtemittierenden Dioden (LEDs) umfassen, wobei Licht, das durch die Lichtquelle emittiert wird, durch eine spektrale Strahlungsverteilung gekennzeichnet ist, bei der wenigstens 2 % der Leistung sich in einem Wellenlängenbereich von etwa 390 nm bis etwa 430 nm befinden, sowie durch eine Farbart (Chromatizität), bei welcher sich ein hochweißes Referenzmuster, das durch die Lichtquelle beleuchtet wird, wenigstens zwei Duv-Punkte und höchstens zwölf Duv-Punkte weg von einer Farbart eines Weißpunkts der Lichtquelle befindet und die Farbartverschiebung im Wesentlichen in Richtung Blau des Farbraums erfolgt.
  • Bei einem sechsten Aspekt werden optische Bauelemente mit einem gallium- und stickstoffhaltigen Grundsubstrat offenbart, die eine Oberflächenregion; ein auf der Oberflächenregion aufliegend ausgebildetes n-leitendes (n-Typ) gallium- und stickstoffhaltiges epitaktisches Material, eine aktive Zone, die einen Doppelheterostruktur-Topfbereich und zumindest einen an jeder Seite des Doppelheterostruktur-Topfbereichs ausgebildeten Pseudotopf aufweist, wobei jeder der zumindest einen Pseudotöpfe eine Breite aufweist, die etwa zehn bis etwa neunzig Prozent einer Breite des Doppelheterostruktur-Topfbereichs beträgt, ein auf der aktiven Zone aufliegend ausgebildetes p-leitendes gallium- und stickstoffhaltiges epitaktisches Material, und einen auf dem p-leitenden gallium- und stickstoffhaltigen epitaktischen Material aufliegend ausgebildeten Kontaktbereich aufweisen.
  • Figurenliste
  • Fachleute werden erkennen, dass die hierin erläuterten Figuren ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung dienen. Die Figuren sind nicht dazu bestimmt, den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
    • 1A zeigt ein Diagramm zum Vergleich der spektralen Strahlungsverteilung (SPD) eines schwarzen Strahlers mit einer herkömmlichen LED-Lampe, bei der blaue Pump-LEDs mit einem Leuchtstoff verwendet werden, mit gleicher CCT von 3000 K und gleichem Lichtstrom zum Vergleichen mit LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 1B ist eine Grafik, die einen Vergleich der SPD eines schwarzen Strahlers und einer herkömmlichen LED-Lampe zeigt, unter Verwendung von blauen Pumpen-LEDs (Pump-LEDs) und einem Leuchtstoff, mit derselben CCT von 6500 K und einem gleichwertigen Lichtstrom zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 2A ist eine Abbildung von zwei rötlichen Objekten, die eine Metamerie unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle mit einer CCT von 2700 K zum Vergleich zu LED-Lampen für eine verbesserte Lichtqualität belegt.
    • 2B ist eine Skizze von 2A, die zwei rötliche Objekte zeigt, welche die Metamerie unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle mit einer CCT von 2700 K zum Vergleich zu LED-Lampen für eine verbesserte Lichtqualität belegt.
    • 3 ist eine Grafik, welche die Details der Kurzwellen-SPD-Diskrepanz (SWSD) zwischen einem herkömmlichen LED und einem schwarzen Strahler mit derselben CCT von 3000 K und demselben Lichtstrom zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 4 ist eine Grafik, welche den Gesamtstrahldichtefaktor von weißem Papier mit optischen Aufhellungsmitteln für eine weißglühende Quelle und eine herkömmliche LED-Quelle zeigt, beide mit einer CCT von 3000 K, zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 5A stellt eine in einem System für LED-Lampen verwendete Reflektorschale zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 5B stellt eine Reflektorschale mit mehreren LED-Quellen zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 6 stellt eine experimentelle Konfiguration zum Messen von Schlagschatten zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 7 stellt eine Grafik dar, welche den relativen Lichtstrom über einen geplanten Versus-Winkel für eine herkömmliche MR-16-Lampe auf LED-Basis zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 8 ist eine Skizze eines MR16-Lampenkörpers, eines Objektivs und einer LED-Quelle, die violette Pumpen-LEDs und eine Leuchtstoffmischung enthält, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden.
    • 9A ist ein Diagramm, das einen Vergleich einer Modell-SPD eines schwarzen Strahlers und einer LED-Lampe mit verbesserter Lichtqualität zeigt, beide mit einer CCT von 3000 K und mit gleichwertigem Lichtstrom, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 9B ist ein Diagramm, das einen Vergleich der SPDs der Leuchtkörper mit einer CCT von 300 K zum Vergleich zu Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 10 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der SPDs eines D65-Leuchtkörpers gegenüber LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 11 ist ein Diagramm, dass die Kurzwellen-SPD-Diskrepanz zwischen einem schwarzen Strahler und bestimmten Ausführungen zeigt, beide mit einer CCT von 3000 K, als eine Funktion der SPD-Violettfraktion zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 12 ist ein Diagramm, das die Kurzwellen-SPD-Diskrepanz zwischen einem D65-Leuchtkörper und den Ausführungsformen zeigt, beide mit einer CCT von 6500 K, als eine Funktion der SPD-Violettfraktion zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 13A ist eine Darstellung, die zwei rötliche Objekte unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle und durch eine bestimmte Konfiguration zeigt, beide mit einer CCT von 2700 K.
    • 13B ist eine Skizze von 13A, die zwei rötliche Objekte unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle und durch eine Konfiguration gemäß der Erfindung zeigt, beide mit einer CCT von 2700 K.
    • 14 ist ein Diagramm, das einen Gesamtstrahldichtefaktor eines Musters aus weißem Papier mit optischen Aufhellungsmitteln für eine weißglühende Quelle und eine ausgewählte Ausführungsform zeigt, beide mit einer CCT von 3000 K zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 15 ist ein Diagramm, das die CIE-Weiße von errechneten Quellen mit einer CCT von 6500 K CCT zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Qualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 16A ist ein Diagramm, das die CIE-Weiße von errechneten Quellen mit einer CCT von 3000 K CCT zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Qualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 16B ist ein Diagramm, das die CCT-korrigierte Weiße von Quellen mit einer CCT von 3000 zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Qualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 17 ist ein Diagramm, das den relativen Lichtstrom über einen geplanten Schatten-versus-Winkel für eine herkömmliche MR-16-Lampe auf LED-Basis und eine Ausführungsform zum Vergleich zu den LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 18A ist eine Darstellung, welche die Schatten zeigt, die durch eine Hand unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Lampe mit mehrfahren Lichtquellen schlägt.
    • 18B ist eine Darstellung, welche einen Schatten zeigt, der durch eine Hand unter Beleuchtung durch eine hierin offenbarte Ausführungsform schlägt.
    • 19A stellt eine MR-16-Formfaktorlampe dar, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird.
    • 19B stellt eine PAR30-Formfaktorlampe dar, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen verwendet wird.
    • 19C1 und 19C2 stellen jeweils eine AR111-Formfaktorlampe zur Verwendung mit LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 19D1 und 19D2 stellen jeweils eine PAR38-Formfaktorlampe zur Verwendung mit LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 20 ist ein Diagramm, das die Anforderungen an eine Mittelleitstrahl-Lichtstärke von 50 Watt MR-16-Lampen als eine Funktion des Strahlwinkels andeutet.
    • 21 ist ein Diagramm, das die experimentell gemessene, CCT-korrigierte Weiße verschiedener Objekte zeigt, die durch verschiedene Leuchtkörper zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen beleuchtet werden.
    • 22 ist ein Diagramm 2200, das die (x,y)-Koordinaten eines hochweißen Referenzstandards zeigt, der durch verschiedene Leuchtkörper mit einer CCT von 3000 K zum Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität gemäß einigen Ausführungsformen beleuchtet wird.
    • 23 ist ein Diagramm, das die experimentelle SPD einer LED-Lampe mit einer CCT von 5000 K gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.
    • 24 ist ein vereinfachtes Diagramm eines verpackten, lichtemittierenden Geräts, das einen flachen Träger und einen geschnittenen Träger verwendet;
    • 25 bis 36 sind jeweils Diagramme alternativer, verpackter, lichtemittierender Geräte, die Reflexionsmodus-Konfigurationen verwenden;
    • 37 zeigt schematische Diagramme der Bandabstandsstrukturen für einen Einzelquantenschacht (SQW), Mehrfachquantenschacht (MQW) und eine Doppelheterostruktur (DH) gemäß dem Stand der Technik sowie für SDH-1 und SDH-2 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
    • 38A - 38D zeigen jeweils den EL100-Strom (mw) gegenüber der Wellenlänge (nm) für standardmäßige LED-Strukturen und m-Ebenen-SDH-LED-Strukturen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden (38A); den EL1000-Strom (mw) gegenüber der Wellenlänge (nm) für standardmäßige Strukturen und die m-Ebene-SDH-LED-Strukturen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden (38B); die externe Quanten-Effizienz (%) gegenüber der Stromdichte (A/cm2) für verpackte LEDs ( 38C); und die Verschleierung bei dem Prozentsatz der externen Quanten-Effizienz für Stromdichten von 100 A/cm2 bis 400 A/cm2 für ein standardmäßiges LED und SDH-LEDs, die von der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden (38D).
    • 39A zeigt den Z-Faktor (Heiß-/Kaltfaktor, %) gegenüber der EL100-Wellenlänge (nm) bei 130 °C für Nicht-SDH-LEDs und SDH-LEDs, die von der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden. Die Messungen wurden an m-ebenen SDH-Strukturen vorgenommen. Für Geräte mit AlGan-Barrieren und Hüllenlagen wurde ein Z-Faktor von über 80 % am Wafer gemessen.
    • 39B zeigt den Z-Faktor (Heiß-/Kaltfaktor, %) gegenüber der EL1000-Wellenlänge (nm) bei 130 °C für Nicht-SDH-LEDs und SDH-LEDs, die von der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden.
    • 40 zeigt die Niedrigtemperatur-Photolumineszenzleistung von m-Ebenen-SDH-LEDs. Das Diagramm zeigt die interne Quanten-Effizienz gegenüber J für die m-Ebenen-SDH-LEDs, die von der vorliegenden Offenbarung bei Temperaturen von 4 K, 75 K, 300 K und 423 K bereitgestellt werden.
    • 41 zeigt ein Diagramm der externen Quanten-Effizienz gegenüber der Stromdichte (A/cm2) für m-Ebenen-SDH-LEDs, die von der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden. Wie gezeigt wird eine EQE von etwa 45 % bei 400 A/cm2 für ein Gerät mit nicht optimierter Lichtextraktion erhalten. Es wurde beobachtet, dass die Stromregeldifferenz von weniger als 5 % die Spitze bei 400 A/cm2 bildete. Es wurde ebenfalls beobachtet, dass ein Heiß-/Kaltfaktor von mehr als 78 % bei 150°C gleichwertig einer thermalen Regeldifferenz von weniger als 22 % zwischen Raumtemperatur und 150 °C ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Der Begriff „Leuchtstoffe“, wie hierin verwendet, bedeutet jede beliebige Zusammensetzung von Wellenlängen umsetzenden Materialien.
  • Der Begriff „CCT“ bezieht sich auf die korrelierte Farbtemperatur.
  • Der Begriff „SPD“, wie hierin verwendet, bedeutet die spektrale Strahlungsverteilung eines Spektrums (z.B. seine Verteilung der spektralen Strahlung gegenüber der Wellenlänge).
  • Der Begriff „FWHM“, wie hierin verwendet, bedeutet die volle Weite bei einem halben Maximum an SPD.
  • Der Begriff „OBA“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein optisches Aufhellungsmittel, eine Substanz, die Licht in einem Wellenlängenbereich absorbiert und Licht in einen anderen Wellenlängenbereich emittiert, um die wahrgenommene Weiße zu erhöhen. Typischerweise erfolgt die Umsetzung vom Ultraviolett-/Violettbereich zum blauen Bereich statt.
  • Die Abkürzung „SWSD“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Kurzwellenlängen-SPD-Diskrepanz, einer Metrik zum Quantifizieren der Diskrepanz zwischen zwei SPDs im Kurzwellenlängenbereich. Diese Metrik ist nachfolgend in der Anmeldung definiert.
  • Der Begriff „Gesamtstrahlungsfaktor“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf das Verhältnis der Strahlung, die von einem Körper reflektiert und emittiert wird, zu derjenigen, die von einem perfekt reflektierenden Diffuser unter denselben Beleuchtungs- und Erfassungsbedingungen reflektiert wird.
  • Der Begriff „Duv“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Chromatizitätsdifferenz zwischen zwei Farbpunkten der Farbkoordinaten (u'1,v'1) und (u'2,v'2) und ist wie folgt definiert: D u v = 1000 ⋅ ( u ' 1 − u ' 2 ) 2 + ( v ' 1 − v ' 2 ) 2
    Figure DE202013012940U1_0001
  • Der Begriff „Violettundichtigkeit“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Fraktion einer SPD im Bereich von 390 nm bis 430 nm.
  • Der Begriff „CCT-korrigierte Weiße“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Verallgemeinerung der CIE-Weißformel, die auf CCTs anwendbar ist, außer denjenigen mit 6500 K.
  • Der Begriff „hochweißes Referenzmuster“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen gewerblich verfügbaren Weißstandard, dessen nominale CIE-Weiße etwa 140 beträgt, wie hierin weiter beschrieben wird.
  • Der Begriff „Großmustersatz-CRI“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Verallgemeinerung des Farbwiedergabe-Indexes, wobei die Farbfehler-Kalkulation durchschnittlich über eine große Anzahl von Mustern, anstelle von nur acht Mustern, wie hierin weiter beschrieben errechnet wird.
  • Es wird nun insbesondere auf bestimmte Ausführungsformen hingewiesen. Dabei sind die offenbarten Ausführungsformen sind nicht dazu bestimmt, die Ansprüche einzuschränken.
  • Wellenlängen-Umsetzungsmaterialien können keramisch oder Halbleiter-Partikelleuchtstoffe, keramisch oder Halbleiter-Plattenleuchtstoffe, organische oder anorganische Abwärtsumsetzer, Aufwärtsumsetzer (Anti-Stokes), Nanopartikel sowie andere Materialien sein, die eine Wellenlängenumsetzung bereitstellen. Nachfolgend einige Beispiele:
    • (Srn,Ca1-n)10(PO4)6*B2O3:Eu2+ (wobei 0≤n≤1)
    • (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu2+,Mn2+
    • (Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu2+,Mn2+
    • Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+
    • (Ca,Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu2+, Mn2+
    • BaAl8O13:Eu2+
    • 2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+
    • (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2+,Mn2+
    • K2SiF6:Mn4+
    • (Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu2+
    • (Y,Gd,Lu,Sc,La)BO3 :Ce3+, Tb3+
    • (Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+
    • (Mg,Ca,Sr,Ba,Zn)2Si1-xO4-2x:Eu2+(wobei 0≤x<0.2)
    • (Ca,Sr,Ba)MgSi2O6: Eu2+
    • (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu2+
    • (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2:Eu2+,Mn2+
    • Na2Gd2B2O7: Ce3+,Tb3+
    • (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7:Eu2+,Mn2+
    • (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+,Bi3+
    • (Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu3+,Bi3+
    • (Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu3+,Bi3+
    • (Ca,Sr)S:Eu2+,Ce3+
    • (Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Sc,Al,Ga)5-nO12-3/2n:Ce3+ (wobei 0≤n≤0.5)
    • ZnS:Cu+,Cl-
    • (Y,Lu,Th)3Al5O12:Ce3+
    • ZnS:Cu+,Al3+
    • ZnS:Ag+,Al3+
    • ZnS:Ag+,Cl-
    • LaAl(Si6-zAlz)(N10-zOz):Ce3+(wobei z = 1)
    • (Ca,Sr)Ga2S4: Eu2+
    • AlN:Eu2+
    • SrY2S4:Eu2+
    • CaLa2S4:Ce3+
    • (Ba,Sr,Ca)MgP2O7:Eu2+,Mn2+
    • (Y,Lu)2WO6:Eu3+,Mo6+
    • CaWO4
    • (Y,Gd,La)2O2S:Eu3+
    • (Y,Gd,La)2O3:Eu3+
    • (Ba,Sr,Ca)nSinNn:Eu2+ (wobei 2n+4=3n)
    • Ca3(SiO4)Cl2:Eu2+
    • (Y,Lu,Gd)2-nCanSi4N6+nC1-n:Ce3+, (wobei 0≤n<0.5)
    • (Lu,Ca,Li,Mg,Y) Alpha-SiAlON dotiert mit Eu2+ und/oder Ce3+
    • (Ca,Sr,Ba)SiO2N2:Eu2+,Ce3+
    • Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+
    • (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+
    • CaAlSi(ON)3:Eu2+
    • Ba3MgSi2O8:Eu2+
    • LaSi3N5:Ce3+
    • Sr10(PO4)6Cl2:Eu2+
    • (BaSi)O12N2:Eu2+
    • M(II)aSibOcNdCe:A wobei (6<a<8, 8<b<14,13<c<17,5<d<9,0<e<2) und M(II) ein Divalentkation von (Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Cu,Co,Ni,Pd,Tm,Cd) und A von
    • (Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Mn,Bi,Sb) ist
    • SrSi2(O,Cl)2N2:Eu2+
    • SrSi9Al19ON31:Eu2+
    • (Ba,Sr)Si2(O,Cl)2N2:Eu2+
    • LiM2O8:Eu3+ wobei M=(W oder Mo)
  • Zu Zwecken der Anmeldung versteht es sich, dass wenn ein Leuchtstoff zwei oder mehr Dotierstoffione aufweist (d.h. diese Zone folgen nach dem Doppelpunkt in den oben genannten Leuchtstoffen), bedeutet dies, das der Leuchtstoff wenigstens einen (aber nicht unbedingt alle) dieser Dotierstoffione innerhalb des Materials aufweist. Das heißt, der Fachmann auf dem Gebiet wird zu schätzen wissen, dass die Art von Notierung bedeutet, dass der Leuchtstoff beliebige oder alle dieser spezifizierten Zone als Dotierstoffe in der Formulierung enthalten kann.
  • Weiterhin versteht es sich, dass Nanopartikel, Quantenpunkte, Halbleiter-Partikel und andere Arten von Materialien als Wellenlängen umsetzende Materialien verwendet werden können. Die oben genannte Liste dient zu repräsentativen Zwecken und sollte nicht als alle Materialien umfassend erachtet werden, die in den hierin beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden können. Aufgrund der beschränkten Wirkungskraft von herkömmlichen Lichtquellen besteht ein Bedarf nach hochwirksamen LED-Quellen zur allgemeinen Beleuchtung. Technische Fortschritte haben es vor Kurzem für Lampen auf LED-Basis ermöglicht, einen ausreichenden Lichtstrom bereitzustellen, um allgemeine Beleuchtungsquellen im 40 W Bereich und darüber zu ersetzen, wie z.B. Lampen, die 500 lm und darüber emittieren.
  • Solche herkömmlichen LED-Lampen verwenden Pumpen-LEDs, die im Bereich von 440 nm bis 460 nm emittieren sowie eine Mischung aus Leuchtstoffen, um weißes Licht zu erzeugen. Die Auswahl blauer Pumpen-LEDs (z.B. um 450 nm) zur Verwendung in herkömmlichen LED-Lampen wird teilweise durch das Leistungsniveau solcher LEDs vorgeschrieben, wodurch es ermöglicht wurde, genügend Licht (z.B. 500 lm) zu produzieren, um für manche allgemeinen Beleuchtungsanwendungen ausreichend zu sein.
  • Es besteht ein großer Bedarf danach, Lichtstromleistung von Lampen auf LED-Basis ständig zu erhöhen und ebenfalls die Qualität des Lichts, das diese erzeugen, zu verbessern.
  • Lampen auf LED-Basis bestehen aus mehreren Elementen, einschließlich:
    • - einer LED-Quelle (oder einem Modul), einschließlich LEDs und Leuchtstoffe, die Licht erzeugen;
    • - einem Lampenkörper, an dem die LED-Quelle befestigt ist; und
    • - einem Objektiv oder einem anderen optischen Element, welches das durch die LED-Quelle emittierte Licht ablenkt oder zerstreut.
  • Nachfolgend werden einige wichtige Einschränkungen an der Qualität des Lichts erörtert, das durch herkömmliche LED-Lampen emittiert wird. Einige dieser Probleme stehen in Zusammenhang mit der Verwendung von blauen Pumpen-LEDs und einige davon stehen in Zusammenhang mit der Verwendung einer erweiterten LED-Lichtquelle und/oder mehreren LED-Lichtquellen.
  • Der Farbwiedergabeindex (CRI - color rendering index) ist eine anerkannte Metrik, die häufig zur Bewertung der Qualität einer Lichtquelle eingesetzt wird. Er stellt eine Metrik bereit, die die Fähigkeit einer Lichtquelle betrifft, die Farbwiedergabe einer Referenzlichtquelle mit derselben korrelierten Farbtemperatur (CCT - correlated color temperature) zu reproduzieren. Unter einer Vielfalt an Szenarios versagt der obengenannte CRI jedoch bei der korrekten Beschreibung der Farbwiedergabe.
  • Der CRI bewertet in der Tat die Gleichartigkeit zwischen einem idealen Schwarzkörper-Strahler und einer Lichtquelle nur annähernd, indem die Farben der beleuchteten Testfarbmuster (TCS - test color samples) verglichen werden. Diese TCSs zeigen Breitbandspektren mit langsamen Variationen an, daher werden scharfe Variationen in der spektralen Leistungsverteilung (SPD - spectral power distribution) der Quelle nicht bestraft. Die TCS-Tests stellen keinen sehr strengen Test im Sinne der Farbanpassung dar: sie sind bezüglich spektraler Diskrepanzen, die in einem engen Wellenlängenbereich auftreten, nicht nachtragend.
  • Es bestehen jedoch Situationen, in denen das menschliche Auge auf winzige Äderungen in der SPD sensibel reagiert, beispielsweise beim Anschauen von Objekten mit weniger regulären Reflektionsspektren oder Objekten, deren Reflektionsspektren keinen der CRI TCSs nahe sind. In solchen Fällen kann durch einen Beobachter eine Diskrepanz zwischen der SPD des Schwarzkörpers und der Quelle über einem engen Wellenlängenbereich hinweg wahrgenommen und durch einen Beobachter als eine unzureichende Farbwiedergabe eingestuft werden. Daher besteht der einzig wahre Weg, Leuchtquellen-Metamerismen anzupassen darin, die SPD einer Referenzlichtquelle allen Wellenlängen anzupassen.
  • 1A ist eine Grafik 1A00, die einen Vergleich der SPDs eines Schwarzkörpers 102 und einer herkömmlichen LED-Lampe 104 zeigt, der Blaupumpen-LEDs und einen Leuchtstoff mit derselben CCT von 3000K und gleichem Leuchtfluss im Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität benutzt.
  • Die verglichenen SPDs von Referenzlichtquellen und herkömmlichen LEDs werden in 1A und 1B gezeigt, jeweils für CCTs von 3000K und 6500K (für 3000K ist die Referenz ein Schwarzkörper 102, und für 6500K ist es die D65-Lichtquelle 126). Die SPD-Diskrepanz ist besonders bemerkenswert im Kurzwellenbereich, indem die herkömmlichen LED-Quellen Blaupumpen-LEDs mit einem engen Spektrum zentriert um 450 nm und Leuchtstoffemission bei längeren Wellenlängen, getrennt durch die Stokes-Verschiebung zwischen der Leuchtstoffanregung und -emission, einsetzen. Ihre SPD ist daher im Blaubereich 108 um 450 nm zu intensiv, im Violettbereich 106 (390 nm bis 430 nm) zu schwach und im Cyanbereich 110 (470 nm bis 500 nm) aufgrund der Stokes-Verschiebung schwach.
  • 1B ist eine Grafik 1B00, die einen Vergleich der SPD einer Referenzlichtquelle (D65 Lichtquelle 126) mit einer herkömmlichen LED-Lampe 104 zeigt und Blaupumpen-LEDs und einen Leuchtstoff mit derselben CCT von 6500K und einen gleichen Leuchtfluss benutzt, um einen Vergleich zu LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität durchzuführen.
  • Wie oben beschrieben ist die Diskrepanz bei verschiedenen CCTs, einschließlich der gezeigten SPDs bei 6500K, insbesondere im Kurzwellenbereich bemerkenswert, in dem herkömmliche LED-Quellen Blaupumpen-LEDs mit einem engen Spektrum zentriert um 450 nm einsetzen sowie Leuchtstoffemission bei längeren Wellenlängen, getrennt durch die Stokes-Verschiebung zwischen der Leuchtstoffanregung und -emission.
  • Derartige Diskrepanzen werden durch den CRI nicht gut beschrieben. Die jüngste akademische Forschung deutet in der Tat darauf hin, dass die Farbanpassungsfunktionen, die dem CRI zugrunde liegen, die Sensibilität des menschlichen Auges im Kurzwellenbereich unterschätzen (z.B. für Violett-, Blau- und Cyanwellenlängen). Daher wird die Wichtigkeit der Anpassung eines Referenzspektrums im Kurzwellenbereich nicht ordnungsgemäß durch den CRI beschrieben, und diesem Problem wurde in herkömmlichen LED-Quellen wenig Bedeutung beigemessen. Die Verbesserung der SPD-Anpassung in diesem Bereich kann die tatsächliche Qualität des Lichts jenseits der Voraussagen der CRI verbessern.
  • 2A ist ein Bild 2A00, das zwei rötliche Objekte unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle mit einem 2700K CCT zum Vergleich mit LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zeigt.
  • 2A zeigt zwei rötliche Stoffe, die bei Tageslichtbeleuchtung denselben Farbort aufweisen. Das Bild wird bei Beleuchtung durch eine 2700K herkömmliche LED-Quelle aufgenommen. Die Farbe der Objekte erscheint deutlich unterschiedlich, wobei Objekt A (202) mehr Orange und Objekt B (204) mehr Blau zeigt. Dies ist eine Manifestation des Metamerismus (z.B. die Wirkung, dass zwei Objekte, die unter einer bestimmten Lichtquelle ähnlich wirken, unter einen anderen Lichtquelle unterschiedlich erscheinen). In einigen Fällen ist dies nicht wünschenswert. Die zwei hier gezeigten Stoffe sind dazu konzipiert, sich bezüglich der Farbe anzupassen; unter LED-Beleuchtung erscheinen sie jedoch unterschiedlich (z.B. aufgrund der menschlichen visuellen Wahrnehmung).
  • 2B ist ein Sketch 2B00 von 2A, der zwei rötliche Objekte unter Beleuchtung durch eine herkömmliche LED-Quelle mit einer 2700K CCT zum Vergleich mit LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zeigt.
  • 2B zeigt zwei Stoffe, die unter Tageslichtbeleuchtung denselben Farbort aufweisen. Wie durch den Sketch abgebildet, erscheint die Farbe der Objekte deutlich unterschiedlich - dies ist eine Manifestation des Metamerismus. In einigen Fällen ist dies nicht wünschenswert. Die zwei Stoffe (Objekt A 202 und Objekt B 204) sind hier dazu konzipiert, sich bezüglich der Farbe anzupassen, unter bestimmten LED-Beleuchtungsbedingungen können sie jedoch unterschiedlich erscheinen.
  • Um die SPD-Anpassung genauer zu quantifizieren als die CRI, könnte man das CRI-Verfahren (Vergleich der Farbkoordinaten bei einer Menge an Standards) anwenden, eine Alternative besteht jedoch darin, eine breitere Vielfalt an Standards anzuwenden, einschließlich Standards mit schärferen Reflektivitätsspektren und größerem Farbumfang, als im TCS gegeben, um die Einzelheiten der SPD besser zu bemustern.
  • Die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verallgemeinern die CRI-Übereinstimmung auf eine größere Vielfalt an Standards. Eine große Anzahl von physisch realistischen, zufälligen Reflektionsspektren können numerisch simuliert werden. Derartige Spektrensammlungen decken den gesamten Farbraum ab. Durch das Anwenden derartiger Verfahren (z.B. eines der Verfahren von Whitehead und Mossman) kann man eine große Anzahl derartiger Spektren berechnen, zum Beispiel 106 Spektren, und diese Spektren anstatt der herkömmlichen TCS benutzen. Die Farbfehler jeder der Spektren können berechnet werden. Da viele Spektren aufgrund des Metamerismus ähnlichen Koordinaten im Farbraum entsprechen (zum Beispiel im 1964 (UV) Raum) kann der Farbraum unter Benutzung diskreter Spektralzellen definiert und der durchschnittliche Farbfehler in jeder Zelle des Farbraum berechnet werden. Der Farbfehler kann weiterhin über alle Zellen gemittelt werden, um einen Großmustermengen-CRI-Wert zu ergeben. Wie weiterhin vorliegend diskutiert, funktioniert diese Technik gut; verschiedene Mengen zufälliger Spektren ergeben zum Beispiel einen ähnlichen Großmustermengen-CRI-Wert (z.B. innerhalb ungefähr eines Punktes) für realistische LED-Spektren, und der Großmustermengen-CRI-Wert hängt nicht wesentlich von den Einzelheiten des Disktretisierungsgitters ab. Durch Benutzen dieses Ansatzes weist eine herkömmliche LED-Lampe (mit einem CRI von ungefähr 84) einen Großmustermengen-CRI-Wert von nur ungefähr 66 auf, was ein sehr viel geringerer Wert ist. Dies deutet darauf hin, dass durch das Ausweiten des CRI-Ansatzes auf eine große Menge an Beispielen (z.B. Abdecken des gesamten Farbraums) die Schätzung der Farbwiedergabe wesentlich verbessert werden kann. Die quantitative Analyse deutet darauf hin, dass Unterschiede bei den Schätzungswerten hauptsächlich aufgrund der Kurz- und Langwellenenden des LED-Quellenspektrums entstehen, wobei die Abweichung von einer Schwarzkörper-SPD ausgeprägt ist.
  • Eine weitere unkomplizierte Art und Weise der Schätzung der SPD-Diskrepanz besteht in der Integration der Entfernung zwischen zwei SPDs über den sichtbaren Wellenlängenbereich hinweg, gewichtet durch die ordnungsgemäßen Reaktionsfunktionen. Man kann zum Beispiel die Kegelelemente S, L und M (die physiologische Reaktion der Kegelrezeptoren in einem menschlichen Auge) auswählen. Die Kurzwellenreaktion S ist insbesondere sensibel im Bereich von ungefähr 400 nm bis ungefähr 500 nm und ist eine geeignete Bewertungsfunktion zur Quantifizierung der SPD-Diskrepanz in diesem Bereich.
  • Beispielhafte Quantifizierungen definieren die Kurzwellen-SPD-Diskrepanz (SWSD) wie folgt: S W S D = ∫ | B B ( λ ) − L E D ( λ ) ⋅ S ( λ ) ⋅ d λ | ∫ B B ( λ ) ⋅ S ( λ ) d λ
    Figure DE202013012940U1_0002
  • Hier ist LED(λ) die SPD der LED-Quelle. BB(λ) ist die SPD einer Referenzlichtquelle mit derselben CCT und gleichem Leuchtfluss. Wie üblich ist die Referenzlichtquelle ein Schwarzkörper unterhalb von 5000K und ansonsten eine Phase der CIE-Standardlichtquelle D. S(λ) ist das Kurzwellenkegelelement. Man beachte, dass ähnliche Funktionen für die anderen Kegelreaktionsfunktionen L und M definiert werden können, wenn man SPD-Diskrepanzen bei längeren Wellenlängen untersucht.
  • 3 ist eine Grafik 300, die die Einzelheiten der SWSD zwischen einer herkömmlichen LED und einem Schwarzkörper mit derselben CCT von 3000K und demselben Leuchtfluss zum Vergleich von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zeigt.
  • 3 bildet die Einzelheiten der SWSD für eine herkömmliche im Handel erhältliche LED-Quelle mit einem 3000K CCT ab. Wie erwartet entstehen die Beiträge zur Diskrepanz aus dem Violettbereich 106, dem Blaubereich 108 und dem Cyanbereich 110.
  • Beobachter werden erkennen, dass bei einigen Anwendungen sehr lebhafte Farben erwünscht sind. In einigen dieser Anwendungen ist die Farbgenauigkeit weniger wichtig als die Farbsättigung. Daher sucht man keine perfekte Anpassung an die Schwarzkörper-SPD sondern eine SPD, die die Farbsättigung/-chromazität verschärft. Wie gesagt, wird dieser Effekt durch die CRI-Werte nicht erfasst.
  • Obwohl es für eine Lampe wichtig ist, ordnungsgemäße Farben wiederzugeben, ist die Wiedergabe von Weiß insbesondere ausschlaggebend. Diese zwei Kriterien sind nicht gleichwertig. Die meisten weißen Objekte des täglichen Lebens zeigen in der Tat aufgrund der Benutzung von fluoreszierenden Mitteln, allgemein als optische Aufhellungsmittel (OBAs - optical brightening agents) oder fluoreszierende Weißungsmittel (FWAs - fluorescent whitening agents) bezeichnet, eine große Weißheit. Diese OBAs absorbieren das Licht im ultravioletten/violetten Wellenlängenbereich und fluoreszieren im Blaubereich. Zusätzliche spektrale Beiträge im Blaubereich sind dafür bekannt, die menschliche Wahrnehmung von Weiß zu erhöhen. Objekte, die im allgemeinen OBAs enthalten, beinhalten weißes Papier, weiße Stoffe und Waschmittel.
  • Wie in 1A und 1B gezeigt wurde, gibt es bei der SLV (spektralen Leistungsverteilung) einer herkömmlichen LED-Quelle keinen Beitrag im violetten und ultravioletten Bereich. Dementsprechend wird die Fluoreszenz des optischen Aufhellers nicht hervorgerufen und die wahrgenommene Weiße verringert sich.
  • 4 stellt eine Kurve 400 dar, die den gesamten Strahldichtefaktor einer Probe von weißem Papier mit optischen Aufhellern für eine weißglühende Lampe und einer herkömmlichen LED-Lampe zeigt, wobei beide 3000K CCT aufweisen, um LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zu vergleichen.
  • 4 zeigt dies, indem die gesamten Strahldichtefaktoren eines Stücks weißen Papiers, was von einem schwarzen Strahler (in Praxis eine Halogenlampe) und einer herkömmlichen LED-Lampe angeleuchtet wird, wobei beide das gleiche CCT von 3000K aufweisen. Der gesamte Strahldichtefaktor repräsentiert das ausgestrahlte Licht, was von der SLV der Quelle normalisiert wird, und was aus einer Reflektion und einer Fluoreszenzverteilung besteht. Für den schwarzen Strahler 102, eine deutliche Spitzenleistung (z.B., Fluoreszenzspitze 402) wird bei ungefähr 430 nm (der gesamte Strahldichtefaktor ist höher als ein einheitlicher Wert) vermerkt, aufgrund der Fluoreszenz der OAs, die von ultraviolettem und violettem Licht hervorgerufen werden. Bei der herkömmlichen LED-Lampe 104 wird auf der anderen Seite keine Fluoreszenz hervorgerufen und der gesamte Strahldichtefaktor ist einfach gleich dem gesamten Reflektivitätsspektrum des weißen Papiers.
  • Verschiedene Lichtquellen können OAs hervorrufen, weil ihre SLV ultraviolettes und violettes Licht enthalten. Zu derartigen Lichtquellen gehören bestimmte weißglühende und halogene Quellen und bestimmte keramische Halogenmetalldampflampen.
  • Um diesen Effekt quantitativ darzustellen, kann man die CIE-Weiße verwenden, was eine anerkannte metrische Skala für die Auswertung von Weiße darstellt. Die CIE-Weiße wird in „Paper and board - Determination of CIE whiteness, D65/10° (Tageslicht)“, ISO International Standard 11475:2004E (2004) definiert.
  • Tabelle 1 betrachtet ein im Handel erhältliches Papier mit hoher Weiße, was von verschiedenen Leuchtmittel beleuchtet wird und die entsprechende CIE-Weiße wird darstellt. Bei der Charakterisierung der Leuchtmittel, auf die Bezug genommen wird, enthalten die dargestellten Werte keine Ausstrahlungen unter 360 nm (z.B., aufgrund der Anwesenheit von UV-Aussperrfilter bei den entsprechenden Lampen). Die Weiße unter herkömmlicher blaugepumpter LED-Beleuchtung ist wesentlich geringer als unter weißglühender Beleuchtung. Dabei sei darauf hingewiesen, dass für ein CCT von 3000K, die Weiße-Werte immer negativ sind; dies liegt an der Definition von CIE-Weiße, welche ein Referenzleuchtmittel von 6500K verwendet. Daher sind die absoluten Werte von CIE-Weiße nicht für ihre CCT-Werte bezeichnend, mit Ausnahme von 6500K; Jedoch zeigen relative Änderungen von CIE-Weiße immer noch eine Änderung der Weiße-Ausstrahlung an, da sie den gewünschten Farbwechsel hin zum Blauen quantifizieren, was die Wahrnehmung der Weiße verstärkt. Daher zeigt der Unterschied von 30 Punkten in der CIE-Weiße zwischen dem Referenzleuchtmittel und dem LED einen großen Unterschied der wahrgenommenen Weiße an. Tabelle 1:
    Referenz LED
    6500K 125 90
    3000K -137 -165
  • Anstatt hier direkt die Gleichung für CIE-Weiße anzuwenden, was ein CCT von 6500K definiert, kann man auch die Formel für CIE-Weiße an eine Quelle mit unterschiedlichem CCT anpassen. Dies kann durch Anwendung von dem Fachmann bekannter Mathematik erfolgen, wobei die Grundlagen der Formel für CIE-Weiße beachtet werden. Zu beispielhaften mathematischen Berechnungen gehören eine Derivation der Formel von CIE-Weiße, aber mit modifizierten numerischen Koeffizienten, auf welche hier mit dem Begriff „CCT-korrigierte-Weiße“ Bezug genommen wird. CCT-korrigierte-Weiße quantifiziert die Abweichung in das Blaue von Objekten, die OAs unter Beleuchtung aufweisen; Da aber das CCT des Leuchtmittels berücksichtigt wird, wenn die Formel für CCT-korrigierte-Weiße angewendet wird, werden die Ergebniswerte positiv, und die absoluten Werte für jegliches CCT machen Sinn.
  • Tabelle 2 zeigt den Wert für CCT-korrigierte-Weiße von einem Leuchtmittel mit 300K gegenüber dem gleichen im Handel erhältlichen Papier in der obigen Erörterung hinsichtlich Tabelle 1. Wie bereits erörtert, machen die absoluten Werte für eine CCT-korrigierte-Weiße Sinn, da sie eine große Veränderung hinsichtlich der Weiße bei den beiden Leuchtmittel anzeigen. Tabelle 2: CCT-korrigierte-Weiße für ein 300K Leuchtmittel
    CCT Referenz Reference
    3000K 113 86
  • Zusammengefasst zeigt die obige Erörterung, dass herkömmliche LEDs nicht in der Lage sind, Weiße bei Objekten mit OAs hervorzurufen, da die violette oder UV-Strahlung in ihrer SLV fehlt.
  • Schattenmanagement
  • Lampen generieren Schatten. Das Erscheinungsbild von Schatten hängt von den Eigenschaften der Lampen ab. Im Allgemeinen generiert eine breite Lichtquelle einen geschwächten, unscharfen Schatten, während eine Punktlichtquelle einen sehr scharfen Schatten erzeugt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das angeleuchtete Objekt sich sehr nahe an der Lichtquelle befindet. Es ist einfach, den Schatten zu entschärfen (beispielsweise, indem ein Reflektor oder ein Diffusor an der Lichtquelle angebracht wird). Auf der anderen Seite gibt es keine einfache Lösung, scharfe Schatten von entfernten Quellen herzustellen. Scharfe Schatten werden aber bei manchen Anwendungen gewünscht.
  • Um für eine allgemeine Beleuchtung nützlich zu sein, müssen die LED-Lampen einen maximalen Lichtstrom liefern. Aufgrund der Begrenzungen wegen Energieverteilung und Effizienz der Quellen, wird dies meisten dadurch erreicht, indem verschiedene LED-Quellen in einer Lampe angebracht werden. Diese LED-Quellen werden in der Lampe verteilt und daher wird die Größe der Quelle erhöht und dadurch werden unscharfe Schatten erzeugt. Dies trifft auch auf einige weißglühende Lampen zu, wie etwa Halogenlampen MR-16, die einen großen Reflektor haben.
  • 5A zeigt einen Reflektor 5A00, der in einem System von LED-Lampen mit erhöhter Lichtqualität benutzt wird.
  • 5A und 5B zeigen eine Halogenbirne MR-16 502 und eine Mehrfachquellen-LED MR-16 506 mit einem erweiterten Quellenbereich, der durch die Reflektorausmaße 504 bestimmt wird. Lampen, die mehrfache Lichtquellen haben 506 (z.B., LEDs) produzieren mehrfache Schatten, was aber unerwünscht ist, da dadurch eine beleuchtete Szenerie „verunreinigt“ wird, und Betrachter abgelenkt werden können. Eine Situation mit einem einzelnen Schatten kann mit einer Mehrfachquellenlampe nur dann erzeugt werden, wenn diese vom beleuchteten Objekt weit entfernt ist.
  • 5B zeigt eine Reflektor 5B00 mit mehrfachen LED-Quellen zum Vergleich mit LED-Lampen mit erhöhter Lichtqualität. Um die Qualität der Schatten zu verbessern, benötigt man eine Einzelquelle mit begrenzter lateraler Entfernung (z.B., vgl. dazu 8).
  • 6 zeigt ein Experiment 600 zur Messung der Schatten für einen Vergleich von LED-Lampen mit erhöhter Lichtqualität.
  • 6 beschreibt ein Experiment, das zur Bewertung der Schattenschärfe verwendet werden kann. Eine Lampe 612 befindet sich 90cm weg von einem Schirm 602 und die Kante eines lichtundurchlässigen Objekts 604 befindet sich in der Mitte des Lichtstrahls 610 und wiederum 10 cm weg vom Schirm. Der geworfene Schatten wird von einem Beobachtungspunkt 614 bei einer Entfernung von 1,2 m und einem Blickwinkel von 25 Grad gemessen. Es wird auch eine Darstellung eines vollen Schattens 606 und von einem Teilschatten 608 gezeigt. Der volle Schatten 606 entspricht dem Bereich auf dem Schirm, wo kein Licht durchdringt. Der Teilschatten 608 entspricht einem Bereich auf dem Schirm, wo teilweise Licht eindringt und dazwischen liegt der Lichteindringungsbereich von vollem Signal bis keinem Signal.
  • 7 zeigt eine Kurve 700, die den relativen Lichtstrom über einen projektierten Schatten gegenüber dem Winkel für eine herkömmliche auf LED-basierte MR-16-Lampe im Vergleich zu LED-Lampen mit erhöhter Lichtqualität verdeutlicht. Die gestrichelte, vertikale Linie markiert den Anfang und das Ende des teilweisen Schattenbereichs.
  • 7 zeigt den Querschnitt des geworfenen Schattens in einem solchen Experiment. Die Lichtintensität zeigt einen hellen Bereich 706, eine Vollschattenbereich 702 und einen Teilschattenbereich 704. Die Schattenschärfe kann durch die schräge Breite des Teilschattenbereichs quantifiziert werden, in diesem Fall ist es ein Grad. Die Quelle hier ist eine herkömmliche LED-basierte MR-16-Lampe, wobei eine Vielfalt von LED-basierten MR-16-Lampen und die Halogenlampen MR-16 ziemlich gleiche Ergebnisse erzielen.
  • Lampen mit mehrfachen LED-Quellen verwenden manchmal LEDs mit unterschiedlichen Farbpunkten; beispielsweise kann eine der Quellen etwas mehr blaue LEDs und eine andere etwas mehr rote LEDs aufweisen, wobei der Durchschnitt die gewünschte SLV erreicht. In diesem Fall ist der Schatten unscharf und weist auch Farbabweichungen auf, die nicht erwünscht sind. Dies kann mit den Farbkoordinaten (u', v') in verschiedenen Bereichen des Teilschattens nachgewiesen werden.
  • Es wird also eine LED-Quelle benötigt, die genügend Licht für eine allgemeine Beleuchtung generiert, und gleichzeitig auch einige oder alle anderen Probleme bewältigt: Spektrale Übereinstimmung mit einer Bezugs-SLV, hohe Weißewerte und geringe Größe der LED-Quelle.
  • Die hier erörterten Konfigurationen beziehen sich auf LED-basierte Lampen, die genügend Lichtstrom für eine allgemeine Beleuchtung generieren und eine erhöhte Lichtqualität gegenüber standardmäßigen LED-basierten Lampen aufweisen.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform besteht aus Folgendem: eine MR-16-Lampe mit einer optischen Linse mit einem Durchmesser von 30 mm und eine auf LED-basierte Lampe, die aus Violett emittierenden LEDs mit drei Leuchtstoffen (eine blauen, einen grünen und einen roten Leuchtstoff) besteht, so dass 2% bis 10% der ausgestrahlten Energie sich im Bereich von 390 nm bis 430 nm befindet. Die Lampe strahlt einen Lichtstrom von mindestens 500 lm aus. Dieser starke Lichtstrom wird durch die hohe Effizienz der vorher genannten LEDs mit hoher Energiedichte erzeugt, welche mehr als 200W/cm2 bei einer aktuellen Dichte von 200A/cm2 erzeugen und dies bei einer Verbindungstemperatur von 100°C und mehr.
  • 8 zeigt eine Skizze 800 von einer Ausführungsform einer MR-16-Lampe, die in LED-Lampen mit einer erhöhten Lichtqualität verwendet wird. 8 zeigt einen MR-16-Lampenkörper 804, eine optische Linse 802 und eine LED-Quelle, die violettfarbige LEDs 808 und eine Leuchtstoffmischung 806 aufweisen, die bei LED-Lampen mit einer erhöhten Lichtqualität verwendet werden.
  • In Abhängigkeit der Details der Konfiguration, können verschiedene Ausführungsformen ein oder mehrere Probleme, die oben beschrieben werden, lösen.
  • Um die SLV-Abweichung im blau-violetten Bereich zu reduzieren, muss die spektrale Lichtverteilung der LED-Lampe verändert werden. Die hier erörterten Konfigurationen fügen deshalb violettfarbige LEDs hinzu. Bei einer beispielhaften Ausführungsform pumpen diese violetten LEDs blauen Leuchtstoff. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Halbwertsbreite des blauen Leuchtstoffs mehr als 30 nm. Im Gegensatz zu typischen blau pumpenden LEDs (deren spektrale Halbwertsbreite bei ~20 nm liegt), hilft die Verwendung von so einem breiten Leuchtstoff, die Zielgröße für SLV von einem schwarzen Strahler zu erhalten.
  • 9A stellt eine Grafik 9A00 dar, die einen Vergleich von einer modellhaften SLV von einem schwarzen Strahler und einer LED-Lampe mit einer erhöhten Lichtqualität zeigt (vgl. dazu Konfiguration 902).
  • 9A vergleicht die SLV von einer Ausführungsform mit der von einem schwarzen Strahler 102, wobei beide 3000K CCT und den gleichen Lichtstrom aufweisen. Im Vergleich zu 1, wird die Diskrepanz im Kurzwellenlängenbereich erheblich reduziert.
  • 9B ist eine Grafik 9B00, die experimentelle SLVs von verschiedenen Leuchtmitteln vergleicht.
  • 9B vergleicht experimentelle SLVs von Leuchtmitteln mit einem CCT von 3000K. Die Leuchtmittel sind jeweils eine Halogenlampe 952; eine herkömmlich LED-Lampe 154 und drei Ausführungsformen, die als Konfiguration 956, Konfiguration 958 und Konfiguration 960 dargestellt werden, wobei die Ausstrahlung von Violett unterschiedlich ist (mit entsprechenden Werten von ungefähr 2%, 5% und 7%).
  • Ausführungsformen mit verschiedenen Ausstrahlungen von Violett sind möglich und können hinsichtlich eines hohen Farbwiedergabeindex optimiert werden. Beispielsweise haben die Experimente gezeigt, dass eine Ausführungsform mit einer Ausstrahlungen von Violett von etwa 7% einen Farbwiedergabeindex von etwa 95, ein R9 von etwa 95, und einen Farbwiedergabeindex bei großen Proben von etwa 87 haben kann. Andere Ausführungsformen können bessere Werte erzielen.
  • 10 stellt eine Grafik 1000 dar, bei der ein Vergleich der SLV eines schwarzen Strahlers und LED-Lampen mit einer erhöhten Lichtqualität dargestellt wird.
  • 10 ist ähnlich wie 9A, aber das Referenzleuchtmittel D65 126 ist für ein CCT von 6500K. Die Abhängigkeit der SLV hinsichtlich der Wellenlänge wird auch für Konfiguration 902 gezeigt.
  • 11 stellt eine Grafik 1100 dar, die die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen zwischen einem schwarzen Strahler und Konfiguration 1102, wobei beide ein CCT von 3000K haben, als eine Funktion der SLV der Violettfraktion für vergleichbare LED-Lampen mit einer erhöhten Lichtqualität aufzeigt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Wert für eine herkömmliche auf LED-basierte Quelle 104.
  • 11 zeigt die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen von Ausführungsformen mit einem CCT von 3000K auf, was eine Funktion der Fraktion der Violettphotonen in der SLV darstellt. Die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen ist niedriger für eine herkömmliche LED-Lampe 104 und zwar um einen Faktor von zwei und mehr, je nach Violettfraktion. Daher kann die Violettfraktion optimiert werden, um die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen zu minimieren, jedoch können bei der Auswahl der Violettfraktion auch andere Maße betrachtet werden.
  • 12 stellt eine Grafik 1200 dar, die die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen zwischen einem D65-Leuchtmittel und einer Ausführungsformen der Erfindung, Konfiguration 902, wobei beide ein CCT von 6500K haben, als eine Funktion der SLV der Violettfraktion vergleichbare LED-Lampen mit einer erhöhten Lichtqualität aufzeigt. Die gestrichelte Linie repräsentiert den Wert für eine herkömmliche auf LED-basierte Quelle 1104.
  • 12 zeigt die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen für ein CCT von 6500K. Das Leuchtmittel ist hier D65. Auch hier kann die Violettfraktion optimiert werden, um die SLV-Diskrepanz für kurze Wellenlängen zu minimieren, jedoch können bei der Auswahl der Violettfraktion auch andere Maße betrachtet werden.
  • 13A ist eine A00 von zwei rötlichen Objekten, die von einer herkömmlichen LED-Quelle und einer bestimmten Konfiguration, beide mit einem CCT von 2700K, beleuchtet werden. Die Objekte (Objekt A 202 und Objekt B 204) sind die gleichen wie in 2A. Auch hier wird die Metamerie von der herkömmlichen LED-Quelle offensichtlich und die zwei Objekte haben unterschiedliche Farben. Bei bestimmten Konfigurationen der hier erörterten Ausführungsformen, ist die Farbe der beiden Objekte beinahe identisch, so wie bei Tageslicht. 13A stellt beispielhaft dar, wie einige Ausführungsformen der Erfindung die Metamerie reduzieren und die Farbwiedergabe verbessern können.
  • 13B stellt eine Skizze von 13A dar, wobei zwei rötliche Objekte, die von einer herkömmlichen LED-Quelle (z.B., Lampe 202) und einer bestimmten Konfiguration 902, beide mit einem CCT von 2700K, beleuchtet werden. Man erkennt einen Farbunterschied 1304 gegenüber keinen Farbunterschied 1302. Auch hier wird die Metamerie von der herkömmlichen LED-Quelle offensichtlich und die zwei Objekte haben unterschiedliche Farben. Wenn diese jedoch beleuchtet werden mit den Lampen in Einklang der hier erörterten Ausführungsformen, ist die Farbe der beiden Objekte beinahe identisch (wie die Erscheinung bei Tageslicht ist). 13B stellt beispielhaft dar, wie einige Ausführungsformen der Erfindung die Metamerie reduzieren und die Farbwiedergabe verbessern können.
  • In einigen Ausführungsformen wird mehr als ein Leuchtstoff im Blau-Cyan-Bereich von der violetten LED gepumpt. In einigen Ausführungsformen stammt Teil der blauen Emission von LEDs.
  • Um die Weißheit von Gegenständen, die optische Aufheller enthalten, zu verbessern, sollte die LED-basierte Quelle eine ausreichende Menge Licht in dem Erregungsbereich der optischen Aufheller emittieren. Die angemerkten Konfigurationen erreichen das, indem sie violette Pump-LEDs umfassen. In einem Ausführungsbeispiel wird 2 % bis 15 % der Leistung der sich daraus ergebenden SPD im Bereich von 390 nm bis 430 nm emittiert. In einem Ausführungsbeispiel pumpen die violetten LEDs ein oder mehrere Leuchtstoffen, die im Blau-Cyan-Bereich emittieren.
  • 14 ist eine Grafik 1400, welche den Gesamtstrahldichtefaktor eines Musters weißen Papiers mit optischen Aufhellern zeigt, sowohl für eine Glühlampe als auch für eine ausgewählte Ausführungsform, beide mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K, zum Vergleich von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität.
  • 14 vergleicht die experimentellen Gesamtstrahldichtefaktoren eines Blattes handelsüblichen weißen Papiers, das von einem Schwarzkörper 102 Strahler (in der Praxis eine Halogenlampe), einer herkömmlichen LED-Lampe 1102 und einer Ausführungsform der Erfindung (Konfiguration 902), alle mit derselben korrelierten Farbtemperatur von 3000 K, beleuchtet wurde. Im Gegensatz zur herkömmlichen LED ist der Gesamtstrahldichtefaktor der Ausführungsform der Erfindung dem einer Schwarzkörper-Quelle ähnlich, zum Teil aufgrund der Erregung der Fluoreszenz des optischen Aufhellers.
  • 15 ist eine Grafik 1500, welche die CIE-Weißheit von berechneten Quellen mit einer korrelierten Farbtemperatur von 6500 K zeigt, um Vergleiche von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zu erhalten.
  • 15 zeigt die modellierte CIE-Weißheit eines Blattes Papier, das mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung (Konfiguration 902) beleuchtet wird, wobei die Menge violetten Lichtes in der SPD variiert wird. Die Verbesserung der Weißheit kann bedeutend sein. In diesem Fall ist die korrelierte Farbtemperatur der Lampe 6500 K, in Übereinstimmung mit der Definition der CIE-Weißheit-Gleichung. Die gestrichelte Linie zeigt die CIE-Weißheit für eine herkömmliche LED-Quelle.
  • Zusätzlich zum Stimmen der CIE-Weißheit mittels Änderung der Menge von Violettverlust ist es ebenfalls möglich, die CIE-Weißheit dadurch zu beeinflussen, dass die Peakwellenlänge des Violett-Peaks in einigen Ausführungsformen geändert wird. Zum Beispiel kann der Violett-Peak ein Maximum bei 410 nm, 415 nm oder 420 nm besitzen. Im Allgemeinen haben optische Aufheller einen weichen Absorptionsrand um 420 nm bis 430 nm, so dass eine Ausführungsform mit einem Violett-Peak über 420 nm hinaus zu einer geringeren optischen Erregung von optischen Aufhellern führen kann.
  • 16A ist eine Grafik 1600, welche die CIE-Weißheit von berechneten Quellen mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K darstellt, um Vergleiche von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zu erhalten.
  • 16A zeigt eine Grafik 1600, die der Grafik von 15 ähnlich ist, im Falle in dem die korrelierte Farbtemperatur der herkömmlichen LED-Lampe 1102 3000 K ist. In diesem Fall ist die CIE-Weißheit grundsätzlich nicht gut definiert, weil der Gebrauch der Gleichung zu negativen Werten führt. Man kann die CIE-Weißheit dennoch als relative Metrik benutzen, um die Verbesserungen der Weißheit zu quantifizieren. Wie zuvor wird die Weißheit durch die Hinzufügung eines Violett-Peaks in der SPD bedeutend verbessert. Die gestrichelten Linien zeigen die CIE-Weißheit für einen Schwarzkörper 102 bzw. für eine herkömmliche LED-Lampe 1102.
  • 16B ist eine Grafik 1650, welche die für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit von Quellen mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K zeigt, um Vergleiche von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zu erhalten. Die für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit wird für eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (Konfiguration 902), für eine Schwarzkörper-Quelle 102 und für eine herkömmliche LED-Lampe 1102 dargestellt.
  • 16B zeigt die für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit anstelle der CIE-Weißheit. Weil die korrelierte Farbtemperatur der Lichtquelle in der Formel von für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit berücksichtigt wird, sind die Werte positiv. Wie in 16A ist die Weißheit bedeutend verbessert, wenn der Violettverlust gesteigert wird.
  • Empirische Ergebnisse von für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit von verschiedenen Gegenständen, die durch verschiedene Lichtquellen beleuchtet wurden, sowie Koordinate einer Referenznorm für hohe Weißheit mit Beleuchtung von verschiedenen Quellen werden in 21 bzw. 22 dargestellt.
  • Ein Fachmann erkennt, dass optische Erregung von optischen Aufhellern dazu verwendet werden kann, gesteigerte Weißheit herrvorzurufen. Ferner sollte erkannt werden, dass diese Wirkung nicht übermäßig benutzt werden sollte, weil eine sehr starke Erregung von optischen Aufhellern als Verleihung eines blauen Farbtons eines Gegenstands wahrgenommen wird, und dadurch die wahrgenommene Weißheit verringert wird. Zum Beispiel besitzen viele im Handel erhältliche Gegenstände eine CIE-Weißheit oder eine von der korrelierten Farbtemperatur abhängige Weißheit von etwa 110 bis 140 bei Erregung durch ein Halogen oder eine keramische Metallhalid CMH Quelle. Übersteigen dieses Konstruktionswertes um einen großen Betrag, wie zum Beispiel um mehr als 40 Punkte, führt wahrscheinlich zu einem unerwünschten blauen Farbton.
  • 17 ist eine Grafik 1700, welche den relativen Lichtstrom über einen projizierten Schatten über dem Winkel für eine herkömmliche LED-basierte MR-16 Lampe 1702 und eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (Konfiguration 902) darstellt, um Vergleiche von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität zu erhalten. Die senkrechten gestrichelten Linien markieren den Anfang und das Ende der Teilschatttenbereiche.
  • Um scharfe Schatten von Gegenständen zu erreichen, muss die Quelle eine begrenzte Raumausdehnung besitzen. Ferner sollte sie einen ausreichenden Lichtstrom für allgemeine Beleuchtung erzeugen. Eine solche Konfiguration wird erreicht durch Anwendung einer LED-Quelle mit einer kleinen Standfläche und hohem Lichtstrom, zusammen mit einer optischen Linse mit kleiner Standfläche.
  • In Ausführungsbeispielen ist die Fläche der LED-Quelle weniger als 13 mm2, oder weniger als 29 mm2. In Ausführungsbeispielen wird das von der LED-Quelle emittierte Licht von einer Linse deren Querausdehnung weniger als 40 mm beträgt umgeleitet oder gebündelt.
  • 17 zeigt eine experimentelle Messung eines Schattens, der von einer Ausführungsform der Erfindung mit der Anordnung der 6 geworfen wird. Die Winkelbreite des Teilschattenbereichs ist weniger als 0,8°.
  • 18A ist ein Bild 18A00 von mehrfachen Schatten, die von einer Hand unter Beleuchtung mit einer herkömmlichen LED-Lampe mit mehrfachen Lichtquellen geworfen wird, um einen Vergleich mit einer LED-Lampe mit verbesserter Lichtqualität zu erhalten.
  • 18A zeigt, wie eine Mehrfachquellen-LED die Schattenwiedergabe beeinträchtigen kann. Jede Quelle wirft einen Schatten, was zu einem mehrfachen, verwischten Schatten führt. Der Raum zwischen den Fingern ist im Schatten kaum zu erkennen.
  • 18B ist ein Bild 18B00, das den unter Beleuchtung durch eine Ausführungsform der Erfindung geworfenen Schatten einer Hand zeigt.
  • In 18B ist der Schatten gut definiert. Die Finger sind klar getrennt. Damit wird gezeigt, wie eine einzige Quelle mit einer verringerten Querausdehnung die Schattenwiedergabe verbessern kann.
  • 19A zeigt ein MR-16 Normformat (Formfaktor) 19A00, der in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität verwendet wird.
  • Es gibt viele Konfigurationen von LED-Lampen und von Kontakten. Zum Beispiel gibt Tabelle 2 Normen (siehe „Bezeichnung“) und entsprechende Merkmale. Tabelle 3:
    Bezeichung Sockeldurchmesser (Gewindescheitelpunkt) Name IEC 60061-1 Normblatt
    E05 05 mm Lilliput Edison Schraube (LES) 7004-25
    E10 10 mm Miniatur Edison Schraube (MES) 7004-22
    E11 11 mm Mini-Candelabra Edison Schraube (mini-can) (7004-06-1)
    E12 12 mm Candelabra Edison Schraube (CES) 7004-28
    E14 14 mm Kleine Edison Schraube (SES) 7004-23
    E17 17 mm Mittelgroße Edison Schraube (IES) 7004-26
    E26 26 mm [Mittelgroße] (ein Zoll) Edison Schraube (ES oder MES) 7004-21 A-2
    E27 27 mm [Mittelgroße] Edison Schraube (ES) 7004-21
    E29 29 mm [Mittelgroße] Edison Schraube (ES)
    E39 39 mm Einzel-Kontakt (Mogul) Riesen Edison Schraube (GES) 7004-24-A1
    E40 40 mm (Mogul) Riesen Edison Schraube (GES) 7004-24
  • Ferner kann ein Sockelteil (z.B. Gehäuse, Hülse) jeden Formfaktor besitzen, der so gestaltet ist, dass er elektrische Anschlüsse unterstützt, welche mit elektrischen Anschlüssen irgendwelcher Typarten oder Normen konform sind. Zum Beispiel gibt Tabelle 3 Normen (siehe „Typ“) und entsprechende Merkmale an, einschließlich mechanische Abstände zwischen einem ersten Pol (z.B. ein Strompol) und einem zweiten Pol (z.B. ein Erdungspol). Tabelle 4:
    Typ Norm Pol (Mitte zu Mitte) Poldurchmesser Gebrauch
    G4 IEC 60061-1 (7004-72) 4,0 mm 0,65-0,75 mm MR1 1 und andere kleine Halogene mit 5/10/20 Watt und 6/12 Volt
    GU4 IEC 60061-1 (7004-108) 4,0 mm 0,95-1,05 mm
    GY4 IEC 60061-1 (7004-72A) 4,0 mm 0,65-0,75 mm
    GZ4 IEC 60061-1 (7004-64) 4,0 mm 0,95-1,05 mm
    G5 IEC 60061-1 (7004-52-5) 5 mm T4 und T5 Leuchtstoffröhren
    G5.3 IEC 60061-1 (7004-73) 5,33 mm 1,47-1,65 mm
    G5.3-4.8 IEC 60061-1 (7004-126-1) 5,33 mm 1,45-1,6 mm
    GU5.3 IEC 60061-1 (7004-109)
    GX5.3 IEC 60061-1 (7004-73A) 5,33 mm 1,45-1,6 mm MR-16 und andere kleine Halogene mit 20/35/50 Watt und 12/24 Volt
    GY5.3 IEC 60061-1 (7004-73B) 5,33 mm
    G6.3 5 IEC 60061-1 (7004-59) 6,35 mm 0,95-1,05 mm
    GX6.35 IEC 60061-1 (7004-59) 6,35 mm 0,95-1,05 mm
    GY6.35 IEC 60061-1 (7004-59) 6,35 mm 1,2-1,3 mm Halogen 100W 120V
    GZ6.35 IEC 60061-1 (7004-59A) 6,35 mm 0,95-1,05 mm
    G8 8,0 mm Halogen 100W 120V
    GY8.6 8,6 mm Halogen 100W 120V
    G9 IEC 60061-1 (7004-129) 9,0 mm Halogen 120V (US) / 230V (EU)
    G9.5 9,5 mm 3,10-3,25 mm Üblich für Theatergebrauch, verschiedene Varianten
    GU10 10 mm Twist-lock 120/230-Volt MR-16 Halogenbeleuchtung mit 35/50 Watt, seit Mitte der 2000er Jahre
    G12 12,0 mm 2,35 mm Im Theater und Einzelende-Metallhalid-Lampen in Gebrauch
    G13 12,7 mm T8 und T12 Leuchtstoffröhren
    G23 23 mm 2 mm
    GU24 24 mm Twist-lock für Kompaktleuchtstofflampen mit Selbstvorschalgungs, seit 2000er Jahren
    G38 38 mm Meist in Gebrauch für Hoch-Watt Theaterlampen
    GX53 53 mm Twist-lock für runde Kompaktleuchtstofflampen unter Schränken, seit 2000er Jahren
  • 19B zeigt eine PAR30 Formfaktor-Lampe 19B00, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität verwendet wird.
  • 19C1 und 19C2 zeigen AR111 Formfaktoren 19C00, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität verwendet werden.
  • 19D1 and 19D2 zeigen PAR38 Formfaktoren 19D00, die in LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität verwendet werden.
  • 20 ist eine Grafik 2000, welche die Zentralstrahl-Lichtstärken-Anforderungen für 50-Watt MR-16 Lampen als Funktion des Strahlwinkels angibt. Für eine typische Anwendung wie z.B. ein 25° Strahlwinkel ist eine Zentralstrahl-Lichtstärke von mindestens 2200 Candela erforderlich.
  • 21 ist eine Grafik 2100, welche die experimentell gemessene für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit von verschiedenen Gegenständen zeigt, die von verschiedene Lichtquellen beleuchtet wurden, zum Vergleich von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität.
  • Die verschiedenen in 21 aufgetragenen Gegenstände entsprechen einer Reihe von neun Weißheitsnormen, die von Avian Technologies vertrieben werden und unterschiedliche Mengen optische Aufheller enthalten. Die CIE-Weißheit dieser Normen steigt mit der Menge optischer Aufheller an. Das Muster mit der größten Menge optischer Aufheller, mit der Referenz-Nummer AT-FTS-17a, hat eine CIE-Weißheit von etwa 140 und wird als „Bezugsmuster hoher Weißheit“ bezeichnet. Die x-Achse der Grafik 2100 gibt die CIE-Weißheit dieser Normen (unter D65-Beleuchtung) an. Die aufgetragenen Gegenstände entsprechen experimentell gemessenen Werten. Die y-Achse der Grafik gibt die entsprechende für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit unter verschiedenen Lichtquellen an, wie sie experimentell gemessen wurde. Die Lichtquellen umfassen eine Halogenlampe 2102, eine herkömmliche LED-Lampe 2104, eine Konfiguration 2106 mit 6 % Violettverlust und eine Konfiguration 2108 mit 10 % Violettverlust. Die herkömmliche LED-Lampe 2104 ist unfähig, Fluoreszenz aus den optischen Aufhellern zu erregen, also ist die für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit etwa die gleiche (etwa 86) für alle dargestellten Lichtquellen. Die Halogenlampe 2102, Konfiguration 2106 und Konfiguration 2108 zeigen gesteigerte für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit für die Normen mit höherer CIE-Weißheit. Die Halogenlampe und Konfiguration 2106 besitzen sehr ähnliche Werte von für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit. Die Konfiguration 2108 besitzt höhere Werte von für korrelierte Farbtemperatur korrigierte Weißheit. Diese Grafik zeigt, dass die wahrgenommene Weißheit je nach Violettverlust gestimmt werden kann, so dass sie die einer anderen Lichtquelle (wie z.B. einer Halogenlampe) angepasst wird oder übersteigt.
  • 22 ist eine Grafik 2200, welche die (x,y) Farbraum-Koordinaten einer Referenznorm für hohe Weißheit, die mittels verschiedener Quellen mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K beleuchtet wurde, zeigt, zum Vergleich von LED-Lampen mit verbesserter Lichtqualität.
  • 22 zeigt die (x,y) Farbraum-Koordinaten von verschiedenen Punkten. Der Weißpunkt 2202 für eine Lichtquelle mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K wird gezeigt. Die experimentellen Farbkoordinaten einer Referenznorm mit hoher Weißheit, von mehreren Lichtquellen beleuchtet, sind ebenfalls dargestellt. Die Lichtquellen sind eine Halogenlampe 2204, eine herkömmliche LED-Lampe 2206, eine Konfiguration der Erfindung mit einem 6 % Violettverlust 2208, eine Konfiguration der Erfindung mit einem 8 % Violettverlust 2210, und eine Konfiguration der Erfindung mit einem 10 % Violettverlust 2212. Die (x,y) Farbverschiebung (mit Bezug auf den Weißpunkt 2202) ist in einer ähnlichen Richtung und von ähnlicher Größe für die Halogenlampe und die drei Konfigurationen der Erfindung. Das bestätigt, dass all diese Lichtquellen eine ähnliche Steigerung der Weißheit hervorrufen. Andererseits ist die (x,y) Farbverschiebung geringer und in einer anderen Richtung für die herkömmliche LED-Lampe 2206; der Grund dafür ist, dass keine Fluoreszenz eines optischen Aufhellers hervorgerufen wird (z.B. ist die kleine Verschiebung auf den geringen Farbton des Referenzmusters zurückzuführen).
  • Diese Verschiebungen der Chromatizität können zusammengefasst werden als eine Reihe von Duv-Werten von dem Weißpunkt der Lichtquelle - z.B. für jede Lichtquelle wird die Chromatizität des Referenzmusters mit hoher Weißheit charakterisiert und deren Abstand Duv von dem Weißpunkt der Lichtquelle berechnet. Tabelle 5 ist eine Tabelle, welche die Duv-Werte für verschiedene Lichtquellen mit einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K darstellt, und die Richtung der Farbverschiebung (entweder in die Richtung Blau hin oder von der Richtung Blau weg) angibt. Wie zu sehen ist, sind Quellen, die bedeutende Weißheit erregen können, durch Duv-Werte von etwa fünf oder mehr in die Richtung Blau hin charakterisiert. Im Gegensatz besitzt eine herkömmliche auf Blau basierte LED-Quelle einen Duv von etwa 3 von der Richtung Blau weg. In Tabelle 5 sind zwei Konfigurationen der Erfindung dargestellt. Die Konfiguration 1 hat einen Violettverlust von 6 % und die Konfiguration 2 hat einen Violettverlust von 10 %. Tabelle 5
    Halogenquelle Blaugepumpte LED Konfiguration 1 Konfiguration 2
    Duv 5,7 2,7 5,2 9,0
    Richtung mit Bezug auf Blau hin weg hin hin
  • ist eine Liste 2300, welche die experimentelle SPD einer LED-Lampe mit verbesserter Lichtqualität zeigt.
  • ist ein experimentelles Spektrum einer Ausführung. Es hat ein CCT von 5.000K, einen CRI-Wert höher als 95 eine R9-Wert höher als 95 und 11% UV-Anteil.
  • In der Folge ist es wünschenswert, eine LED-basierte Lampe zu konfigurieren, die für allgemeine Beleuchtung verwendet wird und die vorstehend beschriebenen Einschränkungen der Lichtqualitiät verbessert.
  • In bestimmten Ausführungen beinhalten die in der vorliegenden Veröffentlichung vorgesehenen LED-Geräte die in bis dargestellten Ausführungen.
  • Von besonderer Wichtigkeit ist auf dem Gebiet der Beleuchtung die Weiterentwicklung von Leuchtdioden (LED), die auf nicht-polaren und semipolaren GaN-Substraten hergestellt wurden. Diese Geräte, welche Licht emittierende GaN-Schichten benutzen, wiesen bei in den UV-Bereich (390- 430 nm), in den Blaubereich (430-490nm), in den Grünbereich (490-560 nm) und den Gelbbereich (560-600 nm) erweiterter Wellenlänge eine Rekord-Ausgangsleistung auf. Ein violetter LED mit einer Spitzenemissions-Wellenlänge von 402 nm wurde kürzlich auf einem flachen GaN-Substrat (1-100) hergestellt und zeigte eine externe Quanteneffizienz größer als 45%, obwohl es keine Vorrichtungen zur Verbesserung der Lichtextraktion gab, und er zeigte eine hervorragende Leistung bei hoher Stromdichte mit minimalem Roll-Over. Mit Hochleistungs- massen-GaN-basierten LEDs sind jetzt mehrere Arten weißer Lichtquellen möglich. In einer Implementierung wird ein UV-Licht aussendender massen-GaN-basierter LED mit Leuchtstoff zusammengepackt. Vorzugsweise ist der Leuchtstoff eine Mischung aus drei Leuchtstoffarten, die blaues, grünes und rotes Licht oder Subkombinationen davon aussenden.
  • Ein polarer, nicht-polarer oder semipolarer LED kann auf einem Gallium-Nitrid-Massen-Substrat hergestellt werden. Das Galliumnitrid-Substrat wird gewöhnlich von einer Boule die durch eine Hydridgasphasenepitaxie oder ammonothermal nach den bekannten Methoden gebildet wurde, geschnitten. Das Gallium-Nitrid-Substrat kann auch durch eine Kombination von Hydridgasphasenepitaxie und ammonothermalem Wachstum hergestellt werden, wie es in der U.S. Patent-Anwendung Nr. 61/078,704 veröffentlicht und allgemein belegt wurde, die hier als Referenz beigefügt ist. Die Boule kann in c-Richtung in m-Richtung in a-Richtung oder in semipolarer Richtung auf einem Impfkristall gezogen werden. Semipolare Ebenen können durch (hkil) Millerindizierungen besimmt werden, wobei i=-(h+k), l ungleich null und mindestens eines von h und k ungleich null ist. Das Gallium-Nitrid-Substrat kann geschnitten poliert und chemisch-mechanisch poliert werden. Die Ausrichtung des Gallium-Nitrid-Substrats kann innerhalb von ±5 Grad, ±2 Grad, ±1 Grad oder ±0,5 Grad der {1 -1 0 0} m Ebene, der {1 1 -2 0} Ebene, der {1 1 -2 2} Ebene, der {2 0 -2±1} Ebene, der {1 -1 0 ±1} Ebene, der {1 -1 0 -±2} Ebene oder der {1 -1 0 ±3} liegen. Das Gallium-Nitrid-Substrat hat vorzugsweise eine niedrige Versetzungsdichte.
  • Ein homo-epitaktischer polarer, nicht-polarer oder semipolarer LED wird auf den Gallium-Nitrid-Substrat nach Methoden hergestellt, die bekannt sind und z.B. im US.-Patent Nr. 7,053,413 veröffentlicht wurden, das in seiner Gesamtheit hier als Referenz beigefügt ist. Zumindest eine AlxInyGa1-x-yN Lage, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ x+y ≤ 1, wird auf das Substrat gelegt, zum Beispiel nach den Methoden, die in den US-Patenten 7,338,828 und 7,220,324 veröffentlicht wurden, die in seiner Gesamtheit hier als Referenz beigefügt sind. Mindestens eine AlxInyGa1-x-yN Schicht kann durch metallorganische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie, durch Hydridgasphasenepitaxie oder eine Kombination davon aufgebracht werden. Die AlxInyGa1-x-yN Schicht beinhaltet eine aktive Schicht, die vorzugsweise Licht aussendet, wenn elektrischer Strom durchgeleitet wird. Die aktive Schicht kann ein einzelner Quantumtopf mit einer Dicke von ungefähr 0,5 nm bis 40 nm sein. In einer anderen Ausführung ist die aktive Schicht ein mehrfacher Quantumtopf oder eine doppelte Heterostruktur mit einer Dicke von ungefähr 40 nm bis 500 nm. In einer speziellen Ausführung beinhaltet die aktive Schicht eine InyGa1-yN Schicht, wobei 0 ≤ y ≤ 1.
  • Die Erfindung bietet Pakete und Geräte einschließlich mindestens einen LED auf einem Montageelement. In anderen Ausführungen können die Ausgangsmaterialien polares Gallium-Nitrid und andere Materialien wie Saphir, Aluminiumnitrid, Silikon, Silikonkarbid und andere Substrate enthalten. Die derzeitigen Pakete und Geräte werden vorzugsweise mit Leuchtstoff kombiniert, um weißes Licht zu entladen.
  • ist ein Diagramm einer auf eine flachen Trägerstruktur gepackten Licht emittierenden Einheit 100 und einer versenkten oder in einen Becher gepackten Licht emittierenden Einheit 110. Die Erfindung bietet eine verpackte Licht emittierende Einheit, konfiguriert in einer flachen Trägerstruktur 100. Wie gezeigt, hat das Gerät ein Montageelement mit einem Oberflächenbereich. Das Montageelement besteht aus geeignetem Material wie Keramik, Halbleitern (z.B. Silikon), Metall (Aluminiumlegierung 42 oder Kupfer), Plastik, einem Dielektrikum oder ähnlichem. Das Substrat kann als Leitungsgerüst, Träger oder eine andere Struktur zur Verfügung gestellt werden. Diese werden in den Zeichnungen allgemein als „Substrat“ bezeichnet.
  • Das Montageelement, das den LED hält, kann verschiedene Formen, Größen und Konfigurationen haben. Gewöhnlich ist der Oberflächenbereich des Montageelements flach, obwohl es eine oder mehrere Abweichungen des Oberflächenbereichs geben kann, zum Beispiel kann die Oberfläche hohl oder stufig sein oder Kombinationen von Hohlheit und Stufigkeit aufweisen. Zusätzlich hat der Oberflächenbereich allgemein eine glatte Fläche, Platte oder Beschichtung. Diese Platte oder Beschichtung kann aus Gold, Silber, Platin oder Aluminium bestehen, dielektrisch mit Metall darauf sein oder aus einem für die Haftung an einem darüberliegenden Halbleiter geeigneten Material bestehen.
  • Wieder gemäß hat die optische Vorrichtung Leuchtdioden, die über dem Oberflächenbereich liegen. Die Leuchtdiode 103 kann jeder LED-Typ sein, aber in der bevorzugten Ausführung werden sie vorwiegend auf einem semipolaren oder nicht-polaren GaN-haltigen Substrat hergestellt, aber sie können auch auf polarem gallium- und stickstoffhaltigen Material hergestellt werden. Vorzugsweise sendet der LED polarisierte elektromagnetische Strahlung 105 aus. Die Licht emittierende Einheit wird an eine primäre Spannung gekoppelt, die an das Substrat angelegt wird, und an eine sekundäre Spannung 109, die an einen Draht oder Leitung 111 gekoppelt und mit einer Leuchtdiode verbunden ist.
  • Das Leuchtdiodengerät kann ein blau-emittierendes LED-Gerät sein, die im Wesentlichen polarisierte Emission ist blaues Licht von ungefähr 440 Nanometer bis ungefähr 490 Nanometer Wellenlänge. In spezifischen Ausführungen wird ein{1 -1 0 0} m-Ebene Bulk-Substrat oder ein {1 0-1 -1} semi-polares Bulk-Substrat für die semi-polare blaue LED verwendet. Das Substrat hat eine ebene Fläche mit einer Effektivwert (RMS) - Rauheit von ungefähr 0,1 nm, eine Schraubenversetzungsdichte unter 5×106 cm-2 und eine Trägerkonzentration von ungefähr 1×1017 cm-3. Epitaxialschichten werden durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) bei Atmosphärendruck auf dem Substrat abgelagert. Das Verhältnis der Durchflussrate des Gruppe-V-Ausgangsstoffes (Ammoniak) zu der des Gruppe-III-Ausgangsstoffes (Trimethylallium, Trimethylindium, Trimethylaluminium) während des Wachstums liegt zwischen ungefähr 3000 und 12000. Zuerst wird eine Kontaktschicht des n-Typs (siliziumdotierten) GaN auf dem Substrat abgelagert, mit einer Dicke von ungefähr 5 Mikrometern und einem Dotierungsniveau von ungefähr 2×1018 cm-3. Als Nächstes wird ein undotierter InGaN/GaN Mehrfachquantentopf (MQW) als aktive Schicht abgelagert. Das MQW-Supergitter hat sechs Perioden, bestehend aus alternierenden Schichten von 8 nm InGaN und 37,5 nm GaN als Barriereschichten. Dann wird eine 10-nm-Sperrschicht undotierter AlGaN-Elektronen abgelagert. Schließlich wird eine GaN-Kontaktschicht des p-Typs abgelagert, mit einer Dicke von ungefähr 200 nm und einer Löcherkonzentration von ungefähr 7×1017 cm-3. Indium-Zinnoxid (ITO) wird per Elektronenstrahlverdampfung auf die Kontaktschicht des p-Typs als p-Typ-Kontakt aufgebracht und in schnellem thermischem Verfahren bearbeitet. LED-Mesas, mit einer Größe von ungefähr 300×300 µm2, werden durch Photolithographie und Trockenätzen, unter Verwendung einer chlorbasierten, induktiv gekoppelten Plasma (ICP)-Technik, gebildet. Ti/Al/Ni/Au wird per Elektronenstrahlverdampfung auf die freiliegende n-GaN-Schicht aufgebracht, um den n-Typ-Kontakt zu bilden, Ti/Au wird per Elektronenstrahlverdampfung auf einen Teil der ITO-Schicht aufgebracht, um ein p-Kontaktpad zu bilden, und die Halbleiterscheibe wird in separate LED-Würfel geschnitten. Elektrische Kontakte werden durch konventionelle Drahtbonden hergestellt.
  • In einer spezifischen Ausführung hat das optische Gerät ein Dicke von 100 Mikrometern oder weniger an Material, das auf einem freiliegenden Teil der Oberflächenregion getrennt von den LEDs gebildet wird. Das Material schließt Materialien zur Wellenlängenumwandlung ein, die die vom Reflektor der Wellenlängenselektion reflektierten elektromagnetischen Strahlen umwandeln. Normalerweise wird das Material durch die LED-Emission angeregt und gibt elektromagnetische Strahlung in Sekundärwellenlängen ab. In einer bevorzugten Ausführung strahlt das Material im Wesentlichen grünes, gelbes oder rotes Licht in Interaktion mit dem blauen Licht ab.
  • Die Einheiten bestehen vorzugsweise aus Leuchtstoff oder Leuchtstoffgemischen, ausgewählt aus (Y, Gd, Tb, Sc, Lu, La)3(Al, Ga, In)5O12:Ce3+, SrGa2S4:Eu2+, SrS:Eu2+ und kolloidalen Quantenpunkt-Dünnschichten, die aus CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSe oder CdTe bestehen. In anderen Ausführungen enthält das Gerät Leuchtstoff, das im Wesentlichen rotes Licht abstrahlen kann. Solcher Leuchtstoff wird aus einem oder mehreren (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+, Bi3+; (Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu3+, Bi3+; (Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu3+, Bi3+, Y2(O,S)3: Eu3+; Ca1-xMo1-ySiyO4 ausgewählt:, wobei 0,05 ≤ x ≤ 0,5, 0 ≤ y ≤ 0.1 ist; aus (Li,Na,K)5Eu(W,Mo)O4; (Ca,Sr)S:Eu2+; SrY2S4:Eu2+; CaLa2S4:Ce3+; (Ca,Sr)S:Eu2+; 3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+ (MFG); (Ba,Sr,Ca)MgxP2O7:Eu2+, Mn2+; (Y,Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+; (Ba,Sr,Ca)3MgxSi2O8:Eu2+, Mn2+, wobei 1 < x ≤ 2; (RE1-yCey)Mg2-xLixSi3-xPxO12, und bei dem RE mindestens ein Sc, Lu, Gd, Y und Tb, 0,0001 < x < 0,1 und 0,001 < y < 0,1 ist; (Y, Gd, Lu, La)2-xEuxW1-yMoyO6, wobei 0,5 ≤ x. ≤ 1,0, 0,01 ≤ y ≤ 1,0; (SrCa)1-xEuxSi5N8, und 0,01 ≤ x ≤ 0,3 ist; SrZnO2:Sm+3; MmOnX, wobei M aus der Gruppe Sc, Y, einem Lanthanoid, einem Alkalierdmetall und Gemischen daraus, gewählt wird; X ist ein Halogen; 1 ≤ m ≤ 3; und 1 ≤ n ≤ 4, in dem das Lanthanoid-Dotierungsniveau zwischen 0,1 und 40% Spektralgewicht variieren kann; und Eu3+ aktivem Phosphat oder Bor-Leuchtstoff; und Gemischen daraus.
  • Quantenpunkt-Materialien bestehen aus einer Familie von Halbleitern und mit seltenen Erden dotierten Oxid Nanokristallen, deren Größe und chemische Zusammensetzung ihre Luminiszenzeigenschaften bestimmen. Typische chemische Zusammensetzungen für Halbleiter-Quantenpunkte sind die wohlbekannten (ZnxCd1-x) Se [x=0..1], (Znx,Cd1-x)Se[x=0..1], Al(AsxP1-x) [x=0..1], (Znx,Cd1-x)Te[x=0..1], Ti(AsxP1-x) [x=0..1], In(AsxP1-x) [x=0..1], (AlxGa1-x)Sb [x=0..1], (Hgx,Cdl-x)Te[x=0..1] Zinkblenden Halbleiter-Kristallstrukturen. Veröffentlichte Beispiele für mit seltenen Erden dotierte Oxid-Nanokristalle umfassen Y2O3:Sm3+, (Y,Gd)2O3:Eu3+, Y2O3:Bi, Y2O3:Tb, Gd2SiO5:Ce, Y2SiO5:Ce, Lu2SiO5:Ce, Y3Al5)12:Ce, sollten aber weitere einfache Oxide oder Orthosilikate nicht ausschließen. Viele dieser Materialien werden intensiv untersucht, als möglichem Ersatz für Materialien, die das für toxisch erachtete Cd und Te enthalten.
  • Für die hier betrachteten Zwecke gilt, wenn ein Leuchtstoff zwei oder mehr Dotiersubstanz-Ionen hat (d. h. solche Ionen, die nach dem Doppelpunkt der oben genannten Leuchtstoffe folgen), bedeutet dies, dass der Leuchtstoff mindestens eines (aber nicht notwendigerweise alle) dieser Dotiersubstanz-Ionen im Material aufweist. Nach Aussage von Fachleuten bedeutet diese Schreibweise, dass der Leuchtstoff eines oder alle dieser aufgeführten Ionen als Dotiersubstanzen in der Formulierung enthalten kann.
  • In einer weiteren Ausführung schließen die Leuchtdiodengeräte mindestens ein violett-emittierendes LED-Gerät ein, das elektromagnetische Strahlen in einem Bereich von ungefähr 380 Nanometern bis ungefähr 440 Nanometer abgeben kann, die Einheiten sind in der Lage, im Wesentlichen weißes Licht abzustrahlen. In einer spezifischen Ausführung wird ein (1 -1 0 0) m-Ebene Bulk-Substrat für nichtpolares violettes LED geliefert. Das Substrat hat eine ebene Fläche mit einer Effektivwert (RMS)-Rauheit von ungefähr 0,1 nm, eine Schraubenversetzungsdichte unter 5×106 cm-2 und eine Trägerkonzentration von ungefähr 1×1017 cm-3. Epitaxialschichten werden durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) bei Atmosphärendruck auf dem Substrat abgelagert. Das Verhältnis der Durchflussrate des Gruppe-V-Ausgangsstoffes (Ammoniak) zu der des Gruppe-III-Ausgangsstoffes (Trimethylallium, Trimethylindium, Trimethylaluminium) während des Wachstums liegt zwischen ungefähr 3000 und 12000. Zuerst wird eine Kontaktschicht des n-Typs (siliziumdotierten) GaN auf dem Substrat abgelagert, mit einer Dicke von ungefähr 5 Mikrometern und einem Dotierungsniveau von ungefähr 2×101g cm-3. Als Nächstes wird ein undotierter InGaN/GaN Mehrfachquantentopf (MQW) als aktive Schicht abgelagert. Das MQW-Supergitter hat sechs Perioden, bestehend aus alternierenden Schichten von 16 nm InGaN und 18 nm GaN als Barriereschichten. Als Nächstes wird eine 10-nm-Sperrschicht undotierter AlGaN-Elektronen abgelagert. Schließlich wird eine GaN-Kontaktschicht des p-Typs abgelagert, mit einer Dicke von ungefähr 160 nm und einer Löcherkonzentration von ungefähr 7×1017 cm-3. Indium-Zinnoxid (ITO) wird per Elektronenstrahlverdampfung auf die Kontaktschicht des p-Typs als p-Typ-Kontakt aufgebracht und in schnellem thermischem Verfahren bearbeitet. LED-Mesas, mit einer Größe von ungefähr 300×300 µm2, werden durch Fotolithografie und Trockenätzen gebildet. Ti/Al/Ni/Au wird per Elektronenstrahlverdampfung auf die freiliegende n-GaN-Schicht aufgebracht, um den n-Typ-Kontakt zu bilden, Ti/Au wird per Elektronenstrahlverdampfung auf einen Teil der ITO-Schicht aufgebracht, um ein Kontaktpad zu bilden, und die Halbleiterscheibe wird in separate LED-Würfel geschnitten. Elektrische Kontakte werden durch konventionelle Drahtbonden hergestellt. Andere Farb-LEDs können, je nach spezifischer Ausführung, ebenfalls verwendet oder kombiniert werden. In einer ähnlichen Ausführung wird die LED mit einer polaren Bulk-GaN-Ausrichtung gefertigt.
  • In einer spezifischen Ausführung enthalten die Einheiten ein Leuchtstoffgemisch, das im Wesentlichen blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht abstrahlt. Als Beispiel kann dar blau-emittierende Leuchtstoff aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH):Eu2+, Mn2+; Sb3+,(Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2+, Mn2+; (Ba,Sr,Ca)BPO5:Eu2+, Mn2+; (Sr,Ca)10(PO4)6*nB2O3:Eu2+; 2SrO*0.84P2O5*0.16B2O3:Eu2+; Sr2Si3O8*2SrCl2:Eu2+; (Ba,Sr,Ca)MgxP2O7:Eu2+, Mn2+; Sr4Al14O25:Eu2+ (SAE); BaAl8O13:Eu2+; und Gemischen daraus, besteht. Der grüne Leuchtstoff kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17:Eu2+, Mn2+ (BAMn), (Ba,Sr,Ca)Al2O4:Eu2+; (Y,Gd,Lu,Sc,La)BO3:Ce3+,Tb3+; Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+, Mn2+; (Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu2+; (Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7:Eu2+; (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,ln)2S4:Eu2+; (Y,Gd,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+; (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4C12:Eu2+, Mn2+ (CASI); Na2Gd2B2O7:Ce3+, Tb3+; (Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6:K,Ce,Tb; und Gemischen daraus, besteht. Der rote Leuchtstoff kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus (Gd,Y,Lu,La)2O3:Eu3+, Bi3+; (Gd,Y,Lu,La)2O2S:Eu3+, Bi3+; (Gd,Y,Lu,La)VO4:Eu3+, Bi3+; Y2(O,S)3: Eu3+; Ca1-xMo1-ySiyO4:, wobei 0,05 ≤ x ≤ 0,5, 0 ≤ y ≤ 0,1; (Li,Na,K)5Eu(W,Mo)O4; (Ca,Sr)S:Eu2+; SrY2S4:Eu2+; CaLa2S4:Ce3+; (Ca,Sr)S:Eu2+; 3.5MgO*0.5MgF2*GeO2:Mn4+ (MFG); (Ba,Sr,Ca)MgxP2O7:Eu2+, Mn2+; (Y,Lu)2WO6:Eu3+, Mo6+; (Ba,Sr,Ca)3MgxSi2O8:Eu2+, Mn2+ besteht, wobei 1 < x ≤ 2; (RE1-yCey)Mg2-xLixSi3-xPxO12, und RE mindestens eines von Sc, Lu, Gd, Y, und Tb, 0,0001 < x < 0,1 und 0,001 < y < 0,1 ist; (Y, Gd, Lu, La)2-xEuxW1-yMoyO6, wobei 0,5 ≤ x. ≤ 1,0, 0,01 ≤ y ≤ 1,0; (SrCa)1-xEuxSi5N8, und 0,01 ≤ x ≤ 0,3 ist; SrZnO2:Sm+3; MmOnX, wobei M aus der Gruppe Sc, Y, einem Lanthanoid, einem Alkalierdmetall und Gemischen daraus, gewählt wird; X ist ein Halogen; 1 ≤ m ≤ 3; und 1 ≤ n ≤ 4, in dem das Lanthanoid-Dotierungsniveau zwischen 0,1 und 40% Spektralgewicht variieren kann; und Eu3+ aktivem Phosphat oder Bor-Leuchtstoff; und Gemischen daraus.
  • Sonstige „Energie umwandelnde Leuchtmittel“ einschließlich Leuchtstoff, Halbleitern, Halbleiter-Nanopartikeln („Quantenpunkte“), organischen Leuchtmitteln und Ähnlichem sowie Kombinationen daraus fallen ebenfalls unter die Verwendung. Die Energie umwandelnden Leuchtmittel können generell ein bzw. mehrere Wellenlängen umwandelnde Mittel sein.
  • Eine Ausführung enthält das verpackte Gerät mit flacher Betreiberkonfiguration sowie einer Einfassung mit flachem Bereich, der wellenlängenselektiv ist. Die Einfassung kann aus geeignetem Material wie optisch transparentem Kunststoff, Glas oder sonstigem Material bestehen. Die Einfassung hat eine geeignete Form 119, die ringförmig, rund, eiförmig, trapezförmig ist oder eine andere Form aufweist. Wie hinsichtlich der Becherträgerkonfiguration zu sehen ist, ist das verpackte Gerät mit einem terrassenförmigen Träger oder einem Becherträger versehen. Die Einfassung mit geeigneter Form und geeignetem Material ist je nach Ausführung so konfiguriert, dass die Übertragung von elektromagnetischer Strahlung, die aus den Innenbereichen der Verpackung reflektiert werden, vereinfacht und sogar optimiert ist. Das wellenlängenselektive Mittel kann als Filtermittel dienen, welches auf den oberflächlichen Bereich der Einfassung als Beschichtung aufgetragen werden kann. In der bevorzugten Ausführung besteht die Oberfläche des wellenlängenselektiven Mittels aus durchsichtigem Material wie der Bragg-Spiegel (DBR - Distributed Bragg Reflector)-Spalte, einem Beugungsgitter, einer Partikelschicht, die so eingestellt ist, dass sie Wellenlängen selektiv streut, einer photonischen Kristallstruktur, einer Nanopartikelschicht, die so eingestellt ist, dass sie bei bestimmten Wellenlängen die Plasmon-Resonanz verstärkt, oder einem dichromatischen Filter, oder einer anderen Lösung.
  • Das Mittel zur Wellenlängenumwandlung liegt normalerweise innerhalb einhundert Mikronen eines Kühlkörpers. Dies ist ein oberflächlicher Bereich mit thermischer Leitfähigkeit, die größer als circa 15, 100, 200 oder sogar 300 Watt/m-Kelvin ist. In einer speziellen Ausführung hat das Mittel zur Wellenlängenumwandlung einen durchschnittlichen Abstand zwischen zwei Partikeln von circa 2 Mal weniger als die durchschnittliche Partikelgröße des Mittels zur Wellenlängenumwandlung, doch es kann auch 3 Mal, 5 Mal oder sogar 10 Mal so groß wie die durchschnittliche Partikelgröße des Mittels zur Wellenlängenumwandlung sein. Alternativ kann das Mittel zur Wellenlängenumwandlung als Filtergerät gestellt werden.
  • bis sind Schaubilder mit verpackten, Licht abgebenden Geräten mit Reflektionsmodus. Die Einfassung hat einen Innenbereich und einen Außenbereich, wobei innerhalb des Innenbereichs ein bekannter Raum vorliegt. Der Raum ist offen und mit durchsichtigem Material wie Silikon oder einem Edelgas oder Luft gefüllt, um einen optischen Weg zwischen dem LED-Gerät oder den LED-Geräten und der Oberfläche zu liefern. In der bevorzugten Ausführung besteht der optische Weg aus einem Weg vom wellenlängenselektiven Mittel zum Mittel der Wellenlängenumwandlung und wieder zurück durch das Mittel der Wellenlängenumwandlung. In einer speziellen Ausführung hat die Einfassung auch eine Dicke und passt um die Basis eines Trägers herum.
  • Üblicherweise schweben die Einheiten in einem passenden Medium. Ein Beispiel eines solchen Mediums ist unter anderem Silikon, Glas, rotierendes Glas, Kunststoff, additiviertes Polymer, Metall oder Halbleitermaterial einschließlich Materialschichten und/oder Gemischen. Je nach Ausführung ist das Medium, einschließlich der Polymere, zuerst in einem flüssigen Zustand und füllt damit einen Innenbereich der Einfassung. Das Medium kann dann auch das LED-Gerät oder die LED-Geräte füllen und versiegeln. Das Medium härtet anschließend aus und erreicht einen ziemlich stabilen Zustand. Bevorzugt sollte optisch durchsichtiges Medium verwendet werden, es kann aber auch selektiv durchsichtig sein. Außerdem ist das Medium normalerweise nach der Aushärtung ziemlich inaktiv. In einer bevorzugten Ausführung hat das Medium eine niedrige Absorptionskapazität, damit ein Großteil der elektromagnetischen Strahlung, die durch das LED-Gerät erzeugt wird, durch das Medium wandern kann und mit der gewünschten Wellenlänge durch die Einfassung hindurchgelangt. In anderen Ausführungen kann das Medium additiviert oder mit behandelt worden sein, um die ausgewählten Lichtwellenlängen selektiv zu filtern, auszubreiten oder zu beeinflussen. So kann das Medium zum Beispiel mit Metall, Metalloxiden, Nichtleitern oder Halbleitern bzw. Kombinationen dieser Materialien behandelt werden.
  • Das LED-Gerät ist in unterschiedlichen Paketen verfügbar, zum Beispiel zylindrisch, oberflächenmontiert, mit Strom, als Lampe, Flip-Chip-Halbleiter, Stern, Anordnung, Streifen oder in Geometrien, welche Linsen benötigen (Silikon, Glas) oder als Unterbau (Keramik, Silikon, Metall, Gemische). Alternativ kann das Paket auch eine Variante dieser Pakete sein.
  • In anderen Ausführungen kann das verpackte Gerät sonstige Arten optischer und/oder elektronischer Geräte einschließen, zum Beispiel eine OLED, einen Laser, ein optisches Nanopartikelgerät usw. Auf Wunsch kann das optische Gerät einen integrierten Schaltkreis, einen Sensor, ein mit Mikro-Bearbeitungsverfahren hergestelltes elektronisch-mechanisches System oder sonstiges Gerät beinhalten. Das verpackte Gerät kann an einen Gleichrichter gekoppelt sein, um eine Stromversorgung zu liefern. Der Gleichrichter kann an einen passenden Sockel, wie einen Edisonsockel (z. B. E27 oder E14), einen Zweistiftsockel (z. B. MR16 oder GU5,3) oder eine Bajonettfassung (z. B. GU10) angeschlossen werden. In anderen Ausführungen kann der Gleichrichter räumlich vom verpackten Gerät getrennt sein.
  • Die äußerste Grenze der Pixelauflösung auf einem Bildschirm, die aus Leuchtstoffpartikeln besteht, ist die Größe der Leuchtstoffpartikel selbst. Durch das Erstellen einer Leuchtstoffschicht, deren Dicke auf der Skala der Partikeldurchmesser liegt, entsteht ein wirksamer „natürlicher Mosaikeffekt“, in welchem jeder Partikel zu einem Pixel wird. Die farbigen Pixel werden über ein einziges Leuchtstoffpartikel definiert. Die Erfinder haben festgelegt, dass ein gut entworfener Hohlraum zur Wiederaufbereitung (z. B. selektivreflektierendes Mitglied) erweiterte Absorptionswege aktivieren kann, wodurch die benötigte Menge an Leuchtstoff, auch bei Leuchtstoff-„Einzelschichten“ oder unteren Einzelschichten zum Herstellen der endgültigen richtigen Farben, minimiert wird. Einfach- oder Mehrfachpartikelbildschirme dieser Art verbessern thermische Leistung, optische Paketeffizienz sowie die Gesamtleistung des LED-Geräts. Zahlreiche Erweiterungen des Konzepts können für gemischte, entfernte, tafelähnlich geschichtete Leuchtstoffkonfigurationen angewendet werden.
  • zeigt eine Ausführung einer Erfindung, bei der dieses Konzept angewendet wird. In diesem Fall ist die gesamte Dicke der Leuchtstoffschicht im Reflektionsmodus in der durchschnittlichen Partikelhöhe angeordnet. Die ausgewählte Packdicke des Leuchtstoffs kann sogar Lücken zwischen den einzelnen Partikeln aufweisen und eine hohe Umwandlungseffizienz erreichen, wenn die Oberfläche, auf der die Partikel aufliegen, ausreichend reflektiert. Mehrfachleuchtstoff kann natürlich auch innerhalb der Reflektionsmodus-Schicht eingeschlossen sein - zum Beispiel als rot, grün und/oder blau leuchtender Leuchtstoff für weiß leuchtende LEDs. Zu den Vorteilen zählen eine optimale thermische Konfiguration der Partikel (die direkt oder beinahe direkt am Substrat haften), minimale Nebensignaleffekte zwischen den Leuchtstoffpartikeln, wodurch die Nebenabsorptionsvorgänge reduziert werden, minimaler Einsatz teuren Leuchtstoffs, minimale Bearbeitungsschritte zum Herstellen eines Bildschirms mit n-Farbe und Minimierung der Farbtrennung im Fernbereich.
  • Die Methoden zum Auftragen der dünnen Leuchtstoffschicht beinhalten (nicht ausschließlich) das Aufsprühen / elektrostatisches Beschichten mit Puder, Ultraschallaufsprühen mit Richtelektroden in der Bahn des Puders, um die Puderteilchen aufzuladen, Partikelselbstanordnung per Einzelschicht, Dip Pen-Lithografie, elektrophoretische Ablagerung einer einzelnen Schicht, Sedimentation, Auftragen durch Fotokleber mit trockenem Bestäuben, elektrostatisches Aufnehmen und Klebehaftung, Beschichten durch Eintauchen u.a.
  • Frühere Darstellungen (zum Beispiel Krames et al. im US-Patent 7.026.66) zeigen eine Reduktion der Leuchtstoff-Konversionseffizienz bei mehr als 30 % direkter Emission aus den primären LEDs. Reflexionsmodusgeräte wie die hier beschriebenen werden jedoch effizienter, da sich die direkte Strahlung von den LEDs zum Reflektor verstärkt, da keine Leuchtstoffpartikel vorhanden sind, um das Licht zurück in die LED-Geräte zu streuen, wo es dann verloren ginge. Das ist ein zentraler Vorteil des Reflexionsmoduskonzepts.
  • Johnson (J.Opt.Soc.Am 42.978, 1952) führt im Leuchtstoffhandbuch (Shionoya und Yen, 16.787, 1999) aus, dass zwischen fluoreszierender Helligkeit und der Anzahl von Leuchtstoffpartikelschichten eine Verbindung besteht. Es handelt sich dabei um etwa 5 Partikelschichten, basierend auf Halophosphatpuder-Modellierung. Die Helligkeit nimmt stetig ab, wenn die Zahl der Partikelschichten auf 10 steigt (30 % Verlust von 4 auf 10 Schichten). Bei typischen Partikelgrößen von 15 µm bis 20 µm in Applikationen auf LED-Basis und einer geschätzten Höchstfluoreszenz bei 5 Schichten ist eine maximale Dicke des Wellenlängenkonversionsmaterials von etwa 100 µm oder weniger wünschenswert. Die Geometrie des Reflexionsmodus, die sich zum Teil über die Forderung definiert, dass 30 % des emittierten Chiplichts zuerst auf die wellenlängenselektive Oberfläche fallen muss, bevor es auf das Leuchtstoffkonversionsmaterial trifft, eliminiert hoch streuende Teilchen aus der Nachbarschaft der emittierenden Chips und im Raum zwischen den Chips und der wellenlängenselektiven Oberfläche. Das reduziert Streulichtverluste im Chip wie auch Streuverluste auf Paketebene und ergibt ein effizienteres optisches Design. Außerdem tritt die Erzeugung von wellenlängenkonvertiertem Licht vor allem an der äußersten Oberfläche des Wellenlängenkonversionsmaterials auf und erlaubt damit dem so erzeugten Licht, sich den leichtesten optischen Weg aus dem Paket heraus zu suchen. Durch das Sicherstellen der Platzierung des Wellenlängenkonversionsmaterials auf der Oberfläche des Montageteils erhält das Wellenlängenkonversionsmaterial einen optimalen thermischen Weg zur Wärmeableitung, was ihm ein Arbeiten bei reduzierter Temperatur und eine höhere Konversionseffizienz erlaubt, als dies bei Ausführungen der Fall wäre, bei denen das Konversionsmaterial keine geeignete Wärmeableitung zum Betrieb bei geringstmöglichen Temperaturen hat. Durch das Begrenzen der Dicke des Wellenlängenkonversionsmaterials auf 100 µm oder weniger wird die Wärmeableitung nicht durch die Dicke selbst beeinträchtigt. Erfinder fanden in Tests heraus, dass nur sehr dünne Schichten von Leuchtstoff nötig sind, wenn der Recyclingeffekt stark genug ist. Tatsächlich kann sogar weniger als ein „Monolayer“ von Leuchtstoffmaterial hohe Konversion erzeugen. Die Vorteile sind hier a) reduzierte Mengen erforderlichen Leuchtstoffmaterials, b) das Verwenden dünnerer Schichten, die die Temperatur senken, und c) eine „natürliche Pixelierung“, die zu weniger kaskadierenden Konversionsvorfällen führt (d. h. Violett fördert Blau fördert Grün fördert Rot).
  • In bestimmten Ausführungen schließen LED-Geräte der hier vorliegenden Darstellung diejenigen ein, die in den bis gezeigt sind.
  • Wachstum auf fremden Substraten erfordert häufig Niedrigtemperatur- oder Hochtemperatur-Kernschichten auf der Substratoberfläche, Techniken wie laterales, epitaxiales Überwachstum zum Ausgleich von Missbildungen, die sich auf der GaN-Substratoberfläche gebildet haben, eine dicke Pufferschicht, die normalerweise aus n-Typ-GaN besteht, aber auch InxAlyGa1-x-yN sein kann, das sich zwischen dem Substrat und den aktiven, Licht emittierenden Schichten ausgeformt hat und zur Reduktion störender Effekte durch Missbildungen dient, InGaN/GaN oder AlGaN/GaN oder AlInGaN/AlInGaN-Supergitter zwischen dem Substrat und den Licht emittierenden Schichten zur Verbesserung der Strahlungseffizienz durch Belastungsausgleich, Fehlerausgleich oder andere Mechanismen, InGaN oder AlGaN-Pufferschichten zwischen dem Substrat und den Licht emittierenden, aktiven Schichten zur Verbesserung der Strahlungseffizienz durch Belastungsausgleich, Fehlerausgleich oder andere Mechanismen, und dickere p-Typ-GaN-Schichten zum Ausgleich elektrostatischer Entladung (ESD) und zur Reduktion von Kriechstrom. Bei Einschluss all dieser Schichten kann konventionelles LED-Wachstum vier bis zehn Stunden dauern.
  • Wenn LEDs auf GaN-Massensubstraten entwickelt werden, kann man die Niedrigtemperatur-Kernschicht zum Beispiel weglassen. Fehlerausgleichstechniken wie das laterale, epitaxiale Überwachstum sind nicht notwendig, da es keine Missbildungen gibt. Oft braucht man keine legierten Supergitter oder Legierungsschichten zwischen dem Substrat und dem aktiven Bereich, um die Strahlungseffizienz zu verbessern. Da außerdem die bei konventionellen LEDs nötigen vielen verschiedenen Wachstumsschichten, die auf fremden Substraten gezogen werden, oft verschiedene Wachstumstemperaturen erfordern, führt die reduzierte Anzahl an Wachstumsschichten in der LED-Struktur auch zu weniger Temperaturrampen im Wachstumsvorgang. Da die gesamte Wachstumszeit reduziert ist, ist die Zeiteinteilung für die einzelnen Temperaturstufen innerhalb der Zeitspanne für den gesamten Zyklus von größerer Bedeutung. Daher ist die reduzierte Stufenzahl, wie sie dieses Schema vorgibt, entscheidend für eine hohe Wachstumsrate.
  • In einer spezifischen Ausführung liefert die vorliegende Methode ein Massensubstrat, das Gallium und Stickstoff enthält. In einer spezifischen Ausführung ist der Gallium-Nitrid-Substratanteil ein GaN-Massensubstrat, das sich durch eine semipolare oder nichtpolare, kristalline Oberfläche charakterisiert, kann aber auch anders sein. In einer spezifischen Ausführung enthält das Nitrid-GaN-Massensubstrat Stickstoff und besitzt eine Oberflächenversetzungsdichte unter 105 cm-2. Der Nitridkristall oder Wafer kann AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x, y, x+y ≤ 1 enthalten. In einer bestimmten Ausführung enthält der Nitridkristall GaN, kann aber auch anderes enthalten. In einer oder mehreren Ausführungen besitzt das GaN-Substrat gewundene Versetzungen mit einer Konzentration zwischen etwa 105 cm-2 und 108 cm-2, in einer Ausrichtung, die im Wesentlichen rechtwinklig oder schräg zur Oberfläche ist. Als Konsequenz der rechtwinkligen oder schrägen Orientierung der Versetzungen liegt die Oberflächenversetzungsdichte unterhalb etwa 105 cm-2. In einer bevorzugten Ausführung kann die vorliegende Methode ein Substrat mit Anteilen von Gallium und Stickstoff beinhalten, mit einer beliebigen Orientierung, z. B. c-Ebene, a-Ebene, m-Ebene. In einer spezifischen Ausführung ist das Substrat vorzugsweise (Al,Ga,In)N-basiert. Das Substrat hat eine gewundene Versetzungsdichte (TD) < 1E8 cm-2, eine Stapelfehlerdichte (SF) < 5E3 cm-1, und kann mit Silizium und/oder Sauerstoff mit einer Konzentration von > 1E17cm-3 dotiert sein. Natürlich gibt es auch andere Variationen, Modifikationen und Alternativen.
  • Wie gezeigt, wird mit der Methode ein Material des N-Typs gebildet, das auf dem Substrat aus Gallium und Stickstoff aufliegt. Mit einer speziellen Ausführungsform wird das N-Typmaterial epitaktisch geformt und hat eine Dicke von weniger als 2 Mikrometer, weniger als 1 oder weniger als 0,5 oder 0,2 Mikrometer oder ist anders beschaffen. Durch eine spezielle Ausführungsform basiert das N-Typmaterial auf (Al,Ga,In) N. Es wächst bei einer Temperatur von weniger als 1.200 Grad Celsius oder 1.000 Grad Celsius, jedoch meist bei einer über 950 Grad Celsius liegenden Temperatur. Mit einer bevorzugten Ausführungsform wird das N-Typmaterial unabsichtlich (UID) oder mithilfe einer Siliziumspezies (z. B. Si) oder Sauerstoffspezies (z. B. O2) dotiert. Bei einer speziellen Ausführungsform kann der Dotierstoff von Silan, Disilan, Sauerstoff o. ä. stammen. Bei einer speziellen Ausführungsform dient das N-Typmaterial als Kontaktbereich des N-Typ (siliziumdotierten) GaN und ist durch seine Dicke von ca. 5 Mikrometern und seinen Dotierungsgrad von ca. 2×1018 cm-3 gekennzeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird epitaktisches Material, das Gallium und Sauerstoff enthält, durch metallorganische chemische Aufdampfung (MOCVD) bei Atmosphärendruck auf das Substrat aufgebracht. Das Durchflussverhältnis des Precursoren der Gruppe V (Ammoniak) und des Precursoren der Gruppe III (Trimethyl-Gallium, Trimetyl-Indium, Trimethyl-Aluminium) während des Wachstums beträgt zwischen ca. 3.000 und 12.000. Natürlich gibt es auch andere Variationen, Modifikationen und Alternativen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Methode eine aktive Zone, die die Kontaktregion des N-Typs überlagert. Die aktive Zone beinhaltet mindestens eine doppelte Heterostruktur-Wellenregion mit mindestens einem Pseudotopf an jeder Seite der doppelten Heterostrukturwellenregion. Optional kann die aktive Zone auch einen Barrierebereich oder mehrere Barrierebereiche enthalten.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform wird ein elektronischer AlGaN-Blockierbereich aufgebracht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein GaN-Kontaktbereich des P-Typs aufgebracht.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform wird Indium-Zinnoxid (ITO) mit E-Strahl auf die Kontaktschicht des P-Typs als P-Typkontakt aufgedampft und thermisch behandelt (Rapid-thermal-Annealed). LED-Mesas mit einer Größe von ca. 300×300 µm2 werden fotolithografisch geformt und mit einer chlorbasierten, induktiv gekoppelten Plasmatechnik (ICP) trocken geätzt. Ti/Al/Ni/Au wird mit E-Strahl auf die exponierte n-GaN-Schicht aufgedampft, um einen N-Typkontakt zu bilden, Ti/Au wird auf einen Teil der ITO-Schicht aufgedampft, um einen P-Kontaktpfad zu bilden, und der Wafer wird in einzelne LED-Chips geschnitten. Elektrische Kontakte werden durch herkömmliches Drahtbonden geformt. Es kann auch andere Varianten, Modifikationen und Alternativen geben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ergibt diese Methode ein weiches epitaktisches Material. Wird zum Beispiel gallium- oder stickstoffhaltiges Material des N-Typs verwendet, ist die Oberflächenrauheit durch 1 nm RMS und weniger auf einer fünf Mal fünf Mikrometer großen räumlichen Fläche gekennzeichnet. Wird bei einer speziellen Ausführungsform zum Beispiel gallium- oder stickstoffhaltiges Material des P-Typs verwendet, ist die Oberflächenrauheit durch 1 nm RMS und weniger auf einer fünf Mal fünf Mikrometer großen räumlichen Fläche gekennzeichnet. Es kann auch andere Varianten, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform enthält das Nitridkristall Sauerstoff und weist eine Flächenverschiebungsdichte von weniger als 105 cm-2 auf. Das Nitridkristall oder der Wafer können AlxInyGa1-x-yN enthalten, wobei 0 ≤ x, y, x+y ≤ 1 ist. In einer speziellen Ausführungsform enthält das Nitridkristall GaN. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Nitridkristall über eine Längenskala von mindestens 3 Millimetern im Wesentlichen frei von kleinwinkligen Korngrenzen oder Neigungsgrenzen. Das Nitridkristall kann auch eine Auslöseschicht mit einem optischen Absorptionskoeffizienten von mehr als 1000 cm-1 und mindestens einer Wellenlänge dort enthalten, wo das unter der Auslöseschicht befindliche Basiskristall ziemlich transparent ist und einen optischen Absorptionskoeffizienten von weniger als 50 cm-1 hat und kann außerdem eine qualitativ hochwertige Epitaxialschicht mit einer Flächenverschiebungsdichte von weniger als 105 cm-2 aufweisen. Die Auslöseschicht kann unter Bedingungen geätzt werden, unter denen das Ätzen des Nitridbasiskristalls und der qualitativ hochwertigen Epitxialschicht nicht möglich ist. Es kann auch andere Varianten, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Substrat eine großflächige Ausrichtung innerhalb von zehn Grad, fünf Grad, zwei Grad, einem Grad, 0,5 Grad oder 0,2 Grad von (0 0 0 1), (0 0 0 -1), {1 -1 0 0}, {1 1 -2 0}, {1 -1 0 ±1}, {1 -1 0 ±2}, {1 -1 0 ±3}, oder {1 1 -2 ±2} haben. Das Substrat kann eine Verschiebungsdichte von weniger als 104 cm-2, 103 cm-2 oder 102 cm-2 haben. Das Nitridbasiskristall oder der Wafer können einen optischen Absorptionskoeffizienten von weniger als 100 cm-1, 50 cm-1 oder 5 cm-1 bei Wellenlängen zwischen 465 nm und um 700 nm aufweisen. Das Nitridbasiskristall kann einen optischen Absorptionskoeffizienten von weniger als 100 cm-1, 50 cm-1 oder 5 cm-1 bei Wellenlängen zwischen ca. 700 nm und ca. 3.077 nm und bei Wellenlängen zwischen 3.333 nm und ca. 6.667 nm haben. Es kann auch andere Varianten, Modifikationen und Alternativen geben.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen enthält das LED-Gerät ein GaN Substrat, eine GaNSi-Schicht, die auf dem GaN Substrat liegt, ein 1 nm bis 10 nm dicke InGaN-Pseudotopf, die sich auf der GaNSi-Schicht befindet, eine 1 nm bis 30 nm dicke InGaN-Sperrschicht, die sich auf dem InGaN-Pseudotopf befindet, eine 5 nm bis 80 nm dicke doppelte Heterostrukturschicht auf der InGaN-Sperrschicht, eine 1 nm bis 30 nm dicke InGaN-Sperrschicht auf der doppelten Hetereostrukturschicht, eine 1 nm bis 10 nm dicke InGaN-Pseudotopf schicht auf der InGaN-Sperrschicht, eine Sperrschicht, die sich auf der Pseudotopf schicht befindet, eine 5 nm bis 40 nm dicke AlGaN:Mg elektronische Blockierschicht auf der Sperrschicht und eine p-GaN-Schicht, die sich auf der elektronischen Blockierschicht befindet.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen enthält ein optisches Gerät, wie ein LED-Gerät:
    • Ein Substrat aus aufgeschüttetem Gallium und Stickstoff mit einer Oberfläche; ein epitaktisches Material aus N-Typ Gallium und Stickstoff, das so geformt ist, dass es die Oberfläche abdeckt; eine aktive Zone aus einer doppelten Heterostrukturwellenregion und mindestens ein Pseudotopf an beiden Seiten der doppelten Heterostrukturwellenregion, von denen jede mindestens mit einem Pseudotopf versehen ist, deren Breite ca. zehn Prozent bis neunzig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion beträgt; ein epitaktisches Material bestehend aus P-Typ Gallium und Stickstoff, das die aktive Zone abdeckt und einen Kontaktbereich, der das aus P-Typ Gallium und Stickstoff bestehende epitaktische Material abdeckt.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts ist die Oberfläche mit einer Ausrichtung als C-Ebene, M-Ebene oder A-Ebene, bei denen es sich um Verschnitt handeln kann, oder als semipolare Ebene konfiguriert.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts ist die Oberfläche als C-Ebenenausrichtung konfiguriert und jede der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe hat eine Breite von ca. zwanzig Prozent bis dreißig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts ist die Oberfläche als M-Ebenenausrichtung konfiguriert, und jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe hat eine Breite von ca. zwanzig Prozent bis neunzig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts hat die doppelte Heterostrukturwellenregion eine Dicke zwischen 90 Angström und 50 Angström oder 200 Angström bis 400 Angström.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts hat jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe eine Dicke zwischen 30 Angström und achtzig Angström.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts befindet sich die doppelte Heterostrukturwellenregion zwischen mindestens zwei GaN-Schichten, mindestens zwei InxGa1-xN, AlyGa1-yN-Schichten, mindestens zwei InxAlyGa(1-x-y)N-Schichten oder zwischen zwei Schichten, die aus GaN, InxGa1-xN, AlyGa1-yN oder InxAlyGa(1-x-y)N bestehen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts ist die doppelte Heterostrukturwellenregion so konfiguriert, dass sie einen wesentlichen Anteil an elektromagnetischer Strahlung, die von der aktiven Zone erzeugt wird, abgibt; und jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe ist so konfiguriert, dass sie die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ermöglicht, wobei im Wesentlichen in keiner der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe elektromagnetische Strahlung erzeugt wird.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen enthält ein optisches Gerät darüber hinaus mehrere Pseudotopfregionen, die sich an beiden Seiten der doppelten Heterostrukturwellenregion befinden.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen eines optischen Geräts besteht die doppelte Heterostrukturwellenregion aus InzGa1-zN.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen enthält ein optisches Gerät einen InGaN/GaN Überstrukturbereich des N-Typs, in der die doppelte Heterostrukturwellenregion so geformt ist, dass sie den InGaN/GaN Überstrukturbereich des N-Typs überdeckt.
  • Methoden zur Herstellung optischer Geräte, wie LED-Geräte, die in dieser Offenbarung angegeben sind, werden ebenfalls offenbart. Bei bestimmten Ausführungsformen umfassen die Methoden der Herstellung eines optischen Geräts: Ein Substrat aus aufgeschüttetem Gallium und Stickstoff mit einer Oberfläche; ein epitaktisches Material aus N-Typ Gallium und Stickstoff, welches die Oberfläche abdeckt; eine doppelte Heterostrukturwellenregion, die eine aktive Zone bildet und mindestens einen Pseudotopfan beiden Seiten der doppelten Heterostrukturwellenregion, wobei jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe eine Breite von ca. zehn Prozent bis neunzig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion haben muss; ein epitaktisches Material bestehend aus P-Typ Gallium und Stickstoff, das die aktive Zone abdeckt und einen Kontaktbereich, der das aus P-Typ Gallium und Stickstoff bestehende epitaktische Material überdeckt.
  • Bei bestimmten Methoden ist die Oberfläche mit einer Ausrichtung als C-Ebene, M-Ebene oder A-Ebene, bei denen es sich um Verschnitt handeln kann, oder als semipolare Ebene konfiguriert.
  • Bei bestimmten Methoden ist die Oberfläche als C-Ebenenausrichtung konfiguriert und jeder der vorhandenen Pseudotöpfe hat eine Breite von ca. zwanzig Prozent bis ca. dreißig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion.
  • Bei bestimmten Methoden ist die Oberfläche als M-Ebenenausrichtung konfiguriert und jeder der vorhandenen Pseudotöpfe hat eine Breite von ca. zwanzig Prozent bis ca. neunzig Prozent der Breite der doppelten Heterostrukturwellenregion.
  • Bei bestimmten Methoden hat die doppelte Heterostrukturwellenregion eine Dicke zwischen 90 Angström und 500 Angström oder 200 Angström bis 400 Angström.
  • Bei bestimmten Methoden hat jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe eine Dicke zwischen 30 Angström und 80 Angström.
  • Bei bestimmten Methoden befindet sich die doppelte Heterostrukturwellenregion zwischen mindestens zwei GaN-Schichten, mindestens zwei InxGa1-xN, AlyGa1-yN-Schichten, mindestens zwei InxAlyGa(1-x-y)N-Schichten oder zwischen zwei Schichten, die aus GaN, InxGa1-xN, AlyGa1-yN oder InxAlyGa(1-x-y)N bestehen.
  • Bei bestimmten Methoden ist die doppelte Heterostrukturwellenregion so konfiguriert, dass sie einen wesentlichen Anteil an elektromagnetischer Strahlung, die von der aktiven Zone erzeugt wird, abgibt; und jeder der mindestens einmal vorhandenen Pseudotöpfe ist so konfiguriert, dass sie die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ermöglicht, wobei im Wesentlichen in keiner der mindestens einmal vorhandenen Pseudotopfregionen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird.
  • Bei bestimmten Methoden werden darüber hinaus weitere Pseudotöpfe an jeder Seite der doppelten Heterostrukturwellenregion angeordnet.
  • Bei bestimmten Methoden enthält die doppelte Heterostrukturwellenregion InzGa1-zN.
  • Bei bestimmten Methoden besteht ein InGaN/GaN Überstrukturbereich des N-Typs, in dem die doppelte Heterostrukturwellenregion den InGaN/GaN Überstrukturbereich des N-Typs überdeckt.
  • Die folgenden Beispiele beschreiben detaillierte Beispiele von Bestandteilen der hier offenbarten Ausführungsformen: Es ist für Fachleute der Technik offensichtlich, dass viele Modifikationen, sowohl an Werkstoffen als auch an Methoden, verwendet bzw. angewendet werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung ausgehen zu müssen:
    • Ausführungsform 1. Eine LED-Lampe bestehend aus einem LED-Gerät, die mehr als 500 lm abgibt und für die mehr als 2 % der Leistung in der SPD innerhalb eines Bereichs von ca. 390 nm bis ca. 430 nm abgestrahlt wird. Eine Lampe in diesen (und anderen) Ausführungsformen kann durch folgende Ansätze hergestellt werden: (i) verwenden Sie nur violette Pumpen-LEDs, (ii) fügen Sie einem System mit blauen Pumpen-LEDs violette LEDs hinzu (iii) oder bilden Sie eine Kombination aus blauen und violetten Pumpen-LEDs..
    • Ausführungsform 2. Lampe der Ausführungsform 1, bei der mehr als 5 % der Leistung in der SPD innerhalb eines Bereichs von ca. 390 nm bis ca. 430 nm abgegeben wird.
    • Ausführungsform 3. Lampe der Ausführungsform 1, bei der weniger als 1 % der Leistung in der SPD in einem Bereich von unter 400 nm abgegeben wird.
    • Ausführungsform 4. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der Strahlungswinkel kleiner als 15° ist und der Lichtstärkenleuchtstrahl größer ist als 15000cd.
    • Ausführungsform 5. Lampe der Ausführungsform 1, die mindestens 1500 lm abstrahlt.
    • Ausführungsform 6. Lampe der Ausführungsform 1, die darüber hinaus mit einem MR 16 Formfaktor versehen ist.
    • Ausführungsform 7. Lampe der Ausführungsform 1, deren Ausgangsfacette der Lampe einen Durchmesser von ca. 121 mm hat.
    • Ausführungsform 8. Lampe der Ausführungsform 1, die darüber hinaus mit einem PAR 30 Lampenformfaktor versehen ist.
    • Ausführungsform 9. Lampe der Ausführungsform 1, bei der mindestens ein Teil der Leistung in der SPD durch mindestens eine violett strahlende LED geliefert wird.
    • Ausführungsform 10. Lampe der Ausführungsform 9, bei der mindestens eine violett strahlende LED mehr als 200W/cm2 bei einer Stromdichte von 200A/cm2 und einer Sperrschichttemperatur von 100 °C oder höher abgibt.
    • Ausführungsform 11. Lampe der Ausführungsform 9, bei der mindestens eine Violet strahlende LED blauen oder cyanfarbenen Leuchtstoff pumpt.
    • Ausführungsform 12. Lampe der Ausführungsform 9, bei der mindestens eine Violet strahlende LED mehr als einen blauen oder cyanfarbenen Leuchtstoff pumpt.
    • Ausführungsform 13. Lampe der Ausführungsform 9: Enthält außerdem mindestens eine LED, die mit anderen Wellenlängen arbeitet als die Violet strahlende LED. Lampe der Ausführungsform 1, bei der SWSD für die Quelle mit CCT im Bereich 2500K - 7000K weniger als 35 % beträgt.
    • Ausführungsform 14. Lampe der Ausführungsform 1, bei der SWSD für eine Quelle mit CCT im Bereich 5000K - 7000K weniger als 35 % beträgt.
    • Ausführungsform 15. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der violette Lichtdurchtritt weniger als 10 % beträgt.
    • Ausführungsform 16. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der CIE-Weißanteil eines typisch weißen Papiers um mindestens 5 Punkte verbessert wird im Gegensatz zu einer ähnlichen Lampe, die keine signifikante SPD-Komponente im Bereich zwischen ca. 390 nm bis ca. 430 nm aufweist.
    • Ausführungsform 17. Lampe der Ausführungsform 1, bei der dier violette Lichtdurchtritt so konfiguriert ist, dass ein spezieller CIE-Weißanteil erzielt wird.
    • Ausführungsform 18. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der violette Lichtdurchtritt derart ist, dass der CIE-Weißanteil des von der Lampe beschienenen reinweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CIE-Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 19. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der violette Lichtdurchtritt derart ist, dass der CCT-korrigierte Weißanteil des von der Lampe beschienenen reinweißen Referenzobjekts im Bereich von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CCT-korrigierten Weißanteils des gleichen Objekts liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 20. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der violette Lichtdurchtritt derart ist, dass eine (u'v') Farbverschiebung in Bezug auf den Weißpunkt der Quelle eines von einer Lampe beschienenen reinweißen Referenzmusters beim Vergleich mit der Farbverschiebung des gleichen Musters bei Beleuchtung durch ein CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel falls CCT>5000K ist) im (i) Wesentlichen in die gleiche Richtung geht; und (ii) mindestens die gleiche Größenordnung hat.
    • Ausführungsform 21. Lampe der Ausführungsform 1, bei der ein Teil des blauen Lichts von der LED stammt.
    • Ausführungsform 22. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der Strahlungswinkel kleiner als 25° ist und der Lichtstärkenleuchtstrahl größer ist als 2200cd.
    • Ausführungsform 23. Lampe der Ausführungsform 1, bei der die Lampe einen MR-16 Formfaktor hat.
    • Ausführungsform 24. Lampe der Ausführungsform 1, bei der CRI für eine Quelle mit CCT im Bereich von ca. 2500K bis ca. 7000K größer ist als 90.
    • Ausführungsform 25. Lampe der Ausführungsform 1, bei der CRI für eine Quelle mit CCT im Bereich von ca. 5000K bis ca. 7000K größer ist als 90.
    • Ausführungsform 26. Lampe der Ausführungsform 1, bei der R9 größer ist als 80.
    • Ausführungsform 27. Lampe der Ausführungsform 1, bei der der eingestellte CRI für ein großes Muster größer ist als 80.
    • Ausführungsform 28. Eine auf LED-Basis hergestellte Lampe, die mehr als 500 lm abstrahlt und mehr als einen oder zwei LED-Lichtquellen-Chips mit einer Grundfläche von weniger als 40 mm2 hat.
    • Ausführungsform 29. Lampe der Ausführungsform 29, bei der mehr als 2% der Leistung im SPD innerhalb eines Bereichs von ca. 390 nm bis ca. 430 nm abgegeben wird.
    • Ausführungsform 30. Lampe der Ausführungsform 29, bei der die Lampe einen MR-16 Formfaktor hat.
    • Ausführungsform 31. Lampe der Ausführungsform 29, bei der der Durchmesser der optischen Linse kleiner als 40 mm ist.
    • Ausführungsform 32. Lampe der Ausführungsform 29, bei der die Winkelbreite der Teilabschattung geringer als 1° ist.
    • Ausführungsform 33. Lampe der Ausführungsform 29, bei der die Farbvariation Duv bei zwei Punkten im Teilschattenbereich geringer als 8 ist.
    • Ausführungsform 34. Lampe der Ausführungsform 29, bei der die Farbvariation Duv des Lichtstrahls zwischen der Mitte des abgegebenen Strahls und einem Punkt mit 10 % Intensität geringer ist als 8.
    • Ausführungsform 35. Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen ca. 390 bis ca. 430 nm liegen, sodass der CIE-Weißanteil eines von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CIE-Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 36. Lichtquelle der Ausführungsform 36, bei der der CIE-Weißanteil des von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters bei höchstens 200 % des CIE-Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 37. Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen ca. 390 bis ca. 430 nm liegen, sodass der CIE-Weißanteil eines von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CIE-Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 38. Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen ca. 390 bis ca. 430 nm liegen, sodass der CIE-Weißanteil eines von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CIE-Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einer Keramik-Halogenmetalldampflampe der gleichen CCT beschienen wird.
    • Ausführungsform 39. Lichtquelle der Ausführungsform 38, bei der der CCT-korrigierte Weißanteil des von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters bei höchstens 200 % des CCT-korrigierten Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel der gleichen CCT beschienen wird (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein D-Leuchtmittel, falls CCT>5000K).
    • Ausführungsform 40. Lichtquelle mit LEDs, bei der mehr als 2 % der SPD innerhalb eines Bereichs von 390 - 430 nm abgegeben werden, sodass die Chromatizität eines von der Lichtquelle beleuchteten reinweißen Referenzmusters mindestens zwei Duv-Punkte aufweist und höchstens zwölf Duv-Punkte von der Chromatizität des Weißpunktes der Lichtquelle entfernt ist und im Wesentlichen in die Blaurichtung geht.
    • Ausführungsform 41. Lichtquelle mit LEDs, bei der sich mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen 390 nm und 430 nm befinden, sodass die Chromatizität eines handelsüblichen weißen Papiers mit einem CIE-Weißanteil von mindestens 130, das von der Lichtquelle beschienen wird, mindestens zwei Duv-Punkte von der Chromatizität des Weißpunktes der Lichtquelle entfernt ist und in die blaue Richtung geht.
    • Ausführungsform 42. Methode, die Folgendes umfasst: Auswahl eines Objekts, das OBAs enthält; Messung einer optischen Erregung der OBAs unter einer Lichtquelle, die keine LEDs enthält; und Erzeugung einer Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen 390 und 430 nm liegen, sodass die optische Erregung der OBAs unter der LED-Lichtquelle mindestens 50 % der optischen Erregung der OBAs unter der Lichtquelle ohne LEDs beträgt.
    • Ausführungsform 43. Bei der Methode der Ausführungsform 42, bei der die Lichtquelle keine LEDs enthält, handelt es sich entweder um eine Halogenlampe oder eine Keramik-Halogenmetalldampflampe.
    • Ausführungsform 44. Methode, die Folgendes umfasst: Auswahl eines Objekts, das OBAs enthält; Messung der Chromatizität des Objekts unter einer Lichtquelle mit LEDs, die sogenannte Referenz-Chromatizität; und Erzeugung einer Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen 390 nm und 430 nm liegen, sodass die Chromatizität des Objekts unter der LED-Lichtquelle in einem Bereich von 5 Duv-Punkten der Referenzchromatizität liegt.
    • Ausführungsform 45. Bei der Methode der Ausführungsform 44, bei der die Lichtquelle keine LEDs enthält, handelt es sich entweder um eine Halogenlampe oder eine Keramik-Halogenmetalldampflampe (CMH).
    • Ausführungsform 46. Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich zwischen ca. 390 bis ca. 430 nm liegen, sodass der CCT-korrigierte Weißanteil eines von der Lichtquelle beschienenen reinweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 Punkten und plus 40 Punkten des CCT-korrigierten Weißanteils des gleichen Musters liegt, wenn dieses von einem CIE-Referenzleuchtmittel beschienen wird, das den gleichen CCT-korrigierten Weißanteilwert hat.
  • Beispiel einer Lampen-Ausführungsform
  • Das folgende Beispiel beschreibt eine Lampen-Ausführungsform der Offenbarung. Die Ausführungsform ist eine MR-16 Lampe. Sie enthält eine LED-Lichtquelle und Violett-Pumpen-LEDs, die drei Leuchtstofffarben pumpen: roten, grünen und blauen Leuchtstoff. Die Lampe strahlt mehr als 500 lm ab und hat einen CCT im Bereich von 2700K bis 3000K. Der Durchmesser der LED-Lichtquelle ist 6 mm groß; der Durchmesser der optischen Linse ist 30 mm groß. Die Lampe hat einen Strahlungswinkel von 25° und einen Lichtstärkenleuchtstrahl von mindestens 2200 Candela.
    Schließlich muss darauf hingewiesen werden, dass es alternative Wege gibt, die hier offenbarten
  • Ausführungsformen zu implementieren. Demgemäß dienen die vorliegenden Ausführungsformen als Anschauungsbeispiele und nicht als einschränkende Beispiele, und die
  • Ansprüche sind nicht auf die hier gezeigten Details zu beschränken, können jedoch innerhalb des Umfangs und der jeweiligen Äquivalente geändert werden.
  • Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst eine LED-Gerätstruktur die folgenden Merkmale:
    • GaN-Substrat
    • GaNSi
    • Dummy-Well (InGaN) 1-10 nm
    • Barriere (inGaN) 1-30 nm
    • Doppel-Heterostruktur-Well 5-80 nm
    • Barriere (InGaN) 1-30
    • Dummy-Well (InGaN) 1-10 nm
    • Barriere
    • Elektronensperre (AlGaN:Mg) 5-40nm
    • PGaN
  • Bezugszeichenliste
    • 1at
    Vergleich der SPD eines Schwarzkörpers und einer üblichen LED-Lampe mithilfe von blauen Pump-LEDs und zwei Phosphoren mit derselben CCT von 3000 K und einem gleichen Lichtstrom.
    102
    Schwarzkörper
    104
    übliche LED-Lampe
    106
    Violett
    108
    Blau
    110
    Cyan
    1bt
    Vergleich der SPD eines Schwarzkörpers und einer üblichen LED-Lampe mithilfe von blauen Pump-LEDs und einem Phosphor mit derselben CCT von 6500 K und einem gleichen Lichtstrom.
    126
    D65-Leuchtmittel
    2at
    Bild von zwei Objektion, die auf Metamerismus unter einer Beleuchtung von einer üblichen LED-Quelle mit 2700 K hinweisen.
    202
    Objekt A
    204
    Objekt B
    2bt
    Zeichnung des Bildes aus 2A.
    3t
    Einzelheiten der SWSD zwischen der SPD eines Schwarzkörpers und einer üblichen LED-Lampe mithilfe von blauen Pump-LEDs und zwei Phosphoren mit derselben CCT von 3000 K und einem gleichen Lichtstrom.
    4t
    Gesamtabstrahlungsfaktor eines weißen Papiers mit optischen Aufhellungsmitteln für eine Glühquelle und eine übliche LED-Quelle, beide mit einer CCT von 3000 K.
    402
    Fluoreszenzspitze
    5at
    Halogen-MR16 mit einer großen Reflektorschale.
    502
    Halogen-MR16-Kolben
    504
    Reflektorschalengrenze
    5bt
    Mehrfach-LED-Quelle-MR16.
    506
    Mehrfach-LED-Quellen
    6t
    Versuchsaufbau zum Messen geworfener Schatten.
    602
    Leinwand
    604
    Lichtundurchlässiges Objekt
    606
    Vollschatten
    608
    Teilschatten
    610
    Lichtstrahl
    612
    Lampe
    614
    Beobachtungspunkt
    7t
    Relativer Lichtstrom an einem projizierten Schatten in Gegenüberstellung zum Winkel bei einer üblichen MR16-Lampe auf LED-Basis. Die gestrichelten senkrechten Linien markieren den Anfang und das Ende der Teilchschattenregion.
    702
    Vollschattenregion
    704
    Teilschattenregion
    706
    Helle Region
    8t
    Zeichnung einer Ausführungsform der Erfindung, die einen MR16-Lampenkörper, eine optische Linse und eine LED-Quelle umfast, die violette Pump-LEDs und ein Phosphorgemisch aufweist.
    802
    Optische Linse
    804
    Lampenkörper
    806
    Phosphorgemisch
    808
    Violette Pump-LED
    9at
    Vergleich der SPD eines Schwarzkörpers und einer Ausführungsform der Erfindung, beide mit einer CCT von 3000 K und mit gleichem Lichtstrom.
    902
    Konfiguration
    154
    Übliche LED-Lampe
    952
    Halogenlampe
    956
    Konfiguration
    958
    Konfiguration
    960
    Konfiguration
    10t
    Vergleich der SPD eines D65-Leuchtmittels und einer Ausführungsform der Erfindung, beide mit einer CCT von 6500 K und mit gleichem Lichtstrom.
    11t
    Die Kurzwellen-SPD-Diskrepanz zwischen Schwarzkörperstrahler und Ausführungsformen der Erfindung, beide mit einer CCT von 3000 K, als eine Funktion des SPD-Violettanteils in den Ausführungsformen. Die gestrichelte Linie stellt den Wert einer üblichen Quelle auf LED-Basis dar.
    1102
    Konfiguration
    12t
    Die Kurzwellen-SPD-Diskrepanz zwischen einem D65-leuchtmittel und Ausführungsformen der Erfindung, beide mit einer CCT von 6500 K, als eine Funktion des DPD-Violettanteils in den Ausführungsformen. Die gestrichelte Linie stellt den Wert einer üblichen Quelle auf LED-Basis dar.
    1104
    Übliche LED-Lampe
    13at
    Bild von zwei Objekten, die mit einer Ausführungsform der Erfindung und mit einer üblichen LED-Quelle beleuchtet werden, beide mit einer CCT von 2700 K.
    202
    Typische LED-Lampe
    202
    Objekt A
    13bt
    Bild von zwei Objekten, die mit einer Ausführungsform der Erfindung und mit einer üblichen LED-Quelle beleuchtet werden, beide mit einer CCT von 2700 K.
    1302
    Keine Farbdifferenz
    1304
    Farbdifferenz
    14t
    Gesamtabstrahlungsfaktor eines weißen Papiers mit optischen Aufhellungsmitteln für eine Glühquelle und eine Ausführungsform der Konfiguration, beide mit einer CCT von 3000 K.
    1102
    Übliche LED-Lampe
    15t
    CIE-Weiße von Quellen mit einer CCT von 6500 K. Die durchgezogene Linie zeigt Ausführungsformen der Konfiguration mit variierendem SPD-Violettanteil. Die gestrichelte Linie zeigt eine übliche LED-Quelle.
    16at
    CIE-Weiße von Quellen mit einer CCT von 3000K. Die durchgezogene Linie zeigt Ausführungsformen der Konfiguration mit variierendem SPD-Violettanteil. Die gestrichelten Linien zeigen jeweils eine übliche LED-Quelle bzw. einen Schwarzkörper.
    16bt
    CCT-abhängige Weiße von Quellen mit einer CCT von 3000 K . Die durchgezogene Linie zeigt Ausführungsformen der Konfiguration mit variierendem SPD-Violettanteil. Die gestrichelten Linien zeigen jeweils eine übliche LED-Quelle bzw. einen Schwarzkörper.
    17t
    Relativer Lichtstrom an einem projizierten Schatten in Gegenüberstellung zum Winkel bei einer üblichen MR16-Lampe auf LED-Basis und einer Ausführungsform der Konfiguration. Die gestrichelten senkrechten Linien markieren den Anfang und das Ende der Teilschattenregion.
    1702
    Übliche MR16-Lampe auf LED-Basis
    18at
    Bild der Schatten, die von einer Hand geworfen werden, bei Beleuchtung mit einer Mehrquellen-LED-Lampe.
    1802
    Mehrfachschatten
    18bt
    Bild des Schattens, der von einer Hand geworfen wird, bei Beleuchtung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
    1804
    Einzelschatten
    19bt
    PAR30
    20t
    Anforderungen an die Lichtstärke des mittleren Strahls für MR16-Lampen als eine Funktion des Strahlwinkels. Angegeben sind der Minimal- und der typische Wert.
    20f1
    typisch
    20f2
    Minimum
    2102
    Halogen
    2104
    Übliche LED-Lampe
    2106
    Konfiguration
    2108
    Konfiguration
    2202
    Weißpunkt
    2204
    Halogenlampe
    2206
    Übliche LED-Lampe
    2208
    Konfiguration
    2210
    Konfiguration
    2212
    Konfiguration
    2401
    Vollständig oder teilweise reflektierende Abdeckung
    2402
    LED-Vorrichtung
    2403
    Wellenlängen-Umwandlungsmaterial
    2404
    Flächenregion (Trägerfläche)
    2405
    Träger
    2406
    Flacher Träger
    2407
    Wellenlängenselektive Fläche
    2408
    Schalenträger
    2409
    Flächenregion
    2501
    Erstes Volumen
    2502
    Zweites Volumen
    2503
    Erste Höhe
    2504
    Oberfläche der LED
    2505
    Oberflächenbereich der LED
    2506
    Flächenregion des Substrats
    2507
    Flächenbereich des Wellenlängen-Umwandlungsmaterials
    26t
    Monophosphorschicht
    2601
    Zweite Höhe
    27t
    Monophosphorschichtgehäuse
    28t
    Monophosphorpixel
    29t
    Monophosphorpixelgehäuse
    30t
    Monophosphorpixel
    3001
    Wellenlängen-Umwandlungsmaterialien 1, 2, 3 und 4
    31t
    Monophosphorpixelgehäuse
    32t
    Reflexionsmoduskavität
    3201
    Selektiver Reflektor
    3202
    LED-Chip
    3203
    Reflektierendes Substrat
    3204
    Phosphor 1
    3205
    Phosphor 2
    3206
    Phosphor 3
    33t
    Multiphosphorschicht
    34t
    Multiphosphorschichtgehäuse
    35t
    Multiphosphorschicht und -pixel
    36t
    Multiphosphorschicht- und -pixelgehäuse
    38t4
    SDH-Strukturen zeigten geringeren Abfall
    38t5
    EQE-Abfall zwischen 100A/cm2 und 400 A/cm2
    x38
    Stromdichte (A/cm2)
    39t3
    Heiß/Kalt-Faktor bei 130°C
    39t4
    Z x EL1000
    x39
    EL 100 Wellenlänge (nm)
    y39
    EL 1000 bei 130 °C (mW)
    3901
    Nicht SDH mit Schwankungen
    3902
    SDH mit Schwankungen
    39t5
    Z-Faktor über 80% gemessen auf dem Wafer für eine Probe mit AlGaN-Barrieren und Hülsen
    39t6
    Implementation von SDH-Strukturen mit AlGaN-Hülsen und HBL ist gegenwärtig im Gange
    40t1
    SDH-Strukturen der m-Ebene: LT-PL-Leistung
    4001
    75K
    4002
    4K
    4003
    300K
    4004
    423K
    40t2
    Spitzen-IQE > 90% - Keine Differenz im Spitzen-IQE (oder in der Kurvenform) zwischen 75 K und 4 K, anders als bei anderen Proben - Die 300-K-Kurve kreuzt die Kurven mit niedrigem bei einem hohen J. Vermutliche Erklärung: geringfügig anderer Fokus zwischen den verschiedenen Messungen -> unterschiedliche Stromdichte bei einem jeweiligen Laser-Flux (dies erklärt auch den Versatz zwischen den Kurven 75 K und 4 K) - Signifikanter Leistungsabfall bei 150 °C (H/C ca. 67%). Allerdings kann ein Leck am pn-Übergang hier von Bedeutung sein (die Kurven 300 K und 423 K fallen bei einem niedrigen J rapide ab, was auf ein Leck zurückgehen könnte)
    41t1
    SDH-Strukturen der m-Ebene: Stromabfall
    41t2
    EQE ca. 45% bei >400 A/cm2 für eine Vorrichtung mit mit nicht optimierter Lichtextraktion
    41t3
    Stromabfall von weniger als 5% von der Spitze bis 400 A/cm2
    41t4
    heiß/Kalt-Faktor >78% bei 150 °C (oder Wärmeabfall von <22% zwischen RT und 150°C)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 7338828 [0131]
    • US 7220324 [0131]

Claims (35)

  1. LED-Lampe mit einem LED-Gerät, wobei die LED-Lampe durch einen Lichtstrom von mehr als 500 lm und eine spektrale Leistungsverteilung (SPD) gekennzeichnet ist, bei der mehr als 2 % der Leistung innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen ca. 390 nm und 430 nm abgegeben werden.
  2. Lampe nach Schutzanspruch 1, wobei die Lampe einem MR-16 Normformat entspricht.
  3. Lampe nach Schutzanspruch 1 oder 2, wobei die Lampe einem PAR30 Lampennormformat entspricht.
  4. Lampe nach Schutzanspruch 1, wobei das LED-Gerät wenigstens eine violett strahlende LED enthält.
  5. Lampe nach Schutzanspruch 4, wobei die wenigstens eine violett strahlende LED so ausgebildet ist, dass sie mehr als 200W/cm2 bei einer Stromdichte von 200A/cm2 und einer Sperrschichttemperatur von 100 °C oder darüber abgibt.
  6. Lampe nach Schutzanspruch 4 oder 5, wobei die wenigstens eine violett strahlende LED mindestens einen blauen oder einen cyanfarbenen Leuchtstoff pumpt.
  7. Lampe nach Schutzanspruch 4, 5 oder 6, wobei das LED-Gerät zumindest eine LED enthält, die so ausgebildet ist, dass sie bei einer anderen Wellenlänge als der Wellenlänge abstrahlt, die von der wenigstens einen violett farbigen LED abgestrahlt wird.
  8. Lampe nach einem Schutzansprüche 1 bis 7, wobei eine kurzwellige SPD-Diskrepanz (SWSD) zu einer Quelle mit einer ähnlichsten Farbtemperatur (CCT) in einem Bereich von 2500K bis 7000K weniger als 35 % beträgt.
  9. Lampe nach einem der Schutzansprüche 1 bis 8, wobei der violette Lichtdurchtritt der Lichtquelle so ausgebildet ist, dass ein bestimmter CIE-Weißgrad erzielt wird.
  10. Lampe nach Schutzanspruch 9, wobei der violette Lichtdurchtritt derart ist, dass sich ein Weißgrad nach CIE eines von der Lampe beleuchteten hoch-weißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 bis plus 40 Punkten eines Weißgrades nach CIE desselben Musters bei Beleuchtung mit einem CIE-Referenzlicht derselben ähnlichsten Farbtemperatur (CCT) (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT>5000K oder ein Normlicht vom Typ D, falls CCT>5000K) befindet.
  11. Lampe nach einem der Schutzansprüche 1 bis 10, wobei das LED-Gerät wenigstens eine blau strahlende LED enthält und zumindest ein Teil des blauen Lichts von LEDs stammt.
  12. Lampe nach einem der Schutzansprüche 1 bis 11, wobei der Farbwiedergabeindex (CRI) einer Lichtquelle mit einer CCT im Bereich von etwa 2500K bis etwa 7000K größer ist als 90.
  13. LED-basierte Lampe, gekennzeichnet durch einen Lichtstrom von mehr als 500 lm, wobei die Lampe eine oder mehrere LED-Lichtquellen-Chips mit einer Grundfläche von weniger als 40 mm2 aufweist.
  14. Lampe nach Schutzanspruch 13, wobei mehr als 2% der Leistung der SPD innerhalb eines Bereichs von ca. 390 nm bis ca. 430 nm abgegeben werden.
  15. Lampe nach Schutzanspruch 13 oder 14, wobei die Lampe dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einem MR-16 Normformat entspricht.
  16. Lampe nach Schutzanspruch 13, 14 oder 15, die ferner eine optische Linse enthält, deren Durchmesser kleiner als 40 mm ist.
  17. Lampe nach einem der Schutzansprüche 13 bis 16, wobei die Winkelbreite eines Halbschattens geringer als 1° ist.
  18. Lampe nach einem der Schutzansprüche 13 bis 17, wobei die Variation der Farbart Duv bei zwei Punkten in einem Halbschattenbereich kleiner als 8 ist.
  19. Lampe nach einem der Schutzansprüche13 bis 18, wobei der die Variation der Farbart Duv eines emittierten Lichtstrahls zwischen einer Mitte des emittierten Strahls und einem Punkt mit 10 % Intensität kleiner als 8 ist.
  20. Lichtquelle mit mehreren Licht emittierenden Dioden (LEDs), bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich von 390 bis 430 nm liegen, wobei sich der CIE-Weißgrad nach CIE eines von der Lichtquelle beleuchteten hochweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 bis plus 40 Punkten eines Weißgrades nach CIE desselben Musters bei Beleuchtung mit einem CIE-Referenzlicht derselben CCT (bzw. ein schwarzer Strahler, falls CCT<5000K oder ein Normlicht vom Typ D, falls CCT>5000K) befindet.
  21. Lichtquelle mit LEDs, bei der mindestens 2 % der SPD im Bereich von etwa 390 bis etwa 430 nm liegen, wobei sich der Weißgrad nach CIE eines von der Lichtquelle beleuchteten hochweißen Referenzmusters innerhalb von minus 20 bis plus 40 Punkten eines Weißgrades nach CIE desselben Musters bei Beleuchtung mit einer keramischen-Halogenmetalldampflampe derselben CCT befindet.
  22. Lichtquelle mit mehreren Licht emittierenden Dioden (LEDs), wobei von der Lichtquelle emittiertes Licht durch eine spektrale Leistungsverteilung gekennzeichnet ist, bei der sich mindestens 2 % der Leistung in einem Wellenlängenbereich von etwa 390 bis etwa 430 nm befinden, sowie durch eine Farbart, bei der ein von der Quelle beleuchtetes hochweißes Referenzmuster mindestens zwei Duv-Punkte und höchstens zwölf Duv-Punkte von einer Farbart eines weißen Punktes der Lichtquelle entfernt ist, wobei die Farbartverschiebung im Wesentlichen in Richtung Blau des Farbraums erfolgt.
  23. Optisches Gerät, umfassend: ein gallium- und stickstoffhaltiges Grundsubstrat, das eine Oberflächenregion aufweist; ein n-leitendes gallium- und stickstoffhaltiges epitaktisches Material, das auf der Oberflächenregion aufliegt; eine aktive Zone, die einen Doppelheterostruktur-Topfbereich und zumindest einen an jeder Seite des Doppelheterostruktur-Topfbereichs ausgebildeten Pseudotopf aufweist, wobei jeder der zumindest einen Pseudotöpfe eine Breite aufweist, die etwa zehn bis etwa neunzig Prozent einer Breite des Doppelheterostruktur-Topfbereichs beträgt; ein n-leitendes gallium- und stickstoffhaltiges, epitaktisches Material, das auf der aktiven Zone aufliegt; und ein Kontaktbereich, der auf dem n-leitenden gallium- und stickstoffhaltigen, epitaktischen Material aufliegend ausgebildet ist.
  24. Beleuchtungssystem zum Abstrahlen von abgestrahltem Licht, wobei das Beleuchtungssystem umfasst: eine Vielzahl von LEDs, die LED-Licht abstrahlen, wobei die Vielzahl von LEDs wenigstens eine violette LED und eine blaue LED umfassen, wobei die violette LED violettes Licht mit einer Peakwellenlänge zwischen 380-420nm abstrahlt, wobei die blaue LED blaues Licht mit einer Peakwellenlänge zwischen 440-490nm abstrahlt; eine Vielzahl von Lichtstrahlern, die wenigstens grüne und rote Lichtstrahler zum Abstrahlen von grünem beziehungsweise rotem Licht umfassen; wobei das abgestrahlte Licht eine Kombination von wenigstens einem Teil des LED-Lichts und des grünen und roten Lichts ist; und wobei das abgestrahlte Licht eine spektrale Leistungsverteilung (SPD) mit einer gesamten SPD-Leistung und einer violetten SPD-Leistung zwischen 390 und 430 nm aufweist, wobei die violette SPD-Leistung wenigstens 2% der gesamten SPD-Leistung ist und ausreicht, um einen optischen Aufhellungswirkstoff (OBA) zu erregen.
  25. Beleuchtungssystem nach Schutzanspruch 24, wobei die roten und grünen Strahler Leuchtstoffe sind, die einen Teil des LED-Lichts absorbieren, um das rote beziehungsweise das grüne Licht abzustrahlen.
  26. Beleuchtungssystem nach Schutzanspruch 24, wobei die roten und grünen Strahler Leuchtstoffe oder Quantenpunkte sind, die einen Teil des LED-Lichts absorbieren, um das rote beziehungsweise das grüne Licht abzustrahlen.
  27. Beleuchtungssystem nach Schutzanspruch 24, wobei die roten und grünen Strahler LEDs sind.
  28. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 27, wobei sich ein CIE-Weißgrad gemäß der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) eines von dem abgestrahlten Licht beleuchteten hochweißen Referenzmusters innerhalb von -20 Punkten bis +40 Punkten eines CIE-Weißgrads desselben Musters bei Beleuchtung mit einem CIE-Referenzlicht derselben ähnlichsten Farbtemperatur (CCT) befindet.
  29. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 27, wobei sich ein CIE-Weißgrad gemäß der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) eines durch das abgestrahlte Licht beleuchteten hochweißen Referenzmusters innerhalb von -20 Punkten bis +40 Punkten eines CIE-Weißgrads desselben Musters bei Beleuchtung mit einem Keramikmetallhalogenlichts derselben CCT befindet.
  30. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 29, wobei eine Farbart eines durch das abgestrahlte Licht beleuchteten hochweißen Referenzmusters wenigstens zwei Duv-Punkte ist und nicht mehr als zwölf Duv-Punkte von einer Farbart eines weißen Punktes des abgestrahlten Lichts entfernt ist, und eine Farbartverschiebung im Wesentlichen in Richtung Blau eines Diagramms des Farbartraums erfolgt.
  31. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 30, wobei die gesamte SPD einen Farbgamut Qg von wenigstens 110 und eine Farbtreue Qf von wenigstens 80 aufweist.
  32. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 31, wobei die gesamte SPD eine CCT zwischen 3300K und 5300K und einen Zyanose-Beobachtungsindex unter 3.3.
  33. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 32, wobei eine Steuerung zum unabhängigen Steuern jedes der mehreren Lichtstrahler dazu ausgebildet ist, das abgestrahlte Licht zwischen 3000K und 4000K, oder zwischen 2500K und 6500K zu verändern.
  34. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 33, wobei die violette SPD-Leistung von 2% bis 25%, 2% bis 15%, oder 3%, oder 4%, oder 5%, oder 6%, oder 7%, oder 8%, oder 9%, oder 10%, oder 11% der gesamten SPD-Leistung ist.
  35. Beleuchtungssystem nach einem der Schutzansprüche 24 bis 34, wobei das abgestrahlte Licht einen CRI von wenigstens 80, oder 85, oder 90 aufweist.
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