[发明专利]包括辐射源和发光材料的照明系统

说明书

发明背景

本发明总体上涉及一种包括辐射源和含有磷光体(phosphor)的发光材料的照明系统。本发明也涉及用于这种照明系统中的磷光体。

更具体来说，本发明涉及一种通过基于发射紫外辐射或蓝色辐射的辐射源的发光下转换(down conversion)和加色混合来产生包括白光在内的特定有色光的照明系统和含磷光体的发光材料。特别考虑将发光二极管作为辐射源。

近年来，已经进行了各种尝试，以通过将发光二极管用作辐射源来制造发白色光的照明系统。

第一种使用发光二极管的发白色光的照明系统基于使用多个发可见光的二极管。这些系统中组合使用至少两种发光LED(例如蓝色和黄色)或三种LED(例如红色、蓝色和绿色)。来自多个发可见光二极管的光混合起来产生白色光。但当用发红色、绿色和蓝色光的二极管的排列产生白光时，其自身显然存在的问题是由于发光二极管在它们寿命期间的色调、亮度和其他因素的变化而不能产生所需色调的白光。必需有复杂的驱动电子装置来补偿每个LED的不同的老化和色移。

为了解决这些问题，以前已研发了第二种照明系统，其通过含磷光体的发光材料转换发光二极管的颜色以提供可见的白光照明。

这种磷光体转换(phosphor-converted)的白光照明系统特别是基于三色法(RGB)(trichromatic approach)，也就是基于混合三种颜色即红色、绿色和蓝色，在这种情况下，蓝色输出光组分可由磷光体提供和/或由LED的初级发光提供，或者在第二种简单的方案中，基于双色法(dichromatic approach)(BY)，即混合黄色和蓝色，在这种情况下，输出光的黄色二级组分可由黄色磷光体提供且蓝色组分可由磷光体提供或由蓝色LED的初级发光提供。这是最常见的磷光体转换系统。

特别地，例如如美国专利5,998,925中所公开的双色法使用了一种InGaN基半导体材料与Y₃Al₅O₁₂:Ce(YAG-Ce)石榴石磷光体相组合的发蓝色光二极管。YAG-Ce磷光体涂布于InGaNLED上，该LED发出的一部分蓝色光由所述磷光体转换成黄色光。LED发出的另一部分蓝色光传输通过所述磷光体。这样，该系统既可发出由LED发射的蓝色光，又可发出由磷光体发射的黄色光。观察者将蓝色和黄色发射带的混合物感知为白色光，其典型的CRI在中间70ties处(in the mid70ties)中，色温Tc的范围从约6,000K到约8,000K。

与根据US5,998,925的LED相关的问题是对于真实颜色再现(colorrendition)来说“白色”输出光具有不理想的色平衡。

对于真实颜色再现来说，品质因素是显色指数(color-renderingindex，CRI)。CRI描述光源准确地反映它所照射物体的颜色的能力。显色指数测量是照明系统的颜色再现与黑体辐射体颜色再现相比较如何的一种相对测量。如果照明系统所照射的一组测试颜色的色坐标与被黑体辐射体所辐射的相同测试颜色的色坐标相同，那么CRI就等于100。

真实颜色再现很重要，因为颜色通常具有给人类提供视觉环境的各种信息的作用。对于道路上或者隧道内行使的车辆的司机所接收到的视觉信息来说，颜色起着特别重要的作用。例如，在低CRI的灯所照明的道路上和隧道内，很难辨别路面上的白色和黄色车道标识。

此外，颜色识别中的一个重要方面是表面颜色的红色可被识别为红色。因为红色特别代表着重要的信息，例如危险指示、禁止、停止和消防。因此，从安全的角度来看，改善视觉环境的要点是增强红色表面的照明。

假如在这种情况下使用前述双色辐照类型的基于(BY)的光源，因可见光谱的红色光区(647-700nm范围)强度不足，所以会出现识别红色的可能性减小的问题。输出白色光中红光的不足使得所照明的红色物体看起来比它们在具有均衡(well-balanced)颜色特性的白色光下的颜色要弱。

发明简述

因此，对高效且便宜的白色光LED系统存在需求，所述系统能够在红色光范围内也产生具有高CRI的白光而且没有显著的色移、寿命或者差别老化(differential aging)问题。

对于一般目的，照明系统的理想特性也在于以经济的成本产生高亮度。