[发明专利]照明装置和照明方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2006年8月23日提交的申请号为60/839453的美国临时专利申请的优先权，其全文通过引用而结合于此。

技术领域

本发明涉及照明装置，具体地说涉及包括一个或多个发光二极管和一个或多个发光材料(如一个或多个磷光体(phosphor))的装置。本发明还涉及照明方法。

发明背景

在美国，每年发的电量的一大部分(估计高达25％)都用于照明。因此，一直需要提供能效更高的照明方式。众所周知，白炽光灯泡是极其低能效的光源，它们消耗的电量的90％作为热量而不是光散发出去。荧光灯管比白炽光灯泡更高效(高出大约十分之一)，但与固态发光体如发光二极管相比依然很低效。

此外，与固态发光体如发光二极管的通常使用寿命相比，白炽光灯泡具有相对短的使用寿命，即通常大约只有750-1000小时。相比较而言，例如发光二极管的使用寿命通常在50000到70000小时之间。荧光灯管具有比白炽光灯泡更长的使用寿命(如10000-20000小时)，但是荧光灯管发出的光的显色性要差些。

显色性通常采用显色指数(CRI Ra)来衡量。CRI Ra是关于一个照明系统的显色与基准辐射体在由8个基准色彩照明时的显色相差程度如何的相对测量的修正平均值，即，它是物体在受到特定灯照射时表面色移的相对测量值。如果照明系统照射的一组测试颜色的颜色坐标与基准辐射体照射的相同测试色的坐标相同，则CRI Ra等于100。自然光具有较高的CRI(Ra大约为100)，白炽光灯泡也具有相对接近的CRI(Ra大于95)，而荧光灯的CRI精度较低((Ra通常为70-80)。几种类型的特定照明装置的CRI Ra非常低(如汞蒸汽或钠灯的Ra低至大约40或者甚至更低)。钠灯如用于照亮高速公路的话，司机响应时间会因为较低的CRI Ra而明显减少(对于任何特定亮度，易辨认性会随较低的CRI Ra而降低)。

因此，常规电灯组件面临另一问题，那就是需要定期替换照明装置(如灯泡等)。在难以靠近的地方(如拱形天花、桥梁、高大建筑物、交通隧道)和/或更换成本异常高的地方，这种问题尤为明显。常规电灯组件的使用寿命通常大约有20年，对应于发光装置使用至少约44,000小时(按照每天使用6小时计算为20年)。发光装置的使用寿命通常短得多，因此需要定期更换。

因此，基于各种原因，人们正在努力探索用固态发光体取代广泛应用的白炽灯、荧光灯及其它发光装置的方法。此外，在已使用发光二极管(或其它固态发光体)的地方，一直努力提供如就能效方面、显色指数(CRI Ra)、对比度、功效(1m/W)、成本和/或使用期限而言改善的发光二极管(或其它固态发光体)。

发光二极管是众所周知的将电流转换成光的半导体器件。各种发光二极管越来越多地用于不同领域，从而扩大了其使用范围。

更具体地说，发光二极管是当其p-n节结构上存在一定电势差时可发光(如紫外光、可见光、红外光)的半导体器件。存在若干公知的方法制造发光二极管及许多相关的结构，并且本发明可采用任何这种装置。例如，Sze的现代半导体装置物理学(2d Ed.1981)中第12-14章以及Sze的现代半导体装置物理学(1998)的第7章描述了各类光子学装置，其中包括发光二极管。(Chapters 12-14 of Sze，Physics of Semiconductor装置，(2d Ed.1981)andChapter 7 of Sze，Modern Semiconductor装置Physics(1998))。

本文所用的表达“发光二极管”指基本的半导体二极管结构(即芯片)。通常知道的并且可购得的例如在电子产品商店所售的“LED”通常表现为由若干部件组成的“封装”装置。这些封装装置通常包括如(但不限于)申请号为4918487、5631190和5912477的美国专利中所描述的基于半导体的发光二极管、各种有线连接和封装发光二极管的封装件。

众所周知，发光二极管通过激发电子穿过半导体有源(发光)层的导带和价带之间的带隙而产生光。电子迁移产生具有取决于带隙的波长的光。因此，发光二极管发出光的颜色(波长)取决于发光二极管有源层的半导体材料。