[发明专利]通过在空间上隔开荧光片转换固态光发射器内的光谱内容

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明装置，具体来说，涉及一种包括一个或多个固态光发 射器(比如发光二极管)以及至少两个荧光器件(lumiphor)的装置，其中每 个荧光器件至少包含一种发光物质(如一种或多种磷光体)。本发明还涉及照 明方法以及照明装置的制作方法。

背景技术

在美国，每年产电量的很大部分(据估计约为百分之二十五)都用于了照 明。因此，对高效节能照明器件的需求便与日俱增。众所周知，白炽灯是非常 低能效的光源，因为大约百分之九十的电能被其以热能的形式消耗掉而非光 能。荧光灯虽然比起白炽灯来说能效较高(大约是10倍)，但与固态光发射器 (比如发光二极管)比起来还是显得很低效。

另外，与固态光发射器的正常使用寿命相比，白炽灯泡的使用寿命相对较 短，也就是，一般为750-1000小时。与其相比，发光二极管的使用寿命一般 可以十年计算。与白炽灯泡相比，荧光灯泡具有较长的使用寿命(例如， 10,000-20,000小时)，但是其颜色再现(color reproduction)效果较差。 一般采用显色指数(CRI Ra)来衡量颜色再现，这是对被特定灯光照射的物体 的表面色移的相关测量。日光具有最高的CRI(100Ra)，白炽灯泡具有相对 接近的CRI(Ra大于95)，荧光灯的CRI精度较低(通常为70-80Ra)。某 些类型的专用照明装置具有非常低的CRI(举例来说，水银蒸汽或钠灯具有40 或更低的Ra)。

传统灯具面临的另一问题是需要定期更换照明装置(例如灯泡等)。当接 近灯具非常困难(举例来说，位于拱形天花板、桥、高大建筑、交通隧道)和 /或更换费用相当高时，这个问题变得尤为突出。传统灯具的使用寿命一般约 为20年，对应的发光器件至少要使用约44,000小时(基于20年中每天使用 6小时)。一般发光器件的使用寿命非常短，这样使得对其需要进行周期性更 换。

因此，由于这样或是那样的原因，一直在努力发展可使用固态光发射器代 替白炽灯、荧光灯和其他发光器件并得到广泛应用的方法。另外，对于已经在 使用的发光二极管(或其他固态光发射器)，一直在努力改进其能率、显色指 数(CRI Ra)、对比度、光效(1m/W)和/或服务周期。

发光二极管是众所周知的半导体器件，其可将电流转换成光。多种发光二 极管被用于不断增加的不同领域以达到更大范围的目的。

更具体地说，发光二极管是在p-n节结构之间产生电势差时发光(紫外线、 可见光或红外线)的半导体器件。已经有多种制作发光二极管的方法并具有多 种相关结构，并且本发明可采用这些器件。例如，《半导体器件物理学》(Physics of Semiconductor Devices，1981年第2版)的第12-14章和《现代半导体 器件物理学》(Modern Semiconductor Device Physics，1998年)的第7章 中介绍了各种光子器件，包括发光二极管。

在此，术语“发光二极管”是指基本的半导体二极管结构(也就是，芯片)。 已获得普遍承认并且在商业上出售(例如在电子器件商店中出售)的“LED” 通常表现为由多个部件组成的“封装”器件。这些封装器件一般包括有基于半 导体的发光二极管，例如但不限于美国专利4,918,487、5,631,190和 5,912,477中所公开的各种发光二极管，以及导线连接和封装该发光二极管的 封装体。

众所周知地，发光二极管通过激发电子穿过半导体有源(发光)层的导带 (conduction band)和价带(valence band)之间的带隙(band gap)来发 光。电子跃迁产生的光线的波长取决于带隙。因此，发光二极管发出的光线的 颜色(波长)取决于发光二极管的有源层的半导体材料。

虽然发光二极管的发展以各种方式革新了整个照明工业，发光二极管的某 些特征已经显现出来并对现有技术发出挑战，但是某些特征并没有完全开发出 来。例如，任何特定发光二极管的发光光谱一般集中在单个波长(由发光二极 管的组成和结构决定)，这比较适合某些应用，但是却不适合另外一些应用(举 例来说，用于提供照明，这样的发光光谱具有的CRI非常低)。