[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

本申请要求申请日为2007年5月8日、申请号为60/916,607的美国临时 专利申请的优先权，并在此将该美国临时专利申请的全文引用入本申请中。

技术领域

本发明涉及照明装置，更具体地说，涉及一种包括一个或多个固态发光体 (例如，发光二极管)和/或一个或多个发光材料(例如，一个或多个磷光体) 的照明装置。本发明还涉及封装的固态发光体。本发明还涉及照明方法。

背景技术

在美国，每年有很大比例的(有人估计大约有25％)电量被用于照明。因 此，需要提供高能效的照明。众所周知地，白炽灯泡是非常低能效的光源—— 其消耗的电的大约90％作为热量散发而不是转换成光能。荧光灯泡比白炽灯泡 更为有效(乘以系数10)，但是与固态发光体相比(如发光二极管)，其光效 依然较低。

另外，与固态发光体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。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)。

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发光体代替 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(或其他固态发光体)，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。

一种固态发光体类型是发光二极管。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。

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，以及引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活性(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活性层的半导体材料。