[发明专利]由多个光源合成光输出图的灯单元

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2008年7月2日提交的标题为“Light Unit With LightOutput Pattern Synthesized From Multiple Light Source”的第61/077,747号美国临时专利申请的优先权，在此结合其全部揭示内容作为参考。

技术领域

本公开涉及基于LED的光单元，更具体而言，涉及使用减少数量的LED元件和减少的光学器件合成输出图的基于LED的光单元。

背景技术

传统发光系统使用了多种不同类型的照明装置，通常包括白炽光、荧光灯和基于发光二极管(LED)的灯。基于LED的灯一般依靠多个二极管元件产生特定光系统或发光系统所需的足够的光。作为用于抵消不断增长的能源价格和对温室气体产品作出有意义的订单的方法，LED发光在此方面提供了很大的希望。由于达到每瓦特150流明(lumens)的效力，以及超过50,000小时的寿命，LED和基于LED技术的发光产品可潜在地对民用和商业、室内和室外应用的照明市场带来巨大冲击。

与例如白炽光源相比，基于LED的灯在效率和寿命上具有显著的优势，并且产生较少的废热。例如，如果要制造理想的固态发光装置，则基于LED的灯可仅使用等效白炽光源所需能量的1/20获得与白炽光源相同水平的亮度。LED提供了比许多例如白炽灯和紧凑型荧光灯的其它光源更长的寿命，并且不包含在荧光类的灯中存在的对环境有害的汞。基于LED的灯还提供了即时打开且不会因为重复开关循环而劣化的优点。

正如以上提及的，基于LED的灯一般依靠多个LED元件产生光。LED元件，正如本领域中众所周知的，是一种小面积光源，通常具有调整辐射图(radiation pattern)并对LED的输出反射进行辅助的相关光学器件。LED在电子设备中经常被用作小型指示器灯，并且逐渐被用在例如闪光灯和区域性照明的较高功率的应用中。发出的光的颜色取决于被用于形成LED结(junction)的半导体材料的成份和状态，并且可以是红外线的、可见光的或紫外线的光。

在可见光谱内，可以对LED进行组装产生期望的颜色。对于LED被用于区域照明中的应用，典型期望的是白色光输出。制造高强度的白光LED的常用方法有两种，一种是首先制造发出三种原色(红、黄、蓝)的单独的LED，随后将所有颜色混合以产生白色光。这样的产品通常被称为多颜色的白色LED，并且有时被称为RGB LED。这样的多颜色LED一般需要精密的电光设计以控制不同颜色的混合和扩散，并且迄今为止在工业中这种方法很少被用于大量制造白色LED。原则上，这种机制在产生白光时具有相对高的量子效率。

产生白色LED输出的第二种方法是制造一种颜色的LED，例如由InGaN构成的蓝色LED，并且用不同颜色的荧光剂涂层来敷涂LED以产生白光。产生这样的基于LED发光元件的一种常用方法是将InGaN蓝色LED封装到敷涂了环氧物的荧光剂中。普通的黄色荧光材料是铈掺杂钇铝石榴石(cerium-doped yttrium aluminum garnet，Ce3+:YAG)。根据原始LED的颜色，也可采用不同颜色的荧光剂。使用这样的技术组装的LED一般被称为基于荧光剂的白色LED。尽管基于荧光剂的白色LED的制造成本比多颜色LED的少，但是基于荧光剂的LED相对于多颜色LED具有较低的量子效率。基于荧光剂的LED还具有与荧光剂相关的劣化问题，其中LED的输出将随时间劣化。尽管基于荧光剂的白色LED相对更容易制造，但是这样的LED受斯托克斯能量耗损(Stokes energy loss)(一种当较短波长的光子(例如蓝色光子)被转变成较长波长的光子(例如白色光子)时发生耗损)的影响。照这样，通常期望减少这样的应用中使用的荧光剂的量，从而减少这种能量损耗。因此，当观察者观察这种采用了这样的荧光剂减少的LED元件时，基于LED的白灯普遍具有蓝色。

各种其它类型的固态发光元件也可在各种发光应用中被使用。例如量子粒(Quantum Dots)是具有独特的光学性质的半导体纳米晶体。量子粒的发光颜色可被调节成从可见光谱到红外线的整个光谱，这使得量子粒LED几乎可产生任意的输出颜色。有机发光二极管(OLED)包括发光层材料，该发光层材料为一种有机化合物。为具有半导体的功能，有机发光材料必须具有共轭的π键。发光材料可以是结晶相的小型有机分子，或聚合体。聚合体材料可以是柔性的；这样的LED被称为PLED或FLED。

发明内容