[发明专利]具有限定的光谱能量分布的照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态光发射器、结合有固态光发射器的系统和装置，以及利用固态光发射器的照明方法。

背景技术

通常利用显色指数（CRI Ra）测量颜色再生。CRI Ra是照明系统的色彩还原（color rendition）如何与照射八种参考颜色时的参考辐射体的色彩还原相比较的相对测量的改进平均数，即，其是物体由特定灯点亮时的表面颜色变化的相对测量。如果通过照明系统照射的一组测试颜色的颜色坐标与通过参考辐射体照射的相同测试颜色的坐标相同，则CRI Ra等于100。日光具有较高的CRI（约100的Ra），白炽灯泡同样相对接近（Ra大于95），并且荧光照明较不精确（通常是70-80的Ra）。

如已经研究的，可以利用固态光源提供彩色或白色的LED光（例如，被感知为白色或接近白色）作为白色白炽灯的潜在替换。特别期望固态光源相对于其它（例如，白炽、卤素、荧光等）光源具有潜在的高效能和长寿命。固态照明装置例如可以包括至少一个有机或无机发光二极管（“LED”）或激光。白色LED灯的代表实例包括涂覆有磷光粉（一般地YAGrCe或BOSE）的由InGaN和/或GaN制成的蓝色LED芯片封装。观看者将蓝色和黄色光的发射混合体感知为白光。作为用蓝色LED激发黄色磷光粉的替代物，用于产生白色发光的另一种方法包括在单个封装中组合使用红色、绿色、以及蓝色（“RGB”）发光二极管。红色、绿色、以及蓝色发射器的组合光谱输出可以被观看者感知为白光。用于从LED产生白光的方法的另一实例包括使用与红色、绿色、以及蓝色磷光粉相结合的紫外线（UV）LED，使得组合发光可以被观看者感知为白光。在美国专利第7,213,940号中进一步公开了用于从固态发射器和磷光粉产生白光的各种方法，其全部内容结合于此作为参考。

可见光的特征在于识别可见光谱中的每个波长上的能量。由此产生的光谱能量分布（或“SPD”）包括关于光的基本物理数据，并且可以提供用于颜色的定量分析的开始点。SPD可以通过分光光度计（spectrophotometer）测量，并可以被表示为SPD曲线图或图表。根据SPD，可以得到颜色的亮度和色度以描述CIE系统中的颜色。来自照射面的光的SPD是通过表面接收的光的SPD和表面的特性反射比光谱分布（reflectance spectral distribution）的产品。为了说明这些点，图1A至图1B分别提供了用于理论白色光源和豪华荧光灯的SPD图表（左框图）、附加（在中心框图中）用于人皮肤的理论样本的反射比光谱分布（中心框图）、以及因而产生的反射SPD图表（右框图）。如图1A所示，当理论的白色光源SPD（左框图）在400nm和700nm之间的全部波长表现出相同的（即，平的）相对能量时，反射SPD（右框图）的形状与理论皮肤样本的反射比光谱分布（中心框图）的形状相同。如图1B所示，荧光灯在400nm和700nm的所有波长间表现出非线性SPD（左框图）。当这种非线性SPD应用于具有特性反射比光谱分布的人皮肤的理论样本（中心框图）时，由此产生的反射SPD相对于反射比光谱分布而改变。相对于图1A的理论白光实例，图1B示出的反射SPD（右框图）以减小的红色反射比和（更小程度）减小的蓝色反射比的形式表现出改变。图2分别提供了用于黄油、番茄、以及莴苣的可见波长反射比光谱分布。

中午阳光的SPD图表表示太阳是异常平衡的光源，其中，可见光的全部波长几乎等量存在。这种均匀的波长分布提供了突出的显色能力。相对于许多人造光源，阳光在可见光谱的蓝色和绿色部分中表现出大量的能量，使得它成为具有高颜色温度（大约5500K）的冷光源。类似于太阳产生光的方式，通过加热固态物体（即，灯丝）直到它照射光来产生白炽光。由于用于测量显色的黑体辐射体同样以这种方式产生光，所以白炽灯在CRI等级中得分非常高。尽管白炽和卤素灯没有产生如阳光一样多的可见光谱的短波长末端上的辐射能量，但这种灯通常表现出平滑和相对均匀的SPD。