[发明专利]用于提供白色光输出的宽带发光器件灯

说明书

本申请是申请日为2008年2月15日、进入中国国家阶段日为2010年9月16日、申请号为200980109299.1，发明名称为“用于提供白色光输出的宽带发光器件灯”发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2008年2月15日提交的美国临时专利申请No.61/029,093的优先权，其整体公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及半导体发光器件，更具体地，涉及包括半导体发光器件的灯。

背景技术

发光二极管和激光二极管是公知的固态发光元件，其在被施加足够的电流时能够产生光。发光二极管和激光二极管通常可以被称为发光器件（LED）。发光器件通常包括在诸如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓等的衬底上生长的外延层中形成的p-n结。LED产生的光的波长分布通常取决于制造p-n结的材料以及构成器件的有源区的薄外延层的结构。

典型地，LED芯片包括衬底、在衬底上形成的n型外延区和在n型外延区上形成的p型外延区（或者反之亦然）。为了易于将电流施加到器件，可以在器件的p型区（典型地，暴露的p型外延层）上形成阳极接触并且可以在器件的n型区（诸如衬底或者暴露的n型外延层）上形成阴极接触。当电位被施加到欧姆接触时，电子可以从n型层注入到有源区中并且空穴可以从p型层注入到有源区中。有源区中的电子和空穴的辐射复合产生了光。一些LED芯片包括具有n型层和p型层之间或它们的结附近的多个发光区或有源层（也被称为多量子阱结构）的有源区。

LED可以在发光/照明应用中使用，例如，代替常规的白炽和/或荧光发光。同样地，常常期望的是提供一种产生具有相对高的显色指数（CRI）的白色光的光源，从而由光照的物体可以显现得更自然。光源的显色指数是光源产生的光准确地照明宽的颜色范围的能力的客观度量。显色指数的范围是从单色光源的基本上为零到白炽光源的几乎100。可替选地，所期望的可能是提供如下的光源，其明显不同于具有高的CRI指数的光源，但是仍需要经调节的光谱。

此外，特定光源的色度可以被称为光源的“色点”（color point）。对于白色光源，色度可以被称为光源的“白点”。白色光源的白点可以沿与加热到给定温度的黑体辐射体发射的光的颜色相对应的色度点的轨迹而下降。因此，可以通过光源的相关色温（CCT）识别白点，相关色温是被加热的黑体辐射体与白色光源的颜色或色调匹配的温度。白色光典型地具有约4000和8000K之间的CCT。具有4000的CCT的白色光具有微黄色的颜色。具有8000K的CCT的白色光在颜色上更偏微蓝色，并且可以被称为“冷白色”。“暖白色”可以用于描述具有约2600K至6000K之间的CCT的白色光，其在颜色上更偏微红色。

来自单色LED的光可以用于通过使用诸如磷光体的波长转换材料围绕LED而提供白色光。术语“磷光体”在这里可以用于表示吸收一个波长范围内的光并且重新发射不同的波长范围内的光的任何材料，与吸收和重新发射之间的延迟无关以及与所牵涉的波长无关。光的一小部分也可以穿过磷光体和/或在基本上与入射光相同的波长下从磷光体重新发射，经历很少的下变换或者没有下变换。因此，术语“磷光体”在这里可以用于表示有时被称为荧光和/或磷光的材料。通常，磷光体吸收波长较短的光并且重新发射波长较长的光。同样地，LED在第一波长下发射的一些或所有光可以被磷光体颗粒吸收，作为响应，磷光体颗粒可以在第二波长下发射光。

例如，单个蓝色发光LED可以被诸如掺杂有铈的钇铝石榴石（YAG）的黄色磷光体围绕。得到的光是蓝色光和黄色光的组合，对于观察者可以显现为白色。更具体地，为了产生黄色光，约2.66电子伏特（eV）的蓝色光子可以被黄色磷光体吸收，并且约2.11eV的黄色光子可以被发射。因此，通过非辐射过程可能大概损失了约0.55eV的平均能量。因此，被黄色磷光体围绕的蓝色LED可能通过蓝色到黄色的转换而损失数量上可察觉到的能量。再者，如果包括红色磷光体以改进显色，则能量损失甚至可能更大，导致降低得更多的效率。

此外，多个不同颜色的LED发射的光可以被组合以产生白色光的所期望的强度和/或颜色。例如，当红色、绿色和蓝色发光LED被同时加电时，得到的组合光可以取决于红色、绿色和蓝色光源分量的相对强度而显现为白色或者接近白色。尽管可以通过这些灯实现相当高的发光能效（至少部分地由于缺乏磷光体转换），但是由于从每个LED发射的光的有限的光谱分布，显色可能较差。

发明内容