本发明涉及一种照明装置，包括至少一个固态发光体和与所述固态发光体间隔开的至少一个发光元件，所述发光元件的表面至少是所述固态发光体的发光面的两倍大。本发明还涉及一种照明装置，包括至少一个固态发光体和与所述固态发光体间隔开的至少一个发光元件，所述发光元件的表面至少是所述固态发光体的发光面的两倍大，并且所述发光元件的表面与所述固态发光体的发光面平行。本发明还涉及一种照明装置，包括至少一个固态发光体和与所述固态发光体间隔开的至少一个发光元件，所述发光元件的投影的表面积至少是所述固态发光体的投影的表面积的两倍大。
至少一个发光元件，所述发光元件包括至少一种发光材料，并且所述发光元件与所述第一固态发光体间隔开且与所述第二固态发光体间隔开；
所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距至少等于所述第一发光面的最大尺寸；
所述第一固态发光体被点亮时发射至少第一波长的光，所述第一波长不同于所述第二固态发光体发射的所有光的波长，所述发光元件具有发光元件表面；
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述第一固态发光体是发光二极管芯片。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面至少是所述第一发光面的五倍大。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面至少是所述第一发光面的十倍大。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述第一发光面是平面的。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面是平面的。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括一基体，所述基体中包含发光材料。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述基体包括聚合材料。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述聚合材料经过硫化。
10.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件中包含的发光材料的量在体积上不大于15％。
11.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括至少一种磷光体。
12.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括发光材料颗粒，所述发光材料颗粒的平均粒度不大于50微米。
13.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件的厚度不大于1厘米。
14.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个散射层。
15.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个增亮膜。
16.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件也是散射层。
17.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从100微米到750微米。
18.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从500微米到750微米。
至少一个发光元件，所述发光元件包括至少一种发光材料，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔开且与所述第二固态发光体间隔开；
所述第一固态发光体具有面向所述发光元件的第一发光面；
所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距至少等于所述第一发光面的最大尺寸；
所述第一固态发光体被点亮时发射至少第一波长的光，所述第一波长不同于所述第二固态发光体发射的所有光的波长，所述发光元件具有面向所述第一固态发光体的发光元件表面；
所述发光元件表面与所述第一发光面基本平行，并且所述发光元件表面至少是所述第一发光面的两倍大。
20.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述第一固态发光体是发光二极管芯片。
21.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面至少是所述第一发光面的五倍大。
22.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面至少是所述第一发光面的十倍大。
23.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述第一发光面是平面的。
24.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件表面是平面的。
25.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括一基体，所述基体中包含发光材料。
26.根据权利要求25所述的照明装置，其特征在于，所述基体包括聚合材料。
27.根据权利要求26所述的照明装置，其特征在于，所述聚合材料经过硫化。
28.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件中包含的发光材料的量在体积上不大于15％。
29.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括至少一种磷光体。
30.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括发光材料颗粒，所述发光材料颗粒的平均粒度不大于50微米。
31.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件的厚度不大于1厘米。
32.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个散射层。
33.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个增亮膜。
34.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件也是散射层。
35.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从100微米到750微米。
36.根据权利要求19所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从500微米到750微米。
至少一个发光元件，所述发光元件包括至少一种发光材料，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从100微米到750微米，且所述发光元件与所述第二固态发光体间隔开；
所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距至少等于所述第一固态发光体的发光面的最大尺寸；
所述第一固态发光体被点亮时发射至少第一波长的光，所述第一波长不同于所述第二固态发光体发射的所有光的波长，以第一平面形状表示的所述发光元件在垂直于z轴的第一平面的投影的表面积，是以第二平面形状表示的所述第一固态发光体在所述第一平面的投影的表面积的至少两倍大，其中所述第一固态发光体是所述照明装置中具有最大第二平面形状的固态发光体，所述z轴定义为经过所述第一固态发光体的中心和所述发光元件的中心；
所述第一平面形状由一组发光元件点来定义，每个发光元件点位于相对于z轴定向的x-y平面内，且针对关于z轴的每个径向位置，所述每个发光元件点具有与在该径向位置上离z轴最远的发光元件上的点的x、y坐标相对应的x、y坐标；
所述第二平面形状由一组发光体点来定义，每个发光体点位于相对于z轴定向的x-y平面内，且针对关于z轴的每个径向位置，所述每个发光体点具有与在该径向位置上离z轴最远的第一固态发光体的点的x、y坐标相对应的x、y坐标，其中所述z轴经过第一固态发光体的中心和发光元件的中心。
38.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔开一间距，所述间距至少等于所述第二平面形状的最大尺寸。
39.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述第一固态发光体是发光二极管芯片。
40.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述第二平面形状至少是所述第一平面形状的五倍大。
41.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述第二平面形状至少是所述第一平面形状的十倍大。
42.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括一基体，所述基体中包含发光材料。
43.根据权利要求42所述的照明装置，其特征在于，所述基体包括聚合材料。
44.根据权利要求43所述的照明装置，其特征在于，所述聚合材料经过硫化。
45.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件中包含的发光材料的量在体积上不大于15％。
46.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括至少一种磷光体。
47.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件包括发光材料颗粒，所述发光材料颗粒的平均粒度不大于50微米。
48.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件的厚度不大于1厘米。
49.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个散射层。
50.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，进一步包括至少一个增亮膜。
51.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件也是散射层。
52.根据权利要求37所述的照明装置，其特征在于，所述发光元件与所述第一固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从500微米到750微米。
照明装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求申请日为2005年12月22日、申请号为60/753,138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。
[0003] 本申请要求申请日为2006年7月19日、申请号为60/831,775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
[0004] 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和一种或多种发光材料(例如，一种或多种磷光体)的装置。在特定方面，本发明涉及一种照明装置，所述照明装置包括一个或多个发光二极管以及一种或多种发光材料。
背景技术
[0005] 在美国，每年有很大比例的(有人估计大约占1/3)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4)，但是与固态发光体相比(如发光二极管)，其光效依然较低。
[0006] 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)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。目光具有最高的CRI(具有100)，白炽灯泡具有相对接近的CRI(大约95)，荧光灯的CRI精度较低(70-85)。某些类型的专用照明装置具有非常低的CRI(举例来说，水银蒸汽或钠灯大约是40或更低)。
[0007] 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。
[0008] 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)、对比度、光效(1m/W)和/或服务周期。
[0009] 已知有多种固态发光体。例如，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。
[0010] 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》(Physicsof 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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)。
[0014] 因为人类可感知的白光必须是两种或两种以上颜色(波长)的光线的混合，单个发光二极管不可能发出白光。现已制造出具有由各个红、绿和蓝光二极管形成的发光二极管像素的“白”光二极管灯。其他已生产出的“白”光二极管包括：(1)生成蓝光的发光二极管和(2)受发光二极管发出的光线激发生成黄光的发光材料(举例来说，磷光体)，当蓝光和黄光混合时，可生成人类可感知的白光。
[0015] 另外，在本领域和其他领域均知悉，可混合原色以生成非原色的组合。一般来说，CIE 1931色度图(在1931年建立的原色国际标准)和CIE 1976色度图(类似于1931色度图但对其进行如下更改：色度图中相似的距离表示相似的颜色感知区别)提供可用于将颜色定义成原色加权和的有用参考。
[0016] 因此，可单独使用或以任何组合来使用发光二极管，也可选择性地将其与一种或多种发光材料(举例来说，磷光体和闪烁物质)和/或滤波器共同使用以生成具有任意的可感知颜色的光线(包括白色)。因此，现在正在努力的领域是使用发光二极管光源取代现有的光源，例如，以改进能效、显色指数(CRI)、光效(1m/W)和/或服务周期，但并不限于特定颜色的光或特定颜色混合的光。
[0017] 对本领域技术人员来说，已知存在多种可用发光材料(又称为发光荧光粉(lumiphor)或发光荧光媒介(luminophoric media)，例如在美国专利6,600,175中公开的内容，在此全文引用以作参考)。例如，磷光体就是一种发光材料，当其受到激发光源的激发时，可发出对应光线(例如，可见光)。在多数情况中，对应光线的波长不同于激发光的波长。发光材料的其他例子包括闪烁物质、日辉光带(day glow tape)和在紫外线的激发下发出可见光的油墨。
[0018] 发光材料可分类成下迁移(down-converting)材料，也就是将光子迁移到较低能级(更长的波长)的材料，或上迁移材料，也就是将光子迁移到较高能级(更短的波长)的材料。
[0019] 可通过向纯净的塑胶封装材料(例如，基于环氧树脂或硅树脂的材料)中加入前述的发光材料来使得LED器件内包含发光材料，例如通过涂覆或混合工艺。
[0020] 例如，美国专利6,963,166(Yano′166)公开了一种传统的发光二极管灯，其包括发光二极管芯片、用以罩着该发光二极管芯片的子弹形透明壳体、提供电流给该发光二极管芯片的引线、以及用于将发光二极管芯片发出的光线反射到同一方向的杯形反射器，其中采用第一树脂部件封装该发光二极管芯片，然后用第二树脂部件进一步封装该第一树脂部件。根据Yano′166，可这样获得第一树脂部件：采用树脂材料填满杯形反射器，并在将发光二极管芯片安装到所述杯形反射器的底部上后使其凝固，然后通过金属线将该发光二极管芯片的阴极和阳极电连接到引线。根据Yano′166，将磷光体分散在所述第一树脂部件内，这样在受到发光二极管芯片发出的光线A激发后，磷光体可发出荧光(光线B，光线B的波长比光线A更长)。光线A的一部分穿透包含磷光体的第一树脂部件，最后可获得光线A和B的混合光线C，用于照明。
[0021] 从如上内容可知，“白光LED”(也就是，可被感知成白色或近似白色的光线)可作为白炽灯的潜在替代品。白光LED灯的典型实施例包括由氮化镓制成的蓝光二极管芯片的封装件，涂覆有磷光体，比如钇铝石榴石。在这样一个LED灯中，蓝光二极管芯片可生成波长约为450nm的发射光线，在接收到该发射光线后，磷光体生成波峰为约550nm的黄色荧光。例如，在某些设计中，可这样制作白光二极管：在蓝光半导体发光二极管的光线出射面上形成陶瓷磷光体层。从发光二极管发出的蓝光的一部分穿过磷光体，一部分被磷光体吸收，使磷光体在受到激发后发出黄光。发光二极管发出的蓝光中直接穿透磷光体的部分和磷光体发出的黄光混合。观察者观察到的该黄光和蓝光的混合光线为白光。
[0022] 从如上内容可知，在另一类型的LED灯中，发出紫外线的发光二极管芯片与生成红(R)、绿(G)和蓝光线(B)的磷光体材料混合。在这样一种LED灯中，发光二极管芯片发出的紫外线激发磷光体材料，使得磷光体发出红、绿和蓝光线，当这些光线混合后，人眼看到的混合光线就是白光。因此，可得到作为三种光线的混合光的白光。
[0023] 现有技术中已经提出了将现有的LED封装件和其他电子器件组装到一个器件中的设计。在这样的设计中，封装的LED贴装到电路板上，电路板装配到散热器上，再将该散热器装配到具有所需驱动电子元件的装置外壳中。在很多例子中，还需要附加光学器件(仅次于封装件)。
[0024] 在用发光二极管取代其他光源(举例来说，白炽灯泡)的情况中，封装LED可与传统的灯具一起使用，例如如下灯具，所述固定装置包括有空心棱镜和与所述空心棱镜相连的基板，该基板具有传统的插座外壳，该插座外壳上有一个或多个与电源电连接的触头。例如，构建的LED灯泡包括一个电路板、装配在所述电路板上的多个封装LED和与所述电路板相连并适合与灯具的插座外壳相连的连接柱，从而所述多个LED可由电源点亮。
[0025] 使用具有改进能效、显色指数(CRI)、光效(1m/W)和/或服务周期的固态发光体例如发光二极管以在多种应用中提供包括白光在内的所有可能的灯色(包括感知为白光的光)的需要日渐增长。
发明内容
[0026] 如上所述，在传统的使用一种发光材料以提供一种或多种特定色调的光线的LED封装件中，一般采用密封材料(例如硫化聚合树脂)覆盖LED，所述密封材料中分散有发光材料(例如，磷光体)。
[0027] 另外，申请日2005年12月21日、名为“照明装置(Lighting Device)”(发明人：Gerald H.Negley、Antony Paul Ven de Ven和Neal Hunter)的美国专利60/752,753公开了采用固态发光体(例如，发光二极管芯片)和发光材料的照明装置，其中固态发光体(例如，发光二极管芯片)安装在外壳上，在此全文引用该专利以作参考。
[0028] 本发明的主要目的是使该发光装置中的固态发光体(例如，发光二极管芯片)或封装件(例如，LED封装件)的光提取(light extraction)最大化。
[0029] 在包含磷光体的传统LED封装件的例子中，大部分(例如，在许多例子中，多达20％到25％)提取光(也就是，来自LED的光)从磷光体反射(反向散射)回发光二极管芯片/封装件。反向散射到发光二极管芯片内的反向散射光很难再射出芯片，因此这种反向散射导致系统能量的损耗。
[0030] 另外，磷光体对光的转换是全方位的，这样一般而言，50％的光回射到LED源。
[0031] 此外，如果发光元件过厚，和/或如果该发光元件中的发光材料(例如磷光体)含量过多，可能发生“自吸收”。当封装层中的发射光停留在封装层中以激发其它磷光体颗粒并最后被吸收或被阻止射出该设备时，发生自吸收，这样会降低性能(亮度)和光效。另外，如果发光材料(例如，磷光体)的颗粒尺寸过大，发光材料的颗粒将导致激发源(LED芯片)和磷光体生成的光发生不期望有的散射。
[0032] 根据本发明的一个方面，通过将固态发光体和发光元件在空间上隔离，可改善光提取效率。另外，通过使固态发光体的面向发光元件的发光表面的表面积远小于发光元件的面向固态发光体的发光表面的表面积，将降低来自激励源的任何反向散射光和来自发光元件的发射光在固态发光体内被再吸收的可能性。
[0033] 根据本发明的第一方面，本发明提供了一种照明装置，包括至少一个固态发光体和至少一个发光元件，其中所述发光元件包括至少一种发光材料并且与所述固态发光体间隔开。在本发明的这个方面，所述发光元件的发光元件表面的表面积至少是所述固态发光体的发光面的表面积的两倍大(在某些实施例中至少是5倍大，并且在某些实施例中至少是10倍大)。
[0034] 根据这个方面的特定特征，所述发光元件与所述固态发光体间隔一间距，所述间距至少等于所述发光面的最大尺寸。
[0035] 根据这个方面的特定特征，所述发光元件与所述固态发光体间隔一间距，所述间距的范围从约100微米到约750微米(例如，从约500微米到约750微米，例如，约750微米)。
[0036] 根据本发明的第二方面，本发明提供了一种照明装置，包括至少一个固态发光体和至少一个发光元件，其中所述发光元件包括至少一种发光材料并且与所述固态发光体间隔开。在本发明的这个方面，所述固态发光体具有面向所述发光元件的发光面，并且所述发光元件具有面向所述固态发光体的发光元件表面。另外，在本发明的这个方面，所述发光元件表面与所述发光面基本平行，并且所述发光元件表面的表面积至少是所述固态发光体的发光面的表面积的两倍大(在某些实施例中至少是5倍大，并且在某些实施例中至少是10倍大)。
[0037] 根据这个方面的特定特征，所述发光元件与所述固态发光体间隔开一间距，所述间距至少等于所述发光面的最大尺寸。
[0038] 根据本发明的第三方面，本发明提供了一种照明装置，包括至少一个固态发光体和至少一个发光元件，其中所述发光元件包括至少一种发光材料并且与所述固态发光体间隔开。
[0039] 在这个方面，采用一组发光元件点定义出假想的第一平面形状，每个发光元件点位于相对于z轴定向的x-y平面内，其中所述z轴经过固态发光体的中心和发光元件的中心，且针对关于z轴的每个径向位置，所述每个发光元件点具有与在该径向位置上离z轴最远的发光元件上的点的x、y坐标相对应的x、y坐标，即，所述第一平面形状是发光元件在与连接发光元件和固态发光体的各自中心的z轴垂直的平面上的投影。假想的第二平面形状由一组发光体点来定义，每个发光体点位于相对于z轴定向的x-y平面内，且针对关于z轴的每个径向位置，所述每个发光体点具有与在该径向位置上离z轴最远的固态发光体的点的x、y坐标相对应的x、y坐标，即，所述第二平面形状是固态发光体在垂直于z轴的平面上的投影。在这个方面中，所述第一平面形状的面积至少是所述第二平面形状的面积的两倍大(在某些实施例中，至少是5倍大，在另一些实施例中，至少是10倍大)。在此，所述照明装置中包括不止一个的固态发光体的情况下，前述比较中的固态发光体是该照明装置中具有最大第二平面形状的任一固态发光体。
[0040] 根据本发明的特定特征，所述发光元件与所述固态发光体间隔开一间距，所述间距至少等于所述第二平面形状的最大尺寸。
[0041] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述固态发光体是发光二极管芯片。
[0042] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述固态发光体具有平面的发光面。
[0043] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件具有平面的发光表面。
[0044] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件包括其内包含有发光材料的基体(例如，可以是经硫化的聚合材料)。
[0045] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件中包含的发光材料的量在体积上不大于15％。
[0046] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件包括至少一种磷光体。
[0047] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件包括发光材料颗粒，所述发光材料颗粒的平均粒度不大于50微米。
[0048] 根据本发明的更进一步的特定特征，所述发光元件的厚度不大于1厘米。
[0049] 在特定方面，所述照明装置是可产生感知为“白光”的光的照明装置。
[0050] 结合以下的描述和附图，可以对本发明有更深入的理解。
附图说明
[0051] 图1是根据本发明的实施例的照明装置10的示意图；
[0052] 图2是根据本发明的第三方面的发光二极管和发光元件的示意图，以用于进一步解释在前的术语。
具体实施方式
[0053] 如上所知，根据本发明的各个方面，本发明提供了一种照明装置，包括至少一个固态发光体和至少一个发光元件，所述发光元件包括至少一种发光材料。
[0054] 根据本发明，可采用任何期望的固态发光体。本领域技术人员熟悉并已经在使用多种这样的发光体。这样的固态发光体包括无机和有机发光体。这种类型发光体的示例包括发光二极管(有机的或无机的)、激光二极管和薄膜电致发光器件，其中的大部分在本领域中是众所周知的。如上所述，对本领域技术人员来说，已知存在多种可用发光材料(又称为发光荧光粉(lumiphor)或发光荧光媒介(luminophoric media)，例如在美国专利6,600,175中公开的内容，在此全文引用以作参考)，这些材料均可用于本发明。
[0055] 根据本发明的一个方面，本发明提供了一种装置，其至少包括第一和第二固态发光体，其中所述第一固态发光体发射第一波长的光，所述第二固态发光体发射第二波长的光，所述第二波长与第一波长不同。在这样一个装置中，所述固态发光体可发射红外光、可见光和紫外光范围内的期望的任何一个波长或多个波长(或任何一个波长范围或多个波长范围)的光，所述固态发光体包括例如：(1)可发射可见光谱内的不同波长范围内的光线的两个或多个发光二极管；(2)可发射红外光谱内的不同波长范围内的光线的两个或多个发光二极管；(3)可发射紫外光谱内的不同波长范围内的光线的两个或多个发光二极管；(4)可发射可见光谱内的光线的一个或多个发光二极管和可发射红外光谱内的光线的一个或多个发光二极管；(5)可发射可见光谱内的光线的一个或多个发光二极管和可发射紫外光谱内的光线的一个或多个发光二极管等。
[0056] 如上所述，本领域技术人员熟悉多种固态发光体，包括多种发光二极管、多种激光二极管和多种薄膜电致发光器件，因此无需对这些设备或制作这些设备的材料做详细的描述。
[0057] 如前所指，根据本发明的照明装置可包括任意期望数量的固态发光体。例如，根据本发明的照明装置可包括50个或更多的发光二极管，或可包括100个或更多的发光二极管，等等。通常，对于电流型发光二极管，使用大量的较小发光二极管可获得更高的光效2
(例如，其他条件一样的情况下，100个具有0.1mm 的表面积的发光二极管能与25个具有
2
0.4mm 的表面积的发光二极管相比)。
[0058] 类似地，一般在较低电流密度下运行的发光二极管更高效。根据本发明可采用汲取任何特定电流的发光二极管。在本发明的一个方面，可采用汲取不超过50毫安电流的发光二极管。
[0059] 可以采用任何方式来设置、装配本发明的照明装置中的固态发光体和发光元件，也可采用任何方式为所述固态发光体和发光元件供电，也可将所述固态发光体和发光元件装配到任何期望的外壳或器具中。本领域技术人员知悉多种设置、装配设计、供电装置、外壳和器具，并且这些设置、设计、装置、外壳和器具均可用于本发明。本发明的照明装置可与任何期望的电源电连接(或选择性连接)，本领域技术人员对这些电源已经很熟悉了。
[0060] 申请日为2005年12月21日、名为“照明装置(Lighting Device)”(发明人为Gerald H.Negley、Antony Paul Ven de Ven和Neal Hunter)的美国专利60/752,753公开了适用于本发明的照明装置的固态发光体和发光元件的设置、固态发光体和发光元件的装配方案、固态发光体和发光元件的供电装置、固态发光体和发光元件的外壳、固态发光体和发光元件的固定器具，以及固态发光体和发光元件的电源的典型示例，在此全文引用以作参考。这样的固定器具使得可以在照明灯具本身上引入极佳的散热。
[0061] 在根据本发明的实施例的照明装置中，所述照明装置包括具有高反射元件的外壳，所述高反射元件具有锥形壁，例如，该装置包括截锥状(截头圆锥状)的反射壁。可见，通过这样一个具有锥形壁的高反射元件，可提高本发明的总出光效率(通过光学器件)。
[0062] 根据本发明的某些实施例的照明装置，包括具有高反射元件的外壳，所述高反射元件具有垂直壁，例如，该装置包括圆柱状的反射壁。
[0063] 表述“位于…之上”，例如，如前在短语“装配在…之上”中用到的，表示位于第二结构“之上”的第一结构可与第二结构相接触，或可被一个或多个中介结构(intervening structure)将其与第二结构分开。
[0064] 在此，两个元件“电连接”是指在这两个元件之间并未电连接其它元件，并且在这两个元件间插入其它元件会对本装置提供的功能或多个功能产生重大影响。例如，尽管两个元件之间可能存在小阻值电阻器，只要该电阻器并不会对本装置提供的功能或多个功能产生重大影响(实际上，连接两个元件的电线就可被认为是小阻值电阻器)，也可推断这两个元件电连接；同样地，尽管两个元件之间存在允许该装置执行其它功能的附加电子元件，但是不会对不包括该附加元件的装置提供的功能或多个功能产生重大影响，也可推断这两个元件电连接；同样地，两个直接连接的元件或是与电路板或其它媒介上的电线或迹线(trace)对应端直接连接的两个电子元件都是电连接的。
[0065] 所述一种或多种发光材料可以是任何期望的发光材料。如上所述，本领域技术人员熟悉并已经在使用多种发光材料。所述一种或多种发光材料可以是下迁移或上迁移发光材料，或者可以包括两种类型的混合发光材料。
[0066] 例如，所述一种或多种发光材料可选自闪烁物质、日辉光带(day glow tape)和在紫外线的激发下发出可见光的油墨等等。
[0067] 可以采用任何期望的形式来提供所述一种或多种发光材料。例如，在一个方面，根据本发明的照明装置可包括至少一种发光元件，所述发光元件包括第一发光材料，所述发光元件与外壳相连，所述外壳和所述发光元件定义出一个内部空间，至少一个固态发光体设置在所述内部空间中。
[0068] 如果需要，所述发光元件包括嵌入有所述第一发光材料的材料。例如，本领域技术人员已经非常熟悉包含有发光材料的发光元件，例如，磷光体嵌入到树脂(也就是，聚合物基体，如硅树脂材料或环氧树脂材料)中。
[0069] 在本发明的优选方面，所述照明装置包括至少一个发光元件，所述发光元件包括至少第一发光元件区和第二发光元件区，所述第一发光元件区包括有第一发光材料，所述第二发光元件区包括有第二发光材料。所述第一发光材料受到激发以后发射第一波长(或波长范围)的光线，所述第二发光材料受到激发以后发射第二波长(或波长范围)的光线，所述第二波长(或波长范围)不同于所述第一波长(或波长范围)。
[0070] 根据本发明的又一优选方面，照明装置可包括多个发光元件，每个发光元件包括至少一种发光材料，每个发光元件连接至外壳以定义出一个内部空间，所述内部空间中设置至少一个固态发光体。
[0071] 在外壳上装配有多个固态发光体的本发明的实施例中，所述固态发光体产生的热负荷可通过外壳的表面散发。所述固态发光体在外壳表面上分布得越均衡，热负荷的散发越均衡。结果，外壳可提供更有效的散热，这样如果需要的话，可将外壳做的更小。
[0072] 另外，通过具备多个固态发光体(与单光源点相反)，该光源受到阴影的影响更少。也就是，如果将小于发光区域的物体放置在发光区域之前，只有一部分光线被遮住。因为光源遵循惠更斯(Huygens)原理(每个光源作为一个球波前点(spherical wave front))，将不会观察到阴影并且仅能看到照明光源有轻微的变暗(与采用单灯丝的实施例相比，这种情况下光线将完全变暗并且将观察到阴影)。
[0073] 根据本发明的设备可进一步包括一个或多个长使用寿命的冷却设备(例如，具有特别长使用寿命的风扇)。该长使用寿命的冷却设备可包括可像“中国扇(Chinese fan)”一样搅动空气的压电或磁阻材料(magnetorestrictivematerial)(举例来说，MR、GMR和/或HMR材料)。在本发明的冷却设备中，一般仅需要足以打破边界层的空气以将温度降低10到15摄氏度。因此，在这样的情况下，一般不需要强“风”或大流体流速(大CFM)(从而避免需要使用传统的风扇)。
[0074] 根据本发明的设备可进一步包括次级光学器件以进一步改变发射光的发射性质。对本领域技术人员来说，次级光学器件是众所周知的，因此不需要在此做详细介绍。如果需要，可采用任何次级光学器件。
[0075] 根据本发明的设备可进一步包括传感器或充电设备或照相机等。例如，本领域技术人员熟悉并已经在使用可检测一个或多个事件的设备(举例来说，运动检测器，其可探测物体或人的运动)，以及响应所述检测，该设备触发光线照射和安全照相机的激活等。作为典型实施例，根据本发明的一种设备可包括有根据本发明的照明装置和运动传感器，并可这样构建：(1)当光线照射时，如果运动传感器探测到运动，激活安全照相机记录探测到运动的位置或其附近的可视化数据(visual data)；或(2)如果运动传感器探测到运动，发出光线为探测到运动的位置或其附近照明，并激活安全照相机记录探测到运动的位置或其附近的可视化数据等。
[0076] 图1是根据本发明的实施例的照明装置10的示意图。
[0077] 图1中示出的照明装置包括具有蓝光源(一个或多个发光二极管)和高反射面的固定器具11(示意性地示出)、表面积大于发光二极管的磷光体和散射层12(磷光体受到来自发光二极管的光线的激发后发射黄光)以及一对增亮膜13和14，所述照明装置10发出均匀的白光15。
[0078] 在本领域，增亮膜是众所周知并且容易获得的。增亮膜(例如，BEF膜，可从3M公司购得)是可选的器件。当其被采用时，可通过限制接收角以提供更定向的光源。未被“接收”的光线可通过高反射光源外壳再循环。
[0079] 散射层也是可选的。该散射层可包含在磷光体层中，和/或单独存在。对本领域技术人员来说，多种单独的散射层和结合的发光散射层是众所周知的，并且这些散射层都可在本发明的照明装置中使用。
[0080] 在一些包含有增亮膜(可选择由一个或多个提取膜如WFT来替代)的实施例中，可优化该增亮膜以限制发射源的观察角并增大在第一次通路(firstpass)上(或尽可能最早)提取光线的可能性。
[0081] 在根据本发明的某些实施例的照明装置中，该照明装置包括漫射器(diffuser)，该漫射器提供特定提取角度内的光线回收(photo recycling)，并且其损耗小于典型的BEF膜损耗。某些漫射器漫反射和散射光线。这样的光线回收漫射器的一个实施例是可从RPCTM光电公司获得的“EngineeredDiffuser”(工程漫射器)。
[0082] 所述固定器具(例如，外壳)的一个或多个表面优选为反射面，这样这些反射面可反射来自某些或全部的固态发光体(例如，发光二极管)的光线。
[0083] 为了更进一步解释在前的术语，图2示出了发光二极管20和发光元件21，它们相对彼此定向使得二者均不具有面向对方的面。
[0084] 如上所知，在本发明的第三方面，采用一组发光元件点定义出第一(假想的)平面形状22，每个发光元件点位于相对于z轴24定向的x-y平面23内，其中z轴24经过发光二极管的中心25和发光元件的中心26，且针对关于z轴的每个径向位置，每个发光元件点具有与在该径向位置上离z轴最远的发光元件上的点的x、y坐标相对应的x、y坐标，即，所述第一平面形状是发光元件在与连接发光元件和固态发光体的各自中心的z轴垂直的平面上的投影。第二(假想的)平面形状27由一组发光体点来定义，每个发光体点位于相对于z轴定向的x-y平面内，且针对关于z轴的每个径向位置，每个发光体点具有与在该径向位置上离z轴最远的固态发光体的点的x、y坐标相对应的x、y坐标，即，所述第二平面形状是固态发光体在垂直于z轴的平面上的投影。在本发明的所述第三方面中，第一平面形状22的面积至少是第二平面形状27的面积的两倍大。
[0085] 本发明可将在本申请中描述的照明装置的任意两个或多个结构部件相集成。本申请中所描述的照明装置的任意结构部件都可以由两个或更多的部件组成(如果需要的话，可将这些部件结合起来)。
