TW201534844A - 紅色燈具及車輛用照明裝置 - Google Patents

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Kazuhiro Wataya
Toshihiko Tsukatani
Takehisa Minowa
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Shinetsu Chemical Co
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Abstract

本發明提供紅色燈具，其包含藍光LED陣列與紅光構件。該紅光構件是由散布著能吸收藍光與發射紅光的磷光體之樹脂所製成，該磷光體係選自矽酸鹽磷光體、SiAlON磷光體、氮化矽磷光體、硫化物磷光體、與石榴石型構造磷光體。該紅色燈具提供高效率、高光強度、與改良的前向及側向能見度，因此適用於車輛用照明裝置，例如紅色尾燈與紅色煞車燈。

Description

紅色燈具及車輛用照明裝置
本發明係關於車輛用照明裝置，一般是紅色尾燈與紅色煞車燈，該照明裝置被安裝在每一車輛的尾部用以產生用於警示煞車或增強夜間能見度的向後照射的紅光，及該照明裝置中所用的紅色燈具。
車輛尾部被安裝照明裝置，一般是紅色尾燈與紅色煞車燈，用以產生因應煞車與用於警示煞車或增強夜間能見度的向後照射的紅光。在大多數先前技術的尾燈與煞車燈中，一般使用白熾燈泡、鹵素燈泡、與HID燈且結合紅色透光樹脂燈罩以產生紅光。最近已知有配設複數個紅光LED晶片的尾燈與煞車燈。
當將白熾燈泡、鹵素燈泡、與HID燈用作為光源時，彼等發射含紅色成分光與很多其他顏色成分光的光。一般藉由將全光通過紅色透光材料或樹脂燈罩以過濾掉其他顏色成分光而得到紅光。這說明儘管該光源發射寬譜光，但是浪費掉紅光以外的成分光之能量的缺點。
另一方面，利用紅光LED之尾燈與煞車燈有某些缺點。由於紅光LED之發射效率通常不是很高，必須使用較多的紅光LED以保證足夠的能見度。而且，紅光LED產生高定向性發光，該高定向性發光保證該燈具前方(在該燈具之光軸上)的高能見度，但是導致該燈具側方(該燈具之光軸以外的方向)之能見度很低。曾將紅光LED與反射杯及不同形狀與材料之透鏡結合試圖減少這些缺點。但是仍然很難製造能提供燈具的前向及側向能見度均勻之使用紅光LED的紅色燈具。
引文列表
專利文件1：JP-A 2009-280763
專利文件2：JP-A 2012-224536(EP 2508586,US 20120256125)
專利文件3：JP-A 2009-529154(WO 2007/103394)
一般來說，車輛用紅色照明裝置，一般是尾燈與煞車燈，係由照明用光源、包圍光源的燈罩、反射杯、透鏡、散光器、裝飾構件等構成。該照明裝置常與方向燈結合在一起。在該技術領域中使用傳統燈泡作為光源，但現在愈來愈多使用紅光LED。
包圍光源的燈罩一般是用熱塑性樹脂例如壓克力樹脂製成。根據特定用途，將該熱塑性樹脂模塑為廣泛變化的 形狀中之任一者，該特定用途例如保護光源、散光與集光功能之透鏡、或裝飾。該燈罩構件，尤其是尾燈燈罩，包含紅色燈罩、無色或白色燈罩、與只有透鏡部分經著色的透明燈罩，例如Euro尾燈燈罩。許多反射杯使用角隅稜鏡。當被後方來車的大燈照射時，該反射杯反射出紅色的光。所以即使在夜間車輛停止或停車的燈沒發光時反射杯也具有警示的功能。
對這些車輛用照明裝置而言，人們已經提出許多建議而且在實務上已經使用各式各樣的型式。尾燈與煞車燈的基本功能是警示後方來車。這些燈因應大燈或煞車系統而運作，使得傳統燈泡或紅光LED發光以發射白光或紅光，這些白光或紅光藉由燈罩、反射杯、透鏡、散光構件等向車輛後方照射。
在這種情形下，來自該燈具的照明基本上是從傳統燈泡或LED發光。傳統燈泡產生某些問題。一般傳統燈泡發光接近白光。在大部分情形下，藉由使來自該傳統燈泡的光穿過用於過濾掉一部分光而得到紅光之用樹脂製成的紅色濾光鏡構件來進行顏色控制。由於一部分沒穿過該紅色濾光鏡構件的光並未離開該照明裝置，此系統的光能利用效率低。
其次，對與使用紅光LED作為光源相關之問題進行詳述。由於來自一個紅光LED的光通量相對小，通常必須不計成本地使用複數個紅光LED。該紅光LED光源產生高定向性發光，該高定向性發光保證發光方向前方(車 輛後方)的高能見度，但是導致該燈具側向能見度很低的缺點。所以採取幾個方法，例如，安裝複數個紅光LED使得該紅光LED發射不同方向的光，或配置用以使來自紅光LED的光散射之高透明度樹脂或玻璃透鏡。結論是複數個紅光LED很昂貴。即使在小心謹慎地設計紅光LED之配設時，仍然很難得到在不同方向的能見度均勻的紅光。該使用用以使來自紅光LED的光散射之高透明度樹脂或玻璃透鏡的技術很難保證在不同方向，特別是側向能見度高。
本發明之目的是提供一種紅色燈具，其具有低成本、高效率、與該燈具的前向(在該燈具之光軸上)及側向(該燈具之光軸以外的方向)能見度高之優點；及含有該紅色燈具的車輛用照明裝置，例如紅色尾燈或紅色煞車燈。
本發明者業已發現藉由使用能發射藍光的藍光LED陣列作為光源與能吸收藍光及發射含紅色成分光的光藉此將藍光轉變成具有照明光作用之紅光的磷光體，而得到用於車輛用照明裝置的視需要提供改良的不同方向能見度之紅色燈具。該磷光體是至少一種選自下列之磷光體：矽酸鹽磷光體、SiAlON磷光體、氮化矽磷光體、硫化物磷光體、與石榴石型構造磷光體。含有在樹脂基質中的磷光體粒子的紅光構件被特別配置於該藍光LED發射方向前面以吸收藍光。該燈具投射來自散布於該紅光構件中的磷光體粒子的紅光。該燈具提供燈具前向及側向能見度均勻、 高效率、與高光強度。
因此，本發明提供一種紅色燈具，其包含能發射藍光的藍光LED陣列作為光源及用以接收該藍光的紅光構件。該紅光構件包含樹脂與能吸收藍光及發射含紅色成分光的光之磷光體。該磷光體是至少一種選自由下列所組成的組群之磷光體：矽酸鹽磷光體、SiAlON磷光體、氮化矽磷光體、硫化物磷光體、與石榴石型構造磷光體。
在一優選具體實施方式中，該樹脂是熱塑性樹脂。該熱塑性樹脂較佳是至少一種選自由下列所組成的組群之樹脂：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS樹脂、與壓克力樹脂。
在一優選具體實施方式中，該樹脂是熱固性樹脂。該熱固性樹脂較佳是至少一種選自由下列所組成的組群之樹脂：酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、與聚氨酯樹脂。
在一優選具體實施方式中，該矽酸鹽磷光體是(Sr,Ca,Ba)2SiO4：Eu，該SiAlON磷光體是Ca-α-SiAlON：Eu，該氮化矽磷光體是(Sr,Ca)AlSiN3：Eu，該硫化物磷光體是CaGa2S4：Eu，與該石榴石型構造磷光體是(Y,Gd)3Al5O12：Ce或Y3Al5O12：Ce。
在一優選具體實施方式中，該順著光路徑投射紅光之紅色燈具進一步包含濾光鏡構件，該濾光鏡構件橫跨該光路徑而配置，用以防止穿過該紅光構件而不被該磷光體吸收之一部分來自該藍光LED陣列的藍光順著該紅色燈具 之投射方向前進。
在一優選具體實施方式中，該紅色燈具順著光軸投射紅光。該藍光LED陣列經配置使得順著該藍光LED陣列之發射光軸的藍光行進方向不同於順著該紅色燈具之投射光軸的紅光行進方向。該紅光構件至少被配置於順著該藍光LED陣列之發射光軸的藍光行進方向前面。
在一優選具體實施方式中，該紅光構件之有效區域厚度為至少0.5mm。
本發明另一方面提供一種車輛用照明裝置，其包含如前述之紅色燈具。一般該車輛用照明裝置是紅色尾燈或紅色煞車燈。
本發明中所用的術語「LED陣列」乃指一個LED晶片與二或多個LED晶片之陣列。
本發明之紅色燈具優點是高效率、高光強度、與改良的燈具前向及側向能見度。因此適用於車輛用照明裝置，例如紅色尾燈或紅色煞車燈。
1‧‧‧紅色燈具
2‧‧‧紅色燈具
3‧‧‧紅色燈具
4‧‧‧紅色燈具
5‧‧‧紅色燈具
6‧‧‧紅色燈具
7‧‧‧紅色燈具
8‧‧‧紅色燈具
9‧‧‧紅色燈具
10‧‧‧主體或反射杯
11‧‧‧藍光LED陣列
12‧‧‧紅光構件
13‧‧‧保護罩
20‧‧‧主體或反射杯
21‧‧‧藍光LED陣列
22‧‧‧紅光構件
23‧‧‧保護罩
30‧‧‧主體或反射杯
31‧‧‧藍光LED陣列
32‧‧‧紅光構件
33‧‧‧保護罩
40‧‧‧主體或反射杯
41‧‧‧藍光LED陣列
42‧‧‧紅光構件
43‧‧‧紅色濾光鏡構件
50‧‧‧主體或反射杯
51‧‧‧藍光LED陣列
52‧‧‧紅光構件
53‧‧‧保護罩
60‧‧‧主體或反射杯
61‧‧‧藍光LED陣列
62‧‧‧紅光構件
63‧‧‧保護罩構件
70‧‧‧主體或反射杯
71‧‧‧藍光LED陣列
72‧‧‧紅光構件
73‧‧‧保護罩
80‧‧‧主體或反射杯
81‧‧‧藍光LED陣列
82‧‧‧紅光構件
83‧‧‧保護罩
90‧‧‧主體或反射杯
91‧‧‧白光LED陣列
93‧‧‧紅色濾光鏡
93‧‧‧保護罩
111‧‧‧晶片(發光部件)
211‧‧‧晶片(發光部件)
311‧‧‧晶片(發光部件)
411‧‧‧晶片(發光部件)
511‧‧‧晶片(發光部件)
611‧‧‧晶片(發光部件)
621‧‧‧凹部
711‧‧‧晶片(發光部件)
圖1圖示本發明之第一具體實施方式中的紅色燈具。
圖2圖示本發明之第二具體實施方式中的紅色燈具。
圖3圖示本發明之第三具體實施方式中的紅色燈具。
圖4圖示本發明之第四具體實施方式中的紅色燈具。
圖5圖示本發明之第五具體實施方式中的紅色燈具。
圖6圖示本發明之第六具體實施方式中的紅色燈具。
圖7圖示本發明之第七具體實施方式中的紅色燈具。
圖8圖示本發明之第八具體實施方式中的紅色燈具。
圖9是顯示實施例1之紅色燈具發射光譜的圖。
圖10是顯示實施例2之紅色燈具發射光譜的圖。
圖11圖示比較例1與2之紅色燈具。
圖12是顯示比較例2之紅色燈具發射光譜的圖。
[較佳具體實施方式說明]
本發明之紅色燈具包含作為光源之能發射藍光的藍光LED陣列及被配置以接收該藍光的紅光構件。該用作為光源之藍光LED陣列具有比紅光LED陣列更高的功率。
用作為光源之藍光LED陣列是典型的能發射中心波長在420nm至490nm範圍內的光之LED陣列。可考慮紅色燈具之光通量、能見度、警示功能、裝飾與其他因素適當地選擇藍光LED陣列之尺寸、功率與數量。具一個發光晶片之藍光LED陣列或具複數個發光晶片之藍光LED陣列可單獨使用或二或多個合併使用。這樣的藍光LED陣列是市場上買得到的。當擬將該紅色燈具用於車輛用照明裝置例如紅色尾燈與紅色煞車燈中時，高功率藍光LED陣列是特別優選的。優選該藍光LED陣列之功率為至少0.5W，尤指每一陣列之功率至少1W，而每一紅色燈 具總功率為至少1W，尤指至少2W。儘管功率上限沒有太大影響，然而通常每一藍光LED陣列之功率最多2W及每一紅色燈具之功率最多10W。當將複數個藍光LED陣列合併使用時，優選每一紅色燈具包含至少2個藍光LED陣列，尤指2至8個藍光LED陣列。
在本發明之紅色燈具中，該紅光構件被配置於一可接收藍光的位置，該位置尤指該藍光LED陣列發射方向的前面。該紅光構件主要含有樹脂與能吸收藍光及發射含紅色成分光的光之磷光體。製作該紅色燈具使得該藍光LED陣列所發射的藍光經該紅光構件中的磷光體吸收且轉變成含紅色成分光，尤指波長在600nm至660nm範圍內的紅色成分光的光，優選是紅光，較優選是在波長為600nm至660nm範圍內有最大強度的紅光。
製成該紅光構件之樹脂可為熱塑性樹脂或為熱固性樹脂。在這些樹脂中，優選為容易控制磷光體粒子之散布與該紅光構件之尺寸安定性的熱塑性樹脂。而且，優選為容易後加工成期望形狀的熱塑性樹脂。此外，用熱塑性樹脂製成之紅光構件不僅耐震動與撞擊所造成的破裂，即耐震動性與耐撞擊性，而且耐候，這指出該紅光構件是作為車載構件的最佳選擇。
該熱塑性樹脂實例包含聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS樹脂、與壓克力樹脂。該熱固性樹脂實例包含酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、與聚氨酯樹脂。在這些樹脂中，優選為剛性、硬度與可加工性之 平衡良好的聚丙烯與壓克力樹脂。從最大限度利用該紅光構件方面來看，優選為使用無著色的透明或白色狀態之樹脂。
在該紅色燈具中，將能吸收藍光及發射含紅色成分光的光之磷光體用作為發光成分(紅光材料)來和該樹脂混合以製作該紅光構件。該磷光體能吸收藍光，尤指波長為420nm至490nm的藍光，及發射波長在600nm至660nm範圍內的含紅色成分光的光，優選是紅光，尤指在波長為600nm至660nm範圍內有最大強度的紅光。根據本發明，該磷光體是至少一種選自下列之磷光體：矽酸鹽磷光體、SiAlON磷光體、氮化矽磷光體、硫化物磷光體、與石榴石型構造磷光體。
合適的矽酸鹽磷光體包含(Sr,Ca,Ba)2SiO4：Eu等之磷光體；合適的SiAlON磷光體包含Ca-α-SiAlON：Eu等之磷光體；合適的氮化矽磷光體包含(Sr,Ca)AlSiN3：Eu等之磷光體；合適的硫化物磷光體包含CaGa2S4：Eu等之磷光體；及合適的石榴石型構造磷光體包含(Y,Gd)3Al5O12：Ce與Y3Al5O12：Ce等之磷光體。
優選為將對藍光的吸收率為0.3至1.0，尤指0.6至0.9之磷光體用作為該紅光材料。該用作為紅光材料之磷光體的特徵為具有既不太高也不太低的中等藍光吸收率。該中等藍光吸收率大致避免作為光源之藍光LED所發射的藍光大部分被該紅光構件表面層(在藍光入射面上)中的磷光體吸收而僅少量藍光到達該紅光構件內層與背面層 的不合適現象。容易對該紅光構件作出修改使得適當部分之藍光到達該紅光構件內層與背面層。也就是說，在散布於該紅光構件中的全部紅光材料粒子皆貢獻於發光來說，該磷光體很有效率。
可藉由任何眾所周知的方法製備該磷光體。為了混合磷光體與樹脂及將樹脂複合物模塑為紅光構件，該磷光體應為具適當粒徑之微粒形態以防止只有少量藍光被吸收而幾乎都穿過該紅光構件的不合適現象。具體地說，該磷光體微粒之直徑D50優選為至少2μm，較優選為至少5μm，該D50為在粒徑分布中體積累積50%時的直徑。另外，該磷光體微粒之直徑D90優選為最多1,000μm，較優選為50至500μm，該D90為在粒徑分布中體積累積90%時的直徑。若D50小於2μm，對來自藍光LED陣列的激發光而言，散射比例可能過度大於吸收/轉變比例。儘管D50之最大值不必特別限制，然而從其和D90值的關係來看，優選為D50值為最多300μm。而且，若D90值超過1,000μm，在混合步驟中這樣的磷光體微粒可對散佈於樹脂中造成妨礙。
要注意到優選為藉由例如將樣本粒子散佈於氣流中及利用可同時評估粒徑分布的雷射繞射散射法測量直徑而測量該樣本粒子粒徑。
本發明所用之紅光構件係藉由混合磷光體或紅光材料與樹脂及將該樹脂複合物模塑而製造。藉由任一種眾所周知的模塑技術，例如壓縮模塑、擠壓模塑與射出模塑，可 將該樹脂複合物模塑為任何期望形狀，例如粒狀、棒狀、膜狀、或薄板狀，及可模塑為任何期望尺寸，這模塑取決於該紅色燈具的期望應用、形狀和紅光投射模式。
優選該紅光構件包含厚度為至少0.5mm，較優選最多10mm，尤指最多3mm的有效區域。若該有效區域厚度小於0.5mm，可能不足以吸收激發光形態的藍光。若該有效區域厚度超過10mm，可由於該紅光構件內部之紅色成分吸收導致的消失而造成發光下降。該有效區域乃指貢獻於藍光吸收之區域。
將該樹脂與該磷光體以一比例混合，該比例隨該磷光體中的激活劑(典型為Eu或Ce)比例、該紅光構件之形狀、尺寸、與厚度、藍光LED與該紅光構件之關係等而變動。優選該磷光體以1至60重量%，較優選3至40重量%之含量被使用，該重量%係以該樹脂為基準計。儘管取決於該紅光構件尺寸，若該磷光體含量低於該範圍，則藍光LED所發射之藍光可能低吸收，這導致紅光不足。若該磷光體含量超出該範圍，由於該磷光體對該樹脂為過量因而該紅光構件可能強度低。
除了作為發光成分的磷光體之外，還可將不吸收紅色成分光的無機化合物，例如氧化矽、氧化鋁或氧化鈦加入及散布於該樹脂中，以使整體紅光構件有效地提供更均勻的發光。而且，為了增強耐候性，可將該紅光構件表面包覆另一種耐候性比所用之熱塑性樹脂更高的透明材料。
參照圖示來說明根據本發明之紅色燈具的結構。
圖1是本發明之第一具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具1包含大致為半橢球形的主體或反射杯10及配置於主體10內表面與紅色燈具1後端(與紅光投射方向相反)之藍光LED陣列11。藍光LED陣列11包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的三個晶片(發光部件)111。尤其，每一LED陣列之晶片數量沒有特別限制，藍光LED陣列數量也沒有特別限制，在所有以下具體實施方式中均相同。紅色燈具1進一步包含板形紅光構件12，其被配置於紅色燈具1的相對前面(即安裝在主體10內的中間位置)以正對在藍光發射方向上的藍光LED陣列11，及板形保護罩13，其被配置於在紅色燈具1之紅光投射方向上的紅光構件12的更前面(即安裝在主體10內的邊緣)。
藍光LED陣列11發射藍光，該藍光直接進入紅光構件12或在經主體10內表面反射後進入紅光構件12。入射紅光構件12的藍光經紅光構件12中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件12的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具1前方前進或在經主體10內表面反射後向紅色燈具1前方前進。
在所說明的具體實施方式中，製成該紅光構件之樹脂與磷光體的特徵為紅光吸收率低。此外，即使在紅光構件12所發射且朝向主體或反射杯10照射及經主體10反射之紅色成分光再度進入紅光構件12時，仍然有少量紅色成分光被紅光構件12吸收。因此，此具體實施方式的優 點是該紅色成分光有效穿過紅光構件12因而向該紅色燈具前方投射紅光。此具體實施方式對紅色成分光的提取特別有利。
圖2是本發明之第二具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具2包含大致為半橢球形的主體或反射杯20及配置於主體20內表面與紅色燈具2後端(與紅光投射方向相反)之藍光LED陣列21。藍光LED陣列21包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的三個晶片(發光部件)211。紅色燈具2進一步包含半球形或大致為半橢球形的紅光構件22，其被配置於主體20內以正對在藍光發射方向上的藍光LED陣列21及被延伸以侷限藍光LED陣列21所發射之藍光，及板形保護罩23，其被配置於在紅色燈具2之紅光投射方向上的紅光構件22的更前面(即安裝在主體20內的邊緣)。
藍光LED陣列21發射藍光，該藍光進入紅光構件22，在該紅光構件22中藍光經磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件22的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具2前方前進或在經主體20內表面反射後向紅色燈具2前方前進。
在所說明的具體實施方式中，該藍光發光部分類似使用作為光源之傳統白熾燈泡、鹵素燈泡、HID燈或紅光LED的紅色燈具，優點是可適用先前技術紅色燈具之設計而大致不需改變。另外，此具體實施方式之燈具產生比傳統白熾燈泡、鹵素燈泡、HID燈或紅光LED作為光源的 紅色燈具更大效率、更高色純度(或紅色)、與更高強度的紅光。另一優點是比先前技術節省能量。
圖3是本發明之第三具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具3包含大致為半橢球形的主體或反射杯30及配置於主體30內表面與紅色燈具3後端(與紅光投射方向相反)之二個藍光LED陣列31與31。每一藍光LED陣列31包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的三個晶片(發光部件)311。紅色燈具3進一步包含弧形截面的板形紅光構件32，其被配置於紅色燈具3的前面(即安裝在主體10內的邊緣)以正對在藍光發射方向上的藍光LED陣列31，及弧形截面的板形保護罩33，其被配置於在紅色燈具3之紅光投射方向上的紅光構件32的前面且鄰近紅光構件32(即安裝在主體30內的邊緣)。
藍光LED陣列31發射藍光，該藍光直接進入紅光構件32或在經主體30內表面反射後進入紅光構件32。入射紅光構件32的藍光經紅光構件32中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件32的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具3前方前進或在經主體30內表面反射後向紅色燈具3前方前進。
在所說明的具體實施方式中，紅光構件32之截面是弧形的，在紅色燈具3前方任何方向均能有良好能見度。
圖4是本發明之第四具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具4包含平底圓柱形主體或反射杯40及配 置於主體40底部與紅色燈具4後端(與紅光投射方向相反)之藍光LED陣列41。藍光LED陣列41包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的六個晶片(發光部件)411。紅色燈具4進一步包含弧形截面的板形紅光構件42，其被配置於紅色燈具4的相對前面(即安裝在主體40內的中間位置)以正對在藍光發射方向上的藍光LED陣列41，及弧形截面的板形紅色濾光鏡構件43，其被配置於在紅色燈具4之紅光投射方向上的紅光構件42的前面(即安裝在主體40內的邊緣)，使得離開紅光構件42的含紅色成分光的光或紅光和穿過紅光構件42的紅色成分光可通過紅色濾光鏡構件43。
藍光LED陣列41發射藍光，該藍光直接進入紅光構件42或在經主體40內表面反射後進入紅光構件42。入射紅光構件42的藍光經紅光構件42中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件42的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具4前方前進或在經主體40內表面反射後向紅色燈具4前方前進。
在所說明的具體實施方式中，該濾光鏡構件橫跨紅光之光路徑而配置，該濾光鏡構件過濾掉一部分之由該藍光LED陣列所發射且穿過該紅光構件而沒被該磷光體吸收的藍光，以防止藍光順著該紅色燈具之光投射方向前進。該濾光鏡構件被配置於藍光直接從該藍光LED陣列前進到該紅光構件之光路徑以外的位置。
儘管該藍光LED陣列所發射之藍光經該紅光構件轉 變成紅色成分光，然而一部分藍光可穿過該紅光構件而沒轉變。即便如此，由於紅色濾光鏡構件43透射紅光構件42所發射的紅色成分光或穿過紅光構件42的紅色成分光，該具體實施方式可有效防止藍光向紅色燈具4前方投射。因而得到較佳色純度之紅光。該紅色濾光鏡構件可具有保護罩功能。
圖5是本發明之第五具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具5包含大致為半橢球形的主體或反射杯50及配置於主體50接近前緣的內表面(紅色燈具5之紅光投射方向)之藍光LED陣列51。藍光LED陣列51包含能向該燈具後方(與紅光投射方向相反)發射藍光的一個晶片(發光部件)511。紅色燈具5進一步包含大致為半橢球形或帽形的紅光構件52，其被配置於紅色燈具5後端且形狀與主體50內部一致，及弧形截面的板形保護罩53，其被配置於在紅色燈具5之紅光投射方向上的藍光LED陣列51的更前面(即安裝在主體50內的前緣)。
藍光LED陣列51發射藍光，該藍光直接進入紅光構件52或在穿過紅光構件52時經主體50內表面反射後再進入紅光構件52。入射紅光構件52的藍光經紅光構件52中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。所得之含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具5前方前進或在經主體50內表面反射後向紅色燈具5前方前進。在圖5中，箭頭表示某些代表性射線。
在所說明的具體實施方式中，該藍光LED陣列經配設使得順著該藍光LED陣列之發射光軸的藍光行進方向可不同於順著該紅色燈具之投射光軸的紅光行進方向。具體地說在圖5之紅色燈具5中，該順著藍光LED陣列51之發射光軸(以虛線表示)的藍光行進方向被導向後方且比紅色燈具5之投射方向傾斜。紅光構件52被配置於順著藍光LED陣列51之發射光軸的藍光行進方向前面。
圖6是本發明之第六具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具6包含平底圓柱形主體或反射杯60及配置於主體60底部與紅色燈具6後端(與紅光投射方向相反)之藍光LED陣列61。藍光LED陣列61包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的六個晶片(發光部件)611。紅色燈具6進一步包含方塊形紅光構件62，其被安裝在主體60內以正對在藍光發射方向上的藍光LED陣列61且具有用以容納六個晶片611的六個凹部621，及弧形截面的板形保護罩構件63，其被配置於在紅色燈具6之紅光投射方向上的紅光構件62的更前面(即安裝在主體60內的邊緣)。
藍光LED陣列61發射藍光，該藍光大部分直接進入紅光構件62。入射紅光構件62的藍光經紅光構件62中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件62的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具6前方前進或在經主體60內表面反射後向紅色燈具6前方前進。
在所說明的具體實施方式中，紅光構件62是方塊形，藍光LED陣列61之晶片611被配置於紅光構件62之凹部621中，而紅光構件62接收藍光LED陣列61所發射之藍光。少量藍光LED陣列61所發射之藍光進入紅光構件62以外的部分。也就是說，幾乎全部的藍光LED陣列61所發射之藍光都直接進入紅光構件62。方塊形紅光構件62具有足夠的強度以耐破裂或劣化。
圖7是本發明之第七具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具7包含板形主體或反射杯70及配置於主體70內表面與紅色燈具7後端(與紅光投射方向相反)之藍光LED陣列71。藍光LED陣列71包含能向該燈具前方(紅光投射方向)發射藍光的三個晶片(發光部件)711。紅色燈具7進一步包含四個板形紅光構件72，其被配置於晶片711與外晶片711之間及從主體70延伸到紅色燈具7前端且和藍光LED陣列71之發射光軸成平行，及具有中央區域的半球形保護罩73，其被配置於在紅色燈具7之紅光投射方向上的紅光構件72的更前面且被安裝在主體70的邊緣。
藍光LED陣列71發射藍光，該藍光直接進入紅光構件72或在經該燈具內表面(主體70內表面)反射後進入紅光構件72。入射紅光構件72的藍光經紅光構件72中的磷光體吸收藉此轉變成含紅色成分光的光或紅光。離開紅光構件72的含紅色成分光的光或紅光直接向紅色燈具7前方前進或在經紅色燈具7內表面反射後向紅色燈具7 前方前進。
在所說明的具體實施方式中，複數個板形或棒形紅光構件以和藍光LED陣列之發射光軸呈平行地延伸。一部分藍光LED陣列所發射之藍光向紅色燈具前方前進並且其餘部分進入紅光構件，在該紅光構件中藍光轉變成紅色成分光再發射出。由一個紅光構件反射或穿過一個紅光構件的一部分藍光進入另一個紅光構件，在該紅光構件中藍光轉變成紅色成分光再發射出。當期望藍光與紅光之混合光時，此具體實施方式之紅色燈具是合適的。
在任何具體實施方式中，配置保護罩用以進一步改良車輛後方的遙遠位置或紅光投射方向前方的位置之紅光能見度(紅色燈具所投射的前方)，及改良亮度、美觀、與內部保護。該保護罩還可具有透鏡與/或散光器功能且可為紅色、白色或透明的。
可根據下列恰當地選擇向紅色燈具前方投射的紅光強度：晶片(發光部件)數量、藍光LED陣列數量、電流值等。若期望根據該紅色燈具是否用作為尾燈或煞車燈來改變紅光強度，可視情況藉由改變發光的藍光LED陣列數量及電流值來調控光強度。
對藍光LED陣列所發射之光的有效利用率而言，可將反射鏡或反射板配置於該紅色燈具後端與/或側面以正對該藍光LED陣列。而且對效率而言，可配置反射鏡或反射板使得離開紅光構件的紅色成分光可以朝該紅色燈具投射方向前進。
為了改良紅光發射表面之色純度，本發明之紅色燈具可罩上能反射或吸收紅光以外的光及透射紅光之透光罩。這防止一部分之激發光形態的藍光在沒被紅光構件吸收下離開該紅色燈具而使該燈具發射的紅光色彩改變。該透光罩可為用例如能反射或吸收藍光及透射紅光之橙色透明樹脂製成的罩。
該紅色燈具之結構不限於前述具體實施方式，只要該燈具包含藍光LED陣列與紅光構件使得離開該紅光構件之紅色成分光可有效地向該紅色燈具前方投射即可。
儘管先前技術尾燈與煞車燈利用白熾燈泡、鹵素燈泡、HID燈或紅光LED作為光源，且這些燈具被設計為藉由通過散光器或透鏡使來自該光源之光與該反射杯所反射之光的方向改變，或藉由設置不同方向的複數個燈具來增強能見度。然而前面的方法之缺點是在單獨使用該散光器或透鏡時，能見度均勻性的改良有限，而留下明暗相間的觀看方向。後面的方法之缺點是紅光LED數量增加導致耗電量增加。
反之，本發明之紅色燈具由於所產生的光是已經吸收藍光的磷光體粒子所發射的光因而產生非定向性光，即全方向性發光。因此，只要將紅光構件模塑為合適形狀，操作中的紅色燈具就可產生全方向性高能見度的光。也就是說，得到能見度均勻的紅色燈具。該紅色燈具之優點是由於該紅光構件可有效將藍光轉變成紅色成分光因此耗電量比先前技術的少。
而且，由於該紅光構件中的磷光體之中等而非過度高的藍光吸收率，並非全部接近該紅光構件表面的藍光都被吸收，且某些藍光會到達紅光構件內部。這優點使得該紅光構件整體提供實質均勻的發光。這優點使得任何期望形狀的紅光構件整體能夠按照單一光源處理，及使得該紅色燈具能夠設計為使用單一光源的車輛用照明裝置，例如尾燈或煞車燈。
不限於先前技術中使用點光源的設計，可將使用線性光源、表面光源或3D光源的不同類型紅色燈具設計為車輛用照明裝置，例如紅色尾燈或煞車燈。該車輛用照明裝置，例如紅色尾燈或煞車燈，容許較高的設計上之自由度，為採納新的及創新的設計留下空間。
[實施例]
本發明之實施例是以說明的方式而非以限制的方式提出。
實施例1
製造如圖8所示之紅色燈具。圖8是本發明之第八具體實施方式中的紅色燈具之示意圖。紅色燈具8包含矩形截面的有底柱形主體或反射杯80及藍光LED陣列81，其被配置於主體80底部內與紅色燈具8後端(與紅光投射方向相反)且能向紅色燈具8前方(紅光投射方向)發射藍光，與板形紅光構件82，其被配置於紅色燈具8前端 (或安裝在主體80內)以正對來自藍光LED陣列81之藍光發射方向，及板形保護罩(橙色透明樹脂罩)83，其被配置於紅色燈具8之紅光投射方向的更前面且鄰近紅光構件82前表面。該保護罩容許離開紅光構件82的紅色成分光(紅光)與穿過紅光構件82的紅色成分光通過。
藍光LED陣列81發射藍光，該藍光直接進入紅光構件82或在經燈具8內表面(或主體80內表面)反射後進入紅光構件82。入射紅光構件82的藍光經紅光構件82中的磷光體吸收藉此轉變成紅色成分光。離開紅光構件82的紅色成分光直接向紅色燈具8前方前進或在經紅色燈具8內表面反射後向紅色燈具8前方前進。在圖8中，粗箭頭指示某些代表性射線。
配置二個藍光LED陣列，每一藍光LED陣列之功率為1W。藉由混合聚丙烯與5重量%的作為紅光材料的(Sr,Ca)AlSiN3：Eu氮化矽磷光體(粒徑：體積累積直徑D50=15μm與D90=65μm)及將混合物模塑為40mm長×60mm寬×1mm厚的本體而製備該紅光構件。將該紅光構件配置於距離藍光LED陣列前表面20mm處且與藍光LED陣列之光軸成直角(圖8中的虛線)。將由橙色樹脂製得之透明濾光鏡/罩配置於該紅光構件外面。用白色聚乙烯製成燈具主體。
圖9顯示該紅色燈具之發射光譜。觀測該紅色燈具所產生之光的色度、前向及側向亮度、與能見度。該發射光之色度值在C.I.E.色度座標上為x=0.65與y=0.33，這指 出令人滿意的紅色燈具色調。還測量前向及側向亮度。在該紅色燈具之投射光軸為0°的條件下，在0°至70°範圍內測量亮度，表1顯示相對於投射光軸0°之亮度的數值。據發現亮度在前向及側向之間只有小變化，表明該紅色燈具具有令人滿意的廣角能見度。確認在距離該紅色燈具300公尺處的日間與夜間能見度，其結果顯示於表2。前向能見度在任一時區中均是令人滿意的。還觀測在與該紅色燈具之投射光軸呈45°傾斜的方向之能見度，也確認令人滿意的能見度。
實施例2
按實施例1所述地製造紅色燈具，但使用Y3Al5O12：Ce石榴石型構造磷光體(粒徑：體積累積直徑D50=12μm與D90=54μm)作為紅光材料。
圖10顯示該紅色燈具之發射光譜。觀測該紅色燈具所產生之光的色度、前向及側向亮度、與能見度。該發射光之色度值在C.I.E.色度座標上為x=0.66與y=0.33，這指出令人滿意的紅色燈具色調。還測量前向及側向亮度。在該紅色燈具之投射光軸為0°的條件下，在0°至70°範圍內測量亮度，表1顯示相對於投射光軸0°之亮度的數值。據發現亮度在前向及側向之間只有小變化，表明該紅色燈具具有令人滿意的廣角能見度。確認在距離該紅色燈具300公尺處的日間與夜間能見度，其結果顯示於表2。前向能見度在任一時區中均是令人滿意的。還觀測在與該紅 色燈具之投射光軸呈45°傾斜的方向之能見度，也確認令人滿意的能見度。
比較例1
製造如圖11所示之紅色燈具。圖11所示的紅色燈具9不同於圖8所示的燈具之處在於將白光LED陣列91用作為光源，省略紅光構件，將2mm厚紅色透明壓克力樹脂板用作為濾光鏡93。圖11也示出主體或反射杯90。使用二個白光LED陣列(Cree,Inc.的CR-E)，每一白光LED陣列之功率為1W。
觀測該紅色燈具所產生之光的色度、前向及側向亮度、與能見度。該發射光之色度值在C.I.E.色度座標上為x=0.66與y=0.32，這指出令人滿意的紅色燈具色調。還測量前向及側向亮度。在該紅色燈具之投射光軸為0°的條件下，在0°至70°範圍內測量亮度，表1顯示相對於投射光軸0°之亮度的數值。投射光軸之亮度是實施例1的約1.2倍，但投射光軸以外的側向，特別是與投射光軸呈50°或更多傾斜的方向之亮度低。在傾斜方向上幾乎看不見發射光。發光是聚光狀或限於該LED陣列的強烈眩光。確認在距離該紅色燈具300公尺處的日間與夜間能見度，其結果顯示於表2。前向能見度在多雲的日間及晴朗的夜間是令人滿意的，但在陽光充足的日間及下雨的夜間是差的。在任何時區中在與該紅色燈具之投射光軸呈45°傾斜的方向之能見度是差的。
比較例2
製造如圖11所示之紅色燈具。紅色燈具9不同於圖8所示的燈具之處在於將紅光LED陣列91用作為光源，省略紅光構件，將2mm厚無色透明樹脂板用作為保護罩93。使用四個紅光LED陣列(Nichia Corp.的NS6R083T)，每一紅光LED陣列之輸出功率為0.5W。
圖12顯示該紅色燈具之發射光譜。觀測該紅色燈具所產生之光的色度、前向及側向亮度、與能見度。該發射光之色度值在C.I.E.色度座標上為x=0.70與y=0.30，這指出令人滿意的紅色燈具色調。還測量前向及側向亮度。在該紅色燈具之投射光軸為0°的條件下，在0°至70°範圍內測量亮度，表1顯示相對於投射光軸0°之亮度的數值。投射光軸之亮度是實施例1的約2.2倍，但投射光軸以外的側向，特別是與投射光軸呈40°或更多傾斜的方向之亮度低。在傾斜方向上幾乎看不見發射光。發光是聚光狀或限於該LED陣列的強烈眩光。確認在距離該紅色燈具300公尺處的日間與夜間能見度，其結果顯示於表2。前向能見度在陽光充足的日間、多雲的日間及晴朗的夜間是令人滿意的，但在下雨的夜間是差的。在任何時區中在與該紅色燈具之投射光軸呈45°傾斜的方向之能見度是差的。
1‧‧‧紅色燈具
10‧‧‧主體或反射杯
11‧‧‧藍光LED陣列
12‧‧‧紅光構件
13‧‧‧保護罩
111‧‧‧晶片(發光部件)

Claims (11)

  1. 一種紅色燈具，其包含能發射藍光的藍光LED陣列作為光源及用以接收該藍光的紅光構件，該紅光構件包含樹脂與能吸收藍光及發射含紅色成分光的光之磷光體，該磷光體是至少一種選自由下列所組成的組群之磷光體：矽酸鹽磷光體、SiAlON磷光體、氮化矽磷光體、硫化物磷光體、與石榴石型構造磷光體。
  2. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其中該樹脂是熱塑性樹脂。
  3. 如申請專利範圍第2項之紅色燈具，其中該熱塑性樹脂是至少一種選自由下列所組成的組群之樹脂：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS樹脂、與壓克力樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其中該樹脂是熱固性樹脂。
  5. 如申請專利範圍第4項之紅色燈具，其中該熱固性樹脂是至少一種選自由下列所組成的組群之樹脂：酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、與聚氨酯樹脂。
  6. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其中該矽酸鹽磷光體是(Sr,Ca,Ba)2SiO4：Eu，該SiAlON磷光體是Ca-α-SiAlON：Eu，該氮化矽磷光體是(Sr,Ca)AlSiN3：Eu，該硫化物磷光體是CaGa2S4：Eu，與該石榴石型構造磷光體是(Y,Gd)3Al5O12：Ce或Y3Al5O12：Ce。
  7. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其順著光路 徑投射紅光，該紅色燈具進一步包含濾光鏡構件，該濾光鏡構件橫跨該光路徑而配置，用以防止穿過該紅光構件而不被該磷光體吸收之一部分來自該藍光LED陣列的藍光順著該紅色燈具之投射方向前進。
  8. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其順著光軸投射紅光，其中該藍光LED陣列經配置使得順著該藍光LED陣列之發射光軸的藍光行進方向不同於順著該紅色燈具之投射光軸的紅光行進方向，及該紅光構件至少被配置於順著該藍光LED陣列之發射光軸的藍光行進方向前面。
  9. 如申請專利範圍第1項之紅色燈具，其中該紅光構件之有效區域厚度為至少0.5mm。
  10. 一種車輛用照明裝置，其包含如申請專利範圍第1項之紅色燈具。
  11. 如申請專利範圍第10項之車輛用照明裝置，其為紅色尾燈或紅色煞車燈。
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