TWI277711B - Electric lamp - Google Patents

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1277711 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前_、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明關於包含内部配置光源的透光燈容器的一電燈， 該電燈包含在可見光範圍内一波長處顯現一光譜轉 變的一吸光媒體， «亥燈谷裔中至少一部份設置有一干涉膜。 此燈係使用於汽車之應用中，例如作為一操作時發黃光 之（鹵素）車頭燈、作為指示用的一琥珀色光源（也稱為車輛 信號燈）或作為煞車燈中之紅色光源。此電燈也用於一般照 明目的。該電燈尚可使用於交通與方向信號、外形照明、 父通燈號、投射照相與光纖照明中。此燈之替代性具體實 施例包含藉由吸光媒體塗層與干涉膜之適當組合以增加2 溫之電燈。 先前技術 在先前X章開S員中提及之電燈型式係從未公開歐洲專利 申請案EP 00204105.1(PHNL000646)中得知。該習知電燈包 含在可見光範圍内顯現光譜轉變的一吸光媒體，與在該可 見光譜之較大部份具有相對較高反射作用的一無彩色干涉 膜的組合。該習知電燈在透射模式會發射彩色光而在關閉 狀態具有實質上無彩色之外觀。 該習知燈之缺點在於該電燈之發光輸出係相當地低。 發明内容 本發明針對此目的提供克服上述缺點之構件。依據本發 明之目的，如本文章開頭中所提及型式的—電燈，其特徵 1277711 (2)

在於： 在波長範圍為0·95χλβλ$1·2χλΐΓ中，干涉膜之反射R從 0.60$RS0_95 ^:化至 〇.4〇£R$〇.65 ’ 具有之段差 ar介於〇2< ARS0.45之範圍内。 藉由在波長人tr之光墙轉變處附近或其上的區域而減低 干涉膜之反射程度至一（稍）低程度，該電燈之發光輸出將可 改進且實質上在關閉狀態時仍維持該電燈無彩色之外觀。 在該吸光媒體之光譜轉變的可見範圍中之位置界定了該電 燈之光輸出彩色（如對於琥珀色光，4為55〇奈米而對於紅 色光’人“為600奈米）。在波長範圍入$ 内，該吸光媒體吸 收可見光之部份。該干涉膜之反射R在此波長範圍（〇6()$r S 0.9 5對於λ<約Xtr)係相當南。由該吸光媒體透射光之主要 部份將被該干涉膜依該電燈光源之方向反射回去且再通過 遠吸光媒體。該吸光媒體吸收此反射光之部份。未被吸收 之光的剩餘部份將由該吸光媒體吸收或由該干涉膜再度反 射。由光源產生之光因此不只一次通過該吸收層且亦經該 干涉膜數次反射。依此多重吸收與反射程序之結果，該吸 收層之厚度比起包含一吸收膜而無反射率干涉膜之電燈而 言可較薄。 在習知之電燈中，光也在該吸光媒體不再作用之波長範 圍（即在波長範圍λ > λίπ内）被干涉膜反射。在此波長範圍内 ’該吸光媒體不再（實質上）吸收。由於在此波長範圍中光藉 由干涉膜多重反射，部份反射光由於在該電燈内之吸收現象 -6- 1277711

(3) 仍會損耗。例如’光會在基座或燈之其他部份（如該光源）被 吸收/及或損耗。此不符合需求之效應造成習知電燈在光輸 出上之可觀損失。另一缺點在於所發之光不符需求的多重 反射將引致該光源（如燈絲）之多重影像及/或比只包含一吸 收層之燈要高之模糊程度。 依據本發明，該干涉膜之反射程度在吸光媒體作用之波 長範圍處係相當高（對於λ <^tr，〇·6〇ϋ95)，而在吸光媒 體之光譜轉變（附近與）以上區域，即吸光媒體之作用（逐漸） 減低犄，该干涉膜之反射程度係在一（稍）低程度（對於λ〉、 ，0.40^R^0.65)。在高反射與吸光媒體不再作用間之反射程 度段差ΔΙΙ係介於0.2$ΔΚ^〇·45之範圍内。 在吸光媒體光譜轉變以上之波長範圍（λ>λ^)，因為該干 涉膜相當低之反射程度，該干涉膜之反射率會大幅減低。 此外，在較低反射率時反射之有效減低量導致散射作用之 減少。進一步之優勢在於不符需求之吸收現象也在較低程 度。 業已提出在吸光媒體之光譜轉變處施用一具有急劇轉變 (即所謂段差式過濾）之干涉膜。應瞭解該名詞「段差式過濾 」意即其反射光譜在相對較窄之波長範圍（$2〇奈米）中顯^ 一相對急劇的光碏轉變（從R ^100%至。此段差式過 濾之光譜轉變位置對製程之變異非常敏感。微小之變異易 於導致該光譜轉變之偏移，結果該電燈將不再符合正常之 需要。在此-電燈中，Λ亦需要在相關光譜範圍中施用具 1277711

(4) 有相當高反射的一干涉膜，因此需要相對較大數量光學層 之堆疊。將需要如此高之反射值方足以增強比較薄之吸光 媒體之相對較小效果。此外，在此電燈干涉膜中之光學層 必須是至少實質上不吸收以實現該段差式過濾之高反射 值。此設計另外之缺點在於彩色變化是電燈位置與電燈在 關閉狀態之色彩外觀的函數，其係因為在吸光媒體作用時 之光譜部份的「零」反射率（RUO%)。 依據本發明之干涉膜可以具有較少量光學層的一較簡易 過濾器設計而實現。此外，該跳入反射之位置不是極具關 鍵性。 較佳是在波長範圍〇·95 X 1,1 X入“中，反射r從 0.70^R^0.80改變成〇,45SRS〇.55，具有之段差AR介於〇.2$ △RS0.3範圍内。極適用的一干涉膜在吸光媒體作用之波長 範圍内Q<^tr)具有之反射程度約為0.75,而在吸光媒體不再 作用之波長範圍内（X>Xtr)具有之反射程度約為0.5。 為解說本發明之效果，係考慮設置具有多重反射之干涉 膜的不吸收電燈之情況。該發射光之分量為該反射數目之 函數且可以很容易地算出。對於光之m次反射，由該干涉膜 透射之光量T為該干涉膜之反射作用r之程度的函數，可由 下列熟知此項技術者所知之方程式中獲得： T = 1 - Rm+1 表I顯示依據前述方程式在m次反射後所發射光之全部分量 與該干涉膜反射程度之關係。 (5) (5)1277711 表1 功次反射後所發射光之全部分量與該干涉膜反 之函數關係 反射次數 R=0.75 R=0.5 R=0.4 0 0.25 0.50 0.60 1 0.44 0.75 0.84 2 0.58 0.875 0.94 3 0.68 0.94 0.975 4 0.76 0.97 0.99 76%之光離開該電燈，然而對於一具有r=〇.5之干涉膜只有 在人反射日可才有相同值。該差異係有效地運用在本發明 中，即該干涉膜之鏡射效果只出現在該吸光媒體作用之波 長範圍内。 假设電燈某處之吸收A係與一干涉膜組合，則可使用下列 方程式計算該透射光： · 71 = (1 - 乂)(1 -及) 1 一 及(1 一 j)2 假设一 4%之有效吸收與一具有R=〇 75之干涉膜結合，該透 射約為無吸收狀態之78%。降低反射率至r=〇.5〇導致透射 為約89%。依據此模型，發光損失會從2〇%降低約1〇0/〇。 較佳是該干涉膜具有一金屬色、銀色或灰色的外觀。設 置有此一干涉膜的一電燈將非常適用於當作汽車之指示 燈。法令之規定（在熟習此項技術者已知之193丨年C I E·彩 -9- (6) 1277711 色二角中）界定了用於由此類指示燈所發出光彩色點之範 圍。一吸光媒體與一干涉膜的適當組合可應用於該燈容器 之表面使該電燈之外觀改變。此特別可使在關閉狀態之^ 燈的外觀與從操作中電燈所發射光之彩色得以區分p該^ 標特別是要提供在操作中發出某一彩色之電燈（例如所謂 琥珀色或紅色電燈）而在關閉狀態時，該電燈具有至少實質 上為無彩色之外觀。 、 在車輛中非常需要（就美學而言）具有一無彩色外觀的指 不燈或煞車燈。只有在該電燈作用時才顯示需求之彩色， 從該電燈所發之光的彩色點將得以符合法令之規定。再者 ’車輛配備之趨勢在於能將_色指示燈容置於與頭燈相 同之反射器中而非置於分離之反射器中。此外之目標在於 使用車輛中之發光體，係設置有所謂「透明罩蓋」，即一位 :車^之觀察者可直接看到發光體内之該指示燈或煞車 二：安全理由，重要的是除了無彩色之外觀外，此類 才曰不*且在光（意外地）照射至電 包崖上日守係至少能實質上反射 二=^如’如果陽光或由前方通行車所產生之燈光照 上反射時該車頭燈的外觀 應至少貫質上無彩色，或在 汉射日寸该燈應至少實質上不發 騎可能使其他道路用人困惑而引致不安全 及/或不付需求之狀態。 光之電燈的光譜特徵，在反射時與在透射時之 同。在透射時’從該電燈發出之光符合關於彩 色點之法令規定’然而在反射時該電燈係無彩色，該電燈 -10- 1277711

之外觀成為如銀色或灰色。目前本發明特別應用於車辅之 指示燈與煞車燈。 使用包含一吸光媒體與一干涉膜之組合的電燈可達到協 同之效果，提供電燈一無彩色外觀。此外，干涉膜之出現 可增加吸光媒體之穩定性，因為該干涉膜可作為該吸光媒 體的一氧氣障壁。再者，該干涉膜可防止在外界υν光干涉 下该吸光媒體之彩色損失，例如藉由適當地選擇材料、適 當選擇的一能隙（例如二氧化鈦），事實上該干涉膜也可反射 UV光。實驗顯示吸光媒體與干涉膜之組合在該電燈之燈容 器上的附著性，在其使用壽限中係令人滿意且不（或幾乎不） 會改變。在依據本發明之電燈的使用壽限内，所施加之塗 層並未被偵測到可見之脫層。 本申請案中包含一吸光媒體與一干涉膜之組合（使電燈 有一無彩色外觀）的電燈，其進一步優勢在於該吸光媒體之 光譜特徵對於吸光層内之光譜轉變位置之變化較不敏感。 此意味著吸光媒體之光譜特徵對於該吸光媒體之厚度及/ 或濃度之變化較不敏感。 依據本發明一具體實施例之電燈，其特徵在於該燈容器 壁包含该吸光媒體。吸光媒體可易於被納入由例如玻璃（諸 如石英玻璃或硬玻璃）或由透明陶瓷材料製成之燈容器壁 中。在此具體實施例中，該干涉膜最好直接施加於該燈容 裔壁月對光源之一側上。當'吸光媒體係設置於該燈容器壁 與該干涉膜時，從該干涉膜反射之光會通過該吸光媒體二 次，其導致吸收過程進一步有效之改進。此外，在燈容器 -11- 1277711

二側上干涉膜間來回反射的光，在各反射時通過吸光媒體

依據本發明之電燈的一替代性具體實施例，其特徵在於 該吸光媒體包含位於該燈容器與該干涉膜間的一吸光層。 由於該吸光媒體係配置於該燈容器外側與該干涉膜間，由 該干涉膜反射之光會通過該吸光媒體二次，其導致吸收過 程之有效性進一步的改進。此外，在燈容器二側上干涉膜 間來回反射的光，在各反射時通過吸光媒體二次。 =吸光媒體之厚度tabs較佳是在於5奈米^^测奈米 之範圍内。如果該吸光層之厚度小於5奈米"及收作用將 很難發生而預期之色溫偏移將不足以達成。如果該吸光 層之厚度超過5微米，將吸收太多光而不利地影響該電燈 之發光輸出。需求層之厚度也與吸光塗層内之顏料濃度 該電燈-較佳具體實施例之特徵在於吸光媒體具有一

色或、，工色透射。操作時發射號抬色光之電燈特別可適 作為於車㈣的-指示燈。操作時發射紅色光之電燈特 可適用作為於車輛内的一煞車燈。 依據本發明，吸光層之選擇係受限於必須符合該吸光 =!光嫩的陡崎度之需求。吸光層之選擇㈣ ;及光媒體須符合之熱要求。 在使用壽限中之耐久性盘對，匕吸光们 性。 f 一對该燈谷裔之溫度改變的抵4 較佳是該吸光媒體具有一 琥雖色透射 一特別適用之吸 -12- (10) 1277711

組合物的組成族中選出的一材料。 較佳是該干涉膜係五氧化二銳/二氧化石夕類型之膜、五氧 化二氧切類型之膜、二氧化欽e氧切、二氧化錯 氧化石夕類型之膜或上述之混合物，以及較佳是包含至少 5層且至多約25層。因為相對較小層數之結果，此一干涉膜 之製造成本係相對較低。 α亥電燈之光源在例如含_素氣體中時可為—白熾發光體 :可游離氣體(具有金屬鹵化物之鈍性氣體，例如可能具 ，汞作為緩衝氣體)中時可為—f極對。該光源可被圍置ς 最内部的氣密殼體内。另一可能的選擇是由最外側之殼體 圍置該燈容器。 該干涉膜與該吸光層可藉著例如汽相沉積（物理汽相沉 積），或藉著（直流）(反應性）濺鍍，或藉著—浸泡塗佈，或 噴錄製程或藉著LP.CVD(低壓化學汽相沉積）' PE_CVD(電 装增強C VD)或PI_CVD(電渡脈衝化學汽相沉積）之f知方法 提供。該吸光層最好是藉由噴鍍施加於該燈容器之外壁。如 該吸光媒體形成該燈容器壁之部份，則此媒體大體上係在 製造燈容器之過程中設置。 頃發現依據本發明之電燈的吸光媒體與干涉膜之組合， 實質上可在該電燈之使用壽限全程中維持其原始之性質。 芩考下文中詳細說明的具體實施例即可明白本發明的這 些及其他觀點。 實施方式 圖1A係依據本發明之電燈的一具體實施例的剖面圖。該 -14- 1277711 (13)

表II 匹配琥珀色光吸收光媒體之光譜轉變的一光學 干涉膜之設計^___ — 層數 層材料 折射率 厚度（奈米） 1 二氧化矽 1.462 245.2 2 二氧化錯 2.066 128.3 3 二氧化矽 1.462 139.1 4 二氧化鍅 2.066 78.7 5 二氧化矽 1.462 132.5 6 二氧化鍅 2.066 36.5 7 二氧化矽 1.462 109.9 8 二氧化鍅 2.066 91.3 9 二氧化矽 1.462 102.4 10 二氧化錘 2.066 47.01 11 二氧化矽 1.462 68.2 12 一氧化錄 2.066 54.5 13 二氧化矽 1.462 95.6 14 二氧化鍅 2.066 34.1 15 二氧化矽 1.462 106.2 16 二氧化錯 2.066 37.7 17 二氧化矽 1.462 116.2 18 一氧化錯 2.066 23.5 基板 玻璃 1.521

圖2A顯示所計算出反射光譜（R)與匹配琥珀色光吸光媒 體=光4㈣的二氧化錯/二氧化石夕干涉膜之波長（λ以奈米 為早位）的關係圖。該干涉膜之設計係依據表II。從圖2Α可 -17- 1277711

(14) 見在波長範圍由400奈米直到將近550奈米（即琥拍色光吸 光媒體作用之範圍），該干涉膜之反射將近〇.75，然而在將 近550奈米以上（可見光）波長範圍（即琥珀色光吸光媒體不 再作用之範圍），該干涉膜之反射係將近⑴”“尺三〇.25)。

圖2 A中例示之干涉膜係具有一灰色外觀而接近無彩色， 該彩色座標為x=0.2770、尸〇,32〇3與ζ=〇·4〇27，然而白點 (用於D65 明器）之彩色座標係χ=〇·3127、與 ㈣·3582。圖2A中例示的-干涉膜㈣_減低之㈣㈣ ，而在將近550奈米範圍（吸光媒體不再作用之範圍）以上之 發光損失係減低將近5 〇 %。 在-替代性具體實施例中，該干涉膜經設計以匹配紅色光 吸光層之需求光譜錢（紅色光之光譜轉變奈該 過滤器具有一包含如表m中之19層二氧化結/二氧化石； 表III一匹配紅色光吸收光媒體之光譜轉變的—光學干涉

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:2B顯示計算出之反射光譜⑻與四配紅色光吸光媒體 的4化#/二氧切干涉膜之波長㈣奈米為 早、關係圖。*亥干涉膜之設計係依據表III。從圖2B中可 見在波長範圍由400奈米直到將近6⑽奈米（即紅色光吸光 媒體作用之範圍），該干涉膜之反射將収75，然而在將近 600奈―米w上（可見光）波長範圍（即紅色光吸光媒體不再作 用之範圍），該干涉膜之反射係將近〇 5()(aRU5)。 ▲圖2財例示之干涉膜係具有—灰色外觀而接近無彩色， 該彩色座標為X=〇.2968、y=0.3305與z=〇 3726，然而白點 (用於D65照明器）之彩色座標係χ=〇 3127、产〇 MW與 ㈣.3582。圖2B_例示的干涉膜顯現一減低之散射程度， -19- (17) (17)

電流導體 干涉膜 吸光媒體 燈蓋 燈容器 光源 電流導體 外部燈泡 干涉膜 吸光媒體 燈蓋

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Claims (1)

1. I2777ife2103414號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年9月） 拾、申請專利範圍 錄 1 · 一種包含内置一光源（2 ; 12)的一透光燈容器（1 ; 11)的 電燈，其中 該電燈包含在可見光範圍的一波長^處呈現一光譜 轉變的一吸光媒體（6; 16)， 該燈容器（1 ; 11)中至少一部份設置有一干涉膜（5 ; 15) ，其特徵為在一波長範圍〇·95χλβλ$1·2χλ^處，該干 涉膜（5 ; 15)之反射 R從 0.60SRS0.95 改變至 0.40SRS0.65 ，具有的一段差AR為0.2SARS0.45之範圍内， 該干涉膜（5 ; 1 5)之反射在λ< 0.95χλίλ<以下之可見光範 圍係大致為固定不變的，及 遠干涉膜（5 ; 15)之反射在λ> 1·2χλ&以上之可見光範 圍係大致為固定不變的。 2·如申請專利範圍第1項之電燈，其中在一波長範圍〇 95 χ XuASi · 1 X 處，該反射R從〇 7〇$Rs〇 80改變至 0.45SRS0.55，具有的一段差為〇.2sARs〇 3之範圍内 〇 3·如申請專利範圍第1或2項之電燈，其中該燈容器（1)之一 壁包含該吸光媒體。 4.如申明專利範圍第1或2項之電燈，其中該吸光媒體（6 ; 16)包含位於該燈容器（n)與該干涉膜（15)間的一吸光塗 層。 5·如申請專利範圍第4項之電燈，其中該吸光層的一厚度 tabs為5奈米^咖“微米之範圍内。 83556-950922.doc 1277711

   6. 7. 8· 9. 10. 11. 12. 如申凊專利範圍第1或2項之電燈，其中該電燈在操作中 發射彩色光，且在該關閉狀態時具有一至少實質上無彩 色之外觀。 如申請專利範圍第丨或2項之電燈，其中該吸光媒體（6; 16)包3 號轴色或一紅色透射。 如申明專利範圍第7項之電燈，其中具有一琥珀色透射 之/及光媒體（6 , 16)係鉻莫妥（chr〇m〇phtai)黃，化學式 為 C22H6C18N4〇2 而 C.I·為 56280，

   或在於具有一琥珀色透射之該吸光媒體（6; 16)係黃蔥 酉昆’化學式C37H2〗N504而C.I.為60645。 如申請專利範圍第7項之電燈，其中具有一紅色透射之 該吸光媒體（6 ; 16)係鉻莫妥（chr〇m〇phtai)紅，化學式 C28H16N204 而 C.I.為 65300 〇 如申請專利範圍第項之電燈，其中該干涉膜（5; ! 包含數層，其包含具有-相對較低折射率材料的一第. 層與具有一相對較高折射率材料的一第二層，該等第. 與弟一層較佳地是交替地堆疊。

   如申請專利範圍第1〇項之電燈’其中該干涉膜⑺之該彳 -層主要包含矽氧化物，且在於該第二層主要包含以 射率比矽氧化物之折射率較高之一材料。 、 如申請專利範圍第n項之電燈…該干涉膜(5; L ，該第二層包含從鈦氧化物、鈕氧化物、銼氧化物、^ 氧化物、給氧化物、魏化物與該等材料之組合所 之族中選出的一材料。 、； 83556-950922.doc -2-