CN101073138A - 具有光学干涉薄膜的电灯 - Google Patents

Abstract

一种电灯，具有以气密方式包围透光内灯管(2)的外灯壳(1)。光源(3)放置在内灯管中。光学干涉薄膜(4)提供在外灯壳的内表面的至少一部分上或内灯管的外表面的至少一部分上。光学干涉薄膜包括多个交替的高、低折射率层，高折射率层的材料基本包括氧化锆。优选地，内灯管体积V_ilv和外灯壳(1)体积V_ole的比率是：V_ilv/V_ole≤0.5，优选地，V_ilv/V_ole≤0.25。

Description

具有光学干涉薄膜的电灯

本发明涉及一种电灯，它包括以气密方式包围内灯管的外壳，并包括光学干涉薄膜。

更具体而言这种电灯是包括放置在内灯管中的白炽灯光源的卤素灯，该内灯管密封在外壳中。此外，该电灯还可以是放电灯，工作时，电弧放电用作光源。例如这种电灯用在汽车应用中，例如用作工作时发射黄光的(卤素或放电)照明灯、用作指示灯(也称为“汽车信号灯”)中的琥珀色光源或用作刹车灯中的红色光源。所述电灯还用在交通和指示标志、回转照明、交通灯、投影照明和光导纤维照明中。这种电灯的备选实施例包括这样的灯，其中通过合适的光学干涉薄膜，色温被改变和/或在灯管中包含红外辐射。首段中提及的这类电灯还可用于普通照明目的，例如车间照明，家用照明、塑形照明、局部照明、剧院照明、光导纤维应用、以及投影***。

光学干涉薄膜反射源自电磁波谱的不同部分的辐射和/或允许源自电磁波谱的不同部分的辐射经过，例如源自电磁波谱的不同部分的辐射是紫外、可见和/或红外光。这种光学干涉薄膜一般以电灯(灯管)和/或反射器上的涂层提供。

光学干涉薄膜一般用于红外反射(节省能量)、彩色校正、UV阻隔、日光型镀膜、部分涂层、后视镜涂层等。此外，干涉滤波器一般布置在灯管的外表面上。因为大多数灯的工作条件导致外壳的温度很高(一般范围为400摄氏度到大约1000摄氏度)，这种干涉涂层的热稳定性要好。因此，这种干涉滤波器一般包括作为低折射率材料的氧化硅(SiO₂)和呈现较高折射率的金属氧化物的叠层。使用的已知金属氧化物是：氧化钛(TiO₂)、氧化铌(Nb₂O₅)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化锆(ZrO₂)及它们的混合物。材料的确切选择取决于衬底的热负荷。

可以以常规方式提供光学干涉薄膜，例如，通过气相淀积(PVD：物理气相淀积)或(反应)溅射或浸渍敷层或喷镀工艺、或LP-CVD(低压化学气相淀积)、PE-CVD(等离子增强CVD)或PI-CVD(等离子脉冲化学气相淀积)。

包含光学干涉薄膜的电灯从US-A 4 017 758获知。已知的电灯包括硬质玻璃外灯壳，它以气密的方式包围着透光的石英玻璃内灯管。白炽灯光源放置在内灯管中。光学干涉薄膜传输可见光和反射红外辐射，并由光学干涉薄膜和布置在外灯壳的内表面上的高掺杂金属氧化物薄膜组成。

已知电灯的一个缺点是发生光学干涉薄膜的退化；特别是光学干涉薄膜布置在外灯壳中的内灯管上时。

本发明的目的是提供一种电灯，其中可以消除所述缺点。为此目的，根据本发明在首段中提及的这类电灯包括：

-外灯壳，以气密的方式包围着透光的内灯管，

-放置在内灯管中的光源，

-光学干涉薄膜，提供在外灯壳的内表面的至少一部分上或内灯管的外表面的至少一部分上，

-光学干涉薄膜包括多个交替的高、低折射率层，

-高折射率层材料基本包含氧化锆。

在本发明的说明书和权利要求书中，名称“气密”用来指没有氧气(意欲)被添加到外壳中的密闭空间的条件。实际在所有的应用中，已知电灯的光学干涉薄膜直接与空气接触或至少与空气间接接触。如果光学干涉薄膜布置在气密电灯(例如，密封的PAR反射器)中，已知添加(微弱的)氧化气体到其中布置有光学干涉薄膜的气密电灯中，以减小光学干涉薄膜的退化。而且，这种氧化导致填充气体中部分氧压的降低，使得氧化对光学干涉薄膜退化的影响最小化。

令人惊讶的是，在电灯的工作条件下，基于氧化锆的光学干涉薄膜在使用寿命期间保持稳定，其中电灯具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳。已知当电灯工作时光学干涉薄膜倾向于退化。特别是，在室温到至少1000摄氏度之间的热循环期间或之后，已知的光学干涉薄膜的光学和机械稳定性表现显著的退化。甚至已知的和广泛使用的氧化钽(Ta₂O₅)在应用到具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳的电灯中的光学干涉薄膜中时也表现出退化。

不指望得到任何特殊理论支持，本发明人相信在电灯的工作期间，从烧热的外壳中释放氢：在高温热稳定的其他层材料，包括氧化钽(Ta₂O₅)，它们与氢反应并退化，但氧化锆(ZrO₂)保持稳定。此外，从玻璃壁释放的氢将被添加在气体氛围中的氧所氧化。一旦密闭空间中的氧被消耗，氢将开始腐蚀包括氧化钽的光学干涉薄膜，但氧化锆例外。

已知的是，当光学干涉薄膜布置在气密电灯中时，电灯的体积必须足够大以减小退化的影响。然而，当使用氧化锆时，体积比率可以比现有技术中已知的比率小很多。因此，根据本发明的电灯的一个优选实施例的特征在于内灯管的体积V_ilv和外灯壳的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ilv}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.5$

优选地，内灯管的体积V_ilv和外灯壳的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ilv}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.25$

换句话说，既便体积比率灯头/外壳小于1∶4，但具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳的电灯中的氧化锆的退化减小。

优选地，光学干涉薄膜放置在内灯管的外表面的至少一部分上。当包含氧化锆作为高折射率层的光学干涉薄膜布置在内灯管的外表面上时，在室温和至少1000摄氏度温度之间的热循环期间或之后，光学干涉薄膜呈现很小的退化或没有退化。

参考此后描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见，并将得到阐述。

附图中：

图1是根据本发明电灯的实施例的剖面图。

该图仅仅是示意性的，没有按比例画出。为清楚起见，一些尺寸明显夸大。图中，如有可能，相似的附图标记指示相似的部分。

图1是根据本发明电灯的实施例的剖面图。电灯包括外灯壳1，它以气密的方式包围着透光的内灯管2。气密意味着在工作条件下电灯的工作期间，没有与空气的开放连接，也没有任何氧将被加入到气体氛围中以维持外灯壳内的相当大的氧分压。例如外灯壳1由硬质玻璃或石英玻璃制成。例如内灯管2由硬质玻璃、石英玻璃或多晶氧化铝(PVA)制成。光源3放置在内灯管2中。在图1的实例中，光源3是(螺旋状)钨白炽灯。备选实施例中，两个电极放置在灯管中，工作时两电极间维持电弧放电。图1的实例中，内灯管2称为双端灯管，具有第一和第二端部6和7，它们放置在内灯管2的相对端。与光源3电连接的电流源导线8、9是通过第一和第二端部6、7中的钼箔从内灯管2引出。图1中的内灯管2以这样的方式放置在外灯壳1中：获得具有另一个单端部17的单端电灯。另外，与各个电流源导线8、9电连接的电流源导线18、19从外灯壳1引出，通过另一个端部17中的钼箔到达外部。优选地，另外的电流源导线18、19通过氧化步骤脱碳，减小了这些连接线的碳污染程度。优选地，氧化锆在没有碳的气体条件下使用。在环绕内灯管2的气密空间中可以存在吸气剂20。

图1的实例中，在内灯管2的外表面的至少一部分上提供光学干涉薄膜4。在根据本发明的电灯的备选实施例中，光学干涉薄膜放置在外灯壳的一个内表面上。光学干涉薄膜4包括多个交替的高、低折射率层，高折射率层的材料基本包括氧化锆(ZrO₂)。优选地，低折射率层材料基本包括氧化硅(SiO₂)。

以氧化锆作为高折射率层的光学干涉薄膜在具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳的电灯的工作条件下的使用期限保持稳定。看上去氧化锆是适用于光学干涉薄膜的唯一合适材料，该氧化锆在这种电灯中的工作条件下的退化在热学和化学上是惰性的。已知的是，光学干涉薄膜，特别是高折射率材料层在电灯工作时倾向于退化。尤其是，在室温和至少1000摄氏度温度之间的热循环期间或之后，已知的光学干涉薄膜的光学和机械稳定性表现出显著的退化。甚至是众所周知的且广泛使用的氧化钽在用于具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳的电灯中的光学干涉薄膜时也表现出退化。

当光学干涉薄膜布置在气密电灯中(例如，密封的PAR反射器中)时，如果电灯的体积足够大，退化效应可以降低。然而，当使用氧化锆时，体积比率可以比现有技术已知的比率小很多。优选地，内灯管的体积V_ilv和外灯壳的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ilv}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.5$

优选地，内灯管的体积V_ilv和外灯壳的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ilv}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.25$

换句话说，既便体积比率灯头/外壳小于1∶4，但具有以气密方式包围透光内灯管的外灯壳的电灯中的氧化锆的退化仍减小。一个很合适的体积比率大约为0.18。

优选地，光学干涉薄膜4放置在内灯管(2)的外表面的至少一部分上(见图2)。当包含氧化锆作为高折射率层的光学干涉薄膜布置在内灯管的外表面上时，在室温和至少1000摄氏度温度之间的热循环期间或之后光学干涉薄膜表现出很小的退化或没有退化。根据本发明电灯的一个优选实施例的特征在于光学干涉薄膜4传输可见辐射、反射红外辐射，或光学干涉薄膜改变电灯的色温。优选地，工作时光源3包括至少一个白炽灯体或放电灯的电弧。优选地所述电灯包括卤素灯。

应该注意，上述实施例阐述而非限制本发明，本领域的技术人员在不偏离所附权利要求书范围的情况下可以设计出很多备选实施例。在各权利要求中，圆括号内的附图标记不应被理解成是对该权利要求的限制。动词“包括”及其变化形式的使用并未将那些在权利要求中未提及的单元或步骤排除在外。单元之前所用的不定冠词“一个”并未将多个单元排除在外。本发明可以借助包含若干独立单元的硬件和适于编程的计算机实现。在枚举若干装置的设备权利要求中，装置可由硬件的一个和同一单元实现。在互不相同的从属权利要求中记载的某些技术措施并不意味着这些技术措施的组合就不具有优越性。

Claims (8)

1.  一种电灯，包括：

-外灯壳(1)，以气密的方式包围着透光的内灯管(2)，

-放置在内灯管(2)中的光源(3)，

-光学干涉薄膜(4)，提供在外灯壳(1)的内表面的至少一部分上或内灯管(2)的外表面的至少一部分上，

-光学干涉薄膜(4)包括多个交替的高、低折射率层，

-高折射率层材料基本包含氧化锆。

2.如权利要求1所述的电灯，其特征在于内灯管(2)的体积V_ilv和外灯壳(1)的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ilv}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.5$

3.如权利要求2所述的电灯，其特征在于内灯管(2)的体积V_ilv和外灯壳(1)的体积V_ole的比率是：

$\frac{V_{\mathrm{ile}}}{V_{\mathrm{ole}}}\≤0.25$

4.如权利要求1或2所述的电灯，其特征在于光学干涉薄膜(4)放置在内灯管(1)的外表面的至少一部分上。

5.如权利要求1或2所述的电灯，其特征在于低折射率层材料基本包括氧化硅。

6.如权利要求1或2所述的电灯，其特征在于光学干涉薄膜(4)传输可见辐射和反射红外辐射，或光学干涉薄膜(4)改变电灯的色温。

7.如权利要求1或2所述的电灯，其特征在于在工作中光源(3)包括至少一个白炽灯体或放电灯的电弧。

8.如权利要求1或2所述的电灯，其特征在于电灯包括卤素灯。

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