DE3334962A1

DE3334962A1 - Gluehlampe

Info

Publication number: DE3334962A1
Application number: DE19833334962
Authority: DE
Inventors: Akira Kawakatsu; Fumio Yokohama Yamamoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-28
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1984-03-29
Also published as: CA1202359A; GB2128805B; JPS5958753A; JPH0526299B2; NL8303292A; NL186124B; NL186124C; GB8325874D0; AU549095B2; GB2128805A; US4524410A; AU1928783A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vo^r dem Europaischen Patenta^v.

Dr. phi! G Ver\ke\ Mo'icner· Dipl -Ing j Pfenn-ng. Bt'ι·η Dr rer nat L FeüeOv^Cien Dip!-ing Vv' Hanze! K^.Tichen Dipl -Phys K H M&r-g SW Dr Ing A. Bute^schon Be'iin

Mohlstraße 37
D-8000 München SC

Tel-089/982085-87 Telex 0529802 ·~ά· ζ Telegramme e'-DSO^c

CSI-58P852-3

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki-shi, Japan

Glühlampe

Die Erfindung betrifft eine Glühlampe, bei der auf der Außen- und/oder Innenwandfläche des jeweiligen Lampenkolbens ein durchsichtiger Metalloxidfilm vorgesehen ist. Dieser verleiht der Glühlampe verbesserte optische Eigenschaften und löst sich von der Kolbenober-

1-5 fläche nicht ab.

Es gibt Glühlampen, bei denen auf der Außenwandflache des Lampenkolbens zum Schutz des Kolbens und zur Reflexion von Infrarotstrahlung ein durchsichtiger Metalloxidfilm ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des Films und den Ausstoß und die Kosten dieser Glühlampen erzeugt man einen derartigen Metalloxidfilm in der Regel dadurch, daß man auf die Außenwandfläche eines Kolbens eine organische Metallverbindung appliziert und danach das Ganze bei hoher Temperatur brennt, um die betreffende Verbindung zu zersetzen und um den Film in einen dünnen Metalloxidfilm umzuwandeln.

30 Wenn eine solche Glühlampe oftmals an- und abgeschaltet wird, kommt es zu einer Trennung bzw. Ablösung des Metalloxidfilms (von der Kolbenoberfläche). Eine Filmablösung tritt insbesondere bei mehrlagigen Filmen, z.B. bei einem Infrarot-Reflexionsfilm, auf.

-Ι-

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Glühlampe mit einem durchsichtigen Metalloxidfilm (der Lampenkolbenober fläche) zu entwickeln, deren Metalloxidfilm verbesserte optische Eigenschaften und eine hervorragende Haftungsfestigkeit aufweist und nicht zur Ablösung von der Lampenkolbenoberfläche neigt.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Glühlampe mit einem Glaskolben mit eingebauter Wendel und einem auf mindestens einer Lampenkolbenoberflache ausgebildeten durchsichtigen Film aus einem Material mit einem Gehalt an einem nicht-kristallinen Metalloxid.

Vorzugsweise enthält der durchsichtige Film etwa 50 % oder mehr nicht-kristallines Titandioxid.

Der durchsichtige Film kann derart aufgebaut sein, daß sich - aufeinanderliegend - eine Metalloxidschicht hohen Reflexionsvermögens und eine Metalloxidschicht niedrigen Reflexionsvermögens abwechseln.

Vorzugsweise besteht der durchsichtige Film aus einer ersten Schicht mit etwa 50 % oder mehr nicht-kristallinem Titandioxid, einer auf der ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht aus nicht-kristallinem Siliziumdioxid und einer auf der zweiten Schicht ausgebildeten dritten Schicht mit etwa 50 % oder mehr nichtkristallinem Titandioxid.

Das Titandioxid der ersten und dritten Schicht besitzt ein hohes Reflexionsvermögen, das Siliziumdioxid der zweiten Schicht zeigt ein niedriges Reflexionsvermögen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

1 Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glühlampe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform

einer Glühlampe gemäß der Erfindung vorgesehenen Infrarot-Reflexionsfilm und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, aus der die Be-Ziehung zwischen dem Verhältnis des kristalli

nen Anteils und des nicht-kristallinen Anteils von Titandioxid und der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich hervorgeht.

Die in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemäß ausgestaltete Halogenlampe enthält einen röhrenförmigen Kolben 1 aus Quarzglas. Auf der Außenwandfläche des Kolbens 1 ist ein als Infrarot-Reflexionsfilm dienender Metalloxidfilm 2 vorgesehen. Die beiden Enden des Kolbens 1 sind mit Dichtungsteilen 3 hermetisch verschlossen. In die betreffenden Dichtungsteile 3 sind plattenförmige Anschlüsse 4 aus Molybdän eingebettet. An die plattenförmigen Anschlüsse 4 sind sich in das Innere des Kolbens 1 erstreckende Zuleitungen angeschlossen. Mit

25 den Zuleitungen 5 ist eine Wolframwendel 6 verbunden.

Die Wolframwendel 6 wird im Inneren des Kolbens 1 durch Verankerungen 7 gehalten. An die plattenförmigen Anschlüsse 4 sind (auf der anderen Seite) Sockelteile 8 angeschlossen. Im Kolben 1 ist zusammen mit einem Inert-

30 gas, wie Argon, ein bestimmtes Halogen eingeschlossen.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Infrarot-Reflexionsfilm 2 aus einer Titandioxid(TiO₂)-Schicht 21, einer Siliziumdioxid (SiO₂)-Schicht 22 und einer weiteren Titandioxid(TiO₂)-Schicht 21 besteht. Die verschiedenen

Schichten sind auf der Außenwandfläche des Kolbens 1

in der angegebenen Reihenfolge angeordnet. Die Schichten 21 und 22 enthalten nicht-kristallines TiO₂ bzw.

Die Schichten 21 und 22 des Infrarot-Reflexionsfilms 2 besitzen eine derart große mechanische Festigkeit, daß es kaum zu einer Trennung dieser Schichten bzw. des Films 2 vom Glaskolben 1 kommt. Der Film 1 besitzt eine hervorragende Durchlässigkeit für Licht aus dem sichtbaren Bereich.

Im folgenden, wird ein Verfahren zur Herstellung des Infrarot-Reflexionsfilms 2 erläutert.

Zunächst wird so viel einer Tetraisopropyltitanat als Hauptbestandteil enthaltenden Titanverbindung in einem einen Essigsäureester als Hauptbestandteil enthaltenden organischen Lösungsmittel gelöst, daß eine Lösung mit einem Titangehalt von 2-10 Gew.-% und einer Viskosität von etwa 1,0 mPas erhalten wird. In die erhaltene Lösung wird dann eine mit Ethanol gesäuberte Halogenlampe bis zu ihrem Sockelteil eingetaucht. Danach wird die Lampe mit einer Geschwindigkeit von

25 30 cm/min aus der Lösung in eine bei konstanter Temperatur und Feuchtigkeit gehaltene Atmosphäre ausgetragen. Schließlich wird die Lampe unter gegebenen Bedingungen gebrannt, um die aufgetragene Titanverbindung in Titandioxid umzuwandeln und eine Titan-

30 dioxidschicht 21 auszubilden.

Danach wird so viel einer Ethylsilikat _als Hauptbestandteil enthaltenden Siliziumverbindung in einem einen Essigsäureester als Hauptbestandteil enthaltenden organisehen Lösungsmittel gelöst, daß eine Lösung eines Si-

liziumgehalts von 2-10 Gew.-% und einer Viskosität von etwa 1,0 mPas erhalten wird. In die erhaltene Lösung wird nun die mit einem Titandioxidfilm 21 versehene Halogenlampe getaucht und dann in der geschilderten Weise mit einer Geschwindigkeit von 35 cm/min aus der Lösung herausgezogen. Bei 30-minütigem Brennen der Glühlampe an Luft bei 500⁰C bildet sich eine Siliziumdioxidschicht 22.

10 Schließlich wird auf der Siliziumdioxidschicht 22 in der für die Herstellung der ersten Schicht 21 geschilderten Weise eine weitere Titandioxidschicht 21 hergestellt.

Lampen mit unterschiedlichen mehrlagigen Filmen erhält man durch Ändern der Zusammensetzung der Lösungen der Titan- und Siliziumverbindungen, der Brennbedingungen und dergleichen.

Eine Prüfung der optischen Eigenschaften der gebildeten Filme ergab, daß diese in hohem Maße von den kristallographischen Eigenschaften der Titandioxidfilme 21 abhängen.

Wird ein Titandioxidfilm bei einer Temperatur von 500°C oder darunter wärmebehandelt, tritt im Röntgenstrahlenbeugungsspetrum des Films kein Peak auf, was darauf hindeutet, daß der Titandioxidfilm praktisch nichtkristallin ist. Kristalline Titandioxidfilme in

30 Anatas- oder Rutilform bilden sich bei Änderung der Zusammensetzung der Lösungen, der Brennatmosphäre und der Brenntemperatur.

Das Reflexionsvermögen des nicht-kristallinen Titan-35 dioxids im Infrarotbereich weicht nicht stark vom Reflexionsvermögen von kristallinem Titandioxid, d.h. Anatas und Rutil, ab. Ein nicht-kristalliner Titan-

dioxidfilm besitzt eine hohe Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich sowie eine hervorragende Haftungsfestigkeit und mechanische Festigkeit. Folglich eignet er sich als Infrarot-Reflexionsfilm. 5

Bei einer Reihe von einschlägigen Versuchen zeigte es sich, daß aus einer Lösung einer Titanverbindung hergestellter Rutil und Anatas von körniger Struktur sind und sich leicht ablösen, so daß sie lediglich von begrenzter Durchlässigkeit sind. Im Gegensatz dazu zeigt nicht-kristallines Titandioxid (nur) eine geringe Streuung im Reflexionsvermögen vom sichtbaren Bereich zum Infrarotbereich. Folglich verursacht das nicht-kristalline Titandioxid eine geringfügige Ver-

15 ringerung der Durchlässigkeit infolge Interferenz

im sichtbaren Bereich. Somit dürfte nicht-kristallines Titandioxid im Vergleich zu Rutil und Anatas eine höhere Durchlässigkeit im gesamten sichtbaren Bereich besitzen.

Aufgrund verschiedener Untersuchungen wurde gefunden, daß die Kristallform von Titandioxid, abgesehen von der Zusammensetzung der Lösung, der Brennatmosphäre und dergleichen, auch von der Brenntemperatur abhängt.

Wenn die Brenndauer kurz gehalten wird, ist das gebildete Titandioxid nicht-kristallin. Wenn die Brenntemperatur hoch ist, erhöht sich der Anteil an Anatas- oder Rutilkristallen im Laufe der Zeit. Nach einer gegebenen Zeit wird jedoch eine Sättigung an Anatas- oder Rutilkristallen erreicht. Die Fig. 3 zeigt die

Beziehung zwischen dem Verhältnis von Anatas-Kristallen im Film (als Funktion der Zeit) und der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich. In Fig. 3 sind das Anatas-Peakintensitätsverhältnis auf der Abszisse und 35 die prozentuale maximale Durchlässigkeit im sichtba-

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ren Bereich auf der Ordinate aufgetragen. Aus dieser

graphischen Darstellung geht hervor, daß die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich bei nicht-kristallinem Titandioxid und auch bei teilweise Anatas-Kristalle enthal-5 tendem, nicht-kristallinem Titandioxid hervorragend ist. Wenn jedoch das Anatas-Peakintensitätsverhältnis etwa 0_f8 (entsprechend einem Anatasgehalt von etwa 50 Gew.-%) übersteigt, verschlechtert sich die Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich abrupt.
10

Unter verschiedenen Bedingungen hergestellte Infrarot-Reflexions filme werden einer Röntgenstrahlenbeugungsanalyse unterworfen, um die Titandioxidkristalle zu analysieren. Ferner werden die Filme visuell auf unregelmäßige Färbung, auf ihre Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich, auf ihr Reflexionsvermögen im Infrarotbereich/ auf ihre Haftfestigkeit, ihre mechanische Festigkeit und ihre Chemikalienbeständigkeit hin untersucht. Die Durchlässigkeit im sichtba-

20 ren Bereich ändert sich entsprechend der Dicke und des Reflexionsvermögens des Films. Die Dicke bzw. Stärke der Schichten 21 und 22 wird derart eingestellt, daß die Wellenlänge der maximalen Durchlässigkeit des Films 550 nm beträgt. Die mechanische Festigkeit jedes

25 Films wird durch Reiben der Filmoberfläche mit einem Baumwolltuch ermittelt. Ein leicht ablösbarer Film wird mit "x", ein sich teilweise ablösender Film mit "A" und ein sich nicht ablösender Film mit "o" bewertet. Die Haftfestigkeit der einzelnen Filme wird ermittelt,

indem auf dem Film ein Stück Cellophanband befestigt und dieses dann heftig vom Film abgezogen wird. Ein sich leicht ablösender Film wird mit "x", ein sich teilweise ablösender Film mit "A" und ein sich nicht ablösender Film mit "o" bewertet. Die Chemikalienbe-

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ständigkeit der einzelnen Filme wurde durch 30-minütiges Eintauchen derselben in eine 10%ige Salzsäurelösung bzw. 10%ige Natriumhydroxidlösung und visuelle Bewertung der Ablösung bzw. der Auflösung des verfärbten Films ermittelt. Die bei den verschiedenen Tests erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

TABELLE

TiO„-Form	Brennbedingungen	30 min	Aussehen	Maximale	Reflexion	Haft	Mechani	Chemika-
				Durch	von In	festig	sche	lienbe-
		30 min		lässig	frarot	keit	Festig	ständig-
				keit im	strahlung		keit	keit
		30 min		sichtba
				ren Be
		30 min		reich
Anatas	600°c -		teilweise	96 %	16 %	Δ	Δ	O
	(in O₂)		abgelöst
Rutil	900⁰C -		teilweise	92 %	17 %	X	Λ	O
	(in O₀)	abgelöst				ti I
nicht	500°C -	keine Ab	99 %	15 %	O	ο	O
kristallin	(in O₂)	lösung
nicht	55O°C -	keine Ab	99 %	16 %	O	ο	O
kristallin	(in O₀)	lösung
(50 %) ;
Anatas (50 %)

GO GO GO

CO CJ)

Ferner werden Lampen mit in der geschilderten Weise hergestellten Metalloxidfilmen unterschiedlicher Kristallformen einem Haltbarkeitstest unterworfen, wobei sie 7 h lang angeschaltet und dann 1 h lang abgeschaltet werden. Nach Durchführung des Haltbarkeitstests ist die elektrische Leistung der einzelnen Lampen gegenüber der elektrischen Leistung vor Durchführung des Tests gleich geblieben. Bei einer Lampe mit einem nicht-kristallinen Titandioxidfilm 21 löst sich dieser nicht ab. Bei Lampen mit Filmen 21 aus Anatas- und Rutil-Kristallen kommt es jedoch zu einer erheblichen Ablösung, so daß sie für die Praxis unbrauchbar sind.

Bei sämtlichen Lampen besteht der Siliziumdioxidfilm 22 aus nicht-kristallinem Siliziumdioxid.

Bei Verwendung anderer Metalloxide als Titandioxid, z.B. von Zirkoniumdioxid (ZrO-), Tantanpentoxid (Ta-O₁-) oder Cerdioxid (Ce0„) oder von Mischungen solcher Metalloxide, erreicht man ähnliche Ergebnisse wie bei Verwendung von Titandioxid, sofern nur diese Metalloxide oder deren Mischungen nicht-kristallin sind.

Zur Herstellung eines Films aus einem solchen Metalloxid oder einer Mischung aus zwei oder mehreren solcher Metalloxide bedient man sich eines entsprechenden Verfahrens (wie beschrieben), wobei man ebenfalls von einer organischen Metallverbindung ausgeht und diese dann brennt. Ferner erreicht man entsprechende Ergebnisse wie mit Siliziumdioxid bei Verwendung von Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumdioxid (Al₃O₃), sofern diese nur nicht-kristallin sind.

Die Erfindung läßt sich auch bei einem einlagigen Film

verwirklichen.

Bei einem Infrarot-Reflexionsfilm in Form eines einzigen Titandioxidfilms sind - sofern dieser Film nichtkristallin ist - eine hervorragende Durchlässigkeit im Bereich sichtbaren Lichts und eine Reflexion von Infrarotstrahlung gewährleistet. Gleichzeitig kommt es hierbei nicht ohne weiteres zu einer Trennung bzw. Ablösung des Films von der Unterlage.

Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen durchsichtigen

Film braucht es sich nicht unbedingt um einen Infrarot-Reflexionsfilm zu handelri, der betreffende Film kann beispielsweise auch die Funktion eines Schutzfilms auf-

15 weisen. Ungeachtet dessen, ob der Film einer Glühlampe gemäß der Erfindung ein- oder mehrlagig aufgebaut ist, besitzt er hervorragende optische Eigenschaften, z.B. Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich. Das gleiche gilt für die Haftung auf der Unterlage bzw. die nur geringe

Ablösungsneigung von der Unterlage.

Erfindungsgemäß kann das Metalloxid des Films einen geringen kristallinen Anteil enthalten.

25 Feinpulveriger Anatas (Teilchengröße: etwa 0,1 μπι) wird in einem organischen Bindemittel gelöst, worauf die erhaltene Lösung auf eine Quarzplatte appliziert und dann das Ganze gebrannt wird. Wird der gebildete Film einer Röntgenstrahlen- und Elektronenstrahlenbeugungs-

QQ analyse unterworfen, zeigt es sich, daß er im wesentlichen aus Anatas-Kristallen besteht. Der Anatasanteil ergibt sich in etwa aus einem Vergleich der Röntgenstrahlenbeugungspeakintensität eines solchen Films bei einer bestimmten Wellenlänge mit der Röntgenstrahlen-

35 beugungspeakintensität eines Films derselben Dicke, der

20 25 30

unter Verwendung einer Lösung der organischen Metallverbindung hergestellt wurde.

Bei einem Film mit einem Anatas-Peakintensitätsverhältnis von 0,8 liegt der Anatasanteil, bei dem eine abrupte Verschlechterung der Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich festgestellt wird, bei etwa 50 Gew.-% (vgl. Fig. 3). Daraus geht hervor, daß sich der erfindungsgemäß angestrebte Erfolg einstellt, wenn der nicht-kristalline Anteil etwa 50 Gew.-% oder mehr beträgt.

35

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

M.) Glühlampe aus einem Glaskolben (1) mit darin eingebauter Wendel (6) und einem auf mindestens einer ¹^ Oberfläche des Kolbens (1) gebildeten durchsichtigen Film (2) mit einem nicht-kristallinen Metalloxid .
2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Film (2) nicht weniger als etwa 50 Gew.-% nicht-kristallines Titandioxid enthält.
3. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Film (2) abwechselnd aus einer Metalloxidschicht hohen Reflexionsvermögens und einer Metalloxidschicht niedrigen Reflexionsvermögens aufgebaut ist.

25
4. Glühlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht hohen Reflexionsvermögens nicht weniger als etwa 50 Gew.-% nicht-kristallines Titandioxid enthält und die Metalloxidschicht niedrigen Reflexionsvermögens aus nicht-kristallinem

Siliziumdioxid besteht.