EP1156514B1 - Glühlampe - Google Patents

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EP1156514B1
EP1156514B1 EP01108874A EP01108874A EP1156514B1 EP 1156514 B1 EP1156514 B1 EP 1156514B1 EP 01108874 A EP01108874 A EP 01108874A EP 01108874 A EP01108874 A EP 01108874A EP 1156514 B1 EP1156514 B1 EP 1156514B1
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EP
European Patent Office
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layers
interference filter
optical refraction
light
lamp
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EP01108874A
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English (en)
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Jürgen Rümmelin
Reinhard Schäfer
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/28—Envelopes; Vessels
    • H01K1/32—Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/38—Devices for influencing the colour or wavelength of the light
    • H01J61/40—Devices for influencing the colour or wavelength of the light by light filters; by coloured coatings in or on the envelope

Definitions

  • the invention relates to an incandescent lamp according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a light bulb is for example in the European Patent Publication EP 0 986 093 A1 disclosed.
  • This document describes an incandescent lamp whose lamp vessel has an interference filter coating with locally different layer thickness.
  • the layer thickness of the interference filter varies such that all areas of the interference filter-coated lamp vessel in the on state of the incandescent lamp emit light of the same color composition.
  • the incandescent lamp is designed as an orange or red light emitting vehicle signal lamp.
  • the incandescent lamp according to the invention is equipped with a translucent, substantially rotationally symmetrical lamp vessel, an incandescent filament enclosed by the lamp vessel and an interference filter formed as an edge filter on the lamp vessel, wherein the interference filter has optically low refractive and optically high refractive layers for adjusting the edge of the interference filter in the red spectral region ,
  • the layer thicknesses of the optically low-refractive and optically high-refractive layers are, as a function of the angle of incidence of the light emitted by the filament and incident on the interference filter light, locally different.
  • the interference filter has at least two absorber layers, each with an optically low-index intermediate layer for absorbing blue and violet light, and additional optically low-refractive and optically high-index layers for further suppression of light from the violet and blue spectral regions.
  • the interference filter consists of at least four stacks of layers, wherein the first stack is arranged directly on the lamp vessel and which contains at least two absorber layers, each with an optically low-refraction intermediate layer for absorbing blue and violet light interposed therebetween, and at least one of the subsequent stacks contains additional optically low-refractive and optically high-refractive layers whose layer thicknesses are optimized so that this at least one stack has a low transmission for light from the violet and blue spectral range and a high transmission for light from the red spectral region, and wherein the other stack the optical low refractive and optically high refractive layers for adjusting the edge of the interference filter in the red spectral region included.
  • the layer thicknesses of the optically low refractive and optically high refractive index layers of these stacks are optimized such that the edge of the interference filter is in the wavelength range from 580 nm to 600 nm. In this way, an interference filter with comparatively few layers can be produced, which has a steep transition from the low-transmission spectral region to the high-transmission spectral region in the wavelength range from 580 nm to 600 nm.
  • the first stack advantageously contains at least two absorber layers of iron oxide Fe 2 O 3 , each with an optically low refractive index layer arranged therebetween.
  • Iron oxide is a material with a comparatively high optical Refractive index.
  • the iron oxide layers have metallic properties at a sufficiently thin layer thickness in the violet and blue spectral range and dielectric properties in the red spectral range.
  • the respective optically low-refractive interlayer exploits the interference effect in combination with the optically high-index iron oxide layers, a high transmission of the first stack for light from the red spectral range and a high reflection of the first stack for light from the blue spectral range to reach.
  • incandescent lamp with an electrical power consumption of about 25 W, which can be used for example as a light source in the taillight to produce the tail light or brake light.
  • This incandescent lamp has a bayonet-type lamp cap 10 and a glass bulb-shaped lamp vessel 20 which is rotationally symmetrical about the lamp axis AA and encloses an incandescent filament (not shown).
  • the outer surface of the lamp vessel 20 is coated with an interference filter 30 which has high transmittance for red light and is nearly opaque to light of other spectral regions.
  • the layer thickness of the interference filter 30 varies locally depending on the angle of incidence of the emitted from the filament and incident on the interference filter 30 light.
  • the interference filter 30 has the smallest layer thickness and near the base, the largest layer thickness.
  • the layer thickness of the interference filter 30 increases steadily from the dome to the base. The difference between the lowest and the largest layer thickness is about 7 percent.
  • the layer thickness of the interference filter 30 is constant.
  • the interference filter 30 consists of a total of 28 layers, which are arranged in five stacks 31-35.
  • the first stack 31 which is mounted directly on the lamp vessel 20, consists of a first absorber layer of Fe 2 O 3 with a physical layer thickness of about 8 nm and a second absorber layer of Fe 2 O 3 with a physical layer thickness of about 14 nm as well as an optically low - refraction intermediate layer of SiO 2 with a physical layer thickness of approximately 87 nm arranged between the two absorber layers
  • FIG. 3 the transmission behavior of the first stack 31 as a function of the light wavelength is represented by the curve 1.
  • the second stack 32 is formed by a once repeated layer sequence consisting of an optically high refractive index layer of TiO 2 with a physical layer thickness of approximately 12 nm, an optically low refractive index layer of SiO 2 with a physical layer thickness of approximately 40 nm and an optically high refractive index Layer of TiO 2 with a physical thickness of 25 nm.
  • the second stack 32 is optional. It brings an additional reduction of the transmission of the interference filter 30 in the violet spectral range. Its transmission behavior is in FIG. 3 not shown.
  • the third stack 33 is formed by a twice repeated layer sequence consisting of an optically high refractive index layer of TiO 2 with a physical layer thickness of approximately 14 nm, an optically low refractive index layer of SiO 2 with a physical layer thickness of 77 nm and an optically high refractive index layer TiO 2 with a physical thickness of about 14 nm.
  • This third stack 33 has a low transmission for light from the violet and blue spectral range and a high transmission for light from the red Spetral Scheme. It is used in addition to the absorption filter for further suppression of violet and blue light.
  • the transmission behavior of the third stack 33 as a function of the light wavelength is represented by the curve 2.
  • the fourth stack 34 is formed by a twice repeated layer sequence consisting of an optically high refractive index layer of TiO 2 with a physical layer thickness of approximately 24 nm, an optically low refractive index layer of SiO 2 with a physical layer thickness of 79 nm and an optically high refractive index layer TiO 2 with a physical layer thickness of 24 nm.
  • the curve 3 of FIG. 3 shows the transmission behavior of the fourth stack 34 as a function of the wavelength of light.
  • the fifth stack 35 is formed by a three-times repeated layer sequence consisting of an optically high refractive index layer of TiO 2 with a physical layer thickness of about 25 nm, an optically low refractive index layer of SiO 2 with a physical layer thickness of 86 nm and an optically high refractive index layer TiO 2 with a physical layer thickness of 24 nm.
  • the curve 4 of FIG. 3 shows the transmission behavior of the fifth stack 35 as a function of the wavelength of light. All layer thickness specifications refer to the top of the lamp vessel 20th
  • the fourth 34 and fifth stacks 35 serve to adjust the edge of the interference filter 30 at approximately 590 nm.
  • the layer thicknesses of the SiO 2 and TiO 2 layers of these two stacks are optimized such that the interference filter 30 is at a light wavelength of approximately 590 nm has a steep transition from the short-wave spectral region of low transmission to the long-wave spectral region of high transmission.
  • the transmission behavior of the entire interference filter 30 as a function of the light wavelength is represented by the curve 5.
  • the five stacks 31-35 follow each other seamlessly.
  • the interference filter 30 therefore has 28 layers.

Landscapes

  • Optical Filters (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Glühlampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    • I. Stand der Technik
  • Eine derartige Glühlampe ist beispielsweise in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 986 093 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Glühlampe, deren Lampengefäß eine Interferenzfilterbeschichtung mit lokal unterschiedlicher Schichtdicke aufweist. Die Schichtdicke des Interferenzfilters variiert derart, daß alle Bereiche des interferenzfilterbeschichteten Lampengefäßes im eingeschalteten Zustand der Glühlampe Licht derselben Farbzusammensetzung emittieren. Die Glühlampe ist als eine orangefarbenes oder rotes Licht emittierende Fahrzeug-Signallampe ausgebildet.
    • II. Darstellung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Glühlampe mit einem verbesserten Interferenzfilter zur Erzeugung von rotem Licht bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Glühlampe ist mit einem lichtdurchlässigen, im wesentlichen rotationssymmetrischen Lampengefäß, einer vom Lampengefäß umschlossenen Glühwendel und einem auf dem Lampengefäß angeordneten, als Kantenfilter ausgebildeten Interferenzfilter ausgestattet, wobei das Interferenzfilter optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten zur Einstellung der Kante des Interferenzfilters im roten Spektralbereich aufweist. Die Schichtdicken der optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten sind, in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter auftreffenden Lichts, lokal unterschiedlich. Außerdem weist das Interferenzfilter erfindungsgemäß mindestens zwei Absorberschichter mit jeweils einer dazwischen angeordneten optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht zur Absorption von blauem und violettem Licht sowie zusätzliche optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten zur weiteren Unterdrückung von Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich auf. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Glühlampe im wesentlichen rotes Licht emittiert und für die Verwendung als Bremslichtlampe oder Schlußlichtlampe eines Fahrzeugs geeignet ist.
  • Vorteilhafterweise besteht das Interferenzfilter aus mindestens vier Stapeln von Schichten wobei der erste Stapel unmittelbar auf dem Lampengefäß angeordnet ist und die mindestens zwei Absorberschichten mit jeweils einer dazwischen angeordneten optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht zur Absorption von blauem und violettem Licht enthält, und wobei mindestens einer der nachfolgenden Stapel die zusätzlichen optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten enthält, deren Schichtdicken derart optimiert sind, daß dieser mindestens eine Stapel eine geringe Transmission für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich und eine hohe Transmission für Licht aus dem roten Spektralbereich besitzt, und wobei die anderen Stapel die optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten zur Einstellung der Kante des Interferenzfilters im roten Spektralbereich enthalten. Die Schichtdicken der optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten dieser Stapel sind derart optimiert, daß die Kante des Interferenzfilters in dem Wellenlängenbereich von 580 nm bis 600 nm liegt. Auf diese Weise kann ein Interferenzfilter mit vergleichsweise wenigen Schichten hergestellt werden, das im Wellenlängenbereich von 580 nm bis 600 nm einen steilen Übergang von dem Spektralbereich geringer Transmission zu dem Spektralbereich hoher Transmission besitzt.
  • Der erste Stapel enthält vorteilhafterweise mindestens zwei Absorberschichten aus Eisenoxid Fe2O3 mit jeweils einer dazwischen angeordneten, optisch niedrigbrechenden Schicht. Eisenoxid ist ein Material mit einem vergleichsweise hohen optischen Brechungsindex. Die Eisenoxidschichten besitzen bei ausreichend dünner Schichtdicke im violetten und blauen Spektralbereich metallische Eigenschaften und im roten Spektralbereich dielektrische Eigenschaften. Mit der jeweiligen optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht wird durch Anpassung und Optimierung ihrer Schichtdicke der Interferenzeffekt in Kombination mit den optisch hochbrechenden Eisenoxidschichten ausgenutzt, um eine hohe Transmission des ersten Stapels für Licht aus dem roten Spektralbereich und eine hohe Reflexion des ersten Stapels für Licht aus dem blauen Spektralbereich zu erreichen.
    • III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    Eine Seitenansicht einer Glühlampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
    Figur 2
    Einen vergrößerten Ausschnitt des Lampengefäßes der in Figur 1 abgebildeten Glühlampe in geschnittener, schematischer Darstellung
    Figur 3
    Transmissionskurven des Interferenzfilters und der einzelnen Stapel des Interferenzfilters der Glühlampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Glühlampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 25 W, die beispielsweise als Lichtquelle in der Heckleuchte zur Erzeugung des Schlußlichts oder Bremslichts verwendbar ist. Diese Glühlampe besitzt einen bajonettartigen Lampensockel 10 und ein um die Lampenachse A-A rotationssymmetrisches, birnenförmiges Lampengefäß 20 aus Glas, das eine Glühwendel (nicht abgebildet) umschließt. Die äußere Oberfläche des Lampengefäßes 20 ist mit einem Interferenzfilter 30 beschichtet, das für rotes Licht eine hohe Transmision besitzt und für Licht anderer Spektralbereiche nahezu undurchlässig ist. Die Schichtdicke des Interferenzfilters 30 variiert lokal in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter 30 auftreffenden Lichts. An der Kuppe des Lampengefäßes 20 besitzt das Interferenzfilter 30 die geringste Schichtdicke und in Sockelnähe die größte Schichtdicke. Die Schichtdicke des Interferenzfilters 30 nimmt stetig von der Kuppe zum Sockel zu. Der Unterschied zwischen der geringsten und der größten Schichtdicke beträgt ungefähr 7 Prozent. Entlang konzentrischer Ringe um die Lampenachse A-A ist die Schichtdicke des Interferenzfilters 30 konstant. Das Interferenzfilter 30 besteht aus insgesamt 28 Schichten, die in fünf Stapeln 31-35 angeordnet sind.
  • Der erste Stapel 31, der unmittelbar auf dem Lampengefäß 20 angebracht ist, besteht aus einer ersten Absorberschicht aus Fe2O3 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 8 nm und einer zweiten Absorberschicht aus Fe2O3 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 14 nm sowie einer zwischen den beiden Absorberschichten angeordneten, optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht aus SiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ungefähr 87 nm. In Figur 3 ist das Transmissionsverhalten des ersten Stapels 31 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge durch die Kurve 1 dargestellt.
  • Der zweite Stapel 32 wird von einer einmal wiederholten Schichtenfolge gebildet, die aus einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ungefähr 12 nm, einer optisch niedrigbrechenden Schicht aus SiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 40 nm und einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 25 nm besteht. Der zweite Stapel 32 ist optional. Er bringt eine zusätzliche Reduktion der Transmission des Interferenzfilters 30 im violetten Spektralbereich. Sein Transmissionsverhalten ist in Figur 3 nicht dargestellt.
  • Der dritte Stapel 33 wird von einer zweimal wiederholten Schichtenfolge gebildet, die aus einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 14 nm, einer optisch niedrigbrechenden Schicht aus SiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 77 nm und einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 14 nm besteht. Dieser dritte Stapel 33 besitzt eine geringe Transmission für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich und eine hohe Transmission für Licht aus dem roten Spetralbereich. Er dient neben dem Absorptionsfilter zur weiteren Unterdrückung von violettem und blauem Licht. In Figur 3 ist das Transmissionsverhalten des dritten Stapels 33 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge durch die Kurve 2 dargestellt.
  • Der vierte Stapel 34 wird von einer zweimal wiederholten Schichtenfolge gebildet, die aus einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ungefähr 24 nm, einer optisch niedrigbrechenden Schicht aus SiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 79 nm und einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 24 nm besteht. Die Kurve 3 der Figur 3 zeigt das Transmissionsverhalten des vierten Stapels 34 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge.
  • Der fünfte Stapel 35 wird von einer dreimal wiederholten Schichtenfolge gebildet, die aus einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von ca. 25 nm, einer optisch niedrigbrechenden Schicht aus SiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 86 nm und einer optisch hochbrechenden Schicht aus TiO2 mit einer physikalischen Schichtdicke von 24 nm besteht. Die Kurve 4 der Figur 3 zeigt das Transmissionsverhalten des fünften Stapels 35 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge. Alle Schichtdickenangaben beziehen sich auf die Kuppe des Lampengefäßes 20.
  • Der vierte 34 und fünfte Stapel 35 dienen zur Einstellung der Kante des Interferenzfilters 30 bei ungefähr 590 nm. Die Schichtdicken der SiO2- und TiO2-Schichten dieser beiden Stapel sind derart optimiert, daß das Interferenzfilter 30 bei einer Lichtwellenlänge von ca. 590 nm einen steilen Übergang von dem kurzwelligen Spektralbereich geringer Transmission zu dem langwelligen Spektralbereich hoher Transmission besitzt. In Figur 3 ist das Transmissionsverhalten des gesamten Interferenzfilters 30 in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge durch die Kurve 5 dargestellt. Die fünf Stapel 31-35 folgen nahtlos aufeinander. Das Interferenzfilter 30 besitzt daher 28 Schichten.

Claims (5)

  1. Glühlampe mit einem lichtdurchlässigen, im wesentlichen rotationssymmetrischen Lampengefäß (20), einer vom Lampengefäß (20) umschlossenen Glühwendel und einem auf dem Lampengefäß (20) angeordneten, als Kantenfilter ausgebildeten Interferenzfilter (30), wobei
    - das Interferenzfilter (30) optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten zur Einstellung der Kante des Interferenzfilters (30) im roten Spektralbereich aufweist,
    - die Schichtdicken der optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten, in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter auftreffenden Lichts, lokal unterschiedlich sind,
    - das Interferenzfilter (30) Absorberschichten zur Absorption von blauem und violettem Licht aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Interferenzfilter mindestens zwei dieser Absorberschichten mit jeweils einer dazwischen angeordneten optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht aufweist und zusätzliche optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten zur weiteren Unterdrückung von Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich besitzt.
  2. Glühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzfilter aus mindestens vier Stapeln (31, 33, 34, 35) von Schichten besteht, wobei
    - der erste Stapel (31), der unmittelbar auf dem Lampengefäß (20) angeordnet ist, die mindestens zwei Absorberschichten mit der dazwischen angeordneten, optisch niedrigbrechenden Zwischenschicht enthält,
    - mindestens einer der nachfolgenden Stapel (33) die zusätzlichen optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten enthält, wobei deren Schichtdicken derart optimiert ist, daß dieser mindestens eine Stapel (33) eine geringe Transmission für Licht aus dem violetten und blauen Spektralbereich und eine hohe Transmission für Licht aus dem roten Spektralbereich besitzt,
    - die anderen Stapel (34, 35) die optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten zur Einstellung der Kante des Interferenzfilters (30) im roten Spektralbereich enthalten, wobei die Schichtdicken der optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten dieser Stapel (34, 35) derart optimiert sind, daß die Kante des Interferenzfilters (30) in dem Wellenlängenbereich von 580 nm bis 600 nm liegt.
  3. Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Absorberschichten aus Eisenoxid bestehen und die Schichtdicken der mindestens zwei Absorberschichten so optimiert sind, daß die Absorberschichten im violetten und blauen Spektralbereich metallische Eigenschaften und im roten Spektralbereich dielektrische Eigenschaften besitzen, und wobei die Schichtdicke der jeweiligen Zwischenschicht derart optimiert und auf die Schichtdicken der mindestens zwei Absorberschichten abgestimmt ist, daß die jeweilige Zwischenschicht und die mindestens zwei Absorberschichten eine hohe Transmission im roten Spektralbereich besitzen.
  4. Fahrzeugleuchte mit einer Glühlampe nach Anspruch 1, 2 oder 3.
  5. Verwendung einer Glühlampe nach Anspruch 1, 2 oder 3 als Schlußlicht- oder Bremslichtlampe.
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