DE3617638A1 - Elektrische lampe mit einem interferenzfilter - Google Patents
Elektrische lampe mit einem interferenzfilterInfo
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Description
PHN 11.414
"Elektrische Lampe mit einem Interferenzfilter".
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem vakuumdicht geschlossenen Lampengefäss aus Glas
mit einem SiO2-GeImIt von zumindest 95 Gew.°/o, wobei durch
die Wand des Lampengefäss Stromzuführungsleiter zu einem im Gefäss angeordneten elektrischen Element führen und das
Gefäss mit einem Interferenzfilter aus abwechselnden
Schichten von im wesentlichen SiO2 und im wesentlichen
Metalloxid verkleidet ist,
W Eine derartige Lampe ist aus der GB-PS 2 103
W Eine derartige Lampe ist aus der GB-PS 2 103
bekannt.
Durch ein Interferenzfilter ist das Spektrum der
von der Lampe ausgesandten Strahlung anders als bei einem Aufbau ohne ein derartiges Filter. Das Filter kann bei
einer Glühlampe zum Reflektieren von Infrarotstrahlung
benutzt werden, so dass die Lampe weniger thermische Verluste erleidet und eine höhere Ausbeute hat. Eine andere
Möglichkeit ist, das Filter Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektieren zu lassen, wodurch die Lampe
gefärbtes Licht ausstrahlt. Auch z.B. bei Metallhalogenidentladungslampen kann das Filter beispielsweise zum Reflektieren
von Infrarotstrahlung verwendet werden.
Glühlampen mit einem Interferenzfilter sind
schon lange bekannt. So zeigt und beschreibt die US-PS 4 017 758 eine Glühlampe mit einem von einem Aussenkolben
umgebenden Quarzglasgefäss, wobei sich im schützenden Raum
zwischen Gefäss und Aussenkolben ein Interferenzfilter
befindet. Die Verwendung eines Aussenkolbens ist jedoch nachteilig, weil er zusätzliche Reflektionen des erzeugten
Lichts verursacht, wodurch dieses Licht weniger gut gebündelt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass der Aussenkolben die Lampe umfangreicher macht, wodurch Leuchten für die Lampe umfangreicher sind und auch
das erzeugte Licht weniger gut gebündelt werden kann.
PHN 11.414 ^ 3 10-3-1986
Die Lampe nach der genannten GB-PS 2 103 &30 ist
eine Glühlampe mit dem Vorteil, dass sich das Interferenzfilter direkt an der Oberfläche des Gefässes befindet. Ein
Aussenkolben als Träger des Filters kann dadurch entfallen.
Das Interferenzfilter besteht aus abwechselnden SiO2- und
Ta2O -Schichten.
Siliziumdioxid besitzt einen niedrigen Brechungsindex und eine gute chemische und physikalische Stabilität.
Dies tritt hervor aus der Verwendung von Gläsern mit einem Gewichtsgehalt an SiO„ von 3^°/o oder darüber als Lampengefäss
für Halogenglühlampen und für Entladungslampen. Tantalpentoxid besitzt einen verhältnismässig hohen Brechungsindex
(n = 2.13). Ein Nachteil von Ta„0 ist jedoch seine beschränkte physikalische und chemische Stabilität.
Bereits nach einer Erhitzung von 30 Minuten bei 800 C hat
sich das Ta„0 im Filter zu polykristallinem P- -Tao0_ auskristallisiert-
Die Folge davon ist, dass das Filter sowohl das durchgelassene Licht streut und die Bündelungsmöglichkeit
dieses Lichts verringert sowie die reflektierte Strahlung streut. Wenn das Filter ein die Infrarotstrahlung reflektierendes
Filter ist, kehrt durch die diffuse Reflektion bei einer Glühlampe weniger Infrarotstrahlung zum
Glühkörper zurück. Dadurch ist die Ausbeuteverbesserung dieses Filters geringer als ohne Kristallisierung der
TapO,.-Schichten der Fall wäre.
Tantalpentoxid hat weiter den Nachteil, dass es im Betrieb der Lampe, in dem es als Filterkomponente benutzt
wird, mechanische Spannungen erzeugt, die Risse im Filter verursachen. Diese Risse sind als Craquele" sichtbar.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Ta„0 bei hohen
Temperaturen grau wird, was eine geringere Lichtdurchlässigkeit zur Folge hat. Bei Abwesenheit von Sauerstoff, wie
im Aussenkolben einer Entladungslampe, tritt das Grauwerden stärker als in der Luft auf. Es kann jedoch auch
bei einer Entladungslampe mit einem Aussenkolben wichtig sein, dass sich ein Interferenzfilter direkt auf dem
Lampengefäss (das Entladungsgefäss) befindet, weil vom
36Ί7638
PHN 1 1 . 4i 4 & if. 10-3-1986
Filter reflektierte Strahlung dabei weniger Reflekxionen erfährt, bevor sie in die Entladung zurückkehrt.
/ι Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde,
eine elektrische Lampe mit einem Interferenzfilter zu
schaffen, bei der das Interferenzfilter eine hohe physikalische und chemische Stabilität hat.
Diese Aufgabe ist bei einer Lampe der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das
Metalloxid Niobpentoxid ist.
Wegen seiner hohen physikalischen und chemischen Stabilität auch bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise
800°C, hat sich Niobpentoxid als Komponente eines Interferenzfilters
direkt auf der Wand eines Lampengefässes aus Glas mit hohem SiOp-Gehalt, wie Quarzglas, sehr geeignet
gezeigt. Dies gilt sowohl für Glühlampen, insbesondere Halogenglühlampen mit einer Füllung aus inertem Gas und
Bromwasserstoff als auch für Entladungslampen, wie Hochdruckquecksilberdampf entladungslampen, die möglicherweise
Metallhalogenid in der Gasfüllung haben. Entladungslampen können um das Gefäss herum einen geschlossenen Aussenkolben
enthalten, der evakuiert ist oder in dem ein inertes Gas (inerte Gasmischung), wie beispielsweise Stickstoff,
vorhanden ist.
Nach wiederholtem Ein- und Ausschalten von Lampen nach der Erfindung wurde keine Craquele'-Bildung im Interferenzfilter
wahrgenommen. Offensichtlich verursacht Niobpentoxid keine oder nur geringe mechanische Spannungen
im Filter. Auch die übrigen optischen Eigenschaften des
Filters waren unverändert geblieben.
Eine vorteilhafte Eigenschaft von Niobpentioxid besteht darin, dass es eine niedrige spezifische Masse
hat, wodurch zum Herstellen eines Filters verhältnismässig wenig Röhrstoffmasse erforderlich und dieses Ausgangsmaterial
für die Herstellung des Stoffes verhältnismässig preisgünstig ist. Eine sehr vorteilhafte Eigenschaft von
Niobpentioxid ist sein verhältnismässig hoher Brechungsindex von etwa 2.35 zu 2.13 für Tantalpentioxid. Dadurch
ist zum Erhalten eines bestimmten Transmissionsspektrums
PHN 11.414 JC £ 11 -^3 -
bei der Verwendung von Nb2O6. eine geringere Schicht anzahl
als bei der Verwendung von Ta2O- erforderlich. Bei der
gleichen Anzahl von Schichtpaaren gibt Nb„O schärfere
Übergänge im TransmissionsSpektrum der reflektierten in
transmittierten Wellenlängen. Dadurch kann mit Nb20_
verhältnismässig preisgünstig eine Lampe hoher Güte verwirklicht werden.
Das Interferenzfilter kann auf der Aussenflache,
der Innenfläche oder auf der Innen- und der Aussenflache
des Lampengefässes angebracht sein, beispielsweise dadurch,
dass abwechselnd eine Gasmischung, aus der SiO2 bzw. Nb„O
gebildet werden kann, bei erhöhter Temperatur und verringertem Druck längs der Wand des Lampengefässes oder eines
Körpers, aus dem das Gefäss gebildet wird, fliessen zu lassen. Siliziumdioxid kann beispielsweise aus einer
Mischung von Silan und Sauerstoff in Stickstoff oder aus
Tetraäthylorthosilikat in Stickstoff angebracht werden. Niobpentoxid kann aus einer Mischung beispielsweise von
Pentaäthylniobat und Stickstoff angebracht werden. Λ 20 Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Lampe ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, Es zeigen
Fig. 1 eine Lampe in Seitenansicht,
Fig. 2 das Reflexionsspektrum eines Interferenzfilters.
Die Lampe nach Fig, 1 enthält ein rohrförmiges Quarzglaslampengefäss 1. Durch die Wand dieses Lampengefässes
führen Stromzuführungsleiter 2a, 2b und 2c zu einem im Gefäss 1 angeordneten schraubenlinienförmig gewickelten
3Q Wolframglühkörper 3 >
der von gewundenen Trägern 4 im Lampengefäss zentriert gehalten wird. Das Gefäss 1 ist auf den
Teilen 2b aus Molybdänfolie vakuumdicht abgeschlossen. Mit den Folien 2b sind ein Molybdändraht 2a und ein Wolframdraht
2c verschweisst. Das Gefäss ist mit Stickstoff gefüllt, dem ein zehntel Prozent Bromwasserstoff zugegeben
ist. An der Aussensei.te des Gefässes ist ein Interferenzfilters 5 aus abwechselnden SiOp- und NbpO_-Schichten angebracht,
das Infrarotstrahlung zum Glühkörper 3 reflektiert
20
PHN 11.414
11_3_1986
und sichtbare Strahlung durchlässt. Der Aufbau des Filters 5 ist in Tabelle 1 angegeben.
| Schicht | Werkstoff | Dicke (nm)» | RVL* (nm). | ! |
| Luft | ||||
| 1 | Siliziumdioxid | 98 | 575 | |
| 2 | Niobpentioxid 1 |
113 | 1025 | |
| 3 | Siliziumdioxid | 354 | 2050 | |
| ! ^ | Niobpentoxid | 113 | 1025 | |
| '■ 5 | Siliziumdioxid | 35h | 2050 | |
| 6 | Niobpentioxid | 113 | 1025 | |
| 7 | Siliziumdioxid | 35^ | 2050 | |
| 8 | Niobpentoxid | 113 | 1025 | |
| 9 | Siliziumdioxid | 198 | 1150 | |
| I 10 |
Niobpentoxid | 127 | 1150 | |
| ! 11 | Siliziumdioxid | 198 | 1150 | |
| j 12 | Niobpentoxid | 127 | 1150 | |
| 13 | Siliziumdioxid | 198 | 1150 | |
| 14 | Niobpentoxid | 127 | 1150 | |
| Siliziumdioxid | 198 | 1150 | ||
| 16 | Niobpentoxid | 127 | 1150 ; | |
| 17 | Siliziumdioxid | 198 | 1150 \ | |
| 18 | Niobpentoxid | 127 | 1150 : | |
| 19 | Siliziumdioxid | 176 | 1025 , | |
| 20 | Niobpentoxid | 99 | 900 j | |
| 21 | Siliziumdioxid | 155 | 900 | |
| 22 | Niobpentoxid | 99 | 900 | |
| 23 | Siliziumdioxid | Λ55 | 900 | |
| 24 | Niobpentoxid | 99 | 900 | |
| 25 | Siliziumdioxid | 155 | 900 | |
| 26 | Niobpentoxid | 99 | 900 | |
| 27 | Siliziumdioxid | 155 | 900 | |
| 28 | Niobpentoxid | 99 | 900 | |
| - Substrat | : Quarzglas. |
H Bezugswellenlänge = Wellenlänge der Strahlung, für die die
Schicht eine optische Dicke von 1/4 χ Wellenlänge hat.
PHN 11.414 j6- 7- 10-3-1986
Ixi Fi/v· 2 1st das Reflexionsspektrum des Interferenzfilters
nach Tabelle 1 dargestellt. Das Filter hat eine sehr niedrige Reflexion (hohe Transmission) im sichtbaren
und eine sehr hohe Reflexion im infraroten Teil des 5 Spektrums.
- Leerseite -
Claims (1)
- I'llfi M.'il'l 7" 1O~'! 1ϋΗί,PATENTANSPRUCH.Elektrische Lampe mit einem vakuumdicht geschlossenen Lampengefäss (1) aus Glas mit einem SiOp-Gehalt von zumindest 95 Gew.^, wobei durch die Wand des Lampenkolbens Stromzuführungsleiter zu einem im Lampenkolben angeordneten elektrischen Element (3) führen, und dieses Lampengefäss mit einem Interferenzfilter (5) aus abwechselnden Schichten von im wesentlichen SiOD und im wesentlichen Metalloxid verkleidet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid Niobpentoxid ist,
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