DE69529270T2 - Elektrische lampe beschichtet mit einem interferenzfilm - Google Patents
Elektrische lampe beschichtet mit einem interferenzfilmInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe, versehen mit einem Quarzglas-Lampengefäß, in dem eine Lichtquelle angeordnet ist, die mit Stromleitern verbunden ist, die aus dem Lampengefäß nach außen treten,
- wobei zumindest ein Abschnitt des Lampengefäßes mit einem Interferenzfilm beschichtet ist, der abwechselnde Schichten aus Siliciumoxid und einem Material mit verhältnismäßig hoher Brechzahl umfasst und der auf einer Siliciumoxid umfassenden Haftschicht aufgebracht ist.
- Eine derartige elektrische Lampe ist aus US-A 5 138 219 bekannt.
- Bei der bekannten Lampe sind die Schichten mit verhältnismäßig hoher Brechzahl aus Tantaloxid hergestellt. Diese Schichten können jedoch nach US-A 4.734.614 auch aus Niobiumoxid oder nach US-A 4.775.203 aus Titanoxid bestehen. Wiederum alternativ können diese Schichten aus 88-95 Mol-% TiO&sub2; und S-12 Mol-% ZrO&sub2; nach US-A 4.940.636 oder 88-95 Mol-% TiO&sub2; und 5-12 Mol-% Hf42 oder TiO&sub2;.ZrO&sub2;, TiO&sub2;HfO2,TiO&sub2;.Nb&sub2;O&sub5;, TiO&sub2;.Ta&sub2;O&sub5; oder Ta&sub2;O&sub5;.2TiO&sub2; bestehen.
- Ein Nachteil bei Lampen mit einem Interferenzfilm auf dem Lampengefäß ist, dass der Film stark schwankenden Temperaturen ausgesetzt ist. Unabhängig von den in dem Film verwendeten Materialien und dem Verfahren, mit dem der Film aufgebracht worden ist, werden nämlich infolge von Unterschieden im Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat, dem Lampengefäß und den Schichten Spannungen auftreten.
- Diese Spannungen führen im günstigen Fall nur zu feinen Rissen in dem Film, beispielsweise bei verhältnismäßig niedriger Wärmebelastung des Films, der dadurch ein Craquelé-Muster erhält. Es besteht jedoch eine Gefahr, dass Risse sich in das Substrat fortsetzen und Teile des Films sich zusammen mit Abschilferungen des Lampengefäßes lösen. Die Wirksamkeit des Films verringert sich dadurch, und die Stärke des beschädigten Lampengefäßes nimmt ab.
- Es wurde bei der bekannten Lampe versucht, diesem Nachteil zu begegnen, indem der Film auf dem Lampengefäß unter Einfügen einer Siliciumoxidschicht abgeschieden wurde, die in der gleichen Technologie, nämlich LPCVD (low pressure chemical vapour deposition) aufgebracht wurde, mit der der Film selbst aufgebracht worden war. Die Haftschicht, die wegen ihrer Dicke von ungefähr 50 nm keinen nennenswerten optischen Effekt hat, würde dann aus dem gleichen Material sein wie das Substrat und die gleichen nichtoptischen Eigenschaften haben wie die Siliciumoxidschichten in dem Film. Es zeigte sich jedoch, dass das Risiko des Abschilferns des Films nicht wirksam unterbunden wird.
- Aus den IEEE Proceedings-A, Bd. 140, Nr. 6, November 1993, 417-428, insbesondere 427, ist bekannt, dass mit LPCVD aufgebrachte, mit Boroxid und/oder Phosphoroxid dotierte Siliciumoxidschichten Spannungen in dem Film verringern. Die Dotierungen verringern die Viskosität des Siliciumdioxids. Siliciumdioxid mit einem oder beiden der Fremdstoffe ist jedoch hygroskopisch. Das bedeutet, dass unter Einfluss von Feuchtigkeit, die bei ausgeschalteter Lampe absorbiert wird, in den Schichten Phasentrennungen auftreten. Diese sind schädlich für den Film, dessen Widerstandsfähigkeit sich verringert und dessen Lichtstreuwirkung zunimmt.
- Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lampe der eingangs beschriebenen Art zu verschaffen, deren Interferenzfilm verbesserte Haftung und Widerstandsfähigkeit aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Haftschicht zwischen dem Lampengefäß und dem Interferenzfilm eingeschlossen ist und mit einem Oxid dotiert ist, das aus Boroxid und Phosphoroxid gewählt ist. Es zeigte sich, dass der Interferenzfilm der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe während der Lebensdauer der Lampe weitgehend seine Anfangseigenschaften behält.
- Die Haftschicht des Interferenzfilms ist zwischen dem Substrat und dem Film eingeschlossen, sodass Feuchtigkeit aus der Umgebung eine Barriere erfährt, um die Haftschicht zu erreichen, und die hygroskopische Natur des dotierten Siliciumoxides nicht oder nahezu nicht zum Ausdruck kommen kann. Die Haftschicht kann zudem verhältnismäßig dünn sein und im Gegensatz zu dem bekannten Film braucht nicht jede Siliciumoxidschicht des Films selbst dotiert zu sein. Das bedeutet, dass, wenn Feuchtigkeit überhaupt die Haftschicht beeinflussen könnte, der optische Effekt davon von geringer Bedeutung sein würde.
- Der Interferenzfilm in der erfindungsgemäßen Lampe ist mit dem Substrat, d. h. dem Lampengefäß, mittels einer Haftschicht von geringer Viskosität gekoppelt, was offenbar ausreicht, um einem Abschilfern des Films zu begegnen. Auch wird verhindert, dass Risse in dem Film, die zu einem Craquelé-Muster führen, sich in das Substrat fortsetzen.
- Die Lichtquelle der Lampe kann ein Glühkörper sein, beispielsweise in einem halogenhaltigen Gas, aber auch ein Paar Elektroden in einem ionisierbaren Gas, beispielsweise ein Edelgas mit Metallhalogeniden, eventuell mit einem Puffergas wie z. B. Quecksilber. Die Lichtquelle kann von einer inneren gasdichten Umhüllung umgeben sein. Es ist auch möglich, dass eine äußere Umhüllung das Lampengefäß umgibt.
- Der Interferenzfilm kann lichtdurchlässig und IR-reflektierend sein. In diesem Fall sind die Filmschichten verhältnismäßig dick mit einer optischen Dicke, d. h. Brechzahl multipliziert mit der physikalischen Dicke, gleich einem Viertel einer Wellenlänge im IR-Bereich des Spektrums. Als Alternative kann der Film jedoch UV-reflektierend und lichtdurchlässig sein oder umgekehrt. Der Film kann auch ein Bandpassfilm sein, der einen Teil der sichtbaren Strahlung durchlässt, aber keine anderen Teile des Spektrums. Es zeigte sich, dass der Film auch im Fall eines IR-reflektierenden Films, d. h. mit verhältnismäßig dicken Schichten, und auch, wenn eine verhältnismäßig große Zahl Schichten zu einem Stapel kombiniert wurde und der Interferenzfilm daher eine verhältnismäßig große Dicke von beispielsweise 3,5 bis 4 um aufwies, seine günstigen Eigenschaften behielt.
- Der Interferenzfilm kann beispielsweise in einer üblichen Weise aufgebracht werden, ebenso wie die Haftschicht, beispielsweise beide durch Eintauchen oder mittels LPCVD, PVD (plasma enhanced CVD) oder Zerstäuben.
- Eine Haftschicht von einigen zehn nm, beispielsweise 50, erwies sich bereits als ausreichend. Das Dotierungsniveau der Haftschicht braucht nur einige Gew.-% zu betragen, sodass der Siliciumgehalt dieser Schicht noch verhältnismäßig hoch ist, beispielsweise 95 bis 98 Gew.-%. Dennoch kann mit Hilfe von Raster-Auger-Elektronenspektroskopie der Dotierstoff in einfacher Weise nachgewiesen werden.
- US-A 4.701.663 offenbart einen Glaskolben, in dem ein Glühfaden eingeschlossen ist. Auf einer Oberfläche des Kolbens ist ein Interferenzfilm gebildet worden. Der Film ist durch abwechselndes Stapeln einer Siliciumoxid enthaltenden Schicht mit niedriger Brechzahl und einer Schicht mit hoher Brechzahl gebildet worden, deren Brechzahl höher ist als die der Schicht mit niedriger Brechzahl. Die Schicht mit niedriger Brechzahl enthält mindestens einen Zusatz, der aus der aus Phosphor und Bor bestehenden Gruppe gewählt worden ist. US-A 4.701.663 offenbart keine Haftschicht aus Material mit niedriger Brechzahl zwischen dem Interferenzfilm und dem Kolben.
- Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 eine elektrische Glühlampe in Seitenansicht und
- Fig. 2 eine Einzelheit von Fig. 1.
- In Fig. 1 hat die elektrische Lampe ein Quarzglas-Lampengefäß 1, in dem ein Glühkörper als Lichtquelle 2 angeordnet ist. Stromleiter 3 sind damit verbunden und treten aus dem Lampengefäß nach außen. Das Lampengefäß ist mit einem halogenhaltigen Gas gefüllt, beispielsweise Bromwasserstoff. Zumindest ein Abschnitt des Lampengefäßes ist mit einem Interferenzfilm 5 beschichtet, der abwechselnde Schichten aus Siliciumoxid 51 (siehe Fig. 2) und einem Material 52 mit verhältnismäßig hoher Brechzahl umfasst und der auf einer Siliciumoxid umfassenden Haftschicht 53 aufgebracht ist. Der Interferenzfilm lässt sichtbare Strahlung durch und reflektiert infrarote Strahlung.
- Die Haftschicht 53 umfasst außerdem ein Oxid, das aus Boroxid und Phosphoroxid gewählt ist.
- Das Lampengefäß 1 ist in einer äußeren Umhüllung 4 montiert, die einen Lampensockel 5 trägt, mit dem die Stromleiter 3 elektrisch verbunden sind.
- Die dargestellte Lampe ist eine 60-W-Lampe für Netzspannung mit einer Nennlebensdauer von ungefähr 2000 Stunden. Die Lampe ist mittels LPCVD mit einer Haftschicht und darauf einem Interferenzfilm versehen worden, der den Aufbau nach Tabelle 1 aufweist.
- Die Haftschicht hat eine Dicke von ungefähr 50 nm und umfasst ungefähr 3 Gew.-% Bor, als Oxid berechnet. Die Schicht wurde durch Pyrolyse einer Mischung aus Trimethylborat, Diacetoxy-di-t-Butoxysilan und Sauerstoff erhalten. Bei der Herstellung einer mit Phosphoroxid dotierten Schicht kann beispielsweise eine Mischung aus Phosphin, Diacetoxy-di-t-Butoxysilan und Sauerstoff verwendet werden. Die aus reinem Siliciumoxid bestehenden Schichten des Films wurden aus dem gleichen Silan erhalten. Die Schichten mit verhältnismäßig hoher Brechzahl bestanden aus Tantaloxid und wurden aus Pentaethoxytantal erhalten.
- Der Interferenzfilm blieb während der gesamten Lampenlebensdauer intakt und behielt sein Anfangseigenschaften. Tabelle 1
- * SiO&sub2; mit einem B&sub2;O&sub3;-Gehalt von 3 Gew.-%.
Claims (3)
1. Elektrische Lampe, versehen mit einem Quarzglas-Lampengefäß (1), in dem
eine Lichtquelle (2) angeordnet ist, die mit Stromleitern (3) verbunden ist, die aus dem
Lampengefäß nach außen treten,
wobei zumindest ein Abschnitt des Lampengefäßes mit einem
Interferenzfilm (5) beschichtet ist, der abwechselnde Schichten aus Siliciumoxid (51) und einem
Material (52) mit verhältnismäßig hoher Brechzahl umfasst und der auf einer Siliciumoxid
umfassenden Haftschicht (53) aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (53) zwischen dem Lampengefäß (I) und
dem Interferenzfilm (5) eingeschlossen ist und mit einem Oxid dotiert ist, das aus Boroxid
und Phosphoroxid gewählt ist.
2. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Haftschicht einen Siliciumoxidgehalt von 95 bis 98 Gew.-% hat.
3. Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lichtquelle (2) ein Glühkörper ist und der Interferenzfilm (5) lichtdurchlässig und IR-
reflektierend ist.
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