CN85109082B

CN85109082B - 电灯

Info

Publication number: CN85109082B
Application number: CN85109082A
Authority: CN
Inventors: 川胜晃; 弓削洋二; 叶山训幸; 齐滕德良; 前田梅夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-24
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1988-08-03
Also published as: CN85109082A; DE3537922C2; DE3537922A1; US4701663A; JPS61101949A; CA1244075A; KR890004641B1

Abstract

一种包括内部密封有灯丝的玻璃灯泡的灯。光干涉膜在灯泡的表面上形成。该膜至少有五层，由包含二氧化硅的低折射率层和与所说的低折射率层相比具有较高折射率的高折射率层交替地叠在一起构成。低折射率层至少包含磷和硼中之一种添加剂。

Description

电灯

本发明涉及的是一种利用光干涉膜有选择地向外发射所要求波长范围内的光线的电灯。

在最近提出的囟钨灯中，管形灯泡的表面有一层使可见光穿透的红外线反射膜。由灯丝发出的光线当中，红外线被反射膜反射，返回到灯丝上。这样，反射回去的红外线使灯丝变热，从而提高了发光效率。同时，减少了发射到灯泡外部的红外线的量。

这种红外线反射膜是由一层二氧化硅（SiO₂）或类似物质形成的低折射率层和一层二氧化钛（TiO₂）或类似物质形成的高折射率层构成的。利用光的干涉作用，特别是控制每层的厚度，反射膜能够有选择地让所要求波长范围内的光线穿过或将其反射回去。这种类形的膜叫做光干涉膜。

当工作了一段长时间后，这种普通灯泡中的光干涉膜有可能破裂或剥落。这一现象在工作温度高的囟钨灯以及短时重复开关的白炽灯中尤其明显。

考虑到这个问题，日本专利公开№.57-124301公布了一种膜，该膜由二氧化硅形成的低折射率层和三氧化二铝（Al₂O₃）、二氧化锆（ZrO₂）和/或二氧化钛形成的高折射率层交替地叠在一起构成。锡和/或锆加在二氧化硅低折射率层上。

当上述专利中所描述的光干涉膜用于其灯泡是由例如石英玻璃或硼硅酸盐玻璃这样的硬玻璃构成的囟钨灯时，频繁的开关或长时间的照明，都会引起光干涉膜的破裂或剥落。这种类型的光干涉膜用在这样的灯泡中，是不能得到令人满意的效果的。

日本专利公开№.57-161809公布了一种用于反光板、彩色装饰玻璃、镜子或滤光器的TiO₂/SiO₂/TiO₂三层膜。该专利还提出采用以二氧化硅（SiO₂）重量为基准计算的重量为0.5%至3%的五氧化二磷。然而，当这种三层膜用于上述类型的灯中时，不能得到令人满意的光干涉效果。就是说，红外线的反射量低。此外，三层膜也不能解决上面提到过的问题。

因此，本发明的目的是提供一种具有光干涉膜的灯，它有较高的光干涉率及较强的红外线反射特性，并且当灯频繁开关或长时间照明时，膜不会破裂或剥落。

为了达到本发明的上述目的，这里提出一种由内部密封有灯丝的玻璃灯泡所构成的灯，灯泡的表面有光干涉膜，它至少有五层，由二氧化硅形成的低折射率层和高折射率层交替地叠在一起构成，二氧化硅低折射率层至少包含磷和硼中之一种添加剂。

图1是根据本发明的一种灯的剖面图;

图2是在根据本发明的灯中形成的光干涉膜的剖面图。

为了找出解决上述问题的办法，考虑到当有机硅化物热分解时收缩量很大，并且普通的低折射率层和高折射率层的热膨胀系数有很大的不同，本发明人研究了目的旨在减小普通的低折射率层和高折射率层之间的热膨胀系数的差别而可以加进二氧化硅之中的添加物。研究的效果，本发明人发现，通过把磷和/或硼加进二氧化硅中去，就可以得到预想的效果，本发明就是基于这一发现上的。

现在参考附图，对本发明做详细的说明。

图1表示根据本发明的一种小型囟钨灯，它有一个耐热的、例如透明石英玻璃那样的透明玻璃做成的管形灯泡1。灯泡1的端头3是密封的。钼箔4a和4b埋在密封的端头3之中，并且连到内部引线5a和5b上。钨螺旋灯丝6位于灯泡1的中央，支撑在引线5a和5b之间。灯座7装在密封端头3上。灯泡1的内部充有氧气和气体囟素之类的惰性气体。

灯泡1的外表面是作为光干涉膜的允许可见光穿透和对红外线反射的膜2。膜2至少有5层，例如9至13层。高折射率层21和低折射率层22交替地叠在一起。膜2的最下面一层是高折射率层21，最上面一层也是高折射率层。层21至少包含一种具有高折射率的金属氧化物材料，例如二氧化钛、氧化钽或氧化锆。层22包含二氧化硅和预定的一定量的磷和/或硼。根据光干涉，膜2允许可见光透过并反射红外线。如果膜2少于5层，就不能得到令人满意的光干涉效果。就是说，红外线的反射效果变差，不能得到高质量的灯。

通常层21和22的光学厚度为0.2微米到0.4微米。

层22中的添加剂即磷和/或硼，分别以五氧化二磷（P₂O₅）和/或三氧化二硼（B₂O₃）计算，其重量为3%至20%。就是说，磷的量是根据五氧化二磷计算的，硼的量是根据三氧化二硼计算的。当添加剂的重量小于3%并且膜2多于5层时，在灯反复开关或长时间照明的情况下，膜2就会破裂或剥落。另一方面，当添加剂的量增加时，低折射率层22的折射系数变大并且为了达到规定的效果，必须增加膜2的层数。当添加剂的重量超过20%时，二氧化硅的折射率巨增（超过1.500）。这样，就得不到光干涉效果，并且最终的膜也变得不均匀了。添加剂最佳的重量为5%至10%。

参照包含二氧化钛的高折射率层的例子，说明形成光干涉膜2的一种方法。

首先，在醇溶剂如乙醇中将烷氧化钛（tltanium alkoxide）例如四异丙氧基钛（tetraisopropoxy titanium）或四甲氧基钛（tetramethoxz titanium）溶解。再把灯泡1浸入得到的溶液之中。当灯泡1以匀速度（例如每分钟20至30厘米）拉出之后，再将其晾干并在大约500至600℃的空气中烘烤大约10分钟。烘烤过程中，烷氧化钛分解为二氧化钛，形成高折射率层21。然后，在醇溶剂如乙醇中将四烷氧基硅烷（tetraalkoxysilane）例如四乙氧基硅烷（tctraethoxysilane）或四甲氧基硅烷（telramethoxysilane）溶解，并进行化学反应，生成四烷氧基硅烷凝聚溶液，其硅浓度（以二氧化硅计算）就其重量来说，例如为5.0%，磷化合物和/或硼化合物以上述计量加到该溶液中去。特别是，磷化合物最好采用五氧化二磷，而硼化合物最好采用三氧化二硼。具有高折射率层21的灯泡浸入溶液中。当灯泡1以匀速度（例如每分钟30至40厘米）拉出之后，再将其晾干并在大约500至600℃的空气中烘烤大约10分钟。由二氧化硅以及磷和/或硼构成的低折射率层22就在层21上形成了。这些过程重复进行，以形成膜2。

本发明将借助于它的实施例予以说明。

如图1所示的囟钨灯制做出来了。每一高折射率层以下列方式形成。即，将四异丙氧基钛以3%的浓度在乙醇中溶解，并把灯泡浸入得到的溶液之中。当灯泡以每分钟25厘米的匀速度拉出之后，将其晾干并在大约500至600℃的条件下烘烤大约10分钟。每一低折射率层以下列方式形成。将四乙氧基硅烷在乙醇中溶解并进行化学反应，生成四乙氧基硅烷凝聚溶液，其硅浓度以二氧化硅计算是5%。下表中所列举的添加剂溶于所得溶液中，得到不同的浓度。当灯泡浸入溶液之后，它们以每分钟35厘米的匀速度拉出，将其晾干并且在大约500至600℃的空气中烘烤大约10分钟。上述两种过程反复交替进行，以形成膜2。对灯工作时发生膜破裂或剥落的高折射率层和低折射率层的总数有记录。所得到的结果示于下表之中。

试验	添加剂	添加剂含量（重量百分比）	膜状态		低折射率层的折射率
						本发明	五氧化二磷	3.0	8层时发生破裂		1.457
5.0	12层时发生剥落		1.465
				8.0	可以形成13层或更多层			1.468
10.0	可以形成13层或更多层		1.478
				15.0	可以形成13层或更多层			1.490
20.0	可以形成13层或更多层		1.499
				本发明	三氧化二硼	3.0	8层时发生剥落		1.461
8.0	可以形成13层或更多层		1.470
						15.0	可以形成13层或更多层		1.495
20.0	可以形成13层或更多层		1.500
				比较实例	五氧化二磷	0.5	4层时发生剥落		1.451
2.5	4层时发生破裂		1.456
				比较实例	三氧化二硼	2.5	4层时发生破裂		1.459
比较实例	没有氧化锡	-	4层时发生剥落							1.450
					5.0	6层时发生破裂		-

上表中，添加剂的量是根据P₂O₅、B₂O₃和SiO₂的量，按照下式算出的：

添加剂量＝（P₂O₅+B₂O₃）+（SiO₂+P₂O₅+B₂O₃）

（重量百分比）

其中层数指层21和层22的总数。

从上表可以看出，本发明的光干涉膜2不容易破裂或剥落。特别是，当添加的磷和/或硼的重量超过3.0%，层的数目可以大大增加，而不会发生破裂或剥落现象，借助于足够多的层数，就能得到所要求的光学效果。然而，随着磷或硼的量的增加，折射率也增加了，层数也必须增加。当添加剂的重量超过20.0%时，折射率超过1.500。从光学和经济学角度来看，这是不切实际的，而且这种膜也变得不均匀了。

根据实验，可以采用磷和硼的混合物。在这种情况下，添加的磷和硼的总重量必须控制在3%至20%之间。实验也证实，高折射率层21也可以由氧化钽或氧化锆构成，或二氧化钛、氧化钽或氧化锆中两种以上物质的混合物构成。

在这种情况下，添加的磷和/或硼的总重量也必须控制在3%至20%之间。形成上述的光干涉膜的方法不限于上述的方法，也可以是真空沉积法。此外，含磷或硼的原材料也不限于上面提到的那些。

按照本发明的一种灯，由高折射率层和低折射率层交替地叠在一起构成的光干涉膜，至少在玻璃灯泡的内表面和外表面之一面上形成。每一低折射率层由添加了磷和/或硼的二氧化硅构成。因此，即使干涉膜包括许多层，它也不会破裂或剥落。

Claims

1、一种电灯，包括：

内部密封有灯丝的玻璃灯泡，以及形成在灯泡表面的光干涉膜，该膜至少有五层，由包含SiO₂的低折射率层和包含TiO₂、Ta₂O₅和ZrO₂中之一种的高折射率层交替地叠在一起构成，其特征在于所说的低折射率层至少包含磷或硼中之一种添加剂，分别以P₂O₅计算的磷的重量或以B₂O₃计算的硼的重量为3～20%。

2、根据权利要求1的一种电灯，其特征在于每一低折射率层包含的添加剂的重量为5%～10%。

3、根据权利要求1的一种电灯，其特征在于添加剂的形式是P₂O₅和B₂O₃的混合物，其总重量为3～20%。