DE102004055081A1

DE102004055081A1 - Glühlampe mit Absorptions- und Interferenzfilter

Info

Publication number: DE102004055081A1
Application number: DE102004055081A
Authority: DE
Inventors: Sigbert Müller; Reinhard Schäfer
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-05-18
Also published as: CN101057166A; CA2584462A1; JP2008520068A; US20080036351A1; EP1817616A1; WO2006050713A1

Abstract

Offenbart ist eine Glühlampe zur Erzeugung von Licht in einem roten Spektralbereich mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß, einer von dem Lampengefäß umgebenen Glühwendel und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das mehrere optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten aufweist. Erfindungsgemäß bildet das Lampengefäß selbst ein Absorptionsfilter aus, das ungewünschte Lichtspektren absorbiert, wobei die Farbortverschiebung in den roten Spektralbereich durch das Interferenzfilter erfolgt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Glühlampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Derartige Glühlampen finden beispielsweise im Bereich der Fahrzeugtechnik als Lichtquelle für Rücklichter, Bremsleuchten, Nebelschlussleuchten und dergleichen Verwendung. Vielfach werden für diese rot emittierenden Leuchten Glühlampen eingesetzt, deren Lampengefäß eine hitzebeständige oxidische Interferenzfilterbeschichtung mit integrierten Absorberschichten zur Absorption von ungewünschten blauen und violetten Lichtspektren aufweist. Die Schichtdicke der Interferenzfilterbeschichtung ist derart angepasst, dass alle Bereiche des beschichteten Lampengefäßes im Betrieb der Glühlampe Licht desselben roten Farbspektrums emittieren.
Eine derartige Glühlampe ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 0 986 093 A1 bekannt. Diese Glühlampe verwendet ein Interferenzfilter mit dünnen Absorberschichten, die ungewünschtes kurzwelliges Licht im blauen und violetten Spektralbereich teilweise absorbieren. Eine Interferenzbeschichtung des Interferenzfilters aus optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten dient zur weiteren Unterdrückung von Licht aus dem violetten, blauen und grünem Spektralbereich und zur Einstellung der Filterkante des Interferenzfilters im roten Spektralbereich. Nachteilig bei derartigen Glühlampen ist zum einen, dass aufgrund der gesetzlich für Fahrzeugbeleuchtungen vorgeschriebenen Farbwerte und dem benötigten breiten Reflexionsband mit einer steilen Transmissionskante sehr viele Schichtfolgen in mehreren Schichtstapeln aus unterschiedlichen Schichtmaterialien, d.h. aus Interferenz- und Absorptionsschichten auf das Lampengefäß aufgebracht werden müssen. Aufgrund der großen Anzahl benötigter Schichten und Schichtmaterialien – das genannte Interferenzfilter besteht beispielsweise aus fünf Schichtstapeln mit drei Schichtmaterialien und 28 Schichten – ist der zur Herstellung derartiger Glühlampen verwendete Beschichtungsprozess aufwändig und kostenintensiv.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glühlampe zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Lösungen einen vereinfachten Schichtaufbau bei verringertem Herstellungsaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Glühlampe zur Erzeugung von Licht in einem roten Spektralbereich hat ein lichtdurchlässiges Lampengefäß, das eine Glühwendel umgibt und ein auf dem Lampengefäß angeordnetes Interferenzfilter, das mehrere optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten aufweist. Erfindungsgemäß bildet das Lampengefäß selbst ein Absorptionsfilter aus, das ungewünschte Lichtspektren absorbiert, wobei die Farbortverschiebung in den gewünschten roten Spektralbereich durch das Interferenzfilter erfolgt. Aufgrund der Ausbildung des Lampengefäßes als Absorptionsfilter werden gegenüber dem Stand der Technik keine zusätzlichen, im Interferenzfilter angeordneten Absorberschichten, benötigt, d.h. der Interferenzschichtstapel kann aus zwei anstatt drei Schichtmaterialien bestehen und eine verringerte Schichtanzahl aufweisen. Dadurch vereinfacht sich der Schichtaufbau bei verringertem Herstellungsaufwand erheblich. Unerwünschtes blaugrünes Streulicht, welches unter fertigungstechnischen und anwendungstechnischen Umständen auftreten kann, wird durch die Ausbildung des Lampengefäßes als Absorptionsfilter im kurzwelligen Spektralbereich verhindert.
Vorzugsweise besteht das Lampengefäß aus Lampenglas, welches gelbliches bis amberfarbiges Licht emittiert.
Im ausgeschalteten Zustand durchleuchtet das Sonnenlicht das gelbliche bis amberfarbige Lampengefäß. Die Anwendung eines reinen Absorptionfilters führt im Scheinwerfer zum sogenannten „Spiegelei-Effekt". Der auf dem Lampengefäß aufgebrachte Interferenzfilter reflektiert aber zusätzlich viloettes, blaues, grünes und gelbes Sonnenlicht. Die transmittierte rote Farbe mischt sich zusammen mit den reflektierten violetten, blauen, grünen und gelben Farben zu Weiß. Das Erscheinungsbild der Glühlampe im ausgeschalteten Zustand ist neutral, deshalb kann diese für farbneutrale Leuchtenanwendungen eingesetzt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Lampengefäß der erfindungsgemäßen Glühlampe aus durchgefärbtem und/oder beschichtetem Lampenglas und absorbiert dadurch die ungewünschten Lichtspektren.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Lampengefäß mit einer temperaturfesten Beschichtung, insbesondere mit Amberlack oder einem Sol-Gel-Absorptionsfilter beschichtet. Die Beschichtung mit amberfarbigem Sol-Gel oder Lack, welcher die ungewünschten violetten, blauen bis grünlichen Wellenlängenbereiche absorbiert, kann mittels aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Beschichtungsverfahren, beispielsweise durch Sprühen oder Tauchen erfolgen.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen das Absorptionsfilter derart auszubilden, dass violette, blaue und/oder grüne Wellenlängenbereiche von dem Lampengefäß absorbiert werden.
Vorzugsweise wird das Interferenzfilter von einem einzigen auf dem Lampengefäß angeordneten Schichtstapel aus optisch niedrigbrechenden Schichten und optisch hochbrechenden Schichten gebildet und besteht aus zwei Materialien.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die optisch niedrigbrechenden Schichten SiO₂-Schichten und die optisch hochbrechenden Schichten Nb₂O₅- oder TiO₂-Schichten. Der Schichtstapel wird vorteilhafterweise aus 13, 15 oder 17 Schichten gebildet.
Die optisch niedrigbrechenden Schichten weisen vorzugsweise eine Schichtdicke von im Wesentlichen 90 nm ± 15% und die optisch hochbrechenden Schichten eine Schichtdicke von im Wesentlichen 52 nm ± 15% bzw. 46 nm ± 15% auf und sind alternierend im Schichtstapel angeordnet.
Vorzugsweise wird der Schichtstapel von einer optisch hochbrechenden Schicht mit einer Schichtdicke von 26 nm ± 15% bzw. 23 nm ± 15% begonnen und abgeschlossen.
Die optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten können auch in einem verhältnismäßig großen Schichtdicken-Mißverhältnis (Mismatch) aufgetragen werden.
Die Schichtdicken der optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten des Schichtstapels sind vorzugsweise derart optimiert, dass die Filterkante des Interferenzfilters im roten Spektralbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 580 nm bis 640 nm, vorzugsweise bei 597 nm liegt. Dadurch wird gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Glühlampe im Wesentlichen ein Lichtspektrum gemäß der ECE-Farbnorm emittiert und die gesetzlichen Farbwerte für Fahrzeugbeleuchtungen, insbesondere für Brems-, Schluss- und/oder Nebelschlusslichtlampen und dergleichen erfüllt.
Das Interferenzfilter ist vorzugsweise in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter auftreffenden Lichts mit lokal unterschiedlicher Schichtdicke auf dem Lampengefäß angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Glühlampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
2 Transmissionskurven des Absorptionsfilters und der Interferenzfilterbeschichtung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Glühlampe 1 zur Erzeugung von Licht in einem roten Spektralbereich mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 25 W, die beispielsweise als Lichtquelle in der Heckleuchte eines Fahrzeugs zur Erzeugung des Schlusslichts, Bremslichts oder Nebelschlusslichts verwendet wird. Diese Glühlampe 1 besitzt einen bajonettartigen Lampensockel 2 und ein um eine Lampenachse A-A rotationssymmetrisches Lampengefäß 4 aus durchgefärbtem Lampenglas 6, welches eine nicht dargestellte Glühwendel umgibt. Das Lampengefäß 4 aus durchgefärbtem Lampenglas 6 bildet erfindungsgemäß ein Absorptionsfilter aus, das ungewünschte Lichtspektren, bspw. blaugrünes Streulicht absorbiert, wobei die Farbortverschiebung in den gewünschten roten Spektralbereich durch eine Interferenzfilterbeschichtung 8 erfolgt. Hierzu ist die gesamte äußere Oberfläche 10 des Lampengefäßes 4 mit der Interferenzfilterbeschichtung 8 versehen, die mehrere optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten aufweist, die in Sputtertechnik aufgebracht werden. Die Schichtdicke wird über die Zeitdauer des Sputterprozesses, die Prozeßgaszufuhr und die elektrische Leistungseinspeisung gesteuert. Aufgrund der Ausbildung des Lampengefäßes 4 als Absorptionsfilter, werden gegenüber dem Stand der Technik keine zusätzlichen, zwischen den Interferenzschichten angeordneten Absorberschichten in der Interferenzfilterbeschichtung 8 benötigt. Dadurch kann der Interferenzschichtstapel aus zwei anstatt drei, wie beim Stand der Technik gemäß der DE 0 986 093 A1 benötigten. Schichtmaterialien aufgebaut werden, wodurch sich der Schichtaufbau bei verringertem Herstellungsaufwand erheblich vereinfacht. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
Die Interferenzfilterbeschichtung 8 besteht gemäß Tabelle 1 oder einer alternativen Ausführung gemäß Tabelle 2 aus insgesamt 15 Interferenzschichten, die im Gegensatz zum Stand der Technik, in einem einzigen Schichtstapel und ohne Absorberschichten beginnend mit Schicht Nr. 1 auf der äußeren Oberfläche 10 des Lampengefäßes 4 angeordnet sind. Tabelle 1
Tabelle 2
Der Schichtstapel wird abwechselnd aus optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten gebildet, wobei es sich bei den optisch niedrigbrechenden Schichten um SiO₂ (Siliziumdioxid) und bei den optisch hochbrechenden Schichten gemäß Tabelle 1 um Nb₂O₅ (Niobiumpentoxid) bzw. gemäß Tabelle 2 um TiO₂ (Titandioxid) handelt. Die Schichten 1 bis 15 folgen unmittelbar aufeinander und bilden die Interferenzbeschichtung 8 aus.
Die physikalische Schichtdicke der SiO₂-Schichten und der Nb₂O₅-Schichten bzw. TiO₂-Schichten und damit auch die gesamte Schichtdicke der Interferenzfilterbeschichtung 8 variiert in Abhängigkeit des Ortes, damit von allen Bereichen des Lampengefäßes 4 Licht einer einheitlichen Farbkomposition emittiert wird. Hierzu ist es notwendig, in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter 8 auftreffenden Lichts, die Gesamtschichtdicke des Interferenzfilters 8, ausgehend von einer Lampengefäßkuppe 20, entlang der kürzesten Verbindungslinie auf dem Lampengefäß 4 in Richtung des Lampensockels 2 stetig zu vergrößern, d.h. die Schichtdicke des Interferenzfilters 8 variiert lokal in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter 8 auftreffenden Lichts, wobei der Unterschied zwischen der geringsten und der größten Schichtdicke ungefähr 7 Prozent beträgt. Die in diesem Ausführungsbeispiel genannten Schichtdickenangaben der Interferenzfilterbeschichtung 8 beziehen sich jeweils auf die Kuppe 20 des Lampengefäßes 4. Entlang konzentrischer Ringe um die Lampenachse A-A ist die Schichtdicke des Interferenzfilters 8 konstant.
In 2 ist das Transmissionsverhalten des Absorptionsfilters durch eine Kurve 12 und das Transmissionsverhalten des Interferenzfilters durch eine strichpunktiert angedeutete Kurve 14 dargestellt. Gemäß der Kurve 12 ist der Absorptionsfilter des Lampengefäßes 4 derart ausgebildet, dass ungewünschte violette, blaue und teilweise grüne Wellenlängenbereiche von dem eingefärbten Lampenglas 6 absorbiert werden, d.h. die Transmissionsschwingung der Kurve 14 der Interferenzfilterbeschichtung 8 im Bereich von ca. 380 nm bis 460 nm wird durch die Absorptionswirkung des Lampenglases 6 überlagert, die ansonsten von der Interferenzfilterbeschichtung 8 unterdrückt werden müssten. Auf diese Weise kann ein Interferenzfilter mit gegenüber dem Stand der Technik verringerter Schichtanzahl verwendet werden. Der Toleranzbereich von Farbschwankungen des Lampengla ses 6 und damit die Grenzen der Kantenlagen 16, 18 des Absorptionsfilters können zwischen den ungewünschten Farbspektren im kurzwelligen Bereich und der guten Transmission im roten Bereich, d.h. verhältnismäßig breit ausgelegt sein. Gemäß 2 liegt die untere Grenze 16 der Kantenlage des Absorptionsfilters bei einer Wellenlänge von ca. 470 nm und die obere Grenze 18 der Kantenlage des Absorptionsfilters bei einer Wellenlänge von ca. 550 nm.
Erfindungsgemäß erfolgt die Farbortverschiebung von dem Gelb/Amber-Spektralbereich in den gewünschten roten Spektralbereich durch die Interferenzfilterbeschichtung 8, d.h. die Filterkante des Interferenzfilters bei der die Transmission des Interferenzfilters fünfzig Prozent des einfallenden Lichtes beträgt, liegt gemäß 2 bei ca. 600 nm. Daher emittiert die Glühlampe 1 im eingeschalteten Zustand rotes Licht und kann als Lichtquelle für Brems-, Schluss- oder Nebelschlussleuchten verwendet werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel, insbesondere kann die Erfindung auf Glühlampen mit beliebiger Lampengefäßgeometrie und mit unterschiedlichem Interferenzfilterdesign angewendet werden. Anstelle des durchgefärbten Lampengefäßes kann eine temperaturfeste Beschichtung, insbesondere ein Lack als Absorptionsfilter auf das Lampenglas aufgetragen werden. Außerdem kann die Erfindung auch mit einer anderen Anzahl von optisch niedrigbrechenden und optisch hochbrechenden Schichten ausgeführt werden. Weiterhin können für die Interferenzschichten andere geeignete Materialien und Beschichtungsprozesse Verwendung finden.
Offenbart ist eine Glühlampe 1 zur Erzeugung von Licht in einem roten Spektralbereich mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß 4, einer von dem Lampengefäß 4 umgebenen Glühwendel und ein auf dem Lampengefäß 4 angeordnetes Interferenzfilter 8, das mehrere optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten aufweist. Erfindungsgemäß bildet das Lampengefäß 4 selbst ein Absorptionsfilter aus, das ungewünschte Lichtspektren absorbiert, wobei die Farbortverschiebung in den roten Spektralbereich durch das Interferenzfilter 8 erfolgt.

Claims

Glühlampe zur Erzeugung von Licht in einem roten Spektralbereich mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß (4), einer von dem Lampengefäß (4) umgebenen Glühwendel und ein auf dem Lampengefäß (4) angeordnetes Interferenzfilter (8), das mehrere optisch niedrigbrechende und optisch hochbrechende Schichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lampengefäß (4) ein Absorptionsfilter ausbildet, das ungewünschte Lichtspektren absorbiert und die Farbortverschiebung in den roten Spektralbereich durch das Interferenzfilter (8) erfolgt.
Glühlampe nach Anspruch 1, wobei das Absorptionsfilter des Lampengefäßes (4) derart ausgebildet ist, dass violette, blaue und/oder grüne Wellenlängenbereiche von dem Lampengefäß (4) absorbiert werden.
Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lampengefäß (4) aus durchgefärbtem und/oder beschichtetem Lampenglas (6) besteht.
Glühlampe nach Anspruch 3, wobei das Lampengefäß (4) mit einer temperaturfesten Beschichtung, insbesondere Amberlack oder einem Sol-Gel-Absorptionsfilter beschichtet ist.
Glühlampe nach Anspruch 3, wobei das Lampenglas (6) im Betrieb gelbliches und/oder amberfarbiges Licht emittiert.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Interferenzfilter (8) aus einem einzigen Schichtstapel der optisch niedrigbrechenden Schichten und optisch hochbrechenden Schichten ausgebildet ist und aus zwei Materialien besteht.
Glühlampe nach Anspruch 6, wobei die optisch niedrigbrechenden Schichten SiO₂-Schichten und die optisch hochbrechenden Schichten Nb₂O₅- oder TiO₂-Schichten sind.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die optisch niedrigbrechenden Schichten im Wesentlichen eine Schichtdicke von 90 nm ± 15% und die optisch hochbrechenden Schichten eine Schichtdicke von 52 nm ± 15% bzw. 46 nm ± 15%, aufweisen und alternierend angeordnet sind.
Glühlampe nach Anspruch 6, wobei der Schichtstapel von einer optisch hochbrechenden Schicht mit einer Schichtdicke von 26 nm ± 15% bzw. 23 nm ± 15% begonnen und abgeschlossen wird.
Glühlampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Schichtstapel derart optimiert ist, dass die Filterkante des Interferenzfilters (8) im roten Spektralbereich, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 580 nm bis 640 nm, vorzugsweise bei 597 nm liegt.
Glühlampe nach Anspruch 6, 9 oder 10, wobei der Schichtstapel 13, 15 oder 17 Schichten aufweist.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprpüche, wobei das Interferenzfilter (8) mit lokal unterschiedlicher Schichtdicke in Abhängigkeit des Einfallswinkels des von der Glühwendel emittierten und auf das Interferenzfilter (8) auftreffenden Lichts auf dem Lampengefäß (4) angeordnet ist.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lampe ein Lichtspektrum gemäß der ECE-Farbnorm für Brems-, Schluss- und/oder Nebelschlusslichtlampen emittiert.