DE102007049569A1

DE102007049569A1 - Kombiniertes Schichtsystem IRC- und Farbkonversionsfilter

Info

Publication number: DE102007049569A1
Application number: DE200710049569
Authority: DE
Inventors: Manfred Bühler; Markus Dr. Heßler; Sigbert Müller; Reinhard Schäfer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-04-23
Also published as: WO2009050064A1

Abstract

Offenbart wird eine Glühlampe, insbesondere Halogenglühlampe, mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das eine alternierende Abfolge einer Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und optisch hoch brechender Schichten aufweist, wobei das Interferenzfilter ein Schichtdesign aufweist, das eine Kombination aus IRC-Schichtdesign und Farbkonversionsschichtdesign bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Glühlampe, insbesondere Halogenglühlampe mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das eine Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und eine Vielzahl optisch hoch brechende Schichten aufweist, die alternierend angeordnet sind.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik beispielsweise der DE 699 11 539 sind Glühlampen, insbesondere Halogenglühlampen bekannt, die zur Effizienzsteigerung bzw. Energieeinsparung ein Interferenzfilter aufweisen, das Infrarotstrahlung reflektiert. Dazu werden Interferenzfilter mit abwechselnder Schichtfolge aus zwei oder mehr Materialien mit verschiedenen Brechungskoeffizienten eingesetzt, die dazu ausgelegt sind, Infrarotstrahlung, die von einer Glühwendel emittiert wird, in Richtung der Glühwendel zurück zu reflektieren, während sichtbares Licht transmittiert wird. Durch das Rückreflektieren der Infrarotstrahlung und dem damit verbundenen Wärmetransfer wird die Menge der elektrischen Energie, die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur der Glühwendel erforderlich ist, verringert.
Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Absorptions- oder Interferenzfilter, die eine Veränderung der emittierten Farbtemperatur, die sich aus der Wendelgeo metrie und der eingespeisten elektrischen Energie ergibt, konvertiert, um die von der Glühlampe abgegebene Farbtemperatur in Richtung des gewünschten Farborts zu verschieben. Durch das Aufbringen solcher Beschichtungen kann beispielsweise erreicht werden, dass die Glühlampe kaltweißes oder warmweißes Licht abgibt.
Nachteilig an diesem Schichtsystem ist jedoch, dass beide Filterarten nicht nacheinander auf der Lampe aufgebracht werden können, da sich die jeweiligen Interferenzbedingungen gegenseitig stören.
Um sowohl die Effizienz, als auch die Farbe zu ändern, wurde im Stand der Technik auf den Lampenkolben ein farbneutrales und transparentes Infrarotreflektierbeschichtungsschichtsystem, im Folgenden IRC (infrared reflecting coating) System genannt, aufgebracht und auf einer Reflektorabdeckscheibe ein zusätzlicher Farbkonversionsfilter, der die entsprechende Farbrichtung definiert.
Dies bedeutete für eine Standard-IRC-Beschichtung das Aufbringen von > 40 Schichtfolgen und das nochmalige Aufbringen von > 6 Interferenzschichten oder eines Absorptionsfilters auf die Abdeckscheibe für die Farbkonversion.
Dadurch war die Herstellung von effizienzgesteigerten und farbkonvertierten Glühlampen sehr kostenintensiv.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine effizienzgesteigerte Glühlampe mit einer definierten Farbtemperatur bereitzustellen, die kostengünstig und in einem Schichtsystem herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Glühlampe, insbesondere einer Halogenglühlampe, mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das eine alternierende Abfolge einer Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und optisch hoch brechender Schichten aufweist.
Wird bei dem Ausbilden des Interferenzschichtdesigns eine Farbtemperaturkonversion im visuellen Bereich und eine hohe Reflektivität im nahinfraroten Bereich berücksichtigt und optimiert, so kann ein Interferenzfilter bereitgestellt werden, das sowohl eine Farbkonversion, als auch eine Infrarotreflektivität aufweist.
Das Interferenzschichtdesign besteht aus abwechselnd optisch hoch brechenden und optisch niedrig brechenden Schichtfolgen, wobei die gewünschten Filtereigenschaften durch die Anzahl der Schichtfolgen und die einzelnen Schichtdicken erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Nb₂O₅ als hoch brechendes Schichtmaterial und SiO₂ als niedrig brechendes Schichtmaterial. Es ist jedoch auch möglich, alternative Materialien wie beispielsweise Titanoxid TiO₂, oder HfO₂ als hoch brechende Materialien oder ZrO₂ oder Al₂O₃ als niedrig brechende Materialien einzusetzen.

Wie ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, besteht ein erfindungsgemäßes Interferenzfilter, das eine Konversion in die Farbrichtung blau erzeugt, aus der in Tabelle 1 gezeigten Schichtfolge, wobei die physikalische Schichtdicke für die Materialien Nb₂O₅ und SiO₂ berechnet wurde. Werden Alternativmaterialien, wie oben beschrieben, verwendet, kann die physikalische Schichtdicke ent sprechend dem Änderungsverhältnis der Brechungsindizes umgerechnet werden, so dass die optischen Schichtdicken konstant bleiben. Tabelle 1 Blau-IRC

Schicht Nr.	physikalische Schichtdicke nm
Glas
1	16H
2	34L
3	197H
4	303L
5	178H
6	179L
7	21H
8	39L
9	105H
10	194L
11	15H
12	33L
13	111H
14	23L
15	14H
16	171L
17	16H
18	25L
19	108H
20	164L
21	28H
22	16L
23	125H
24	14L
25	12H
26	156L
27	97H
28	166L
29	101H
30	152L
31	95H
32	175L
33	28H
34	93L
Luft

Ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel offenbart eine Schichtabfolge, die eine Konversion in die Farbrichtung gelb bereitstellt, um beispielsweise warmweißes Licht abzugeben. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Schichtabfolge ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Gelb-IRC

Schicht Nr.	physikalische Schichtdicke nm
Glas
1	24H
2	39L
3	155H
4	35L
5	29H
6	240L
7	142H
8	40L
9	26H
10	228L
11	124H
12	203L
13	130H
14	14L
15	21H
16	189L
17	75H
18	17L
19	26H
20	169L
21	12H
22	42L
23	134H
24	178L
25	100H
26	161L
27	91H
28	153L
29	93H
30	153L
31	10H
32	16L
33	49H
34	88L
Luft

Wie Tabelle 1 und Tabelle 2 zu entnehmen ist, besteht das erfindungsgemäße Interferenzfilter lediglich aus 34 Schichtfolgen, während eine Standard-IRC-Beschichtung zwischen 30 und 60 Schichtfolgen und eine Farbkonversionsabdeckscheibenbeschichtung 6 bis 12 Schichtfolgen aufweist. Der Buchstabe L hinter den Schichtdickenangaben in den Tabellen 1 und 2 steht für optisch niedrig brechende Schicht und der Buchstabe H hinter den Schichtdickenangaben in den Tabellen 1 und 2 steht für optisch hoch brechende Schicht.
Besonders bevorzugt ist vorliegende Erfindung für eine Halogenglühlampe mit einem ellipsoidförmigen Lampengefäß, in dessen Brennpunkt die Glühwendel angeordnet ist. Dadurch besteht eine optimale Beeinflussung der Glühwendel, da alle reflektierten Infrarotanteile des emittierten Lichts direkt auf die Glühwendel zurückgeworfen werden, so dass die Menge der elektrischen Energie, die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur der Glühwendel erforderlich ist, verringert werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Glühwendel im allgemeinen in der Mitte des Lampengefäßes angeordnet ist, so dass möglichst viel reflektiertes Infrarotlicht von der Glühwendel aufgefangen werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine grafische Darstellung von Transmissionskurven der erfindungsgemäßen Interferenzbeschichtungen mit Farbkonversion im Vergleich zu einer Standard-IRC-Beschichtung für den Wellenbereich zwischen 300 nm und 2200 nm, und
2 eine grafische Darstellung der Transmissionskurven der erfindungsgemäßen Interferenzbeschichtung mit Farbkonversion im Vergleich zu der Standard-IRC-Beschichtung, und herkömmlichen Farbkonversionsbeschichtungen (blau, gelb) im Bereich von 380 bis 840 nm.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen Vergleich der Transmissionskurven der erfindungsgemäßen Beschichtungen mit Farbkonversion in Farbrichtung blau (siehe Graph 2), mit Konversion in Farbrichtung gelb (siehe Graph 4), im Vergleich mit einer herkömmlichen Standard-IRC-Beschichtung (siehe Graph 6) über einen Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 2200 nm.
Wie einem Vergleich der Transmissionskurven 2, 4 und 6 zu entnehmen ist, ähnelt der Verlauf von IRC-Beschichtung und erfindungsgemäßen Beschichtungen sich stark im visuellen und nahinfraroten Bereich. Insbesondere zeigt ein Vergleich der Beschichtungen, dass die Reflexion der erfindungsgemäßen Schichten im nahinfraroten Bereich ähnlich stark ausgeprägt ist, wie bei der Standard-IRC-Beschichtung (siehe Bereich zwischen 800 bis 1300 nm). Deutlich zu sehen ist auch, dass die hohe Transmissionsrate im visuellen Bereich abrupt bei Übergang in den nah infraroten Bereich reduziert wird, damit die infrarote Wärmestrahlung dazu genutzt werden kann, die Glühwendel zu heizen.
Die Abweichungen in der Transmissionskurve der erfindungsgemäßen Beschichtungen 2, 4 von der Standard-IRC-Beschichtung im visuellen Bereich ist auf die Transmission der gewünschten Wellenlängen, um die Farbkonversion bereitzustellen, zurückzuführen.
In 2 ist der visuelle Bereich (zwischen 300 und 800 nm) vergrößert dargestellt und gleichzeitig sind die bereits erläuterten Graphen noch mit den Transmissionskurven der konventionellen Beschichtungen in Vergleich gesetzt.
Dabei zeigen die Graphen 8 und 10 die Transmissionskurven zweier herkömmlicher Farbkonversionsbeschichtungen in die Farbrichtung blau mit einer Farbtemperatur von 3700 Kelvin bzw. 4300 Kelvin, während der Graph 12 die Transmissionskurve einer Farbkonversion einer herkömmlichen Beschichtung in die Farbrichtung gelb zeigt.
Dabei ist deutlich zu sehen, dass im visuellen Bereich die Transmissionskurven 2, 4 der erfindungsgemäßen Beschichtung ein den Transmissionskurven 8, 10 und 12 der herkömmlichen Beschichtungen analoges Verhalten aufzeigen.
Offenbart wird eine Glühlampe, insbesondere Halogenglühlampe mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das eine alternierende Abfolge einer Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und optisch hoch brechender Schich ten aufweist, wobei das Interferenzfilter ein Schichtdesign aufweist, das eine Kombination aus IRC-Schichtdesign und Farbkonversionsschichtdesign bereitstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 69911539 [0002]

Claims

Glühlampe, insbesondere Halogenglühlampe mit einem lichtdurchlässigen Lampengefäß und einem auf dem Lampengefäß angeordneten Interferenzfilter, das eine alternierende Abfolge einer Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und optisch hoch brechender Schichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilter ein Schichtdesign aufweist, das eine hohe Reflektivität im nahinfraroten Bereich und eine Farbtemperaturkonversion im visuellen Wellenlängenbereich aufweist.
Glühlampe nach Anspruch 1, wobei die optisch hoch brechenden Schichten Nb₂O₅-, TiO₂- und/oder HfO₂-Schichten sind.
Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optisch niedrig brechenden Schichten SiO₂-, ZrO₂- und/oder Al₂O₃-Schichten sind.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Interferenzfilter eine Abfolge von 34 Schichten aufweist, wobei eine in Strahlrichtung erste Schicht eine hoch brechende Schicht und eine in Strahlrichtung letzte Schicht eine niedrig brechende Schicht ist.
Interferenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Interferenzfilter eine Konversion in die Farbrichtung blau erzeugt.
Glühlampe nach Anspruch 5, wobei das Interferenzfilter für die Konversion nach blau folgende Schichtfolge aufweist: 16H, 34L, 197H, 303L, 178H, 179L, 21H, 39L, 105H, 194L, 15H, 33L, 111H, 23L, 14H, 171L, 16H, 25L, 108H, 164L, 28H, 16L, 125H, 14L, 12H, 156L, 97H, 166L, 101H, 152L, 95H, 175L, 28H, 93L, wobei H eine hoch brechende Schicht und L eine niedrig brechende Schicht bedeutet.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Interferenzfilter eine Farbkonversion in die Farbrichtung gelb erzeugt.
Glühlampe nach Anspruch 7, wobei das Interferenzfilter für die Konversion nach gelb folgende Schichtfolge aufweist: 24H, 39L, 155H, 35L, 29H, 240L, 142H, 40L, 26H, 228L, 124H, 203L, 130H, 14L, 21H, 189L, 75H, 17L, 26H, 169L, 12H, 42L, 134H, 178L, 100H, 161L, 91H, 153L, 93H, 153L, 10H, 16L, 49H, 88L, wobei H eine hoch brechende Schicht und L eine niedrig brechende Schicht bedeutet.
Glühlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glühlampe ein ellipsoidförmiges Lampengefäß aufweist.
Glühlampe nach Anspruch 9, wobei die Glühlampe eine Glühwendel aufweist, die im Brennpunkt des ellipsoidförmigen Entladungsgefäßes angeordnet ist.
Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Glühlampe ein zylinderförmiges Entladungsgefäß aufweist.
Glühlampe nach Anspruch 11, wobei die Glühlampe eine Glühwendel aufweist, die mittig in dem Lampengefäß angeordnet ist.
Interferenzfilter, das eine alternierende Abfolge einer Vielzahl optisch niedrig brechender Schichten und optisch hoch brechender Schichten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilter ein Schichtdesign aufweist, das eine hohe Reflektivität im nahinfraroten Bereich und eine Farbtemperaturkonversion im visuellen Wellenlängenbereich aufweist.
Interferenzfilter nach Anspruch 13, das eine Konversion in die Farbrichtung blau erzeugt und folgende Schichtfolge aufweist: 16H, 34L, 197H, 303L, 178H, 179L, 21H, 39L, 105H, 194L, 15H, 33L, 111H, 23L, 14H, 171L, 16H, 25L, 108H, 164L, 28H, 16L, 125H, 14L, 12H, 156L, 97H, 166L, 101H, 152L, 95H, 175L, 28H, 93L, wobei H eine hoch brechende Schicht und L eine niedrig brechende Schicht bedeutet.
Interferenzfilter nach Anspruch 13, das eine Konversion in die Farbrichtung gelb erzeugt und folgende Schichtfolge aufweist: 24H, 39L, 155H, 35L, 29H, 240L, 142H, 40L, 26H, 228L, 124H, 203L, 130H, 14L, 21H, 189L, 75H, 17L, 26H, 169L, 12H, 42L, 134H, 178L, 100H, 161L, 91H, 153L, 93H, 153L, 10H, 16L, 49H, 88L, wobei H eine hoch brechende Schicht und L eine niedrig brechende Schicht bedeutet.
Interferenzfilter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die optisch hoch brechenden Schichten Nb₂O₅-, TiO₂- und/oder HfO₂-Schichten sind und die optisch niedrig brechenden Schichten SiO₂-, ZrO₂- und/oder Al₂O₃-Schichten sind.