DE3590006T1

DE3590006T1 - Selektives Farbfilter

Info

Publication number: DE3590006T1
Application number: DE19853590006
Authority: DE
Inventors: Peter J. Stirling N.J. Walsh
Original assignee: Duro-Test Corp., North Bergen, N.J.
Priority date: 1984-01-10
Filing date: 1985-01-08
Publication date: 1986-05-15
Also published as: EP0167620A1; GB2162658B; AU3835785A; IT8519064A0; US4645290A; GB8520522D0; GB2162658A; JPS61500937A; ES8701432A1; ES539463A0; IT8519064A1; IT1183102B; WO1985003164A1; IL74013A0

Description

Selektives Farbfilter

Umfeld der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft den technischen Bereich der Farbfilter und genauer ein energiewirksames Farbfilter zum Erzeugen einer Beleuchtung mit einer ausgewählten

Farbe in einer Lampe.

2. Beschreibung des Standes der Technik Herkömmliche weißglühende Lampen zur Erzeugung von Licht mit einer speziellen Farbe, beispielsweise Rot, Blau oder Grün, gehören im allgemeinen mehreren bekannten Arten an. Die erste verwendet ein sogenanntes absorbierendes Filter, bei welchem die gewünschte Farbe durch Filter erzeugt wird, die außerhalb der Lampe angeordnet sind, oder durch eine unmittelbar an der Um-

hüllung der Lampe aufgebrachte Nachbearbeitung, üblicherweise an der Außenseite. Die Filter haben eine absorbierende Wirkung, d.h., sie absorbieren Lichtenergie im unerwünschten Teil des Spektrums, die in Wärme zur Rückstrahlung umgewandelt wird. Energie mit der gewünschten Wellenlänge (Farbe) wird durch das Filter hindurch übertragen. Diese Arten von Filter gehören allgemein der organischen Art an, d.h. Farben, oder sind

möglicherweise auch eine Silikonbeschichtung.

Eine andere Art einer Lampe zum Erzeugen einer selektiven Farbe verwendet eine mehrlagige Filterbeschichtung aus einer Anzahl nicht-metallischer Filme mit niedrigen und hohen Brechungsindizes, welche auf die Glashülle aufgedampft sind. Jede Lage der Beschichtung ist ein Viertel der Wellenlänge dick, was zu hohen Reflexionsgraden bei einer speziellen Wellenlänge führt. Kombina- tionen dieser Materiallagen und ihrer Dicken erzeugen eine gewünschte Spektralverteilung des übertragenen Lichtes. Im allgemeinen werden solche Beschichtungen "dichroitische Filter" genannt und haben eine Anzahl von bis zu 15 bis 21 Schichten. Diese Lampen sind beispielsweise in einem Artikel von Beesley offenbart, mit dem Titel "Neue, hochwirksame Farbe für PAR-Lampen unter Verwendung mehrschichtiger Interferenzbeschichtungen", der in "Ilumination Engineering", März 1964, S. 208 bis 212 erscheint.

Eine andere Art eines Farbfilters ist in US-PS 4 366 beschrieben, die auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist und eine "Etalon"-Beschichtung verwendet, bei welcher eine dünne Filmlage aus einem Isoliermaterial zwischen zwei dünnen Filmlagen aus einem Metall angeordnet ist, wobei die Beschichtung eine zusammengesetzte Metall-Isolator-Metall-Beschichtung genannt ist. Die dünnen Filme der Beschichtung werden an der Wand der Hülle der weißglühenden Lampe gebildet, wobei die Dicke der einzelnen Filme der Beschichtung und ihre gegenseitige Zuordnung so gewählt sind, daß man die Übertragungscharakteristiken der Beschichtung für Energie, die durch den Glühdraht erzeugt wird, bei einer Wellenlänge einer speziellen Farbe im sichtbaren Bereich optimiert. Auch die Farbfilterbeschichtung kann so gebildet werden, daß man die reflektierenden Eigenschaften für jene Energie, deren Übertragung nicht er-

wünscht ist, optimiert, welche jene im infraroten Bereich mit umfaßt, und diese Beschichtung reflektiert in Verbindung mit einer optisch geformten Umhüllung diese Energie auf den Lampenglühdraht zurück, um die Wirkung der Lampe zu erhöhen.

Abriß der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Farbfilter zur Erzeugung einer bestimmten Farbe aus dem sichtbaren Licht, gebildet aus einem Metallfilm, der sandwichartig zwischen bei dielektrischen Filmen eingeschlossen ist. Dieses Farbfilter kann vorteilhafterweise zusammen mit einer Lampe verwendet werden, etwk einer Glühfadenlampe, und verwendet eine zusammengesetzte beschichtung aus Filmen aus einem Isolator/Metall/Isolator. Die Filme der zusammengesetzten Isolator/Metall/Isolator-Beschichtung sind an der Wand der Umhüllung der Glühfadenlampe ausgebildet, wobei die Dicke der einzelnen Filme der Beschichtung und ihre ,gegenseitige Zuordnung so gewählt sind, daß die Durchgangseigenschaften der Beschichtung auf die Energie optimiert sind, die durch den Glühfaden mit der Wellenlänge der speziellen Farbe erzeugt wird . Die Beschichtung kann auch so ausgebildet sein, daß ihre reflektierenden Eigenschaften auf jene sichtbare Energie optimiert werden, deren Übertragung nicht erwünscht ist, sowie auf die Energie im infraroten Bereich. In Verbindung mit der Umhüllung kann diese Energie zum Glühfaden zurück reflektiert werden, um seine Arbeitstemperatur zu erhöhen und die Wirksamkeit der Lampe zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die eine Isolator/Metall/Isolator-Beschichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er

findung zeigt;

Figur 2 ist ein Diagramm, das die Ansprechcharakteristik eines bevorzugten, erfindungsgemäßen Farbfilters darstellt;

Figur 3 ist ein Diagramm, das die Ansprechcharakteristiken eines anderen, bevorzugten, erfindungs

gemäßen Farbfilters zeigt;

Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lampe;und

Figur 5 ist eine schematische Darstellung, die die

Spektral-Verteilungseigenschaften des Glühfadens einer typischen Glühlampe darstellt; Figur 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungs-Ib gemäßen Lampe.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbei-

spiele

Figur 1 zeigt ein Bruchstück eines Substrats 10, beispielsweise der Umhüllung einer Glühlampe aus Kalkglas oder FYRtX, oder aus einem anderen geeigneten Glas, auf welchem eine Isolator/Metall/Isolator-Beschichtung 11 niedergelegt ist. Die Isolator/Metall/Isolator-Beschichtung 11 weist drei getrennte dünne Filmschichten auf, die stärker vergrößert und unmaßstäblich gezeigt sind. Die erste dieser ist eine Filmschicht 12 aus einem dielektrischen Material oder Isolator, etwa aus Titandioxid, Magnesiumfluorid, Kryolith, usw., welche auf der einen Oberfläche des Substrats 10 abgelagert ist. Ein dünner Film 13 aus einem elektrisch hochleitfähigen , reflektierenden Material, etwa Silber, Kupfer, Gold oder Aluminium, ist auf die dünne Filmschicht 12 aufgetragen, und eine Außen-Filmschicht 14 aus einem dielektrischen Material, das dasselbe wie bei dem ersten Film 12 sein kann, ist auf den Metallfilm 13 aufgetragen. Jede herkömmliche und geeignete Technik kann zum Auftragen der drei Filmschichten verwendet werden, z.B. die chemische Auftragung, Aufdampfen, Aufsprühen oder HF- (Hochfrequenz-)

Aufsprühen usw.

Die drei Filmschichten sind bevorzugt abgesondert und getrennt voneinander hergestellt. Das heißt, es ist bevorzugt, daß keine gegenseitige Diffundierung der Materialien der Schichten auftritt. Wie oben beschrieben, wirken jedoch die Filmschichten zusammen und stehen als zusammengesetzte Beschichtung miteinander in gegenseitiger Zuordnung, um ein Filter zu erzeugen, IQ das die gewünschten Übertragungs- und Reflexionseigenschaften aufweist, und sie sind somit als ein zusammengesetztes Element aufgebaut.

In Übereinstimmung mit dem Gegenstand der Erfindung ig und wie in Figur 1 gezeigt, besteht die Umhüllung oder

das Substrat 10 aus einem transparenten Material. Wenn dieses bei einer Glühlampe verwendet wird, ist es bevorzugt ein herkömmliches Glas, das für die Lampenumhüllung verwendet wird, z.B. Kalkglas. Jedes andere 2Q geeignete Glas kann verwendet werden, obwohl, wie nachfolgend gezeigt wird, das Substrat 10 und die dielektrische Richtung 12 so ausgewählt sein sollten, daß die Phase der übertragenen , sichtbaren Energie zum Glas für die endgültige Übertragung aus der Umhüllung passend ο= ist, mit einer nur geringen sichtbaren Reflexion bei der gewünschten Farb-Wellenlänge,

Die einfallende Strahlung, die durch die Pfeile I gezeigt ist, ist, und zwar unter der Annahme, daß sie

ο« Komponenten im sichtbaren Bereich des Spektrums sowie als auch Energie im infraroten Bereich des Spektrums aufweist, so gezeigt, daß sie auf die Schicht 14 in weitester Entfernung vom Substrat 10 einfällt. In Übereinstimmung mit der Erfindung, wie oben beschrieben, über-

gg trägt die Beschichtung das Größtmaß an Energie in einem speziellen erwünschten und bestimmten Bereich des sichtbaren Teils des Spektrums, um eine gewünschte Farbe zu erzeugen, etwa Grün, Blau, Gelb, Rot usw. Zusätzlich

ist die Beschichtung bevorzugt so ausgebildet, daß sie

ein Höchstmaß an Energie im längeren Wellenlängenbereich reflektiert, welches den Infrarotbereich umschließt, und sich somit als Wärmespiegel verhält. 5

Die Figuren 2 und 3 zeigen typische Ansprechkurven für Beschichtungen der in Figur 1 gezeigten Art. Die Ordinate zeigt die Merkmale der Übertragung (Kurven 20 und 23) und des Reflexionsgrades (Kurven 21 und 22). Die Abzisse zeigt die Wellenlänge. Wie hier noch weiter beschrieben, in Abhängigkeit von der relativen Dicke I₁, 1_? und 1~ der Filmschichten 14, 13 bzw. 12. Das Filter kann ein einziges oder mehrere Durchlaßbänder aufweisen. Diese Beschichtungen sind so ausgebildet, daß sie gegenüber Infrarot reflektieren und bei ausgewählten Wellenlängen durchlässig sind.

Die Dicke der Schichten 12 und 14 sind so gewählt, daß sie die Übertragung der gewählten Farbe der sichtbaren Energie optimieren, die Reflexion der Infrarotenergie sowie jenes Lichts, das Farben aufweist, deren Übertragung unerwünscht ist.

Der Silberfilm oder die Silberschicht 13 ist so optimiert, daß sie die Übertragungsfähigkeit für die gewünschte Farbwellenlänge erhöht. Die jeweilige Dicke der Schichten 12 und 14 ist so gewählt, daß sie im wesentlichen gleich sind. Bei einem herkömmlichen Isolator/Metall/ Isolator-Film können solche Filme als (0,0) Filme ausgebildet sein. Filme höherer Ordnung können dann mit (N, M) bezeichnet werden, wobei die Titandioxidschicht, die dem Füllgas der Lampe nächstgelegen ist, N zusätzliche optische Halbwellenlängen an der Wellenlänge der höchsten Übertragung aufweist und die Titandioxidschicht, die dem Glas nächstgelegen ist, M zusätzliche optische halbe Wellenlängen an der Höchstwert-Wellenlänge aufweist. Die optischen halben Wellenlängen

einer Schicht sind abhängig von ihrer Dicke und dem Brechungsindex.

Die Halbbreite A^p für einen vorgegebenen Übertragungs-Höchstwert, der bei Z# liegt, ist dadurch bestimmt, daß man den Höchstwert der Übertragung, T , bei /Lq auffindet und die Wellenlängen^/ und^/ an den Punkten auf jeder Seite des Höchstwerts bestimmt, die eine Übertragungsfähigkeit aufweisen, die gleich ist T /2. Die Halbbreite ist gleich dem Unterschied zwischen den Wellenlängen /C^ und

Wenn N und M erhöht werden, dann nimmt die Dicke der Isolatorschichten zu, und das sichtbare, durchgelassene Band nimmt in der Breite ab, was zu einer größeren Farbsättigung führt, da die übertragende Farbe reiner wird, also enger zur Wellenlänge der maximalen Übertragung zentriert. Wenn N gleich M wird, dann haben die beiden Isolatorschichten dieselbe Dicke, wenn ihre aufgetragenen Brechungsindizes dieselben sind; wenn N nicht gleich M ist, dann sind die Schichten asymmetrisch.

Die volle Halbbreite des Isolator/Metall/Isolator-Filters nimmt mit zunehmendem N und M ab. Die engste HaIbbreite für einen gegebenen Wert von N + M tritt dann auf, wenn N=M.

Das Farbfilter der vorliegenden Erfindung arbeitet durch die Interferenz von Licht, das bei den Übergangsflächen zwischen den unterschiedlichen Schichten des Filters reflektiert wird. Die Interferenzwirkungen sind so gewählt, daß ein Übertragungsband auf der Wellenlänge /C*? zentriert wird, die etwa der gewünschten Übertragungsfarbe nahekommt, und daß ein durchgelassenes Übertra- gungsband erzeugt wird, das die erwünschte, spektrale Reinheit liefert.

Als Faustregel werden die Dicken der dielektrischen Schicht als ein Achtel eines Viertels der optischen Welle bei2p gewählt, um ein (0,0) Filter zu bilden, und die Metalldicke wird dann bevorzugt durch die untenstehende Gleichung (1) gewählt. Dies erzeugt ein breites Übertragungsband nahe der gewünschten Farbwellenlänge. Aufeinanderfolgende zusätzliche optische Halbwellenlängendicken von werden dann zugefügt, um ein (N, M) Filter zu bilden,dessen durchgelassenes Band den gewünschten spektralen Farbton und die gewünschte spektrale Reinheit erbringt.

Mit der geeigneten Filterausbildung überlagert die Amplitude des dem Glühfaden zureflektierten Lichtes bei /L^ in schädlicher Weise die Amplituden, die an den Übergangsflächen zwischen dem Innenraum der Lampe und der dielektrischen Schicht 14 sowie zwischen der dielektrischen Schicht 12 und der Umhüllung 10 reflektiert werden. Eine hohe Übertragung findet dann bei Λ.» statt. Wenn sich die Wellenlänge von /Cp ändert, dann wird die Reflexionsinterferenz weniger schädlich, was die Lichtübertragung außerhalb des gewünschten Farbbereiches verringert. Im Infrarotbereich wird der Metallfilm kräftig reflektierend, was die hohe Rückführung der Strahlung zum Glühfaden sichert.

Wie bereits vorher beschrieben, kann ein wirksames, erfindungsgemäßes Farbfilter so entworfen werden, daß man mit einem (0 , 0)-Metall-/Isolator-/Metall-Filter beginnt, das für die Übertragung von Licht ausgelegt ist, das rund um die gewünschte Farbe zentriert ist. Die Ausgangsdicken des Isolators und des Metalls werden auf die folgende Weise bestimmt:

Die Filmabmessungen, die mit 1., 1„ und 1~ bezeichnet und den Dicken der Schichten 14, 13 bzw. 12 entsprechen, sind so gewählt, daß die Übertragungsfähigkeit des Filters an der speziellen, gewünschten Farbe einen Höchst-

wert aufweist. Um dies zu erreichen, wird es erforderlich sein, die Dicken des Dielektrikums, 1. und I₃₁ einzustellen, um die Farbe zu erreichen, die jedoch normalerweise keine sehr hohe Reinheit aufweisen wird. Die Werte von 1. und 1_? können als Grunddicken bezeichnet werden.

Es kann mathematisch gezeigt werden, daß dann, wenn das Dielektrikum eine rein reale Dielektrizitätskonstante aufweist, nämlich n, und das Metall eine rein immaginäre Dielektrizitätskonstante, ik, wobei i =/-1, und wenn η = k, die dielektrischen Filme und Metallfilme (0, 0) jede der beiden folgenden Dickekombinationen für die vollständige Übertragung bei der gewählten Wellenlänge %p aufweisen, entsprechend der gewünschten Übertragungsfarbe:

P "2~ΤΓ

= I₃ =#.p/8n : Dielektrika

arc tanh

- ⁿ0ⁿ3

ⁿ0ⁿ3

(1)

: Metall

oder; I₁ = λ_ρ/8η I₃ - 2% p/8n

: Dielektrika

-Ε τ- arc tanh

- ⁿ

(2)

Metall

wobei:

η der Absorptionsindex der Lichtenergie der dielektrischen Schicht,

k der Absorptionsindex des Metalls,

η der Brechungsindex des Gases in der Umhüllung, der im wesentlichen 1 bzw. eine Einheit ist, n„ der Brechungsindex der Glashülle,

1. die Dicke der dielektrischen Schicht, die der Lichtquelle nächstgelegen ist,

1„ die Dicke der Metallschicht,

I₃ die Dicke jener dielektrischen Schicht ist,

die von der Lichtquelle am weitesten entfernt ist.

Da die Gleichung (1) normalerweise eine größere Metalldicke und somit eine höhere infrarote Reflexionsfähigkeit erzeugt, ist die Verwendung der Bedingungen, die durch die Gleichungen (1) beschrieben sind, bevorzugt.

Ein (N, M)-FiIm höherer Ordnung wird dann gewählt, in welchem die dielektrischen Dicken um M und N zusätzliehe optische Halbwellenlängen dicker sind als die Grunddicken. Das Produkt aus der Dicke und dem Brechungsindex des Dielektrikums ist der optischen Dicke gleich.

Es kann hier gefunden werden, daß, wenn Filme (N, M) höherer Ordnung gewählt sind, im infraroten Bereich eine größere Übertragung erhalten wird. Es wird deshalb allgemein bevorzugt sein, mit einem Filter zu beginnen, das in der niedrigsten Übertragungsart arbeitet, da ein solches Filter nur einen Transmissions-Höchstwert aufweist, der auf die gewählte Wellenlänge zentriert ist.

Wenn eine höhere Übertragungsart gewählt ist, dann nimmt die Anzahl von Höchstwerten zu, und dies kann zu Unreinheiten in der übertragenen Farbe führen, wie beispielsweise in Figur 3 gezeigt ist.

Das erfindungsgemäße selektive Farbfilter kann so optimiert werden, daß es die gewählten Frequenzen innerhalb des sichtbaren Bereichs überträgt. In der unten aufgelisteten Tabelle sind Filter gezeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von TiO„/Ag/TiO„ abgeleitet sind und bei Blau und bei etwa 435 Nanometern zentriert sind, wobei die Dicke der Schichten in Nanometern angegeben ist.

-yf- 4Sb

(N₁M) Titandioxid (nm) Silber (nm) Titandioxid (nm)

	(0	,0)	23
	(0	,1)	23
5	(1	,0)	107
	(1	,D	107

22 23

23 108 26 23 22 107

Der mit (1,0) bezeichnete Film weist eine Halbbreite von 11 Nanometern auf, zentriert bei 435 Nanometern im blauen Bereich. Sein Ansprechverhalten ist in Figur 2 gezeigt und weist eine Kurve 20 auf, die die Übertragung zeigt, und eine Kurve 21, die das Reflexionsvermögen eines solchen Filmes zeigt. Es wird vermerkt, daß dort ein Höchstwert der Übertragung vorliegt, der auf 435 Nanometer zentriert ist, entsprechend der Interferenzart erster Ordnung. Es liegt ein zweiter Höchstwert vor, der bei etwa 1200 Nanometern liegt, entsprechend der nullten Ordnung der Interferenzart.

Wie unten beschrieben, kann ein solches Farbfilter als Beschichtung auf einer Lampe verwendet werden, um der Lampe eine farbige Abstrahlung zu verleihen.

Verglichen mit einer typischen Lampe, die ein blaues absorbierendes Filter verwendet, weist ein Filter, das entsprechend jenem ausgebildet ist, das in Figur 2 gezeigt ist, eine maximale Übertragung von 92 % auf, verglichen mit einer maximalen Übertragung von 48 % bei einem typischen absorbierenden Übertragungsfilter. Wenn man von 10 % zusätzlichen Absorptionsverlust bei Filtern der Massenherstellung ausgeht, dann liefert ein Blaufilter mit den in Figur 2 gezeigten Eigenschaften 172 % mehr Lumen bei einer gegebenen Glühfadentemperatur wenn es in einer Lampe verwendet wird, verglichen mit einem absorbierenden Glühdraht. Wenn die Infrarotenergie, die von dem in Figur 2 beschriebenen Filter reflektiert wird, auf den Glühdraht zurückgerichtet wird, um die Leistung zu bewahren, die erforderlich ist, um die

Glühfadentemperatur aufrechtzuerhalten, dann führt das

Filter der Figur 2 gemäß einer Berechnung zu einer Lampe, die 440 % größere Lumenwerte pro Watt erzeugt, als dies bei einem absorbierenden Filter ermöglicht ist. 5

In ähnlicher Weise kann als ein zweites Beispiel ein Grünfarbfilter gemäß irgendeinem der Ausführungsbeispiele aufgebaut werden, die in der folgenden Tabelle vorgelegt werden, wobei die Dicke der Schichten in Nanometern angegeben ist.

Titandioxid (nm)

28

(0,1) 28 22 137

28 137 245 137 (2,2) 245 22 245

Wenn man auf das mit2,2 bezeichnete Filter Bezug nimmt, ist dessen Ansprechverhalten in Figur 3 gezeigt, die wiederum die beiden Kurven 22 bzw. 23 für Reflexionsvermögen und Übertragungsvermögen zeigt. Dieses Filter ist ein Grünfilter, das bei 520 Nanometern zentriert ist und eine Halbbreite von 7,7 Nanometern aufweist.

Es wird beobachtet werden, daß, während der 2,2-Film einen Höchstwert zweiter Ordnung im Grün aufweist, der auf 520 Nanometer zentriert ist, er weiter Höchstwerte kleinerer Ordnung im Violetten bei etwa 410 Nanometern, bei etwa 350 Nanometern im Ultravioletten, bei 640 Nanometern im Roten und bei 810 Nanometern im Infraroten aufweist. Es ist somit klar, daß, obwohl der Ausgang dieses Filmes Grün erscheinen wird, er keine hohe spektrale Reinheit aufweist.

(N,M)	Titandioxid (nm)	Silber (nm)
(0,0)	28	22
(0,1)	28	22
(1,0)	137	22
(1,1)	13 7	22
(1,2)	137	22
(2,1)	245	22
(2,2)	245	22

Die errechnete maximale Übertragung beträgt etwa 92 %, verglichen mit jener für ein grünes absorbierendes Filter, die 43 % ist. Bei Filtern der Massenfertigung, bei welchen die Übertragung um 10 % geringer sein kann als die errechneten Werte, beträgt die Zunahme der Farbabstrahlung gegenüber einer absorbierenden Grünlampe in Lumen 170 % bei einer vorgegebenen Glühfadentemperatur. Wenn das Infrarot zum Glühfaden zurückreflektiert wird, dann ist der Gewinn an Lumen pro Watt als 380 % errechnet.

Diese Beschichtungen haben ein verhältnismäßig hohes Reflexionsvermögen bei ausgewählten Frequenzen, wie aus Figur 2 und 3 ersichtlich ist, sowie auch hohe Übertragungsvermögen für die gewählte Farbe, für welche die Beschichtung ausgelegt ist. Das Übertragungsvermögen der Beschichtungen ist beträchtlich wirksamer als absorbierende Filter aus dem Stand der Technik, wie etwa solche organische Beschichtungen, die, wie oben beschrieben, lediglich Licht absorbieren und es in alle Richtungen als Wärme zurückstrahlen. Lampen aus dem Stand der Technik haben nicht die Fähigkeit, Infrarotstrahlung oder andere unerwünschte Strahlung in das Innere der Lampe zurückzustrahlen.

Es wird nun auf Figur 4 Bezug genommen; eine Glühlampe, die mit einem erfindungsgemäßen Filter aufgebaut ist, ist gezeigt, wobei die Filterbeschichtung 11 auf der Innenfläche eines Substrats 10 aufgetragen ist, welches die übliche Lampenumhüllung aus einem geeigneten Glasmaterial ist. Die Filter können beispielsweise solche sein, wie sie in Zuordnung zu den Figuren 2 und 3 beschrieben sind. Die Beschichtung 11 liegt gemäß der Darstellung auf der Innenseite der Umhüllung, obwohl sie auch auf der Außenseite aufgebracht sein könnte.

Ein Glühfaden 35 aus einem geeigneten Material, etwa reinem oder legiertem Wolfram, ist an einem Paar Zuführdrähten 37, 39 angebracht und an einer Achse oder

einem Stiel 40 gehalten. Die Zuführdrähte 37, 39 sind aus der Achse zu elektrischen Kontakten 41, 43 am Sockel 35 herausgeführt. Sie weist auch eine Rohranordnung auf, durch welche das Innere der Lampe leergepumpt und, falls gewünscht, mit einem Gas gefüllt ist. Geeignete Gase sind beispielsweise Argon, Argon-Stickstoff oder ein Gas mit einem hohen Molekulargewicht, wie etwa Krypton .

Wenn an die Lampe eine Spannung angelegt wird, dann glüht der Glühfaden auf und erzeugt eine Energie sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Bereich. Die genaue Spektralverteilung des Glühfadens hängt von seiner Arbeitstemperatur ab, welche wiederum vom Widerstand des Glühfadens abhängt. Typische Glühfaden-Betriebstemperaturen liegen im Bereich von etwa 2650 K bis etwa 2900 K. Figur 5 zeigt die Spektralverteilung eines typischen Glühfadens, der bei 2900 K arbeitet. Er emittiert Lichtenergie über einen breiten Bereich von Wellenlängen hinweg, die von 500 Nanometern im ultravioletten Bereich bis über 1500 Nanometer im infraroten Bereich reichen. Sichtbare Energie ist im Bereich zwischen 350 bis 750 Nanometern konzentriert. Wenn die Betriebstemperatur absinkt, dann verlagert sich die Spektralverteilung weiter nach Rot, d.h., er erzeugt Energie, die mehr infrarote Strahlung umfaßt.

Eine solche Lampe ist im Aufbau herkömmlich, mit Ausnahme der Beschichtung 11, welche, wie oben beschrieben, dazu ausgebildet ist, um eine bestimmte Farbe zu übertragen.

Die Lampe der Figur 4 kann weitere Energieeinsparungen liefern, wenn sie so aufgebaut ist, daß die infrarote Energie, die durch die Beschichtung nicht übertragen wird, auf den Glühfaden zurückreflektiert wird, um seine Betriebstemperatur zu erhöhen und hierbei die

Leistung (Watt) zu mindern, die erforderlich ist, um den Glühfaden bis auf jene Temperatur zu erwärmen, bei welcher er hell glüht. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Umhüllung 10 als Reflektor ausbildet, d.h., indem man sie kugelig, ellipsoidförmig oder mit einer anderen, geeigneten optischen Formgebung ausbildet und den Glühfaden an der optischen Mitte der Umhüllung anbringt. Der Glühfaden kann auch um ein bestimmtes Maß außermittig angeordnet sein und ein ähnlicher Effekt kann erhalten werden. Dies ist in US-PS 4 249 101 beschrieben, welche ebenfalls auf den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Das Filter muß deshalb auch infrarotes Licht reflektieren. Durch Bezugnahme auf Figur 2 und 3 kann beobachtet werden, daß diese Filter im Infrarotbereich hoch reflektiv sind.

In manchen Sichtanyendungen für eine Lampe mit Farbausstrahlung ist diese Ausstrahlung bevorzugt gerichtet. Eine typische Anwendung läge beispielsweise in einem Reklamezeichen oder einer Verkehrsampel. Um dies zu bewirken, wird die bereits vorher beschriebene, selektiv wirkende, farberzeugende Lampe der Figur 4 im unteren Halbbereich auf der Innen- oder Außenseite der Lampenumhüllung mit einem Material beschichtet, welches für sowohl sichtbare als auch infrarote Energie hoch . reflektierend ist.

Figur 6 zeigt eine Lampe, die diese Technik in Anwendung bei der vorliegenden Erfindung benutzt. Hier ist die innere untere Hälfte der Lampenumhüllung nahe dem Sockel mit einem Material 50 beschichtet, etwa Silber mit geeigneter Dicke. Die Isolator-/Metall-/Isolator-Beschichtung 11 ist auf dem verbleibenden Abschnitt der Umhüllung aufgetagen und wirkt auf die oben beschriebene Weise. Wenn die Umhüllung der Lampe der Figur 6 optisch geformt ist und der Glühfaden ordnungsgemäß angeordnet ist, dann wird die Infrarotenergie zum Glühfaden nicht nur von der Filterbeschichtung 11 her, sondern auch von

der Silberbeschichtung 50 her zurückreflektiert. Wie bereits vorher beschrieben, steigert dies die Betriebstemperatur des Glühfadens und erhöht den Lampenwirkungsgrad. Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Reflexion der Infrarot energie zum Glühfaden zurück nicht erforderlich ist, die Umhüllung dann nicht so optisch geformt zu werden braucht, daß sie Energie auf den Glühfaden zurückreflektiert, sondern beispielsweise so geformt sein kann, daß sie Energie in einem nach vorne gerichteten Strahl vom Sockel weg richtet.

Wie ersichtlich sein sollte, wurde eine neuartige Farbfilterbeschichtung zum Erzeugen bevorzugter Lichtfarben durch die Verwendung eines neuartigen, selektiv wirkenden Farbfilters vorgesehen, das unerwünschte Lichtfarben reflektiert und die gewünschten Lichtfarben überträgt. Die Beschichtung kann vorteilhafterweise mit einer Glühlampe oder einer anderen Art Lampe verwendet werden, um eine Beleuchtung mit einer vorgewählten Farbe zu liefern. Die Beschichtung ist verhältnismäßig einfach an der Lampe anzubringen und kann entweder auf der Innen- oder Außenseite der Lampenumhüllung aufgebracht werden. Die Lampe kann auch so ausgebildet sein, daß bei ihr die durch den Glühfaden erzeugte Infrarotenergie auf diesen zurückreflektiert wird, wobei der Lampenwirkungsgrad erhöht wird.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Optisches Filter zum ausgewählten Übertragen elektromagnetischer Energie mit einem bestimmten Wellenlängenband, um eine bestimmte Farbe zu übertragen, gekennzeichnet durch einen diskreten Film aus Metall, der zwischen zwei diskreten Filmen ^aus dielektrischem Material sandwich-artig eingeschlossen ist, um hierdurch die gewählte Energie zu übertragen.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik der Beschichtung mindestens ein Band aufweist, das auf eine gewählte Wellenlänge zentriert ist, wobei die Beschichtung sichtbares Licht in einem ausgewählten^.Bereich überträgt, der auf der Mitte des Übertragungsbandes angeordnet ist, mit einer hohen sichtbaren Übertragungsfähigkeit und einer Übertragungsbandbreite^X. von weniger als etwa 50 nm.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik der Beschichtung mehrere Höchstwerte aufweist, von welchen jeder auf eine unterschiedliche Wellenlänge zentriert ist, wobei

-ys-

die Beschichtung sichtbares Licht in einem ausgewählten Bereich überträgt, der an der Mitte des Übertragungsbandes angeordnet ist, mit einer hohen sichtbaren Übertragungsfähigkeit und einer Übertragungsbandbreite ΔΖ von weniger als etwa 50 nm.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite dielektrische Schicht Grunddicken von 1/8 einer optischen Viertelwelle der bestimm- ten Wellenlänge aufweisen.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite dielektrische Schicht jeweils Dicken von M und N optischen Halblängen der bestimmten Wellenlängen zusätzlich zur Grunddicke aufweisen .

6. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes im Bereich blauen Lichtes auftritt.

7. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes bei 440 Nanometern auftritt und eine Halbbreite von 6 Nanometern aufweist.

8. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes mit der höchsten Übertragungsfähigkeit im Bereich des grünen Lichtes stattfindet .

9. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert der höchsten Übertragungsfähigkeit des Bandes bei 520 Nanometern auftritt und eine Halbbreite von 7,7 Nanometern aufweist.

10. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus jener Gruppe gewählt ist, die aus Kupfer, Gold, Silber und Aluminium besteht.

11. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material von jener Gruppe ausgewählt ist, die aus Titandioxid, Magnesiumfluorid und Kryolith besteht.

12. Filter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schichten des dielektrischen Materials und des Metalles aus jener Gruppe von Dicken in Nanometern gewählt sind, die bestehen aus:

Titandioxid Silber Titandioxid 23 22 23 23 23 108 107 26 23 107 22 107.

13. Filter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken der Schichten des dielekrischen Materials und des Metalls aus jener Gruppe von Dicken in Nanometern gewählt sind, die besteht aus:

Titandioxid Silber Titandioxid 28 22 28 28 22 137 137 22 28 137 22 137 137 22 245 245 22 137 245 22 245.

14. Filter in einer Glühlampe zum Erzeugen sichtbaren Lichtes mit einer gewählten Wellenlängen-Bandbreite zum Erzeugen einer bestimmten Farbe, mit einer Umhüllung aus einem Material, das für Energie im sichtbaren Bereich durchlässig ist, einer Glühfadeneinrichtung innerhalb der Umhüllung, welche in Abhängigkeit von einem hieran angelegten elektrischen Strom aufglüht, um eine Strahlungsenergie sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Bereich zu erzeugen, und einer Einrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zur Glühfadeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß die Lampe eine Beschichtung an der Umhüllung aufweist, die aus einem diskreten Film aus einem Metall gebildet ist, der sandwich-artig zwischen zwei diskreten Filmen aus einem dielektrischen Material eingeschlossen ist, wobei die Filme ein zusammengesetztes Filter bilden, um hierdurch Energie nur über einen ausgewählten Abschnitt des normal sichtbaren Bereiches jener Energie zu übertragen, die durch den Glühfaden erzeugt wird, um eine deutliche Farbabgabe für die Lampe zu erzeugen.

15. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite dielektrische Schicht Grunddicken von 1/8 einer Viertelwellenlänge der gewählten Wellenlänge aufweisen.

16. Filter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite dielektrische Schicht jeweils eine Dicke von m und η optischer Halbwellenlängen der bestimmten Wellenlänge zusätzlich zu den Grunddicken aufweisen .

17. Filter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung für Energie im infraroten Bereich reflektierend ist, wobei die Umhüllung optisch geformt ist und der Glühfaden bezüglich der Umhüllung so angeordnet ist, daß die infrarote Energie, die auf die Umhüllung auftrifft, zum Glühfaden zurück reflektiert wird

18. Filter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik der Beschichtung mehrere Höchstwerte aufweist, die auf unterschiedliche Wellenlänge zentriert sind, wobei die Beschichtung sichtbares Licht in einem ausgewählten Be-. reich überträgt, der an der Mitte Xq des Übertragungsbandes mit hoher sichtbarer Durchlässigkeit angeordnet ist, mit einer Übertragungsbandbreite von Λ- weniger als 50 nm.
10

19. Filter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß die Beschichtung für Infrarotenergie reflektierend ist, wobei die Umhüllung optisch geformt ist und bezüglich des Glühfadens so angeordnet ist, daß die infrarote Energie, die auf die Umhüllung auftrifft, zum Glühfaden zurück reflektiert wird.

20. Filter nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes im Bereich des blauen Lichtes auftritt.

21. Filter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes bei 440 Nanometern auftritt und eine Halbbreite von 6 Nanometern aufweist.

22. Filter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes mit der höchsten Übertragungsfähigkeit im Bereich des grünen Lichtes auftritt .

23. Filter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert des Bandes mit höchster Übertragungsfähigkeit bei 520 Nanometern auftritt und eine Halbbreite von 7,7 Nanometern aufweist.

24. Filter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus jener Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Gold, Silber und Aluminium

1 besteht.

25. Filter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material Titan-

5 dioxid umfaßt.

26. Filter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken der Schichten aus dielektrischem Material und Metall aus jener Gruppe von Dicken in Nanometern gewählt sind, die bestehen aus:

Titandioxid

23 23

¹⁵ 107

107

27. Filter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken der Schichten aus dielektrischem Material

und Metall aus jener Gruppe von Dicken in Nanometern gewählt sind, die bestehen aus:

Silber Titandioxid 22 23 23 108 26 23 22 107

Titandioxid Silber Titandioxid 28 22 28 28 22 137 137 22 28 137 22 137 137 22 245 245 22 137 245 22 245