DE3617638C2 - Elektrische Lampe mit einem Interferenzfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit einem vakuumdicht verschlossenen Lampenkolben aus Glas mit einem SiO₂-Gehalt von zumindest 95 Gew.-%, wobei durch die Wand des Lampenkolbens Stromzuführungsleiter zu einem im Lampenkolben angeordneten elektrischen Element führen und dieser Lampenkolben mit einem Interferenzfilter aus abwechselnden Schichten von im wesentlichen SiO₂ und im wesentlichen einem Metalloxid verkleidet ist.

Eine derartige Lampe ist aus der GB-PS 2 103 830 bekannt.

Durch ein Interferenzfilter ist das Spektrum der von der Lampe ausgesandten Strahlung anders als bei einem Aufbau ohne ein derartiges Filter. Das Filter kann bei einer Glühlampe zum Reflektieren von Infrarotstrahlung benutzt werden, so daß die Lampe weniger thermische Ver­ luste erleidet und eine höhere Ausbeute hat. Eine andere Möglichkeit ist, das Filter Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektieren zu lassen, wodurch die Lampe gefärbtes Licht ausstrahlt. Auch z. B. bei Metallhalogenid­ entladungslampen kann das Filter beispielsweise zum Re­ flektieren von Infrarotstrahlung verwendet werden.

Glühlampen mit einem Interferenzfilter sind schon lange bekannt. So zeigt und beschreibt die US-PS 4 017 758 eine Glühlampe mit einem von einem Außenkolben umgebenden Quarzglasgefäß, wobei sich im schützenden Raum zwischen Gefäß und Außenkolben ein Interferenzfilter befindet. Die Verwendung eines Außenkolbens ist jedoch nachteilig, weil er zusätzliche Reflexionen des erzeugten Lichts verursacht, wodurch dieses Licht weniger gut ge­ bündelt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Außenkolben die Lampe umfangreicher macht, wo­ durch Leuchten für die Lampe umfangreicher sind und auch das erzeugte Licht weniger gut gebündelt werden kann.

Die Lampe nach der genannten GB-PS 2 103 830 ist eine Glühlampe mit dem Vorteil, daß sich das Interferenz­ filter direkt an der Oberfläche des Gefäßes befindet. Ein Außenkolben als Träger des Filters kann dadurch entfallen. Das Interferenzfilter besteht aus abwechselnden SiO₂- und Ta₂O₅-Schichten.

Siliziumdioxid besitzt einen niedrigen Brechungs­ index und eine gute chemische und physikalische Stabilität. Dies tritt hervor aus der Verwendung von Gläsern mit einem Gewichtsgehalt an SiO₂ von 95% oder darüber als Lampen­ gefäß für Halogenglühlampen und für Entladungslampen. Tantalpentoxid besitzt einen verhältnismäßig hohen Bre­ chungsindex (n = 2.13). Ein Nachteil von Ta₂O₅ ist jedoch seine beschränkte physikalische und chemische Stabilität.

Bereits nach einer Erhitzung von 30 Minuten bei 800°C hat sich das Ta₂O₅ im Filter zu polykristallinem β-Ta₂O₅ aus­ kristallisiert. Die Folge davon ist, daß das Filter sowohl das durchgelassene Licht streut und die Bündelungsmöglich­ keit dieses Lichts verringert sowie die reflektierte Strah­ lung streut. Wenn das Filter ein die Infrarotstrahlung re­ flektierendes Filter ist, kehrt durch die diffuse Reflex­ ion bei einer Glühlampe weniger Infrarotstrahlung zum Glühkörper zurück. Dadurch ist die Ausbeuteverbesserung dieses Filters geringer als ohne Kristallisierung der Ta₂O₅-Schichten der Fall wäre.

Tantalpentoxid hat weiter den Nachteil, daß es im Betrieb der Lampe, in dem es als Filterkomponente be­ nutzt wird, mechanische Spannungen erzeugt, die Risse im Filter verursachen. Diese Risse sind als Craquel´ sicht­ bar.

Ein weiterer Nachteil ist, daß Ta₂O₅ bei hohen Temperaturen grau wird, was eine geringere Lichtdurchläs­ sigkeit zur Folge hat. Bei Abwesenheit von Sauerstoff, wie im Außenkolben einer Entladungslampe, tritt das Grau­ werden stärker als in der Luft auf. Es kann jedoch auch bei einer Entladungslampe mit einem Außenkolben wichtig sein, daß sich ein Interferenzfilter direkt auf dem Lampengefäß (das Entladungsgefäß) befindet, weil vom Filter reflektierte Strahlung dabei weniger Reflexionen erfährt, bevor sie in die Entladung zurückkehrt.

Aus der GB-PS 915 870 ist ein Lichtfilter bekannt, das aus einem farblosen, transparenten Körper und einer gefärbten, transparenten Bekleidungsschicht besteht. Die Schicht ist ein Gemisch aus wenigstens zwei Substanzen von verschiedenem Brechungsindex. Wenigstens eine dieser Substanzen ist ein Metall oder ein Metalloxid, das die Schicht färbt und einen relativ hohen Brechungsindex hat. Ungesättigte Oxide von Niob, Tantal und Titan können als eine solche Substanz verwendet werden. Wenigstens eine weitere Substanz der Mischung ist eine Metallverbindung von relativ niedrigem Brechungsindex. Verschiedene Metallfluoride und Siliziumoxid werden als solche Verbindungen genannt. Die Anteile der Substanzen variieren kontinuierlich die Schicht hindurch, damit auch der Brechungsindex kontinuierlich variiert.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lampe mit einem Interferenzfilter zu schaffen, bei der das Interferenzfilter eine hohe physi­ kalische und chemische Stabilität hat.

Diese Aufgabe ist bei einer Lampe der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metalloxid Niobpentoxid ist.

Wegen seiner hohen physikalischen und chemischen Stabilität auch bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise 800°C, hat sich Niobpentoxid als Komponente eines Inter­ ferenzfilters direkt auf der Wand eines Lampengefäßes aus Glas mit hohem SiO₂-Gehalt, wie Quarzglas, sehr geeignet gezeigt. Dies gilt sowohl für Glühlampen, insbesondere Halogenglühlampen mit einer Füllung aus inertem Gas und Bromwasserstoff als auch für Entladungslampen, wie Hoch­ druckquecksilberdampfentladungslampen, die möglicherweise Metallhalogenid in der Gasfüllung haben. Entladungslampen können um das Gefäß herum einen geschlossenen Außen­ kolben enthalten, der evakuiert ist oder in dem ein iner­ tes Gas (inerte Gasmischung), wie beispielsweise Stickstoff, vorhanden ist.

Nach wiederholtem Ein- und Ausschalten von Lampen nach der Erfindung wurde keine Craquel´-Bildung im Inter­ ferenzfilter wahrgenommen. Offensichtlich verursacht Niobpentoxid keine oder nur geringe mechanische Spannungen im Filter. Auch die übrigen optischen Eigenschaften des Filters waren unverändert geblieben.

Eine vorteilhafte Eigenschaft von Niobpentioxid besteht darin, daß es eine niedrige spezifische Masse hat, wodurch zum Herstellen eines Filters verhältnismäßig wenig Rohrstoffmasse erforderlich und dieses Ausgangs­ material für die Herstellung des Stoffes verhältnismäßig preisgünstig ist. Eine sehr vorteilhafte Eigenschaft von Niobpentioxid ist sein verhältnismäßig hoher Brechungs­ index von etwa 2.35 zu 2.13 für Tantalpentioxid. Dadurch ist zum Erhalten eines bestimmten Transmissionsspektrums bei der Verwendung von Nb₂O₅ eine geringere Schichtanzahl als bei der Verwendung von Ta₂O₅ erforderlich. Bei der gleichen Anzahl von Schichtpaaren gibt Nb₂O₅ schärfere Übergänge im Transmissionsspektrum der reflektierten in transmittierten Wellenlängen. Dadurch kann mit Nb₂O₅ verhältnismäßig preisgünstig eine Lampe hoher Güte ver­ wirklicht werden.

Das Interferenzfilter kann auf der Außenfläche, der Innenfläche oder auf der Innen- und der Außenfläche des Lampengefäßes angebracht sein, beispielsweise dadurch, daß abwechselnd eine Gasmischung, aus der SiO₂ bzw. Nb₂O₅ gebildet werden kann, bei erhöhter Temperatur und verrin­ gertem Druck längs der Wand des Lampengefäßes oder eines Körpers, aus dem das Gefäß gebildet wird, fließen zu lassen. Siliziumdioxid kann beispielsweise aus einer Mischung von Silan und Sauerstoff in Stickstoff oder aus Tetraäthylorthosilikat in Stickstoff angebracht werden. Niobpentoxid kann aus einer Mischung beispielsweise von Pentaäthylniobat und Stickstoff angebracht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Lampe in Seitenansicht,

Fig. 2 das Reflexionsspektrum eines Interferenz­ filters.

Die Lampe nach Fig. 1 enthält ein rohrförmiges Quarzglaslampengefäß 1. Durch die Wand dieses Lampenge­ fäßes führen Stromzuführungsleiter 2a, 2b und 2c zu einem im Gefäß 1 angeordneten schraubenlinienförmig gewickelten Wolframglühkörper 3, der von gewundenen Trägern 4 im Lampen­ gefäß zentriert gehalten wird. Das Gefäß 1 ist auf den Teilen 2b aus Molybdänfolie vakuumdicht abgeschlossen. Mit den Folien 2b sind ein Molybdändraht 2a und ein Wolfram­ draht 2c verschweißt. Das Gefäß ist mit Stickstoff ge­ füllt, dem ein zehntel Prozent Bromwasserstoff zugegeben ist. An der Außenseite des Gefäßes ist ein Interferenz­ filter 5 aus abwechselnden SiO₂- und Nb₂O₅-Schichten ange­ bracht, das Infrarotstrahlung zum Glühkörper 3 reflektiert und sichtbare Strahlung durchläßt.

Der Aufbau des Filters 5 ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

In Fig. 2 ist das Reflexionsspektrum des Inter­ ferenzfilters nach Tabelle 1 dargestellt. Das Filter hat eine sehr niedrige Reflexion (hohe Transmission) im sicht­ baren und eine sehr hohe Reflexion im infraroten Teil des Spektrums.

Claims (1)

1. Elektrische Lampe mit einem vakuumdicht verschlos­ senen Lampenkolben (1) aus Glas mit einem SiO₂-Gehalt von zumindest 95 Gew.-%, wobei durch die Wand des Lampenkolbens (4) Stromzuführungsleiter (2a, 2b, 2c) zu einem im Lampenkolben angeord­ neten elektrischen Element (3) führen und dieser Lampenkolben (1) mit einem Interferenzfilter (5) aus abwechselnden Schichten von im wesentlichen SiO₂ und im wesentlichen einem Metalloxid verkleidet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Niobpentoxid ist.