DE4020595A1

DE4020595A1 - Electric reflector lamp for accent lighting

Info

Publication number: DE4020595A1
Application number: DE4020595A
Authority: DE
Inventors: Juergen Preissner; Peter Stadahl
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-01-09
Also published as: EP0464446A2; DE59108277D1; EP0464446A3; HUT57946A; EP0464446B1

Abstract

The reflector lamp has a selaed glass bulb (2') containing a lamp filament (2), or a discharge sleeve, and associated current leads (4') and provided with a reflective coating (6') over the area of the crown, or over all of its area except the crown. The reflective coating (6') has a high mechanical and chemical stabilising and pref. comprises titanium nitrite with a thickness of between 5nm and 100nm, applied via a vapour deposition process.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe mit Re flektorkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie heute in vielen privaten und gewerblichen An wendungsbereichen weit verbreitet ist.The invention relates to an electric lamp with Re reflector piston according to the preamble of claim 1, as they are in many private and commercial applications today application is widespread.

So werden häufig Allgebrauchsglühlampen mit dekorati ver silber- oder goldfarbener lichtreflektierender Schicht auf der Kolbenkuppe zur Erzeugung von blend freiem Licht eingesetzt. Solche kuppenverspiegelten Lampen sind in vielen Ausführungsformen, z. B. in Birnenform, in Tropfenform oder in Tropfenform mit Spitzkuppe erhältlich.So common light bulbs with decorati ver silver or gold-colored light reflecting Layer on the piston crown to produce glare open light. Such mirrored domes Lamps are available in many embodiments, e.g. B. in Pear shape, in drop form or in drop form with Pointed top available.

Reflektorlampen mit pilzförmigem Kolben und einer lichtreflektierenden Schicht auf dem Kolbenhals und/oder dem sockelnäheren Bereich, aber freier Kolben kuppe, erzeugen gebündeltes Licht.Reflector lamps with a mushroom-shaped bulb and one light reflecting layer on the piston neck and / or the area near the base, but free piston dome, produce focused light.

Reflektor-Glühlampen werden z. B. für eine wirkungs volle und belebende Akzentbeleuchtung verwendet.Reflector light bulbs are used for. B. for an effective full and invigorating accent lighting is used.

Reflektor-Glühlampen, bei denen die Kuppe durch spe zielle Pigmentierung des Kolbenglases als Rotfilter ausgebildet ist, und die dadurch im therapeutisch be sonders wirksamen kurzwelligen Infrarotbereich strah len, sind als Heilwärmestrahler bekannt. Reflector incandescent lamps, in which the dome passes through Target pigmentation of the flask glass as a red filter is trained, and thereby be therapeutically particularly effective shortwave infrared range len, are known as medicinal heat radiators.

Ultraviolettbestrahlungslampen zur Erzeugung von Be sonnungseffekten sind Reflektorlampen, die ein Strahlungsgemisch abgeben, das der natürlichen Son nenstrahlung im Hochgebirge entspricht.Ultraviolet radiation lamps for producing Be Sunlight effects are reflector lamps that a Emit radiation mixture that the natural Son radiation in the high mountains.

Sie enthalten einen Quecksilberhochdruckbrenner und eine Wolframglühwendel; der Kolben ist aus einem Spe zialglas, der nur den Strahlungsanteil passieren läßt, der auch im natürlichen Sonnenlicht enthalten ist.They contain a high pressure mercury burner and a tungsten filament; the piston is from a Spe special glass that only allows the radiation to pass through, which is also contained in natural sunlight.

Reflektorlampen für die wachstumsfördernde Bestrahlung von Pflanzen enthalten zur Strahlungserzeugung einen Quecksilberhochdruckbrenner. Die Kolbenkuppe ist hier mit Leuchtstoff beschichtet, der den im Spektrum der Quecksilberhochdruckentladung fehlenden Rotanteil aus der im Ultravioletten vom Brenner abgegebenen Strah lung erzeugt.Reflector lamps for growth-promoting radiation of plants contain one to generate radiation High pressure mercury burner. The butt is here coated with phosphor that is in the spectrum of High-pressure mercury discharge from missing red portion the beam emitted by the burner in the ultraviolet generated.

Seit einiger Zeit sind Reflektor-Entladungslampen be kannt, die mit hohem Wirkungsgrad gebündeltes weißes Licht von guter Farbwiedergabe liefern. Die abgegebene Strahlung stammt bei diesen Lampen aus einem Hoch druckentladungsbrenner, in dem nicht nur Quecksilber, sondern zusätzlich weitere i. a. in Form ihrer Haloge nide eingefüllte Metalle zur Emission von sichtbarer Strahlung angeregt werden.For some time now, reflector discharge lamps have been used knows the white bundled with high efficiency Provide light with good color rendering. The given Radiation comes from a high in these lamps pressure discharge burner in which not only mercury, but additional i. a. in the form of their halogen nide filled metals for the emission of visible Radiation can be excited.

Bei allen diesen Reflektorlampen wird die lichtreflek tierende Schicht bisher auf der Kolbeninnenoberfläche durch thermisches Verdampfen von Aluminium oder Alu miniumbronze aus einer durch direkten Stromdurchgang geheizten Wolframverdampferwendel oder einem Wolfram verdampferschiffchen im Hochvakuum erzeugt. With all these reflector lamps, the light is reflected layer on the inner surface of the piston by thermal evaporation of aluminum or aluminum mini bronze from a direct current passage heated tungsten evaporator coil or a tungsten evaporator boat generated in a high vacuum.

Eine einwandfreie und fehlerlose Beschichtung erfor dert u. a. saubere, staubfreie Kolben, die deshalb vor der Verarbeitung mit einem Flußsäureansatz gewaschen, gespült und getrocknet werden müssen, da es sonst zu mangelhafter Haftung der Schicht, zu Ungleichmäßig keiten in der Schichtdicke und zu Löchern in der Schicht kommen kann.A flawless and flawless coating is required different and a. clean, dust-free pistons, which is why processed with a hydrofluoric acid batch, must be rinsed and dried, otherwise it will too poor adhesion of the layer, too uneven in the layer thickness and holes in the Layer can come.

Wichtig ist außerdem, daß die Temperatur der Ver dampferquellen in engen Toleranzen gehalten wird, um die vorgegebenen Schichtdicken zu erhalten und um insbesondere bei den goldfarbenen Aluminiumbronze- Schichten Farbunterschiede zu vermeiden.It is also important that the temperature of the ver sources is kept within narrow tolerances to get the given layer thicknesses and around especially with the gold-colored aluminum bronze Avoid layers of color differences.

Da jeweils nur bestimmte Teile der Kolbeninnen oberfläche mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen werden sollen, muß durch geeignete Abdeck maßnahmen - z. B. durch mechanische Schatter oder in den Kolben bis zu einer bestimmten Höhe eingefülltes inertes Granulat, z. B. Aluminium-Granulat - dafür ge sorgt werden, daß die freizuhaltenden Kolbenteile nicht von den verdampften Metallatomen erreicht wer den oder es muß nachträglich, z. B. durch chemische Verfahren, die aufgedampfte Beschichtung teilweise wieder abgetragen werden.Because only certain parts of the inner piston surface with a light reflecting layer to be provided must be covered by a suitable cover measures - e.g. B. by mechanical shading or in the piston filled up to a certain height inert granules, e.g. B. aluminum granules - for ge be ensured that the piston parts to be kept free not reached by the vaporized metal atoms the or it must subsequently, e.g. B. by chemical Process that partially evaporated coating be removed again.

So wird z. B. bei kuppenverspiegelten Lampen zur Er zielung einer einwandfreien Schicht mit sauberem Rand zunächst der gesamte Kolben auf seiner Innenseite unter Hochvakuum mit einer Metallschicht thermisch be dampft und dann in einem anschließenden Arbeitsgang Kolbenhals und Kolben bis auf den Kuppenbereich durch Ablösen der aufgedampften Metallschicht, z. B. mit einem Flußsäureansatz, wieder freigelegt. So z. B. with dome-mirrored lamps for Er aiming for a flawless layer with clean First edge of the entire piston on its inside thermally under high vacuum with a metal layer steams and then in a subsequent operation Piston neck and piston down to the tip area Peeling off the evaporated metal layer, e.g. B. with a hydrofluoric acid batch, exposed again.

Die Weiterverarbeitung der beschichteten Kolben muß nach möglichst kurzer Zwischenlagerung in trockener Atmosphäre erfolgen, da die Metallschichten feuchtig keitsempfindlich sind und es leicht zu Verfärbungen und Ablösungen kommen kann.The further processing of the coated pistons must after the shortest possible intermediate storage in a dry place Atmosphere because the metal layers are moist are sensitive and discolored easily and detachments can come.

Bei der Verarbeitung der Kolben zu Lampen sind Glas- Verschmelzungen in offenen Flammen erforderlich. Da die thermisch aufgedampften Metallbeschichtungen sehr temperaturempfindlich sind und leicht unter Verfär bung oxidieren, müssen Flammenführung und Inertgas spülung mit großer Sorgfalt durchgeführt werden.When processing the pistons into lamps, glass Mergers in open flames required. There the thermally vapor-deposited metal coatings very much are sensitive to temperature and easily distorted oxidizing exercise, flame control and inert gas be carried out with great care.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei der Fertigung von Reflektorlampen die geschilderten, Kosten verur sachenden Probleme zu vermeiden, die bei der Herstel lung von lichtreflektierenden Schichten durch ther mische Bedampfung der Innenseite vom Lampenkolben und insbesondere bei der Weiterverarbeitung solcher Kolben auftreten und für Lampenkolben eine lichtre flektierende Beschichtung von reproduzierbar hoher Qualität bei reduziertem Herstellaufwand zu finden.It is the object of the invention in manufacturing of reflector lamps the costs outlined avoid material problems in the manufacture treatment of light reflecting layers by ther Mix vaporization of the inside of the lamp bulb and especially in the processing of such Bulbs occur and a luminous one for lamp bulbs reflective coating of reproducible high Find quality with reduced manufacturing effort.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.Particularly advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Eine erfindungsgemäße lichtreflektierende Schicht von ausgezeichneter mechanischer und chemischer Stabili tät ist eine Schicht aus Titannitrid. Das gilt ins besondere, wenn die Titannitridschicht in einem plas magestützten Beschichtungsverfahren aufgebracht worden ist: Die Schichtqualität d. h., die Haftung einer Schicht auf ihrer Unterlage, die Dichte der Schicht und ihre Homogenität nimmt mit steigender Mobilität, d. h., mit steigender Energie der kondensierenden, die Schicht bildenden Teilchen zu (Vergl. "Plasmagestützte Vakuumbeschichtungsverfahren - Verfahrensvarianten und Entwicklungstendenzen", G. Kienel, Vakuum in der Praxis (1990), Nr. 1, S. 16-20). Bei der thermischen Verdampfung haben die kondensierenden Teilchen eine mittlere Energie von nur 0,2 bis 0,3 eV; bei plasma gestützten Beschichtungsverfahren werden thermisch im Hochvakuum verdampfte ("Ionenplattieren") oder durch Kathodenzerstäubung ("Sputtern") in die Dampfphase ge brachte Teilchen zunächst ionisiert, in einem elektri schen Gleich- oder Wechselfeld beschleunigt und kon densieren mit mittleren Energien von einigen 10 eV, in reaktiven, plasmagestützten Beschichtungsverfahren unter Reaktion zu einer chemischen Verbindung. So auf gebrachte Schichten von z. B. Titannitrid haben eine erstaunlich hohe Haft- und Kratzfestigkeit und sind außerdem beständig gegen Oxidation und Feuchtigkeit. Sie können somit auf die Außenseite des Lampenkolbens aufgebracht werden, da sie Handling und Lampenbetrieb auch in aggressiver Umgebung und bei erhöhter Tempera tur unbeschadet überstehen.A light reflecting layer according to the invention from excellent mechanical and chemical stability is a layer of titanium nitride. That applies in particular especially if the titanium nitride layer is in a plas magical coating processes have been applied is: The layer quality d. that is, the liability of one Layer on its base, the density of the layer and their homogeneity decreases with increasing mobility, d. that is, with increasing energy of the condensing that Layer-forming particles to (see. "Plasma-assisted Vacuum coating process - process variants and Development tendencies ", G. Kienel, vacuum in the Praxis (1990), No. 1, pp. 16-20). In the thermal The condensing particles have an evaporation average energy of only 0.2 to 0.3 eV; at plasma supported coating processes are thermally in the High vacuum evaporated ("ion plating") or through Cathode sputtering ("sputtering") in the vapor phase brought particles first ionized, in an electri constant or alternating field accelerated and con densify with average energies of some 10 eV, in reactive, plasma-assisted coating processes in reaction to a chemical compound. So on brought layers of e.g. B. Titanium nitride have one and are amazingly high in adhesion and scratch resistance also resistant to oxidation and moisture. You can thus on the outside of the lamp bulb be applied as they are handling and lamp operation even in aggressive environments and at elevated temperatures survive without damage.

Dies hat den großen fertigungstechnischen Vorteil, daß die entsprechende Schicht auf den Kolben der fer tig eingeschmolzenen und gesockelten Lampe, also nach Abschluß aller u. U. kritischen Verfahrensschritte, in denen es zu einer Beeinträchtigung oder Schädigung der lichtreflektierenden Schicht kommen könnte, aufge bracht werden kann. This has the great advantage in terms of manufacturing technology, that the corresponding layer on the piston of the fer melted and socketed lamp, so after Completion of all u. U. critical process steps, in which cause impairment or harm to the light reflecting layer could come up can be brought.

Ein weiterer Vorteil ist der Fortfall der aus Gründen des Umwelt- und Arbeitsschutzes problematischen che mischen Reinigung der Kolbenoberfläche mit einem Flußsäureansatz vor der Beschichtung, da bei der plas magestützten Beschichtung die für die Haftung der Schicht erforderliche Reinigung durch Plasmaätzen in einer Argon-Glimmentladung unmittelbar vor dem Be schichtungsvorgang durchgeführt werden kann.Another advantage is the elimination of the reasons of environmental and occupational safety problematic che mix cleaning the piston surface with a Hydrofluoric acid preparation before coating, since the plas magical coating for the adhesion of the Required cleaning by plasma etching in an argon glow discharge immediately before loading layering process can be performed.

Darüber hinaus ist bei der plasmagestützten Beschich tung der Außenseite des Lampenkolbens auch das Frei halten bestimmter Kolbenteile von der Beschichtung leicht durch Abdeckschablonen möglich; das bei der thermischen Bedampfung der Kolbeninnenfläche erfor derliche umständliche Einfüllen von Granulat zum Ab decken der Kolbenkuppe, bzw. das nachträgliche che mische Freiätzen von Kolbenbrust und Kolbenhals bei den kuppenverspiegelten Lampen durch einen Flußsäure ansatz mit all seinen Problemen für Umwelt- und Ar beitsschutz entfällt.In addition, plasma-assisted coating the outside of the lamp bulb keep certain piston parts from coating easily possible with cover templates; that at the thermal vapor deposition of the inner surface of the piston cumbersome filling of granules for the Ab cover the piston crown, or the subsequent che add free etching of the piston chest and piston neck the mirrored lamps by a hydrofluoric acid approach with all its problems for environmental and ar occupational health and safety no longer applies.

Anders als bei der thermischen Verdampfung im Hoch vakuum, bei der die die Schicht bildenden Teilchen gradlinig von der Verdampfungsquelle zum Substrat, dem Lampenkolben gelangen, wird die plasmagestützte Beschichtung z. B. in einer Argon-/Stickstoffatmosphäre bei einem Druck zwischen 5-50 Pa durchgeführt, d. h., bei mittleren freien Weglängen von einigen cm. Die die Schicht bildenden Teilchen erleiden also Stöße auf dem Weg zum Lampenkolben, was dazu führt, daß in gewissen Grenzen auch eine Beschichtung gekrümmter Flächen bei konstanter Schichtdicke und gleichbleibender Schicht qualität möglich ist. Different from thermal evaporation in the high vacuum, in which the particles forming the layer straight from the evaporation source to the substrate, get to the lamp bulb, the plasma is Coating z. B. in an argon / nitrogen atmosphere carried out at a pressure between 5-50 Pa, d. H., with mean free path lengths of a few cm. The the Layer-forming particles therefore suffer impacts on the Way to the lamp bulb, which results in certain Limits also a coating of curved surfaces constant layer thickness and constant layer quality is possible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Aus führungsbeispiele erläutert. Es zeigtThe invention is based on several from management examples explained. It shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel in Seitenansicht Fig. 1 shows an embodiment in side view

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Seiten ansicht. Fig. 2 shows another embodiment in side view.

Die in Fig. 1 dargestellte kuppenverspiegelte Allge brauchsglühlampe 7 (100 W) besteht aus einem mit einem E 27-Schraubsockel 1 versehenen, birnenförmigen, mit einer inerten Gasmischung aus Argon (85-88%) und Stickstoff (15-12%) von etwa 700 hPa Druck ge füllten Glaskolben 2. Er enthält eine Glühwendel 3, die auf zwei gasdicht in den Glaskolben einge schmolzene Stromzuführungen 4 montiert ist und zu sätzlich von zwei Haltern 5 gestützt wird.The dome-mirrored general incandescent lamp 7 (100 W) shown in Fig. 1 consists of a pear-shaped provided with an E 27 screw base 1 , with an inert gas mixture of argon (85-88%) and nitrogen (15-12%) of about 700 hPa pressure filled glass bulb 2 . It contains an incandescent filament 3 , which is mounted on two power supply lines 4 which are melted in a gas-tight manner in the glass bulb and is additionally supported by two holders 5 .

Die haft- und kratzfeste lichtreflektierende Schicht auf der Außenseite der Kolbenkuppe 6 besteht aus Ti tannitrid, das in einem reaktiven, plasmagestützten Beschichtungsverfahren unter Zerstäubung ("Sputtern") einer Titankathode in einer Argon-/Stickstoffatmosphä re aufgebracht wurde. Die goldfarbene Schicht hat eine Dicke von ca. 40 nm; sie zeigte auch nach 2000 Be triebsstunden der Lampe keine Veränderung ihres Aus sehens.The adhesive and scratch-resistant light-reflecting layer on the outside of the piston crown 6 consists of titanium nitride, which was applied in a reactive, plasma-assisted coating process with sputtering ("sputtering") of a titanium cathode in an argon / nitrogen atmosphere. The gold-colored layer has a thickness of approx. 40 nm; even after 2000 hours of operation, the lamp showed no change in its appearance.

Die in Fig. 2 dargestellte Reflektorlampe 7′ (150 W) für Allgemeinbeleuchtung besteht aus einem mit einem E 27-Schraubsockel 1′ versehenen, pilzförmigen und mit einer inerten Gasmischung aus Argon (85-88%) und Stickstoff (15-12%) von etwa 1100 hPa Druck ge füllten Glaskolben 2′. Er enthält ebenfalls eine Glühwendel 3′ die auf zwei gasdicht in den Glas kolben eingeschmolzenen Stromzuführungen 4′ mon tiert ist und zusätzlich von zwei Haltern 5′ gestützt wird.The reflector lamp 7 '(150 W) for general lighting shown in Fig. 2 consists of a mushroom-shaped provided with an E 27 screw base 1 ' and with an inert gas mixture of argon (85-88%) and nitrogen (15-12%) of about 1100 hPa pressure filled glass bulb 2 '. It also contains an incandescent filament 3 'which is melted on two gas-tight melted power leads 4 ' in the glass and is additionally supported by two holders 5 '.

Die haft- und kratzfeste lichtreflektierende Schicht auf der Kolbenaußenseite im sich verjüngenden Kolben bereich 6′ besteht aus Titannitrid, das ebenfalls in einem reaktiven, plasmagestützten Beschichtungsver fahren unter Zerstäubung einer Titankathode in einer Argon-/Stickstoffatmosphäre aufgebracht wurde. Die goldfarbene Schicht hat auch hier eine Dicke von ca. 40 nm; sie zeigte ebenfalls nach 2000 Betriebsstunden der Lampe praktisch keine Veränderung ihres Aussehens.The adhesive and scratch-resistant light-reflecting layer on the outside of the piston in the tapering piston area 6 'consists of titanium nitride, which was also applied in a reactive, plasma-assisted coating process while atomizing a titanium cathode in an argon / nitrogen atmosphere. The gold-colored layer also has a thickness of approx. 40 nm here; it also showed practically no change in its appearance after 2000 hours of operation of the lamp.

Claims

1. Electric lamp ( 7 ) with a sealed glass bulb ( 2 ) which contains an incandescent filament ( 3 ) and / or a discharge vessel with current leads ( 4 ) melted in a gas-tight manner in the glass bulb ( 2 ) and is provided with a light-reflecting layer ( 6 ) , characterized in that the light-reflecting layer ( 6 ) has a high mechanical and chemical stability and is applied to the outside of the glass bulb ( 2 ).

2. Electric lamp ( 7 ) according to claim 1, characterized in that the light reflecting layer ( 6 ) consists of titanium nitride.

3. Electric lamp ( 7 ) according to claim 2, characterized in that the titanium nitride layer has a layer thickness between 5 nm and 100 nm.

4. A method for producing an electric lamp ( 7 ) according to claim 1, characterized in that the light reflecting layer ( 6 ) is brought up in a plasma-assisted vacuum coating process.

5. A method for producing an electric lamp ( 7 ) according to claim 1, characterized in that the light-reflecting layer ( 6 ) on the glass bulb ( 2 ) of the melted lamp is brought on.

6. A method for producing an electric lamp ( 7 ) according to claim 4, characterized in that the light-reflecting layer ( 6 ) is applied by sputtering.

7. A method for producing an electric lamp ( 7 ) according to claim 4, characterized in that the light reflecting layer ( 6 ) is applied by ion plating.