DE60304161T2

DE60304161T2 - Elektrische lampe

Info

Publication number: DE60304161T2
Application number: DE60304161T
Authority: DE
Inventors: A. Hendrik VAN SPRANG
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: ATE321357T1; WO2003071583A1; US7453190B2; AU2003202752A1; KR100964213B1; JP2005518640A; TW200304994A; EP1479098B1; JP4429019B2; KR20040083531A; EP1479098A1; CN100521070C; TWI277711B; US20050105289A1; DE60304161D1; CN1636257A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ein lichtdurchlässiges Lampengefäß umfassende elektrische Lampe, in dem eine Lichtquelle angeordnet ist,
wobei die besagte elektrische Lampe ein einen spektralen Übergang mit einer Wellenlänge λ_tr im sichtbaren Bereich aufweisendes lichtabsorbierendes Medium umfasst und
wobei mindestens ein Teil des Lampengefäßes mit einem Interferenzfilm versehen ist.
Solche Lampen werden in Fahrzeuganwendungen, z.B. als (Halogen-) Scheinwerfer, die im Betrieb gelbes Licht aussenden, als gelbfarbige Lichtquellen in Anzeigegeräten (auch Fahrzeugsignallampen genannt) oder als rotfarbige Lichtquellen in Bremsleuchten benutzt. Solche elektrischen Lampen werden auch für allgemeine Beleuchtungszwecke verwendet. Die besagten elektrischen Lampen werden außerdem in Verkehrs- und Richtungsschildern, Konturbeleuchtung, Ampeln, Projektionsbeleuchtung und Lichtleiterbeleuchtungen benutzt. Alternative Ausführungsformen solcher Lampen umfassen Lampen, bei denen die Farbtemperatur mit Hilfe einer geeigneten Kombination einer lichtabsorbierenden Beschichtung und eines Interferenzfilms intensiviert wird.
Eine elektrische Lampe der in dem Eröffnungsparagraphen genannten Art ist aus der veröffentlichten internationalen Anmeldung WO-A-01/97253 (PHNL 000646) bekannt. Die bekannte elektrische Lampe umfasst ein lichtabsorbierendes Medium, das einen spektralen Übergang im sichtbaren Bereich aufweist, in Kombination mit einem farbneutralen Interferenzfilm, der eine relativ starke Reflexion über einen großen Teil des sichtbaren Spektrums aufweist. Die bekannte elektrische Lampe strahlt farbiges Licht im Übertragungsmodus ab und hat im ausgeschalteten Zustand ein im Wesentlichen farbneutrales Aussehen.
Es ist ein Nachteil der bekannten Lampe, dass die Lichtausbeute der elektrischen Lampe verhältnismäßig schwach ist.
Die Erfindung hat als Aufgabe, Mittel zur Verfügung zu stellen, die darauf abzielen, den obigen Nachteilen entgegenzuwirken. Nach der Erfindung ist eine Lampe der in den Eröffnungsparagraphen genannten Art zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Reflexion R des Interferenzfilms von 0,60 ≤ R ≤ 0,95 bis 0,40 ≤ R ≤ 0,65 mit einer Schrittweite ΔR im Bereich 0,2 ≤ ΔR ≤ 0,45 in einem Wellenbereich 0,95 × λ_tr ≤ λ ≤ 1,2 × λ_tr ändert,
die Reflexion des Interferenzfilms im sichtbaren Bereich unter λ < 0,95 × λ_tr im Wesentlichen konstant ist, und
die Reflexion des Interferenzfilms im sichtbaren Bereich über λ > 1,2 × λ_tr im Wesentlichen konstant ist.
Durch Reduktion des Reflexionsgrads des Interferenzfilms auf ein (schwach) niedrigeres Niveau im Bereich um und über dem spektralen Übergang bei der Wellenlänge λ_tr, wird die Lichtausbeute der elektrischen Lampe verbessert, wobei das farbneutrale Aussehen der elektrischen Lampe im ausgeschalteten Zustand im Wesentlichen beibehalten wird. Die Lage des sichtbaren Bereichs des spektralen Übergangs des lichtabsorbierenden Mediums definiert die Farbe der Lichtausgabe der elektrischen Lampe (z.B. für gelbfarbiges Licht λ_tr ~ 550 nm und für rotfarbiges Licht λ_tr ~ 600 nm). Im Wellenlängenbereich λ ≤ λ_tr absorbiert das lichtabsorbierende Medium einen Teil des sichtbaren Lichts. Die Reflexion R des Interferenzfilms ist in diesem Lichtwellenbereich (0,60 ≤ R ≤ 0,95 für λ < ungefähr λ_tr), verhältnismäßig stark. Ein wesentlicher Teil des vom lichtabsorbierenden Medium übertragenen Lichts wird vom Interferenzfilm in Richtung der elektrischen Lichtquelle zurückreflektiert und durchquert wieder das lichtabsorbierende Medium. Das lichtabsorbierende Medium absorbiert einen Teil des reflektierten Lichts. Ein Teil des Rests des nicht absorbierten Lichts wird vom lichtabsorbierenden Medium absorbiert oder wieder vom Interferenzfilm reflektiert. Das von der Lichtquelle kommende Licht durchquert so mehr als einmal die absorbierende Schicht und wird auch mehrmals vom Interferenzfilm reflektiert. Als Folge dieses Vorgangs mehrfacher Absorption und Reflexion kann die Dicke der absorbierenden Schicht verglichen mit einer elektrischen Lampe, die einen absorbieren Film bei Abwesenheit eines reflektierenden Interferenzfilms umfasst, verhältnismäßig klein sein.
In der bekannten elektrischen Lampe wird das Licht auch von dem Interferenzfilm in dem Wellenbereich reflektiert, bei dem das lichtabsorbierende Medium nicht länger aktiv ist (d.h. in dem Wellenlängenbereich λ > λ_tr). In diesem Wellenlängenbereich absorbier das lichtabsorbierende Medium (im Wesentlichen) nicht mehr. Wegen der Mehr fachreflexionen des Lichtes durch den Interferenzfilm in diesem Wellenlängenbereich geht ein Teil des reflektierten Licht dennoch wegen Absorptionsphänomenen in der elektrischen Lampe verloren. Das Licht wird z.B. im Sockel oder anderen Teilen der Lampe (z.B. der Lichtquelle) absorbiert und/oder verloren. Solche unerwünschten Effekte verursachen beträchtliche Verluste in der Lichtausgabe der bekannten elektrischen Lampe. Ein anderer Nachteil ist, dass die unerwünschten Mehrfachreflexionen des abgestrahlten Lichts das Erscheinen von Mehrfachbildern der Lichtquelle (z.B. das Filament) und/oder verhältnismäßig hohe Trübungspegel verglichen mit Lampen, die nur eine absorbierende Schicht umfassen, erzeugen.
Erfindungsgemäß ist der Reflexionsgrad des Interferenzfilms in dem Wellenlängenbereich in dem das lichtabsorbierende Medium aktiv ist (0,60 ≤ R ≤ 0,95 für λ < λ_tr) verhältnismäßig hoch, während der Reflexionsgrad des Interferenzfilms einen (gering) schwächeren Grad in dem Bereich (um und ) über dem spektralen Übergang des lichtabsorbierenden Mediums bei dem die Aktivität des lichtabsorbierenden Medium (stufenweise) abnimmt (0,40 ≤ R ≤ 0,65 für λ > λ_tr), aufweist. Die Schrittweite ΔR zwischen den Reflexionsgraden wo die Reflexion verhältnismäßig stark ist und wo das lichtabsorbierende Medium nicht mehr aktiv ist, liegt in dem Bereich 0,2 < ΔR < 0,45.
In dem Wellenlängenbereich über dem spektralen Übergang des lichtabsorbierenden Mediums (λ > λ_tr) ist der Reflexionsgrad des Interferenzfilms wegen des verhältnismäßig geringen Reflexionsgrads des Interferenzfilms stark gesenkt. Außerdem führt die Reduktion der effektiven Anzahl von Reflexionen bei dem geringeren Reflexionsgrad zu einem geringeren Streuungsanteil. Ein weiterer Vorteil ist, dass unerwünschte Absorptionsphänomene sich auch auf einem niedrigeren Niveau befinden.
Es ist vorgeschlagen worden, einen Interferenzfilm mit einem scharfen Übergang (einem so genannten Stufenfilter) am spektralen Übergang des lichtabsorbierenden Mediums aufzubringen. Der Ausdruck „Stufenfilter" ist so zu verstehen, dass das Reflexionsspektrum einen vergleichsweise scharfen spektralen Übergang (von R ~ 100 % bis R ≤ 10 %) in einem vergleichsweise engen Spektralbereich (≤ 20 nm) aufweist. Die Positionierung des spektralen Übergangs dieses Stufenfilters ist sehr empfindlich gegenüber Fertigungsabweichungen. Geringe Abweichungen führen leicht zu einer Verschiebung des spektralen Übergangs, wodurch die elektrische Lampe nicht mehr gesetzlichen Vorschriften entspricht. In solch einer elektrischen Lampe ist es auch nötig, einen Interferenzfilm aufzubringen, der eine vergleichsweise hohe Reflexion im relevanten Spektralbereich aufweist, wodurch eine verhältnismäßig hohe Anzahl von optischen Schichten erforderlich wird. Solche hohen Reflexionswerte sind erforderlich, um die vergleichsweise geringe Wirkung des vergleichsweise dünnen lichtabsorbierenden Mediums ausreichend zu verstärken. Außerdem müssen die optischen Schichten in dem Interferenzfilm einer solchen elektrischen Lampe mindestens im Wesentlichen absorptionsfrei sein, um die hohen Reflexionswerte des Stufenfilters zu erzeugen. Zusätzliche Nachteile dieser Anordnung sind Farbschwankungen in Abhängigkeit von der Lage der elektrischen Lampe und das farbige Aussehen der elektrischen Lampe in ausgeschaltetem Zustand, was auf die Nullreflexion (R ≤ 10 %) in dem Teil des Spektrums zurückzuführen ist, in dem das lichtabsorbierende Medium aktiv ist.
Der erfindungsgemäße Interferenzfilm kann mit einem relativen einfachen Filterdesign mit einer relativ kleinen Anzahl von optischen Schichten ausgeführt werden. Außerdem ist der Reflexionspunkt nicht sehr kritisch.
Bevorzugt ändert sich die Reflexion R, im Wellenbereich 0,95 × λ_tr ≤ λ ≤ 1,1 × λ_tr, von 0,70 ≤ R ≤ 0,80 bis 0,45 ≤ R ≤ 0,55 mit einem Schritt ΔR im Bereich 0,2 ≤ ΔR Δ 0,3. Ein sehr geeigneter Interferenzfilm hat einen Reflexionswert von ungefähr 0,75 im Wellenlängenbereich in dem das lichtabsorbierende Medium aktiv (λ < λ_tr) und einen Reflexionswert von ungefähr 0,5 im Wellenbereich in dem das lichtabsorbierende Medium nicht mehr aktiv ist (λ > λ_tr).
Um die Wirkung der Erfindung zur erklären, wird die Situation für eine nicht absorbierende elektrische Lampe, die mit einem Interferenzfilm mit mehreren Reflexionen versehen ist, betrachtet. Sehr leicht kann der Anteil des abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit von der Anzahl der Reflexionen berechnet werden. Für in Reflexionen des Lichts wird der vom Interferenzfilm übertragene Lichtbetrag als Funktion des Reflexionswertes R des Interferenzfilms durch die folgende dem Fachmann bekannte Formel angegeben: T = 1 – Rm+1
Die Tabelle I zeigt den gesamten Anteil des abgestrahlten Lichts nach m Reflexionen als Funktion des Reflexionswertes des Interferenzfilms nach der oben genannten Formel.
Tabelle I : Gesamter Anteil des abgestrahlten Lichts nach m Reflexionen als Funktion des Reflexionswertes eines Interferenzfilms.
Die Tabelle I zeigt, dass für einen traditionellen Referenzfilm mit R = 0,75 nur noch 76 % des Lichts nach 4 Reflexionen die elektrische Lampe verlassen, während dasselbe für einen Interferenzfilm mit R = 0,5 nach nur einer Reflexion gilt. Der Unterschied wird vorteilhaft in der vorliegenden Erfindung benutzt, so dass der Spiegeleffekt des Interferenzfilms nur in dem Wellenlängenbereich anwesend ist, in dem das lichtabsorbierende Medium aktiv ist.
Unter der Annahme einer Absorption A irgendwo in der elektrischen Lampe kombiniert mit einem Interferenzfilm, kann die folgende Formel benutzt werde, um das übertragene Licht zu berechnen:
Unter der Annahme einer effektiven Absorption A von 4 % in Kombination mit einem R = 0,75 – Interferenzfilm ist die Übertragung ungefähr 78 % verglichen mit den absorptionsfreien Situationen. Die Reduzierung des Reflexionsgrades auf R = 0,50 führt zu einer Übertragung von ungefähr 99 %. Nach diesem Modell nimmt der Lumenverlust von 20 % auf ungetähr 10 % ab.
Bevorzugt hat der Interferenzfilm ein metallisches, silbernes oder graues Aussehen. Eine mit einem solchen Interferenzfilm zur Verfügung gestellte elektrische Lampe kann auf sehr geeignete Weise als Anzeigelampe für Fahrzeuganwendungen benutzt werden. Bestimmungsgemäße Vorschriften definieren in der C.I.E. von 1931 einen Bereich, für ein farbiges Warndreieck, das dem Fachmann bekannt ist, für die Farbpunkte des Lichts das von solchen Anzeigelampen abgestrahlt worden ist. Eine geeignete Kombination von einem lichtabsorbierenden Medium und einem Interferenzfilm, die auf einer Außenoberflä che des Lampengefäßes angewendet wird, ermöglicht es, das Aussehen der elektrischen Lampe zu ändern. Diese Besonderheit erlaubt es, dass ein Unterschied zu machen ist zwischen dem Aussehen der elektrischen Lampe im ausgeschalteten Zustand und der Farbe des von der elektrischen Lampe während des Betriebs abgestrahlten Lichts. Es ist insbesondere das Ziel, eine elektrische Lampe zur Verfügung zu steilen, die während des Betriebs eine gewisse Farbe abstrahlt, wie z.B. eine so genannte gelb- oder rotfarbige elektrische Lampe, während die elektrische Lampe im ausgeschalteten Zustand ein mindestens im wesentlichen farbneutrales Aussehen hat.
In Fahrzeugen ist es aus ästhetischen Gründen wünschenswert, Anzeigelampen und Bremslichter mit farbneutralen Aussehen zur Verfügung zu stellen. Nur wenn die elektrische Lampe aktiv ist, wird die gewünschte Farbe gezeigt, wobei der Farbpunkt des von der elektrischen Lampe abgestrahlten Lichts bestimmungsgemäße Vorschriften erfüllt. Außerdem gibt es in den Fahrzeugen eine Tendenz, gelbfarbige Anzeigelampen in demselben Reflektor wie dem Scheinwerfer, anstatt in einem getrennten Reflektor unterzubringen. Außerdem ist es das Ziel, Lichtquellen in Fahrzeugen zu benutzen, die mit so genannten Klarsichtdeckeln zur Verfügung gestellt werden, d.h. dass ein Beobachter, der sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, die Anzeigelampen – oder Bremslichter direkt in der Leuchte sehen kann. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig, dass solche Anzeigelampen, außer einem farbneutralen Aussehen mindestens im Wesentlichen bei der Reflexion von Licht das (ungewollt) auf die elektrische Lampe einfällt, farbfrei sind. Wenn z.B. Sonnenlicht oder Licht, das vom entgegenkommenden Verkehr herrührt, auf einen Scheinwerfer eines eine Anzeigelampe umfassenden Fahrzeugs fällt, sollte das Aussehen eines solchen Scheinwerfers bei der Reflexion mindestens im wesentlichen farbfrei sein oder bei der Reflexion sollte die besagte Lampe mindestens im wesentlichen keine Farbe abstrahlen. Dies könnte sonst andere Straßenbenutzer verwirren und unsichere und/oder unerwünschte Situationen hervorrufen.
Bei der Reflexion unterscheidet sich das spektrale Merkmal der elektrischen Lampe erfindungsgemäß vom spektralen Merkmal bei der Übertragung. Bei der Übertragung erfüllt das von der Lampe abgestrahlte Licht bestimmungsgemäße Vorschriften in Bezug auf den Farbpunkt, während die elektrische Lampe bei der Reflexion farbneutral ist, wobei das Aussehen der elektrischen Lampe, z.B. silbern oder grau ist. Die vorliegende Erfindung wird insbesondere auf Anzeigelampen und Bremslampen von Fahrzeugen angewandt.
Es wird eine synergetische Wirkung erreicht, indem eine elektrische Lampe benutzt wird, die eine Kombination aus einem lichtabsorbierenden Medium und einem Interferenzfilm umfasst, was der elektrischen Lampe ein farbneutrales Aussehen gibt. Außerdem kann die Anwesenheit des Interferenzfilms die Stabilität des lichtabsorbierenden Mediums erhöhen, so dass der Interferenzfilm als Sauerstoffbarriere für das lichtabsorbierende Medium dient. Außerdem kann der Interferenzfilm dem Farbverlust des lichtabsorbierenden Mediums unter dem Einfluss externen UV-Lichts, z.B. durch eine geeignete Materialauswahl einem passend gewählten Bandlücke (z.B. TiO₂) oder als Ergebnis der Tatsache, dass der Referenzfilm auch UV-Licht reflektiert, entgegengewirkt werden. Experimente haben gezeigt, dass die Adhäsion der Kombination aus lichtabsorbierenden Medium und Interferenzfilm auf dem Lampengefäß der elektrischen Lampe zufriedenstellend ist und nicht, oder wenig, zu Änderungen während der Lebensdauer führt. Während der Lebensdauer der erfindungsgemäßen Lampe wird keine sichtbare Ablösung des aufgetragenen Belags festgestellt.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung der eine Kombination aus einem lichtabsorbierenden Medium und einem Interferenzfilm umfassenden elektrische Lampe, was der elektrischen Lampe ein farbneutrales Aussehen gibt, ist es, dass das spektrale Merkmal der lichtabsorbierenden Schicht weniger empfindlich gegenüber Variationen der Lage des spektralen Übergangs in der lichtabsorbierenden Schicht ist. Das hat zur Folge, dass das spektrale Kennzeichen der Licht absorbierenden Schicht weniger empfindlich gegenüber Variationen in der Dicke und/oder der Konzentration des lichtabsorbierenden Mediums ist.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand des Lampengefäßes das lichtabsorbierende Medium umfasst. Lichtabsorbierende Medien können leicht in die Wand des Lampengefäßes, das z.B. aus Glas, wie Quarzglas oder Hartglas oder aus einem lichtdurchlässigen keramischen Material hergestellt ist. In dieser Ausführungsform ist der Interferenzfilm bevorzugt direkt auf eine Seite der Wand des Lampengefäßes aufgebracht, die von der Lichtquelle wegweist. Da das lichtabsorbierende Medium in der Wand des Lampengefäßes und dem Interferenzfilm vorgesehen ist, durchquert das vom Interferenzfilm reflektierte Licht das lichtabsorbierende Medium zweimal, was zu einer weiteren Verbesserung der Wirksamkeit des Absorptionsvorgangs führt. Außerdem durchquert Licht, das zu und von zwischen dem Interferenzfilm auf beiden Seiten des Lampengefäßes reflektiert wird, das lichtabsorbierende Medium bei jeder Reflexion zweimal.
Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, dass das lichtabsorbierende Medium eine lichtabsorbierende Schicht umfasst, die zwischen dem Lampengefäß und dem Interferenzfilm liegt. Da das lichtabsorbierende Medium zwischen der äußeren Oberfläche des Lampengefäßes und dem Interferenzfilm angeordnet ist, durchquert das vom Interferenzfilm reflektierte Licht das lichtabsorbierende Medium zweimal, was zu einer weiteren Verbesserung der Wirksamkeit des Absorptionsvorgangs führt. Außerdem durchquert Licht, das zu und von zwischen dem Interferenzfilm auf beiden Seiten des Lampengefäßes reflektiert wird, das lichtabsorbierende Medium bei jeder Reflexion zweimal.
Eine Dicke t_abs der lichtabsorbierenden Schicht liegt bevorzugt im Bereich 5 nm ≤ t_abs ≤ 5000 nm. Falls die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht unter 5 nm liegt, findet Absorption kaum statt und die beabsichtigte Verschiebung der Farbtemperatur ist ungenügend. Falls die Dicke der Schicht 5 μm überschreitet, wird zuviel Licht absorbiert, was die Lumenausgabe der elektrischen Lampe nachteilig beeinflusst. Die erwünschte Schichtdicke wird also von der Pigmentkonzentration in der lichtabsorbierenden Beschichtung hervorgerufen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der elektrischen Lampe ist dadurch gekennzeichnet, dass das lichtabsorbierende Medium eine gelb-rotfarbene Übertragung aufweist. Elektrische Lampen, die beim Betrieb gelbfarbenes Licht abstrahlen, können besonders geeignet als Anzeigelampen in Fahrzeugen benutzt werden. Elektrische Lampen, die beim Betrieb rotfarbenes Licht abstrahlen, können besonders geeignet als Bremslichter in Fahrzeugen benutzt werden.
Die Auswahl von selektiv lichtabsorbierenden Schichten ist durch die Anforderungen begrenzt, die erfindungsgemäß von der Steilheit der Änderung der Spektralübertragung des lichtabsorbierenden Mediums zu erfüllen ist. Die Auswahl von selektiv lichtabsorbierenden Schichten ist außerdem von den thermischen Anforderungen begrenzt, die von einer solchen lichtaborbierenden Schicht zu erfüllen sind. Besagte thermische Anforderungen umfassen die Beständigkeit des lichtabsorbierenden Mediums während der Lebensdauer und die Widerstandsfähigkeit gegenüber sich ändernden Temperaturen des Lampengefäßes.
Bevorzugt hat das Licht absorbierende Medium seine gelbfarbene Übertragung. Ein besonders geeignetes lichtabsorbierendes Medium ist das Chromophtal – Gelb mit der chemischen Formel C₂₂H₆C₁₈N₄O₂ und der Konstitutionsindex C.I 56280. Diese organische Farbe wird auch als „gelbes Pigment C.I. 110", „ C.I. gelbes Pigment 137" oder Bis [4,5,6,7-tetrachloro-3-oxoiso indolin-1-yliden)-1,4-phenylenediamin bezeichnet. Ein alternatives lichtabsorbierendes Medium mit einer gelbfarbenen Übertragung ist gelbes Anthraquinon mit der chemischen Formel C₃₇H₂₁N₅O₄ und C.I. 60645. Diese organische Farbe wird auch als „Filester Gelb 2648A" oder „Filester Gelb RN" mit der chemischen Formel 1,1'[(6-phenyl-1,3,5-triazin-2,4 diyl)diimino]bis – bezeichnet.
In einer alternativen Ausführungsform hat das lichtabsorbierende Medium eine rotfarbene Übertragung und umfasst z.B. „Chromophtal – Rot A2B" mit C.I. 65300. Die besagte organische Farbe wird alternativ als „ rotes Pigment 177", Dianthraquinoylrot oder als [1,1-Bianthrazn]-9,9',10,10'-tetron, 4,4'-diamino-(TCSA, DSL) bezeichnet.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe wird dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzfilm Schichten umfasst, die eine erste Schicht aus einem einen verhältnismäßig niedrigen Brechungsindex aufweisenden Material und eine zweite Schicht aus einem einen verhältnismäßig hohen Brechungsindex aufweisenden Material umfasst, wobei die erste und zweite Schicht bevorzugt alternativ geschichtet sind. Die Benutzung von zwei Materialien vereinfacht die Bereitstellung des Interferenzfilms. In einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eine dritte Schicht eines Materials aufgetragen, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem der ersten und zweiten Schicht liegt.
Eine bevorzugt Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe wird dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht des Interferenzfilms vorwiegend Siliziumoxyd enthält und dass die zweite Schicht vorwiegend eine Material enthält, dessen Brechungsindex höher verglichen mit dem eines Siliziumoxyds ist. Schichten aus Siliziumoxyd können verhältnismäßig leicht unter Verwendung verschiedener Beschichtungs-Techniken zur Verfügung gestellt werden.
Bevorzugt umfasst die zweite Schicht des Interferenzfilms ein Material das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Titanoxyd, Tantaloxyd, Zirkoniumoxyd, Niobiumoxyd, Hafniumoxyd, Siliziumnitrid und Kombinationen der besagten Materialien gebildet ist.
Bevorzugt sind die Interferenzfilme Filme vom Typ Nb₂O₅/SiO₂, Filme vom Typ TaO₂/SiO₂, Filme vom Typ TiO₂/SiO₂, Filme vom Typ ZrO₂/SiO₂ und Mischungen daraus und umfassen bevorzugt mindestens 5 und höchstens ungefähr 25 Schich ten. Als Folge der verhältnismäßig niedrigen Anzahl von Schichten sind die Herstellungskosten eines solchen Interferenzfilms verhältnismäßig niedrig.
Die Lichtquelle der elektrischen Lampe kann ein Glühkörper, z.B. ein Wasserstoff enthaltendes Gas oder ein Elektrodenpaar in einem ionisierbaren Gas, z.B. ein inertes Gas mit Metallhaloiden, möglicherweise mit z.B. Quecksilber als Puffergas sein. Die Lichtquelle kann von einer inneren gasdichten Hülle umgeben sein. Es ist alternativ möglich, dass die äußerste Hülle das Lampengefäß umgibt.
Der Interferenzfilm und die lichtabsorbierende Schicht können auf herkömmliche Weise, z.B. durch Abscheiden aus der Dampfphase, reaktives Metallaufdampfen, Tauchbeschichtung oder Zerstäubungsverfahren, oder mit Hilfe der chemischen Niederdruckgasphasenabscheidung oder Plasmagasphasenabscheidung zur Verfügung gestellt werden. Die lichtabsorbierende Schicht auf der äußeren Wand des Lampengefäßes wird bevorzugt durch Aufsprühen aufgetragen. Falls die lichtabsorbierende Schicht ein Bestandteil der Wand des Lampengefäßes ist, dann wird dieses Medium allgemein in der Wand während des Herstellungsvorgangs des Lampengefäßes zur Verfügung gestellt.
Es ist gefunden worden, dass die Kombination des absorbierenden Mediums und des Interferenzfilms der erfindungsgemäßen Lampe im Wesentlichen ihre ursprünglichen Eigenschaften während der Lebensdauer der elektrischen Lampe beibehalten.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden durch und unter Bezugnahme auf die im Folgenden beschriebene(n) Ausführungsform(en) offenkundig und erläutert.
In den Zeichnungen:
Ist die 1A eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe;
Ist die 1B eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe;
Zeigt die 2A das Reflexionsspektrum als Funktion der Wellenlänge eines ZrO₂/SiO₂ – Interferenzfilms, der den Spektralübergang eines gelbfarbigen lichtabsorbierenden Mediums anpasst;
Zeigt die 2B das Reflexionsspektrum als Funktion der Wellenlänge eines ZrO₂/SiO₂ – Interferenzfilms, der den Spektralübergang eines rotfarbigen lichtabsorbierenden Mediums anpasst.
Die Abbildungen sind rein schematisch und nicht masstabsgetreu gezeichnet. Einige Abmessungen sind aus Klarheitsgründen besonders stark übertrieben. Äquivalenten Komponenten ist dieselbe Ziffernreferenz soweit es in den Abbildungen möglich ist, gegeben.
Die 1A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Lampe. Die besagte elektrische Lampe hat ein lichtübertragendes Lampengefäß 1 z.B. aus Glas, das gasdicht versiegelt ist und welches ein elektrisches Element 2 aufnimmt, das in der Abbildung ein (spiralförmiger) Tungsten – Glühkörper ist und welcher an die aus dem Lampengefäß 1 nach außen tretenden Stromleiter 3 angeschlossen ist. Die gezeigte Lampe, die alternativ mit PY21W (12 Volt, 21 Watt) bezeichnet wird, ist mit einem inerten Gas, z.B. einer Ar/N₂ – Mischung gefüllt, das einen Fülldruck von ungefähr 1 Bar aufweist.
In der Ausführungsform der auf der 1A gezeigten elektrischen Lampe wird das lichtabsorbierende Medium in Form einer lichtabsorbierenden Beschichtung 6 auf der Außenseite des Lampengefäßes 1 (auf einer Wand des Lampengefäßes) zur Verfügung gestellt und es wird ein Interferenzfilm 5 auf der besagten lichtabsorbierenden Beschichtung (siehe auch 1B) zur Verfügung gestellt. Die lichtabsorbierende Beschichtung 6 umfasst in diesem Fall z.B. eine Schicht des als Chromophtalgelb bezeichneten Pigments in einer Schichtdicke von z.B. 2 μm. Eine mit einem solchen lichtabsorbierenen Medium versehene Lampe strahlt beim Betrieb gelbfarbenes Licht ab. Solche elektrischen Lampen werden z.B. als Anzeigelampen von Fahrzeugen verwendet und ihre Lebensdauer beträgt im Wesentlichen 1200 Stunden. In einer alternativen Ausführungsform der Beschichtung umfasst die lichtabsorbierende Beschichtung 6 eine Schichtdicke von z.B. 2 μm aufweisende Schicht aus Chromophtalrot A2B. Eine mit einer solchen Chromphtalrotschicht A2B versehene elektrische Lampe strahlt beim Betrieb rotfarbenes Licht ab. Solche elektrischen Lampen werden als Bremslichter in Fahrzeugen benutzt und ihre Lebensdauer beträgt mindestens im Wesentlichen 1200 Stunden.
In einer alternativen Ausführungsform der auf der 1A gezeigten elektrischen Lampe umfasst die Wand des Lampengefäßes das lichtabsorbierende Medium. Die 1B ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Glühlampe. Die besagte elektrische Lampe umfasst ein Quarzglaslampengefäß 11, das einen Glühkörper als Lichtquelle 12 aufnimmt. Stromleiter 13 sind an die besagte Lichtquelle angeschlossen und treten aus dem Lampengefäß 11 nach außen aus. Das Lampengefäß ist mit einem wasserstoffhaltigen Gas wie z.B. Wasserstoffbromid gefüllt. Mindestens ein Teil des Lampengefäßes 11 ist mit einem lichtabsorbierenden Medium 16 in Form einer lichtabsorbierenden Beschichtung abgedeckt, die in diesem Beispiel durch ein (eine MTMS – Matrix enthaltenes) Chromophtalgelb oder Chromophtalrot A2B in einer Schichtdicke von ungefähr 2 μm gebildet.
An der 1A ist ein Interferenzfilm 5 auf das auf die Wand des Lampengefäßes 1 (das „Substrat") aufgebrachte lichtabsorbierende Medium aufgetragen, welcher Interferenzfilm alternativ Schichten aus einer Schicht eines Materials mit verhältnismäßig hohem Brechungsindex aufweist, wie z.B. Titanoxyd (mittlerer Brechungsindex von TiO₂ ungefähr 2,4 bis 2,8), Niobiumoxyd (mittlerer Brechungsindex von Nb₂O₅ ungefähr 2,34), Tantaloxyd (mittlerer Brechungsindex von Ta₂O₅ ungefähr 2,18), Zirkoniumoxyd (mittlerer Brechungsindex von ZrO₂ ungefähr 2,16) und eine Schicht von überwiegend Siliziumoxyd (mittlerer Brechungsindex von SiO₂ ungefähr 1,46). Die TiO₂/SiO₂, Nb₂O₅/SiO₂, Ta₂O₅/SiO₂, oder ZrO₂/SiO₂-Interferenzfilme umfassen nur eine geringe Anzahl von Schichten.
In dem in der 1B gezeigten Beispiel ist ein Interferenzfilm 15 auf das lichtabsorbierende Medium 16 aufgebracht und umfasst Schichten von alternativ vorwiegend Zirkoniumoxyd und Siliziumoxyd. Der ZrO₂/SiO₂-Interferenzfilm umfasst bevorzugt nur eine geringe Anzahl von Schichten.
Das Lampengefäß 11 in der 1B ist in einer äußeren Glühlampe 14 montiert, welche von einem Lampensockel 17 getragen wird mit dem die Stromleiter 13 elektrisch verbunden sind. Die gezeigte Lampe ist eine 60 W Hauptspannungslampe mit einer Lebensdauer von mindestens im Wesentlichen 2500 Stunden.
Experimente haben gezeigt, dass die besagten Interferenzfilme bevorzugt mindesten 5 und höchstens ungefähr 25 Schichten umfassen. Ein Interferenzfilm, der die geforderten spektralen Merkmale für eine gelbfarbene lichtabsorbierende Schicht (Spektralübergang für gelbfarbenes Licht λt ~ 550 nm) aufweist, hat eine Filterkonzeption die 18 ZrO₂/SiO₂- Schichten wie sie in der Tabelle II angegeben sind.
Tabelle II : Konzeption eines optischen Interferenzfilms der den spektralen Übergang eines gelbfarbenen lichtabsorbierenden Mediums anpasst
Die 2A zeigt das berechnete Reflexionsspektrum (R) als eine Funktion der Wellenlänge (λ in nm) eines ZrO₂/SiO₂-Interferenzfilms, der den Spektralübergang von einem gelbfarbenen lichtabsorbierenden Medium anpasst. Die Konzeption des Interferenzfilms entspricht der Tabelle II. Man kann aus der 2A ersehen, dass in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis ungefähr 550 nm (Bereich in dem das gelbfarbene lichtabsorbierende Medium aktiv ist) die Reflexion des Interferenzfilms sich ungefähr auf 0,75 beläuft, während sich im (sichtbaren) Wellenbereich über ungefähr 550 nm (Bereich in dem das gelbfarbene lichtabsorbierende Medium nicht länger aktiv ist) die Reflexion des Interferenzfilms auf ungefähr 0,50 (ΔR ~ 0,25) beläuft.
Der Interferenzfilm, wie er auf der 2A dargestellt wird, ist fast Farbneutral mit einem grauen Aussehen, wobei die Farbkoordinaten x = 0,2770, y = 0,3203 und z = 0,4027 sind, während die Farbkoordinaten das Weisspunktes (für D65 – Beleuchtung) x = 0,3127, y = 0,3291 und z = 0,3582 sind. Auf der 2A wird ein Interferenzfilm dargestellt, der ein reduziertes Streuungsniveau aufweist und der Lumenverlust im Bereich von über ungefähr 550 nm (Bereich in dem das lichtabsorbierende Medium nicht mehr aktiv ist) um ungefähr 50 % reduziert ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Interferenzfilm so konzipiert, dass die geforderten spektralen Merkmale für eine lichtabsorbierende Schicht für rotfarbenes Licht (Spektralübergang für rotfarbenes Licht λ_tr ~ 600 nm) erfüllt werden. Das Filter hat eine Konzeption, die 19 ZrO₂/SiO₂- Schichten umfasst, wie es in der Tabelle III angegeben ist.
Tabelle III : Konzeption eines optischen Interferenzfilms der den Spektralübergang des lichtabsorbierenden Mediums für rotfarbenes Licht anpasst
Die 2B zeigt das berechnete Reflexionsspektrum (R) als Funktion der Wellenlänge (λ in nm) eines ZrO₂/SiO₂ – Interferenzfilms, der den Spektralübergang eines lichtabsorbierenden Mediums für rotfarbiges Licht anpasst. Die Konzeption des Interferenzfilms entspricht der Tabelle III. Aus der 2B ist ersichtlich, dass in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis ungefähr 600 nm (Bereich in dem das lichtabsorbierende Medium für rotfarbiges Licht aktiv ist) die Reflexion des Interferenzfilms ungefähr 0,75 ist, während die Reflexion des Interferenzfilms im (sichtbaren) Wellenlängen bereich über ungefähr 600 nm (Bereich in dem das lichtabsorbierende Medium für rotfarbiges Licht nicht mehr aktiv ist), ungefähr 0,50 (ΔR ~ 0,25) ist.
Der Interferenzfilm, wie er auf der 3A dargestellt ist, ist fast farbneutral mit einem grauen Aussehen, wobei die Farbkoordinaten x = 0,2968, y = 0,3305 und z = 0,3726 sind, während die Farbkoordinaten des Weisspunktes (für D65 – Beleuchtung) x = 0,3127, y = 0,3291 und z = 0,3582 sind. Auf der 2B wird ein Interferenzfilm dargestellt, der ein reduziertes Streuungs- Niveau aufweist und der den Lumenverlust im Bereich von über ungefähr 550 nm (Bereich in dem das lichtabsorbierende Medium nicht mehr aktiv ist) um ungefähr 50 % reduziert.
Es ist offenkundig, dass im Rahmen der Erfindung viele Variationen für den Fachmann möglich sind.
Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die in diesem Text angegebenen Beispiele begrenzt. Die Erfindung wird in jedem neuen Merkmal und jeder Merkmalskombination verkörpert. Referenzziffern in den Patentansprüchen begrenzen nicht deren Schutzbereich. Die Benutzung des Verbs „umfassen" und seine Konjugationen schließen nicht die Gegenwart von anderen Elementen als die in den Ansprüchen erwähnten aus. Die Benutzung des Artikels „ein" vor einem Element schließt nicht die Anwesenheit von mehreren solchen Elementen aus.

Claims

Eine ein lichtdurchlässiges Lampengefäß (1; 11), in dem eine Lichtquelle (2; 12) angeordnet ist, umfassende elektrische Lampe, wobei die besagte elektrische Lampe ein einen Spektralübergang bei der Wellenlänge λ_tr im sichtbaren Bereich aufweisendes lichtabsorbierendes Medium (6; 16) umfasst, wobei mindestens ein Teil des Lampengefäßes (1; 11) mit einem Interferenzfilm (5; 15) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reflexion R des Interferenzfilms (5; 15) von 0,60 ≤ R ≤ 0,95 bis 0,40 ≤ R ≤ 0,65 mit einer Schrittweite ΔR im Bereich 0,2≤ ΔR ≤ 0,45 in einem Wellenbereich 0,95 × λ_tr ≤ λ ≤ 1,2 × λ_tr ändert, die Reflexion des Interferenzfilms (5; 15) im sichtbaren Bereich unter λ < 0,95 × λ_tr im Wesentlichen konstant ist, und die Reflexion des Interferenzfilms (5; 15) im sichtbaren Bereich über λ > 1,2 × λ_tr im Wesentlichen konstant ist.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reflexion R, im Wellenbereich 0,95 × λ_tr ≤ λ ≤ 1,1 × λ_tr, von 0,70 ≤ R ≤ 0,80 bis 0,45 ≤ R ≤ 0,55 mit einem Schritt ΔR im Bereich 0,2 ≤ ΔR Δ 0,3 ändert.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand des Lampengefäßes (1) das lichtabsorbierende Medium umfasst.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtabsorbierende Medium (6; 16) eine lichtabsorbierende Beschichtung umfasst, die zwischen dem Lampengefäß (11) und dem Interferenzfilm (15) liegt.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke t_abs der lichtabsorbierenden Schicht im Bereich 5 nm ≤ tabs ≤ 5 μm liegt.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lampe beim Betrieb farbiges Licht abstrahlt und im ausgeschalteten Zustand ein im Wesentlichen farbneutrales Aussehen hat.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtabsorbierende Medium (6; 16) eine gelbfarbene oder rotfarbene Übertragung aufweist.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eine gelbfarbene Übertragung aufweisende lichtabsorbierende Medium (6; 16) Chromophtalgelb mit der chemischen Formel C₂₂H₆C₁₈N₄O₂ und C.I. 56280 ist, oder dass das eine gelbfarbene Übertragung aufweisende lichtabsorbierende Medium (6; 16) Anthraquinongelb mit der chemischen Formel C₃₇H₂₁N₅O₄ und C.I. 60645 ist.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine rotfarbene Übertragung aufweisende lichtabsorbierende Medium (6; 16) Chromophtalrot mit der chemischen Formel C₂₈H₁₆N₂O₄ und C.I. 65300 ist.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Interferenzfilm (5; 15) Schichten umfasst, die eine erste Schicht aus einem einen verhältnismäßig niedrigen Brechungsindex aufweisenden Material und eine zweite Schicht aus einem einen verhältnismäßig hohen Brechungsindex aufweisenden Material umfasst, wobei die erste und zweite Schicht bevorzugt alternativ geschichtet sind.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht des Interferenzfilms (5) vorwiegend Siliziumoxyd enthält und dass die zweite Schicht vorwiegend eine Material enthält, dessen Brechungsindex höher verglichen mit dem eines Siliziumoxyds ist.
Eine elektrische Lampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht des Interferenzfilms (5; 15) ein Material das aus der Gruppe gewählt wird, die aus Titanoxyd, Tantaloxyd, Zirkoniumoxyd, Niobiumoxyd, Hafniumoxyd, Siliziumnitrid und Kombinationen der besagten Materialien gebildet ist.