HUT68532A

HUT68532A - A light-transmissive article, a lamp and a reflector as well as method for forming light scattering coating

Info

Publication number: HUT68532A
Application number: HU9303612A
Authority: HU
Inventors: Thomas Gene Parham; Pamela Kay Whitman
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-06-28
Also published as: EP0617092A3; US5723937A; DE69413097D1; CN1093173A; EP0617092B1; EP0617092A2; DE69413097T2; CA2116948A1; JPH06347618A

Description

A találmány tárgya fényszóró bevonattal ellátott fénytovábbító eszköz, izzólámpa és fényszóró, valamint eljárás fényszóró bevonat kialakítására.

A villanylámpák fényforrása izzószál vagy elektromos ív, amelyek úgy bocsátják ki a látható fényt, hogy - hacsak a kibocsátott fénysugarak nincsenek megtörve vagy megszakítva - maguk is láthatók. A fényforrás láthatóságát általában úgy próbálják elkerülni, hogy a fénysugarakat lencserácsos optikai eszközzel törik meg, a lámpabura felületét homokfuvatással vagy maratással felületkezelik, vagy a lámpaburát bevonattal látják el, amely a fényforrás által kibocsátott fénysugarakat szétszórja, ezáltal az izzószál vagy fényív képét elhomályosítja. A hagyományos háztartási izzólámpákban leggyakrabban a lámpabura felületének savas maratását vagy bevonatolását alkalmazzák, ahol az izzólámpát vagy ívet körülvevő üvegburát homályosítják és/vagy belülről szemcsés, fényszóró porszemesékből álló bevonattal látják el. A bevonat anyagaként általában agyag és sziliciumdioxid keverékét használják, mivel ezen keverék hozzáférhetősége, fényszóró tulajdonságai, vegyi semlegessége, viszonylag alacsony ára, és a lámpa működése során fellépő magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállóképességek kedvezőek.

A nagy intenzitású szimpadi és stúdiókban használt izzólámpáknál gyakran használnak olvasztott kvarc vagy homokfúvott izzószál- illetve ív-kamrát. A kibocsátott intenzív fény szórására, annak érdekében, hogy a megvilágított objektumon a fényforrás képe ne tükröződjön láthatóan. Az olvasztott kvarc az e

-3setenként 900 °C-ot is meghaladó üzemi hőmérsékletekkel szemben kellően ellenálló, a homokfuvatás azonban gyengítheti a kvarcfelületet, továbbá környezetszennyező hatása is van, hiszen a homokszemcsék a berendezések széles környezetében képesek szétszódódni, továbbá maga az eljárás is zajos és poros.

A találmánnyal célunk olyan fényszóró bevonat kialakítása és a megfelelő eljárás kidolgozása, amely az ismert megoldásokhoz képest hatékonyabb, viszonylag egyszerűen és alacsony ráfordítással előállítható, továbbá széles körben alkalmazható, így elsősorban a fent körvonalazott szempontból kedvezőbb tulajdonságú fénytovábbító eszközök, különösen izzólámpák és fényszórók gyártását teszi lehetővé.

Fényszóró bevonat alatt olyan felületi bevonatot értünk, amely alkalmas a látható fénysugarak - durván a 380-770 nm, különösen pedig a 400-750 nm hullámhossztartományba eső fénysugarak - hatékony szétszórására. A fényszóró réteg elsődleges feladata, hogy a kibocsátott fénysugarak szórt törésével illetve reflektálásával magának a fényforrásnak - az izzószálnak illetve az ívnek - a képét összezavarják.

A találmányhoz az a felismerés vezetett, hogy hatékony fényszóró réteg állítható elő szemcse- illetve poralakú fényszóró részecskék segítségével oly módon, hogy a fényszóró részecskéket üvegszerű, például sziliciumdioxid kötőanyagba ágyazzuk. További lényeges felismerésünk, hogy a fényszóró részecskék diszperziója az üveges kötőanyag folyékony állapotában, előnyösen szilíciumdioxid folyékony szilikonoldatban lévő kolloid diszperziójában szórható fel az adott felületre.

-4A kitűzött feladat megoldására a fentiek alapján olyan fétovábbító eszközt alakítottunk ki, amelynek fénytovábbító felülete van, amelynek a találmány szerint legalább egy felületrészén fényszóró bevonat van, amely üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba ágyazott fényszóró részecskéket tartalmaz. A fényszóró részecskék törésmutatója előnyösen eltérő, általában nagyobb, mint a szilíciumdioxid kötőanyagé.

A fényszóró bevonatot előnyösen olyan fényszóró részecskékkel valósítjuk meg, amelyek a látható fényt átbocsátják.

A fényszóró részecskék effektív szemcsemérete előnyösen 3 mikronnál nem nagyobb.

A találmány szerinti fénytovábbítószóró eszköz célszerűen például hogy üveges lencseként, vagy fényszóró üvegházként alakítható ki.

A kitűzött feladat megoldására kialakított izzólámpának látható fényt kibocsátó fényforrása és fénytovábbító lámpaburája van, ahol a lámpabura felületén fényszóró bevonat van elrendezve, amely üveges, adott esetben szilíciumdioxid kötőanyagba ágyazott fényszóró részecskéket tartalmaz, amelyek törésmutatója a kötőanyag törésmutatójától különböző.

A találmány szerinti izzólámpa előnyös kiviteli alakjánál a fényszóró részecskék a látható fény számára fényáteresztők, és effektív szemcseméretük 3 mikronnál nem nagyobb. A fényszóró részecskék anyaga adott esetben alumíniumoxidot tartalmaz.

-5A találmány szerinti fényszórónak külső felülete, belső fényviszszaverő felülete és ebbe szerelt villanylámpa fényforrása van; a találmány szerint a fényszóró külső felületén legalább egy felületrész fényszóró bevonattal van ellátva, amely fényszóró részecskéket tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba vannak ágyazva.

A találmány szerinti fényszóró belső fényvisszaverő felülete előnyösen többrétegű optikai interferenciaszűrőt foglal magában.

A találmány szerinti fényszóró alternatív változatának belső fényvisszaverő felülete és ebbe szerelt villanylámpa fényforrása van, ahol a belső fényvisszaverő felületen legalább egy felületrész fényszóró bevonattal van ellátva, amely fényszóró részecskéket tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba vannak ágyazva. Ennél a változatnál is előnyös, ha a belső fényvisszaverő felülete többrétegű optikai interferenciaszűrőt foglal magában.

A találmány szerinti fényszóró további alternatív változatánál a fényforrás legalább egy felületrésze van fényszóró bevonattal ellátva, amely fényszóró részecskéket tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba vannak ágyazva. A fényszóró előnyös kiviteli alakjának fényforrása többrétegű optikai interferenciaszűrővel van ellátva, és a fényszóró bevonat a többrétegű optikai interferenciaszűrőn van elrendezve.

-6A kitűzött feladat megoldására, tehát a javasolt fényszóró bevonat kialakítására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek keretében hordozófelületre fényszóró részecskéket viszünk fel; a találmány lényege, hogy a hordozófelületre a fényszóró részecskék diszperzióját folyékony szilikonoldatban lévő kolloid szilíciumdioxid diszperzióban visszük fel, a felvitt diszperziót szárítjuk és eltávolítjuk belőle az oldószereket, majd a szárított diszperziót magas hőmérsékletre, előnyösen legalább 350 °C-ra melegítjük, ezáltal kihajtjuk belőle a szilikon szerves alkotórészeit, és a szilikont és a kolloid szilíciumdioxidot átalakítjuk a fényszóró bevonatot képező, fényszóró részecskéket tartalmazó üveges kötőanyaggá.

A találmány szerinti eljárást előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy szilikonoldatként R(Si(OH)3) általános képletű vegyület részleges kondenzátumát használjuk, ahol R alkánt jelöl.

A találmány szerinti eljárás egy másik előnyös változatánál a szilikonoldat az R(Si(OH)3) általános képletű vegyület részleges kondenzátuma, ahol R metilcsoportot jelöl.

A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük. A rajzon:

az la ábrán a találmány szerint kialakított izzólámpa példaként! kiviteli alakjának vázlatát tüntettük fel, oldalnézetben;

az lb ábrán a találmány szerinti fényszóró bevonat példaként! kiviteli alakjának vázlata látható, metszetben;

-Ίa 2a, 2b és 2c ábrákon a találmány szerinti fényszóró egy-egy példaként! kialakításának vázlatát tüntettük fel, hosszmetszetben;

a 3. ábrán a találmány szerint kialakított fényszóró példaként! kiviteli alakja látható, hosszmetszetben;

a 4. ábra a fénytovábbítás százalékos értékét a fényszóró bevonat vastagságának függvényében ábrázoló diagram, izzólámpa optikai interferenciaszűrőjére felvitt különböző típusú fényszóró bevonatok esetében.

Amint az la-lb ábrákból kitűnik, a találmány szerint kialakított példakénti 10 izzólámpának 12 lámpaburája van, amelyben 14 izzószál van elrendezve. A 12 lámpabura átlátszó, a látható fényt áteresztő olvasztott kvarc bura. A 14 izzószálat a 12 lámpabura hermetikusan tömítetten fogadja be. A 14 izzószálat a 12 lámpabura belsejében öt 15 tartószál rögzíti. A 12 lámpabura két végén hagyományos 16 tömítő lezárásokkal van hermetikusan lezárva, amelyeken 18 molibdén tömítőfóliába ágyazott 20 csatlakozó kivezetések mennek át, a 14 izzószál áramellátásának biztosítására.

A 12 lámpabura külső 22 burafelülete 26 fényszóró bevonattal van ellátva. Amint az lb ábrán látható, a 26 fényszóró bevonat 20 kötőanyagba ágyazott 28 fényszóró részecskékből (szemcsékből) áll. A 29 kötőanyag előnyösen üvegszerű szilíciumdioxid kötőanyag. Megjegyezzük, hogy az lb ábra a 2 6 fényszóró bevonat szemléltetésére szolgál csupán, nem tekinthető a találmány szerinti bevonat pontos, arányos és részletes ábrázolásának.

-8Megjegyezzük továbbá, hogy az la ábra szerinti kialakítás nem tekinthető a találmány szerinti izzólámpa egyetlen lehetséges alapváltozatának, hiszen a javasolt fényszóró bevonat, amint azt a találmány általános ismertetése során is kinyilvánítottuk, más lámpatípusokon, és adott lámpatípuson belül más felületrészeken is elrendezhető. Megvalósítható továbbá például többrétegű optikai interferenciaszűrő és a fényszóró bevonat kombinációjával is, amely átlátszó burán illetve átlátszó vagy fényvisszaverő fénytovábbító felületen rendezhető el. A találmány szerinti fényszóró bevonat felvihető például az US5,143,445 sz. szabadalmi leírásból ismert, 44 többrétegű optikai interferenciaszűrővel ellátott 41 fényszóró üvegházzal rendelkező 40 fényszóró különböző felületrészein, például magán a 44 többrétegű optikai interferenciaszűrőn is, amint az a 2a-2c ábrákon látható. Egy további lehetséges változatnál a 10 izzólámpa átlátszó vagy fénytovábbító burokkal, például üveg vagy olvasztott kvarc burokkal van körülvéve, és a 26 fényszóró bevonat a 10 izzólámpától távközei, a burok vagy az optikai interferenciaszűrő felületén helyezkedik el.

A 2a ábrát tekintve látható, hogy a 40 fényszórónak 30 izzólámpája van, amely üvegszerű 32 lámpaburában van elrendezve. A 30 izzólámpa 32 lámpaburájának 34 nyakrésze önmagában ismert módon, 38 rögzítőtömítéssel (cementtel) hermetikusan tömítetten van a 41 fényszóró üvegházba beültetve, és hagyományos 36 csatlakozókivezetésekkel rendelkezik. A 40 fényszóró 44 többrétegű optikai interferenciaszűrővel van ellátva, amely a 41 fényszóró üvegház parabólaszerű 48 külső palástfalának 46 • ·

-9belső fényvisszaverő felületén van elrendezve. Hasonló fényszórókialakítás megismerhető többek között az US-4,833,576 lajstromszámú szabadalmi leírásból.

A 2a ábra szerinti 40 fényszóró találmány szerint kialakított 26 fényszóró bevonata a 41 fényszóró üvegház 48 külső palástfalán van elrendezve. A 26 fényszóró bevonat előnyösen a fent ismertetett üvegszerű 29 kötőanyagba ágyazott 28 fényszóró részecskékből áll.

A 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő önmagában ismert módon elrendezhető a 40 fényszóró hideg tükör vagy meleg tükör felületén is.

A 40 fényszóró működése során a 30 izzólámpa által kibocsátott fény egy része érzékelhető a 41 fényszóró üvegház 42 külső felületén kívülről is. Az érzékelt színhatást a 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő típusa és karakterisztikái határozzák meg. A hagyományos kialakítás esetén, tehát a találmány szerinti 26 fényszóró bevonat nélkül a 41 fényszóró üvegház 42 külső felületén átbocsátott fény nem egyenletes, a 30 izzólámpa vagy adott esetben más fényforrás környezetében kívülről egy világosabb, intenzív folt látható. A 41 fényszóró üvegház 42 külső felületén elrendezett 26 fényszóró bevonatnak köszönhetően azonban az átbocsátott fény egyenletesebbé, a szem számára lényegesen kellemesebbé válik, és nem tartalmaz élesebb, esetleg vakító forró fényfoltot.

A 2b ábrán látható 40 fényszóró lényegében megegyezik a

2a ábra szerintivel, azzal a különbséggel, hogy a 26 fényszóró bevonat a 41 fényszóró üvegház 46 belső fényvisszaverő felüle• · • · a

-10tére felvitt 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő felületén van elrendezve. Ennek köszönhetően a 40 fényszóróval különösen lágy fényhatás érhető el.

A 2c ábra szerinti 40 fényszóró felépítése is megegyezik a 2a és 2b ábrák szerintivel, a különbség az, hogy a 26 fényszóró bevonat itt a 30 izzólámpa 32 lámpaburájának külső felületén van elrendezve.

A 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő helyén mind a 2a, mind pedig a 2b és 2c ábrák esetében fényvisszaverő réteg, előnyösen fém, például alumínium reflektálóréteg is elrendezhető.

Amint a 3. ábrából kitűnik, a találmány szerint kialakított 70 fényszóró 50 izzólámpát foglal magában, amely 72 fényszóró üvegházban van elrendezve. A 72 fényszóró üvegháznak 86 üveglencséje van, a szemközti oldalon pedig 80 fém fenékrészszel rendelkezik. A 80 fém fenékrésznek 82 fémgallérja van, amely 78 üvegházfenékhez csatlakozik, önmagában ismert módon. A 80 fém fenékrész szabványos 84 csatlakozómenetben végződik.

Az 50 izzólámpa példánk esetében hosszirányban elrendezett hosszúkás burával és önmagában ismert izzószállal és hermetikus lezárásokkal rendelkezik, csatlakozókivezetései pedig 74 és 76 tartóvezetőkön keresztül vannak a 84 csatlakozómenettel kapcsolatban. A 74 és 76 tartóvezetők a 78 üvegházienékbe vannak beültetve.

-11Α 86 üveglencse külső felülete a találmány szerint 26 fényszóró bevonattal van ellátva. A 26 fényszóró bevonat szórja az 50 izzólámpa által kibocsátott és a 72 fényszóró üvegház által reflektált fénysugarakat.

A 26 fényszóró bevonat a találmány szerint üveges szilíciumdioxid kötőanyagba ágyazott fényszóró részecskékkel/szemcsékkel van megvalósítva. A fényszóró részecskék anyaga tetszőleges, a látható fény számára fényáteresztő és a szilíciumdioxid kötőanyagtól eltérő törésmutatójú anyag lehet, amely elektromosan nem vezet, a hordozófelület anyaga és a kötőanyag szempontjából kémiailag közömbös, és a 70 fényszóró működési hőmérsékletével, a kibocsátott sugárzással és a rendeltetésszerű működéssel összefüggő egyéb környezeti hatásokkal szemben ellenálló. Csupán példaként említünk néhány olyan anyagot, amelyek a fenti követelményeket kielégítik, és ezért a 26 fényszóró bevonat 28 fényszóró részecskéinek anyagaként jól használhatók. Ilyen anyagok többek között: AI2O3, BN, Y₂°3r ZrO₂, Sic, Ta₂C>5, S13N4, TiO₂ és Nb₂05· Ahhoz, hogy a fényszórás a teljes látható hullámhossztartományban hatékony legyen, a 28 fényszóró részecskéknek előnyösen legalább a vörös fény hullámhossza egynegyedével egyező (azaz 180 nm) vagy ennél nagyobb fizikai kiterjedéssel, effektív átmérővel illetve szemcsemérettel kell rendelkezniük. A 26 fényszóróbevonat tartalmazhat természetesen ennél kisebb méretű részecskéket is, ezek azonban csak kis mértékben járulnak hozzá a találmány szerint elérni kívánt optikai hatáshoz. Jó közelítéssel azt mondhatjuk, hogy a 28 fényszóró részecskék szemcseméretének ajánlott alsó küszöb

-12értéke előnyösen 0,2 mikron körül van. A szemcseméret felső határértéke tapasztalataink szerint előnyösen 0,5-3 mikron, a túlméretes szemcsék mennyiségétől és effektív átmérőjétől függőgen. Tapasztalataink szerint az alumíniumoxid fényszóró részecskék mérete például a találmány szerinti 26 fényszóró bevonatban előnyösen 0,2-0,4 mikron.

A 26 fényszóró bevonat 29 kötőanyaga előnyösen üvegszerű szilíciumdioxid, amely célszerűen egy szilikonoldatban lévő szilíciumdioxid folyékony diszperzióját tartalmazó bevonat-prekurzorból származik. A szilikon itt generikus jelentésében értendő. A szilikonoldat adott esetben például R(Si(OH)3) általános képletű vegyület részleges kondenzátuma, ahol az R alkánt, például metil trimetoxi-szilánt jelöl. Ilyen típusú, a találmány megvalósításához jól használható, kolloid szilíciumdioxidot tartalmazó szilikonok ismertek például az US-3,986,997, US4,275,118, US-4,500,669 és US-4,571,365 lajstromszámú szabadalmi leírásokból. Az ezekből az anyagokból kialakított rétegbevonatok igen magas hőhatásokkal, gyakran a 900 °C-ot meghaladó hőmérsékletekkel szemben is ellenállóak, ami azért lényeges, mert ilyen magas hőmérsékletek a nagy intenzitású fényforrásoknál a burafelület környezetében előfordulhatnak. A bevonat anyag természetesen csak azután válik a hőhatással szemben ilyen ellenállóvá, miután a bevonat-prekurzort a szerves anyagok kiégetésével üveges kötőanyaggá alakítottuk. A találmány szerint a hordozófelületre, például a 46 belső fényvisszaverő felületre vagy a 86 üveglencse felületére felszórt, szilikonoldatban lévő kolloid szilíciumdioxid diszperzióban található fényszóró ré • · « «

-13szecskéket tartalmazó folyékony bevonat-prekurzort a hordozófelületre, például a 46 belső fényvisszaverő felületre vagy a 86 üveglencse felületére szórtuk, a burát vagy reflektorházat az oldószerek eltávolítása érdekében alacsony hőmérsékleten szárítjuk, majd a prekurzor-bevonattal ellátott hordozófelületet levegőn magas hőmérsékletre hevítjük, ezáltal a szerves komponenseket pirolizáljuk és létrehozzuk a találmány szerinti üvegszerű bevonatot - a 26 fényszóró bevonatot amely a fényszóró részecskéket szilíciumdioxid mátrixban illetve kötőanyagban eloszolva tartalmazza. A szerves alkotórészek pirolíziséhez tapasztalataink szerint mintegy 350 °C hőmérséklet már elegendő lehet. Az így kialakított szilíciumdioxid sűrítésével és szinterelésével a bevonat erőssége növelhető, és ez előnyösen a rétegbevonattal ellátott fénytovábbító eszköz melegítésével, izzólámpa vagy fényszóró esetében pedig a fényforrás működtetésével megvalósítható. Egy lineárisan olvasztott kvarc lámpabura esetében például a hőmérséklet eléri a 900 °C-ot, és a 26 fényszóró bevonat kívánt tömörítése a fényforrás folyamatos működtetésével már egy órán belül elérhető.

A 44 többrétegű optikai interferenciaszűrőkhöz hasonló szűrétegek ún. vékonyfilm optikai interferenciaszűrőként is ismertek, amelyek felváltva tartalmaznak két vagy több különböző törésmutatójú anyagréteget. Az ilyen interferenciaszűrők alkalmazása izzólámpákon, reflektorokon és optikai lencséken a szakember számára ugyancsak ismert. Az interferenciaszűrők feladata az elektromágneses spektrum különböző hullámhosszúságú sugarainak, így az ibolyántúli, a látható az infra fénysugaraknak a • «

-14szelektív visszaverése és/vagy továbbítása. A különböző interferenciaszűrőket a fenti rendeltetéssel a lámpaiparban reflektorok, lencsék és lámpaburák kialakításánál széles körben használják. A tapasztalatok szerint az interferenciaszűrők különösen hasznosak az izzólámpák megvilágítási hatékonyságának növelése szempontjából, mivel az izzószál vagy ív által kibocsátott infravörös sugárzást visszaverik a kibocsátó fényforrás felé, míg a kibocsátott elektromágneses spektrum látható fényhullámhosszú komponenseit továbbítják, miáltal csökken az izzószál (fényforrás) szükséges működési hőmérsékletének fenntartásához szükséges elektromos energiaigény. A fenti példakénti kialakítás esetén a 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő az 50 izzólámpára veri vissza a kibocsátott sugárzás infravörös sugárzáskomponensét, míg a látható hullámhossztartományba eső fénysugarak (például 400-750 nm hullámhossztartomány) áthaladnak rajta. A lámpagyártásban olyan termékeknél, ahol egy adott hordozófelület 500 °C-nál magasabb hőmérsékleti terhelésnek van kitéve, olyan többrétegű interferenciaszűrőket alkalmaznak, amelyben hőálló fémoxid-rétegek, például tantál-pentoxid, titándioxid, nióbium-pentoxid és szilíciumdioxid rétegek felváltva vannak elrendezve. Az ilyen elrendezésekben a szilíciumdioxid valósítja meg az alacsony törésmutatójú, a többi fémoxid a magas törésmutatójú anyagréteget. Ilyen többrétegű interferenciaszűrők önmagukban ismertek, többek között például az US5,143,445, 5,138,219, 4,588,923 és 4,663,557 lajstromszámú szabadalmi leírásokból.

•··· ·· * <»·♦ • 4 « » · • ····*· • · · · · · « • * *·· * ♦ ♦

-15Α 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő hordozófelületre történő felvitelekor célszerűen gőzöléses vagy katódporlasztásos technikákat, adott esetben szerves prekurzorokba történő merítéses rétegfelvitelt, vagy gőzfázisból történő kémiai rétegelőállítási (CVT) illetve alacsony nyomású gőzfázisból történő kémiai rétegelőállítási (LPCVD) eljárásokat alkalmaznak. A rajz szerinti példaként! kiviteli változatok esetében a 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő tantál-pentoxid és szilíciumdioxid rétegekből épül fel, amelyek például a 46 belső fényvisszaverő felületre - vagy adott esetben a kvarc lámpabura külső felületére - vannak felhordva, célszerűen a fent említett LPCVD eljárás segítségével, amint az többek között az US4,949,005 lajstromszámú szabadalmi leírásból is megismerhető. A 44 többrétegű optikai interferenciaszűrő például 26-30 fémoxid rétegből, vagy az US-5,143,445 és US-5,138,219 lajstromszámú szabadalmi leírások kitanításai szerint több, mint 40 fémoxidrétegből épülhet fel. Hangsúlyozzuk azonban, hogy a találmány megvalósítása nem kötődik szükségszerűen többrétegű interferenciaszűrőkhöz, vagy reflektálórétegekhez, a javasolt megoldás ezek nélkül is megvalósítható. A többrétegű interferenciaszűrők ugyanakkor olyan hatásokat biztosíthatnak - például a kisugárzott fény kívánt színhatását amelyek a találmány szerinti előnyös hatásokon túl kedvezőek.

A találmány szerinti megoldást a továbbiakban példákkal szemléltetjük.

1» ··

Tekintsük példaként az la ábrán látható 10 izzólámpát, amelynek 12 lámpaburája 105 mm hosszú és 10 mm átmérőjű kvarcbura, a 14 izzószál pedig 120 V üzemi feszültség mellett 650 W teljesítményű. A találmány szerinti 26 fényszóró bevonatot a hengeres 22 burafelületen alakítjuk ki, úgy, hogy a prekurzorbevonat 2 tömegrész Degussa C olvasztott alumíniumport tartalmaz, amely 15 tömegrész hőhatásra keményedő szilikonoldatban van. A szilikonoldat 70 térfogatrész butanol és ugyancsak 70 térfogatrész izopropanol 60 térfogatrész Silvue 313 Abrasion Resistant Coasting kopásálló bevonathoz (az SDC Coatings, Inc., Garden Grove kaliforniai cég terméke) történő hozzáadásával készül. A Silvue 313 kopásálló bevonat kolloid szilíciumdioxid R(Si(OH)3) részleges kondenzátum oldatában lévő diszperziója, ahol R egy metilcsoportot jelöl. A diszperzió 5 tömeg% ecetsavat, 13 tömeg% n-butanolt, 30 tömeg% izopropanolt, 1 tömeg% metanolt, a többi részben pedig vizet tartalmaz. A kolloid szilíciumdioxid és metil-trimetoxi-szilán teljes szilárdanyagtartalmaz a Silvue 313 kopásálló bevonatban mintegy 20-25 %. A Degussa cég alumíniumdioxid be lett keverve a szilikonoldatba, majd az alumíniumoxidot tartalmazó oldatot ultrahangos fürdőbe helyeztük. A Degussa C alumíniumdioxid primer szemcsemérete 10 nm, a használható szemcseméret pedig 200 és 500 nm közötti effektív átmérővel rendelkezik. A 12 lámpaburákat ebben a prekurzor-bevonat keverékben megmártjuk, és legalább 5 percig szárítjuk. A szárított, bevonattal ellátott 12 lámpaburákat ezután laboratóriumi kemencébe helyezzük, ahol legalább 30 percen át 350 °C hőmérsékleten tartjuk, ezáltal kihajtjuk vagy pirolizál·« *4 * « « · ·*» • · ♦··* « • ·*«< 4 4*

-17juk a szerves alkotórészeket és megkezdődik a szilíciumdioxid tömörítése. A fenti kezelést követően a 10 izzólámpák teljes üzemi feszültségen üzemeltethetők anélkül, hogy a bevonat elsötétedne vagy fekete foltok jelennének meg. Mivel a 12 lámpabura 900 °C fölötti hőmérsékletre is felmelegíthető, a bevonat tömörítése az üzemszerű használat első órája során tovább folytatódik. A találmány szerinti 26 fényszóró bevonat lényegében a 350°C-os hőkezelést követően kialakul, ezután már csak a szilíciumdioxid kötőanyag sűrítése folytatódik, magasabb hőmérsékleten, a szilíciumdioxid által elérhető felső küszöbértékig.

A fenti eljárással kialakított 26 fényszóró bevonattal ellátott termékek 2000 üzemóra elteltével sem szenvednek észrevehető minőségcsökkenést vagy a fénysugárzási tulajdonságok romlását. A 26 fényszóró bevonat adhéziós tulajdonságai a külső kvarcfelületen vagy a fényvisszaverő felületeken vagy a többrétegű interferenciaszűrőkön általában kiválóak. Kísérleteink során többrétegű interferenciaszűrőként az US-5,143,445 és az US5,138,219 lajstromszámú szabadalmi leírásokból ismert 24-rétegű illetve 46-rétegű (tantál-pentoxid és szilíciumdioxid rétegekből álló) interferenciaszűrő bevonatokat használtunk, amelyeket az említett LPCVD eljárással alakítottunk ki. A többrétegű interferenciaszűrők adhéziós tulajdonságai a felületi állapotoktól, például a felületi repedésektől és a felület durvaságától függően változhat. Emiatt egy előréteget vagy primer bevonatot kerestünk, amely nem befolyásolja az optikai tulajdonságokat (fényvisszaverés, fényáteresztés és fényszórás) ugyanakkor biztosítja a megfelelő felületi tapadást. Ilyen primer segédbevo···» 9· ·« ··

Β · » 9·*· • « «99«· • *99« *·*

-18natként használható például Álon C (vagy E) alumíniumdioxid por és bor sav, mintegy 3/1 tömegarányban, amelyhez még metanolt és Cellosolve acetátot adunk. A primer segédbevonat célszerűen merítéssel vihetők fel. Szárításához 30 percnél rövidebb idő is elegendő lehet.

Ezt követően a 12 lámpaburára felvihetjük a 26 fényszóró bevonatot, amely példánk esetében az előzőekben már említett szilikonoldat és Degussa C keverék. Az így előállított 10 izzólámpák kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, hiszen a kívánt diffúz fényt bocsátják ki, továbbá a bevonat tapadása is kiváló. A Degussa C alumíniumdioxidot tartalmazó 26 fényszóró bevonatokkal ellátott 10 izzólámpák - és más fényszóró eszközök - transzmissziótényezője (áteresztési tényezője, átlátszósága) 15 %-nál kisebb, és a teljes fénytovábbítás (a visszavert és előre szórt komponensek összege) 50 %-nál nagyobb.

A vizuális megfigyelések és a kísérleti mérések azt mutatták, hogy amennyiben a találmány szerint kialakított fényszóróbevonat áteresztési tényezője 15 %-nál kisebb, az eszközzel a homokfuvatott kvarc külső megjelenése és optikai viselkedése szimulálható. A látható fénysugárzás szórt visszaverése az eszköz belsejébe nem kívánatos jelenség, hiszen az így visszavert fény egy része a csatlakozóvezetékek illetve az izzószál általi abszorpció következtében kárbavész. Ez azt jelenti, hogy a teljes fénytovábbítás, azaz a reflektált és szórt kimenő fény összege lehetőség szerint minél nagyobb, előnyösen legalább 50 % legyen.

·*·· * · < ► · • · · · ··· • · «·*· · • ···· * ··

-19Α 4. ábrán a találmány szerint kialakított 26 fényszóró bevonat rétegvastagsága és a fényátvitel közötti összefüggést szemléltettük két különböző részecsketipusra/méreteloszlásra. A függőleges tengelyen Tr áteresztési tényező %-os értékét, a vízszintes tengelyen a névleges bevonatvastagságot tüntettük fel. A fényszóró részecskék tömegkoncentrációját a bevonatban konstans értéken tartottuk. A Degussa alumíniumoxid por elsődlegesen 0,2-0,4 mikron effektív szemcseméretű (effektív átmérőjű) részecskékből áll. Az áteresztési tényező viszonylag széles bevonatvastagság tartományban 15 % alatt van, míg a teljes fénytovábbítás ezen fényszóróanyag esetében végig 50 % fölötti (II illetve I görbék). Az egyenletes és kielégítő minőségű optikai tulajdonságú - és vizuális megjelenésű fényszóró bevonat vastagsága a 4-10 mikron intervallumba esik.

A Baikowski CR30 típusú alumíniumdioxid por nagyobb szemcseméretű részecskékből áll, mint a fent említett Degussa. A részecskék mintegy 35 %-a 1 mikronnál kisebb, mintegy 80 %-a 3 mikronnál kisebb és mintegy 20 %-a 3-8 mikron effektív szemcsemérettel rendelkezik. A nagyobb szemcseméret egyébként fokozott szóródást eredményez. A kívánt tulajdonságok, az előzőeknek megfelelően: 15 %-nál kisebb áteresztési tényező és 50 %-nál nagyobb teljes fénytovábbítás; ezek a követelmények, amint a IV és III görbékről leolvasható, csupán a 4 mikron alatti bevonatvastagság tartományban valósulnak meg. Ilyen bevonatvastagság esetén azonban a fényszóróbevonat nem biztosít tökéletes fedettséget. Jóllehet egy 4 mikron alatti szűk tartományban teljesülnek az előírt feltételek, a fényszóróbevonat vizuálisan foltos, szemcsés, esztétikailag nem elfogadható.

-20A fentiekben a találmányt néhány jellemző és előnyös kiviteli példa alapján ismertettük, ami természetesen nem jelenti az alábbiakban megfogalmazott igényelt oltalmi kör korlátozását. A találmányt a fenti ismertetés alapján a szakterületen jártas szakember még számtalan más változatban is megvalósíthatja, anélkül, hogy az alapvető találmányi koncepciótól eltér ne.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. ) Fénytovábbító eszköz, amelynek fénytovábbító felülete van, azzal jellemezve, hogy a fénytovábbító felület legalább egy felületrészén fényszóró bevonat (26) van, amely üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba (29) ágyazott fényszóró részecskéket (28) tartalmaz.
2. ) Az 1. igénypont szerinti fénytovábbító eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) törésmutatója az ágyazó kötőanyagétól (29) eltérő.
3. ) Az 1. vagy 2. igénypont szerinti fénytovábbító eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) a látható fényt átbocsátóak.
4. ) Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti fénytovábbító eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) effektív szemcsemérete 3 mikronnál nem nagyobb.
5. ) A 3. igénypont szerinti fénytovábbító eszköz, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) törésmutatója a szilíciumdioxid kötőanyagénál (29) nagyobb.

6·) Az 5. igénypont szerinti fénytovábbító eszköz, azzal j θ 1 1 e m e ζ v e , hogy üveges lencseként van kialakítva. 7.) Az 5. igénypont szerinti fénytovábbító eszköz, azzal j θ 1 1 e m e ζ v e , hogy a fényszóró üvegházként

(41) van kialakítva.
8. ) Izzólámpa, amelynek fényforrása és fénytovábbító lámpaburája van, azzal jellemezve, hogy a lámpabura (12, 32) felületén fényszóró bevonat (26) van elrendezve, amely üveges, adott esetben szilíciumdioxid kötőanyagba (29) ágyazott fényszóró részecskéket (28) tartalmaz, ahol a fényszóró részecskék (28) törésmutatója a kötőanyag (29) törésmutatójától különböző.
9. ) A 8. igénypont szerinti izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) a látható fény számára fényáteresztők.
10. ) A 9. igénypont szerinti izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) effektiv szemcsemérete 3 mikronnál nem nagyobb.
11. ) A 10. igénypont szerinti izzólámpa, azzal jellemezve, hogy a fényszóró részecskék (28) anyaga alumíniumoxidot tartalmaz.
12. ) Eljárás fényszóró bevonat kialakítására, amelynek keretében hordozófelületre fényszóró részecskéket viszünk fel, azzal jellemezve, hogy a hordozófelületre a fényszóró részecskék (28) diszperzióját szilíciumdioxid folyékony szilikonoldatban lévő kolloid diszperziójában visszük fel, a felvitt diszperziót szárítjuk és eltávolítjuk belőle az oldószer/ek/et, majd a szárított diszperziót magas hőmérsékletre melegítjük, ezáltal kihajtjuk belőle a szilikon szerves alkotórészeit, és a szilikont és a kolloid szilíciumdioxidot átalakítjuk a fényszóró részecskéket (28) tartalmazó üveges kötőanyaggá (29) .
13. ) A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilikonoldat R(Si(OH)₃) általános képletű vegyület részleges kondenzátuma, ahol R alkánt jelöl.
14. ) A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilikonoldat R(Si(OH)₃) általános képletű vegyület részleges kondenzátuma, ahol R metilcsoportot jelöl.
15. ) A 12. vagy 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szárított diszpenziót legalább 350 °C hőmérsékletre melegítjük.
16. ) Fényszóró, amelynek külső felülete, belső fényviszszaverő felülete és ebbe szerelt villanylámpa fényforrása van, azzal jellemezve, hogy külső felületén (42) legalább egy felületrész fényszóró bevonattal (26) van ellátva, amely fényszóró részecskéket (28) tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba (29) vannak ágyazva.
17. ) A 16. igénypont szerinti fényszóró, azzal jellemezve, hogy a belső fényvisszaverő felülete (46) többrétegű optikai interferenciaszűrőt (44) foglal magában.
18. ) Fényszóró, amelynek belső fényvisszaverő felülete és ebbe szerelt villanylámpa fényforrása van, azzal jellemezve, hogy belső fényvisszaverő felületén (46) legalább egy felületrész fényszóró bevonattal (26) van ellátva, amely fényszóró részecskéket (28) tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba (29) vannak ágyazva.
19. ) A 18. igénypont szerinti fényszóró, azzal jellemezve, hogy a belső fényvisszaverő felülete (46) többrétegű optikai interferenciaszűrőt (44) foglal magában.
20.) Fényszóró, amelynek belső fényvisszaverő felülete és ebbe szerelt villanylámpa fényforrása van, azzal jellemezve, hogy fényforrásának legalább egy felületrésze fényszóró bevonattal (26) van ellátva, amely fényszóró részecskéket (28) tartalmaz, amelyek üvegszerű, előnyösen szilíciumdioxid kötőanyagba (29) vannak ágyazva.
21.) A 20. igénypont szerinti fényszóró azzal jellemezve, hogy fényforrása többrétegű optikai interferenciaszűrővel (44) van ellátva, és a fényszóró bevonat (26) a többrétegű optikai interferenciaszűrőn (44) van elrendezve.