JP2002110104A - 自動車用白熱電球 - Google Patents

自動車用白熱電球

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JP2002110104A JP2000303434A JP2000303434A JP2002110104A JP 2002110104 A JP2002110104 A JP 2002110104A JP 2000303434 A JP2000303434 A JP 2000303434A JP 2000303434 A JP2000303434 A JP 2000303434A JP 2002110104 A JP2002110104 A JP 2002110104A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な製造方法でありながらも、確実に高色
温度の光が放射される自動車用白熱電球を提供すること
にある。 【解決手段】 本発明の自動車用白熱電球は、赤色光を
吸収する手段4を有するガラス製の発光管1内にフィラ
メント2が配置され、発光管1の外面に屈折率(n)が
1.8以上であって光学膜厚(nd)が200〜250
nmである高屈折率単層膜5が形成されていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、自動車のヘッドラ
ンプに利用される自動車用白熱電球に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】自動車用のヘッドランプは、走行中、前
方領域を単に照明するだけではなく、視認性を良くする
必要があり、高い色温度の光で前方領域を照明すること
が望まれている。
【0003】このような要求に応えるために、従来、自
動車用白熱電球は、内部にフィラメントを有する透明な
発光管の外表面に、SiO2よりなる低屈折率層と、T
iO2よりなる高屈折率層を、交互に複数層積層するこ
とにより、多層膜を形成し、色温度を高めるために寄与
する青色光(波長400〜500nm)を透過し、色温
度が低くなる原因である赤色光(波長550〜750n
m)を反射するようになっていた。このような自動車用
白熱電球によれば、3600K以上の高色温度の放射光
を得ることができるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな自動車用白熱電球では、低屈折率層と高屈折率層を
交互に複数層積層しなければならず、低屈折率層と高屈
折率層のそれぞれの膜厚を制御することは、非常に難し
く、各膜が設計上の膜厚よりわずかに厚かったり薄かっ
たりしただけでも、複数層積層することにより、出来上
がった多層膜の性能が大幅に変わり、透過あるいは反射
する波長範囲が大きくずれてしまい、高色温度の放射光
を得ることができなくなる、という問題があった。
【0005】また、このような問題を解消するために、
各膜の膜厚を正確に制御しなければならず、多層膜の製
造が極めて複雑になるという問題があった。
【0006】本発明は、以上のような事情に基づいてな
されたものであって、その目的は、簡単な製造方法であ
りながらも、確実に高色温度の光が放射される自動車用
白熱電球を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の自動車用白熱電球は、赤色光を吸
収する手段を有するガラス製の発光管内にフィラメント
が配置され、当該発光管の外面に屈折率(n)が1.8
以上であって、光学膜厚(nd)が200〜250nm
である高屈折率単層膜が形成されていることを特徴とす
る自動車用白熱電球。
【0008】請求項2に記載の自動車用白熱電球は、請
求項1に記載の自動車用白熱電球であって、特に、前記
赤色光を吸収する手段は、発光管の外面および/または
内面に形成された赤色光吸収膜であることを特徴とす
る。
【0009】請求項3に記載の自動車用白熱電球は、請
求項1に記載の白熱電球であって、特に、前記赤色光を
吸収する手段は、発光管が赤色光を吸収するガラスより
なることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の自動車用白熱電
球と断面図である。自動車用白熱電球1A(以下、単
に、白熱電球とも呼ぶ)は、発光管1が透光性の硬質ガ
ラス或いは石英ガラスよりなり、その一端には封止部1
1が形成され、他端には排気管残部12が形成されてい
る。この発光管1の内部には、その管軸方向と直交する
方向に沿ってコイル状のフィラメント2が配置されてい
る。このフィラメント2の両端にはリード棒3が接続さ
れている。
【0011】そして、発光管1の外表面には、赤色光を
吸収する手段である赤色光吸収膜4が形成されている。
この赤色光吸収膜4は、鉄、コバルト、銅等を含むSi
2ガラス膜、或いは、CoO―Al23系結晶質膜で
あり、その厚みは約1〜20μmである。なお、赤色光
吸収膜4は発光管1の内面に形成しても良い。このよう
に赤色光吸収膜4を設けることにより、白熱電球1Aか
ら放射される光のうち波長約550〜700nmの赤色
成分の大部分をこの赤色光吸収膜4で吸収するものであ
る。
【0012】図2は、本発明の他の実施例を示す断面図
であり、発光管1’は、発光管自体に赤色光を吸収する
ための手段であるコバルト、ネオジウム、2価の鉄等な
ど遷移金属をドープしたものであり、つまり、発光管
1’自体が赤色光を吸収するガラスからなるものであ
る。なお、図1と同一符号は、同一部分を示すため説明
は省略する。また、赤色光を吸収する手段を設ける理由
は、後段で詳細に説明する。
【0013】そして、図1、図2に示すように、発光管
1の外面に、高屈折率単層膜5が形成されている。この
高屈折率単層膜5は、例えば、TiO2、Ta25、N
25、ZrO2よりなる単層膜である。
【0014】次に、この高屈折率単層膜の光学膜厚(n
d)と、光との関係を理論的に説明する。図3は、高屈
折率単層膜として、TiO2の単層膜と反射率を示すデ
ータ図であり、縦軸に完全反射率を100%としたとき
の相対反射率、横軸に光の波長を示すものである。図3
には、高屈折率単層膜の光学膜厚(nd)を185n
m、200nm、225nm、250nm、265nm
と変えた場合の反射率を示すものであり、185nmの
場合のデータをグラフa、200nmの場合のデータを
グラフb、225nmの場合のデータをグラフc、25
0nmの場合のデータをグラフd、265nmの場合の
データをグラフeで示す。
【0015】図3からわかるように、高屈折率単層膜の
光学膜厚(nd)が大きくなるにつれて、反射率が最も
低く谷になり逆に透過率が最も高くなるピーク値(反射
率最低ピーク値)が、長波長側にシフトしていくことが
わかる。つまり、光学膜厚(nd)が200nmより小
さい場合、反射率最低ピーク値が青色光の波長領域であ
る400〜500nmの範囲に入らず、400nm以下
の所に位置することになり、色温度を高めるために寄与
する400〜500nmの青色光の一部が、発光管内に
反射して戻され発光管外に放射されないので、白熱電球
から放射される光の色温度を高くすることができない。
【0016】一方、光学膜厚(nd)が250nmより
大きい場合、反射率最低ピーク値が青色光の波長領域で
ある400〜500nmの範囲に入らず、500nm以
上の所に位置することになり、色温度を高めるために寄
与する400〜500nmの青色光の多くが、発光管内
に反射して戻され発光管外に放射されず、加えて、色温
度を低くする原因である550〜750nmの赤色光の
多くが反射されずに逆に発光管を透過するので、白熱電
球から放射される光の色温度が低くなる。
【0017】この結果から、高屈折率単層膜の光学膜厚
(nd)が、200〜250nmであれば、色温度を高
めるために寄与する400〜500nmの青色光の反射
率を低くすることができ、青色光が良好に発光管を透過
することになり、加えて、色温度を低くする要因である
550〜750nmの赤色光の反射率が高く赤色光を良
好に発光管内に反射して戻すことができるので、白熱電
球から放射される光の色温度を高くすることができる。
【0018】なお、Ta25、Nb25、ZrO2等他
の高屈折率単層膜の場合でも、高屈折率単層膜の光学膜
厚(nd)が、200〜250nmの範囲であれば、同
様の作用効果を奏するものである。
【0019】次に、高屈折率単層膜の屈折率(n)と、
光との関係を理論的に説明する。図4は、高屈折率単層
膜の屈折率(n)と反射率を示すデータ図であり、縦軸
に完全反射率を100%としたときの相対反射率、横軸
に光の波長を示すものである。図4には、高屈折率単層
膜の屈折率(n)を「1.7」、「1.8」、「2.
0」、「2.2」、「2.4」と変えた場合の反射率を
示すものであり、屈折率(n)が「1.7」の場合のデ
ータをグラフa、屈折率(n)が「1.8」の場合のデ
ータをグラフb、屈折率(n)が「2.0」の場合のデ
ータをグラフc、屈折率(n)が「2.2」の場合のデ
ータをグラフd、屈折率(n)が「2.4」の場合のデ
ータをグラフeで示す。なお、それぞれの高屈折率単層
膜の光学膜厚(nd)は、全て225nmのものを使用
した。
【0020】図4からわかるように、高屈折率単層膜の
光学膜厚(nd)が全て225nmと一定であるため反
射率最低ピーク値は、450nmの位置に存在するもの
であり、屈折率(n)が小さくなるにつれて、色温度を
低くする原因となる550〜750nmの赤色光の反射
率が小さくなっていることがわかる。つまり、屈折率
(n)が小さくなると、550〜750nmの赤色光の
反射率が小さくなり、フィラメントから放射された赤色
光を発光管内に反射して戻す割合が小さくなり、言い換
えれば、フィラメントから放射された赤色光が発光管を
透過して発光管外に放射される割合が大きくなり、白熱
電球から放射される光の色温度が低くなってしまう。
【0021】このような現象のもと、屈折率(n)が
1.8以上であれば、色温度を低くする要因である55
0〜750nmの赤色光の反射率が高く赤色光を良好に
発光管内に反射して戻すことができるので、白熱電球か
ら放射される光の色温度を高くすることができる。
【0022】なお、Ta25、Nb25、ZrO2等他
の高屈折率単層膜の場合でも、高屈折率単層膜の屈折率
(d)が、1.8以上であれば、同様の作用効果を奏す
るものである。
【0023】このように、高屈折率単層膜の光学膜厚
(nd)と屈折率(n)の最適条件を理論的に導き出す
ことができたが、前述した光学膜厚(nd)と屈折率
(n)の最適条件を満たす高屈折率単層膜を、実際の白
熱ランプに被覆した場合に、赤色光を吸収する手段を有
していない透明な発光管に被覆しただけでは、発光管か
ら放射される光の色温度を極めて高い色温度にまで上げ
ることができない。
【0024】この理由は、フィラメントから放射された
光のうち赤色光は、高屈折率単層膜で反射され発光管内
に戻されるが、戻された赤色光はフィラメントをすり抜
け反対側の高屈折率単層膜に入射するが、その一部は高
屈折率単層膜を透過し、その残りが反射されて再びフィ
ラメントの方向に反射される。このような現象が何回も
繰り返されるうちに赤色光のほとんどが発光管を透過し
てしまうからである。
【0025】そのため、発光管の外面および/または内
面に鉄等を含むSiO2ガラス膜を形成したり、発光管
自体にコバルト等の遷移金属をドープしたりして、発光
管に赤色光を吸収する手段を設ける必要がある。
【0026】これは、図3に示すように、高屈折率単層
膜は、膜厚を変えたとしても、どの波長領域においても
100%光を反射するものではなく、図3のグラフに示
すように、特に、550〜750nmの波長領域の光
は、約8〜34%程度しか反射しないものである。つま
り、高屈折率単層膜だけでは、550〜750nmの赤
色光を非常に高い割合で発光管内に反射して戻すことが
できない。この結果、550〜750nmの赤色光の一
部が発光管を透過して、発光管外に放射されることにな
る。また、高屈折率単層膜で反射して発光管内に戻され
た550〜750nmの赤色光においても、反対側の発
光管に入射すると、そのうちの約8〜34%程度しか反
射されず、残りの赤色光が発光管を透過して、発光管外
に放射されることになる。つまり、高屈折率単層膜だけ
では、色温度を低くする要因である550〜750nm
の赤色光が発光管外に放射されることになる。
【0027】この現象を解決するために、色温度を低く
する原因である550〜750nmの赤色光が発光管外
に放射されることを高い割合で防止するために、高屈折
率単層膜に光が入射する前に、発光管に形成された赤色
光を吸収する手段によって、予め550〜750nmの
赤色光を高い割合で吸収しておくものである。そして、
赤色光を吸収する手段を透過した一部の550〜750
nmの赤色光においては、高屈折率単層膜で反射して発
光管内に反射して戻すものである。さらに、高屈折率単
層膜で反射して発光管内に戻る550〜750nmの赤
色光は、高屈折率単層膜の下方に形成された赤色光を吸
収する手段で、再び吸収されるので、色温度を低くする
要因である550〜750nmの赤色光が効率よく赤色
光を吸収する手段によって吸収され、結果的に、赤色光
が発光管外に放射されることを高い割合で防止すること
ができる。
【0028】このようなことから、発光管に赤色光を吸
収する手段を設け、この発光管の外面に光学膜厚(n
d)が200〜250nmの範囲であって屈折率(n)
が1.8以上の高屈折率単層膜を形成することにより、
発光管に設けられた赤色光を吸収する手段によって、フ
ィラメントから放射される光のうち、550〜750n
mの赤色光を効率よく吸収し、この赤色光を吸収する手
段の上に形成された高屈折率単層膜によって、色温度を
高めるために寄与する400〜500nmの青色光の反
射率を低く抑え、よって、青色光が良好に発光管を透過
することになり、加えて、この高屈折率単層膜によっ
て、赤色光を吸収する手段で吸収されず透過した色温度
を低くする要因である550〜750nmの赤色光を高
い割合で発光管内に反射し、赤色光吸収する手段によっ
て反射して戻された赤色光を再び吸収することができる
ので、白熱電球から放射される光の色温度を極めて高く
することができる。
【0029】次に、図1、図2に示す構造の白熱電球で
あって、高屈折率単層膜の屈折率(n)と光学膜厚(n
d)および膜の材質を変え、さらに発光管に設けられた
赤色光を吸収する手段を変えた場合の色温度を測定した
実験結果を図5に示す。なお、それぞれの白熱電球の点
灯条件は、13.2V、55Wである。
【0030】図5の結果からわかるわかるように、実施
例1〜6は、発光管に赤色光を吸収する手段が設けられ
ており、さらに、高屈折率単層膜の屈折率(n)が1.
8以上であり、光学膜厚(nd)が200〜250nm
の範囲にあるので、白熱電球から放射される光の色温度
が3600K以上となり極めて高い色温度になってい
る。一方、比較例2、3、4、7、8、9、12、1
3、14は、高屈折率単層膜の屈折率(n)が1.8以
上であり、光学膜厚(nd)が200〜250nmの範
囲に入っているが、発光管に赤色光を吸収する手段が設
けられていないので、高屈折率多層膜が同じ物質である
他の比較例と比べ、色温度は高くなっているものの、極
めて高い色温度までは、達していないことがわかる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動車用
白熱電球によれば、発光管に赤色光を吸収する手段を設
け、この発光管の外面に光学膜厚(nd)が200〜2
50nmの範囲であって屈折率(n)が1.8以上の高
屈折率単層膜を形成することにより、発光管に設けられ
た赤色光を吸収する手段によって、フィラメントから放
射される光のうち、550〜750nmの赤色光を効率
よく吸収し、この赤色光を吸収する手段の上に形成され
た高屈折率単層膜によって、色温度を高めるために寄与
する400〜500nmの青色光の反射率を低く抑え、
よって、青色光が良好に発光管を透過することになり、
加えて、この高屈折率単層膜によって、赤色光を吸収す
る手段で吸収されず透過した色温度を低くする要因であ
る550〜750nmの赤色光を高い割合で発光管内に
反射し、赤色光吸収する手段によって反射して戻された
赤色光を再び吸収することができるので、白熱電球から
放射される光の色温度を極めて高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車用白熱電球の断面説明図であ
る。
【図2】本発明の他の実施例の自動車用白熱電球の断面
説明図である。
【図3】高屈折率単層膜の光学膜厚(nd)と、フィラ
メントから放射される光の関係を説明する実験データ説
明図である。
【図4】高屈折率単層膜の屈折率(n)と、フィラメン
トから放射される光の関係を説明する実験データ説明図
である。
【図5】高屈折率単層膜の屈折率(n)と光学膜厚(n
d)および膜の材質を変え、さらに発光管に設けられて
赤色光を吸収する手段を変えた場合の色温度を測定した
実験データ説明図である。
【符号の説明】
1A 白熱電球 1B 白熱電球 1 発光管 1’ 赤色光を吸収する発光管 11 封止部 12 排気管残部 2 フィラメント 3 リード棒 4 赤色光吸収膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤色光を吸収する手段を有するガラス製
    の発光管内にフィラメントが配置され、当該発光管の外
    面に屈折率(n)が1.8以上であって光学膜厚(n
    d)が200〜250nmである高屈折率単層膜が形成
    されていることを特徴とする自動車用白熱電球。
  2. 【請求項2】 前記赤色光を吸収する手段は、発光管の
    外面および/または内面に形成された赤色光吸収膜であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の自動車用白熱電
    球。
  3. 【請求項3】 前記赤色光を吸収する手段は、発光管が
    赤色光を吸収するガラスよりなることを特徴とする請求
    項1に記載の自動車用白熱電球。
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