JP2015050000A - Filament, and light source using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filament having high efficiency for converting electric power to visible light.SOLUTION: A filament includes a base 10 made of a metallic material and a visible light reflectance reducing film 11 covering the base 10 for making the visible light reflectance of the base 10 lower than an infrared reflectance. The film thickness of the visible light reflectance reducing film 11 is set so as to cause a visible light 12 reflected on the surface of the visible light reflectance reducing film 11 and a visible light 13 reflected on the base 10 to interfere with each other and thereby to reduce the strength. The refractive index or extinction coefficient for visible light of the visible light reflectance reducing film 11 is 2.5 or higher. In a visible light reflectance reducing film 11 with a refractive index of 2.5 or higher for visible light, the reflectance of the surface is about 50% therefore, the strength of the visible light 12 reflected on the surface and the strength of the visible light 13 reflected on the base 10 become almost the same and they can be cancelled by each other.

Description

本発明は、エネルギー利用効率を改善したフィラメントに関し、特に、フィラメントを用いた光源ならびに熱電子放出源に関する。   The present invention relates to a filament with improved energy utilization efficiency, and more particularly to a light source using the filament and a thermionic emission source.

タングステンフィラメント等に電流を流すことにより、フィラメントを加熱し、電球とする白熱電球が広く用いられている。白熱電球は、太陽光に近い演色性に優れた放射スペクトルが得られ、白熱電球の電力から光への変換効率は95%以上になるが、放射光の波長成分は、図1に示すように赤外放射光成分が90%以上である(図1の3000Kの場合)。このため、白熱電球の電力から可視光への変換効率は、凡そ15 lm/Wと低い値になる。一方、蛍光灯は、電力から可視光への変換効率が約90 lm/Wであり、白熱電球よりも大きい。このため、白熱電球は、演色性に優れているが、環境負荷が大きいという問題がある。   Incandescent light bulbs are widely used in which a current is passed through a tungsten filament or the like to heat the filament to form a light bulb. An incandescent light bulb has a radiation spectrum excellent in color rendering similar to sunlight, and the conversion efficiency from the power of the incandescent light bulb to light is 95% or more, but the wavelength component of the emitted light is as shown in FIG. The infrared radiation component is 90% or more (in the case of 3000K in FIG. 1). For this reason, the conversion efficiency from the electric power of the incandescent light bulb to visible light is as low as about 15 lm / W. On the other hand, the fluorescent lamp has a conversion efficiency from electric power to visible light of about 90 lm / W, which is larger than the incandescent lamp. For this reason, incandescent bulbs are excellent in color rendering, but have a problem of a large environmental load.

白熱電球を高効率化・高輝度化・長寿命化する試みとして、様々な提案がなされている。例えば、特許文献1および2には、電球内部に不活性ガスやハロゲンガスを封入することにより、蒸発したフィラメント材料をハロゲン化してフィラメントに帰還させ(ハロゲンサイクル)、フィラメント温度をより高くする構成が提案されている。一般的にこれらはハロゲンランプと呼ばれている。これにより、可視光への電力変換効率の上昇およびフィラメント寿命の延長の効果が得られる。この構成では、高効率化並びに長寿命化のために、封入ガスの成分並びに圧力の制御が重要となる。   Various proposals have been made as attempts to increase the efficiency, brightness, and life of incandescent bulbs. For example, Patent Documents 1 and 2 have a configuration in which an inert gas or a halogen gas is sealed inside a light bulb, whereby the evaporated filament material is halogenated and returned to the filament (halogen cycle) to increase the filament temperature. Proposed. These are generally called halogen lamps. Thereby, the effect of the increase in the power conversion efficiency to visible light and the extension of a filament lifetime is acquired. In this configuration, it is important to control the components of the sealed gas and the pressure in order to increase the efficiency and extend the life.

特許文献3〜5には、電球ガラスの表面に赤外線反射コートを施し、フィラメントから放射された赤外光を反射して、フィラメントに戻し、吸収させる構成が開示されている。これにより、赤外光をフィラメントの再加熱に利用し、高効率化を図っている。   Patent Documents 3 to 5 disclose a configuration in which an infrared reflection coating is applied to the surface of a bulb glass so that infrared light emitted from the filament is reflected, returned to the filament, and absorbed. As a result, infrared light is used for reheating the filament to increase efficiency.

特許文献6〜9には、フィラメント自体に微細構造体を作製し、その微細構造体の物理的効果により、赤外放射を抑制し、可視光放射の割合を高めるという構成が提案されている。   Patent Documents 6 to 9 propose a configuration in which a fine structure is produced in the filament itself, and infrared radiation is suppressed and the proportion of visible light radiation is increased by the physical effect of the fine structure.

特開昭60−253146号公報JP-A-60-253146 特開昭62−10854号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-10854 特開昭59−58752号公報JP 59-58752 A 特表昭62−501109号公報JP-T 62-501109 特開2000−123795号公報JP 2000-123795 A 特表2001−519079号公報JP 2001-519079 特開平6−5263号公報JP-A-6-5263 特開平6−2167号公報JP-A-6-2167 特開2006−205332号公報JP 2006-205332 A

F.Kusunoki etal., Jpn. J. Appl. Phys. 43, 8A, 5253(2004).F. Kusunoki etal., Jpn. J. Appl. Phys. 43, 8A, 5253 (2004).

しかしながら、特許文献1、2のようにハロゲンサイクルを利用する技術は、寿命延伸効果を図ることはできるが、変換効率を大きく改善することは困難であり、現状、20 lm/W程度の効率である。   However, the technologies using the halogen cycle as in Patent Documents 1 and 2 can achieve the life extension effect, but it is difficult to greatly improve the conversion efficiency, and the current efficiency is about 20 lm / W. is there.

また、特許文献3〜5のように、赤外放射を赤外線反射コートで反射して、フィラメントに再吸収させる技術は、フィラメントによる赤外光の反射率が70%と高いために再吸収が効率良く起こらない。また、赤外線反射コートで反射された赤外光が、フィラメント以外の他の部分、例えばフィラメント保持部分並びに口金等に吸収され、フィラメントの加熱に利用されない。このため、本技術により、変換効率を大きく改善することは困難である。現状、20 lm/W程度の効率となる。   In addition, as in Patent Documents 3 to 5, the technology of reflecting infrared radiation with an infrared reflecting coat and reabsorbing the filament to the filament is highly effective in reabsorption because the reflectance of infrared light by the filament is as high as 70%. It does n’t happen well. Further, the infrared light reflected by the infrared reflective coating is absorbed by other parts other than the filament, such as the filament holding part and the base, and is not used for heating the filament. For this reason, it is difficult to greatly improve the conversion efficiency by this technology. At present, the efficiency is about 20 lm / W.

特許文献6〜9のように微細構造により赤外放射光の抑制効果を図る技術は、非特許文献1のように赤外放射スペクトルの極一部分の波長に対して放射増強並びに抑制効果を示す報告は存在するものの、広範囲な赤外光全体に亘って赤外放射光の抑制を図ることは非常に困難である。これは、ある波長が抑制されると、別の波長は増強される性質のためである。このため、本技術を利用して大幅な効率改善を図ることは難しいと考えられている。また、微細構造作製に際して、電子ビームリソグラフィー等の高度な微細加工技術を利用するため、これを使用した光源は非常に高価なものとなる。更に、高温耐熱部材であるW基体上に微細構造を作り込んでも1000℃程度の加熱温度でW基体表面粒子の再結晶化並びに結晶粒成長がおこり、この再結晶化に伴い微細構造部分が破壊されてしまうと言う問題も存在する。   As described in Patent Documents 6 to 9, a technique for suppressing the infrared radiation by the fine structure is a report showing the radiation enhancement and the suppression effect for the wavelength of the extreme part of the infrared radiation spectrum as in Non-Patent Document 1. However, it is very difficult to suppress infrared radiation over a wide range of infrared light. This is because when one wavelength is suppressed, another wavelength is enhanced. For this reason, it is considered difficult to achieve significant efficiency improvements using this technology. In addition, since a fine microfabrication technique such as electron beam lithography is used for producing a fine structure, a light source using this is very expensive. Furthermore, even if a microstructure is formed on the W substrate, which is a high temperature heat-resistant member, the W substrate surface particles are recrystallized and crystal grains grow at a heating temperature of about 1000 ° C., and the microstructure portion is destroyed due to this recrystallization. There is also the problem of being done.

本発明の目的は、電力を可視光に変換する効率が高いフィラメントを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a filament having high efficiency for converting electric power into visible light.

上記目的を達成するために、本発明では金属材料により形成された基体と、基体の可視光反射率を赤外光反射率よりも低くするために、基体を被覆する可視光反射率低下膜とを備えるフィラメントを提供する。可視光反射率低下膜の膜厚は、可視光反射率低下膜表面で反射する可視光と、基体で反射する可視光を干渉させて強度を低下させるように設定されている。可視光反射率低下膜単体での反射率は0.5程度となるように設計する。この反射率を実現する際に可視光反射率低下膜が有する、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方は、2.5以上である。   In order to achieve the above object, in the present invention, a base formed of a metal material, and a visible light reflectance lowering film that covers the base in order to make the visible light reflectance of the base lower than the infrared light reflectance, A filament comprising: The film thickness of the visible light reflectance lowering film is set so that the visible light reflected from the surface of the visible light reflectance lowering film interferes with the visible light reflected from the substrate to reduce the intensity. The reflectivity of the visible light reflectance lowering film alone is designed to be about 0.5. When realizing this reflectance, the visible light reflectance lowering film has at least one of a refractive index and an extinction coefficient for visible light of 2.5 or more.

本発明によれば、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方が2.5以上の可視光反射率低下膜により、フィラメントの可視光反射率を赤外光反射率より効果的に低くできるため、フィラメントの赤外光放射を抑制し、可視光放射を高めることができる。よって、可視光放射効率の高いフィラメントが得られる。   According to the present invention, the visible light reflectance of the filament can be effectively made lower than the infrared light reflectance by the visible light reflectance lowering film in which at least one of the refractive index and the extinction coefficient for visible light is 2.5 or more. Therefore, infrared light radiation of the filament can be suppressed and visible light radiation can be enhanced. Therefore, a filament with high visible light radiation efficiency can be obtained.

従来のタングステンフィラメントの各温度における放射エネルギーの波長依存性を示すグラフ。The graph which shows the wavelength dependence of the radiant energy in each temperature of the conventional tungsten filament. 本発明のフィラメントにおいて、高屈折率の可視光反射率低下膜11により可視光が干渉により打ち消し合うことを示す説明図。In the filament of this invention, explanatory drawing which shows that visible light cancels out by interference by the visible light reflectance fall film | membrane 11 of high refractive index. 本発明のフィラメントにおいて、高屈折率の可視光反射率低下膜11により赤外光が打ち消し合わないことを示す説明図。In the filament of this invention, explanatory drawing which shows that infrared light does not cancel out by the visible light reflectance fall film | membrane 11 of high refractive index. 本発明のフィラメントの反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the reflectance of the filament of this invention, an emissivity, and an emission spectrum. 3000 Kの温度領域において50 lm/Wを超える光束効率を生み出すためにフィラメントに要求される反射率と放射スペクトルの理論曲線を示すグラフ。The graph which shows the theoretical curve of the reflectance and radiation | emission spectrum which are requested | required of a filament in order to produce the light beam efficiency exceeding 50 lm / W in the temperature range of 3000K. 比較例のフィラメントにおいて、低屈折率の可視光反射率低下膜11により可視光が干渉により弱めあうことを示す説明図。In the filament of a comparative example, explanatory drawing which shows that visible light weakens by interference by the visible light reflectance fall film | membrane 11 of a low refractive index. 可視光反射率低下膜11に使用可能な材料の融点、屈折率、消衰係数を表形式で示す説明図。Explanatory drawing which shows melting | fusing point of the material which can be used for the visible light reflectance fall film | membrane 11, a refractive index, and an extinction coefficient in a table | surface form. 実施形態1の基体10(HfN/W)および比較例のWフィラメントの反射率曲線を示すグラフ。The graph which shows the reflectance curve of the base | substrate 10 (HfN / W) of Embodiment 1, and the W filament of a comparative example. 実施形態1のOs膜の膜厚が0、5、13、20、50、200nmのフィラメント(Os/HfN(1000nm)/W)の反射率曲線を示すグラフ。The graph which shows the reflectance curve of the filament (Os / HfN (1000 nm) / W) whose film thickness of the Os film | membrane of Embodiment 1 is 0, 5, 13, 20, 50, 200 nm. 実施形態1のフィラメント(Os(13nm)/HfN(1000nm)/W)の反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the reflectance of the filament (Os (13nm) / HfN (1000nm) / W) of Embodiment 1, the emissivity, and the radiation spectrum. Wフィラメントの反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the reflectance of W filament, an emissivity, and an emission spectrum. 実施形態2のフィラメント(Re(10nm)/HfN(1000nm)/W)の反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the reflectance of the filament (Re (10nm) / HfN (1000nm) / W) of Embodiment 2, the emissivity, and the radiation spectrum. 実施形態3の膜厚4nmのWSi膜で被覆したフィラメント(WSi(4nm/HfN(1000nm)/W)の反射率曲線を示すグラフ。Graph showing reflectance curves of the filament coated with WSi 2 film with a thickness of 4nm embodiment 3 (WSi 2 (4nm) / HfN (1000nm) / W). 実施形態3のWSi膜の膜厚が5、6、7、8、9、10nmで被覆したフィラメント(WSi/HfN(1000nm)/W)の反射率曲線を示すグラフ。Graph showing reflectance curves of the third embodiment of the WSi 2 film having a film thickness of the filament (WSi 2 / HfN (1000nm) / W) coated with 5,6,7,8,9,10Nm. 実施形態4のHfO膜の膜厚が5、10、20、30nmのフィラメント(Os(3nm)/HfO/HfN(1000nm)/W)の反射率曲線をそれぞれ示すグラフ。Graph showing respectively the reflectivity curve of the filament thickness of the HfO 2 film of Embodiment 4 is 5,10,20,30nm (Os (3nm) / HfO 2 / HfN (1000nm) / W). 実施形態4のフィラメント(Os(3nm)/HfO(30nm)/HfN(1000nm)/W)の反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。Graph showing the reflectivity and emissivity of the relationship between the emission spectrum of the filaments embodiment 4 (Os (3nm) / HfO 2 (30nm) / HfN (1000nm) / W). 実施形態5のフィラメント(SiC(20nm)/HfO(200nm)/Ta)の反射率と放射率と放射スペクトルとの関係を示すグラフ。Graph showing the reflectivity and emissivity of the relationship between the emission spectrum of the filaments embodiment 5 (SiC (20nm) / HfO 2 (200nm) / Ta). 実施形態6の白熱電球の断面図。Sectional drawing of the incandescent lamp of Embodiment 6. FIG.

本発明の実施形態について説明する。本発明のフィラメントは、図2および図3に示すように、金属材料により形成された基体10と、基体10の可視光反射率を赤外光反射率よりも低くするために、基体10を被覆する可視光反射率低下膜11とを備える。可視光反射率低下膜11の膜厚は、図2のように可視光反射率低下膜11表面で反射した可視光12と、基体10で反射した可視光13とを干渉させて強度を低下させるように設定されている。可視光反射率低下膜11の、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方は、2.5以上である。   An embodiment of the present invention will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the filament of the present invention covers the base 10 formed of a metal material and the base 10 so that the visible light reflectance of the base 10 is lower than the infrared light reflectance. And a visible light reflectance lowering film 11. The film thickness of the visible light reflectance lowering film 11 is such that the visible light 12 reflected on the surface of the visible light reflectance lowering film 11 interferes with the visible light 13 reflected by the substrate 10 as shown in FIG. Is set to At least one of the refractive index and extinction coefficient with respect to visible light of the visible light reflectance lowering film 11 is 2.5 or more.

本発明の可視光反射率低下膜11の膜厚は、可視光を干渉により低減させるように設定されているため、可視光より波長の長い赤外光の位相にはほとんど影響を与えない。よって、図3のように可視光反射率低下膜11の表面で反射する赤外光14と、基体10で反射する赤外光15は干渉せず、強度がほとんど低下しない。したがって、フィラメントの可視光反射率を赤外光反射率よりも低くすることができる。   The film thickness of the visible light reflectivity lowering film 11 of the present invention is set so as to reduce visible light by interference, and therefore hardly affects the phase of infrared light having a wavelength longer than that of visible light. Therefore, as shown in FIG. 3, the infrared light 14 reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the infrared light 15 reflected by the substrate 10 do not interfere with each other, and the intensity hardly decreases. Therefore, the visible light reflectance of the filament can be made lower than the infrared light reflectance.

また、可視光反射率低下膜11として、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方が2.5以上のものを用いることにより、可視光反射率低下膜11の表面の反射率を50%前後にすることができる。これにより、可視光反射率低下膜11表面で反射した可視光12の強度と、基体10で反射する可視光13の強度とがほぼ同等になり、ほぼ打ち消し合わせることができるため、フィラメントの可視光反射率を効果的に低減することができる。   Further, by using a visible light reflectance lowering film 11 having at least one of a refractive index and an extinction coefficient of 2.5 or more for visible light, the reflectance of the surface of the visible light reflectance lowering film 11 is 50%. Can be back and forth. As a result, the intensity of the visible light 12 reflected from the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the intensity of the visible light 13 reflected from the substrate 10 are substantially equal, and can be almost canceled out. The reflectance can be effectively reduced.

可視光反射率低下膜11の可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方は、3.0以上である場合、可視光反射率低下膜11の反射率を50%に近づけることができるため、より好ましい。   When at least one of the refractive index and extinction coefficient for visible light of the visible light reflectance lowering film 11 is 3.0 or more, the reflectance of the visible light reflectance lowering film 11 can be close to 50%. More preferred.

可視光反射率低下膜11の作用により、フィラメントの可視光領域の少なくとも一部の反射率が40%以下、赤外光領域の少なくとも一部の反射率が80%以上であることが好ましい。これにより、フィラメントの可視光放射の効率を従来よりも大幅に高めることができる。   Due to the action of the visible light reflectance lowering film 11, it is preferable that the reflectance of at least part of the visible light region of the filament is 40% or less and the reflectance of at least part of the infrared light region is 80% or more. Thereby, the efficiency of visible light radiation of the filament can be significantly increased as compared with the conventional case.

可視光反射率低下膜11は、Os、Re、Ru、W、Mo、SiC、および、WSiのうちのいずれかで形成された膜を含む構成にすることができる。これらの材料は、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方を2.5以上を達成することができる。ただし、可視光反射率低下膜11の材料は、可視光反射率低下膜11に接する基材10の材料とは異なる材料を用いる。 The visible light reflectance lowering film 11 can include a film formed of any one of Os, Re, Ru, W, Mo, SiC, and WSi 2 . These materials can achieve 2.5 or more of at least one of a refractive index and an extinction coefficient with respect to visible light. However, the material of the visible light reflectance lowering film 11 is different from the material of the base material 10 in contact with the visible light reflectance lowering film 11.

基体10自体の反射率は、可視光領域の少なくとも一部および赤外光領域の少なくとも一部において90%以上であることが望ましい。フィラメントの赤外光領域の反射率を高め、可視光領域の反射率を低減するためである。特に、波長1000nmで、80%以上の反射率であることが望ましい。   The reflectance of the substrate 10 itself is desirably 90% or more in at least a part of the visible light region and at least a part of the infrared light region. This is because the reflectance of the infrared light region of the filament is increased and the reflectance of the visible light region is reduced. In particular, it is desirable that the reflectance is 80% or more at a wavelength of 1000 nm.

高反射率を実現するために、基体10は、表面が鏡面に加工されていることが望ましい。具体的には、基体の表面粗さは、中心線平均粗さRaが1μm以下、最大高さRmaxが10μm以下、および、十点平均粗さRzが10μm以下、のうちの少なくとも1つを満たすことが望ましい。   In order to achieve high reflectivity, it is desirable that the surface of the substrate 10 be processed into a mirror surface. Specifically, the surface roughness of the substrate satisfies at least one of center line average roughness Ra of 1 μm or less, maximum height Rmax of 10 μm or less, and ten-point average roughness Rz of 10 μm or less. It is desirable.

また、基体10は、金属で形成された芯材の表面を、芯材よりも反射率の高い金属の層で被覆した構造にすることも可能である。これにより、基体の反射率を高めることができる。   In addition, the substrate 10 may have a structure in which the surface of a core material made of metal is covered with a metal layer having a higher reflectance than the core material. Thereby, the reflectance of a base | substrate can be raised.

可視光反射率低下膜11は、基体10との間に配置された誘電体層をさらに含む構成であってもよい。この場合、誘電体層の可視光に対する屈折率は、2.5よりも小さくてもよい。可視光反射率低下膜11と誘電体層の合計膜厚が、可視光反射率低下膜11表面で反射する可視光と、基体10で反射する可視光を干渉させて、可視光強度を低下させるように設計されていればよい。   The visible light reflectance lowering film 11 may be configured to further include a dielectric layer disposed between the base 10 and the substrate 10. In this case, the refractive index of the dielectric layer with respect to visible light may be smaller than 2.5. The total film thickness of the visible light reflectance lowering film 11 and the dielectric layer causes the visible light reflected on the surface of the visible light reflectance lowering film 11 to interfere with the visible light reflected by the substrate 10 to reduce the visible light intensity. As long as it is designed as such.

基体(芯材)10を構成する材料としては、Ta、Os、Ir、Mo、Re、W、Ru、Nb、Cr、Zr、V、Rh、C、BC、SiC、ZrC、TaC、HfC、AlN、BN、ZrN、HfN、TiN、LaB、ZrB、HfB、のうちのいずれか、またはこれらの合金を用いることができる。 Materials constituting the substrate (core material) 10 include Ta, Os, Ir, Mo, Re, W, Ru, Nb, Cr, Zr, V, Rh, C, B 4 C, SiC, ZrC, TaC, and HfC. , AlN, BN, ZrN, HfN, TiN, LaB 6 , ZrB 2 , HfB 2 , or an alloy thereof can be used.

また、基体(芯材)10は、予め高温加熱して、基体10を構成する材料の結晶粒成長を完了させ、その結晶粒成長を完了させた基体10を鏡面研磨したものを用いることが望ましい。これにより、基体10が、高温加熱された時に結晶粒が成長し表面が粗面化し、延いては赤外の反射率低下、並びに、可視光反射率防止膜11等の表面に配置される膜の高温時における破壊の原因となるのを防止することができる。   Further, it is desirable to use a substrate (core material) 10 that is preliminarily heated at a high temperature to complete crystal grain growth of the material constituting the substrate 10 and mirror-polished the substrate 10 that has completed the crystal grain growth. . Thereby, when the substrate 10 is heated at a high temperature, crystal grains grow and the surface becomes rough, and as a result, the infrared reflectance is lowered, and the film disposed on the surface of the visible light reflectance preventing film 11 or the like. It can be prevented from causing damage at high temperatures.

基体(芯材)10に被覆する、芯材よりも反射率の高い金属の層は、2000K以上の融点を有する金属膜、金属の炭化物膜、窒化物膜、ホウ化物膜、酸化物膜、のいずれかで形成することも可能である。例えば、Ta、Os、Ir、Mo、Re、W、Ru、Nb、Cr、Zr、V、Rh、C、B4C、SiC、ZrC、TaC、HfC、AlN、BN、TiN、ZrN、HfN、LaB、ZrB2、HfB2、CaO、CeO2、MgO、ZrO、Y、HfO、Lu2O、Yb、ThO、のいずれかまたはこれらの混合体で形成された膜を含む構成とする。 The metal layer having a higher reflectance than the core material that covers the substrate (core material) 10 is composed of a metal film having a melting point of 2000K or higher, a metal carbide film, a nitride film, a boride film, and an oxide film. It is also possible to form either. For example, Ta, Os, Ir, Mo, Re, W, Ru, Nb, Cr, Zr, V, Rh, C, B4C, SiC, ZrC, TaC, HfC, AlN, BN, TiN, ZrN, HfN, LaB 6 , ZrB2, HfB2, CaO, CeO2, MgO, ZrO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 , Lu2O 3 , Yb 2 O 3 , ThO 2 , or a mixture thereof, To do.

つぎに、可視光反射率が赤外光反射率よりも低い本発明のフィラメントが、高効率で可視光を放射できる原理について図面を用いて説明する。   Next, the principle that the filament of the present invention having a visible light reflectance lower than the infrared light reflectance can emit visible light with high efficiency will be described with reference to the drawings.

本発明のフィラメントは、理想的には、図4に実線で示したように、波長700nm以下の可視光領域で、0%に近い低反射率を有し、赤外光領域で100%に近い反射率を有するものが望ましいが、現実的に入手可能な材料を用いて実現可能な反射率曲線は、図5に示すように、波長500nmで反射率が40%以下の低反射率で、1000nm以上の長波長赤外光領域の反射率が80%以上の高反射率の示すものである。低反射率と高反射率の間の反射率の波長依存性は、図4並びに図5のように、短波長側から長波長側に向かって、反射率が単調に増加していることが望ましい。図5のような反射率特性を有するフィラメントを3000 Kに加熱することで、従来実現されていた30 lm/Wの光束効率を50 lm/Wを超える値に増加させることが可能である。   The filament of the present invention ideally has a low reflectance close to 0% in the visible light region with a wavelength of 700 nm or less as shown by a solid line in FIG. 4, and close to 100% in the infrared light region. Although it is desirable to have a reflectivity, a reflectivity curve that can be realized using a material that is practically available has a low reflectivity of 40 nm or less at a wavelength of 500 nm, as shown in FIG. The reflectance of the above long wavelength infrared light region shows a high reflectance of 80% or more. As for the wavelength dependence of the reflectance between the low reflectance and the high reflectance, it is desirable that the reflectance monotonously increases from the short wavelength side to the long wavelength side as shown in FIGS. . By heating a filament having reflectivity characteristics as shown in FIG. 5 to 3000 K, it is possible to increase the luminous efficiency of 30 lm / W, which has been conventionally realized, to a value exceeding 50 lm / W.

まずは、赤外光領域では高反射率で、可視光領域では低反射率のフィラメントが、電流供給等により加熱されることによって高効率に可視光を発する原理を、黒体放射におけるキルヒホッフの法則に基づいて、以下説明する。   First, Kirchhoff's law for blackbody radiation is based on the principle that filaments with high reflectivity in the infrared light region and low reflectivity in the visible light region emit visible light with high efficiency when heated by current supply etc. Based on this, it will be described below.

自然対流熱伝達の無い条件下(例えば真空中)における材料(ここではフィラメント)の入力エネルギーに対するエネルギー損失は平衡状態では以下の式(1)で与えられる。
(数1)
P(total)=P(conduction)+P(radiation) ・・・(1)
ここで、P(total)は、全入力エネルギー、P(conduction)は、フィラメントに電流を供給するリード線を経て損失されるエネルギー、P(radiation)は、フィラメントが、加熱された温度で外部空間に光を放射して損失するエネルギーである。
The energy loss with respect to the input energy of the material (here, the filament) under conditions without natural convection heat transfer (for example, in a vacuum) is given by the following equation (1) in an equilibrium state.
(Equation 1)
P (total) = P (conduction) + P (radiation) (1)
Where P (total) is the total input energy, P (conduction) is the energy lost through the lead that supplies current to the filament, and P (radiation) is the temperature at which the filament is heated It is the energy lost by radiating light.

フィラメントは、その温度が2500K以上の高温になると、リード線を経て損失されるエネルギーはわずか5%程度になり、残りの95%以上のエネルギーは、光放射によって外部にエネルギー損失されるため、入力電力の殆ど全てのエネルギーを光に代えることが出来る。しかしながら、従来の一般的なフィラメントから放射される放射光の内、可視光成分の割合はわずか10%程度で、大部分が赤外放射光成分であるため、そのままでは効率の良い可視光源とはならない。   When the filament is heated to a high temperature of 2500 K or more, the energy lost through the lead wire is only about 5%, and the remaining 95% or more is lost to the outside by light radiation. Almost all the electric energy can be replaced by light. However, of the radiated light emitted from the conventional general filament, the proportion of the visible light component is only about 10%, and most of it is the infrared radiated light component. Don't be.

上記式(1)におけるP(radiation)の項は一般的に、下記式(2)で記述することができる。

Figure 2015050000
式(2)においてε(λ)は、各波長における放射率、αλ-5/(exp(β/λT)−1)の項は、プランクの放射則を示す。α=3.747×10 Wμm/m、β=1.4387×10 μmK、である。また、ε(λ)は、キルヒホッフの法則によって反射率R(λ)と式(3)の関係にある。
(数3)
ε(λ)=1−R(λ) ・・・(3) In general, the term of P (radiation) in the above formula (1) can be described by the following formula (2).
Figure 2015050000
In equation (2), ε (λ) represents the emissivity at each wavelength, and the term αλ −5 / (exp (β / λT) −1) represents Planck's radiation law. α = 3.747 × 10 8 W μm 4 / m 2 and β = 1.4387 × 10 4 μmK. Also, ε (λ) has a relationship of the reflectance R (λ) and the equation (3) according to Kirchhoff's law.
(Equation 3)
ε (λ) = 1−R (λ) (3)

式(2)と式(3)を関連付けて議論すると、仮に反射率が全ての波長に亘って1である材料は、式(3)よりε(λ)=0となり、ひいては、式(2)における積分値が0となるため放射による損失が起こらなくなる。この物理的意味は、P(total)=P(conduction)となるため、少量の入力エネルギーでも光放射による損失が無く、フィラメントが非常に高い温度まで達することを意味している。一方、反射率が全ての波長に亘って0である材料は、完全黒体とよばれ、(3)式よりε(λ)=1となる。この結果、(2)式における積分値は最大となり、ひいては、放射による損失量が最大となる。通常の材料は、放射率ε(λ)が0< ε(λ)<1の間に存在し、かつ、その波長依存性は、劇的に変化することは無い(波長λ、温度Tに対する緩慢な依存性は存在する)。そのため、赤外から可視光領域における光放射は、図4の2点鎖線で示すように略可視から赤外光領域に亘って均一に起こる。なお、図4では、議論を簡略化するため全波長領域でε(λ)=1として黒体放射スペクトルをプロットしている。   When the equations (2) and (3) are discussed in association, a material whose reflectance is 1 over all wavelengths is ε (λ) = 0 from the equation (3), and hence the equation (2). Since the integral value at becomes zero, no loss due to radiation occurs. This physical meaning means that since P (total) = P (conduction), there is no loss due to light emission even with a small amount of input energy, and the filament reaches a very high temperature. On the other hand, a material having a reflectance of 0 over all wavelengths is called a complete black body, and ε (λ) = 1 from equation (3). As a result, the integral value in the equation (2) is maximized, and consequently the amount of loss due to radiation is maximized. In ordinary materials, the emissivity ε (λ) exists between 0 <ε (λ) <1, and the wavelength dependence thereof does not change dramatically (wavelength λ, slowness with respect to temperature T). There is a major dependency). Therefore, light emission in the infrared to visible light region occurs uniformly from substantially visible to the infrared light region as shown by the two-dot chain line in FIG. In FIG. 4, the black body radiation spectrum is plotted with ε (λ) = 1 in the entire wavelength region in order to simplify the discussion.

一方、図4に一点鎖線で示すように赤外光領域で略0%の放射率を有し、700nm以下の可視光領域で、略100%の放射率を有する材料を、真空中で加熱した熱放射は、以下の(4)式で表現出来る。

Figure 2015050000
On the other hand, as shown by a one-dot chain line in FIG. 4, a material having approximately 0% emissivity in the infrared light region and approximately 100% emissivity in the visible light region of 700 nm or less was heated in vacuum. Thermal radiation can be expressed by the following equation (4).
Figure 2015050000

式(4)において、θ(λ−λ) は、長波長から可視光のある波長λまでは放射率が0であり、ある波長λよりも短波長の領域では放射率が1である階段関数的振る舞いを示す関数である。得られる放射スペクトルは階段関数的な放射率と黒体放射スペクトルを畳み込んだ形状となり、計算の結果は、図4の破線で示すスペクトルとなる。即ち、式(4)の物理的意味は、フィラメントへの入力エネルギーの小さい低温領域では輻射損失が抑えられており、式(4)のP(radiation)の項が0となるため、エネルギー損失がP(conduction)のみとなり、非常に効率良くフィラメント温度が上昇する。一方、フィラメント温度が高温になり、黒体放射スペクトルのピーク波長がλより短くなるような温度領域になると、フィラメントに入力したエネルギーを図4の破線で示したスペクトルのように可視光放射として損失するようになる。 In equation (4), θ (λ−λ 0 ) has an emissivity of 0 from a long wavelength to a wavelength λ 0 of visible light, and an emissivity of 1 in a region shorter than a certain wavelength λ 0. It is a function that shows some step function behavior. The obtained radiation spectrum has a shape obtained by convolving the stepwise emissivity and the blackbody radiation spectrum, and the calculation result is a spectrum indicated by a broken line in FIG. In other words, the physical meaning of equation (4) is that the radiation loss is suppressed in the low temperature region where the input energy to the filament is small, and the P (radiation) term of equation (4) is 0, so the energy loss is Only the P (conduction), and the filament temperature rises very efficiently. On the other hand, the filament temperature is a high temperature, the peak wavelength of black-body radiation spectrum is a temperature region as shorter than lambda 0, as a visible light emission as the spectrum that shows an energy input to the filament by a broken line in FIG. 4 To lose.

式(4)におけるθ(λ−λ)は、上述のように長波長から可視光のある波長λまでは放射率が0であり、ある波長λよりも短波長の領域では放射率が1である材料である。このような材料は、式(3)のキルヒホッフの法則により、図4に実線で示したように、波長λ以下で反射率が0で、波長λよりも長波長領域で反射率が1となる。そこで本発明は、波長λ以下で反射率が0に近く、波長λよりも長波長領域で1に近い反射率を有するフィラメントを作製することにより、赤外光の放射を抑制し、可視光を高効率で放射することができる。また、図5に示すように波長λ=500nm以下の反射率が40%以下の低反射率で、波長500nmから反射率が単調に増加し、波長λ=1000nmよりも長波長の赤外光領域の反射率が80%以上の高反射率のフィラメントであっても、赤外光の放射を抑制し、可視光を高効率で放射することが可能であり、従来のタングステンフィラメントより効率を40%以上高めることができる。例えば、3000Kの加熱温度では、従来のタングステンフィラメントは36.7 lm/Wであるが、図5の反射率特性を有するフィラメントは、51.5 lm/Wまで光束効率が向上する。これにより、高効率の白熱電球型光源を提供することが可能となる。 In the equation (4), θ (λ−λ 0 ) has an emissivity of 0 from a long wavelength to a wavelength λ 0 where visible light is present as described above, and an emissivity in a region shorter than a certain wavelength λ 0. Is a material that is 1. Such a material has a reflectivity of 0 at a wavelength λ 0 or less and a reflectivity of 1 in a wavelength region longer than the wavelength λ 0 as shown by a solid line in FIG. 4 according to Kirchhoff's law of Equation (3). It becomes. Therefore, the present invention suppresses the emission of infrared light by producing a filament having a reflectance close to 0 at a wavelength λ 0 or less and having a reflectance close to 1 in a longer wavelength region than the wavelength λ 0 , thereby making visible light visible. Light can be emitted with high efficiency. Further, as shown in FIG. 5, the reflectance at a wavelength λ S = 500 nm or less is a low reflectance of 40% or less, the reflectance monotonously increases from a wavelength of 500 nm, and an infrared having a wavelength longer than the wavelength λ L = 1000 nm. Even a highly reflective filament with a reflectance of 80% or more in the light region can suppress the emission of infrared light and emit visible light with high efficiency, which is more efficient than a conventional tungsten filament. It can be increased by 40% or more. For example, at a heating temperature of 3000 K, the conventional tungsten filament is 36.7 lm / W, whereas the filament having the reflectance characteristic of FIG. 5 improves the luminous efficiency up to 51.5 lm / W. This makes it possible to provide a highly efficient incandescent light source.

また、光源用フィラメントは、2000K〜3000Kの高温になるため、本発明においても、2000K以上の高温で図5に示すように波長500nm以下の反射率が40%以下の低反射率で、波長1000nmよりも長波長の赤外光領域の反射率が80%以上の高反射率を示す光源用フィラメントを提供する。   Further, since the filament for the light source has a high temperature of 2000K to 3000K, also in the present invention, as shown in FIG. A filament for a light source that exhibits a high reflectance of 80% or more in the infrared light region having a longer wavelength than that of the light source.

本発明では、上述したように、基体10を可視光反射率低下膜11で被覆することにより、可視光反射率を赤外光反射率よりも低くする。以下、可視光反射率低下膜11および基体10の光学特性等についてさらに具体的に説明する。   In the present invention, as described above, the visible light reflectance is made lower than the infrared light reflectance by coating the base 10 with the visible light reflectance lowering film 11. Hereinafter, the optical characteristics and the like of the visible light reflectance lowering film 11 and the substrate 10 will be described more specifically.

(1)可視光反射率低下膜11の屈折率並びに消衰係数
可視光反射率低下膜11は、図2に示すように基板10で反射した可視光13と可視光反射率低下膜11の表面で反射した可視光12との干渉を利用して、可視光12と可視光13が打ち消し合うようにして、可視光反射率を低下させる。干渉の結果、可視光の反射光を0に近づけるために、可視光反射率低下膜11表面で反射した可視光12の電場強度が、基板10との界面で反射した可視光12の電場強度と略同程度であることが望ましい。そのため、可視光反射率低下膜11表面での可視光反射率が、略0.5程度であることが好ましい。これにより、可視光反射率低下膜11表面で、入射した可視光のうちの半分を反射し、残りの半分の可視光は、可視光反射率低下膜11内に入射させて基体10との界面で反射することができる。これにより、可視光反射率低下膜11の表面で反射した可視光12と基板10で反射した可視光13の電場強度が同等となるので、理論的にはほぼ完全に打ち消し合わせることが可能になる。
(1) Refractive index and extinction coefficient of visible light reflectivity lowering film 11 Visible light reflectivity lowering film 11 is formed of visible light 13 reflected by substrate 10 and the surface of visible light reflectivity lowering film 11 as shown in FIG. The visible light reflectivity is lowered by using the interference with the visible light 12 reflected in step 1 so that the visible light 12 and the visible light 13 cancel each other. As a result of the interference, the electric field intensity of the visible light 12 reflected by the surface of the visible light reflectivity lowering film 11 is equal to the electric field intensity of the visible light 12 reflected by the interface with the substrate 10 in order to bring the reflected light of the visible light closer to zero. It is desirable that they are approximately the same. Therefore, it is preferable that the visible light reflectance on the surface of the visible light reflectance lowering film 11 is about 0.5. Thereby, half of the incident visible light is reflected on the surface of the visible light reflectance lowering film 11, and the remaining half of the visible light is incident on the visible light reflectance lowering film 11 to be interfaced with the substrate 10. Can be reflected. As a result, the electric field strengths of the visible light 12 reflected by the surface of the visible light reflectivity lowering film 11 and the visible light 13 reflected by the substrate 10 are equal, so that it is theoretically possible to cancel almost completely. .

可視光反射率低下膜11の表面の反射率Rは、式(5)で表される。
(数5)
R=[(n−n(λ))+k(λ)]/[(n+n(λ))+k(λ)
・・・(5)
式(5)において、nは、真空の屈折率で1、nは、可視光反射率低下膜11の屈折率、kは可視光反射率低下膜11の消衰係数、λは、入射する可視光の波長である。
The reflectance R of the surface of the visible light reflectance lowering film 11 is represented by the formula (5).
(Equation 5)
R = [(n 0 −n (λ)) 2 + k (λ) 2 ] / [(n 0 + n (λ)) 2 + k (λ) 2 ]
···(Five)
In equation (5), n 0 is the refractive index of vacuum, 1 is the refractive index of the visible light reflectance lowering film 11, k is the extinction coefficient of the visible light reflectance lowering film 11, and λ is incident. It is the wavelength of visible light.

上記式(5)を用いて、可視光について反射率R=0.5となる屈折率nを求めると、消衰係数kが0である場合には、略n=6となるが、自然界にはこのように高い屈折率を有し、かつ、消衰係数kが0である材料は存在しないので、実際には、消衰係数kの効果を考量して反射率の設計をおこなう。消衰係数を考量すると、可視光反射率低下膜11は、可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方が、2.5以上であることが好ましく、3.0以上であることがより好ましい。   Using the above formula (5), when the refractive index n for which the reflectance R = 0.5 is obtained for visible light, when the extinction coefficient k is 0, it becomes approximately n = 6. Since there is no material having such a high refractive index and an extinction coefficient k of 0, the reflectivity is actually designed by taking into account the effect of the extinction coefficient k. Considering the extinction coefficient, the visible light reflectance lowering film 11 is preferably such that at least one of the refractive index and extinction coefficient for visible light is 2.5 or more, more preferably 3.0 or more. .

比較例として、可視光反射率低下膜11の屈折率が2.5よりも低屈折率である場合の電場強度を図6に示す。屈折率が2.5よりも小さい場合、可視光反射率低下膜11の表面の反射率が低くなるため、可視光反射率低下膜11の表面で反射した可視光12の電場強度が、基板10で反射した可視光13の電場強度よりも小さくなる。よって、可視光強度を低減することはできるが、打ち消すことはできないため、可視光反射率を低減する効果が低下する。   As a comparative example, the electric field strength when the refractive index of the visible light reflectance lowering film 11 is lower than 2.5 is shown in FIG. When the refractive index is smaller than 2.5, the reflectance of the surface of the visible light reflectance lowering film 11 becomes lower, so that the electric field intensity of the visible light 12 reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11 becomes the substrate 10. It becomes smaller than the electric field intensity of the visible light 13 reflected by. Therefore, although the visible light intensity can be reduced, it cannot be canceled out, so the effect of reducing the visible light reflectance is reduced.

(2)可視光反射率低下膜11の膜厚
可視光反射率低下膜11の膜厚Dは、基板10で反射した可視光13の位相が、可視光反射率低下膜11の表面で反射した可視光12に対してπラジアンずれる(すなわち反転する)ように設定する。
(数6)
D=(1/4)(λ/n) ・・・(6)
ただし、λは、真空中での可視光13の波長である。
(2) Film thickness of the visible light reflectance lowering film 11 The film thickness D of the visible light reflectance lowering film 11 is such that the phase of the visible light 13 reflected by the substrate 10 is reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11. The visible light 12 is set to be shifted by π radians (that is, inverted).
(Equation 6)
D = (1/4) (λ / n 2 ) (6)
Where λ is the wavelength of visible light 13 in vacuum.

これにより、可視光反射率低下膜11の表面で反射した可視光12と、基板10で反射した可視光13とを干渉により打ち消し合わせることができる。よって、可視光反射率低下膜11の屈折率および、低下させたい可視光波長領域を考慮して、最適な膜厚Dを求める。一例として、視感度の一番高い555nmを選択して、可視光反射率低下膜厚みDを求めると、屈折率n=3とした場合、膜厚D=15.4 nmとなる。可視光反射率低下膜11として好適な上述の材料の屈折率は、図7に示すような屈折率および消衰係数を有するため、WSi(屈折率20以上)を除き、可視光反射率低下膜11の好適な膜厚は、凡そ5〜30nmの範囲に存在する。 Thereby, the visible light 12 reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the visible light 13 reflected by the substrate 10 can be canceled by interference. Therefore, the optimum film thickness D is obtained in consideration of the refractive index of the visible light reflectance lowering film 11 and the visible light wavelength region to be lowered. As an example, when the visible light reflectance lowering film thickness D is determined by selecting 555 nm having the highest visibility, the film thickness D = 15.4 nm when the refractive index n = 3. Since the refractive index of the above-mentioned material suitable for the visible light reflectance lowering film 11 has a refractive index and an extinction coefficient as shown in FIG. 7, the visible light reflectance lowers except for WSi 2 (refractive index of 20 or more). A suitable film thickness of the film 11 exists in the range of about 5 to 30 nm.

一方、可視光反射率低下膜11の屈折率は、可視光領域と比較して赤外光領域の方が低いので、可視光反射率低下膜11の赤外光反射率は、可視光ほど高くない。よって、可視光反射率低下膜11の表面で反射した赤外光14と基体10で反射した赤外光15の電場強度も同等にはならない。また、上記膜厚Dは、可視光を干渉によりうち消し合わせるのに好適な膜厚であるため、可視光よりも波長が長い赤外光に対しては、膜厚が薄すぎ、吸収並びに位相をずらす作用をほとんど生じない。よって、図3に示すように、可視光反射率低下膜11の表面で反射した赤外光14と、基体10で反射した赤外光15は打ち消しあわず、強め合う。これにより、赤外光の反射率は、可視光反射率低下膜11が配置されていても低下しない。   On the other hand, since the refractive index of the visible light reflectance lowering film 11 is lower in the infrared light region than in the visible light region, the infrared light reflectance of the visible light reflectance lowering film 11 is higher as visible light. Absent. Therefore, the electric field strengths of the infrared light 14 reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the infrared light 15 reflected by the substrate 10 are not equal. Moreover, since the film thickness D is a film thickness suitable for canceling out visible light by interference, the film thickness is too thin for infrared light having a wavelength longer than that of visible light, and absorption and phase. Almost no effect of shifting. Therefore, as shown in FIG. 3, the infrared light 14 reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the infrared light 15 reflected by the base 10 do not cancel each other and strengthen each other. Thereby, the reflectance of infrared light is not lowered even if the visible light reflectance lowering film 11 is arranged.

(3)基体10の反射率
基体10は、可視光反射率低下膜11を透過してきた光を出来るだけ低減することなく反射することが望ましい。よって、上述したように、基体10の反射率は、可視光領域の少なくとも一部および赤外光領域の少なくとも一部において90%以上であることが望ましい。特に、波長1000 nmで80%以上の反射率であることが望ましい。
(3) Reflectance of the substrate 10 The substrate 10 desirably reflects the light transmitted through the visible light reflectance lowering film 11 without reducing as much as possible. Therefore, as described above, the reflectance of the substrate 10 is desirably 90% or more in at least a part of the visible light region and at least a part of the infrared light region. In particular, the reflectance is preferably 80% or more at a wavelength of 1000 nm.

以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

(実施形態1)
実施形態1では、基体10は、芯材をWで構成し、芯材をWよりも反射率の高い金属(HfNまたはZrN)の層で被覆した構造とする。可視光反射率低下膜11としては、Os膜を用いる。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, the base 10 has a structure in which the core is made of W, and the core is covered with a layer of metal (HfN or ZrN) having a higher reflectance than W. An Os film is used as the visible light reflectance lowering film 11.

基体10の芯材(W)は、材料金属の焼結や線引き等の公知の工程により作製される。基体の形状は、線材、棒材、薄板等所望の形状に形成する。   The core material (W) of the base 10 is produced by a known process such as sintering or drawing of a metal material. The base is formed in a desired shape such as a wire, a bar, or a thin plate.

焼結や線引き等の工程により製造された基体は、表面が粗面であるため、反射率が低い。よって、基体10の芯材の表面を研磨加工し、反射率を高める。具体的には、基体10の芯材(W)を予め高温加熱して結晶粒成長を完了させ、その結晶粒成長を完了させた芯材を複数種類のダイヤモンド研磨粒により研磨し、中心線平均粗さRaを1μm以下、最大高さ(Rmax)が10μm以下、および、十点平均粗さ(Rz)が10μm以下の少なくとも一つを満たす鏡面に加工する。なお、機械研磨加工に限らず、フィラメント表面の反射率を向上させることができれば他の方法を用いることももちろん可能である。例えば、湿式や乾式のエッチングや、線引き時や鍛造や圧延時に滑らかな型に接触させる方法等を採用できる。   Since the substrate manufactured by a process such as sintering or drawing has a rough surface, the reflectance is low. Therefore, the surface of the core material of the substrate 10 is polished to increase the reflectance. Specifically, the core material (W) of the substrate 10 is preliminarily heated to complete crystal grain growth, and the core material that has completed the crystal grain growth is polished with a plurality of diamond abrasive grains, and the center line average The mirror surface is processed into a mirror surface satisfying at least one of a roughness Ra of 1 μm or less, a maximum height (Rmax) of 10 μm or less, and a ten-point average roughness (Rz) of 10 μm or less. Of course, other methods can be used as long as the reflectance of the filament surface can be improved without being limited to mechanical polishing. For example, wet or dry etching, a method of contacting a smooth die during drawing, forging or rolling can be employed.

鏡面研磨されたW芯材は、図8に示すように、波長2000nmより長い赤外光の反射率は、90%以上であるが、波長2000nm以下の反射率が低下する。そこで、本実施形態1では、高温耐熱性を有し、可視光領域まで反射率の高い金属膜(HfNまたはZrN等)を100 nm以上(図8では1000 nm)W芯材の表面に成膜して被覆する。これにより、図8に示すように、波長1000nm以上の赤外光の反射率が、80%以上の基体10を得ることができる。   As shown in FIG. 8, the mirror-polished W core material has a reflectance of 90% or more for infrared light longer than a wavelength of 2000 nm, but the reflectance for a wavelength of 2000 nm or less decreases. Therefore, in the first embodiment, a metal film (HfN or ZrN or the like) having high temperature heat resistance and high reflectivity up to the visible light region is formed on the surface of the W core material of 100 nm or more (1000 nm in FIG. 8). And coat. Thereby, as shown in FIG. 8, the base | substrate 10 whose reflectance of infrared light with a wavelength of 1000 nm or more is 80% or more can be obtained.

なお、反射率の高い金属膜(HfNまたはZrN等)の厚みは、100 nmより薄いと、下地のWまで光が透過してしまい、赤外光領域の反射率増大が図れないため、100nm以上であることが好ましい。   If the thickness of the highly reflective metal film (such as HfN or ZrN) is less than 100 nm, light is transmitted to the underlying W, and the reflectance in the infrared region cannot be increased. It is preferable that

HfNまたはZrNの成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッター法、CVD法、等種々の方法を用いることが可能である。また、成膜後、基体への密着性を高めるとともに、膜質(光学的特性等)を高めるために1500℃〜2500℃の温度範囲でアニーリング処理を行うことも可能である。   As a film formation method for HfN or ZrN, various methods such as an electron beam evaporation method, a sputtering method, and a CVD method can be used. In addition, after the film formation, it is possible to perform an annealing treatment in a temperature range of 1500 ° C. to 2500 ° C. in order to improve the adhesion to the substrate and to improve the film quality (optical characteristics and the like).

次に、基体10(HfNまたはZrN)の上に、可視光反射率低下膜11としてOs膜を5〜20 nm成膜する。図7に示すように、Os膜は、融点が3306Kと高く、かつ視感度の高い555nmの波長における屈折率が4.67と高い。Os膜の成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッター法、CVD法、等種々の方法を用いることが可能である。また、成膜後、基体10への密着性を高めるとともに、膜質(結晶性、光学的特性等)を高めるために1500℃〜2500℃の温度範囲でアニーリング処理を行うことも可能である。   Next, an Os film having a thickness of 5 to 20 nm is formed as the visible light reflectance lowering film 11 on the substrate 10 (HfN or ZrN). As shown in FIG. 7, the Os film has a high melting point of 3306K and a high refractive index of 4.67 at a wavelength of 555 nm, which has high visibility. As a method for forming the Os film, various methods such as an electron beam evaporation method, a sputtering method, and a CVD method can be used. In addition, after the film formation, it is possible to perform an annealing process in a temperature range of 1500 ° C. to 2500 ° C. in order to improve the adhesion to the substrate 10 and to improve the film quality (crystallinity, optical characteristics, etc.).

また、フィラメントの可視光反射率を最小にする可視光反射率低下膜(Os膜)11の膜厚を見つけるため、膜厚を5、13、20、50、200nmに変化させて複数のフィラメント試料を作製した。作成したフィラメント試料について、反射率をシミュレーションや実測で求めたところ、図9に示すように、Os膜の膜厚13nmが可視光反射率を最小にすることが求められた。よって、本実施形態では、可視光反射率低下膜(Os膜)11の膜厚を13nmに設定する。   In addition, in order to find the film thickness of the visible light reflectivity lowering film (Os film) 11 that minimizes the visible light reflectivity of the filament, a plurality of filament samples are obtained by changing the film thickness to 5, 13, 20, 50, and 200 nm. Was made. When the reflectance of the prepared filament sample was determined by simulation or actual measurement, as shown in FIG. 9, it was determined that the thickness of the Os film of 13 nm minimized the visible light reflectance. Therefore, in this embodiment, the film thickness of the visible light reflectance lowering film (Os film) 11 is set to 13 nm.

図10に、HfN/W基体10を膜厚13nmのOs膜で被覆したフィラメント(Os/HfN/W)について、波動光学計算により求めた反射率、放射スペクトル、並びに視感度内における基体の放射スペクトルを示す。比較例として、Os/HfN膜を備えていない、Wのみのフィラメントの反射率、放射スペクトル、並びに視感度内における基体の放射スペクトルを図11に示す。実施形態1の図10の反射率を、比較例の図11のWフィラメントの反射率と比較すると、可視光領域で反射率が大きく低下し、かつ赤外光領域で反射率が大きく増大していることがわかる。例えば、500 nmの波長では、Wフィラメントの状態では50%前後であった反射率が、Os/HfN膜で被覆することにより10%程度まで低下していることが分かる。また、1000 nmの波長では、W基体の状態では60%程度であった反射率が、Os/HfN膜で被覆することにより90%近くまで向上していることが分かる。その結果、従来のWフィラメントで実現可能な36.7 lm/W(加熱温度3000K)の可視光光束効率を、89.4 lm/Wまで、2.4倍以上向上させることができる。   FIG. 10 shows the reflectance, emission spectrum, and emission spectrum of the substrate within the visibility of the filament (Os / HfN / W) obtained by coating the HfN / W substrate 10 with an Os film having a thickness of 13 nm. Indicates. As a comparative example, FIG. 11 shows the reflectance, the emission spectrum, and the emission spectrum of the substrate within the visual sensitivity of the W-only filament that does not include the Os / HfN film. When the reflectance of FIG. 10 of Embodiment 1 is compared with the reflectance of the W filament of FIG. 11 of the comparative example, the reflectance is greatly reduced in the visible light region and the reflectance is greatly increased in the infrared light region. I understand that. For example, at a wavelength of 500 nm, it can be seen that the reflectivity, which was around 50% in the W filament state, is reduced to about 10% by coating with an Os / HfN film. It can also be seen that at a wavelength of 1000 nm, the reflectivity, which was about 60% in the W substrate state, is improved to nearly 90% by coating with an Os / HfN film. As a result, the visible light luminous flux efficiency of 36.7 lm / W (heating temperature 3000 K) that can be realized with the conventional W filament can be improved 2.4 times or more to 89.4 lm / W.

なお、基体10の芯材を被覆するHfN膜は、高温加熱時に酸化されやすいという性質を有するが、可視光反射率低下膜11は、HfNを被覆し、酸素に接触するのを防ぐため、HfN膜を保護する役割も果たしている。   The HfN film covering the core material of the substrate 10 has the property of being easily oxidized when heated at a high temperature, but the visible light reflectivity lowering film 11 covers HfN and prevents HfN from coming into contact with oxygen. It also plays a role in protecting the membrane.

実施形態1では、可視光反射率低下膜11としてOs膜を用いる例について説明を行ったが、この他にも、図7に示すような金属膜、炭化物膜、ホウ化物膜、または酸化物膜、のいずれかの単層膜、もしくは、これらの材料の単層膜を複数種類積層した多層膜、またはこれらの複合材料で形成された単層膜並びに多層膜で可視光反射率低下膜11を構成することもできる。   In the first embodiment, an example in which an Os film is used as the visible light reflectance lowering film 11 has been described. In addition to this, a metal film, a carbide film, a boride film, or an oxide film as shown in FIG. Or a multilayer film obtained by laminating a plurality of types of single-layer films of these materials, or a single-layer film formed of these composite materials and a multilayer film, and the visible light reflectance lowering film 11 is formed. It can also be configured.

(実施形態2)
実施形態2としては、可視光反射率低下膜11として金属Re膜を用いる場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a case where a metal Re film is used as the visible light reflectance lowering film 11 will be described.

基体10の構成は、実施形態1と同じくHfN/Wである。金属Re膜の成膜方法および最適な膜厚を求める方法は、実施形態1のOs膜と同様に行った。これにより、Re膜の膜厚は、10nmに設定した。   The configuration of the base 10 is HfN / W as in the first embodiment. The method for forming the metal Re film and the method for obtaining the optimum film thickness were performed in the same manner as the Os film of the first embodiment. Thereby, the film thickness of the Re film was set to 10 nm.

図12に、HfN/W基体10を膜厚10nmのRe膜で被覆したフィラメント(Re/HfN/W)について、波動光学計算により求めた反射率、放射スペクトル、並びに視感度内における基体の放射スペクトルを示す。図12のように、Re/HfN/Wフィラメントは、図11のWフィラメントと比較して、可視光領域で反射率が大きく低下し、かつ赤外光領域で反射率が大きく増大している。例えば、500 nmの波長では、Wフィラメントは50%前後であった反射率が、Re/HfN膜で被覆することにより25%程度まで低下していることがわかる。また、1000 nmの波長では、W基体の状態では60%程度であった反射率が、Re/HfN膜で被覆することにより80%近くまで向上していることが分かる。その結果、従来のWフィラメントで実現可能な36.7 lm/W(加熱温度3000K)の可視光光束効率を、64.8 lm/Wまで、80%以上向上させることができる。   FIG. 12 shows the reflectance, emission spectrum, and emission spectrum of the substrate within the visual sensitivity of the filament (Re / HfN / W) obtained by coating the HfN / W substrate 10 with a 10 nm thick Re film. Indicates. As shown in FIG. 12, the Re / HfN / W filament has a greatly reduced reflectance in the visible light region and a significantly increased reflectance in the infrared light region as compared with the W filament of FIG. For example, at a wavelength of 500 nm, it can be seen that the reflectivity of the W filament, which was around 50%, is reduced to about 25% by coating with a Re / HfN film. It can also be seen that at a wavelength of 1000 nm, the reflectivity, which was about 60% in the W substrate state, is improved to nearly 80% by coating with a Re / HfN film. As a result, the visible light luminous efficiency of 36.7 lm / W (heating temperature 3000 K) that can be realized by the conventional W filament can be improved by 80% or more to 64.8 lm / W.

(実施形態3)
実施形態3として、図7に示したタングステンシリサイド(WSi)を可視光反射率低下膜11として用いる場合について説明する。この材料(WSi)は、可視光に対する屈折率が、22.4と非常に大きいため、膜厚を1〜10nmに設定する。このため、膜厚を精密に制御可能な成膜方法(例えば、MBE(分子線蒸着)等)により成膜する。
(Embodiment 3)
As a third embodiment, the case where tungsten silicide (WSi 2 ) shown in FIG. 7 is used as the visible light reflectance lowering film 11 will be described. This material (WSi 2) has a refractive index for visible light, very large 22.4, set the film thickness to 1 to 10 nm. For this reason, the film is formed by a film forming method (for example, MBE (molecular beam evaporation) or the like) capable of precisely controlling the film thickness.

図13に、HfN/W基体10を膜厚4nmのWSi膜で被覆したフィラメント(WSi/HfN/W)について、波動光学計算により求めた反射率を示す。図13から明らかなように、可視光領域の反射率が、波長 500 nm以下で低下している。 FIG. 13 shows the reflectance obtained by wave optical calculation for a filament (WSi 2 / HfN / W) in which the HfN / W substrate 10 is coated with a 4 nm-thickness WSi 2 film. As is apparent from FIG. 13, the reflectance in the visible light region is reduced at a wavelength of 500 nm or less.

この他に、図14に示すように、WSi/HfN/Wフィラメントは、膜厚5〜10nm(図14では、膜厚5、6、7、8、9、10nmを例示)のWSi膜で被覆したフィラメントを構成することによって、赤外光領域で狭帯域で反射率が低下する領域が、膜厚に依存して生じることがわかる。よって、この赤外光領域で、放射スペクトルが得られる。 In addition, as shown in FIG. 14, the WSi 2 / HfN / W filament is a WSi 2 film having a film thickness of 5 to 10 nm (in FIG. 14, the film thickness is 5, 6, 7, 8, 9, 10 nm). It can be seen that a region where the reflectance is reduced in a narrow band in the infrared light region is generated depending on the film thickness. Therefore, a radiation spectrum is obtained in this infrared light region.

また、次の実施形態4で述べるように、可視光反射率低下膜(WSi)11と基体10との間に、誘電体層を配置する構成にすることも可能である。 Further, as described in the following fourth embodiment, a dielectric layer may be disposed between the visible light reflectance lowering film (WSi 2 ) 11 and the substrate 10.

(実施形態4)
実施形態4として、可視光反射率低下膜11と基体10との間に、誘電体層を配置したフィラメントについて説明する。誘電体層の可視光に対する屈折率は、2.5よりも小さくてもよい。誘電体層を配置することにより、可視光反射率低下膜11を透過した光が基板10に到達する光路長を調節することができるため、可視光反射率低下膜11の膜厚制御が容易になる。この場合、可視光反射率低下膜11と誘電体層の合計膜厚の光路長で、可視光反射率低下膜11表面で反射する可視光と、基体10で反射する可視光を干渉させて可視光強度を低下させるように設計する。誘電体層は、可視光および赤外光を吸収率が低い材料で構成することが望ましい。
(Embodiment 4)
As Embodiment 4, a filament in which a dielectric layer is disposed between the visible light reflectance lowering film 11 and the substrate 10 will be described. The refractive index of the dielectric layer with respect to visible light may be smaller than 2.5. By disposing the dielectric layer, the optical path length of the light transmitted through the visible light reflectance lowering film 11 and reaching the substrate 10 can be adjusted. Therefore, the film thickness control of the visible light reflectance lowering film 11 can be easily performed. Become. In this case, with the optical path length of the total film thickness of the visible light reflectance lowering film 11 and the dielectric layer, the visible light reflected on the surface of the visible light reflectance lowering film 11 and the visible light reflected on the substrate 10 are made to interfere with each other and visible. Designed to reduce light intensity. The dielectric layer is preferably made of a material having a low absorption rate for visible light and infrared light.

ここでは、可視光反射率低下膜11として、膜厚3nmのOs膜を用い、可視光反射率低下膜11と基体10との間に配置する誘電体層としてHfO膜を用いる。基体10は、実施形態1と同様にHfN/Wを用いる。 Here, an Os film having a thickness of 3 nm is used as the visible light reflectance lowering film 11, and an HfO 2 film is used as a dielectric layer disposed between the visible light reflectance lowering film 11 and the substrate 10. As in the first embodiment, HfN / W is used for the substrate 10.

誘電体膜であるHfO膜の膜厚をそれぞれ5、10、20、30nmに変化させた4種類のフィラメント試料について、反射率をシミュレーションにより求めた。その結果を図15のグラフに示す。図15のように、いずれも可視光領域の反射率が40%以下まで大幅に低下し、赤外光領域では、80%以上の高い反射率膜厚依存性が見られる。特に、HfO膜の膜厚が30nmのフィラメントが、可視光反射率が最も低い。 The reflectance was obtained by simulation for four types of filament samples in which the film thickness of the HfO 2 film as the dielectric film was changed to 5, 10, 20, and 30 nm, respectively. The result is shown in the graph of FIG. As shown in FIG. 15, the reflectance in the visible light region is significantly reduced to 40% or less, and a high reflectance film thickness dependency of 80% or more is observed in the infrared light region. In particular, a filament having a HfO 2 film thickness of 30 nm has the lowest visible light reflectance.

このHfO膜の膜厚が30nmのフィラメント(Os(3nm)/HfO(30nm)/HfN(1000nm)/W)について、波動光学計算により、反射率、放射スペクトル、並びに、視感度内における放射スペクトルを求めた。その結果を図16に示す。図16の反射率を、図11のWフィラメントの反射率と比較すると、可視光領域で反射率が大きく低下し、かつ、近赤外光領域(800〜1100nm)で反射率が大きく増大していることがわかる。例えば、500 nmの可視光波長では、Wフィラメントの反射率は、図11のように50%前後であるが、図16のOs/HfO/HfN/Wフィラメントは、反射率が0%付近まで低下していることがわかる。また、1000 nmの波長では、図11のWフィラメントは、60%程度の反射率であるが、図16のOs/HfO/HfN/Wフィラメントは、80%まで反射率が向上している。その結果、従来のWフィラメントでは、36.7 lm/W(加熱温度3000K)の可視光光束効率を、Os/HfO/HfN/Wフィラメントでは、82.8 lm/Wまで2.3倍以上向上させることができる。 This thickness of the HfO 2 film is 30nm filament (Os (3nm) / HfO 2 (30nm) / HfN (1000nm) / W), the wave optics calculations, reflectance, emission spectra, as well as radiation in the luminosity The spectrum was determined. The result is shown in FIG. When the reflectance of FIG. 16 is compared with the reflectance of the W filament of FIG. 11, the reflectance is greatly reduced in the visible light region, and the reflectance is greatly increased in the near-infrared light region (800 to 1100 nm). I understand that. For example, at a visible light wavelength of 500 nm, the reflectance of the W filament is around 50% as shown in FIG. 11, but the reflectance of the Os / HfO 2 / HfN / W filament in FIG. It turns out that it has fallen. Further, at a wavelength of 1000 nm, the W filament in FIG. 11 has a reflectivity of about 60%, whereas the Os / HfO 2 / HfN / W filament in FIG. 16 has an improved reflectivity to 80%. As a result, the visible light luminous efficiency of 36.7 lm / W (heating temperature 3000 K) is obtained with the conventional W filament, and 2.3 times or more up to 82.8 lm / W with the Os / HfO 2 / HfN / W filament. Can be improved.

(実施形態5)
実施形態5として、可視光反射率低下膜11と基体10との間に、誘電体層を配置したフィラメントの別の例について説明する。実施形態5のフィラメントは、可視光反射率低下膜11として膜厚20nmのSiC膜を用い、誘電体層として膜厚200nmのHfO膜を用いる。基体10はTaで構成されている。
(Embodiment 5)
As Embodiment 5, another example of a filament in which a dielectric layer is disposed between the visible light reflectance lowering film 11 and the substrate 10 will be described. In the filament of the fifth embodiment, a SiC film having a thickness of 20 nm is used as the visible light reflectance lowering film 11, and a HfO 2 film having a thickness of 200 nm is used as the dielectric layer. The substrate 10 is made of Ta.

実施形態5のフィラメントについて、波動光学計算により、反射率、放射スペクトル、並びに、視感度内における放射スペクトルを求めた。その結果を図17に示す。図17の反射率は、波長400〜700nmの可視光領域において、反射率が大きく低下し、波長1000nm以上の近赤外および赤外光領域で反射率が高い。例えば、550 nmの可視光波長では、図17のフィラメントは、反射率が0%付近まで低下している。また、1000 nmの波長では、図17のフィラメントは、90%に近い反射率を有している。その結果、従来のWフィラメントでは、36.7 lm/W(加熱温度3000K)の可視光光束効率を、実施形態5のフィラメントでは、124.7 lm/Wまで約3.4倍に向上させることができる。   With respect to the filament of Embodiment 5, the reflectance, the emission spectrum, and the emission spectrum within the visibility were obtained by wave optics calculation. The result is shown in FIG. The reflectivity in FIG. 17 is greatly reduced in the visible light region with a wavelength of 400 to 700 nm, and high in the near infrared and infrared light regions with a wavelength of 1000 nm or more. For example, at a visible light wavelength of 550 nm, the reflectivity of the filament of FIG. Further, at a wavelength of 1000 nm, the filament of FIG. 17 has a reflectance close to 90%. As a result, with the conventional W filament, the visible light luminous efficiency of 36.7 lm / W (heating temperature 3000 K) is improved about 3.4 times to 124.7 lm / W with the filament of the fifth embodiment. Can do.

(実施形態6)
実施形態6として、本発明のフィラメントを用いた光源について説明する。
(Embodiment 6)
As Embodiment 6, a light source using the filament of the present invention will be described.

図18に、本実施形態の光源として、白熱電球の断面図を示す。白熱電球は、透光性気密容器2と、透光性気密容器2の内部に配置されたフィラメント3と、フィラメント3の両端に電気的に接続されると共にフィラメント3を支持する一対のリード線4、5と、フィラメント3を支持するアンカ6とを備えて構成される。リード線4、5とアンカ6は、透光性気密容器2内に配置された絶縁性のマウント7により支持されている。マウント7の基部は、透光性気密容器2の封止部8によって支持されている。封止部8には、封止金属(金属箔)114、115とリード棒16、17が配置されている。   FIG. 18 shows a cross-sectional view of an incandescent bulb as a light source of the present embodiment. The incandescent lamp includes a translucent airtight container 2, a filament 3 disposed inside the translucent airtight container 2, and a pair of lead wires 4 that are electrically connected to both ends of the filament 3 and support the filament 3. 5 and an anchor 6 that supports the filament 3. The lead wires 4 and 5 and the anchor 6 are supported by an insulating mount 7 disposed in the translucent airtight container 2. The base portion of the mount 7 is supported by the sealing portion 8 of the translucent airtight container 2. Sealing metal (metal foil) 114 and 115 and lead rods 16 and 17 are arranged in the sealing portion 8.

リード線4、5の下端は、金属箔の封止金属114、115に溶接されている。リード棒16、17の上端は、封止金属114、115に溶接され、下端は封止部8から外部に引き出されている。封止部8は、封止金属114、115とリード線4、5の下端部とリード棒16、17の上端部を、ピンチシール溶着(ガラスを溶かして押しつぶして封止)した構造である。これにより、リード棒16、17から、フィラメント3へ外部から電流を供給することができる。封止金属114、115を封止部に配置してピンチシール封止する理由は、本フィラメントを3000K以上の高温で使用した際に、透光性気密容器2が破損(ガラスが割れる)するのを防ぐためである。即ち、透光性気密容器2の材質が低熱膨張率であるのに対し、金属リード線4、5、並びに金属リード棒16、17が一般的に高熱膨張率であるため、高温動作時には大きな熱膨張の相違が生じるが、封止金属114、115は、その厚みならびに材質により、熱膨張の相違により生じる応力を緩和する。   The lower ends of the lead wires 4 and 5 are welded to the metal foil sealing metals 114 and 115. The upper ends of the lead rods 16 and 17 are welded to the sealing metals 114 and 115, and the lower ends are drawn out from the sealing portion 8. The sealing portion 8 has a structure in which the lower end portions of the sealing metals 114 and 115 and the lead wires 4 and 5 and the upper end portions of the lead rods 16 and 17 are pinch-sealed (melted and sealed by melting glass). Thereby, current can be supplied from the lead rods 16 and 17 to the filament 3 from the outside. The reason why the sealing metals 114 and 115 are arranged in the sealing portion to perform pinch seal sealing is that when the filament is used at a high temperature of 3000 K or more, the translucent airtight container 2 is broken (the glass is broken). Is to prevent. That is, the material of the translucent airtight container 2 has a low coefficient of thermal expansion, whereas the metal lead wires 4 and 5 and the metal lead rods 16 and 17 generally have a high coefficient of thermal expansion. Although the difference in expansion occurs, the sealing metals 114 and 115 relieve the stress caused by the difference in thermal expansion depending on the thickness and material.

フィラメント3として、本発明のフィラメントを用いる。図18では一例として、線材形状のフィラメントを螺旋状に巻き回しているが、フィラメント形状はこの形状に限らず、棒状や板状等の所望の形状にすることができる。また、透光性気密容器2の内部は、10−3〜10+7Paの圧力状態となっている。 As the filament 3, the filament of the present invention is used. In FIG. 18, as an example, filaments in the form of wire rods are spirally wound. However, the filament shape is not limited to this shape, and may be a desired shape such as a rod shape or a plate shape. Moreover, the inside of the translucent airtight container 2 is in a pressure state of 10 −3 to 10 +7 Pa.

本発明のフィラメント3は、実施形態1〜4で述べたように赤外波長領域の反射率が高く、可視光領域の反射率が低いため、赤外光の放射を抑制することができる。よって、可視光の発光効率の高い光源、すなわち、可視光へのエネルギー変換効率の高い光源を得ることができる。これにより、安価で効率のよい省エネ型照明用電球を提供することができる。   Since the filament 3 of the present invention has a high reflectance in the infrared wavelength region and a low reflectance in the visible light region as described in Embodiments 1 to 4, it can suppress the emission of infrared light. Therefore, a light source with high visible light emission efficiency, that is, a light source with high energy conversion efficiency into visible light can be obtained. Thereby, an inexpensive and efficient energy saving type lighting bulb can be provided.

なお、本発明のフィラメント3は、気密容器2が10−3Pa等の高真空状態では、可視光反射率低下膜11等の昇華が生じる場合もあるが、その場合には、気密容器2にAr等の不活性ガスを10〜10Pa程度の高圧力で封入して膜の昇華を抑えるようにすればよい。また、Ar等の不活性ガスに替えて、適宜、不活性ガスに数%程度の酸素ガス、窒素ガス、ハロゲンガス、炭素系ガス、またはこれらの混合ガスを利用することによっても膜の昇華を抑え、長寿命を図ることが可能となる。 The filament 3 of the present invention may cause sublimation of the visible light reflectance lowering film 11 or the like when the hermetic container 2 is in a high vacuum state such as 10 −3 Pa. An inert gas such as Ar may be sealed at a high pressure of about 10 5 to 10 7 Pa to suppress sublimation of the film. Further, in place of an inert gas such as Ar, the film can be sublimated as appropriate by using about several percent oxygen gas, nitrogen gas, halogen gas, carbon-based gas, or a mixed gas thereof. Therefore, it is possible to achieve a long life.

上述の実施形態6では、本発明のフィラメントを白熱電球のフィラメントとして用いることを説明したが、白熱電球以外に用いることも可能である。例えば、ヒーター用電線、溶接加工用電線、熱電子放出電子源(X線管や電子顕微鏡等)等として採用することができる。この場合も、赤外光放射の抑制作用により、少量の入力電力で、効率よく高温にフィラメントを加熱することができるため、エネルギー効率を向上させることができる。   In Embodiment 6 described above, the use of the filament of the present invention as a filament of an incandescent bulb has been described. However, it is also possible to use the filament other than an incandescent bulb. For example, it can be employed as a heater wire, a welding wire, a thermionic emission electron source (such as an X-ray tube or an electron microscope), and the like. Also in this case, since the filament can be efficiently heated to a high temperature with a small amount of input power due to the suppression effect of infrared light radiation, the energy efficiency can be improved.

1…白熱電球、2…透光性気密容器、3…フィラメント、4…リード線、5…リード線、6…アンカ、8…封止部、9…口金 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Incandescent light bulb, 2 ... Translucent airtight container, 3 ... Filament, 4 ... Lead wire, 5 ... Lead wire, 6 ... Anchor, 8 ... Sealing part, 9 ... Base

Claims (10)

金属材料により形成された基体と、
前記基体の可視光反射率を赤外光反射率よりも低くするために、前記基体を被覆する可視光反射率低下膜とを備え、
前記可視光反射率低下膜の膜厚は、前記可視光反射率低下膜表面で反射した可視光と、前記基体で反射した可視光とを干渉させて強度を低下させるように設定され、
前記可視光反射率低下膜の可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方は、2.5以上であることを特徴とするフィラメント。
A substrate formed of a metal material;
In order to make the visible light reflectance of the substrate lower than the infrared light reflectance, a visible light reflectance lowering film covering the substrate is provided,
The film thickness of the visible light reflectance lowering film is set so that the visible light reflected by the surface of the visible light reflectance lowering film interferes with the visible light reflected by the substrate to reduce the intensity,
At least one of a refractive index and an extinction coefficient with respect to visible light of the visible light reflectance lowering film is 2.5 or more.
請求項1に記載のフィラメントにおいて、前記可視光反射率低下膜の可視光に対する屈折率および消衰係数の少なくとも一方は、3.0以上であることを特徴とするフィラメント。   2. The filament according to claim 1, wherein at least one of a refractive index and an extinction coefficient of the visible light reflectance lowering film with respect to visible light is 3.0 or more. 請求項1または2に記載のフィラメントにおいて、可視光領域の少なくとも一部の反射率が40%以下、赤外光領域の少なくとも一部の反射率が80%以上であることを特徴とするフィラメント。   3. The filament according to claim 1, wherein the reflectance of at least a part of the visible light region is 40% or less and the reflectance of at least a part of the infrared light region is 80% or more. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のフィラメントにおいて、前記可視光反射率低下膜は、Os、Re、Ru、W、Mo、SiC、および、WSiのうちのいずれかで形成された膜を含むことを特徴とするフィラメント。 In the filament according to any one of claims 1 to 3, the visible light reflectance reduction film, Os, Re, Ru, W , Mo, SiC, and, formed in one of WSi 2 A filament comprising a membrane. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のフィラメントにおいて、前記基体自体の反射率は、前記可視光領域の少なくとも一部および赤外光領域の少なくとも一部において90%以上であることを特徴とするフィラメント。   5. The filament according to claim 1, wherein the reflectance of the substrate itself is 90% or more in at least a part of the visible light region and at least a part of the infrared light region. Filament. 請求項5に記載のフィラメントにおいて、前記基体は、表面が鏡面に加工されていることを特徴とするフィラメント。   6. The filament according to claim 5, wherein the substrate has a mirror-finished surface. 請求項5または6に記載のフィラメントにおいて、前記基体は、金属で形成された芯材の表面を、前記芯材よりも反射率の高い金属の層で被覆した構造であることを特徴とするフィラメント。   The filament according to claim 5 or 6, wherein the base has a structure in which a surface of a core material made of metal is covered with a metal layer having a higher reflectance than the core material. . 請求項5ないし7のいずれか1項に記載のフィラメントにおいて、前記基体の表面粗さは、中心線平均粗さRaが1μm以下、最大高さRmaxが10μm以下、および、十点平均粗さRzが10μm以下、のうちの少なくとも1つを満たすことを特徴とするフィラメント。   The filament according to any one of claims 5 to 7, wherein the surface roughness of the substrate is a center line average roughness Ra of 1 µm or less, a maximum height Rmax of 10 µm or less, and a ten-point average roughness Rz. Satisfy | fills at least 1 of 10 micrometers or less. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載のフィラメントにおいて、前記可視光反射率低下膜は、前記基体との間に配置された誘電体層をさらに含み、前記誘電体層の可視光に対する屈折率は、2.5よりも小さく、
前記可視光反射率低下膜と前記誘電体層の合計膜厚は、前記可視光反射率低下膜表面で反射する可視光と、前記基体で反射する可視光を干渉させて、可視光強度を低下させるように設定されていることを特徴とするフィラメント。
The filament according to any one of claims 1 to 8, wherein the visible light reflectance lowering film further includes a dielectric layer disposed between the substrate and the refraction of the dielectric layer with respect to visible light. The rate is less than 2.5,
The total film thickness of the visible light reflectivity lowering film and the dielectric layer reduces the visible light intensity by causing the visible light reflected on the surface of the visible light reflectivity lowering film to interfere with the visible light reflected by the substrate. Filament characterized by being set to let
気密容器と、前記気密容器内に配置されたフィラメントと、前記フィラメントに電流を供給するためのリード線とを有する光源であって、
前記フィラメントは、請求項1ないし9のいずれか1項に記載のものであることを特徴とする光源。
A light source having an airtight container, a filament disposed in the airtight container, and a lead wire for supplying current to the filament;
The light source according to claim 1, wherein the filament is one according to claim 1.
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