JP4484275B2 - 白熱電球 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特許請求の範囲の請求項１および請求項６の前文に記載の白熱電球に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は特に、有色光を発生し例えば自動車における光源として利用される白熱電球に関する。筒形バルブを備えその中に自動車におけるすれ違いライトおよび走行ライトを発生するためのフィラメントが１つあるいは２つ軸方向に配置されているような自動車前照灯は、市販されている。この自動車前照灯はフィラメントの範囲においてバルブ上に干渉フィルタ層を有し、この干渉フィルタ層は白色光の色温度を低下させるか上昇させるために使われている。この電球は第１の場合には黄色一色の白色光を発生し、第２の場合には青みがかった色調の白色光を発生する。干渉フィルタで伝送される光の波長が干渉フィルタの構造によってだけでなく、干渉フィルタへの光入射角によっても左右されることは、既に知られている。自動車前照灯において、バルブが筒形対称形をし、フィラメントが軸方向に配置されていることにより、入射角の関係は従属的な働きしかしない。
【０００３】
これに対して、自動車においてブレーキライトおよび点滅ライトを発生するために利用される白熱電球は通常、回転対称の洋梨状バルブおよびランプ軸線に対して直角に延びるフィラメントを有している。ここでは赤色あるいはオレンジ色の光色は、照明器具における色フィルタ、着色されたプラスチック散乱板、カドミウム添加物で着色されたガラス製球、あるいはランプ球における有色ラッカー層のいずれかによって発生される。照明器具における色フィルタは器具費用および組立費用を高める。着色されたプラスチック散乱板は、中古車のリサイクル作業を難しくし、車体を設計する際に望ましくない色の違いを引き起こさせる。ガラス球に対するカドミウムの添加も、カドミウムが重金属毒であるので問題である。バルブにラッカが塗られている白熱電球は、ラッカ層が大きな熱負荷を受けるために寿命が非常に短い。更にランプ球が着色されているかラッカを塗られている場合、ランプがはめ込まれている反射体における太陽光線の反射によって引き起こされ、信号機能のような働きをしてしまういわゆる幻像光が生ずる。
【０００４】
特許請求の範囲の請求項１および請求項６の前文に記載の白熱電球は例えばヨーロッパ特許出願公開第０４６０９１３号明細書に開示されている。この明細書には、反射体とほぼ円筒状のバルブを有する白熱電球とから成る照明器具が記載されている。この照明器具は約３０５０Ｋ〜３６００Ｋの比較的高い色温度の白色光を発生する。白熱電球のバルブは予め定められた波長範囲の可視光に対して透過性を有する第１の干渉フィルタを有し、一方反射体は赤外線に対して透明であるが可視光を反射する第２の干渉フィルタを有している。これらの両干渉フィルタは、照らされた物体表面における環状の光模様を防止するために、局所的に異なった層厚さをしている。
【０００５】
ドイツ実用新案登録第８６００６４２．３号明細書には着色されたハロゲンランプが記載されている。このランプは黄色光を発生するいわゆるＨ４形自動車ランプである。このランプはほぼ円筒状のバルブおよびこの中に軸方向に配置された２つのフィラメントを有している。バルブの天頂に光透過性の黒い被膜が設けられ、一方バルブの円筒部分が黄色光に対して透過性の干渉フィルタで被覆されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特に自動車の信号灯として適し、上述の従来技術の欠点を除去した白熱電球を提供することにある。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
この課題は本発明に基づいて、特許請求の範囲の請求項１および請求項６の特徴部分に記載の手段によって解決される。本発明の特に有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明に基づく白熱電球は、光透過性のランプ球と、このランプ球によって包囲されているフィラメントと、ランプ球に局所的に異なった層厚さの被覆層として配置されている干渉フィルタとを備え、その干渉フィルタは予め定められた第１の波長範囲の光に対して僅かな透明性を、予め定められた第２の波長範囲の光に対して大きな透明性を有し、その干渉フィルタは第１および第２の波長範囲を互いに分離する遷移範囲を有している。本発明に基づいて干渉フィルタは、ランプ球の干渉フィルタ層を設けられた任意の２つの場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタの総層厚さｄ１、ｄ２が近似的に次式を満足するように形成されている。
【０００９】
【数１】
ｄ２／ｄ１＝λ（α１）／λ（α２） （１）
【００１０】
ここで、λ（α１）は、値０．５の透過係数Ｔを有する総層厚さｄ１の干渉フィルタにおいて入射角α１に対する遷移範囲内の波長を表わし、λ（α２）は、値０．５の透過係数Ｔを有する総層厚さｄ１の干渉フィルタにおいて入射角α２に対する遷移範囲内の波長を表わす。その入射角α１ないしα２は、場所Ｐ１ないしＰ２とフィラメントの中心とを結ぶ接続線が点Ｐ１ないしＰ２におけるランプ球への法線と成す角度である。ここでフィラメントは簡単化して点状と見なされている。これによって、ランプ球におけるすべての場所に一義的に入射角が割り当てられる。

【００１１】
好適には、予め定められた透過係数値Ｔに対して０．４〜０．５の範囲内の値、特に０．５の値が、あるいは透過が最大透過値の半分であるような値が選定される。それに相応する波長は干渉フィルタの遷移範囲内にある。特に値Ｔ＝０．５あるいは最大透過値の半分に相応する波長は、低い透明性の波長範囲を高い透明性の波長範囲から分離する干渉フィルタの遮断（カットオフ）波長と見なされる。その干渉フィルタは、そのフィルタ遮断波長が低い透明性のスペクトル範囲と高い透明性のスペクトル範囲を互いに分離するいわゆるカットオフフィルタである。本発明に基づく白熱電球の干渉フィルタの遷移範囲ないし遮断波長は好適には緑色光のスペクトル範囲内にあるので、干渉フィルタによって特に緑色、黄色および赤色の光が伝送される。本発明の特に有利な実施態様において、干渉フィルタの遷移範囲は５２０ｎｍ〜５７０ｎｍの波長範囲内にある。これによって白熱電球はオレンジ色光を発生する。従ってこれは、信号灯特に自動車の方向指示灯に対する電源として有利に利用される。更に本発明に基づく白熱電球は好適には少なくとも１つのＦｅ₂Ｏ₃吸収層を有している。前述の酸化鉄吸収層は青色および紫色のスペクトル範囲における短波光を吸収し、干渉フィルタの透過の角度依存性を減少させる。
【００１２】
製造技術上の理由から、場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタの個々の層の層厚さｄ１_i、ｄ２_i、即ち場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタの光低屈折層および光高屈折層の層厚さは、有利にはこの場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタの総層厚さｄ１、ｄ２の比に応じて変えられている。干渉フィルタの個々の層の層厚さｄ１_i、ｄ２_iは近似的に次式を満足する。
【００１３】
【数２】
ｄ２_i ／ｄ１_i＝ｄ２／ｄ１ （２）
【００１４】
ここで添字ｉは干渉フィルタの個々のすべての層に通しで付けられている。
【００１５】
場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタの個々のすべての層厚さｄ１_i、ｄ２_iをこれらの場所Ｐ１、Ｐ２における総層厚さの比に応じて変えることは必ずしも必要でない。好適には干渉フィルタの光低屈折層および光高屈折層は対の形にまとめられ、その場合、場所Ｐ１、Ｐ２における光低屈折層の層厚さｄ１_L,i、ｄ２_L,iおよびそのような対を成した場所Ｐ１、Ｐ２における隣接する光高屈折層の層厚さｄ１_H,i+1、ｄ２_H,i+1は次式を満足する。
【００１６】
【数３】
（ｄ２_L,i＋ｄ２_H,i+1 ）／（ｄ１_L,i＋ｄ１_H,i+1）＝ｄ２／ｄ１（３）
【００１７】
ここで添字ｉは干渉フィルタの光低屈折層の層に通しで付けられている。上述の式は特に、干渉フィルタの隣接する２つの層（即ち光低屈折層と光高屈折層）におけるいわゆる「ミスマッチ効果」を考慮している。この「ミスマッチ効果」とは、光低屈折層ないし光高屈折層の層厚さの増大を隣接する他の層の減少で対処させて、両方の層厚さの合計が変化しないようにすることを意味している。干渉フィルタの透過率曲線の遮断波長の位置は「ミスマッチ効果」によって影響されない。
【００１８】
ランプ球における干渉フィルタの層厚さの上述した本発明に基づく変化によって、人の眼に対して、フィラメントによって照らされるランプ球の干渉フィルタ層を設けられた部位から一様な色調の光ないし同じ色組成の光が発せられることが保証される。本発明は、ランプ球の干渉フィルタ層による有色光の発生を、任意のランプ球幾何学形状および任意のフィラメント配置を有する白熱電球に利用することを可能にする。特に本発明は、自動車の点滅ライトあるいはブレーキライトに採用される白熱電球の洋梨状ランプ球における干渉フィルタ層によるオレンジ色光あるいは赤色光の発生を可能にする。これによって上述の照明器具において、色フィルタは省かれる。更に有色ラッカを塗られたランプ球を備えた白熱電球の利用が放棄される。ランプ球における本発明に基づく干渉フィルタ層は熱的に大きく負荷でき、引っ掻き傷がつかない。従って本発明に基づく白熱電球は上述のラッカ塗り白熱電球よりも寿命が長くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図に示した有利な実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２０】
本発明の有利な実施例は、例えば自動車の点滅ライト用照明器具の光源として使用される消費電力約２５Ｗの白熱電球である。この白熱電球はバヨネット口金１、ランプ長手軸線Ａ−Ａを中心とする回転対称形のガラス２Ｃ製洋梨状ランプ球２、フィラメント３およびこのフィラメント３用の２本のリード４を有している。ランプ球２はほぼ球面対称形をした太い部位２ａと細い部位２ｂとを有し、フィラメント３はその太い部位２ａによって包囲され、細い部位２ｂは口金１に固定されている。ランプ球２の全外側表面に干渉フィルタ層５が設けられ、このランプ球２は複数の光低屈折層と光高屈折層を有している。干渉フィルタの総層厚さは、ランプ球２における最短接続線に沿って、ランプ天頂Ｐ１における最小値ｄｍｉｎから、口金近くの場所Ｐ３の方向に最大値ｄｍａｘまで連続的に増大している。その総層厚さの比ｄｍａｘ／ｄｍｉｎは有利な実施例において約１．０７である。干渉フィルタ５は赤色光、黄色光および緑色光のスペクトル範囲に対する大きな透過率と青色光および紫色光のスペクトル範囲に対する小さな透過率とを有している。低透過率範囲から高透過率範囲への遷移部は緑色光のスペクトル範囲内にある。干渉フィルタ５の遮断波長 即ち干渉フィルタ５の透過率が入射光の５０％である波長は、図４において約５５０ｎｍにある。従って白熱電球はオン状態においてオレンジ色光を発生する。白熱電球で発生された光の色位置は、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）５０３３における色度図において、色度座標ないし標準色値成分ｘ、ｙに対する次の３つの不等式で限界づけられた範囲内にある。
ｙ≧−ｘ＋０．９９３、 ｙ≧０．３９８、 ｙ≦０．４２０
【００２１】
干渉フィルタ層５は全部で１６個の個々の層から成り、そのランプ球２に直接設けられた第１の層はＦｅ₂Ｏ₃吸収層であり、これは主に青色光および紫色光のスペクトル範囲の光を吸収する。それに続く１５個の層は交互に配置された光低屈折層と光高屈折層から成っている。その光低屈折層は屈折率１．４６のＳｉＯ₂層であり、光高屈折層は屈折率２．４のＴｉＯ₂層である。既に上述したように、ＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂の層厚さおよびこれに伴って干渉フィルタ層５の総層厚さも、フィラメント３で発生されて干渉フィルタ層５に衝突する光の入射角に関係して変化している。干渉フィルタ層５のＳｉＯ₂層およびＴｉＯ₂層はランプ球２の天頂Ｐ１において最も薄く、口金１の近くで最も厚くなっている。ランプ球２における干渉フィルタ層５の層厚さは長手軸線Ａ−Ａを中心とする同心リング上では一定である。表１〜表３には、干渉フィルタ層５の総層厚さおよびランプ球２において例として選択された３つの場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における干渉フィルタ層５の個々の層の層厚さの値が記されている。表１〜表３における層厚さのデータ精度は約±３％である。総層厚さデータと干渉フィルタの透過率特性曲線の遮断波長とにおける公差のために、上述の式（１）、（２）、（３）は近似的にしか満足されない。図４にはこれらの場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に相応する干渉フィルタ５の透過率特性曲線１、２、３が描かれている。これに対して図３には干渉フィルタ層の層厚さが一定している場合の場所Ｐ１、Ｐ２ないしＰ３に相当する入射角α１、α２、α３に対する透過率特性曲線１、２′、３′が示されている。図３において、透過率特性曲線１、２′、３′のフィルタ遮断波長は波長５５０ｎｍ、５４３ｎｍ、５１３ｎｍに位置している。
【００２２】
表２および表３に基づいて層厚さの変化を求める場合、フィラメント３が点状であり、即ち光放射がフィラメント３の中心から発せられているという単純な前提から出発している。この場合、ランプ球２におけるすべての場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３などにおいて、フィラメント３から発せられた光がランプ球２の内側表面および（ランプ球のガラス２ｃにおける屈折を無視した場合）干渉フィルタ５に衝突する入射角α１、α２、α３などが一義的に割り当てられている。図３は、干渉フィルタ５の遮断波長の位置が入射角αの増大に伴って短い波長の方向に移動することを示している。その透過率特性曲線１は入射角α１＝０°に相当し、即ちランプ球天頂Ｐ１に存在しているような垂直の光入射に相当している（入射角がランプ球壁に対する垂線ないし法線に対して測定されている）。透過率特性曲線２′は、干渉フィルタの層厚さが一定して同じである場合、ランプ球２の大円上における場所Ｐ２に存在する入射角α２＝１７°に相当している。透過率特性曲線３′は、干渉フィルタの層厚さが一定して同じである場合、ランプ球２の細い部位２ｂにおける場所Ｐ３に存在する入射角α３＝４５°に相当している。透過率特性曲線２′ないし３′の遮断波長の位置は、透過率特性曲線１の遮断波長に比べて、波長目盛りにおいて１．３％ないし７．２％だけ短い波長の方向にずれている。干渉フィルタ５の最大透過率は１００％の代わりに約９０％でしかないので、干渉フィルタ５の遮断波長を決定するために、５０％の透過率に対応する波長は関係せず、その代わりに４５％の透過率に対応する波長が関係する。ランプ球２のすべての部位から一様な色合成の光が発せられるようにするために、ランプ球２のすべての場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３などに対する干渉フィルタ５の遮断波長およびそれに対応した入射角α１、α２、α３などは、ほぼ同じ波長に位置していなければならない。図４には表１〜表３に表されている層厚さに対応した場所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における干渉フィルタ層５の透過率特性曲線１、２、３およびそれらに対応した入射角α１、α２、α３が例として示されている。
【００２３】
曲線１および曲線２はほぼ同じであり、従って図４においてほとんど異なっていない。干渉フィルタ５の遮断波長は３つの入射角α１、α２、α３において約５５０ｎｍの同じ波長に位置している。場所Ｐ２ないしＰ３における干渉フィルタ５の層厚さはランプ球天頂Ｐ１における層厚さより約１．２％〜１．３％ないし７．１％〜７．２％だけ大きい。ランプ球２における各場所Ｐおよびそれに対応した入射角αに対して、各場所Ｐにおけるランプ球天頂Ｐ１における層厚さに比べての層厚さの増大は、層厚さが一定して同じである場合における入射角α＝０°に対する干渉フィルタ５の透過曲線の遮断波長をずらすことにより求められる。前述の式はこの関係を表し、任意のランプ球幾何学形状に対して、ランプ球の或る場所における干渉フィルタの層厚さが予め定められているとき、その透過率特性曲線から干渉フィルタの層厚さの変化を求めることができる。製造技術上の理由からＦｅ₂Ｏ₃吸収層の層厚さも、必要ではないけれども、局所的に変化されている。Ｆｅ₂Ｏ₃吸収層の層厚さが局所的に変化されてない場合、この吸収層の厚さは、干渉フィルタの総層厚さおよび個々の層厚さを求める際に考慮されない。
【００２４】
本発明に基づく白熱電球の干渉フィルタ層５は有利な実施例においてスパッタリングで形成される。その層厚さはスパッタリングの継続時間およびスパッタリングに使用される電圧並びに絞りによって制御される。
【００２５】
本発明は上述した実施例に限定されない。例えば本発明はランプ球が任意の幾何学形状を有しフィラメントが任意に配置された白熱電球にも適用できる。更に本発明は、層が任意のデザインを有し任意の数の光低屈折層と光高屈折層を有する干渉フィルタにも利用できる。更に、光低屈折層および光高屈折層に対して、ＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂と異なった材料も利用できる。更に本発明の用途は、その透過率特性曲線が緑色スペクトル範囲内に遮断波長を有する干渉フィルタに限定されない。例えば赤色光を発生する白熱電球が望まれる場合、上述の有利な実施例で述べた干渉フィルタ５の代わりに、透過率特性曲線が例えば５９０ｎｍあるいは６００ｎｍの波長に遮断波長を有している干渉フィルタが使用される。本発明に基づく白熱電球の干渉フィルタは更に、スパッタリングと異なった方法でも、例えば浸漬法によっても形成できる。
【００２６】
【表１】

【００２７】
ランプ球天頂Ｐ１における干渉フィルタの総層厚さｄ１は８４６．２ｎｍである。総層厚さｄ１は層厚さｄ１_iの合計であり、その添字ｉは値１から値１６まで通しで続いている。
【００２８】
【表２】

【００２９】
ランプ球大円Ｐ２における干渉フィルタの総層厚さｄ２は８５６．６ｎｍである。層厚さ比ｄ２／ｄ１は１．０１２である。総層厚さｄ２は層厚さｄ２_iの合計であり、その添字ｉは値１から値１６まで通しで続いている。
【００３０】
【表３】

【００３１】
口金に近い場所Ｐ３における干渉フィルタの総層厚さｄ３は９０６．２ｎｍである。層厚さ比ｄ３／ｄ１は１．０７１である。総層厚さｄ３は層厚さｄ３_iの合計であり、その添字ｉは値１から値１６まで通しで続いている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく白熱電球の有利な実施例の側面図。
【図２】図１における白熱電球の一部断面側面図。
【図３】干渉フィルタの層厚さが一定である場合の３つの異なった入射角に対するランプ球の干渉フィルタ層の透過率特性曲線を示した特性線図。
【図４】干渉フィルタの層厚さが入射角に合わされている場合の３つの異なった入射角に対するランプ球の干渉フィルタ層の透過率特性曲線を示した特性線図。
【符号の説明】
１ ランプ口金
２ ランプ球
３ フィラメント
４ リード
５ 干渉フィルタ
Ｐ１ ランプ球天頂
Ｐ２ ランプ球大円上の場所
Ｐ３ ランプ口金に近い場所

Claims (6)

1. 光透過性のランプ球（２）と、このランプ球（２）によって包囲されているフィラメント（３）と、ランプ球（２）に局所的に異なった層厚さの被覆層として配置され複数の光低屈折層及び光高屈折層を有している干渉フィルタ（５）とを備え、この干渉フィルタ（５）が青色光および紫色光のスペクトル範囲からなる光に対して僅かな透明性を、赤色光、黄色光および緑色光のスペクトル範囲からなる光に対して大きな透明性を有し、干渉フィルタ（５）が、前記僅かな透明性のスペクトル範囲と前記大きな透明性のスペクトル範囲とを互いに分離する遷移範囲を有し、この遷移範囲は５２０ｎｍ〜５７０ｎｍの波長範囲内にあり、干渉フィルタ（５）の透過係数Ｔが０．４〜０．５の値範囲内にあり、ランプ球（２）の干渉フィルタ層を設けられた任意の２つの場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタ（５）の総層厚さｄ１、ｄ２が近似的に次式を満足する
   ｄ２／ｄ１＝λ（α１）／λ（α２）
   （ここで、λ（α１）は、値０．５の透過係数Ｔを有する総層厚さｄ１の干渉フィルタ（５）において入射角α１に対する遷移範囲内の波長を表わし、λ（α２）は、値０．５の透過係数Ｔを有する総層厚さｄ１の干渉フィルタ（５）において入射角α２に対する遷移範囲内の波長を表わし、入射角α１ないしα２は、場所Ｐ１ないしＰ２とフィラメント（３）の中心とを結ぶ接続線が点Ｐ１ないしＰ２におけるランプ球（２）への法線と成す角度である）
   ことを特徴とする白熱電球。
2. 場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタ（５）の光低屈折層と光高屈折層の層厚さｄ１_i 、ｄ２_iが次式を満足する
   ｄ２_i／ｄ１_i＝ｄ２／ｄ１
   （ここでｉは干渉フィルタ（５）の光低屈折層ないし光高屈折層の添字である）
   ことを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
3. 場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタ（５）の光低屈折層の層厚さｄ１_L,i、ｄ２_L,iおよび場所Ｐ１、Ｐ２における干渉フィルタ（５）の光高屈折層の層厚さｄ１_H,i+1、ｄ２_H,i+1が次式を満足する
   （ｄ２_L,i＋ｄ２_H,i+1）／（ｄ１_L,i＋ｄ１_H,i+1）＝ｄ２／ｄ１
   （ここでｉは干渉フィルタ（５）の光低屈折層の添字である）
   ことを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
4. 光低屈折層がＳｉＯ₂層であり、光高屈折層がＴｉＯ₂層であることを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
5. 干渉フィルタ（５）がＦｅ₂Ｏ₃からなる少なくとも１つの吸収層を有していることを特徴とする請求項１記載の白熱電球。
6. 光透過性のランプ球（２）と、このランプ球（２）によって包囲されているフィラメント（３）と、ランプ球（２）に局所的に異なった層厚さの被覆層として配置されている干渉フィルタ（５）とを備えた白熱電球において、干渉フィルタ（５）の層厚さが局所的に変えられており、干渉フィルタ層を設けられたランプ球のフィラメントで照らされるすべての場所が、その色度座標ｘ、ｙがＤＩＮ５０３３に応じた色度図に基づいて、
   ｙ≧−ｘ＋０．９９３、 ｙ≧０．３９８、 ｙ≦０．４２０
   の不等式を満足する光を発生することを特徴とする白熱電球。

Images