NO118500B

NO118500B -

Info

Publication number: NO118500B
Application number: NO165531A
Authority: NO
Inventors: R Groth
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1965-11-13
Filing date: 1966-11-10
Publication date: 1970-01-05
Also published as: AT263938B; US3400288A; DK120348B; BE689623A; CH460948A; ES333267A1; DE1260627B; FR1503022A; NL155128B; NL6615717A; GB1140613A

Description

Natriumdamputladningslampe. Sodium vapor discharge lamp.

Foreliggende oppfinnelse angår en natriumdamputladningslampe med en gjennomsiktig hylse, som fortrinnsvis på den side som vender inn mot utladningsrøret, er belagt med et lag som transmiterer natriumlys og reflekterer infrarød bestråling. The present invention relates to a sodium vapor discharge lamp with a transparent sleeve, which is preferably coated on the side facing the discharge tube with a layer that transmits sodium light and reflects infrared radiation.

Lyseffekten av natriumdamputladningslamper kan bedres ved The light effect of sodium vapor discharge lamps can be improved by

å bruke selektivt reflekterende lag. Bruken av tynne metall-lag såvel som tinndioksydlag for dette formål er allerede kjent. to use selectively reflective layers. The use of thin metal layers as well as tin dioxide layers for this purpose is already known.

Met et gull-lag med en tykkelse på ca. 150 Å er det f.eks. mulig å øke lyseffekten av en natriumdamputladningslampe med ca. 20% sammenlignet med en lampe uten et infrarødt-reflekterende lag. Denne høye lysrefleks i luraen pr. watt oppnås bare imidlertid, hvis elektrisitetstilførselen til lampen reduseres til ca. 1/4 i forhold til en natriumdamplampe uten et gull-lag. Som et resultat av dette synker fluxen til ca. 1/3. Dette fall i lysfluxen har to årsaker. På grunn av den forbedrede varmeisolasjon er det tilstrekkelig med en mindre strømstyrke for å oppnå optimum driftstemperatur i utlad-ningsrøret, noe som imidlertid resulterer i at eksiteringstettheten, dvs. den mengde elektroner som eksiterer Na-atomene, blir mindre. Dessuten får man større lystap på grunn av absorpsjonen og reflek-sjonen av gullfilteret. Met a gold layer with a thickness of approx. 150 Å is it e.g. possible to increase the light output of a sodium vapor discharge lamp by approx. 20% compared to a lamp without an infrared-reflective layer. This high light reflex in the lure per watts is only achieved, however, if the electricity supply to the lamp is reduced to approx. 1/4 compared to a sodium vapor lamp without a gold layer. As a result of this, the flux drops to approx. 1/3. This drop in light flux has two causes. Due to the improved thermal insulation, a smaller amperage is sufficient to achieve the optimum operating temperature in the discharge tube, which, however, results in the excitation density, i.e. the amount of electrons that excite the Na atoms, becoming smaller. In addition, there is greater light loss due to the absorption and reflection of the gold filter.

Man kan imidlertid oppnå en forbedring i så henseende ved å bruke et tinndioksydlag i stedet for et gull-lag. However, an improvement in this respect can be achieved by using a tin dioxide layer instead of a gold layer.

Skjønt refleksjonsstyrken i tinndioksyd for bølger hvis bølgelengde overstiger 4/um»som utgjør den vesentligste del for varmestrålingen fra natriumdamputladningslamper, er mindre enn i et gull-lag, så ertLnndioksydfilterets permeabilitet ikke desto mindre så mye høyere at både lysmengden og lyseffekten er større enn i en lampe med et gull-lag. Although the reflection strength in tin dioxide for waves whose wavelength exceeds 4 µm, which constitutes the most significant part of the heat radiation from sodium vapor discharge lamps, is less than in a gold layer, the permeability of the tin dioxide filter is nevertheless so much higher that both the amount of light and the light effect are greater than in a lamp with a gold layer.

Som kjent oppnår man selektiv refleksjonsevne for høy-dopede semiledende lad i det infrarøde spektrum ved å variere mot-takeligheten i krystallgitteret som et resultat av en høy konsentra-sjon av frie ladningsbærere. Hvis man ønsker høy refleksjonsevne i det infrarøde området, så må på basis av teoretiske betraktninger, konsentrasjonen av frie ladningsbærere overstige 10 po /cm-Q', og mobiliteten av nevnte bærere må være så stor som mulig. As is known, selective reflectivity for highly doped semiconducting charges in the infrared spectrum is achieved by varying the receptivity in the crystal lattice as a result of a high concentration of free charge carriers. If one wants high reflectivity in the infrared range, then on the basis of theoretical considerations, the concentration of free charge carriers must exceed 10 po /cm-Q', and the mobility of said carriers must be as large as possible.

Fremstillingen av tynne metallok.sydlag på glass ved hjelp av varmedekomponering av egnede metallforbindelser, har vært kjent i meget lang tid. Vanl^gris anvender man den såkalte forstøvnings-metode. I denne fremgangsmåte forstøves metallforbindelsen sammen med et egnet løsningsmiddel ved hjelp av en dyse, og denne blanding blåses mot den varme glassplate i form av en fin tåke, hvorpå det skjer en omdanning til metalloksyd. The production of thin metal oxide layers on glass by thermal decomposition of suitable metal compounds has been known for a very long time. Water pigs use the so-called atomization method. In this method, the metal compound is atomized together with a suitable solvent by means of a nozzle, and this mixture is blown towards the hot glass plate in the form of a fine mist, after which a transformation into metal oxide takes place.

En ulempe ved disse kjente fremgangsmåter er at de tinndioksydlag som fremstilles, er vanskelig å reprodusere med hensyn til sine optiske og elektriske egenskaper. Refleksjonsevnen i det infrarøde spektrum (" K - 8^um) svinger f.eks. mellom 45 og Q0%. Når det gjelder mobiliteten på de frie ladningsbærere har man funnet verdier mellom 3°g 15 cm /volt/sek. De elektriske og optiske egenskaper i tinndioksydlag er meget vanskelig å reprodusere, ettersom de er meget avhengige av den temperatur ved hvilken oksydet dannes. Ved de normale forstøvningsmetoder blir glassplatene be tydelig avkjølt under sprøytingen på grunn av kald luft som trekkes inn mot glasset. Når tykkelsen av laget øker, blir den spesifikke ledningsevne derfor dårligere. Med slike inhomogene lag får man ingen reproduserbare resultater, og man kan følgelig heller ikke vente å få gode refleksjonsfiltre. Ved fremstillingen av tinndioksydlag har man derfor utført mange relativt kortvarige påsprøytninger slik at bæreplatene ikke blir for sterkt avkjølt og kan oppvarmes igjen i pausene mellom påsprøytningene. Man kan videre oppvarme forstøvningsblandingen på forhånd eller kombinere de to forannevnte fremgangsmåt er. A disadvantage of these known methods is that the tin dioxide layers that are produced are difficult to reproduce with regard to their optical and electrical properties. The reflectivity in the infrared spectrum ("K - 8^um) fluctuates, for example, between 45 and Q0%. When it comes to the mobility of the free charge carriers, values between 3°g and 15 cm /volt/sec have been found. The electrical and optical properties in tin dioxide layers are very difficult to reproduce, as they are very dependent on the temperature at which the oxide is formed. In the normal sputtering methods, the glass plates are clearly cooled during spraying due to cold air being drawn in against the glass. As the thickness of the layer increases , the specific conductivity is therefore poorer. With such inhomogeneous layers, you do not get reproducible results, and consequently you cannot expect to get good reflection filters either. In the production of tin dioxide layers, many relatively short-term sprayings have therefore been carried out so that the carrier plates are not cooled too much and can be reheated in the breaks between sprayings.You can further heat the spray mixture in advance or combine the two for mentioned procedure is.

Man har nå funnet at nevnte ulemper i betydelig grad kan reduseres ved fremstillingen av varme refleksjonsfiltre ved hjelp av indiumoksyd. Indiumoksydlagene har videre en høyere refleksjonsevne i det infrarøde spektrum og en høyere permeabilitet for natriumlys enn tinndioksyd (SnOg). It has now been found that said disadvantages can be reduced to a considerable extent by the production of warm reflection filters using indium oxide. The indium oxide layers also have a higher reflectivity in the infrared spectrum and a higher permeability to sodium light than tin dioxide (SnOg).

Oppfinnelsen vedrører en natriumdamputladningslampe bestående av et utladningsrør som er omgitt av en for den i utladnings-røret dannede natriumdampstråling gjennomtrengelige hylse, hvilken hylse fortrinnsvis på den til utladningsrøret motvendte side er overtrukket med et sjikt som likeledes er gjennomtrengelig for natriumdampstråling og reflekterer ultrarødstråling,karakterisert vedat, sjiktet i det vesentlige består av med 1,5 til 3»7atomprosent tinn og/eller fluor dopet indiumoksyd (IngO^) hvilket sjikt har en tykkelse mellom 0,2 og 0,5 yum. The invention relates to a sodium vapor discharge lamp consisting of a discharge tube which is surrounded by a sleeve permeable to the sodium vapor radiation formed in the discharge tube, which sleeve is preferably coated on the side opposite to the discharge tube with a layer which is also permeable to sodium vapor radiation and reflects ultraviolet radiation, characterized in that , the layer essentially consists of indium oxide (IngO^) doped with 1.5 to 3.7 atomic percent tin and/or fluorine, which layer has a thickness of between 0.2 and 0.5 µm.

Man har videre funnet at i motsetning til fremstilling av lag fra tinndioksyd, så er det ikke nødvendig for dette formål å ta spesielle forholdsregler for å oppnå reproduserbare lag med god refleksjonsevne. It has further been found that, in contrast to the production of layers from tin dioxide, it is not necessary for this purpose to take special precautions in order to obtain reproducible layers with good reflectivity.

Man har funnet at ledningsevnen og refleksjonsevnen for infrarødt lys for indiumoksydlag ved fremstillingstemperaturer på over 400°C så og si er uavhengig av fremstillingtemperaturen. Dette er en betydelig fordel ved et indiumoksydlag i forhold til tinndioksydlag, hvor refleksjonsevnen og ledningsevnen varierer betydelig med fremstillingstemperaturen. It has been found that the conductivity and reflectivity for infrared light for indium oxide layers at manufacturing temperatures of over 400°C are so to speak independent of the manufacturing temperature. This is a significant advantage of an indium oxide layer compared to a tin dioxide layer, where the reflectivity and conductivity vary significantly with the manufacturing temperature.

For at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås vil det In order for the invention to be easier to understand, it will

nå bli beskrevet i større detalj ved hjelp av et eksempel med henvisning til vedlagte tegninger hvor: now be described in greater detail by means of an example with reference to the attached drawings where:

Fig. 1 viser refleksjonskurver, og Fig. 1 shows reflection curves, and

Fig. 2 viser en natriumdamplampe. Fig. 2 shows a sodium vapor lamp.

Fig. 1 viser refleksjonsevnen overfor infrarød stråling for to IngO^-lag (kurven 1 og 2) og to SnOg-lag (kurvene 3 og 4) med samme tykkelse. In20^-lagene ble fremstilt ved en temperatur på 500°C (kurve 1) og 400°C (kurve 2) på bæreplaten. Sn02-lagene ble på samme måte fremstilt ved 500°C (kurve 3) og 400°C (kurve 4)«Fig. 1 shows the reflectivity to infrared radiation for two IngO^ layers (curves 1 and 2) and two SnOg layers (curves 3 and 4) with the same thickness. The In20^ layers were produced at a temperature of 500°C (curve 1) and 400°C (curve 2) on the carrier plate. The SnO2 layers were produced in the same way at 500°C (curve 3) and 400°C (curve 4)«

Ved fremstillingen av lagene ble en løsning av en indium-forbindelse forstøvet ved hjelp av en dyse, og den forstøvede blandir ble i kald tilstand blåst inn mot en varm glassplate. Glassplatens temperatur bør være høyere enn 4nn°C og fortrinnsvis mellom 4nn°C og mykningstemperaturen fir glasset. Hvis man anvender vandige løsninger, så oppnår man vanligvis bare mørke lag som ikke har noen interesse som filtre. Fullstendig klare lag oppnår man derimot hvis man anvender organiske løsningsmidler, f.eks. butylacetat og butanol. Indiumforbindelser som kan brukes er f.eks. InCl^og andre halogenid< av indium. During the production of the layers, a solution of an indium compound was atomized by means of a nozzle, and the atomized mixture was blown in a cold state against a hot glass plate. The temperature of the glass plate should be higher than 4nn°C and preferably between 4nn°C and the softening temperature of the glass. If you use aqueous solutions, you usually only get dark layers that are of no interest as filters. On the other hand, completely clear layers are achieved if organic solvents are used, e.g. butyl acetate and butanol. Indium compounds that can be used are e.g. InCl^and other halide< of indium.

For å få høy refleksjonsevne i det infrarøde spektrum, To obtain high reflectivity in the infrared spectrum,

så er det nødvendig at ledningsevnen i lag av denne type er så høy som mulig. Den bør minst være større enn ca. 2 x ^cm"^". Hvis man bare anvender indiumforbindelser, så kan disse ledningsevner ikke oppnås. Ledningsevnen hvis man bare anvender InClq, blir f.eks. then it is necessary that the conductivity in layers of this type is as high as possible. It should at least be larger than approx. 2 x ^cm"^". If only indium compounds are used, these conductivities cannot be achieved. The conductivity if only InClq is used, e.g.

2/-rl -1 ^ 2/-rl -1 ^

bare 2 x 10 il cm . Ledningsevnen og følgelig refleksjonsevnen kan økes betydelig hvis spesielle dopingsforbindelser tilsettes ut-gangsløsningen. De beste resultater oppnås ved Sn-doping (i form av SnCl^) og F-doping (i form av en løselig fluorforbindelse som f.eks. HF). Man har da oppnådd ledningsevne på opptil 4»2x lO-^ir^cnT^. only 2 x 10 il cm . The conductivity and consequently the reflectivity can be increased significantly if special doping compounds are added to the starting solution. The best results are obtained with Sn-doping (in the form of SnCl^) and F-doping (in the form of a soluble fluorine compound such as HF). Conductivity of up to 4»2x lO-^ir^cnT^ has then been achieved.

Undersøkelser med hensyn til lag med forskjellig tykkelse har vist seg at når lagtykkelsen øker utover 0,5/um, så blir laget mørkt, noe som igjen reduserer permeabiliteten for natriumlys. Lag med en tykkelse på under ca. 0,5/um har absolutt ingen absorpsjon for natriumlys og dets permeabilitet blir bare modifisert ved inter-ferenseffekter. Lagtykkelsan velges derfor slik at man akkurat for natriumlys får en maksimal permeabilitet. Man har imidlertidflinnet at ved tynne lag under ca. 0,20<y>um så avtar refleksjonsevnen betydelig. Spesielt gode resultater oppnås ved en lagtykkelse på ca. 0,31/um og ca. 0,46/um henholdsvis. Med begge disse lagtykkelser oppnås en permeabilitet på ^ Vf> for natriumlys (\ ca. 0,59/um) Investigations with regard to layers of different thicknesses have shown that when the layer thickness increases beyond 0.5 µm, the layer becomes dark, which in turn reduces the permeability to sodium light. Layers with a thickness of less than approx. 0.5 µm has absolutely no absorption for sodium light and its permeability is only modified by interference effects. The layer thickness is therefore chosen so that you get maximum permeability just for sodium light. However, it has been found that with thin layers below approx. 0.20<y>um then the reflectivity decreases significantly. Particularly good results are achieved with a layer thickness of approx. 0.31/um and approx. 0.46/um respectively. With both of these layer thicknesses, a permeability of ^ Vf> is achieved for sodium light (\ approx. 0.59/um)

(permeabiliteten i glassplaten uten lag er ca. 91-92%). (the permeability in the glass plate without a layer is approx. 91-92%).

Refleksjonsevnen i det infrarøde spektrum for et lag på 0,31/um er i alt vesentlig det samme som for et lag på 0,46/um. Begge lag har en refleksjonsevne på ca. ^ 0% ved A = 10/um. Et tinndioksydlag med en tykkelse på 0,32/um fremstilt ved optimale betingelser har en permeabilitet på 89% for natriumlys og en infrarød-refleksjonsevne på Q0%. The reflectivity in the infrared spectrum for a layer of 0.31/um is essentially the same as for a layer of 0.46/um. Both layers have a reflectivity of approx. ^ 0% at A = 10/um. A tin dioxide layer with a thickness of 0.32 µm prepared under optimal conditions has a permeability of 89% to sodium light and an infrared reflectance of Q0%.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i større detalj med henvisning til de følgende eksempler og tabeller. The invention will now be described in greater detail with reference to the following examples and tables.

Eksempel. Example.

Det ble fremstilt lag ved å sprøyte en løsning av InCl^Layers were prepared by spraying a solution of InCl^

i butylacetat, inneholdende 40 g Inøl^pr."liter butylacetat samt en respektiv mengde av SnCl^slik det er vist i tabell 1. Lagtykkelsen var 0,32^um. Tabellen viser overflatemotstanden Rpi ohm pr. flateenhet, den elektriske ledningsevne T i ohm~^cm~\ konsentrasjonen av frie ladningsbærere N (pr. cm^) samt deres halv-mobilitet yu i cm^/volt/sek. i overensstemmelse med Sn-tilsetningen som er angitt i atomprosent relativt til indium og som ble beregnet ut fra den tilsatte mengde av SnCl.. in butyl acetate, containing 40 g of Inol^ per liter of butyl acetate as well as a respective amount of SnCl^ as shown in table 1. The layer thickness was 0.32 µm. The table shows the surface resistance Rpi ohms per unit area, the electrical conductivity T i ohm~^cm~\ the concentration of free charge carriers N (per cm^) as well as their half-mobility yu in cm^/volt/sec in accordance with the Sn addition which is stated in atomic percent relative to indium and which was calculated from the added amount of SnCl..

Det fremgår fra tabellen at overflatemotstanden Rq avtar med økende Sn-tilsetning og når et minimum ved ca. 2,3 atomprosent. Videre kan man se at konsentrasjonen av frie ladningsbærere N øker når Sn-tilsetningen øker. Med høye tilsetninger avtar imidlertid mobiliteten igjen, slik at ledningsevnen har et maksimum ved ca. 2,3 atomprosent Sn-tilsetning. Tilsetninger i dette område er følgelig best for å oppnå optimum ledningsevne og høy infrarød-refleksjonsevne. I det tilfelle man anvender doping med fluor oppnås optimum resultater med tilsetninger på ca. 2 atomprosent relativt til indium. It appears from the table that the surface resistance Rq decreases with increasing Sn addition and reaches a minimum at approx. 2.3 atomic percent. Furthermore, it can be seen that the concentration of free charge carriers N increases when the addition of Sn increases. With high additions, however, the mobility decreases again, so that the conductivity has a maximum at approx. 2.3 atomic percent Sn addition. Additions in this range are therefore best for achieving optimum conductivity and high infrared reflectivity. In the event that doping with fluorine is used, optimum results are achieved with additions of approx. 2 atomic percent relative to indium.

Fig. 2 viser et partielt tverrsnitt gjennom en natriura-damputladningslampe. Fig. 2 shows a partial cross-section through a sodium urea vapor discharge lamp.

Utladningsrøret 1 er omgitt av et ytre glassrør 4 som er evakuert og innbefatter lampeholderne 2 og 3« Utladningsrøret innbefatter to elektroder 5 og 6 og inneholder foruten den nødvendige mengde natriummetall, neongass med en svak tilstoing av argon. The discharge tube 1 is surrounded by an outer glass tube 4 which is evacuated and includes the lamp holders 2 and 3. The discharge tube includes two electrodes 5 and 6 and contains, in addition to the required amount of sodium metal, neon gas with a slight admixture of argon.

Tre lamper hvis indre geometriske forhold var samme, ble sammenlignet med hverandre.0I lampe 1 var det ytre glassrør 4 på innersiden dekket med et gull-lag hvis tykkelse var 0,015/um. I lampe II var det ytre glassrør 4 på innersiden dekket med et tinndioksydlag, hvis tykkelse var 0,32 /ura. Laget inneholdt ca. 2 atomprosent F relativt til tinnmengden som en doping. I lampe III var det ytre glassrør 4P&innersiden dekket med et indiumoksydlag hvis tykkelse var 0,31 yum. Laget inneholdt 2,3 atomprosent Sn relativt til indiuramengden som en doping. Three lamps whose internal geometrical conditions were the same were compared with each other. In lamp 1, the outer glass tube 4 was on the inside covered with a gold layer whose thickness was 0.015 µm. In lamp II, the outer glass tube 4 was covered on the inner side with a layer of tin dioxide, the thickness of which was 0.32 µm. The team contained approx. 2 atomic percent F relative to the amount of tin as a doping. In lamp III, the outer glass tube was 4P& the inner side was covered with an indium oxide layer whose thickness was 0.31 µm. The layer contained 2.3 atomic percent Sn relative to the amount of indiura as a doping.

De oppnådde resultater er vist i tabell 2. The results obtained are shown in table 2.

1. Natriumdamputladningslampe bestående av et utladningsrør som er omgitt av en for den i utladningsrøret dannede natriumdampstråling gjennomtrengelige hylse, hvilken hylse fortrinnsvis på den mot utladningsrøret vendte side er overtrukket med et sjikt som likeledes er gjennomtrengelig for natriumdampstråling og reflekterer ultrarødstråling,karakterisert vedat sjiktet i det vesentlige består av med 1,5 til 3»7atomprosent tinn og/eller fluor dopet indiumoksyd (In^O^), hvilket sjikt har en tykkelse mellom 0,2 og 0,5/um. 2. Natriumdamputladningslampe ifølge krav 1,karakterisert vedat lagtykkelsen er ca. 0,31/um eller 0,46/um. 1. Sodium vapor discharge lamp consisting of a discharge tube which is surrounded by a sleeve permeable to the sodium vapor radiation formed in the discharge tube, which sleeve is preferably coated on the side facing the discharge tube with a layer which is also permeable to sodium vapor radiation and reflects ultraviolet radiation, characterized in that the layer in the essentially consists of indium oxide (In^O^) doped with 1.5 to 3.7 atomic percent tin and/or fluorine, which layer has a thickness of between 0.2 and 0.5 µm. 2. Sodium vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the layer thickness is approx. 0.31/um or 0.46/um.