NO118500B - - Google Patents

Description

Natriumdamputladningslampe.

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.

Lyseffekten av natriumdamputladningslamper kan bedres ved

å bruke selektivt reflekterende lag. Bruken av tynne metall-lag såvel som tinndioksydlag for dette formål er allerede kjent.

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.

Man kan imidlertid oppnå en forbedring i så henseende ved å bruke et tinndioksydlag i stedet for et gull-lag.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

For at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås vil det

nå bli beskrevet i større detalj ved hjelp av et eksempel med henvisning til vedlagte tegninger hvor:

Fig. 1 viser refleksjonskurver, og

Fig. 2 viser en natriumdamplampe.

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)«

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.

For å få høy refleksjonsevne i det infrarøde spektrum,

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.

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^.

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)

(permeabiliteten i glassplaten uten lag er ca. 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%.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i større detalj med henvisning til de følgende eksempler og tabeller.

Eksempel.

Det ble fremstilt lag ved å sprøyte en løsning av 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..

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.

Fig. 2 viser et partielt tverrsnitt gjennom en natriura-damputladningslampe.

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.

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.

De oppnådde resultater er vist i tabell 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.