电灯和干涉膜制造技术

一种电灯，具有在其中设置了光源（２）的透光灯管（１）。灯管的至少一部分具有使可见光辐射通过而反射红外线辐射的干涉膜（５）。该干涉膜或者具有第一多个ＳｉＯ↓［２］和ＴｉＯ↓［２］的交替层，或者具有第二多个ＳｉＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］和Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］的交替层。通过将相对薄的ＳｉＯ↓［２］隔层插入到ＴｉＯ↓［２］层中使第一多个交替层中的ＴｉＯ↓［２］层的几何厚度最多为７５ｎｍ，ＳｉＯ↓［２］隔层的几何厚度至少为１ｎｍ且最多为７．５ｎｍ。通过将相对薄的Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］隔层插入到ＴｉＯ↓［２］层中使第二多个交替层中的ＴｉＯ↓［２］层的几何厚度最多为２５ｎｍ，Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］隔层的几何厚度至少为１ｎｍ且最多为５ｎｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括透光灯管的电灯，在该灯管中设置光源及使可见光辐射通过而反射红外线辐射的干涉膜。该干涉膜包括多个作为高折射率材料的氧化钛层和作为低折射率材料的氧化硅层。本专利技术还涉及一种用在电灯内的干涉膜。
技术介绍
包括具有不同折射率的两种或多种材料的交替层的薄膜光学干涉涂层，也被称为干涉滤光片，在现有技术中众所周知。用这种干涉膜或涂层选择性反射和/或透射来自电磁光谱的不同部分中的光辐射，诸如紫外线、可见光和红外线(IR)辐射。在照明行业中用这些干涉膜来涂覆反光镜和灯泡。已经发现这些薄膜光学涂层在其中有用的一个应用在于，在透射灯丝或电弧所发射的电磁光谱的可见光部分的同时，通过反射灯丝或灯丝后面的电弧或电弧所发射的红外线(IR)辐射来提高白炽灯和弧光灯的发光效率或功效。这降低了需要提供给灯丝或电弧以保持其工作温度的电能总量。在其它需要透射IR辐射的灯应用中，这种滤光片可以反射灯丝或电弧所发射的光谱中诸如紫外线和可见光部分的较短波长部分，并主要透射红外线部分以提供具有少量或没有可见光辐射的热辐射。已经利用诸如氧化钛(二氧化钛，TiO2，对于金红石TiO2n＝2.7)、氧化铌(五氧化二铌，Nb2O5，n＝2.35)、氧化锆(氧化锆，n＝2.3)、氧化钽(五氧化二钽，Ta2O5，n＝2.2)和氧化硅(二氧化硅，SiO2，n＝2.3)，其中氧化硅是低折射率材料而氧化钛、氧化铌、氧化锆、或氧化钽是高折射率材料(在波长λ＝550nm处给出各个折射率的值)的难熔金属氧化物的交替层制备了也被称为光学涂层或光学(干涉)滤光片的光学干涉膜，其被用在将干涉膜暴露于超过500℃的高温的应用中。在卤素灯应用中，将这些干涉膜涂覆在含有光源(灯丝或电弧)的石英灯管外表面上。外表面以及干涉膜可以达到800℃到900℃范围内的工作温度。通过使用蒸发或(反应)溅射技术以及通过化学气相沉积(CVD)和低压化学气相沉积(LPCVD)工艺来涂覆干涉膜或涂层。通常这些沉积技术产生趋向于破裂及严重限制滤光片设计的相对厚的层。在较高温度下高折射率层材料的相稳定性、氧化态和与石英基底的热膨胀错配是人们所关心的问题。由于热错配，其中的变化会引起例如干涉膜的层离，或会导致干涉膜中光散射和/或光吸收的不期望的程度。通常在相对接近室温的温度(典型温度低于250℃)下沉积高折射率材料并沉积为非晶或微晶层。通常，在电灯的使用期间(典型期间为几千小时)内，大多数高折射率层在例如550℃以上的温度下发生结晶化。结晶化包括会通过光散射干扰涂层的光学透明度的晶粒生长。另外，必须既要在(物理)层沉积工艺期间，又要在高温下的灯工作期间注意不能让高折射率层材料变得缺氧，因为这通常导致不期望的光吸收。目前许多公司使用包括氧化钛和氧化硅的光学多层干涉膜，尤其是在冷镜反光器上和在工作温度低于约650℃的小型低瓦数卤素灯上。已知在700℃以上这些干涉膜趋于变得混浊(散射)。由于成本的原因，优选使用基于氧化钛和氧化硅的红外线(IR)反射干涉膜，因为各个层材料的折射率的相对大的差异使得可以在滤光片设计中使用相对少的层以及使实现充分的IR反射的膜叠层的总厚度更薄，在干涉膜的沉积期间需要更少的时间。然而，虽然通常将在550nm处具有折射率n＝2.3的TiO2用于低温卤素灯，但是由于上述的当将TiO2/SiO2干涉膜暴露于超过700℃的温度时存在的散射、吸收和/或涂层破裂/层离的问题，直到现在还没有将在高温(例如卤素)电灯上的高折射率TiO2/SiO2IR反射多层干涉膜商业化。在这个温度范围附近和这个温度以上，发生从非晶向晶体和/或不同结晶相尤其是众所周知的锐钛矿型和金红石型微晶之间的内部相变，产生散射微晶并且导致体积变化。另外，这些转变影响多层叠层所经受的取决于温度的机械应力，这随后会导致层破裂和/或层离。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有使可见光辐射通过而反射IR辐射的干涉膜的在开始段落中所描述的类型的电灯，该干涉膜包括作为高折射率材料的氧化钛层和作为低折射率材料的氧化硅层，所述干涉膜在高温下显示出改进的性能。根据本专利技术，通过包括下述方面的电灯实现这个目的透光灯管，在其中设置光源，灯管的至少一部分设置有使可见光辐射通过而反射IR辐射的干涉膜，该干涉膜或者包括第一多个氧化硅和氧化钛的交替层或者包括第二多个氧化硅、氧化钛和氧化钽的交替层，通过将相对薄的氧化硅隔层插入到氧化钛层中使在第一多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为75nm，氧化硅隔层的几何厚度至少为1nm而最多为7.5nm，通过将相对薄的氧化钽隔层插入到氧化钛层中使在第二多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为25nm，氧化钽隔层的几何厚度至少为1nm而最多为5nm。通过将相对薄的氧化硅层或相对薄的氧化钽层引入到氧化钛层中，获得了热稳定的高折射率氧化钛层。按照这种方式制成纳米叠层，其非常适于作为在相对高的温度(700℃以上)下工作的光学干涉膜中的高折射率材料。具有包含有限厚度的作为高折射率材料的氧化钛层的干涉膜且具有插入到氧化钛层中的氧化硅或氧化钽薄层的电灯在高温下显示出改进的性能。根据本专利技术，通过将相对薄的氧化硅层或相对薄的氧化钽层引入到氧化钛层中阻碍了氧化钛层中金红石型微晶的生长。另外，专利技术者发现在锐钛矿和金红石的适当混合下冻结了由锐钛矿向金红石的相变。在已知的包括氧化钛的干涉膜中，在高温下趋于生长相对大的晶粒。已知在干涉膜内这些晶粒的尺寸受氧化钛层的厚度的限制，并且当在层平面中观察时通常不超过氧化钛层厚度的二或三倍。在已知的使用氧化钛层作为高折射率材料的干涉膜中，观察到80nm以上的晶粒尺寸，由于光散射引起了干涉膜的可见光减少。另外，在已知的具有氧化钛作为高折射率材料的干涉膜中，在高温(大约550℃以上)下锐钛矿相向金红石相转变，导致氧化钛层的密度增加。在高温(大约700℃以上)下在已知的氧化钛层中金红石晶体的过度生长扰乱干涉膜的规则结构并引起不期望的光散射。通过将氧化钛层封装在相对薄的氧化硅层之间或相对薄的氧化钽层之间并限制单个氧化钛层的厚度，获得了具有极好的和期望的高温性能的稳定氧化钛层。在具有第一多个交替层的干涉膜中，氧化钛层具有最多75nm的几何厚度，同时将具有1nm到大约7.5nm范围内的几何厚度的氧化硅隔层插入到氧化钛层中。在具有第二多个交替层的干涉膜中，氧化钛层具有最多25nm的几何厚度，同时将具有1nm到大约5nm范围内的几何厚度的氧化钽隔层插入到氧化钛层中。因为隔层影响(降低)包括高折射率材料的纳米叠层的有效折射率，所以隔层应该优选具有相对小的厚度。为此，根据本专利技术的电灯的优选实施例的特征在于，第一多个交替层中的氧化钛层具有最多50nm的几何厚度而氧化硅隔层具有从大约3nm到大约5nm范围内的几何厚度。根据本专利技术的电灯的另一优选实施例的特征在于第二多个交替层中的氧化钛层具有最多15nm的几何厚度而氧化钽隔层具有小于或等于大约3nm的几何厚度。如果氧化钛层具有小于或等于大约15nm的几何厚度，那么可以很大程度上防止层的表面粗糙。另外，氧化钛晶粒不会再穿破隔层。由于引入到氧化钛层中的这些相对薄的隔层，纳米叠层仍然具有非常高的“平均”折射率。实验已经表明，当在800℃保持70小时的时候这样的干涉膜保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电灯，包括：在其中设置了光源（２）的透光灯管（１），灯管（１）的至少一部分具有使可见光辐射通过而反射红外线辐射的干涉膜（５），干涉膜（５）包括第一多个氧化硅和氧化钛的交替层或者包括第二多个氧化硅、氧化钛和氧化钽的交替层，通过将相对薄的氧化硅隔层插入到氧化钛层中使第一多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为７５ｎｍ，氧化硅隔层的几何厚度至少为１ｎｍ且最多为７．５ｎｍ，通过将相对薄的氧化钽隔层插入到氧化钛层中使第二多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为２５ｎｍ，氧化钽隔层的几何厚度至少为１ｎｍ且最多为５ｎｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-9-6 04104276.31.一种电灯，包括在其中设置了光源(2)的透光灯管(1)，灯管(1)的至少一部分具有使可见光辐射通过而反射红外线辐射的干涉膜(5)，干涉膜(5)包括第一多个氧化硅和氧化钛的交替层或者包括第二多个氧化硅、氧化钛和氧化钽的交替层，通过将相对薄的氧化硅隔层插入到氧化钛层中使第一多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为75nm，氧化硅隔层的几何厚度至少为1nm且最多为7.5nm，通过将相对薄的氧化钽隔层插入到氧化钛层中使第二多个交替层中的氧化钛层的几何厚度最多为25nm，氧化钽隔层的几何厚度至少为1nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：M范格鲁特尔，H范斯普朗，J马拉，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]