[发明专利]具有光学干涉滤光器的电灯

说明书

本发明涉及电灯，该电灯包括：以真空气密方式密封的灯室，

设置于灯室中并延伸过灯室与电流供给导体连接的电元件(electrical element)，和在灯室上的干涉滤光器，所述干涉滤光器包括交替的第一和第二层。

在用于反射红外辐射的干涉滤光器中，第一层有较低的折射率，例如二氧化硅，第二层有较高的折射率，例如氧化钽或氧化铌。

众所周知具有不同折射率的两种或更多种材料交替层的干涉滤光器。这种干涉滤光器用于透射某些辐射波长和反射其它的波长。通过将由电元件透射的红外辐射向后反射回到电元件同时透射可见光，这种干涉滤光器可用于提高白炽灯或放电灯的发光效率或发光功效，其中该电元件可以是灯丝或气体放电。这降低了维持灯丝工作温度所需要的电功率大小。

用难熔金属氧化物的交替层构成其中干涉滤光器将暴露于高温下的这种(灯)应用中的干涉滤光器，所述难熔金属氧化物例如是二氧化硅(SiO₂)和氧化钽(Ta₂O₅)与氧化铌(Nb₂O₅)中之一。二氧化硅是低折射率材料(n＝1.46)，而氧化钽(n＝2.13)或氧化铌(n＝2.35)是高折射率材料。在这种灯的应用中，干涉滤光器应用于其内包含灯丝或电弧的玻璃质灯外壳的外表面上并经常达到高达900℃的工作温度。这些干涉滤光器通常应用化学汽相淀积(CVD)和低压化学汽相淀积(LPCVD)法或反应溅射进行涂敷。

Martin等人的美国专利4663557披露了一种适用于高温气氛的具有SiO₂和Ta₂O₅的交替层的干涉滤光器。可是，Ta₂O₅面临的问题是在超过800℃的温度下会结晶成为多晶形式，这引起干涉滤光器散射透射光并反射辐射。

Kuus的美国专利4734614披露了一种带有SiO₂和Nb₂O₅的干涉滤光器的卤素灯，其目的在于克服有SiO₂/Ta₂O₅干涉滤光器时所存在的散射和高温问题。这些干涉滤光器成功地用于60w硬质玻璃卤素灯上，该卤素灯工作在500℃下并且放置于具有未气密密封的透镜的反射器中。可是，100w卤素灯工作在高温下并要求石英玻璃灯室在气密性密封的惰性气体气氛中以保护夹封区不被氧化。

氧化铌涂层的缺点是当在惰性气氛中工作时，例如在用火焰密封法气密密封反射器的灯中，这种涂层会变黑。显然该吸收特性是由于氧化铌的减少，从而它低于理想配比(substoichiometric)并因此不透明。氧化钽出现该问题的可能性极小，但钽溅射靶有其价格为铌价格两倍那样昂贵的缺点，此外，氧化铌的折射率高于氧化钽的折射率(2.23比2.14)，这可导致涂层较薄或较高的效率。

鉴于此，期望有氧化钽的优点，例如在惰性气氛中有有限地吸收，和有氧化铌的优点，例如没有高温散射、较低成本和高折射率。

本发明的目的在于提供一种可克服上述缺点的开篇中所述的那种类型的电灯。

按照本发明，用开篇中所述的那种类型的电灯可实现该目的，其中该灯包括基本上由SiO₂构成的所述第一层，和基本上由Nb₂O₅和Ta₂O₅的混合物构成的第二层，所述混合物含有至少20wt％的Nb₂O₅。当混合物中氧化铌少于38wt％时，发现该层在惰性气氛中没有吸收性。当第二层中的氧化铌超过38wt％时，发现分氧压力将防止变黑。对于3000小时的灯寿命来说，100w的灯不会变黑，在38wt％的氧化铌时最小氧压力应该为0.10乇，在100wt％的氧化铌时该最小值应该按直线状半对数线增加到9.8乇。

按照本发明的混合物可获得在惰性或基本上为惰性气氛中100w灯中氧化铌的优点，惰性或基本为惰性气氛是防止密封中的钼箔氧化所需要的。如果密封失效，那么灯丝迅速氧化，从而灯失效。

图1是按照本发明其中有带干涉滤光器的灯室的灯壳的剖面图；

图2是观察的变黑时间与混合物中Nb₂O₅的百分率之间关系的曲线图；

图3最小氧压力与混合物中Nb₂O₅的百分率之间关系的半对数曲线；