專利名稱：高增益涂層與方法
高增益涂層與方法相關(guān)申請本申請是2010年7月20日提交的題為“High Gain Coating and Method”的美國臨時專利申請?zhí)?1/366，110的非臨時申請，并與其共同未決且要求其優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全文經(jīng)此引用并入本文。
背景技術(shù)：
本主題的實施方案通常涉及用于多種用途，例如但不限于鹵素白熾(HIR)燈等等的多層反射涂層。本領(lǐng)域已知的是提供包含兩種或更多種折射指數(shù)不同的材料的交替層的薄膜光學(xué)涂層以涂布反射器和燈殼。此類涂層或膜可用于選擇性反射或透射來自電磁輻射譜的不同部分的光輻射或能量，如紫外、可見和紅外(IR)輻射。術(shù)語輻射和能量在這里可以互換使用，并且這種使用不應(yīng)限制所附權(quán)利要求的范圍。但是，與白熾燈和HIR燈相關(guān)的一個問題是它們相對低的發(fā)光效力，鎢絲發(fā)出的光的大約10至15%在可見光光譜內(nèi)發(fā)射。剩余能量可以在IR能量譜內(nèi)發(fā)射，以熱的形式耗散，通過氣體損耗、末端損耗和導(dǎo)線損耗而耗散。在工業(yè)上，通常在白熾燈上沉積IR反射涂層以便將燈絲或電弧發(fā)射的IR能量反射回?zé)艚z，而透射燈絲所發(fā)射的電磁光譜的可見光部分。這減少了為保持燈絲工作溫度而提供的電能的量，并改善了燈的各自的效力。因此，反射回?zé)艚z的IR能量越多，可通過燈獲得的流明每瓦特(LpW)越高。通常，IR涂層典型地由電介質(zhì)材料的堆疊構(gòu)成。這些材料可以包括交替的高折射指數(shù)和低折射指數(shù)層，并可以使用多種技術(shù)沉積，例如但不限于反應(yīng)濺射法、物理氣相沉積法(PVD)、低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)和電子束沉積法。此類涂層可以沉積在所有類型的白熾燈上，包括但不限于單端和雙端石英鹵素?zé)纛^。此類涂層可用于反射燈絲或電弧發(fā)射的電磁譜的較短波長部分，如紫外和/或可見光部分，并還可用于主要透射該光譜的其它部分以提供幾乎不具有或不具有可見光輻射的熱輻射。評估燈的一般方法是測定以流明(L)為單位的燈的輸出。流明可通過測定由燈輻射的功率并根據(jù)眼睛的光譜靈敏度衡量該功率來測得。例如，不具有涂層、不具有鹵素?zé)纛^(burner)并具有鶴燈絲的典型60瓦A-1ine白熾燈發(fā)射大約900L,提供15流明每瓦特(Lpff)的效力。類似的IOOff的A-1ine燈發(fā)射大約1600L，或16LpW。但是，具有常規(guī)IR涂層和鹵素?zé)纛^的燈可以使用較少的功率發(fā)射相同數(shù)量的流明，由此提供更高的效率。此類燈尤其可用于例如但不限于火炬燈(torchiere lamp)和需要高流明輸出的其它設(shè)備的用途。General Electric的Rolf Bergman已經(jīng)開發(fā)了一種模型以預(yù)測各種涂層與燈設(shè)計在返回到燈絲的能量方面的效力。要理解Bergman模型，可以考慮IR反射膜的幾個特征。術(shù)語反射(reflective)、反射的(reflected)和/或正反射的(reflecting)在本文中可互換使用，并且這種使用不應(yīng)限制所附權(quán)利要求的范圍。例如，混合型白熾燈通常在鹵素?zé)舻耐鈧?cè)上使用濾光器以便將發(fā)射的IR能量反射回?zé)艚z或電弧。反射的IR能量可以被燈絲吸收，這降低了保持燈絲工作溫度所需的電能的量，由此提高的燈的效力。可通過這種方法獲得的效力方面的提升受某些考慮因素的限制，包括幾乎不存在反射100%的IR能量的濾光器，燈殼上的濾光器與燈絲的光耦合可能不完美，以及燈絲可能不會吸收所有反射回該燈絲的IR能量?？紤]到這些因素，Bergman模型研究了同心位于圓柱形燈絲附近的具有反射率R(I)的圓筒形IR反射器。多通道射線追蹤模型可用于測定被燈絲重新吸收的發(fā)射輻射的量，由此提供下列關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種鹵素白熾燈燈頭，包含: 包含發(fā)光室的石英本體； 設(shè)置在所述發(fā)光室中的燈絲；和 在所述室的至少一部分上的多層光學(xué)涂層，所述涂層包含多個低折射指數(shù)材料和高折射指數(shù)材料的層，具有至少9微米的總厚度， 其中所述燈頭的增益為至少1.7。
2.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述高折射指數(shù)材料包含氧化鉭。
3.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述低折射指數(shù)材料包含氧化硅。
4.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層。
5.權(quán)利要求4的燈頭，其中所述燈頭在至少一千小時的工作中以至少40流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
6.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述燈頭在至少五百小時的工作中以至少30流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
7.權(quán)利要求6的燈頭，其中所述燈頭在至少一千小時的工作中以至少30流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
8.權(quán)利要求6的燈頭，其中所述燈頭額定在60瓦特并在至少一千小時的工作中以大約43流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
9.權(quán)利要求1的燈頭，在800納米至1500納米的波長范圍內(nèi)具有至少97的平均反射率。
10.權(quán)利要求1的燈頭，在多種類型的燈中用作光源，所述多種類型的燈選自A-1ine燈、普通照明燈、光譜修飾燈、反光燈、拋物面反光燈、ER/BR燈和火炬燈。
11.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有至少11微米的總厚度，并且其中所述燈頭的增益為至少1.85。
12.權(quán)利要求1的燈頭，構(gòu)成雙端燈頭。
13.權(quán)利要求1的燈頭，構(gòu)成單端燈頭。
14.權(quán)利要求1的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有至少11微米的總厚度。
15.一種鹵素白熾燈燈頭，在其至少一部分上具有紅外反射涂層，所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有大于9微米的總厚度和至少1.7的增益。
16.權(quán)利要求15的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有至少11微米的總厚度和至少1.85的增益。
17.一種鹵素白熾燈燈頭，在其至少一部分上具有紅外反射涂層，所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有大于9微米的總厚度和在800納米至1500納米的波長范圍內(nèi)至少97的平均反射率。
18.權(quán)利要求17的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層并具有至少11微米的總厚度。
19.一種鹵素白熾燈燈頭，在其至少一部分上具有紅外反射涂層，所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層，具有大于9微米的總厚度和在至少五百小時的工作中至少30流明每瓦特的發(fā)光效率。
20.權(quán)利要求19的燈頭，其中所述燈頭在至少一千小時的工作中以至少30流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
21.權(quán)利要求20的燈頭，其中所述燈頭在至少一千小時的工作中以大約43流明每瓦特的發(fā)光效率工作。
22.權(quán)利要求19的燈頭，其中所述涂層包含氧化鉭和氧化硅的交替的層并具有至少11微米的總厚度。
23.改善鹵素白熾燈燈頭的流明每瓦特的方法，包括用總厚度為至少9微米的具有氧化鉭和氧化硅的交替層的多層紅外反射涂層濺射涂布該燈頭的至少一部分。
24.權(quán)利要求23的方法，其中該增益為至少1.7。
25.權(quán)利要求23的方法，其中具有該涂層的燈頭的流明每瓦特在該燈頭的至少最初五百小時的工作中為至少30。
26.權(quán)利要求25的方法，其中具有該涂層的燈頭的流明每瓦特在該燈頭的至少最初一千小時的工作中為至少40。
27.權(quán)利要求23的方法，其中在800納米至1500納米的波長范圍內(nèi)該涂層的平均反射率為至少97。
28.—種方法,包括: 提供具有石英本體的燈頭，所述石英本體構(gòu)成容納白熾燈燈絲的發(fā)光室； 濺射涂布該發(fā)光室的至少一部分以`便由此形成具有多個氧化鉭和氧化硅的層和至少9微米的總厚度的多層紅外反射涂層， 其中通過涂布該燈頭實現(xiàn)的增益為至少1.7。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述濺射涂布包括形成氧化鉭和氧化硅的交替的層。
全文摘要
一種包含石英本體的鹵素白熾燈燈頭，所述石英本體包含發(fā)光室、設(shè)置在該發(fā)光室中的燈絲和在該室的至少一部分上的多層光學(xué)涂層。該涂層可以包括多個低折射指數(shù)材料和高折射指數(shù)材料的層，具有至少9微米的總厚度，其中該燈頭的增益為至少1.7。該高折射指數(shù)材料包含氧化鉭，且該低折射指數(shù)材料包含氧化硅。
文檔編號G02B1/00GK103109210SQ201180042206
公開日2013年5月15日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者M·雷恩斯, H·R·格雷 申請人:沉積科學(xué)公司