專利名稱：：用于放電燈的高溫涂層的制作方法用于放電燈的高溫涂層
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及高亮度放電燈。它在下面的這些情況中能夠獲得具體的應(yīng)用這里需要能夠透射可見光并且過濾UV和微波光的高溫?zé)敉繉印５?，?yīng)當(dāng)理解本發(fā)明在照明工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。適用于本發(fā)明的燈包括任何的燈，該燈的特征在于包括石英或者陶瓷放電外殼，該外殼含有例如氣體或者蒸氣等放電載體填充物。該燈通常包括至少一對具有至少3mm間隙的電極，在燈工作時放電通過電極之間。來自燈外殼之外的電源的電流通過通常被稱為帶狀密封條的東西被供給到電極。這個封條通常包含一條難熔金屬箔片，通常是鉬，其一端電連接到各自的電極上，另一端與難熔金屬棒電接觸，該金屬棒穿過了外殼的端壁來提供外部導(dǎo)線。該箔片、電極和導(dǎo)線棒被埋入熔融的石英殼壁中。在某些燈中，石英外殼是用鈰摻雜的，其吸收紫外線(UV)波長范圍內(nèi)的光。但是，使用這種類型的材料具有幾個缺點(diǎn)。一個這樣的缺點(diǎn)是用鈰摻雜石英外殼的燈內(nèi)表面降低了退火溫度。石英通常在高達(dá)大約1250。C的工作溫度時保持它的完整性，高于該溫度時，石英開始軟化，最后引起燈失效。用鈰摻雜石英，其吸收不需要的UV發(fā)射，不利的是將石英的退火點(diǎn)降低了高達(dá)IO(TC,因此使得它的工作功能僅僅到1150。C。陶瓷外殼不易用鈰摻雜，因此缺少合適的UV屏障。使用鈰摻雜的石英另外一個缺點(diǎn)是燈內(nèi)表面不能有效的反射UV發(fā)射，而是吸收這個能量。如所述的那樣，該能量最后引起石英軟化和失效。一個另外的問題是該UV能量不是通過這樣的外殼成分被改變方向來用于進(jìn)一步的用途。相反，該能量被浪費(fèi)。已知的是使用燈內(nèi)外殼涂層來解決這些問題。但是，一個持續(xù)存在的問題與適于高溫應(yīng)用的涂層相關(guān)，該涂層不具有所述的缺點(diǎn)，該缺點(diǎn)包括導(dǎo)致燈早期失效和浪費(fèi)燈能量的退火點(diǎn)降低。此處公開的本發(fā)明目的是提供一種適用于高溫的燈涂層。由于它的應(yīng)，、因此外k保持了它'、的完整性，:;了i燈壽命和效率。該涂i進(jìn)一步有效的將UV光反射回該電弧中，以使得來自這種光波長的能量不被浪費(fèi)。同樣的，不需要的微波輻射被反射回?zé)魞?nèi)部而不是被透射。使用這里的反射性涂層導(dǎo)致了燈的熱和電性能的提高。
發(fā)明內(nèi)容提供了一種放電燈。該燈包括位于燈外殼內(nèi)表面上的改進(jìn)的涂層組合物。該改進(jìn)的涂層是一種高溫涂層，其反射uv和微波光發(fā)射，由此降低了由于該外殼吸收uv和微波光能量而引起的燈失效的機(jī)會。另夕卜，由于將uv和微波能量反射回電弧和等離子體來提高燈的工作溫度和光發(fā)射穩(wěn)定性，因此提高了燈壽命。圖1表示了本發(fā)明的一種放電燈的概略的和部分的視圖。圖2是表示本發(fā)明的涂層成分對UV和微波光的有效阻隔的曲線圖。圖3是沉積的本發(fā)明涂層的元素含量掃描圖。圖4是在高溫工作五十(50)小時之后，本發(fā)明涂層的元素含量掃描圖。圖5是在壓力下的單層涂層的SEM所產(chǎn)生的顯微照片。圖6是在壓力下的多層涂層的SEM所產(chǎn)生的顯微照片。具體實(shí)施例方式參考圖1，這里表示了一個典型的高強(qiáng)度放電燈10，其是本領(lǐng)域通常已知的。該高強(qiáng)度放電燈10具有玻璃管或者光透射性外殼12,其具有圓形橫截面，并且包括電極14、導(dǎo)線棒16和箔片(一個或多個)18。外殼12是通過基座22在兩端與外界隔絕密封的。沉積在外殼12內(nèi)表面上的是本發(fā)明的涂層20。涂層20可以沉積在外殼12內(nèi)表面的全部或者任意部分上。該外殼是用常規(guī)的填充氣體填充的，并且電極被連接到未示出的外部電源上，來產(chǎn)生電弧放電。高強(qiáng)度放電燈可以具有由石英或者陶瓷構(gòu)成的外殼。傳統(tǒng)上，將石英外殼用鈰摻雜來促進(jìn)潛在有害的紫外線(UV)輻射或者光發(fā)射的降低。但是，鈰摻雜劑傾向于降低石英的退火點(diǎn)，因此降低了燈的工作效率以及最終燈的壽命。另外，因?yàn)椴恍枰腢V光被鈰吸收，該光能量被浪費(fèi)而不是被反射。陶瓷外殼不易于用鈰摻雜，因此不遭受同樣的效率降低，但是也不能有效的阻隔潛在有害的光發(fā)射，例如uv或者微波輻射。在本發(fā)明的一方面，前述的問題是通過使用一種適用于石英或者陶瓷燈外殼上的高溫涂層來解決的，該涂層反射不需要的UV和微波發(fā)射，同時透射可見光波長中的光。該涂層至少包含氧化銦，并且另外包含氧化錫或者氧化鋅中的至少一種。更明確的，該涂層組合物可以包含按照原子重量百分比的至少大約0.01%-42.0%的氮;大約25.0%-大約85.0%的氧；大約0.01%-大約48.0%的硅；大約0.01%-大約45.0%的銦；和大約0.01%-大約31.0%的錫?，F(xiàn)在參考圖2,這里是提供了一個圖，其表示了作為透射光波長的函數(shù)的帶有本發(fā)明涂層的燈的透射率?？梢钥吹?，該涂層有效的阻隔了波長低于400nm或者在紫外光范圍內(nèi)的光的透射，該光對人有潛在的危害。顯著的提高了在400-700nm范圍內(nèi)，或者在可見光譜中的光的透射率，并且在高于700nm時光透射率重新降低，阻隔了至少百分之五十語:;或的發(fā)射。圖;是使用具有下面組成的涂層的石英外:k產(chǎn)生的:全部的百分比基于原子重量<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>被該涂層所阻隔的光能量，即，波長低于400nm和高于700nm的光或者IR和微波光，被反射回?zé)糁小V光能量被反射到電孤中。這個另外的能量引起了電弧溫度的升高，使得該電弧更加有效，并且使燈產(chǎn)生了提高的光發(fā)射穩(wěn)定性。被該涂層阻隔的微波光能量同樣被反射。在不具有本發(fā)明涂層的燈中，這種光能量很可能與燈電子相互作用，引起燈電流和性能的波動。但是，在具有沉積在外殼內(nèi)壁上的涂層的燈中，微波發(fā)射被反射回?zé)舻入x子體中，在這里它被吸收和消散，而不會產(chǎn)生不需要的電流和性能的波動。本發(fā)明的涂層不與石英或者陶瓷外殼發(fā)生反應(yīng)。因此，燈外殼在處于或者接近于120(TC的工作溫度時不經(jīng)歷例如用鈰摻雜的石英所經(jīng)歷的軟化。本發(fā)明的涂層表現(xiàn)出超過150(TC的熔點(diǎn)，并因此不受這樣的高溫工作條件的影響。對帶有本發(fā)明涂層的燈進(jìn)行測試，來確定燈發(fā)射對人有害的光所花費(fèi)的時間。所述的涂層明顯的降低了這種危險的程度。該測試是一種標(biāo)準(zhǔn)的PET曝光時間計算，其通常用于照明工業(yè)中，并4^稱為ANSI標(biāo)準(zhǔn)。涂層被放置在lkw的白熾卣素?zé)敉鈿ど蟻磉M(jìn)行這種測試。在涂層沉積之前，燈性能在開始工作之后的早達(dá)3.8小時的時候就表現(xiàn)出低的危險程度發(fā)射。相反，帶有涂層的同樣的燈甚至在工作1000小時之后也沒有表現(xiàn)出潛在危害發(fā)射的現(xiàn)象。這種性能水平被認(rèn)為對于100-5000W范圍內(nèi)的高強(qiáng)度放電燈是等價的。150W陶瓷電弧管表現(xiàn)出類似的結(jié)果，其在高達(dá)IOO小時的時候沒有降低?，F(xiàn)在參考圖3和4,這里提供了作為本發(fā)明涂層一個例子的化合物In]8Sna203的光譜分析。明確的，圖3表示了在20(TC濺射涂覆到氧化鋁陶瓷外殼內(nèi)壁上的InLsSno.203的薄膜涂層的代表峰。圖4是已經(jīng)過去了50小時的燈工作時間，并且燈壁已經(jīng)達(dá)到115(TC的工作溫度之后，同樣的涂層的光譜分析。圖3和4的比較表明涂層中沒有可感知到的降解。實(shí)際上，隨著燈的工作，氧化銦錫涂層的晶體大小增加了大約百分之四十(40%),從沉積時的大約11-20nm增長到大于50nm。這種晶體大小的增長顯示了在高的工作溫度時非同一般的穩(wěn)定性。由于晶體大小的增長，該涂層隨著工作時間的增加，在阻隔不期望的UV和微波發(fā)射方面變得更加有效。因此，更多的能量被有效的反射回?zé)魞?nèi)部，提高了電弧的溫度和穩(wěn)定性，并由此提高了燈壽命和性能。除了前述的之外，很顯然該無規(guī)定向的氧化鋁陶資基底不妨礙該涂層的性能，并很顯然該涂層很好的適于缺少定向的外殼基材。實(shí)踐中，涂層可以通過任何已知的通常用于涂覆燈外殼和類似的基底的涂覆技術(shù)來進(jìn)行沉積。該涂層可以施涂到或者沉積到任何的石英或者陶瓷燈外殼基底上。但是，它并不局限于僅僅用在這些燈外殼基底上，而是可以與任何相容的基底材料一起使用，并且可以用于任何的這里期望反射不需要的UV、近紅外線和微波輻射之處。當(dāng)沉積在石英外殼例如Si02上時，一種合適的涂層組合物包括氧化銦、氧化錫和硅，以及其他的涂層組分。對于用在陶瓷外殼例如Al203上而言，可以改變該涂層來包括鉬，氧化銦，氧化鋅和鋁。這些成分共同的是氧化銦或者ZnO以及相組合的B族金屬氧化物。但是，也可以使用具有良好結(jié)果的碳化物、氮化物或者溴化物。例如，合適的涂層可以包括氧化銦或者氧化鋅以及相組合的選自下面的碳化物、氮化物和溴化物ZrO,ZrN，HfO,HfN,TaC，TiC,和二硼化4太，以及其4也。由于燈外殼的曲率，該燈所受到的壓力，例如由于高溫或者溫度變化所產(chǎn)生的壓力，會使得單層涂層破裂，破壞了薄膜涂層的完整性和性能。為了抵消這個潛在的問題，涂層可以多層沉積。所述的層可以是相同的材料，或者可以是不同的涂層組成來使得整個涂層的性能適應(yīng)于某種應(yīng)用。每個層可以具有相同的厚度，例如大約200nm,類似于單層涂層中單個層的厚度，或者可以具有變化的厚度，只要它們不超過1000nm就行。如圖5和6所示，當(dāng)使用多個涂層時，壓力導(dǎo)致了涂層中孔而不是裂紋的形成。圖5是在玻璃基底上的單個涂層的SEM。但是，圖6是多層涂覆到該玻璃基底上的同樣的涂層組合物的SEM。無規(guī)孔的形成對燈性能的危害遠(yuǎn)小于涂層中的裂紋，涂層的裂紋容易蔓延。已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描迷。很顯然，對其他人而言，通過閱讀和理解前面的詳細(xì)說明可以想到進(jìn)行改變和變化。本發(fā)明的目的被理解為包括全部這樣的改變和變化。權(quán)利要求1.一種包含氧化銦錫的高溫涂層，該涂層反射紫外線和微波輻射。2.權(quán)利要求l的高溫涂層，其包含In〗.8Sno.203。3.權(quán)利要求1的高溫涂層，其中在該涂層沉積時，該涂層表現(xiàn)出高達(dá)大約20nm的晶體大小。4.權(quán)利要求3的高溫涂層，其中在曝露于高溫工作條件之后，該涂層表現(xiàn)出高達(dá)大約50nm的晶體大小。5.—種燈，其包含外殼和封閉在其中的光能量源，其中該外殼帶有薄膜涂層，該涂層將來自光能量源的UV和微波光能量反射回該燈的內(nèi)部，并且透射可見光光能量。6.權(quán)利要求5的薄膜涂層，其包含至少高達(dá)大約45.0原子％的銦和高達(dá)大約31.0原子％的錫。7.權(quán)利要求6的薄膜涂層，其中該薄膜進(jìn)一步包含下面的至少一種高達(dá)大約42.0原子％的氮?dú)?，高達(dá)大約48.0原子％的硅和大約85.0原子％的氧。8.權(quán)利要求5的燈，其中該薄膜涂層是單層沉積的。9.權(quán)利要求5的燈，其中該薄膜涂層是多層沉積的。10.權(quán)利要求5的燈，其中該薄膜涂層包含11.57%的氮，55.02%的氧，17.72°/。的硅，11.93%的銦和0.76%的錫，其中全部的百分?jǐn)?shù)是原子百分?jǐn)?shù)。11.權(quán)利要求5的燈，其中該薄膜涂層包含InL8Sno.203。12.權(quán)利要求5的燈，其中外殼是陶瓷。13.權(quán)利要求12的燈，其中薄膜涂層至少包含鉬、氧化銦、氧化鋅和鋁。14.權(quán)利要求9的燈，其中該多層具有相同的組成。15.權(quán)利要求9的燈，其中該多層中的至少兩層具有不同的組成。全文摘要本發(fā)明涉及一種放電燈，在該燈的外殼內(nèi)表面上具有ITO薄膜(特別是In<sub>1.8</sub>Sn<sub>0.2</sub>O<sub>3</sub>)的，該薄膜還可以包含Si和N，或者如果該燈是由陶瓷制成的，則所述的涂層可以包含鉬、氧化銦、氧化鋅和鋁，所述涂層有效的反射了UV、近紅外線和微波輻射，同時透射可見光譜中的光，該燈是一種高溫工作燈。文檔編號C03C17/00GK101675010SQ200880014473公開日2010年3月17日申請日期2008年3月20日優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日發(fā)明者D·奧隆澤布,P·愛麗絲申請人:通用電氣公司