含有扩充的高反射性ir涂层的白炽灯和含有这种白炽灯的发光器具的利记博彩app

专利名称：：含有扩充的高反射性ir涂层的白炽灯和含有这种白炽灯的发光器具的利记博彩app
技术领域：
：001本发明一般涉及白炽灯，更具体地涉及具有透明外罩的白炽灯，该透明外罩具有红外(IR)反射涂层。本发明也涉及含有这样的白炽灯的照明器具。
背景技术：
：002具有带IR反射涂层的透明外罩的白炽灯是照明业内众所周知的，其中IR涂层通常的形式是多层介电材料叠层。这样的介电涂层包括交替的高折射率材料层，如氧化铌(Nb205)，氧化钽(Ta205)和氧化钛(Ti02)，和低折射率材料层，如氧化硅(Si02)，其中层厚度被控制在结构界面反射的光波长的大致四分之一。连续的这样的涂层通常是用物理气相沉积(PVD)、反应溅射、低压化学气相沉积(LP-CVD)或等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)将多种氧化物沉积到衬底，如玻璃上而形成。003多层介电涂层可设计为在波长范围内高反射性的而在其他波长为高透射性的。例如，反射IR光(通常在750到1600纳米(腿)范围内)，但透射其他波长的光的介电涂层，通常被称为"反热镜(hotmirror)"，"低波通边缘滤波器(low-wavelengthpassedge-filter)"或"IR涂层"。从反射波长到透射波长的过渡可非常窄，通常约50纳米或更小。004IR涂层在20世纪80年代晚期首先与石英卤素灯结合从而提高白炽灯的发光效率。白炽灯光源通常产生约10—15%的可见光和约85—90%的红外光。白炽灯透明外罩上的红外涂层将由灯丝发出的相当部分的红外光反射回灯丝上。灯丝吸收部分红外光，从而减少加热灯丝至给定温度所需的电功率量，并因此增加灯的发光效率。含线性灯丝的灯，如GE的FCM/HIR灯，表现出高达40%的提高的发光效率(从未涂覆灯的28流明每瓦特(LPW，流明瓦)到涂覆灯的39LPW)。照明业中，如GE、OsramSylvania、Philipslighting和DepositionSciences这样的公司目前采用的红外涂层具有类似于图1中所示曲线的谱透射率。005IR涂覆的石英卣素灯通常可以两种形式加以利用"线性灯"和"椭圆灯"。线性灯通常具有长的单盘绕灯丝和同心管状外罩。被涂层反射的多数IR光被改向到灯丝，因为灯丝是与圆柱形IR涂层外罩同心的圆柱形物体。典型的线性IR灯是GE的FCM/HIR，如图2所示。椭圆形灯通常具有短的巻绕线圈灯丝(coiled-coilfilament)和椭圆形外罩。IR涂敷的椭圆形反射器被配置成其两个焦点大约位于灯丝末端。因此，被涂层反射的多数红外光被改向回到灯丝，且避免了与短灯丝关联的大端损失。典型的IR椭圆灯是GE的90PAR/HIR，如图3所示。006由诸如氧化铟锡(ITO)的材料构成的透明导电涂层(TCC)已经广泛用于需要使非导电衬底，如玻璃，导电但高度透射可见光的产品。通过适当改变搀杂和TCC厚度，并通过控制沉积工艺，可使涂层对可见光的透射率大于85%并且是导电的(如20Q/平方)。这样的涂层也具有这样的特性，即对IR光的反射率随波长增加逐步增加。在图4所示的一个例子中，通常200纳米厚的ITO涂层在1000纳米的反射率约8%，在2000纳米的反射率约45%，在3000纳米的反射率约72。丄这个涂层的透射和反射相等的波长也称为"等离子体频率(plasmafrequency)",约为1850纳米。007如图1所示，过去用在石英卤素灯上的红外涂层通常透射约5%到30%的波长范围在740到1600纳米的红外光，20%到卯％的波长范围在1600到2200纳米的红外光，和大于75%的波长范围在2200纳米以上的红外光。因为介电涂层在这些波长具有非常小的吸收，且因为光要么被反射，要么被透射或被吸收，所以它遵循图1所示的现有技术红外涂层反射70%到95%的波长在750纳米到1600纳米范围内的红外光，10%到80%的波长在1600纳米到2200纳米范围的红外光，和少于20%的波长在2200纳米以上的红外光。来自工作在3000K(颜色温度)的典型钨灯丝的峰值红外辐射公知出现在约980纳米，且来自这样的灯丝的红外功率的一半以上位于750纳米到1600纳米的波长范围中。因此，现有技术的涂层设计在将多数红外光反射回灯丝方面通常被认为是高度有效的。008在授予E.Cottaar的美国专利No.6476556中揭示的另一个现有技术红外涂层设计包括干涉膜，该干涉膜在400到760纳米的可见波长范围具有平均至少90%的透射率，在800到2200纳米的红外波长范围具有平均至少75%的反射率。优选地，干涉膜在800到2500纳米的红外波长范围内具有平均至少85%的反射率。009一般地，用于石英卤素灯的现有技术红外涂层被设计成反射由光源产生的最大合成红外功率。换句话说，已经设计了涂层来最大化700纳米以上每个波长处的反射乘以同一波长处灯丝的辐射功率的合成和(integratedsum)。.这样的现有技术红外涂层的设计者寻求保持最大的可见光透射，通常是大于90%的值。010上面简要描述的红外涂层设计已经被证明在提高白炽灯的发光效率方面是有效的。然而，对于表现出更高发光效率的改进的白炽灯，和包括这样的灯的发光器具，有持续的需求。本发明满足该需求并提供进一步的相关优点。
发明内容011本发明是在包含改善的红外涂层的白炽灯，以及包含这样的红外涂层的发光灯具中实施的，涂层要么在灯自身上或别处，其提供比先前实现的发光效率更高的发光效率。012在本发明的一种形式中，白炽灯包括灯丝，限定灯丝位于其中的封闭空间的透明外罩，和设置在外罩表面上的光学涂层，其用于透射由灯丝发出的在规定的可见波长带内的光，同时向灯丝反射回由灯丝发出的在其他波长带内的光，从而部分这样的反射光被灯丝吸收。光学涂层包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度以使光学涂层提供规定的透射/反射谱，其在740纳米到2000纳米的红外波长范围内平均反射率大于90%，并且进一步在400纳米到700纳米的可见波长范围内平均透射率小于90%。光学涂层与灯丝配合以使灯具提供比缺少这样的光学涂层的相应灯具更高的发光效率。013在该形式的本发明的其他更详细的特征中，光学涂层位于透明外罩的外表面上。此外，选择光学涂层的介电层的折射率和厚度以使光学涂层提供的透射/反射谱在740纳米到2000纳米的红外波长范围内的平均反射率大于95°%。光学涂层可包括一叠高折射率材料和低折射率材料的交替层，其中高折射率层都包含从由Ti02，Ta205，Nb02及其混合物组成的组中选择的材料，而低折射率层都包含从由Si02，八1203及其混合物组成的组中选择的材料。014在本发明其他更详细的特征中，光学涂层进一步包括一个或更多的透明导电层，其可与多个介电层相邻。这些一个或更多的透明导电层经配置在2000纳米到4000纳米的红外波长范围内具有大于70%的平均反射率。白炽灯可进一步包括透明外罩固定到其上的电气连接器，和设置在邻近电气连接器的透明外罩部分上的反射涂层，用于将可见光和红外光反射回灯丝。光学涂层经配置以使灯具有优选至少40流明每瓦特的发光效率，更优选是至少60流明每瓦特，且最优选是至少80流明每瓦特。015在本发明的单独独立形式中，白炽灯包括灯丝，限定灯丝位于其中的封闭空间的透明外罩，和设置在外罩表面上的光学涂层系统，该光学涂层系统包括两个不同的涂层(1)第一涂层，其包括具有规定折射率和规定厚度的多个介电层，选择所述规定折射率和规定厚度使得第一涂层提供规定的透射/反射谱，和(2)第二涂层，其包括具有一定厚度的透明导电材料，选择该厚度以使第二涂层提供规定的透射/反射谱。第一和第二涂层彼此配合，并与灯丝配合以使灯提供比外罩上缺少这样的光学涂层系统的相应灯提供的发光效率更高的发光效率。016在本发明的其他更详细的特征中，光学涂层的第一和第二涂层彼此相邻并位于透明外罩的外表面上。在一种形式中，第二涂层位于与灯丝相对的第一涂层的侧面，而在可替换的形式中，第二涂层位于第一层的多个层内的中间位置，与面对灯丝的第一涂层的侧面相比，其更靠近与灯丝相对的第一涂层的侧面。017在本发明的其他更详细的特征中，第一涂层包括一叠高折射率和低折射率材料的交替层，其中高折射率层都包含从由Ti02，Ta205，Nb02及其混合物组成的组中选择的材料，而低折射率层都包含从由Si02，Ab03及其混合物组成的组中选择的材料。第一涂层经配置以使其在740纳米到2000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，且使其在400纳米到700纳米的可见波长范围内具有小于90%的平均透射率。018此外，第二涂层可包括从由氧化铟锡、搀铝氧化锌、搀钛氧化铟、锡酸镉、氧化锡—锡酸锌、搀镓氧化锌、金、银及其混合物组成的组中选择的透明导电材料。第二涂层经配置以使其在2000纳米到4000纳米的红外波长范围内具有的平均反射率优选大于70%，更优选大于80%，最优选大于90。^。第二涂层也经配置以使其在400到700纳米的可见波长范围内具有的平均吸收率优选小于20%，更优选小于10%，且最优选小于5%。019白炽灯可进一步包括透明外罩固定在其上的电气连接器，和设置在邻近电气连接器的透明外罩部分上的反射涂层，其将可见光和红外光反射回灯丝。光学涂层经配置以使灯的发光效率优选至少为40流明每瓦特，更优选为至少60流明每瓦特，且最优选为至少80流明每瓦特。020本发明也在发光器具中实施，所述发光器具含有外壳和由外壳携带的灯座(lampsocket),并进一步含有类似于上述之一的形式的白炽灯。进一步，本发明可在发光器具中实施，该发光器具含有上述光学涂层，其位于白炽灯的外罩自身上或位于与灯分开并独立的发光器具的另一个衬底上，如包围白炽灯的固定透明外罩上。021本发明的其他特征和优点将从下面结合附图描述的优选实施例中变得显然，附图以例子的形式说明本发明的原理。022图1是典型的包含红外涂层的现有技术白炽灯在400纳米到4000纳米的波长范围上的透射曲线。023图2是现有技术的650瓦特含有红外涂层的白炽灯的侧视图，该白炽灯由GE制造并以FCM/HIR标识出售。024图3是现有技术白炽灯的侧视图，其含有带IR涂层的椭圆外罩，该白炽灯由GE制造并以90PAR/HIR标识出售。025图4是包含氧化铟锡(ITO)的厚度为200纳米的现有技术透明导电涂层的透射率、反射率和吸收率的曲线。026图5是发光器具的侧视截面图，该发光器具包含按照本发明的白炽灯，如图6A、6B和6C中所示的灯。027图6A、6B和6C是三个描绘按照本发明的白炽灯的视图，其包含在其透明外罩的外表面上的IR涂层。028图7是3000K时鸨的辐射或发射率曲线。029图8是3000K时钩的反射率曲线。030图9是用于描绘含有IR涂层的白炽灯中光的透射、反射和吸收的示意图。031图10是描绘在波长为500、1000和2000纳米时IR涂敷的白炽灯系统的透射率的曲线，其作为灯涂层透射率的函数。032图11是描绘包含典型红外涂层的现有技术灯的系统透射率的曲线。033图12A是表示涂层A的涂层透射率的曲线，该涂层A可包含在按照本发明一个实施例的白炽灯中。034图12B是表示涂层B的涂层透射率的曲线，该涂层B可包含在按照本发明另一个实施例的白炽灯中。035图12C是表示涂层C的涂层透射率的曲线，该涂层C可包含在按照本发明另一个实施例的白炽灯中。036图13是描绘当和发光器具中的反射器结合使用时，在400到700纳米的可见波长范围内涂层B的透射率曲线。037图14A是描绘含有涂层A的按照本发明的白炽灯的系统透射率的曲线。038图14B是描绘含有涂层B的按照本发明的白炽灯的系统透射率的曲线。039图14C是描绘含有涂层C的按照本发明的白炽灯的系统透射率的曲线。'040图15A是描绘涂层系统的透射率和吸收率的曲线，该系统包括形式为涂层A的第一涂层和相邻的第二涂层，该第二涂层的形式为氧化铟锡(ITO)层，其具有1.3|_1的等离子体波长。041图15B是描绘涂层系统的透射率和吸收率的曲线，该系统包括形式为涂层B的第一涂层和相邻的第二涂层，该第二涂层的形式为氧化铟锡(ITO)层，其具有1.3p的等离子体波长。042图15C是描绘涂层系统的透射率和吸收率的曲线，该系统包括形式为涂层C的第一涂层和相邻的第二涂层，该第二涂层的形式为氧化铟锡(ITO)层，其具有1.3p的等离子体波长。043图16A是描绘含有在图15A中表征的涂层系统的白炽灯的系统透射率和系统吸收率的曲线。044图16B是描绘含有在图15B中表征的涂层系统的白炽灯的系统透射率和系统吸收率的曲线。045图16C是描绘含有在图15C中表征的涂层系统的白炽灯的系统透射率和系统吸收率的曲线。046图17是描绘形式为具有1.3!ii等离子体波长的氧化铟锡(ITO)层的涂层的透射率、反射率和吸收率的曲线。047图18A是标识连续层的表，其包括图15A和16A中表示的涂层系统和具有2.3^的等离子体波长的又一氧化铟锡(ITO)层。048图18B是标识连续层的表，其包括图15B和16B中表示的涂层系统和具有2.3)i的等离子体波长的又一氧化铟锡(ITO)层。049图18C是标识连续层的表，其包括图15C和16C中表示的涂层系统和具有2.3p的等离子体波长的又一氧化铟锡(ITO)层。050图19是描绘1273K时图18C中标识的涂层系统的外部平均发射率的曲线。051图20是发光器具的侧视截面图，其包含位于椭圆形外罩内传统未涂敷的白炽灯，该椭圆形外罩具有IR涂层。具体实施例方式052现在参考示图，具体参考图5和6A，6B禾Q6C，其中示出实施本发明的发光器具100，该器具包括安装到凹面反射镜104上的白炽灯102，该灯的灯丝106基本位于反射镜的焦点处。由灯发出的光被反射镜反射从而投射出光束。除了灯丝，灯还包括底座108，一对形成电气连接器的引线110，和封闭灯丝的透明融合的二氧化硅外罩112。外罩的外表面上携带特殊光学涂层114，其经配置来透射相当量的入射可见光，并将相当量的入射红外光反射回灯丝。053具体参考图6A，6B和6C，灯102包括六个灯丝106，每个都由螺旋线圈构成，且被排列成它们的纵轴与灯的中央纵轴平行并均匀绕其分布。在底座附近，宽带反射涂层116设置在灯外罩112的较低部分。这个反射涂层将任何可见光和红外光反射回灯丝，否则这些光入射在灯底座上，并因此被浪费。该涂层可显著提高灯的发光效率。'054形成钨灯丝的一个传统的重要优点是该材料用作谱选择性发射器，即，它在可见光波长的发射率比在红外波长的发射率高。该现象描述在图7中。然而，对于包含IR反射性涂层的灯，该特征有明显未理解的负面效果，因为钩在红外波长比在可见光波长具有相应更高的反射率。在给定波长的反射率等于1(unity)减去发射率。该现象在图8中表示，图8示出钨在1000纳米反射63%的红外光，在2000纳米反射75%的红外光，和在3000纳米反射80%的红外光。设计灯用红外反射性涂层的本领域技术人员可能不完全理解或意识到灯丝的反射率对包含这种涂层的灯的总发光效率的影响。055因此，被红外涂层反射回钨灯丝的相当部分的红外光进而被灯丝反射回涂层。当该两次反射的红外光第二次撞击涂层时，其中一部分被再次反射回灯丝，但另一部分被涂层透射或吸收。连续反射继续发生，基本形成灯丝和涂层之间的振荡，直到红外光要么被灯丝吸收，要么被红外涂层吸收，或从灯发出。振荡效果在图9中示出。056在吸收可忽略的介电红外涂层中，将来自灯丝的初始发射和来自从灯丝的所有后续反射的透射通过涂层的红外光加起来产生对应于白炽灯作为系统的有效透射率或其系统透射率的值。图io示出涂层在三个不同波长(500，1000和2000纳米)的系统透射率，作为对于仅仅单次入射的涂层平均透射值，即涂层透射率的函数。注意，灯的系统透射率随着涂层透射率增加而快速增加，且因此，灯的系统反射率随涂层透射率增加而快速减小。例如，对于具有2000纳米波长的红外光，当涂层透射率为10%时，灯的系统透射率约为30%，当涂层透射率为30%时，灯的系统透射率约为63。％。在同一例子中，当涂层透射率为10%时，灯的系统反射率约为70%，当涂层透射率为30%时，灯的系统反射率约为37。％。057图11示出含有图1的现有技术红外涂层设计的白炽灯的系统透射率。因为钨灯丝在红外区域中的高反射率，所以现有技术的涂层现在被视为提供比以前假定的对红外光的更高系统透射率和更低系统反射率；它现在被视为形成显著更差的IR涂层来提高灯的发光效058因此，应该理解在含有钨灯丝的白炽灯上的最优介电IR涂层是通过参考灯的系统透射率或反射率确定的，而非其涂层透射率或反射率。具体地，最优介'电红外涂层能提供在700纳米以上的每个波长处灯的系统透射率乘以同一波长处灯丝辐射功率的最小合成和(integratedsum)。含通过参考其系统透射率优化的介电红外涂层设计的鸨灯丝白炽灯将表现出比含有仅参考涂层透射率优化的涂层设计的灯显著高的发光效率。一般地，按照该新优化方法，对于范围在740纳米到可能的最大波长的所有红外波长，涂层的透射率应小于10%(其反射率大于90%)。优选地，在这样的波长的涂层透射率尽可能接近O。％，且其反射率尽可能接近100%。059具有比图1中所示现有技术涂层效率高的红外灯可用红外涂层制造，该红外涂层具有更宽的红外反射带和在该带内具有更高的平均红外反射率。例如，包括一叠88层的交替高折射率氧化铌(Nb20s)和低折射率氧化硅(Si02)的涂层(涂层A)在400到700纳米的可见波长范围内可提供约88%的平均透射率，和在740到2000纳米的红外波长范围内提供约99%的平均反射率。涂层A的涂层透射率在图12A中示出，且包含这样涂层的钨灯丝白炽灯的系统透射率在图14A中示出。图14A指示在740到2000纳米红外波长范围内的灯的系统透射率相当低。060按照本发明的另一个示例性涂层(涂层B)包括一叠54层的高折射率氧化铌(Nb205)和低折射率氧化硅(Si02)的交替层。如图12B所示，该涂层B在400到700纳米可见波长范围内提供约59%的平均透射率，在740到2000纳米的红外波长范围内提供约96%的平均反射率。虽然该涂层B-设计具有比涂层A显著更低的可见光透射率，但涂层B的层数少40X。这提高了涂层的实际性能，因为其包括较少的散射界面，且其提供更经济的和耐力更高的涂层设计用于制造。该涂层也提高显著改进的表面质量，这允许改进与任何覆盖层(例如下面描述的透明导电涂层)的合成。061按照本发明的另一个示例性涂层(涂层C)包括一叠55层的高折射率氧化钽(Ta205)和低折射率氧化硅(Si02)交替层。如图12C所示，该涂层C在400到700纳米的可见波长范围内提供约56%的平均透射率，在740到2000纳米的红外波长范围内提供约93%的平均反射率。涂层C和涂层B具有相同的优点，而且利用丁3205较低的散射和较高的温度比率，这都提高灯的实际发光效率。062应该注意，涂层A，B和C都在400到700纳米的可见波长范围内提供比上面提到的授予Cottaar的美国专利No.6476556中揭示的涂层的"大于90%的透射率"值要小的透射率，然而，考虑到下面给出的原因，不认为该减小的透射率是显著的。该较小的透射率源自可见波长范围内较高的反射率。但该反射的可见光的相当部分被反射回灯丝，在这里反射光要么被吸收作为热要么被灯丝反射回外罩。因此，较低的可见光透射率对灯的发光效率仅有轻度削弱，因为被反射的可见光仍对再加热灯丝或产生光通量有贡献，这两者都提高了灯的效率。063应该进一步注意，涂层A、B和C被优化，以便结合透明导电涂层使用，如下面的描述，且如果它们被用作仅介电涂层，这些涂层的层厚度和性能将多少得到改进。此外，涂层A，B和C对可见光透射中的似乎不必要的变化在实际上被积分成典型器具中平滑得多的透射率曲线。图13表明，'由发光器具中反射镜产生的涂层B的合成可见光透射率比原始、未合成的透射率曲线平滑得多。该合成是通过叠加由典型红外涂敷灯产生的不同角度入射的偏移透射值产生的。064然而注意，在图14A，14B禾fU4C中，即使借助涂层A，B和C，白炽灯仍然在2000纳米以上的波长提供相当大的系统透射。在本发明的一个特征中，可通过将介电涂层和透明导电涂层(TCC)组合，以适当的厚度、载流子浓度和载流子迁移率结合诸如氧化铟锡(ITO)的材料而显著减小在2000纳米以上波长的涂层透射率(且涂层反射率增加)。TCC的载流子浓度和迁移率由其搀杂水平和本领域技术人员公知的多种沉积参数决定。其他合适的导电材料包括，但不限于搀杂铝的氧化锌(AZO)、搀杂钛的氧化铟(TIO)、锡酸镉(Cd2Sn04)、氧化锡一锡酸锌(Sn02-ZnSn03)、搀镓氧化锌(GZO)和金属，如薄膜银和金。065TCC可有利地取代介电涂层中一个或更多个高折射率层，，因为导电涂层类似地具有相对高的折射率。可替换地，TCC可以是覆盖在介电涂层上的最后层，然后以抗扩散层，如氧化硅(Si02)密封TCC，从而防止温度升高时导电涂层的进一步氧化。一般地，TCC应在400到700纳米的可见波长范围内具有低的平均吸收率，优选小于20%，更优选小于10%，且最优选小于5%。此外，TCC应在2000到4000纳米的红外波长范围内具有高的平均红外反射率，优选大于70%，更优选大于80%，且最优选大于90%。066TCC优选表现出均匀的不受干扰的电导率以便提供高红外反射率。TCC中的破裂与龟裂将减小其电导率并显著减小其红外反射率。如果表面缺陷(如腐蚀斑，破裂或龟裂)出现在下面的介电涂层中，则它们会传播到TCC内部。因此，介电涂层必须用涂覆工艺沉积，该涂覆工艺产生的最外表面几乎没有缺陷，以便使TCC提供所需的光学性能。TCC自身也必须用不会在TCC中产生破裂和龟裂的工艺沉积。用于介电涂层和TCC的合适沉积工艺对涂覆领域的技术人员来说是公知的。067如图15A所示，与310纳米的1.3pITO层结合的涂层A(参考图17)在740到4000纳米的红外波长范围内提供约2%的平均透射率，在2000到4000纳米的红外波长范围内提供约21%的平均吸收率。如图15B所示，与310纳米的1.3pITO层结合的涂层B在740到4000纳米的红外波长范围内提供约2%的平均透射率，在2000到4000纳米的红外波长范围内提供约18%的平均吸收率。如图15C所示，与310纳米1.3(iITO层结合的涂层C在740到4000纳米的红外波长范围内提供约2%的平均透射率，在2000到4000纳米的红外波长范围内提供约21%的平均吸收率。如图16A、16B和16C所示，这些结合的涂层的系统透射率非常低，且相似地，这些涂层的系统吸收率也相对低。068诸如ITO涂层的TCC当然也与其他IR涂层结合，如图1中表示的红外涂层和在提到的Cottaar专利中揭示的红外涂层，从而提供发光效率提高的白炽灯。应该理解，当与涂层A，B或C或其他红外涂层结合时，在2000纳米到4000纳米波长范围内具有比1.3)iITO涂层高的红外反射率的TCC将产生比与1.3pITO涂层结合的这些同样的涂层显著更高的效率。069虽然涂层A、B和C仅包含两种材料(高折射率材料和低折射率材料)，但可替换地，可按照本发明使用包含高折射率、中等折射率和低折射率材料的介电涂层(三种材料系统)。这些替代的介电涂层通常表现出期望的特征，即在光谱的可见光部分产生较少的干涉效果。合适的低折射率材料包括Si02和A1203，合适的高折射率材料包括Ti02，Ta2O^QNb205，合适的中等折射率材料包括Y203，Hf02和Zr02。低折射率、中等折射率和高折射率层可替代地包含上面列出的任何材料的组合。例如，高折射率层可含有Nb205和Ta205的组合。070按照本发明，在以垂直入射角照射时，两种和三种材料的涂层系统将在400到700纳米的可见光谱上透射平均少于90%，并在740到2000纳米的红外谱上反射平均90%以上。上面描述的多种涂层可用任意数量的公知沉积工艺形成。这些工艺包括原子层沉积、物理气相沉积(PVD)、反应性溅射、低压化学气相沉积(LP-CVD)和等离子体增强化学气相沉积(PE-CVD)。071包括在介电/TCC组合涂层系统中的(多个)TCC层优选位于和灯丝相对的涂层一侧。这最小化了入射到TCC上的红外光的量，并因而最小化涂层在过渡区中相对高吸收率的不利效果。072此外，在由ITO或类似材料形成的(多个)TCC层的情形中，降低灯的系统红外透射率(并增加它的红外系统反射率)的层效率可通过改变层厚度和其载流子浓度而优化。载流子浓度是掺杂水平和多种沉积参数的函数。载流子浓度和ITO层厚度不断改变直到获得和给定介电叠层组合的涂层的最大效率。最大效率是通过集中等离子体频率(即，透射率等于反射率的频率)和TCC的相关高吸收谱区获得的，在该谱区中，介电涂层提供高红外反射率。导电涂层的等离子体频率移到尽可能低的波长，直到涂层的高吸收区恰在可见光波长之上，即700纳米处结束。对于通过溅射形成的ITO涂层，最理想的等离子体频率约为1400纳米或更小。这与用在多数商业应用中的ITO涂层显著不同，多数商业应用通常的等离子体频率在1800纳米到2500纳米之间，且其没有结合白.炽灯上的介电涂层使用。073图17示出厚度为310纳米且等离子频率约1300纳米的ITO层的透射率、反射率和吸收率。注意，该ITO层在可见波长范围内仅具有平均约1%的吸收率。注意，ITO层在740到2000纳米的红外波长范围内具有高吸收。高吸收带的不利效果可通过宽带介电叠层如涂层A基本消除，涂层A在这个带中的红外光达到ITO层之前将其反射。074因为TCC吸收而非透射未反射的红外光，所以介电和TCC结合将趋向于在以比只有介电涂层高得多的温度工作。为了保持红外涂覆灯相对紧凑并有效地将红外光改向到灯丝上，就希望使涂层系统的外部发射率尽可能高。这可通过在TCC层的顶部增加红外辐射(IRE)涂层实现。这样的IRD材料的例子是具有等于灯外罩产生的峰值辐射频率的等离子体频率的ITO。例如，在熔化氧化硅的最高工作温度，IOO(TC时，具有2、的等离子体频率的ITO层是最理想的。优选在TCC和IRE之间提供扩散阻挡层，以防止这两种材料的光学特性在高温时退化。075介电/ITO/IRE涂层系统的例子在图18A，18B和18C中示出。该涂层系统由交替的氧化铌或氧化钽和氧化硅层(形成介电涂层)，1.3)i"TO和氧化硅层(形成导电涂层)，和2.3iiiITO和氧化硅层(形成IRE涂层和氧扩散阻挡层)组成。这些涂层系统的谱性能在图15A，B和C中示出。一个涂层系统(涂层C/ITO/IRE)的外部发射率在图19中示出。借助0.66的平均加权发射率，该涂层系统允许实现相对紧凑的IR涂覆灯。无需最终的IRE涂层，给定的IR灯要求近似两倍的表面积和尺寸来保持同样的外罩温度。076应该注意，邻近L3p的ITO层或IRE层的氧化硅层是介电层，且其也可以包括额外的介电层(包括高折射率和低折射率材料)从而改进给定涂层的光学性能。077白炽灯的发光效率(n)被定义为由灯产生的总光通量(cD)除以灯消耗的电功率(P)。下面的表总结了含涂覆有多种上面讨论的涂层的外罩的线性白炽灯的近似发光效率。应该注意含图1示出的现有技术IR涂层的灯相对未涂覆的灯能改善39X。也应该注意，含涂层A，B，和C的灯相对未涂覆的灯提供显著更大的改进。最后，含涂层A，B和C并结合1.3ju的ITO涂层的灯相对未涂覆的灯提供更显著的改进，对于给定的电功率水平能提供高达2.6倍的光通量。<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>078本发明是在其外罩上具有延长的高反射性红外涂层的白炽灯中实施的，配置该涂层以使该灯和包含未涂覆或以和图1中所示相似的现有技术红外涂层涂覆的外罩的灯相比，提供提高的系统透射率。对于具有平均工作寿命至少300小时的白炽灯，本发明的灯提供至少40LPW的系统效率，或更优选约60LPW以上，且最优选约80LPW以上。079在本发明的替换实施例中，灯可经配置而不发射白光，而是窄带有色光。特别地，设置在灯外罩上的涂层可经配置透射所需的有色光带，且不仅反射红外光，而且反射所需带以外的可见光。在经配置而反射蓝光的灯中，这可简单地通过配置涂层以具有低于上面讨论的红外涂层情形中的截止波长而实现，即约540纳米而非740纳米。可替换地，在经配置而发射某个其他可见光有色带的灯情形中，如红色波带，这可通过配置灯涂层从而透射所需的红色波带，但反射该波带以上和以下的所有波长而实现。如果本发明的导电涂层特征用在产生这样的有色波带的灯中，这种涂层的厚度，掺杂和载流子浓度应为该特定的配置优化。例如，对于蓝光，导电涂层的等离子体频率可减小从而提高灯的效率，因为增加的540纳米和750纳米之间的ITO吸收将不影响灯的所需蓝光谱输出。080图20示出发光器具100'，其类似于图5中的发光器具100，但是含有包围传统未涂覆石英卤素灯102'的固定透明外罩118。对应于上述涂层之一的红外涂层120位于该固定透明外罩的外表面上。外罩118具有椭圆形，且椭圆形的两个焦点与灯的灯丝的端部重合。该发光器具实施例具有能够与传统未涂覆(因此便宜些)的灯一起使用的优点。081应该从前面的祸述可以理解，本发明提供含有特殊光学涂层系统的白炽灯，该涂层系统能够使灯提供提高的发光效率。在一种形式中，光学涂层系统包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度使得光学涂层提供规定的透射/反射谱，该透射/反射谱在740到2000纳米的红外波长范围上有大于90%的平均反射率，并进一步在400到700纳米的可见波长范围上具有小于90%的平均透射率。在另一种形式中，光学涂层系统包括两个不同的涂层(1)包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层的第一涂层，选择所述折射率和厚度以使第一涂层提供规定的透射/反射谱，和(2)包括透明导电材料的第二涂层，该透明导电材料经配置以使第二涂层提供规定的透射/反射谱。本发明也实施在含有如上所述的光学涂层的发光器具中，这些光学涂层要么本身位于白炽灯的外罩上，要么位于与灯独立并分开的器具的另一个衬底上，如包围白炽灯的固定透明外罩上。082虽然已经只是参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员可以理解可不偏离本发明而做出多种修改。因此，本发明仅由所附的权利要求限定。权利要求1.一种白炽灯，其包括灯丝；透明外罩，其限定所述灯丝位于其中的封闭空间；以及光学涂层，其设置在所述外罩的表面上，透射由所述灯丝发射的在规定的可见波长波带内的光，同时将由所述灯丝发射的其他波长波带中的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收；其中所述光学涂层包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度以使所述光学涂层提供规定的透射/反射谱，该透射/反射谱在740到2000纳米的红外波长范围上具有大于90％的平均反射率，并进一步在400到700纳米的可见波长范围上具有小于90％的平均透射率；且其中所述光学涂层与所述灯丝配合，以使所述灯提供比没有这种光学涂层的对应灯提供的发光效率高的发光效率。2.如权利要求l所述的白炽灯，其中所述光学涂层经配置以使所述灯有至少40流明每瓦特的发光效率。3.如权利要求1所述的白炽灯，其中所述光学涂层经配置以使所述灯有至少60流明每瓦特的发光效率。4.如权利要求l所述的白炽灯，其中所述光学涂层经配置以使所述灯有至少80流明每瓦特的发光效率。5.如权利要求1所述的白炽灯，其中所述光学涂层位于所述透明外罩的所述外表面上。6.如权利要求l所述的白炽灯，其中选择所述光学涂层的所述介电层的折射率和厚度以使所述光学涂层提供在740到2000纳米的红外波长范围内具有大于95%的平均反射率的透射/反射谱。7.如权利要求1所述的白炽灯，其中所述光学涂层包括一叠交替的高折射率材料和低折射率材料层；所述高折射率层都包括从Ti02，Ta205，Nb02及其混合物组成的组中选择的材料；以及所述低折射率层都包括从Si02，^203及其混合物组成的组中选择的材料。8.如权利要求1所述的白炽灯，其中所述光学涂层进一步包括一个或更多个透明导电层。9.如权利要求8所述的白炽灯，其中所述一个或更多个透明导电层与所述多个介电层邻近。10.如权利要求8所述的白炽灯，其中所述一个或更多个透明导电层经配置以在2000到4000纳米的红外波长范围上具有大于70%的平均反射率。11.如权利要求l所述的白炽灯，进一步包括电气连接器，所述透明外罩固定到其上；以及反射涂层，其设置在邻近所述电气连接器的部分所述透明外罩上，用于将可见光和红外光反射回所述灯丝。12.—种发光器具，其包括外壳；该外壳携带的灯座；以及白炽灯，其包括电气连接器，其经配置从而可拆卸地固定到所述灯座，灯丝，透明外罩，其固定到所述电气连接器上并限定所述灯丝位于其中的封闭空间，以及光学涂层，其设置在所述外罩的表面上，用于透射由所述灯的灯丝发射的规定的可见波长波带中的光，同时将所述灯丝发射的其他波长波带中的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收；其中所述光学涂层包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述规定折射率和厚度以使所述光学涂层提供规定的透射/反射谱，该透射/反射谱在740到2000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，并进一步在400到700纳米的可见波长范围内具有小于90%的平均透射率；且其中所述光学涂层与所述灯丝配合，以使所述发光器具提供比缺少这样的光学涂层的对应发光器具提供的发光效率高的发光效率。13.—种发光器具，其包括外壳；由该外壳携带的灯座；以及白炽灯，其包括电气连接器，其经配置从而可拆卸地固定到所述灯座，灯丝，和透明外罩，其固定到所述电气连接器上并限定所述灯丝位于其中的封闭空间，其中所述发光器具进一步包括光学涂层，用于透射由所述灯的灯丝发射的规定的可见波长波带中的光，同时将所述灯丝发射的其他波长波带中的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收；其中所述光学涂层包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述规定折射率和厚度以使所述光学涂层提供规定的透射/反射谱，该透射/反射谱在740到2000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于90%的平均透射率；且其中所述光学涂层与所述灯丝配合，以使所述发光器具提供比缺少这样的光学涂层的对应发光器具提供的发光效率高的发光效率。14.如权利要求13所述的发光器具，其中所述光学涂层设置在所述白炽灯的所述透明外罩的表面上。15.如权利要求14所述的发光器具，其中所述光学涂层设置在所述白炽灯的所述透明外罩的外表面上。16.如权利要求13所述的发光器具，其中所述发光器具进一步包括包围所述白炽灯的固定透明外罩；和所述光学涂层设置在所述固定透明外罩的表面上。17.—种白炽灯，其包括灯丝；透明外罩，其限定灯丝位于其中的封闭空间；以及光学涂层系统，其设置在所述外罩的表面上，用于透射由所述灯丝发射的在规定的可见波长波带内的光，同时将由所述灯丝发射的其他波长波带内的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收；其中所述光学涂层系统包括第一涂层，其包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度以使所述第一涂层提供规定的透射/反射谱，和第二涂层，其包括具有厚度的透明导电材料，选择所述厚度以使所述第二涂层提供规定的透射/反射谱，其中所述第一和第二涂层彼此配合，并与所述灯丝配合以使所述灯提供比没有这样的光学涂层系统在其外罩上的对应灯提供的发光效率高的发光效率。18.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述光学涂层系统经配置以使所述灯有至少40流明每瓦特的发光效率。19.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述光学涂层系统经配置以使所述灯有至少60流明每瓦特的发光效率。20.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述光学涂层系统经配置以使所述灯有至少80流明每瓦特的发光效率。21.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第一和第二涂层彼此相邻。22.如权利要求21所述的白炽灯，其中所述光学涂层系统位于所述透明外罩的外表面上。23.如权利要求21所述的白炽灯，其中所述第二涂层位于和所述灯丝相对的第一涂层侧。24.如权利要求21所述的白炽灯，其中所述第二涂层位于所述第一涂层的多个层内的中间位置，与所述灯丝相对的第一涂层侧和面对所述灯丝的第一涂层侧相比，所述第二涂层更靠近与所述灯丝相对的25.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第一涂层包括一叠交替的高折射率材料和低折射率材料层；所述高折射率层都包含从由Ti02，Ta205，Nb02及其混合物组成的组中选择的材料；以及所述低折射率层都包含从由Si02，八1203及其混合物组成的组中选择的材料。26.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层包括透明导电材料，该导电材料选自由氧化铟锡、搀铝氧化锌、搀钛氧化铟、锡酸镉、氧化锡一锡酸锌、搀镓氧化锌、金、银及其混合物组成的组。27.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第一涂层经配置以使其在740到2000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于90%的平均透射率。28.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于70%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于5%的平均吸收率。29.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于80%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于5%的平均吸收率。30.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于5%的平均吸收率。31.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于80%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于10%的平均吸收率。32.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于90%的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于10%的平均吸收率。33.如权利要求17所述的白炽灯，其中所述第二涂层经配置以使其在2000到4000纳米的红外波长范围内具有大于90。％的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于20%的平均吸收率。34.如权利要求17所述的白炽灯，进一步包括电气连接器，透明外罩固定到其上；以及反射涂层，其设置在邻近所述电气连接器的部分透明外罩上，以将可见光和红外光反射回所述灯丝。35.—种发光器具，其包括夕卜壳；该外壳携带的灯座；以及白炽灯，其包括电气连接器，其经配置从而可拆卸地固定到所述灯座，灯丝，透明外罩，其固定到所述电气连接器上并限定所述灯丝位于其中的封闭空间，以及光学涂层系统，其设置在所述外罩的表面上，用于透射由所述灯的灯丝发射的在规定的可见波长波带中的光，同时将所述灯丝发射的其他波长波带中的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收，其中所述光学涂层系统包括；第一涂层，其包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度以使所述第一涂层提供规定的透射/反射谱，和第二涂层，其包括具有厚度的透明导电材料，选择该厚度以使所述第二涂层提供规定的透射/反射谱，其中所述第一和第二涂层彼此配合，并与所述灯丝配合，以使所述灯提供比其外罩上缺少这样的光学涂层系统的对应灯提供的发光效率高的发光效率。36.—种发光器具，其包括夕卜壳；由该外壳携带的灯座；以及白炽灯，其包括电气连接器，其经配置从而可拆卸地固定到所述灯座，灯丝，和透明外罩，其固定到所述电气连接器上并限定所述灯丝位于其中的封闭空间，其中所述发光器具进一步包括光学涂层，用于透射由所述灯丝发射的在规定的可见波长波带内的光，同时将所述灯丝发射的其他波长波带内的光反射回所述灯丝，从而部分这样的反射光被所述灯丝吸收；且其中所述光学涂层包括第一涂层，其包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择所述折射率和厚度以使所述第一涂层提供规定的第一透射/反射谱，和第二涂层，其包括具有一定厚度的透明导电材料，选择该厚度以使所述第二涂层提供规定的第二透射/反射谱，其中所述第一和第二涂层彼此配合并与所述灯丝配合，以使所述发光器具提供比缺少这样的光学涂层系统的对应发光器具提供的发光效率高的发光效率。37.如权利要求36所述的发光器具，其中所述光学涂层系统设置在所述白炽灯的所述透明外罩的表面上。38.如权利要求37所述的发光器具，其中所述光学涂层系统设置在所述白炽灯的所述透明外罩的外表面上。39.如权利要求36所述的发光器具，其中所述发光器具进一步包括包围所述白炽灯的固定透明外罩；和所述光学涂层设置在所述固定透明外罩的表面上。全文摘要揭示了一种白炽灯，其包含特殊光学涂层系统，该系统使得灯能够提高发光效率。在一种形式中，光学涂层系统包括多个具有规定折射率和规定厚度的介电层，选择折射率和厚度以使光学涂层提供规定的透射/反射谱，其在740到2000纳米的红外波长范围内具有大于90％的平均反射率，并在400到700纳米的可见波长范围内具有小于90％的平均透射率。在另一种形式中，光学涂层系统包括两个不同的涂层(1)第一涂层，其包括多个具有规定的折射率和规定的厚度的介电层，选择折射率和厚度以使第一涂层提供规定的透射/反射谱，和(2)第二涂层，其包括透明导电材料，该导电材料经配置以使第二涂层提供规定的透射/反射谱。本发明也在包含上述光学涂层的发光器具中实施，该光学涂层要么本身位于白炽灯的外罩上或者位于与灯分开的独立器具如包围白炽灯的固定透明外罩的另一个衬底上。文档编号H01K1/32GK101529554SQ200680011304公开日2009年9月9日申请日期2006年3月29日优先权日2005年4月7日发明者D·坎宁安申请人:D·坎宁安