专利名称：电灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括用于容纳光源的光发射灯管的电灯。
其中灯管的至少一部分配置有光吸收涂层。
其中光吸收涂层包括用于吸收一部分可见光的颜料。
这种电灯主要用作交通工具中的指示灯，例如在指示灯中的一个黄色光源或在汽车刹车灯中的红色光源。这种灯的可替换实施例，其中色温通过光吸收涂层得到增加，也可以用作交通工具的顶灯。所述的光吸收涂层还可以用作为产生发光目的的白炽灯上的色层。所述电灯也可以用在交通灯中。
在开头段落中所述的电灯类型是由CA-A0766196中知道的。在已知的电灯例子中，一种涂层被施加于灯管，该涂层包括一种用于吸收可见光的物质，例如一种染料或颜料。
对于所述涂层的应用，通常使用有机的涂漆。该有机涂漆形成一种包括染料货颜料的承载基底。所述有机涂漆尤其是的该涂层可以获得与灯管的良好粘附。在已知灯中，使用一种聚甲基丙烯酸酯(polymehtylmethacrylate)聚合体，它通过浸涂层施加在灯管上。在一个可替换的实施例中，聚酯硅的涂漆通过涂覆过程施加到灯管上。此外，经常使用有机染料，诸如被称为Zapon 157的染料。这种染料被加到涂漆层中以获得所期望的色点。
包括在有机涂层基底上的光吸收涂层的已知电灯的缺点是在高于200℃的温度时涂层到灯管的粘附基本被损坏和/或有机染料会降解。在接近或高于所述温度的温度时，可能会有涂层破裂和/或变得与灯管脱离粘附。因为容纳电灯的泛光源的尺寸随着电灯自身的尺寸减少而减少，配置有涂层的灯管的温度普遍已达到250℃。此外，这里有一种进一步小型化的倾向，从而该配置有光吸收涂层的灯管达到大约325℃的温度。
本发明的一个目的是提供一种在开头段中所述的电灯，其中上述的缺点已经被消除。
根据本发明，开头段中所述的电灯类型的特征在于光吸收涂层包括一个可以通过溶胶-凝胶(sol-gel)工艺过程的一个有机修饰的硅烷(silane)的转换获得的网状物(network)。
所述的有机修饰的硅烷由下列结构式的复合物形成的组合中选择RⅠSi(ORⅡ)3其中RⅠ包括一个烃基或一个芳基。
和其中RⅡ包括一个烃基。
通过用包括一个有机修饰的硅烷的网状物来替换在已知电灯中的光吸收涂层中的有机涂漆作为启始材料，获得一个耐温高达400℃的光学透明、非散射的光吸收涂层。通过在制作网状物使用一个有机修饰的硅烷，RⅠ基中的一部分，即烃基或芳基在网状物中保持作为一个端基。结果，对于每一个Si原子不是4个网合键(network bond)，根据本发明的网状物的每一个Si原子具有小于4个的网合键。例如，这导致在网状物中每一个Si原子平均包括大约三个网合键。不论该网状物部分地由所述烃基或芳基构成，获得一个其密度至少基本等于普通二氧化硅网状物的密度。与通用的二氧化硅网状物不同的是，部分地由所述烃基或芳基构成的网状物具有一个更大的弹性和柔韧性。这使得可以制造相对较厚的光吸收涂层。
优选地，RⅠ基包括CH3或C6H5。这些物质具有相对较好的热稳定性。一个包括甲基或苯基的网状物使得可以获得更厚的涂层。实验进一步显示其中在网状物中包括甲基或苯基的涂层在直至350℃的温度都保持稳定。所述基团是在该网状物和在所述更高温度的网状物剩余部分中的端基。在加于光吸收涂层的这种相对较高温度处，在电灯的寿命期间没有产生网状物的可感知的降解。
优选地，RⅡ基包括CH3或C3H5。甲基和乙烷基特别适合，因为甲醇和乙醇是在水解过程中形成的，这种物质相当容易地与染料的分散和蒸发相一致。通常，甲氧基(-OCH3)基团的反应比乙氧基(-OC2H5)更快，而乙氧基的反应比等同的丙氧基团(-OC3H7)更快。对于一个平滑的水解过程，有利地使用一个不是很长的RⅡ基。
根据本发明的制造网状物的非常适合的启始材料是甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，其中RⅠ=RⅡ=CH3，甲基三乙氧基硅烷(MTES)，其中RⅠ=CH3,RⅡ=C2H5，苯基三甲氧基硅烷(PTMS)，其中RⅠ=C6H5,RⅡ=CH3，和苯基三乙氧基硅烷(PTES)，其中RⅠ=C6H5,RⅡ=C2H5。这种启始材料是公知的并且是商业上可获得的。
根据本发明的电灯的一个实施例的特征在于光吸收涂层的厚度tc＞=1um，如果使用由硅烷构成的网状物，该网状物的每一个Si原子包括四个网合键，在大气条件下，涂层的厚度被限制在大约至多为0.5um。在其厚度超过所述厚度的这种硅烷层中，在层上的张力很容易导致破裂和/或涂层很容易与灯管脱离粘附。通过使用包括对于每一个Si原子的小于4个的网合键的网状物，可以获得一个厚得多的层厚。优选地，tc＞=2um。在更厚的光吸收涂层中，可以包含更多的染料或颜料，从而可以改进涂层的色效。
无机的填充材料可以包含在光吸收涂层中。为此，在根据本发明的电灯的一个优选实施例中，具有直径d＜=50nm的硅烷粒子被包含在网状物中。这些所谓的纳米尺寸的硅烷粒子的包含降低了在制造过程中层的收缩。另外，所谓纳米尺寸的硅烷粒子的包入使得可以获得很好地粘结到灯管的更厚的涂层。通过将纳米尺寸的硅烷粒子加入到网状物中，其中形成RI基的烃基或芳基作为端基，可以获得具有更有利键合特性的20um厚的涂层。这种厚涂层可以获得相当数量的染料或颜料以获得光吸收涂层的所期望的色点。通过包含所述硅烷粒子，使得可以以更大的厚度制造光吸收涂层。当在较厚涂层中包含相同数量的染料，这种涂层的折射系数较少地受染料的折射系数的影响。使用所述硅烷粒子导致导致某种程度的自由度以使得将光吸收涂层的折射系数带到一个期望值并将该折射系数维持在所述值上。
为了制造具有所述光学特性的光吸收涂层，在电灯的寿命期间具有所期望热稳定性的所述涂层，优选地使用无机染料。在根据本发明的电灯的一个优选实施例中，染料由包括以下物质的基团中选取氧化铁，掺杂有磷的氧化铁，氧化铁锌，铝酸钴，氧化钕，钒酸铋，硅酸锆镨或它们的混合物。氧化铁(Fe2O3)是一种橙色染料而掺杂磷的氧化铁是一种橙红色染料。氧化铁锌，例如，ZnFe2O4或ZnO.ZnFe2O4是黄色染料。将掺杂磷的氧化铁与ZnFe2O4相混合将产生深橙色。铝酸钴(CoAl2O4)和氧化钕(Nd2O5)是蓝色染料。钒酸铋(BiVO4)，也被称为钒铋矿(pucherite)，是一种黄绿色染料。硅酸锆镨是一种黄色染料。实验表明包含所述无机染料的网状物在电灯的寿命期间和在施加于光吸收涂层的相对较高温度下不会产生可以感知的降解。
在一个可替换实施例中，获得一个使用有机染料的光吸收涂层。具体地，适合的染料是来自“汽巴(Ciba)”的所谓红177(蒽醌)或苯二甲铬黄(2RLP)。更适合的染料是来自″Clariant″的Red149(perylene)，红(奎吖啶酮)，Red 257(镍-异吲哚啉)紫罗兰19(奎吖啶酮)，蓝15∶1(铜-酞菁)，绿7(hal.铜-酞菁)或黄83(dyaryl)。还有，无机和有机染料的混合物也是适合的，例如苯二甲铬黄和氧化锌铁的混合物。
优选地，染料粒子的一个平均尺寸dp＜=100nm。通过使用这种相对较小尺寸的染料，可以获得一个体现相对较小光散射的光学透明涂层。因为根据本发明的电灯经常应用于特殊设计的反射器中，其中光源被嵌埋使得被形成点状，所以光吸收涂层的光散射是不期望的特性。如果染料粒子的平均尺寸dp＜=50nm，则光学散射的影响至少基本被排除。
在文献中，通过有机修饰的硅烷的转换获得的网状物通常用于制造光学散射涂层。然而，在本发明中，网状物具体地用于制造具有相对较小光学散射特性的透明涂层。
通过将染料施加于光吸收涂层中获得特别适合的电灯，该染料包括氧化铁和钒酸铋，或包括掺杂有磷的氧化铁和钒酸铋的混合物。因为钒酸铋经常在粒子尺寸dp＞100nm时可用，一个包含这种染料的光吸收涂层经常体现出一种干扰程度的光学散射。·发明者在实验中已经发现掺杂磷的氧化铁和钒酸铋的组合物用作染料使得所获得的光吸收涂层的光学散射被相当大地减少，似乎是钒酸铋的粒子尺寸远远小于100nm。无需强迫给出原理性解释，这种涂层的光学散射的降低导致作为氧化铁粒子存在结果的网状物的折射系数的增加。
已经发现，包括根据本发明的涂覆有一种光吸收涂层的灯管的电灯在电灯的寿命期间将其最初特性保持在一个充分的程度上，其中所述光吸收涂层是借助一个溶胶-凝胶过程通过一个有机修饰的硅烷的转换来获得的。
下面将通过参照随后所描述的实施例的阐述来使得本发明的这些和其他特性更加明显。
在附图中
图1是根据本发明、包括一个灯帽的电灯的部分切去和部分剖面的侧视图；图2是配置有一个反射器和一个适配器的电灯；图3是在C.I.E颜色三角形图中，包括根据本发明的涂层的电灯的颜色坐标。
这些图纯粹是示意性的并未按照比例绘制。为了特别清楚地显示，有些尺寸被大大夸张了。在附图中，相似的参考标记表示相似的部件。
图1显示了根据本发明的电灯，该电灯的一部分以部分切去的侧视图显示，另一部分以剖面图显示。该电灯包括光发射灯管1，例如由玻璃制成，它以气密性方式封闭，而其中电元件2，为具有图中所示中心4的(螺旋形)钨白炽体，被轴向地放置在轴5上并连接到电流导线6上，该电流导线由灯管伸到外端。该灯填充有填充气压稍微大于5巴的惰性气体，例如Ar/Ne混合气体。
灯帽10牢固地连接到灯管1。该灯帽10具有复合树脂外壳11。该外壳11包括一个平的基座部分7，它基本上垂直于轴5。该灯管1借助于绝缘材料片8以气密性方式封闭，该绝缘材料片放置于一个基本上垂直于轴5的平面上。在制造电灯过程中，电元件2安装在前面相对于片8定义的位置上。灯管1的片8以锁定装置9，例如ridge，压向基座部分从而使得电元件2可以进入前面参照参考装置12，例如螺栓，定义的位置。该螺栓12形成灯帽的一部分兵马设计为大概靠着一个支座30，例如一个反射器，如图2所示。
灯帽还包括配置有一个屏13的接触组件并且大概1的电流导体6连接到它。配置有联结装置17的弹性中间部分15，设计用于将反射器联结到灯帽的图中所示弹性销钉与外壳11形成为一体。中间部分是这样制成使得它为空心来获得中间部分的弹性动作，使得没有一个壁保持为中间部分，于是壁的主要部分可以借助与轴5相垂直延伸的两个凹槽来移去。壁的剩余部分形成一个接近于另一个凹槽绕轴旋转，例如，180°的桥19。
电灯的灯管1具有大约为22mm的相对较小的轴尺寸并且适合于消耗，例如，大约5到25W的功率。在此例中，该电灯具有大约6000小时的寿命。
根据本发明，灯管的至少一部分覆盖有具有2-3um平均厚度的光吸收涂层3。
图2显示了配置有支座30以及适配器25的电灯，在图中该支座是一个具有一个透明片33的反射器。在具有适配器和反射器的构造中，其中反射器配置有保持在凹槽32中的橡胶环31，该橡胶环31将在灯帽和反射器之间的开口以气密性方式封闭。该适配器配置有一个标准化的接触点27，该接触点以气密性方式穿过底部片28并连接到灯帽10的接触组件14。
可以清楚看到的，灯帽10基本上完全落入一个其顶点35在电元件2的中心4上并具有25°的顶半角的锥体36中。由电元件2所产生的光可以基本上无阻碍地到达反射表面34并且在透明片33方向中基本轴向地反射到那里。
实施例110克数量的ZnFe2O4(粒子尺寸70nm)分散在50/50％的水/乙醇混合液体中，使用“disperbyk 190”作为分散剂。混合物的整个重量为30克。借助于2mm氧化锆颗粒的湿球磨制粉，可以获得一个光学上纯净的液体。
一个3克数量的Fe2O3(粒子尺寸为40nm)以相应方式分散。
40克甲基三甲氧基硅烷(MTMS),0.6克的原硅酸四乙酯(TEOS),32克水，4克乙醇和0.15克冰醋酸的水解混合物在室温下搅拌48个小时，随后保存在冰箱中。
一个涂覆液体通过将10克所述ZnFe2O4分散物，6克Fe2O3混合物和10克MTMS/TEOS水解混合物与4克甲氧基丙醇相混合来获得，该涂覆液体随后喷涂在灯管主要部件的外表面。该涂层在250℃的温度下固化10分钟。以此方式，在干燥和固化过程中没有形成裂纹地在玻璃灯管上获得厚至3um的光吸收涂层。
一个配置有根据此实施例中所述制造的光吸收涂层的电灯是黄色、透明并且没有光学散射。
在电灯被在350℃点亮1小时之后在整个发射的52％处，对于这样制成的光吸收涂层的颜色坐标(x,y)根据C.I.E1931颜色三角图的定义为(0.589；0.405)。涂层的色点在灯的整个寿命期间很稳定。
根据上述配方获得的涂层2.7um的厚度。这些分量的重量分数为52％ZnFe2O4和Fe2O3,18％″disperbykl 190″，和30％MTMS。
图3显示了，在C.I.E1931颜色三角图的一部分中，在具有包含上述ZnFe2O4和Fe2O3(如图3中的圆圈所指示的)的光吸收涂层的电灯的颜色坐标(x,y)。具有最小x坐标的圆相对应于ZnFe2O4/Fe2O3的大约2um的层厚。而具有最大x坐标的圆相对应于ZnFe2O4/Fe2O3的大约3um的层厚。为了比较，给出一个对于一个层厚范围(三角形在影线区域中厚度从1.5到3um变化)只包含/Fe2O3的涂层的色点。图3还显示了在颜色三角形中的两个特殊区域，用作车辆的黄色指示灯的电灯的色点位于其中。标识为S1的影线区域对应于对于黄色指示灯的欧洲ECE标准，而标识为S2的影线区域对应于对于黄色指示灯的美国SAE标准，这些标准对于本领域技术人员都是公知的。施加于一个电灯的所获得的光吸收涂层可以适合地用作黄色指示灯并通过本领域技术人员公知的Fakra标准。
实施例23克数量的BiVO4分散在50/50％的水/乙醇混合液体中，使用″solsperse 41090″作为分散剂。混合物的整个重量为23克。借助于2mm氧化锆颗粒的湿球磨制粉，可以获得一种稳定的分散。
一个3克数量的Fe2O3(粒子尺寸为40nm)以相应方式分散。
40克甲基三甲氧基硅烷(MTMS),0.6克的原硅酸四乙酯(TEOS),32克水，4克乙醇和0.15克冰醋酸的水解混合物在室温下搅拌48个小时，随后保存在冰箱中。
一个涂覆液体通过将10克所述ZnFe2O4分散物，6克Fe2O3混合物和10克MTMS/TEOS水解混合物与4克甲氧基丙醇相混合来获得，该涂覆液体随后喷涂在灯管主要部件的外表面。该涂层在160℃的温度下固化20分钟。以此方式，在干燥和固化过程中没有形成裂纹地在玻璃灯管上获得厚至3um的光吸收涂层。
一个配置有根据此实施例中所述制造的光吸收涂层的电灯是琥珀色、相对没有光散射的，虽然钒酸铋粒子的直径超过100nm。
在电灯被点亮1小时之后在整个发射的50％处，对于这样制成的光吸收涂层的颜色坐标(x,y)根据C.I.E1931颜色三角图的定义为(0.592；0.101)。涂层的色点在灯的整个寿命期间很稳定。
根据上述配方获得的涂层3um的厚度。这些分量的重量分数为21％ZnFe2O4和Fe2O3,21％的BiVO4,17％的so1spers和41％MTMS。
图3显示了，在具有包含上述BiVO4和Fe2O3(如图3中的方块所指示的)的光吸收涂层的电灯的颜色坐标(x,y)。具有最小x坐标的方块相对应于BiVO4/Fe2O3的大约2um的层厚。而具有最大x坐标的方块相对应于BiVO4/Fe2O3的大约3um的层厚。
实施例36克数量的掺杂磷的Fe2O3分散在50/50％的水/乙醇混合液体中，使用″disperbyk 190″作为分散剂。混合物的整个重量为32克。
40克甲基三甲氧基硅烷(MTMS),0.6克的原硅酸四乙酯(TEOS),32克水，4克乙醇和0.15克冰醋酸的水解混合物在室温下搅拌48个小时，随后保存在冰箱中。
一个涂覆液体通过将20克所述掺杂磷的Fe2O3分散物和7克MTMS/TEOS水解混合物与4克甲氧基丙醇相混合来获得，该涂覆液体随后喷涂在灯管主要部件的外表面。该涂层在160℃的温度下固化20分钟。以此方式，在干燥和固化过程中没有形成裂纹地在玻璃灯管上获得厚至6um的光吸收涂层。可以实现相对较大厚度的层是因为相对较高浓度的染料在相对较低浓度的MTMS处施加。
一个配置有根据此实施例中所述制造的光吸收涂层的电灯是红色、透明并且没有光学散射。
在电灯被点亮1小时之后在整个发射的20％处，对于这样制成的光吸收涂层的颜色坐标(x,y)根据C.I.E1931颜色三角图的定义为(0.665；0.335)。涂层的色点在灯的整个寿命期间很稳定。
具体的颜色坐标，包括用作车辆红色刹车灯的电灯的色点，根据对于本领域技术人员公知的欧洲ECE标准为x=0.665,y=0.335；x=0.657,y=0.335；x=0.7307；y=0.2613，而根据对于本领域技术人员公知的美国NA标准x=0.67,y=0.33；x=0.65,y=0.33；x=0.71,y=0.27。配置有根据在此所述实施例制成的光吸收涂层的电灯位于对于红色刹车灯的特殊区域。
很清楚，在本领域的范围中，许多变型对于本领域技术人员而言是可能的。在溶胶-凝胶过程中，可以使用许多可替换的制备方法。例如，对于用于水解使用的酸可由顺丁烯二酸来替换。此外，还可以使用染料组合来使得色点移向红色一边。除此之外，将由电灯发射的光的色温可以在，例如，颜色坐标基本保持在黑体位置时增加。
本发明的范围不限于在此所给出的例子。本发明体现在每一个新颖性特征和特征的每一个组合中。在权利要求中的参考标记不限制其包含范围。术语“包含”不排除权利要求作所述元件之外的那些元件的出现。在一个元件之前的代词“一个”不排除多个这种元件的出现。
权利要求
1．一种包括用于容纳光源(2)的光发射灯管(1)的电灯，其中灯管(1)的至少一部分配置有光吸收涂层(3)，其中光吸收涂层(3)包括用于吸收一部分可见光的颜料，其特征在于光吸收涂层(3)包括一个可以通过溶胶-凝胶工艺过程的一个有机修饰的硅烷的转换获得的网状物，所述的有机修饰的硅烷由下列结构式的复合物形成的基团中选择RⅠSi(ORⅡ)3其中RⅠ包括一个烃基或一个芳基，和其中RⅡ包括一个烃基。
2．根据权利要求1所述的电灯，其特征在于，该RⅠ基包括CH3或C6H5。
3．根据权利要求1或2所述的电灯，其特征在于，该RⅡ基包括CH3或C2H5。
4．根据权利要求1或2所述的电灯，其特征在于，染料的平均直径dp＜=100nm。
5．根据权利要求1或2所述的电灯，其特征在于，光吸收涂层(3)的厚度tc＞=1um。
6．根据权利要求1或2所述的电灯，其特征在于，具有直径d＜=50nm的二氧化硅粒子被包含在网状物中。
7．根据权利要求1或2所述的电灯，其特征在于，染料为无机染料。
8．根据权利要求7的电灯，其特征在于，染料由包括以下物质的组中选取氧化铁，掺杂有磷的氧化铁，氧化铁锌，铝酸钴，氧化钕，钒酸铋，硅酸锆镨或它们的混合物。
9．根据权利要求8所述的电灯，其特征在于，该染料由氧化铁和钒酸铋的混合物或由掺杂磷的氧化铁和钒酸铋的混合物形成。
全文摘要
一种包括用于容纳光源(2)的光发射灯管(1)的电灯。所述灯管(1)的至少一部分配置有光吸收涂层(3)。根据本发明,光吸收涂层(3)包括一个可以通过溶胶－凝胶工艺过程的一个有机修饰的硅烷的转换获得的网状物。所述的有机修饰的硅烷由下列结构式的复合物形成的组合中选择:R
文档编号H01J61/40GK1321329SQ00801952
公开日2001年11月7日 申请日期2000年8月31日 优先权日1999年9月13日
发明者M·R·博默, I·J·M·斯尼克尔斯-亨-德里克斯, P·M·C·奈伦-滕沃尔德, T·A·P·M·科伊尔斯滕, R·C·布雷尔斯马 申请人:皇家菲利浦电子有限公司