Лампа розжарювання

1 Лампа розжарювання, яка складається з нитки розжарювання, цоколя і балону, на зовнішню поверхню якого нанесено покриття, яке пропускає видиме випромінювання і відбиває інфрачервоне, яка відрізняється тим, що покриття виконане з одношарової плівки напівпровідникової сполуки InSnO, в якій вміст Sn складає 4,8-5,2%, товщиною 100-250нм 2 Лампа розжарювання по п 1, яка відрізняється тим, що додатково на шар InSnO нанесено прозоре діелектричне покриття Т1О2 або S1O2 товщиною 100 200нм Винахід відноситься до світлотехніки і може бути використаний при виготовленні ламп розжарювання Задачею, яка вирішувалась було підвищення світловіддачі лампи при спрощенні технології и виготовлення Спектр випромінювання ламп розжарювання має максимум в інфрачервоній області спектру, тобто не є оптимальним для ока людини Таким чином можна використати інфрачервону частину цього випромінювання для додаткового підігріву нитки розжарювання лампи Для цього необхідно нанести на балон лампи покриття, прозоре в видимій області спектру і відбиваюче в інфрачервоній (ІЧ) області - так зване теплове дзеркало Відбите ІЧ випромінювання додатково нагріває нитку розжарювання, підвищуючи и температуру Т і, ВІДПОВІДНО, інтенсивність видимого випромінювання І (у ВІДПОВІДНОСТІ з законом СтефанаБольцмана І~~Г) ня рівномірної освітленості, що необхідне в усіх лампах широкого вжитку Патент [2] описує конструкцію ламп розжарювання з тепловим дзеркалом, в яких для підвищення ефективності фокусування ІЧ випромінювання на нитку розжарювання використовується спеціальна форма балону лампи Такий ПІДХІД також не дозволяє ефективно використати теплове дзеркало для ламп розжарювання широкого вжитку, форма балонів яких стандартизована Автори патенту [3] пропонують вдосконалити форму нитки розжарювання для зменшення втрат тепла Недоліком даного підходу є ускладнення конструкції і подорожчання технології виготовлення ламп В патенті [4] в якості теплового дзеркала пропонуються двох- чи тришарові покриття Ад-ТЮг або ТіОг-Ад-ТіОг, які наносяться на внутрішню поверхню балону лампи До недоліків даної конструкції відноситься наявність поглинання частини видимого світла в шарі срібла, складність технології нанесення покриття на внутрішню сторону балону, а також можливість окислення плівки срібла в процесі експлуатації лампи, що веде до деградації и характеристик В патенті [5] пропонується розміщувати теплове дзеркало всередині балону лампи Така коне В патенті [1] запропоновано конструкцію ламп розжарювання з тепловим дзеркалом, яка відрізняється тим, що покриття, прозоре для видимого випромінювання і відбиваюче ІЧ-випромінювання наноситься тільки на частину балону лампи, а інша частина покрита повністю відбиваючим шаром Недоліком даного методу є використання лише частини теплового випромінювання для підігріву нитки розжарювання та неможливість отриман о> о (О 60792 Другий (діелектричний) шар відіграє роль електритрукція суттєво ускладнює процес виготовлення чної ізоляції ламп і є непридатною для ламп широкого вжитку Таким чином, застосування теплового дзеркаАвтори [6] запропонували конструкцію, в якій ла, виготовленого шляхом напилення плівки ІТО теплове дзеркало являє собою багатошарове інвказаного складу і товщини на зовнішню поверхню терференційне покриття, зверху якого нанесено балону лампи розжарювання і дозволяє максимадодатковий розсіюючий шар для покращання одльно простим методом збільшити освітленість, яку норідності освітлення створює лампа Якщо вміст олова в ПЛІВЦІ ІТО буВідомо, ЩО виготовлення інтерференційних де менший за оптимальний, то максимум спектру покрить з заданим оптимальним спектром пропусвідбиття ІЧ випромінювання зсувається в більш кання і відбиття світла є достатньо складним і кодовгохвильову область спектру, де його інтенсивштовним процесом, що обмежує його використанність незначна Це приведе до зменшення ефекту ня в масових виробах широкого використання підігріву нитки розжарювання ІЧ випромінюванням В якості прототипу вибрано конструкцію і споЯкщо збільшити товщину плівки ІТО понад вказасіб виготовлення ламп розжарювання з тепловим ний нами інтервал, то це збільшить поглинання дзеркалом, який включає нанесення теплового видимого світла в цій ПЛІВЦІ, ЩО також зменшить дзеркала, що складається з двох тонких шарів освітленість, яку створює лампа Якщо ж плівка металу, між якими створено діелектричний шар ІТО буде тонша, ніж оптимальна, то частина ІЧ певної товщини, так що це тришарове покриття випромінювання буде проходити через неї і, таким працює як теплове дзеркало і одночасно як інтерчином, не буде приймати участі в додатковому ференційний фільтр, який пропускає видиме світпідігріві нитки розжарювання Це, в свою чергу, ло бажаного спектрального діапазону [7] зменшить бажаний позитивний ефект В заявлеДо недоліків цього методу слід віднести ному нами діапазоні товщин плівка ІТО поглинає - Наявність значного поглинання видимого свіне більше 10% видимого випромінювання тла в шарах металу, що зменшує світловіддачу, - Складність технології нанесення тришарових Лампа відрізняється також тим, що додатково покрить, на шар ІТО наноситься плівка прозорого діелектрика (S1O2, T1O2) Його призначення - захищати - Наявність провідного шару на ЗОВНІШНІЙ поспоживачів від можливого ураження електричним верхні балону лампи, що створює небезпеку ураструмом при торканні до балону лампи, оскільки ження струмом шар ІТО є провідним Тип діелектрику вибраний, Задачами, що вирішуються запропонованим виходячи з високих діелектричних характеристик способом є вказаних вище матеріалів, а також простоти їх 1 Підвищення світловіддачі лампи при спронанесення методом магнетронного розпилення, щенні технології и виготовлення, тобто вони наносяться в єдиному технологічному 2 Можливість корекції спектру відбивання свіциклі, що і плівки ІТО, що підвищує економічність тла в інфрачервоній області без зміни спектру в процесу Товщина діелектричного шару вибрана видимій області, виходячи з необхідності досягнення достатньої 3 Захист зовнішньої поверхні лампи від елекелектричної ізоляції балону лампи від дії електритричного потенціалу чного потенціалу При зменшенні товщини діелекПоставлені задачі вирішуються тим, що на зотричної плівки в порівнянні з оптимальним інтервнішню поверхню балону готової лампи розжарювалом, и діелектричні властивості ще недостатні вання, що складається з нитки розжарювання, цоЗбільшення товщини діелектричної плівки понад коля та балону, наноситься покриття, яке оптимальну не дає додаткового позитивного ефекпропускає видиме випромінювання і відбиває інту, а лише збільшує тривалість процесу и напифрачервоне, що відрізняється тим, що покриття лення, що є економічно невигідним виконане з одношарової плівки напівпровідника InSnO (ITO), в якому вміст Sn складає 4,8-5,2%, Після напилення покрить лампа відпалюється товщиною 100-250нм на повітрі при температурі 200°С Такий відпал покращує структурні характеристики плівки ІТО, Лампа розжарювання відрізняється також тим, що, в свою чергу, збільшує її електропровідність і що додатково на шар ІТО нанесено прозоре діелепокращує відбиття ІЧ випромінювання Також поктричне покриття кращується стехіометрія діелектричної плівки, що Видиме світло вільно проходить через плівку веде до збільшення її прозорості і діелектричної сполуки InSnO за рахунок и широкозонності, а ІЧ випромінювання відбивається за рахунок ефекту МІЦНОСТІ плазмового відбиття Спектр плазмового відбиття Запропонована конструкція має принципові істотно залежить від ступеню легування напівпропереваги порівняно з аналогами та прототипом і відникового матеріалу (по) Величина по задається дозволяє, використовуючи ефект плазмового відшляхом зміни вмісту домішки олова в ПЛІВЦІ ІТО, і биття світла від широкозонної сильнолегованоп ми знайшли, що саме його вміст в 4,8-5,2% є опнапівпровідникової сполуки InSnO, за рахунок частимальним для ламп розжарювання Відбиття світково сфокусованого на нитці розжарювання тептла істотно збільшується саме в тому спектральлового (з інфрачервоної області спектру) випроміному діапазоні, де лампа розжарювання виділяє нювання, підвищити освітленість, яка створюється найбільшу КІЛЬКІСТЬ енергії, тобто в інфрачервонолампою розжарювання, на 9-10% (всередині баму діапазоні Саме це дозволяє використати часлону лампи при незмінній споживаній потужності тину енергії інфрачервоного випромінювання для досягнуто підвищення інтенсивності видимого видодаткового підігріву нитки розжарювання і збільпромінювання до 20%) Спосіб забезпечує високу шення освітленості в видимій області спектру відтворюваність результатів і дозволяє підвищити ефективність стандартних ламп розжарювання широкого вжитку, порівняно з аналогами та прототипом Так, оскільки в прототипі багатошарове інтерференційне покриття поглинає близько 40% видимого світла, а в нашій конструкції - лише 810%, то переваги останньої конструкції є очевидними Спрощення технології виготовлення лампи розжарювання досягається тим, що замість тришарового покриття, як в прототипі, нами запропоновано наносити одно- чи двошарове покриття Нанесення плівки ІТО проводиться методом магнетронного напилення в камері відповідної установки Для отримання однорідного покриття лампа під час напилення обертається Склад мішені, яка розпилюється 4,8-5,2% олова, решта ІНДІЙ Температура напилення - кімнатна Після напилення плівки ІТО в тій же установці виконується напилення захисної діелектричної плівки Т1О2 або S1O2 товщиною 100 200нм Для цього розпилюється мішень з Ті або Si Далі виконується операція відпалу лампи при температурі 200°С в атмосфері повітря або кисню На фіг 1 схематично зображено переріз запропонованої лампи розжарювання Тут 1 - цоколь лампи, 2 - нитка розжарювання, 3 - балон лампи, 4 - шар InSnO, 5 - діелектричне покриття Приклад Було вибрано стандартні (побутові) лампи розжарювання 220В, 25Вт 3 них були сформовані 2 партії по Зшт кожна Лампи з партії 1 використовувались в якості контрольних Лампи партії 2 проходили обробку по технологічному маршруту, розробленому у винаході лампа закріплювалась у тримачі, який поміщався в робочу камеру установки магнетронного напилення НУВИ-1 Далі проводилось напилення плівки ІТО товщиною 150нм (товщина плівки контролювалась по зразкам Комп'ютерна верстка Н Лисенко 60792 супутникам за допомогою профілометра Dektak) Далі мішень з сплаву In-Sn замінялась на мішень з монокристалічного кремнію, що розпилювався, і проводилось формування плівки S1O2 товщиною ЮОнм Після ЦЬОГО лампи відпалювались в атмосфері повітря при температурі 200°С на протязі ЗО хвилин Далі за допомогою люксметра Ю-117 вимірювалась освітленість, яку забезпечують лампи партій 1 та 2, а за допомогою пірометра "Промінь" - температура нитки розжарювання При цьому вар'ювалась напруга на лампі та контролювався струм, який через неї протікає Розраховувалась питома освітленість L/P, тобто освітленість на ват споживаної потужності та відносна зміна температури нитки розжарювання На фіг 2 наведені отримані результати, усереднені по всіх зразках (розкид не перевищував 5%) Тут д(|_/Р) - процентне відношення питомих освітленостей для пропонованої лампи розжарювання і контрольної (вихідної} лампи Бачимо, що ця величина в оптимальному режимі живлення лампи складає 9% При цьому покриття балону лампи поглинає 9% видимого світла Оскільки В прототипі покриття поглинає близько 40% видимого світла, то простий розрахунок показує, що використання покриття, запропонованого у прототипі, для досліджуваних нами ламп дасть виграш в інтенсивності лише на 5-6% Література 1 2 3 4 5 6 7 ПатентСША№ІІ34227113 Патент США № US4249101 Патент США № US4283653 Патент США № US4293593 Патент США № US4703220 Патент США № US5627426 Патент США №US4366407 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119