Brevet FR2583219A1 — publié le 19861212

LAMPE ELECTRIQUE MUNIE D'UN FILTRE INTERFERENTIEL. L'invention concerne une lampe électrique munie d'une ampoule fermée hermétiquement et réalisée en verre dont la teneur en SiO2 est au moins égale à 95 % en poids, alors que la paroi de l'ampoule est traversée par des conducteurs d'alimentation de courant conduisant à un élément électrique monté dans l'ampoule, cette ampoule étant revêtue d'un filtre interférentiel que forment des couches principalement en SiO2 qui alternent avec des couches principalement en oxyde métallique. Une telle lampe est connue du brevet britannique n0 2.103.830. En conséquence de la présence d'un filtre interféren- tiel, le spectre du rayonnement qui est émis par la lampe diffère du spectre de rayonnement en l'absence d'un tel filtre. En asso- ciation avec une lampe à incandescence, le filtre peut être utili- sé pour réfléchir du rayonnement infrarouge, de sorte que la lampe éprouve moins de pertes thermiques et fonctionne avec un meilleur rendement. Une autre possibilité est de permettre au filtre la réflexion d'une lumière ayant une certaine longueur d'onde, ce qui a comme résultat que la lampe émet de la lumière colorée. L'emploi du filtre est possible aussi pour des lampes à décharge comprenant un halogénure métallique, par exemple dans le but d'une réflexion de rayonnement infrarouge. Des lampes à incandescence munies d'un filtre inter- férentiel sont connues depuis déjà longtemps. Ainsi, le brevet des EtatsUnis d'Amérique nO 4.017.758 par exemple montre et décrit une lampe à incandescence ayant une ampoule en verre de quartz qui est en- tourée d'une enveloppe extérieure, alors que l'espace protecteur entre l'ampoule et l'enveloppe extérieure contient un filtre interférentiel. La présence d'une ampoule extérieure est toutefois un inconvénient car elle cause des réflexions supplémentaires de la lumière engendrée, ce qui a comme conséquence qu'il est plus difficile de réunir cette lumière en faisceau. Un autre inconvénient est que l'enveloppe exté- rieure rend la lampe plus volumineuse, ce qui conduit à des armatures plus volumineuses pour la lampe ce qui à son tour rend encore plus difficile l'obtention d'un faisceau de lumière convenable. La lampe répondant au brevet britannique cité ci- dessus et portant le N 2.103.830 est une lampe à incandescence qui a l'avantage que le filtre interférentiel se trouve directement sur la surface de l'ampoule. De la sorte, il est possible d'omettre une enveloppe extérieure servant de support du filtre interférentiel. Le filtre interférentiel est formé par des couches en bioxyde de Silicium (SiO2) qui alternent avec des couches en pentoxyde de tan- tale (Ta205). Le bioxyde de silicium a un faible indice de réfrac- tion et sa stabilité chimique et physique est convenable. Cette sta- bilité intéressante a pu être constatée par l'emploi de verres comprenant 95% gravimétriques de Si02 ou davantage pour fabriquer des lampes à incandescence contenant un halogène et des lampes à déchar- ge. De son côté, le pentoxyde de tantale a un indice de réfraction relativement élevé (n = 2,13). Un inconvénient toutefois du pento- xyde de tantale est sa stabilité limitée aussi bien physique que chimique. Déjà après une chauffe à 800 C, d'environ 30 minutes, le pentoxyde de tantale dans le filtre est cristallisé en 8 -Ta205 polycristallin. Ceci a comme conséquence que le filtre disperse aussi bien la lumière transmise et en diminue la possibilité de la réunir en faisceau, que le rayonnement réfléchi. Dans le cas o le filtre est un filtre réfléchissant le rayonnement infrarouge, une moins grande quantité de rayonnement infrarouge revient sur le corps incandescent d'une lampe à incandescence à cause de la réfle- xion diffuse. Contrairement à ce qui serait le cas en l'absence de la cristallisation des couches en Ta205, le filtre en question fournit une amélioration moins marquée de son rendement. De plus, le pentoxyde de tantale a comme inconvé- nient que lors du fonctionnement de la lampe pour laquelle ce pen- toxyde est utilisé comme composant de filtre, il se produit des con- traintes mécaniques qui mènent à des fissures dans le filtre. Celles-ci apparaissent comme une configuration craquelée. Encore un autre inconvénient est qu'à des températu- res élevées, le Ta205 devient gris, ce qui donne lieu à une moins grande perméabilité de lumière. En l'absence d'oxygène, comme dans l'enveloppe extérieure d'une lampe à décharge, la décoloration en gris se manifeste plus intensément que dans l'air. Toutefois, également dans le cas d'une lampe à décharge munie d'une enveloppe extérieure, il peut être important qu'un filtre interférentiel se trouve direc- tement sur l'ampoule (l'enceinte de décharge) en raison de ce que le rayonnement réfléchi par le filtre subit alors moins de réfle- xions avant le retour du rayonnement dans la décharge. Or, le but de l'invention est de procurer une lampe électrique qui est munie d'un filtre interférentiel dont la stabili- té tant physique que chimique est grande. Dans le cas d'une lampe du genre cité dans le préam- bule de cet exposé, le but visé par l'invention est atteint du fait que l'oxyde de métal est du pentoxyde de niobium. Par sa grande stabilité tant physique que chimique, et cela également à des températures élevées comme par exemple 1000 C, le pentoxyde de niobium s'est avéré très utile pour être utilisé comme composant d'un filtre interférentiel directement sur la paroi d'une ampoule de lampe en verre à teneur élevée en Si02, par exemple verre de quartz. Ceci est valable aussi bien pour des lampes à incandescence, en particulier des lampes à halogène, rem- plies d'un mélange de gaz inerte et d'acide brohydrique, que pour des lampes à décharge, par exemple des lampes à décharge dans la vapeur de mercure à haute pression, dont le mélange gazeux de rem- plissage contient ou ne contient pas d'halogènure métallique. Autour de l'ampoule, les lampes à décharge peuvent être munies d'une enve- loppe extérieure fermée qui est sous vide ou dans laquelle se trouve un gaz inerte (mélange gazeux inerte), tel exemple de l'azote. Après avoir enclenché et déclenché à plusieurs re- prises des lampes réalisées conformément à l'invention, il n'a pas été constaté la formation de craquelés dans le filtre interféren- tiel. Il est permis de supposer que le pentoxyde de niobium ne donne pas lieu à des contraintes mécaniques dans le filtre d'inter- férence ou n'en provoque que dans une faible mesure. Par ailleurs, les autres propriétés optiques du filtre n'avaient pas changé. Une propriété attrayante de l'emploi de pentoxyde de niobium est que sa masse spécifique est petite, de sorte que la fabrication d'un filtre ne nécessite que relativement peu de masse de cette matière et que de la matière de base pour la fabrication de ce pentoxyde est relativement peu coûteuse. Une propriété très attrayante de l'emploi de pentoxyde est son indice de réfraction relativement élevé, égal à environ 2,35 contre l'indice de réfrac- tion 2,13 que présente le pentoxyde de tantale (Ta205). De ce fait, pour l'obtention d'un spectre de transmission déterminé dans le cas d'emploi de Nb205, le nombre de couches requis est moins grand que celui dans le cas d'emploi de Ta205. Pour un même nombre de paires de couches, le pentoxyde de niobium fournit des transitions plus fortes dans le spectre de longueurs d'onde ré- fléchies en longueurs d'onde transmises. De ce fait, le pentoxyde de niobium permet la fabrication d'une lampe de qualité élevée moyennant relativement peu de frais. Le filtre interférentiel peut être élaboré sur la surface extérieure, la surface intérieure ou les surfaces intérieure et extérieure de l'ampoule de lampe, par exemple du fait que de façon alternative, un mélange gazeux à partir duquel il est possible de former SiO ou Nb205, est amené à s'écouler, à température 2 2 5 accrue et pression abaissée, le long de la paroi de l'ampoule de lampe ou d'un corps à partir duquel est formée l'ampoule. Le bioxy- de de silicium est élaboré par exemple à partir d'un mélange de silane et d'oxygène dans l'azote ou à partir de tétraéthylortho- silicate dans l'azote. De son côté, le pentoxyde de niobium est élaboré par exemple à partir d'un mélange de, par exemple, penta- éthylniobate et d'azote. Une forme de réalisation de la lampe conforme à l'invention est représentée sur le dessin. La figure 1 est une vue de profil d'une lampe. La figure 2 est le spectre de réflexion d'un filtre interférentiel. La lampe que montre la figure 1 comporte une ampoule de lampe tubulaire l,en verre de quartz. La paroi de cette ampoule est traversée par des conducteurs d'alimentation de courant 2a, 2b, 2c qui mènent à un corps d'incandescence 3 en tungstène; ce corps 3 est en forme d'hélice, placé dans l'ampoule 1 et maintenu centré dans celle-ci à l'aide d'appuis 4 en forme de spirale. Sur les par- ties 2b en clinquant de molybdène, l'ampoule 1 est obturée de manière étanche au vide. Auxdites parties 2br on a soudé un fil en molybdène 2a et un fil en tungstène 2c. L'ampoule est remplie d'azote additionné de quelques dixièmes de %O d'acide bromhydrique. Sur la face extérieure de l'ampoule est élaborée un filtre interférentiel formé par des couches en SiO2 qui alternent avec des couches en Nb205; ce filtre réfléchit le rayonnement infrarouge vers le corps incan- descent 3 et laisse passer le rayonnement visible. La façon dont le filtre est réalisé est indiquée dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 -10 Couche Matériau épaisseur RWL * (en nanomè- (en nanomè- _____ _ _ _ ___ _ *itres) tres) air 1 Bioxyde de silicium 98 575 2 Pentoxyde de niobium 113 1025 3 Bioxyde de silicium 354 2050 4 Pentoxyde de niobium 113 1025 Bioxyde de silicium 354 2050 6 Pentoxyde de niobium 113 1025 7 Bioxyde de silicium 354 2050 8 Pentoxyde de niobium 113 1025 9 Bioxyde de silicium 198 1150 Pentoxyde de niobium 127 1150 11 Bioxyde de silicium 198 1150 12 Pentoxyde de niobium 127 1150 13 Bioxyde de silicium 198 1150 14 Pentoxyde de niobium 127 1150 Bioxyde de silicium 198 1150 16 Pentoxyde de niobium 127 1150 17 Bioxyde de silicium 198 1150 18 Pentoxyde de niobium 127 1150 19 Bioxyde de silicium 176 1025 Pentoxyde de niobium 99 900 ; 21 Bioxyde de silicium 155 900 22 Pentoxyde de niobium 99 900 _________ Suite du Tableau 1 Couche Matériau épaisseur RWL * (en nanomè- ( en nanomè- tres) tres) 23 Bioxyde de silicium 155 900 24 Pentoxyde de niobium 99 900 Boixyde de silicium 155 900 26 Pentoxyde de niobium 99 900 27 Bioxyde de silicium 155 900 28 Pentoxyde de niobium 99 900 Substrat: verre de quartz. L'astérisque (*): Reference Wave Length = la longueur d'onde du rayonnement pour laquelle la couche a comme épaisseur optique: 1/4 x la longueur d'onde. La figure 2 montre le spectre de réflexion du filtre d'interférence répondant au Tableau 1 ci-dessus. Le filtre a une très faible réflexion (transmission élevée) dans la partie visible du spectre, et une très forte réflexion dans la partie infrarouge du spectre. REVENDICATION: Lampe électrique munie d'une ampoule fermée hermé- tiquement et réalisée en verre dont la teneur en SiO2 est au moins égale à 95 %O en poids, alors que la paroi de l'ampoule est traver- sée par des conducteurs d'alimentation de courant conduisant à un élé- ment électrique monté dans l'ampoule, cette ampoule étant revêtue d'un filtre interférentiel que forment des couches principalement en SiO2 qui alternent avec des couches principalement en oxyde métal- lique, caractérisé en ce que l'oxyde métallique est du pentoxyde de niobium.