本發(fā)明介紹一種光散射涂層，這種涂層在燈（例如鹵燈、高壓放電燈）、濾光器、窗玻璃等的基面上形成，具有散射特性。本發(fā)明還介紹形成這種涂層的方法，這種方法有可能制造出效率更高，照明均勻的燈。

為了使光照均勻地分布在整個受照表面上，鹵燈（例如用于復印機的鹵燈）有幾根通過導體串聯(lián)連接的燈絲，其整個組件封入由硅玻璃制成的直管型外殼中，使其沿該管子的軸平放。然而，由于在這種鹵燈發(fā)射的光線中，包含大量的紅外射線，所以，對于正在復制的物品存在著被熱損壞的危險。因此，燈的表面一般要經(jīng)過打毛處理，以提供一個散射表面。但是該方法有耗費勞力的缺點。此外，采用靜電涂敷和腐蝕法將細顆粒的散射粉（例如二氧化硅）涂在燈的外部而形成光散射涂層的方法也是值得考慮的。這些類型的涂層一般不耐機械應力，容易損壞，在某些情況下，長期使用后，光散射的效果會下降。根據(jù)所用的細顆粒光散射粉的不同，會發(fā)生涂層對石英玻璃親和力差，并且容易剝落的情況。

針對這些問題，申請者以前就發(fā)展了一項技術，即在透明外殼的外表面形成可使可見光通過，但反射紅外光的涂層。并在此反射紅外線涂層的頂部構成光散射涂層，通過反射紅外線涂層的可見光被光散射涂層所分散而使光照在受照表面均勻地分布。該技術已在日本專利申請?zhí)栒?8-95001（95001/1983）中提出。然而，此技術用于燈（例如鹵燈）時，由于燈的外殼溫度非常高，對于某些光散射涂層來說，因長期反復開關會使光散射層有剝落的危險。這意味著有必要選擇一種無論在溫度升高或降低的情況下都穩(wěn)定，而且機械強度高的光散射涂層。

本發(fā)明的一個目的是提供一種光散射涂層和制造該涂層的方法，該涂層易于大規(guī)模生產(chǎn)，機械強度高而且耐用，可以涂敷于各種燈的基面的外側(cè)或內(nèi)側(cè)等，而與所用的材料無關。而且，該涂層能起極好的散射作用。

本發(fā)明的另一個目的是通過對申請?zhí)栒?8-95001中提出的光散射涂層所作的限定不破壞該申請的生效，而目標在于生產(chǎn)一種甚至在長期反復開關后也不會有光散射涂層剝落危險的燈。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種有光散射涂層的燈。

本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和特點對于精通該技術的人來說，通過分析下面的介紹及附圖將會一清二楚，附圖中：

圖1示出了本發(fā)明的一個實施方案的鹵燈的截面圖。

圖2示出了圖1中標為Ⅱ的部分的放大圖解截面圖;

圖3示出了圖2中光散射涂層部分3的外表面的電子顯微圖;

圖4示出了在形成光散射涂層的方法中，該涂層在烘烤前的圖解截面圖;

圖5示出了多層光散射涂層的圖解截面圖;以及

圖6為表示在該實施例中光散射涂層效果的圖。

本發(fā)明的第一部分是光散射涂層，該涂層通過將氣泡包入在基面上形成的連續(xù)涂層內(nèi)而產(chǎn)生光的散射。

本發(fā)明的第二部分是形成該光散射涂層的方法：將有機金屬化合物和高沸點有機溶劑的混合物涂于基面，然后在烘烤過程中分解該有機金屬化合物而形成該金屬氧化物的涂層，與此同時，將由于高沸點溶劑蒸發(fā)而形成的氣泡包入該金屬氧化物內(nèi)，即形成光散射涂層。

本發(fā)明的第三部分是有多孔光散射涂層的鹵燈，該多孔涂層是在外殼表面的涂層上形成的，此涂層可使可見光通過，但反射紅外光，這樣，當外殼處于高溫時，由于外殼結(jié)構材料與光散射結(jié)構材料之間的熱膨脹系數(shù)的差別而產(chǎn)生的應力可因該多孔結(jié)構而得到吸收，并防止了涂層的剝落。

以下，參考圖（即圖1-圖6）中的實施例詳細說明本發(fā)明。為便于解釋起見，全部圖中采用相同的參考數(shù)字和符號來表示類似的或相同的元件。

參看圖1，圖1示出一種用于復印機的鹵燈，它是根據(jù)本發(fā)明第三部分的方法制造的燈的實例。這種鹵燈有允許可見光通過，但反射紅外線的涂層2，該涂層在由透明、耐熱玻璃（如石英玻璃）制成的直管型外殼1上形成。多孔光散射涂層3在反射涂層2的頂部形成。加壓密封的封口部分4、4在外殼1的兩端構成，鉬箔導體5、5嵌入每個封口部分4、4內(nèi)。每片鉬箔5、5的一端與在外殼1內(nèi)被拉緊的內(nèi)導線6、6連接，在內(nèi)導線6、6之間，幾條燈絲7、7…在沿著中心線的適當位置上通過由低電阻導體8、8…構成的不發(fā)光部分而串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的燈絲7、7…和低電阻導體8、8…靠簧片9、9…固定在外殼1中心線的適當位置上。鉬箔導體5、5的另一端與燈帽10、10連接，燈帽10、10通過外部導體（圖中未示）附于外殼1的兩端。所需要的鹵與惰性氣體，例如氬，一起封入外殼1的內(nèi)部。

參看圖2，圖2為圖1中Ⅱ部分的放大圖，圖中詳細地示出了上述紅外反射涂層典型地具有多層涂層，該涂層由交替的氧化鈦TiO2等制成的高折射率層2a（向左傾斜的影線），以及硅石，SiO2等制成的低折射率層2b（向右傾斜的影線）所組成。由于光的干涉效應，此涂層允許可見光容易地通過，但完全反射紅外光。圖中的2a層和2b層是放大了的，其適當?shù)暮穸葹?.2-0.3μM（微米）。

各種類型的上述光散射涂層3都值得考慮，但圖中所表示的是典型的實例。如圖2以及圖3電子顯微圖清楚地示出，在光散射涂層3的連續(xù)涂層31內(nèi)，有許多氣泡32、32…，以及許多圓形小坑33、33…，這些坑是氣泡的變形，是在涂層31的表面形成的。透過的光被這些氣泡32和坑33所分散，并用肉眼可看到光散射涂層3上出現(xiàn)暗影，所構成的光散射涂層3的厚度為3000-8000，或0.3-0.8μm。適用的金屬氧化物的例子有氧化鈦TiO2，硅石SiO2，氧化鋁Al2O3，氧化鋯ZrO2，氧化鋅ZnO，氧化鉭Ta2O5，氧化錫SnO2和氧化銦In2O3。

雖然鹵燈的燈絲7、7是隔開地排列的，但由于其光線是被光散射涂層3分散后才發(fā)射的，所以在受照表面上沒有不規(guī)則照射的現(xiàn)象。此外，即使制成光散射層3和反射涂層2的氧化鈦與構成外殼1的石英玻璃之間的熱膨脹系數(shù)有很大差別，但由于反射涂層2和光散射涂層3合在一起非常薄，而且在上部的光散射涂層3的材料31內(nèi)有氣泡32和小坑33，因此，由熱膨脹系數(shù)的差別而引起的機械變形可以減輕。同時，即使經(jīng)過長期的反復開關，光散射涂層3也不會剝落。而且，因為光散射涂層3非常薄，其光損失的程度不超過3-4%，這是很優(yōu)良的性能。此外，因為光散射涂層3的材料是連續(xù)的，機械強度高，所以沒有損壞的危險，而且經(jīng)過長期使用后，光散射特性也沒有改變。

以下概述制造上述鹵燈的方法。首先，用常規(guī)方法制成內(nèi)部封入燈絲7、7…的直管型鹵燈，接著，把以四異丙基鈦酸酯為主要成分的有機鈦氧化物溶于以乙酸酯為主要成分的有機溶劑中，以制備鈦溶液。該溶液含有2-10%的鈦（按重量計），并將其粘度調(diào)節(jié)到大約1.0厘泊，然后將上述封閉好的鹵燈浸入該鈦溶液中，以大約30厘米/分的速度取出，干燥并烘烤，在外殼1的外表面上即形成了含有氧化鈦的第一層高折射率層2a-1。

同時，還將以硅酸乙酯為主要組分的有機硅氧化物溶于以乙酸酯為主要組成的有機溶劑中，以制備氧化硅溶液。該溶液含有2-10%的硅（按重量計），并調(diào)節(jié)其粘度到大約1.0厘泊，再將上述含有第一層高折射率層2a-1的鹵燈浸入此硅溶液中，以大約35厘米/分的速度取出，干燥并烘烤，即形成第一層低折射率層2b-1。再進一步按此同樣的方法交替地形成高折射率層2a-2…和低折射率層2b-2…，一直至總層數(shù)約為10層為止，即構成了反射紅外線的涂層。

然后將5-10%的高沸點有機溶劑，如酞酸＝-2-乙基乙酯或酞酸二辛酯（以下縮寫為DOP）加入上述例子中的有機鈦化合物溶于低沸點有機溶劑的溶液中，并再將低沸點溶劑加入上述溶液中，使其濃度降低到合適的程度。接著將上述帶有反射紅外線涂層2的鹵燈浸入該溶液中，以30-50厘米/分的速度取出。上述的DOP是無色油狀液體，在231℃和5毫米汞柱下沸騰，并與低沸點有機溶劑在一定范圍內(nèi)互溶。在干燥過程中，只有低沸點的溶劑蒸發(fā)。如由圖4可看到的，干燥后，凝膠狀涂層34由于布滿了分散的DOP微滴而使它變暗。

將帶有凝膠狀涂層的鹵燈在大約600℃下在空氣中烘烤約5分鐘，烘烤時，分散在整個凝膠狀涂層34中的DOP微滴的蒸發(fā)與有機鈦化合物的分解幾乎同時發(fā)生，因此，DOP微滴幾乎在同一位置蒸發(fā)、膨脹并變成氣泡32，這些氣泡32中的DOP蒸汽逐漸被空氣所取代?？拷z狀涂層表面的DOP微滴由于膨脹而破裂，與外界空氣連通而變成小坑33。最后形成在連續(xù)的氧化鈦涂層內(nèi)含有氣泡32和小坑33的光散射涂層3，如圖3所示。由此形成過程來看，很清楚，本發(fā)明中的氣泡32和小坑33基本上是同樣的東西。用該方法除了看來改進了有機鈦化合物涂層的形成過程外，DOP在凝膠狀的涂層34內(nèi)形成微滴并生長成氣泡32。因此，雖然凝膠狀涂層34非常薄，還是能夠形成氣泡。同時，DOP的沸點很高，接近于有機鈦化合物的分解溫度，因此，甚至在有機鈦化合物開始熱分解時，氣泡32內(nèi)仍保持足夠的蒸汽壓。這樣就防止了在有機鈦化合物分解和固化之前氣泡32被壓破，或使小坑33變平坦，從而使涂層34硬化時仍包含形狀保持完好的氣泡32和小坑33。如果DOP加入量太少，氣泡32和小坑33就太少，光散射的效果會降低。相反，如果加入的DOP太多，會形成大量大小不規(guī)則的氣泡32和小坑33，出現(xiàn)散射的局部不規(guī)則性，以及大量肉眼可見的小坑。

如果調(diào)節(jié)涂層材料的粘度，將涂層34做得更厚，則可產(chǎn)生大量的氣泡和小坑，但在另一方面，小坑33變得更淺，而且光分散程度變差。與此相反，如果涂層34做得太薄，那么，由于氣泡32和小坑仍然很小，就有可能做成一種含有幾層這種薄的光散射涂層的涂層。根據(jù)實驗，當用電子顯微鏡觀察由幾層薄的光散射涂層31構成的厚度為0.5-1微米的光散射涂層時，可看到每平方毫米有20，000-60，000個氣泡32和小坑33，盡管該涂層很薄，但光散射效果極好，而且反射紅外線的涂層2沒有機械或光學上的困難。

上述高沸點有機溶劑不限于DOP，而可以是任何具有類似物理性質(zhì)，在烘烤時不產(chǎn)生分解殘渣的有機溶劑。

采用上述同樣的方法，將不同比例的各種高沸點有機溶劑加入有機鈦化合物中來制備光散射涂層，并研究了該涂層的光散射效果。其結(jié)果

如表1所示。

表1

表中DBP，DOP和DAP分別為酞酸二丁酯，酞酸二辛酯和酞酸二烯丙酯的縮寫。

由表1可以看出，用有機鈦化合物構成光散射涂層3時，應加入5-20%的DBP或DOP。此外，如果對低的光散射作用已感到滿意，則可采用10-20%的DAP。

采用上述同樣的方法，將各種比例的不同高沸點有機溶劑加入有機硅化物中來制備光散射涂層，并研究了該涂層的光散射效果。其結(jié)果如表2所示。

表2

由表2可看出，用有機硅化物形成光散射涂層時，應加入5-20%的DBP或DOP。如果在同樣的條件下形成涂層，那么氧化鈦光散射涂層產(chǎn)生的光散射效果比硅化物散射涂層好。這可認為歸因于它們的折射率的差別。

此外，在同一基面上涂敷幾層約為0.1微米的薄的光散射涂層可增加光散射涂層分散光的效果。如果按此方法做，則第一層薄的光散射涂層是采用上述方法在基面上形成，第二層以及以后的幾層薄的光散射涂層是在頂部形成。這樣，如圖5所示，在較下面的涂層31A，31B形成時所產(chǎn)生的小坑33A，33B被較上面的涂層蓋住，但氣泡32A，32B卻保持原狀。這種結(jié)果使得該涂層好象是有大量氣泡的厚光散射涂層，并產(chǎn)生極好的散射效果。

當光散射涂層由幾層構成時，可采用反復一層層地涂敷和烘烤的方法或采用涂敷幾層后一起烘烤的方法。

在上述實施例中的烘烤和硬化過程后，將連續(xù)涂層31在空氣中，1000℃下烘烤10分鐘，使其生成0.001-10微米的微晶，可進一步改進光散射的效果。如果這樣處理光散射涂層，則先形成的反射紅外線涂層中的鈦層也會結(jié)晶，但這是可容許的。

此外，用其他金屬的有機化合物，按上述同樣的方法，可形成不同金屬氧化物的光散射涂層。結(jié)合先有的將其金屬化合物顆粒分散在該光散射涂層材料31中的技術，也可增強該光散射涂層3的光散射效果。

將具有特殊性能的金屬化合物加入這些光散射涂層材料中也可使該層產(chǎn)生特殊的性能。例如，加入具有良好導熱性能的粉末，如金屬粉和氧化鋁粉，則涂層的熱幅射增加。同樣，如果加入有色的粉末，如鈷蘭，則形成使發(fā)射的光帶有顏色的有色光散射涂層。在上述這些情況下，所加入的添加劑可以有或沒有光散射作用，但如果需要有光散射作用時，添加劑的顆粒大小可能應為0.001微米或更大些。

以下將解釋圖1和圖2所示的實施例中鹵燈的操作過程。當電通過燈帽10、10時，燈絲7、7…發(fā)光，在燈絲7、7…發(fā)出的光中，紅外線被反射紅外線的涂層2所反射，大部分回到燈絲7、7…而使燈絲加熱，并有助于改進其發(fā)光效率。透過反射紅外線涂層2的可見光被光散射涂層3分散并以散射光的形式發(fā)出。結(jié)果，采用這種燈時，光在受照表面分布得更均勻，而且，即使與反射器共用，也不會出現(xiàn)燈絲7的光學影象。

因為在鹵燈的光散射涂層3中有許多氣泡32和小坑（即變形的氣泡）33存在，如果燈的外殼加熱至高溫，那么，由于外管和光散射涂層的氧化鈦之間的熱膨脹系數(shù)的差別而引起的應力可被這些氣泡32和小坑33所吸收。所以光散射涂層耐剝落，甚至經(jīng)長期反復開關也不會剝落。此外，本實施例中的光散射涂層非常薄，為0.5-1微米，這有助于減少變形，也是不發(fā)生剝落現(xiàn)象的另一原因。

在150伏、250瓦下測定上述實施例中光散射涂層3形成之前和之后沿復印機燈軸的光分布，并作了比較。其結(jié)果如圖6所示。圖6中，取燈的中心為X軸上的0點，并以毫米來測量沿X方向的距離。Y軸為照度的相對值，以直管形鹵燈中心的照明度為100。曲線A（實線）表示涂層3形成后燈的光分布，曲線B（虛線）表示涂層3形成之前的燈的光分布。由此圖可看出，由于涂層3的形成，光的分布更均勻了。

同樣也比較了涂層形成前后的燈的亮度（總的光強度）。形成涂層后，亮度的降低不超過2-3%，這種低的光損失是這種光散射涂層3的特性。

本發(fā)明也可用于采用T形管類型外殼或G形管類型外殼的鹵燈。在T形類型外殼中，燈絲應幾乎是同軸地排列，而在G形類型外殼中，燈絲應排列在接近圓形部分的中心。此外，本發(fā)明也可用于按上述方法在閉合和不閉合的兩種透明外殼的外表面，形成允許可見光通過但反射紅外線的分層涂層以及多孔光散射涂層。并且，也可能生產(chǎn)中心部分既沒有反射紅外線的涂層也沒有光散射涂層的普通管型鹵燈。

本發(fā)明也可用于汽車上的鹵燈，其方法是在T形管類型外玻璃殼的外表面形成幾層反射紅外線涂層和光散射涂層，并在該外殼的中心放置一燈絲。

因為即使與反射器結(jié)合使用也沒有在受照表面上形成燈絲的光學影象，所以該燈不會產(chǎn)生不規(guī)則照明的現(xiàn)象。

本發(fā)明也可用于普通的燈，其外殼可以是球形的或梨形的，而燈絲應安裝在球形或半球形部分的中心。此外，本發(fā)明也可用于以下情況：在不閉合的內(nèi)管外表面上形成幾層反射紅外線的涂層和光散射涂層，接著將燈絲裝入內(nèi)管的中心，然后將此組合件封入圓柱形外管。在這種情況下，內(nèi)管與外管是相互接觸的。

在上述實施例中，光散射涂層3是在外管的外表面形成的，但本發(fā)明并不限于這種應用方式。該涂層可在任何表面上形成，如鹵燈的內(nèi)表面，在采用軟玻璃（如鈉鈣玻璃）或硬玻璃（如硼硅玻璃）的普通燈和紅外燈等的內(nèi)表面或外表面上形成，在高壓放電燈的外殼的內(nèi)表面或外表面上或在平板玻璃（如濾光器或窗玻璃）上形成。這里，對涂層在其上面形成的表面賦以屬名“基面”。

因為本發(fā)明中的光散射涂層是靠包含在連續(xù)涂層內(nèi)的氣泡而產(chǎn)生光散射作用的，該連續(xù)涂層由在基面上形成的金屬氧化物組成，所以，盡管此光散射層非常薄，但光散射效果非常好，并減少了因基面的熱膨脹系數(shù)差別而產(chǎn)生的機械變形，而且能耐受長期的反復加熱和冷卻的沖擊，因而機械性能好，經(jīng)長期使用后光散射效果不降低，而且光損失非常小。

本發(fā)明中形成光散射涂層的方法是將有機金屬化合物與高沸點溶劑混合一起涂于基面上，然后烘烤，使有機金屬化合物分解而形成金屬氧化物涂層。因此，涂敷后，高沸點有機溶劑形成遍布整個涂層的小微滴，這些微滴在原位置蒸發(fā)而形成氣泡。該方法可很簡單地形成非常薄但又具有優(yōu)良光散射性能的光散射涂層。

此外，因為本發(fā)明包括在鹵燈透明外殼的外表面上形成允許可見光通過，但反射紅外光的涂層，以及在此反射涂層的頂部形成多孔光散射涂層，所以紅外幅射很小，效率高，光在受照表面上的分布均勻，而且即使在與反射器共用的情況下也不會有出現(xiàn)燈絲光學影象的危險。而且，本發(fā)明還有一個優(yōu)點是，即使外殼在高溫加熱的情況下經(jīng)長期反復開關也沒有不可忽視的剝落危險。