CN108332070A - 发光二极管灯 - Google Patents

Abstract

提供一种发光二极管灯，即使在以具有多种波长的光照射对象物的情况下，对象物的色调也不易产生不均匀。由反射镜(12)、支柱(32)、以及在支柱(32)的表面以反射镜(12)的焦点(F)为中心呈放射状配设的多个发光体(30)构成发光二极管灯(10)。由发光二极管(34)、以及在发光二极管(34)的背后的焦点(F)的位置形成虚像(I)的透镜(36)构成各发光体(30)。而且，使从构成各发光二极管(34)的多个发光二极管元件(40)发射的光的波长彼此相同，并且，使从各发光二极管(34)发射的光的波长为至少2种。

Description

发光二极管灯

技术领域

本发明涉及一种具备多个发光二极管的发光二极管灯。

背景技术

随着消费者的环保意识的提高，与以往的白炽灯(例如，卤素灯)相比具有耗电低且寿命长的优点的发光二极管，作为节能对策之一其使用范围迅速扩大，特别是，希望使用发光二极管作为白炽灯的替代品的需求正在增大。

对此，由于发光二极管元件存在每一个的光量与白炽灯相比较少的问题，因此，为了弥补这个问题，开发了通过设置多个发光二极管元件而能够发出较多的光量的发光二极管灯(例如，专利文献1)。

在专利文献1所记载的发光二极管灯中，通过使多个发光二极管元件以棋盘格状排列配置而构成发光二极管，并且，从各发光二极管元件发出的光的波长不相同，例如，通过使发出红色光、蓝色光、以及绿色光的发光二极管元件以适当的比例混合，从而能够以彩色照射对象物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6－237017号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1中记载的发光二极管灯中存在问题。即，在要使来自发光二极管的光以所期望的聚光程度到达所期望的距离的情况下，使用反射镜(反射器)，利用反射镜的反射面使来自发光二极管的光反射。特别是，在要使来自发光二极管的光到达远处的情况下，会使用由旋转抛物面(抛物面)形成反射面的反射镜。旋转抛物面具有1个焦点F，从该焦点F被发射后，在旋转抛物面反射了的光成为彼此平行的平行光并从反射镜发出。

在通过使多个发光二极管元件排列配置而构成的发光二极管的情况下，例如，即便使反射镜的焦点F对准该发光二极管的几何中心位置，真正意义上成为平行光的，也只有从该焦点F对准的发光二极管元件所发出的光，由于除此以外的发光二极管元件的位置偏离于焦点F，因此，从除此以外的发光二极管元件发出的光在严格意义上并不是平行光。

由于这样的“偏离”是微小的，因此，在发光二极管灯所照射的对象物位于近距离处的情况下，可能不会出现大的问题。但是，在对象物与发光二极管灯相距较远的情况下，上述“偏离”就变得不可忽视了。

具体而言，当来自与反射镜的焦点F对准的发光二极管元件的光(以下称为“焦点光”。)照到对象物的中心时，来自位于从反射镜偏离的位置的发光二极管元件的光(以下称为“非焦点光”。)对从对象物的中心偏离的位置进行照射。此时，如果“焦点光”与“非焦点光”是相同波长的光的话，则没有问题，但在为彼此不同的波长的情况下，就会出现以下3个部分，即：1)只有“焦点光”照射的部分；2)“焦点光”以及“非焦点光”照射的部分；以及3)只有“非焦点光”照射的部分，从1)到3)的部分分别被以彼此不同的色调照射。因此，产生对象物的色调变得“不均匀”的问题。

本发明是鉴于这种以往技术中的问题而开发的。因此，本发明的主要课题是提供一种发光二极管灯，即使在以具有多种波长的光照射对象物的情况下，对象物的色调中也不易产生不均匀。

用于解决课题的技术方案

(1)

根据本发明的一个方面，

提供一种发光二极管灯，其特征在于，由以下部件构成：

反射镜，在内侧形成有由具有开口以及焦点的旋转面规定的反射面；

支柱，其从所述反射面的底部朝向所述开口延伸；以及

多个发光体，其在所述支柱的表面以所述焦点为中心呈放射状配设，

各所述发光体分别具有：

发光二极管，其由朝向所述反射面发射光的多个发光二极管元件构成；以及

透镜，其配置在所述发光二极管以及所述反射面之间，使从对应的所述发光二极管发射的光朝向所述反射面折射，并在所述发光二极管的背后的所述焦点的位置形成所述发光二极管的虚像，

从构成各所述发光二极管的多个所述发光二极管元件发射的光的波长各自彼此相同，并且，从各所述发光二极管发射的光的波长至少有2种。

(2)

优选地，从各所述发光二极管发射的光的量至少有2种。

(3)

优选地，所述反射面由旋转抛物面规定，在所述反射面的所述开口的直径与所述支柱的支柱半径之间，以下关系式成立，

0.05×A＜B≤0.1485×A，

其中，

A为反射面的开口的直径(mm)，

B为支柱半径(mm)。

(4)

优选地，所述反射面由旋转抛物面规定，在所述反射面的所述开口的直径与所述支柱的支柱半径之间，以下关系式成立，

0.05×A＜B≤0.109×A，

其中，

A为反射面的开口的直径(mm)，

B为支柱半径(mm)。

(5)

优选地，以使所述发光二极管达到能够发射规定波长的光的温度的方式设定所述支柱的支柱半径。

发明效果

根据本发明，使从构成1个发光二极管的多个发光二极管元件发射的光的波长彼此相同，并且，使以发光二极管为单位能够发射至少2种波长的光。由此，来自1个发光二极管的光按照构成该发光二极管的各个发光二极管元件以规定“偏离”来照射对象物，但是通过使从构成1个发光二极管的各发光二极管元件发射相同波长的光，即使存在上述那样的“偏离”，对象物的色调也不会产生不均匀。

并且，从各发光二极管发射的光的波长至少有2种，即，与从某个发光二极管发射出的光波长不同的光从其他发光二极管发射。此时，如上所述，使从1个发光二极管发射相同波长的光，因此当从某个发光二极管发射出的光以规定的“偏离”照射对象物时，从其他发光二极管发射的波长不同的光以同样的“偏离”照射对象物。这样，通过使具有彼此不同波长的光以同样的“偏离”照射对象物，能够抑制对象物的色调产生不均匀。

附图说明

图1是表示应用了本发明的发光二极管灯10的一个例子的剖视图。

图2是表示应用了本发明的发光二极管灯10的一个例子的主视图。

图3是表示应用了本发明的发光二极管光源14的一个例子的立体图。

图4是表示应用了本发明的发光二极管光源14的一个例子的剖视图。

图5是表示发光二极管34的一个例子的图。

图6是表示模拟中使用的模型的图。

图7是表示支柱半径B的定义的图。

图8是表示模拟的结果的曲线。

具体实施方式

以下，对应用了本发明的发光二极管灯10进行说明。如图1以及图2所示，该发光二极管灯10大致由碗状的反射镜12和发光二极管光源14构成。

反射镜12具有形成于其内侧的反射面20、发出由反射面20反射的光的开口22、以及在与该开口22相对的位置设于反射面20的底部中央的大致圆筒状的中央安装筒部24。另外，将穿过反射镜12的中心并与开口22正交的直线设为反射镜12(以及反射面20)的中心轴C。

关于反射镜12的材质，使用玻璃或者铝等，在铝的情况下，在反射面20进行金属蒸镀，在玻璃的情况下，除金属蒸镀以外，多层膜的反射面20形成于碗状部分的内表面(即，形成反射面20的面)。特别是，在发光二极管灯10，来自构成发光二极管光源14的发光二极管34(后述)的热量通过支柱32(后述)被有效地散热，因此也能够使用与玻璃或铝等相比耐热性差的树脂等作为反射镜12的材料。此外，虽然在本实施例中安装有覆盖反射镜12的开口22的聚碳酸酯制的前面罩26，但是该前面罩26并非发光二极管灯10的必要构成要素。而且，只要是透明材料，作为前面罩26的材料，就能够使用玻璃等其他的材料。

反射面20由以上述中心轴C为中心的旋转面所规定，在反射镜12的内侧的该中心轴C上设定有焦点F。该焦点F的位置根据收纳于反射镜12的内侧的发光二极管34的大小或个数等要素被设定于最合适的位置。例如，在发光二极管34较大或者发光二极管34的个数较多的情况下，焦点F的位置被设定为稍微远离反射面20的底部，相反地，在发光二极管34较小或者发光二极管34的个数较少的情况下，焦点F的位置则被设定为靠近反射面20的底部。此外，在规定反射面20的旋转面为旋转椭圆面或旋转抛物面的情况下，规定这些旋转椭圆面或旋转抛物面的椭圆或抛物线的焦点成为反射面20的焦点F。

在图1、图2的基础上，参照图3，发光二极管光源14由4个发光体30、以及在规定的位置对这些发光体30进行保持的支柱32构成。此外，发光体30的数量不限于4个，通过使用2个以上发光体30，可以实现本发明的效果。

如图4所示，发光体30由发光二极管34、透镜36、透镜保持部件38构成。在从反射面20的底部沿中心轴C延伸的大致四棱柱状的支柱32的前端部，本实施例中所使用的4个发光体30分别以反射面20的焦点F为中心在周向上以均等间隔呈放射状配设。

如图5所示，发光二极管34由多个发光二极管元件40构成。此外，在本实施例中，使9个发光二极管元件40呈棋盘格状排列来构成1个发光二极管34。构成发光二极管34的发光二极管元件40的数量不限于该数量，只要以2个以上的发光二极管元件40构成1个发光二极管34即可。

发光二极管元件40是如下的电子部件，即，通过流过规定的电流，以例如120°的光发射角(光发射角θ当然不限于此。)发射特定波长的光。在本实施例中，使得构成1个发光二极管34的多个发光二极管元件40全部发射相同波长的光。另外，使得从各发光二极管34发射的光的波长至少有2种。例如，在本实施例的发光二极管灯10中使用了4个发光体30，虽然使用了4个发光二极管34，但是在这4个发光二极管34中，使任意3个发出相同波长的光，使从剩余的1个发光二极管34发出与之不同波长的光。当然，不限于此，也可以使从任意2个发光二极管34发出相同波长的光，并从剩余的2个发光二极管34发出与之不同波长的光。而且换句话说，也可以使从4个发光二极管34能分别发出彼此不同的4种波长的光。

另外，关于从各发光二极管34发射的光的波长，紫外光、可见光、或者红外光等任何波长的光都可以组合。例如，可以组合红、蓝、绿这3种可见光，也可以组合彼此波长不同的多种红外光。

回到图1及图4，透镜36是如下的光学部件，即，是聚碳酸酯制的凸弯月透镜(具有大致条形的截面，一个面是凸面、另一个面是凹面的透镜)，其在发光二极管34与反射面20之间，与发光二极管34相对分开配设，使从发光二极管34发射的光朝向反射面20折射，并在发光二极管34的背后形成该发光二极管34的虚像I。当然，透镜36的材质不限于聚碳酸酯，可以使用玻璃等材料。

如图4所示，在发光二极管34的背后形成的虚像I的大小比该发光二极管34的实际尺寸大。而且，存在如下倾向，即，虚像I的位置越远离该发光二极管34的实际位置，则形成的虚像I的尺寸也越大。此外，虽然除凸弯月透镜以外也可以使用平凸透镜或双凸透镜，但是向透镜36的左右端部进光的来自发光二极管34的光在透镜36的入射面反射容易变成杂散光，因此从这点来看，优选使用凸弯月透镜。

另外，对由各发光体30的透镜36所形成的发光二极管34的虚像I而言，以使其几何中心位于反射面20的焦点F的方式来设定。作为将虚像I设定于这样的位置的方法，可以通过调节透镜36的折射率来调整光学上虚像I的位置。或者，也可以调整支柱32的截面尺寸。使支柱32的截面尺寸变小则虚像I的位置会远离焦点F，反之，使截面尺寸变大则虚像I的位置会靠近焦点F。当然，可以二者并用。

透镜保持部件38是由金属、不透明树脂或者透光性树脂等形成的环状体，使其围绕发光二极管34，其一端被安装于支柱32的表面，并且在另一端嵌入透镜36(或者，可以与透镜36一体形成。)。在透镜保持部件38是由金属、不透明树脂形成的情况下，从发光二极管34发射的光全部通过透镜36被发射。另外，在透镜保持部件38由透光性树脂形成的情况下，从发光二极管34发射的光，大部分通过透镜36被发射，但一部分通过透光性树脂制的透镜保持部件38被发射。

支柱32是从反射面20的底部沿中心轴C延伸的铝制(只要是热传导性高的材料，也可以使用铜等其他的材料。)的四棱柱材料(例如，如果发光体30的数量是3个，则优选使用三棱柱材料，如果是5个，则优选使用五棱柱材料。)，在其前端部，4个发光体30分别以反射面20的焦点F为中心在周向上以均等间隔呈放射状配设。

这样，由于支柱32是由热传导性高的铝形成的，因此能够从发光二极管34快速地接受发光二极管34在发光的同时产生的热量。即，支柱32不仅保持发光二极管34、透镜36，还具有作为发光二极管34的散热材料的作用。另外，使支柱32的另一个端部在插入反射镜12的中央安装筒部24后，通过硅系粘接剂等粘接到反射镜12(图1)。

在支柱32的4个侧面分别配设有用于向发光二极管34供电的供电部件42(图4)，电力通过该供电部件42向发光二极管34供给。在本实施例中，由于支柱32是铝制的，因此需要使支柱32与供电部件42之间绝缘。此外，向供电部件42的供电是从外部电源(未图示)经由引线(未图示)进行的。另外，也可以使用引线向发光二极管34直接供电。

对该发光二极管灯10而言，举出一个例子，按以下步骤来制造。将发光二极管34粘接于支柱32后，通过进行该发光二极管34与供电部件42的电连接而进行安装。然后，在发光二极管34的周围配置透镜保持部件38后，分别安装透镜36。之后，将支柱32插入反射镜12的中央安装筒部24，并在规定的位置利用硅系粘接剂等进行固定。

向这样制造出的发光二极管灯10的供电部件42通电时，发光二极管34经由该供电部件42被通电，发光二极管34发射光。从发光二极管34发射的光，被透镜36折射，并沿着如同以虚像I为中心发射出来那样的光路前进，分别在反射面20反射后，通过配设于开口22的前面罩26从发光二极管灯10向外部发出。

根据本实施例的发光二极管灯10，从构成1个发光二极管34的多个(9个)发光二极管元件40发射的光的波长彼此相同，并且，以发光二极管34为单位发射至少2种波长的光。由此，来自1个发光二极管34的光按照构成该发光二极管34的各个发光二极管元件40以规定的“偏离”来照射对象物。但是，如上所述，由于从构成1个发光二极管34的各发光二极管元件40发射相同波长的光，因此即使存在上述那样的“偏离”，对象物的色调也不会产生不均匀。

并且，从各发光二极管34发射的光的波长至少有2种，即，与从某个发光二极管34发射出来的光波长不同的光从其他发光二极管34被发射。此时，如上所述，因为使得从1个发光二极管34发射相同波长的光，因此，在从某个发光二极管34发射出的光以规定的“偏离”照射对象物时，从其他的发光二极管34发射出的波长不同的光以同样的“偏离”照射对象物。这样，由于具有彼此不同的波长的光以同样的“偏离”照射对象物，因此能够抑制对象物的色调产生不均匀。

(关于反射面20的开口22的尺寸与支柱32的尺寸之间的关系)

如上所述，由于支柱32还具有作为发光二极管34的散热材料的作用，因此，支柱32的截面积(更具体而言，是用与中心轴C正交的面切断支柱32时的截面积)越大则支柱32的散热能力越大，能够使用可发射更多的光的高输出的发光二极管34。

然而，已知在使支柱32的截面积增大时，会产生其他问题。即，如上所述，通过透镜36在发光二极管34的背后形成该发光二极管34的虚像I，但该虚像I的大小存在如下倾向，即，虚像I的位置越远离该发光二极管34的实际位置，则该虚像I的大小也越大。对上述实施例的发光二极管灯10而言，使该虚像I的位置与反射面20的焦点F的位置对准是要点之一，由于需要使安装在支柱32的表面的多个发光二极管34的虚像I的位置对准由反射面20唯一确定的焦点F的位置，因此，必然地，以焦点F位于支柱32的截面的中心的方式设定支柱32与反射镜12的位置。

因此，支柱32的截面积越大，从支柱32的表面到焦点F的距离越长。在从支柱32的表面位置(即，发光二极管34的实际位置)到焦点F的距离变长时，则发光二极管34的虚像I也存在变大的倾向。在发光二极管34的虚像I变大时，看起来从虚像I发射的光中，从偏离于焦点F的位置发射的光变多，并且，从焦点F偏离的距离也变长。即，可以认为，支柱32的截面积越大，对所期望的照射范围以外进行照射的光的量越多。

因此，关于反射面20的开口22的直径A(mm)与支柱32的支柱半径B(mm)的关系，利用图6所示那样的模型进行了研究。

首先，对“支柱半径B”的定义进行说明。如图7所示，支柱半径B是指从与发光二极管34的底面相接触的支柱32的表面到该支柱32的中心的距离。例如，在安装有4个发光二极管34的支柱32的情况下，该支柱32的截面是正方形，该情况下的支柱半径B是图7的(a)中所示的距离。同样地，在安装有3个发光二极管34的支柱32的情况下，该支柱32的截面是正三角形，该情况下的支柱半径B是图7的(b)中所示的距离。另外，在安装有6个发光二极管34的支柱32的情况下，该支柱32的截面是正六边形，该情况下的支柱半径B是图7的(c)中所示的距离。

返回图6，对使用的模型进行说明。使用具有由旋转抛物面规定的反射面20的反射镜12，向位于距离开口22规定的距离R处的对象面照射光。虽然在这个模型中设定R为10m，但是当然不限于此，可以是数m，也可以设定为数百m。理论上，从反射面20的焦点F发射的光，由于通过在该反射面20反射而作为平行光被发射，因此在对象面，与开口22的尺寸相同的范围(以下称之为“目标范围T”)被照射。但是实际上，由于发光二极管34的虚像I具有比实物大的规定面积，因此从偏离于焦点F的位置发射出的光在反射面20反射后，从目标范围T偏离，成为非有效的光。

在模拟时，使用4个1个边的长度为26mm的大致正方形的发光二极管34，将可安装这4个发光二极管34的最小的尺寸即13mm设为支柱32的支柱半径B。而且，将反射面20的开口22的直径A设定为支柱32的支柱半径B(13mm)的20倍即260mm。将使用支柱半径B为13mm的支柱32时的目标范围T的光量设为100％，不改变开口22的直径A以及发光二极管34的大小，仅增大支柱32的支柱半径B，求出在各种情况下的目标范围T的光量的比例。此外，反射面20的开口22的直径A一般为100mm到1000mm。

表1以及图8中示出了模拟的结果。此外，图8是表示支柱半径B的倍率与照射目标范围T的光量之间的关系的曲线。

【表1】

支柱半径(mm)	支柱半径(倍)	光量(％)
			13	1.00	100
18	1.38	98
			21	1.58	88
23	1.77	81
			26	1.96	72
28	2.15	66
			33	2.54	55
38	2.92	47
			43	3.31	40
48	3.69	34
			53	4.08	27

将使用了支柱半径B为13mm的支柱32时的目标范围T的光量设为100％时，目标范围T的光量不足50％，则不成为产品。因此，将目标范围T的光量为100％时的支柱半径B设为1时，由于当支柱半径B增大到2.97时目标范围T的光量变为50％，因此，需要使支柱半径B为“1＜B≤2.97”。此外，如果从作为模型的开口22到对象面的距离R增大，则目标范围T的光量的下限比例也当然会减小。

进一步来说，由于优选使目标范围T的光量不低于70％的范围，因此，换言之，优选支柱半径B为“1＜B≤2.18”。

如上所述，由于将反射面20的开口22的直径A设定为支柱32的支柱半径B(13mm)的20倍即260mm，因此，需要使支柱半径B与反射面20的开口22的直径A之间的关系满足以下关系，即，目标范围T的光量在不低于50％的范围即“0.05×A＜B≤0.1485×A”。此外，将支柱半径B设为比开口22的直径A的1/20(＝0.05)倍大，这是因为，如果将支柱半径B设为比之小，由于发光二极管34的放热的关系，将难以使用具有与反射面20的大小匹配的输出的发光二极管34。另外，反射面20的大小基于目标范围T的大小来决定。

进一步来说，优选支柱半径B与反射面20的开口22的直径A之间的关系满足以下关系，即，目标范围T的光量在不低于70％的范围即“0.05×A＜B≤0.109×A”。

此外，如模拟的结果所示，支柱半径B增大则目标范围T的光量降低，其原因在于，如上所述，发光二极管34的虚像I具有比实物大的规定面积，从发光二极管34的实际位置到焦点F的距离增大，则虚像I也存在增大的倾向，因此在支柱半径B增大时，从虚像I发射的光中偏离于焦点F的部分看起来增多，其结果，在反射面20反射后，从目标范围T偏离的光增多。

此外，其原因还在于，当支柱半径B增大时，从发光二极管34发射并在反射面20反射的光与支柱32碰撞的概率增加。

但是，着眼于发光时的发光二极管34的温度，在未使用荧光体的发光二极管34情况下，发光时的温度升高时，则发射的光的波长存在增加的倾向。因此，优选以如下方式设定支柱半径B，即，在满足上述的支柱半径B与开口22的直径A之间的关系的同时，使发光时的发光二极管34达到能发射所期望波长的光的温度。

应该认为，此处公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性的。本发明的保护范围并非由上述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，并且意在包括与权利要求书等同的意思以及在其范围内的所有变更。

符号说明

10 发光二极管灯

12 反射镜

14 发光二极管光源

20 反射面

22 开口

24 中央安装筒部

26 前面罩

30 发光体

32 支柱

34 发光二极管

36 透镜

38 透镜保持部件

40 发光二极管元件

42 供电部件

C 中心轴

I 虚像

T 目标范围

R 从模拟的开口22到对象面的距离

Claims (6)

1.一种发光二极管灯，其特征在于，由以下部件构成：

反射镜，在内侧形成有由具有开口以及焦点的旋转面规定的反射面；

支柱，其从所述反射面的底部朝向所述开口延伸；以及

多个发光体，其在所述支柱的表面以所述焦点为中心呈放射状配设，

各所述发光体分别具有：

发光二极管，其由朝向所述反射面发射光的多个发光二极管元件构成；以及

透镜，其配置在所述发光二极管以及所述反射面之间，使从对应的所述发光二极管发射的光朝向所述反射面折射，并在所述发光二极管的背后的所述焦点的位置形成所述发光二极管的虚像，

从构成各所述发光二极管的多个所述发光二极管元件发射的光的波长彼此相同，并且，从各所述发光二极管发射的光的波长至少有2种。

2.根据权利要求1所述的发光二极管灯，其特征在于，

从各所述发光二极管发射的光的量至少有2种。

3.根据权利要求1或2所述的发光二极管灯，其特征在于，

所述反射面由旋转抛物面规定，在所述反射面的所述开口的直径与所述支柱的支柱半径之间，以下关系式成立，

0.05×A＜B≤0.1485×A，

其中，

A为反射面的开口的直径(mm)，

B为支柱半径(mm)。

4.根据权利要求1或2所述的发光二极管灯，其特征在于，

所述反射面由旋转抛物面规定，在所述反射面的所述开口的直径与所述支柱的支柱半径之间，以下关系式成立，

0.05×A＜B≤0.109×A，

其中，

A为反射面的开口的直径(mm)，

B为支柱半径(mm)。

5.根据权利要求3所述的发光二极管灯，其特征在于，

以使所述发光二极管达到能够发射规定的波长的光的温度的方式设定所述支柱的支柱半径。

6.根据权利要求4所述的发光二极管灯，其特征在于，

以使所述发光二极管达到能够发射规定的波长的光的温度的方式设定所述支柱的支柱半径。