TW201917320A

TW201917320A - Led燈及具備其的照明裝置

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Publication number: TW201917320A
Application number: TW107136606A
Authority: TW
Inventors: 鄉田哲也; 井上智彥
Original assignee: 日商鳳凰電機股份有限公司
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2019-05-01
Also published as: KR20190049457A; US10337694B2; JP6330209B1; CN109538981A; TWI661155B; EP3477182A1; US20190128504A1; JP2019083097A

Abstract

本發明提供一種能夠不變更鹵素燈所使用的光學系統而使用LED燈來代替該鹵素燈的用於舞臺照明等用途的LED燈。LED燈（50）由多個LED（52）及支柱（54）構成，支柱（54）由多邊形的截面形狀規定，並具有配置LED（52）的側面。並且，將支柱半徑（S）相對於碗狀的反射器（12）的開口（22）的半徑的尺寸比率即支柱徑比率（D）設為3.73%以上且18.25%以下，其中，反射器（12）在內側具有使來自LED燈（50）的光反射的反射面（20），並具有放射由反射面（20）反射的光的開口（22），支柱半徑（S）為從支柱（54）的中心點（C）到側面的距離。

Description

LED燈及具備其的照明裝置

本發明係關於一種適合於如舞臺照明等要求照射面的亮度及照射面上的輝度的均勻性的用途的LED燈、以及一種具備它的照明裝置。

與以鹵素燈為代表的現有的白熾燈泡相比具有功耗低且壽命長的優點的發光二極管（以下，稱為“LED”）隨著需求者的環保意識的提高，做為節能對策之一，其使用範圍正在急速擴張。伴隨於此，代替白熾燈泡而使用LED的需求正在急速升高。

例如，一直以來，用於舞臺照明的照明裝置也使用著鹵素燈（例如，專利文獻1）。做為一例，使用了鹵素燈的舞臺照明由鹵素燈、具有該鹵素燈的發光部被定位的焦點的反射器、配置在該反射器的前方的“光闌”和配置在該光闌的前方的透鏡構成。〈現有技術文獻〉〈專利文獻〉

專利文獻1：日本特表平6－510881號公報

＜發明所要解決的問題＞

但是，若僅單純地將鹵素燈替換為LED燈，則無法滿足照射面的亮度、照射面上的輝度的均勻性等舞臺照明用的照明裝置所要求的性能，因此必須將上述的反射器、光闌及透鏡等光學系統變更為與該LED燈相匹配的光學系統。也就是說，若要替換為LED燈，則必須更換照明裝置的全部，從而存在由於費用等方面而無法推進向LED燈的替換的問題。

本發明鑒於上述問題而作，其目的在於，提供一種能夠在不變更鹵素燈所使用的光學系統的條件下，代替該鹵素燈而使用LED燈的用於舞臺照明等用途的LED燈及具備其的照明裝置。＜用於解決問題的手段＞

根據本發明的一個方面，提供一種LED燈，其特徵在於，具備多個LED及支柱，所述支柱由多邊形的截面形狀規定，並具有配置所述LED的側面，支柱半徑相對於碗狀的反射器的開口的半徑的尺寸比率即支柱徑比率為3.73%以上且18.25%以下，其中，所述反射器在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的所述開口，所述支柱半徑為從所述支柱的中心點到所述側面的距離。

優選地，支柱半徑相對於所述反射器的所述開口的半徑的尺寸比率即支柱徑比率為4.19%以上且18.25%以下，其中，所述支柱半徑為從所述支柱的中心點到所述側面的距離。

優選地，所述LED的數量為3個以上。

優選為滿足以下的關係式：26.54e0.0174x≤－1.498×D＋39.583，其中，D為支柱徑比率（%），x為使來自所述反射器的光朝向照射面折射的透鏡的指向角（°）。

優選為滿足以下的關係式：D≤18.25×（A/200）×（B/750），其中，D為支柱徑比率（%），A為所有LED的合計額定功率（W），B為替換前的鹵素燈的額定功率（W）。

根據本發明的另一方面，提供一種照明裝置，其具備：上述LED燈；以及碗狀的反射器，其在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的開口。

根據本發明的又一方面，提供一種照明裝置，其具備：上述LED燈；碗狀的反射器，其在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的開口；以及透鏡，其使來自所述反射器的光朝向照射面折射。＜發明效果＞

根據本發明，能夠提供一種能夠不變更鹵素燈所使用的光學系統而代替該鹵素燈來使用的適合於舞臺照明等用途的LED燈及具備其的照明裝置。

（照明裝置10的結構）圖1表示應用了本發明的實施例所涉及的照明裝置10。照明裝置10大致由LED燈50、反射器12、光闌14和透鏡16構成。

LED燈50放射包含適合於照明裝置10的用途的波長的光。關於LED燈50的詳細內容，在說明了照明裝置10的結構之後進行說明。

反射器12在其內側表面具有碗狀的反射面20。該反射面20使來自配置於反射器12的內側的LED燈50的光反射。在本實施例中，該反射面20由旋轉橢圓面規定。另外，以使LED燈50的支柱54的中心點C（後述）與該旋轉橢圓面的焦點（第一焦點）F1相一致的方式，將LED燈50配置於反射器12的內側。由此，從構成LED燈50的多個LED52放射並由反射面20反射後從反射器12的開口22射出的光大致成為，會聚於從反射器12的開口22離開給定距離的第二焦點F2的聚光。當然，反射面20的形狀並不限定於此，也可以為旋轉抛物面、其他的旋轉面、或者旋轉面以外的形狀。

光闌14為如下的板狀構件，即，其配置於反射器12的開口22與規定該反射器12的反射面20的形狀的旋轉橢圓面的第二焦點F2之間，並具有通光孔26。如上所述，從反射器12的開口22射出的光通過該通光孔26而朝向第二焦點F2。通光孔26的直徑根據從照明裝置10放射的光量而縮放。在通光孔26的直徑比較小的情況下，通過該通光孔26的光量變少，從開口22射出的光的大部分被該光闌14遮擋。結果，從照明裝置10放射的光量變少。相反地，在通光孔26的直徑比較大的情況下，通過該通光孔26的光量變多。結果，從照明裝置10放射的光量變多。

透鏡16為用於使通過光闌14的通光孔26並通過了規定反射面20的旋轉橢圓面的第二焦點F2後的光折射而成為與光軸CL大致平行的平行光的構件。在本說明書中，將由透鏡16折射後的光的張角θ1的半值角（θ1/2）稱為“透鏡16的指向角θ2（°）”。

如圖2所示，LED燈50大致具備多個LED52、支柱54和軸56。

LED52為通過接收來自未圖示的電源的電力而放射給定波長的光的構件，在本實施例中，使用了8個LED52。如圖3及圖4所示，各LED52分別具備：條形板狀的底座58；多個LED晶片60，在底座58的表面上的寬度方向的大致中央部，縱橫排列地進行安裝；矩形形狀的熒光體61，配置為覆蓋LED晶片60；以及一對供電端子62，設置於底座58的同一表面上的一個端部。另外，LED晶片60與一對供電端子62之間通過未圖示的供電電路而電連接。

返回至圖2，支柱54為由銅等熱傳導率高的材料形成的構件，在本實施例的情況下，支柱54形成為正八棱柱狀。另外，軸56也與支柱54同樣，為由熱傳導率高的材料形成的棒狀的構件，其一端與支柱54的底面中央部連接。

另外，在支柱54的8個側面分別配置有LED52。也就是說，各LED52以支柱54的中心軸L為中心，呈放射狀且朝向外側配置。由此，來自各LED52的LED晶片60的光也以支柱54的中心軸L為中心，呈放射狀且朝向外側放射。

在本實施例的情況下，設置於支柱54的側面的數量與設置於LED燈50中的LED52的數量相一致。設置於LED燈50中的LED52的數量為3個以上即可，並無特別限定，若LED52的數量為3個，則支柱54的形狀為正三棱柱，若LED52的數量為5個，則支柱54的形狀為正五棱柱，若LED52的數量為6個，則支柱54的形狀為正六棱柱。也就是說，支柱54由正多邊形的截面形狀規定。

當然，並不限定於使LED52的數量與規定支柱54的截面形狀的正多邊形的邊的數量相一致，例如，也可以使用具有正八邊形的截面形狀的支柱54，並在每個側面配置4個LED52。另外，支柱54的截面形狀可以不為正多邊形，而是單純的多邊形。在此所說的“多邊形”，並不限定於各側面彼此之間的邊界構成了明確的棱線的情況，即使在“多邊形”的角部分帶有圓角而各側面彼此之間的邊界不明確的情況下，只要形成有多個“側面”，則也包含於“多邊形”。

而且，各LED52配置為，LED晶片60的中心位置處於與支柱54的中心軸L正交的虛擬平面上。以下，將支柱54的中心軸L與該虛擬平面的交點稱為LED燈50（及支柱54）的中心點C。另外，如圖5所示，將從支柱54的中心點C到各側面的距離稱為“支柱半徑S”。

（適合於舞臺照明等用途的LED燈50的研究）對於用於舞臺照明等的燈來說，要求以足夠的亮度並且不產生輝度不均的方式照射被照射物。即，對於這種燈，要求“照射面的亮度”及“照射面輝度的均勻性”，也就是說，要求“照射面上的輝度不均小”。因此，為了構成適合於舞臺照明等用途的LED燈50，進行了以下的研究。

（關於輝度不均的研究）成為研究的前提的條件如以下所述。（1）反射器12的開口22的直徑（反射器12的有效直徑）設為140mm。也就是說，反射器12的有效半徑為70mm。（2）關於支柱半徑S，對2.5mm到12.5mm進行了研究。另外，該支柱半徑S的範圍相當於反射器12的有效半徑（本實施例中為70mm）的3.6%到17.9%。（3）透鏡16的張角θ1設為26°。（4）LED晶片60的發光面即熒光體61的尺寸設為6mm×17mm。（5）LED燈50的額定功率（各LED52的額定功率的合計）設為200W。

（關於支柱半徑S與輝度不均之間的關係）一般地，若支柱半徑S變小，則各LED52的發光面逐漸接近支柱54的中心點C（反射器12的第一焦點F1）。若發光面接近反射器12的第一焦點F1，則照射面上的發光面的輪廓形狀變得清晰，因此該照射面上的輝度不均具有變大的傾向。相反地，若支柱半徑S變大，則各LED52的發光面遠離反射器12的第一焦點F1。於是，照射面上的發光面的輪廓形狀模糊而變得不清晰，從而該照射面上的輝度不均具有變小的傾向。

因此，對於支柱半徑S與照射面上的輝度不均之間的關係進行實驗，得到了圖6所示的曲線圖的結果。另外，該曲線圖中的所謂“支柱徑比率D（%）”，是指支柱半徑S的尺寸相對於反射器12的有效直徑尺寸的一半（即反射器12的有效半徑尺寸）的比率（%），所謂“輝度不均（%）”，是指照射面上的輝度的最大值與最小值之差相對於該最大值的比率（%）。

使用了鹵素燈的現有的照明裝置的“輝度不均（%）”約為34%。因此，若想要利用本實施例所涉及的LED燈50實現與現有的照明裝置同等以下的“輝度不均（%）”，則要求“支柱徑比率D（%）”為3.73%以上。

（關於透鏡16的指向角θ2與輝度不均的大小之間的關係）上述的輝度不均的大小根據透鏡16的指向角θ2而變化。因此，對於透鏡16的指向角θ2與輝度不均的大小之間的關係進行實驗，得到了圖7所示的曲線圖的結果。另外，如上所述，該曲線圖中的“透鏡16的指向角θ2”，是指由透鏡16折射後的光的張角θ1的半值角（θ1/2）。也就是說，在本實施例的情況下，“透鏡16的指向角θ2”為13°（＝26°/2）。

若考慮圖7所示的曲線圖的近似式，則輝度不均（%）能夠通過以下的關係式來計算。 26.54e0.0174x≤－1.498×D＋39.583 （1） D：支柱徑比率（%） x：使來自所述反射器的光朝向照射面折射的透鏡的指向角（°）

基於上述近似式（1），若想要利用本實施例所涉及的LED燈50實現與現有的照明裝置同等以下的“輝度不均（%）”，則要求“支柱徑比率D（%）”為4.19%以上。

（關於照射面的亮度與輝度不均之間的關係的研究）接下來，對照射面的亮度與輝度不均之間的關係進行研究。做為研究的前提的條件如以下所述。（1）對於做為基準的鹵素燈而言，額定功率設為750W，相關色溫設為3000K，顯色性設為Ra90。（2）將LED燈50的額定功率（各LED52的額定功率的合計）設為200W，來自各LED52的光的相對色溫設為與上述鹵素燈同等的3000K，顯色性也設為同等的Ra90。

（關於支柱半徑S與亮度之間的關係）如上所述，若支柱半徑S變小，則一般地，輝度不均具有變大的傾向，但由於各LED52的發光面（＝熒光體61）接近反射器12的第一焦點F1，所以雜散光變少，因而照射面的亮度變亮。因此，對於支柱半徑S與照射面的亮度之間的關係進行了實驗，得到圖8所示的曲線圖的結果。另外，所謂“照射面的亮度（%）”，是指使用了採用LED52的LED燈50的情況下的亮度相對於使用了鹵素燈的情況下的亮度的比率（%）。

根據圖8所示的曲線圖，若想要實現與使用了鹵素燈的現有的照明裝置同等的亮度（也就是說，“照射面的亮度（%）”＝100），則要求“支柱徑比率D（%）”為18.25%以下。

另外，一般情況下，LED的亮度與額定功率成比例，因此若將LED52的額定功率設為A[W]，將鹵素燈的額定功率設為B[W]，則支柱徑比率D（%）能夠由以下的關係式表示。 D＝18.25×（A/200）×（B/750）（2）

（關於LED52的數量與輝度不均之間的關係的研究）接下來，對於LED52的數量（支柱54的側面的數量）與輝度不均之間的關係進行了研究。成為研究的前提的條件如以下所述。（1）反射器12的開口22的直徑（反射器12的有效直徑）設為140mm。因此，反射器12的有效半徑為70mm。（2）支柱半徑S設為10mm。（3）透鏡16的張角θ1設為26°。

對於LED52的數量（支柱54的側面的數量）與輝度不均之間的關係進行了實驗，得到圖9所示的曲線圖的結果。根據該結果，可知若將LED52的數量設為3個以上，則“輝度不均（%）”低於使用了鹵素燈的現有的照明裝置中的約34%。

應當理解的是：本次公開的實施方式在所有方面均為例示，而不是限制性的。本發明的範圍並不是由上述的說明示出，而是由申請專利範圍示出，並旨在包含與申請專利範圍同等的含義及範圍內的所有變更。

10‧‧‧照明裝置

12‧‧‧反射器

14‧‧‧光闌

16‧‧‧透鏡

20‧‧‧反射面

22‧‧‧開口

26‧‧‧通光孔

50‧‧‧LED燈

52‧‧‧LED

54‧‧‧支柱

56‧‧‧軸

58‧‧‧底座

60‧‧‧LED晶片

61‧‧‧熒光體

62‧‧‧供電端子

F1‧‧‧（反射面20的）第一焦點

F2‧‧‧（反射面20的）第二焦點

L‧‧‧中心軸

CL‧‧‧光軸

C‧‧‧中心點

S‧‧‧支柱半徑

θ1‧‧‧（透鏡16的）張角

θ2‧‧‧（透鏡16的）指向角

圖1為表示應用了本發明的照明裝置10的一例的圖。圖2為表示應用了本發明的LED燈50的一例的立體圖。圖3為表示LED52的一例的立體圖。圖4為表示LED52的一例的（圖3的A－A向視）剖視圖。圖5為用於說明支柱半徑S的圖。圖6為表示支柱徑比率D與照射面上的輝度不均之間的關係的曲線圖。圖7為表示透鏡16的指向角θ2與照射面上的輝度不均之間的關係的曲線圖。圖8為表示支柱徑比率D與照射面的亮度之間的關係的曲線圖。圖9為表示LED52的數量與照射面上的輝度不均之間的關係的曲線圖。

Claims

一種LED燈，其特徵在於：具備多個LED以及支柱，所述支柱由多邊形的截面形狀規定並具有配置所述LED的側面；支柱半徑相對於碗狀的反射器的開口的半徑的尺寸比率，即支柱徑比率為3.73%以上且18.25%以下，其中所述反射器在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的所述開口，所述支柱半徑為從所述支柱的中心點到所述側面的距離。
如請求項1所述的LED燈，其中支柱半徑相對於所述反射器的所述開口的半徑的尺寸比率，即支柱徑比率為4.19%以上且18.25%以下，其中所述支柱半徑為從所述支柱的中心點到所述側面的距離。
如請求項1或2所述的LED燈，其中所述LED的數量為3個以上。
如請求項1至3中任一項所述的LED燈，其係滿足以下的關係式： 26.54e0.0174x≤－1.498×D＋39.583 其中D為支柱徑比率，以%表示，x為使來自所述反射器的光朝向照射面折射的透鏡的指向角，以表示。
如請求項1至4中任一項所述的LED燈，其係滿足以下的關係式： D≤18.25×（A/200）×（B/750）其中D為支柱徑比率，以%表示；A為所有LED的合計額定功率，單位是W；B為替換前的鹵素燈的額定功率，單位是W。
一種照明裝置，其特徵在於具備：如請求項1至5中任一項所述的LED燈；以及碗狀的反射器，其在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的開口。
一種照明裝置，其特徵在於具備：如請求項1至5中任一項所述的LED燈；碗狀的反射器，其在內側具有使來自所述LED燈的光反射的反射面，並具有放射由所述反射面反射的光的開口；以及透鏡，其使來自所述反射器的光朝向照射面折射。