JP2007103371A - ２つの光源を有するランプ - Google Patents

Abstract

【課題】発光フィラメントおよびＬＥＤの双方を有するハイブリッドランプにおいて、従来技術の問題を回避する新規のハイブリッドランプを提供することである。
【解決手段】ＬＥＤは動作電流をフィラメントによって受け取るように接続され、これによって該ＬＥＤに対して別個の駆動回路を設ける必要がなくなり、フィラメント全体の電圧が低減されて該フィラメントのサイズが縮小される新規のランプを提供することによって解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ランプ内に２つの光源を有するランプに関し、より特定的には、該光源のうち一方は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり他方は発光ダイオードでない、２つの光源を有するランプに関する。

２つの光源のうち一方がＬＥＤであり他方は白熱フィラメントである、２つの光源を有するランプが、Hofmann et al. によるＵＳ２００５／０１０５３０２Ａ１に開示されている。この参考文献では、ＬＥＤからの光が２重壁のバルブ部材内に放射され、該バルブ部材の２重壁の間で反射されることにより、該バルブ部材自体が長さにわたって光を放出するように構成することが開示されている。２重壁の発光バルブ部材は、白熱フィラメントを封入することができる。ＬＥＤと白熱フィラメントとは、別個に駆動される。

このようなランプではある程度の利点が得られるが、本発明者は、このようなランプが動作する構造および方法が改善されるのが望ましいことを見いだした。

さらにＬＥＤ（とりわけ白色発光ダイオード）は、演色評価数が比較的低い低品質の光を放出する。またＬＥＤは、安定的な光出力を維持し過熱を回避するために電流制限型電源を使用するか、またはより一般的には安定抵抗を使用する。高信頼性かつ安全な動作のためには、供給電圧をＬＥＤ電圧より十分に上回らなければならず、最低で該ＬＥＤ電圧の２０％が安定抵抗において降下されることにより、損失電力が有意になる。安定抵抗を含む駆動回路は高価かつ大形となるため、幾つかの照明アプリケーションにおけるＬＥＤの使用が制限されてしまう。ＬＥＤランプから放出される光の品質、ＬＥＤを含むランプのサイズおよびコストが改善されるのが望ましい。

白熱フィラメントのサイズは少なくとも部分的に、該フィラメントの動作パラメータによって決定される。たとえば、２４Ｗおよび８０Ｖで動作するように構成されたフィラメントは、３６Ｗ／１２０Ｖのフィラメントより短い。フィラメントが短いほど光学系は改善され、より良好な耐衝撃性が実現される。より短いフィラメントを使用できるようにするためには、フィラメント全体の電圧を低くするのが有利である。

上記のHofmann et al. の参考文献には、２つの光源が異なる色温度を有することにより、ランプ全体の色温度を変化できることも記載されている。ＬＥＤは、各端部に白熱フィラメントを有する管形の蛍光ランプの端部のリング内に配置され、白熱フィラメントは、該蛍光ランプの長手軸に対して垂直に整合される。この構成は、蛍光ランプのバルブ部材が２重壁であり、かつHoffman et al. のように長さにわたって反射された光を放出する場合に適しているが、この参考文献では、白熱ランプまたはハロゲンランプを１次光源として使用するパラボリックアルミニウムリフレクタ（ＰＡＲ）ランプのような異なるランプから放出された光の色温度を均質に変化するのに適したＬＥＤの構成は提案されていない。

色温度は光源のスペクトル特性を表し、単位Ｋで測定される。より低い温度は高温（「黄色」）の光に相応し、より高い温度は、より低温（「青色」）の光を示す。
ＵＳ２００５／０１０５３０２Ａ１

本発明の課題は、従来技術の問題を回避する新規のハイブリッドランプを提供することである。

前記課題は本発明では、発光フィラメントおよびＬＥＤの双方を有する、次のような新規のランプを提供することによって解決される。すなわち、ＬＥＤは動作電流をフィラメントによって受け取るように接続され、これによって該ＬＥＤに対して別個の駆動回路を設ける必要がなくなり、フィラメント全体の電圧が低減されて該フィラメントのサイズが縮小される新規のランプを提供することによって解決される。

さらに本発明の別の対象は、ランプベースとリフレクタと、該ランプベースに取り付けられた白熱ランプまたはハロゲンランプとを有する次のような新規のランプを提供することである。すなわち、該白熱ランプまたはハロゲンランプはバルブ内部にフィラメントを有し、該フィラメントは実質的にリフレクタの長手軸に沿って整合され、１つまたは複数のＬＥＤがランプベース上においてバルブの外側に配置され、前記長手軸を基準として対称的に位置付けされ、ＬＥＤは動作電流を該フィラメントによって受け取り、該フィラメントがＬＥＤに対する安定抵抗となるランプを提供することである。

また本発明の別の対象は、ランプベースと、バルブ内部にフィラメントを有する白熱ランプまたはハロゲンランプと、１つまたは複数のＬＥＤとを備えた次のような新規のランプを提供することである。すなわち、フィラメントは実質的に該白熱ランプまたはハロゲンランプの長手軸に沿って整合され、該１つまたは複数のＬＥＤは該ランプベースにおいて、前記長手軸を基準として対称的に配置されたバルブの外側に設けられているランプを提供することである。

本発明の別の対象は、フィラメント付の白熱ランプまたはハロゲンランプを１次光源として使用し、フィラメント光源より高い色温度を有する青色ＬＥＤまたは白色ＬＥＤがフィラメントを基準として対称的に配置されることにより、ランプからの光の色温度を均質に上昇する新規のハイブリッドランプを提供することである。ここでは、ＬＥＤのうち１つは長手軸上に設けられるか、または複数のＬＥＤが長手軸を対称軸として対称的にスペーシングされる。

図１によれば、本発明の１つの実施形態では白熱ランプまたはハロゲンランプLのフィラメントＦを、ＬＥＤ（固体照明源）に対する安定抵抗として使用する。２００ｍＡ〜７００ｍＡの電流で動作するＬＥＤ、とりわけ高出力ＬＥＤが入手可能である。これは、約２４Ｗ〜８０Ｗの通常の１２０Ｖの白熱ランプおよびタングステンハロゲンランプに相応する。現在入手可能なＰＡＲ２０ランプ，ＰＡＲ３０ランプおよびＰＡＲ３８ランプがこのような定格出力を有し、本発明ではこのようなランプを、ＬＥＤに対して電流調整を実現するために使用することができる。ＬＥＤの最大電流が高いほど、ＬＥＤを低い電圧のランプフィラメントによって、たとえば１２ＶのＭＲ１６ランプによって制御することができる。

ＬＥＤはフィルタリングされたＤＣで効率的に動作するが、ピーク電流が規定された制限内にあるように形成される、全波整流された６０ＨｚのＡＣでも動作する。最後に、ブリッジ整流器Ｂをこの回路に付加することができる。このブリッジ整流器およびフィラメントは、指定されたＬＥＤに対して適正な電流を引き出すように選定される。このようにして本発明のランプは、高価な電源を使用せず、かつ非効率的な安定抵抗なしで、１００Ｖ〜２４０ＶのＡＣ商用電源Ｍで動作することができる。別の実施形態では、ブリッジ整流器に含まれるダイオードをＬＥＤそのものとすることができる。またこの回路は、ＬＥＤをターンオン電流から保護するために、金属酸化物バリスタサージ保護装置およびＮＴＣバリスタ等の別の構成要素（図示されていない）を含むこともできる。択一的に、ブリッジ整流器を使用せずにＤＣ電源を使用することができる。

ＬＥＤとフィラメントをこのように組み合わせることにより、電流が変化しない場合、フィラメントのパフォーマンスが改善される。各ＬＥＤは典型的には、３〜７Ｖの電圧降下を引き起こすので、１つまたは複数のＬＥＤに直列接続されたフィラメントは、通常の線路の電圧より低い電圧で動作するようになる。上記で述べたように、一定の電流でフィラメント電圧が低くなるほど、短いフィラメントを使用できるようになり、光学系は改善され、より良好な耐衝撃性が実現される。フィラメントワット数が等しければ、電流はフィラメント直径の増大とともに上昇し、このことによって寿命または効率が改善される。

さらに、白熱ランプおよびタングステンハロゲンランプは非常に良好な演色性を有するようになるので、フィラメントランプとＬＥＤとを組み合わせることにより、ＬＥＤのみで実現可能な品質よりも良好な品質の光が実現される。

図２および３に、本発明の典型的な実施形態が示されている。これらの実施例では、パラボリックアルミニウムリフレクタ（ＰＡＲ）をランプベース上で使用する。このランプベースは、１次光源であるタングステンハロゲンランプと、２次光源である１つまたは複数のＬＥＤとを担持する。ガラスカプセル２内に設けられた電気加熱式のタングステンコイルフィラメント１により、１次光源が実現される。カプセル２はガラスリフレクタ３に、内側放物面５の焦点の近くの光中心で取り付けられる。内側放物面５は、アルミニウムの反射層によってコーティングされている。前記リフレクタの底部近傍にある透過部分６は中空であるか、またはアルミニウム層によってコーティングされておらず（またはアルミニウム層が除去されている）、光はこの透過部分６を透過する。前記リフレクタの前部に、透過性のガラスレンズ４が取り付けられる。このタングステンハロゲンランプは、ＬＥＤを制御するのに適した効率的な光源であるが、本発明は別の白熱ランプに適用することができる。また、このＰＡＲ構成は有利であるが、必須ではない。

図２の実施形態によれば、ＬＥＤ７のアレイが２次光源である。このアレイは、直列接続され回路基板８に取り付けられた６つのＬＥＤを含む。前記リフレクタ３の底部に、各ＬＥＤを受けるための圧痕が設けられている。透過部分６はこれらの圧痕およびＬＥＤに整合され、ＬＥＤからの光がレンズ４に到達するようにされている。ＬＥＤからの光のビームはレンズ４によって拡開され、１次（フィラメント）光源に適合されたビーム形状になる。ＬＥＤおよび回路基板８はヒートシンク９と熱交換を行い、ヒートシンク９は熱をランプベースの裾１６に伝導する。

カプセル２から繋がる一方の電気的なリード１２がワイヤ１３によってランプベース中心コンタクト１４に接続されており、ランプに電流を供給する。カプセル２から繋がる他方の電気的なリードはワイヤ１１によって、回路基板８に取り付けられたブリッジ整流器１７のＡＣ入力端に接続されている。ＬＥＤアレイ７に含まれるＬＥＤは回路基板８上で導電トレースによって直列接続され、ブリッジ整流器１７の正極リードと負極リードとの間に連続的な回路を形成する。残りのブリッジ整流器入力端は、ワイヤ１０によってランプベースのねじ込受金１５に接続されている。裾１６は、機械的な接続によってリフレクタ３に取り付けられており、ねじ込受金１５と電気的に絶縁されている。

図３の実施形態は全般的に、ＬＥＤ７’が１つだけ設けられている以外は同じである。このただ１つのＬＥＤ７’は、（カプセル２の長手軸に整合されており、一般的にランプベースの頂部取り付け面に対して垂直である）リフレクタの軸上に設けられている。ビームが厳密にコリメートされリフレクタ軸に整合されているＬＥＤにより、フィラメントのビームパターンと同様のビームパターンが供給される。図２の回路基板は除去され、ＬＥＤ７’はヒートシンク９に配置されている。ＬＥＤ７’は、ワイヤ１８によってブリッジ整流器１７に接続される。カプセル２から続くリードは「Ｌ」字形のリード１９に接続されており、「Ｌ」字形のリードは、リフレクタ３に取り付けられた金属性のフェルール２０に接続されている。一方のフェルールはワイヤ１１によってブリッジ整流器１７のＡＣ入力端に接続され、他方のフェルールはワイヤ１３によってランプベース中心コンタクト１４に接続されており、電流をランプに供給する。ワイヤ１０は、ブリッジ整流器１７の第２のＡＣ端子とねじ込受金１５とを接続する。

アレイ７またはＬＥＤ７’をランプの別の場所に配置することは可能であるが、ランプベース上に取り付けるのが有利である。というのも、この位置においてＬＥＤとフィラメントとのビームパターンのマッチングをより良好に行うことができ、ランプベース上の位置で、電気的な接続および熱の低減が容易になるからである。

さらに、図２に示されたＬＥＤのアレイ７と、図３でただ１つ設けられたＬＥＤ７’は有利には、図２および３に示されているように、リフレクタ３の軸を基準として対称的に配列されている。このような対称的な配置が特に有利なのは、ＬＥＤが、フィラメントから放出される光と異なる色を有する光を放出する場合である。望ましいのは、ランプが均質な色を有する光を放出することである。すなわち、ハイブリッドランプに非対称的に設けられた１つまたは複数の異なる色のＬＥＤによって引き起こされる異なる色の「スポット」を伴わないことが望ましい。

前記１つまたは複数のＬＥＤをハイブリッドランプに設け、ランプからの光の色温度を変化するために使用することができる。説明のために、タングステンハロゲンＰＡＲランプは典型的には、約２９００Ｋの相関色温度（ＣＣＴ）を有する。しかし、蛍光および／またはメタルハライドランプは約３５００ＫのＣＣＴを有する。ハロゲンＰＡＲランプがアクセントとして蛍光ランプまたはメタルハライドランプとともに（たとえば小売店で）使用される場合、小売店環境で推奨されている典型的な照明レベルで有利なＣＣＴは３１００Ｋを上回るという研究結果が示された。通常のタングステンハロゲンＰＡＲランプのＣＣＴを上昇するには、オレンジ色のスペクトラムの領域をフィルタリングによって除去しなければならない。しかしこうすると、２０％を上回る光束の数値が低減され、演色評価数（ＣＲＩ）が約７０になり、許容できないほど低くなってしまう。

したがって本発明の特徴の１つは、１次光源のフィラメントによって放出される光より低いＣＣＴ（高い温度）を有する青色ＬＥＤまたは白色ＬＥＤ等の１つまたは複数のＬＥＤを付加することである。上記のように（たとえばＬＥＤ７’として）、青色ＬＥＤをタングステンハロゲンＰＡＲランプに付加する場合、ハイブリッドランプからの光のＣＣＴは、光束損失または低いＣＲＩを伴うことなく高くなる。図４に、ＬＥＤを使用しない５０Ｗ ＰＡＲ３８ランプのスペクトルパワー分布（コントロール、点線）と、青色ＬＥＤを使用する５０Ｗ ＰＡＲ３８ランプのスペクトルパワー分布（実線）とが示されている。この例では、４８９ｎｍでスペクトル半幅が２５ｎｍで（ＬＥＤから）４８ｌｍを付加することにより、ＣＣＴを２８９０Ｋから３５００Ｋにシフトし、かつ光束を７．２％増大して８１のＣＲＩを達成する。もちろん、所望の色温度を実現するために別の色のＬＥＤを選択することができる。色温度を変化すべきでない場合、フィラメントの色温度に相応する色温度を有するＬＥＤを選択する。

図２に示されたランプの動作中には、該ランプは１２０Ｖ ＡＣで給電され、電流はフィラメントおよびブリッジ整流器を流れるのに対し、ＬＥＤを流れるのはＤＣである。ＬＥＤアレイでは約４０Ｖの電位降下が発生し、フィラメントでは８０Ｖの電位降下が発生する。この実施形態におけるＬＥＤアレイは全ランプ電力３６Ｗに対して１２Ｗで動作し、フィラメントは３６Ｗの２４Ｗで動作する。８０Ｖに対して構成された２４Ｗのフィラメントは、３６Ｗおよび１２０Ｖに対して構成されたフィラメントより短く、このことによって上記の利点が得られる。

比較のために、抵抗によって安定化が行われる低コストの駆動回路はシステム電力のうち５０％以上を消費し、同じＬＥＤ光源を使用する３６ＷのＬＥＤ照明システムは、約４５０ｌｍのみの性能を有することとする。本発明の３６Ｗ／１２０Ｖのハイブリッドランプは、高価かつ大形の駆動回路を使用する必要なく、６５０ｌｍまたは約１８Ｌｍ／Ｗを実現することができる。このことは、典型的な５０Ｗ／１２０ＶのＰＡＲランプ（フィラメントのみ）と同等であり、かつ３０％のエネルギー削減が実現される。

本発明の実施形態を前記明細書と図面において説明したが、本発明は明細書と図面の見解からすれば、特許請求の範囲によって定義されるものであると解されるべきである。

本発明のランプの実施形態の概略的な回路図である。 本発明のランプの実施形態の断面図である。 本発明のランプの別の実施形態の断面図である。 ＬＥＤが青色である本発明のランプのスペクトル出力分布を示す図である。

符号の説明

１ タングステンコイルフィラメント
２ カプセル
３ ガラスリフレクタ
４ ガラスレンズ
５ 内側放物面
６ 透過部分
７ ＬＥＤ
８ 回路基板
９ ヒートシンク
１０，１１，１３，１８ ワイヤ
１２，１９ リード
１４ ランプベース中心コンタクト
１５ ねじ込受金
１６ 裾
１７ ブリッジ整流器

Claims (23)

1. 発光性のフィラメントと発光ダイオード（ＬＥＤ）とを有するランプにおいて、
   該ＬＥＤは、該フィラメントによって動作電流を受け取るように接続されていることを特徴とするランプ。
2. 前記フィラメントとＬＥＤとの間に接続されたブリッジ整流器を有する、請求項１記載のランプ。
3. 前記ブリッジ整流器は複数のＬＥＤを有する、請求項２記載のランプ。
4. ＬＥＤの動作電流は安定抵抗によって制御され、
   前記フィラメントが安定抵抗である、請求項１記載のランプ。
5. 前記フィラメントは、白熱ランプまたはハロゲンランプのバルブ内部に設けられており、
   前記ＬＥＤはバルブ外部に設けられている、請求項１記載のランプ。
6. 前記フィラメントが取り付けられるランプベースを有し、
   前記ＬＥＤは該ランプベース上に、熱伝導関係で配置され、該ランプベースが該ＬＥＤに対してヒートシンクとなるように構成されている、請求項１記載のランプ。
7. 前記ランプベースに取り付けられたリフレクタを有し、
   該リフレクタは該ランプベース上に、ＬＥＤからの光が伝送される際に通過する下端部を有する、請求項６記載のランプ。
8. 前記ＬＥＤは、直列接続された複数のＬＥＤのアレイの一部である、請求項１記載のランプ。
9. ヒートシンクとブリッジ整流器とを有するランプベースが設けられており、
   ＬＥＤは該ランプベース上に、該ヒートシンクと熱伝導関係で設けられ、
   該ＬＥＤは該ブリッジ整流器によってフィラメントに電気的に接続されることにより、該フィラメントがＬＥＤに対する安定抵抗となるように構成されている、請求項１記載のランプ。
10. 前記ＬＥＤは、前記フィラメントの長手軸を基準として対称的に位置付けられており、
    該フィラメントからの光は第１の色温度を有し、
    該ＬＥＤからの光は、該第１の色温度より高い第２の色温度を有する、請求項１記載のランプ。
11. 前記ＬＥＤは青色である、請求項１０記載のランプ。
12. ランプにおいて、
    ランプベースと、該ランプベースに取り付けられたリフレクタと、該ランプベースに取り付けられた白熱ランプまたはハロゲンランプとを有し、
    該白熱ランプまたはハロゲンランプは、バルブ内部に発光性のフィラメントを有し、
    該フィラメントは実質的に、前記リフレクタの長手軸に沿って整合されており、
    該ランプベース上において、前記バルブ外部に１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が設けられており、
    該発光ダイオード（ＬＥＤ）は、前記長手軸を基準として対称的に位置付けられており、
    該ＬＥＤは前記フィラメントに電気的に接続されており、該ＬＥＤの動作電流を該フィラメントによって受け取ることにより、該フィラメントが該ＬＥＤに対して安定抵抗となるように構成されていることを特徴とするランプ。
13. 前記リフレクタはパラボリックアルミニウムリフレクタ（ＰＡＲ）である、請求項１２記載のランプ。
14. 前記ランプベース上の前記リフレクタの一部は透過性であり、かつ透過性の該一部に１つまたは複数の圧痕を有し、
    各圧痕が前記ＬＥＤのうち各１つを受けるように構成されている、請求項１３記載のランプ。
15. 前記ランプベースと反対側で前記リフレクタに取り付けられたレンズを有し、
    前記ＬＥＤと、白熱ランプまたはハロゲンランプは、光を該レンズに通して伝送するように配置されている、請求項１３記載のランプ。
16. ブリッジ整流器を有し、
    前記ＬＥＤは該ブリッジ整流器を介して前記フィラメントに電気的に接続されている、請求項１２記載のランプ。
17. 前記白熱ランプまたはハロゲンランプは第１の色温度を有する光を放出し、
    前記ＬＥＤのうち少なくとも１つは、該第１の色温度より高い第２の色温度の光を放出し、
    該ランプからの光は、第１の色温度と第２の色温度との間の均質な色温度を有する、請求項１２記載のランプ。
18. ランプにおいて、
    ランプベースと、該ランプベースに取り付けられた白熱ランプまたはハロゲンランプとを有し、
    該白熱ランプまたはハロゲンランプは、バルブ内部に発光性のフィラメントを有し、
    該フィラメントは実質的に、該白熱ランプまたはハロゲンランプの長手軸に沿って整合されており、
    該ランプベース上において、該バルブ外部に１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が設けられており、
    該発光ダイオード（ＬＥＤ）は、前記長手軸を基準として対称的に位置付けされていることを特徴とするランプ。
19. 前記ＬＥＤのうち１つは前記長手軸上にある、請求項１８記載のランプ。
20. 前記ＬＥＤが複数設けられており、
    該ＬＥＤは、前記長手軸を対称軸として対称的にスペーシングされている、請求項１８記載のランプ。
21. 前記ＬＥＤは前記白熱ランプまたはハロゲンランプに電気的に接続されることにより、前記フィラメントによって動作電流を受け取り、
    該フィラメントが、該ＬＥＤに対して安定抵抗となるように構成されている、請求項１８記載のランプ。
22. 前記白熱ランプまたはハロゲンランプは第１の色温度の光を放出し、
    前記ＬＥＤのうち少なくとも１つは、該第１の色温度より高い第２の色温度の光を放出する、請求項１８記載のランプ。
23. 前記ランプベースは、頂部取り付け面を有し、
    該頂部取り付け面に、前記白熱ランプまたはハロゲンランプが取り付けられ、
    前記長手軸は一般的に、該頂部取り付け面に対して垂直である、請求項１８記載のランプ。

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