JP2001082869A

JP2001082869A - 低温貯蔵庫内における照明装置

Info

Publication number: JP2001082869A
Application number: JP25824699A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Mitsui; 正三井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】低温貯蔵庫の冷却効率を下げないことを主要
な目的とする低温貯蔵庫内における白色照明装置を提供
することを目的とする。【解決手段】低温貯蔵庫内における白色照明装置１に
おいて、白色照明用光源として、白色発光ダイオード２
を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般に低温貯蔵
庫内における照明装置に関するものであり、より特定的
には、低温貯蔵庫の冷却効率を下げないように改良され
た、低温貯蔵庫内における照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から市販されている低温貯蔵庫（一
般用、家庭用冷蔵庫）の内部温度は、通常、４℃に保た
れている。外気温を１５℃とすると、その温度差は約１
１℃である。低温貯蔵庫内部の照明用光源としては、白
熱電球、蛍光管、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素
子が使われている。

【０００３】白熱電球は、コストが安い、演色性が良
い、低電圧で動作し、ＯＮ、ＯＦＦの繰返しへの応答が
早く、耐久性があるといった利点を有している。

【０００４】しかしながら、白熱電球はその消費電力の
９０％までを熱として放出する。正確には、その消費電
力のうち、人間の目が感じることのできる光、すなわ
ち、可視光による放射成分は１０％のみで、それ以外の
９０％は主に赤外線もしくは白熱電球からの熱伝導によ
り発生する熱の形で消費される。

【０００５】それゆえ、低温貯蔵庫は、その熱を外へ排
出せねばならず、白熱電球をその内部の照明に使用する
ことは、冷却効率を下げることになる。一般的な低温貯
蔵庫では、６０Ｗの白熱電球が使用されているが、これ
は庫内に５０Ｗ強の照明に寄与しない光として電力を消
費し、熱を発生させている。

【０００６】特に、通常、−２０℃、すなわち、室温と
の温度差が３５℃もある氷点下貯蔵庫（一般家庭用冷蔵
庫の冷凍室もしくは製氷室と呼ばれる部分、業務用冷蔵
貯蔵庫等）において、冷却効率の低下は顕著で、その内
部照明に白熱電球を使用することは極めて困難である
（実開昭５７−７２０９７号公報）。

【０００７】一方、蛍光管は、発熱が少ないという利点
がある（実開昭５３−７１８６２号公報）。また、蛍光
管は、演色性がやや劣るものの、フィルタと組合わせる
ことにより、照明光の相関色温度を高温度側にすること
ができる。すなわち、視覚的に涼しさ感や冷たさ感を得
ることができる（特開平０５−４５０４８号公報）とい
う利点を有する。さらに、蛍光管は、蛍光管から放出さ
れる紫外線を用いて、光触媒を活性化し、脱臭機能を持
たせることができるという利点を有する（特開平０９−
２０３５８２号公報）。

【０００８】しかしながら、蛍光管は動作電圧が高く、
感電の危険性を避け難い。それゆえ、現在のところ、実
質、実用化されていない。

【０００９】さらに蛍光管は光度が小さいため、特殊な
ものを用いる必要がある。また、開閉の頻度が多い冷蔵
庫では、ＯＮ、ＯＦＦへの応答が速いことが要求され
る。この観点からも、蛍光管の採用を妨げている（実開
昭５３−７１８６２，特開平０５−４５０４８，特開平
０９−２０３５８２号公報）。

【００１０】さらに、白熱電球も蛍光管もそれ自体の容
積が大きいため、その分、庫内の容積が減少するという
問題があった。また、発光が点あるいは線であるため、
光を拡散させるためのカバー等が別途必要となる。

【００１１】この問題を解決するため、ＥＬ素子を冷蔵
庫内の照明用光源に使用するという記述がある（特開平
０３−２６０５８７号公報）。

【００１２】ＥＬ素子を用いた面発光体は、発熱が少な
い、発光体の容積が小さい、さらに、形状が平面型であ
るという利点がある。

【００１３】しかしながら、ＥＬ素子は、蛍光管と同じ
く、高い動作電圧（１００Ｖ）が必要で、感電の危険性
がつきまとう。また、ＥＬ素子は蛍光管（５０−６０Ｈ
ｚ）よりもさらに高い周波数の交流電界（４００−６０
０Ｈｚ：５００Ｈｚ推奨）を印加する必要がある。この
周波数変換のためには特殊な電気回路が必要であり、こ
のときにエネルギーの無駄が生じる。また、ＥＬ素子は
高周波交流電界の印加により低レベルの音が発生する。
このため、ＥＬ素子では背面電極側の端子を接地する方
法をとっているが、同時に、取付具の材質を弾性体とし
て振動を吸収するようにしている。

【００１４】また、ＥＬ素子は周波数を変えることによ
り、発光波長を変えることができるものの、白色ランプ
としてみたとき、その演色性は蛍光管よりも一段と悪く
なる。それゆえ、ＥＬ素子も蛍光管と同じく、現在のと
ころ、実質、実用化されていない（特開平０３−２６０
５８７号公報，特開昭６０−２４６５０５号公報（関
連：冷陰極管を用いた平板型バックライト））。

【００１５】以上のような問題を解決する光源として発
光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）があ
る。

【００１６】発光ダイオードは、発熱が少ないという利
点がある。また、発光ダイオードは、低電圧で動作し、
ＯＮ、ＯＦＦの繰返しへの応答が速く、耐久性があると
いう利点を有する。また、発光ダイオードは、周波数変
換のための特殊な電気回路を必要としないという利点が
ある。また、発光ダイオードは直流で動作するため、振
動が発生しないという利点がある。また発光ダイオード
は、発光体の容積が小さいという利点がある。したがっ
て、被覆用の透明樹脂を入れても、１０ｍｍ×６ｍｍ×
６ｍｍ程度である。それゆえ、素子と並べることにより
平板に近い形状にすることが可能である。

【００１７】しかしながら、発光ダイオードから発せら
れる光は、単色光であった（演色性が悪い）ため、庫内
の貯蔵物の識別が困難であり、実用に耐えられなかっ
た。しかも、これまでその色は、主に赤色と黄緑色が中
心で、見た目の印象も悪かった。

【００１８】このことは青色の発光ダイオードにおいて
も同じで、単色光であることに変わりはない。青色発光
ダイオードを光触媒の励起源に使い、脱臭機能を持たせ
ようという技術はあるものの（特開平１０−２７７３６
７号公報）、照明そのものには用いられていない（特開
平１０−２７７３６７号公報）。

【００１９】最近になって、ＧａＮ系の青色発光ダイ
オード、ＧａＰ系の緑色発光ダイオード、ＩｎＧａＡｓ
系の赤色発光ダイオードを組合わせた３原色発光ダイオ
ード、ＧａＮ系の青色ＬＥＤからの青色光を用いて蛍
光材を励起し、白色光を得るＧａＮ系発光ダイオード、
ＺｎＳe系の青緑色ＬＥＤからの青緑色光で導電性基
板中の深い準位を励起し、白色光を得るＺｎＳｅ系発光
ダイオードが開発され、演色性が向上した。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】これまで、低温貯蔵庫
内の照明用光源として白熱電球が用いられてきた。白熱
電球は、その消費電力の９０％までを熱として放出する
ため、冷却効率を低下させる。これを避けるため、市販
されている低温貯蔵庫では、白熱電球からの熱の放出を
少なくするため、透明樹脂製のカバー等で覆い、さらに
断熱の目的でその大きさも大きくとってある。これら
は、光取出し効率を下げ、しかも庫内の内容量を下げて
しまう。

【００２１】上記２つの問題を改善するため、ＥＬ発光
素子を照明用光源として用いるという技術もあるが、Ｅ
Ｌ発光素子は、高い駆動電圧が必要であり、感電の危険
性がある。

【００２２】また、ＥＬ発光素子は、高い周波数の交流
電界を印加する必要があるため、インバータ等の特殊な
電気回路を必要とする。この部分でのエネルギーロスが
無視できない。

【００２３】さらに、ＥＬ発光素子は高周波交流電界に
より振動を発生し、低レベルの騒音を発生する。それゆ
え、弾性体等でできた特殊な取付具を必要をする。

【００２４】また、ＥＬ発光素子は、全波長領域が揃っ
た白色発光光源としては、白熱電球や蛍光管に劣ってい
る。

【００２５】したがって、本発明の目的は、低温貯蔵庫
の冷却効率を低下させない、低電圧かつ直流で動作す
る、安全で信頼性のある、演色性も良好な、低温貯蔵庫
内の照明装置を提供することにある。

【００２６】また、発光ダイオードは、青、緑、赤色の
発光ダイオードへの注入電流量を変える（３原色発光ダ
イオード）、蛍光材の種類、混合比を変える（ＧａＮ系
白色発光ダイオード）、基板の種類、厚さ、および構造
を変える（ＺｎＳｅ系白色発光ダイオード）ことによ
り、任意の色の光の発光を得ることが可能である。

【００２７】それゆえに、本発明の他の目的は、白色に
限定されることなく、赤紫色やピンク色等の中間色の光
を得ることができ、低温貯蔵庫内を彩り良く照明するこ
とができるように改良された、低温貯蔵庫内の照明装置
を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る低温貯蔵
庫内における照明装置においては、照明用光源として、
発光ダイオードを使用する。

【００２９】同じ光電変換効率をもつ、白熱電球と白色
発光ダイオードを比較すると、白色発光ダイオードの発
熱量は白熱電球の１／１０である。これは、以下の２つ
の理由による。

【００３０】１．白熱電球はフィラメントからの発熱が
あるのに対し、白色発光ダイオードは、原理的に、ほと
んど熱を発生しない。白熱電球は熱伝導によりこの熱が
外部に放出される。

【００３１】２．白熱電球からの発光のスペクトルと白
色発光ダイオード（ＺｎＳｅ系白色発光ダイオード）か
らの発光のスペクトルを比較すると、図１を参照して、
白熱電球からの発光には赤外線（発光波長７７０ｎｍ以
上）の放射成分があるのに対して、白色発光ダイオード
からの発光には、赤外線放射成分がほとんどない。赤外
線は透明樹脂製のカバーを透過するため、直接、庫内の
貯蔵物を加熱してしまう。なお、ここに、ＺｎＳｅ系の
白色発光ダイオードとは、ＺｎＳｅ系の青緑色ＬＥＤか
らの青緑色光で導電性基板中の深い準位を励起し、白色
光を得るものである。

【００３２】以上の理由から、同じ光電変換効率を持つ
白熱電球と白色発光ダイオードを比較した場合、白色発
光ダイオードの発熱量は、白熱電球よりもはるかに小さ
いため、低温貯蔵庫全体で考えると、白色発光ダイオー
ドの方が冷却効率を向上させることができる。

【００３３】同じ光出力を持つ、白色発光ダイオード
と、蛍光管およびＥＬ発光素子を比較すると、白色発光
ダイオードの駆動電圧は２．７〜３．５Ｖであるのに対
して、蛍光管およびＥＬ発光素子の駆動電圧は１００Ｖ
である。

【００３４】この理由から、低温貯蔵庫内の照明装置を
白色発光ダイオードに置換えることにより、感電の危険
性が減り、安全性を向上させることができる。

【００３５】同じ光出力を持つ、白色発光ダイオードと
ＥＬ発光素子を比較すると、白色発光ダイオードは直流
で駆動するのに対して、ＥＬ発光素子は蛍光管（５０−
６０Ｈｚ）よりもさらに高い周波数の交流（４００−６
００Ｈｚ：５００Ｈｚ推奨）で駆動する。それゆえ、白
色発光ダイオードでは、周波数変換のための特殊な電気
回路は不必要であり、周波数変換時のエネルギーの無駄
は生じない。

【００３６】また、ＥＬ素子は高周波電界の印加によ
り、低レベルの騒音が発生するが、白色発光ダイオード
ではこのような騒音は発生しない。

【００３７】次に、本発明の作用効果について説明す
る。低温貯蔵庫内用の光源として、発光ダイオードを使
用することで、熱の発生を少なくすることができるた
め、低温貯蔵庫の冷却効率の向上を図ることが可能であ
る。

【００３８】また、上記発光ダイオードとして、赤色お
よび黄緑色、青色等の単色発光ダイオードでなく、白色
発光ダイオードを使用すると、見た目の印象が良く、貯
蔵物の識別が容易な、演色性の良い照明用光源を実現す
ることが可能である。これにより、低温貯蔵庫の快適性
の向上を図ることが可能である。

【００３９】低温貯蔵庫内用の光源として、蛍光管およ
びＥＬ発光素子ではなく、発光ダイオードを使用するこ
とで、駆動電圧を１００Ｖから２．７〜３．５Ｖ程度ま
で下げることができるため、低温貯蔵庫の安全性の向上
を図ることが可能である。

【００４０】低温貯蔵庫内用の光源として、ＥＬ発光素
子ではなく、発光ダイオードを使用することで、周波数
変換のための特殊な電気回路が不要となり、周波数変換
時のエネルギーの無駄をなくすことができる。

【００４１】低温貯蔵庫内用の光源として、ＥＬ発光素
子ではなく、発光ダイオードを使用することで、高周波
交流電界により生じる騒音がなくなるため、低温貯蔵庫
の快適性の向上を図ることが可能である。

【００４２】請求項２にかかる低温貯蔵庫内における照
明装置においては、上記発光ダイオードとして可視光発
光領域の広い範囲（広帯域）に発光成分を持つ発光ダイ
オード（ＬＥＤ）を利用することを特徴とする。

【００４３】請求項３にかかる低温貯蔵庫内における照
明装置においては、上記広帯域に発光成分を持つＬＥＤ
として、少なくとも赤、緑、青の３色以上のＬＥＤを組
合わせたＬＥＤを利用することを特徴とする。これによ
り、白色のみならず、中間色（赤紫色、ピンク等）の発
光源を得ることができる。

【００４４】請求項４にかかる低温貯蔵庫内における照
明装置においては、上記広帯域に発光成分を持つＬＥＤ
として、ＧａＮ系の青色ＬＥＤからの青色光を用いて蛍
光材を励起し、白色光を得る白色ＬＥＤを利用すること
を特徴とする。

【００４５】請求項５にかかる低温貯蔵庫内における照
明装置においては、上記広帯域に発光成分を持つＬＥＤ
として、ＺｎＳ系の青緑色ＬＥＤからの青緑色光で導電
性基板中の深い準位を励起し、白色光を得る白色ＬＥＤ
を利用することを特徴とする。

【００４６】請求項６に係る低温貯蔵庫内における照明
装置においては、上記発光ダイオードを透明樹脂で覆っ
ている。

【００４７】請求項７に係る低温貯蔵庫内における照明
装置においては、上記透明樹脂は、エポキシ樹脂、アク
リル樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロ
ピレン樹脂およびポリスチレン樹脂の群から選ばれた１
つの材料または複合材料から形成される。

【００４８】請求項８にかかる低温貯蔵庫内における照
明装置においては、可視光領域の発光成分の各発光波長
間の比率を制御することにより、赤紫やピンク色等の中
間色の光を放射するＬＥＤを照明用光源として利用する
ことを特徴とする。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。

【００５０】実施の形態１図２は、本発明の実施の形態１にかかる白色照明装置を
市販の冷蔵庫の製氷室に適用した場合の概念図である。

【００５１】ここでは、幅４５０ｍｍ×奥行き３５０ｍ
ｍ×高さ３２０ｍｍの製氷室に適用されている。この内
部天井面に、白色照明装置１を設置した。

【００５２】図３は、白色照明装置１の拡大図を示す。
照明装置本体は、幅１００ｍｍ×奥行き１００ｍｍ×高
さ１０ｍｍで、内部に配線が施されており、湿気が入ら
ないように密封されている。照明装置本体の下面に、Ｇ
ａＮ系白色発光ダイオード２を配置した。白色発光ダイ
オード２は、直径が５ｍｍである。この白色発光ダイオ
ード２を１０ｍｍ間隔で正方形に、１０×１０個配置し
た。

【００５３】図４は、この白色発光ダイオード（ＧａＮ
系白色発光ダイオード）部分の拡大図である。構造は一
般に市販されている白色発光ダイオードと同じで、図に
示したとおりである。白色発光ダイオードの透明樹脂の
部分３は、エポキシ樹脂でできている。ここに、ＧａＮ
系白色発光ダイオードとは、ＧａＮ系の青色ＬＥＤから
の青色光を用いて蛍光材を励起し、白色光を得るもので
ある。

【００５４】ＧａＮ系白色発光ダイオードは、３原色発
光ダイオードとは異なり、配線が２回で済むためコスト
を抑えることができる。

【００５５】この照明装置を製氷室の内部照明装置に用
いたところ、白熱電球と比べて発熱量が激減し、１／１
０となった。これは白熱電球での赤外線の放射成分があ
るのに対して、白色発光ダイオードには赤外線放射成分
がないためである。それゆえ、製氷室全体の冷却効率が
増加した。

【００５６】また、この照明装置の光束量（光度「ｃ
ｄ」×立体角「ｓｒ」）を測定したところ、７「Ｗ」
（３．５Ｖ×０．０２Ａ×１００個）の条件下で、７０
「ｌｍ」の光速量を得た。この測定結果から計算される
変換効率は、１０「ｌｍ／Ｗ」であった。

【００５７】実施の形態２実施の形態１の白色照明装置と同じ構造で、白色照明装
置の光源として、ＺｎＳｅ系白色発光ダイオードを用い
た。

【００５８】図５に、この白色発光ダイオード（ＺｎＳ
ｅ系白色発光ダイオード）部分の拡大図を示す。ＺｎＳ
ｅ系白色発光ダイオードは、３原色発光ダイオードとは
異なり、配線が１回で済むため、コストを抑えることが
できる。また、ＧａＮ系白色発光ダイオードと比べて発
光効率の活性化エネルギーが大きいため、高温では変換
効率が劣るものの、低温では変換効率が飛躍的に上昇す
る。

【００５９】また、この照明装置の光速量（光度「ｃ
ｄ」×立体角「ｓｒ」）を測定したところ、５．４
「Ｗ」（２．７Ｖ×０．０２Ａ×１００個）の条件下
で、８１「ｌｍ」の光速量を得た。この測定結果から計
算される変換効率は、１５「ｌｍ／Ｗ」で、ＧａＮ系白
色発光ダイオードの１．５倍となり、白熱電球と同等の
変換効率が得られた。

【００６０】図２に示す大きさの冷蔵庫の内部照明に
は、通常７「Ｗ」の白熱電球が使われており、ＺｎＳｅ
系白色発光ダイオードを用いたこの装置は、カバーを必
要としない分、少ない消費電力で、十分な発光強度を持
つ照明装置を製作することができた。以上の結果、製氷
室全体の冷却効率が、実施の形態１の装置よりもさらに
増加した。

【００６１】なお上記実施例では、白色照明装置の具体
例を例示して、本発明を説明したが、この発明はこれに
限られるものでない。すなわち、可視光領域の発光成分
の各発光波長間の比率を制御することにより、赤紫やピ
ンク色等の中間色の光を放射するＬＥＤを、光源として
用いることも可能である。赤紫色やピンク色等の中間色
の光を放射するＬＥＤを用いることにより、低温貯蔵庫
内を彩り良く照明することができるという効果を奏す
る。

【００６２】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００６３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、低温貯
蔵庫の冷却効率および安全性を向上させ、騒音が少なく
演色性が良い、つまり快適性が高い、低温貯蔵庫内用照
明装置を実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】白色発光ダイオードと白熱電球の発光スペク
トル図である。

【図２】実施の形態１に係る低温貯蔵庫の概念図であ
る。

【図３】実施の形態１に係る照明装置部分の拡大図で
ある。

【図４】実施の形態１に用いられる発光ダイオードの
拡大図である。

【図５】実施の形態２に係る白色発光ダイオード部分
の拡大図である。

【符号の説明】

１照明装置、２白色発光ダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明用光源として発光ダイオードを使用
した、低温貯蔵庫内における照明装置。
【請求項２】前記発光ダイオードとして可視光発光領
域の広い範囲に発光成分を持つ発光ダイオードを利用す
ることを特徴とする、請求項１に記載の、低温貯蔵庫内
における照明装置。
【請求項３】前記発光ダイオードとして、少なくとも
赤、緑、青の３色以上の発光ダイオードを組合わせた発
光ダイオードを利用することを特徴とする、請求項２に
記載の、低温貯蔵庫内における照明装置。
【請求項４】前記発光ダイオードとして、ＧａＮ系の
青色発光ダイオードからの青色光を用いて蛍光材を励起
し、白色光を得る白色発光ダイオードを利用することを
特徴とする、請求項２に記載の、低温貯蔵庫内における
照明装置。
【請求項５】前記発光ダイオードとして、ＺｎＳｅ系
の青緑色発光ダイオードからの青緑色光で導電性基板中
の深い準位を励起し、白色光を得る白色発光ダイオード
を利用することを特徴とする、請求項２に記載の、低温
貯蔵庫内における照明装置。
【請求項６】前記発光ダイオードを透明樹脂で覆って
いる、請求項１に記載の、低温貯蔵庫内における照明装
置。
【請求項７】前記透明樹脂は、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、シリコン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピ
レン樹脂およびポリスチレン樹脂の群の中から選ばれ
た、１つの材料または複合材料から形成される、請求項
６に記載の、低温貯蔵庫内における照明装置。
【請求項８】可視光領域の発光成分の各発光波長間の
比率を制御することにより、赤紫やピンク色等の中間色
の光を放射する発光ダイオードを照明用光源として利用
することを特徴とする、低温貯蔵庫内における照明装
置。