JP2012174390A - Ｌｅｄ発光素子を単灯搭載した照明 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 光源からの照射距離２〜５ｍにおいて、全光束２０００〜４０００の輝度を有するＬＥＤ発光素子を単灯搭載した照明。好ましい態様において、冷却ファンを内蔵する。好ましい態様において、デジタルパルス方式電源を電源とする。
【効果】 同じ照度の従来の照明と比較して、消費電力を顕著に低減し、年間二酸化炭素の排出量を顕著に低減した照明を提供する。部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、使用時には、高電圧と高熱が負荷するため、故障発生の確率が高くなるという問題があったことことと対照的に、部品点数を顕著に低減することにより、故障発生の確率を顕著に低減し、製品コストを顕著に低減した照明を提供する。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、照明の技術分野に属する。
本願発明において、「照明」とは、家屋、事務所、店舗、街灯で使用するＬＥＤ照明を意味する。
本願発明において、「照明」とは、光源から４〜５ｍの距離の照射面における照度が、１００〜６００ルクスの範囲のＬＥＤ照明である。
本願発明において、「照明」には、広告塔や高速道路の案内や大規模建物の投光器は含まない。

［従来の技術の一般的な照明］
図２に、従来の技術の一般的な照明を示した。
図２に示す如く、従来の技術の一般的な照明では、光源からの照射距離２〜５ｍ、全光束２０００ルーメン以上で照明する場合、ＬＥＤ単灯での光源を直視すると眩しすぎて目に障害を起こすため、多灯化（図２では、１２灯ＬＥＤ）を図ることにより眩しさを緩和している。

［従来の技術の一般的な乗用自動車の前方照明］
図３及び図４に、従来の技術の一般的な乗用自動車の前方照明（ヘッドライト）を示した。
図３及び図４に示す如く、従来の技術の一般的な乗用自動車の前方照明では、対向車の運転者がＬＥＤ特有の刺激光で眩惑されないように、多灯化を図ることにより眩しさを緩和している。

［従来の技術の照明における問題点］
従来の技術の一般的な照明、及び、従来の技術の一般的な乗用自動車の前方照明において、多灯化を図ることにより眩しさを緩和していた。
本願発明者らは、従来、巷間では、防眩性を付与したＬＥＤ多灯化技術は、当業者間では、常識化してしまい、何人も、ＬＥＤ多灯化技術に技術的な問題を見出してこなかった。
然るに、本願発明者は、所謂「コロンブスの卵」の例えの如く、ＬＥＤ多灯化技術には、多くのＬＥＤを使用することにより、エネルギー浪費の技術的問題を内在していることに想到した。
この問題意識は、本願発明者が初めて想到したものであり、いわば新規性を具備した問題意識である。本願発明の特長として Single Light LED Optimal Lighting という概念を導入する。

［従来の技術におけるＬＥＤ単灯搭載照明］
ＬＥＤ単灯搭載照明は、図５で示すとおり、２００５年頃より存在した。
２００５年頃のＬＥＤ単灯搭載照明は、本願において使用する「照明」の意味から逸脱する懐中電灯である。
然るに、従来の技術におけるＬＥＤ単灯搭載照明は、消費電力が、２．８〜３Ｗが精一杯であって、後述する本願発明に係る新規ＬＥＤ単灯搭載照明におけるが如く、３０Ｗ以上の消費電力を達成することは困難であった。
すなわち、従来の技術におけるＬＥＤ単灯搭載照明と、本願発明に係る新規ＬＥＤ単灯搭載照明は、全く異なるものである。
現在、大変な速度でＬＥＤの発光効率が改善されており、２００５年当時から現在（２０１１年）に至る照明については、点灯時に一見して単灯に見えたとしても、光源数を精査すると、照度不足を補うために複数のＬＥＤを密集配置し点灯したものが多い。
しかしＬＥＤの技術は開発途上であり、本願以上の方式の発見も予想される。

［ＬＥＤ多灯化技術における第１の問題点］
ＬＥＤ多灯化技術における第１の問題点につき、図２に示す１２灯ＬＥＤを例に挙げて、以下に説明する。
図２に示す１２灯ＬＥＤは、ＬＥＤ１２灯搭載照明（アキュテック社製２００Ｗ形、以下、単に「ＬＥＤ１２灯搭載照明」という）である。
図２に示す１２灯ＬＥＤにおいては、ＬＥＤを１２灯備えているために、１〜２灯の場合と比較して、消費電力が顕著に多い。
図２に示す１２灯ＬＥＤにおいては、単灯のＬＥＤ（３．５Ｖ）を直列で接続してある。
従って、 図２に示す１２灯ＬＥＤの理論消費電力は、

１２灯 × ３．５Ｖ × １．５９Ａ ＝ ６６．７８Ｗ/h ７９Ｗ／h（実測値）

であり、１〜２灯の場合と比較して、消費電力が顕著に多い。

［ＬＥＤ多灯化技術における第２の問題点］
ＬＥＤ多灯化技術における第２の問題点につき、図２に示す１２灯ＬＥＤを例に挙げて、以下に説明する。
１２灯ＬＥＤのような多灯ＬＥＤ搭載照明においては、ＬＥＤ多灯化に伴い、部品点数が顕著に増加した。
部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、使用時には、高電圧と高熱が負荷するため、故障発生の確率が高くなるという問題がある。

［ＬＥＤ多灯化技術における第３の問題点］
ＬＥＤ多灯化技術における第３の問題点につき、図２に示す１２灯ＬＥＤを例に挙げて、以下に説明する。
１２灯ＬＥＤのような多灯ＬＥＤ搭載照明においては、ＬＥＤ多灯化に伴い、部品点数が顕著に増加した。
多灯ＬＥＤ搭載照明では、部品点数が顕著に増加したため、部品と組み立てのコストが上昇し、結果として、製品価格が上昇するという問題がある。

［ＬＥＤ多灯化技術における第４の問題点］
ＬＥＤ多灯化技術における第４の問題点につき、図２に示す１２灯ＬＥＤを例に挙げて、以下に説明する。
１２灯ＬＥＤのような多灯ＬＥＤ搭載照明においては、ＬＥＤ多灯化に伴い、光源も多点化し、光源に近付けば近付くほど、光源素子１個１個が別々に点灯している現実が顕著となり、照射面における不均一性目立つという問題がある。

ＬＥＤ１２灯搭載照明（アキュテック社製２００Ｗ形）、電球色／白色［ACC-D200B-E／ACC-D200W-E、ＬＥＤ照明最適化技術］（ＵＲＬ；http://www.acculight.jp/cgi-bin/acculight/siteup.cgicategory=1&page=2） ＬＥＤ用電源の制御技術（ＵＲＬ；http://www.tdk-lambda.co.jp/products/sps/ps_unit/alc_alv/indexj.html）

特許公開２０１１−０２９０８９号公報（出願人；パナソニック電工株式会社、発明の名称；照明器具）

［第１の解決課題］
本願発明の第１の解決課題は、同じ照度の従来の照明と比較して、消費電力を顕著に低減した照明を提供することである。
例えば、同じ照度の従来の照明と比較して、消費電力を６０％低減した照明を提供することである。

［第２の解決課題］
本願発明の第２の解決課題は、「本願発明の第１の解決課題」と関連して、年間二酸化炭素の排出量を顕著に低減した照明を提供することである。

［第３の解決課題］
本願発明の第３の解決課題は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、使用時には、高電圧と高熱が負荷するため、故障発生の確率が高くなるという問題があったことから、部品点数を顕著に低減することにより、故障発生の確率を顕著に低減した照明を提供することである。

［第４の解決課題］
本願発明の第４の解決課題は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、部品点数が顕著に増加したため、部品と組み立てのコストが上昇し、結果として、製品価格が上昇するという問題があったことから、部品点数を顕著に低減することにより、製品コストを顕著に低減した照明を提供することである。

［第５の解決課題］
本願発明の第５の解決課題は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、ＬＥＤ多灯化に伴い、光源も多点化し、光源に近付けば近付くほど、光源素子１個１個が別々に点灯している現実が顕著となり、照射面における不均一性目立つという問題があったことから、光源点数を顕著に低減することにより、照明面における均一性を顕著に向上した照明を提供することである。

［第１の発明の効果］
本願発明の第１の効果は、同じ照度の従来の照明と比較して、消費電力を顕著に低減した照明を提供できることである。
例えば、同じ照度の従来の照明と比較して、消費電力を６０％低減した照明を提供できることである。

［第２の発明の効果］
本願発明の第２の効果は、「本願発明の第１の効果」の波及効果として、年間二酸化炭素の排出量を顕著に低減した照明を提供できることである。

［第３の発明の効果］
本願発明の第３の効果は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、使用時には、高電圧と高熱が負荷するため、故障発生の確率が高くなるという問題があったことこととは対照的に、部品点数を顕著に低減することにより、故障発生の確率を顕著に低減した照明を提供できることである。

［第４の発明の効果］
本願発明の第４の効果は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、部品点数が顕著に増加したため、部品と組み立てのコストが上昇し、結果として、製品価格が上昇するという問題があったこととは対照的に、部品点数を顕著に低減することにより、製品コストを顕著に低減した照明を提供できることである。

［第５の発明の効果］
本願発明の第５の効果は、部品点数が顕著に増加した多灯ＬＥＤ搭載照明は、ＬＥＤ多灯化に伴い、光源も多点化し、光源に近付けば近付くほど、光源素子１個１個が別々に点灯している現実が顕著となり、照射面における不均一性目立つという問題があったこととは対照的に、光源点数を顕著に低減することにより、照明面における均一性を顕著に向上した照明を提供できることである。

本出願に係る発明は、以下の「特許請求の範囲」に記載した各請求項に基づいて特定される。

［特許請求の範囲］

［請求項１］
光源において全光束２０００〜４０００ルーメンの輝度を有するＬＥＤ発光素子を単灯搭載した照明。

［請求項２］
光源からの照射距離２〜５ｍにおいて、全光束２０００〜４０００の輝度を有するＬＥＤ発光素子を単灯搭載した照明。

［請求項３］
「ＬＥＤ発光素子」が、

「冷却ファンを付加したＬＥＤ発光素子」

であることを特徴とする請求項１又は２に記載した照明。

［請求項４］
「ＬＥＤ発光素子」が、

「デジタルパルス方式電源を電源とするＬＥＤ発光素子」

であることを特徴とする請求項１又は２に記載した照明。

以下に、発明を実施するための形態について説明する。

［比較例１］
表１に、比較例１のＬＥＤ１２灯搭載照明の性能の実測値を示した。
上述したとおり、図２に示すＬＥＤ１２灯搭載照明においては、単灯のＬＥＤ（３．５Ｖ）を直列で接続してある。
従って、 図２に示す１２灯ＬＥＤの理論消費電力は、

１２灯 × ３．５Ｖ × １．５９Ａ ＝ ６６．７８Ｗ/h ７９Ｗ／ｈ（実測値）

であり、１〜２灯の場合と比較して、消費電力が顕著に多い。
ここで、必要とされる３．５Ｖの電圧は、特別な昇圧回路を使用しない場合、高輝度ＬＥＤ一つの点灯に、電池を３個以上直列にしなければ、点灯しないことからも理解出来る。
７９Ｗの電流が消費されることにより、大量の熱が発生する。
熱が発生すると半導体であるＬＥＤの効率が悪くなるため必要な電流量が増加する。
図２に示す如く、ＬＥＤ１２灯搭載照明を点灯すると、大量の熱が放出されるため、器具の材質を高耐熱性のアルミ合金と、大型の放熱フィンを採用する必要がある。
図２に示すＬＥＤ１２灯搭載照明において、筐体はアルミ合金製で、レンズ部分は高耐熱性のポリカーボネートを使用している。
図２に示すＬＥＤ１２灯搭載照明は、点灯が安定し始めると、放熱フィン部分は素手では触れないほどに熱くなる。

［実施例１］
図１に本願発明の好ましい形態である実施例１を示した。
図１に示す本願発明の好ましい形態は、ＬＥＤ単灯搭載照明であって、全光束２０００ルーメン以上の輝度を有することを特徴とする。
実施例１のＬＥＤ単灯搭載照明は、比較例２のＬＥＤ１２灯搭載照明と同じ照度（５００ルクス）であった。
実施例１のＬＥＤ単灯搭載照明の理論消費電力は、

単灯 × １４．６Ｖ × １．５Ａ ＝ ２１．９Ｗ/h ２８Ｗ／ｈ（実測値）

であった。
表１に、実施例１のＬＥＤ単灯搭載照明の性能を示した。
実施例１のＬＥＤ単灯搭載照明において、ＬＥＤ照明（アキュテック社製、２００ＳＬ（単灯）Ｃｏｏｌ Ｗｈｉｔｅ色）を使用した。
消費電力を、７９Ｗ／ｈから２８Ｗ／ｈへと、劇的に減少させることにより、発生する熱も顕著に低減することができた。

発生する熱が少ないために、全ての要素が好循環を始める。
消費電力が少ないと、様々に好循環が始まるが、年間二酸化炭素の排出量が削減出来る。
光量は、１２灯とほぼ同じ５００ルクスであり使用想定場所で求められる十分な光量がある。
発熱は実験で使用した、アキュテック社製試作品では点灯が安定した後でも、放熱フィン部分は素手で握っても全く問題はない。
耐久性については、ＬＥＤ素子はそもそも熱に弱い半導体であるため、温度が低ければ寿命も延びる、電源部分も発熱が少なくなるために、寿命が長くなり必要電力が小さくなれば、電源部容積を小さくすることが容易となる。

背景技術で示したＡＬＣ／ＡＬＶシリーズの電源も本願には好適であるが、200（１２灯）向日葵型を点灯することは、能力がたりないので出来ない。
低価格については、１２灯が単灯となることにより部品数が少なくなり、構造が簡単になるので、安くなる。
次に電源が小さくなることにより安くなる。
複雑な構造を持ち高価なアルミ合金を使用する放熱フィンも小さなものが使用出来るので安くなる、使用する材質も熱に強くなくてもよいので安くなり、一部は金属ではなく樹脂の使用も可能となるのでデザインの自由度が増す。
単灯であるため均一な照射面となる。

最適化する条件は、消費電力、光量、発熱量、耐久性、照明器具の小型化、低価格化、容易な製作、照射面の均一性、照明器具のデザインの自由度、電源配線の簡素化等であり、以下に表１の資料も合わせ順に解説する。
尚、この比較は、アキュテック社製の同等な５００ルクスの光量持つ製品を使用して実施したものであり、異なった構造の他社製品で、全く同じ数値が出ることはないが、上記の数式の数値を変更すれば、本願発明の十分有意な消費電力の減少が達成される。
他社製品との優劣を論じる記載は本出願では行わない。

結構ずくめの本願発明だが、問題もある、光源から４〜５ｍでは、光源を直視すると眩し過ぎて眼に確実に障害を起こす。
このため、何らかの防眩対策の実施が不可欠となる。
対策としては、拡散板、反射鏡、間接照明方式の採用、複数焦点レンズの、いずれかまたは組み合わせによる対策が必須である。
図１で示した試作品の先端部分で別途対策を実施することとなるが、本願発明では、放熱温度が低いため対策費用を抑えることが出来る。
尤も、全光束２０００ルーメン以上の輝度を持つ単灯のＬＥＤ発光素子の本来用途である、広告塔や高速道路の案内板や大規模建物の投光器では、照射対象物が人間ではないから眩しさは問題とならないし、本願で発明した、電力の削減効果についての考察も、従来の投光器が大量に電力を消費する構造のため実施されない。
白熱球をＬＥＤに交換するだけで、８割近く消費電力が減少するので、その先半分の消費電力になっても、総消費電力の数字の中に埋没してしまい検討されない。

［冷却ファン］
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明においては、冷却ファンが好ましく使用される。
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明は、上述したとおり、従来の技術のＬＥＤ多灯搭載照明とは対照的に、照明時に筐体が手で触れることができないほど熱くなることはない。
従って、筐体を冷却しようとする観点からは、冷却ファンは不要である。
然るに、本発明者は、本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明を冷却ファンにより冷却することにより、ＬＥＤが消費する電力を低減し、冷却ファンの消費電力を算入した合計消費電力についても、冷却ファンによって冷却しない場合と比較して、消費電力を低減できることを確認した（データ掲載省略）。
それゆえ、本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明においては、冷却ファンが好ましく使用される。

［デジタルパルス方式電源］
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明においては、デジタルパルス方式電源が好ましく使用される。
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明において、デジタルパルス方式電源を使用した態様では、電源において、ＡＣ/ＤＣコンバーターとして一般的に使われている方式とは異なり、パルス波電力変換を行う。
デジタルパルス方式電源においては、眼に点滅と感じられる１秒間に３０回位の振動数より遙かに多い１秒間に１千回位の振動数の高い周波発生装置を使用し、大量のパルスを発生させ、直流変換を行う。
デジタルパルス方式電源は、高品質電力を廉価な小型装置で、グリーン化対応制御機能で高精度である。という特徴を有する。

［屋内用照明と屋外用照明］
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明は、屋内用照明として好ましく使用される。
ここで、屋内用照明とは、家屋、事務所、又は、店舗等の屋内で使用する照明を意味する。
本発明に係るＬＥＤ単灯搭載照明は、屋外用照明として好ましく使用される。
ここで、屋外用照明とは、玄関灯、庭園灯、又は、街灯等の屋外で使用する証明を意味する。

試作品の写真 ＬＥＤが１２灯の照明の写真 乗用自動車のＬＥＤ前方照明 乗用自動車のＬＥＤ前方照明 ２００５年頃の電力が２．８ＷのＬＥＤ単灯搭載照明

Claims (4)

1. 光源において全光束２０００〜４０００ルーメンの輝度を有するＬＥＤ発光素子を単灯搭載した照明。
   
2. 光源からの照射距離２〜５ｍにおいて、全光束２０００〜４０００の輝度を有するＬＥＤ発光素子を単灯搭載した照明。
   
3. 「ＬＥＤ発光素子」が、
   
   「冷却ファンを付加したＬＥＤ発光素子」
   
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載した照明。
   
4. 「ＬＥＤ発光素子」が、
   
   「デジタルパルス方式電源を電源とするＬＥＤ発光素子」
   
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載した照明。