JP2012174390A - Led発光素子を単灯搭載した照明 - Google Patents
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Abstract
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。
- 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。
- 「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。
- 「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。
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---|---|---|---|---|
CN112954842A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-11 | 幂光新材料科技(上海)有限公司 | 一种公共照明灯改造减少二氧化碳排放的运营方法 |
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JP2005019874A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Led、ledチップ、ledモジュール、および照明装置 |
JP2010282841A (ja) * | 2009-06-04 | 2010-12-16 | Sharp Corp | 照明装置 |
WO2011010535A1 (ja) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | 帝人株式会社 | Led照明具 |
-
2011
- 2011-02-18 JP JP2011032865A patent/JP2012174390A/ja active Pending
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