JP2013025966A - Light-emitting diode lighting device - Google Patents

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日出市 東
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学 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting diode lighting device capable of lessening a calorific value on the assumption that it is used for indoor cultivation facilities for vegetables, plants and the like, and having longer lifetime.SOLUTION: In the light-emitting diode lighting device where a plurality of resin-sealed type light-emitting diodes are mounted on a printed circuit board and the printed circuit board is stored in a case made of transparent resin, a value of average current made to flow in the light-emitting diodes is to be 55 to 85% of its rated value, and the value of average current is preferably limited to about 70% of the rated value. Further, establishment density of the light-emitting diodes mounted by neighboring each other on the printed circuit board is to be 1.0 to 1.5 pieces per one square centimeter, and it is preferably limited to about 1.2 pieces per one square centimeter.

Description

本発明は、多数の発光ダイオードをプリント基板上に敷設した照明装置に関するものであり、より詳細には、屋内での植物等の栽培に用いられる発光ダイオード照明装置に関するものである。   The present invention relates to an illuminating device in which a large number of light emitting diodes are laid on a printed circuit board, and more particularly to a light emitting diode illuminating device used for cultivation of plants and the like indoors.

近年における半導体技術の急速な発展に伴い、発光ダイオードの特性やその効率が格段に向上し、製造技術の著しい進歩や生産規模の増大に伴って発光ダイオードの低価格化も急速に進んでいる。また、昨今における省エネルギーや節電に関する社会的関心の高まりに応じて、発光ダイオードを用いた照明装置が従来の白熱灯や蛍光灯に置き替わり広く社会に普及しつつある。   With the rapid development of semiconductor technology in recent years, the characteristics and efficiency of light-emitting diodes have been remarkably improved, and the price of light-emitting diodes has been rapidly reduced along with significant progress in manufacturing technology and increase in production scale. Also, according to the recent increase in social interest regarding energy saving and power saving, lighting devices using light emitting diodes are being replaced by conventional incandescent lamps and fluorescent lamps and are becoming widely used in society.

さらに、発光ダイオードを用いた照明装置は、通常の家庭や事務所等の照明以外にも様々な分野においてその利用が広がっている。特に昨今では、いわゆる「植物工場」と称される人工照明を用いて、植物や野菜を屋内で大量に育成する栽培施設での利用が注目されるようになった。これは、発光ダイオード特有の発光波長特性や、その低消費電力性が、屋内における植物等の栽培施設での利用に適しているためといえる。   In addition, lighting devices using light emitting diodes are widely used in various fields in addition to lighting in ordinary homes and offices. In particular, the use in cultivation facilities that grow plants and vegetables in large quantities indoors using artificial lighting called “plant factories” has recently attracted attention. This is because the emission wavelength characteristic peculiar to a light emitting diode and its low power consumption are suitable for use in cultivation facilities such as plants indoors.

一般に、屋内の栽培施設で使用される発光ダイオード照明装置は、特許文献1に示されるような形状を有している。すなわち、発光ダイオードを縦長のプリント基板上に多数敷設した発光ユニットを制作し、これを透明樹脂やガラス製の円筒型ケースに収納して、発光ダイオードによる照明装置を形成するものである。   Generally, the light-emitting-diode illuminating device used in an indoor cultivation facility has a shape as shown in Patent Document 1. That is, a light-emitting unit in which a large number of light-emitting diodes are laid on a vertically long printed board is manufactured, and this is housed in a cylindrical case made of transparent resin or glass to form an illuminating device using the light-emitting diodes.

ところで、発光ダイオードにおける電気から光へのエネルギー変換効率は、従来の白熱灯よりも向上したとはいえ未だに約4〜10%程度である。それ故、発光ダイオードを使用した照明装置において、その照度を増大させれば、それに伴い照明装置自体の発熱量も増加する。しかしながら、発光ダイオードに用いられるガリウム砒素や、窒化ガリウム等の半導体材料は熱に対し脆弱であって、摂氏80度以上で素子の劣化が始まると言われており、素子に高温の熱的ストレスを加え続けると発光ダイオードとしての寿命が極端に縮まるとされている。   By the way, the energy conversion efficiency from electricity to light in the light emitting diode is still about 4 to 10% although it is improved as compared with the conventional incandescent lamp. Therefore, in a lighting device using a light emitting diode, if the illuminance is increased, the amount of heat generated by the lighting device itself increases accordingly. However, semiconductor materials such as gallium arsenide and gallium nitride used for light-emitting diodes are vulnerable to heat, and it is said that deterioration of the device starts at 80 degrees Celsius or higher. If it continues, it is said that the lifetime as a light emitting diode will be shortened extremely.

したがって、発光ダイオードを使用した照明装置においては係る問題を解決すべく、例えば、照明装置に金属製のヒートシンクを設けて装置からの発熱の放散を促進したり、或いは、発光ダイオードの電流駆動回路に、特許文献2や特許文献3に示すような電流制限回路を設けて、発光ダイオードに流れる電流を抑制することにより発熱量の低減を図る措置が講じられている。   Therefore, in order to solve such a problem in a lighting device using a light emitting diode, for example, a metal heat sink is provided in the lighting device to promote heat dissipation from the device, or a current driving circuit of the light emitting diode is used. In order to reduce the amount of heat generation, a current limiting circuit as shown in Patent Document 2 or Patent Document 3 is provided to suppress the current flowing through the light emitting diode.

特開2002−141555号公報JP 2002-141555 A 特開2004−214519号公報JP 2004-214519 A 特開2010−103217号公報JP 2010-103217 A

しかしながら、照明装置にヒートシンクを付加する方法は、装置重量の大幅な増加や装置コストの上昇を招くことになる。また、上記の先行特許文献に示されるような電流制限回路の追加は、照明装置の制御回路が複雑となり、それに伴う装置コストの上昇や、使用電子部品の増加による故障要因の増大という不具合を招くおそれがある。特に、前述の屋内栽培施設で用いられる照明装置では、1台の照明装置について極めて多数の発光ダイオードが用いられるため、このような不具合は照明装置の普及の上で致命的な欠陥とみなされていた。   However, the method of adding a heat sink to the lighting device causes a significant increase in device weight and an increase in device cost. In addition, the addition of the current limiting circuit as shown in the above-mentioned prior patent document makes the control circuit of the lighting device complicated, resulting in an increase in device cost and an increase in failure factors due to an increase in electronic components used. There is a fear. In particular, in the lighting device used in the indoor cultivation facility described above, since a large number of light emitting diodes are used for one lighting device, such a defect is regarded as a fatal defect in the widespread use of the lighting device. It was.

本発明は、このような従来からの課題や不具合を解決することを目的とするものであって、より具体的には、野菜や植物等の屋内栽培施設で用いられることを想定した、発熱量が少なく、かつ装置寿命の長い発光ダイオード照明装置を提供することを目的とするものである。   The present invention is intended to solve such conventional problems and inconveniences, and more specifically, the calorific value assuming use in indoor cultivation facilities such as vegetables and plants. An object of the present invention is to provide a light-emitting diode illuminating device having a small life and a long device life.

本発明の第一の観点による発光ダイオード照明装置は上記の目的を達成するため、
樹脂封止タイプの発光ダイオードをプリント基板上に多数敷設し、該プリント基板を透明樹脂等のケースに収納した発光ダイオード照明装置であって、
前記発光ダイオードに流す平均電流の値を、その定格値の55%乃至85%に設定し、より好ましくは定格値の70%前後に限定したことを特徴とする。
The light-emitting diode illuminating device according to the first aspect of the present invention achieves the above-described object,
A light-emitting diode illuminating device in which a large number of resin-sealed light emitting diodes are laid on a printed circuit board, and the printed circuit board is housed in a case such as a transparent resin,
The value of the average current flowing through the light emitting diode is set to 55% to 85% of the rated value, more preferably limited to around 70% of the rated value.

また、本発明の第二の観点による発光ダイオード照明装置は、上記第一の観点において、
プリント基板上に隣接して敷設される発光ダイオードの設置密度を、1平方センチメートル当たり1.0個乃至1.5個に設定し、より好ましくは1平方センチメートル当たり1.2個前後に限定したことを特徴とする。
Moreover, the light-emitting diode illuminating device according to the second aspect of the present invention is the first aspect,
The installation density of the light emitting diodes laid adjacently on the printed circuit board is set to 1.0 to 1.5 per square centimeter, and more preferably limited to about 1.2 per square centimeter. And

また、本発明の第三の観点による発光ダイオード照明装置は、上記第一または第二の観点において、
発光ダイオードに流す電流の低減率αに対し、1/αの数値について0.8乃至1.0の係数を乗じた数値をプリント基板上における発光ダイオードの設置密度の増加率βと定め、係る増加率βに応じてプリント基板上の発光ダイオードの敷設数を増加させ、照明装置全体においては電流低減前とほぼ同一の照度を保つことを特徴とする。
The light-emitting diode illuminating device according to the third aspect of the present invention is the first or second aspect,
A value obtained by multiplying the reduction ratio α of the current flowing through the light emitting diode by a coefficient of 0.8 to 1.0 with respect to the numerical value of 1 / α is defined as an increase rate β of the installation density of the light emitting diodes on the printed circuit board. The number of light emitting diodes on the printed circuit board is increased in accordance with the rate β, and the illumination device as a whole is characterized by maintaining almost the same illuminance as before the current reduction.

また、本発明の第四の観点による発光ダイオード照明装置は、上記第一ないし第三の観点の少なくとも何れか一において、
所定の電流制御手段をさらに含み、発光ダイオードに流す電流値を所定の範囲内において自在に調整し得ることを特徴とする。
Moreover, the light-emitting diode illuminating device according to the fourth aspect of the present invention, in at least one of the first to third aspects,
It further includes a predetermined current control means, and is characterized in that a current value flowing through the light emitting diode can be freely adjusted within a predetermined range.

また、本発明の第五の観点による発光ダイオード照明装置は、上記第一ないし第四の観点の少なくとも何れか一において、
植物の室内栽培において、栽培植物から10センチメートル程度の距離に設置し得ることを特徴とする。
Moreover, the light-emitting diode illuminating device according to the fifth aspect of the present invention, in at least one of the first to fourth aspects,
In indoor cultivation of plants, the plant can be installed at a distance of about 10 centimeters from the cultivated plant.

本発明による発光ダイオード照明装置によれば、発光ダイオードの駆動電流を低減させつつ、所定の設定条件に基づいて照明装置に実装された発光ダイオードの数を増やすことにより、照明装置全体の照度を保持することができる。これによって、照明装置からの発熱量を低下させ、照明装置に使用される発光ダイオードの寿命を延ばすことが可能となり、屋内栽培施設に用いられる発光ダイオード照明装置の経済性をより高めることができる。   According to the light emitting diode illuminating device of the present invention, the illuminance of the entire illuminating device is maintained by increasing the number of light emitting diodes mounted on the illuminating device based on predetermined setting conditions while reducing the driving current of the light emitting diode. can do. As a result, the amount of heat generated from the lighting device can be reduced, the life of the light-emitting diode used in the lighting device can be extended, and the economics of the light-emitting diode lighting device used in indoor cultivation facilities can be further increased.

本発明を実施するための最良の形態である実施例について、本願の明細書に添付した各図面を参照しつつ以下に説明を行う。   Embodiments, which are the best modes for carrying out the present invention, will be described below with reference to the drawings attached to the specification of the present application.

先ず、本発明の発光ダイオード照明装置10(以下、単に「照明装置10」という)の構造を図1に示す。因みに、図(1−a)は同装置の平面図を、図(1−b)は同装置の正面図を、図(1−c)は(1−a)(1−b)中のA−A’線における略式断面図を、それぞれ示すものである。なお、同装置に含まれる各種の配線材や電子部品、或いは各種電子回路等は、本発明の骨子に直接的な関係がないためその記載を省略している。   First, FIG. 1 shows the structure of a light-emitting diode illuminating device 10 of the present invention (hereinafter simply referred to as “illuminating device 10”). Incidentally, FIG. (1-a) is a plan view of the apparatus, FIG. (1-b) is a front view of the apparatus, and FIG. (1-c) is A in (1-a) (1-b). A schematic sectional view taken along line -A 'is shown respectively. Note that various wiring materials, electronic components, various electronic circuits, and the like included in the apparatus are not directly related to the gist of the present invention, and are not described.

図1からも明らかなように、照明装置10は、主に、プリント基板11、発光ダイオード12、及び透明ケース13から構成されている。プリント基板11は、一般の電子回路に広く用いられているプリント基板であり、例えば、紙エポキシ、ガラスエポキシ、或いはベークライト等のあらゆるプリント基板用の素材を用いることが可能である。   As is clear from FIG. 1, the illumination device 10 mainly includes a printed circuit board 11, a light emitting diode 12, and a transparent case 13. The printed circuit board 11 is a printed circuit board that is widely used in general electronic circuits. For example, any printed circuit board material such as paper epoxy, glass epoxy, or bakelite can be used.

プリント基板11には、同基板に実装された多数の発光ダイオード12を電子的に接続するため、銅箔によるプリントパターンがフォトエッチング等の技術によって、基板の表面或いは裏面に設けられている(図示せず)。プリント基板11に実装された発光ダイオード12どうしの接続については、様々な接続回路を構成することが可能であるが、その一例として、例えば、図2に示されるような接続回路を用いることもできる。   In order to electronically connect a large number of light emitting diodes 12 mounted on the printed circuit board 11 to the printed circuit board 11, a printed pattern made of copper foil is provided on the front or back surface of the circuit board by a technique such as photoetching (see FIG. Not shown). For connection between the light emitting diodes 12 mounted on the printed circuit board 11, various connection circuits can be configured. For example, a connection circuit as shown in FIG. 2 can be used. .

同図に示す回路は、約10〜15個程度の発光ダイオード12を直列に接続し、これに電流制限抵抗14を接続して一つの直列枝を生成し、係る直列枝を、例えば30〜40本程度並列に接続して1枚のプリント基板を形成する。なお、電源回路15の特性や回路方式等を適宜選択することによって、電流制限抵抗14を省略することも可能である。   In the circuit shown in the figure, about 10 to 15 light emitting diodes 12 are connected in series, and a current limiting resistor 14 is connected to this to generate one series branch. A printed circuit board is formed by connecting in parallel. Note that the current limiting resistor 14 can be omitted by appropriately selecting the characteristics, circuit method, and the like of the power supply circuit 15.

図2に示される回路では、一つの直列枝において発光ダイオード12は全て直列に接続されているため、各ダイオードを流れる電流値は全て同一の値となる。また、各直列枝は全て並列に接続されるため、各々の直列枝に印加される電圧値は全て同一の値となる。なお、同図に示す接続回路は、あくまでも本発明の一実施例を示すものであり、本発明の実施が係る接続回路のみに限定されるものでないことは言うまでもない。   In the circuit shown in FIG. 2, since all the light emitting diodes 12 are connected in series in one series branch, all the current values flowing through the diodes have the same value. Moreover, since all the serial branches are connected in parallel, the voltage values applied to the respective serial branches are all the same value. Note that the connection circuit shown in the figure is merely an example of the present invention, and needless to say, the implementation of the present invention is not limited to the connection circuit according to the present invention.

発光ダイオード12は、いわゆる砲弾型に成形された樹脂封止タイプの発光ダイオードであれば、あらゆる形式や種類のものが使用できる。なお、その発光色については、屋内栽培施設において栽培の対象とされる植物や野菜の属性、或いは栽培方法等の条件に応じて、各種の半導体材料の中から発光色を選択することが可能である。   The light emitting diode 12 can be of any type and type as long as it is a resin-sealed light emitting diode molded into a so-called bullet shape. In addition, about the luminescent color, it is possible to select the luminescent color from various semiconductor materials according to conditions, such as the attribute of the plant or vegetable used as a cultivation object in an indoor cultivation facility, or a cultivation method. is there.

例えば、赤系統の発光色を強調するのであれば、アルミニウム・ガリウムヒ素やガリウムヒ素リン系統の半導体材料からなる発光ダイオードを使用することが好ましく、青・緑色系統の発光色を強調するのであれば、セレン化亜鉛や炭化ケイ素系統の半導体材料からなる発光ダイオードを用いることが好ましい。また、その用途や目的等に応じて異なる発光色の発光ダイオードを多種複合的に用いるようにしても良い。   For example, if the red emission color is emphasized, it is preferable to use a light emitting diode made of a semiconductor material of aluminum / gallium arsenide or gallium arsenide phosphorus, and if the blue / green emission color is emphasized. It is preferable to use a light emitting diode made of a semiconductor material of zinc selenide or silicon carbide. Further, various light emitting diodes having different light emission colors may be used in combination in accordance with the application and purpose.

なお、本発明の目的である、発光ダイオードに加わる熱的ストレスを軽減させてその寿命を延ばすことに鑑みれば、熱容量の小さな高輝度型・チップタイプの発光ダイオードよりも、発光素子自体が大型であり、その熱容量が大きな砲弾型の樹脂封止タイプの発光ダイオードを使用することが好ましい。   In view of reducing the thermal stress applied to the light-emitting diode and extending its life, which is the object of the present invention, the light-emitting element itself is larger than a high-brightness / chip-type light-emitting diode with a small heat capacity. It is preferable to use a bullet-shaped resin-sealed light emitting diode having a large heat capacity.

また、現在の市場における発光ダイオードの流通傾向は、高輝度型のチップタイプにその主流を移しているため、砲弾型の樹脂封止タイプは市場において旧型となりその価格も低下している。それ故、砲弾型の樹脂封止タイプの発光ダイオードを利用することによって、照明装置全体の製品コストを低く抑えるという効果も期待できる。   In addition, since the current trend of light-emitting diodes in the market has shifted to the high-brightness chip type, the bullet-type resin-encapsulated type has become an old model in the market and its price is also decreasing. Therefore, by using a bullet-shaped resin-encapsulated light emitting diode, an effect of suppressing the product cost of the entire lighting device can be expected.

一方、透明ケース13は、多数の発光ダイオード12が実装されたプリント基板11を収納するためのケースであり、照明装置10の筐体となる部位である。透明ケース13の素材としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、或いはプラスチック等の高分子樹脂や、ガラスなどの各種の素材を用いることが可能である。また、その形状についても、図1に示される円筒型の事例に限定されるものではなく、実際の使用態様に応じて、様々な形態・形状を取り得ることは言うまでもない。   On the other hand, the transparent case 13 is a case for housing the printed circuit board 11 on which a large number of light emitting diodes 12 are mounted, and is a part that becomes a housing of the lighting device 10. As a material of the transparent case 13, for example, polymer materials such as acrylic, polycarbonate, or plastic, and various materials such as glass can be used. Also, the shape is not limited to the cylindrical case shown in FIG. 1, and it is needless to say that various shapes and shapes can be taken according to the actual usage.

透明ケース13は、その内部に置かれた発光ダイオードの光をケースの外部に放射する必要上、あくまでも透明であることが原則的な条件とされる。ただし、放射光を散乱させるため、例えば、その表面を半透明にしたり、或いはその表面に段差や凹凸などの不連続面を設けるような構造としても良い。   The transparent case 13 is basically required to be transparent in order to radiate the light of the light emitting diode placed inside it to the outside of the case. However, in order to scatter the radiated light, for example, the surface may be translucent, or a discontinuous surface such as a step or unevenness may be provided on the surface.

なお、図2に示した電源回路15は、透明ケース13の内部に収めるようにしても良いし、或いは、ケースの外部に設置するような構成としても良い。因みに、プリント板に実装された発光ダイオードに加わる熱的ストレスを軽減する観点に立てば、発熱を伴う電源回路や種々の電子制御回路は、透明ケース13の外部に設けることが好ましいと言える。   The power supply circuit 15 shown in FIG. 2 may be stored inside the transparent case 13 or may be configured to be installed outside the case. Incidentally, from the viewpoint of reducing the thermal stress applied to the light emitting diode mounted on the printed board, it can be said that it is preferable to provide the power supply circuit that generates heat and various electronic control circuits outside the transparent case 13.

次に、本発明による照明装置10の機能、ならびにその動作について説明を行う。先ず、図3の図表に、今回の照明装置10の実験によって得られた各種データを示す。図3に示された実験データは、事例1から事例3の三つの実験事例について、図表の左欄に記した各種パラメータを記述・測定したものである。   Next, functions and operations of the lighting device 10 according to the present invention will be described. First, various data obtained by the experiment of the lighting device 10 this time are shown in the chart of FIG. The experimental data shown in FIG. 3 describes and measures various parameters described in the left column of the chart for the three experimental cases of case 1 to case 3.

因みに、事例1〜3ともに、発光ダイオードの実装形式は、12個の発光ダイオードを直列に接続して一つの直列枝が形成されており、事例1の場合は30列、事例2の場合は36列、事例3の場合は43列の直列枝が各々のプリント基板上に設けられている。したがって、各事例においては、それぞれ360個、432個、および516個の発光ダイオードが実装されている事になる。   Incidentally, in both cases 1 to 3, the mounting form of the light emitting diodes is such that 12 light emitting diodes are connected in series to form one series branch. In case 1 case, 30 rows and in case 2 case 36 In the case of row, case 3, 43 serial branches are provided on each printed circuit board. Therefore, in each case, 360, 432, and 516 light emitting diodes are mounted, respectively.

一方、今回の実験に用いられたプリント基板11は、長さ102.6cm、幅4.4cmの長尺矩形をしており、発光ダイオード12の実装されている部分は、99.1cm×3.6cmの寸法となっている。したがって、発光ダイオードの実装部分の実質的な面積は357.6cm2となり、各々の事例における発光ダイオードの実装密度は、それぞれ下記のようになる。
事例1 1.007個/cm2
事例2 1.208個/cm2
事例3 1.443個/cm2
On the other hand, the printed circuit board 11 used in this experiment has a long rectangular shape with a length of 102.6 cm and a width of 4.4 cm, and the portion where the light emitting diode 12 is mounted is 99.1 cm × 3. The size is 6 cm. Therefore, the substantial area of the light emitting diode mounting portion is 357.6 cm 2, and the mounting density of the light emitting diodes in each case is as follows.
Case 1 1.007 pieces / cm2
Case 2 1.208 / cm2
Case 3 1.443 / cm2

また、今回の実験では、照明装置10の電源として直流の定電流電源を用いるものとし、プリント基板11への供給電流は、各事例ともに同一の500mAに設定した。したがって、各事例において一列の直列枝を流れる平均電流、すなわち、一つの発光ダイオードを流れる平均電流は、それぞれ次のような値となる。
事例1 500mA÷30列≒16.7mA
事例2 500mA÷36列≒13.9mA
事例3 500mA÷43列≒11.6mA
In this experiment, a DC constant current power source was used as the power source of the illumination device 10, and the supply current to the printed circuit board 11 was set to the same 500 mA in each case. Therefore, in each case, the average current flowing through one line of serial branches, that is, the average current flowing through one light emitting diode has the following values.
Case 1 500mA / 30 rows ≒ 16.7mA
Case 2 500mA / 36 rows ≒ 13.9mA
Case 3 500mA ÷ 43 rows ≒ 11.6mA

なお、今回の実験で使用した発光ダイオードの定格電流は約20mAである。したがって、上記の各事例ではその定格電流に対し、それぞれ約84%、70%、および58%の割合の駆動電流が各発光ダイオードを流れることになる。   The rated current of the light emitting diode used in this experiment is about 20 mA. Therefore, in each of the above cases, a drive current of approximately 84%, 70%, and 58% of the rated current flows through each light emitting diode.

ところで、発光ダイオードからの発熱量はその出力(消費電力)に比例し、その消費電力は、発光ダイオードに流れる電流の二乗に比例することが知られている。それ故、発光ダイオードの発熱量と、発光ダイオードを流れる駆動電流との関係は、一般に、図4に示如く電流の増加につれて発熱量が急激に増大する形となる。   Incidentally, it is known that the amount of heat generated from the light emitting diode is proportional to the output (power consumption), and the power consumption is proportional to the square of the current flowing through the light emitting diode. Therefore, the relationship between the heat generation amount of the light emitting diode and the drive current flowing through the light emitting diode generally has a form in which the heat generation amount rapidly increases as the current increases as shown in FIG.

例えば、発光ダイオードに流れる電流を、その定格電流Isに対して60〜70%程度のIoに低減した場合、発光ダイオードの発熱量Qoは、定格電流Isを流した場合の発熱量Qsの半分以下に低減される。すなわち、発光ダイオードに流れる電流を減少させることによって、発光ダイオードに加わる熱的ストレスを小さくすることが可能であり、言い換えればその寿命を延ばすことができるのである。   For example, when the current flowing through the light emitting diode is reduced to about 60 to 70% Io with respect to the rated current Is, the heat generation amount Qo of the light emitting diode is less than half of the heat generation amount Qs when the rated current Is is passed. Reduced to That is, by reducing the current flowing through the light emitting diode, the thermal stress applied to the light emitting diode can be reduced, in other words, the lifetime can be extended.

一方、発光ダイオードに流れる電流とその照度(輝度)との関係は、定格電流の範囲内であれば、ほぼ直線的に変化することが確認されている。それ故、発光ダイオードに流す電流を低減させた場合、当然の結果としてその発光時の輝度も低下することになる。   On the other hand, it has been confirmed that the relationship between the current flowing through the light emitting diode and its illuminance (luminance) changes almost linearly within the rated current range. Therefore, when the current flowing through the light emitting diode is reduced, the luminance at the time of light emission is naturally lowered.

本発明は、係る輝度の低下を発光ダイオードの数を増やすことによって補うものであり、これを簡単な比喩に例えれば次のようになる。すなわち、一つの発光ダイオードを隣接した二つ発光ダイオードに置き換え、一つのときの半分の電流を各々の発光ダイオードに流した場合、全体として同程度の輝度が得られ、かつ各々の発光ダイオードの発熱量は、一つのときの1/4以下に抑制されてその寿命が増大する。   The present invention compensates for such a decrease in luminance by increasing the number of light emitting diodes, and this can be compared to a simple metaphor as follows. That is, when one light-emitting diode is replaced with two adjacent light-emitting diodes and half of the current is passed through each light-emitting diode, the same overall brightness is obtained, and the heat generation of each light-emitting diode is achieved. The amount is suppressed to 1/4 or less of that at one time, and the lifetime is increased.

そして、本発明の骨子は、発光ダイオードに流れる電流を低減させた場合でも、ほぼ同一の照度を維持すべく発光ダイオードの数を増やし、係る電流の低減率と発光ダイオードの増加率との間において、実用的な相関関係を実験的に求めた点にある。   The gist of the present invention is that even when the current flowing through the light-emitting diode is reduced, the number of light-emitting diodes is increased to maintain substantially the same illuminance, and between the current reduction rate and the light-emitting diode increase rate. This is the point at which a practical correlation was obtained experimentally.

このような趣旨から、今回の実験では、事例1を基準として他の事例2〜3における電流低減率αと、発光ダイオードの実装密度増加率βを求めている。因みに、本発明では、係る電流の低減率αと、実装密度の増加率βを関係付けるパラメータとして、照度係数kを次のように定義している。
k= α × β……(1)
For this purpose, in this experiment, the current reduction rate α and the mounting density increase rate β of the light emitting diodes in other cases 2 to 3 are obtained with the case 1 as a reference. In the present invention, the illuminance coefficient k is defined as follows as a parameter relating the current reduction rate α and the mounting density increase rate β.
k = α × β …… (1)

上記の(1)式を変形すれば
β=(1/α) × k……(2)
となるので、上記の(2)式を用いて、実験的或いは経験的に求めた照度係数kを利用することにより、目標とする電流の低減率αから、発光ダイオードの実装密度の増加率βを予測することも可能となる。
If the above equation (1) is modified
β = (1 / α) x k (2)
Therefore, by using the illuminance coefficient k obtained experimentally or empirically using the above equation (2), the increase rate β of the mounting density of the light emitting diodes can be obtained from the target current reduction rate α. Can also be predicted.

今回の実験におけるα、β、kの各数値は、図3の図表に示されるとおりであり、これを改めて記載すれば下記のような値となる。
事例2の場合 α=0.832 β=1.200 k=0.998
事例3の場合 α=0.695 β=1.433 k=0.996
The numerical values of α, β, and k in this experiment are as shown in the chart of FIG. 3. If this is described again, the following values are obtained.
In case 2 α = 0.732 β = 1.200 k = 0.998
In case 3 α = 0.695 β = 1.433 k = 0.996

今回の実験では、定格電流の範囲内において、発光ダイオードの輝度が電流とほぼ比例して変化することを利用し、電流の減少率αと実装密度の増加率βが相殺するような形となるように、即ちk≒1となるように予めβを算出し、係るβに基づいて事例2および3における発光ダイオードの実装数を決定した。   In this experiment, using the fact that the brightness of the light emitting diode changes almost in proportion to the current within the rated current range, the current decrease rate α and the mounting density increase rate β cancel each other. In other words, β was calculated in advance so that k≈1, and the number of light emitting diodes mounted in cases 2 and 3 was determined based on β.

次に、今回の実験における各事例の照度測定結果を説明する。因みに、照度の測定方法は「JIS C7612」の規定に準じた方法で行い、照度の測定機器に関しては「JIS C1609」に応じた照度測定器を用いて行なったものである。各事例における照度測定の結果は図3の図表に示すとおりであり、事例2および3においては、事例1よりも発光ダイオードに流す電流を低減させたにも関らず、それぞれ事例1よりも約1割増し、ならびに約2割増しの照度が測定された。   Next, the illuminance measurement result of each case in this experiment will be described. Incidentally, the illuminance measurement method is performed according to the method of “JIS C7612”, and the illuminance measurement device is performed using an illuminance measuring device according to “JIS C1609”. The results of the illuminance measurement in each case are as shown in the chart of FIG. 3. In cases 2 and 3, the current flowing through the light-emitting diode was reduced compared to case 1 in comparison with case 1, but less than in case 1. The illuminance was increased by 10% and by about 20%.

このような実験データに鑑みれば、現実には、照度係数kの値を上記の数値(k≒1)より低い値に設定しても、結果的にほぼ同一の照度が得られることが判明した。すなわち、電流の低減率αに較べて発光ダイオードの実装密度の増加率βを低く押さえた場合でも、実際には、ほぼ同一の照度が得られることが実証された。   In view of such experimental data, it was actually found that even if the value of the illuminance coefficient k is set to a value lower than the above numerical value (k≈1), as a result, substantially the same illuminance can be obtained. . That is, it has been proved that substantially the same illuminance can be actually obtained even when the increase rate β of the mounting density of the light emitting diodes is suppressed lower than the current reduction rate α.

係る実験結果に基づき、各事例においてほぼ同一の照度を得ることを想定し、照度係数の補正値k’を算定した。そして、係る値を基にして、上記の(2)式を用いて実装密度の増加率の補正値β’を算出した。このようにして求めたk’およびβ’の値は、図表3に示すとおりであり、係るβ’から推測された事例2および3における発光ダイオードの想定実装数を同図表に示す。   Based on the experimental results, it was assumed that almost the same illuminance was obtained in each case, and the illuminance coefficient correction value k ′ was calculated. Based on the value, a correction value β ′ for the increase rate of the mounting density was calculated using the above equation (2). The values of k ′ and β ′ obtained in this way are as shown in Chart 3, and the assumed number of light-emitting diodes mounted in cases 2 and 3 estimated from β ′ is shown in the chart.

また、今回の実験における入力電力、すなわち、電源装置15の一次側の入力電力は、各事例共に21.7Wであり、各々の事例における発光効率(lux/W)は図3の図表に示す値となる。一般に、既存の「32W+30W」タイプの蛍光灯の発光効率が23(lux/W)前後であることに鑑みれば、係る実験データは極めて良好な結果と言える。   Further, the input power in this experiment, that is, the input power on the primary side of the power supply device 15 is 21.7 W in each case, and the luminous efficiency (lux / W) in each case is the value shown in the chart of FIG. It becomes. In general, in view of the luminous efficiency of the existing “32W + 30W” type fluorescent lamp is around 23 (lux / W), the experimental data can be said to be a very good result.

なお、本発明においては、照明装置10に所定の電流制御手段(図示せず)を内蔵させることによって、発光ダイオードに供給する電流を自在に調整し得ることは言うまでもない。また、所定の温度センサーや照度センサー(図示せず)を併用して設け、電流のフィードバック制御を行なうことによって、発光ダイオードへの供給電流を適正な値に維持することも可能である。   In the present invention, it goes without saying that the current supplied to the light emitting diode can be freely adjusted by incorporating a predetermined current control means (not shown) in the lighting device 10. It is also possible to maintain a current supplied to the light emitting diode at an appropriate value by providing a predetermined temperature sensor and an illuminance sensor (not shown) in combination and performing current feedback control.

ところで、植物は光合成によってその養分を生成しているので、植物の屋内栽培においては、なるべく植物の近くに光源を置き、植物の葉や茎に十分な光量を当てることが好ましい。一般に、光源から放射された光は、光源からの距離の二乗に反比例して減衰するためである。しかしながら、従来の照明装置ではその発熱量が大きいため、栽培植物の近傍に照明装置を置くと装置からの発熱によって、植物の葉や茎にダメージを与えてしまうおそれがあった。   By the way, since plants produce their nutrients by photosynthesis, in indoor cultivation of plants, it is preferable to place a light source as close to the plant as possible and apply a sufficient amount of light to the leaves and stems of the plant. In general, the light emitted from the light source is attenuated in inverse proportion to the square of the distance from the light source. However, since the amount of heat generated in the conventional lighting device is large, if the lighting device is placed in the vicinity of the cultivated plant, there is a possibility that the leaves and stems of the plant may be damaged by the heat generated from the device.

しかしながら、本発明に係る照明装置によれば、通常の定格電流よりも少ない電流で発光ダイオードを駆動するので、照明装置からの発熱量を極めて低く抑えることができる。このため、植物等の屋内栽培施設において、植物の葉や茎等の近傍(例えば、10cm程度の距離)に照明装置を設置しても、照明装置からの発熱によって栽培植物にダメージを与えるおそれが少なく、かつ、十分な光量を植物に対して与えることができる。   However, according to the illuminating device according to the present invention, the light emitting diode is driven with a current smaller than the normal rated current, so that the amount of heat generated from the illuminating device can be kept extremely low. For this reason, in an indoor cultivation facility such as a plant, even if a lighting device is installed in the vicinity of a plant leaf or stem (for example, a distance of about 10 cm), the cultivated plant may be damaged by heat generated from the lighting device A small amount of light can be given to the plant.

また、本発明では、発光ダイオードに流す駆動電流が少ないため、駆動電流に比例して増加する電流ノイズを低減させることが可能である。さらに、駆動電流の増加によって発生しがちな発光ダイオードの順方向電圧の低下による熱暴走破壊(電流増加に伴うダイオードのPN接合面の発熱により順方向電圧が低下し、これによって更に電流が増加するという悪循環により発生する素子破壊)のリスクも低減させることができる。   In the present invention, since the drive current flowing through the light emitting diode is small, it is possible to reduce current noise that increases in proportion to the drive current. Furthermore, thermal runaway breakdown due to a decrease in the forward voltage of the light emitting diode, which tends to occur due to an increase in drive current (the forward voltage decreases due to heat generation at the PN junction surface of the diode accompanying the increase in current, thereby further increasing the current. The risk of device destruction caused by a vicious circle can also be reduced.

以上に説明したように、本発明によれば、従来の照明装置とほぼ同一の照度を保ちつつ、その発熱量が格段に小さく、かつ、発光ダイオードの寿命が大幅に伸びた屋内栽培施設用の発光ダイオード照明装置を低価格で実現することが可能となる。   As described above, according to the present invention, while maintaining almost the same illuminance as that of the conventional lighting device, the amount of heat generation is remarkably small, and the lifetime of the light-emitting diode is greatly increased. A light-emitting diode illuminating device can be realized at a low price.

なお、本発明の実施形態は、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば、各々の実施例を構成する各部位の形状や配置、或いはその素材などは、本発明の趣旨を逸脱することなく、現実の実施態様に即して適宜変更ができるものであることは言うまでもない。   The embodiments of the present invention are not limited to the examples described above. For example, the shape and arrangement of each part constituting each of the examples, or the material thereof is the gist of the present invention. It goes without saying that changes can be made as appropriate according to actual embodiments without departing.

以上に説明した本発明の構成は、植物や野菜などの屋内栽培施設において用いられる発光ダイオードを使用した照明装置の分野において利用が可能である。
The configuration of the present invention described above can be used in the field of lighting devices using light emitting diodes used in indoor cultivation facilities such as plants and vegetables.

本発明による発光ダイオード照明装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the light emitting diode illuminating device by this invention. 本発明による発光ダイオード照明装置の回路構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit structure of the light emitting diode illuminating device by this invention. 本発明の発光ダイオード照明装置に関する実験データを示す図表である。It is a graph which shows the experimental data regarding the light emitting diode illuminating device of this invention. 発光ダイオードにおける電流と発熱量との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the electric current in a light emitting diode, and the emitted-heat amount.

10 … 発光ダイオード照明装置
11 … プリント基板
12 … 発光ダイオード
13 … 透明ケース
14 … 電流制限抵抗
15 … 電源回路


DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light emitting diode illuminating device 11 ... Printed circuit board 12 ... Light emitting diode 13 ... Transparent case 14 ... Current limiting resistor 15 ... Power supply circuit


Claims (5)

樹脂封止タイプの発光ダイオードをプリント基板上に多数敷設し、該プリント基板を透明樹脂等のケースに収納した発光ダイオード照明装置であって、
前記発光ダイオードに流す平均電流の値を、その定格値の55%乃至85%に設定し、より好ましくは定格値の70%前後に限定したことを特徴とする発光ダイオード照明装置。
A light-emitting diode illuminating device in which a large number of resin-sealed light emitting diodes are laid on a printed circuit board, and the printed circuit board is housed in a case such as a transparent resin,
The light-emitting diode illuminating device characterized in that the value of the average current flowing through the light-emitting diode is set to 55% to 85% of the rated value, more preferably around 70% of the rated value.
プリント基板上に隣接して敷設される発光ダイオードの設置密度を、1平方センチメートル当たり1.0個乃至1.5個に設定し、より好ましくは1平方センチメートル当たり1.2個前後に限定したことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード照明装置。   The installation density of the light emitting diodes laid adjacently on the printed circuit board is set to 1.0 to 1.5 per square centimeter, and more preferably limited to about 1.2 per square centimeter. The light-emitting diode illuminating device according to claim 1. 発光ダイオードに流す電流の低減率αに対し、1/αの数値について0.8乃至1.0の係数を乗じた数値をプリント基板上における発光ダイオードの設置密度の増加率βと定め、係る増加率βに応じてプリント基板上の発光ダイオードの敷設数を増加させ、照明装置全体においては電流低減前とほぼ同一の照度を保つことを特徴とする請求項1または2に記載の発光ダイオード照明装置。   A value obtained by multiplying the reduction ratio α of the current flowing through the light emitting diode by a coefficient of 0.8 to 1.0 with respect to the numerical value of 1 / α is defined as an increase rate β of the installation density of the light emitting diodes on the printed circuit board. 3. The light-emitting diode illuminating device according to claim 1, wherein the number of light-emitting diodes laid on the printed circuit board is increased in accordance with the rate β, and the illuminating device as a whole maintains substantially the same illuminance as before the current reduction. . 所定の電流制御手段をさらに含み、発光ダイオードに流す電流値を所定の範囲内において自在に調整し得ることを特徴とする請求項1ないし3の内の少なくとも何れか一項に記載の発光ダイオード照明装置。   4. The light emitting diode illumination according to claim 1, further comprising a predetermined current control unit, wherein a value of a current flowing through the light emitting diode can be freely adjusted within a predetermined range. 5. apparatus. 植物の室内栽培において、栽培植物から10センチメートル程度の距離に設置し得ることを特徴とする請求項1ないし4の内の少なくとも何れか一項に記載の発光ダイオード照明装置。

5. The light-emitting diode illuminating device according to claim 1, wherein the light-emitting diode illuminating device can be installed at a distance of about 10 centimeters from a cultivated plant in indoor cultivation of the plant.

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