ＮＥＤＯ 省エネルギー技術フォーラム 2014 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 実用化開発 超高輝度・大光量LED 照明の開発 四国計測工業(株) 共同研究先：(株)STEQ、鹿児島大学 研究開発期間： 2013年 1月～ 2014年 2月 １．研究開発の背景、目的、目標 １．１．背景 ＜位置付け、必要性、重要性＞ ・既存の高輝度・大光量照明は、水銀灯などの発光効率の低 いHID照明が使われており、省エネルギー化が求められて いる。 ・2013年に水銀条約が締結されたことから、高圧水銀ランプ など水銀を含有する機器の使用が制限される。 ・高輝度・大光量のLED光源では、大量発生する熱の放散の ためにLED照明は大きく重くなり、輝度も低下する。 2 １．研究開発の背景、目的、目標 １．１．背景 ＜国内外の市場動向・技術動向＞ ・国内外の市場 30,000 lm以上の大光量HID照明の市場 国内 180 万個＋国外 3,100 万個＝総計 3,280 万個 ・国内外の競合技術動向 30,000 lm以上の単一光源で、小型軽量な高輝度・大光量の LED照明は普及していない。 3 １．研究開発の背景、目的、目標 １．１．背景 ＜国内外の市場動向・技術動向＞ ・高性能熱伝導板を使用した光源と構造を最適化したヒー トシンクを用いれば、超高輝度・大光量のLED照明の開 発が可能となる着想を得た。 備考：光源とはLEDチップを基板上に高集積化した発光 素子 COB（Chip On Board)である。 4 １．研究開発の背景、目的、目標 １．２．従来の課題、目的、目標 ＜従来の課題＞ ・LED照明においては、光に変換されなかった残りのエネルギー は大量の熱となる。 ・LED発光素子は温度が上昇すると、樹脂などの熱に弱い部材 の劣化が急速に進行し、寿命の低下につながる。 ・このため、「高効率な放熱」をいかにして実現するかということ が大光量LED照明に共通する課題である。 5 １．研究開発の背景、目的、目標 １．２．従来の課題、目的、目標 ＜従来の課題＞ ・COBの光源については、放熱性が悪いと発光面の中央部が周 辺部よりも高温になり、中央部の輝度が低下し暗くなる。 ・放熱性を向上させるため、ヒートシンクを大型化すると、照明の 施工の障害となる。 6 １．研究開発の背景、目的、目標 １．２．従来の課題、目的、目標 ＜従来の課題＞ ・現在市販されている大光量LED照明においては、LEDの実装 間隔を広くすることによって熱の集中を避け、広い空間で放熱 することによって温度の上昇を抑えようとする設計であるが放 熱性は十分とは言えない。 ・放熱性が悪いとLEDの発光効率が悪くなり、LED照明は暗いと の評価になっている。 ・放熱性を良くするため、LED実装間隔を十分にとると、輝度が 低下するため、やはりLED照明は暗いとの評価になっている。 7 １．研究開発の背景、目的、目標 １．２．従来の課題、目的、目標 ＜目的、目標＞ ・高性能熱伝導板にLEDチップを直接実装し、放熱性の優れた 新型COBを開発する。 ・シミュレーションによる熱解析技術を用い、受熱部から放熱部 までの放熱経路や放熱形状を最適化することにより、小型軽 量な新型ヒートシンクを開発する。 ・これらにより、60,000 lmの単一光源で小型軽量かつ超高輝 度・大光量化を実現する。 8 ２．研究開発体制、研究開発内容 9 ２．１．研究開発体制 研究開発責任者 四国計測工業株式会社 共同研究先 株式会社ＳＴＥＱ 鹿児島大学 ２．研究開発体制、研究開発内容 ２．２．研究開発内容 （１）新型COBの開発 反射絶縁層の反射率を向上させ、LEDチップ の放熱性を改善した。 LEDチップ 10 ２．研究開発体制、研究開発内容 11 ２．２．研究開発内容 （２）新型ヒートシンクの開発 COBとヒートシンク間の熱抵抗を改善し、シミュレー ションによりヒートシンクの設計を最適化した。 照明（ﾋｰﾄシンク）外観 接合部モデルの 温度分測定例 ヒート シンク 接合面 ２．研究開発体制、研究開発内容 12 ２．２．研究開発内容 （３）超高輝度・大光量照明の試作・評価・等 項目 目標（値） 到達レベル 全光束 60,000 lm 達成 （60,000 lm） 輝度 7.6×106 lm/m2 達成（12.2×106 lm/m2） 発光効率 100 lm/W 達成 （107 lm/W） 消費電力 600 W 達成 （561 W） 大きさ φ400×200 達成 （φ360×108.5） 重量 7 達成 ヒートシンク kg (6.25 kg） ３．成果、実績、展望等 13 ３．１．成果 成果の実用化可能性 30,000 lm 以上の特に高天井照明や投光器として適しており、 効率が良く小型軽量である。 備考：本事業で開発したヒートシンクを用いた照明は、平成２５年 １１月に販売開始し、販売実績あり。 波及効果 放熱技術を適用し、水中景観照明および水中集魚灯を平成 ２５年８月に販売開始し、販売実績あり。 ３．成果、実績、展望等 14 ３．１．成果 特徴 60,000 lm クラス製品化試作 高天井照明 本体 420 φ 8 kg 投光器 効率 大きさ 小型 重量 軽量 品質 超高輝度・大光量 マルチシャドウ無し 用途 工場、屋内競技施設 効率 トップクラス 大きさ 本体 460 φ 16 kg トップクラス 小型 重量 同程度（今後軽量化） 品質 超高輝度・大光量 マルチシャドウ無し 用途 屋外競技施設、景観用投光器 ３．成果、実績、展望等 ３．２．実績等 新事業分野開拓者認定 「MIRACH-LED」高天井照明が 香川県が販路開拓を支援する事 業に認定された。 （平成２６年８月） 15 ３．成果、実績、展望等 16 ３．２．実績等 COBの製品化 外 観 基板サイズ Φ120mm Φ120mm Φ120mm 光源サイズ □50mm □70mm □72mm 投入電力 200 Ｗ 600 Ｗ 1,100 Ｗ 光源光束 28,000 lm 80,000 lm 170,000 lm 発光効率 140 lm/W 133 lm/W 155 lm/W 色温度 5,000 Ｋ 5,000 Ｋ 5,000 Ｋ 演色性 Ra 84 Ra 84 Ra 65 ３．成果、実績、展望等 17 ３．２．実績等 高天井照明の製品化 大光量で３０ｍ程度の高天井にも適し、小型 で省スペース。照明の省エネ化に貢献する。 （広角） 仕 様 項 目 広角 中角 狭角 600W 同左 同左 68,000ｌｍ 66,000ｌｍ 65,400ｌｍ 113lm/W 110lm/W 109lm/W 光源色温度 5,000K 同左 同左 平均演色性 Ra80以上 同左 同左 IP保護等級 IP54 IP65 同左 100° 60° 30° φ435×544.4mm φ435×639mm φ435×673.9mm 16kg 17kg 同左 -20℃～+50℃ 同左 同左 60,000時間 同左 同左 定格消費電力 定格光束（器具光束） 固有エネルギー消費効率 配光角度（1/ 2ビーム角） 器具本体 寸法 重量（電源含む） 使用温度範囲 LEDモジュール寿命（設計値） ３．成果、実績、展望等 18 ３．２．実績等 投光器の製品化 大光量で、投光性能に優れ小型で省ス ペース。300m先で雑誌等が読める。照 明の省エネ化に貢献する。 項 目 定格消費電力 仕 様 600 W 定格光束（器具光束） 63,200 lm 固有エネルギー消費効率 105 lm/W 光源色温度 5,000 K相当（昼白色タイプ） 平均演色性 Ra 80 以上 I P保護等級 IP 65 配光角度（1 / 1 0 角） 30 ° 器具本体 寸法 重量（電源含む） 使用温度範囲 LEDモジュール寿命（設計値） 509 mm(W)×671.3 mm(D)×511 mm(H) 21.2 kg -20 ℃～＋40 ℃ 40,000 時間 ３．成果、実績、展望等 ３．３．今後の展望 大光量化 2015年に、100,000 lmの投光器の製品化を進める。 19 ３．成果、実績、展望等 20 ３．４．原油換算省エネ効果 2018年時点： 37,400 kL/年(累計： 87,000 kL ) 2030年時点： 752,000 kL/年(累計：4,319,000 kL ) 原油削減量 （kL/年） 1,000,000 800,000 600,000 400,000 200,000 *原油削減量(kL/年） = 消費エネルギーkWh/年 / 3,967kWh/ kL 0 I ‘14 I ‘18 I ‘30 年（西暦）
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