ＮＥＤＯ 省エネルギー技術フォーラム 2014

研究開発期間： 2013年 1月～ 2014年 2月

四国計測工業(株)

共同研究先：(株)STEQ、鹿児島大学

超高輝度・大光量LED 照明の開発

戦略的省エネルギー技術革新プログラム 実用化開発

2 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。

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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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。

１．研究開発の背景、目的、目標

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２．１．研究開発体制 ２．研究開発体制、研究開発内容

共同研究先

研究開発責任者

四国計測工業株式会社

株式会社ＳＴＥＱ

鹿児島大学

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２．２．研究開発内容 （１）新型COBの開発

２．研究開発体制、研究開発内容

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

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２．２．研究開発内容 （２）新型ヒートシンクの開発

２．研究開発体制、研究開発内容

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。

接合部モデルの 温度分測定例

接合面

照明（ﾋｰﾄシンク）外観

ヒート シンク

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（３）超高輝度・大光量照明の試作・評価・等

２．研究開発体制、研究開発内容 ２．２．研究開発内容

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）

ヒートシンク 大きさ φ400×200 達成 （φ360×108.5）

重量 7 kg 達成 (6.25 kg）

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３．１．成果 ３．成果、実績、展望等

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。

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３．１．成果 特徴

投光器

高天井照明

本体 460 φ 16 kg

本体 420 φ 8 kg

60,000 lm クラス製品化試作

効率 トップクラス 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 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

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３．２．実績等 ３．成果、実績、展望等

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）

16 ３．成果、実績、展望等

COBの製品化

３．２．実績等

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

17 ３．成果、実績、展望等

高天井照明の製品化

３．２．実績等

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 中角 狭角

定格消費電力 600W 同左 同左

定格光束（器具光束） 68,000ｌｍ 66,000ｌｍ 65,400ｌｍ

固有エネルギー消費効率 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

配光角度（1/2ビーム角） 100° 60° 30°

器具本体　寸法 φ435×544.4mm φ435×639mm φ435×673.9mm

重量（電源含む） 16kg 17kg 同左

使用温度範囲 -20℃～+50℃ 同左 同左

LEDモジュール寿命（設計値） 60,000時間 同左 同左

仕　　　　　　　　　　　様項　目

（広角）

18 ３．成果、実績、展望等

投光器の製品化

３．２．実績等

項　目

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

光源色温度

平均演色性

IP保護等級

配光角度（1/10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）

-20 ℃～＋40 ℃

40,000 時間

Ra 80　以上

IP 65

30 °

509 mm(W)×671.3 mm(D)×511 mm(H)

21.2 kg

仕　　　　　　　　　　　様

600 W

63,200 lm

105 lm/W

5,000 K相当（昼白色タイプ）

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。

19 ３．成果、実績、展望等

大光量化

３．３．今後の展望

2015年に、100,000 lmの投光器の製品化を進める。

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３．４．原油換算省エネ効果 ３．成果、実績、展望等

I ‘18

I ‘14

0

200,000

400,000

600,000

800,000

1,000,000

原油削減量

（kL/年

）

年（西暦）

I ‘30

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） = 消費エネルギーkWh/年 / 3,967kWh/ kL