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LED照明、品質について。

LED照明については各専門家や機関などから書物等が発行されています。

ただ、立場上言えない,書けない事柄も有るようです。

そこで、利害関係の無い私が独自の見解でLED照明の品質的な見解をしたいと思います。

内容的に当サイトの寿命照度とダブる内容等も有りますのでご了承ください。

LED照明の基本

LEDは電子製品である

既存の照明。エジソンが発明したフィラメント電球は、電球内のフィラメントに電気を流すとフィラメントが熱を出しながら光を出します。

電球内に様々なガスなどを入れて発光高効率を上げたのが、ハロゲンランプ類

蛍光灯は両端の電極から電子を放電し、水銀原子とぶつかり紫外線を出します。ガラス管内塗装された発光物質が紫外線を受けて可視光線を出します。

ちなみに、両端の電極コイルを無くして電子を放電する仕組みを用いている製品が「無電極ランプ」と呼ばれている製品類です。

LED照明は、LEDチップに直流を流して発行します。その際電圧は一定と成ります。照明に使用されているLEDチップの基本は直流3V

結構シビアで±0.1V程度しか許容は荷が無い。この辺りはチップメーカーの仕様書を見てもらえば解ります。

LEDチップ光らせる為には直流3Vが必要。4個一組で12V。8個一組で24V。これが基盤に乗っています。

今度は商用電力をLED基盤の設計通りの直流に変換する為の電源が必要になり成ります。

商用電力 → 電源 → 直流 → 基盤 → LEDチップ発光

これがLED照明の基本的発光までの流れと成ります。

LEDチップ

LEDチップの特許問題

LED蛍光灯が出来てからまだ、日が浅く乱雑した現状です。 青色LEDを当時日亜化学の社員である、中村氏が発見して、光の3原色がそろい、 白色LEDが、出来ました。

日亜化学との特許問題がニュースを騒がせたことが記憶にあると思います。 そう、源泉特許は日亜化学が所有しているのです。

チップや発光体は、どこの製品を使っているかが、品質に大きな差が出ますし、後々特許問題に巻き込まれるやも知れません。 どこのチップと発光体のパッケージングを使用しているのか?

2015年現在は特許も切れ始めていていますが、やはり名の有るチップメーカー品が品質的には一歩上を行ってるようです。

ただし、名の有るメーカーでも、メーカー内のランクが有り低価格品には当然低ランク品が使用されています。

先日、ノーベル賞を受賞した天野氏の記念展示会を見に行きました。窒化ガリウムの製造に想像を絶する苦労が有りました。

理論上は製造できるのですが、存在しない物質。また製造するには想像を絶する環境が必要だったそうです。

照明用LEDチップの種類

砲弾型LEDチップから始まり、SMD、COBと進化しています。

文字通り砲弾の形をしたLEDチップ。主に懐中電灯に使用されています。

昔は、砲弾型チップを使用しているLED蛍光灯型直管ランプを目にする事も有りました。

当時は直進性の強い砲弾型の為、横方向の光が弱く暗く感じたり、また実際発光効率が悪かったため(当時としては良い)LEDは暗いと言う風潮も有りました。

SMD型、一つの基盤ボックスに素子を1つ~3つ入れた物。基本的にこの形状がLEDチップと認識されています。

LED蛍光灯型や電球タイプにSMDタイプが使用されてからも下方向のみの光で照明として使用する場所をよく考えなければなりませんでした。

現在ではカバーの技術(従来製品ではガラスの部分)が良くなり拡散カバー等を使用すると配光が広く取れます。

COB型、SMDがボックスに対してCOBはケースと言うイメージです。

幅広い面積での発光が可能でマルチシャドウを抑える効果も有ります。

LEDチップの品質

照明としてLED製品を購入される際には、余り目にする事が無い部分では有ります。

LEDは半導体ですので基本的に永久に使用できるはずです。しかし、寿命が有るのは?

半導体は熱に弱いからです。LEDチップに電流を流すと「光」と「熱」に代わります。

基本的に電圧は直流3vと決まっていますので(特殊用途は除く)流す電流が多くなると明るくなります。と、同時に熱も高温になります。

明るくするには沢山の電流を流せば明るくなりますが、同時に熱も多くなります。

すると寿命に影響します。この辺りは寿命の説明と合わせてご覧ください。

LEDチップはその製造過程上品質にバラつきが生じます。

サファイヤ基盤と言う土台を製造するのですが、その基盤の中心部分は計画通りの品質に成るのですが、端っこの部分はどうしても計画以下に成ってしまいます。

ですので、中心部分は照明用、端っこの部分はイルミネーション用等に分けて使用します。

サファイヤ基盤は円形です。中心部分と外側の部分では面積が違いますので、当然数量の差も出ます。

マグロに例えれば、大トロ、中トロ、赤身で良いかな?これがLEDチップの金額差に成ります。

中心部分は演色性も高く発光効率も高いAランクのチップ。その外側が一般照明用のチップ。

品質検査時(色味や発光効率)に不合格に成ったチップが防犯灯などに使用され、残りはクリスマスイルミネーション用

チップの品質と価格の関係がご理解頂けましたでしょうか?

LED照明の電源品質

スイッチング電源

品質=寿命、安全性

LED照明の場合、どれか一つでもトラブルを起こすと照明として機能しなくなります。

特にその中心に有るのが電源。電源回路の中には幾つもの電子部品が入っていてその一つでも壊れると機能しなくなります。

電源メーカーが電子部品を購入して電源を製造するのですが、購入した電子部品がダメならダメ。

電源メーカーの電源設計能力も問われる所でもあるし、部品の受け入れ検査をするしないでも製品品質に影響します。

LED照明で使用されている多くの電源がスイッチング電源と呼ばれる電源です。コンデンサで直流を交流に変換しています。スイッチングと呼びます。

コンデンサの寿命が電源寿命=製品の寿命

コンデンサの寿命温度表

電源が原因と思われるトラブル

LED照明を商店街が街灯に導入。その後、近隣のテレビ(地デジ導入前)が受信障害を起こしました。

電源から発する電磁波が原因。2015年当社知り合いから「LED蛍光灯の営業が来てサンプル取り付けて行ったら、ラジオにノイズが出る。」

直ぐに当社からもサンプル持参で伺い、確認。確かにラジオにノイズが入っています。近づけると雑音が大きくなり離すと小さくなり、消灯させると無くなる。

持参したサンプルに取り換えると当然何事も起こらない。

LED照明はどれも同じでは有りませんよ。と言う事例が有りました。

使用環境により求められる電磁波規格などは様々です。コンピュター室、サバー室、病院などは特に高い規格を求められます。

当社の経験上一番ノイズに関して厳しい環境は「ノイズ測定室」でした。

測定室ですので、絶対にノイズが出てはダメ。どの周波数帯もです。

すぐ切れる。チラつく。これらも殆どが電源が原因。

不点灯やチラツキも困りますが、下記記事はもっと困ります。

電源自体が破損した場合

事例として、火災、落下などの原因が電源に有ります。

火災は電源自体が高温になり自ら発火。安全回路が入っていないか、機能しなかった。

同様に、電源が高温になり、ランプに使用してる樹脂を溶かしてランプ本体がソケットから落下

○○メーカー製品落下、火災。これらの情報は数社聞いています。現物、写真等も有ります。

関係団体等では公表は勿論できませんし、当社も公表は控えています。

ここで切に伝えたいのは、ちゃんとした製品を選んでください。その一言

どの業界も似た様な事は起こっていると思いますが、LED業界も嘘、偽り横行しています。

ランプ本体

放熱 ヒートシンク

LEDチップの熱を逃がすのがヒートシンクと成ります。

基本的にLEDチップの熱を基盤が受け止め、ヒートシンクへ伝えます。

その間基盤とヒートシンクの隙間はどうなっているか?確認して下さい。

蛍光灯タイプでしたが、以前に分解確認した所、スライド式ではめ込む対応が有りました。

これではチップの熱がヒートシンクに伝わりません。放熱しないと言う事に成ります。

この製品はビッグサイトの展示会で見かけて「当社の製品は熱くないです。」と言ってました。

そりゃそうですよね、熱が伝わらないのですから、熱くなりません。

基盤とヒートシンクの間は熱伝導シートや熱伝導グリスなどを用います。

両面テープ型の熱伝導シートを使用している例が多いですが、これもちゃんとした製品を使わないと経年劣化で両面テープの意味が無くなります。

私の理想は熱伝導グリスでネジ止め。ヒートシンクの金属と基盤の金属が異なるので熱による伸縮率が違います。その為基盤が反り空間が出来てしまい熱伝導出来なくなります。

水銀灯クラスで見かけるマグネシウム。軽量を売りにしていますが、熱伝導率はアルミより4割程度悪くなります。

放熱設計上、容積と面積がとても足りていないのでは?そんな製品が殆どです。当社では劣化の事を考えてマグネシウム製品は取り扱っていません。

金属としてマグネシウムは水と反応したり、発火した場合水を掛けられないなど取扱いに注意が必要な金属類に成ります。危険有害性の分類では「可燃性固体」です。

上記電源記事内で落下としました。事例も有りますが、ヒートシンクとソケットをつなぐ樹脂の耐熱温度が問題です。

設計通りに駆動している時は、全て問題ないと思います。ただ、事故は設計外です。安全マージンにどの位気を使って製品設計しているか?

LED照明構造 LED照明チップの並び

その他の不良の可能性

ハンダの不良。クラック、剝離など。

ハンダは意外と奥が深くトップレベルの話を聞くと、そこまでする・・・。感じです。

LED照明を購入する際の判断としては、基盤とLED実装のハンダ。綺麗に統一してハンダが盛られている事。また、艶の有る事。

電子顕微鏡の世界に成ってしまいますので、見た目で綺麗かで判断。同じように配線の取り付けハンダ、電源基板の裏側など。

丁寧な仕事を感じる事が出来れば、作業全体の良し悪しも見えてくると思います。

配線の咬み込みによるショート

これらも、ハンダと同じで丁寧な仕事をしていれば、防げる不良。

海外製品を購入の際には確認して下さい。

まとめ

意外と奥が深いLED照明

電子部品の品質などの確認は通常無理ですので、メーカー設計者の考え方から読み取るしかないと思います。

ちゃんとした部品は、一定の価格と成りますので、極端に安い製品は何かある?と考えた方が良いと思います。

チラシ、カタログはあまり信用しない

売る為のツールです。当然良い事しか書いてありません。

特に照度関係などは、疑った方が良い場合が多いです。LEDチップの性能以上の明るさは出ませんから。

日本製を謳っているメーカーでカタログ値よりも2割ほど照度が出ていないメーカーも有ります。

LEDチップにはバラつきが有ります。逆に利用してトップレベルのチップのみで製品を組んで検査機関に出して結果をもらう。

当然市販製品はトップランクのチップでは無いので、カタログ値よりも照度は落ちます。

技術者と話が出来ればベスト

そこで、カタログ内の見えない部分(製品を目視して)の説明をちゃんと出来るか?

思いをもって設計しているか?

海外メーカーと話すと「大丈夫、大丈夫」だけで理由が返ってこない。

電子製品の集まりで出来ているLED照明ですので不良率0%は絶対に無理です。

どんな検査をしているかの確認をしましょう。また、結果も納得する検査結果で有る事

もし、購入で迷ったら当社へご用命ください。

紹介仕切れていない製品も多数ありますので、きっとベストな製品の提案が出来るはずです。

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