お客様とのコミュニケーションのたびに、必ずと言っていいほど「保証」という言葉が出てきます。お客様によって保証期間は異なり、2年、3年、そして5年を希望される方もいらっしゃいます。
しかし実際には、多くの場合、顧客自身がこの保証期間がどこから来ているのかを知らなかったり、単に大衆に従って、LED にはそれほど長い期間の保証が付けられるはずだと考えたりします。
今日は、LED の世界にご案内し、ランプの寿命がどのように定義され、評価されるかを説明します。
まず、LEDについて言えば、外観の面では、従来の光源とは一目で異なることがわかります。ほとんどすべてのLEDには、次のような特徴があるからです。ヒートシンク。
さまざまなヒートシンクは、LED ランプの美しさのためではなく、LED の動作を向上させるためにあります。
すると、以前の光源ではほとんどラジエーターが使用されていなかったのに、LED 時代ではほとんどすべてのランプでラジエーターが使用されるのはなぜかと顧客は疑問に思うでしょう。
従来の光源は、タングステンフィラメントランプのように熱放射によって発光していたため、熱を恐れる必要はありませんでした。LEDの基本構造は半導体のPN接合です。温度が少しでも高くなると動作性能が低下するため、LEDにとって放熱は非常に重要です。
まず、LEDの構成と回路図を見てみましょう。
ヒント：LEDチップは動作中に熱を発生します。内部のPN接合部の温度をジャンクション温度（Tj）と呼びます。
そして最も重要なのは、LED ランプの寿命は接合部温度と密接に関係していることです。
理解しておくべき概念：LED の寿命について話すとき、それは完全に使用できなくなるという意味ではありませんが、LED の光出力が 70% に達すると、一般的に「寿命が終わった」と考えられます。
上図からわかるように、ジャンクション温度を105℃に制御すると、LEDランプの使用時間が約10,000時間になると光束が70%に減衰します。一方、ジャンクション温度を約60℃に制御すると、使用時間が約100,000時間を超えると光束が70%に減衰します。ランプ寿命は10倍長くなります。
日常生活で最もよく目にするのは、LED の寿命が 50,000 時間であるということですが、これは実際には接合部温度が 85°C に制御されている場合のデータです。
LEDランプの寿命において、接合部温度は非常に重要な役割を果たします。では、接合部温度をどのように下げれば良いのでしょうか？ご安心ください。まずは、ランプがどのように放熱するかを見てみましょう。放熱方法を理解すれば、接合部温度を下げる方法も自然と分かるでしょう。
ランプはどのように熱を放散するのでしょうか?
まず、熱伝達の基本的な 3 つの方法、つまり伝導、対流、放射について知っておく必要があります。
放熱器の主な伝熱経路は伝導と対流による放熱、そして自然対流による放射放熱です。
熱伝達の基本原理：
伝導： 熱が物体に沿って温かい部分から冷たい部分へと移動する様子。
熱伝導に影響を与える要因は何ですか?
① 放熱材料の熱伝導率
②放熱構造による熱抵抗
③ 熱伝導性材料の形状と大きさ
放射線： 高温の物体が直接外側に熱を放射する現象。
熱放射に影響を与える要因は何ですか?
① 周囲の環境や媒体の熱抵抗（主に空気を考慮）
② 熱放射材料自体の特性（一般的に暗い色はより強く放射しますが、実際にはランプの温度が高すぎず、放射がそれほど強くないため、放射伝達は特に重要ではありません）
対流： 気体または液体の流れによって熱を伝達する方法。
熱対流に影響を与える要因は何ですか?
① ガスの流量と速度
② 液体の比熱容量、流速、体積
LEDランプでは、ヒートシンクがランプコストの大部分を占めます。そのため、放熱器の構造において、材質や設計が適切でなければ、ランプのアフターサービスに多くの問題が生じる可能性があります。
しかし、実はこれらはあくまで伏線であり、これからが焦点です。
消費者として、ランプの放熱性が良好かどうかをどのように判断しますか?
最も専門的な方法は、もちろん、専門的な機器を使用して接合部温度テストを実行することです。
しかし、このような専門的な機器は一般の人には手に負えないかもしれないので、私たちに残された唯一の方法は、ランプに触れて温度を感知するという最も伝統的な方法を使うことです。
すると新たな疑問が湧いてきます。暑いと感じた方が良いのでしょうか、それともそうでない方が良いのでしょうか？
ラジエーターを触ってみると熱い場合は、間違いなく良くありません。
ラジエーターが触れるほど熱い場合は、冷却システムに問題があると考えられます。ラジエーターの放熱能力が不足しており、チップの熱を適時に放散できないか、有効な放熱面積が不足しており、構造設計に欠陥があるかのいずれかです。
ランプ本体が触って熱くなくても、必ずしも良いとは限りません。
LED ランプが正常に動作している場合、優れたラジエーターは温度が低くなるはずですが、より冷たいラジエーターが必ずしも優れたラジエーターであるとは限りません。
チップは発熱が少なく、熱伝導性も良好で、放熱性も十分で、手に持った時に熱すぎると感じることもありません。これは優れた冷却システムですが、唯一の「欠点」は、材料が少し無駄になっていることです。
基板の下に不純物があり、ヒートシンクとの接触が不十分な場合、熱は外部に伝達されず、チップに蓄積されます。外側は触っても熱くないかもしれませんが、内部のチップはすでに非常に高温になっています。
ここで、放熱性が良好かどうかを判断するための便利な方法、「30分点灯法」をお勧めしたいと思います。
注：「30分照明法」は、以下の記事から引用したものです。
30分照明法：前述の通り、一般的にLEDのジャンクション温度が上昇すると光束は減少します。そのため、同じ位置を照射するランプの照度変化を測定すれば、ジャンクション温度の変化を推測することができます。
まず、外光が邪魔にならない場所を選んでランプを点灯します。
点灯後、すぐに露出計を取り出して、たとえば 1000 lx と測定します。
ランプと照度計の位置はそのままにして、30分後に照度計で再度測定します。500lxは光束が50%低下したことを意味します。内部は非常に熱くなっています。外側に触れてもまだ大丈夫です。これは熱が外に出ていないことを意味します。違いです。
測定値が 900 lx で、照度が 10% しか低下しない場合は、正常なデータであり、放熱が非常に良好であることを意味します。
「30分点灯法」の適用範囲：一般的に使用されているいくつかのチップの「光束VSジャンクション温度」変化曲線を列挙します。この曲線から、光束が何ルーメン低下したかを把握し、ジャンクション温度が何℃まで上昇したかを間接的に知ることができます。
列1:
OSRAM S5（30 30）チップの場合、光束は25℃に比べて20％低下し、ジャンクション温度は120℃を超えました。
列two:
OSRAM S8（50 50）チップの場合、光束は25℃に比べて20％低下し、ジャンクション温度は120℃を超えました。
3列目:
OSRAM E5（56 30）チップの場合、光束は25℃に比べて20％低下し、ジャンクション温度は140℃を超えました。
4列目:
OSLOM SSL 90 ホワイトチップの場合、光束は 25°C のときよりも 15% 低下し、接合部温度は 120°C を超えています。
5列目:
Luminus Sensus Seriseチップでは、光束が25℃に比べて15％低下し、接合部温度が105℃を超えました。
上の写真からわかるように、高温状態の照度が30分後に低温状態と比較して20%低下した場合、ジャンクション温度は基本的にチップの許容範囲を超えており、冷却システムが不適切であると判断できます。
もちろん、これは大多数のケースであり、図に示すように、例外は存在します。
もちろん、ほとんどの LED では、30 分点灯法を使用して、20% の低下以内であれば良否を判断できます。
学びましたか？今後ランプを選ぶときは、注意が必要です。ランプの見た目だけでなく、鋭い目でランプを選んでください。
投稿日時: 2024年5月24日
