★よくあるお問い合わせQ&A

 

<LED照明機器の製造・カスタマイズはできますか?>

 LEDの照明器具への応用を考える際、まず、その発光の仕組みが白熱球や蛍光灯と大きく異なることを理解する必要があります.

従来の光源と異なりLEDは微細な半導体チップを樹脂に封入した素子(ランプ)の形で販売されています.白色LEDの場合、ランプには一方向の電流(順電流)・3.5V程度の定電圧下でのみ発光するという特徴がある為、そのまま一般家庭の交流100Vの電気設備につないでも光らせることができません.また、現状ではランプ一つあたりの明るさは蛍光灯には及びません.

このため照明器具には、必要な明るさや扱い易い電圧値に応じた数量のランプを電子基板の上に配置し、電流値を一定させる為の抵抗等とともに一体化した「モジュール」と呼ばれる装置が使われています.このモジュールと電圧・電流のコントロールされた専用電源とを組み合わせることではじめて、家庭用電源でLEDを光らせる事が可能になります.

下記↓写真はREVOXで製造しているLEDモジュール用の電子基板.ライン型のものや円形のものがあり、設置場所・用途にあわせて選択することができます.また、モジュールとコントローラーを組み合わせることで、複数のモジュールを同時に発光させたり、調光・点滅させたりすることが可能になります.(お客様の仕様によってカスタマイズも得意です)。

 <写真> 弊社製 素子(LEDランプ)と基盤(モジュール)01revox.jpg

<モジュール製作について教えてください?>

 モジュールの製作は、回路図の作図・アートワーク・基板の試作・基板の量産・基板へのLEDの実装という流れで進みます.

下写真左上:回路図の作図の様子.専用CADを用いて電子部品の関係を作図し
     ていきます.
下写真右上:回路図の作図が終わるとそれぞれの電子部品を実際の形状に変換
     します.これをアヤトリの様に基板上におおまかに配置します.
下写真左下:基板上の電流値(計算値)に応じ配線幅を加味しながら電子部品
     相互の位置関係を調整していきます.
下写真右下:完成したアートワーク.アートワークは基板製作用の加工データ
     (ガーバーデータ)に変換され、試作や量産に利用されます.

アートワークでは、量産時に大判から効率よく基板をとることが出来る様、基板メーカーの設備の製作寸法にあわせ基板一枚あたりの大きさを決めるのが大事.こうして大きさを決めた基板の上に部品の発熱や電流値を見合う配線の幅を考慮しながら電子部品を配置していきます.基板の小型化が求められる場合には多層基板を用いる事も多い為、一枚の基板の為のアートワークは数階建ての建築物の各階平面図の様にも見えます.
 

 <写真> アートワークの様子

02revox.jpg

 

 

 

 

<アートワーク後、基盤・モジュールは どこで製作?>

 

アートワークが完了すると基板の試作を REVOX自社で行います。


試作では専用CADから取り出した加工用データ(ガーバーデータ)にもとづき、
試作機を使って基板材料の上に直接回路のパターンを写し取っていきます。


こうして試作された基板の上に電子部品をはんだ付けし、
回路が設計通り機能するかや発熱状態などを検査します。


REVOXでは、回路の設計・回路図の作成・アートワーク・基板の試作をすべて社内で行うことで、回路設計から試作品の製作に要する時間を短縮しています。


こうして試作された基板は様々な試験により性能や信頼性を確認され、
こののち基板製作工場で量産されます
(少量品の場合にはこの試作機で製作した基板をそのまま製品に用いることもあります)。


こうして、LEDモジュールや各種コントローラの為の基板が出来上がります。

 

下記写真 基盤・モジュール製作中の図 

03revox.jpg 

<パワーLEDの半田付けは難しいと聞きますが・・・・??>

 

基板の上にLED等の電子部品を半田付けすることを実装と呼びます。

実装の際にはペースト状のクリーム半田を用います。

この半田を基板の接点部に塗り付け、
リフロー炉と呼ばれる電気炉の中で融解させ電子部品を固定します。

リフロー炉を用いた実装には、
半田ゴテ使用する場合と比べ、実装に要する時間が短縮できることや
品質が一定になる利点があります。

また、美観の大事になる基板への電子部品を実装する時には、
炉内に窒素ガスを充填し基板や電子部品の酸化を防きます。

実装に用いる半田は環境への影響を配慮した鉛分を含まないものが使用されています。

下写真左上:実装に用いるペースト状の半田。


下写真右上:ペーストを塗布する様子。量産の場合は切り離す前の基板にアートワークから製作したマスクを使って一度にペーストを塗布します。

写真左下:リフロー炉の中での加熱の様子、初めに150℃程度に余熱し、基板を炉内に入れ、250℃程度まで瞬間的に加熱します。


写真右下:実装の完了したLED基板 。

04revox.jpg

<カスタマイズ光源の品質・性能の確保は?>

 

試作した基板には下の写真の様な測定機器を用い様々な検査を行います。

下写真左上:電源回路の各部位の電流・電圧値をオシロスコープで確認してい
     るところ。設計通りに電気が流れているかを確認しています。


下写真右上:オシロスコープ上での電気の波形。オシロスコープは回路内の電
     流・電圧値の測定だけでなく、電子回路同士の相性や電源投入時
     の回路の挙動の計測等にも役立てられています。


下写真左下:サーモグラフィーによる温度分布の可視化。サーモグラフィーは
     個々の部品の温度測定だけでは分からない、回路全体の発熱の
     分布を把握するのに適しています。


下写真右下:より実際の使用条件に近い条件での温度測定には恒温槽と呼ば
     れる設備を用います。槽内は任意の温度に設定することができ、
     実際の使用条件(室内・室外気温)下で、製品の各部分が何度
     まで温度上昇するかを計測するために使用されています。

REVOXでは、設計-試作-製品組み立ての各段階でこれらの測定機器を活用し製品の
信頼性を高めています。この他、実際の明るさが電流値によってどの程度変化するかを
測定する為の照度計・ランプの色合いのバラツキを確認する為に
分光分布計が使用されています。

05revox.jpg

 <パワーLED回路は 発熱対策は!?>

 

LEDといえばかつては半導体のチップを砲弾型の樹脂に封入した砲弾型LEDが一般的でしたが、近年、照明器具には、より多くの光束が得られる大電流型LED(パワーLED)が
使われる様になってきました。

ただし、大電流型LEDは従来のLEDにくらべ10〜20倍の電流を流すことが可能である代わりに、放熱対策をしない場合は発熱によりランプが100℃以上になることがあります。


LEDランプには一部樹脂製素材が使われている為、
高温での使用はその劣化を早めることにつながります。

このため現在では、基板の材質を熱伝導率の高いアルミ製にすることでランプからの
発熱を逃がすとともに、ヒートシンク(放熱板)を兼ねたアルミ製の筐体(ボディ/カバー)等と組み合わせることで、放熱性を向上させるなどの工夫が一般化しつつあります。

こうした素材・構造の工夫の効果を前項の様々な計測設備により確かめながら開発を行うことにより、明るく長寿命(連続点灯で3〜5万時間の寿命:明るさが半減するまでの時間)な照明器具が生まれます。


(下記写真:ヒートシンクの一例)

06revox.jpg

<LED光源は 発光部分が小さく光のデザインが容易ではない!>

LEDはランプ毎に色合い・配光(光の分布)・明るさが決まっています。


また、これまでの照明用の光源と比較するととても小さなランプが発光するため、
そのまま発光させても望み通りの光を得られない場合があります。

こうした場合、使用環境にあわせた配光を得る為に写真の様なレンズと組み合わせランプからの光を集光・拡散させることがあります。

写真はアルミ基板上に実装された大電流型LEDに樹脂製レンズを組み合わせたもの。

07revox.jpg 

<カスタマイズ光源のアプリケーション実例は!?>

ここまで見て来た様に、LEDランプをモジュール化し専用電源と組み合わせる方法が定着し、照明器具へのLEDの応用は拡大期にあります。

しかし、これまで省電力・低発熱・長寿命が特徴とされてきたLEDも、明るさを求める場合は発熱による寿命低下の恐れが有るため、様々な工夫が必要です。

REVOXでは、モジュールや制御器の開発にとどまらず、これら汎用部品をユーザーの要望にあわせカスタマイズすることで、様々な特注照明器具を製造しています。

また、これに加え、設計・試作・製造の内製化をすすめ、それぞれの過程で適切な測定を行い製品の信頼性を高めています。

LEDのもつすぐれた環境性能が日常で広く利用される為には、こうした性能設計・検証が重要です。

(下写真左上)深海撮影用LED照明。水圧に耐える為モジュールは樹脂に封入されています。


(下写真右上)海外メーカーから輸入した電球型照明。REVOXは国内使用に
あわせた性能確認を独自に行い、この様な手軽に扱える製品も販売しています。


(下写真左下・右下)製造・販売:株式会社さくら樹脂殿・REVOXの特注モジュールが使用されています。

08revox.jpg

下写真 LED街路歩道灯と制御回路

 

09revox.jpg

sono8.jpg

[写真・文:原田一朗/FPJ 一部写真:細矢 仁、REVOX]

                                     

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Q3.REVOXの光源を使った照明事例は・・?
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