現代の照明は、エネルギー効率、耐久性、多様性を提供する発光ダイオード（LED）技術によって革命を起こしています。{0}かどうかという主題LEDライトしかし、白熱電球や蛍光灯と比較して、過熱や熱出力をどのように制御するかについては、依然としてよく質問されます。 LED は「クールな」照明オプションとして頻繁に宣伝されていますが、依然として熱が発生する可能性があります。この記事では、LED の熱管理を従来の電球の熱管理と比較し、LED の熱生成の基礎となる科学を調査し、寿命、性能、安全性への影響について考察します。
熱を発生する LED はどのように機能しますか?{0}
多くの人が考えているのとは異なり、LED は熱を発生しますが、その仕組みは以前の照明技術の仕組みとは大きく異なります。
LEDからの発熱の科学
エレクトロルミネッセンスは、電気が半導体材料を通って流れ、電子を活性化し、光子（光）を放出するプロセスであり、LED が光を生成する仕組みです。ただし、すべてのエネルギーが光に変換されるわけではありません。 LED チップの中心である半導体接合部では、LED の電気エネルギーの約 70 ～ 80% が熱に変換されます。ダイオードの機能を維持し、損傷を回避するには、この熱を放出する必要があります。
古い電球との重要な違い
タングステン フィラメントは白熱電球で光るまで加熱されます。エネルギーの 90% 以上が熱として失われ、赤外線として放射されます。ガラス球はかなり熱くなるので火傷の恐れがあります。
蛍光灯: 蛍光灯は、蛍光体コーティングと水銀蒸気を使用して発光します。エネルギーの約 80% が熱として失われ、熱は電極とバラストを通して生成されます。
LED は全体的に廃熱の発生が少ないですが、サイズが小さいため熱が接合部に集中するため、初期故障を防ぐために高度な熱管理が必要です。
従来の電球と比較した LED の熱管理
照明システムの寿命、安全性、有効性はすべて、熱の制御方法に影響されます。
1. LEDの放熱
半導体から熱を除去するために、LED はパッシブ冷却技術とアクティブ冷却技術の両方を使用します。
ヒートシンク: 銅またはアルミニウムで作られたヒートシンクは、伝導を利用して熱を吸収し、分散させます。フィン付きの設計により、空気の流れの表面積が最適化されます。
サーマルパッドと接着剤: これらの物質は、LED チップとヒートシンクの間の接触を改善することで熱伝達を高めます。
PCB 設計: 二次ヒートシンクは、アルミニウム PCB などの金属コアを備えたプリント基板 (PCB) を使用して作成されます。
アクティブ冷却: 熱を素早く放散するために、高出力 LED (スタジアムの照明に見られるものなど) には液体冷却またはファンが採用されている場合があります。{0}
例: ダイオードから熱を除去するために、標準的な LED 電球のベースにはヒートシンクが組み込まれていますが、多くの場合、このヒートシンクはプラスチック ケースの後ろに隠れています。
2. 古い電球の熱管理
白熱電球は周囲の空気に熱を放出します。熱制御は必要ありませんが、熱が高すぎると隣接する材料や備品に損傷を与える可能性があります。
バラストは、電流と下部電極の熱を制御するために蛍光管で使用されます。ただし、熱が蓄積すると密閉型器具の寿命が短くなる可能性があります。
温度の比較
LED: 表面温度は 30 ～ 50 度 (86 ～ 122 度 F) の範囲ですが、ジャンクションでは 60 ～ 85 度 (140 ～ 185 度 F) で動作します。
白熱電球のフィラメントは 2,500 度 (4,532 度 F) に達することがありますが、表面温度は 150 度 (302 度 F) を超えます。
蛍光管内の安定器は 100 度 (212 度 F) に達することがありますが、表面温度は通常 40 ～ 50 度 (104 ～ 122 度 F) の範囲です。
LED は全体的により効率的に動作しますが、温度が上昇するとダイオードの効率が低下する状態である「熱暴走」を防ぐために、局所的な熱を注意深く制御する必要があります。
過熱が重要な理由: 危険性と影響
LED の熱管理が不十分だと、次のような結果が生じる可能性があります。
寿命の減少: 内腔の劣化は高温によって加速されます。過熱すると、定格 50,000 時間の LED でも 10,000 時間で故障する可能性があります。
カラーシフト: 青色の色合いなどの望ましくないカラーシフトは、熱により白色 LED の蛍光体コーティングが破壊されることで発生します。
効率の損失: 熱が高すぎると半導体の抵抗が増加し、ワットあたりに生成される光の量が低下します。
安全上のリスク: まれではありますが、過熱が長時間続くと、ドライバーに危害を与えたり、構造が不十分な設備の可燃性物質に発火したりする可能性があります。
密閉型器具の分析
十分な換気がないと、{0}}天井埋込型照明-などの密閉型器具に使用される LED 電球は頻繁に過熱します。従来の LED は狭い場所ではすぐに故障する可能性があるため、メーカーは電球がそのような環境向けに定格されているかどうかを示しています。
LED設計の熱管理における革新
工学と材料科学の進歩により、導かれた熱放散:
1. チップ-オン-（COB）として知られるテクノロジー
COB LED は、多数のダイオードを基板に直接実装することにより、より広い表面積にわたって熱を分散します。効率が向上し、その結果、ジャンクション温度が低下します。
2. セラミック製パッケージ
プラスチック製のハウジングとは対照的に、セラミック製のハウジングは、ハイエンド LED において優れた熱伝導性と熱ストレスに対する回復力を備えています。{0}}
3. インテリジェントなサーマルリトラクション
損傷を防ぐために、一部のドライバーには、温度が許容範囲を超えて上昇した場合に LED を暗くしたり消灯したりするセンサーが搭載されています。
4. グラフェン製ヒートスプレッダー
グラフェン層は熱放散を改善するために実験用 LED に使用されており、これにより熱管理が完全に変わる可能性があります。
LED と従来の電球の用途: 比較
特定の電球がどこでどのように使用されるかは、熱出力の影響を受けます。
家庭環境
正しく評価されれば、LEDチューブライト調光可能な設定、密閉型器具、タスクライトに最適です。換気が不十分な空間では過熱の危険があります。
白熱灯: 非効率で火災の危険があるため、段階的に廃止されました。
蛍光灯は暖気時間が遅く、水銀が含まれているため、住宅では使用しないでください。{0}}
ビジネス・産業環境
LED は、その耐久性のある設計と強力なヒートシンクにより、高い天井照明、看板、屋外スペースの業界標準となっています。{0}
メタルハライド / HPS: 一部の倉庫では古い高輝度放電（HID）電球がまだ使用されていますが、頻繁に交換する必要があり、大量の熱が発生します。{0}
LEDの過熱を回避する最良の方法
適切な器具を選択します: -ワット数の高い LED の場合は、開放型または十分に換気された器具を使用してください。-
エンクロージャの定格を確認する: 必要に応じて、ライトが密閉されたエリア用に認定されていることを確認してください。
LED のオーバードライブを避ける: 電圧が推奨値よりも高い場合、発熱量が増加します。
頻繁なメンテナンス: 空気の流れを維持するために、ヒートシンクのほこりを取り除きます。
LED は低温ですが、依然として熱に弱いです。
LED は周囲の熱の発生が少ないため、白熱灯や蛍光灯よりも安全でエネルギー効率が高くなります。{0}ただし、半導体接合部での局所的な熱出力のため、慎重な熱制御が必要です。最新の LED は、比類のない耐久性と効率を提供すると同時に、ヒートシンク、洗練された素材、賢い設計のおかげで過熱のリスクを軽減します。 LED は、グラフェン冷却や適応型熱ソリューションなどの開発のおかげで技術が進歩するにつれて性能をさらに向上させ、将来の照明としての地位を確保します。
これらのガイドラインを理解することで、企業や人々は LED を効率的に使用でき、商業、産業、住宅環境で最高のパフォーマンスを保証できます。
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