E27口金の230ボルトLEDフィラメントランプ。フィラメントは8本の黄色の縦線として見えます。
2010年に市販されたLEDランプの品揃え：投光照明器具（左）、読書灯（中央）、家庭用ランプ（中央右と下）、低電力アクセントライト（右）の用途
産業用照明器具の80Wチップオンボード（COB）LEDモジュールは、ヒートシンクに熱的に接合されています。
18WのLEDランプ。外観は古い小型蛍光灯に似ている。管の中にダイオードが見える。

LEDランプまたはLEDライト[1]は、発光ダイオード（LED）を使用して光を生成する電灯です。LEDランプは、同等の白熱灯や蛍光灯に比べてエネルギー効率が大幅に優れています。[2] [3]市販されている最も効率的なLEDランプは、ワットあたり200ルーメン（lm/W）を超える効率を持ち、入力電力の半分以上を光に変換します。[4] [5]市販のLEDランプの寿命は、白熱灯や蛍光灯よりも数倍長いです。

LEDランプは主電源線から駆動するための電子LED回路を必要としますが、この回路の損失により、ランプの効率は使用するLEDチップの効率よりも低くなります。駆動回路には、白熱電球用の調光器と互換性を持たせるための特別な機能が必要になる場合があります。一般的に、電流波形には照明器具の技術に応じて、ある程度の歪みが含まれます。[6]

LEDランプ市場は、2020年の758億米ドルから2026年には1,600億米ドルに成長すると予測されています。[7] LEDはウォームアップ遅延なしですぐに最大輝度に達します。蛍光灯のように頻繁にオン・オフしても寿命が短くなることがありません。[8] LEDの寿命とともに光出力は徐々に低下します。

一部のLEDランプは、白熱灯や蛍光灯と簡単に交換できます。LEDランプは、光の拡散、放熱性、そして全体的なコストを改善するために、複数のLEDパッケージを使用している場合があります。市販のLEDランプのパッケージには、光出力（ルーメン）、消費電力（ワット）、色温度（ケルビン）、または「温白色」「冷白色」「昼光色」などの色の説明、動作温度範囲、調光器対応の有無、湿度の高い環境への適合性、そして場合によっては、同じ出力（ルーメン）の白熱灯のワット数（ワット数）が記載されている場合があります。

歴史

ハイツの法則の図解。縦軸に対数目盛りをとり、LED 1 個あたりの光出力が時間の経過とともにどのように向上するかを示しています。

LED ランプが導入される前は、一般的な (白色) 照明の大部分には次の 3 種類のランプが使用されていました。

  • 白熱電球は、電流によって加熱されたフィラメントが白熱することで光を発します。[9]白熱電球は非常に効率が悪く、発光効率は10～17 lm/Wと低く、寿命も通常1000時間と短いです。一般照明用途では段階的に廃止されつつあります。白熱電球は太陽光に似た連続的な黒体スペクトル光を発するため、演色評価数（CRI）が高くなります。[要出典]
  • 蛍光灯は、低圧水銀蒸気管内の2つの電極間のグロー放電によって紫外線を発生し、管内に設けられた蛍光体（リン光体）によって可視光に変換されます。蛍光灯は白熱灯よりも効率が高く、発光効率は50～100 lm/W（構造、リン光体の種類、安定器の種類によって異なります）で、寿命は6,000～15,000時間と長く、住宅やオフィスの照明として広く使用されています。しかし、水銀を含有しているため、環境に有害であり、有害廃棄物として処分する必要があります。
  • メタルハライドランプは、アルゴン、水銀、その他の金属、そしてヨウ素または臭素の雰囲気中で、2つの電極間のアーク放電によって光を発生させます。LEDが登場する以前は、最も効率的な白色電球の一つであり、発光効率は75～100 lm/W、電球寿命は6,000～15,000時間と比較的長寿命でした。しかし、最大出力に達するまでに5～7分のウォームアップ時間が必要であるため、住宅照明には使用されず、商業施設や産業施設の広域照明、屋外では防犯灯や街灯として使用されています。蛍光灯と同様に、有害な水銀を含んでいます。

エネルギー変換器として考えると、既存のランプはすべて非効率であり、入力エネルギーの大部分を可視光として放出するよりも、廃熱として放出しています。1997年の世界全体の電気照明は2016テラワット時のエネルギーを消費しました。照明は先進国で生産される電力の約12%を消費しています。発光半導体の新たな技術開発と、ディスプレイやエリア照明の巨大な市場が相まって、よりエネルギー効率の高い電気照明の開発が促進されました。

最初の低出力LEDは1960年代初頭に開発され、スペクトルの低い赤色の周波数のみを発光しました。1968年には、最初の商用LEDランプが発売されました。ヒューレット・パッカード社のLEDディスプレイ[ 10]（ハワード・C・ボーデンとジェラルド・P・ピギーニの指揮下で開発）とモンサント社のLED表示灯[10]です。しかし、初期のLEDランプは効率が低く、濃い赤色しか表示できなかったため、一般照明には適さず、数字表示や表示灯などに限定されていました。[10]

最初の高輝度青色LEDは、 1994年に日亜化学工業の中村修二氏によって実証されました。[11]赤﨑勇氏、天野浩氏、中村氏は後に青色LEDの発明により2014年のノーベル物理学賞を受賞しました。 [12]青色LEDと高効率LEDの存在により、蛍光体コーティングを使用して放出された青色光を部分的に低周波に変換し、白色光を生成する最初の「白色LED」の開発につながりました。[13]新しいLED照明は、21世紀初頭に米国（Cree社）と日本（日亜化学工業、パナソニック、東芝）で市場に投入され、その後、2004年からは韓国と中国（Samsung社、Kingsun社、Solstice社、Hoyol社など）でも投入されました。[14]米国では、2007年のエネルギー独立安全保障法（EISA）により、エネルギー省（DOE）が「L賞」として知られる明るい明日照明賞コンペティションを設立する権限が与えられ、 [15]産業界に60W白熱電球などのランプの代替品の開発を競わせました。[16]このコンペティションの要件を満たす製品は、当時のほとんどの白熱電球のわずか17%のエネルギーしか消費しません。

フィリップス・ライティングは2008年にコンパクト蛍光灯の研究を中止し、研究開発予算の大半を固体照明に投入し始めた。[17] 2009年9月24日、フィリップス・ライティング・ノースアメリカは、標準的な60W A-19「エジソンねじ込み式電球」[18]を、同社の従来の消費者向け製品「アンビエントLED」をベースにした設計で置き換えるランプを、このカテゴリーに初めて提出した。米国エネルギー省（DOE）は、18ヶ月にわたる徹底的な試験を経て、フィリップスに賞を授与した。その後も、同様に効率的な製品が数多く登場した。[19]

初期のLEDランプは、置き換えようとしていた白熱電球と比べて色度が大きく異なっていました。そこで、様々な相関色温度を持つ寒色系から暖色系の白色LEDを用いた固体照明製品の推奨色範囲を規定した規格ANSI C78.377-2008が策定されました。 [20] 2008年6月、NISTは米国における固体照明に関する最初の2つの規格を発表しました。これらの規格は、LED光源の性能仕様を詳細に規定し、固体照明製品の試験方法を規定しています。

2008年には、米国とカナダで、始動時間、寿命、色、性能の一貫性に関する一連の基準を満たすランプにEnergy Starラベルを付与するプログラムが開始されました。このプログラムの目的は、市場で入手可能な製品のラベル表示と使いやすさに関する透明性と基準を提供することで、製品の品質のばらつきによる消費者の懸念を軽減することです。[21] Energy Star Certified Light Bulbsは、Energy Star認定ランプを検索・比較するためのリソースです。

英国でも同様のプログラム（Energy Saving Trustが運営）が開始され、省エネと性能のガイドラインに適合した照明製品を特定しました。[22]ウシオ電機は2008年に初のLEDフィラメントランプを発売しました。[23]フィリップスは2009年に初のLEDランプを発売し、[24]続いて2010年に世界初の60W相当のLEDランプを発売し、[25] [26] [27]、2011年には75ワット相当のバージョンを発売しました。 [28]北米照明学会（IESNA）は2008年に文書規格LM-79を発行し、固体照明製品の光出力（ルーメン）、効率（ルーメン/ワット）、色度を試験する方法を説明しています。

2016年時点で、天然資源保護協議会のノア・ホロウィッツ氏の見解では、米国エネルギー省が提案した新しい基準により、将来使用される電球のほとんどがLEDになる可能性が高いとのことです。[29] 2019年までに米国の電力使用量は少なくとも5年連続で減少しましたが、これは米国の電力消費者がエネルギー効率と高性能を理由に白熱電球をLEDに交換したことが一因です。[30] 2023年にSignify NVは、少なくとも210 lm/Wの効率を必要とするEU効率クラスAの高効率LEDランプを導入しました。[31]

早期導入の例

デンマークのヴィボーにおけるクリスマスイルミネーションのLED

2003年には、LEDを搭載した最初の手術用ゴーグルが発表されました。[32]アウディはLEDヘッドライトを搭載したアウディ・ヌヴォラーリ・コンセプトカーを発表しました。[33] [34] [35] 2004年には、アウディはLEDデイタイムランニングライトと方向指示器を備えた最初の車である2004年型アウディA8 W12を発売しました。[32] [36] [37]

2005年には、モナリザを照らすLEDランプが設置された。[38] LEDは、例えばオランダのブレダカジノ、ウィーン国立歌劇場、上海グランプリの会場などで使用されていた。LEDの懐中電灯や人物用のヘッドランプも利用可能だった。[33] 2006年には、店舗用の最初のLEDスポットライトのいくつかが発売された。[39] トヨタのレクサスLS 600h L （2006年）は、 LEDヘッドライトを搭載した最初の量産車だった。[40] 2007年、アウディは、アウディR8に使用されたLEDだけを使用したヘッドライトを提供する最初の自動車メーカーとなった。[41]同年、東芝は家庭用の最初の商用白色LEDランプを発売した。[42]

2008年、米国ウィスコンシン州オコノモウォックのセントリー・イクイップメント・コーポレーションは、新工場の内外の照明をほぼLEDのみで賄うことができた。初期費用は従来の白熱灯と蛍光灯の混合照明の3倍だったが、電気代節約により2年以内に追加費用を回収し、ランプは20年間交換の必要がない見込みだ。[17] 2009年、インドのIT企業iGateのチェンナイ・マナパッカム事務所は、370万ルピー（8万ドル）を投じて、57,000平方フィート（ 5,300平方メートル）の事務所スペースをLEDで照明した。同社は、新しい照明は5年以内に投資を回収できると予想していた。[43]

2009年、アウディはLED照明のみを採用した車、2009年型アウディR8を発売した最初のメーカーとなりました。[44] 2009年、フィンランドのトゥルク大聖堂の前に立つ非常に大きなクリスマスツリーには、それぞれ2ワットのLEDランプが710個飾られました。これらのLEDランプは、年間わずか48日間しか点灯しないにもかかわらず、3年半で投資を回収したと試算されています。[45] 2009年、ポルトガルのアヴェイロで新しい高速道路（A29）が開通しました。この高速道路には、ヨーロッパ初のLED照明を備えた公共高速道路が含まれていました。[46]

2010年までに、商業用および公共用途のLED照明の大量設置が一般的になりつつありました。LEDランプは、屋外照明やLED街路灯の多くの実証プロジェクトで使用されました。米国エネルギー省は、自治体の屋外照明に関する多くのパイロットプロジェクトの結果に関する複数の報告書を公開しており、[47]、その後すぐに多くの街路灯や自治体の屋外照明プロジェクトが続きました。[48] [49]

インド政府は2016年、国内のすべての白熱電球と電球型蛍光灯（CFL）をLED電球に置き換えることを目標とした「ウジャラLED電球計画」を開始しました。2022年3月のナレンドラ・モディ首相の発表によると、この計画により3億7000万個のLED電球が各家庭に無償配布され、中流階級および貧困層の電気料金が2000億ルピー（24億米ドル）削減されました。また、ウジャラ計画はインド国内におけるLED生産の拡大も促進しました。[50]

テクノロジー

LED ランプは、多くの場合、表面実装型 LED モジュールのアレイで作られています。

他の光源との大きな違いは、光の指向性が高いことです。LEDは「ランバーシアン」発光体であり、軸から約60°の位置に半値角を持つ円錐状の光を発します。レーザーダイオードとLEDはどちらも半導体光源ですが、レーザーダイオードは誘導放出を利用するのに対し、LEDは自然放出を利用します。

白色光LED

写真撮影に使用されるLEDランプ

汎用照明には、2700Kの「温白色」（白熱電球のような）から6500K付近の「昼光」まで、特定の温度における黒体を模倣した白色光が必要です。初期のLEDは、LEDの製造に使用された半導体材料のエネルギーバンドギャップに特徴的な色を持つ、非常に狭い波長帯域の光を発していました。白色光を発するLEDは、主に2つの方法で製造されます。複数の異なる色のLEDからの光を混合するか、蛍光体を用いて光の一部を他の色に変換するかです。この光は真の黒体と同じではないため、白熱電球とは異なる色の見え方になります。演色性は演色評価数（CRI）で規定され、2019年現在、多くのLED電球では約80、より高価な高CRI LED照明では95以上です（理想値は100です）。[要出典]

RGBまたは三原色白色LEDは、赤、緑、青の波長を発する複数のLEDチップを使用します。これらの3色が組み合わさって白色光を生成します。発光波長範囲が狭いため、演色評価数は低く、通常25～65です。[51] 3色以上のLEDを使用することで、より広い波長範囲をカバーし、より高い演色評価数を得ることができます。[要出典]

市販されているほとんどのLEDランプの基礎となっている2つ目の方法は、LEDと蛍光体を組み合わせて、単一のLEDから補色を生成する方法です。LEDからの光の一部は蛍光体の分子に吸収され、蛍光を発します。ストークスシフトによって別の色の光を発します。最も一般的な方法は、青色LEDエミッターと黄色蛍光体を組み合わせることで、狭い範囲の青色波長と、緑から赤までのスペクトルをカバーする広い帯域の「黄色」波長を生成します。演色評価数は70未満から90を超える範囲ですが、このタイプの市販LEDの多くは演色評価数が約82です。[51]効率は継続的に向上し、2021年時点で生産ベースで210 lm/Wに達し、このタイプのLEDは三原色LEDの性能を上回っています。白色LEDに使用される蛍光体は、2,200K（調光白熱灯）から7,000K以上の相関色温度を実現できます。 [52]

色が変わるLED照明

調光可能な照明システムは、個別に制御可能なカラーLEDバンクを採用しています。これは、各色の別々のバンクを使用するか、複数の色を組み合わせてチップレベルで制御するマルチチップLEDを使用するかのいずれかです。[53]例えば、異なる色温度の白色LEDを組み合わせることで、調光時に色温度が下がるLED電球を作ることができます。

LEDドライバー

内部のLED素子とLED駆動回路が露出した家庭用LEDランプ

LED チップには制御された直流(DC) 電力が必要であり、電源からの 交流をLED が使用する安定した電圧の直流に変換するにはLED ドライバなどの適切な回路が必要です。

LEDドライバは、LEDランプの寿命と性能を確保するために不可欠なコンポーネントです。ドライバは、調光やリモートコントロールなどの機能を提供します。LEDドライバは、ダイオードアレイと同じランプ筐体内に設置することも、発光ダイオードから離れた場所に設置することもできます。LEDドライバには、許容されるACライン高調波電流の規制を満たすために、追加のコンポーネントが必要になる場合があります。

熱管理

LED ランプは電気アークやタングステンフィラメントがないため、従来のものよりも低温で動作しますが、それでも火傷の原因となります。高出力 LED では、温度が上昇すると光出力が低下して壊滅的な故障を引き起こす可能性があるため、LED デバイスの接合部温度を周囲温度近くに保つための熱管理が必要です。LED は一定の光出力に対して消費電力がはるかに少ないですが、ある程度の熱を発生し、非常に小さな半導体ダイに集中します。動作温度が低いため、LED ランプは放射によって多くの熱を失うことはありません。その代わりに、熱はダイの背面を介して適切に設計されたヒートシンクまたは冷却フィンに伝導され、そこから対流によって放散されます。[24]産業用の非常に高出力のランプには、冷却ファンが装備されていることがよくあります。[54]製造業者によっては、従来の白熱電球と同じように LED とすべての回路をガラス電球に配置しますが、熱を伝導して LED を冷却するためにヘリウムガスを充填しています。[55]他の方式では、LEDをアルミニウム製の裏板を備えた回路基板上に配置します。アルミニウム製の裏板は放熱ペーストを用いてランプのアルミニウム製ベースに熱的に接続され、ベースはメラミン樹脂製のシェルに埋め込まれています。LEDランプは対流冷却を必要とするため、密閉された照明器具や換気の悪い照明器具内、あるいは断熱材の近くにランプを設置する場合は、十分な配慮が必要です。

効率の低下

スイッチング電源回路基板とエジソンネジを備えた分解されたLEDランプ
InGaN LEDの入力電流に対する効率低下[56]

「効率低下」とは、電流の増加に伴ってLEDの発光効率が低下することを指します。電流値を上げる代わりに、通常は複数のLEDエミッターを並列または直列に接続することで光出力を高めます。効率低下の問題を解決すれば、家庭用LEDランプに必要なLEDの数が少なくなり、コストを大幅に削減できます。[57] [58] [59]

当初、LEDの効率低下は温度上昇によって引き起こされるのではないかと疑われていました。しかし、科学者たちは、温度が効率低下の根本的な原因ではないことを示しました。[60]効率低下を引き起こすメカニズムは、2007年にオージェ再結合であることが特定されました。これは混合反応と関連しています。[59] 2013年の研究では、オージェ再結合が原因であると断定されました。[61]

いくつかのレーザーは、LEDの代替として、高度に集中した照明を提供するために採用されてきました。[62] [63]

アプリケーション

LEDランプは、一般照明と特殊照明の両方に使用されます。有色光が必要な場合、本質的に単色の光を発するLEDは、エネルギー吸収フィルターを必要としません。LEDランプは、電球または器具の代替品として一般的に利用可能であり、器具全体（例えば、蛍光灯トロファをLEDライトパネルに、同様のハロゲン器具をLEDスポットライト器具に置き換える）または電球（例えば、トロファ内の蛍光灯をLEDチューブに、HID器具内のHID電球をLED HID交換ランプに置き換える）を交換できます。器具の交換と電球の交換の違いは、器具（トロファなど）をLEDパネルなどに交換する場合、LEDまたはその中のドライバーが故障した場合、パネル全体を交換する必要があることです。これは、LEDを個別に交換することは現実的に不可能であるためです[64]（ドライバーは別体であることが多いため、交換可能ですが）。一方、電球のみをLED交換ランプに交換する場合は、ランプが故障しても器具とは独立してランプを交換できます。一部のLED交換ランプでは、器具のバラストを電気的に取り外してLEDランプを直接主電源に接続するなど、器具の改造が必要ですが、他のランプは器具を改造することなく使用できます。[65]

BAPS Shri Swaminarayan Mandir Atlanta のカラーミキシング LED 照明器具による照明
ワルシャワ国立美術館では、コンピューター制御のLED照明により絵画の独特の品質が向上しています。[66]

白色LEDランプは、適切な温度で使用する場合、他のほとんどの照明器具よりも長寿命で効率（同じ電力でより多くの光量）に優れています。LED光源はコンパクトなため、照明器具の設計に柔軟性があり、小型の反射板やレンズで配光を適切に制御できます。LEDは小型であるため、照明の空間分布を非常に柔軟に制御でき、[67]効率を損なうことなくLEDアレイの光出力と空間分布を制御できます。

混色原理を用いたLEDは、各原色で生成される光の割合を変化させることで、幅広い色を発光することができます。これにより、異なる色のLEDを使用したランプにおいて、完全な混色が可能になります。[68]他の照明技術とは異なり、LEDの発光は指向性（少なくともランバート分布）を持つ傾向があり、これは要件に応じて有利にも不利にもなり得ます。無指向性光が必要な用途では、拡散板を使用するか、複数のLEDエミッターを用いて異なる方向に発光させます。

家庭用LEDランプ

サイズとベース

2012年にねじ込み式ソケットの白熱電球の代替として入手可能な消費者向けLEDランプのセレクション

LEDランプは、エジソンねじ口金、MR16型バイピン口金、GU5.3（バイピンキャップ）またはGU10 （バヨネットフィッティング）など、標準的なランプ接続部と形状で作られており、ソケットに供給される電圧と互換性があります。LEDランプには、交流電源を整流し、適切な電圧値に変換するドライバ回路（通常はスイッチング電源）が組み込まれています。

2010年時点では、一部のLEDランプが高ワット数の電球に取って代わっています。例えば、あるメーカーは16ワットのLEDランプが150ワットのハロゲンランプと同等の明るさであると主張しています。一般的な白熱電球は、サイズと電圧に応じて約14～17 lm/Wの効率で発光します。（北米では電源電圧が低いため、230V電源用に設計された白熱電球の効率は低くなります。）欧州連合（EU）の規格によると、60ワットのタングステンランプと同等のエネルギー効率を誇るランプは、最低でも806ルーメンの光出力が必要です。[69]

高出力LED「コーンコブ」ランプ

LEDランプの一部のモデルは調光器と互換性があります。LEDランプは多くの場合、指向性光特性を持っています。2022年時点で、これらのランプの最高のものは、コンパクト蛍光灯[70]よりも電力効率が高く[より適切な出典が必要]、30,000時間以上の寿命を提供しますが、指定よりも高い温度で動作させると寿命は短くなります。白熱電球の標準的な寿命は1,000時間[71]、コンパクト蛍光灯は約8,000時間です。[72] LEDと蛍光灯はどちらも蛍光体を使用しており、その光出力は寿命とともに低下します。Energy Star仕様では、LEDランプは通常、6,000時間以上の動作後でも10%未満、最悪の場合でも15%以下で低下することが求められています。[73] LEDランプは、さまざまな色特性のものがあります。購入価格は他のほとんどのランプよりも高価ですが（下がってはいますが）、効率が高いため、総所有コスト（購入価格＋電気代と電球交換費用）は低くなります。[18]

一般照明用途のLEDランプを提供している企業は数多くあります。技術は急速に進歩しており、エネルギー効率の高い新しい消費者向けLEDランプが登場しています。[74] [75]

2016年現在、米国では、価格の低下と白熱電球の段階的な廃止により、 LEDランプが主流の光源として採用されつつあります[76] 。 [77]米国では、2007年のエネルギー独立安全保障法により、現在のほとんどの白熱電球の製造と輸入が事実上禁止されています。LEDランプは大幅に価格が下がり、多くの種類が地方電力会社から補助金付きで販売されています。しかし、2019年9月、トランプ政権は新しいエネルギー効率の高い電球の要件を撤回しました[78] 。バイデン政権は、2023年に45 lm/Wの照明を義務付ける効率規制を最終決定し、消費者の電気代を年間30億ドル節約することになるでしょう[79] 。

LEDチューブランプ

45Wの蛍光灯と同じ明るさの17WのLED管

LED チューブ ライトは、蛍光灯用の器具に物理的にフィットするように設計されています。一部の LED チューブ ライトは、適切なバラストが使用されている場合は、既存の器具に簡単に交換できるように設計されています。その他のランプでは、バラストを取り外すために器具の再配線が必要です。LED チューブ ランプでは通常、方向性があり、取り付け時に適切な方向を向く必要のある個別の表面実装LED が多数使用されます。これは、チューブの周囲のすべての方向に光を発する蛍光管ランプとは対照的です。市販されているほとんどの LED チューブ ライトは、T5、T8、T10、または T12チューブ指定の代わりに使用できます。T8 は D26mm、T10 は D30mm、長さは 590 mm (23 インチ)、1,200 mm (47 インチ)、1,500 mm (59 インチ) です。

LED用に設計された照明

LEDウォールランプ

既存の照明器具との互換性の必要性が低下するにつれ、長寿命LEDを内蔵した、あるいはLEDランプ用に設計された新しい照明器具が普及し始めています。このような照明器具では、各電球に主電源で動作するための回路を組み込む必要はありません。

植物

実験により、LED光源下での野菜や観賞用植物の驚くべき生育と生産性が明らかになった。[80]多くの植物種が温室試験で評価され、それらの植物のバイオマスと生化学成分の品質が少なくとも圃場で栽培されたものと同等であることを確認した。ミント、バジル、レンズ豆、レタス、キャベツ、パセリ、ニンジンの生育は、植物の健康と活力、そしてLEDによる成長促進効果の両方を評価することで測定された。また、プリムラ、マリーゴールド、ストックなどの特定の観賞用植物の開花が豊作であったことも確認された。[80] [81]

発光ダイオード（LED）は、必要な波長（赤＋青）で効率的な電気照明を提供し、最短時間で高品質かつ大量の温室生産をサポートします。[要出典] LEDは低温であるため、植物を光源のすぐ近くに置いても過熱や焦げ付きがなく、高温の照明を使用する場合よりも集中的な栽培に必要なスペースがはるかに少なくて済みます。[要出典]

専門

LED懐中電灯交換用電球（左）、タングステン相当（右）

白色LEDランプは、低電力で高い効率が求められる用途において市場を席巻しています。これらの用途には、懐中電灯、太陽光発電式の庭園灯や歩道灯、自転車用ライトなどがあります。カラーLEDランプは、必要な色の明るい光を発することが不可欠な交通信号灯や、クリスマスシーズンのイルミネーションなどに商業的に利用されています。自動車用LEDランプは、長寿命と小型化から広く利用されています。複数のLEDは、単一のLEDよりも高い光出力が求められる用途で使用されます。

屋外照明

LED投光器

2010年頃までに、LED技術が屋外照明業界を席巻しました。これは、それ以前のLEDは屋外照明には明るさが足りなかったためです。2014年に実施された調査では、LED照明の色温度と精度は消費者に容易に認識され、自然な色温度のLEDが好まれるという結論が出ました。[82] LEDは現在、消費者が屋外照明システムに求める明るさと暖色系の色温度を実現しています。

LEDは、ランニングコストやランプ交換コストが低いため、水銀灯やナトリウム灯に代わる街路照明としてますます利用されています。しかしながら、青色光を主とするLED街路照明の使用は眼に損傷を与える可能性があるという懸念があり、また、一部のLEDは商用電源の2倍の周波数で点灯・消灯するため、一部の人に不快感を与える可能性があるほか、ストロボ効果により回転機械と誤認される可能性があるという懸念もあります。これらの懸念は、単にコストを懸念するのではなく、適切な照明を使用することで解決できます。[83]

紫外線ランプ

UV LEDは、特定の波長の光を放射するように設定できるため、近年急速に普及しています。材料によって制限されるガス放電ランプや蛍光灯とは異なり、LEDの波長はバンドギャップ幅によって決まります。

ビタミンDの生成にはLEDランプの方が適しています。従来のランプでは、ビタミンDレベルを高めるために必要な293ナノメートルの波長を正確に生成できないためです。293ナノメートルのUVBランプは、他のUVBランプ（312ナノメートルや広帯域タイプなど）よりも効果的です。なぜなら、低線量でも皮膚の赤みを引き起こすことなく、ビタミンD生成に必要な十分なUVB光を提供できるからです。[84]

他の照明技術との比較

さまざまな技術を比較した効率チャートについては、発光効率を参照してください。

比較表

LEDランプは長寿命と謳われており、それに合わせて長期保証も提供されています。しかしながら、現在、米国エネルギー省は、各メーカーの主張を証明するための標準化された試験手順を定めていません。[95]一般的な家庭用LEDランプの「平均寿命」は15,000時間（1日3時間点灯で15年）で、50,000回のスイッチサイクルに耐えられるとされています。[96]

白熱灯とハロゲンランプは力率が1であるのが普通ですが、コンパクト蛍光灯とLEDランプは入力整流器を使用しているため、力率が低くなります。力率が低いと、商業用エネルギー使用者にとって割増料金が発生する可能性があります。CFLランプとLEDランプは、任意の力率を実現するための駆動回路が付属しており、また、施設全体で力率補正を行うこともできます。EU規格では、ランプ電力が2～5ワットの場合は力率が0.4以上、5～25ワットの場合は0.5以上、高出力ランプの場合は0.9以上が求められています。[97] [98]

エネルギースター認定

エネルギースターは、エネルギー効率の高い消費者向け製品のための国際規格です。[99] [100]エネルギースターのサービスマークが付いた機器は、通常、米国の基準で要求されるよりも20～30%少ないエネルギーを消費します。[101]

エネルギースターLED認定：[102]

  • エネルギー コストを削減 –白熱照明に比べて少なくとも 75% のエネルギー消費量を削減し、運用コストを節約します。
  • メンテナンスコストを削減 - 白熱灯の35～50倍、蛍光灯の約2～5倍の寿命。ランプ交換、はしご、継続的な廃棄プログラムも不要です。
  • 冷却コストを削減 – LED はほとんど熱を発生しません。
  • 業界標準をはるかに超える、最低 3 年間の保証が付いています。
  • 便利な機能を備えています。一部の屋内モデルでは調光機能、一部の屋外モデルでは自動日光遮断機能とモーションセンサーが利用できます。
  • 耐久性があり、ガラス電球のように壊れません。

Energy Star 認証を取得するには、LED 照明製品が以下の特性を備えていることを証明するさまざまなテストに合格する必要があります。

  • 明るさは既存の照明技術 (白熱灯または蛍光灯) と同等かそれ以上で、照明器具によって照らされた領域全体に光が均等に分散されます。
  • 光出力は時間が経っても一定であり、定格寿命（1 日 8 時間使用の場合、少なくとも 35,000 時間または 12 年間）の終わりに近づくにつれてのみ減少します。
  • 優れた色彩品質。白色光の色合いは、時間が経っても鮮明で均一に保たれます。
  • 効率は蛍光灯と同等かそれ以上です。
  • 電源を入れるとすぐにライトが点灯します。
  • 暗くなってもちらつきはありません。
  • オフ状態では電力を消費しません。照明器具はオフ状態では電力を消費しません。ただし、外部制御機器はオフ状態でも電力を消費しません。外部制御機器の電力は0.5ワットを超えません。
  • 5W 以上のすべてのランプの力率は少なくとも 0.7 です。

制限事項

投光器内の可変色温度 LED アレイ

LED エミッターは、広範囲の電流で動作しても色が大きく変化しないため、本質的に調光に適しています。しかし、LED ランプの回路は、調光可能で、特定の種類の調光スイッチと互換性があるように明示的に設計する必要があります。[103]そうしないと、ランプや調光器が損傷する可能性があります。演色性は、太陽光のようにほぼ完全な黒体放射を放射する白熱電球とは異なります。CRIと呼ばれる測定単位は、光源が 8 つの色サンプルチップを 0 から 100 のスケールでどのように再現するかを記録するために使用されます。[104] CRI が 75 未満の LED は、屋内照明での使用は推奨されません。[105]設計の悪い LED ランプはちらつきが生じる可能性があります。その影響は、そのようなランプのスローモーション ビデオで確認できます。ちらつきの程度は、ランプ構造に組み込まれた DC 電源の品質によって決まります。電源は通常ランプ ベースにあります。ちらつく光に長時間さらされると、頭痛や眼精疲労の原因となります。[106] [107] [108] LEDの寿命は、光束維持率の関数として、高温になると低下します。高出力LEDの熱管理は、固体照明機器の設計において重要な要素です。LEDランプは、ほとんどの固体電子部品と同様に、過度の熱に敏感です。また、互換性のない揮発性有機化合物の存在は、性能を低下させ、寿命を縮める可能性があります。[109] LEDの長寿命は、最も一般的な白熱電球の約50倍、蛍光灯よりも大幅に長いと予想されており、ユーザーにとっては有利ですが、遠い将来には交換用ランプの市場を縮小するため、メーカーにとっては影響を与えるでしょう。[17]

人間の概日リズムは光源の影響を受けることがあります。[110] [111]日光の有効色温度は約5,700K [112]（青白色）ですが、タングステンランプは約2,700K（黄色）です。[113]概日リズム睡眠障害のある人は、光療法（日中に強い青白色光に曝露する）や暗療法（夜間に青みがかった光を減らすために琥珀色のゴーグルを着用する）で治療されることがあります。[114] [115] [116]

一部の団体は、夜間に青白色のランプを使用しないよう推奨しています。米国医師会は、市街地の街路照明に青白色のLEDを使用することに反対しています。[117]研究によると、LED街路照明への移行により、 HPSランプよりも飛翔昆虫が48%多く誘引され、直接的な生態系への影響だけでなく、港湾地域へのマイマイガの誘引増加といった間接的な影響も引き起こす可能性があります。[118]

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  118. ^ Pawson, S.; Bader, M. (2014年10月). 「LED照明は色温度に関わらず光害の生態学的影響を増大させる」. Ecological Applications . 24 (7): 1561– 1568. Bibcode :2014EcoAp..24.1561P. doi : 10.1890/14-0468.1 . PMID  29210222. 2017年1月6日閲覧.

さらに読む

  • E. Fred Schubert (2006). 『発光ダイオード』 ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-1-139-45522-0。
  • クリゲル、A;ベルドゥゴ、M;ピカード、E;レヴィ＝ブクリス、R;ジャーダン、私。ジョネット、L;デルニゴゴシアン、M;アンドリュー・ソレル、C;トッリリア、A;ベハール・コーエン、F (2016)。 「さまざまな光源、プロトコル、ラット系統を使用した光誘発網膜損傷により、LED 光毒性が明らかになりました。」(PDF)。神経科学。339 : 296–307。土井:10.1016/j.neuroscience.2016.10.015。PMID  27751961。S2CID 1619530  。
ウィキメディア コモンズには、 LED ランプに関連するメディアがあります。
  • e-lumen.eu – 欧州委員会による第2世代省エネランプに関するウェブサイト（2009年12月12日アーカイブ）
  • AMAの警告を受けて、一部の都市ではLED照明の見直しが進んでいる（2016年9月25日） –ワシントンポスト