LEDってなに?

LEDとは?

最近の信号機やビル壁面の大型テレビモニタ、夜を彩るイルミネーションの明かり。これらに使用されているものがLED(発光ダイオード)です。

LEDと電球の違い

LED照明は従来の60Wの電球と比較して、電力消費量は約1/3~1/10で済みます。
また、電球は球切れという問題がありますが、LEDの寿命は電球の数十倍長持ちしますので、信号機の様に切れては困る製品の光源に最適です。

LEDの発光原理

LEDは電気を通すと発光する半導体の事で、「Light Emitting Diode」の頭文字をとってLEDと呼ばれています。
ダイオード(半導体)は電気を通しやすい「導体」と電気を通さない「絶縁体」の中間的な性質をもっています。
具体的には電流を一方向にしか流さない整流作用を持つ電子素子、となります。

LED素子はP型(正孔)とN型(電子)の2種類の半導体が接合されたもので、素子(チップ)に順方向の電圧をかけると電子と正孔が素子中で移動して電流が流れます。移動中に電子と素子が再結合した際に放出した余分なエネルギーが光になります。
半導体の中で電気エネルギーが直接光になるので、LEDは電力の光変換効率が高い発光体です。

LEDの光変換効率

従来光源である白熱電球は、入力エネルギーのおおよそ10%程度が光になります。蛍光灯で約25%です。
LEDは蛍光灯と同様に25%程度の変換効率ですが、今後は35%に向けての伸びが期待されています。
これは、LEDの発光原理が白熱電球とは全く異なり、ルミネッセンスと呼ばれる発光を行っているからです。
LEDは白熱電球と比較して、極めて低い電力で多くの光を出すことができます。
10WのLED照明でも60Wの一般照明用電球を超える光量を出しています。

既存光源との比較

LEDと既存光源の光学特性についてを比較しました。

LEDは青色LED素子と黄色発光蛍光体を組み合わせた2色発光の白色LEDを用いたLEDパッケージ。既存光源は白熱電球、蛍光ランプ(直管型)、HIDランプ(メタルハライドランプ)とします。

  LEDパッケージ 白熱電球 蛍光ランプ HIDランプ
発光強度(全光束) 300~800 lm(入力6~10W) 800 lm(60W) 3,100 lm(40W) 40,000 lm(400W)
発光効率(ランプ効率) 70~100 lm/W 17 lm/W 68~84 lm/W 100 lm/W
エネルギー変換率(可視光) 27~38% 8~14% 25% 20~40%
発光スペクトル 約470nmと575nmに2つの山 400nmから700nmまで単調に増加 蛍光体の二つの山と440nm、550nm、570nmの水銀の輝線が重なる  
色温度 2,600~6,500K 2,400~3,000K 4,200~6,500K 3,800~6,000K
演色性(平均演色評価数) 70~85 100 60~80 65~70
寿命 40,000時間 1,000時間 12,000時間 12,000時間
発熱 熱損失 60~70% 熱損失+赤外放射 90% 熱損失+赤外放射 75% 熱損失+赤外放射 80%
応答性(電源投入から定常点灯に至る時間) 100ナノ秒以下 0.15~0.25秒 1~2秒 悪い(明るさ安定に数分かかる)
指向性 レンズ付き(砲弾型等)は指向性あり 等方性 反射板付は指向性あり 等方性 反射板付は指向性あり 等方性 反射板付は指向性あり
電流-光出力(光出力∝電流のn乗) 比例関係(やや飽和) nは1よりやや小 n=6程度 比例関係(やや飽和) nは1よりやや小 比例関係(やや発散) nは1よりやや大
温度-光出力 温度依存性 小 温度依存性 小 温度依存性 大
常温で最高効率に設計
温度依存性 小

LEDで省エネ

LEDは従来の白熱電球や蛍光灯、水銀灯と比べて様々なメリットがありますが、最大のポイントは「省電力」と「長寿命」となります。

LEDの発光効率は現在70~100lm/W、将来的には250lm/Wが期待されていますが、これは高効率蛍光灯の2倍以上の数字になります。

一般的なオフィスの蛍光灯を全て蛍光灯に変えると、

照明の電力使用量が約50%節減!
トータル電力使用量も約20%節減!

とっても省エネなんです。



LEDでエコ

LEDの寿命は蛍光灯の約4倍!交換の手間も半減!
しかも白熱電球や蛍光灯のようにいきなり切れる事もありません。

また、On/Offを繰り返しても寿命に影響はないといわれています。
とってもエコなんです!

従来光源にはないLED照明の5大メリット

1.コストダウンが出来る 長寿命 蛍光灯の約4倍、白熱灯の約40倍だから、電球そのもののコストと電球交換の手間(人件費)が軽減される。
省電力 平均的な蛍光灯の約半分の消費電力だから、電気代の節約につながる。その理由は高い発光効率(lm/W)にある。
現状で器具と合わせた総合効率は100lm/W~。近い将来250lm/Wまで上がると予想されている。
省スペース 従来の電球よりも器具の小型化・薄型化が可能なので、その分空間を有効につかえる。また、原材料の削減、輸送にかかるコストやエネルギーの削減、工事の省力化につながる。
2.調光機能 明るさを自在にコントロールできる 昼間は自然光を取り入れて照度を落とし、夜は照度を上げるなど明るさをコントロールしやすい。
光の波長をコントロールできる 光の波長を自在にコントロールできるため、人間や動物の生理的機能に適した調光が可能。
植物の生育を促したり、栄養価や味をコントロールすることも可能。
立ち上がりが早い 明るくなるまで時間を要さず、スイッチを点けると瞬時に明るくなる。 
※水銀灯は明るくなるまで数分かかる。
3.可視光線以外の光が少ない 高輝度 輝き(可視光線)が強く光が直進することから、遠くまでよく見える(視認性がよい)。屋外で使われる投光器やサインディスプレイに最適。
赤外線が少ない=空調負荷を軽減できる 赤外線(熱)が少ないため、室内温度や商品への影響が軽減される。同時に夏の空調負荷を軽減でき、CO2削減につながる。
紫外線が少ない=昆虫飛来を避けられる 照明まわりの環境を衛生的に保ちやすい。
4.水銀灯のリスクから開放される 水銀飛散のリスクがない 水銀灯や蛍光灯は地震や事故などで割れると周囲に有害物質の水銀が飛散する。LED照明なら水銀を使っていないので有害物質が飛散するリスクがない。
廃棄の際のリスクとコストの軽減 廃棄の際、水銀灯や蛍光灯は水銀を適正処理できる廃棄物処理業者に委託し、最終処分まで確認しなくてはならない。運搬には専用の容器が必要で、適切に処理できる施設は全国でも限られているため、処理費も割高になる。LED照明を導入すれば、将来破棄するときのリスクやコストを軽減できる。
5.防水構造 防水工損が容易なので、屋外や湿気・水気のある場所にも利用できる。

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