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LEDについて

科学技術リテラシー

LEDについての整理

  • 今日、大学院の講義でプレゼンがあったのだが、その中で触れられていたLEDに関する事柄を全く理解できず（発表言語が英語というのもあるだろうけど）歯痒い思いをしたので、自分なりに整理してみる。
  • 当方文系なので、理科の基本的な事項についても整理を行っている。
  • 同じような境遇の方にとって参考になれば幸い。
  • 内容に間違いがある可能性は当然あるので、そこは自己責任で。（情報ソースをつけているので、そちらも参照していただければ）

LED（Light Emitting Diode） とは

  • LEDとは、Light Emitting Diodeの略で、字の如く「光る半導体」を意味する1。
  • 赤・橙・緑黄・白・青などの色に光る。
    • なお、「青色」に光るLEDの開発は従来より技術的に不可能であるとされてきたが、赤﨑勇終身教授、天野浩教授、中村修二教授の３名の日本人研究者によって開発された2。
    • 2014年のノーベル物理学賞は当該3名に贈られた。

LEDの特徴は5点

  • 以下、前述の参考文献1(環境省ページ)で紹介されている内容をそのまま引用。
  1. 寿命が長い。
  2. 人には見えない紫外線や赤外線をほとんど含まず、可視光が効率よく得られ、紫外線による商品の退色や赤外線による熱的ダメージを軽減することができる。
  3. 少ない消費電力で明るく点灯するので効率が高い。
  4. 低音でも瞬時に点灯する。
  5. LED照明は環境負荷物質（水銀や鉛など）を含まない。

白熱電球・蛍光灯との違い①：寿命（コスト）

  • 大塚商会のサイト3、下記のように説明されている。
  • 白熱電球の寿命：1000~2000時間程度
  • 蛍光灯の寿命：13000時間程度
  • LEDの寿命：40000時間程度
  • （コスト）としたのは、取り替え頻度を最小化できるという意味で単価そのものはLEDが高いものの、長期的な費用で見ると安上がりになるためである
  • 実際に経済産業省の資料4によれば、下記のようにまとめられている。
    • 「白熱電球」と「LED」は、約5ヶ月でコストが逆転（LED > 白熱 → LED < 白熱）
    • 「電球型蛍光ランプ」と「LED」は、約3年でコストが逆転（LED > 電球型蛍光ランプ → LED < 電球型蛍光ランプ）

白熱電球・蛍光灯との違い②：反応速度

  • LEDの反応速度はこの3者の中ではダントツに速い。
  • power academyによれば5、LEDの反応速度は白熱電球の約1000倍であるという。
    • 株式会社インプレスの記事では6、約0.2秒程度とされている。
    • また、同記事によれば、蛍光灯の場合は更に遅いと指摘されている。

LEDの種類

  • LEDは、「LED照明器具」と「LEDランプ」に分類される。
  • LED照明器具：器具と光源が一体化しているタイプのLED
  • LEDランプ：ランプ（光源）のみのタイプのLED

LEDの省エネ効果

  • 経産省資料をもとに整理する。
  • そもそも、LEDが重要視されているのは、家庭部門におけるCo2排出量を削減できる可能性があるため。
    • 照明器具の消費電力量は家庭全体の約1.5割を占めるとされている。
    • また、LEDは発熱量が少ないので、空調の効率化という観点でも望ましい。
  • LEDは、発光効率が白熱・蛍光灯よりも優れている。
    • この資料は2012年時点のものではあるが、当時の技術水準で白熱電球の約6倍、蛍光ランプの約1.3倍であるとされている。
    • なお、発光効率は次式で求められる7。
    • 全光束（ルーメン、単位はlm）÷ 消費電力（ワット、単位はW）
    • つまり、1Wあたりどの程度部屋を明るくできるか？という指標が発光効率である。

（補足1）：白熱電球・蛍光灯とは

  • 念の為、白熱電球・蛍光灯を一言で下記に整理しておく

白熱電球

  • フィラメントに電気が通ることで発光する照明

蛍光灯

  • 蛍光管と呼ばれる管が電気を流すことで発光する照明

（補足2）：ワットとは何か（ざっくり）

  • 以下、loopでんきのページを参考にした8。
  • ワット(W)
    • 一定時間内に消費される電気エネルギー。すなわち「消費電力」
    • ワット数が高いほど「大きな電気エネルギー」を持つ。
    • w = A * V = 消費電力量 = 電流（電気が流れる量）* 電圧（電気の強さ）という関係式がある。
  1. いまさら聞けない！LEDって何？. Cool Choice. (2023.06.06 最終閲覧). https://ondankataisaku.env.go.jp/coolchoice/akari/archives/160707_2.html↩
  2. 不可能と言われた技術に挑戦 青色発光ダイオードを実用化. 国立研究開発法人 科学技術振興機構. (2023.06.06閲覧）.https://www.jst.go.jp/seika/bt47-48.html↩
  3. LEDと蛍光灯と白熱電球の違い. 大塚商会. (2023.06.06閲覧). https://www.otsuka-shokai.co.jp/products/led/knowledge/comparison-illumination-type.html↩
  4. LED照明産業を取り巻く現状. 経済産業省. 2012.11.29. （2023.06.06閲覧）. https://www.meti.go.jp/committee/summary/0004296/pdf/001_05_00.pdf↩
  5. 第9回LED照明のメリット/デメリットいま流行(はやり)のLED照明とは、何もの？.(2023.06.06閲覧).https://www.power-academy.jp/electronics/familiar/fam00900.html↩
  6. 第4回LEDは速い!!何がッ!?応答速度が!!!.株式会社インプレス.(2023.06.06閲覧)https://www.watch.impress.co.jp/headline/extra/2010/led/stapa4.html↩
  7. LEDの発光効率とは.mycraft.(2023.06.06閲覧).http://www.my-craft.jp/html/aboutled/led_kouritsu.html↩
  8. アンペア・ボルト・ワットの違いと消費電力の計算方法. loopでんき. (2023.06.06閲覧）. https://looop-denki.com/home/denkinavi/energy/electricity-en/watt/↩