基礎
講
座

照明用LEDモジュールの最新動向

１．はじめに
一般的にLED照明とは、発光ダイオード（LED）を使用した照明器具と言います。1990年代に青色発光ダイオードが開発されて以降は、LEDによる白色光照明の実用可能性が高まり、局部照明を中心に徐々に市販製品が登場してきました。短期的には、省電力で長寿命だが高価格とい

図−１

青色LED＋黄色蛍光体の発光スペクトル

う点で従来の白熱電球を置き換える電球形蛍光灯と同じような位置付けにあり、長期的には今後の技術開発に伴う価格と消費電力の低下によって直管型蛍光灯を含めた従来型照明器具のかなりの割合を置き換えるものと期待されています。本稿では、照明用LEDモジュールを構成するために基本となる「照明用LEDデバイス」およびLED照明器具の主要部品

図−２

青色LED＋緑色・黄色・赤色蛍光体の発光スペクトルとなる照明用LEDデバイスで構成された「照明用LEDモジュール」
に関し光源に比べるとずっと狭く、単一の発光させる方法をとります。
（蛍光て、現状の最新動向について報告しLEDで白色光を出すことはできませ

体は波長が元の光より長くなり、短ます。

ん。２色（互いに補色：青＋黄赤

波長である青色LEDの発明により初＋青緑等）
または３色（光の三原色：めてLED照明は現実的になりまし赤・緑・青）の光源を組み合せて白た。）
白色LEDは青色LEDと黄色発光

照明用LEDデバイスに求められる色にしています。別の方法として青体を組み合せたものが最も普及して技術的ポイントは、「発光効率」「明色LEDに蛍光体を使用し擬似の白色いるが演色は優れません
（図−１

るさ」
「 放熱」
「 寿命」
「 演色性」の要素

光に変換することもできます。蛍光Ra＝60〜80）。演色性が必要とするとなります。

体の帯域は広く、帯域が広いほうが照明には青色LEDと赤色・緑色・黄

またLEDの白色発光について少し演色性に優れるため、LED照明には色発光体を使って高演色性を実現し述べると、LED素子の帯域は在来の青色LEDに蛍光体を励起させて白色ています（図−２

２．照明用 LED デバイス

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Vol.172 2011. 1Ra＝90以上）
。

セミナー

しかしながら、複数の蛍光体を用いた高演色LEDは低演色LED（青色発光LEDと黄色蛍光体の組み合せ）に比べ発光効率は20〜30％低下する傾向があります。
その他発光効率の向上、価格、寿命、照明製品としての機能評価など克服すべき課題があるが、次世代のあかりとして最も有力な光源になっています。
２．
１ 発光効率図−３ 発光効率（白色）のロードマップ

発光効率（Luminous efficacy）はある照明機器が一定のエネルギーでどれだけの明るくできるかを表す指標です（単位は、単位電力あたりの全光束 lm/W（ルーメン毎ワット）で表します。
）。人間の目は同じエネルギーの光でも波長によって明るさが変わるため、波長ごとに視感度で重みづけされています。単位は、単位電力あたりの全光束 lm/Wで表しエ
ネルギー保存の法則により発光効率が683lm/Wを超えることはありません。また、人間の目は緑色-燈色

図−４

樹脂パッケージを用いた高放熱デバイス

付近の波長を明るく感じやすく、ナトリウムランプや高圧ナトリウムラ

２．
２ 明るさを効率よく放熱する必要がありま

ンプの発光効率が高くなっており、「発光効率」「明るさ」についてLEDす。LEDパッケージの放熱を高める単位の定義上最大値となる683lm/電球（光束：300lm

電力：５W）の手段として、高価な高放熱パッケー

Wは黄色単色光源によってしか実現設計で考えてみます。100lm/Wの低ジ（セラミック、アルミ）を使用するできません。白色光源は視感度の低電力パッケージLEDにチップサイズ方法、安価な低放熱樹脂パッケージ

い赤色や青色などを含まなければな0.35mm角を実装し順電流20mA

順に高熱伝導放熱板との組み合せを使らないため、仮に全エネルギーを可電圧3.2V（電力：64mW）で約80pcs用する方法があります。後者はLED視光にできたとしても683lm/Wよ以上のLEDが必要になります。これを実装する基板に放熱機能が必要とりも大幅に小さい値となります。

では実装スペースがなく製品になりなります。例として安価な低放熱パ

白色LEDにおける発光効率の技術ません。この様にLED照明の光学設ッケージ＋高熱伝放熱板を図−４に開発動向として、LED照明推進協議計は、光源実装スペース・発光効示します。

会から発光効率ロードマップ図−３率・明るさの３つの条件を最適化すが示されています。2015年頃にはることが必要となります。

的に照明光源となると推測されます。に安価な樹脂（ジェネスタ等）を使用し、LEDチップを放熱するために、150lm/Wの効率となり、蛍光管同等の効率で照明光源としてLEDが本格

本デバイスの特長は、パッケージ２．３ 放熱パッケージ底面が放熱板となっていLEDデバイスの信頼性を高めるたます。充填樹脂には、パッケージとめには、LEDチップから発生した熱密着性があるシリコン系樹脂を使用

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しており長寿命を実現しています。

色：Ra（ ８種類）と特殊演色評価色の、丸型、ライン型、面型と様々なフレームは６端子で、0.5mm角程度（７種類）の合計15の試験色を試料光形状にできることにより、今まで照の中電力LEDを複数実装できる構造源と基準光（JISが定める自然光に近明が困難とされてきたような空間にです。また、ツェナーダイオードをい色）とのずれの大きさを数字にしまで照明が実現できるようになりま実装しており、静電気耐圧向上を実たものです。基準光で見たときをした。

現しています。

「100」として、試料光源で見たときまた、LEDの長寿命を生かした、の演色性の色ずれが大きくなるに従光源交換レスを前提にしたモジューって、数値が小さくなります。つまルが一般的となっています。

２．
４ 寿命
LEDは固体発光方式のため、従来り、演色性が「よい」ランプ・電球はの光源のようにフィラメントの断線演色評価数が大きく、逆に演色性がにより不点灯になることはほとんど「わるい」ランプ・電球は演色評価数LEDによる照明が実現化してきた起こりません。使用材料（パッケーが小さくなります。高演色LEDと従中で、LED光源基板も以下のようなジ樹脂、充填樹脂、LEDチップペー来型LEDの演色評価指数例を図−５変化を遂げてきました。

スト）の劣化などにより、点灯時間に示します。の経過に沿って徐々に光量が減少します。LEDの寿命は、一般照明用

３．１

LED光源基板

当初、白色砲弾型LEDをガラスエ

３．照明用 LED モジュール

ポキシ基板に並べて実装し、簡易な電源回路で点灯する方式から始まLEDモジュール−性能要求事項（JIS

照明用LEDモジュールとは、前述り、薄型で放熱にも有利な面実装型

C 8155）の3.13項のLEDモジュールの照明用LEDデバイスを配線基板にLEDを実装したもの、さらに高光の寿命で「全光束が点灯初期に測定実装した集合体のことをいい、電源束・大電流に対応した照明用デバイした値の70％に下がるまでの総点灯装置を組み込んだ形態のものや、用スを、放熱を考慮したアルミベース時間」と記載されています。

途に合せたケーシングをしたものが基板へ実装したものへと変化してきあります。

ました。

２．
５ 演色性

従来光源（蛍光管や電球）のサイズ

放熱を効果的に行うための基板に放電灯の光である物体の色を見たに制約を受けることなく、LEDの配ついては、材質だけでなく金属を積場合に太陽光で見た色と異なること

置により、小型のものから大型のも層したものや埋め込んだものなど、に気づきますが、それは物の色には二通りの見え方があるためです。物の色はその物が発光体として物自身が光を放出しているものと、他の光源からの光を受けてその光の一部を吸収、その残りを反射しているものがあり、後者の場合、光源の光に含まれる光の成分（スペクトル）が変化すると同じ物体の色でも見える色が変化します。このように物の色は一定ではなく受ける光によって変化するのです。一般に、太陽光線で見たときとの色の見え方の差が大きいと演色性が悪く、その差が少なければ演色性が良いと評価されます。
２．
６ 演色評価指数
演色評価数とは、平均演色評価

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図−５

高演色型と従来型の演色評価数

セミナー

多くの工法が生み出されました。

目的としたものについては、小さなれるようになってきました。

現状、照明用デバイスを基板の性表面積で放熱効果を高めることが必

また、寿命の観点から電解コンデ能によって、そのモジュールの性能要となり、筐体表面に特殊なアルマンサレス電源が注目を浴びていまが決まってしまうことが多く、製品イト処理を施したり、放熱塗料によす。

としての特徴が出しにくいものとなる塗装を施す技術が取り入れられてってきたため、最近の光源基板は、います。

配線を施したアルミやセラミックのまた、比較的発熱量の少ないLED基板の上に直接LEDチップをダイ・

光源基板を用いる場合は、射出成型

ワイボンディングし、蛍光体を練っで安く大量に生産可能な、放熱性をた樹脂でLEDチップをコーティング高めた樹脂筐体などが注目されつつするCOB（Chip On Board）方式が用あります。

照明用LEDモジュールとしての発光効率を高めるためにも、電源装置の効率は大きく影響し、無視できないものとなっています。

４．おわりにLED照明が普及し始めた現在、前LEDが長寿命であるが故、モジュ述のような技術課題が急速に解決さCOB方式は、放熱の効果だけでールの使用環境は様々で、防水性、れ、求められている「光の量」（ 明るなく、構成部材やリフロー工程の削耐候性、耐熱性等を、筐体の材質やさ・光束）については、各社がほぼ減などのメリットもあります。

構造で実現する必要があります。

横並びとなりつつあります。

いられます。

今後においては、色のばらつきや
３．
２モジュール筐体

３．
３ 電源装置

演色性、適した配光といった「光のLED光源基板から出た熱を早く伝モジュールに組み込まれる電源装質」についての特徴や優位性を求めえ、そして、放熱するために、モジ置は、定電流回路や各種保護機能をられる段階がやってきたのではない

ュールの筐体は表面積を大きくする有したものが大半をしめており、近かと考えます。

ためのフィン構造を持ったアルミな

年、これらの機能を１つのICと少数どを用いるのが一般的といえます。の付加部品で実現可能としたLED照

しかしながら、軽量、且つ小型を明電源用ドライバICが多く発売さKensetsu Denki Gijyutsu

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