連 載

新技術調査レポート

LED 照明の現状と課題、今後の展開（一財）建築コスト管理システム研究所・新技術調査検討会

策並びに、全照明域へと今後急拡大が予想される

１ はじめに各種LED照明器具の動向について述べます。

白色発光ダイオード（以下、LED）は “21世紀２ LED 照明器具の課題と改善策のあかり” と言われ、1996年の誕生以来16年が経過しようとしています。前回『建築コスト研究』（１）器具光束と総合効率の向上

2010年10月 号 に「LED照 明 に 関 す る 調 査 報 告 」

白 色LEDモ ジ ュ ー ル は、 ベ ー ス で あ る 青 色としてLED照明について紹介しましたが、ここLEDチップの発光効率の向上や、光学的な損失２年の進歩には目覚ましいものがあります。加えの軽減（モジュール内での光取出し効率の向上）て、東日本大震災以降の節電の流れで、急速に市及び、LEDモジュールの放熱技術の向上により、場に広がる様相を見せており、本格的にLED照

図2.1の白色LEDの技術ロードマップに示すよう明の時代が到来しようとしています。に、2012年時点で160ルーメン／Ｗを超える発光LED照明が期待されている理由には、次に示効率のモジュールが量産されるようになりましす従来の照明に無い特徴が大きく影響しています。

た。これに併せて器具組込み時の効率（器具効（１）急速な発光効率の向上

率）も100ルーメン／Ｗを超過し120ルーメン／Ｗ（２）長寿命（40,000時間以上）の製品も生産されるようになってきており、現行（３）光源としてコンパクト・軽量で省資源の最高効率の性能を有するHf蛍光灯器具を追い（４）点滅を行っても寿命に影響が無く、調越す勢いで器具効率の改善が進んでいます。
また、高出力照明用LED素子の開発も盛んに光・点滅が自在（５）赤外線・紫外線をほとんど含まない行われており、色温度より効率に差はあるもの（６）低温でも発光効率が低下しないの、各要素技術の進歩に併せて、210ルーメン／（７）環境に有害な物質（水銀等）を含まない

Ｗ以上の効率を有する白色LEDモジュールの出

LED照明は、魅力ある特徴をいくつも持って現も夢ではない状況に来ています。

いますが、反面、次に挙げる課題も持っています。
（１）器具光束と照明器具総合効率の更なる向上（３）色温度並びに演色性の改善と器具効率向上の両立

100（６）低価格化

500

器具組込み時の効率レベル率）

合効率（総光効

発時の込み器具（５）ノイズ、ちらつき対策

Hf蛍光灯ベース器具
銅鉄式蛍光灯ベース器具
蛍光灯ダウンライト

半用品のLEDの総合効率がHf蛍光灯を上回る

白熱灯器具

2007 2008 2009 2010・・・・ 2015
2012~3・・・・2020

出典：LED照明推進協議会資料及びパナソニック電工㈱資料より

本稿では、これらの課題に対する新技術や改善

建築コスト研究150

ベース照明の置換が可能に

高効率型LEDの発光効率

LED（４）色のばらつきの是正

40200

発光効率

（２）更なる長寿命化〔lm/W〕

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図2.1

白色LEDの技術ロードマップ

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樹脂

LED素子の高出力化に伴い、少ないモジュールで従来のLEDランプと同等の光束量を持ち、蛍光体消費電力の低減と低コスト化の双方を実現した製品も生まれています。また、大電流LEDにはLEDチップ欠かせない要素として、パッケージ内に多数のLED素 子 を 搭 載 し た 集 積 型LEDモ ジ ュ ー ル な

アルミ基板

どの新しい技術も開発され、更に高効率な白色（a）従来のパッケージの構造LEDモジュールが生まれています。集積型LEDモジュールは大きな素子を一つ搭載するよりも、小さな素子を多数搭載する方が、色のバラツキも蛍光体軽減されると共に、発光面積も大きくとれるなどLEDチップのメリットも併せ持っています。
（２）更なる長寿命化

セラミック基板

LED素子は固体発光方式のため、従来の光源（b）劣化する樹脂を使用しない構造のようにフィラメントの劣化・断線などで不点灯

図2.2になることはありませんが、使用材料の劣化など劣化する材料を使用せず長寿命化を図った例

により点灯時間に沿って光量が減少していきます。LEDの寿命についてはJIS C 8105-3:2011「照明器具-第３部：性能要求事項通則」の中でLED使用したパッケージ構造を、樹脂に変えて劣化のモジュールの寿命について「点灯しなくなるまで少ない蛍光体にて封止する構造に変えるなど、更の総点灯時間又は全光束が、点灯初期に測定したなる長寿命化を図る研究開発が進んでおり、これ値の70％に下がるまでの総点灯時間のいずれか短により40,000時間を大幅に超える60,000時間超のい時間」と定義されています。

LEDモジュールも作られるようになっています。

LEDモジュールの劣化の主な要因は、封止樹脂が熱や紫外線などで劣化し透過率が低下するた（３）色温度と演色性の改善と器具効率向上の両立

一般のLED照明器具は、三波長蛍光ランプにめですが、図2.2に示すように従来の封止樹脂を120
10080

演色評価数

604020

Ｋ社 高演色LEDランプ（Ra92）

0Ｋ社 中演色LEDランプ（Ra85）−20Ｋ社 一般LEDランプ−40R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12R13R14

建築コスト研究

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R15

演色評価試験色
図2.3

一般、中演色、高演色の各LEDランプの演色評価数

41

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100

9,000

90

8,000

80

7,000

70

6,000

60

5,000

50

lm 4,000

40

3,000

30

2,000

20

FDL27W
相当

1,000

10

平均器具
光束（lm/W）

0

FHT42W-4相当
FHT57W-3相当
FHT42W-3相当

器具効率％

器具光束

10,0004000

3500

FHT42W
相当
FHT32W相当

05000

FHT42W-2相当

2800

色温度Ｋ

図2.5

ダウンライト形LED照明の色温度と平均器具効率

1.0

相対エネルギー分布0.8

現行品
LDR14L-W
Ra80

演色性重視タイプ
LDR19L-D-W
Ra90

0.60.4

余分に放射されている可視光

0.2

図2.4

青色発光ダイオード素子と黄色蛍光体の組合せで作る白色光スペクトル

0400400600700800波長（nm）比べて演色性が良くないと言われています。図2.3に一般LEDランプと、中演色性、高演色性の（a）可視選択吸収フィルターを採用し不必要な光を吸収して高演色性を得ている例
青色LED素子と黄色・赤色蛍光体各LEDランプの演色評価試験色での演色評価数1.0をグラフにしたものを示しますが、一般LEDラＲ１、Ｒ８～Ｒ10の暖色系の演色評価数が低い傾向にあり、平均演色評価数（Ra）でもRa70と低い値になっています。
一般照明用に使用される白色LEDモジュール
は、青色LED素子の発する青色光と黄色蛍光体によって励起・変換された黄色光との合成光であり、図2.4に示すように、この２つのスペクトラムの強さにより色温度が決まってきます。一般的には黄色蛍光体に２種類以上用いる方法を採用し、（b）の黄色蛍光体シート変換光スペク

発光強度／相対値

ンプは中演色性・高演色性LEDランプに比べて電球色相当
0.8

青色LED素子と緑色・赤色蛍光体0.6

高演色0.40.2

白色0青色LED素子と緑色・赤色蛍光体

400450500550600650700750

波長（nm）（b）照明用LEDモジュールの発光色バリエーション
図2.6

照明用LEDモジュールの演色性を改善する技術（例）

トルの幅を維持していますが、黄色蛍光体の量のが示されています。蛍光ランプで主流の白色が多いとLEDの発光が阻害され発光効率が低下（4,000Ｋ）や、落ち着いた雰囲気を作り出す温白する要因になるため、器具効率を優先するタイ色・電球色での器具効率の向上が課題となっていプのLED照明器具は青色のスペクトラムが強くます。

色温度が高い傾向にあります。図2.5は全般照明

演色性を改善する方法として図2.6の（a）に、可に使用するダウンライト形LED照明の色温度と視選択吸収フィルターを採用し、450nm付近（青）平均器具効率の一例ですが、色温度5000K（昼白と580nm付近（黄）の光を吸収し、全体の分光分色）のLEDランプの器具効率が一番優れている

布バランスを適正化する方法により、高い平均演42

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色評価数を得ているメーカーの例を示します。こLEDモジュールの不適合品が減らず、コスト低の方法により平均演色評価数Ra90以上の高演色減に繋がらないため、青色LEDチップの製造工数値を確保し、自然な色を再現しています。一程でのばらつきをランク分けして、それに合わせ方、図2.6の（b）に青色LEDから緑色及び赤色の光て黄色蛍光体の量を調整することにより、色温度を作り出す蛍光体の開発を進め、青／緑／赤の光のばらつきを蛍光灯並みの5SDCM※１） 以内を目の３原色を発生するLEDモジュールを開発して指しているメーカもあります。

平均演色評価数Ra90のLED照明を製品化してい※１）5SDCM：基準監督者が等色と判断する色温度範囲。

る例の発光スペクトルを示します。双方とも演色性を改善するために光の吸収や蛍光体の量を増や（５）ノイズ及びちらつき対策

す等の方法を採用するため、LEDの発光が阻害

LED照明器具の電源装置はスイッチング電源され発光効率が低下するなど、演色性の向上と器を使用している場合が多く、未対策だとノイズが具効率の向上は相反する関係にあり課題となって発生する可能性が高くなります。LED照明器具

います。

は電気機器製品でありながら、一部の機器（別置CIE（国際照明委員会）では用途に応じた平均のLED電源ユニット、電気スタンド、庭園灯器

演色評価数の基準を設け、光源の演色性に対して具等）を除いて電気用品安全法の規制対象外でも一定の要求を行っています。また、JIS Z 9110-あったために、電磁放射対策に関してはメーカー2010の照明基準総則では長時間執務を行う事務所の自主規制に任せている状態でしたが、電気用品等ではRa80以上が規定されており、照度基準を安全法施行令改正（平成23年７月６日公布、平成満足するだけでなく、光の質の向上も求められて24年７月１日施行）により規制対象品として追加おり、演色性の向上は照明器具にとって必要な要され、基準を遵守することが求められています。

件となっています。

また、平成24年１月13日改正された電気用品の技術上の基準を定める省令では、「一般照明に使（４）色のばらつきの是正用するLEDランプ又はLED照明器具にあっては、白色LEDモジュールは、製作時の複雑かつ微光出力はちらつきを感じないものである事」と定妙な工程をもつ半導体製品であるため色のばらつめられました。当初のLEDランプなどには、廉きが生じ、複数個の白色LEDモジュールで一つ価な定電流ダイオード方式の制御装置が多く採用の面を照らすようなウォールウォッシャーやコーブ照明などでは、白色LEDモジュール毎の色の違いが見えやすく、違和感を覚えるだけでなくク時間
時間

チップと黄色蛍光体を用いる白色LEDモジュー
長ばらつきや黄色蛍光体量のばらつきが原因で、色温度に大きなばらつきが生じるのは止むを得ないことですが、メーカーでは色温度のばらつきの少ないLEDモジュールを得るために、完成品の色温度を測定して適合品を選別する方法や、蛍電圧

電圧

レームの原因になることもあります。青色LED
ルでは、製造過程で生じる青色LEDチップの波（3-1）
定電流ダイオード方式の波形（脈流）（1）交流の波形（正弦波）※廉価なLED照明に多く使用され、完全に点滅しているため、ちらつきが気になる。

（3-2）
スイッチング電源による波形（平滑回路後にリップルが残る）（2）全波整流回路による波形

電圧

電圧時間

時間
※一部の４線式調光タイプのダウンライト形LEDやベースライト形LEDはリップル（脈流）が残り、ちらつきを感じるものもある。

（3-2）
スイッチング電源による波形（完全な直流波形）
電圧

光体を封止樹脂と共に成形して一定の厚みにする方法を採用して、色温度のばらつきを極力抑える努力を行っています。しかし、この方法では白色時間※外付の制御装置や調光しない制御装置は、ほぼ完全な直流波形のものを選定する。

図2.7 定電流ダイオード方式とスイッチング電源方式の電圧波形

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されており、図2.7の電圧波形図に見られるよう35,000に脈流による点滅がちらつきに見える製品が多く30,000見受けらましたが、最近はスイッチング電源が主イッチング電源でも平滑回路で除ききれない波形の乱れ（リップル）が残る場合があり、今回の改正並びに制定により非対策品や粗悪品については淘汰されて行くものと考えます。

FHT32W相当品
IL100W相当品

25,000IL60W相当品

実勢価格︵円︶流になっており改善傾向にあります。しかし、ス

FHT42W相当品

IL40W相当品

20,00015,00010,0005,00002008年４月（６）低価格化

LED照明器具にとって最大の課題はコストです。現時点でもLED の長寿命化による光源の交換コストや、高効率化による節電効果を考慮すると、ランニングコスト面では白熱灯・電球型蛍光灯器具に十分勝り、直管形Hf蛍光灯器具に肩を図2.8

2009年12月

2012年４月

最近のダウンライト形LED照明器具の実勢価格推移があります。

３

LED 照明器具の種類とその動向について並べようとするレベルまで達しつつありますが、LED照明は半導体材料からなる固体光源であ初期コストでの割高感は依然として存在します。

り、コンパクトで軽量であるため点光源として扱

しかし、液晶テレビ用バックライトにもLEDモう事ができ、様々な建築空間にマッチした器具デジュールが使われだしたことにより、膨大な数のザインが可能です。点光源を追及したものや、面LED素子が量産されるようになり、大量生産を光源の利点を生かした器具など幅広い種類の器具実現するための生産技術の進歩など、この相乗的が考えられますが、従来の照明器具の代替といっな量産効果により、更なるコストダウンが進んでた製品が主流で、LED照明の特性を生かした器いるのも事実です。また、技術面では前述のよう具はこれからというところです。図3.1に示すよに、LED素子の発光効率の向上や集積型LEDモ

うにダウンライト形からスタートしたLED照明ジュールの開発で、少ない素子・モジュールで従器具が、従来器具を置き換えるのに遜色のないレ来の器具の代替が可能となり、その分コストダウベルまでラインナップして来ています。

ンにつながっています。
LED照明器具が全般照明の代替器具として取（１）ベースライト形

り沙汰される先駆けはダウンライト形です。当初

ベースライト形は大別するとスクエアタイプとは廊下など演色性を重視する必要のないところでストレートラインタイプに分かれます。スクエア採用されたこともあって、演色性よりも発光効率タイプでは350角、450角、600角と建築材との整が重視され、ランニングコストを含めたトータル合性などの観点から従来の蛍光灯器具同様のサイコスト面で比較的高くないイメージでの価格設定ズのものが主流になっています。同様にストレーがされたこともあって、普及につながって行きまトタイプに於いてもスムーズなリニューアルに対した。このダウンライト形をきっかけに、現在は応出来るように、現行の蛍光ランプ器具と同系のベースライト形やスポットライト、更には屋外器寸法を採用するケースが多く見られます。

具に展開している最中です。図2.8にそのきっか

また、器具の分類面では、長寿命の観点からけとなったダウンライト形LED照明器具の2008

LEDランプの交換を意識しないLEDランプ一体年以降の実勢価格推移を示します。2009年には大形と、既存の蛍光ランプ器具や白熱灯器具と同様きく下落し、最近の低価格化には目を見張るものにランプを交換する事が可能なLEDランプ交換

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形など、従来の照明器具に匹敵するLED照明器具のラインナップが整いつつあります。
（２）投光器形や高天井器具形など高出力器具について４ まとめ
白色LED が登場してから約16年が経過しまし

多量の器具光束が要求される投光器形LED照たが、その性能は向上し続けており、LED照明

明器具については、器具光束が30,000ルーメン超の応用用途は拡大の一途をたどっています。一方級の器具が開発され、HIDランプの弱点であったで期待に応えるための高演色性・高効率化・長寿光束が安定するまでの時間や再点灯までの時間が命及び低価格化等の様々な課題が現れていること

不要な特性を生かし、スポーツ照明などに採用さも事実です。しかし省電力・節電ニーズの高まりれてきています。照明範囲外への余分な光を抑制から、白色LED照明に対する期待は大きいものすることが可能で光害抑制や、省エネかつランプあり、これらに応えるための技術開発が更に進交換不要のLED特性を生かして、幅広い範囲のみ、これらの課題を乗り越え、LED照明が更に屋外照明などに今後積極的に採用されて行くと考進展することは間違いありません。また、光源のえられます。また従来光源では出来なかった５全てを半導体で構成できるため、デジタル制御に～ 100％の連続調光を生かし、薄暮などの間引きよる省エネ性・快適性・安全性などの新たな付加点灯が必要な場合でも均斉度を保ちながら省エネ価値を見出すことも可能です。LED照明は、既が可能な利点も併せ持っています。また、同様に存光源からの置き換えに加え、新たな照明市場を多量の器具光束が要求される高天井器具について切り開きながら、21世紀の明かりとしてますますは、40,000時間を超える長寿命であることからラその用途が広がっていくものと期待されます。

ンプ交換を意識する必要が無く、ランプ交換のた［参考資料］

めの昇降装置などの付属機器が不要である利点が注目されています。

パナソニック㈱エコソリューションズ社

資料及びカタログ

東芝ライテック㈱資料及びカタログ
シャープ㈱資料及びカタログ（３）住宅向け照明器具について住宅向けでは明るさだけでなく光色もシーンに合わせて可変できるシーリングライトやダウンライトが開発され、従来の光源では不可能だった視環境が作れるようになってきています。
また、点光源・面光源双方の特徴を生かし、１室１灯の平面を重視するあかりから、１室複数灯の立体的なあかり演出する手法も考えられるようになって来ています。
図3.1

LED照明器具の種類

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