LED照明
なお、蛍光管が全方位に光を放射するのに対し、直管型LED照明はLEDの特性上一方向にしか光を放射しないため、指定された形の蛍光管を取りつけることしか想定していない既存の蛍光灯器具でこういった直管型LED照明を用いるのは光の性質上適していない。また、直管型LED照明は蛍光管に比べてかなりの重量増となり、ソケットなど蛍光灯用器具部品が損傷したり直管型LED照明がソケットから落下する危険性も高い。また、経年劣化が進んだソケットや安定器を残置する場合は、いくら長寿命の直管型LED照明を取り付けたとしても、その前にソケットや安定器の寿命を迎えて不点となる。そのため、東芝ライテック、パナソニックなど日本国内の有力照明器具メーカーは下記のJEL 801が制定されるまでは器具とLEDユニットを一体化した直管型蛍光灯用器具の代替たるLED照明のみを販売していた。
2010年10月、日本電球工業会は新たな規格として、「L形口金付直管形LEDランプシステム(JEL801)」を制定した。これは既存の蛍光灯器具で直管形LED照明を用いることの危険性を電球工業会が問題視し、また経済産業省から電球工業会に対して直管形LEDランプシステムの標準化の音頭取りをするように指導があったためである。そして、東芝ライテックとパナソニック ライティングデバイスなどはこの規格に適合するL形口金付直管形LEDランプシステムの製品の開発・発売を発表した。また、この規格の制定により、日本国内ではG13口金を用いる直管形LEDランプは規格外品という扱いとなったほか、2011年2月に改定されたグリーン購入法における環境物品等の調達の推進に関する基本方針においても、G13口金を用いたなど既存の蛍光灯と構造的に互換性を有する直管形LEDは、当面の間、グリーン購入におけるLED照明から除外されることとなった。
LED照明は長い製品寿命を持つため、1度顧客が購入すれば24時間点灯し続けても4年以上も交換する必要がない。このため従来の白熱電球や直管蛍光灯のような交換需要は小さく、各メーカーでは最初の販売機会を逃さないように注力している。
2014年3月には業界の先陣を切ってパナソニックが「白熱電球及び蛍光灯を用いる一般住宅向け従来型照明器具の生産を2015年度を以て終了し、今後はLEDへ完全移行する」旨を公式発表した(蛍光ランプ・電球型蛍光ランプ・一部白熱灯は交換用途に絞って生産を継続。2014年3月4日付の朝日新聞・日本経済新聞経済面記事にて報道。なお卓上型の電球及び蛍光灯器具と乾電池や充電式電池で駆動する蛍光灯アウトドアランタンは2011年限りで生産を終え、LEDへの移行完了)。こうした「脱蛍光灯」の動きは国内他社にも広がっている。なお白熱電球の生産は(一部特殊用途を除き)2012年度を以て国内メーカー全社が完全終了した。
東芝ライテック(一般家庭用シーリングライトと電球の生産は2019年より中国の雷士照明の日本法人である「NVC Lighting Japan」へ委託)
三菱電機照明(LED電球のうち「昼光色」は非生産。ボール型LED電球は生産終了。LED照明器具の一部製品は東芝ライテックへ生産委託)
日立グローバルライフソリューションズ(旧・日立ライティング。LED電球は2022年9月限りで、一般住宅向けLED照明器具は同年12月限りでそれぞれ生産を終え在庫品限りで販売終了。今後日立チェーンストールへ供給されるLEDの照明器具&電球はパナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明・大光電機・アイリスオーヤマなどの他社製品へ変更)
ホタルクス(旧・NECライティング。LED電球生産からは撤退したため、LED電球器具のランプはパナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
大光電機(LED電球器具のランプは非生産のため、パナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
コイズミ照明(LED電球器具のランプは非生産のため、パナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
アイリスオーヤマ(DCMホールディングス・ヤマダホールディングスへもOEM供給。この他、一部の家電量販店専売品も供給。LED電球のうち「昼白色」は非生産)
オーデリック(LED電球器具のランプは非生産のため、パナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
ツインバード(LED電球器具のランプは非生産のため、パナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
ヤザワコーポレーション(LED電球のうち「昼光色」は非生産)
山田照明(LED電球器具のランプは非生産のため、パナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明などから供給)
なおLED電球のうち「ミニレフ形(E17口金)」を生産している国内メーカーはパナソニック・朝日電器(ELPA)・オーム電機3社のみ。電球型蛍光灯専用ダウンライト器具対応「T形」はパナソニック・東芝ライテック・三菱電機照明・オーム電機・ヤザワコーポレーションが生産している。またコンセント・壁スイッチを自社生産している国内メーカーは現在パナソニック・東芝ライテック2社のみ。
シャープ(経営再建に伴うリストラの一環として2014年限りで撤退)
ローム(AGLEDブランドで展開。LED素子自体は引き続き生産しているが、LED照明器具は2016年にアイリスオーヤマに事業譲渡して撤退)
白熱電球のソケットに装着可能なLED電球は、価格競争などによって大幅に価格が下落した。LED電球は、製品寿命や消費電力を考慮すれば、白熱電球や電球形蛍光灯よりも低コストであると謳われているが、発売されてからまだ日が浅い商品であり、公称寿命として、各メーカーが謳う40000時間に、点灯・消灯の繰り返しや連続点灯が、寿命に関わる劣化にどう影響を与えるかは未だ検証可能な個体が少なく、未知数である。明るさや照射範囲などは型式によって違いがあり、より電球に近づけたと謳うものや、広配光を謳うもの、下方向のみのものなど多種多様である。中でも明るさについては、実際の明るさよりも明るいと不適切な表示(優良誤認)を行ったとして、メーカー12社に対して、2012年6月、消費者庁が景品表示法に基づく措置命令を行った。その後、多くのLED電球の製品パッケージには、明るさが全光束(ルーメン)によって表記されるようになった。年式が進むにつれLED電球本体は「従来型白熱電球と同じ大きさ」にまで小型化が進み・同時にランプ消費電力も登場当初モデルより大幅に削減された。
なお、調光(明るさが調節可能な)器具に用いるLED電球は、必ず調光器具対応品でなければならない。人感センサー付きLED電球は下面開放式器具専用で、カバーで覆われた密閉型器具(屋外玄関灯・浴室灯など)には使えない(センサーが感知しないため。根元の壁スイッチを切った場合もセンサーは動作しない)。
また、ダウンライト等の断熱材施工器具の場合も「断熱材施工器具対応」と書かれたLED電球を用いなければならない(一般型のLED電球の場合、断熱材によって熱放射が適切に排出されないため)。
光色は「電球色」・「昼光色」・「昼白色」、配光は「全方向」・「広配光」・「下方向」とそれぞれ3種類ある。
LED電球の型番はJIS C 8157で定められており、基本的に「LD-形状-定格電圧(100V以外のみ表記)-消費電力-色-配光角-口金の種類(E26の場合は表記しない)」で記され、例えば「LDA9D-G」の場合はA形(一般電球形)で定格電圧100V・消費電力9W、昼光色、配光角180度以上、E26口金のものを指す。
2010年代初頭までは、施設照明としてはLED照明の照度は不足気味で、蛍光灯器具の方が1ユニットあたりの照度が高く、コスト面で有利であったことから、メインの施設照明にはHf型蛍光灯器具が採用されることが多かった。そのため、LED照明は、ダウンライトなどの補助照明や、トイレの照明など頻繁にON/OFFする場所で多く用いられた。しかし2010年代中頃から、技術革新により蛍光灯に遜色ない照度が得られるようになり、需要・供給の増大に伴いコストダウンが進んだことや、環境問題への対応、東日本大震災後の電力事情への対応の一環として、一部あるいは全面的にLED照明を新設・更新した施設もあるほか、旅客機、旅客用鉄道車両、バス、船舶の室内照明用として導入されつつある。球や管の素材がガラスからポリカーボネートに変ったことで、乗り物では飛散防止対策が不要となるメリットもある。
今まで照明器具を取り扱っていなかったメーカーによって、既設の蛍光灯用器具に直管型蛍光灯を模したLED管を取り付ける器具が発売されているが、これは蛍光管に比べてかなりの重量増になるため、ソケットが重みに耐えられなくなり落下する危険性が増すほか、既設器具の安定器を取り外すか回路から切断する手間がかかる。
日本国内では「エネルギーの使用の合理化等に関する法律」によって照明の省電力化が求められるコンビニエンスストア等が、店内の照明をLED照明に切り替えることで対応する例がある。環境への配慮を、企業イメージの向上に結び付けられる効果も期待される。
建物内での非常口と避難経路を示すための消防用設備である誘導灯にもLED照明が導入され、2010年4月をもって製造ラインをLEDタイプに全面移行することを決定しているメーカーもある。従来の蛍光灯や冷陰極管(CCFL)使用の誘導灯と比較して、熱や紫外線によるカバーや導光板の変色が少ないこと、輝度が高く視認性に優れること、低消費電力で停電時のバッテリーによる補償点灯時間を長くとることができること、長寿命でランプ交換の手間やコストがかからないことなどが有利である。
懐中電灯や自転車用の前照灯として利用される。
オートバイ、自動車、鉄道車両といった乗り物では、前照灯、尾灯、方向指示器、ナンバー灯、計器灯、車側灯などに採用されている。自動車では、前部の方向指示器、車幅灯、デイタイム・ランニング・ランプを兼ねたマルチファンクションタイプも見られる。船舶や航空機を含み、室内灯を備えるものでは、基本的な照明の他に装飾用イルミネーションとしても用いられている。メーカー装着の専用設計品のほか、従来の白熱電球や蛍光灯の取り替え用として、口金や端子をそれらに合わせたものも販売されている。
ガソリンスタンドや街路灯のような高所に照明があるものは、当初の導入コストに加えて設置後の保守交換作業の手間やコストまで含めて考えれば費用対効果が高い。
一方、2016年にはアメリカ医師会が、運転や睡眠、生態系に与える影響を低減するためのガイダンスを作成している。アメリカ医師会によれば、LEDを街灯などの屋外夜間照明として用いた場合、健康・安全面での悪影響を低減するためには、光源を純粋な白色(色温度4000~5000K)などにするのではなく、色温度を高くても屋内照明の電球色に相当する3000K程度に抑えるべきとしており、なおかつブルーライトが最小限になるように照明をコントロールするべきとしている。
LED照明は発光の波長が設計・製造時に決められて紫外線や赤外線を含まないものが容易に作れるため、紫外線や赤外線による劣化を避けたい美術品や伝統工芸品には広範囲な波長を放つハロゲン電球や白熱電球、紫外線が漏れる蛍光灯ではなくLED照明が採用されるようになってきている。
イカ漁では、集魚灯とも呼ばれる漁火(いさりび)によって海中のイカを海面近くに集めて捕獲する。1隻で180kW程になる集魚灯の電力は漁船のエンジンによって発電されるが、航行も含めた消費燃料のうち約60%が集魚灯の点灯のために消費される。従来のメタルハライド灯から青色LED照明に替えると1/16 - 1/32程の電力量で済むため、燃料消費を大きく削減できる。これはLEDの発光効率の高さだけでなく、青い光が海中に伝わりやすいことやLED照明は光を一方向に放射することなども効果を高めている。
医療施設や半導体工場では、精密機器に影響を与える電磁波ノイズを放つ照明器具を嫌うため、ノイズを放射しないLED照明が期待されている。また蛍光灯と異なり、MRI室のような強い磁力を放つ部屋へも設置が可能になっている。
歯科の虫歯治療で一般的に使われるようになっている光硬化樹脂製の充填剤は青色の光で硬化するものが多く、その光源として光量のある青色LED光源が使用されている。従来のハロゲン照射器やキセノン照射器では装置が幾分大きく赤外線による患部への刺激があり、また、暖機運転が必要だったり光源ランプの交換の手間や、そもそも装置自体の規模が大きく高価だった。細いペン状のLED光源と小さな電源部だけで構成されるLED照射器は、そういった不便さや問題がなく価格も安くできる。
植物工場とも呼ばれる室内空間での植物育成用にLED照明を利用する考えがある。植物育成用には一般に赤色光(640 - 680nm)と青色光(450 - 480nm)が求められ、これらの用途ではLEDの持つ単波長特性が適していると考えられている。
照明用途と共に景観構成用の映像表示を兼ねた「映像ライティング」が商業施設などで取り入れられている。従来の壁面や天井面に絵を描いて間接照明を当てていたところに、壁面や天井面全体の照明自体が絵を投影するものである。
冷蔵庫や冷凍庫内に蛍光灯を使用すると低温のため照度が低下または点灯不能となるが、LED照明ではそのようなことは起こらない。また、白熱灯を用いる場合は白熱灯自体が熱源となり冷却効率の低下を招いていたが、LED照明では熱量が大幅に減少するため、冷却効率の向上が図れる。更に蛍光灯や水銀灯などでは一旦消灯した後に再点灯を行うと明るくなるまで時間がかかるため、休憩時間等一時的に無人になる場合でも消灯できない場合が多かったが、LED照明では低温状態でも即時再点灯が行なえ、こまめな入切が可能になるため、省エネが図れる。
LEDの持つ単波長特性が、従来の照明に比べて優れており、消費電力が従来より少ないため、375nm付近を発光させるブラックライトとして、採用が進んでいる。
2009年現在、低コスト化と発光効率と放熱性の向上に向けて技術開発が進められている。これら3つは互いに関連しあうが、基本技術で発光効率と放熱性の向上が達成できれば低コスト化につながる。また、寿命が伸びれば使用者にとって低コストになるため、寿命に強く影響する放熱性の改善が求められる。しかし放熱のための部品を加えることはコスト高の要因となる。2009年現在、市場で販売されているLED照明製品はいわば第一世代にあたるため、電源回路や筐体にはコスト改善のための改善の余地がかなり残されている。また発光素子自体においても以下のような改善が行われている。
光は屈折率の異なる界面で屈折を起こすが、臨界角以上では全反射を起こす。半導体素子自身の内部や封止樹脂の表面で全反射を起こすと、外部へ放射される光が減るために全反射をできるだけ減らす工夫が行われている。
半導体素子の発光層表面にナノインプリント技術によって凹凸を形成し光を回折させることで全反射を防ぐ。サファイヤ基板側でも同様に凹凸を形成しておく。
LEDランプは半導体素子とその配線を保護するために透明な素材の樹脂で封止されているが、半導体素子から離れた位置の樹脂の界面では光の角度が浅くなるため全反射が起きやすい。封止樹脂を球状にすることで入射角が臨界角を越えないように工夫されている。
白色LEDでは、半導体素子から発する青色の光の一部を黄色などの蛍光体に当てて色を変えてから外部に放射している。
蛍光体は封止樹脂中に混合されて製造されているが、半導体素子からの青色の光はほぼ点状で放射されるのに対して、封止樹脂中に広がった蛍光体から発する黄色などの光はその全体から放射されるので、両者にはずれが生じ色のムラとなってしまう。半導体素子の表面に蛍光体を塗布することでこのムラを解消できる。
RG蛍光体・RGB蛍光体
2009年現在のLED照明に使われている蛍光体は黄色蛍光体が主流であるが、これは青と黄の2色で擬似的に白色を作り出しているのであり、日光下で見える物の色を最良とした演色性の観点ではかなり劣ってしまう。RG蛍光体と呼ばれる赤と緑の2種類の蛍光体を使えば、青・赤・緑の3色の光が得られるのでかなり改善できる。さらに演色性を良くするために、近紫外線発光LEDとRGB蛍光体という赤緑青の蛍光体を使い、青も蛍光体による発光とすることでより自然な光が得られる。
従来から半導体素子は金属系の基板に搭載することで放熱性の向上が図られているが、0.2mm厚ほどの絶縁性樹脂製の板に柱状の銅を埋め込む(Cuバンプ)ことで裏面への放熱性を向上させる手法が開発されている。他にもセラミック製基板として、AlN板にAgペーストで配線を印刷したものもあるがコスト高となる。リードフレームに銅を採用したセラミックパッケージも開発が進められている。
半導体中の結晶構造の歪みに起因する「ピエゾ電界」によって発光効率が低下するため、これを避けられるm面を使ったGaN素子の開発が進められている。サファイヤ基板に代わってGaN結晶をm面に沿って切り出した基板上にGaN層を結晶成長させて素子が形成される。今は量産性が低く、2015年頃の量産を目標に開発が進められている。m面-GaN素子では半導体素子単体での発光効率も200 - 300lm/Wが可能だとされる。
LED照明特有の事情に絞った規格としては、前述の「L形口金付直管形LEDランプシステム(JEL 801)」のほか、韓国政府の制定した標準規格「KS規格」が存在している。KS規格内では、2009年より新たにLED照明の安全と性能要求事項を規定に加えており、韓国はこれが国際規格として採用されることで世界市場での自国企業の国際競争力強化につなげたい意向だった。LED照明の技術面では日本企業が世界をリードしていたが、工業規格や法整備の面では遅れていた。このため、日本国内では明確な製品基準を持たない新規参入メーカーなどが製造する製品に粗悪品も多かったが、グリーン購入法における環境物品等の調達の推進に関する基本方針などのガイドラインでは、こういった粗悪品を認めない流れになりつつあった。
LED電球他のLED照明器具の登場が先行していたが、JIS規格の整備が追いつきつつある。JIS規格は、LED照明器具全体もしくはその主要部品(LEDモジュールや制御装置等)を対象に制定され、JIS規格の内容は、安全性の規定・性能水準の規定・互換性(口金等)の規定、に大別される。更に、照明器具の配光測定方法を定めたJIS C8105-5はLED照明器具を含めて改訂されている。2012年6月現在の最新JISはC8157(2011年12月制定) - 一般照明用電球型LEDランプ(電源電圧50V超) - 性能要求事項であるが、今後も新規制定あるいは既存JISの改補が行われる予定である。
産業標準化法に基づく国家規格であるJIS(Japanese Industrial Standards=日本産業規格)によりLED・LED照明の規格が次第に制定、整備された。詳細は、日本産業規格(電気・電子)の一覧 (C 8000-8999)参照。
2009年現在、日本で関連する法令を以下に示す。
2012年7月1日より施行される改正PSE法において、「エル・イー・ディー・ランプ」及び「エル・イー・ディー・電灯器具」の2品目が、特定電気用品以外の電気用品に追加された。
これらに該当する製品を、2012年7月1日以降に製造もしくは輸入する場合は、製造者もしくは輸入者は、当該製品がPSE法の技術基準に合致していることを確認した上で、特定電気用品以外の電気用品に表示する記号(○PSE記号)を製品に表示する義務がある。加えて、製造者もしくは輸入者はPSE法規定の手続きに沿って経産省に届出を行うと共に、同法が定めた製品検査を実施して検査記録を保管する義務がある。
これら2品目に対して適用されるPSE法の技術基準には、ノイズに関する許容値と測定方法が含まれる、電気用品の雑音の強さの測定方法(附属の表の2) - 照明器具等(第7章)。「エル・イー・ディー・ランプ」には、家庭で多く使われるE26もしくはE17口金のLED電球が含まれる。
なお、LEDを光源とする電気製品のうち以下の6品目は、既にPSE法における特定電気用品以外の電気用品である。
経済産業省が管轄する電気事業法によって、電気の使用者の利益保護と電気事業の健全な発達を図り、電気工作物の工事、維持、運営を規制することで公共の安全の確保と環境の保全を図ることを目的としている。
電気設備技術基準:電気事業法に基づく経済産業省の省令であり、電気工作物の設計、工事、維持に関して守るべき性能基準を定めている。
経済産業省が管轄する電気工事士法によって、電気工事作業に従事する者の資格と義務を定め、電気工事による災害発生の防止に寄与するための法律である。
日本産業規格(JIS)は、鉱工業製品等に関する日本国での標準規格である。色に関する規格、電球・放電管・材料に関する規格、照明器具に関する規格、配線材料に関する規格など、多くの規格が含まれている。2005年からは指定商品制度が廃止されて、従来は規格対象外の為にJISマークが付けられなかった製品にも、規格に合っていれば新JISマークが表示できるようになった。
国土交通省が管轄する建築基準法によって、建築物の敷地、構造、設備、用途に関する最低限の基準を定めている。この中には電気設備に関する基準も含まれ、非常用照明設備に関する設置基準やその明るさなどが定められている。なお、2013年6月現在の建築基準法施行令においては、非常用照明設備でLED照明を用いることは認められていないが、各メーカーより常時はLED照明を用い、非常時には施行令で認められている白熱・ハロゲン電球や蛍光灯を用いる非常用照明器具が発売されていたが、2015年からは建築基準法に基づく国土交通大臣認定を取得したLED照明を用いた非常用照明器具を発売し、蓄電池搭載型の機種では従来光源を用いたタイプを終売させている。
誘導灯や誘導標識などを決めているのは、基本となる消防法の元に細部が消防法施行令や消防法施行規則によって規定されており、地方自治体によって違いがある場合がある。