LED

LEDと電球、なにが違うの?(初心者向け)基本的にわかりやすく説明

LEDと電球、なにが違うの?(初心者向け)基本的にわかりやすく説明

生活に密接な関係を持つ照明機器、その省エネの意識の向上から、より注目度の高いLED。従来からある電球との違いを簡単に説明いたします。

照明の歴史

夜、停電・・・  私たちは、真っ先に「あかり」を求めますよね

真っ暗の中……やっと見つけた照明機器

が・・・しかし・・・、電池が空・・・

そんな時、今となっては懐かしい「ロウソク」を探索

そうです、人間は百年以上も前から、物を燃やすことで「あかり」を得ていました。

紀元前10世紀頃 人類
枯草などを燃やし、「あかり」を得る

やがて、石器、土器に油などを入れオイルランプへ
1850 ジョゼフ・スワン(英)
紙製フィラメントを使用し、「白熱電球」※1の試作・研究
1878 ジョゼフ・スワン(英)
炭素フィラメント(木綿糸炭化)を使用した白熱電球の開発
40時間の寿命達成 特許取得
1879 エジソン(米)
白熱電球の開発に着手
日本(京都)の竹を細く削りヘアピン型に曲げ、黒鉛中で炭化
「竹フィラメント」を使用した白熱電球が成功
200時間達成
エジソン電灯会社(現GEの前身)を設立 白熱電球から発電、送電まで事業化
1910 GE社
フィラメント素材研究・開発 タングステン化による高寿命化
1000時間達成
1938 白熱電球より少ない電力で同光量、発光可能な「蛍光灯」※2の発明
1960~
現代
ハロゲン電球、フィラメントの二重化など
現在に至るまで、実に様々なものが、開発・製品化され実用に至っています
1961 ホロニアック(米)
赤色LEDの実用化
1993 日本
青色LED発明・開発
1998 白色LED開発
(青色LEDと黄色蛍光体との組合せ、RGBチップ組合せ)
2002 「LED電球」の実用性
現代 様々なLED照明機器の開発

現代では、電球と半導体技術を利用し、より効率的な光源を元に、様々な方式の照明が存在します。

 

電球

白熱電球

※1 電気(電子)の 摩擦(電気抵抗)による 熱(発光)が基本となります。

これは、電気(電子)が、フィラメントの抵抗(狭くて邪魔)な空間を通る時(小さな隙間を縫うように窮屈に流れます)
それが摩擦(原子の振動)と言う形で発熱(燃焼)し、熱放射現象で発光します。

「熱放射」

電子の振動によって、物体の温度が上昇し電子の振動エネルギーが可視光線のエネルギーに相当となった時、「光」が発生します。
このような現象「物体が熱を光として出す現象」を熱放射といいます。

電球のフィラメントに使われている物質は、熱の割合が多くなると発光は期待できますが、短期間で燃え尽きてします。
従ってその材質を、現代では、タングステンを2重化し、不燃性ガス(ハロゲン等)を充填して、焼き切れることを抑止することで、電球としての寿命をのばしてます。

 

蛍光灯

※2 白熱電球の電子が流れる時の抵抗で、原子の振動による熱エネルギーまでは、同じですが、その後放出された電子が、蛍光管の中に入っていいる水銀ガスと衝突します。

水銀ガスに電子がぶつかると(原子が振動すると同時に)紫外線が発生します。その紫外線が、ガラス管に塗られた蛍光塗料に反射することで、蛍光塗料が発光します。

つまり、電子と水銀ガスの衝突で得られる紫外線、その紫外線と蛍光塗料の反射で、目的となる(色)を発色させます。

「放電発光」

電極から放射された電子が管内の水銀原子と衝突することにより、紫外線や可視光線が発生、このような現象を放電発光と言います。
(水銀灯、HIDランプなども、異なる発光体を利用していますが、この発光原理と同様です)

「電球」は、電気エネルギーから熱へ、その熱のエネルギーから光源を得る方法を利用、
つまり、熱としてのエネルギー損失が大きくその光変換効率性は低くなってしまいます。しかし、シンプルな構造で製造コストが低く、現代でも照明機器の光源として多数存在しています。

 

LED

電子の運動(衝突)から熱エネルギー変換を得て光を得る、電球方式とは全く異なります。
半導体を制御する方法で、発光される光源を利用します。

本サイト、他記事も参照ください。

LEDとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

電子の衝突ではなく、半導体の制御による、電子と正孔の結合に伴う発光です。

LEDの消費電力が低く発熱量が小さいのは、熱放射を利用して光を得る方法ではなく、直接光エネルギーに変えている為、エネルギーのロスが少ないためです。

LEDは従来までの照明と全く異なる仕組みで光っています。

高寿命と言われるLEDですが、本来半導体は熱に弱いものですし、当然寿命はあります。
高輝度に対する放熱処置、構成される樹脂や電源回路などが熱により劣化して寿命を縮めます。(定格寿命約40,000時間)

 

まとめ

【電球】

熱放射、放電発光を用いた光

  • メリット
    ・ 構造がシンプルで安価
    ・ 熱と光の両方が必要な、保温装置、温室などでは重宝
  • デメリット
    ・ 構造上、ガラス、フィラメントに伴い、振動に弱い
    ・ 寿命は白熱灯1,000時間程度、蛍光灯13,000時間程度
    ・ 消費電力が大きい

【LED】

半導体技術を用いた光

  • メリット
    ・衝撃などに強く壊れにくい
    ・寿命は40,000時間程度
    ・消費電力が大変少ない
  • デメリット
    ・購入コストが高い
    ・熱に弱い

今後は、より半導体技術の向上、省エネ・規制及び環境問題等、様々な観点から「電球」から「LED」へと変わっていくことが想定されます。