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LED電球も発熱・放熱・発熱量

エネルギー変換効率の高いLED照明は、赤外線で熱を放射しないため光自体の発熱量は低いといえます。しかし、内部に熱を蓄積しやすく、効率的に放熱しないと不具合や寿命が短くなる原因になりやすいといわれています。

質問:LED電球も発熱・放熱・発熱量を考慮すべきですか?

回答:LED電球は熱がこもりにくい環境で使用することが重要です。

LED照明は白熱電球や蛍光灯のように熱を光に変換して利用する発光原理ではなく、電気を直接光に変えるため、光源自体の発熱量は非常に少ないといえます。照射される光自体には赤外線がほとんど含まれておらず熱く感じることはありませんし、長時間点灯しても変化はなく熱くなりません。しかし、それはLEDの光自体に熱がないという意味で、LEDの素子周辺と電源部は高温になります。そのため、LED電球では熱を逃がすための構造に工夫を加えており、LED素子や電源部の熱は照明器具本体の放熱板(ヒートシンク)を通して空気中に放熱しています。

耐熱温度以上の高温は不良を発生させる原因

LEDの場合、可視光領域のエネルギー変換効率はおよそ30%前後で、白熱電球の10%前後よりよりも高いレベルにありますが、光自体に赤外線の放射はほとんどなく可視光しか出さないので、残りの70%のエネルギーはLED素子部で直接熱になります。LEDの照度を高めるにはLED素子が実装された基板に大電流を流し強く発光させる必要がありますが、基板への電流は熱になり、うまく熱を逃がさなければ寿命を縮めてしまいます。耐熱温度以上の高温にさらされると、早期の光束低下や、素子間を接続している金ワイヤの断線、素子固定用の銀ペーストが剥がれるといった、不良を発生させる原因にもなります。

LED素子と電源回路から発生した熱を効率的に放熱

LED素子から発生した熱はパッケージのリードを介して熱伝導性の高いアルミ製の基板に移動し、そこから筐体(きょうたい)を介して放熱されます。電源回路基板で発生した熱も同様で、電源基板周辺の空気や充填(じゅうてん)材を介して筐体に移動し、筐体に取り付けられている放熱板から外気中へと放熱されます。

メーカーの動作保証温度は-10~+85℃程度

一般的に、メーカーの動作保証温度は-10~+85℃程度となっており、温度上限に近づくと輝度が下がり、これを超えると破損します。LED照明の寿命を4万時間以上維持するためには、LED素子の発光部温度を50℃以下に保つ必要があるといわれています。大手メーカーの調査では、ジャンクション温度(LED素子と電極・リード線の接合部の温度)の発熱量を35℃に維持すれば5万時間の寿命を実現できるが、耐熱温度ぎりぎりの80℃に発熱させてしまうと寿命が8,000時間にまで急速に短縮してしまうという結果もあります。

バスルームには密閉型器具専用LEDを選択

LED電球を取り付ける場所や環境も十分に考慮すべきでしょう。バスルームなど照明器具がカバーで覆われているケースでは、水や水蒸気を遮断する密閉空間は熱がこもりやすいため、通常のLED電球を使用してしまうとLED素子が高熱になり、光が弱くなる、寿命が縮む、壊れるといったトラブルを招きやすくなります。LEDのメーカー各社は、放熱方法を工夫してLEDが過熱しないような密閉型器具に対応させた製品を販売していますので、バスルームでLED照明を使用するときは対応製品を選ぶようにしましょう。

ダウンライトのLED照明は熱のこもりに注意

廊下の天井照明などに使われているダウンライトは、天井に埋め込まれたような形になっており、天井裏を覆っている断熱材に包まれているケースがあります。そこにLED電球を取り付けると通常以上に熱がこもりやすくなります。ダウンライトにLED電球を使う場合には、パッケージや本体にSB、SG、SGIといったマークがついた「断熱材施工器具」に対応した専用の製品を選びましょう。

(C) nobudget LED 研究会 2014.10.03

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