明るさ増すLED照明市場 産業、家庭生活を支える明かり 調光制御機能で植物工場、医療分野でも採用増える 高輝度低消費電力長寿命 メンテナンスフリーで小型・薄型化、装置や機械の内部照明に

2013年4月17日

高輝度で低消費電力、長寿命という特徴を持つLED照明は、家庭用から産業用まで幅広い分野に普及している。産業分野では、調光制御が可能なことから、工場やオフィスの照明用として採用が拡大、さらにメンテナンスフリーで小型・薄型化を図ったことで、装置や機械の内部用照明としての需要も拡大している。また、FA分野以外でも、植物育成分野や医療施設などの分野で採用が進んでいる。今後も高輝度化と発光効率の向上、FA分野では制御機能の向上などが進展するものと予想され、LED照明市場のさらなる拡大と多様化が進むものと見られる。
LED照明は、発光ダイオードを使用した照明器具。1990年代に青色LEDが開発されて以降、白色光照明も可能となり、現在では家庭用から産業用まで幅広い分野で使用されている。LED照明器具の国内市場規模は、富士経済の調査によると、2011年が2212億円(前年比155・7%増)で、12年は3738億円(同69・0%増)を予測、さらに20年は4598億円に達するものと予測している。全照明器具に占めるLED照明の比率は11年25%、12年は38%(予測)、20年には58%と半数以上になると予測している。

LEDは、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子を用いたpn接合と呼ばれる構造になっている。素子の中で電子の持つエネルギーを、直接光エネルギーに変換することで発光する。発光原理はエレクトロルミネセンス(EL)効果を利用しており、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)も分類上はLEDに含まれる。

発光に関しては単一色で自由度が低いが、青色または紫外線を発するLEDの表面に蛍光塗料を塗布することで、白色や電球色など様々な中間色のLEDが製造できる。
2100ルクスの高輝度実現

LED照明は、蛍光灯や白熱電球など従来の照明器具と比較すると、高輝度、長寿命・高信頼性、低消費電力・低発熱性、耐衝撃性、小型・点光源、高速応答性、環境に優しいなどの特徴を持つ。

輝度については、産業用の最新製品では、独自の高出力デバイスと光学技術、さらにマイクロアロイレンズの採用などにより、輝度で2100ルクス、光束で1万5700ルーメンという高輝度を実現している。長寿命に関しては、現在、LEDの想定寿命は照度70%期において6万時間とされており、非常に寿命が長い。これにより、一度設置すれば電球交換など保守の手間が省け、部品や器具の購入コストが削減できる。こうした高輝度と長寿命という特徴により、高い信頼性を得ている。

低消費電力・低発熱性では、発光効率が高いので、少ない電力で従来の白熱照明と同じ明るさを出すことができる。さらに、熱となって失われる電力も少なく、低発熱の照明器具である。

工場用の天井照明では、従来の水銀灯に比べ、使用電力で約60%削減でき、高い省エネルギー性を実現している。加えて調光機能を取り付けたタイプでは、さらなる省エネが可能である。
経費削減にも大きな効果

日本電球工業会によると、LED照明の消費電力は、蛍光灯の約2分の1、白熱電球の約8分の1で、LED照明に切り替えることで国内の消費電力が7・5%削減、CO2の全排出量が2%削減できるとしており、CO2とともに経費削減にも大きな役割を果たしている。

耐衝撃性では、真空やフィラメントを必要としない構造なので、衝撃に対し比較的強く作れる。小型・点光源では、ほぼ点光源であり発光部が小さいことから、設置空間が小さくでき、デザインも工夫しやすい。

高速応答性では、熱慣性がほとんどないLED照明は、供給電源が断続すればそれに応じ高速で明滅する。

環境面では、有害な水銀を使用しておらず、赤外線を出さないことで熱を外に伝えない。また、紫外線を出さないので虫が寄ってこないなどの利点がある。

価格面は、ここ数年普及が進むにつれメーカーの量産が可能となり、年々リーズナブルな価格になっている。産業用LED照明でも低価格化が進み、最近発売されたタイプでは従来品比35%の価格ダウンを実現している。

このように、優れた性能を持つLED照明機器は、世界的に市場が急拡大しており、グローバルでの市場規模は分析工房の調べによると、11年で約273億ドル(約2・2兆円)となっている。地域別では北米市場約64億ドル、EU市場約60億ドル、中国市場約44億ドル、インド市場約12億ドルと推定されている。白熱電球の廃止などにより16年には現在の約3倍の約860億ドル(約7兆円)に伸長すると予測。地域別では北米市場約170億ドル、EU市場約140億ドル、中国市場約170億ドル、インド市場約40億ドルになるとしている。また、全照明市場に対するLED照明機器の割合は、11年が27%であるのに対し、16年には約60%に達すると予測している。

国内の照明市場は、LED照明が登場する以前は、製品・技術や市場に大きな変化がなく、いくつかの照明メーカーが分野ごとに棲み分けする安定市場であったが、LED照明の登場により、産業構造が変化している。LEDは半導体を使用していることから、半導体メーカーが参入したり、これまで照明に関係のなかったメーカーも、LEDをアッセンブリするなどし、LED照明の生産・販売を行っている。

産業分野の動向では、LED照明を導入することで調光などの制御が可能となるほか、薄型化を図ることで装置や機械の内部用の照明として機能できるようになり、こうしたことでFA分野での需要が急拡大している。

特に、産業用LED照明事業に参入している制御機器メーカーでは、高輝度LEDデバイスとレンズの採用、さらにリフレクタによる光学設計と、高効率な電源設計により高輝度で省エネルギー、長寿命、省スペース、メンテナンスフリーが特徴の各種産業用LED照明を展開している。

こうした産業用のLED照明は、オフィスや工場、店舗用の天井照明に採用されているほか、マイナス40度の環境でも即時フル点灯が可能なタイプもあり、低温倉庫などの低温場所用照明として使用されている。さらに水や油、切削くずが飛び交う工作機械や食品加工機械・設備など、厳しい環境下の機械内部照明や、設備用照明などの分野でも需要が伸長している。

LED照明の小型・薄型・軽量ということから、携帯用として、制御盤や配電盤用の中を照らす照明として重宝がられている。照明器具の裏側に磁石を取り付け、作業員が見たい場所に磁石で貼り付けることで手を自由に動かせるようになり、作業性が良くなる。

各種産業機械の機内LED照明ユニットとして、本体長さ100ミリのミニサイズから、365ミリのロングサイズまで品ぞろえが進んでいる。製品高さを25ミリに抑えた薄型設計でもあり、機械内に凹凸の少ない広々とした空間を実現した。さらに、新開発の光学設計により、約120度の広角配光と、フラットで自然な光を実現している。こうした品ぞろえにより、従来品では設置が難しかった超小型機械から大型機械まで対応できるようになっている。

様々な検査を実現するために、豊富な形状・色のLED照明をラインアップした画像処理用LED照明では、LED照明のほかに、照明用電源やセンシング照明、フィードバック電源、照明モニタリングセンサ、各種オプションやアクセサリー類まで幅広くラインアップし、ユーザーの要望に応えている。
植物育成分野で急成長

産業用以外では、植物工場など室内での植物育成分野などが急成長している。特に植物の育成にはLEDの単波長特性が適しているとされており、最近では、産官学の連携事業として大学などで専門的な植物工場ラボが建設され、植物工場から品質の高い野菜や果物を、一般市場に大量に供給できる研究・開発が進んでおり、今後の成果が期待される。

その他、消費燃料が軽減できるイカ漁などの集魚灯分野や、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などの展示用途、またLED照明はノイズを放射しないので医療施設や半導体工場向け、歯科治療用光硬化樹脂の照射光源、商業施設などで映像表示を兼ねた映像ライティングなど、様々な分野で需要が拡大している。
3色発光チップLEDも

LED照明の今後の用途開発では、小型でさらなる表現力が求められるモバイル機器やアミューズメント機器向けに、高輝度とともに、表現力のアップに欠かせない高混色性を実現した、業界最小のリフレクタ付き3色発光チップLEDなどが開発されている。

同チップLEDの開発により、超精細でありながら、高輝度でのLEDマトリクス生成を可能としており、モバイル機器やアミューズメント機器などでの表現力が大幅にアップされるものとして期待されている。

今後は、発光効率のさらなる改善で節電効果のアップ、チップ増産により製品の価格ダウン、制御機能の向上などが挙げられる。LED照明は光源が半導体であることから、デジタル制御による省エネ化や快適化・安全性などの付加価値をさらに高めることが可能になる。今後の生活や産業を支える明かりとしての期待が一層膨らみそうだ。