照明は、同じように部屋を明るくする道具でも、交換までの時間が大きく違います。白熱電球は比較的短い期間で切れることがある一方、LED照明は長期間使える製品が一般的です。また、同じLEDでも、設置場所や温度、器具との組み合わせによって実際に使える期間は変わります。
なぜLED・蛍光灯・白熱電球では寿命が違い、使い方でも変わるのでしょうか。結論からいうと、光を生み出す仕組みが違うため劣化する部分も異なり、さらに温度、点灯条件、電源回路、器具の状態などがそれぞれの劣化速度を左右するからです。
照明の「寿命」は、すべて同じ意味ではない
照明の寿命という言葉は、「突然点かなくなるまでの時間」だけを意味するとは限りません。光源の種類によって、寿命の考え方そのものが違います。
白熱電球では、細いフィラメントが高温になって発光します。使い続けるとフィラメントが徐々に消耗し、最終的に切れて点灯できなくなることが寿命の代表的な形です。
一方、LEDは半導体が発光するため、白熱電球のようなフィラメント切れを基本的な寿命の基準にはしません。LEDでは長時間使ううちに少しずつ光量が低下するため、初期の明るさに対して一定割合まで低下した時点を「光源寿命」の目安として扱うことがあります。環境省のグリーン購入に関する基準でも、LEDランプの定格寿命について、初期の光度が70％まで減衰するまでの時間という考え方が示されています。
つまり「寿命4万時間」と表示されていても、4万時間を超えた瞬間に必ず消えるという意味ではありません。照明方式によって、寿命は故障までの時間だったり、十分な明るさを維持できる時間だったりします。
白熱電球は高温のフィラメントが少しずつ消耗する
白熱電球は、金属のフィラメントへ電流を流し、非常に高い温度まで加熱して光を出します。高温状態が続くとフィラメントの材料は少しずつ蒸発し、細くなっていきます。
細くなった部分は電気抵抗が高くなり、さらに温度が上がりやすくなります。その結果、ある時点でフィラメントが切れ、電流が流れなくなって点灯しなくなります。
この方式では「光を出すために高温にすること」そのものが光源へ大きな負担をかけます。そのため、半導体を発光させるLEDとは寿命の決まり方が根本的に異なります。
蛍光灯は電極や蛍光体など複数の部分が劣化する
蛍光灯は、管の内部で放電を起こして紫外線を発生させ、その紫外線で管内側の蛍光体を光らせます。このため、白熱電球のような一本のフィラメントだけで寿命が決まるわけではありません。
長く使うと、放電を始めるための電極が消耗したり、蛍光体の性能が変化したりして、徐々に光量が低下します。また、器具側の安定器などにも寿命があるため、ランプだけを交換すれば照明設備全体をいつまでも使えるわけではありません。
蛍光灯では、ランプの劣化と器具の劣化を分けて考えることが大切です。
LEDは長寿命でも「劣化しない」わけではない
LEDは半導体に電流を流して光を出します。フィラメントを高温にして発光する白熱電球と比べると、発光部分が機械的に切れることが少なく、長寿命にしやすい方式です。
環境省は、一般的な電球形LEDランプの定格寿命が白熱電球より大幅に長いことを紹介しています。米国DOEも、良質な白色LED照明は従来の多くの光源より長い有用寿命を持つと説明しています。
ただし、LEDも時間とともに光量が低下します。半導体チップだけでなく、光の色を整える蛍光体、光を通す樹脂やレンズ、電源を制御する電子部品なども少しずつ劣化します。そのためLED照明の寿命は、LEDチップ一個だけではなく、器具全体の設計や部品構成で決まります。
LED寿命を左右する大きな条件は「熱」
LEDは省エネ性が高いものの、使った電力のすべてが光になるわけではありません。発光部や電源回路では熱が発生するため、その熱を器具の外へ逃がす必要があります。
ENERGY STARは、LEDの長期性能では熱管理が非常に重要で、LEDが高い温度で動作するほど光の劣化が速くなり、寿命が短くなると説明しています。環境省も、断熱材などで熱が逃げにくい照明器具では内部温度が上がり、発光効率の低下や寿命短縮につながるとして、器具に適合したLEDランプを選ぶよう注意を促しています。
そのため、同じ定格寿命のLEDでも、密閉された器具、断熱材に囲まれた器具、高温になりやすい場所などで使う場合は、製品がその環境に対応しているかを確認する必要があります。
寿命はLEDチップより先に電源回路で決まることもある
家庭用のLED照明は、コンセントや配線から来る交流電力を、そのままLEDチップへ流しているわけではありません。電圧や電流を適切に変換・制御するドライバーと呼ばれる電源回路が使われます。
DOEは、LED照明では光源自体が長寿命であるため、LEDが十分な光を出せる状態でも、電子回路の故障によって器具全体が点灯しなくなる場合があると説明しています。
つまり「LEDチップが長持ちすること」と「照明器具全体が同じ期間故障しないこと」は同じではありません。コンデンサーなどの電子部品、配線、接続部、光学部品まで含めたシステムとして寿命を見る必要があります。
点灯・消灯の影響も光源によって違う
照明は、使っている時間だけでなく、どのように点灯・消灯するかによっても負担のかかり方が変わります。
LEDは点灯・消灯の繰り返しに比較的強く、環境省も、頻繁なON・OFFを繰り返しても寿命への影響が小さいことをLEDの特徴として紹介しています。そのため、人感センサーや短時間利用の場所にも使いやすい光源です。
一方、従来の放電を利用する照明では、点灯時に電極などへ負担がかかる方式があります。このため「とにかく点灯時間だけを短くすれば、どの照明でも同じ割合で寿命が延びる」とは限りません。
照明の調光方法そのものについては、関連記事の「なぜ照明の調光には方法や用途による違いがあるのか？」で扱います。
「光源寿命」と「照明器具の交換時期」は別に考える
LEDシーリングライトなどでは、光源と器具が一体化している製品が多くあります。光源の寿命が長くても、器具内部の絶縁材料、電源回路、配線、樹脂部品などは経年劣化します。
環境省は、照明器具を長期間使うと外観に異常がなくても内部劣化が進むことがあるとして、古い器具の点検や交換を呼びかけています。したがって、光源の定格寿命だけを根拠に「この器具は必ずその年数だけ安全に使える」と考えるのは適切ではありません。
ランプ交換式の器具では、ランプを新品にしても器具本体は古いままです。長期間使用した器具では、ランプだけでなく器具全体の状態を見る必要があります。
同じLEDでも使用環境によって実際の寿命は変わる
メーカーが示す定格寿命は、一定の試験条件や設計条件をもとにした目安です。実際の家庭では、周囲温度、点灯時間、器具の密閉性、湿気、ほこり、電源状態などが異なります。
特に、熱がこもる場所ではLEDや電子部品の温度が上がりやすくなります。浴室や屋外では湿気や水への対応も必要です。調光器を使う場合は、LEDランプと調光器の適合も確認する必要があります。
つまり、同じ製品でも「どこへ取り付けても同じ寿命になる」とは限りません。定格寿命を見るときは、その数字だけでなく、使用可能な器具や設置環境も合わせて確認することが重要です。
長く使うために確認したいポイント
- 照明器具に適合したランプを使う
- 密閉器具や断熱材施工器具では対応製品か確認する
- 高温・多湿・屋外などでは、その環境に対応した製品を選ぶ
- ランプだけでなく古い照明器具本体の劣化も確認する
- LEDでは放熱を妨げないよう、指定された使い方を守る
- 定格寿命を「必ず故障しない保証期間」と考えない
照明を長く安全に使うには、寿命の数字が大きい製品を選ぶだけでなく、その光源の仕組みと器具の条件に合った使い方をすることが大切です。
まとめ
LED・蛍光灯・白熱電球で寿命が違うのは、光を生み出す仕組みが異なり、劣化する部品や寿命の判定方法も違うためです。
白熱電球では高温のフィラメントの消耗が寿命を決めやすく、蛍光灯では電極や蛍光体などが徐々に劣化します。LEDはフィラメントを持たず長寿命にしやすい一方、光量の低下、熱、電源回路や光学部品の劣化などが器具全体の寿命に関係します。
さらに同じ照明でも、設置環境、温度、器具との適合、点灯条件によって実際に使える期間は変わります。寿命を比べるときは、単純な「何時間」という数字だけでなく、「何が寿命の基準なのか」「どの条件で使うのか」を合わせて見ることが重要です。
関連記事
参考資料
- 環境省「あかり未来計画 建物のエコ照明化」
- 環境省「あかり未来計画 LEDランプ交換時の注意点」
- ENERGY STAR「Learn About LED Lighting」
- U.S. Department of Energy「LED Basics」
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