LEDとは「発光ダイオード」と呼ばれる半導体のことで、Light=“光る” Emitting=“出す” Diode=“ダイオード” のそれぞれ3つの頭文字を略したもので、発光ダイオードとも呼ばれています。
1996年、白色LEDの誕生により、あかりの歴史はさらに進化を加速させています。
LEDはこれまでの白熱ランプや蛍光ランプ・HIDランプと異なり、半導体結晶のなかで電気エネルギーが直接光に変化するしくみを応用した光源です。すでに1907年にはこうした現象は発見されていましたが、白色光を得るために必要だった明るい青色LEDが1993年に開発されてから、新しい照明用光源として注目されるようになりました。近年はその改良もめざましく、蛍光ランプ並の発光効率をもつ白色LEDが登場してきました。
LEDにはこれまでの光源にはない、様々な特長があります。LEDは長寿命が大きな特長です。
また、LED素子は小さく光の制御が容易で、器具も小形化でき、従来にないデザインの器具設計ができます。LEDの光には可視光以外の放射がほとんどありませんので、熱に弱い被照射物などへの照明に適しています。※既存光源はガラス管を用いているため振動や衝撃に弱いですが、LEDはガラス管を使用していないためガラスのように割れる心配がありません。LEDは器具の小形化・長寿命など廃棄物の削減が可能で環境に有害な物質を含まないなど、環境保全に貢献するあかりです。
※ 被照射物となる商品の一部には可視光に対して退色しやすいものがありますのでご注意ください。
LEDそのものの発光原理は基本的に同じですが、形状で分類すると次のようなものがあります。
リードフレームとLEDチップを一体化したタイプです。周囲は、エポキシ樹脂で固められています。光を効率よく取り出すために空気とLEDチップ間に屈折率を有しています。
エポキシやシリコーンなどの樹脂を封入したタイプです。内側の面は、反射板としてテーパー状になっています。エポキシやシリコーン樹脂、ガラスなどで形成したレンズを取り付けて指向性を高めたもの、底面にヒートシンクを取り付けて放熱性を高めた大電流対応型もあります。
多数のLEDチップを基板に直接実装した構造です。
遡る事100年以上・・・・そんな途方もない昔から「LEDの起源」ともいえる半導体による発光現象の研究が始まりました。
それが、19世紀の始まりの事です。
しかし一旦はこの研究も忘れられてしまいます。
その後、1920年代に入って再び研究が進み初めてのLEDが発表されます。
更に1962年には、赤色発光ダイオードが発明され、初めて「可視波長領域のLED」が工業的に製造される。
続けて、1971年には緑色、橙色、黄色のLEDが製造され、性能と効率も改善されました。
そして1993年に青色LEDが開発されて光の3原色である赤、緑、青のLED光源が揃いました。
1996年には青色LEDと黄色蛍光体による白色LEDが発表され、その後多くの改良が加えられ、現在では省エネ用照明光源として期待されています。
LEDの材料は半導体です。半導体の種類によってLEDが発光する色が変わってきます。半導体はさまざまな元素などを化合させて作られ、化合の仕方によって電気の通し方が変わってきます。この電気の通し方の違いによって発光色の違いが生じてきます。LEDが開発された当初は、赤色に発光する半導体しか分かっていませんでしたが、研究者の努力でその後、緑色、青色に発光する材料が開発され、色の三原色がそろい、LEDによるカラー表現が可能になりました。
半導体の電気の通し方の違いは、半導体ごとに持っている電流を流せる電圧の違いです。物質には「電子が自由に動けない価電子帯」と「電子が自由に動ける伝導帯」があり、価電子帯と伝導体の間が離れていると電気を通しにくくなり、近づいていると電気を通しやすくなります。この間隔は物質によって違っており、バンドギャップと呼ばれています。例えば鉄はバンドギャップが小さく電気を通しやすい、一方プラスチックなどはバンドギャップが大きく電気を通しにくいということになります。バンドギャップが大きいほど、電流を通すために大きな電圧が必要となります。
LED照明器具やLED電球などに使われるLEDの材料である半導体は、発光色ごとにバンドギャップが違います。1990年代までにさまざまな発光色の半導体材料が開発されましたが、青色に発光する材料はなかなか開発できませんでした。しかし1993年に日本の研究者によって主に窒化ガリウム（GaN）を材料に利用して青色発光ダイオードが開発されました。その後、青色や紫外線に発光するLEDと蛍光体を組み合わせ、白色に変化させて発光するLEDも開発されました。
半導体であるLED（発光ダイオード）の素子そのものは、原理的には半永久的に光ると言われていますが、 製品としては、人が歳をとるように、物も劣化していきますので、ずっと使えるというわけではありません。
LEDは、白熱電球のように切れて突然点かなくなる、いわゆる「球切れ」にはなりませんが、 長く使っていると、発光部であるLEDチップや蛍光体、樹脂などの材料が劣化して、 次第に明るさが弱くなっていきます（光束減退）。
LED自体は、故障等がなければ明るさが落ちるものの、長く使い続けることができますが、 照明器具などの場合は、発光部のLED以外にも様々なパーツを使って構成されていますので、それらの構成材料の寿命や劣化も、 製品自体の寿命や性能の低下に影響します。
そこで、LEDの照明器具に関しては、「初期の明るさから、70％に落ちるまでの使用可能時間」としましょうと規定されました。
※「光束維持率が初期全光束の70％までに低下した時点」（社）日本照明器具工業会
光束維持率：最初の明るさに比べ、どれくらいに明るさが維持されているかを示す割合。LEDの寿命、すなわち70％に明るさが落ちるまでの時間は、一般的におよそ40,000時間くらいと言われています。 （最近では60,000時間くらいの品質のLED電球なども増えています）
40,000時間ということは、1日に10時間使用しても10年～11年くらい持つ計算になります。
※一般照明用のLED電球の場合、明るさが70％に落ちてもまだ使えるんじゃないか？とも思われますが、 使われている器具の劣化や、内部の回路・部品の劣化・寿命も考慮して、8年から10年位での交換が推奨されています。
※この定義（光束維持率70％）は、白色LED照明器具に限ったものなので、照明用途以外のカラーLEDや表示用途、装飾用途などの場合は、 光束維持率50％など、異なる寿命設定がされます。
