USHIO

光技術情報誌「ライトエッジ」No.36〈特集ウシオの新しい取組み第一回〉

照明用LED

(2012年3月)

一般照明用LEDの市場動向

松本 達彦(ウシオライティング

1. はじめに

2008年まで、LEDはチップ性能や効率、コスト面で、まだ既存照明に対抗する光源になりうるものではなく、装飾用などの一部照明用途に限られて使用されていた。しかし、同年、省エネ法の改正案が国会に提出されたあたりから、その施行を視野に入れ、照明における省エネ対策の切り札として、各社からLED製品の市場投入がされだした。

同年、コンビニエンスストアであるローソンが新店舗の全照明をLED化したことにより、店舗照明ではLED照明の動きが加速し、2009年には、各社製品が実売7,000円から8,000円で販売されていたLED電球について、シャープが実売3,000円台という約1/2の価格で市場参入をしたことから、一気にLEDが注目されることとなった。

2. LED化の流れ

2009年9月、民主党が初めて与党となって発足した鳩山首相が、12月に打ちだした『新成長戦略基本方針』で、LED照明を照明産業成長の柱と位置づけ、LEDの普及および国際標準化を政府として推進した。

その後、住宅向け製品の価格が引きさげられるとともに、エコポイント制度が導入されたことで、LED照明の需要は急激に増加していったが、エコポイントが終了するとともに減少傾向に転じることとなった。しかし、2011年3月11日に発生した東日本大震災を契機に、日本全体があらためて、省エネを強く意識するようになり、LED需要が一気に加速した。

3. 規格化の推進

2011年3月11日は、日本最大の照明展示会であるライティングフェアの最終日であり、展示もLED照明でほぼ占められるといった状況にあった。

しかしこの展示会まで、LED照明は既存光源よりも価格が高いにもかかわらず、性能に関してはあまり問われることがなく、「LEDであればいい」というユーザの希望を満たすだけの製品であったことから、使用環境などとのマッチングが不十分であり、不具合が多発するという事態までも発生、安全性を求める声が高まった。

当時は、各社の製品投入スピードが早く、規格の統一が追いついていなかったが、まずLED電球について、2012年7月に、ようやく規格化されることとなった。直管蛍光灯形LEDにおいては、まだ規格が曖昧な部分もあるが、日本電球工業会によって規格が示されたことから、今後は光の質が問われていくことになる。

4. 今後の動向

今後のLED照明に求められるものは、

  • ①さらなる照度アップ
  • ②演色性能の向上
  • ③シングル・コア化
  • ④色バラツキの低減
  • ⑤ITとの融合およびそれにともなう低コスト化といえる。

①に関しては、たとえばミラー付ハロゲンランプでは、現状の明るさが40Wに相当し、ハロゲンランプのメイン市場である65Wの代替としては照度が不足している。一部メーカが65W相当ということでLED電球を販売しているが、過度に電力を使うことから電源部分の温度があがり、使用器具によっては短寿命などの不具合が発生している。また、照度アップとともに、電源の性能向上についてもメーカとして取り組まなければならない。

②に対して、現在、LED照明は平均演色評価数70~80の製品が多いことから、今後は被照射物の商品価値向上や、空間の質向上を狙うために、90以上が望まれることになりそうである。

③では、これまでのLED照明が、複数のLED(マルチ・コア)を搭載し、その光を集めることで照度アップと効率のいい放熱を達成させてきた。しかしながら、マルチ・コアにすると被照射物の影が複数発生し、グレアレス対応器具に装着すると光が歪んでしまうことから、できるだけ既存電球に近いシングル・コア化が望まれている。

④に関して、少し前まではLEDの色に関するばらつきは仕方ないという認識であったが、最近では、当然ながら、色のバラツキについては既存光源と同様、できるだけ少ない製品が求められる。現在、選別によるバラツキの低減をLEDメーカが実施しているものの、コストアップ要因にもなっていることから、製造工程でのつくりこみに求められることが大である。

⑤は、LED照明を光の質重視へと転換させ、それ付加価値にするためのものである。LED照明は、蛍光灯に比べるとまだまだ省エネといえないことから、センサ、コントローラといったIT機器と組み合わせ、他の光源にはないLEDの潜在能力といえる調光、調色性能を発揮させることで、さらなる省エネと光の質向上を図り、その価値を創造する。また、センサ、コントローラに加え、これらをつなぐ制御・通信システムや端末も重要なファクタであることから、最終的には求められる光の色、質を自在にコントロールするシステムとして提案できることが求められる。

当社では、繊細かつ複雑なコントロールが求められる舞台照明で多く使われているDMX制御を採用した、インテリジェンスLED照明システム『Lmiα』を提案、照明システムビジネスを深耕させていく計画である。

図1. 調光対応、ユニバーサル器具でも美しい光を放つ    「LEDIU LED電球ダイクロハロゲン形 JDRΦ50タイプ」 調光対応 シングル・コア

図2. JDRΦ70ハロゲンランプと同等の明るさ(75W相当)、サイズ、 光の質を実現した「LEDIU LED電球 ダイクロハロゲン形 JDR Φ70タイプ」

図3. インテリジェンスLED照明システム「Lmiα」(ベース照明)


一般照明用LEDの製品展開と技術

松岡 智巳、 百々 征貴
(ウシオライティング)

1. はじめに

一般照明におけるLED化は、省エネ、環境負荷低減といった時流に加え、東日本震災による節電意識の高まりから、白熱電球をLEDに置き換える動きとして、ここ最近、顕著になってきている。

特に、ミラー付きハロゲンランプは、当社製品が市場の約1/2を占めていることから、ハロゲンランプ代替LED電球を提供することは、ある意味、必然であるともいえる。

そこで、ハロゲンランプだけでなく、メタルハライドランプ、セラミックメタルハライドランプなどで培った技術をベースに、LED製品の開発を進めている。

2. LED製品コンセプト

拡張スピードが加速するLED照明市場、飛躍的な進化を遂げるLED技術を目の当たりにし、当社としても開発スピードをアップさせるとともに、他社と差別化を図った製品の開発を推し進めることが重要である。

そこで、

  • ①既存製品と高い互換性をもつ
  • ②光は変えない
  • ③光のJust in Time

をコンセプトに、技術開発を行っている。

①については、特にハロゲンランプ代替LED電球が抱えている、明るくするには放熱対策で既存製品よりサイズが大きくなる、あるいはサイズを優先させると搭載するLEDが制約され十分な光量を出せないといった問題を解消する。

②については、長年慣れ親しんできたイメージ、光源特性や光の質を忠実に継承しつつ、ユーザが求める明るさ、光の質、性能、形状を満たす。

③については、LEDを含むすべての光源から、TPOにあった、環境に優しい光を選択し、「必要な光を、必要なときに、必要なだけ」使用することを提案するものである。

この発想から生まれたのが、「LED products toIntegrate USHIO’s advanced technologies」を略した「LEDIU(レデュ-)」で、当社におけるLED事業の総称であるとともに、当社が品質保証する、先進テクノロジーの粋を集めたLED製品群に対する総称と定義している。

3. LEDIU LED電球

現在、「LEDフィラメント電球Let(レット)」、「ミニレフランプ形」、「ダイクロハロゲン形」の3シリーズがあり、以下、「ダイクロハロゲン形」を中心に、製品と技術について紹介する。

(1) JDR Φ50タイプ

ミラー付きハロゲンランプについて国内トップシェアを占める当社は、真の意味でハロゲンランプ代替となるLED電球の開発、製品化を1つの責務と考え、これらコンセプトを具現化させるべく、構成部品をはじめ、性能、品質にいたる、すべてにこだわりをもったLED電球として製品化したものである。

ユーザが求める明るさ、光の質、性能、形状を満たし、省エネで環境に優しく、既存のインフラで使用することができる。

【主な特長】

●JDRΦ50ハロゲン40W(中角タイプ)相当の明るさ*1

高輝度LEDとレンズとの組み合わせにより、6Wの消費電力ながら、最大光度 1600cd)の明るさを実現した。

●高い放熱性、コンパクト・軽量化、「モレ光」

放熱性能を追求し、設計に工夫をしたラインスリット形放熱フィンが特長のアルミボディは、その優れた放熱性により、ランプのコンパクト化、軽量化を実現、サイズはハロゲンランプとほぼ同等にした。また、LEDが発する光をムダなく利用、レンズで集光される以外の光は背面のスリットから放つことで、ハロゲンランプのダイクロイックミラーから後部に出る「モレ光」を再現することができた。

●電源によるノイズ

電源から発せられるノイズなどの試験を徹底して行うとともに、CICPR11、CISPR22に準拠させた。

【主な用途】

  • ・ 一般照明、商業施設・店舗・商品展示用スポット照明
  • ・ ベース照明 など

図1. 配光特性比較(LED電球とハロゲンランプ)

図2. LED電球の照射面(左)とハロゲンランプの照射面

図3. 熱発生比較(雰囲気温度30℃における比較)

図4. 照射距離と照射面温度の相関(LED電球とハロゲンランプ)

図5. 光学シミュレーション(光線追跡本数:100本)

(2) JDRΦ50タイプ 調光対応シングルコア

JDRΦ50タイプ発売後、市場から、さまざまな照明用器具に対応する製品バリエーションの拡充が求められた。

なかでも、天井面を美しく、スッキリと仕上げることができる「ユニバーサル器具」などにおいては、器具の内側で一部、電球の光が遮られることから、複数のLEDチップを搭載したLED電球では、配光が変わってしまう、被照射物に複数の影がでるといった課題があった。

「調光対応 シングルコア」は、これを解消すべく、搭載するLEDを集積タイプのもの1つ(シングルコア)にしたうえ、光学シミュレーション技術を駆使することによってムダな光をなくす開発をすすめ、ユニバーサル器具でも美しい光を放つLED電球として製品化した。

【主な特長】

●多重影のない輪郭が美しいグラデーション

シングルコアに適したレンズ設計を行ったことで、照射面が正円に近い光にすることができた。その結果、「ユニバーサル器具」で使用しても設計どおりの配光が得られるので、輪郭の美しい光を提供することができる。また、シングルコアであることから、被照射物の影が多重になることもない。

●スムーズな調光をコンパクトボディで実現

調光に対応する設計を行ったことで、既存のハロゲンランプ用調光器具でも、美しい光をスムーズに連続調光させることが可能である。また、電源レイアウトを最適化、必要とされる性能を維持したままダウンサイズさせた電源を新たに開発、搭載したことで、コンパクト化を図った。

【主な用途】

  • ・ 一般照明、商業施設・店舗・商品展示用スポット照明
  • ・ ベース照明 など

図6. ユニバーサル器具での照射面

図7. シングルコアによる影

図8. 配光特性比較

(3) JDRΦ70タイプ

世間ではLED化に拍車がかかり、現在、JDRΦ50ハロゲンランプについては、当社を含む各社から代替のLED電球が数多く上市されている。

しかし、JDRΦ50ハロゲンランプ以上の明るさを放つことのできるLED代替ランプはまだ数少なく、しかも十分な光量がまだ出せていない状況にあることから、培ってきた、LED、光学設計、放熱、電源設計にかかわる技術を投入し、JDRΦ70タイプを完成させた。

JDRΦ70ハロゲンランプと同等の明るさ(75W相当)*2、サイズ、光の質を再現したことで、スポット照明の代替にとどまることなく、ベース照明用としてハロゲンランプと取り換えても違和感のないイメージ、雰囲気、演出効果を提供することができる。

【主な特長】

●業界最高水準の明るさ*3

6個の高輝度LEDを最適配置させ、レンズと組み合わせたことで、最大光度3900cdを達成した。

●フラットな光、輪郭が美しいグラデーションのある光

6つのLEDによる光を最適制御する、独自の3D光学シミュレーション、レンズ設計、光学技術により、ハロゲンランプの配光を再現、ムラのないフラットな光、輪郭の美しいグラデーションのある光とした。

●コンパクトなボディ

放熱性に優れたラインスリット形放熱フィンと、レイアウトを最適化した電源により、ランプのコンパクト化、軽量化を実現、サイズをJDRΦ70ハロゲンランプとほぼ同等にした。

【主な用途】

  • ・ 一般照明、商業施設・店舗用ベース照明
  • ・ 一般照明、商業施設・店舗・商品展示用スポット照明など

図9. 光学シミュレーション(光線追跡本数:120本)

図10. LED電球の照射面(左)とハロゲンランプの照射面

図11. シミュレーションによってハロゲンランプの配光を再現した照射光

4. 今後の方向性

今後、特に一般照明用白熱電球のリプレイス需要がさらに高まると考えられることから、単なるLED化にとどまることなく、付加価値として、白熱電球が発する温かい光色をはじめとする質やイメージ、光源特性を忠実に再現するとともに、一般照明に求められる明るさを満たす製品の開発を、引き続き進めていく。

また、LED素子の高効率化にともない、メタルハライドランプ、蛍光灯といった高効率光源の代替もLEDで実現可能なレベルになってきているので、これを意識した製品開発も手がけていく。

  • *1 : 当社ハロゲンランプJDRΦ50 40W(標準タイプ)との比較(当社調べ)
  • *2 : 当社ハロゲンランプJDRΦ70 75W中角の100V換算値との比較(当社調べ)
  • *3 : 当社調べ(2012年1月12日現在)

SSTV用LED演出照明用機器の市場動向と
製品展開(アウトドア除く)

佐々木 光一( ウシオライティング)

1. はじめに

当社は、光源、産業機器に映像照明機器を加えた3つのビジネスドメインで事業展開を行っている。

映像照明機器については「映像照明事業部」が主管し、自社で生産するフォロースポットライト、USHIOグループであるCHRISTIE DIGITAL SYSTEMSのプロジェクタをはじめ、High End Systems社(アメリカ)、DTS社(イタリア)、SILVER STAR(中国)といった2社1ブランドの演出照明用機器を取り扱う。

特に演出照明用ビジネスにおいては、光源からシステムまでを一貫して取り扱う独自のビジネスモデルに加え、きめ細かなメンテナンスサービス、演出・ソフト・コンテンツを中心とするソリューションビジネスを拡大し、トータルソリューションプロバイダとしての地位を確立している。

2. 市場動向

演出照明用機器は、SSTV(Stage,Studio,TV Station)をはじめとするエンタテインメント分野だけでなく、ホテルや施設のバンケット・ウエディング会場、店舗、ショールーム、商業施設などでも使用されている。

なかでも、演出照明に欠くことのできないLEDムービングライトについて、国内市場を見てみると、当社取り扱い機器をはじめ、海外メーカであるMartin社(デンマーク)、ROBE社(チェコ共和国)などの機器が、シェアを伸ばさんとしのぎをけずっている。

フォロースポットライトについては、Xebex ブランドで販売している当社製のものが業界では定番となり、特にクセノンランプを光源とする「SUPERSOL」は、「ピンスポ」の愛称でユーザに浸透、国内市場の90%以上を占めるまでになっている。

図1. ウシオライティングが取り扱う演出照明用機器の一例

(1) LED化の流れ

演出照明用機器では、ランプ出力、効率、演色性といった観点から、これまでは主にメタルハライドランプが使用され、まだ既存機器に対抗するまでのパフォーマンスを発揮するにいたらないLED光源搭載機器は、スポット的な使用にとどまっていた。

しかし、2009年にMartin社からリリースされた「MAC301 WASH」というLEDムービングライト(ウオッシュライト)が、これまでの概念を払拭するまでの性能を発揮、この頃から徐々に、各社がLED製品を市場投入するようになった。

特に国内では、省エネ法の改正、地球温暖化対策としてのCO2排出抑制といった動きに加え、2011年3月11日の東日本大震災が影響し、演出照明における省エネ、節電の切り札となるLED需要が一気に加速、性能面で優れた製品が販売を伸ばした。

(2) LEDのメリット

省エネ、節電はもちろんのこと、カラーミックスが簡単である、光に熱をほとんど含まないので施設の空調使用をセーブできるといったメリットは、これまでの既存光源を使用した機器にはなく、その可能性を拓くものといえる。

光の質や、明るさがまだ足りない、といった課題は残されているものの、LED技術が日進月歩で進むなか、メリットがそれらを補ってあまりあるものになる時代はすぐそこまできている。

(3)今後の動向

今後については、①出力アップ、②演色性の向上、③基板の熱処理、④低コスト化などが、さらなる普及のカギを握っているといえる。

これらはチップをはじめとする、今後のLEDロードマップを見るかぎり、クリアできるものと考えられることから、輝度の高さ、色の鮮やかさ、豊富さ、幅の広い、きめの細かい演出効果を求めるこの業界においても、LED化は抗いがたい時代の趨勢であり、当社は、ハード、演出、ソフト、コンテンツを一貫して提供できるトータルソリューションプロバイダとしての強みを活かし、映像照明ビジネスを深耕させていく。

3. 製品展開

当社では昨年、演出照明用スポットライトのLED化を、京都に本社を置くLEDメーカであるシーシーエス株式会社と事業提携することによって実現した。

一般照明と同様に、光の質、イメージはもちろん、性能、品質にいたる、すべてにこだわりをもち開発に着手、真の意味で既存光源の代替といえるLEDスポットライト「Cool Spot LED」を完成させたので、以下にその技術と併せ、製品展開の一例として紹介する。

(1) 製品コンセプト

これまで、ホテルやホール、施設のバンケット・ウエディング会場、店舗、ショールーム、商業施設、博物館などの多くは、演出照明用として既存光源搭載のスポットライトを使用している。

最近では、スポットライトについても、節電、省エネに貢献すべくLEDの普及がすすんでいるものの、ユーザが求める光の質や色、性能、サイズを備えた製品にはいたっていないという声がある。

そこで、「被照射物の色彩を、鮮明かつ忠実に再現する」ことをコンセプトに、平均演色評価数の高いLEDスポットライト開発をはじめた。

(2) Cool Spot LED

「Cool Spot LED」は、平均演色評価数(Ra)97を達成した“自然光LED*1”スポットライトで、肌、衣服、花、食品をはじめとする被照射物の色彩を、鮮明かつ忠実に再現することができる。

自然光LEDとは、太陽光のように自然な色を再現することができるLEDで、フリップチップ実装した紫LEDと、赤、緑、青の蛍光体を組み合わせ、さらに封止方法を最適化したことで発光効率を向上させている。また、シミュレーションを重ねてパッケージの材料特性および、リフレクタ形状を最適化することで、光の取り出し効率を高めた。この結果、色の分離、バラツキを抑えるとともに、極めて高い演色性能と色の再現性、発光色の均一性を発揮することができる。

この自然光LEDを18個、いかに基板上で最適配置させ、併せて調光対応、電源マッチングを図り、スポットライトとして完成させるために、これまで培ってきた当社の技術を惜しみなく投入したことで、きれいな配光を実現、人の肌、衣服、服飾品、食品、生花、展示物など、それぞれがもつ独特な色彩を鮮明かつ忠実に再現する。

図2. Cool Spot LED

(3) 主な特長

●一般的なハロゲンランプ(250W)を使用したスポットライト相当の明るさ*2

27Wの消費電力ながら、距離1mでの中心照度2300lxの明るさを実現した。

●設置場所や被照射物へのダメージを低減

光に赤外線(熱線)をほとんど含まないというLEDの特性を活かし、天井高の低いホールや小規模宴会場においては、照明による使用場所の温度上昇を抑え、熱対策に威力を発揮する。また、被照射物の色あせや変色の原因となる波長の紫外線も同様である。

●導入、設置の簡易化を実現

一般的な2線式位相制御方式の調光器による調光制御が可能で、既存の調光回路に接続したライティングダクトにて使用できる設計になっていることから導入が簡単、加えて手軽に設置することができる。

● 自然光LEDの演色評価数(4000K 実測値)

● 一般的な白色LEDの演色評価数(5000K 実測値)

図3. 中心照度比較

図4. 光源ごとの分光分布比較

図5. 自然光LEDと一般白色LEDの演色評価数

4. 今後の方向性

LED演出照明機器についても、今後、需要がさらに高まると考えられることから、最新のLEDと、これまで積み重ねてきた独自の技術を組み合わせ、高出力、高演色性、既存光源のもつ光の質やイメージ再現といった付加価値の高い製品開発を、引き続き進めていく。

また、特にユーザから要望の多い、フォロースポットライトのLED化も進めていく。

  • *1:自然光LEDは、シーシーエス株式会社のオリジナルLED
  • *2:当社調べ

図6. 照射イメージ

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