電球はどうして光る？LEDとの違い
電球が光るのは、電気のエネルギーを光に変えているからです。ただし、昔から使われている「白熱電球」と、現在広く使われている「LED電球」では光を作る方法が異なります。白熱電球は中の金属線を高温にして光らせ、LED電球は半導体という部品で電気を光に変えています。
この違いによって、使う電気の量、発熱の仕方、寿命にも差が生まれます。二つの仕組みを比べながら説明します。
白熱電球は細い金属線を高温にして光る
昔からある白熱電球のガラスの中には、「フィラメント」という非常に細い金属線があります。一般的には、熱に強いタングステンという金属が使われています。
スイッチを入れるとフィラメントに電流が流れます。金属線には電気の流れにくさである「電気抵抗」があるため、電気のエネルギーが熱に変わり、フィラメントは2000℃以上の高温になります。すると、熱くなった金属線が光を出します。
鉄を強く熱すると赤く光って見えるのと同じように、物が高温になって光る仕組みです。パナソニックはこれを「白熱」と呼び、日本電気技術者協会も、白熱電球はフィラメントの熱放射を利用した光源だと説明しています。
ガラス球の内側には、金属線の傷みを抑えるためにアルゴンなどのガスが封入されているものがあります。それでも使い続けるうちにフィラメントは少しずつ傷み、最後は切れて点灯しなくなります。
LED電球は半導体の中で光を作る
LEDは「発光ダイオード」という半導体部品の名前です。半導体は、電気の流れ方を工夫できる材料で、LEDでは「P型」と「N型」という二つの部分を組み合わせています。
LEDに電気を流すと、マイナスの電気を持つ「電子」と、電子が抜けた場所でプラスの電気を持つように働く「正孔（せいこう）」が移動します。この二つが結びつくとき、余ったエネルギーの一部が光として放出されます。
つまり、LEDは白熱電球のように金属線を真っ赤に熱して光らせる必要がありません。半導体の内部で起こる変化を利用して光を出すので、同じような明るさでも使う電気を少なくできます。
LED電球は、どうして白い光を出せるの？
LEDの光には赤や青などさまざまな色があります。家庭用の白いLED照明では、青い光を出すLEDチップと「蛍光体（けいこうたい）」という材料を組み合わせる方法が一般的です。
青い光の一部を蛍光体で別の色に変え、元の青い光と混ぜることで、目には白い光として見えるようにしています。パナソニックも、青色LEDと蛍光体を使う方式を、白いLED照明の主な仕組みとして紹介しています。
同じLED電球でも、白っぽい「昼白色」や、暖かみのある「電球色」などがあります。これは光の色を調整しているためで、「電球色」と書いてあっても中で白熱電球の金属線が光っているわけではありません。
LED電球が省エネになるのはなぜ？
白熱電球は、フィラメントを高温にするため、使った電気の多くが熱として外に出ます。一方、LEDは半導体で効率よく光を作れるため、同じ程度の明るさを少ない電力で得られます。
照明学会によると、同じ程度の明るさで比較した場合、LED電球の消費電力は白熱電球のおおむね4分の1〜6分の1程度です。数値は製品によって変わりますが、長く点灯させる場所ほど使う電気の差が積み重なります。
例えば、白熱電球が60W、同程度の明るさのLED電球が8Wという表示なら、電球を1時間点灯させたときの消費電力量はそれぞれ0.06kWhと0.008kWhです。どちらも実際の製品表示にある「消費電力（W）」を見て比較することが大切です。
「60形相当」は、60Wの電気を使うという意味？
LED電球の箱にある「40形相当」「60形相当」は、以前の白熱電球の明るさに対応する目安です。LED電球がその数字と同じワット数の電気を消費するという意味ではありません。
明るさを比べるときは「ルーメン（lm）」という表示を確認します。日本照明工業会によると、一般電球と同じE26口金のLED電球では、60形相当は810ルーメン以上、40形相当は485ルーメン以上が目安です。
これに対して「W（ワット）」は消費電力を表します。明るさはルーメン、電気の使用量はワットという区別ができれば、見た目が似た電球でも違いを比べられます。
LED電球は熱くならない？寿命はどれくらい違う？
LEDは白熱電球に比べて、光そのものに含まれる熱線が少ないのが特徴です。しかし、LED電球も熱を出し、本体や金属部分が熱くなることがあります。半導体や電気を調整する回路で熱が発生するためです。
熱がこもりやすい場所で使うと、LEDの部品が傷み、寿命が短くなることもあります。「LEDだから触っても熱くない」「布で覆っても大丈夫」と考えるのは危険です。
白熱電球はフィラメントが少しずつ細くなり、切れることで点灯しなくなることが多いのに対し、LEDには同じような細い発光用金属線がありません。そのためLED電球は一般に長寿命です。
日本照明工業会は、一般的なLED電球の定格寿命を4万時間程度と案内しています。ただし、これはすべての製品が必ず4万時間故障せず点灯する保証ではありません。使用環境や部品の状態によって変わり、光が少しずつ暗くなる場合もあります。
白熱電球からLED電球に替えるときの確認ポイント
今の照明器具にLED電球を付けられるかは、電球の形が似ているだけでは決まりません。交換するときは、次の項目を確認します。
- 口金の大きさ：根元の金属部分にはE26やE17などの種類があり、照明器具と同じものを選びます。
- 明るさと光の色：ルーメン表示と、「電球色」「昼白色」などの表示を確認します。光の広がり方も製品によって異なります。
- 器具の種類：カバーで覆われた密閉形器具や、明るさを調節する調光器具、断熱材施工器具では、それぞれに対応したLED電球が必要です。
- 器具が指定するランプ：LED専用の照明器具には、発熱の大きい白熱電球を取り付けてはいけません。
日本照明工業会は、電球のパッケージで口金、明るさ、形状、器具への対応を確認するよう案内しています。パナソニックも、LED電球専用器具に白熱電球を使うと過熱や火災の危険があると説明しています。
交換前には必ず電源を切り、古い電球が十分に冷めてから外してください。ソケットの変色や焦げ臭さなどがあるときは使い続けず、照明器具の点検を依頼しましょう。