一粒の LED が「5 万時間の寿命」と表記されているのは、どういう意味でしょうか。LED は電球のように突然切れることはほとんどなく、ゆっくりと暗くなっていきます。ですから LED の寿命は「光るか光らないか」ではなく、「輝度がある閾値まで減衰するか」です。これを定義するには、厳密な試験と推定の手法が必要です。本稿では光束維持率、LM-80、L70、そして温度と電流が LED の本当に使える時間をどう決めるのかを取り上げます。
一粒の LED が「5 万時間の寿命」と表記されているのは、どういう意味でしょうか。
この問いは思うより微妙です。LED は従来の電球のように突然切れることはほとんどなく、ゆっくりと暗くなっていきます。ですから LED の寿命は「光るか光らないか」ではなく、「輝度がある閾値まで減衰するか」です。これを定義するには、厳密な試験と推定の手法が必要です。本稿では LED の寿命エンジニアリングを解き明かし、それが屋外で長期稼働するアドレサブル照明にどう影響するのかを取り上げます。
光束維持率：LED 寿命の正しい定義
従来の電球の寿命は「光ってから切れる」ですが、LED は違います。光束減衰（lumen depreciation）——光出力が時間とともにゆっくり下がっていきます。そのため LED の寿命は光束維持率（lumen maintenance）で定義されます。光出力が初期値のある割合まで減衰するのに要する時間です。
もっともよく使われる基準が L70——光出力が初期の 70% まで減衰する時間です。一粒の LED が「5 万時間」と表記されているとき、通常それは L70 が 5 万時間であることを指し、「5 万時間後に完全に消える」ことではありません。
LM-80 と TM-21：試験と推定の分担
LED 寿命の信頼性は、二つの IES（照明工学会）規格の上に築かれ、その分担は明確です。
IES LM-80 は LED の光束減衰を測定する標準試験方法です[1]。特定の動作温度で LED を少なくとも 6,000 時間動作させ、光束維持のデータを記録することを求めます。LM-80 は「実測」だけを担い、試験時間を超える予測は行いません。
IES TM-21 は予測を引き受けます[2]。LM-80 の実測データを数学的に外挿し、L70 寿命を算出します。ここに一つの重要な制限があります。TM-21 の外挿上限は試験時間の 6 倍——たとえば 10,000 時間の試験なら、最大でも 60,000 時間の L70 主張までしか支持できず、それ以上は認められません。この規則が、過度に楽観的な寿命マーケティングを防ぎます。
温度と電流：寿命の二つの真の変数
L70 の数値は客観的に見えますが、試験条件に大きく依存します。LED の光束減衰速度を決める二つの真の変数は次のとおりです。
- 接合部温度（junction temperature）——温度が高いほど光束減衰は速く、寿命は短くなります。これがまさに LM-80 が特定の温度で試験する理由であり、良好な放熱設計が LED の寿命に不可欠である理由です。
- 駆動電流——電流が大きいほど発熱が多く、寿命は通常短くなります。定電流駆動と適切な電流設計は、発熱の抑制と寿命の延伸に役立ちます。
したがって、表記寿命と実使用寿命には差が生じることがあります。実際のアプリケーションで温度がより高く、電流がより大きく、放熱がより悪ければ、光束減衰は表記より速くなります。
寿命もまた、選定と環境の問題である
寿命の定義を理解すれば、選定はより明快になります。PowerMOS のドット制御チップは定電流／非定電流アーキテクチャと選択可能な駆動電流（屋内 3.5–7mA、屋外 7–20mA／チャンネル）を提供し、定電流と適切な電流設計が発熱の抑制と寿命の延伸に役立ちます。良好な放熱構造と組み合わせることで、屋外で長期稼働する都市ライトアップや建築照明のニーズに対応します。これらのアプリケーションの運用コストは、LED の寿命と直結しています。詳しい型番と仕様は製品センターをご覧ください。
関連記事：屋外信頼性のもう一つの側面（サージと EMC）については『アドレサブル LED の EMC・ESD・サージ信頼性エンジニアリング』、表示品質については『アドレサブル LED の階調・色彩・フリッカーフリー調光エンジニアリング』をご覧ください。
参照規格と文献
- IES LM-80, Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules. Illuminating Engineering Society.
- IES TM-21, Projecting Long-Term Luminous, Photon, and Radiant Flux Maintenance of LED Light Sources. Illuminating Engineering Society.
- IES PS-10-18, IES Position on LED Product Lifetime Prediction. Illuminating Engineering Society.
本稿は寿命エンジニアリングに関する解説です。引用した規格の名称は Illuminating Engineering Society（IES）の公式カタログで確認できます。PowerMOS のドット制御チップは、LED ドット制御に最適化した独自のキャリア（電力線搬送）プロトコルを採用しています。
よくある質問
LED の「寿命」はどのように定義されますか？
従来の電球の「光ってから切れる」とは異なり、LED は通常ゆっくりと暗くなります（光束減衰）。そのため LED の寿命は「光束維持率」で定義されます。つまり光出力が初期値のある割合まで減衰するのに要する時間です。もっともよく使われるのは L70 で、光出力が初期の 70% まで減衰する時間を指します。L70 は業界が LED 寿命を表記する際のもっとも一般的な基準です。
LM-80 と TM-21 とは何ですか？ どのような関係がありますか？
IES LM-80 は LED の光束減衰を測定する標準試験方法で、特定の温度で LED を少なくとも 6,000 時間動作させ、光束維持のデータを記録することを求めます。TM-21 は、その LM-80 の実測データを数学的に外挿し、L70 寿命を予測する方法です。両者は組み合わさります。LM-80 が実測データを提供し、TM-21 がそれをもとに寿命を推定します。重要な制限として、TM-21 の外挿上限は試験時間の 6 倍です。
なぜ温度は LED の寿命にこれほど大きく影響するのですか？
接合部温度（junction temperature）が LED の光束減衰速度を決める鍵です。温度が高いほど光束減衰は速く、寿命は短くなります。これが LM-80 が特定の温度で試験する理由であり、良好な放熱設計が LED の寿命に不可欠である理由でもあります。駆動電流も同様に影響します。電流が大きいほど発熱が多く、寿命は通常短くなります。定電流駆動と適切な電流設計は寿命を延ばすのに役立ちます。
なぜ表記寿命と実使用寿命に差が生じることがあるのですか？
表記寿命（L70 など）は特定の試験条件（温度、電流）に基づきます。実際のアプリケーションで温度がより高く、電流がより大きく、放熱がより悪ければ、光束減衰は表記より速くなります。IES も、TM-21 の LED 光束減衰寿命を器具全体の寿命を判定する唯一の指標とすべきではないと明記しています。器具全体の寿命はドライバ電源やその他の部品にも左右されます。選定にあたっては表記寿命の試験前提を理解すべきです。
PowerMOS は LED の寿命についてどのような選択肢を提供しますか？
PowerMOS のドット制御チップは定電流／非定電流アーキテクチャと選択可能な駆動電流（屋内 3.5–7mA、屋外 7–20mA／チャンネル）を提供し、定電流と適切な電流設計が発熱の抑制と寿命の延伸に役立ちます。良好な放熱構造と組み合わせることで、屋外で長期稼働する都市ライトアップや建築照明のニーズに対応します。詳しい型番と仕様は製品センターをご覧ください。