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LEDの明るさと単位



LEDの明るさを示す単位は、ルーメン(lm)、ルクス(lx)、カンデラ(cd)など、様々なものがあります。
照明器具やパワーLEDにはルーメン、極小チップLEDにはカンデラなど、製品により記載されている明るさの単位が違っていたりします。
ここでは、いろいろある明るさの単位を、どのように見て判断したら良いか、分かりやすく解説してまいります。

明るさの単位の2つの基準

LEDの明るさを表す単位には2つの考え方があります。
一つは、単に光をエネルギー量(物理量)として測定した「放射量」の単位と、 この放射量に加えて「人の目が感じとる明るさの感覚」までを加味して設定した「測光量」という単位です。

人の目は、色によって感じる明るさが異なるため、一般的に光源の明るさを表す単位は、測光量の単位が使われますが、 これらの単位は、下記に説明する「視感度」を加味した形で決められています。

人の「視感度」とは

人の目が光に対して感じる感度は、波長(光の色)によって異なります。
つまり、光源が発する光の量が同じでも、色によって人が感じとる明るさ(光の強さ)が異なるのです。
このような、人の明るさの感じ方のことを「視感度」といいます。

CIE(国際照明委員会)によって、波長(色)による人間の視感度の違いを、多くの人の平均から割り出した値でまとめられた 「標準比視感度」と呼ばれるデータが定められいます。

これを見ると(下の図)、人の目は555nm付近の黄緑色の光を一番明るく感じます
一方、図の470〜480nm付近の青色の光は、その1/10くらいの明るさにしか感じないことがわかります。
つまり、人の目は青や赤などは暗く、緑色・黄色などを明るく感じる傾向があります。

LEDの明るさと標準比視感度曲線

※比視感度曲線は、人の目が最も明るく感じる「555nmの緑色の光」を「1」として、 それを基準に、同じエネルギー量(放射束)の他の色の光で感じる明るさを、相対値で表したものです。 このように、人の目は波長によって感じる明るさが大きく異なるため、光源の明るさを判断する単位には、 人の視感度についても加味されて決められています。
たとえば、同じエネルギー(放射量)のLEDでも、視感度の良い波長を多く含んだ緑色LEDは、 視感度の悪い波長を多く含む赤や青のLEDよりも明るさの数値が大きくなります。

全光束[ルーメン(lm)]とは

「全光束(ルーメン)」とは、すべての方向に発せられる光の総量を表します
単位は、「lm」。

※製品のスペック欄などに、単に「光束」と記載されていても、特別な断りがない限り、通常は「全光束」を表していると考えられます。

※放射束と光束
LEDが放つ光の量を表す単位に、放射束と呼ばれるものがあります。 放射束は、ある面積を1秒間に通る光の量を表し、単位はジュール/秒(W)を用います。 これは、光の量をエネルギーの絶対値で表したものです。
しかし、肉眼で見たときに感じる光の強さ(明るさ)は、波長(発光色)により感度が変わるため、 一般的には、人の目で感じる明るさである「光束(lm)」に変換されて用いられます。

光度[カンデラ(cd・mcd)]とは

「光度(カンデラ)」とは光の強さを表し、単位立体角内に放射される光束を表します。
つまり、ある特定の方向へ放射される光の量です


「中心光度」「最大光度」のように用いられ、ある角度(立体的な円錐型の角度)にどれくらいの光が放たれているかを表しています。 光の密度と考えたら分かりやすいかもしれません。

単位は、「カンデラ(cd)」・「ミリカンデラ(mcd)」。(※mcdは、cdの1000分の1で「1cd=1,000mcd」)

LEDの明るさと単位(光度 カンデラ[cd・mcd])

図のように、狭い角度に光を集中させた狭角タイプのものは、単位立体角内に含まれる光の量が多く、光度の数値は大きくなる傾向があり、
一方、全光束(光の総量)が同じでも、光る角度が広い広角タイプのものは、単位立体角内に含まれる光の量は少なくなるため、光度の数値は低くなる傾向があります。

そのため、単に光度(cd・mcd)の値だけでなく、 光の広がる角度(指向角(半値角))の数値もセットで見て、用途に適したLEDを選ぶ必要があるわけです。

※LEDパーツ販売店などのスペック欄には、光度「mcd」の単位で「輝度」と記載されていることが良くあります。 これは慣例的なもので、輝度と記載されていても、単位が「cd」「mcd」の場合は、光度の数値だと考えられます。

照度[ルクス(lx)]とは

「照度(ルクス)」とは、光を受けている面の明るさを表します
つまり、照度は「光を受ける側」の明るさを表します。単位は「lx」で表されます。

照度は、下のイメージ図のように、計測する面積が同じでも、光源から離れるほど光があたる量が少なくなります。 つまり、近いほど明るく(数値が高く)、遠いほど暗く(数値が低く)なります。

したがって、光源の明るさ自体を判断する基準としてではなく、 照明する環境の明るさを判断する際の単位として主に用いられます。

LEDの明るさと単位(照度 ルクス[lx])

なお、照度は照明設計の基本となるもので、場所や作業内容ごとに、適した明るさの基準としてJIS規格が定められています。
例えば、事務机は750lx以上、精密作業現場では1,500lx、というように、環境や作業に適した照度が定められています。

輝度[カンデラ毎平方メートル(cd/m²)]とは

輝度は、主にディスプレイなどの明るさを表すときに用いられる単位です。
光度では、光源を点として扱うのに対し、輝度は面積として扱います。

光源を面積として考えるのであれば、当然面積が大きければ大きいほど明るくなります。
そこで、輝度は面積の大小による明るさの違いを無視できるように、 光源によって照らされた部分の面積で、光度を割って算出されます。
単位は、1平方メートルあたりの光度で、「カンデラ毎平方メートル(cd/m²)」で表されます。

※LEDパーツ販売店などのスペック欄には、光度の単位(cd・mcd)で「輝度」と記載されていることがありますが、これは慣例的なものです。 LEDパーツでは、光度や光束を記載するのが普通で、輝度と記載されていても、単位が「cd」「mcd」の場合は、光度の数値だと考えられます。

まとめ 〜単位をどのように見るか〜

基本的に、一般照明器具やパワーLEDなど、照明用の高出力パッケージには、光束(ルーメン)が記載されますが、 砲弾型(丸型)LEDや表面実装型(小型のチップLED)には、光度(cd・mcd)が記載されていることが多いです。

砲弾型LEDでは、光の広がる角度が狭いもの(狭角タイプ)は、レンズにより正面方向に集光しているために、 光度(cd・mcd)の値が大きい傾向があります。

光度の数値が高くても、総体としての明るさである光束(ルーメン lm)の数値が高いとは限らず、 実際には、照明効果は低く、スポット的に使用する用途に向いていることが多々ありますので、 明るさに光度(カンデラ cd・mcd)の値が記載されているものは、光の広がる角度(指向角や半値角として記載されている角度の値) とセットで見て判断する必要があります。

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