つけた ままの はくねつ電球は、さわれないほど あつく なります。ふるい 家の 電球を おもいだす 人も いるでしょう。(つけている 電球や、けした ばかりの 電球は、あぶないので さわらないでください。)

この あつさは、電気が 光ではなく、ねつに なって いる しるしです。ある 記事では、はくねつ電球は 電気の 95パーセント いじょうが ねつに なり、光に なるのは 2〜3パーセントほどと くらべられて います［1］。ただし、その 記事には 「光」を どう 数えたかは 書かれて いません。

同じ 記事では、けいこうとうや 小さい LEDは 5〜15パーセントほどと 書かれ、はくねつ電球より ずっと じょうずです。数字は、調べた 人や 数え方で かわります。

では、LED電球は 電気の 何わりを 光に して いるのでしょう。「明るさ」を ものさしに すると、1わりから 3わりくらいです。7わり、8わりぶんは、明るさに ならないのです。

白熱電球は、細い線（フィラメント）に電気を流して、高温にして光らせる電球です。光らせるために温めるので、熱が多くなります。ある研究紹介記事は、白熱電球では電気の95%以上が熱として逃げ、光に変わるのは2〜3%ほどと比べています［1］。電球が熱くなるのは、電気が光ではなく熱になっているしるしです。

同じ記事は、蛍光灯や小型のLEDを5〜15%と書いています。ただし、この記事には「光」の数え方が書かれていないので、ここでは幅のある目安として読みます。

ここで、「LEDは熱くならないのだから、電気をほぼ光にしているはず」と考えたくなります。ところが、ルーメンを683で割る換算で見ると、LED電球は1〜3割台です。これは電気を光に変えた割合そのものではなく、明るさを基準にした数字です。次の章で、その数え方を確かめます。

白熱電球は、フィラメントを高温にして光らせる。光を出すために温度を上げる仕組みなので、熱が多くなる。MIT・パデュー大学の白熱電球研究を伝える二次資料は、電気の95%以上が熱として失われ、光への変換は2〜3%と比べている［1］。この記事は、光の数え方を明記していない。同じ記事は、蛍光灯や小型LEDを5〜15%としており、ここでは幅のある目安として読む。

一般向けのサイトには「白熱電球の効率は約10%」という説明もあり、出典によって数字がずれる。ずれる原因は、「光」の定義が一つに決まっていないことにある。熱くなりにくいLED電球ならほぼ光に変えているはずだ、と考えがちだが、683lm/Wを100%とする換算では1〜3割台にとどまる。これは電気を光に変えた割合そのものではなく、明るさを基準にした数字である。では、その換算は何を基準にしているのか。これを決めないと、どの数字が正しいとも言えない。

光の かぞえ方は、2つ あります。1つは、光が もつ エネルギーの 大きさ。もう1つは、人の 目に 見える 明るさです。

人の 目は、すべての 色を おなじ 明るさには 感じません。いちばん 明るく 見えるのは、みどり色の 光です。あか色や 青色は、おなじ エネルギーでも すこし くらく 見えます。

明るさの たんいを 「ルーメン」と いいます。みどり色の 光が、1ワットぶん ぜんぶ 光に なった ときが、683ルーメンです。これが 目に 見える 明るさの いちばん 大きい 数です［3］。

でも 電球は 白い 光を 出します。白は、いろいろな 色が まざって できて います。くらく 見える 赤や 青も まざるので、1ワットから とれる 明るさは 683ルーメンより 少なくなります。りそうの 白い 光でも、250〜370ルーメンくらいです［3］。

光の量の数え方は、2通りあります。一つは、光が持つエネルギーの大きさ（ワット）で数える方法です。もう一つは、人の目に明るく見える量（ルーメン）で数える方法です。目は、見えない赤外線や紫外線を明るさにしません。また、波長によって感じ方もちがい、いちばん明るく感じるのは緑の光（波長555nm）です。

そのため、ルーメンの定義では、555nmの緑の光だけを1ワット分出したとき、683ルーメンになります。これが、1ワットあたりの明るさの最大値です［3］。

ところが、電球は緑の単色ではなく白い光を出します。白は、赤や青など、目に暗く見える色も混ぜてできているため、1ワットあたりの明るさは683より小さくなります。理想的な白色光の源でも、見積もりで250〜370ルーメン/ワットほどです。色の見え方をきれいに保つ条件では、5800Kの白色で260〜310ほどという計算があります［3］。

この683を「100%」として換算すると、色の見え方を保つ5800Kの例（260〜310）は38〜45%ほどに当たります（見積もり全体の250〜370なら37〜54%）。つまり、明るさを基準にした換算では、白い光は4割前後までしか届きません。これは電気が光になった割合ではなく、683を100%とみなした換算値です。

光の量には、物理的なエネルギー（W）で数える方法と、人の目に明るく見える量（lm）で数える方法がある。目は赤外線や紫外線を明るさに数えず、可視光の中でも感度は波長で大きく変わる。感度が最大になるのは緑の555nmで、ルーメンの定義により、この単色光1Wは683lmに当たる［3］。683は「1Wあたりの明るさの最大値」であり、白い光の上限ではない。

では、白い光の上限はいくらか。白は広い波長の光を混ぜて作るため、目の感度が低い赤や青の分だけ、同じ1Wから得られるlmは減る。Murphyの論文は、理想的な白色光源の最大効率を条件により250〜370lm/Wの範囲で見積もっている。5800Kの黒体放射を、色の見え方を保つよう切り出した場合は、260lm/W前後から310lm/W程度である［3］。

この数字を683lm/Wで割ると、5800Kの例では約38〜45%、見積もり全体では約37〜54%になる。つまり、明るさ基準の換算値は、白色光では100%にはなりえず、4割前後が目安になる。ただし、これは「683を100%とみなす」という置き方による換算値であって、電気を光に変えた割合そのものでも、電球の公的な効率の指標でもない［4］。

電球の はこには、「ルーメン」と「ワット」が かいて あります。ルーメンを ワットで わると、1ワットあたりの 明るさが わかります。

けいざいさんぎょうしょうの しりょうに のっている れいを 見ましょう［2］。はくねつ電球は 54ワットで 810ルーメン。わると 15です。LED電球は 9.4ワットで 850ルーメン。わると 90くらいです。

明るさは ほとんど おなじなのに、使う 電気は LED電球のほうが 6ぶんの1くらいです。

さらに、683で わって みます。はくねつ電球は 15÷683で 2パーセントくらい。LED電球は 90÷683で 13パーセントくらいです。

これが、「LED電球は 1わりから 3わりくらい」と いう 数字の もとです。電気が 光に なった わりあいではなく、明るさの ものさしで 数えた 数字です。

電球の箱には、明るさ（ルーメン）と消費電力（ワット）が書いてあります。ルーメンをワットで割ると、1ワットあたりの明るさが出ます。

経済産業省の審議会資料の例として紹介されているのは、白熱電球が54ワットで810ルーメン、電球形LEDが9.4ワットで850ルーメンです［2］。割り算すると、白熱電球は約15、LED電球は約90ルーメン/ワットです。ほぼ同じ明るさなのに、必要な電気は約6分の1ですむことになります。

ここで、前の章の683を100%として換算してみます。白熱電球は15÷683で約2%、LED電球は90÷683で約13%です。これは電気が光になった割合そのものではなく、明るさを基準にした換算値です。一般的なLED電球では約15%、LED電球の一部（75〜217ルーメン/ワット）では11〜32%という換算例があります［4］。1〜3割台という幅は、ここから来ています。

なお、この資料は、LED電球は白熱電球の4〜5倍の効率だとしています。上の2つの例の比は約6倍で、製品によって変わります。電球形蛍光ランプは約68ルーメン/ワットで、LED電球はそれと同程度かそれ以上とされます［8］。割合にすると、蛍光ランプは約1割です。

電球の箱にある全光束（lm）を消費電力（W）で割ると、発光効率（lm/W）になる。経済産業省の審議会資料の例として紹介されるのは、白熱電球54W・810lmが約15lm/W、電球形LED 9.4W・850lmが約90lm/Wである［2］。LEDが白熱電球の4〜5倍の発光効率という説明は、照明学会の用語解説にもある。

683で割ると、白熱電球は約2.2%、LED電球は約13.2%になる。Wikipediaの表が引くMurphyらの換算でも、100Wのタングステン電球は13.8lm/Wで2.0%、LEDのねじ口金ランプは102lm/Wで14.9%、5〜16WのLEDランプは75〜217lm/Wで11〜32%と、近い範囲に入る［4］。つまり、1〜3割台は、LED電球の発光効率を683を基準に表した換算値の幅にあたる。電気を光に変えた割合そのものではない。

この資料が白熱電球とLED電球の差を4〜5倍としているのに、上の2例の比は約6倍になる。これは、比べる製品の組み合わせで倍率が変わるからである。電球形蛍光ランプは約68lm/Wで、683で割ると約1割になり、先の5〜15%の範囲に入る。LED電球はこれと同程度かそれ以上とされる［8］。

のこりの 電気の 多くは、ねつに なって にげます。LEDは、あたたかい 光や 赤外線（目に 見えない あつい 光）を ほとんど 出しません。それで 光を あびても あつく 感じにくいのです。でも、ねつは なくなった わけでは ありません。LED電球の 口金（ソケットに さす ぶぶん）のほうへ にげます［5］。

白い LEDは、じつは 青い LEDが 出した 光の 一部を、とくべつな こな（けいこうたい）で きいろに かえて、まぜて 白く して います。かえる ときに、少し ねつに なります。

ほかにも、LEDの 中で 光が とじこめられて 出てこない ぶんが、1わりから 3わりほど あります。電気を LED用に かえる 回路でも、少し むだが 出ます［5］。

この ように、電気は 何回も ちょっとずつ 目べりして、さいごに 光に なります。

LEDは、赤外線をほとんど出さない光源です。そのため、光を浴びても熱を感じにくくなります。ただし、熱そのものがなくなったわけではなく、余った電気は主に熱になり、口金側へ逃げます［5］。「熱くない」と「電気を光にしている」は、別の話です。

では、電気は途中でどれだけ失われるのでしょうか。白い光を出すLEDでは、まず青色LEDが出した青い光の一部を、蛍光体という物質で黄色などに変えて混ぜます。この色を変える段階で、エネルギーの一部が必ず熱になります。これをストークス損失といいます。

次に、LEDのチップやパッケージの中でも、光が閉じこめられたり吸収されたりして、10〜30%ほどが外に出られません。さらに、家庭用の電気を、LEDが使える形に変える電源回路でも損失があります［5］。

前の章の約13%という数字は、これらを全部ふくんだ「電球まるごと」の値です。LEDチップだけを見れば、効率はもっと高くなります［4］。

LEDはほとんど赤外線を出さない。そのため、光の進む向きに熱を送り出さず、浴びても熱く感じにくい。しかし、これは電気が光に変わった証拠ではない。余ったエネルギーは主に熱になり、口金側へ逃げる［5］。「熱くない」と「効率が高い」は、別の性質である。

では、損失はどこで起きるのか。白色LEDは、青色LEDの光の一部を蛍光体で黄色などの長い波長に変えて、青と混ぜて白にする。この色を変える段階で失われるエネルギーが、ストークス損失である。次に、チップ・パッケージ内で、光が閉じこめられたり吸収されたりすることで、さらに10〜30%ほどが失われる。そして、家庭用の電気をLEDに適した電流に整える電源回路でも、損失が加わる［5］。

ここで、前章の約13%が「電球全体」の値だと気づく。LEDチップ単体の変換効率はもっと高い。電球全体の割合は、蛍光体・パッケージ・電源という損失が重なった結果であり、一か所を直せば大きく上がるものではない［4］。ただし、各損失が実際に何%ずつかは、製品ごとに異なる。

白い 光を つくるには、青い 光が ひつようでした。LEDは、さいしょ 赤や みどりの ものが 先に 使われ、きかいの ランプ（ひょうじ用）に つかわれて いました。

あかさきさん、あまのさん、なかむらさんの 3人は、明るい 青い LEDを つくりました。その 青い 光を こなで きいろに かえて まぜると、白い 光に なります。この しごとで、2014ねんに ノーベル物理学しょうを もらいました［7］。

もらった わけは 「明るくて 電気を あまり 使わない 白い 光を 出せる ように した、よく 光る 青い LEDの はつめい」でした。

光の三原色は赤・緑・青です。LEDは、赤と緑のほうが先に実用化され、表示ランプとして使われていました。白い光を作るには、青が欠かせませんでした。

2014年のノーベル物理学賞は、赤崎勇、天野浩、中村修二の3人に贈られました。理由は、「明るく省エネルギーな白色光源を可能にした、高効率な青色LEDの発明」です［7］。

青いLEDの光の一部を蛍光体で黄色に変えて混ぜると、人の目には白く見えます。これが、いま家庭で使われているLED電球の基本的な作り方です。

つまり、「LEDは電気をあまり光にしていない」と見ることもできる一方、白熱電球に比べると、同じ明るさに必要な電気は大きく減りました。

白色LEDには青色LEDが必要だった。赤と緑のLEDはそれ以前から実用化されていたが、主にインジケーター（表示用）に使われていた。白色の照明に使うには、青色のLEDが欠かせなかった。

2014年のノーベル物理学賞は、赤崎勇・天野浩・中村修二の3人に、「明るく省エネルギーな白色光源を可能にした高効率な青色LEDの発明」に対して贈られた［7］。ただし、ここで確認できたのは、受賞理由の趣旨と、LEDが表示用から照明用へ広がったという経緯の概要までである。ノーベル財団の原文は取得できていない。

青色LEDの光の一部を蛍光体で黄色に変えて青と混ぜると、白色になる。この方式なので、前章で見たストークス損失は避けられない。それでも、白熱電球が約2%だったことを考えれば、約13%でも差は大きい。

アメリカの エネルギーを あつかう くにの やくしょは、LEDの なかには 1ワットで 150ルーメン いじょうの ものも あると しています。683で わると、およそ 22パーセントです。

これからの もくひょうは、250〜325ルーメンです［6］。150より 大きい 数字なので、まだ のびる よちが ありそうです。

米国エネルギー省は、一部の特別な製品では、LEDは150ルーメン/ワット以上の効率を出していると述べています。683で割ると約22%です。長期の目標は、白色LEDのパッケージ（電球全体ではなくLEDの部品）で250〜325ルーメン/ワットとされています［6］。

150と250〜325の差を見ると、目標までまだ伸びしろがあるとわかります。

米国エネルギー省のLED解説は、実用品の中に150lm/W以上のものがあるとし、長期目標を白色LEDパッケージで250〜325lm/Wとしている［6］。683で割ると、前者は約22%になる。後者は、電球全体ではなくパッケージ単体の目標値である。実用品の150と長期目標の250〜325には差があり、LEDの効率には伸びしろが残っていると読める。

うちの LED電球の はこか 本体を 見て、「ルーメン」と 「ワット」の 数字を さがして みましょう。ルーメンを ワットで わって、さらに 683で わると、明るさの ものさしで 何わりに なるかが わかります。

けいさんきを 使っても いいです。(つけている 電球や、けした ばかりの 電球は、あぶないので さわらないでください。)

この 記事では 90÷683で 13パーセントでした。みなさんの 電球は、何パーセントに なりましたか。ちがう 電球が あれば、くらべて みましょう。

家にLED電球があれば、箱か本体の表示から「明るさ（ルーメン）」と「消費電力（ワット）」を探し、ルーメンをワットで割って、さらに683で割ってみてください。その電球の、明るさを基準にした換算の割合が出ます。

1本だけでなく、種類のちがう電球が家にあれば、電球どうしで数字を比べてみましょう。白熱電球、蛍光灯、LEDの順に並べると、割合の差がはっきりします。点灯中や、消した直後の電球は熱くなっているので、さわらないようにします。

この記事の約13%より高い電球と低い電球は、それぞれ何がちがうのでしょうか。箱に書かれた色（電球色か昼光色か）や明るさも、あわせて見比べてみてください。

家のLED電球の箱か本体から、全光束（lm）と消費電力（W）を読み、lm÷Wを683で割れば、その電球の「明るさ基準の換算値」が出る。電気を光に変えた割合そのものではない。複数の電球で計算し、記事の約13%や、一般的なLED電球の約15%と比べるとよい。点灯中や直後の電球は高温なので、さわらない。

白熱電球・蛍光灯・LEDなど、種類のちがう電球を並べて計算すると、割合の差がはっきりする。算出した値が11〜32%の範囲に入るか外れるかを見て、外れる場合は、箱に書かれた色（電球色か昼光色か）や明るさの大小と見比べてみたい。