英ケンブリッジ大学の研究チーム、LEDの製造コストを抑える技術開発 16
ストーリー by soara
LED電球の普及に拍車がかかるか 部門より
LED電球の普及に拍車がかかるか 部門より
capra 曰く、
LEDはその消費電力の少なさや寿命の長さから、次世代型照明として注目されている技術の一つであるが、まだ従来の照明と比べて高価格というのが難点だ。これはLEDの材料として使われる窒化ガリウムの結晶の形成に安価なシリコン基板が適していないことに一因がある。窒化ガリウムの結晶形成には1000℃まで熱する必要があるが、窒素化ガリウムは冷却時にシリコン基板のほぼ2倍の速さで収縮するため、そりやクラックが発生するためである。収縮率の近いサファイア基板を使うというのが一つの解決法だが、商業的に展開するにはコストがかかり過ぎるというのが問題とのこと。
New Scientistが報じるところによると、ケンブリッジ大学のColin Humphreys博士の研究チームはこの問題をLEDの設計に窒化アルミガリウムの層を組み込むことで解決したとのこと。この層が純粋な窒化ガリウムの収縮速度を遅め、シリコン基板上の形成が可能になったそうだ。英国 EPSRC（Engineering and Physical Sciences Research Council）から資金提供を受けていたこの研究は、今後英政府の技術戦略委員会の財政支援の下、商業化プロセスの確立に取りかかるとのこと。
光の質が違うというのもあるとは思うが、本家記事には「LEDの照明能力は白熱灯と比較してまだ劣っている」といったコメントも寄せられている。1年ほど前の記事だが、その明るさについてはITmediaの「電球ソケットで使える“LED照明”を使ってみた」がなかなか分かりやすい。
サファイア基板 (スコア:2, 参考になる)
GaNの結晶成長でサファイアはよく使いますが、原子間距離が13%くらいGaNと違うのかな。ともあれ、他にいいものがないのでサファイアを使うけれど、転位（dislocation）がたくさんできるとか、決して適しているわけではないのが現状です。
価格は高いのだけど、GaN基板が安く出回れば、GaNの上に結晶成長させられるようになり、色々問題点は解決しそう。AlGaNはその中間（GaNとAlNの合金）として現時点ではちょうどいいのかな。
照明までいかなくても (スコア:1)
材料費が下がることでLEDの単価が下がってくれるのは助かります。
あとは、輝度と寿命かなぁ。
チャイナ製レポ (スコア:1)
100円ショップで白色３灯の懐中電灯を買ったのですが、１週間使わないうちに球が切れました。
回路は単４電池３本を直列にしてそのままLEDを発光させていただけです。
使われてたLEDの規格は不明ですが、やっぱり入力電圧に耐え切れなかったんでしょうか。
せめて抵抗１本入れてくれてりゃいいのに。ってあの国にそんなクオリティ求めるだけ無駄か。
# コスト抑えるにもその方法を慎重に選ばんとなあ。
Re:チャイナ製レポ (スコア:2, 参考になる)
ですから、極めて短時間でLEDが劣化します。
LEDの定格内に収まるように電流を制限した場合、かなり暗くなると思われます。
Re:チャイナ製レポ (スコア:1)
そうですよねえ。
加えて、使われていたLEDの品質もぎりぎりだったんでしょうね。
値段がなぁ (スコア:0)
さすがに7000円はなぁ・・・。せめて2000〜3000円。
いくら長寿命／低消費電力であっても、感覚的に電球一個に7000円は出せないと思う。
ITmediaの記事は一年前のものだから、今ならもっと下がってるんだろうけど・・・
と思ったけど大して変わってないな。製品によっては15000円近くするものもあるのか。
記事にもあったけど、何百万／何千万の買い物（新築／改築）するうちに含まれている
場合はあまり気にならないだろうけど、単品でその値段はなぁ。
Re:値段がなぁ (スコア:3, 参考になる)
たぶん需要が爆発しない限り値段は下がらないんじゃないかなあと思います．さらに，悪いことにLEDの値段が下がってもたいして下がりそうにない．
自分で作ってみるとわかるのですが，数W級のLEDを利用した照明に関してはLED自体のコストはたいしたものではありません（お店で買っても一個数百円程度．電球型蛍光灯の代替に使うには3個から4個程度ですからLEDの値段だけでいえば2000円で出すことは可能）．
むしろ，この手のハイパワーなLEDをドライブする回路や冷却系の設計の方にコストと手間がかかります．1A前後を流せる定電流回路を作らなくてはいけないし，投入したエネルギーは結局大半が熱に変わるわけですが，その状態でも白熱灯や蛍光灯と違ってある程度低い温度40-50℃程度を維持しないとLEDが壊れますので，放熱設計が大変になります．
小さいLEDをたくさん利用した照明の場合はまた違ってくるのでしょうけど．最近，0.2WクラスのチップLEDが大量に搭載された，直管型蛍光灯置き換えのLED照明を購入したのですが，50個くらいついて30000万円だったので事情はあまり変わらないのかも知れません．
Re:値段がなぁ (スコア:1)
>50個くらいついて30000万円だったので事情はあまり変わらないのかも知れません．
三億円？
それは置いておいて、そういう多灯の照明が高いのは、高効率のLED（GaNサファイア基板）
は高くてたくさん使えないし、安いLEDだとたくさん必要な上、電源回路も複雑になるからでしょう。
今回の技術で高効率のLEDを安く作れるようになれば、状況も変わるかもしれません。
また、どのくらい実用的なのかは分かりませんが、LEDを交流駆動する方法もあります。
http://eetimes.jp/article/22359/ [eetimes.jp]
LEDを整流回路として使ってるだけのシンプルな回路なので、LED以外に必要な部品は
ほとんど無いと思います。
Re: (スコア:0)
LEDを作る人が現状を打破できるように、駆動系を作る人の中にも、「値段を下げられないはずがない」と努力している人がいる事に期待します。
Re:値段がなぁ (スコア:2, 興味深い)
ＬＥＤ電球を前提とした照明器具が出てくれば、電球単体の価格は下がるのではないでしょうか。
（ダイオードですからＡＣ－ＤＣ変換は必須なんですよね？）
制御回路がいらない（？）ハンディライトの類はかなりＬＥＤへの移行が進んでいます。
マグライトもＬＥＤモデルを出してきましたし。
要求される輝度が室内照明より多少落ちるにせよそれほど高価になってないのは
やはり余分な回路の有無じゃないでしょうか。
〜後悔先に立たず・後悔役に立たず・後悔後を絶たず〜
Re:値段がなぁ (スコア:3, 参考になる)
＞制御回路がいらない（？）ハンディライトの類はかなりＬＥＤへの移行が進んでいます。
それらの場合は、そもそも比較対象は低効率で寿命も短い白熱電球だったので、それなりの性能の白色光LEDが出た時点で勝負は決まっていたのかもしれません。
ハンディライトの類なら、LEDに有利な点が他に色々あります。演色性はあまり要求されないとか、部屋全体を明るくするのに比べれば扱う電力が低い分駆動回路が楽とか、電池はAC100Vに比べてLEDと相性がいいとか。
また、仮に100時間で壊れる代物があったとすると、室内照明では論外です。しかし、ハンディライトの類ならば、許容範囲どころか携帯電灯用の豆球よりも長寿命です。
参考資料：
豆球
http://www.asahi-battery.co.jp/main/23t_mame.html [asahi-battery.co.jp]
ハロゲン電球品種一覧
http://www.asahi-battery.co.jp/pdf/23-2mame.pdf [asahi-battery.co.jp]
Re:値段がなぁ (スコア:2, 興味深い)
いや、必須なのは100Vから5V前後への変換なんです。
電球互換のまま置き換えうようとすると、この電圧変換回路が問題になります。別に交流のままでも昔の蛍光灯のように50hzで点滅するだけで照明としては問題ないのです。(LEDの寿命が多少削れるかもしれないけど)
一般的な低電圧への変換回路はACアダプタなど見れば分かるように大きく、結構な熱を持ちます。これを熱に弱いLEDとともに、狭い空間に押し込めると無理がでます。LEDそのものよりも先に、周辺回路が寿命を迎えるのが一般的です。
そこで寿命を延ばすためにいかにシンプルで、かつLEDを傷めず、安全性の高い回路を作るかって話になります。で極論的に配電盤のところで24V-DC電源に落として配電したらいんじゃねって話もあります。
ちなみにLED＝高効率というイメージがありますけど、HIDとLEDはほぼ互角らしいです。LEDで十分な明るさを確保しようとすると価格が半端じゃないので、発熱が問題にならなければHIDの方が良いと思います。
ちなみにうちの街灯は24Vのハロゲンランプです。ちょっと明るすぎる気もするので、LEDに置き換えうようか思案中。
Re:値段がなぁ (スコア:2, 興味深い)
みなさん、1980年代の技術のまま止っているアマチュアの回路設計の話で解説しないで頂きたい。
LEDドライブ回路は、すでに普及しつつある電球型蛍光灯のドライブ回路とほぼ同じで済みます。
LEDを並列ではなく直列にすると寿命が大幅に短くなりますが、ドライブ回路のコストやロスは大幅に減ります。
では何が問題か。LEDの価格です。
秋葉原の部品代を積み上げて、そのまま販売店での販売価格と比較しないでください。
Re:値段がなぁ (スコア:1)
白色LEDだと35個くらい直列にすれば、100V を直接整流したものをレギュレータ無しで突っ込んでも大丈夫ですよね。制御は電圧ではなく、パルス駆動のPWMかなにかにすればいいのかな？
で、直列にして駆動すると全LEDに同じ駆動電流が与えられるわけですが、それで何で寿命が縮むのでしょう？ 僕程度の知識ではそこが理解できない。
Re:値段がなぁ (スコア:1, 参考になる)
そりやクラック (スコア:0, オフトピック)
ほぼ2倍の速さで収縮するため、そりゃクラックが発生するわ。
と空目した。