同じLED照明でも、通常の明るさでは安定しているのに、暗く調光するとちらつきが目立つことがあります。また、掃除機やドライヤーを使った瞬間だけ光が揺れたり、同じ電球でも接続する調光器や灯数を変えるとちらつき方が変わったりします。
なぜ同じLED照明でも、調光率・電源変動・接続条件でちらつき方が変わるのでしょうか。結論からいうと、LEDは電流の変化を非常に速く光へ反映するため、LEDドライバーが作る電流波形が調光率や入力電圧、負荷条件によって変わると、光の時間変動も変化するからです。
LEDのちらつきは「光が時間とともに変動する現象」
照明のちらつきは、光出力が時間とともに周期的または不規則に変化する現象です。米国エネルギー省は、これを時間的光変調（Temporal Light Modulation）として整理しています。
変動がゆっくりなら、肉眼で明るさの揺れとして感じます。より速い変動では、静止した照明を見ても気づきにくい一方、動く物体が途切れて見えるストロボスコープ効果や、視線を動かしたときに点や線が並んで見えるファントムアレイとして現れることがあります。
そのため、ちらつきは「点滅して見えるかどうか」だけではなく、変動周波数、変動幅、波形の形などを合わせて考える必要があります。
LEDは電流の変化をすぐ光へ反映する
白熱電球のフィラメントには熱の慣性があり、電流が一瞬小さくなっても、すぐに光がゼロになるわけではありません。
一方、LEDは半導体に流れる電流の変化へ非常に速く反応します。米国DOEも、LEDは電流波形の変化を光出力へ反映しやすいため、ドライバー回路の設計がちらつきに大きく影響すると説明しています。
つまり、同じLEDチップを使っていても、ドライバーが安定した電流を供給できるかどうかで、ちらつきの大きさは変わります。
調光率を下げると、ちらつきが増える場合がある
LED照明を暗くするときは、LEDへ流す電流を減らす方法や、高速で点灯・消灯を繰り返し、その点灯時間の割合を変えるPWM方式などが使われます。
調光率が高いときは安定していても、低い調光率ではドライバーが動作できる余裕が小さくなり、電流の揺れやパルス状の変化が相対的に大きくなることがあります。
米国DOEは、LEDの調光によってちらつきが誘発・増加する場合があり、実際の性能はドライバーと調光機器の互換性に左右されるとしています。
そのため、「100％点灯では問題ないが20％以下でちらつく」という現象は、LEDそのものの故障ではなく、調光条件によって電流波形が変わった結果である場合があります。
PWMでは周波数と点灯時間の割合が見え方を左右する
PWM調光では、LEDを非常に速くON・OFFし、点灯している時間の割合を変えることで平均的な明るさを調整します。
たとえば同じ周波数でも、明るい設定では一周期の多くの時間がONになり、暗い設定ではONの時間が短くなります。暗くするほどONとOFFの差がはっきりするため、条件によっては時間的光変調が大きく感じられることがあります。
また、周波数が低い場合は肉眼でちらつきを感じやすくなり、より高い周波数でも動く物体やカメラではストロボ状の影響が見えることがあります。
位相制御調光器との組み合わせでも波形が変わる
家庭の壁調光器では、交流電源の波形の一部を切り取る位相制御方式が使われることがあります。
LEDランプのドライバーは、この切り取られた波形を受け取ってLEDへ電流を供給します。しかし、調光器の方式や切り取り方とドライバーの設計が合わないと、毎周期の電流供給が不安定になり、光出力が揺れることがあります。
日本照明工業会も、調光器対応LEDランプはすべての調光器との組み合わせを保証するものではなく、メーカー指定の適合調光器を確認するよう案内しています。
つまり、同じLEDでも調光器を交換しただけでちらつきが減ったり、逆に増えたりすることがあります。
接続する灯数が変わるとドライバーへの入力条件も変わる
一つの調光器へ接続するLEDランプの数が変わると、調光器から見た合計負荷が変わります。
特に、古い調光器や最低負荷を必要とする機器では、LEDを1灯だけ接続すると負荷が小さすぎ、波形制御が安定しない場合があります。複数灯にすると安定することもあります。
逆に、接続数が多すぎると、調光器の対応負荷を超えたり、入力電流の特性によって別の問題が起こったりすることがあります。
そのため、ちらつきはランプ一個だけの性能ではなく、調光器・ランプ数・配線を含むシステム全体の条件で考える必要があります。
電源電圧の変動やひずみでも光出力が揺れることがある
家庭の電源電圧は理想的に完全一定ではなく、同じ系統につながる機器の動作などで一時的に変動することがあります。
日本照明工業会は、調光対応LEDランプについて、電源の変動やひずみ、ドライヤーや掃除機など外部機器の影響によって、ちらつき、ちら消え、明るさ低下が起こることがあると案内しています。
LEDドライバーが入力変動を十分に吸収できれば光は安定しますが、入力変動が大きい場合や回路の余裕が小さい条件では、その変動が光出力へ現れやすくなります。
同じ回路の大きな負荷がON・OFFすると一時的に変化することがある
掃除機、ドライヤー、冷蔵庫のコンプレッサー、モーターを使う機器などは、起動時に比較的大きな電流を流すことがあります。
その瞬間に同じ回路の電圧がわずかに変動すると、照明が一瞬暗くなったり、ちらついたように感じたりすることがあります。
ただし、頻繁で大きな明滅が続く場合は、単なる機器起動による一時的変動とは限りません。配線や接続部、照明器具、電源設備に問題がある可能性もあるため、異常な発熱や焦げたにおいなどを伴う場合は使用を続けないことが重要です。
低い調光率ほど外部変動の影響が目立つ場合がある
100％点灯では、LEDドライバーが十分な入力電力を受け取っており、多少の電源変動を吸収しやすい場合があります。
一方、低い調光率では、もともと供給されるエネルギーが少ないため、同じ程度の入力変動でも相対的な影響が大きくなることがあります。
そのため、「明るくしていると安定しているのに、暗くすると掃除機の起動時だけちらつく」といった条件依存の現象が起こることがあります。
ドライバーの負荷条件でもちらつき特性が変わる
米国DOEは、LEDドライバーが作る電流波形は、ドライバーの負荷、調光レベル、調光器がドライバーへ渡す波形によって変わるため、一つの条件だけでちらつき性能を評価できないと説明しています。
同じドライバーでも、接続するLEDモジュールの構成や出力条件が変われば、電流制御の状態も変化します。
このため、実際の製品では最大点灯時だけでなく、複数の調光レベルや負荷条件でちらつきを確認することが重要です。
ちらつきは周波数だけでは決まらない
「何Hzなら安全・快適」と周波数だけで判断することはできません。
DOEは、時間的光変調の見え方には、周波数だけでなく、変調の深さ、波形の形、デューティ比、視線や物体の動きなども関係すると説明しています。
たとえば同じ120Hzでも、光がほとんど一定でわずかに揺れる場合と、毎周期ほぼ完全に消える場合では、見え方は大きく異なります。
経済産業省の電気用品安全法関連資料でも、一般照明用LEDについて、光出力が人にちらつきを感じさせないことを求める考え方が示されています。
カメラでは肉眼より条件差が見えやすいことがある
スマートフォンで照明を撮影すると、肉眼では気にならないのに、画面に横縞や明暗の帯が現れることがあります。
これは、照明の光出力変動とカメラのシャッターや読み出しタイミングが干渉するためです。調光率や電源条件が変わって光の変動周波数や波形が変わると、カメラに映る縞の太さや動きも変わることがあります。
そのため動画撮影環境では、肉眼での見え方だけでなく、実際の撮影条件でも照明を確認する必要があります。
ちらつきが変化するときに確認したい条件
- 最大点灯時と低い調光率で差があるか
- 調光器とLEDランプ・器具の組み合わせが適合しているか
- 接続するLEDの灯数を変えたときに症状が変わるか
- 掃除機やドライヤーなど他の機器のON・OFFと連動していないか
- 特定の回路やコンセントだけで起こっていないか
- カメラだけで縞が見えるのか、肉眼でも明暗変化を感じるのか
- 異常な発熱、音、焦げたにおい、点灯不良を伴っていないか
まとめ
同じLED照明でもちらつき方が変わるのは、LEDが電流変化へすばやく反応し、その電流波形が調光率、調光器、接続灯数、電源電圧、外部機器などの条件で変化するからです。
低い調光率ではドライバーの動作余裕が小さくなり、位相制御調光器との相性や最低負荷の影響が現れやすくなります。また、電源の変動やひずみがドライバーで十分に吸収されない場合、その変化が光出力へ現れることがあります。
ちらつきを確認するときは、照明単体だけを見るのではなく、調光レベル、調光器、接続灯数、電源環境を一つのシステムとして確認することが重要です。
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参考資料
- 経済産業省「電気用品安全法の概要」
- 一般社団法人日本照明工業会「調光機能付き電球形LEDランプをお使いのお客様へ」
- U.S. Department of Energy「Flicker Basics」
- U.S. Department of Energy「Flicker Research」
- U.S. Department of Energy「LED Dimming: What You Need to Know」
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