LED、ディスプレイ、光学光源のための光測定
LEDおよびディスプレイの光測定は、光源が放出する光放射の量と、その放射が人間の目または画像センサによってどのように知覚されるかを定量化します。中心となる技術的目標は、放射測定量(物理的に存在する放射エネルギー)と測光量(視感度で重み付けされた明るさ)とをトレーサブルに分離することです。中心となる課題は、狭帯域光源(有色LED、OLEDサブピクセル、量子ドット変換ディスプレイ)ではこの2つの評価系が著しく乖離し、単純な広帯域センサではその乖離を確実に分解できないことです。したがって決定的な物理量は、放射束、光束、輝度、色度座標、ピーク波長、そしてスイッチング光源の場合は明るさの時間的変調です。分光分解された測定のみが、そこから導かれるすべての量を一貫して得ることができます。
LEDおよびディスプレイ技術はどのように発展しているか
国際エネルギー機関(IEA)による技術動向の分析はより確かな根拠に基づいています。照明は建物および屋外用途における世界の電力需要の約8 %を占めており(2024年時点で約2,200 TWh)、現在販売されているLEDの平均発光効率は2015年以降ほぼ倍増し、100 lm/Wに近づいており、先進的な製品では最大230 lm/Wに達しています(IEA, 2026)。現在、約110か国が照明に関する拘束力のある最低エネルギー性能基準(MEPS)を有しています。測定技術にとってこの動向は、社内品質管理から規制対応かつ証拠能力のある試験への移行を意味します。すなわち、発光効率、色度点、経年劣化挙動は、単なる社内での妥当性確認にとどまらず、規格に準拠したトレーサブルな方法で文書化されなければならなくなりつつあります。
さらなる推進要因は、電子ディスプレイに関するEUエコデザイン規則(EU)2019/2021であり、これは2023年以降、とりわけマイクロLEDディスプレイ専用の効率クラスや、定められた周囲照度(100 lx)下でのピーク白色輝度に関する固定要件を規定しています(EUR-Lex, Regulation (EU) 2019/2021)。この枠組みの改訂作業は2024年11月から進行中であり、欧州委員会は2026年初頭に草案を公表する予定です(European Commission, 2024)。ミニLED/マイクロLEDおよびOLEDにおける市場成長は、こうした規制上の試験義務の強化と重なり合っており、両者が相まって、製造工程および受入検査における測定精度、分光分解能、自動化への要求を高めています。
個別のLEDモジュールからマイクロLED直接発光素子への移行により、試験対象はパネルレベルから個々の発光素子レベルへと移行しています。ディスプレイあたり数百万個のサブピクセルが存在する中で、個々の発光素子の100 %インライン検査が経済的な製造の前提条件となりつつあります。なぜなら、修復および冗長化の概念は、欠陥が漏れなく特定される場合にのみ機能するためです(Yu et al., Journal of Physics D: Applied Physics, 2024)。ローカルディミング機能を備えたミニLEDバックライトは、非常に高いダイナミックレンジを持つ測定システムを要求します。これは、迷光(ブルーミング)の評価には、同一の測定系で明るい画像領域と極めて暗い画像領域の両方を測定する必要があるためです。OLEDディスプレイについては、焼き付きおよび残像試験(IEC 62341-5-3、第2版)の規格上の位置づけが、CIEDE2000による色差評価を伴う長期測定の標準化を推進しています。量子ドットベースのディスプレイ(QD-OLED、QLED)では、その狭帯域の原色(FWHM 20〜40 nm)が従来の三刺激フィルタ方式センサの近似誤差を増大させるため、比色測定はフィルタ式比色計から分光分解方式へと移行しつつあります。規制面では、光源に関するEUエコデザイン規則(EU)2019/2020が、フリッカーおよびストロボ効果の限度値を段階的に強化しており、2021年9月以降はSVM ≤ 0.9、2024年9月以降はSVM ≤ 0.4となっており、時間分解光測定は任意のオプションではなく必須の規制試験となっています(EUR-Lex, consolidated version)。電子ディスプレイ自体に関するエコデザインおよびエネルギーラベル規則は現在改訂中であり、2026年初頭に草案が公表される見込みで、耐久性および修理可能性への重点が明言されています(European Commission, 2024)。
この応用分野における市場規模、成長率および出典については、「UV技術の市場動向」のページにまとめられています。
光放射の光度測定・放射測定評価はどのように行われるのか
放射測定量 - 放射照度、放射輝度、放射束 - は、人間の目とは無関係に物理的に存在する放射パワーを表します。測光量 - 照度、輝度、光束 - は同じ現象を人間の目の分光視感効率関数V(λ)で重み付けして表したものです。V(λ)はおおよそ380〜780 nmの範囲外ではゼロとなります。すなわちその範囲の放射は物理的に存在していても測光的には寄与しませんが、材料の劣化、光生物学的作用、センサの応答を引き起こすことがあります。この換算は、555 nmにおけるV(λ)の最大値で定義される定数Km = 683 lm/Wを介して行われます(CIE 018:2019)。V(λ)は固定された表形式の曲線であるため、分光測定を行えば放射測定量と測光量の両方、さらには色度座標、色温度、演色評価数を導出できます。しかし逆方向、すなわち単一の測光値からスペクトルを復元することはできません。
光生成とディスプレイ表示にはどのような技術が使われているか
ディスプレイとLEDでは、光の生成方法と変調方法が根本的に異なります。測定技術にとって重要なのは、光源が広帯域光を発するか狭帯域光を発するか、自発光型かバックライト型か、そして時間的にどのように駆動されるかという点です。
| 技術 | 特徴 | 利点 | 制約 | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|---|
| LEDバックライト方式LCD | ライトバルブ(液晶)が別体のバックライトを変調し、カラーフィルタが原色を生成する | 成熟した技術であり、高いピーク輝度を実現可能で、製造コストが低い | ローカルディミングがなければ真の黒を表示できず、コントラストと色点は視野角に依存する | モニタ、テレビ、サイネージ |
| OLED | 有機半導体層自体が発光し、各サブピクセルを個別に駆動できる | 画素を消灯することで真の黒を実現し、高いコントラストとモジュール厚の薄さを備える | 画素ごとの経年劣化(焼き付き)があり、連続動作時のピーク輝度が制限される | スマートフォン、プレミアムテレビ、医療用モニタ |
| QD-OLED / QLED | 青色OLEDまたはLEDの発光を、印刷された量子ドットにより赤色・緑色に変換し、非常に狭いスペクトルFWHM 20〜40 nmを実現する(Samsung Display, 2023) | 狭帯域の原色により非常に広い色域を実現する | 帯域が狭いため、不適切なセンサを用いた場合にスペクトル起因の色測定誤差のリスクが高まる | ハイエンドテレビ、色再現性が重要なモニタ |
| Mini-LEDバックライト | LEDチップサイズは約100 µmで、LCDパネルの背面に個別制御可能な多数のディミングゾーンを備える(Allion Labs, 2023) | 従来のLCDより格段に高いコントラストと高いピーク輝度を実現する | 明暗の境界でゾーン間の迷光(ブルーミング/ハロー)が生じる | ハイエンドLCDテレビおよびモニタ |
| Micro-LED | 直接発光するLEDチップ(約10 µm)自体が画素を構成し、バックライトや有機層を必要としない(Allion Labs, 2023) | 非常に高いピーク輝度を実現し、有機劣化がなく、長寿命である | 数百万個のチップを一括転送する必要があり、歩留まりと修復性に非常に高い要求が課される | 大型ディスプレイ、将来のAR/VR用マイクロディスプレイ、車載用途 |
LEDおよびディスプレイ測定において重要なプロセス量とは
光束または放射束は、部品があらゆる方向に放出する全出力を表し、効率およびビニングの基準量となります。放射パターンは点測定では捉えられないため、方向に依存しない測定には積分球が必要です。輝度は方向に依存する量であり、表面が特定の視野方向に向けて放出するものを表すため、観察者が定義された角度でディスプレイをどの程度明るく感じるかを決定します。したがって、定義された画像位置および視野角で測定する必要があります。色度座標、色温度、演色評価数はスペクトルに直接依存し、色再現性を決定します。これらは、狭帯域の一次光源に対する測定システムの分光分解能に特に敏感です。順方向電流と接合温度は、LEDの光束、ピーク波長、色度点に同時に影響を及ぼします。温度が上昇すると半導体のバンドギャップが変化し、それに伴って発光波長がシフトするためです。したがって、2つの測定結果の比較は、同一の電気的および熱的動作点でのみ有効です。UVタイプにおいて光出力が使用期間中にどのように変化するかについては、UVA、UVB、UVC向けUV LEDをご覧ください。フリッカー指標(Pst LM、SVM、フリッカーインデックス)は、PWM調光光源における輝度の時間変調を定量化するものであり、重要な指標です。なぜなら、平均輝度が同一であっても、変調周波数と変調深度によって生理的影響がまったく異なるからです。
測定を制限する要因、または誤解釈を招く要因とは
消費電力は光学量ではありません。LEDが電力を光出力に変換する効率は通常100 %を大きく下回り、それ自体が温度と電流に依存するため、ワット数だけでは光束や放射照度を導き出す根拠にはなりません。パルス駆動やPWM調光された光源では、時間値だけでは不十分です。測定結果は測定器の積分時間に依存するため、調光周波数と積分窓が一致していない場合、同一の光源でも積分時間の長短によって見かけの明るさが異なる結果となります。動作点は見落とされがちです。スイッチオン直後の低温状態での測定とバーンイン後の測定は異なる測定であり、これは光束、ピーク位置、色度が接合部温度に応じて変化するためです。広帯域センサはV(λ)を近似的にしか再現できません。同じ色印象を持つが分光的には異なる光源、例えば温白色LEDとハロゲンランプの場合、同一のセンサでも二つの異なる読み値が得られ、そのうち正しいのはせいぜい一方だけです。ディスプレイの場合、関心のある実際の点以外での測定では不十分です。輝度と色点は表面上でも視野角によっても変化するため、画像中心での単一点測定では、端部のシェーディング、ブルーミング、角度依存性を捉えることができません。これらの前提はいずれも特定の条件下でのみ成立します。広帯域測定が妥当であるのは、比較対象の光源が分光的に十分類似している場合に限られ、狭帯域光源や未知のスペクトルに対してはこの条件はもはや成り立ちません。
スペクトルと測定ジオメトリはどのような影響を及ぼすか
人間の目には同一に見える2つのスペクトルはメタメリック(条件等色)と呼ばれます。カラーLEDやスペクトルFWHM値がわずか20〜40 nmのQD-OLEDディスプレイのように、光源の原色が狭帯域であるほど(Samsung Display, 2023)、メタメリックな比較光源に対して異なるセンサタイプの測定結果はより大きく乖離します。三刺激値フィルタ式色彩計は、3つの広帯域フィルタ特性を用いて人間の目の等色関数を近似しますが、狭帯域スペクトルではこの近似が不正確になります。光源の実際の分光分布がフィルタ特性の許容範囲内に収まらなくなるためです。このようなスペクトル不整合(指数f1′)の評価はISO/CIE 19476に規定されており、CIE 015:2018(測色学、LEDタイプ向け標準光源を含む)およびCIE 233(アレイ型分光放射計の校正と特性評価)がその他の関連参考文献です(CIE 015:2018;CIE 233)。
ジオメトリの観点では、ディスプレイやマイクロLEDにはさらなる複雑さが加わります。放射パターンを点光源とみなすことができないためです。極めて小さな発光素子(マイクロLEDのチップサイズは一桁マイクロメートルの範囲)では近視野効果と遠視野効果が重なり合い、ローカルディミングを備えたミニLEDバックライトでは、隣接するゾーン間の迷光を方向分解能をもって捉える必要があります。公表されたテストケースでは、340 nitsの明るい画像領域が、隣接するわずか0.0021 nitsの黒表示とされるフレームに対して測定され、使用された分光放射計は0.0005 cd/m²まで分解する必要があり、明るい画像領域を遮蔽するために5つの規定距離で運用されました(Allion Labs, 2023)。ここで重要なのはピーク輝度ではなく、測定システムのダイナミックレンジと迷光抑制性能です。
測光量と放射測定量はどのように数量的に関連していますか
放射測定量である放射束と測光量である光束との関係は、分光分布に対する積分によって定義されます。
Φv = Km · ∫ Φe,λ(λ) · V(λ) dλ
ここで、Φv はルーメン単位の光束、Φe,λ(λ) は W/nm 単位の放射束の分光分布、V(λ) は明所視の分光視感効率関数(無次元、555 nm で最大値1)、Km = 683 lm/W は測光放射等価定数です(CIE 018:2019 - The Basis of Physical Photometry)。このモデルは明所視(明順応した眼、視野角2°)を前提としており、非常に低い輝度レベル(中間視または暗所視)では異なる重み付け関数が適用されます。また、V(λ) は統計的な標準観察者を表すものであり、個々の知覚を表すものではありません。放射測定上の出力が同一でも分光位置が異なる2つの放射源は、まったく異なる光束を生じます。すなわち変換は波長に依存し、放射測定量と測光量との間の固定係数は、固定されたスペクトルに対してのみ成立します。
計算例:放射パワーが同一でもLEDの波長が異なると光束はどう変わるか
1. 前提条件。3つの単色LED光源はそれぞれ正確に1 mWの光放射パワーを放射する-470 nmの青色LED、555 nm(V(λ)の最大値)の緑色LED、625 nmの赤色LED。CIE 018:2019によるV(λ)の一覧値:V(470 nm) = 0.0910;V(555 nm) = 1.0000;V(625 nm) = 0.3210(BIPM, Principles Governing Photometry, 2019)。
2. 計算式。
Φv = Km · V(λ) · Φe(Km = 683 lm/W)。
3. 計算
| 波長 | V(λ) | 1 mWにおける光束 |
|---|---|---|
| 470 nm(青) | 0.0910 | ≈ 0.062 lm |
| 555 nm(緑) | 1.0000 | ≈ 0.683 lm |
| 625 nm(赤) | 0.3210 | ≈ 0.219 lm |
4. 結果。同一の放射パワー1 mWにおいて、得られる光束は約0.062 lm(青)から約0.683 lm(緑)までの範囲となり、その差は約11倍に達する。
5. 技術的な解釈。波長を考慮しない限り、データシートに記載されたミリワット単位の光パワーの数値は、視覚的な明るさを判断するために直接比較できるものではない。ピーク波長が異なるLEDを放射パワーだけで比較することは、知覚的に等価な量を比較していることにはならない。分光分解測定によってのみ、波長に応じた正しい光束への換算が可能となる。
光・ディスプレイ測定技術はどこで使用されていますか
民生用電子機器では、輝度、色域、視野角依存性の組み合わせがディスプレイ品質を決定します。ここで最も重要なのは、狭帯域原色(QD-OLED、micro-LED)における色測定と、ローカルディミング下でのコントラスト測定です。自動車業界では、LEDテールランプ、マトリックスヘッドランプ、そして年々大型化する車載ディスプレイが測光・測色的に試験されます。ここで重要となるのは、規定された角度における光度分布、および温度範囲と使用寿命にわたる色安定性です。医療技術分野では、手術用ディスプレイや診断用モニターは、規定された校正済みの輝度およびグレースケール応答を維持しなければなりません。画像の解釈は測光的な整合性に直接依存するためです。半導体およびLED製造分野では、光束、ピーク波長、色度点をバッチに再現性良く割り当てること(ビニング)がプロセス量となります。ここでは積分球と分光放射計が標準的な測定機器です。動作点に依存する全光束を方向に依存せず捉えられるのはこれらの機器のみだからです。研究開発分野では、例えば一桁マイクロメートル範囲のmicro-LEDチップを特性評価する場合、重要な量はサイズ依存の効率です。チップが小さくなるほど、輻射性再結合経路と非輻射性再結合経路の比率が変化し、その結果、波長特性と効率特性が異なるものとなるためです(Fan et al., Optics Express, 2023)。デジタルサイネージでは、環境光下でのピークホワイト輝度が計測上特に重要です。これは規制上のエネルギー効率クラスに直接反映されるためです。労働安全および光生物学的安全性評価の分野では、380~780 nm範囲の分光放射照度が、IEC 62471に基づくブルーライトハザード評価にとって決定的な量となります。このテーマについては、アプリケーションページ労働安全および光生物学的安全性で詳しく取り上げています。隣接する紫外線範囲においても、光源をそのスペクトルによって比較する方法は、同様にUVランプのスペクトルデータベースで示されています。表現方法も問いも同じであり、異なるのは波長範囲のみです。
マイクロLED、トゥルーブラック、焼き付きは規格に基づきどのように試験されるのか
数百万個の個別発光体を有するマイクロLEDディスプレイでは、パネルレベルでのサンプル試験だけでは不十分です。転写歩留まりが99.99999%であっても、計算上4Kパネルあたり約2個の不良サブピクセルが残ります(MicroLED Association, 2023)。そのため、高い空間分解能ですべての個別発光体を100%インライン検査することが必要です。非常に低い黒輝度(true black)と高いピーク輝度を併せ持つOLEDディスプレイでは、明るい画像領域からの迷光が暗部の測定値を損なうことなく、同一の測定セットアップで明部と暗部の両方を捉える必要があるため、測定機器には極めて高いダイナミックレンジが求められます。EUエコデザイン要件に基づく試験では、100 lxの規定周囲照度下での測定が定められており、暗室測定ではなく、管理された再現性のある測定室が必要となります。OLEDの長期試験および焼き付き試験については、IEC 62341-5-3が、安定した基準とCIEDE2000によるカラー差評価を伴う数週間にわたる測定手法を規格化しています。これは、単発の点測定ではピクセル個別かつコンテンツ依存の劣化を捉えられないためです(IEC 62341-5-3:2019)。
どの測定量を測定・監視する必要があるか
用途によって、どの測定量が必要か、また測定をどこで行う必要があるかが決まります。部品から放射される全光束または全放射束については、積分球のみがすべての放射方向にわたって積分し、個々の配光パターンに依存せずに測定できるため、積分測定系が必要です。ディスプレイの輝度および色度点については、両方の量が方向依存性を持つため、規定された画像位置および視野角で測定を行う必要があります。画面中央の一点だけでは、端部の均一性や視野角依存性についての情報は得られません。
評価対象の光源が十分に類似しており、かつブロードバンドであり、厳密な測色仕様が求められない限り、広帯域測定で十分です。狭帯域の原色、未知または変化するスペクトル、厳しい色度点の許容範囲、あるいは光生物学的評価が関わる場合には、分光測定が必要になります。センサ種類に依存しない換算の基盤となるのはスペクトルのみだからです。均一性、ブルーミング、あるいは局所的な欠陥を面全体にわたって評価する必要がある場合には、空間分解測定(走査式、イメージング輝度測定システム)が必要になります。PWM調光、時間的ディザリング、またはフリッカ指標(Pst LM、SVM)を評価する場合には、十分な帯域幅を持つ時間分解測定が必要です。そうしなければ、測定器の積分時間が結果を歪めてしまうためです。
産業用LEDおよびディスプレイ製造では、測光・測色試験が、実験室での事後的な抜取検査としてではなく、生産ラインに組み込まれる傾向がますます強まっています。技術的に言えば、これは次のことを意味します。すなわち、各部品またはパネルが規定された電気的・熱的動作点の下でライン終端において測定され、その結果が光束、色度点、そしてマイクロLEDの場合には個々のサブピクセルについての許容範囲とリアルタイムで比較され、分類(ビニング)結果がそのまま物流管理にフィードバックされるということです。数百万個の発光素子を持つパネルについては、自動化された高解像度の画像センシングに、後段での分光参照を組み合わせることで、全サブピクセルの完全な個別測定に代わります。これは、必要なサイクルタイム内では分光放射計による単一スキャンが実現不可能だからです。技術的な意義は、接合温度のドリフトや蛍光体コーティングの不均一性といったプロセス偏差が、測光測定量に直接反映され、完成品の不良として現れる前にプロセスの早い段階で検出される、という点にあります。
輝度計および照度計の測定不確かさは、一律の数値として示すことはできず、機器クラスに依存します。CIE 231:2019は、品質指標を用いた照度計・輝度計の国際的に統一された分類システムを初めて定義しており、その中で最も悪い個別指標が常に機器クラスを決定します(CIE 231:2019)。このような機器の計量トレーサビリティ - 校正済みの輝度標準・放射輝度標準、および認定校正機関を介したもの - は、測定値が拠点、メーカー、試験機関の間で比較可能であり続けるための前提条件です。この際の基準量としては、輝度・放射輝度標準がご利用いただけます。計量トレーサビリティは、認定校正機関が担っています。分光分析およびロット間比較には、SR900およびその他の分光計ラインアップがご利用いただけます。分光光度計を用いた積分測定系としては、Cary 60積分球が適しています。
科学論文は何を示しているか
分光ミスマッチ、積分球計測、フリッカー評価、マイクロLED効率、OLED劣化に関する本文の中心的な主張の方法論的根拠となる、6件の査読付き論文があります。
- MartinsonsとHlayhelは、任意の分光分布を持つ光学励起を用いて光度計の分光応答度を測定する手法を記述しており、これは狭帯域LEDやディスプレイ原色で見られるような分光ミスマッチ誤差を定量的に求めるための方法論的基盤となる。Martinsons, Christophe; Hlayhel, Raed: "A method to measure the spectral responsivity of a photometer using optical excitations with arbitrary spectral distributions", Lighting Research & Technology, 2022, DOI 10.1177/14771535211026322。
- Poikonenらは、2πおよび4πジオメトリでのLED光束測定のための多機能・絶対値積分球セットアップを、校正手順、不確かさバジェット、ゴニオフォトメータとの比較を含めて提示しており、製造現場におけるLED光束測定の計量トレーサビリティに関連する。Poikonen, Tuomas; Manninen, Pasi; Kärhä, Petri; Ikonen, Erkki: "Multifunctional integrating sphere setup for luminous flux measurements of light emitting diodes", Review of Scientific Instruments 81(2), 023102, 2010, DOI 10.1063/1.3285263。
- Millerらは、時間的光変調(フリッカー)に関する体系的レビューを提供しており、刺激量、生理学的応答、競合する各種指標(パーセントフリッカー、フリッカーインデックス、Pst LM、SVM)の比較を行い、規制上のフリッカー限度値を位置づける根拠となっている。Miller, N. J.; Leon, F. A.; Tan, J.; Irvin, L.: "Flicker: A review of temporal light modulation stimulus, responses, and measures", Lighting Research & Technology, 2023, DOI 10.1177/14771535211069482。
- Fanらは、電気・光・熱結合モデルを用いて赤色マイクロLEDのサイズ依存光電子特性を解析し、チップ端部における電流集中とエッチングダメージが微小発光素子の効率にどう影響するかを示しており、個々のマイクロLEDチップの測定結果を解釈する上で中心的な意義を持つ。Fan, Kaili, et al.: "Analysis of size-dependent optoelectronic properties of red AlGaInP micro-LEDs", Optics Express 31(22), 36293-36303, 2023, DOI 10.1364/OE.503024。
- JiangとXuは、動作点、電流振幅、温度を結び付けて画素ごとの効率低下を予測する統一OLED劣化モデルを開発しており、これは焼き付き補正アルゴリズムおよび規格準拠の長期測定プロトコルの根拠となっている。Jiang, Xingtong; Xu, Chihao: "A unified OLED aging model combining three modeling approaches for extending AMOLED lifetime", Journal of the Society for Information Display 29, 768-784, 2021, DOI 10.1002/jsid.1064。
- Yuらは、レビュー論文において、チップ製造、マスト転写、検査・修理にわたるマイクロLEDディスプレイ製造の主要な歩留まり要因をまとめており、これは100%インライン検査の重要性が高まっている技術的背景となっている。Yu, Binhai; Li, Yong; Li, Jiasheng; Ding, Xinrui; Li, Zongtao: "Challenges of high-yield manufacture in micro-light-emitting diodes displays: chip fabrication, mass transfer, and detection", Journal of Physics D: Applied Physics 57, 463001, 2024, DOI 10.1088/1361-6463/ad6ce3。
弊社独自の出版物索引に掲載されている7件目の学位論文は、同じ問題をディスプレイ開発の観点から検討しており、制御可能な色スペクトルを持つLEDクラスターを用いてディスプレイのバックライトにおける青色光成分をいかに低減できるかを論じている。Habich, Nils; Homeyer, Kai: "Untersuchung zur Vermeidung der Blaulichtanteile bei der Hintergrundbeleuchtung von Displays unter Einsatz von LED-Clustern mit steuerbarem Farbspektrum", dissertation, University of Hildesheim, 2018。光、視覚、光生物学的作用に関するさらなる研究は、顧客出版物トピックページにまとめられている。
出版物検索ツールには、弊社が把握している照明技術に関するすべての出版物が掲載されており、機器、分野、キーワードで検索できる。
基礎および参考文献
- CIE 018:2019, The Basis of Physical Photometry, 3rd Edition - 物理測光の基本規約、KmおよびV(λ)の定義。
- CIE 015:2018, Colorimetry, 4th Edition - 標準観測者、三刺激値および色差の算出、LEDタイプ用の標準光源。
- CIE 231:2019, Classification System of Illuminance and Luminance Meters - 測光機器の分類システム。
- IEC 62471-7:2023, Photobiological safety of light sources and luminaires primarily emitting visible radiation。
- ICDM/SID, Information Display Measurements Standard (IDMS), Version 1.3, 2025 - 標準化されたディスプレイ測定手順。
- Commission Regulation (EU) 2019/2021 of 1 October 2019 laying down ecodesign requirements for electronic displays。
光・ディスプレイ計測技術に関するFAQ
測光測定と放射測定はどう違うのですか。
放射測定は、重み付けを行わずに物理的に存在する放射パワーを測定します。測光測定は、同じ放射をヒトの目の分光視感効率V(λ)で重み付けするもので、およそ380~780 nmの範囲外では値がゼロになります。両方式は分光測定から導出できますが、逆に分光測定を導出することはできません。
同じLEDを測定しても機器によって測定値が異なるのはなぜですか。
LEDが狭帯域光を発し、各機器が分光応答度の異なる広帯域センサを用いている場合、それぞれがV(λ)を異なる精度で近似することになります。条件等色でありながら分光分布の異なる比較光源では、これにより測定結果に食い違いが生じ、時には矛盾する結果となることがあります。
ディスプレイにおいて重要なのは輝度ですか、照度ですか。
ディスプレイ表面を見る観察者が感じる明るさには、輝度(cd/m²)が決定的です。これは、観察方向に向けて表面が発する光を方向依存的に表すためです。これに対して照度(ルクス)は、ある面にどれだけの光が入射するかを表すものであり、環境光の測定に関係します。
LEDおよびOLED光源のフリッカーはどのように測定しますか。
十分な帯域幅と規定のサンプリングレートを備えた時間分解光測定が必要であり、これに基づいて該当する標準式に従いPst LMやSVMなどの指標を算出します。単純な平均値測定では時間的な変調を捉えることができません。
LEDの明るさを判断するのに電力定格だけでは不十分なのはなぜですか。
電気パワーを光パワーに変換する効率は素子、電流、温度に依存し、100 %を大きく下回ります。さらに、測光効果は発光波長に大きく依存します。そのため、ワット数だけでは光束や輝度を推測する根拠にはなりません。定格電力がそもそも測定量ではない理由については、放射量で解説しています。
OLEDの焼き付き試験を規定する規格はどれですか。
IEC 62341-5-3は、OLEDモジュールの残像(焼き付き)および寿命を判定するための測定方法を規定しており、HDR測定方法およびCIEDE2000による色差評価も含まれます。
QD-OLEDのような狭帯域ディスプレイでは色をどのように測定しますか。
原色のスペクトルFWHMが狭い(20~40 nm)ため、分光放射計を用いる方が三刺激値フィルタ式色彩計より適しています。フィルタ式色彩計は、狭帯域スペクトルに対して等色関数を精度良く近似できないためです。
どのような場合に、広帯域測定ではなく分光測定が必要になりますか。
狭帯域の原色、未知または変化するスペクトル、厳しい色度点公差、あるいは光生物学的評価が関わる場合には分光測定が必要です。広帯域でスペクトルが類似した光源であれば、一般に広帯域測定で十分です。
関連する応用分野
同じ放射でも、目的によって評価方法は異なります。太陽光発電とソーラシミュレーションでは太陽電池への影響として放射計測的に評価し、労働安全ではブルーライトおよびUVハザードの重み付け関数を用いて評価し、自動化とプロセス統合では測定が実験室からラインの最終工程へと移行する様子を説明します。
LEDのスペクトル、光束、色度の測定に使用するOpsytecの測定器は、LED測定技術のページで紹介しています。
著者:マーク・パラヴィア博士
マーク・パラヴィア博士は、エトリンゲンにあるOpsytec Dr. Gröbel GmbHの代表取締役であり、認定校正機関を統括しています。KITの照明工学研究所においてパルスキセノンエキシマ放電に関する研究を行った後、現在は光放射計測技術に注力しています。同氏はDIN規格委員会FNL 7「光放射」の副委員長を務め、DVGW UV消毒プロジェクトグループのメンバーでもあります。
広帯域測定で十分か、それともLEDやディスプレイ用途に分光測定が必要か、判断がつかないですか
単純なセンサで十分か、それとも分光放射計が必要かは、光源の分光幅、求められる色度点の許容範囲、そして測定を行う動作点によって異なります。個別部品、モジュール、または完成ディスプレイといった実際の試験課題を共に明確にすることで、実際にどの測定量、どの測定ジオメトリ、どの計量トレーサビリティが必要かが分かります。お問い合わせください。