同じ型番の白色 LED を一連買って点灯すると、あるものは黄色寄り、あるものは緑寄り——これは欠陥ではなく、LED が生まれつき持つ個体差です。半導体プロセスは各 LED の色度をわずかに異ならせるため、メーカーは「ビニング」で近いものを選り分けてまとめます。本稿では色差がどのように定量化されるのか、マカダム楕円とは何か、そして一連の LED を一貫して見せるには、その背後でどこまで制御する必要があるのかを取り上げます。
同じ型番の白色 LED を一連買って点灯すると、あるものは黄色寄り、あるものは緑寄り——これは通常欠陥ではなく、LED が生まれつき持つ個体差です。
半導体プロセスがどれほど精密でも、各チップの発光色度を完全に同一にすることはできません。そこで照明業界は選別と定量化の手法を発展させました。近い LED をまとめ（ビニング）、「どれだけ違えば分かるのか」を客観的な尺度で記述するのです。本稿では色の一貫性がどのように定量化されるのか、そして一連の LED を一貫して見せるには、その背後でどこまで制御する必要があるのかを取り上げます。
色差はどこから来るのか：LED の個体差
一枚の LED ウエハでは、中心と縁でエピタキシャル層の厚さ、ドーピング濃度、蛍光体の塗布に微小な差があります。これらの差は最終的に三つの特性に現れます。色度（色）、光束（輝度）、そして順方向電圧です。
このうち色度が見た目にもっとも直接的に影響します。白色は特に厄介です。人間の目は低彩度の白の色差にきわめて敏感で、二つの白色 LED は色温度が数百 K 違うだけ、あるいは色点が色度図上でわずかに緑寄り、ピンク寄りにずれるだけで、並べて見ると露呈します。これが「ビニング」が白色 LED の出荷前に欠かせない工程である理由です。
ビニング：近いものをまとめる
ビニング（binning）は LED 製造末端の選別ステップです。検査装置が一粒ずつ色度、輝度、電圧を測定し、近い範囲に収まるものを同じ「bin」にまとめ、bin ごとに分類して出荷します。
- 同じ bin 内の LED は、色度が制御された狭い範囲に収まる
- bin を細かく分けるほどロットの一貫性は高まるが、歩留まりが下がりコストが上がる
- 顧客は発注時に bin を指定し、受け取るロット全体の色調の互換を確保できる
ビニングは「ロット内」の一貫性を解決しますが、ロットをまたいで、あるいはサプライヤーをまたいで「白とは結局どの白なのか」を伝えるには、共通の座標系と規格がさらに必要です。
色を座標に描く：CIE 色度システム
色度を語るには、まず「色」を数字にできなければなりません。CIE 1931 標準色度システムは国際照明委員会（CIE）が確立したもので、一組の等色関数でスペクトルを x、y の二つの座標に換算し、あらゆる色を二次元の色度図上に落とし込めるようにします[1]。
この図があれば、「この LED は緑寄り」は「その色点が y 軸の正方向にどれだけずれているか」として正確に表現できます。色度図は、その後のすべての色差の定量化と白色規格の共通の下地となります。
マカダム楕円と SDCM：色差をどう定量化するか
座標を得たら、次は「どれだけ違えば人間の目が気づくのか」を知る必要があります。これはまさに David MacAdam が 1942 年の古典的研究で答えようとした問いです[2]。
彼は観察者に色合わせを繰り返させ、色度図上の各基準点の周囲で、人間の目が「差を識別できない」領域を統計的に求めました。これらの領域の形状は楕円で、のちにマカダム楕円と呼ばれるようになりました。これを単位として、
- 1-step マカダム（1 SDCM）：一般の人がほとんど色差を識別できない
- 数値が大きいほど、色差は見えやすくなる
- 照明業界では製品を規定するのに SDCM（Standard Deviation of Colour Matching、色合わせ標準偏差） をよく用い、「3-step」「5-step」と表す
「3-step」と表示された製品は、その色点と目標との偏差が 3 個のマカダム楕円ステップ以内に制御されていることを意味します。これは照明品質の仕様書でもっともよく見る色の一貫性の言葉です。
白色のレッドライン：ANSI C78.377
楕円は「どれだけ違うか」を解決しましたが、「白色はどこに収まるべきか」も定義する必要があります。ANSI C78.377 は固体照明（SSL）製品の白色色度規格で、NEMA が発行しています[3]。
CIE 色度図上で、相関色温度（CCT）に応じて複数の公称点（2700K、3000K、4000K…）を設定し、各点の周囲に四辺形の許容範囲を描きます。同じ CCT の四辺形内に収まる製品は、白色の色調が互いに互換とみなされます。これにより製造者と使用者は「これはどの白か」を一貫した言葉で記述でき、それぞれが勝手に語ることがなくなります。
アドレサブル LED ストリング：一連の一貫性は、材料選定と駆動の共同の結果
アドレサブル LED ストリングは色の一貫性の難度をさらに一段引き上げます。一連の数百粒がしばしば一度に目に入るため、どれか一粒の色度のずれも隠しようがありません。特に純白や暖白のような低彩度の色では、人間の目がもっとも厳しくなります。
一連の一貫性を達成するには、二つのことが欠かせません。
- ハードウェア側：色度のビニングがそろった LED を選び、源となる個体差を最小に抑える
- 駆動側：同じコード値で各 LED が安定した再現性のある輝度を出力し、チャンネル差や電圧変動でさらにドリフトを持ち込まないようにする
PowerMOS のドット制御チップは高い階調深度と定電流アーキテクチャを備え、各 LED が同じコード値で安定してそろった輝度を出力します。これは、すでにビニングを選んだ LED の上で、一連の視覚的一貫性を保つ駆動の基盤です。定電流は輝度を配線の電圧降下によらず一定に保ち、高階調は低輝度域でも滑らかに発色させ、両者が共に「一連の一貫性」のラストワンマイルを守ります。詳しい型番は製品センターをご覧ください。
関連記事：白色の発色と演色については『フルカラー混色と白色演色：RGB から RGBW への発色エンジニアリング』、階調と調光については『アドレサブル LED の階調・色彩・フリッカーフリー調光エンジニアリング』をご覧ください。
参照規格と文献
- CIE 015:2018, Colorimetry, 4th Edition. International Commission on Illumination (CIE). CIE 1931 標準色度システムを含む。
- MacAdam, D. L. (1942), Visual Sensitivities to Color Differences in Daylight. Journal of the Optical Society of America (JOSA), Vol. 32, No. 5, pp. 247–274.
- ANSI C78.377, Electric Lamps — Specifications for the Chromaticity of Solid-State Lighting (SSL) Products. National Electrical Manufacturers Association (NEMA).
本稿は LED の色品質に関する解説です。引用した規格の名称は CIE、NEMA/ANSI の公式カタログおよび JOSA の文献ライブラリで確認できます。PowerMOS のドット制御チップは、LED ドット制御に最適化した独自のキャリア（電力線搬送）プロトコルを採用しています。
よくある質問
LED のビニング（binning）とは何ですか？
ビニングは LED 製造における選別工程です。半導体プロセスでは各チップの色度、輝度、順方向電圧を完全に同一にすることはできないため、メーカーは検査時に特性が近い LED を同じ「bin（ビン）」にまとめ、bin ごとに出荷します。こうすると同じ bin 内の LED の色度は狭い範囲に収まり、顧客は色が比較的そろったロットを受け取れます。ビニングが細かいほど一貫性は高まりますが、コストも上がります。
マカダム楕円と SDCM 色許容差とは何ですか？
マカダム楕円は David MacAdam の 1942 年の研究に由来し、色度図上で人間の目が「差を識別できない」領域を表します。その形状は楕円です。これを単位とし、1-step マカダム（1 SDCM）は一般の人がほとんど色差を識別できないことを表し、数値が大きいほど差は明確になります。照明業界では製品の色の一貫性を規定するのに SDCM（Standard Deviation of Colour Matching、色合わせ標準偏差）をよく用い、「3-step」や「5-step」といった形で表します。
ANSI C78.377 は何を規定していますか？
ANSI C78.377 は固体照明（SSL）製品の白色色度規格で、NEMA が発行しています。CIE 色度図上で、相関色温度（CCT）に応じて複数の公称点と許容範囲（四辺形の領域）を設定し、製造者と使用者が一貫した言葉で白色の色を記述できるようにします。同じ CCT の四辺形内に収まる製品は、白色の色調が互換とみなされます。
なぜアドレサブル LED ストリングは色の一貫性への要求が特に高いのですか？
アドレサブル LED ストリングはしばしば一連の数百粒が一度に目に入るため、どれか一粒でも色度がずれると容易に気づかれます。特に純白や暖白のような低彩度の色では、人間の目は色差にもっとも敏感です。そのためアドレサブル製品はビニングのそろった LED を選ぶだけでなく、駆動側の高階調と定電流によって、駆動端がさらに輝度や色温度のドリフトを持ち込まないようにする必要があります。ハードウェアの一貫性と駆動の一貫性は、どちらも欠かせません。
PowerMOS のソリューションはどのように一連の色の一貫性を支えますか？
色の一貫性は LED の材料選定と駆動制御の共同の結果です。PowerMOS のドット制御チップは高い階調深度と定電流アーキテクチャを備え、各 LED が同じコード値で安定した再現性のある輝度を出力し、チャンネル差や電圧変動でドリフトしないようにします。これは、すでにビニングを選んだ LED の上で、一連の視覚的一貫性を保つ駆動の基盤です。詳しい型番は製品センターをご覧ください。